JP5545694B2 - Carbon-containing metal oxide hollow particles and method for producing the same - Google Patents

Carbon-containing metal oxide hollow particles and method for producing the same Download PDF

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本発明は、カーボンを含有する金属酸化物中空粒子、より詳しくは空隙率が高く、単一粒径分布であることを特徴とする、カーボンを高度に複合化してなる金属酸化物中空粒子、および該カーボン含有金属酸化物中空粒子の製造方法に関する。   The present invention relates to a metal oxide hollow particle containing carbon, more specifically, a metal oxide hollow particle obtained by highly complexing carbon, characterized by having a high porosity and a single particle size distribution, and The present invention relates to a method for producing the carbon-containing metal oxide hollow particles.

中空粒子は、その粒子内部に種々の機能物質を包含したマイクロカプセルとして広く利用されており、また内部空孔による特異な光散乱特性を利用して、紙、繊維、皮革、ガラス、金属等へのコーティング・塗料や化粧料等の分野において、光輝、光沢、不透明度、白色度などの性能を付与するための光散乱剤、光散乱助剤としても有用であることが知られている。さらに、内部が中空であるため、嵩高軽量化や遮音、断熱効果も期待できる。中空粒子の中でも、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の金属酸化物の中空粒子は、構造安定性、化学的安定性に優れることから、工業的に特に有用であり、中空構造に基づく大きな表面積を利用した触媒、もしくは触媒担持体としての応用も期待される。   Hollow particles are widely used as microcapsules that contain various functional substances inside the particles, and by utilizing the unique light scattering characteristics due to the internal pores, they can be applied to paper, fibers, leather, glass, metals, etc. In the fields of coatings, paints and cosmetics, it is known that they are also useful as light scattering agents and light scattering aids for imparting performance such as brightness, gloss, opacity and whiteness. Furthermore, since the inside is hollow, a bulky and light weight, sound insulation, and heat insulation effect can be expected. Among hollow particles, hollow particles of metal oxides such as silica, titanium oxide, and zirconium oxide are particularly useful industrially because they are excellent in structural stability and chemical stability, and have a large surface area based on the hollow structure. Application as a utilized catalyst or catalyst carrier is also expected.

このような金属酸化物中空粒子の製造方法として幾つかの方法が提案されている。例えば、液−液界面での反応を利用する方法として、先ずアルカリ金属の塩を含む無機化合物の水溶液を調製し、これに有機溶剤を添加混合して水中油滴型(O/W型)乳濁液とし、さらにこの乳濁液を親油性界面活性剤を含む有機溶剤中に添加混合して油中水中油滴型(O/W/O型)乳濁液とする。最後に上記無機化合物との水溶液反応によって水不溶性沈澱を形成しうる化合物の水溶液に、上記乳濁液を混合して無機中空微粒子を得る方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。また、無機化合物水溶液を界面活性剤を用いて有機溶媒と混合乳化し、油中水滴型(W/O型)乳濁液を作り、これを別の水溶液と混合することにより水滴界面で沈殿反応を起こさせ、無機質殻を形成した後、副生物や界面活性剤等を除去することによって中空粒子を得る方法が開示されている。しかしながら、これらの方法は界面活性剤を用いて乳化する複雑な工程を含んでおり、製造に熟練が必要であるうえに得られる中空粒子の粒径分布は広く、強度や粒径の再現性も良くないという問題点があった。   Several methods have been proposed for producing such metal oxide hollow particles. For example, as a method of utilizing a reaction at the liquid-liquid interface, first, an aqueous solution of an inorganic compound containing an alkali metal salt is prepared, and an organic solvent is added and mixed therewith, so that oil-in-water (O / W) milk The resulting emulsion is further added to and mixed with an organic solvent containing a lipophilic surfactant to form an oil-in-water-in-oil (O / W / O) emulsion. Finally, a method for obtaining inorganic hollow fine particles by mixing an emulsion with an aqueous solution of a compound capable of forming a water-insoluble precipitate by an aqueous solution reaction with the inorganic compound is disclosed (for example, see Patent Document 1). . In addition, an aqueous solution of an inorganic compound is mixed and emulsified with an organic solvent using a surfactant to form a water-in-oil (W / O) emulsion, and this is mixed with another aqueous solution to cause precipitation reaction at the water droplet interface. After the formation of an inorganic shell, a method of obtaining hollow particles by removing by-products, surfactants and the like is disclosed. However, these methods include a complicated process of emulsifying with a surfactant, require skill in production, have a wide particle size distribution of the obtained hollow particles, and have strength and particle size reproducibility. There was a problem that it was not good.

粒径分布が単分散である金属酸化物中空粒子を得る方法として、単分散性の粒子をテンプレートとし、この表面に金属酸化物の層を形成させたコア−シェル型粒子を作製し、金属酸化物のシェル層を壊すことなく内部のテンプレートを除去する方法が提案されている。例えば、テンプレートを用いてポリマー−金属酸化物のコア−シェル型微粒子を作製する方法の一つに交互積層法が挙げられる(例えば、特許文献3参照。)。これは、コロイド粒子を反対荷電のナノ粒子及び高分子電解質の交互の層で被覆し、コロイドコアを除去することによって中空粒子を得る方法である。   As a method for obtaining metal oxide hollow particles having a monodisperse particle size distribution, core-shell type particles having a metal oxide layer formed on the surface of a monodisperse particle as a template were prepared, and the metal oxide was oxidized. There has been proposed a method for removing the template inside without destroying the shell layer of the object. For example, one of the methods for producing polymer-metal oxide core-shell type fine particles using a template is an alternating lamination method (see, for example, Patent Document 3). This is a method of obtaining hollow particles by coating colloidal particles with alternating layers of oppositely charged nanoparticles and polyelectrolytes and removing the colloidal core.

また同様に、交互積層法を用いて酸化チタンの微粒子やチタニアナノシート、酸化チタン前駆体モノマーを静電的にポリマー微粒子上に積層した後、ポリマー成分を除去することによって酸化チタン中空粒子が得られることも提案されている(例えば、非特許文献1〜3参照。)。   Similarly, titanium oxide hollow particles can be obtained by electrostatically laminating fine particles of titanium oxide, titania nanosheets, and titanium oxide precursor monomers on polymer fine particles using an alternate lamination method, and then removing the polymer component. (For example, refer nonpatent literatures 1-3.).

この様な交互積層法では、核となるテンプレート粒子上への積層数を任意に代えることで任意の厚みの殻を有する金属酸化物中空粒子を得ることが利点であるが、テンプレート粒子上への吸着操作毎に吸着しなかった余剰成分を遠心分離操作などによって除去洗浄した後に粒子を再分散させる必要があり、テンプレート除去前の操作が非常に繁雑な工程となり、実用性に乏しい。   In such an alternate lamination method, it is advantageous to obtain metal oxide hollow particles having a shell of any thickness by arbitrarily changing the number of laminations on the template particle as a core. It is necessary to re-disperse the particles after removing and washing excess components that have not been adsorbed for each adsorption operation by a centrifugal operation or the like, and the operation before removing the template becomes a very complicated process, which is not practical.

一方、シランカップリング剤を用いて表面がシラノール(Si−OH)基で修飾された単分散性ポリマー粒子を合成し、これを種粒子として表面にシリカを堆積させ、この後、中心のポリマーを除去することによってシリカの中空粒子を得る方法が開示されている(例えば、非特許文献4参照。)。この方法によれば、液中にはシリカ単独の粒子が生成せず、シリカの縮合反応はポリマー粒子上で選択的に起こるため、最終的に中空でないシリカ単独粒子を除去する必要のないことが大きな利点である。また、シリカは共有結合によってポリマー粒子上に強固に結合され、20nm程度の厚さの殻を有する安定な粒子を得ることができると報告されている。   On the other hand, monodisperse polymer particles whose surface is modified with silanol (Si-OH) groups are synthesized using a silane coupling agent, and silica is deposited on the surface using this as a seed particle. A method for obtaining silica hollow particles by removal is disclosed (for example, see Non-Patent Document 4). According to this method, silica single particles are not generated in the liquid, and the silica condensation reaction occurs selectively on the polymer particles, so there is no need to finally remove the non-hollow silica single particles. This is a great advantage. In addition, it is reported that silica is firmly bonded on the polymer particle by a covalent bond, and stable particles having a shell with a thickness of about 20 nm can be obtained.

しかし、表面にシラノール基を有するポリマーテンプレートの合成は、重合反応の進行途中で3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレートを後添加する過程を必要とするため、精密な反応制御が必要であることや、シリカ源であるテトラエトキシシランのエタノール溶液を滴下する際、1ml/hといった非常に小さい添加速度で行う必要があり、長時間を要するという問題があった。   However, the synthesis of a polymer template having a silanol group on the surface requires a process of post-adding 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate during the progress of the polymerization reaction, and therefore requires precise reaction control. When the ethanol solution of tetraethoxysilane, which is a silica source, is dropped, it has to be performed at a very low addition rate of 1 ml / h, and there is a problem that it takes a long time.

一方、コアポリマー粒子の存在下、金属アルコキシドもしくは金属塩の加水分解を行う操作で、単分散性ポリマー粒子上に金属酸化物膜を形成する方法も提案されている(例えば、非特許文献5参照。)。また、シリコンアルコキシド、あるいはチタニウムアルコキシドのアルコール溶液中に単分散性ポリマー粒子を分散させておき、このアルコール溶液もしくはアルコール/水溶液中でシリコンアルコキシドやチタニウムアルコキシド等を加水分解させて形成される金属化合物をコア−ポリマー粒子上に被覆させた後、焼成によって中空粒子を得る方法も開示されている(例えば、特許文献4参照。)。   On the other hand, a method of forming a metal oxide film on monodisperse polymer particles by an operation of hydrolyzing a metal alkoxide or metal salt in the presence of core polymer particles has also been proposed (for example, see Non-Patent Document 5). .) In addition, a metal compound formed by dispersing monodisperse polymer particles in an alcohol solution of silicon alkoxide or titanium alkoxide and hydrolyzing silicon alkoxide, titanium alkoxide, or the like in the alcohol solution or alcohol / water solution. A method of obtaining hollow particles by calcination after coating on core-polymer particles is also disclosed (for example, see Patent Document 4).

この方法においては、ポリマー粒子表面と加水分解された金属イオン、または加水分解により生成した錯体がコアポリマー粒子表面上に吸着し被覆層を形成していく、もしくは非常に小さい金属化合物微粒子が形成され、これがコアポリマー微粒子表面上に吸着し、その粒子表面で金属化合物層が成長していくといったメカニズムが考えられており、吸着の機構は主として静電的な相互作用によるものである。従ってコアポリマー粒子は、必然的に被覆層を形成する金属酸化物と逆の表面電荷を有するポリマー微粒子となる。これらの手法においては、ポリマーテンプレートと金属酸化物の前駆体溶液を混合する一回の操作によってポリマーテンプレート上に金属酸化物の被覆層を形成することができることが有利な点であるが、被覆する金属酸化物によって表面電荷の異なるテンプレート粒子を用意しなければならないこと、しばしばポリマー表面上に吸着しない金属酸化物のみの粒子が系中に残留し、焼成などの中空化処理前にこれを除去しておかなければならないことが問題であった。   In this method, the polymer particle surface and hydrolyzed metal ions, or the complex formed by hydrolysis, adsorb onto the surface of the core polymer particle to form a coating layer, or very small metal compound fine particles are formed. A mechanism has been considered in which this adsorbs onto the surface of the core polymer fine particles, and a metal compound layer grows on the surface of the particle, and the mechanism of adsorption is mainly due to electrostatic interaction. Accordingly, the core polymer particles inevitably become polymer fine particles having a surface charge opposite to that of the metal oxide forming the coating layer. In these techniques, it is advantageous that a coating layer of metal oxide can be formed on the polymer template by a single operation of mixing the polymer template and the precursor solution of metal oxide. It is necessary to prepare template particles with different surface charges depending on the metal oxide. Often, metal oxide-only particles that do not adsorb on the polymer surface remain in the system and are removed before hollowing treatment such as firing. It was a problem that had to be left.

また、両性イオン表面を有するポリマー粒子をテンプレートとする方法も報告されている(例えば、非特許文献6参照。)。この方法では、アミノ基およびカルボキシレート基で修飾されたポリスチレンの分散液を、珪酸ナトリウム水溶液中に加えて撹拌することにより、ポリマーテンプレート上にシリカ被膜を形成することができる。しかしながら、本方法は、ポリマーテンプレート上へシリカを被覆するために、pHの調整を行ったうえで24時間の長い反応時間を要するものであった。   In addition, a method using a polymer particle having an amphoteric ion surface as a template has also been reported (for example, see Non-Patent Document 6). In this method, a dispersion of polystyrene modified with amino groups and carboxylate groups is added to an aqueous sodium silicate solution and stirred to form a silica coating on the polymer template. However, this method requires a long reaction time of 24 hours after adjusting the pH in order to coat the silica on the polymer template.

アミノ基で表面修飾されたポリマー粒子に、さらにポリ−L−リシンを吸着させ、これをポリマーテンプレートとして用いる方法も報告されている。この方法によれば、ポリマー粒子上のアミンが塩基性触媒として働き、珪酸のポリマーテンプレート上での縮合反応を促進して効率良くシリカやチタニアの被膜層を形成すると考えられている(例えば、非特許文献7参照。)。   There has also been reported a method in which poly-L-lysine is further adsorbed on polymer particles surface-modified with amino groups and this is used as a polymer template. According to this method, it is considered that the amine on the polymer particles acts as a basic catalyst and promotes the condensation reaction of silicic acid on the polymer template to efficiently form a silica or titania coating layer (for example, (See Patent Document 7).

この様に、ポリマーテンプレート上への金属酸化物皮膜の形成方法は多数知られており、このポリマー粒子−金属酸化物被膜のコア−シェル型粒子を焼成、もしくはコアポリマーの溶媒による抽出によりコア成分を除去することによって単分散性の金属酸化物中空粒子を得ることができる。   As described above, many methods for forming a metal oxide film on a polymer template are known. The core component is obtained by baking the core-shell type particle of the polymer particle-metal oxide film or extracting the core polymer with a solvent. The monodisperse metal oxide hollow particles can be obtained by removing.

しかしながら、従来提案された金属酸化物中空粒子においては、前述のエマルジョンを用いる方法、コアポリマーを用いる方法ともに、テンプレートとなる有機物は可能な限り除去しやすいものを選択し、粒子構造を形成するために用いた液体やコアを完全に除去することで純度の高い金属酸化物からなる中空粒子を得ることを目的とするものである。この場合、シリカ、チタニア、ジルコニア等、それ自身可視光領域に吸収の無い、つまり色の無い金属酸化物の中空粒子は、発色用材料としては、白色顔料、もしくは白色光散乱体としての用途に限られていた。
特開昭63−258642号公報 特開平6−330606号公報 特表2003−522621号公報 特開平6−142491号公報 Rachel A. Caruso,Andrei Susha,and Frank Caruso、Chem.Mater.、2001,13,400−409 Masaki Iida, Takayoshi Sasaki,and Mamoru Watanabe、Chem.Mater.、1998,10,3780−3782 Frank Caruso,Xiangyang Shi,Rachel A. Caruso,and Andrei Susha、Adv.Mater.、2001,13,No.10,May17、740−744 I.Tissot,J.P.Reymond,F.Lefebvre,and E.Bourgeat−Lami,Chem.Mater.、2002,14,1325−1331 Arnout Imhof、Langmuir、2001、17、3579−3585 Jeroen J.L.M.Cornelissen,Eric.F.Connor,Ho−Cheol Kim,Victor Y.Lee,Teddie Magibitang,Philip M.Rice,Willi Volksen,Linda K.Sundberg and Robert D.Miller,Chem.Commun.,2003,1010 Jian Yang,Johan U.Lind,and William C.Trogler、Chem.Mater.、2008,20,2875−2877
However, in the conventionally proposed metal oxide hollow particles, both the method using the emulsion and the method using the core polymer are selected so that the organic substance serving as a template can be removed as easily as possible to form a particle structure. An object of the present invention is to obtain hollow particles made of a highly pure metal oxide by completely removing the liquid and the core used in the above. In this case, hollow particles of metal oxide, such as silica, titania, zirconia, etc., which do not absorb themselves in the visible light region, that is, have no color, are suitable for use as white pigments or white light scatterers as coloring materials. It was limited.
JP-A 63-258642 JP-A-6-330606 Special table 2003-522621 gazette JP-A-6-142491 Rachel A. Caruso, Andrew Susha, and Frank Caruso, Chem. Mater. 2001, 13, 400-409 Masaki Iida, Takayoshi Sasaki, and Mamoru Watanabe, Chem. Mater. 1998, 10, 3780-3782. Frank Caruso, Xiangyang Shi, Rachel A. et al. Caruso, and Andrew Susha, Adv. Mater. 2001, 13; 10, May 17, 740-744 I. Tissot, J .; P. Reymond, F.M. Leftebvre, and E.M. Bourgeat-Lami, Chem. Mater. , 2002, 14, 1325-1331 Arnout Imhof, Langmuir, 2001, 17, 3579-3585 Jeroen J.H. L. M.M. Cornelissen, Eric. F. Connor, Ho-Cheol Kim, Victor Y. et al. Lee, Teddie Magibitang, Philip M. et al. Rice, Willi Volksen, Linda K. et al. Sundberg and Robert D. Miller, Chem. Commun. , 2003, 1010 Jiang Yang, Johan U. Lind, and William C.L. Trogler, Chem. Mater. 2008, 20, 2875-2877

上記実情を鑑み、本発明の課題即ち目的は、白色以外の鮮やかな発色を示す単分散性の金属酸化物中空粒子、及びこれを効率良く製造する方法を提供することである。   In view of the above circumstances, an object of the present invention, that is, an object is to provide monodisperse metal oxide hollow particles that exhibit vivid color other than white and a method for efficiently producing the same.

本発明者らは、前記従来技術の問題点を解決するために鋭意研究を行った結果、水性媒体に溶媒和する親水性ポリマー層とアミノ基とをともに有する単分散性ポリマー微粒子をテンプレートとし、この表面に金属酸化物の被膜を形成した後、焼成によって該ポリマー微粒子を除去することによって、カーボンを高度に複合化した金属酸化物からなる厚みの薄い単分散性中空粒子が効率良く得られ、その粒径サイズに依存して異なる色の鮮やかな発色を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。尚、本発明での単分散とは、粒径分布でのヒストグラムが単一ピークを示すことであり、その単一ピークでの粒径分布の標準偏差を平均粒径で割った変動係数(以下、分散係数と略記する。)が0.1以下であることを意味するものである。   As a result of diligent research to solve the problems of the prior art, the present inventors used monodisperse polymer fine particles having both a hydrophilic polymer layer solvated in an aqueous medium and an amino group as a template, After forming a metal oxide film on the surface, the polymer fine particles are removed by firing, whereby monodisperse hollow particles having a thin thickness made of a metal oxide highly complexed with carbon can be efficiently obtained. The present inventors have found that vivid colors of different colors are shown depending on the particle size, and have completed the present invention. The monodispersion in the present invention means that the histogram in the particle size distribution shows a single peak, and the coefficient of variation (hereinafter referred to as the standard deviation of the particle size distribution in the single peak divided by the average particle size). , Abbreviated as dispersion coefficient)) is 0.1 or less.

