JP5534576B2 - Thermally expansible microsphere and method for producing the same, additive and molded article - Google Patents

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Description

本発明は、加熱により体積が膨張する熱膨張性マイクロスフェアー及びその製造方法、並びにこの熱膨張性マイクロスフェアーを使用した添加剤及び成形体に関する。より詳しくは、熱膨張性マイクロスフェアーの耐熱性を向上させるための技術に関する。   The present invention relates to a thermally expandable microsphere whose volume expands by heating, a method for producing the same, and an additive and a molded body using the thermally expandable microsphere. More specifically, the present invention relates to a technique for improving the heat resistance of a thermally expandable microsphere.

熱膨張性マイクロスフェアーは、揮発性の発泡剤を、重合体からなる外殻でマイクロカプセル化したものであり、熱膨張性マイクロカプセルとも呼ばれている。この熱膨張性マイクロスフェアーを製造する際は、例えば、水系分散媒体中で、重合性単量体と発泡剤を含有する重合性混合物との懸濁重合を進行させて、発泡剤を内包するように外殻(シェル)を形成する。   The heat-expandable microsphere is obtained by microcapsulating a volatile foaming agent with an outer shell made of a polymer, and is also called a heat-expandable microcapsule. When producing this thermally expandable microsphere, for example, suspension polymerization of a polymerizable monomer and a polymerizable mixture containing a foaming agent is advanced in an aqueous dispersion medium to enclose the foaming agent. The outer shell (shell) is formed as follows.

一般に、熱膨張性マイクロスフェアーの外殻を形成する重合体には、ガスバリア性が良好で、かつ加熱により軟化する熱可塑性樹脂が用いられる。また、発泡剤としては、一般に、外殻を形成する重合体の軟化点以下の温度でガス状になる炭化水素等の低沸点化合物が用いられる。   Generally, a thermoplastic resin that has good gas barrier properties and softens when heated is used as the polymer that forms the outer shell of the thermally expandable microsphere. Further, as the blowing agent, generally, a low-boiling point compound such as a hydrocarbon that becomes gaseous at a temperature below the softening point of the polymer forming the outer shell is used.

熱膨張性マイクロスフェアーを加熱すると、発泡剤が気化し、その膨張する力が外殻に作用すると共に、外殻を形成する重合体の弾性率が急激に減少するため、ある温度を境にして急激な膨張が起きる。この温度を「発泡開始温度」といい、加熱温度が発泡開始温度以上になると、前述した膨張現象により中空の球状粒子(独立気泡体)が形成される。その後、更に温度を上げると、外殻の厚さが薄くなり、発泡剤成分が透過するようになるため、内圧が低下して球状粒子が収縮する(へたり現象)。   When heat-expandable microspheres are heated, the foaming agent is vaporized, and the expansion force acts on the outer shell, and the elastic modulus of the polymer forming the outer shell decreases rapidly. Sudden expansion occurs. This temperature is referred to as “foaming start temperature”. When the heating temperature is equal to or higher than the foaming start temperature, hollow spherical particles (closed cells) are formed by the above-described expansion phenomenon. Thereafter, when the temperature is further increased, the thickness of the outer shell becomes thin and the foaming agent component permeates, so that the internal pressure decreases and the spherical particles contract (sag phenomenon).

また、熱膨張性マイクロスフェアーは、加熱により膨張して中空の球状粒子を形成する特性を利用して、意匠性付与剤、機能性付与剤及び軽量化剤等の広範な分野で用いられている。その一方で、従来の熱膨張性マイクロスフェアーは、発泡開始温度領域が狭く、かつ、比較的低温で膨張を開始することから、耐熱性等の加工特性の改善が求められている。   Thermally expandable microspheres are used in a wide range of fields such as designability-imparting agents, functionality-imparting agents, and weight-reducing agents, utilizing the property of expanding to form hollow spherical particles by heating. Yes. On the other hand, conventional heat-expandable microspheres have a narrow foaming start temperature region and start expanding at a relatively low temperature, so that improvement in processing characteristics such as heat resistance is required.

例えば、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂等の合成樹脂に添加して用いられる場合には、発泡開始温度が低いと、成形前の混練加工やペレット化等の加工時に早期膨張しやすいため、加工温度を低くしなければならず、適用できる合成樹脂やゴムの種類が制限される。このため、合成樹脂、特にエンジニアリングプラスチック等の加工温度の高い合成樹脂に適用する場合は、熱膨張性マイクロスフェアーの耐熱性に対する要求水準が高く、その特性改善が強く求められている。   For example, when used by adding to a synthetic resin such as a thermoplastic resin and a thermosetting resin, if the foaming start temperature is low, it is likely to expand early during processing such as kneading or pelletization before molding. The temperature must be lowered, which limits the types of synthetic resin and rubber that can be applied. For this reason, when applied to synthetic resins, particularly synthetic resins having a high processing temperature such as engineering plastics, the required level of heat-expandable microspheres for heat resistance is high, and there is a strong demand for improving their characteristics.

そこで、従来、耐熱性を向上させた熱膨張性マイクロスフェアーが提案されている(特許文献1〜3参照)。例えば、特許文献1に記載のマイクロスフェアーでは、加熱によりポリメタクリルイミド構造を形成する共重合体で外殻を構成することによって、耐熱性を向上させて、発泡挙動を安定化している。   Thus, conventionally, thermally expandable microspheres with improved heat resistance have been proposed (see Patent Documents 1 to 3). For example, in the microsphere described in Patent Document 1, the outer shell is composed of a copolymer that forms a polymethacrylimide structure by heating, thereby improving heat resistance and stabilizing foaming behavior.

また、特許文献2、3に記載の熱膨張性マイクロカプセルでは、カレンダー成形、押出成形及び射出成形等にも使用可能とするため、ニトリル系モノマー、非ニトリル系モノマー、金属カチオン及び架橋剤を含有するビニル系モノマーの重合体で外殻を形成することで、最大発泡温度を200℃以上にしている。   In addition, the thermally expandable microcapsules described in Patent Documents 2 and 3 contain a nitrile monomer, a non-nitrile monomer, a metal cation, and a crosslinking agent in order to be usable for calendar molding, extrusion molding, injection molding, and the like. The maximum foaming temperature is set to 200 ° C. or more by forming the outer shell with a vinyl monomer polymer.

国際公開第2007/072769号パンフレットInternational Publication No. 2007/072769 Pamphlet 特開2007−191690号公報JP 2007-191690 A 特開2008−133366号公報JP 2008-133366 A

しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。即ち、特許文献1に記載の技術のように、外殻を耐熱性に優れた熱可塑性樹脂で形成した場合、最大発泡温度を280℃程度にまで上げることができるが、260〜270℃で保持したときのへたりが大きいため、より高温で加工する合成樹脂への適用は難しい。   However, the conventional techniques described above have the following problems. That is, as in the technique described in Patent Document 1, when the outer shell is formed of a thermoplastic resin having excellent heat resistance, the maximum foaming temperature can be increased to about 280 ° C, but it is maintained at 260 to 270 ° C. Therefore, it is difficult to apply to synthetic resins that are processed at higher temperatures.

また、特許文献2,3に記載のマイクロカプセルは、外殻に金属カチオンが含まれているため、熱安定性の低下、着色及び腐食等の問題点がある。更に、このような金属カチオンを含むマイクロカプセルを使用した成形体は、塗装剥がれが生じやすいという問題点もある。   Moreover, since the microcapsules described in Patent Documents 2 and 3 contain a metal cation in the outer shell, there are problems such as a decrease in thermal stability, coloring and corrosion. Furthermore, the molded body using the microcapsules containing such metal cations also has a problem that paint peeling is likely to occur.

そこで、本発明は、耐熱性に特に優れ、高温で保持したときの収縮度合いが小さく、かつ、高温で加工する用途でも早期発泡を抑制できる熱膨張性マイクロスフェアー及びその製造方法、添加剤並びに成形体を提供することを主目的とする。   Therefore, the present invention is particularly excellent in heat resistance, has a small degree of shrinkage when held at high temperatures, and can be used for processing at high temperatures, and can suppress early foaming, and its production method, additive, and The main purpose is to provide a molded body.

本発明に係る熱膨張性マイクロスフェアーは、重合体からなる外殻に、揮発性の発泡剤が内包されたマイクロスフェアーであって、前記発泡剤として、50%蒸留温度が180℃以上の軽質イソパラフィン系炭化水素を使用し、発泡開始温度(T start )を230℃よりも高くしたものである。
本発明においては、発泡剤が、50%蒸留温度が180℃以上の軽質パラフィン系炭化水素であるため、従来よりも発泡開始温度及び最大発泡温度が高くなる。このため、高温で加工する用途に使用しても、へたりが少なく、早期発泡も発生しにくい。
このマイクロスフェアーでは、例えば、最大発泡温度(Tmax)を290℃以上とすることができる。
また、最大発泡温度よりも50℃低い温度(Tmax−50℃)で25分間保持したときの変位量dと、最大発泡温度(Tmax)での変位量dとの比(d/d)を、0.7以上にすることもできる。
更に、前記軽質パラフィン系炭化水素は、炭素数が6〜13の炭化水素及び炭素数が15〜30の炭化水素からなる群から選択された2種以上の炭化水素からなるものにしてもよい。
一方、前記外殻を構成する重合体は、例えば、ニトリル基及びカルボキシル基を有し、加熱によりこれらの少なくとも一部がポリメタクリルイミド構造を形成する共重合体、又はアクリロニトリル系重合体である。
その場合、前記外殻を構成する重合体を、メタクリロニトリルとメタクリル酸との共重合体とすることもできる。
The thermally expandable microsphere according to the present invention is a microsphere in which a volatile foaming agent is encapsulated in an outer shell made of a polymer, and the foaming agent has a 50% distillation temperature of 180 ° C. or higher. use of light iso paraffinic hydrocarbons, in which the foaming start temperature (T start) higher than 230 ° C..
In the present invention, since the foaming agent is a light paraffinic hydrocarbon having a 50% distillation temperature of 180 ° C. or higher, the foaming start temperature and the maximum foaming temperature are higher than before. For this reason, even if it uses for the application processed at high temperature, there is little sag and it is hard to generate | occur | produce early foaming.
This microspheres, for example, the maximum foaming temperature (T max) can the be Turkey and 290 ° C. or higher.
Further, the displacement amount d 1 of when held 25 minutes at maximum foaming temperature 50 ° C. lower temperature than (T max -50 ℃), the ratio of the displacement amount d 2 at a maximum foaming temperature (T max) (d 1 / D 2 ) can be 0.7 or more.
Furthermore, the light paraffinic hydrocarbon may be composed of two or more hydrocarbons selected from the group consisting of hydrocarbons having 6 to 13 carbon atoms and hydrocarbons having 15 to 30 carbon atoms.
On the other hand, the polymer constituting the outer shell is, for example, a copolymer having a nitrile group and a carboxyl group, and at least a part of which forms a polymethacrylimide structure by heating, or an acrylonitrile-based polymer.
In that case, the polymer constituting the outer shell may be a copolymer of methacrylonitrile and methacrylic acid.

