JP5875027B2 - Method for producing emulsified dispersion - Google Patents

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本発明は単分散粒子が高度に分散した乳化分散体の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明はマイクロリアクターを用いた平均粒子径が300nm以下の単分散粒子が高度に分散した乳化分散体の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing an emulsified dispersion in which monodisperse particles are highly dispersed. More specifically, the present invention relates to a method for producing an emulsified dispersion in which monodisperse particles having an average particle diameter of 300 nm or less are highly dispersed using a microreactor.

ポリマー微粒子材料は多岐にわたる工業分野において利用されており、その工業的価値は著大である。その優れた物性により、光学材料、成形材料、印刷材料、塗料、接着剤、各種コーティング材料、などの広い分野で使用されている。ポリマー単分散微粒子の製造方法としては、モノマー液滴を均一に制御して重合するトップダウン方式と反応系で重合体の核を形成させ、それを成長させて重合体粒子を形成させるボトムアップ方式に大別することができる。ボトムアップ方式で単分散微粒子を得る方法の一つとしてソープフリー乳化重合法が知られているが、重合系を安定化させるため、もしくは粒径を300nm以下に制御するため水溶性高分子等の保護コロイドの添加や界面活性剤の添加が必要であった。   Polymer fine particle materials are used in various industrial fields, and their industrial value is remarkable. Due to its excellent physical properties, it is used in a wide range of fields such as optical materials, molding materials, printing materials, paints, adhesives, and various coating materials. As a method for producing polymer monodisperse fine particles, a top-down method in which monomer droplets are uniformly controlled and polymerized, and a bottom-up method in which polymer nuclei are formed in a reaction system and grown to form polymer particles. Can be broadly classified. A soap-free emulsion polymerization method is known as one of the methods for obtaining monodisperse fine particles by a bottom-up method. However, in order to stabilize the polymerization system or to control the particle size to 300 nm or less, a water-soluble polymer or the like is used. It was necessary to add protective colloids and surfactants.

近年、石油エネルギーの高騰から化学製品の製造方法の抜本的な見直しが迫られてきている。その中で、マイクロリアクターに対する関心が高まってきている。マイクロリアクターは狭い空間で反応を行う装置であり大掛かりな装置の導入も不必要で、投資コスト、製造コストの削減も期待される。また、マイクロリアクターは狭い空間で反応を行うため単位体積あたりの比表面積が大きく、このため反応温度の制御が容易であるという特長を有することが知られている。   In recent years, a drastic review of the manufacturing method of chemical products has been urged due to soaring petroleum energy. In this context, interest in microreactors has increased. A microreactor is a device that performs a reaction in a narrow space, and it is not necessary to introduce a large-scale device, and it is expected to reduce investment costs and manufacturing costs. Further, it is known that the microreactor has a feature that the reaction surface temperature is easy because the reaction is performed in a narrow space, and the specific surface area per unit volume is large.

マイクロリアクターを用いた微粒子の製造方法はこれまで多く開示されているが(例えば、特許文献1参照)、目的とする微粒子の粒径が1μm以上と大きかったこともありトップダウン方式によりなされることが殆どであった。その中でマイクロリアクターを流れる連続相に対して、接続される開口部から重合性モノマーを含む分散相を吐出し、前記連続相中に、分散する該分散相から構成された液滴を作製し、重合させることで単分散微粒子を得る製造方法において、該液滴に外部から均一なせん断力を加えることにより単分散な微小液滴にすることにより平均粒子径が50nm〜500nmである単分散微粒子を得ることを特徴とする高単分散微粒子の製造方法が開示されているが(例えば、特許文献2参照)、界面活性剤の添加が必要であるとともに、均一なせん断力を加える必要があった。   Many methods of producing microparticles using a microreactor have been disclosed so far (see, for example, Patent Document 1), but the top-down method is used because the particle size of the target microparticles was as large as 1 μm or more. Was almost. In the continuous phase flowing through the microreactor, a dispersed phase containing a polymerizable monomer is discharged from a connected opening, and droplets composed of the dispersed phase dispersed are produced in the continuous phase. In the production method for obtaining monodisperse fine particles by polymerization, monodisperse fine particles having an average particle diameter of 50 nm to 500 nm by forming uniform monodisperse droplets by applying a uniform shearing force to the droplets from the outside Has been disclosed (see, for example, Patent Document 2), but it is necessary to add a surfactant and to apply a uniform shearing force. .