すなわち本発明は、カーボンを含有する金属酸化物からなる中空粒子、より詳しくは、単一の粒径分布を持ち、空隙率の高い、カーボン含有単分散性金属酸化物中空粒子とその簡便な製造方法を提供するものである。   That is, the present invention relates to hollow particles composed of carbon-containing metal oxides, more specifically, carbon-containing monodisperse metal oxide hollow particles having a single particle size distribution and high porosity, and simple production thereof. A method is provided.

本発明によれば、鮮やかな発色を示す単分散性で空隙率の高い、カーボンを含有した金属酸化物からなる中空粒子を提供することが出来る。該カーボン含有金属酸化物中空粒子は、本発明の製造方法である、水性媒体に溶媒和する親水性ポリマー層とアミノ基とをともに表面に有する単分散性ポリマー微粒子をテンプレートとし、この表面に金属酸化物の被膜を形成した後、焼成によって該ポリマー微粒子を除去することによって簡便、且つ再現性の良い方法で得ることが出来る。得られるカーボン含有金属酸化物中空粒子は、その粒径、及びカーボンの含有率によって発色が異なり、種々の色を表示することができる。また、該金属酸化物中空粒子は、光源の位置や観察方向に依存して異なる発色を示すこともできる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hollow particle which consists of a metal oxide containing carbon with the monodispersion and high porosity which show a vivid color development can be provided. The carbon-containing metal oxide hollow particles are monodisperse polymer fine particles having both a hydrophilic polymer layer solvated in an aqueous medium and an amino group on the surface, which is the production method of the present invention, as a template. After the oxide film is formed, the polymer fine particles are removed by baking, and the film can be obtained in a simple and reproducible manner. The resulting carbon-containing metal oxide hollow particles have different colors depending on the particle size and carbon content, and can display various colors. The metal oxide hollow particles can also exhibit different color development depending on the position of the light source and the observation direction.

従って、本発明のカーボン含有金属酸化物中空粒子はコーティング・塗料等の分野においてその特異な発色特性を利用し、紙、繊維、皮革、プラスチック、金属等、各種基材上に鮮やかな発色を付与するための顔料として応用できる。また、光源の位置や観察方向に依存して異なる発色を示す特性を利用したセキュリティラベル等へも応用も可能である。さらに、中空構造による光拡散性や吸水性、吸油性を利用した化粧品への応用が可能であり、インクジェット受理層としても利用できる。さらに、中空構造のため、熱の伝導や音の伝導を抑制できるので、断熱材や断音材としても応用でき、また同一体積での質量が小さくできるので軽量化剤としても利用できる。さらに本発明のカーボン複合化単分散性中空金属酸化物粒子は、各種触媒および触媒担持体としても応用が可能である。   Therefore, the carbon-containing metal oxide hollow particles of the present invention utilize their unique color development properties in the fields of coatings and paints, and give vivid color development on various substrates such as paper, fiber, leather, plastic, metal, etc. It can be applied as a pigment for Also, it can be applied to a security label using a characteristic that shows different color depending on the position of the light source and the observation direction. Furthermore, it can be applied to cosmetics utilizing light diffusibility, water absorption, and oil absorption by a hollow structure, and can also be used as an ink jet receiving layer. Furthermore, since the heat conduction and sound conduction can be suppressed due to the hollow structure, it can be applied as a heat insulating material or a sound insulation material, and the mass in the same volume can be reduced, so that it can be used as a lightening agent. Furthermore, the carbon composite monodispersed hollow metal oxide particles of the present invention can be applied as various catalysts and catalyst supports.

更に、本発明の金属酸化物中空粒子の製造方法は、水性媒体に溶媒和する親水性ポリマー層とアミノ基をともに有する単分散性ポリマー微粒子、もしくは水性媒体に溶媒和する親水性ポリマー層とアミノ基、さらにカルボキシ基をともに有する単分散性ポリマー微粒子をテンプレートとすることにより、該単分散性ポリマー微粒子の分散液に金属酸化物前駆体の溶液を混合して短時間撹拌するだけで、該ポリマー微粒子の表面に選択的に金属酸化物の被膜を形成することができ、さらにこの後、焼成によって該ポリマー微粒子を除去しつつ、その一部を炭化して金属酸化物の被膜と複合化する操作によって、単一粒径分布を持ち、空隙率の高い、カーボン含有金属酸化物中空粒子を製造するものであり、再現性が良く、また高効率であり、実用上も簡便であることからその有用性が高い。以下、明細書におけるカルボキシ基なる用語は、いずれも、カルボキシル基と読み替える
Furthermore, the method for producing metal oxide hollow particles of the present invention comprises a hydrophilic polymer layer solvated in an aqueous medium and monodisperse polymer fine particles having both amino groups, or a hydrophilic polymer layer solvated in an aqueous medium and amino. By using monodisperse polymer fine particles having both a group and a carboxy group as a template, the solution of the metal oxide precursor is mixed with the dispersion of the monodisperse polymer fine particles and stirred for a short time. An operation of selectively forming a metal oxide film on the surface of the fine particles, and thereafter carbonizing a part of the polymer fine particles by baking and compositing a part thereof with the metal oxide film To produce carbon-containing metal oxide hollow particles having a single particle size distribution and a high porosity, good reproducibility and high efficiency. High its usefulness since the top is simple. Hereinafter, the term carboxy group in the specification is read as a carboxyl group .

以下に本発明を詳細に説明する。
本発明のカーボン含有金属酸化物中空粒子は、内部が空洞の中空粒子であって、金属酸化物とカーボンとを主構成成分とする殻からなり、その殻壁の厚さが5nm〜30nmで、且つ平均粒子径が50nm〜1000nmの単分散性の粒子である。金属酸化物とカーボンとを有する、詳しくは、金属酸化物とカーボンとがナノメートルオーダーで複合化されることにより、中空構造に由来する特有の屈折率の分布によるランダムな光散乱が抑制され、特定の回折光や反射光が強調される結果、鮮やかな発色をも示す材料となる。この点において、従来の金属酸化物を主構成成分とする中空粒子が白色以外の発色を示さないことと大きく異なるものである。
The present invention is described in detail below.
The carbon-containing metal oxide hollow particle of the present invention is a hollow particle having a hollow inside, and is composed of a shell mainly composed of a metal oxide and carbon, and the thickness of the shell wall is 5 nm to 30 nm. And it is monodisperse particle | grains with an average particle diameter of 50 nm-1000 nm. The metal oxide and the carbon, specifically, the metal oxide and the carbon are combined in the nanometer order, thereby suppressing random light scattering due to the specific refractive index distribution derived from the hollow structure, As a result of emphasizing specific diffracted light and reflected light, the material also exhibits vivid color development. In this respect, it is very different from the conventional hollow particles containing a metal oxide as a main constituent component that do not show color development other than white.

本発明のカーボン含有金属酸化物中空粒子の製造方法は、主として以下の段階によるものである。すなわち、水性媒体に溶媒和可能な親水性ポリマー層(x1)とアミノ基(x2)とを有する単分散性ポリマー微粒子(X)、もしくは水性媒体に溶媒和可能な親水性ポリマー層(x1)とアミノ基(x2)、さらにカルボキシ基(x3)とを有する単分散性ポリマー微粒子(X)を水性媒体に分散させ、当該単分散性ポリマー微粒子(X)をテンプレートとし、その表面に金属酸化物(Y’)の被膜を形成させる第一段階と、この後、焼成によって該単分散性ポリマー微粒子(X)を除去しつつ、その一部を炭化させて金属酸化物の被膜と複合化させ、カーボン含有金属酸化物中空粒子を得る第二段階と、を有する。   The method for producing carbon-containing metal oxide hollow particles of the present invention is mainly based on the following steps. That is, monodisperse polymer fine particles (X) having a hydrophilic polymer layer (x1) and an amino group (x2) that can be solvated in an aqueous medium, or a hydrophilic polymer layer (x1) that can be solvated in an aqueous medium, Monodisperse polymer fine particles (X) having an amino group (x2) and further a carboxy group (x3) are dispersed in an aqueous medium, the monodisperse polymer fine particles (X) are used as a template, and a metal oxide ( Y ′) a first step of forming a film, and thereafter, while removing the monodisperse polymer fine particles (X) by firing, a part thereof is carbonized to be combined with a metal oxide film to form carbon. A second step of obtaining hollow metal oxide particles.

ここで、水性媒体に溶媒和する親水性ポリマー層(x1)とは、ポリマー微粒子表面に単に親水性の官能基が存在していることではなく、水性媒体中において、当該ポリマー微粒子表面から一定の空間的な広がりを有するポリマー鎖が存在することを意味しており、この点において、前記非特許文献6とは異なるものである。すなわち、本発明でテンプレートとして使用する単分散性ポリマー微粒子(X)は、水性媒体中に溶解しない核(コア)ポリマー微粒子の外側に、親水性のコロナもしくは親水性のシェル層を有する、コア−コロナ型もしくはコア−シェル型の微粒子である。本発明においては、この親水性ポリマー層(x1)中に金属アルコキシド(Y)が濃縮され、ここに存在するアミノ基(x2)、さらにはカルボキシ基(x3)が、金属アルコキシド(Y)の加水分解及び縮合反応(ゾルゲル反応)の触媒として効率良く機能し、容易に当該単分散性ポリマー微粒子(X)上に金属酸化物(Y’)の被膜を形成させることができる。また、形成された金属酸化物(A)からなる被膜は、親水性ポリマー層(x1)との水素結合により、また、親水性ポリマーがヒドロキシ基を有する場合には、さらに脱水縮合反応を起こすことによってこの親水性ポリマー層(x1)と複合化するため、焼成過程によって容易に金属酸化物(A)とカーボンとの複合化を実現しうるものである。また、ゾルゲル反応によって金属酸化物(Y’)と親水性ポリマー層(x1)が複合化した金属酸化物の被覆層が形成された後でも親水性ポリマー層の一部は最表面に存在するので、焼成後、内部のみならず最表面にもカーボンが存在するという特殊な形態を実現しうる。   Here, the hydrophilic polymer layer (x1) that is solvated in the aqueous medium does not simply have a hydrophilic functional group on the surface of the polymer fine particles, but is constant from the surface of the polymer fine particles in the aqueous medium. This means that there is a polymer chain having a spatial expansion, and this is different from Non-Patent Document 6 in this respect. That is, the monodisperse polymer fine particle (X) used as a template in the present invention has a core having a hydrophilic corona or a hydrophilic shell layer outside the core (core) polymer fine particle that does not dissolve in an aqueous medium. Corona type or core-shell type fine particles. In the present invention, the metal alkoxide (Y) is concentrated in the hydrophilic polymer layer (x1), and the amino group (x2) and the carboxy group (x3) present therein are hydrolyzed by the metal alkoxide (Y). It functions efficiently as a catalyst for decomposition and condensation reaction (sol-gel reaction), and a film of metal oxide (Y ′) can be easily formed on the monodisperse polymer fine particles (X). In addition, the formed film made of the metal oxide (A) may further undergo a dehydration condensation reaction due to hydrogen bonding with the hydrophilic polymer layer (x1), or when the hydrophilic polymer has a hydroxy group. Therefore, the composite of the metal oxide (A) and the carbon can be easily realized by the firing process. In addition, even after a metal oxide coating layer in which the metal oxide (Y ′) and the hydrophilic polymer layer (x1) are complexed by the sol-gel reaction, a part of the hydrophilic polymer layer exists on the outermost surface. After firing, a special form in which carbon exists not only inside but also on the outermost surface can be realized.

水性媒体に溶媒和して一定の空間的な広がりを有する親水性ポリマー層(x1)の存在は、例えば、該単分散性ポリマー微粒子(X)を重水素化した水性媒体中に分散させた状態でH−NMR測定を行うことによって確認することができる。また、この親水性ポリマー層(x1)が乾燥状態では実質的な体積をほとんど持たないことを利用して、乾燥状態での粒径を電子顕微鏡や表面プローブ顕微鏡などで観察し、これを動的光散乱法で見積もられる水性媒体中での粒子サイズと比較することによっても、親水性ポリマー層(x1)の存在及び空間的な広がりの大きさを確認することができる。又、例えば、N−置換アクリルアミドやN,N−ジ置換アクリルアミド等からなる重合体やこれらをその原料の一部として用いて得られた共重合体が微粒子の外側に存在している場合には、下限臨界共溶温度が存在することが知られている。この下限臨界共溶温度よりも高温の場合には、当該外側の層は疎水性を示すので水性媒体に溶媒和しないものの、低温の場合には親水性になって溶媒和するという特有の性質を有する。従って、この様な外側に特定のポリマーが存在する微粒子の場合には、水性媒体中での粒子サイズが温度に依存して変化することになり、この様な相違から水性媒体に溶媒和して一定の空間的な広がりを有する親水性ポリマー層(x1)の存在並びにその層の厚さを見積もることができる。 The presence of the hydrophilic polymer layer (x1) solvated in the aqueous medium and having a certain spatial extent is, for example, a state in which the monodisperse polymer fine particles (X) are dispersed in the deuterated aqueous medium. This can be confirmed by performing 1 H-NMR measurement. Further, utilizing the fact that this hydrophilic polymer layer (x1) has almost no substantial volume in the dry state, the particle size in the dry state is observed with an electron microscope, a surface probe microscope, etc. The presence of the hydrophilic polymer layer (x1) and the size of the spatial spread can also be confirmed by comparing with the particle size in the aqueous medium estimated by the light scattering method. In addition, for example, when a polymer composed of N-substituted acrylamide or N, N-disubstituted acrylamide or a copolymer obtained by using these as a part of the raw material is present outside the fine particles. It is known that a lower critical eutectic temperature exists. When the temperature is higher than the lower critical eutectic temperature, the outer layer exhibits hydrophobicity and thus does not solvate with an aqueous medium.However, when the temperature is low, the outer layer becomes hydrophilic and solvates. Have. Accordingly, in the case of such fine particles having a specific polymer on the outside, the particle size in the aqueous medium changes depending on the temperature, and from such a difference, it is solvated in the aqueous medium. The presence of the hydrophilic polymer layer (x1) having a certain spatial extent and the thickness of the layer can be estimated.

本発明において、前述の水性媒体中における親水性ポリマー層(x1)の空間的な広がりの大きさは、5nm〜200nmのものを好適に用いることができるが、密度の高い金属酸化物(Y’)の被覆層を効率良く形成するためには5nm〜100nmのものを用いることが好ましい。   In the present invention, the size of the spatial extension of the hydrophilic polymer layer (x1) in the aqueous medium described above can be preferably 5 nm to 200 nm. ) Is preferably used in order to efficiently form the coating layer.

本発明で用いる水性媒体としては、水を単独で用いる他、水にメタノール、エタノール、イソプロパノール等の低級アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等の多価アルコール、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン等のエーテル類を単独、もしくは複数種混合した混合溶媒を挙げることができる。   As an aqueous medium used in the present invention, water is used alone, lower alcohol such as methanol, ethanol and isopropanol, polyhydric alcohol such as ethylene glycol, propylene glycol, butanediol, diethylene glycol and triethylene glycol, acetone, Mention may be made of ketones such as methyl ethyl ketone and ethers such as tetrahydrofuran alone or in a mixture of a plurality of types.

[単分散性ポリマー微粒子(X)]
本発明でテンプレートとして用いる単分散性ポリマー微粒子(X)は、上記条件を満たすものであればよく、その製造方法としてなんら制限されるものではない。例えば、エマルジョン重合、沈澱重合、分散重合法など、種々の微粒子製造方法によって得ることができる。
[Monodisperse polymer fine particles (X)]
The monodisperse polymer fine particles (X) used as a template in the present invention may be any as long as the above conditions are satisfied, and the production method is not limited at all. For example, it can be obtained by various fine particle production methods such as emulsion polymerization, precipitation polymerization, and dispersion polymerization.

本発明で用いる単分散性ポリマー微粒子(X)の平均粒子径は、目的に応じて選択するものである。しかしながら、該ポリマー微粒子(X)上に金属酸化物(Y’)からなる被膜を形成させた後に焼成を行って得られる金属酸化物中空粒子が、充分な強度を有し、且つ目的とする発色の強度を高められる点から、乾燥状態における該ポリマー微粒子(X)の平均粒子径が50nm以上1000nm以下の粒子であることが好ましい。   The average particle size of the monodisperse polymer fine particles (X) used in the present invention is selected according to the purpose. However, the metal oxide hollow particles obtained by firing after forming a film made of the metal oxide (Y ′) on the polymer fine particles (X) have sufficient strength and the desired color development. From the viewpoint of increasing the strength of the polymer fine particles, the polymer fine particles (X) in the dry state are preferably particles having an average particle diameter of 50 nm or more and 1000 nm or less.

ポリマー微粒子への親水性ポリマー層(x1)とアミノ基(x2)の導入は、重合開始剤及び単量体の組み合わせによって微粒子の重合時に導入しても良く、先に単分散性のポリマー微粒子を合成しておき、このポリマー微粒子の表面に化学反応によって導入することにより、コア−コロナ型、もしくはコア−シェル型の粒子としても良い。また、親水性ポリマー層(x1)とアミノ基(x2)とは別々に導入しても良く、アミノ基(x2)を有する親水性ポリマー層(x1)を導入しても良い。さらに、アミノ基(x2)を有する親水性ポリマー層(x1)とは別に、さらにポリマー微粒子表面にアミノ基(x2)を導入して用いることもできる。さらにまた、シェル層を形成するアミノ基含有ポリマー鎖とコア部を形成するポリマー鎖とを有する両親媒性ポリマーからなる単分散性ポリマー微粒子を用いても良い。   The introduction of the hydrophilic polymer layer (x1) and the amino group (x2) into the polymer fine particles may be introduced at the time of polymerizing the fine particles by a combination of a polymerization initiator and a monomer. A core-corona type or core-shell type particle may be obtained by synthesizing and introducing it into the surface of the polymer fine particle by a chemical reaction. Further, the hydrophilic polymer layer (x1) and the amino group (x2) may be introduced separately, or the hydrophilic polymer layer (x1) having an amino group (x2) may be introduced. Further, apart from the hydrophilic polymer layer (x1) having an amino group (x2), an amino group (x2) can be further introduced on the surface of the polymer fine particle. Furthermore, monodisperse polymer fine particles made of an amphiphilic polymer having an amino group-containing polymer chain forming a shell layer and a polymer chain forming a core part may be used.

又、本発明の製造方法による金属酸化物中空粒子を得るにあたって、ゾルゲル反応がより効果的に進行する点から、単分散性ポリマー微粒子(X)が更にカルボキシ基(x3)を有するものであることが好ましい。表面上に親水性ポリマー層(x1)、アミノ基(x2)、カルボキシ基(x3)を有するポリマー微粒子の作製は、アミノ基(x2)導入時に、アミノ基(x2)とカルボキシル基(x3)とを有するアミノ酸、もしくはアミノ酸残基を有するポリマーを用いることで好適に行うことができる。   Further, in obtaining the metal oxide hollow particles by the production method of the present invention, the monodisperse polymer fine particles (X) further have a carboxy group (x3) from the point that the sol-gel reaction proceeds more effectively. Is preferred. Preparation of polymer fine particles having a hydrophilic polymer layer (x1), an amino group (x2), and a carboxy group (x3) on the surface is carried out by introducing an amino group (x2), a carboxyl group (x3), and an amino group (x2). It can be suitably performed by using a polymer having an amino acid or an amino acid residue.