本発明に係る熱膨張性マイクロスフェアーの製造方法は、分散安定剤を含有する水系分散媒体中において、50%蒸留温度が180℃以上の軽質イソパラフィン系炭化水素からなる発泡剤の存在下で、重合性単量体を懸濁重合することにより、重合体からなる外殻内に前記発泡剤を封入し、発泡開始温度(T start )が230℃よりも高い熱膨張性マイクロスフェアーを得る。
本発明においては、発泡剤として、50%蒸留温度が180℃以上の軽質パラフィン系炭化水素を使用しているため、発泡開始温度及び最大発泡温度の両方が高いマイクロスフェアーが得られる。
この熱膨張性マイクロスフェアーの製造方法では、前記軽質パラフィン系炭化水素は、炭素数が6〜13の炭化水素及び炭素数が15〜30の炭化水素からなる群から選択された1種又は2種以上の炭化水素からなるものであることが望ましい。
更に、前記重合性単量体としては、例えば、ニトリル系単量体、又はニトリル系単量体とカルボキシル基を有する単量体との混合物を使用することができる。
その場合、前記ニトリル系単量体としてアクリロニトリル又はメタクリロニトリルを使用し、前記カルボキシル基を有する単量体としてメタクリル酸を使用してもよい。
Method for producing heat-expandable microspheres according to the present invention, in an aqueous dispersion medium containing a dispersion stabilizer, in the presence of 50% distillation temperature is from light iso paraffinic hydrocarbons over 180 ° C. blowing agent Then, by subjecting the polymerizable monomer to suspension polymerization, the foaming agent is enclosed in an outer shell made of a polymer to obtain a thermally expandable microsphere having a foaming start temperature (T start ) higher than 230 ° C. .
In the present invention, since a light paraffinic hydrocarbon having a 50% distillation temperature of 180 ° C. or higher is used as a foaming agent, a microsphere having both a high foaming start temperature and a maximum foaming temperature can be obtained.
In the manufacturing method of the heat-expandable microsphere, before Symbol light paraffinic hydrocarbons, one or carbons hydrocarbons and carbon number of 6 to 13 is selected from the group consisting of hydrocarbons 15-30 It is desirable that it is composed of two or more hydrocarbons.
Furthermore, as the polymerizable monomer, for example, a nitrile monomer or a mixture of a nitrile monomer and a monomer having a carboxyl group can be used.
In that case, acrylonitrile or methacrylonitrile may be used as the nitrile monomer, and methacrylic acid may be used as the monomer having a carboxyl group.

本発明に係る添加剤は、前述した熱膨張マイクロスフェアーを含有するものである。
本発明においては、従来よりも発泡開始温度及び最大発泡温度が高い熱膨張性マイクロスフェアーを含んでいるため、高温で加工する用途に使用しても、へたりが少なく、早期発泡も発生しにくい。
The additive according to the present invention contains the above-described thermally expanded microsphere.
In the present invention, since it includes a thermally expandable microsphere having a foaming start temperature and a maximum foaming temperature higher than those of conventional ones, even if used for applications processed at high temperatures, there is less sag and early foaming occurs. Hateful.

本発明に係る成形体は、前述した熱膨張性マイクロスフェアーを含有するものである。
本発明においては、従来よりも発泡開始温度及び最大発泡温度が高い熱膨張性マイクロスフェアーを使用しているため、230℃を超える温度で加工しても、安定して独立気泡を含む成形体を得ることができる。これにより、従来のマイクロスフェアーでは難しかったポリアミド等のエンジニアリングプラスチックを使用した発泡成形体を製造することも可能となる。
The molded body according to the present invention contains the above-described thermally expandable microsphere.
In the present invention, a thermally expandable microsphere having a higher foaming start temperature and a maximum foaming temperature than conventional ones is used. Therefore, a molded article stably containing closed cells even when processed at a temperature exceeding 230 ° C. Can be obtained. As a result, it is also possible to produce a foam molded article using engineering plastics such as polyamide, which has been difficult with conventional microspheres.

本発明によれば、50%蒸留温度が180℃以上の軽質パラフィン系炭化水素を発泡剤として使用しているため、耐熱性が向上し、高温で保持したときの収縮度合いが小さくなると共に、高温で加工する用途に適用した場合における早期発泡の発生を抑制することができる。   According to the present invention, a light paraffinic hydrocarbon having a 50% distillation temperature of 180 ° C. or higher is used as a foaming agent, so that the heat resistance is improved, the degree of shrinkage when kept at a high temperature is reduced, and the high temperature It is possible to suppress the occurrence of early foaming when it is applied to the purpose of processing with the above.

(a)は本実施形態の熱膨張性マイクロスフェアーの構造を示す側面図であり、(b)はその内部構造を示す一部断面斜視図である。(A) is a side view which shows the structure of the thermally expansible microsphere of this embodiment, (b) is a partial cross section perspective view which shows the internal structure. 横軸に温度をとり、縦軸に膨張倍率をとって、熱膨張性マイクロスフェアーの膨張挙動を示すグラフ図である。It is a graph which shows the expansion behavior of a thermally expansible microsphere by taking temperature on a horizontal axis and taking an expansion ratio on a vertical axis. 横軸に温度をとり、縦軸に変位量をとって、実施例1のマイクロスフェアーの膨張挙動を示すグラフ図である。It is a graph which shows the expansion behavior of the microsphere of Example 1, taking temperature on the horizontal axis and taking the amount of displacement on the vertical axis. 横軸に保持時間をとり、縦軸に変位量をとって、実施例1のマイクロスフェアーを270℃で保持したときの発泡状態の変化を示すグラフ図である。It is a graph which shows the change of a foaming state when taking a retention time on a horizontal axis | shaft and taking a displacement amount on a vertical axis | shaft and hold | maintaining the microsphere of Example 1 at 270 degreeC.

以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited to each embodiment shown below.

本発明者は、前述した課題を解決するために鋭意実験研究を行った結果、マイクロスフェアーを高温での加工に適用可能にするためには、その加工温度におけるシェル(外殻)を構成する樹脂の弾性率、発泡剤の膨張圧力及びこれらのバランスが重要であることを見出した。一方、前述した特許文献1〜3に記載されている従来のマイクロスフェアー(マイクロカプセル)では、高温下において、シェルを構成する樹脂の弾性率と発泡剤の膨張圧力とのバランスが適正な範囲になかったため、最大発泡温度が290℃以上の高温発泡のマイクロスフェアーを実現できなかったものと思われる。   As a result of earnest experimental research to solve the above-described problems, the present inventor configures a shell (outer shell) at the processing temperature in order to make the microsphere applicable to processing at a high temperature. It has been found that the elastic modulus of the resin, the expansion pressure of the foaming agent, and the balance thereof are important. On the other hand, in the conventional microspheres (microcapsules) described in Patent Documents 1 to 3 described above, the balance between the elastic modulus of the resin constituting the shell and the expansion pressure of the foaming agent is appropriate within a high temperature range. Therefore, it seems that high-temperature foaming microspheres having a maximum foaming temperature of 290 ° C. or higher could not be realized.

そこで、本発明者は、高温下、特に230℃よりも高い温度におけるシェルを構成する樹脂の弾性率と発泡剤の膨張圧力とのバランスについて検討を行い、特定の発泡剤を使用することにより、高温下でのシェルを構成する樹脂の弾性率と発泡剤の膨張圧力とのバランスが良好になることを見出し、本発明に至った。即ち、本発明に係る熱膨張性マイクロスフェアーの特徴は、重合体からなるシェルに、発泡剤として、50%蒸留温度が180℃以上の軽質パラフィン系炭化水素を内包させたことである。これにより、従来のマイクロスフェアーに比べて、耐熱性を向上させることができると共に、高温で保持した際の収縮度合いを小さくすることができる。   Therefore, the present inventor examines the balance between the elastic modulus of the resin constituting the shell at a high temperature, particularly higher than 230 ° C., and the expansion pressure of the foaming agent, and by using a specific foaming agent, The present inventors have found that the balance between the elastic modulus of the resin constituting the shell at a high temperature and the expansion pressure of the foaming agent is improved, and the present invention has been achieved. That is, the heat-expandable microsphere according to the present invention is characterized in that a light paraffinic hydrocarbon having a 50% distillation temperature of 180 ° C. or higher is included as a foaming agent in a shell made of a polymer. Thereby, compared with the conventional microsphere, while being able to improve heat resistance, the shrinkage degree at the time of hold | maintaining at high temperature can be made small.

先ず、本発明の第1の実施形態に係る熱膨張性マイクロスフェアーについて説明する。図1(a)は本実施形態の熱膨張性マイクロスフェアーの構造を示す側面図であり、図1(b)はその内部構造を示す一部断面斜視図である。図1(a)及び(b)に示すように、本実施形態の熱膨張性マイクロスフェアー1は、重合体からなるシェル(外殻)2内に、発泡剤3が封入された構造となっている。そして、このマイクロスフェアー1は、加熱により体積が膨張し、中空の球状粒子を形成する。   First, the thermally expandable microsphere according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a side view showing the structure of the thermally expandable microsphere of this embodiment, and FIG. 1B is a partially sectional perspective view showing the internal structure. As shown in FIGS. 1A and 1B, the thermally expandable microsphere 1 of this embodiment has a structure in which a foaming agent 3 is enclosed in a shell (outer shell) 2 made of a polymer. ing. And this microsphere 1 expands in volume by heating, and forms a hollow spherical particle.

<発泡剤3>
本実施形態のマイクロスフェアー1では、発泡剤3として、軽質パラフィン系炭化水素を使用している。軽質パラフィン系炭化水素は、複数の炭化水素化合物からなる混合物であるため、加熱による温度上昇時における蒸気圧の上昇が、単一化合物に比べて緩やかである。この軽質パラフィン系炭化水素を、発泡剤3に使用することにより、シェル2からの急激なガス透過を抑制し、膨張時の収縮度合いを小さくすることができる。
<Foaming agent 3>
In the microsphere 1 of the present embodiment, a light paraffinic hydrocarbon is used as the foaming agent 3. Since the light paraffinic hydrocarbon is a mixture composed of a plurality of hydrocarbon compounds, the increase in vapor pressure at the time of temperature increase due to heating is slower than that of a single compound. By using this light paraffinic hydrocarbon for the foaming agent 3, rapid gas permeation from the shell 2 can be suppressed, and the degree of contraction during expansion can be reduced.

この発泡剤3として使用する軽質パラフィン系炭化水素の50%蒸留温度は180℃以上であり、好ましくは230℃以上、より好ましくは250℃以上、特に好ましくは300℃以上である。なお、50%蒸留温度が180℃未満の軽質パラフィン系炭化水素を使用すると、発泡剤3に起因するガスがシェル2を透過しやすくなるため、収縮度合いが大きくなる。また、ここでいう「50%蒸留温度」とは、JIS K 2254に規定される常圧法蒸留試験方法に基づいて測定した値である。   The 50% distillation temperature of the light paraffinic hydrocarbon used as the blowing agent 3 is 180 ° C or higher, preferably 230 ° C or higher, more preferably 250 ° C or higher, and particularly preferably 300 ° C or higher. If light paraffinic hydrocarbon having a 50% distillation temperature of less than 180 ° C. is used, the gas resulting from the foaming agent 3 easily passes through the shell 2 and the degree of shrinkage increases. Further, the “50% distillation temperature” here is a value measured based on the atmospheric pressure distillation test method defined in JIS K 2254.

また、発泡剤3として使用する軽質パラフィン系炭化水素は、軽質イソパラフィン系炭化水素であることが好ましい。イソパラフィン系炭化水素は、分岐状であるため、直鎖状のパラフィン系炭化水素に比べて、シェル2からの散逸が小さい。このため、軽質イソパラフィン系炭化水素を使用することにより、マイクロスフェアー1を高温で保持した際の収縮度合いを、より低減することが可能となる。   The light paraffinic hydrocarbon used as the foaming agent 3 is preferably a light isoparaffinic hydrocarbon. Since the isoparaffinic hydrocarbon is branched, the dissipation from the shell 2 is smaller than that of the linear paraffinic hydrocarbon. For this reason, by using light isoparaffinic hydrocarbons, it is possible to further reduce the degree of shrinkage when the microsphere 1 is held at a high temperature.

