JP5629779B2 - 親水化微粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の製造方法では、前記混合ガス中のフッ素ガスと、酸素原子を含む化合物のガスとの体積比(酸素原子を含む化合物のガス/フッ素ガス)を6未満とすることを特徴とする。混合ガス中のフッ素ガスと酸素ガスとの体積比を制御することにより、混合ガス中のフッ素ガス濃度が低くとも高くとも、得られる親水化微粒子の着色を抑制することができる。前記体積比は5.0以下が好ましく、より好ましくは4.5以下である。また、親水化処理の均一性をより高めるために、前記体積比は1.0以上が好ましく、より好ましくは1.5以上である。
本発明において、基材粒子と混合ガスを接触させる方法は特に限定されないが、例えば、基材粒子を保持できる容器内に混合ガスを導入して密封状態で所定時間処理する方法(密封接触法);基材粒子を保持できる容器内に、混合ガスを流通させ、連続的に供給する方法(連続供給法);が好ましい。
本発明の親水化微粒子の製造方法では、上記混合ガスによる接触処理の後に、混合ガス接触後の粒子を、さらに水分と接触させる処理を行うことが好ましい。水分と接触することで、混合ガスとの接触によって粒子表面に形成された−C(F)=Oが、より効率的にカルボキシル基に転換される。また、このとき生成するHFや粒子表面に吸着しているHFあるいはF2を有効に除去することもできる。
次に、基材粒子について説明する。本発明法に用いられる基材粒子はビニル系重合体を含有する粒子であれば特に限定されず、ビニル系重合体のみからなる粒子や、有機質と無機質とが複合された材料からなる有機質無機質複合粒子のいずれも使用することができる。なお、本発明のビニルには、(メタ)アクリロイルも含まれる。ビニル系重合体微粒子としては、具体的には、(メタ)アクリル系(共)重合体、(メタ)アクリル系−スチレン系共重合体等のビニル系重合体のみからなる粒子や、重合性(ビニル基含有の意味;以下同じ)アルコキシシランのラジカル重合体および/または縮重合体、重合性アルコキシシランとビニル系モノマーとの共重合体等の有機質無機質複合粒子が挙げられる。以下の説明で「ビニル重合体」というときは、ビニル系モノマーが重合した有機質のみの重合体を意味する。また、本発明でいう「ビニル系重合体微粒子」は、「ビニル重合体」からなる成分や骨格を含む粒子を意味する。これらのビニル系重合体微粒子の製造方法の詳細は後述するが、乳化重合、懸濁重合、シード重合、ゾルゲル法等が採用でき、中でも、シード重合やゾルゲル法は粒度分布を小さくすることができるため好ましい。なお、微粒子の組成は、GC−MS等で確認することができる。
ビニル重合体粒子は、ビニル系単量体を含有する単量体混合物を含む単量体組成物を重合して得られる。単量体混合物に含有させるビニル系単量体としては、1分子中に1個のビニル基を有する非架橋性単量体、1分子中に2個以上のビニル基を有する架橋性単量体のいずれも使用することができる。
有機質無機質複合粒子は、ビニル重合体に由来する有機質部分と、無機質部分とを含んでなる粒子である。前記有機質無機質複合粒子の態様としては、シリカ、アルミナ、チタニア等の金属酸化物、金属窒化物、金属硫化物、金属炭化物等の無機質微粒子が、ビニル重合体中に分散含有されてなる態様;(オルガノ)ポリシロキサン、ポリチタノキサン等のメタロキサン鎖(「金属−酸素−金属」結合を含む分子鎖)と有機分子が分子レベルで複合してなる態様;ビニルトリメトキシシラン等のビニル系重合体を形成し得るビニル基を有するオルガノアルコキシシランが加水分解縮合反応やビニル基の重合反応を起こすことで得られる粒子や加水分解性シリル基を有するシラン化合物を原料とするポリシロキサンとビニル基を有する重合性単量体等と反応させて得られる粒子のように、ビニル重合体骨格とポリシロキサン骨格とを含む有機質無機質複合粒子からなる態様等が挙げられる。これらの中でも、特にビニル重合体骨格とポリシロキサン骨格とを含む有機質無機質複合粒子からなる態様が好ましい。
R’mSiX4-m (3)
(式中、R’は置換基を有していてもよく、アルキル基、アリール基、アラルキル基および不飽和脂肪族基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を表し、Xは水酸基、アルコキシ基およびアシロキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を表し、mは0から3までの整数である。)
CH2=C(−Ra)−COORb− (4)
(式中、Raは水素原子またはメチル基を表し、Rbは置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の有機基を表す。)
CH2=C(−Rc)− (5)
(式中、Rcは水素原子またはメチル基を表す。)
CH2=C(−Rd)−Re− (6)
(式中、Rdは水素原子またはメチル基を表し、Reは置換基を有していてもよい炭素数1〜20の2価の有機基を表す。)
1−1.平均粒子径
精密粒度分布測定装置(商品名「コールターマルチサイザーIII型」、ベックマンコールター株式会社製)を用いて、30000個の粒子の粒子径を測定し、個数基準での平均粒子径、標準偏差を求めた。粒子径の変動係数(CV値)は、下記式に従って求めた。