具体的には、表面に親水性ポリマー層(x1)を有する単分散性ポリマー微粒子(X)の一つの形態は、既に本発明者が特開2007−291359号として提供している中空ポリマー微粒子であり、詳しくは、ラジカル重合性の水溶性モノマー(α1)とラジカル重合性の非水溶性モノマー(α2)とを水性媒体中で擬エマルジョン形式のラジカル重合反応を行うことにより得られる中空ポリマー微粒子そのもの、もしくはこれにアミノ基(x2)を導入したものである。この中空ポリマー微粒子は、表面に親水性ポリマー層(x1)を有し、コア−シェル型のポリマー粒子として作用する。   Specifically, one form of monodisperse polymer fine particles (X) having a hydrophilic polymer layer (x1) on the surface is hollow polymer fine particles already provided by the present inventor as Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-291359. In detail, the hollow polymer fine particles themselves obtained by performing a radical polymerization reaction in the form of a pseudo-emulsion in an aqueous medium between a radically polymerizable water-soluble monomer (α1) and a radically polymerizable water-insoluble monomer (α2). Or an amino group (x2) introduced therein. The hollow polymer fine particles have a hydrophilic polymer layer (x1) on the surface and act as core-shell type polymer particles.

特にアミノ基(x2)を容易に導入することができる点から、ラジカル重合性の水溶性単量体(α1)と、ラジカル重合性の非水溶性単量体(α2)とを含有する単量体群(α)を、アミノ基含有開始剤を用いて重合して得られる共重合体を主構成成分とする殻壁からなるものであることが好ましく、又得られる金属酸化物中空粒子の発色性を強めることができる点から、該殻壁の厚さが5nm〜80nmである中空ポリマー微粒子を用いることが好ましい。この手法で得られる中空ポリマー微粒子には、当該開始剤由来のアミノ基がその表面に導入されており、そのまま本発明のテンプレートとして好適に用いることができる。   In particular, from the point that amino group (x2) can be easily introduced, a single amount containing radically polymerizable water-soluble monomer (α1) and radically polymerizable water-insoluble monomer (α2) It is preferable that the body group (α) is composed of a shell wall containing a copolymer obtained by polymerizing an amino group-containing initiator as a main constituent, and coloration of the resulting metal oxide hollow particles From the viewpoint of enhancing the property, it is preferable to use hollow polymer fine particles having a shell wall thickness of 5 nm to 80 nm. The hollow polymer fine particles obtained by this method have an amino group derived from the initiator introduced on the surface thereof and can be suitably used as a template of the present invention as it is.

前記アミノ基含有開始剤としては、特に制限されるものではなく、種々のものを使用することができるが、例えば、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二硫酸塩二水和物、2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)2−メチルプロピオンアミド]、2,2’−アゾビス(1−イミノ−1−ピロリジノ−2−メチルプロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス{2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン}ジヒドロクロライド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’−アゾビス(2−メチルブタンアミドオキシム)二塩酸塩四水和物、等が挙げられ、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩を用いるのが特に好ましい。   The amino group-containing initiator is not particularly limited, and various initiators can be used. For example, 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride, 2,2 ′ -Azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] disulfate dihydrate, 2, 2'-azobis [N- (2-carboxyethyl) 2-methylpropionamide], 2,2'-azobis (1-imino-1-pyrrolidino-2-methylpropane) dihydrochloride, 2,2'-azobis {2- [1- (2-hydroxyethyl) -2-imidazolin-2-yl] propane} dihydrochloride, 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane], 2,2 '-Azobis 2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide], 2,2′-azobis {2-methyl-N- [1,1-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide}, 2 2,2′-azobis (2-methylbutanamidooxime) dihydrochloride tetrahydrate, etc., and 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride is particularly preferred.

親水性ポリマー層(x1)を有する単分散性ポリマー微粒子の別の一つの形態は、コア粒子上に架橋された親水性ポリマーのシェル層を設けたものである。該コア−シェル型微粒子は、コア部とシェル層を連続的に調製しても良いし、コア部となる微粒子を調製しておき、これをシードとしてシェル層を別途調製しても良い。   Another form of the monodisperse polymer fine particles having the hydrophilic polymer layer (x1) is provided with a crosslinked hydrophilic polymer shell layer on the core particle. For the core-shell type fine particles, the core part and the shell layer may be prepared continuously, or the fine particles to be the core part may be prepared, and the shell layer may be separately prepared using this as a seed.

例えば、コア部とシェル層とを段階的に別々に調製する場合、該コア−シェル型微粒子のコア部は、単分散性粒子であれば中空であっても中実であっても好適に用いることができる。中実ポリマー微粒子は、ミクロゲル法、乳化重合法、ソープフリー乳化重合法、シード乳化重合法、二段階膨潤法、分散重合法、懸濁重合法等、種々の方法によって調製することが可能であり、また、市販の単分散性ポリマー微粒子を用いても良い。中実ポリマー微粒子を合成する目的で用いる単量体としては、特に制限は無く、ラジカル重合性の水溶性モノマーとしてアミド基を有する水溶性モノマーとしては、例えばアクリルアミドやN−エチルアクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−イソプロピルメタクリルアミド、N−n−プロピルアクリルアミド、N−n−プロピルメタクリルアミド、N−シクロプロピルアクリルアミド、N−シクロプロピルメタクリルアミド、N,N―ジメチルアクリルアミド、N,N―ジエチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N−メチル−N−エチルアクリルアミド、N−メチル−N−イソプロピルアクリルアミド、N−メチル−N−n−プロピルアクリルアミド等のN−置換(メタ)アクリルアミドやN−ジ置換(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシエチルアクリルアミド、アクリロイルモルフォリン、N−ビニルピロリドン、ダイアセトンアクリルアミド、N,N’−メチレンビスアクリルアミド等が挙げられる。アミノ基を有する水溶性モノマーとしては、例えば、アリルアミン、N,N―ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等が挙げられる。また、カルボキシ基を有する水溶性モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等が挙げられ、ヒドロキシ基を有する水溶性モノマーとしては、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート等を挙げることができる。スルホン酸基を有する水溶性モノマーとしては、スチレンスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウム、スチレンスルホン酸リチウム、スチレンスルホン酸アンモニウム、スチレンスルホン酸エチルエステル、スチレンスルホン酸シクロヘキシルエステル、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸等が挙げられる。さらにビニルピリジンやグリシジルメタクリレートに有機アミンを反応させて合成したモノマーを四級化させて得られる、四級化モノマーを用いても良い。   For example, when the core part and the shell layer are separately prepared stepwise, the core part of the core-shell type fine particles is preferably used as long as it is a monodisperse particle, whether it is hollow or solid. be able to. Solid polymer fine particles can be prepared by various methods such as microgel method, emulsion polymerization method, soap-free emulsion polymerization method, seed emulsion polymerization method, two-stage swelling method, dispersion polymerization method, suspension polymerization method, etc. In addition, commercially available monodisperse polymer fine particles may be used. The monomer used for the purpose of synthesizing solid polymer fine particles is not particularly limited, and examples of the water-soluble monomer having an amide group as a radical polymerizable water-soluble monomer include acrylamide, N-ethylacrylamide, and N-ethyl. Methacrylamide, N-isopropylacrylamide, N-isopropylmethacrylamide, Nn-propylacrylamide, Nn-propylmethacrylamide, N-cyclopropylacrylamide, N-cyclopropylmethacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N , N-diethylacrylamide, N, N-dimethylaminopropylacrylamide, N-methyl-N-ethylacrylamide, N-methyl-N-isopropylacrylamide, N-methyl-Nn-propylacrylamide, etc. Substituted (meth) acrylamide and N- disubstituted (meth) acrylamide, N- hydroxyethyl acrylamide, acryloyl morpholine, N- vinylpyrrolidone, diacetone acrylamide, N, N'-methylene bis-acrylamide. Examples of the water-soluble monomer having an amino group include allylamine, N, N-dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, and the like. Examples of the water-soluble monomer having a carboxy group include acrylic acid, methacrylic acid, and maleic acid. Examples of the water-soluble monomer having a hydroxy group include 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, and 2-hydroxy Examples thereof include ethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, 1,4-cyclohexanedimethanol monoacrylate and the like. Examples of water-soluble monomers having a sulfonic acid group include styrene sulfonic acid, sodium styrene sulfonate, lithium styrene sulfonate, ammonium styrene sulfonate, ethyl styrene sulfonate, cyclohexyl styrene ester, 2-acrylamido-2-methylpropane A sulfonic acid etc. are mentioned. Furthermore, a quaternized monomer obtained by quaternizing a monomer synthesized by reacting vinyl pyridine or glycidyl methacrylate with an organic amine may be used.

更に、ラジカル重合性の非水溶性モノマーとして、アクリレートとしては、例えば、アクリル酸ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、アクリル酸イソボニル、アクリル酸グリシジル、tert−ブチル−α−トリフルオロメチルアクリレート、1−アダマンチル−α−トリフルオロメチルアクリレート、(3−メチル−3−オキセタニル)メチルアクリレート、アクリロイルプロピルトリメトキシシラン、アクリロイルプロピルトリエトキシシラン、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等を挙げることが出来る。また、メタクリレートとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸−i−ブチル、メクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸アリル、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、(3−メチル−3−オキセタニル)メチルメタクリレート、メタクリロイルプロピルトリメトキシシラン、メタクリロイルプロピルトリエトキシシラン等を挙げることが出来る。これらのモノマーは、単独でも2種以上を混合して用いることもできる。以下、本文中で使用する(メタ)アクリレートは特に断りのない限り、アクリレート単独、メタクリレート単独及びそれらの混合物を総称するものとして用いる。   Furthermore, as a radical polymerizable water-insoluble monomer, acrylates include, for example, butyl acrylate, lauryl acrylate, cyclohexyl acrylate, phenyl acrylate, isobornyl acrylate, glycidyl acrylate, tert-butyl-α-trifluoro. Examples include methyl acrylate, 1-adamantyl-α-trifluoromethyl acrylate, (3-methyl-3-oxetanyl) methyl acrylate, acryloylpropyltrimethoxysilane, acryloylpropyltriethoxysilane, methyl acrylate, and ethyl acrylate. I can do it. Examples of the methacrylate include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate, i-butyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, lauryl methacrylate, stearyl methacrylate, glycidyl methacrylate, allyl methacrylate, 2 2,2-trifluoroethyl methacrylate, (3-methyl-3-oxetanyl) methyl methacrylate, methacryloylpropyltrimethoxysilane, methacryloylpropyltriethoxysilane, and the like. These monomers can be used alone or in admixture of two or more. Hereinafter, (meth) acrylate used in the text is used as a general term for acrylate alone, methacrylate alone and mixtures thereof unless otherwise specified.

又、非水溶性モノマーとして、グリシジル(メタ)アクリレート、オキセタン(メタ)アクリレート等の環状エーテル構造を有するものも挙げられる。   Moreover, what has cyclic ether structures, such as glycidyl (meth) acrylate and oxetane (meth) acrylate, is also mentioned as a water-insoluble monomer.

前記非水溶性モノマーとしては、(メタ)アクリレート以外の、例えば、スチレン系化合物、ビニルエステル、ビニルエーテル、ビスビニル化合物等を単独で、または2種以上を併用して用いても良い。   As the water-insoluble monomer, for example, styrene compounds, vinyl esters, vinyl ethers, bisvinyl compounds, etc. other than (meth) acrylates may be used alone or in combination of two or more.

前記スチレン系化合物は、スチリル基を有する化合物であって、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、α−クロロスチレン、o−、m−、p−クロロスチレン、p−エチルスチレン、p−tert−ブトキシスチレン、m−tert−ブトキシスチレン、p−アセトキシスチレン、p−(1−エトキシエトキシ)スチレン、p−メトキシスチレン、スチリルトリメトキシシラン、スチリルトリエトキシシラン、ビニルナフタレン、ビニルビフェニル、ビニルアントラセン、ビニルピレン等が挙げられる。   The styrenic compound is a compound having a styryl group. For example, styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, α-chlorostyrene, o-, m-, p-chlorostyrene, p-ethylstyrene, p- tert-butoxystyrene, m-tert-butoxystyrene, p-acetoxystyrene, p- (1-ethoxyethoxy) styrene, p-methoxystyrene, styryltrimethoxysilane, styryltriethoxysilane, vinylnaphthalene, vinylbiphenyl, vinylanthracene And vinylpyrene.

前記ビニルエステルとしては、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、モノクロロ酢酸ビニル、ピバリン酸ビニル、酪酸ビニル等が挙げられる。   Examples of the vinyl ester include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl monochloroacetate, vinyl pivalate, and vinyl butyrate.

前記ビニルエーテル類としては、例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、オクタデシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、アリルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、ノナンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、トリメチルプロパントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、フェニルビニルエーテル等が挙げられる。   Examples of the vinyl ethers include methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, isopropyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, 2-ethylhexyl vinyl ether, octadecyl vinyl ether, cyclohexyl vinyl ether, allyl vinyl ether, cyclohexane dimethanol monovinyl ether, Examples include 1,4-butanediol divinyl ether, nonanediol divinyl ether, cyclohexanediol divinyl ether, cyclohexanedimethanol divinyl ether, trimethylpropane trivinyl ether, pentaerythritol tetravinyl ether, and phenyl vinyl ether.

更に又、前記モノマーと併用して二官能のジ(メタ)アクリレート、例えば、エチレンジ(メタ)アクリレート、ジエチレン(メタ)アクリレート、トリエチレンジ(メタ)アクリレート等のポリエチレンジ(メタ)アクリレート類、プロピレンジ(メタ)アクリレート、ジプロピレンジ(メタ)アクリレート、トリプロピレンジ(メタ)アクリレート、等のポリプロピレンジ(メタ)アクリレート類、グリセロールジ(メタ)アクリレート等も単独で、または2種以上を併用して用いることができる。そのほか、ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン等の中から1種類、もしくは2種以上を共重合させることによってコア粒子を製造することも可能である。   Furthermore, bifunctional di (meth) acrylates such as ethylene di (meth) acrylate, diethylene (meth) acrylate, polyethylene di (meth) acrylates such as triethylenedi (meth) acrylate, propylene di ( Polypropylene di (meth) acrylates such as (meth) acrylate, dipropylene di (meth) acrylate, tripropylene di (meth) acrylate, glycerol di (meth) acrylate, etc. may be used alone or in combination of two or more. it can. In addition, it is also possible to produce core particles by copolymerizing one or more of vinyl pyridine, N-vinyl pyrrolidone and the like.

水性媒体中で重合反応を行う場合、重合開始剤としては、種々の水溶性重合開始剤を用いれば良く、特にアミノ基含有開始剤を用いた場合には、開始剤由来のアミノ基が微粒子の表面に導入されるため、より好ましい。   When the polymerization reaction is carried out in an aqueous medium, various water-soluble polymerization initiators may be used as the polymerization initiator. In particular, when an amino group-containing initiator is used, the amino group derived from the initiator contains fine particles. Since it is introduced into the surface, it is more preferable.

シェル層の調製は、例えば、前記コア微粒子をシード粒子として、その水性媒体分散液中に水溶性の重合性単量体および架橋剤を加えてエマルジョン重合を行うことにより、コア部の外側に親水性ポリマー層(x1)のシェル層を設けることができる。   The shell layer is prepared by, for example, using the core fine particles as seed particles, adding a water-soluble polymerizable monomer and a cross-linking agent to the aqueous medium dispersion, and performing emulsion polymerization to form a hydrophilic layer on the outside of the core portion. A shell layer of the conductive polymer layer (x1) can be provided.

シェル層の合成に用いる水溶性の重合性単量体としては、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N−シクロプロピルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−n−プロピルアクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−シクロプロピルメタクリルアミド、N−イソプロピルメタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチル−N−エチルアクリルアミド、N−メチル−N−イソプロピルアクリルアミド、N−メチル−N−n−プロピルアクリルアミド、N,N―ジエチルアクリルアミド、N−エチル−N−イソプロピルアクリルアミド、N−エチル−N−n−プロピルアクリルアミド、N,N−ジイソプロピルアクリルアミド、N−アクリロイルピロリドン、N−アクリロイルピペリドン、N−アクリロイルメチルホモピペラジン、N−アクリロイルメチルピペラジン等のアクリルアミド系単量体のうちから1種類、もしくは、これらの2種以上を重合させた高分子の架橋体を好適に用いることができる。また、これらとアクリル酸、メタクリルアミド−プロピル−トリメチル−アンモニウムクロライド、1−ビニルイミダゾール、メタクリロイルオキシフェニルジメチルスルホニウムメチルスルフェイトなどを共重合させたものも好適に用いることができる。   Examples of the water-soluble polymerizable monomer used for the synthesis of the shell layer include acrylamide, N-methylacrylamide, N-ethylacrylamide, N-cyclopropylacrylamide, N-isopropylacrylamide, Nn-propylacrylamide, methacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-cyclopropylmethacrylamide, N-isopropylmethacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N-methyl-N-ethylacrylamide, N-methyl-N-isopropylacrylamide, N-methyl-N- n-propylacrylamide, N, N-diethylacrylamide, N-ethyl-N-isopropylacrylamide, N-ethyl-Nn-propylacrylamide, N, N-diisopropylacrylamide, N-acryloyl One kind of acrylamide monomers such as loridone, N-acryloylpiperidone, N-acryloylmethylhomopiperazine, N-acryloylmethylpiperazine, or a crosslinked polymer obtained by polymerizing two or more of these monomers It can be used suitably. Moreover, what copolymerized these with acrylic acid, methacrylamide-propyl-trimethyl-ammonium chloride, 1-vinylimidazole, methacryloyloxyphenyldimethylsulfonium methylsulfate, etc. can be used conveniently.

シェル層の合成に用いる架橋剤としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、ジビニルベンゼン等が挙げられ、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、及びジビニルベンゼンを用いる事が好ましい。   Examples of the crosslinking agent used for synthesizing the shell layer include ethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, N, N′-methylenebisacrylamide, divinylbenzene, and the like. N, N′-methylene Bisacrylamide, ethylene glycol di (meth) acrylate, and divinylbenzene are preferably used.