更に、発泡剤3には、炭素数が6〜13の炭化水素及び炭素数が15〜30の炭化水素からなる群から選択された2種以上の炭化水素からなる軽質パラフィン系炭化水素を使用することが望ましい。このように、シックハウスの原因物質の1つとして厚生労働省が室内濃度指針値を設定しているテトラデカンが含まれていないものを使用することにより、安全性の高い材料として、内装材用途等にも好適に使用することができる。   Furthermore, the blowing agent 3 is a light paraffinic hydrocarbon composed of two or more hydrocarbons selected from the group consisting of hydrocarbons having 6 to 13 carbon atoms and hydrocarbons having 15 to 30 carbon atoms. It is desirable. In this way, as one of the causative substances of sick house, by using one that does not contain tetradecane, which the Ministry of Health, Labor and Welfare has set the indoor concentration guideline value, as a highly safe material, it can also be used for interior materials, etc. It can be preferably used.

なお、発泡剤3として使用する軽質パラフィン系炭化水素は、工業上の取り扱い性の観点から、室温で液体状であることが望ましく、0℃以下、更には−20℃以下でも液体状であることがより望ましい。また、軽質パラフィン系炭化水素は、50%蒸留温度が180℃以上であればよく、目的や用途に応じて適宜選択して使用することができ、2種以上を組み合わせて使用することも可能である。更に、軽質パラフィン系炭化水素と、化学発泡剤とを併用することもできる。   The light paraffinic hydrocarbon used as the foaming agent 3 is desirably liquid at room temperature from the viewpoint of industrial handling, and is liquid even at 0 ° C. or lower, and further at −20 ° C. or lower. Is more desirable. Light paraffinic hydrocarbons only need to have a 50% distillation temperature of 180 ° C. or higher, can be appropriately selected according to the purpose and application, and can be used in combination of two or more. is there. Furthermore, a light paraffinic hydrocarbon and a chemical foaming agent can be used in combination.

一方、シェル2内に封入される発泡剤3の量が、マイクロスフェアー1の全質量に対して5質量%未満の場合、充分な発泡倍率が得られないことがあり、また、50質量%を超えると、シェルの厚さが薄くなるため、へたりやすくなる。このため、発泡剤3の量は、マイクロスフェアー1の全質量に対して、5〜50質量%であることが好ましく、より好ましくは7〜40質量%である。これにより、充分な発泡倍率を確保しつつ、へたりにくいマイクロスフェアーを得ることができる。発泡剤3の量をこの範囲にするには、マイクロスフェアー1を製造する際に、シェル2を構成する重合性単量体と、発泡剤3との配合割合を調整すればよい。   On the other hand, when the amount of the foaming agent 3 enclosed in the shell 2 is less than 5% by mass with respect to the total mass of the microsphere 1, a sufficient expansion ratio may not be obtained, and 50% by mass. If it exceeds, the thickness of the shell becomes thin, and it becomes easy to loosen. For this reason, it is preferable that the quantity of the foaming agent 3 is 5-50 mass% with respect to the total mass of the microsphere 1, More preferably, it is 7-40 mass%. Thereby, it is possible to obtain a microsphere that is difficult to sag while securing a sufficient expansion ratio. In order to make the amount of the foaming agent 3 within this range, when the microsphere 1 is produced, the blending ratio of the polymerizable monomer constituting the shell 2 and the foaming agent 3 may be adjusted.

<外殻>
シェル2は、耐熱性に優れた重合体で形成することが望ましい。そのような重合体としては、例えば、ニトリル基とカルボキシル基とを備え、加熱等によってこれらの官能基の少なくとも一部が環化してポリメタクリルイミド構造を形成する共重合体、及びアクリロニトリル系重合体が挙げられる。
<Outer shell>
The shell 2 is preferably formed of a polymer having excellent heat resistance. Examples of such a polymer include a copolymer having a nitrile group and a carboxyl group, and at least a part of these functional groups are cyclized by heating or the like to form a polymethacrylimide structure, and an acrylonitrile-based polymer. Is mentioned.

「加熱等によってポリメタクリルイミド構造が形成される共重合体」は、ニトリル系単量体とカルボキシル基を有する単量体とを共重合することにより得られる。その際使用するニトリル系単量体としては、例えばアクリロニトリル及びメタクリロニトリルが挙げられ、必要に応じて、α−クロロアクリロニトリル、α−エトキシアクリロニトリル及びフマロニトリル等を併用することもできる。また、カルボキシル基を有する単量体としては、例えばメタクリル酸が挙げられ、必要に応じて、アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸及びシトラコン酸等を併用することもできる。   The “copolymer in which a polymethacrylimide structure is formed by heating or the like” is obtained by copolymerizing a nitrile monomer and a monomer having a carboxyl group. Examples of the nitrile monomer used at that time include acrylonitrile and methacrylonitrile. If necessary, α-chloroacrylonitrile, α-ethoxyacrylonitrile, fumaronitrile, and the like can be used in combination. Examples of the monomer having a carboxyl group include methacrylic acid. If necessary, acrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, citraconic acid, etc. may be used in combination. You can also.

また、この共重合体においては、アクリロニトリル及び/又はメタクリロニトリルとメタクリル酸との割合が、モル比で、1:9〜9:1であることが好ましく、より好ましくは1:7〜7:1、さらに好ましくは1:5〜5:1である。なお、アクリロニトリル及び/又はメタクリロニトリルの割合が少なく、メタクリル酸に対するモル比が、1:9を下回ると、造粒性が低下して、重合中に塊状化することがある。一方、アクリロニトリル及び/又はメタクリロニトリルの割合が多く、メタクリル酸に対するモル比が、9:1を上回ると、耐熱性が低下して、熱黄変が顕著になることがある。   In this copolymer, the molar ratio of acrylonitrile and / or methacrylonitrile and methacrylic acid is preferably 1: 9 to 9: 1, more preferably 1: 7 to 7: 1, more preferably 1: 5 to 5: 1. In addition, when the ratio of acrylonitrile and / or methacrylonitrile is small and the molar ratio to methacrylic acid is less than 1: 9, the granulation property is deteriorated and may be agglomerated during polymerization. On the other hand, when the ratio of acrylonitrile and / or methacrylonitrile is large and the molar ratio with respect to methacrylic acid exceeds 9: 1, the heat resistance is lowered, and thermal yellowing may become remarkable.

更に、この共重合体には、ニトリル系単量体及びカルボキシル基を有する単量体と共に、ビニル単量体が共重合されていてもよい。ビニル単量体を加えることにより、シェル2の発泡特性を調整することができる。ただし、共重合する単量体の全質量に対して、ビニル単量体の割合が30質量%を超えると、シェル2の耐熱性が低下するため、ビニル単量体の配合量は0〜30質量%とすることが望ましい。   Furthermore, a vinyl monomer may be copolymerized with this copolymer together with a nitrile monomer and a monomer having a carboxyl group. By adding a vinyl monomer, the foaming characteristics of the shell 2 can be adjusted. However, when the proportion of the vinyl monomer exceeds 30% by mass with respect to the total mass of the monomers to be copolymerized, the heat resistance of the shell 2 is lowered, so the blending amount of the vinyl monomer is 0-30. It is desirable to set it as the mass%.

ニトリル系単量体及びカルボキシル基を有する単量体に共重合可能なビニル単量体としては、例えば、塩化ビニリデン、酢酸ビニル、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、β−カルボキシエチルアクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル、スチレン、スチレンスルホン酸又はそのナトリウム塩、α−メチルスチレン、クロロスチレン等スチレン系単量体、アクリルアミド、置換アクリルアミド、メタクリルアミド、置換メタクリルアミド等のラジカル開始剤により重合反応が進行する単量体及びそれらの混合物が挙げられる。   Examples of the vinyl monomer copolymerizable with a nitrile monomer and a monomer having a carboxyl group include, for example, vinylidene chloride, vinyl acetate, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, and n-butyl (meth) ) Acrylate, isobutyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid ester such as β-carboxyethyl acrylate, styrene Styrene sulfonic acid or its sodium salt, styrene monomers such as α-methylstyrene and chlorostyrene, monomers that undergo polymerization reaction with radical initiators such as acrylamide, substituted acrylamide, methacrylamide, and substituted methacrylamide and the like. These mixtures can be mentioned.

前述した共重合体においては、加熱等により、ニトリル基とカルボキシル基が環化してポリメタクリルイミド構造を形成するため、架橋性単量体の使用は必須ではないが、架橋性単量体を用いる場合は、2以上の重合性炭素−炭素二重結合(−C=C−)を有する多官能性単量体が好適である。その重合性炭素−炭素二重結合としては、ビニル基、メタクリル基、アクリル基及びアリル基が挙げられる。また、各重合性炭素−炭素二重結合は、同一でも、相互に異なっていてもよい。   In the above-described copolymer, the nitrile group and the carboxyl group are cyclized by heating or the like to form a polymethacrylimide structure, so the use of the crosslinkable monomer is not essential, but the crosslinkable monomer is used. In this case, a polyfunctional monomer having two or more polymerizable carbon-carbon double bonds (—C═C—) is preferable. Examples of the polymerizable carbon-carbon double bond include a vinyl group, a methacryl group, an acrylic group, and an allyl group. Moreover, each polymerizable carbon-carbon double bond may be the same or different from each other.

シェル2を構成する共重合体に使用される架橋性単量体としては、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、これらの誘導体等の芳香族ジビニル化合物;エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート等のジエチレン性不飽和カルボン酸エステル、トリエチレングリコールジアクリレート及びトリエチレングリコールジメタクリレート等のポリエチレン性不飽和カルボン酸エステル、1,4−ブタンジオール、1,9−ノナンジオール等の脂肪族両末端アルコール由来のアクリレート又はメタクリレート、N,N−ジビニルアニリン、ジビニルエーテル等のジビニル化合物等の二官能の架橋性単量体等が挙げられる。   Examples of the crosslinkable monomer used in the copolymer constituting the shell 2 include aromatic divinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene, and derivatives thereof; ethylene glycol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, ethylene glycol di Diethylenically unsaturated carboxylic acid esters such as methacrylate and diethylene glycol dimethacrylate, polyethylenically unsaturated carboxylic acid esters such as triethylene glycol diacrylate and triethylene glycol dimethacrylate, 1,4-butanediol, 1,9-nonanediol, etc. And bifunctional cross-linkable monomers such as divinyl compounds such as acrylates or methacrylates derived from both aliphatic terminal alcohols, N, N-divinylaniline, and divinyl ether.

他の架橋性単量体としては、例えば、トリアクリル酸トリメチロールプロパン、トリメタクリル酸トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、トリアクリルホルマール等の三官能架橋性単量体、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート等の四官能以上の架橋性単量体、並びにトリアリルシアヌレート又はトリアリルイソシアヌレート等が挙げられる。   Examples of other crosslinkable monomers include trifunctional crosslinkable monomers such as trimethylolpropane triacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol trimethacrylate, and triacryl formal, Examples thereof include tetrafunctional or more cross-linkable monomers such as erythritol tetraacrylate, pentaerythritol tetramethacrylate, dipentaerythritol hexaacrylate, dipentaerythritol hexamethacrylate, triallyl cyanurate or triallyl isocyanurate.

なお、架橋性単量体を添加する場合は、相互に異なる2以上の単量体を混合して使用してもよい。ただし、架橋性単量体量が全単量体量あたり1モル%を超えると、マイクロスフェアー1の発泡倍率が著しく低下するため、架橋性単量体の添加量は0〜1モル%とすることが好ましく、より好ましくは0.4モル%以下、特に好ましくは0.3モル%以下である。   In addition, when adding a crosslinkable monomer, you may mix and use two or more monomers which are mutually different. However, if the amount of the crosslinkable monomer exceeds 1 mol% per total monomer amount, the foaming ratio of the microsphere 1 is remarkably lowered, so the addition amount of the crosslinkable monomer is 0 to 1 mol%. More preferably, it is 0.4 mol% or less, and particularly preferably 0.3 mol% or less.