変動係数(%)=100×(標準偏差/平均粒子径)
親水化処理前後の粒子の色目を目視観察により評価した。色目の変化のないものを○、わずかに黄色みを帯びるものを△、完全に変色したものを×とした。
X線光電子分光分析装置(ESCA;JEOL社製;JPS−9000MC)を使用して、基材粒子及び親水化微粒子表面におけるC、O、F、Na及びSi原子の存在率(モル%)を測定し、下記式により各原子の相対表面存在率(%)を算出した。なお、式中、Xは、C、O、F、Na、Siのいずれかを示す。
X原子の相対表面存在率(%)=100×{X原子の存在率/(C原子の存在率+O原子の存在率+F原子の存在率+Na原子の存在率+Si原子の存在率)}
底部に撹拌子を置いた200mlのガラスビーカーにイオン交換水50mlを投入し、水面に粒子0.2gを浮かべた後、ビーカー内の水中にビュレットの先端を沈め、撹拌子を緩やかに回転させながら、前記粒子添加から5分後に、ビュレットからメタノールを徐々に導入する。水面の粒子の全量が完全に水中に沈むまでメタノールの導入を続け、水中に粒子が完全に沈んだときのメタノールの導入量(ml)を測定し、下式に基づき疎水化度を求める。ここで、ビュレットからメタノールを添加する前に、水面に浮かべた粒子が水中に完全に沈んだ場合は、疎水化度0と判定した。
疎水化度(%)=メタノール導入量(ml)×100/{水の量(ml)+メタノール導入量(ml)}
2−1.合成例1
冷却管、温度計、滴下口を備えた四つ口フラスコに、イオン交換水1800.0部と、25%アンモニア水24.0部、メタノール555.0部を入れ、攪拌下、滴下口から3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン80.0部及びメタノール45.0部の混合液を添加して、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの加水分解、縮合反応を行って、メタクリロイル基を有するポリシロキサン粒子(重合性ポリシロキサン粒子)の乳濁液を調製した。
冷却管、温度計、滴下口を備えた四つ口フラスコに、イオン交換水400部、25%アンモニア水6部、メタノール180部を入れ、攪拌しながら、この溶液に3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン100部を滴下口から添加して、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの加水分解縮合反応を行い、ポリシロキサン粒子の乳濁液を得た。
3−1.製造例1
上記で得られた基材粒子No.1を120部、容量500Lのチャンバー式処理装置に入れた。粒子層の厚みは0.5mmであった。チャンバー内を、1Paに減圧した後、フッ素(F2)ガス/酸素(O2)ガス/チッ素(N2)ガス=1.33kPa(10torr)/3.99kPa(30torr)/74.48kPa(560torr)となるように混合ガスを導入した。その後、40℃で60分間処理を行った後、チャンバー内を窒素で置換し、大気圧に戻した。
製造例1において、親水化処理における混合ガスの濃度を、フッ素(F2)ガス/酸素(O2)ガス/チッ素(N2)ガス=1.33Pa(10torr)/0.66kPa(5torr)/77.25kPa(585torr)に変更したこと以外は、製造例1と同様にして親水化微粒子No.2を得た。
製造例1において、基材粒子No.1に代えて基材粒子No.2を使用し、親水化処理における混合ガスの濃度をフッ素(F2)ガス/酸素(O2)ガス=1.33kPa(10Torr)/79.8kPa(600Torr)に変更した以外は、製造例1と同様にして親水化処理を行い親水化微粒子No.3を得た。
一方、製造例3(比較例)は、混合ガス中におけるフッ素ガス濃度が1.64体積%であるが、フッ素ガスと酸素ガスとの体積比が60と大きい場合であるが、親水化処理によって粒子骨格が酸化によるダメージを受けて黒変した。
Claims (5)
- 基材粒子に、フッ素ガスと、酸素原子を含む化合物のガスと、不活性ガスとを含む混合ガスを接触させる処理を行って、基材粒子の表面を親水化することにより親水化微粒子を製造する方法であって、
個数平均粒子径1000μm以下のビニル系重合体微粒子を基材粒子とし、
前記混合ガス中のフッ素ガスと、酸素原子を含む化合物のガスとの体積比(酸素原子を含む化合物のガス/フッ素ガス)を6未満、
前記混合ガス中のフッ素ガス濃度を1.0体積%超とすることを特徴とする親水化微粒子の製造方法。 - 前記酸素原子を含む化合物のガスが、酸素ガスである請求項1に記載の親水化微粒子の製造方法。
- 前記基材粒子に前記混合ガスを接触させる処理の後に、さらに水分と接触させる処理を行うものである請求項1又は2に記載の親水化微粒子の製造方法。
- 前記水分が、アルカリ性水溶液である請求項3に記載の親水化微粒子の製造方法。
- 前記水分が、水及び/又は水蒸気である請求項3又は4に記載の親水化微粒子の製造方法。
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