シェル層の合成に用いる重合開始剤は、水溶性の重合開始剤であれば特に限定されるものではないが、過硫酸塩又はアミノ基含有アゾ化合物を用いる事が好ましく、例えば、過硫酸カリウム(KPS)、過硫酸アンモニウム(APS)、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二硫酸塩二水和物、2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)2−メチルプロピオンアミド]、2,2’−アゾビス(1−イミノ−1−ピロリジノ−2−メチルプロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス{2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン}ジヒドロクロライド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’−アゾビス(2−メチルブタンアミドオキシム)二塩酸塩四水和物、等が挙げられる。これらの中でも、コア粒子の表面電荷が正の場合には、アミノ基含有アゾ化合物を、コア粒子の表面電荷が負の場合には過硫酸塩を用いると、重合過程における凝集を防ぐことができるので好ましい。   The polymerization initiator used for synthesizing the shell layer is not particularly limited as long as it is a water-soluble polymerization initiator, but it is preferable to use a persulfate or an amino group-containing azo compound. For example, potassium persulfate ( KPS), ammonium persulfate (APS), 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride, 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2 , 2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] disulfate dihydrate, 2,2′-azobis [N- (2-carboxyethyl) 2-methylpropionamide], 2 , 2′-azobis (1-imino-1-pyrrolidino-2-methylpropane] dihydrochloride, 2,2′-azobis {2- [1- (2-hydroxyethyl) -2-imidazolin-2-yl] Prop } Dihydrochloride, 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane], 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide], 2, 2'-azobis {2-methyl-N- [1,1-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide}, 2,2'-azobis (2-methylbutanamidooxime) dihydrochloride tetrahydrate Among them, when the surface charge of the core particle is positive, an amino group-containing azo compound is used, and when the surface charge of the core particle is negative, a persulfate is used for polymerization. It is preferable because aggregation in the process can be prevented.

〔アミノ基(x2)の導入〕
上述した単分散性ポリマー微粒子は、前記の様に、粒子合成時に単量体として例えば、アリルアミン、N,N―ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ビニルピリジン等のアミノ基を有する重合性単量体を用いるか、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩等のアミノ基を有する開始剤を用いれば、この微粒子をそのまま本発明のテンプレートとして好適に用いることができる。
[Introduction of amino group (x2)]
As described above, the monodisperse polymer fine particles described above are polymerizable monomers having an amino group such as allylamine, N, N-dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, vinyl pyridine and the like as monomers at the time of particle synthesis. If a monomer is used or an initiator having an amino group such as 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride is used, the fine particles can be suitably used as they are as a template of the present invention.

一方、アミノ基(x2)を持たない重合性単量体や開始剤を用いた場合には、前記中空ポリマー微粒子、コア−架橋親水性ポリマーシェル微粒子いずれの場合も、微粒子表面に共有結合によってアミノ基(x2)の導入を行うことにより、本発明のテンプレートとして用いることができる。アミノ基(x2)の導入は、例えば、単分散性微粒子の製造時、重合性単量体として、グリシジル(メタ)アクリレート、オキセタン(メタ)アクリレート等の環状エーテル構造を有する単量体を用いた場合には、微粒子表面に存在するグリシジル基又はオキセタン基に対して、アミノ基(x2)を有する化合物を反応させることによって、アミノ基(x2)を導入することが可能である。更にカルボキシ基、ヒドロキシ基、アミド基、及びチオール基の1種もしくは複数種とアミノ基とを有する化合物を用いる場合には、これらグリシジル基、もしくはオキセタン基とアミノ基の反応を利用しても良いし、アミノ基と共にカルボキシ基、ヒドロキシ基、アミド基、及びチオール基の1種もしくは複数種を有する化合物を用いて、これらの官能基との反応を利用しても良い。   On the other hand, when a polymerizable monomer or initiator having no amino group (x2) is used, both the hollow polymer fine particle and the core-crosslinked hydrophilic polymer shell fine particle are covalently bonded to the surface of the fine particle. By introducing the group (x2), it can be used as a template of the present invention. For the introduction of the amino group (x2), for example, a monomer having a cyclic ether structure such as glycidyl (meth) acrylate or oxetane (meth) acrylate was used as a polymerizable monomer when producing monodisperse fine particles. In some cases, the amino group (x2) can be introduced by reacting a compound having an amino group (x2) with a glycidyl group or oxetane group present on the surface of the fine particles. Further, in the case of using a compound having one or more of carboxy group, hydroxy group, amide group, and thiol group and an amino group, the reaction of these glycidyl group or oxetane group and amino group may be used. In addition, a compound having one or more of a carboxy group, a hydroxy group, an amide group, and a thiol group together with an amino group may be used and a reaction with these functional groups may be used.

前記アミノ基(x2)を有する化合物としては、その構造中にアミノ基を一つ以上有していれば良く、一級、二級、三級アミンのいずれであっても良い。また、これらのアミノ基(x2)は塩基のまま、または中和された形で用いることができる。アミノ基(x2)を中和する酸としては、塩酸、酢酸、リン酸、ホウ酸、硫酸等の各種の酸類を用いることができ、またアミノ基(x2)が四級化されたものであっても良い。   The compound having an amino group (x2) may have at least one amino group in its structure, and may be any of primary, secondary, and tertiary amines. Moreover, these amino groups (x2) can be used in the form of a base or neutralized. As the acid for neutralizing the amino group (x2), various acids such as hydrochloric acid, acetic acid, phosphoric acid, boric acid and sulfuric acid can be used, and the amino group (x2) is quaternized. May be.

前記化合物として具体的には、構造中にアミノ基を一つ有するアミノ基含有化合物としては、例えば、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、アミノプロパノール、アミノエタンチオール等を、また、ポリアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ヘキサメチレンジアミン等のジアミン類、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、スペルミジン、スペルミン等を挙げることができ、前記のようにこれらの塩酸塩、酢酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、硫酸塩等も利用可能である。   Specifically, as the compound, as an amino group-containing compound having one amino group in the structure, for example, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethanolamine, diethanolamine, aminopropanol, aminoethanethiol, etc. Examples of polyamines include diamines such as ethylenediamine, diaminopropane, diaminobutane, diaminopentane, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, spermidine, spermine and the like. These hydrochlorides, acetates, phosphates, borates, sulfates and the like can also be used.

また、グリシン、アラニン、ロイシン、イソロイシン、システイン、グルタミン、ヒスチジン、アスパラギン、セリン、リシン、アルギニン、メチオニン、トレオニン、バリンなどのアミノ酸残基の一種、もしくは複数種が結合したオリゴペプチド、またはポリペプチドの骨格が含まれる低分子・高分子化合物からなる群から選ばれる低分子・高分子化合物、および、これらの化合物中のアミノ基を塩酸、酢酸、リン酸、ホウ酸、硫酸等の各種の酸類を用いて中和した化合物も挙げることができる。これらアミノ酸残基を有する化合物は、アミノ基(x2)とカルボキシ基(x3)とを同時に有しており、アミノ基(x2)の導入とともにカルボキシ基(x3)も同時に導入することが可能であり、前記、水性媒体に溶媒和する親水性ポリマー層(x1)とアミノ基(x2)、さらにカルボキシ基(x3)をともに表面に有する単分散性ポリマー微粒子を作製できるので、特に好適に用いることができる。   In addition, one or more amino acid residues such as glycine, alanine, leucine, isoleucine, cysteine, glutamine, histidine, asparagine, serine, lysine, arginine, methionine, threonine, valine, etc. Low molecular and high molecular compounds selected from the group consisting of low molecular and high molecular compounds containing a skeleton, and various acids such as hydrochloric acid, acetic acid, phosphoric acid, boric acid, sulfuric acid and the like in the amino groups in these compounds Mention may also be made of compounds neutralized by use. These compounds having amino acid residues have an amino group (x2) and a carboxy group (x3) at the same time, and can introduce a carboxy group (x3) at the same time as the introduction of the amino group (x2). Since the monodisperse polymer fine particles having both the hydrophilic polymer layer (x1) solvated in the aqueous medium, the amino group (x2), and the carboxy group (x3) on the surface can be prepared, it is particularly preferably used. it can.

また、アミノ基含有ポリマーの例としては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリプロピレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリビニルピリジン、ポリリシン、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリジメチルアミノアクリレート、キトサンの骨格が含まれるポリマーからなる群から選ばれる単独重合体または共重合体、及びこれらの化合物中のアミノ基を塩酸、酢酸、リン酸、ホウ酸、硫酸等の各種の酸類を用いて中和した化合物を挙げることができる。   Examples of amino group-containing polymers include, for example, polymers containing a skeleton of polyethyleneimine, polypropyleneimine, polyallylamine, polyvinylamine, polyvinylpyridine, polylysine, polydimethylaminoethyl methacrylate, polydimethylaminoacrylate, and chitosan. Examples thereof include homopolymers or copolymers selected from the group, and compounds obtained by neutralizing amino groups in these compounds with various acids such as hydrochloric acid, acetic acid, phosphoric acid, boric acid and sulfuric acid.

又、表面に親水性ポリマー層(x1)を有する単分散性ポリマー微粒子(X)の別の形態としては、アミノ基(x2)を有する親水性ポリマーが直接コア部に相当するポリマー微粒子の表面に結合したものである。このような微粒子は、例えば、ポリアミンの存在下で疎水性モノマーのエマルジョン重合を行う方法を用いて合成できる。具体的な方法としては、例えば、水または水と親水性溶媒の混合溶液中で、アミノ基含有ポリマー、過酸化物、及びアミノ基を含まないラジカル重合可能な疎水性モノマーを共存させ、加熱する方法が挙げられる。これにより、過酸化物がアミノ基と反応してラジカルを発生し、アミンラジカルを開始剤とするラジカル反応が進行する。この際、アミノ基含有ポリマーは親水性が強いためシェル部に多く存在し、ラジカル重合によってできたポリマーは疎水性を示すため、コア部に多く存在する。その結果、乳化剤などを用いることなく、自発的に粒径のそろったコア−シェル粒子を合成することができる。   As another form of the monodisperse polymer fine particles (X) having the hydrophilic polymer layer (x1) on the surface, the hydrophilic polymer having an amino group (x2) is directly on the surface of the polymer fine particles corresponding to the core portion. It is a combination. Such fine particles can be synthesized using, for example, a method of emulsion polymerization of a hydrophobic monomer in the presence of a polyamine. As a specific method, for example, in an aqueous solution or a mixed solution of water and a hydrophilic solvent, an amino group-containing polymer, a peroxide, and a radically polymerizable hydrophobic monomer containing no amino group are allowed to coexist and heated. A method is mentioned. Thereby, a peroxide reacts with an amino group to generate a radical, and a radical reaction using an amine radical as an initiator proceeds. At this time, the amino group-containing polymer is present in the shell portion in a large amount due to its strong hydrophilicity, and the polymer formed by radical polymerization is present in the core portion because it is hydrophobic. As a result, core-shell particles having a uniform particle size can be synthesized without using an emulsifier.

この反応におけるアミノ基含有ポリマーとしては、過酸化物との反応性が高く、ラジカル反応の転化率が良好であることから、1級アミノ基を有するポリアミンを特に好適に使用できる。なかでも、分岐構造を有するポリエチレンイミン、ポリアリルアミンなどが入手のしやすさなどから最も好適である。   As the amino group-containing polymer in this reaction, a polyamine having a primary amino group can be particularly preferably used because of its high reactivity with peroxides and good conversion rate of radical reaction. Of these, polyethyleneimine having a branched structure, polyallylamine, and the like are most preferable because they are easily available.

前記特許文献3の交互積層法や前記非特許文献7では、前述のように物理的な吸着によって表面に親水性ポリマーとアミノ基との導入を行っているが、物理吸着する親水性ポリマーは、コアとなる微粒子の表面に、薄い被膜状に付着するにとどまるものであって、水性媒体中で溶媒和して均一な空間的広がりを有するものではない。従って、この様な物理吸着された親水性ポリマーと金属酸化物とのナノメートルオーダーでの複合化が容易ではなく、従って、得られた複合体を焼成してもポリマー由来のカーボンと金属酸化物との複合体からなる殻を形成できるものではない。一方、本発明でテンプレートとして用いる前述の単分散性ポリマー微粒子(X)は、水性媒体中で親水性ポリマー層(x1)が空間的広がりを有することから、金属アルコキシド(Y)の濃縮・ゾルゲル反応・金属酸化物(Y’)との複合化が容易であり、ひいては焼成後、金属酸化物(Y’)とカーボンとの複合化が容易である点、また、ゾルゲル反応によって金属酸化物(Y’)と親水性ポリマー層(x1)が複合化した金属酸化物の被覆層が形成された後でも、親水性ポリマー層の一部は最表面に存在するので、焼成後、内部のみならず最表面にもカーボンが存在するという特殊な形態となる点から、前記公知文献とは異なるものである。   In the alternate lamination method of Patent Document 3 and Non-Patent Document 7 described above, hydrophilic polymer and amino group are introduced onto the surface by physical adsorption as described above. It only adheres in the form of a thin film on the surface of the fine particles serving as the core, and does not have a uniform spatial extent by solvating in the aqueous medium. Therefore, it is not easy to combine such a physically adsorbed hydrophilic polymer with a metal oxide in the nanometer order. Therefore, even if the obtained composite is baked, the polymer-derived carbon and the metal oxide It is not possible to form a shell made of a complex with. On the other hand, the monodisperse polymer fine particles (X) used as a template in the present invention have a spatial extent of the hydrophilic polymer layer (x1) in an aqueous medium, so that the concentration / sol-gel reaction of the metal alkoxide (Y) is performed. -The composite with the metal oxide (Y ') is easy, and after firing, the composite with the metal oxide (Y') and carbon is easy, and the metal oxide (Y ' Even after the metal oxide coating layer formed by combining ') and the hydrophilic polymer layer (x1) is formed, a part of the hydrophilic polymer layer exists on the outermost surface. This is different from the known literature in that it has a special form in which carbon is also present on the surface.

〔金属アルコキシド(Y)及び金属酸化物(Y’)〕
本発明の製造方法の第一段階は、上述した単分散性ポリマー微粒子(X)の水性分散体に、金属アルコキシド(Y)の溶液を混合し、金属アルコキシド(Y)のゾルゲル反応を単分散性ポリマー微粒子(X)の表面上で行うものであり、金属酸化物(Y’)からなる被膜を単分散性ポリマー微粒子(X)上に形成させるものである。
[Metal alkoxide (Y) and metal oxide (Y ′)]
In the first step of the production method of the present invention, a solution of metal alkoxide (Y) is mixed with the aqueous dispersion of monodisperse polymer fine particles (X) described above, and the sol-gel reaction of metal alkoxide (Y) is monodispersed. This is performed on the surface of the polymer fine particles (X), and a film made of the metal oxide (Y ′) is formed on the monodisperse polymer fine particles (X).

金属アルコキシド(Y)はM−(OR)nで表されるもので、Mは金属、−ORはアルコキシド基(Oは酸素、Rはアルキル基)を示す。nは金属Mの価数を示す。この様な金属アルコキシド(Y)のゾルゲル反応(加水分解・縮合反応)により、金属酸化物(Y’)のネットワークからなる被膜を形成させるものであり、強固な被膜が得られる点から、加水分解可能なアルコキシド基を三価以上有する金属アルコキシドを用いることが好ましい。特にテトラアルコキシシラン等の四価以上の金属アルコキシドを使用する場合には、単分散性ポリマー微粒子(X)上に形成される被膜の硬度を高くすることができるため好ましい。硬度を高くする目的で官能基数の多い金属アルコキシドを使用する場合には、全金属アルコキシド(Y)中の四価以上の金属アルコキシドの含有率が30質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。 The metal alkoxide (Y) is represented by M- (OR) n , M is a metal, -OR is an alkoxide group (O is oxygen, R is an alkyl group). n represents the valence of the metal M. The sol-gel reaction (hydrolysis / condensation reaction) of such metal alkoxide (Y) forms a film consisting of a network of metal oxides (Y ′). From the point of obtaining a strong film, hydrolysis It is preferable to use a metal alkoxide having a trivalent or higher alkoxide group. In particular, when a tetravalent or higher-valent metal alkoxide such as tetraalkoxysilane is used, it is preferable because the hardness of the film formed on the monodisperse polymer fine particles (X) can be increased. When using a metal alkoxide having a large number of functional groups for the purpose of increasing the hardness, the content of tetravalent or higher metal alkoxide in the total metal alkoxide (Y) is preferably 30% by mass or more, and 50% by mass. More preferably.

前記金属アルコキシド(Y)の金属種Mとしては、例えば、ケイ素、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、ホウ素、ゲルマニウム、亜鉛等が挙げられ、これらの中でもゾルゲル反応が容易である点から、ケイ素、チタン、ジルコニウム、アルミニウムであることが好ましく、工業的入手容易性の点からケイ素であることが特に好ましい。   Examples of the metal species M of the metal alkoxide (Y) include silicon, titanium, zirconium, aluminum, boron, germanium, zinc, etc. Among these, sol-gel reaction is easy, and silicon, titanium, zirconium Aluminum is preferable, and silicon is particularly preferable from the viewpoint of industrial availability.

ケイ素を金属種Mとして有する金属アルコキシドとしては、反応性の官能基を有していても良いアルコキシシラン等を挙げることができる。尚、本発明において特に断りのない限り、アルコキシシランは加水分解反応によりオリゴマー化しているものも含む。オリゴマー化したものは、シラノールとなったシリカゾル状態で使用しても良い。オリゴマー化したアルコキシシランとしては、その平均重合度が2〜20のものを好適に使用することができる。   Examples of the metal alkoxide having silicon as the metal species M include alkoxysilane which may have a reactive functional group. In the present invention, unless otherwise specified, alkoxysilanes include those oligomerized by a hydrolysis reaction. The oligomerized product may be used in a silica sol state converted to silanol. As the oligomerized alkoxysilane, those having an average degree of polymerization of 2 to 20 can be suitably used.

前記アルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、メチルエチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン等のジアルコキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロイルプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ(2−エタノール)オルソシリケート、テトラ(n−プロポキシ)シラン、テトラ(イソプロポキシ)シラン等のテトラアルコキシシラン等が挙げられる。   Examples of the alkoxysilane include dialkoxysilanes such as dimethyldimethoxysilane, diethyldimethoxysilane, methylethyldimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, and phenylmethyldimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, Trialkoxy such as phenyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloylpropyltrimethoxysilane, γ- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, phenyltriethoxysilane Silane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra (2-ethanol) orthosilicate, tetra (n-propoxy) silane, tetra (isopropyl) Epoxy) tetraalkoxysilane such as silane.

更に官能基を有するアルコキシシランとしては、例えば、ハロゲンを有するシラン類として、テトラクロロシラン、メチルトリクロロシランといったクロロシラン等が挙げられる。   Furthermore, examples of the alkoxysilane having a functional group include chlorosilanes such as tetrachlorosilane and methyltrichlorosilane as halogen-containing silanes.

チタンを金属種として有する金属アルコキシドとしては、例えば、テトライソプロポキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラブトキシチタン、テトラプロポキシチタン等のアルコキシチタンが挙げられ、また、チタンアセチルアセトナート、チタンオクチレングリコール、チタンテトラアセチルアセトナート、チタンエチルアセテート、チタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)、チタンラクテートアンモニウム塩、チタンラクテート等、チタンの金属アルコキシドから調製される種々のチタンキレートを用いても良い。アルミニウムを金属種として有する金属アルコキシドとしては、例えば、トリエトキシアルミニウム等のアルコキシアルミニウムが挙げられる。   Examples of the metal alkoxide having titanium as a metal species include alkoxytitanium such as tetraisopropoxytitanium, tetraethoxytitanium, tetrabutoxytitanium, and tetrapropoxytitanium, and titanium acetylacetonate, titanium octylene glycol, and titanium. Various titanium chelates prepared from metal alkoxides of titanium, such as tetraacetylacetonate, titanium ethyl acetate, titanium diisopropoxybis (triethanolaminate), titanium lactate ammonium salt, titanium lactate and the like may be used. Examples of the metal alkoxide having aluminum as a metal species include alkoxyaluminum such as triethoxyaluminum.