一方、アクリロニトリル系重合体としては、例えば、(メタ)アクリロニトリルの重合体、又は(メタ)アクリロニトリルとビニル系単量体との共重合体が挙げられる。ここで、(メタ)アクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体としては、例えば、塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン及び酢酸ビニル等がある。   On the other hand, examples of the acrylonitrile-based polymer include a polymer of (meth) acrylonitrile or a copolymer of (meth) acrylonitrile and a vinyl monomer. Here, examples of the vinyl monomer copolymerizable with (meth) acrylonitrile include vinylidene chloride, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, styrene, and vinyl acetate.

このようなアクリルニトリル系重合体としては、(a)アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群から選択された少なくとも1種の単量体:30〜100質量%と、(b)塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン及び酢酸ビニルからなる群から選択された少なくとも1種の単量体:0〜70質量%とを重合して得られる(共)重合体を使用することが望ましい。なお、(メタ)アクリロニトリルの割合が30質量%未満のアクリルニトリル系重合体を使用すると、耐溶剤性や耐熱性が不十分になることがある。   Examples of such acrylonitrile-based polymers include (a) at least one monomer selected from the group consisting of acrylonitrile and methacrylonitrile: 30 to 100% by mass, and (b) vinylidene chloride and acrylate ester. It is desirable to use a (co) polymer obtained by polymerizing at least one monomer selected from the group consisting of methacrylate ester, styrene and vinyl acetate: 0 to 70% by mass. In addition, when the acrylonitrile-type polymer whose ratio of (meth) acrylonitrile is less than 30 mass% is used, solvent resistance and heat resistance may become inadequate.

又は、アクリルニトリル系重合体として、(a−1)アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群から選択された少なくとも1種の単量体:51〜100質量%と、(b−2)塩化ビニリデン:0〜40質量%と、(b−2)アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群から選択された少なくとも1種の単量体:0〜48質量%とを重合して得られる(共)重合体を使用することもできる。   Or, as the acrylonitrile-based polymer, (a-1) at least one monomer selected from the group consisting of acrylonitrile and methacrylonitrile: 51 to 100% by mass; and (b-2) vinylidene chloride: 0 (Co) polymer obtained by polymerizing ˜40 mass% and (b-2) at least one monomer selected from the group consisting of acrylic acid ester and methacrylic acid ester: 0 to 48 mass% Can also be used.

又は、アクリルニトリル系重合体として、(a−2)アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群から選択された少なくとも1種の単量体:80〜100質量%と、(b−3)塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン及び酢酸ビニルからなる群から選択された少なくとも1種の単量体:0〜20質量%とを重合して得られる(共)重合体を使用してもよい。   Or, as the acrylonitrile-based polymer, (a-2) at least one monomer selected from the group consisting of acrylonitrile and methacrylonitrile: 80 to 100% by mass, and (b-3) vinylidene chloride, acrylic A (co) polymer obtained by polymerizing at least one monomer selected from the group consisting of acid ester, methacrylate ester, styrene and vinyl acetate: 0 to 20% by mass may be used.

次に、前述した構成のマイクロスフェアー1を製造する方法について説明する。本実施形態の熱膨張性マイクロスフェアー1は、分散安定剤を含有する水系分散媒体中において、50%蒸留温度が180℃以上の軽質パラフィン系炭化水素からなる発泡剤の存在下で、重合性単量体を懸濁重合することにより製造することができる。   Next, a method for manufacturing the microsphere 1 having the above-described configuration will be described. The thermally expandable microsphere 1 of the present embodiment is polymerizable in an aqueous dispersion medium containing a dispersion stabilizer in the presence of a foaming agent composed of light paraffinic hydrocarbons having a 50% distillation temperature of 180 ° C. or higher. It can be produced by subjecting the monomer to suspension polymerization.

具体的には、先ず、少なくとも重合性単量体及び50%蒸留温度が180℃以上の軽質パラフィン系炭化水素(発泡剤3)を含有する油性の重合性単量体混合物と、水系分散媒体とを撹拌混合し、水系分散媒体中に重合性単量体混合物を分散させて、重合性単量体混合物の液滴を形成する。以下、この工程を「造粒工程」という。   Specifically, first, an oily polymerizable monomer mixture containing at least a polymerizable monomer and a light paraffinic hydrocarbon (foaming agent 3) having a 50% distillation temperature of 180 ° C. or higher, an aqueous dispersion medium, And the polymerizable monomer mixture is dispersed in the aqueous dispersion medium to form droplets of the polymerizable monomer mixture. Hereinafter, this process is referred to as “granulation process”.

この造粒工程により得られる液滴の平均粒径は、目的とするマイクロスフェアー1の平均粒径とほぼ一致させることが好ましく、通常1〜500μm、好ましくは3〜300μm、特に好ましくは、5〜200μmである。   It is preferable that the average particle size of the droplets obtained by this granulation step is approximately the same as the average particle size of the target microsphere 1, usually 1 to 500 μm, preferably 3 to 300 μm, particularly preferably 5 ~ 200 μm.

また、得られるマイクロスフェアー1の粒径分布をよりシャープにするためには、水系分散媒体及び重合性単量体混合物を連続式高速回転高剪断型攪拌分散機内に供給し、この攪拌分散機中で両者を連続的に攪拌して分散させた後、得られた分散液を重合槽内に注入し、その内で懸濁重合を行うことが望ましい。   Further, in order to make the particle size distribution of the obtained microsphere 1 sharper, the aqueous dispersion medium and the polymerizable monomer mixture are supplied into a continuous high-speed rotation high shear type stirring and dispersing machine. It is desirable to continuously stir and disperse both of them, and then inject the resulting dispersion into a polymerization tank and perform suspension polymerization therein.

一方、重合性単量体混合物を分散させる水系分散媒体は、通常、分散安定剤や補助安定剤を脱イオン水に配合して調整する。その際使用する分散安定剤としては、例えば、シリカ及び水酸化マグネシウム等の無機微粒子を挙げることができる。また、分散安定剤としては、ジエタノールアミンと脂肪族ジカルボン酸の縮合生成物、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド及び各種乳化剤等の補助安定剤が挙げられる。   On the other hand, the aqueous dispersion medium in which the polymerizable monomer mixture is dispersed is usually prepared by blending a dispersion stabilizer or auxiliary stabilizer with deionized water. Examples of the dispersion stabilizer used in this case include inorganic fine particles such as silica and magnesium hydroxide. Further, examples of the dispersion stabilizer include auxiliary stabilizers such as a condensation product of diethanolamine and an aliphatic dicarboxylic acid, polyvinylpyrrolidone, polyethylene oxide, and various emulsifiers.

これら分散安定剤及び分散補助剤の配合量は、重合性単量体100質量部に対して、0.1〜20質量部とすることが好ましい。これらの添加量が0.1質量%未満の場合、液滴が不安定となり、造粒できなくなることがある。また、これらの添加量が20質量%を超えると、得られるマイクロスフェアー1の粒度分布がブロードになり、低温で発泡するものの割合が増えることがある。   The blending amount of these dispersion stabilizer and dispersion aid is preferably 0.1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymerizable monomer. If the amount added is less than 0.1% by mass, the droplets may become unstable and granulation may not be possible. Moreover, when these addition amounts exceed 20 mass%, the particle size distribution of the obtained microsphere 1 will become broad, and the ratio of what foams at low temperature may increase.

分散安定剤の好ましい組み合わせの1つとして、コロイダルシリカと縮合生成物との組み合わせがある。縮合生成物としては、ジエタノールアミンと脂肪族ジカルボン酸との縮合生成物が好ましく、特にジエタノールアミンとアジピン酸との縮合物や、ジエタノールアミンとイタコン酸との縮合生成物が好ましい。縮合生成物の酸価は、60以上95未満であることが好ましく、65〜90であることがより好ましい。   One preferred combination of dispersion stabilizers is a combination of colloidal silica and a condensation product. As the condensation product, a condensation product of diethanolamine and an aliphatic dicarboxylic acid is preferable, and a condensation product of diethanolamine and adipic acid or a condensation product of diethanolamine and itaconic acid is particularly preferable. The acid value of the condensation product is preferably 60 or more and less than 95, and more preferably 65 to 90.

また、これらと併せて、塩化ナトリウム及び硫酸ナトリウム等の無機塩を添加してもよい。これにより、マイクロスフェアー1の粒子形状をより均一にすることができる。なお、無機塩としては、通常、食塩が好適に用いられる。   In addition to these, inorganic salts such as sodium chloride and sodium sulfate may be added. Thereby, the particle shape of the microsphere 1 can be made more uniform. In general, sodium chloride is preferably used as the inorganic salt.

この場合のコロイダルシリカの添加量は、その粒子径によっても変わるが、通常、重合性単量体100質量部に対して、0.5〜20質量部、好ましくは1〜15質量部である。また、縮合生成物は、重合性単量体100質量部に対して、通常、0.05〜2質量部の割合で使用される。更に、無機塩は、重合性単量体100質量部に対して、0〜100質量部の割合で使用される。   The amount of colloidal silica added in this case varies depending on the particle diameter, but is usually 0.5 to 20 parts by mass, preferably 1 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymerizable monomer. Moreover, a condensation product is normally used in the ratio of 0.05-2 mass parts with respect to 100 mass parts of polymerizable monomers. Furthermore, an inorganic salt is used in the ratio of 0-100 mass parts with respect to 100 mass parts of polymerizable monomers.

分散安定剤の他の好ましい組み合わせとしては、コロイダルシリカと水溶性窒素含有物との組み合わせが挙げられる。これらの中でも、コロイダルシリカとポリビニルピロリドンとの組み合わせが好適である。   Another preferred combination of the dispersion stabilizer is a combination of colloidal silica and a water-soluble nitrogen-containing material. Among these, a combination of colloidal silica and polyvinylpyrrolidone is preferable.

また、水酸化マグネシウム及び/又はリン酸カルシウムと乳化剤とを組み合わせてもよい。その場合、分散安定剤として、水溶性多価金属塩化合物(例えば、塩化マグネシウム)と水酸化アルカリ金属(例えば、水酸化ナトリウム)との水相中での反応により得られる難水溶性金属水酸化物(例えば、水酸化マグネシウム)のコロイドを用いることもできる。また、リン酸カルシウムとしては、リン酸ナトリウムと塩化カルシウムとの水相中での反応生成物を使用することができる。更に、乳化剤には、ジアルキルスルホコハク酸塩やポリオキシエチレンアルキル(アリル)エーテルのリン酸エステル等の陰イオン性界面活性剤を使用することができる。   Further, magnesium hydroxide and / or calcium phosphate and an emulsifier may be combined. In that case, a hardly water-soluble metal hydroxide obtained by a reaction in a water phase of a water-soluble polyvalent metal salt compound (for example, magnesium chloride) and an alkali metal hydroxide (for example, sodium hydroxide) as a dispersion stabilizer. Colloids of products (eg, magnesium hydroxide) can also be used. Moreover, as calcium phosphate, the reaction product in the aqueous phase of sodium phosphate and calcium chloride can be used. Furthermore, an anionic surfactant such as dialkylsulfosuccinate or polyoxyethylene alkyl (allyl) ether phosphate ester can be used as the emulsifier.

引き続き、重合性開始剤を用いて、重合性単量体の懸濁重合を行う。懸濁重合は、反応槽内を脱気するか又は不活性ガスで置換して、30〜100℃の温度に昇温して行う。また、懸濁重合中、重合温度は一定の温度に制御してもよいし、段階的に昇温してもよい。この懸濁重合工程により、生成重合体から形成されたシェル2内に発泡剤3が封入された構造のマイクロスフェアー1が得られる。   Subsequently, suspension polymerization of the polymerizable monomer is performed using the polymerizable initiator. The suspension polymerization is carried out by degassing the inside of the reaction vessel or replacing it with an inert gas and raising the temperature to 30 to 100 ° C. Further, during suspension polymerization, the polymerization temperature may be controlled to a constant temperature, or may be raised stepwise. By this suspension polymerization step, the microsphere 1 having a structure in which the foaming agent 3 is enclosed in the shell 2 formed from the produced polymer is obtained.