また、ジルコニウムを金属種として有する金属アルコキシドとしては、例えば、テトラメトキシジルコニウム、テトラエトキシジルコニウム、テトラブトキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウム、テトラプロポキシジルコニウム、テトラ−sec−ブトキシジルコニウムおよびテトラ−t−ブトキシジルコニウム等のアルコキシジルコニウムが挙げられ、ジルコウニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトネート、ジルコニウムモノブトキシアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシモノステアレート、塩化ジルコニウム化合物アミノカルボン酸等、ジルコニウムの金属アルコキシドから調製される種々のジルコニウムキレートを用いても良い。   Examples of the metal alkoxide having zirconium as a metal species include tetramethoxyzirconium, tetraethoxyzirconium, tetrabutoxyzirconium, tetraisopropoxyzirconium, tetrapropoxyzirconium, tetra-sec-butoxyzirconium, and tetra-t-butoxyzirconium. Alkoxyzirconium zirconium, zirconium tributoxy monoacetyl acetonate, zirconium monobutoxy acetyl acetonate bis (ethyl acetoacetate), zirconium dibutoxy bis (ethyl acetoacetate), zirconium tetraacetyl aceto , Zirconium tributoxy monostearate, zirconium chloride compound Bon acid, may be used various zirconium chelate prepared from zirconium metal alkoxide.

これらの金属アルコキシド(Y)は、単独で用いても、二種以上を混合して用いても良いが、アルコキシシランとチタン、ジルコニウム、アルミニウム等、その他の金属のアルコキシドとを混合して用いる場合には、反応速度の違いによりテンプレート微粒子上に形成される金属酸化物が不均一になるのを防ぐために、アルコキシシランに対するこれらその他の金属のアルコキシドの使用割合を30質量%以下にするのが好ましい。   These metal alkoxides (Y) may be used singly or in combination of two or more, but when alkoxysilane and alkoxides of other metals such as titanium, zirconium and aluminum are used in combination In order to prevent the metal oxide formed on the template fine particles from becoming non-uniform due to the difference in reaction rate, it is preferable to use the alkoxide ratio of these other metals with respect to the alkoxysilane to 30% by mass or less. .

これらの金属アルコキシド(Y)は、溶液の状態で単分散性ポリマー微粒子(X)が分散した水性媒体と混合して用いるものであるが、混合液中では金属アルコキシド(Y)は加水分解されてM−OH構造が生成し、単分散性ポリマー微粒子(X)表面に存在する親水性ポリマー層(x1)に濃縮されることになる。ここで、単分散性ポリマー微粒子(X)表面に存在するアミノ基(x2)、更にカルボキシ基(x3)は、金属アルコキシド(Y)の加水分解、及び縮合反応を促進する触媒として働き効率良く金属酸化物(Y’)が生成する。この金属酸化物(Y’)は親水性ポリマー層(x1)との水素結合により、また親水性ポリマーがヒドロキシ基を有する場合にはさらに脱水縮合反応を起こすことによって、微粒子表面と金属酸化物(Y’)の間に共有結合が形成され、強固に結合した被膜層を形成する。この機構によって、金属アルコキシド(Y)の加水分解・縮合反応は、ほぼ選択的に単分散性ポリマー微粒子(X)上で進行することになる。   These metal alkoxides (Y) are mixed with an aqueous medium in which the monodisperse polymer fine particles (X) are dispersed in a solution state. In the mixed solution, the metal alkoxide (Y) is hydrolyzed. An M-OH structure is generated and concentrated in the hydrophilic polymer layer (x1) existing on the surface of the monodisperse polymer fine particles (X). Here, the amino group (x2) and further the carboxy group (x3) present on the surface of the monodisperse polymer fine particles (X) serve as a catalyst for promoting the hydrolysis and condensation reaction of the metal alkoxide (Y), and are a metal efficiently. An oxide (Y ′) is formed. This metal oxide (Y ′) is formed by hydrogen bonding with the hydrophilic polymer layer (x1), and when the hydrophilic polymer has a hydroxy group, further causes a dehydration condensation reaction, whereby the surface of the fine particles and the metal oxide ( A covalent bond is formed during Y ′) to form a strongly bonded coating layer. By this mechanism, the hydrolysis / condensation reaction of the metal alkoxide (Y) proceeds almost selectively on the monodisperse polymer fine particles (X).

金属アルコキシド(Y)を溶解する溶媒は、該金属アルコキシド(Y)が可溶で、単分散性ポリマー微粒子(X)を分散させた水性媒体と混合可能な溶媒を用いることができるが、取り扱いの容易さからメタノール、エタノール、2−プロパノール等のアルコール類やアセトン等を単独、もしくは2種以上を混合させて用いることができる。また、これらの溶媒と水が混合されていても良い。この時、金属アルコキシド(Y)が、キレート化されていないチタン、ジルコニウム、アルミニウム等の金属アルコキシド単独である場合には、急激な加水分解、縮合反応が起こり、単分散性ポリマー微粒子(X)上でなく溶液中に単独で金属酸化物を形成したり、該微粒子の凝集をひきおこしたりする可能性があるので、これを防ぐために水を混合しないアルコール類を用いることが好ましい。一方、金属アルコキシド(Y)が、キレート化された水溶性の化合物である場合、例えば、チタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)、チタンラクテートアンモニウム塩、チタンラクテート、ジヒドロキシビス(ヒドロキシカルボキシラート)チタン、チタンペルオキソクエン酸アンモニウム、塩化ジルコニウム化合物アミノカルボン酸等は、溶媒として水を単独で用いることも可能である。   As the solvent for dissolving the metal alkoxide (Y), a solvent that is soluble in the metal alkoxide (Y) and can be mixed with an aqueous medium in which the monodisperse polymer fine particles (X) are dispersed can be used. For ease of use, alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol, acetone and the like can be used alone or in admixture of two or more. Moreover, these solvents and water may be mixed. At this time, when the metal alkoxide (Y) is a metal alkoxide such as titanium, zirconium or aluminum which is not chelated alone, rapid hydrolysis and condensation reaction occur, and the monodisperse polymer fine particles (X) In addition, there is a possibility of forming a metal oxide alone in the solution or causing aggregation of the fine particles, and in order to prevent this, it is preferable to use alcohols not mixed with water. On the other hand, when the metal alkoxide (Y) is a chelated water-soluble compound, for example, titanium diisopropoxybis (triethanolaminate), titanium lactate ammonium salt, titanium lactate, dihydroxybis (hydroxycarboxylate) Titanium, titanium peroxocitrate ammonium, zirconium chloride compound aminocarboxylic acid and the like can use water alone as a solvent.

これら金属アルコキシド(Y)の溶液は、10〜90質量%のものを適宜選択して用いることができるが、濃度が低すぎると被膜形成(ゾルゲル反応)に時間を要すること、一方濃度が高すぎると微粒子の凝集を引き起こす可能性が高いことから、当該濃度が30〜70質量%のものを用いることがより好ましい。   These metal alkoxide (Y) solutions can be appropriately selected from 10 to 90% by mass, but if the concentration is too low, it takes time to form a film (sol-gel reaction), while the concentration is too high. It is more preferable to use those having a concentration of 30 to 70% by mass because of the high possibility of causing aggregation of fine particles.

本発明において、単分散性ポリマー微粒子(X)を分散させる水性媒体としては、前記の様に、水を単独で用いる他、水にメタノール、エタノール、イソプロパノール等の低級アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等の多価アルコール、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン等のエーテル類を単独、もしくは複数種混合した混合溶媒を挙げることができるが、単分散性ポリマー微粒子(X)上に金属酸化物(Y’)の被膜を形成させる目的で用いる金属アルコキシド(Y)が、キレート化されていないチタン、ジルコニウム、アルミニウム等の金属アルコキシド単独である場合に限り、溶液中に単独で金属酸化物を形成したり、微粒子の凝集をひきおこしたりする可能性があるので、これを防ぐために、水の含有率が5質量%以下のもの、より好ましくは、水の含有率が1質量%以下のものを用いることが好ましい。   In the present invention, as the aqueous medium in which the monodisperse polymer fine particles (X) are dispersed, as described above, water is used alone, lower alcohol such as methanol, ethanol, isopropanol, etc., ethylene glycol, propylene glycol, Examples thereof include polyhydric alcohols such as butanediol, diethylene glycol, and triethylene glycol; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; and ethers such as tetrahydrofuran. X) The metal alkoxide (Y) used for the purpose of forming a film of the metal oxide (Y ′) on the metal alkoxide alone such as titanium, zirconium, aluminum, etc. that is not chelated is in solution. Formed metal oxide alone In order to prevent this, the water content is 5% by mass or less, more preferably, the water content is 1% by mass or less. preferable.

単分散性ポリマー微粒子(X)の分散液の濃度は、高すぎると微粒子間の凝集を引き起こしやすく、低すぎると被膜形成に時間を要することから、1〜40質量%で調整したものを用いるのが好ましく、2〜20質量%のものを用いるのがより好ましい。   If the concentration of the dispersion liquid of the monodisperse polymer fine particles (X) is too high, aggregation between the fine particles is likely to occur. If the concentration is too low, it takes time to form a film. It is more preferable to use 2-20% by mass.

また、単分散性ポリマー微粒子(X)上への金属酸化物(Y’)被膜の形成のために、単分散性ポリマー微粒子(X)の分散液と金属アルコキシド(Y)の溶液を混合し、撹拌する時間は5〜180分であることが好ましい。5分以下の短時間では、形成される金属酸化物(Y’)からなる被膜は薄すぎて、後の焼成過程により崩壊する可能性がある。撹拌時間が長くなるに伴い縮合反応が進行して単分散性ポリマー微粒子(X)上の金属酸化物(Y’)からなる被膜も厚くなり、より強固な皮膜を形成するので、必要に応じ撹拌時間を長くすると良い。しかしながら、膜厚の増加は、90分程度でほぼ飽和するので、90〜180分程度の時間撹拌を取れば良い。   Further, in order to form a metal oxide (Y ′) film on the monodisperse polymer fine particles (X), a dispersion of the monodisperse polymer fine particles (X) and a solution of the metal alkoxide (Y) are mixed, The stirring time is preferably 5 to 180 minutes. In a short time of 5 minutes or less, the formed film made of the metal oxide (Y ′) is too thin and may be collapsed by a subsequent baking process. As the stirring time becomes longer, the condensation reaction proceeds and the film made of the metal oxide (Y ′) on the monodisperse polymer fine particles (X) also becomes thicker, forming a stronger film. Longer time is better. However, since the increase in film thickness is almost saturated in about 90 minutes, stirring may be performed for about 90 to 180 minutes.

単分散性ポリマー微粒子(X)上に形成する金属酸化物(Y’)からなる被膜の膜厚は、目的に応じて5nm〜30nmのものを調製可能であるが、焼成工程後に充分な強度の中空粒子構造を維持するために、10〜30nmのものを調製するのがより好ましい。この様な膜厚を簡便に得られる点から、単分散性ポリマー微粒子(X)と金属アルコキシド(Y)との質量割合(有効成分として)が5:1〜1:5になるように混合することが好ましい。   The film thickness of the metal oxide (Y ′) formed on the monodisperse polymer fine particles (X) can be 5 nm to 30 nm depending on the purpose, but it has sufficient strength after the firing step. In order to maintain a hollow particle structure, it is more preferable to prepare a 10-30 nm thing. From the point that such a film thickness can be obtained easily, mixing is performed so that the mass ratio (as an active ingredient) of the monodisperse polymer fine particles (X) and the metal alkoxide (Y) is 5: 1 to 1: 5. It is preferable.

金属酸化物(Y’)からなる被膜で被覆された単分散性ポリマー微粒子(X)は、ろ過、遠心分離や、凍結乾燥、エバポレータ等の操作によって溶媒を除去した後、焼成過程に供される。   The monodisperse polymer fine particles (X) coated with a coating made of a metal oxide (Y ′) are subjected to a firing process after removing the solvent by operations such as filtration, centrifugation, lyophilization, and evaporator. .

〔焼成工程〕
本発明のカーボン含有金属酸化物中空粒子の製造における第二段階は、前記の様に、単分散性ポリマー微粒子(X)上に金属酸化物(Y’)の被膜を形成した後、焼成によって該ポリマー微粒子(X)を除去しつつ、その一部を炭化させてカーボンとし金属酸化物(Y’)の被膜と複合化させる工程である。
[Baking process]
As described above, the second step in the production of the carbon-containing metal oxide hollow particles of the present invention is to form the metal oxide (Y ′) film on the monodisperse polymer fine particles (X), and then calcinate it. In this step, a part of the polymer fine particles (X) is carbonized to be carbonized to form a composite with a metal oxide (Y ′) coating.

焼成温度の選択によって、金属酸化物(Y’)と複合化するカーボンの含有率を調整することができるので、単分散性ポリマー微粒子(X)上に金属酸化物(Y’)からなる被膜を形成した同じ粒子から、異なる発色を示すカーボン含有金属酸化物中空粒子を得ることが可能である。   The content of carbon to be complexed with the metal oxide (Y ′) can be adjusted by selecting the firing temperature, so that a coating made of the metal oxide (Y ′) is formed on the monodisperse polymer fine particles (X). Carbon-containing metal oxide hollow particles exhibiting different color development can be obtained from the same formed particles.

焼成温度は、原料として用いた単分散性ポリマー微粒子(X)や金属アルコキシド(Y)の種類や目的によって、250〜1300℃の温度範囲から適宜選択でき、単分散性ポリマー微粒子(X)や金属アルコキシド(Y)由来の有機成分が完全に分解消失しない条件で焼成を行えば良い。有機成分が完全に分解消失しない条件は、例えば熱重量分析などを用いて、予め加熱分解挙動について測定しておくことによって設定することができる。   The firing temperature can be appropriately selected from a temperature range of 250 to 1300 ° C. depending on the type and purpose of the monodisperse polymer fine particles (X) and metal alkoxides (Y) used as raw materials, and the monodisperse polymer fine particles (X) and metal Firing may be performed under conditions where the organic component derived from the alkoxide (Y) does not completely decompose and disappear. Conditions under which the organic component is not completely decomposed and lost can be set by measuring the thermal decomposition behavior in advance using, for example, thermogravimetric analysis.

さらに、焼成時の雰囲気を空気存在下から、窒素下、アルゴン下等に変えることによって、単分散性ポリマー微粒子(X)−金属酸化物(Y’)複合体中の有機成分を効率良く炭化させ、金属酸化物(Y’)とカーボンとを複合化させる方法も有効である。雰囲気の変更は、目的によって、加熱焼成前に完全に雰囲気を交換して加熱焼成を行っても良いし、加熱段階で雰囲気を変更しても良い。   Furthermore, the organic component in the monodisperse polymer fine particle (X) -metal oxide (Y ′) composite is efficiently carbonized by changing the firing atmosphere from the presence of air to under nitrogen, under argon, or the like. Also, a method of combining the metal oxide (Y ′) and carbon is effective. Depending on the purpose, the atmosphere may be changed by completely exchanging the atmosphere before heating and baking, or by changing the atmosphere in the heating stage.

焼成には、一般に知られているマッフル炉、雰囲気炉、赤外線炉等の各種の焼成炉の他、マイクロウェーヴオーブンや噴霧乾燥器も用いることができる。   For the firing, a microwave oven or a spray dryer can be used in addition to various known firing furnaces such as a muffle furnace, an atmospheric furnace, and an infrared furnace.

〔カーボン含有金属酸化物中空粒子〕
本発明のカーボン含有金属酸化物中空粒子は、前記工程によって得られるものであり、目的に応じて、金属酸化物(Y’)とカーボンとを主構成成分とする殻壁の厚さが5nm〜30nmで、平均粒径が50nm〜1000nmのものを調製可能であるが、中空構造を維持する充分な強度を有し、かつ、良好な発色性を有する点から、隔壁の厚さが10nm〜30nmで、平均粒径が150nm〜500nmのものがより好ましい。又、金属酸化物(Y’)としては、シリカであることが汎用性が高い点から好ましいものである。なお、本発明において、金属酸化物(Y’)とカーボンとを主構成成分とするとは、焼成条件が甘いことによって単分散性ポリマー微粒子由来のカーボン以外の成分が若干含まれることがあること以外、意図的にその他の成分を併用しない限りにおいて、金属酸化物(Y’)とカーボンとからなる殻で形成されていることを示すものである。
[Carbon-containing metal oxide hollow particles]
The carbon-containing metal oxide hollow particles of the present invention are obtained by the above-described process, and the thickness of the shell wall containing the metal oxide (Y ′) and carbon as main constituent components is 5 nm to 5 nm depending on the purpose. Although 30 nm and an average particle diameter of 50 nm to 1000 nm can be prepared, the partition wall thickness is 10 nm to 30 nm because it has sufficient strength to maintain the hollow structure and has good color development. Further, those having an average particle diameter of 150 nm to 500 nm are more preferable. Further, as the metal oxide (Y ′), silica is preferable because of its high versatility. In the present invention, when the metal oxide (Y ′) and carbon are the main constituent components, the components other than the carbon derived from the monodisperse polymer fine particles may be slightly contained due to the poor firing conditions. As long as other components are not intentionally used, it indicates that the shell is formed of a metal oxide (Y ′) and carbon.

殻中におけるカーボンの質量割合は、1〜80質量%のものを作製可能であり、白色以外の発色性を効果的に有する点と、カーボン含有金属酸化物中空粒子の強度とのバランスに優れる点から5〜70質量%であることが好ましい。この質量割合は前記焼成過程において、焼成温度及び焼成雰囲気の設定により調整可能である。有機成分が完全に分解消失せずにカーボンとなって殻中に複合化される条件は、例えば熱重量分析などを用いて、予め加熱分解挙動について測定しておくことによって設定することができる。   The mass ratio of carbon in the shell is 1 to 80% by mass, and has an excellent balance between the point of effectively having color developability other than white and the strength of the carbon-containing metal oxide hollow particles. It is preferable that it is 5-70 mass%. This mass ratio can be adjusted in the firing process by setting the firing temperature and firing atmosphere. The conditions under which the organic component is converted into carbon and completely compounded in the shell without completely decomposing and disappearing can be set by measuring the thermal decomposition behavior in advance using, for example, thermogravimetric analysis.

本発明のカーボン含有金属酸化物中空粒子の形態は、基本的に真球状であるが、表面の一部が窪んだ形態のものであっても良い。   The form of the carbon-containing metal oxide hollow particles of the present invention is basically spherical, but may be a form in which a part of the surface is recessed.