重合時の水相のpHは、使用する分散安定剤や補助安定剤の種類によって適宜設定することができる。例えば、分散安定剤としてコロイダルシリカ等のシリカを使用する場合は、酸性環境下で重合が行われる。水系分散媒体を酸性にするには、必要に応じて酸を加えて、反応系のpHを6以下、好ましくはpH3〜4程度に調整する。一方、水酸化マグネシウムやリン酸カルシウム等の酸性環境下で水系分散媒体に溶解する分散安定剤を使用している場合には、アルカリ性環境下で重合させる。   The pH of the aqueous phase at the time of polymerization can be appropriately set depending on the type of dispersion stabilizer and auxiliary stabilizer used. For example, when silica such as colloidal silica is used as a dispersion stabilizer, polymerization is performed in an acidic environment. In order to make the aqueous dispersion medium acidic, an acid is added as necessary to adjust the pH of the reaction system to 6 or less, preferably about pH 3 to 4. On the other hand, when a dispersion stabilizer that dissolves in an aqueous dispersion medium in an acidic environment, such as magnesium hydroxide or calcium phosphate, is used, the polymerization is performed in an alkaline environment.

また、懸濁重合で使用する重合開始剤としては、この技術分野で一般に使用されているものを採用できるが、重合性単量体に可溶性である油溶性重合開始剤が好ましい。このような重合開始剤としては、例えば、過酸化ジアルキル、過酸化ジアシル、パーオキシエステル、パーオキシジカーボネート、及びアゾ化合物が挙げられる。   Moreover, as a polymerization initiator used by suspension polymerization, what is generally used in this technical field can be adopted, but an oil-soluble polymerization initiator that is soluble in a polymerizable monomer is preferable. Examples of such polymerization initiators include dialkyl peroxides, diacyl peroxides, peroxyesters, peroxydicarbonates, and azo compounds.

重合開始剤のより具体的な例としては、メチルエチルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド等の過酸化ジアルキル;イソブチルパーキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド等の過酸化ジアシル、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、クミルパーオキシネオデカノエート、(α、α−ビス−ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン等のパーオキシエステル、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピル−オキシジカーボネート、ジ−イソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(2−エチルエチルパーオキシ)ジカーボネート、ジ−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチルパーオキシ)ジカーボネート等のパーオキシジカーボネート;2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(4−メトキシ)−2,4−ジメチルバレロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1’−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)等のアゾ化合物等を挙げることができる。   More specific examples of the polymerization initiator include dialkyl peroxides such as methyl ethyl peroxide, di-t-butyl peroxide, dicumyl peroxide; isobutyl peroxide, benzoyl peroxide, 2,4-dichlorobenzoyl peroxide. Diacyl peroxide such as oxide, 3,5,5-trimethylhexanoyl peroxide, t-butyl peroxypivalate, t-hexyl peroxypivalate, t-butyl peroxyneodecanoate, t-hexyl peroxy Neodecanoate, 1-cyclohexyl-1-methylethylperoxyneodecanoate, 1,1,3,3-tetramethylbutylperoxyneodecanoate, cumylperoxyneodecanoate, (α, α -Bis-neodecanoyl peroxy) diisopropylbenzene, etc. Peroxyester, bis (4-t-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate, di-n-propyl-oxydicarbonate, di-isopropylperoxydicarbonate, di (2-ethylethylperoxy) dicarbonate, di -Peroxydicarbonates such as methoxybutylperoxydicarbonate and di (3-methyl-3-methoxybutylperoxy) dicarbonate; 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis (4 -Methoxy) -2,4-dimethylvaleronitrile, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), azo compounds such as 1,1′-azobis (1-cyclohexanecarbonitrile), and the like. it can.

これら重合開始剤は、通常、重合性単量体混合物中に含有させるが、早期重合を抑制する必要がある場合には、前述した造粒工程中又は造粒工程後に、その一部又は全部を水系分散媒体中に添加して、重合性単量体混合物の液滴中に移行させてもよい。また、重合開始剤の添加量は、水系分散媒体の質量に対して、0.0001〜3質量%とすることが望ましい。重合開始剤の添加量が0.0001質量%未満の場合、重合速度が低下して重合時間が長くなるため、生産性が低下することがあり、また、3質量%を超えると、単位時間あたりの重合発熱が大きくなり、重合のコントロールが難しくためである。   These polymerization initiators are usually contained in the polymerizable monomer mixture. However, when it is necessary to suppress early polymerization, a part or all of the polymerization initiator is included during or after the granulation step. It may be added to an aqueous dispersion medium and transferred into droplets of a polymerizable monomer mixture. The addition amount of the polymerization initiator is desirably 0.0001 to 3% by mass with respect to the mass of the aqueous dispersion medium. When the addition amount of the polymerization initiator is less than 0.0001% by mass, the polymerization rate decreases and the polymerization time becomes longer, so that the productivity may decrease. When it exceeds 3% by mass, per unit time This is because the polymerization exotherm becomes large and the polymerization is difficult to control.

また、水系分散媒体中に、前述した重合開始剤と併せて、重合助剤を存在させてもよい。この重合助剤としては、例えば、亜硝酸アルカリ金属塩、塩化第一スズ、塩化第二スズ、アスコルビン酸類及びホウ酸等が挙げられる。これらの化合物の存在下で懸濁重合を行うと、重合時に、重合粒子同士の凝集が抑制されるため、重合物が重合缶壁に付着することがなく、重合による発熱を効率的に除去しながら安定して熱発泡性マイクロスフェアーを製造することができる。   Further, in the aqueous dispersion medium, a polymerization aid may be present together with the polymerization initiator described above. Examples of the polymerization aid include alkali metal nitrites, stannous chloride, stannic chloride, ascorbic acids, boric acid and the like. When suspension polymerization is performed in the presence of these compounds, aggregation of polymer particles is suppressed during the polymerization, so that the polymer does not adhere to the polymerization can wall, and the heat generated by the polymerization is efficiently removed. However, a thermally foamable microsphere can be produced stably.

重合助剤として亜硝酸アルカリ金属塩を使用する場合は、入手の容易性や価格の点から、亜硝酸ナトリウム及び亜硝酸カリウムが好適である。また、アスコルビン酸類としては、アルコルビン酸、アスコルビン酸の金属塩及びアスコルビン酸のエステル等が挙げられるが、これらの中でも水可溶性のものが好適に用いられる。水溶性アスコルビン酸類の中でも、入手の容易性や価格、作用効果の観点から、L−アスコルビン酸(ビタミンC)、アスコルビン酸ナトリウム及びアスコルビン酸カリウムが、特に好適である。なお、水可溶性アルコルビン酸類とは、23℃の水に対する溶解性が1g/100cm以上であるものを指す。 In the case of using an alkali metal nitrite as a polymerization aid, sodium nitrite and potassium nitrite are preferred from the viewpoint of availability and price. Examples of ascorbic acids include alcorbic acid, metal salts of ascorbic acid, and esters of ascorbic acid. Among these, water-soluble ones are preferably used. Among water-soluble ascorbic acids, L-ascorbic acid (vitamin C), sodium ascorbate, and potassium ascorbate are particularly preferable from the viewpoints of availability, price, and effects. The water-soluble alcorbic acid refers to those having a solubility in water at 23 ° C. of 1 g / 100 cm 3 or more.

これらの化合物からなる重合助剤は、重合性単量体100質量部に対して、通常、0.001〜10質量部、好ましくは0.01〜5質量部の割合で添加することが望ましい。なお、重合助剤の添加量が0.001質量部の場合、重合粒子同士の凝集を充分に抑制できないことがあり、また、10質量部を超えて添加すると、重合抑制の効果が大きくなりすぎて、発泡性能の低下を招くことがある。   The polymerization assistant composed of these compounds is usually added in a proportion of 0.001 to 10 parts by mass, preferably 0.01 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymerizable monomer. In addition, when the addition amount of the polymerization aid is 0.001 part by mass, the aggregation of the polymer particles may not be sufficiently suppressed. When the addition amount exceeds 10 parts by mass, the effect of suppressing the polymerization becomes too large. As a result, the foaming performance may be reduced.

また、水系分散媒体中に前述した各成分を添加する順序は任意であるが、通常は、脱イオン水に、分散安定剤、必要に応じて安定助剤や重合助剤等を加えて水系分散媒体を調整する。更に、発泡剤3、ニトリル系単量体及びカルボキシル基を有する単量体等の重合性単量体、更に必要に応じて添加されるビニル単量体及び架橋性単量体等は、それぞれ別々に水系分散媒体に添加し、水系分散媒体中で一体化して重合性単量体混合物(油性の混合物)を形成してもよいが、通常は、予めこれらを混合してから、水系分散媒体中に添加する。   In addition, the order of adding the above-described components to the aqueous dispersion medium is arbitrary, but usually an aqueous dispersion is added to deionized water by adding a dispersion stabilizer and, if necessary, a stabilizing aid or a polymerization aid. Adjust the media. Further, the foaming agent 3, the polymerizable monomer such as the nitrile monomer and the monomer having a carboxyl group, and the vinyl monomer and the crosslinkable monomer which are added as necessary are separately provided. May be added to the aqueous dispersion medium and integrated in the aqueous dispersion medium to form a polymerizable monomer mixture (oil-based mixture). Add to.

重合開始剤は、予め重合性単量体に添加して使用することができるが、早期重合を避ける必要がある場合には、例えば、重合性単量体混合物を水系分散媒体中に添加し、攪拌しながら重合開始剤を加え、水系分散媒体中で一体化してもよい。また、重合性単量体混合物と水系分散媒体との混合を別の容器で行って、高剪断力を有する攪拌機や分散機で攪拌混合した後で、重合缶に仕込んでもよい。   The polymerization initiator can be used by adding to the polymerizable monomer in advance, but when it is necessary to avoid premature polymerization, for example, a polymerizable monomer mixture is added to the aqueous dispersion medium, While stirring, a polymerization initiator may be added and integrated in an aqueous dispersion medium. Alternatively, the polymerizable monomer mixture and the aqueous dispersion medium may be mixed in a separate container and stirred and mixed with a stirrer or disperser having high shearing force, and then charged into the polymerization can.

懸濁重合工程が終了した後、生成したマイクロスフェアー1を含有する反応混合物を、濾過、遠心分離又は沈降等の方法により処理し、反応混合物からマイクロスフェアー1を分離する。そして、分離したマイクロスフェアー1は、洗浄及び濾過した後、ウェットケーキの状態で回収される。また、必要に応じて、回収されたマイクロスフェアー1の表面を、各種材料でコーティングすることもできる。   After the suspension polymerization process is completed, the reaction mixture containing the produced microsphere 1 is treated by a method such as filtration, centrifugation, or sedimentation to separate the microsphere 1 from the reaction mixture. And the separated microsphere 1 is collect | recovered in the state of a wet cake, after wash | cleaning and filtering. Moreover, the surface of the recovered microsphere 1 can be coated with various materials as necessary.

次に、本実施形態の熱膨張性マイクロスフェアー1の膨張特性について説明する。図2は横軸に温度をとり、縦軸に膨張倍率をとって、熱膨張性マイクロスフェアー1の膨張挙動を示すグラフ図である。図2に示すように、マイクロスフェアー1を加熱していくと、発泡剤3が気化して内圧が上昇すると共に、シェル2が軟化して、体積の膨張が始まる。そして、加熱温度がこの発泡開始温度(TStart)を超えると、所定の膨張倍率に達するまで、マイクロスフェアー1の体積の増加が続く。 Next, the expansion characteristic of the thermally expandable microsphere 1 of this embodiment will be described. FIG. 2 is a graph showing the expansion behavior of the thermally expandable microsphere 1 with the temperature on the horizontal axis and the expansion ratio on the vertical axis. As shown in FIG. 2, when the microsphere 1 is heated, the foaming agent 3 is vaporized to increase the internal pressure, the shell 2 is softened, and volume expansion starts. When the heating temperature exceeds the foaming start temperature (T Start ), the volume of the microsphere 1 continues to increase until a predetermined expansion ratio is reached.