本発明のカーボン含有金属酸化物中空粒子の使用方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、コーティング・塗料等の分野においては、内部空孔による特異な光散乱特性、発色性を利用して、紙、繊維、皮革等への光輝着色、光沢、不透明度などの性能を付与するための着色剤、光散乱剤、光散乱助剤として、また中空構造による光拡散性や吸水性、吸油性を利用した化粧品への応用が可能であり、インクジェット受理層としても利用できる。さらに、中空構造のため、熱の伝導や音の伝導を抑制できるので、断熱材や断音材としても応用でき、また、同一体積での質量が小さくできるので軽量化剤としても利用できる。更にまた、内部に種々の化学物質を包含した化学物質保持剤としても用いることができ、化学物質徐放性放出剤、DDS材料としても利用できる。また、カーボンが複合化された中空構造であるため、物質吸着力にも優れ、種々の吸着剤としても利用可能であり、さらに、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の金属酸化物の中空粒子は、構造安定性、化学的安定性に優れることから、工業的に特に有用であり、中空構造に基づく大きな表面積を利用した触媒、もしくは触媒担持体としての応用も期待される。この様な用途への使用にあたり、本発明のカーボン含有金属酸化物中空粒子が単分散であることは、該用途で要求される種々の性能を効率的に均一に発現させるためには有効であると考えられ、その有用性は高いものである。   The method of using the carbon-containing metal oxide hollow particles of the present invention is not particularly limited. For example, in the field of coatings and paints, the unique light scattering characteristics and color developability due to internal pores are utilized. As a colorant, light scattering agent, light scattering aid for imparting performance such as bright coloring, gloss, opacity, etc. to paper, fiber, leather, etc., and light diffusibility, water absorption, oil absorption by hollow structure It can be applied to cosmetics utilizing the properties, and can also be used as an ink jet receiving layer. Furthermore, since the heat conduction and sound conduction can be suppressed due to the hollow structure, it can be applied as a heat insulating material or a sound insulation material, and the mass in the same volume can be reduced, so that it can be used as a lightening agent. Furthermore, it can be used as a chemical substance holding agent containing various chemical substances inside, and can also be used as a chemical substance sustained release agent and a DDS material. In addition, since it has a hollow structure in which carbon is compounded, it has excellent substance adsorbing power and can be used as various adsorbents. Further, hollow particles of metal oxides such as silica, titanium oxide, zirconium oxide, etc. Since it is excellent in structural stability and chemical stability, it is particularly useful industrially and is expected to be applied as a catalyst utilizing a large surface area based on a hollow structure or a catalyst support. For use in such applications, the monodispersed carbon-containing metal oxide hollow particles of the present invention are effective for efficiently and uniformly expressing various performances required for the application. Therefore, its usefulness is high.

次に本発明をより詳細に説明するために実施例及び比較例を掲げるが、これらの説明によって本発明が何等限定されるものでないことは勿論である。以下、実施例中、金属アルコキシドのゾルゲル反応をその表面で行うことが可能な単分散性ポリマー微粒子(X)をテンプレート粒子と表記することがある。   Next, in order to describe the present invention in more detail, examples and comparative examples will be given, but it is needless to say that the present invention is not limited by these descriptions. Hereinafter, in the examples, the monodisperse polymer fine particles (X) capable of performing the sol-gel reaction of the metal alkoxide on the surface thereof may be referred to as template particles.

水性媒体中で溶媒和した親水性ポリマー層の確認は、日本電子株式会社製JNM−LA300を用いて、H−NMRスペクトルを測定することにより行った。水に分散した状態での粒子の粒径測定は、大塚電子株式会社製の粒径測定装置FPAR−1000を用いて、動的光散乱法により測定した。水分散状態における粒子の表面電位の測定には、大塚電子株式会社製、ゼータ電位・粒径測定システムELS−Z2を用いた。 Confirmation of the hydrophilic polymer layer solvated in the aqueous medium was performed by measuring a 1 H-NMR spectrum using JNM-LA300 manufactured by JEOL Ltd. The particle size of the particles dispersed in water was measured by a dynamic light scattering method using a particle size measuring device FPAR-1000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. For measurement of the surface potential of the particles in the water dispersion state, a zeta potential / particle size measurement system ELS-Z2 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. was used.

微粒子の形状及び中空性の確認には、キーエンス社製三次元リアルサーフェスビュー顕微鏡VE−9800を用いたSEM観察を行い、中空粒子の殻の厚みは、日本電子株式会社製の透過型電子顕微鏡JEM−2200FSを用いて粒子構造の観察を行い、観察像から殻部の厚みを見積り、30個の測定値の平均値を殻の厚みとした。また、カーボン含有金属酸化物中空粒子中のカーボンは、日本電子株式会社製高分解能透過型電子顕微鏡JEM−2010MXを用いて確認した。単分散性ポリマー微粒子上に形成された金属酸化物の量、及びカーボン含有金属酸化物中空粒子中のカーボンの量は、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、示差熱熱重量同時測定装置(EXSTAR6000 TG/DTA)を用いて測定した。   To confirm the shape and hollowness of the fine particles, SEM observation was performed using a 3D real surface view microscope VE-9800 manufactured by Keyence Corporation. The thickness of the shell of the hollow particles was determined by the transmission electron microscope JEM manufactured by JEOL Ltd. The particle structure was observed using -2200FS, the thickness of the shell portion was estimated from the observed image, and the average value of 30 measured values was taken as the shell thickness. The carbon in the carbon-containing metal oxide hollow particles was confirmed using a high resolution transmission electron microscope JEM-2010MX manufactured by JEOL Ltd. The amount of the metal oxide formed on the monodisperse polymer fine particles and the amount of carbon in the carbon-containing metal oxide hollow particles were manufactured by SII NanoTechnology Co., Ltd., differential thermal thermogravimetric simultaneous measurement device (EXSTAR6000 TG). / DTA).

中空粒子を構成する殻中の金属酸化物と複合化されたカーボンの存在は、レニショー社製のラマンレーザー顕微鏡を用いて確認を行った。カーボン含有金属酸化物中空粒子の発色性を確認する反射スペクトルの測定は、オーシャンフォトニクス社のUSB−4000スペクトロメータを用いて行った。   The presence of carbon complexed with the metal oxide in the shell constituting the hollow particles was confirmed using a Raman laser microscope manufactured by Renishaw. The reflection spectrum for confirming the color developability of the carbon-containing metal oxide hollow particles was measured using a USB-4000 spectrometer manufactured by Ocean Photonics.

〔単分散性ポリマー微粒子の合成例〕
合成例1(表面に親水性ポリマー層を有する単分散性ポリマー微粒子の合成)
2gのN−イソプロピルアクリルアミド(株式会社興人製)を溶解した水溶液300mlにグリシジルメタクリレート(和光純薬工業株式会社製)12gを加え、さらに、アミノ基含有水溶性重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩(和光純薬工業株式会社製)0.15gを溶解した後、窒素フローしながら攪拌し、系中の酸素を除去した。この液を65℃、100rpmの撹拌速度で1時間攪拌することにより単分散性中空ポリマー粒子の分散液を得た。この分散液を遠心分離操作によって洗浄した後、この微粒子の形状をSEM観察したところ、平均粒径310nmの単分散真球状の粒子であった(図1)。この粒子を重水中に分散させてH−NMRの測定を行ったところ、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)由来のシグナルのみが観測され(図2)、単分散性中空ポリマー粒子にはその外側に親水性ポリマー層が存在し、該親水性ポリマー層が溶媒中に溶媒和した状態であることが確認できた。該親水性ポリマー層の厚さは、25℃と50℃において動的光散乱法によって求めた平均粒径の差から、約20nmであると考えられる(テンプレート粒子A)。
[Synthesis example of monodisperse polymer fine particles]
Synthesis Example 1 (Synthesis of monodisperse polymer fine particles having a hydrophilic polymer layer on the surface)
12 g of glycidyl methacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added to 300 ml of an aqueous solution in which 2 g of N-isopropylacrylamide (manufactured by Kojin Co., Ltd.) is dissolved, and 2,2 ′ is used as an amino group-containing water-soluble polymerization initiator. -After dissolving 0.15 g of azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), the mixture was stirred while flowing nitrogen to remove oxygen in the system. This liquid was stirred at 65 ° C. and a stirring speed of 100 rpm for 1 hour to obtain a dispersion liquid of monodisperse hollow polymer particles. After the dispersion was washed by a centrifugal separation operation, the shape of the fine particles was observed with an SEM. When this particle was dispersed in heavy water and measured by 1 H-NMR, only a signal derived from poly (N-isopropylacrylamide) was observed (FIG. 2). It was confirmed that a hydrophilic polymer layer was present and the hydrophilic polymer layer was solvated in the solvent. The thickness of the hydrophilic polymer layer is considered to be about 20 nm from the difference in average particle diameter determined by the dynamic light scattering method at 25 ° C. and 50 ° C. (template particle A).

合成例2〜7
撹拌速度を変更した以外は、合成例1と同じ条件で反応を行うことにより、表1の粒径を有する単分散性中空ポリマー粒子の分散液を得た。この粒子を重水中に分散させてH−NMRの測定を行ったところ、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)由来のシグナルのみが観測され、単分散性中空ポリマー粒子にはその外側に親水性ポリマー層が存在し、該親水性ポリマー層が溶媒中に溶媒和した状態であることが確認できた。
Synthesis Examples 2-7
By carrying out the reaction under the same conditions as in Synthesis Example 1 except that the stirring speed was changed, a dispersion liquid of monodisperse hollow polymer particles having the particle diameters shown in Table 1 was obtained. When this particle was dispersed in heavy water and measured by 1 H-NMR, only a signal derived from poly (N-isopropylacrylamide) was observed, and the monodisperse hollow polymer particle had a hydrophilic polymer layer on its outer side. It was confirmed that the hydrophilic polymer layer was solvated in the solvent.

(アミノ基の導入)
アミノ基導入例1
合成例2の方法で合成した、表面に親水性ポリマー層を有する単分散性ポリマー粒子Bの3質量%水溶液100mlに、ポリエチレンイミン(日本触媒製、エポミン SP−200)1質量%水溶液100mlを加えて3日間撹拌した後、透析及び遠心分離操作によって洗浄を行い、単分散粒子の表面にポリエチレンイミンを結合させたアミン修飾テンプレート粒子を得た。この粒子を重水中に分散させてH−NMRの測定を行ったところ、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)由来のシグナルに加えて、2−3ppm付近にポリエチレンイミン由来のシグナルが観測され(図3)、ポリマー粒子表面にポリエチレンイミンが導入され、該ポリエチレンイミン層が溶媒中に溶解した状態であることが確認できた。該ポリエチレンイミン層の厚みは、ポリエチレンイミンの導入前と導入後の動的光散乱法によって求めた平均粒径の差から、約30nmであった(アミノ基修飾テンプレート粒子1)。尚、上記エポミンは、株式会社日本触媒の登録商標である。以下の記載においても同様である。
(Introduction of amino group)
Amino group introduction example 1
To 100 ml of a 3% by mass aqueous solution of monodisperse polymer particles B having a hydrophilic polymer layer on the surface synthesized by the method of Synthesis Example 2, 100 ml of a 1% by mass aqueous solution of polyethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai, Epomin SP-200) is added. After stirring for 3 days, washing was carried out by dialysis and centrifugation to obtain amine-modified template particles in which polyethyleneimine was bonded to the surface of monodisperse particles. When the particles were dispersed in heavy water and measured by 1 H-NMR, a signal derived from polyethyleneimine was observed in the vicinity of 2-3 ppm in addition to a signal derived from poly (N-isopropylacrylamide) (FIG. 3). ), It was confirmed that polyethyleneimine was introduced to the surface of the polymer particles, and the polyethyleneimine layer was dissolved in the solvent. The thickness of the polyethyleneimine layer was about 30 nm from the difference in average particle diameter determined by the dynamic light scattering method before and after the introduction of polyethyleneimine (amino group-modified template particle 1). The above epomin is a registered trademark of Nippon Shokubai Co., Ltd. The same applies to the following description.

アミノ基導入例2〜4
導入例1と同様にして、表面に親水性ポリマー層を有する単分散性ポリマー微粒子の3質量%水溶液100質量部に、下表のアミノ基含有化合物0.5質量%水溶液100質量部を加えて撹拌した後、透析及び遠心分離操作によって洗浄を行い、単分散ポリマー微粒子の表面にアミノ基含有化合物を導入したアミノ基修飾テンプレート粒子を得た。アミノ基の導入は、反応前後の粒子の元素分析により、粒子組成中の窒素量が増加することから確認した。表2に表面修飾に用いたアミノ基含有分子と、修飾後のアミノ基の増加量をまとめた。
Amino group introduction examples 2 to 4
In the same manner as in Introduction Example 1, 100 parts by mass of an aqueous solution containing 0.5% by mass of an amino group-containing compound shown in the following table was added to 100 parts by mass of a 3% by mass aqueous solution of monodisperse polymer fine particles having a hydrophilic polymer layer on the surface. After stirring, washing was performed by dialysis and centrifugal separation to obtain amino group-modified template particles having an amino group-containing compound introduced on the surface of monodisperse polymer fine particles. The introduction of amino groups was confirmed by an increase in the amount of nitrogen in the particle composition by elemental analysis of the particles before and after the reaction. Table 2 summarizes the amino group-containing molecules used for the surface modification and the increased amount of amino groups after the modification.

尚、本実施例で用いたアミノ基導入分子について、以後、以下の略称を用いる。
ポリエチレンイミン:PEI
2−アミノエタンチオール:AET
L−システイン:Cys
L−アラニン:Ala
L−セリン:Ser
L−ロイシン:Leu
L−リシン:Lys
グリシン:Gly
The following abbreviations are used for the amino group-introduced molecules used in this example.
Polyethyleneimine: PEI
2-aminoethanethiol: AET
L-cysteine: Cys
L-alanine: Ala
L-serine: Ser
L-leucine: Leu
L-lysine: Lys
Glycine: Gly

アミノ基導入例5〜11
導入例1と同様にして、単分散性ポリマー微粒子の表面に、表3のアミノ基含有化合物を導入して、アミノ基修飾テンプレート粒子を得た。アミノ基含有化合物の導入は、反応前後のテンプレート粒子のゼータ電位の変化によって確認を行った。
Amino group introduction examples 5 to 11
In the same manner as in Introduction Example 1, amino group-containing compounds shown in Table 3 were introduced on the surface of monodisperse polymer fine particles to obtain amino group-modified template particles. The introduction of the amino group-containing compound was confirmed by changing the zeta potential of the template particles before and after the reaction.

合成例8
2gのN−イソプロピルアクリルアミド(株式会社興人製)を溶解した水溶液300mlにグリシジルメタクリレート(和光純薬工業株式会社製)12gを加え、さらに、水溶性重合開始剤として、過硫酸カリウム(和光純薬工業株式会社製)0.15gを溶解した後、窒素フローしながら攪拌し、系中の酸素を除去した。この液を65℃で1時間攪拌することにより中空ポリマー粒子の分散液を得た。この分散液を遠心分離操作によって洗浄した後、この微粒子の形状をSEM観察したところ、平均粒径300nmの単分散真球状の粒子であった。この粒子を重水中に分散させてH−NMRの測定を行ったところ、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)由来のシグナルのみが観測され、中空ポリマー粒子の外側に親水性ポリマー層が存在し、該親水性ポリマー層が溶媒中に溶解した状態であることが確認できた。該親水性ポリマー層の厚みは、25℃と50℃において動的光散乱法によって求めた平均粒径の差から約5nmであった。
Synthesis example 8
12 g of glycidyl methacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added to 300 ml of an aqueous solution in which 2 g of N-isopropylacrylamide (manufactured by Kojin Co., Ltd.) is dissolved, and potassium persulfate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is used as a water-soluble polymerization initiator. After dissolving 0.15 g (manufactured by Kogyo Co., Ltd.), the mixture was stirred while flowing nitrogen to remove oxygen in the system. This liquid was stirred at 65 ° C. for 1 hour to obtain a dispersion of hollow polymer particles. After the dispersion was washed by a centrifugal separation operation, the shape of the fine particles was observed with an SEM. As a result, the particles were monodisperse spherical particles having an average particle diameter of 300 nm. When this particle was dispersed in heavy water and measured by 1 H-NMR, only a signal derived from poly (N-isopropylacrylamide) was observed, and a hydrophilic polymer layer was present outside the hollow polymer particle, It was confirmed that the hydrophilic polymer layer was dissolved in the solvent. The thickness of the hydrophilic polymer layer was about 5 nm from the difference in average particle diameter determined by the dynamic light scattering method at 25 ° C. and 50 ° C.

アミノ基導入例12
合成例8の方法で合成した、表面に親水性ポリマー層を有する単分散性中空ポリマー粒子の3質量%水溶液100mlに、ポリエチレンイミン(日本触媒製、エポミン SP−200)1質量%水溶液100mlを加えて3日間撹拌した後、透析及び遠心分離操作によって洗浄を行い、単分散粒子の表面にポリエチレンイミンを結合させたテンプレート粒子12を得た。この粒子を重水中に分散させてH−NMRの測定を行ったところ、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)由来のシグナルに加えて、2−3ppm付近にポリエチレンイミン由来のシグナルが観測され、粒子表面にポリエチレンイミンが導入され、該ポリエチレンイミン層が溶媒中に溶媒和した状態であることが確認できた。該ポリエチレンイミン層の厚みは、ポリエチレンイミンの導入前と導入後の動的光散乱法によって求めた平均粒径の差から、約20nmであった。
Amino group introduction example 12
To 100 ml of a 3% by weight aqueous solution of monodisperse hollow polymer particles having a hydrophilic polymer layer on the surface synthesized by the method of Synthesis Example 8, 100 ml of a 1% by weight aqueous solution of polyethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai, Epomin SP-200) is added. After stirring for 3 days, washing was carried out by dialysis and centrifugation to obtain template particles 12 in which polyethyleneimine was bonded to the surface of monodisperse particles. When the particles were dispersed in heavy water and subjected to 1 H-NMR measurement, in addition to the signal derived from poly (N-isopropylacrylamide), a signal derived from polyethyleneimine was observed in the vicinity of 2-3 ppm. It was confirmed that polyethyleneimine was introduced into the polyethyleneimine layer and the polyethyleneimine layer was solvated in the solvent. The thickness of the polyethyleneimine layer was about 20 nm from the difference in average particle diameter determined by the dynamic light scattering method before and after the introduction of polyethyleneimine.