また、この膨張した状態でマイクロスフェアー1を冷却すると、シェル2が固化して、その形状が保持される。一方、膨張倍率が最大となる温度、即ち最大膨張温度(Tmax)を超えて、更に加熱し続けると、シェル2から発泡剤3が漏出して内圧が低下するため、マイクロスフェアー1は収縮する。 Further, when the microsphere 1 is cooled in this expanded state, the shell 2 is solidified and its shape is maintained. On the other hand, if the temperature exceeds the temperature at which the expansion ratio becomes maximum, that is, the maximum expansion temperature (T max ), and the heating is continued, the foaming agent 3 leaks from the shell 2 and the internal pressure decreases, so that the microsphere 1 contracts. To do.

本実施形態のマクロフェアー1においては、発泡剤3として、50%蒸留温度が180℃以上の軽質パラフィン系炭化水素を使用しているため、従来品よりも、最大発泡温度(Tmax)及び泡開始温度(Tstart)が高くなっている。具体的には、最大発泡温度(Tmax)が290℃以上であり、かつ発泡開始温度(Tstart)が230℃よりも高くなっている。これにより、加工温度が高い合成樹脂、特に、エンジニアリングプラスチックへの適用が可能となる。 In the macrosphere 1 of the present embodiment, since the light paraffinic hydrocarbon having a 50% distillation temperature of 180 ° C. or higher is used as the foaming agent 3, the maximum foaming temperature (T max ) and foam are higher than those of the conventional products. The starting temperature (T start ) is high. Specifically, the maximum foaming temperature (T max ) is 290 ° C. or higher, and the foaming start temperature (T start ) is higher than 230 ° C. This makes it possible to apply to synthetic resins having a high processing temperature, particularly engineering plastics.

また、軽質パラフィン系炭化水素、特に軽質イソパラフィン系炭化水素は、分子が嵩高く、膨張後にシェル2から漏出しにくいため、本実施形態のマイクロスフェアー1は、従来品に比べて、高温下で保持したときの収縮度合いが小さく、へたりにくい。具体的には、270℃で20分間保持したときの変位量dと、最大発泡温度(Tmax)での変位量dとの比(d/d)を、0.3以上にすることができる。その結果、このマイクロスフェアー1は、射出成形等により成形加工される際に、シリンダ内や成形型内のような高温下で比較的長い時間保持された場合でも、膨張した状態を維持することができる。 In addition, since light paraffinic hydrocarbons, particularly light isoparaffinic hydrocarbons, are bulky and difficult to leak from the shell 2 after expansion, the microsphere 1 of the present embodiment is at a higher temperature than conventional products. The degree of shrinkage when held is small and it is difficult to sag. Specifically, the ratio (d 1 / d 2 ) between the displacement d 1 when held at 270 ° C. for 20 minutes and the displacement d 2 at the maximum foaming temperature (T max ) is 0.3 or more. can do. As a result, when the microsphere 1 is molded by injection molding or the like, it maintains an expanded state even when held for a relatively long time at a high temperature such as in a cylinder or a mold. Can do.

本実施形態のマイクロスフェアー1における発泡開始温度(Tstart)は、シェル2の軟化温度を変えることによって、任意に設定することができる。なお、シェル2の軟化温度は、重合体を構成する各単量体の配合割合を変えることにより、調整することができる。例えば、「加熱等によってポリメタクリルイミド構造が形成される共重合体」の場合は、ニトリル基とカルボキシル基の比率が等モルに近づく程、軟化温度が高くなり、発泡開始温度(Tstart)が上昇する。 The foaming start temperature (T start ) in the microsphere 1 of the present embodiment can be arbitrarily set by changing the softening temperature of the shell 2. The softening temperature of the shell 2 can be adjusted by changing the blending ratio of each monomer constituting the polymer. For example, in the case of “a copolymer in which a polymethacrylimide structure is formed by heating”, the softening temperature increases as the ratio of the nitrile group to the carboxyl group approaches equimolar, and the foaming start temperature (T start ) increases. To rise.

また、「アクリロニトリル系重合体」の場合は、ニトリル系単量体の比率を高めると、軟化温度が高くなり、発泡開始温度(Tstart)が上昇する。発泡開始温度(Tstart)を上げるには、ニトリル系単量体の中でも、特に、メタクリロニトリルの比率を増やすことが効果的である。なお、発泡開始温度(Tstart)を下げたい場合は、ニトリル系単量体の比率を下げればよい。 In the case of the “acrylonitrile polymer”, when the ratio of the nitrile monomer is increased, the softening temperature is increased and the foaming start temperature (T start ) is increased. In order to increase the foaming start temperature (T start ), it is particularly effective to increase the ratio of methacrylonitrile among nitrile monomers. In addition, what is necessary is just to reduce the ratio of a nitrile type monomer, when lowering foaming start temperature ( Tstart ).

また、発泡開始温度(Tstart)の調整には、発泡剤3として使用する軽質パラフィン系炭化水素の種類を変えることも有効である。より高沸点の軽質パラフィン系炭化水素を使用することで、発泡開始温度(Tstart)が高い熱膨張性マイクロスフェアーが得られる。 It is also effective to change the type of light paraffinic hydrocarbon used as the foaming agent 3 to adjust the foaming start temperature (T start ). By using a light paraffinic hydrocarbon having a higher boiling point, a thermally expandable microsphere having a high foaming start temperature (T start ) can be obtained.

一方、従来の熱膨張性イクロスフェアーでは、発泡開始温度(Tstart)よりも若干低い温度で加熱すると、発泡開始温度(Tstart)が低下するという現象が見られたが、ニトリル基とカルボキシル基とを備え、加熱等によってこれらの官能基の少なくとも一部が環化してポリメタクリルイミド構造を形成する共重合体、又はアクリロニトリル系重合体によりシェル2を形成することにより、このような発泡開始温度(Tstart)の低下も防止することができる。 On the other hand, in the conventional heat-expandable Lee cross fair, when slightly heated at a temperature lower than the foaming start temperature (T start), but the foaming start temperature (T start) was observed a phenomenon that decreases, nitrile group and a carboxyl And forming a shell 2 with a copolymer or acrylonitrile polymer in which at least a part of these functional groups are cyclized by heating or the like to form a polymethacrylimide structure. A decrease in temperature (T start ) can also be prevented.

このように、本実施形態の熱膨張性マイクロスフェアー1では、発泡剤3として、50%蒸留温度が180℃以上の軽質パラフィン系炭化水素を使用しているため、従来品よりも、最大発泡温度(Tmax)及び泡開始温度(Tstart)を高くすることができると共に、高温で保持したときの収縮度合いを小さくすることができる。これにより、高温で加工する用途においても、早期発泡及びへたりの発生を効果的に抑制することができる。その結果、エンジニアリングプラスチック等の高温で成形する合成樹脂へも適用することが可能となる。 Thus, in the thermally expansible microsphere 1 of this embodiment, since the light paraffin hydrocarbon whose 50% distillation temperature is 180 degreeC or more is used as the foaming agent 3, it is the largest foaming compared with a conventional product. it is possible to increase the temperature (T max) and foamed start temperature (T start), it is possible to reduce the shrinkage ratio when held at elevated temperatures. Thereby, also in the use processed at high temperature, generation | occurrence | production of an early foaming and a sag can be suppressed effectively. As a result, it can be applied to a synthetic resin that is molded at a high temperature such as an engineering plastic.

なお、本実施形態の熱膨張マイクロスフェアー1は、発泡剤として使用したり、ポリマー材料と混合して組成物としたりすることができる。また、未発泡のまま熱可塑性樹脂と溶融混練し、ペレット化することもでき、更には、ポリマー材料や塗料、インク等に配合し、加熱発泡して発泡体粒子を含有する物品(例えば、発泡成型品、発泡塗膜、発泡インク)とすることもできる。   In addition, the thermal expansion microsphere 1 of this embodiment can be used as a foaming agent, or can be mixed with a polymer material to form a composition. Further, it can be melt-kneaded with a thermoplastic resin in an unfoamed state and pelletized, and further blended with a polymer material, paint, ink, etc., and heated and foamed to contain an article (for example, foamed). (Molded article, foamed coating film, foamed ink).

次に、本発明の第2の実施形態に係る添加剤について説明する。本実施形態の添加剤は、前述した第1の実施形態の熱膨張性マイクロスフェアーを含有するものであり、合成樹脂(熱可塑性樹脂,熱硬化性樹脂)及びゴム等のポリマー材料、塗料、インク、壁紙、繊維材並びに各種資材等に使用される。例えば、これらの材料に本実施形態の添加剤を添加することにより、軽量化や多孔質化を図れると共に、スリップ性、断熱性、クッション性及び遮音性等の各種機能性を付与することができる。更に、熱膨張性マイクロスフェアーの膨張性を利用して、自動車等の塗料の充填剤、壁紙や発泡インク(T−シャツ等のレリーフ模様付け)の発泡剤、収縮防止剤等の用途にも利用することができる。   Next, the additive which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. The additive of the present embodiment contains the above-described thermally expandable microspheres of the first embodiment, and includes a polymer material such as a synthetic resin (thermoplastic resin, thermosetting resin) and rubber, a paint, Used for ink, wallpaper, textile materials and various materials. For example, by adding the additive of the present embodiment to these materials, it is possible to achieve weight reduction and porosity, and to impart various functionalities such as slip properties, heat insulation properties, cushion properties, and sound insulation properties. . Furthermore, by using the expansibility of thermally expansible microspheres, it can also be used as paint fillers for automobiles, foaming agents for wallpaper and foamed ink (relief patterns such as T-shirts), and anti-shrinking agents. Can be used.

本実施形態の添加剤が配合されるポリマー材料としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ABS(アクリル・ブタジエン・スチレン)樹脂、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン・イソプレンブロック共重合体(SIS)、水素添加SIS、天然ゴム、各種合成ゴム、及び熱可塑性ポリウレタン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the polymer material in which the additive of the present embodiment is blended include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyamide (PA), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), Polyphenylene sulfide (PPS), ABS (acrylic / butadiene / styrene) resin, styrene / butadiene / styrene block copolymer (SBS), styrene / isoprene block copolymer (SIS), hydrogenated SIS, natural rubber, various synthetic rubbers , And thermoplastic polyurethane, but are not limited thereto.

また、本実施形態の添加剤に含まれる熱膨張性マイクロスフェアーは、加熱により膨張させた状態及び未発泡の状態のどちらでもよい。更に、本実施形態の添加剤には、前述した熱膨張性マイクロスフェアー以外に、例えば、化学発泡剤やガラスバルーン等を配合することもできる。   Moreover, the thermally expandable microsphere contained in the additive of the present embodiment may be in a state expanded by heating or an unexpanded state. Furthermore, in addition to the above-described thermally expandable microspheres, for example, a chemical foaming agent, a glass balloon, or the like can be blended with the additive of the present embodiment.

本実施形態の添加剤は、耐熱性に優れる熱膨張性マイクロスフェアーを含有しているため、混練加工、カレンダー加工、押出し加工及び射出成形等の加工工程を必要とする用途分野にも好適に用いることができ、高温で成形加工する用途にも適用することができる。また、本実施形態の添加剤は、熱膨張性マイクロスフェアーの発泡倍率が高く、へたりも少ないため、その添加量を少なくすることができ、加工ウインドウを広くとることができる。   Since the additive of the present embodiment contains thermally expandable microspheres with excellent heat resistance, it is also suitable for application fields that require processing steps such as kneading, calendering, extrusion, and injection molding. It can be used, and can also be applied to applications for molding at high temperatures. In addition, since the additive of the present embodiment has a high expansion ratio of the thermally expandable microsphere and a small amount of sag, the amount of the additive can be reduced and the processing window can be widened.

次に、本発明の第3の実施形態に係る成形体について説明する。本実施形態の成形体は、少なくとも、前述した第1の実施形態の熱膨張性マイクロスフェアーと、各種ポリマー材料及び/又は繊維材料とで構成されている。本実施形態の樹脂成形体で使用するポリマー材料は、例えば、PE、PP、PS、PA、PET、PBT、PPS、ABS樹脂、SBS、SIS、水素添加SIS、天然ゴム、各種合成ゴム、及び熱可塑性ポリウレタン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Next, the molded object which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. The molded body of this embodiment is composed of at least the above-described thermally expandable microsphere of the first embodiment and various polymer materials and / or fiber materials. Polymer materials used in the resin molded body of the present embodiment include, for example, PE, PP, PS, PA, PET, PBT, PPS, ABS resin, SBS, SIS, hydrogenated SIS, natural rubber, various synthetic rubbers, and heat. Examples include, but are not limited to, plastic polyurethane.

また、本実施形態の成形体に含まれる熱膨張性マイクロスフェアーは、加熱により膨張させた状態、未発泡の状態及び収縮した状態のいずれでもよい。   Further, the thermally expandable microsphere contained in the molded body of the present embodiment may be in a state expanded by heating, an unfoamed state, or a contracted state.

本実施形態の成形体は、耐熱性に優れた熱膨張性マイクロスフェアーを含有しているため、従来困難であったポリアミド等のエンジニアリングプラスチックを使用した成形体の軽量化及び意匠性付与等を実現することができる。 Since the molded body of the present embodiment contains thermally expandable microspheres with excellent heat resistance, it has been difficult to reduce the weight of the molded body using an engineering plastic such as polyamide and impart designability. Can be realized.

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、先ず、以下に示す方法で実施例1〜4及び比較例1〜3の熱膨張性マイクロスフェアーを作製した。   Hereinafter, the effects of the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention. In this example, first, thermally expandable microspheres of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were prepared by the following method.

(実施例1)
(i)水系分散媒体の調製
20質量%コロイダルシリカ(溶媒:水)40g、50質量%ジエタノールアミン−アジピン酸縮合生成物(酸価:78mgKOH/g,溶媒:水)1.6g、亜硝酸ナトリウム0.12g、塩化ナトリウム177g、水565gを混合した後、塩酸を添加してpHが3.2になるように調整して、水系分散媒体とした。
Example 1
(I) Preparation of aqueous dispersion medium 20% by weight colloidal silica (solvent: water) 40 g, 50% by weight diethanolamine-adipic acid condensation product (acid value: 78 mgKOH / g, solvent: water) 1.6 g, sodium nitrite 0 .12 g, 177 g of sodium chloride, and 565 g of water were mixed, and hydrochloric acid was added to adjust the pH to 3.2 to obtain an aqueous dispersion medium.

(ii)重合性混合物の調製
重合単量体としてメタクリロニトリル140g及びメタクリル酸60g、発泡剤として軽質イソパラフィン系炭化水素40g、並びに重合開始剤として2,2´−アゾビスイソブチロニトリル2gを混合して、重合性混合物を調製した。その際、軽質イソパラフィン系炭化水素には、出光石油化学社製 IPソルベント2835(50%蒸留温度:316℃)36gと、イソオクタン(沸点:99℃)4gの混合物を使用した。なお、メタクリロニトリルとメタクリル酸のモル比は、おおよそ2:0.7であった。本実施例において、IPソルベントにイソオクタンを混合しているのは、低沸点成分を追加することにより、初期発泡性を向上させるためである。また、IPソルベント中にもイソオクタンは含まれているため、その50%蒸留温度が大きく低下することはなく、これらの混合物の50%蒸留温度は313℃であった。
(Ii) Preparation of polymerizable mixture: 140 g of methacrylonitrile and 60 g of methacrylic acid as polymerization monomers, 40 g of light isoparaffinic hydrocarbon as a foaming agent, and 2 g of 2,2′-azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator. Mixing to prepare a polymerizable mixture. At that time, a mixture of 36 g of IP solvent 2835 (50% distillation temperature: 316 ° C.) manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. and 4 g of isooctane (boiling point: 99 ° C.) was used as the light isoparaffinic hydrocarbon. The molar ratio of methacrylonitrile and methacrylic acid was approximately 2: 0.7. In the present embodiment, isooctane is mixed with the IP solvent in order to improve the initial foamability by adding a low boiling point component. Moreover, since isooctane was contained in the IP solvent, the 50% distillation temperature thereof was not greatly lowered, and the 50% distillation temperature of these mixtures was 313 ° C.

(iii)懸濁重合
前述した方法で調整した水系分散媒体と重合性混合物とを、ホモジナイザーで攪拌混合し、水系分散媒体中に重合性単量体混合物の微小な液滴を形成した。そして、この重合性混合物の微小な液滴を含有する水系分散媒体を、攪拌機付きの重合缶(容積:1.5リットル)に仕込み、温水バスを用いて重合缶全体を60℃で15時間加熱した後、更に70℃で9時間加熱して重合反応を進行させた。その後、生成したマイクロスフェアーを含有するスラリーを、濾過及び水洗した後、乾燥して実施例1の熱膨張性マイクロスフェアーを得た。
(Iii) Suspension polymerization The aqueous dispersion medium prepared by the above-described method and the polymerizable mixture were stirred and mixed with a homogenizer to form fine droplets of the polymerizable monomer mixture in the aqueous dispersion medium. Then, an aqueous dispersion medium containing minute droplets of this polymerizable mixture is charged into a polymerization can equipped with a stirrer (volume: 1.5 liter), and the entire polymerization can is heated at 60 ° C. for 15 hours using a hot water bath. Then, the polymerization reaction was further advanced by heating at 70 ° C. for 9 hours. Thereafter, the slurry containing the produced microspheres was filtered and washed with water, and then dried to obtain the thermally expandable microspheres of Example 1.

(実施例2)
重合単量体としてメタクリロニトリル80g及びメタクリル酸60gを使用すると共に、発泡剤(軽質イソパラフィン系炭化水素)として出光石油化学社製 IPソルベント2835を単独で20g使用し、それ以外は、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、実施例2の熱膨張性マイクロスフェアーを作製した。
(Example 2)
While using 80 g of methacrylonitrile and 60 g of methacrylic acid as a polymerization monomer, 20 g of IP Solvent 2835 manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. alone is used as a foaming agent (light isoparaffinic hydrocarbon). The thermally expandable microsphere of Example 2 was produced by the same method and conditions as in Example 1.

(実施例3)
重合単量体としてメタクリロニトリル120g及びメタクリル酸80gを使用すると共に、発泡剤(軽質イソパラフィン系炭化水素)として、出光石油化学社製 IPソルベント2835:36g及びイソドデカン(沸点:178℃):4gの混合物40gを使用し、それ以外は、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、実施例3の熱膨張性マイクロスフェアーを作製した。なお、本実施例において、IPソルベントにイソドデカンを混合しているのは、前述した実施例1と同様の理由である。また、イソドデカンもIPソルベントの50%蒸留温度を大きく低下させることはなく、この実施例3で使用した発泡剤(混合物)の50%蒸留温度は313℃であった。
(Example 3)
While 120 g of methacrylonitrile and 80 g of methacrylic acid are used as polymerization monomers, IP solvent 2835: 36 g and isododecane (boiling point: 178 ° C.): 4 g made by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. as a blowing agent (light isoparaffinic hydrocarbon) A thermally expandable microsphere of Example 3 was prepared in the same manner and under the same conditions as in Example 1 except that 40 g of the mixture was used. In this example, isododecane is mixed in the IP solvent for the same reason as in Example 1 described above. Also, isododecane did not significantly reduce the 50% distillation temperature of the IP solvent, and the blowing agent (mixture) used in Example 3 had a 50% distillation temperature of 313 ° C.

(実施例4)
発泡剤(軽質イソパラフィン系炭化水素)として、出光石油化学社製 IPソルベント2835:30g及びイソオクタン:10gの混合物を40g使用した以外は、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、実施例4の熱膨張性マイクロスフェアーを作製した。なお、この実施例4で使用した発泡剤(混合物)の50%蒸留温度は302℃であった。
Example 4
Example 4 was the same as Example 1 except that 40 g of a mixture of IP solvent 2835: 30 g and isooctane: 10 g manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. was used as the blowing agent (light isoparaffinic hydrocarbon). Thermally expandable microspheres were prepared. The 50% distillation temperature of the foaming agent (mixture) used in Example 4 was 302 ° C.

(比較例1)
発泡剤として、イソドデカン60gを使用した以外は、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、比較例1の熱膨張性マイクロスフェアーを作製した。
(Comparative Example 1)
A thermally expandable microsphere of Comparative Example 1 was produced in the same manner and under the same conditions as in Example 1 except that 60 g of isododecane was used as the foaming agent.

(比較例2)
発泡剤として、イソドデカン60gを使用した以外は、前述した実施例2と同様の方法及び条件で、比較例2の熱膨張性マイクロスフェアーを作製した。
(Comparative Example 2)
A thermally expandable microsphere of Comparative Example 2 was produced by the same method and conditions as in Example 2 described above, except that 60 g of isododecane was used as the foaming agent.

(比較例3)
発泡剤として、イソドデカン30gを使用した以外は、前述した実施例3と同様の方法及び条件で、比較例3の熱膨張性マイクロスフェアーを作製した。
(Comparative Example 3)
A thermally expandable microsphere of Comparative Example 3 was produced in the same manner and under the same conditions as in Example 3 except that 30 g of isododecane was used as the foaming agent.

これら実施例及び比較例の各マイクロスフェアーにおけるシェル及び発泡剤の組成を下記表1にまとめて示す。   The composition of the shell and the foaming agent in each microsphere of these examples and comparative examples is summarized in Table 1 below.

Figure 0005534576
Figure 0005534576

次に、前述した方法で作製した実施例及び比較例の各マイクロスフェアーについて、平均粒径、発泡開始温度(Tstart)、最大発泡温度(Tmax)及び高温で保持したときの収縮度合いを測定し、その発泡特性を評価した。各パラメータの測定方法を以下に示す。 Next, for each of the microspheres of Examples and Comparative Examples prepared by the above-described method, the average particle diameter, the foaming start temperature ( Tstart ), the maximum foaming temperature ( Tmax ), and the degree of shrinkage when held at a high temperature are as follows. The foaming characteristics were measured and evaluated. The measurement method of each parameter is shown below.

A.平均粒径
実施例及び比較例の各マクロスフェアーの平均粒径は、島津製作所社製 粒径分布測定器SALD−3000Jを用いて測定した。
A. Average Particle Size The average particle size of each macrosphere in the examples and comparative examples was measured using a particle size distribution analyzer SALD-3000J manufactured by Shimadzu Corporation.

B.発泡開始温度(Tstart)及び最大発泡温度(Tmax
発泡開始温度(Tstart)及び最大発泡温度(Tmax)は、パーキンエルマー社製の熱機械分析装置(Thermo mechanical Analyzer:TMA) TMA−7型により測定した。具体的には、実施例及び比較例の各マイクロスフェアー約0.25mgを容器に入れ、加重0.01N、昇温速度5℃/分の条件で加熱し、その高さの変位を連続的に測定した。そして、容器内でマイクロスフェアーの高さが変化し始めた温度を発泡開始温度(Tstart)とし、高さが最大となった温度を最大発泡温度(Tmax)とした。
B. Foam start temperature (T start ) and maximum foam temperature (T max )
The foaming start temperature (T start ) and the maximum foaming temperature (T max ) were measured by a thermomechanical analyzer (TMA) TMA-7 manufactured by PerkinElmer. Specifically, about 0.25 mg of each of the microspheres of Examples and Comparative Examples is placed in a container and heated under the conditions of a load of 0.01 N and a heating rate of 5 ° C./min. Measured. The temperature at which the height of the microspheres began to change in the container was defined as the foaming start temperature ( Tstart ), and the temperature at which the height reached the maximum was defined as the maximum foaming temperature ( Tmax ).