合成例9
1.3gのN,N−ジメチルアクリルアミド(株式会社興人製)を溶解した水溶液300mlにグリシジルメタクリレート(和光純薬工業株式会社製)9.4gを加え、さらに、水溶性重合開始剤として、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩(和光純薬工業株式会社製)0.1gを溶解した後、窒素フローしながら攪拌し、系中の酸素を除去した。この液を65℃で1時間攪拌することによりテンプレート粒子13の分散液を得た。この分散液を遠心分離操作によって洗浄した後、この粒子の形状をSEM観察したところ、平均粒径250nmの単分散真球状の粒子であった。この粒子を重水中に分散させてH−NMRの測定を行ったところ、ポリ(N、N−ジメチルアクリルアミド)由来のシグナルのみが観測され、粒子の外側に親水性ポリマー層が存在し、該親水性ポリマー層が溶媒中に溶媒和した状態であることが確認できた。該親水性ポリマー層の厚みは、乾燥状態と動的光散乱法によって求めた平均粒径の差から約50nmであった。
Synthesis Example 9
9.4 g of glycidyl methacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added to 300 ml of an aqueous solution in which 1.3 g of N, N-dimethylacrylamide (manufactured by Kojin Co., Ltd.) is dissolved. , 2′-Azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (0.1 g) was dissolved and then stirred while flowing nitrogen to remove oxygen in the system. This liquid was stirred at 65 ° C. for 1 hour to obtain a dispersion of template particles 13. After the dispersion was washed by a centrifugal separation operation, the shape of the particles was observed by SEM. As a result, the particles were monodisperse spherical particles having an average particle diameter of 250 nm. When the particles were dispersed in heavy water and subjected to 1 H-NMR measurement, only a signal derived from poly (N, N-dimethylacrylamide) was observed, and a hydrophilic polymer layer was present outside the particles. It was confirmed that the hydrophilic polymer layer was solvated in the solvent. The thickness of the hydrophilic polymer layer was about 50 nm from the difference between the average particle size obtained by the dry state and the dynamic light scattering method.

合成例10
水200ml中に、N−イソプロピルアクリルアミド2.6g、スチレン16gを加え、70℃で窒素気流下、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩(和光純薬工業株式会社製)0.25gを溶解した水20mlを加えて、撹拌しながら17時間重合させて粒子14の分散液を得た。この分散液を遠心分離操作によって洗浄した後、この粒子の形状をSEM観察したところ、平均粒径270nmの単分散真球状の粒子であった。25℃と50℃において、動的光散乱法によって求めた平均粒径に差は無く、粒子表面に、水和する親水性層の存在は確認できなかった。
Synthesis Example 10
2.6 g of N-isopropylacrylamide and 16 g of styrene were added to 200 ml of water, and 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0 under a nitrogen stream at 70 ° C. 20 ml of water in which 25 g was dissolved was added and polymerized for 17 hours with stirring to obtain a dispersion of particles 14. After the dispersion was washed by centrifugation, the shape of the particles was observed by SEM. As a result, the particles were monodisperse spherical particles having an average particle diameter of 270 nm. At 25 ° C. and 50 ° C., there was no difference in the average particle size determined by the dynamic light scattering method, and the presence of a hydrated hydrophilic layer could not be confirmed on the particle surface.

合成例11
合成例10で得られた、N−イソプロピルアクリルアミドとスチレンとの共重合体からなる粒子14の3.6質量%水溶液100mlに、N−イソプロピルアクリルアミド0.8g、N,N’−メチレンビスアクリルアミド0.08gを溶解した水40mlを加え、70℃で窒素気流下、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩(和光純薬工業株式会社製)0.08gを溶解した水10mlを加えて、撹拌しながら4時間重合させて、粒子14の表面に、架橋されたポリN−イソプロピルアクリルアミドのシェル層を有するコア−シェル型のテンプレート粒子15の分散液を得た。この粒子の形状をSEM観察したところ、乾燥状態では、コア粒子(粒子14)と同じ平均粒径270nmの単分散真球状の粒子であった。溶媒中に溶解したテンプレート粒子表面の親水性ポリマー層の厚みは、25℃と50℃における動的光散乱法によって求めた平均粒径の差から、約15nmであった。
Synthesis Example 11
To 100 ml of a 3.6% by mass aqueous solution of particles 14 made of a copolymer of N-isopropylacrylamide and styrene obtained in Synthesis Example 10, 0.8 g of N-isopropylacrylamide, N, N′-methylenebisacrylamide 0 40 ml of water in which 0.08 g was dissolved was added, and 10 ml of water in which 0.08 g of 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in a nitrogen stream at 70 ° C. In addition, polymerization was performed for 4 hours with stirring to obtain a dispersion of core-shell type template particles 15 having a cross-linked poly N-isopropylacrylamide shell layer on the surface of the particles 14. When the shape of this particle was observed with an SEM, it was a monodispersed true spherical particle having an average particle diameter of 270 nm which was the same as that of the core particle (particle 14) in a dry state. The thickness of the hydrophilic polymer layer on the surface of the template particles dissolved in the solvent was about 15 nm from the difference in average particle diameter determined by the dynamic light scattering method at 25 ° C. and 50 ° C.

合成例12
水200ml中に、N−イソプロピルアクリルアミド2.6g、スチレン16gを加え、70℃で窒素気流下、過硫酸カリウム(和光純薬工業株式会社製)0.25gを溶解した水20mlを加えて、撹拌しながら17時間重合させて粒子16の分散液を得た。この分散液を遠心分離操作によって洗浄した後、この粒子の形状をSEM観察したところ、平均粒径280nmの単分散真球状の粒子であった。25℃と50℃において、動的光散乱法によって求めた平均粒径に差は無く、粒子表面に水和する親水性層の存在は確認できなかった。
Synthesis Example 12
In 200 ml of water, 2.6 g of N-isopropylacrylamide and 16 g of styrene are added, and 20 ml of water in which 0.25 g of potassium persulfate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is dissolved at 70 ° C. in a nitrogen stream is stirred. Then, polymerization was carried out for 17 hours to obtain a dispersion of particles 16. After the dispersion was washed by centrifugation, the shape of the particles was observed with an SEM. As a result, the particles were monodisperse spherical particles having an average particle diameter of 280 nm. At 25 ° C. and 50 ° C., there was no difference in the average particle size determined by the dynamic light scattering method, and the presence of a hydrophilic layer hydrated on the particle surface could not be confirmed.

合成例13
ポリエチレンイミン(Across社製、Mw 60,000、50wt%水溶液)から水を除去した後、クロロホルム30mlに溶解した。この溶液にグリシジルメタクリレート(和光純薬工業株式会社製)0.28gを加えて1時間撹拌した後、水100mlを加え、エバポレータによりクロロホルムを除去した。さらに300mlの水を加え、塩酸により、溶液のpHを7に調整した。この溶液に16gのメタクリル酸メチル(和光純薬工業株式会社製)を加え、窒素気流下で30分間攪拌した。この後、t−ブチルハイドロパーオキサイド(Aldrich社製、70wt%水溶液)9mgを溶解した水溶液20mlを加え、80℃で2時間攪拌(300rpm)することにより、ポリメチルメタクリレートコア、ポリエチレンイミンのシェル層を有するコア−シェル型のテンプレート粒子17の分散液を得た。この分散液を遠心分離操作によって洗浄した後、この粒子の形状をSEM観察したところ、平均粒径170nmの単分散真球状の粒子であった(図4)。この粒子を重水中に分散させてH−NMRの測定を行ったところ、ポリエチレンイミン由来のシグナルのみが観測され(図5)、テンプレート粒子上に親水性ポリマー層が存在し、該親水性ポリマー層が溶媒中に溶媒和した状態であることが確認できた。該親水性ポリマー層の厚みは、乾燥状態と動的光散乱法によって求めた平均粒径の差から、約70nmであった。
Synthesis Example 13
Water was removed from polyethyleneimine (manufactured by Across, Mw 60,000, 50 wt% aqueous solution), and then dissolved in 30 ml of chloroform. To this solution, 0.28 g of glycidyl methacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred for 1 hour, 100 ml of water was added, and chloroform was removed by an evaporator. Further, 300 ml of water was added, and the pH of the solution was adjusted to 7 with hydrochloric acid. 16 g of methyl methacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to this solution and stirred for 30 minutes under a nitrogen stream. Thereafter, 20 ml of an aqueous solution in which 9 mg of t-butyl hydroperoxide (manufactured by Aldrich, 70 wt% aqueous solution) is dissolved, and stirred for 2 hours (300 rpm) at 80 ° C., so that a polymethyl methacrylate core and a polyethyleneimine shell layer are obtained. A dispersion of the core-shell type template particles 17 having the following was obtained. After the dispersion was washed by centrifugation, the shape of the particles was observed with an SEM. As a result, the particles were monodisperse spherical particles having an average particle size of 170 nm (FIG. 4). When this particle was dispersed in heavy water and measured by 1 H-NMR, only a signal derived from polyethyleneimine was observed (FIG. 5), and a hydrophilic polymer layer was present on the template particle. It was confirmed that the layer was solvated in the solvent. The thickness of the hydrophilic polymer layer was about 70 nm from the difference between the average particle size obtained by the dry state and the dynamic light scattering method.

実施例1及び参考例1(テンプレート粒子上への金属酸化物被膜の形成)
前記合成例およびアミノ基導入例に従って作製された、水性媒体に溶媒和する親水性ポリマー層とアミノ基をともに表面に有する単分散性ポリマー微粒子の5質量%水分散液100質量部と、シリカ源としてMS−51(コルコート株式会社製)の50質量%エタノール溶液12.5質量部を混合し、3時間撹拌することによってテンプレート粒子上に金属酸化物被膜を形成させた。この後、遠心分離操作により複合化した粒子の洗浄を行い、乾燥の後、電気炉を用いて空気存在下500℃で30分間焼成することにより、鮮やかな発色を示すカーボン含有金属酸化物中空粒子を得た。テンプレート粒子上に複合化したシリカ量(=シリカ層質量/シリカ層複合化テンプレート粒子質量)及び、焼成後に得られた中空粒子のシリカ層膜厚、カーボン含有金属酸化物中空粒子の複合カーボン量(=カーボン質量/カーボン複合化シリカ中空粒子質量)、発色について表4にまとめた。
なお、表4中、アミノ基由来化合物欄が「システイン(Cys)」であるものが本発明の実施例である。すなわち、テンプレート粒子4及び6が本発明の実施例であり、そのほかのテンプレート粒子(A、B、1、2、3及び5)は参考例である。
Example 1 and Reference Example 1 (Formation of metal oxide film on template particles)
100 mass parts of a 5 mass% aqueous dispersion of monodisperse polymer fine particles having a hydrophilic polymer layer solvated in an aqueous medium and amino groups on the surface, prepared according to the above synthesis example and amino group introduction example, and a silica source As a result, 12.5 parts by mass of a 50% by mass ethanol solution of MS-51 (manufactured by Colcoat Co., Ltd.) was mixed and stirred for 3 hours to form a metal oxide film on the template particles. Thereafter, the composite particles are washed by centrifugal separation, dried, and then dried for 30 minutes at 500 ° C. in the presence of air using an electric furnace, so that the carbon-containing metal oxide hollow particles exhibit vivid color development. Got. Silica amount compounded on template particles (= silica layer mass / silica layer composite template particle mass), silica layer thickness of hollow particles obtained after firing, composite carbon amount of carbon-containing metal oxide hollow particles ( = Carbon mass / carbon composite silica hollow particle mass) and color development are summarized in Table 4.
In Table 4, an example in which the amino group-derived compound column is “cysteine (Cys)” is an example of the present invention. That is, template particles 4 and 6 are examples of the present invention, and other template particles (A, B, 1, 2, 3, and 5) are reference examples.

得られたカーボン含有金属酸化物中空粒子のラマンスペクトルを測定すると、カーボン由来のピークが現れ(1354、1548cm−1付近)、複合化されたカーボンの存在が確認できた。
When the Raman spectrum of the obtained carbon-containing metal oxide hollow particles was measured, a peak derived from carbon appeared (in the vicinity of 1354, 1548 cm −1 ), and the presence of complexed carbon could be confirmed .

実施例2及び参考例2
テンプレート粒子上に金属酸化物被膜を形成させる段階で、テンプレート粒子とシリカ源のエタノール溶液の混合時間を、3時間から、10、30、60、90分に変えた以外は、実施例1と同様の操作を行いシリカとカーボンを複合化させた殻壁からなるカーボン含有金属酸化物中空粒子を得た。テンプレート粒子上に複合化されたシリカ量(=シリカ層質量/シリカ層複合化テンプレート粒子質量)及び、焼成後に得られた中空粒子のシリカ層膜厚、カーボン複合化シリカ中空粒子中の複合カーボン量(=カーボン質量/カーボン複合化シリカ中空粒子質量)、発色ついて表5にまとめた。
なお、表5中、アミノ基由来化合物欄が「システイン(Cys)」であるものが本発明の実施例である。すなわち、テンプレート粒子4が本発明の実施例であり、そのほかのテンプレート粒子(A及び3)は参考例である。
Example 2 and Reference Example 2
Same as Example 1 except that the mixing time of the template particles and the ethanol solution of the silica source was changed from 3 hours to 10, 30, 60, 90 minutes in the step of forming the metal oxide film on the template particles. Thus, carbon-containing metal oxide hollow particles composed of a shell wall in which silica and carbon were combined were obtained. Silica amount compounded on template particles (= silica layer mass / silica layer composite template particle mass), silica layer film thickness of hollow particles obtained after firing, and composite carbon amount in carbon composite silica hollow particles Table 5 summarizes the color development (= carbon mass / carbon composite silica hollow particle mass).
In Table 5, the column in which the amino group-derived compound column is “cysteine (Cys)” is an example of the present invention. That is, the template particle 4 is an example of the present invention, and the other template particles (A and 3) are reference examples.

得られた中空粒子のラマンスペクトルを測定すると、カーボン由来のピークが現れ(1354、1548cm−1付近)、複合化されたカーボンの存在が確認できた。これらの粒子は、SEM観察により、単分散で球形の形状であり、中身が中空の粒子であることが確認できた
When the Raman spectrum of the obtained hollow particles was measured, a peak derived from carbon appeared (in the vicinity of 1354, 1548 cm −1), and the presence of complexed carbon was confirmed. It was confirmed by SEM observation that these particles were monodispersed and spherical, and the contents were hollow .

実施例3及び参考例3
テンプレート粒子上に金属酸化物被膜を形成させる段階で、テンプレート粒子の5%水分散液100質量部と混合するシリカ源のエタノール溶液の添加量を、12.5質量部から、6.25質量部、25質量部、37.5質量部に変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、シリカとカーボンを複合化させた殻壁からなるカーボン含有金属酸化物中空粒子を得た。テンプレート粒子上に複合化されたシリカ量(=シリカ層質量/シリカ層複合化テンプレート粒子質量)及び、焼成後に得られた中空粒子のシリカ層膜厚、カーボン複合化シリカ中空粒子中の複合カーボン量(=カーボン質量/カーボン複合化シリカ中空粒子質量)、発色について表6にまとめた。
なお、表6中、アミノ基由来化合物欄が「システイン(Cys)」であるものが本発明の実施例である。すなわち、テンプレート粒子6が本発明の実施例であり、そのほかのテンプレート粒子(B及び5)は参考例である。
Example 3 and Reference Example 3
In the step of forming the metal oxide film on the template particles, the addition amount of the ethanol solution of the silica source mixed with 100 parts by mass of the 5% aqueous dispersion of the template particles is changed from 12.5 parts by mass to 6.25 parts by mass. Except for changing to 25 parts by mass and 37.5 parts by mass, the same operation as in Example 1 was performed to obtain carbon-containing metal oxide hollow particles composed of a shell wall in which silica and carbon were combined. Silica amount compounded on template particles (= silica layer mass / silica layer composite template particle mass), silica layer film thickness of hollow particles obtained after firing, and composite carbon amount in carbon composite silica hollow particles (= Carbon mass / carbon composite silica hollow particle mass) and color development are summarized in Table 6.
In Table 6, those in which the amino group-derived compound column is “cysteine (Cys)” are examples of the present invention. That is, the template particle 6 is an example of the present invention, and the other template particles (B and 5) are reference examples.

実施例4及び参考例4
焼成時の雰囲気を、空気存在下から、窒素雰囲気下に変えた以外は、実施例1と同様にして、シリカとカーボンを複合化させた殻壁からなるカーボン含有金属酸化物中空粒子を得た。表7に、焼成後に得られた中空粒子のシリカ層膜厚、カーボン複合化シリカ中空粒子中の複合カーボン量(=カーボン質量/カーボン複合化シリカ中空粒子質量)、発色についてまとめた。
なお、表7中、アミノ基由来化合物欄が「システイン(Cys)」であるものが本発明の実施例である。すなわち、テンプレート粒子4及び6が本発明の実施例であり、そのほかのテンプレート粒子(B、D、3及び5)は参考例である。
Example 4 and Reference Example 4
Except that the atmosphere during firing was changed from the presence of air to a nitrogen atmosphere, in the same manner as in Example 1, carbon-containing metal oxide hollow particles composed of a shell wall in which silica and carbon were combined were obtained. . Table 7 summarizes the silica layer thickness of the hollow particles obtained after firing, the amount of composite carbon in the carbon composite silica hollow particles (= carbon mass / carbon composite silica hollow particle mass), and color development.
In Table 7, the amino group-derived compound column is “cysteine (Cys)” is an example of the present invention. That is, template particles 4 and 6 are examples of the present invention, and other template particles (B, D, 3 and 5) are reference examples.

得られたシリカ中空粒子のラマンスペクトルを測定すると、カーボン由来のピークが現れ(1354、1548cm−1付近)、複合化されたカーボンの存在が確認できた。これらの粒子は、SEM観察により、単分散で球形の形状であり、中身が中空の粒子であることが確認できた
When the Raman spectrum of the obtained silica hollow particles was measured, a peak derived from carbon appeared (in the vicinity of 1354, 1548 cm −1 ), and the presence of complexed carbon was confirmed. It was confirmed by SEM observation that these particles were monodispersed and spherical, and the contents were hollow .

実施例5及び参考例5
焼成時の雰囲気を、空気存在下から窒素雰囲気下に変え、かつ、焼成温度を500℃から800℃に変えた以外は、実施例1と同様にして、シリカとカーボンを複合化させた殻壁からなるカーボン含有金属酸化物中空粒子を得た。表8に、得られたカーボン含有金属酸化物中空粒子の示す発色、中空粒子中の複合化カーボン量、殻厚についてまとめた。
なお、表8中、アミノ基由来化合物欄が「システイン(Cys)」であるものが本発明の実施例である。すなわち、テンプレート粒子6が本発明の実施例であり、そのほかのテンプレート粒子(B及びD)は参考例である。
Example 5 and Reference Example 5
Shell wall in which silica and carbon are combined in the same manner as in Example 1 except that the atmosphere during firing is changed from the presence of air to a nitrogen atmosphere and the firing temperature is changed from 500 ° C. to 800 ° C. A carbon-containing metal oxide hollow particle comprising the following was obtained. Table 8 summarizes the color development, the amount of composite carbon in the hollow particles, and the shell thickness of the obtained carbon-containing metal oxide hollow particles.
In Table 8, an example in which the amino group-derived compound column is “cysteine (Cys)” is an example of the present invention. That is, the template particle 6 is an example of the present invention, and the other template particles (B and D) are reference examples.