C.高温で保持したときの収縮度合い
収縮度合いの測定も同様に、パーキンエルマー社製 TMA−7型を使用した。具体的には、実施例及び比較例の各マイクロスフェアー約0.25mgを容器に入れ、270℃で20分間保持したときの変位量dを測定し、最大発泡温度(Tmax)での変位量dとの比(d/d)を求めた。
C. The degree of shrinkage when held at high temperature The measurement of the degree of shrinkage was similarly performed using TMA-7 model manufactured by PerkinElmer. Specifically, about 0.25 mg of each of the microspheres of Examples and Comparative Examples was put in a container, and the displacement d 1 when held at 270 ° C. for 20 minutes was measured, and the maximum foaming temperature (T max ) was measured. A ratio (d 1 / d 2 ) with the displacement amount d 2 was determined.

以上の結果を下記表2にまとめて示す。また、図3は横軸に温度をとり、縦軸に変位量をとって、実施例1のマイクロスフェアーの発泡挙動を示すグラフ図である。更に、図4は横軸に保持時間をとり、縦軸に変位量をとって、実施例1のマイクロスフェアーを270℃で保持したときの発泡状態の変化を示すグラフ図である。   The above results are summarized in Table 2 below. FIG. 3 is a graph showing the foaming behavior of the microsphere of Example 1 with the temperature on the horizontal axis and the amount of displacement on the vertical axis. Further, FIG. 4 is a graph showing the change in the foaming state when the microsphere of Example 1 is held at 270 ° C. with the holding time on the horizontal axis and the amount of displacement on the vertical axis.

Figure 0005534576
Figure 0005534576

上記表2及び図3に示すように、実施例1のマイクロスフェアーは、発泡開始温度(Tstart)が280℃、最大発泡温度(Tmax)が321℃、その差が41℃と、従来品よりも耐熱性に優れていた。また、図4に示すように、このマイクロスフェアーを270℃で保持したところ、約8分で発泡が開始し、その温度で20分間保持したときの変位量dと、最大発泡温度である321℃での変位量dとの比(d/d)は0.9であった。このように、実施例1のマイクロスフェアーは、高温で保持したときの収縮度合いも少なかった。 As shown in Table 2 and FIG. 3, the microsphere of Example 1 has a foaming start temperature (T start ) of 280 ° C., a maximum foaming temperature (T max ) of 321 ° C., and the difference thereof is 41 ° C. Excellent heat resistance than the product. Further, as shown in FIG. 4, when this microsphere was held at 270 ° C., foaming started in about 8 minutes, and the displacement d 1 when held at that temperature for 20 minutes and the maximum foaming temperature. The ratio (d 1 / d 2 ) to the displacement d 2 at 321 ° C. was 0.9. Thus, the microsphere of Example 1 had a small degree of shrinkage when held at a high temperature.

同様に、実施例2〜4のマイクロスフェアーも、泡開始温度(Tstart)が230℃を超えており、最大発泡温度(Tmax)も290℃以上と、優れた耐熱性を示した。更に、270℃で20分間保持したときの変位量dと、最大発泡温度(Tmax)での変位量dとの比(d/d)が0.3以上であり、高温で保持したときの収縮度合いも小さかった。 Similarly, the microspheres of Examples 2 to 4 also exhibited excellent heat resistance with a foam start temperature (T start ) exceeding 230 ° C. and a maximum foaming temperature (T max ) of 290 ° C. or higher. Furthermore, the ratio (d 1 / d 2 ) between the displacement d 1 when held at 270 ° C. for 20 minutes and the displacement d 2 at the maximum foaming temperature (T max ) is 0.3 or more, The degree of shrinkage when held was also small.

これに対して、発泡剤として、イソドデカンを使用した比較例2のマイクロスフェアーでは、最大発泡温度(Tmax)が268℃と低かった。また、最大発泡温度(Tmax)が290℃を超えている比較例1,3のマイクロスフェアーも、270℃で20分間保持したときの変位量dと、最大発泡温度(Tmax)での変位量dとの比(d/d)が0.3未満であり、高温で保持したときの収縮度合いが大きかった。 On the other hand, in the microsphere of Comparative Example 2 using isododecane as the foaming agent, the maximum foaming temperature (T max ) was as low as 268 ° C. In addition, the microspheres of Comparative Examples 1 and 3 in which the maximum foaming temperature (T max ) exceeds 290 ° C. are also obtained by the displacement d 1 when held at 270 ° C. for 20 minutes and the maximum foaming temperature (T max ). The ratio (d 1 / d 2 ) to the displacement amount d 2 was less than 0.3, and the degree of shrinkage when held at high temperature was large.

以上の結果から、本発明によれば、耐熱性に特に優れ、高温で保持したときの収縮度合いが小さく、かつ、高温で加工する用途でも早期発泡を抑制できる熱膨張性マイクロスフェアーが得られることが確認された。   From the above results, according to the present invention, it is possible to obtain a thermally expandable microsphere that is particularly excellent in heat resistance, has a small degree of shrinkage when held at high temperature, and can suppress early foaming even in applications that are processed at high temperature. It was confirmed.

本発明に係る熱発泡性マイクロスフェアーは、その膨張性を利用して、自動車等の塗料の充填剤、壁紙や発泡インクの発泡剤、収縮防止剤等の添加剤として利用でき、その発泡による体積増加特性により、合成樹脂(熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂)やゴム等のポリマー材料、塗料、各種資材等の軽量化や多孔質化等の各種機能性付与を目的する添加剤として利用できる。また、表面性や平滑性が要求される塗料、壁紙、インク分野に好適に利用でき、さらに、加工性に優れているため、混練加工、カレンダー加工、押出し加工、射出成形等の加工工程を必要とする用途分野に利用できる。   The thermally foamable microspheres according to the present invention can be used as additives for paints such as automobiles, wallpapering and foaming ink foaming agents, shrinkage prevention agents, etc. by utilizing the expansibility thereof, Due to its volume increase properties, it can be used as an additive for the purpose of imparting various functions such as weight reduction and porosity of polymer materials such as synthetic resins (thermoplastic resins and thermosetting resins) and rubber, paints and various materials. . In addition, it can be suitably used in the paint, wallpaper, and ink fields that require surface properties and smoothness, and because it has excellent processability, it requires processing steps such as kneading, calendering, extrusion, and injection molding. It can be used for application fields.

1 マイクロスフェアー
2 シェル
3 発泡剤
1 Microsphere 2 Shell 3 Foaming agent

Claims (12)

重合体からなる外殻に、揮発性の発泡剤が内包された構成のマイクロスフェアーであって、
前記発泡剤が、50%蒸留温度が180℃以上の軽質イソパラフィン系炭化水素であり、発泡開始温度(T start )が230℃よりも高い熱膨張性マイクロスフェアー。
A microsphere having a structure in which a volatile foaming agent is included in an outer shell made of a polymer,
The blowing agent, 50% distillation temperature is light iso paraffinic hydrocarbons above 180 ° C., the foaming start temperature (T start) is highly heat-expandable microspheres than 230 ° C..
最大発泡温度(Tmax)が290℃以上であること特徴とする請求項に記載の熱膨張性マイクロスフェアー。 Maximum expansion temperature (T max) is heat-expandable microspheres according to claim 1, this and the feature is 290 ° C. or higher. 270℃で20分間保持したときの変位量dと、最大発泡温度(Tmax)での変位量dとの比(d/d)が、0.3以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱膨張性マイクロスフェアー。 The ratio (d 1 / d 2 ) between the displacement d 1 when held at 270 ° C. for 20 minutes and the displacement d 2 at the maximum foaming temperature (T max ) is 0.3 or more, The thermally expandable microsphere according to claim 1 or 2 . 前記軽質イソパラフィン系炭化水素は、炭素数が6〜13の炭化水素及び炭素数が15〜30の炭化水素からなる群から選択された2種以上の炭化水素からなることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の熱膨張性マイクロスフェアー。 The light iso paraffinic hydrocarbons claims, characterized in that the number of carbon atoms of two or more hydrocarbons hydrocarbons and carbon atoms is selected from the group consisting of hydrocarbons 15 to 30 6 to 13 The thermally expandable microsphere according to any one of 1 to 3 . 前記外殻を構成する重合体は、ニトリル基及びカルボキシル基を有し、加熱によりこれらの少なくとも一部がポリメタクリルイミド構造を形成する共重合体、又はアクリロニトリル系重合体であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の熱膨張性マイクロスフェアー。 The polymer constituting the outer shell is a copolymer having an nitrile group and a carboxyl group, and at least a part of which forms a polymethacrylimide structure by heating, or an acrylonitrile-based polymer. The thermally expandable microsphere according to any one of claims 1 to 4 . 前記外殻を構成する重合体が、メタクリロニトリルとメタクリル酸との共重合体であることを特徴とする請求項に記載の熱膨張性マイクロスフェアー。 The thermally expandable microsphere according to claim 5 , wherein the polymer constituting the outer shell is a copolymer of methacrylonitrile and methacrylic acid. 分散安定剤を含有する水系分散媒体中において、50%蒸留温度が180℃以上の軽質イソパラフィン系炭化水素からなる発泡剤の存在下で、重合性単量体を懸濁重合することにより、重合体からなる外殻内に前記発泡剤を封入し、発泡開始温度(T start )が230℃よりも高い熱膨張性マイクロスフェアーを得る熱膨張性マイクロスフェアーの製造方法。 In an aqueous dispersion medium containing a dispersion stabilizer, in the presence of 50% distillation temperature is from light iso paraffinic hydrocarbons over 180 ° C. blowing agent, by suspension polymerization of a polymerizable monomer, heavy A method for producing a thermally expandable microsphere in which the foaming agent is enclosed in an outer shell made of coalescence to obtain a thermally expandable microsphere having a foaming start temperature (T start ) higher than 230 ° C. 前記軽質イソパラフィン系炭化水素は、炭素数が6〜13の炭化水素及び炭素数が15〜30の炭化水素からなる群から選択された2種以上の炭化水素からなることを特徴とする請求項に記載の熱膨張性マイクロスフェアーの製造方法。 The light iso paraffinic hydrocarbons claims, characterized in that the number of carbon atoms of two or more hydrocarbons hydrocarbons and carbon atoms is selected from the group consisting of hydrocarbons 15 to 30 6 to 13 8. A method for producing a thermally expandable microsphere according to 7 . 前記重合性単量体として、ニトリル系単量体、又はニトリル系単量体とカルボキシル基を有する単量体との混合物を使用することを特徴とする請求項7又は8に記載の熱膨張性マイクロスフェアーの製造方法。 The thermal expansion property according to claim 7 or 8 , wherein a nitrile monomer or a mixture of a nitrile monomer and a monomer having a carboxyl group is used as the polymerizable monomer. Microsphere manufacturing method. 前記ニトリル系単量体としてアクリロニトリル又はメタクリロニトリルを使用し、前記カルボキシル基を有する単量体としてメタクリル酸を使用することを特徴とする請求項に記載の熱膨張性マイクロスフェアーの製造方法。 The method for producing a thermally expandable microsphere according to claim 9 , wherein acrylonitrile or methacrylonitrile is used as the nitrile monomer, and methacrylic acid is used as the monomer having a carboxyl group. . 請求項1乃至のいずれか1項に記載の熱膨張性マイクロスフェアーを含有することを特徴とする添加剤。 An additive comprising the thermally expandable microsphere according to any one of claims 1 to 6 . 請求項1乃至のいずれか1項に記載の熱膨張性マイクロスフェアーを含有することを特徴とする成形体。 A molded body comprising the thermally expandable microsphere according to any one of claims 1 to 6 .
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