得られたカーボン含有金属酸化物中空粒子のラマンスペクトルを測定すると、カーボン由来のピークが現れ(1354、1548cm−1付近)、複合化されたカーボンの存在が確認できた。これらの粒子は、SEM観察により、単分散で球形の形状であり、一部の破壊した粒子の形態から、中身が中空の粒子であることが確認できた。粒子6を用いて作製した中空粒子の可視光反射スペクトル測定より、焼成温度や焼成雰囲気を空気存在下から窒素下に変更することによって(実施例1、4、5において、粒子6を用いて作製した中空粒子の反射スペクトルを例示)、同じシリカ−テンプレート粒子の焼成物でも、異なった発色を示すことが確認できた(図12)。 When the Raman spectrum of the obtained carbon-containing metal oxide hollow particles was measured, a peak derived from carbon appeared (in the vicinity of 1354, 1548 cm −1 ), and the presence of complexed carbon could be confirmed. These particles were monodispersed and spherical in shape by SEM observation, and from the form of some broken particles, it was confirmed that the contents were hollow particles. From the visible light reflection spectrum measurement of the hollow particles produced using the particles 6, the firing temperature and the firing atmosphere were changed from the presence of air to nitrogen (produced using the particles 6 in Examples 1, 4 and 5). The reflection spectrum of the hollow particles is shown as an example), and it was confirmed that even the fired product of the same silica-template particles showed different color development (FIG. 12).

実施例6(テンプレート粒子上への金属酸化物被膜の形成)
前記合成例1に従って作製された、水性媒体に溶媒和する親水性ポリマー層とアミノ基、さらにカルボキシル基をともに表面に有する単分散性ポリマー微粒子の3%水分散液100質量部と、シリカ源としてMS−51の50質量%エタノール溶液7.3質量部を混合し、3時間撹拌することによってテンプレート粒子上に金属酸化物被膜を形成させた。この後、遠心分離操作により複合化した粒子の洗浄を行った。乾燥後、電気炉を用いて空気存在下500℃で30分間焼成することにより、シリカとカーボンを複合化させた殻壁からなる球状の中空粒子を得た。シリカ量(=シリカ層質量/シリカ層複合化テンプレート粒子質量)及び、焼成後に得られた中空粒子のシリカ層膜厚、カーボン複合化シリカ中空粒子中の複合カーボン量(=カーボン質量/カーボン複合化シリカ中空粒子質量)、発色について表9にまとめた。
Example 6 (Formation of metal oxide coating on template particles)
100 mass parts of a 3% aqueous dispersion of monodisperse polymer fine particles having a hydrophilic polymer layer solvated in an aqueous medium, an amino group, and a carboxyl group on the surface, prepared according to Synthesis Example 1, and a silica source A metal oxide film was formed on the template particles by mixing 7.3 parts by mass of a 50% by mass ethanol solution of MS-51 and stirring for 3 hours. Thereafter, the combined particles were washed by centrifugation. After drying, by firing for 30 minutes at 500 ° C. in the presence of air using an electric furnace, spherical hollow particles composed of a shell wall in which silica and carbon were combined were obtained. Silica amount (= silica layer mass / silica layer composite template particle mass), silica layer thickness of the hollow particles obtained after firing, composite carbon amount in carbon composite silica hollow particles (= carbon mass / carbon composite) The mass of silica hollow particles) and color development are summarized in Table 9.

得られたカーボン含有金属酸化物中空粒子のラマンスペクトルを測定すると、カーボン由来のピークが現れ(1354、1548cm−1付近)、複合化されたカーボンの存在が確認できた。これらの粒子は、SEM観察により、単分散で球形の形状であり、一部の破壊した粒子の形態から、中身が中空の粒子であることが確認できた。 When the Raman spectrum of the obtained carbon-containing metal oxide hollow particles was measured, a peak derived from carbon appeared (in the vicinity of 1354, 1548 cm −1 ), and the presence of complexed carbon could be confirmed. These particles were monodispersed and spherical in shape by SEM observation, and from the form of some broken particles, it was confirmed that the contents were hollow particles.

実施例7(テンプレート粒子上への金属酸化物被膜の形成)
シリカ源として、MS−51の代わりに、MS−51と3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製、KBM−403)の1:1混合物を用いた以外は、実施例6と同様にしてカーボン含有金属酸化物中空粒子の作製を行った。表10に、テンプレート粒子上に複合化されたシリカ(=シリカ層質量/シリカ層複合化テンプレート粒子質量)及び、焼成後に得られた中空粒子のシリカ層膜厚、カーボン複合化シリカ中空粒子中の複合カーボン量(=カーボン質量/カーボン複合化シリカ中空粒子質量)、発色についてまとめた。
なお、表10中、アミノ基由来化合物欄が「Ala、Ser、Leu、Lys及びGly)」であるものが本発明の実施例である。すなわち、テンプレート粒子7〜11が本発明の実施例であり、そのほかのテンプレート粒子(D)は参考例である。
Example 7 (Formation of metal oxide film on template particles)
Similar to Example 6 except that a 1: 1 mixture of MS-51 and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KBM-403) was used as the silica source instead of MS-51. Thus, carbon-containing metal oxide hollow particles were produced. Table 10 shows silica composited on the template particles (= silica layer mass / silica layer composite template particle mass), the silica layer thickness of the hollow particles obtained after firing, and the carbon composite silica hollow particles. The composite carbon amount (= carbon mass / carbon composite silica hollow particle mass) and color development were summarized.
In Table 10, those in which the amino group-derived compound column is “Ala, Ser, Leu, Lys, and Gly)” are examples of the present invention. That is, template particles 7 to 11 are examples of the present invention, and other template particles (D) are reference examples.

比較例1
テンプレート粒子として、合成例8で作製した表面にアミノ基を持たないポリマー粒子を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行ったところ、500℃の焼成によって粒子は完全に消失し中空粒子を得ることはできなかった。
Comparative Example 1
As a template particle, the same operation as in Example 1 was carried out except that the polymer particle having no amino group on the surface produced in Synthesis Example 8 was used. Could not get.

参考例6
テンプレート粒子として、アミノ基導入例12で作製した、テンプレート粒子12を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行い、シリカとカーボンを複合化させた殻壁からなる中空粒子を得た。テンプレート粒子上に複合化されたシリカの量は、11.2%であった。このカーボン複合化シリカ中空粒子は黄緑色を示し、その平均殻厚は8nmで複合カーボン量は20.4%であった
Reference Example 6
Except that the template particles 12 produced in the amino group introduction example 12 were used as template particles, the same operation as in Example 1 was performed to obtain hollow particles composed of a shell wall in which silica and carbon were combined. The amount of silica complexed on the template particles was 11.2%. The carbon composite silica hollow particles showed yellowish green, the average shell thickness was 8 nm, and the composite carbon content was 20.4%.

参考例7
テンプレート粒子として、合成例9で合成した粒子13を用いる以外は実施例1と同様の操作を行い、シリカとカーボンを複合化させた殻壁からなる中空粒子を得た。テンプレート粒子上に複合化されたシリカの量は、3.5%であった。このカーボン含有金属酸化物中空粒子は濃紫色を示し、その平均殻厚は5nmで複合カーボン量は51.2%であった。
Reference Example 7
Except for using the particles 13 synthesized in Synthesis Example 9 as template particles, the same operation as in Example 1 was performed to obtain hollow particles composed of a shell wall in which silica and carbon were combined. The amount of silica complexed on the template particles was 3.5%. The carbon-containing metal oxide hollow particles had a deep purple color, an average shell thickness of 5 nm, and a composite carbon content of 51.2%.

比較例2
テンプレート粒子として、前記合成例10に従って作製された、水性媒体に溶媒和する親水性ポリマー層が無く、開始剤残基のアミノ基を表面に有する単分散性ポリマー微粒子14を用いる以外は実施例1と同様の操作を行い、シリカ中空粒子を得た。テンプレート粒子上に複合化されたシリカの量は、15.5%であった。この中空粒子は着色せず、白色で、ラマン散乱スペクトルの測定でも、カーボンの存在は確認できなかった。
Comparative Example 2
Example 1 except that monodisperse polymer fine particles 14 having no amino group of an initiator residue on the surface and having a hydrophilic polymer layer solvated in an aqueous medium prepared according to Synthesis Example 10 are used as template particles. The same operation was performed to obtain silica hollow particles. The amount of silica complexed on the template particles was 15.5%. The hollow particles were not colored and were white, and the presence of carbon could not be confirmed even by measuring the Raman scattering spectrum.

参考例8
前記合成例11に従って作製された、表面に親水性ポリマーシェル層を有し、開始剤残基のアミノ基を表面に有する単分散性ポリマー微粒子15を用いた以外は、実施例1と同様にして、シリカとカーボンを複合化させた殻壁からなる濃紫色の中空粒子を得た。このカーボン含有金属酸化物中空粒子の平均殻厚は12nmで、複合カーボン量は41.4%であった。
Reference Example 8
Except for using monodisperse polymer fine particles 15 having a hydrophilic polymer shell layer on the surface and having an amino group of an initiator residue on the surface, prepared according to Synthesis Example 11, the same as in Example 1 As a result, dark purple hollow particles composed of a shell wall in which silica and carbon were combined were obtained. The carbon-containing metal oxide hollow particles had an average shell thickness of 12 nm and a composite carbon content of 41.4%.

比較例3
テンプレート粒子として、合成例12で作製した、表面にアミノ基を持たないポリマー粒子16を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行ったところ、500℃の焼成によって粒子は完全に消失し、中空粒子を得ることはできなかった。
Comparative Example 3
As a template particle, the same operation as in Example 1 was performed except that the polymer particle 16 having no amino group on the surface prepared in Synthesis Example 12 was used. As a result, the particle disappeared completely by firing at 500 ° C. Hollow particles could not be obtained.

参考例9(テンプレート粒子上への金属酸化物被膜の形成)
前記合成例13に従って作製された、ポリエチレンイミン層を表面に有する単分散性ポリマー微粒子17を用いた以外は、実施例1と同様にして、シリカとカーボンを複合化させた殻壁からなる濃褐色のカーボン含有金属酸化物中空粒子を得た。テンプレート粒子上に複合化されたシリカの量は、30.7%であった。この中空粒子の平均殻厚は25nmで、複合カーボン量は1.1%であった。
Reference Example 9 (Formation of metal oxide film on template particles)
A dark brown color composed of a shell wall in which silica and carbon are combined in the same manner as in Example 1 except that the monodisperse polymer fine particles 17 having a polyethyleneimine layer on the surface produced according to Synthesis Example 13 were used. The carbon-containing metal oxide hollow particles were obtained. The amount of silica complexed on the template particles was 30.7%. The hollow shell had an average shell thickness of 25 nm and a composite carbon content of 1.1%.

参考例10(テンプレート粒子上への金属酸化物被膜の形成)
前記合成例1、アミノ基の導入例1に従って作製された、ポリエチレンイミン層を表面に有する単分散性ポリマー微粒子の8%水分散液100質量部と、酸化チタン源としてチタニウム(IV)ビス(アンモニウムラクテート)ジハイドロオキサイド(アルドリッチ社製)の25質量%水溶液100質量部とを混合し、30分撹拌することによってテンプレート粒子上に金属酸化物被膜を形成させた後、遠心分離操作により複合化した粒子の洗浄を行った。テンプレート粒子上に複合化された酸化チタンの量は、2.7%であった。
Reference Example 10 (Formation of metal oxide film on template particles)
100 parts by mass of an 8% aqueous dispersion of monodisperse polymer fine particles having a polyethyleneimine layer on the surface, prepared according to Synthesis Example 1 and amino group introduction example 1, and titanium (IV) bis (ammonium as a titanium oxide source Lactate) After mixing with 100 parts by mass of a 25% by mass aqueous solution of dihydroxide (manufactured by Aldrich) and stirring for 30 minutes, a metal oxide film was formed on the template particles, and then composited by centrifugation. The particles were washed. The amount of titanium oxide complexed on the template particles was 2.7%.

(焼成による金属酸化物中空粒子の作製)
表面にチタンを複合化させたポリマーテンプレート微粒子を乾燥した後、電気炉を用いて空気存在下500℃で30分間焼成することにより、酸化チタンとカーボンを複合化させた殻壁からなる薄水色の中空粒子を得た。このカーボン複合化酸化チタン中空粒子の平均殻厚は5nmで、複合カーボン量は3.1%であった。また、ラマンスペクトルより、この酸化チタンは、アナターゼ型結晶であることが確認できた。
(Production of metal oxide hollow particles by firing)
After drying the polymer template fine particles with titanium composited on the surface, it is baked for 30 minutes at 500 ° C. in the presence of air using an electric furnace, so that the light blue color of the shell wall composed of titanium oxide and carbon composited Hollow particles were obtained. The carbon composite titanium oxide hollow particles had an average shell thickness of 5 nm and a composite carbon content of 3.1%. Further, from the Raman spectrum, it was confirmed that this titanium oxide was an anatase type crystal.

合成例1で得られた単分散性ポリマー微粒子のSEM観察像である。2 is an SEM observation image of monodisperse polymer fine particles obtained in Synthesis Example 1. 合成例1で得られた単分散性ポリマー微粒子を重水に分散して測定したH−NMRスペクトルである。2 is a 1 H-NMR spectrum measured by dispersing the monodisperse polymer fine particles obtained in Synthesis Example 1 in heavy water. 導入例1で得られたテンプレート粒子1を重水に分散して測定したH−NMRスペクトルである。2 is a 1 H-NMR spectrum measured by dispersing template particles 1 obtained in Introduction Example 1 in heavy water. 合成例13で得られたテンプレート粒子17のSEM観察像である。It is a SEM observation image of the template particle | grains 17 obtained by the synthesis example 13. 合成例13で得られたテンプレート粒子17を重水に分散して測定したH−NMRスペクトルである。It is a 1 H-NMR spectrum measured by dispersing template particles 17 obtained in Synthesis Example 13 in heavy water. 実施例1において、粒子5を用いて作製したカーボン含有金属酸化物中空粒子のラマンスペクトルである。In Example 1, it is a Raman spectrum of the carbon containing metal oxide hollow particle produced using the particle | grains 5. FIG. 実施例1において、粒子5を用いて作製したカーボン含有金属酸化物中空粒子のSEM観察像である。In Example 1, it is a SEM observation image of the carbon containing metal oxide hollow particle produced using the particle | grains 5. FIG. 実施例1において、粒子5を用いて作製したカーボン含有金属酸化物中空粒子のSEM観察像である。In Example 1, it is a SEM observation image of the carbon containing metal oxide hollow particle produced using the particle | grains 5. FIG. 実施例2において、粒子3を用いて異なる攪拌時間で作製したカーボン含有金属酸化物中空粒子のSEM観察像である。In Example 2, it is a SEM observation image of the carbon containing metal oxide hollow particle produced using particle | grains 3 by different stirring time. 実施例2において、粒子3を用いて攪拌時間90分の条件で作製したカーボン複合化中空粒子のTEM観察像である。In Example 2, it is a TEM observation image of the carbon composite hollow particle produced using the particle | grain 3 on the conditions for 90 minutes of stirring time. 実施例4で得られた、粒子6を用いて作製したカーボン含有金属酸化物中空粒子のTEM観察像である。4 is a TEM observation image of carbon-containing metal oxide hollow particles produced using particles 6 obtained in Example 4. FIG. 実施例1、実施例4、及び実施例5において、粒子6を用いて、異なる焼成条件で作製されたカーボン複合化シリカ中空粒子の反射スペクトルである。In Example 1, Example 4, and Example 5, it is a reflection spectrum of the carbon composite silica hollow particle produced using the particle | grain 6 on different baking conditions.

Claims (8)

(I)水性媒体に溶媒和可能な親水性ポリマー層(x1)とアミノ基(x2)とカルボキシル基(x3)とを有する単分散性ポリマー微粒子(X)の水性分散液と、ケイ素又はチタンを金属種として有する金属アルコキシドからなる金属アルコキシド(Y)の溶液とを混合し、金属アルコキシド(Y)のゾルゲル反応を単分散性ポリマー微粒子(X)の表面上で行う工程、
(II)(I)の工程で得られた、金属アルコキシド(Y)のゾルゲル反応で得られたシリカ又は酸化チタンからなる金属酸化物(Y’)で被覆された単分散性ポリマー微粒子(X)を単離し、焼成する工程、
を有することを特徴とする、カーボン含有のシリカ又は酸化チタンの中空粒子の製造方法。
(I) an aqueous dispersion of monodisperse polymer fine particles (X) having hydrophilic polymer layer (x1), amino group (x2) and carboxyl group (x3) that can be solvated in an aqueous medium, and silicon or titanium A step of mixing a metal alkoxide (Y) solution comprising a metal alkoxide as a metal species and performing a sol-gel reaction of the metal alkoxide (Y) on the surface of the monodisperse polymer fine particles (X);
(II) Monodisperse polymer fine particles (X) obtained by the step (I) and coated with a metal oxide (Y ′) made of silica or titanium oxide obtained by a sol-gel reaction of a metal alkoxide (Y) Isolating and baking,
A method for producing hollow particles of carbon-containing silica or titanium oxide, characterized by comprising:
前記工程(I)で用いる単分散性ポリマー微粒子(X)の平均粒子径が50nm〜1000nmの粒子である請求項1記載のカーボン含有のシリカ又は酸化チタンの中空粒子の製造方法。 Manufacturing method of the step (I) with using monodisperse polymer particles (X) mean particle diameter hollow particles of silica or titanium oxide containing carbon of claim 1 Symbol placement particles of 50nm~1000nm of. 前記工程(I)で用いる金属アルコキシド(Y)が、ケイ素を金属種として有する金属アルコキシドである請求項1または2記載のカーボン含有のシリカの中空粒子の製造方法。 3. The method for producing hollow particles of carbon-containing silica according to claim 1, wherein the metal alkoxide (Y) used in the step (I) is a metal alkoxide having silicon as a metal species. 前記工程(I)におけるゾルゲル反応時間が1〜3時間である請求項1〜の何れか1項記載のカーボン含有のシリカ又は酸化チタンの中空粒子の製造方法。 The method for producing carbon-containing silica or titanium oxide hollow particles according to any one of claims 1 to 3 , wherein the sol-gel reaction time in the step (I) is 1 to 3 hours. シリカ又は酸化チタンからなる金属酸化物(Y’)とカーボンとを主構成成分とする殻からなり、殻壁の厚さが5nm〜30nmで、且つ平均粒子径が50nm〜1000nmの単分散性中空粒子であることを特徴とするカーボン含有のシリカ又は酸化チタンの中空粒子。 A monodisperse hollow comprising a shell mainly composed of a metal oxide (Y ′) made of silica or titanium oxide and carbon, having a shell wall thickness of 5 nm to 30 nm and an average particle diameter of 50 nm to 1000 nm. A hollow particle of carbon-containing silica or titanium oxide characterized by being a particle. 前記殻中におけるカーボンの質量割合が5〜80質量%である請求項記載のカーボン含有のシリカ又は酸化チタンの中空粒子。 Hollow particles of silica or titanium oxide containing carbon of claim 5 wherein the mass ratio of carbon is 5 to 80 wt% in the said shell. 前記金属酸化物(Y’)がシリカである請求項5又は6記載のカーボン含有のシリカの中空粒子。 The carbon-containing silica hollow particles according to claim 5 or 6, wherein the metal oxide (Y ') is silica. 白色以外の発色性を有する請求項5〜7の何れか1項記載のカーボン含有のシリカ又は酸化チタンの中空粒子。 The hollow particles of carbon-containing silica or titanium oxide according to any one of claims 5 to 7 , which have color developability other than white.
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