特表2002−544309号公報JP 2002-544309 A 特開2008−31419号公報JP 2008-31419 A

本発明の目的は、水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤を添加することでしか得られなかった、粒径300nm以下の単分散ポリマー微粒子を含む乳化分散体を提供することにあり、かつ本発明の目的は、マイクロリアクターを利用することにより、水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤を添加することでしか得られなかった、粒径300nm以下の単分散ポリマー微粒子を含む乳化分散体を水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤を用いずとも製造可能な製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an emulsified dispersion containing monodisperse fine polymer particles having a particle size of 300 nm or less, which was obtained only by adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant. An object of the present invention is to provide an emulsification containing monodisperse polymer fine particles having a particle size of 300 nm or less, which can be obtained only by adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant by using a microreactor. It is an object of the present invention to provide a production method capable of producing a dispersion without using a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、微小管状流路内において、水溶性ラジカル開始剤の存在下、ラジカル重合性単量体を反応率0.1〜50%まで乳化重合させた後、得られた乳化重合液を、攪拌羽根を備えた反応釜において反応率95%以上まで反応させることにより、下記の(1)、(2)、(3)を満足する、単分散微粒子の乳化分散体を得られることを見出した。
(1)含有する単分散微粒子の粒径が300nm以下、粒径分布の変動係数CVが15%以下の乳化分散体を得られる。
(2)該乳化分散体の固形分が15%以上でも安定である。
(3)該製造方法によって得られる乳化分散体は、分散安定剤や界面活性剤を含まなくとも安定である。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the reaction rate of the radical polymerizable monomer is 0.1 to 50% in the presence of the water-soluble radical initiator in the microtubular channel. After emulsion polymerization, the obtained emulsion polymerization solution is reacted in a reaction kettle equipped with a stirring blade to a reaction rate of 95% or more, thereby satisfying the following (1), (2), (3): It has been found that an emulsified dispersion of monodisperse fine particles can be obtained.
(1) An emulsified dispersion can be obtained in which the monodispersed fine particles contained have a particle size of 300 nm or less and a variation coefficient CV of particle size distribution of 15% or less.
(2) It is stable even when the solid content of the emulsified dispersion is 15% or more.
(3) The emulsified dispersion obtained by the production method is stable without containing a dispersion stabilizer or a surfactant.

すなわち、本発明は、その内部にマイクロミキサーと伝熱性反応容器とを有する微小管状流路内において、水溶性ラジカル開始剤の存在下、ラジカル重合性単量体を反応率0.1〜50%まで重合反応させた後、得られた重合反応液を攪拌装置を備えた反応釜を用いて反応率95%以上まで重合反応させる乳化分散体の製造方法であって、前記マイクロミキサーが、水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体と、ラジカル重合性単量体とが混合可能な構造を有し、且つ、混合後の流体の流れ方向で流路径が縮小された構造とを有するものであることを特徴とする乳化分散体の製造方法を提供するものである。   That is, in the present invention, in a microtubular channel having a micromixer and a heat transfer reaction vessel inside, a reaction rate of 0.1 to 50% is obtained in the presence of a water-soluble radical initiator. After the polymerization reaction until the reaction rate is 95% or higher using a reaction vessel equipped with a stirrer, the micromixer is water-soluble. It has a structure in which an aqueous medium containing a radical initiator and a radical polymerizable monomer can be mixed, and a structure in which the flow path diameter is reduced in the flow direction of the fluid after mixing. A feature of the present invention is to provide a method for producing an emulsified dispersion.

本発明においては、上記した通り分散安定剤や界面活性剤を含まない乳化分散体を提供することができるが、供される用途に応じて分散安定剤や界面活性剤を添加しても良い。分散安定剤としては保護コロイドとして機能する水溶性高分子化合物を挙げることができる。このような水溶性高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ヒドロキシセルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等を挙げることができる。   In the present invention, as described above, an emulsified dispersion containing no dispersion stabilizer or surfactant can be provided, but a dispersion stabilizer or surfactant may be added depending on the intended use. Examples of the dispersion stabilizer include water-soluble polymer compounds that function as protective colloids. Examples of such water-soluble polymers include polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, hydroxycellulose, carboxymethylcellulose, methylcellulose, polyacrylamide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid and the like.

これらは水溶性ラジカル開始剤を含む流体に混合し微小管状内における乳化重合時に使用することもできるが、耐熱性温度が低い水溶性高分子を使用する場合には、その後のバッチ反応時に添加することもできる。   These can be mixed with a fluid containing a water-soluble radical initiator and used at the time of emulsion polymerization in a microtubule, but when using a water-soluble polymer having a low heat resistance temperature, it is added at the time of subsequent batch reaction. You can also.

本発明によれば、マイクロリアクターとバッチ反応釜を組み合わせ利用することにより、水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤を添加することでしか得られなかった、粒径300nm以下の単分散ポリマー微粒子を含む乳化分散体を、安定的に、高い生産効率で製造し提供することが可能になる。   According to the present invention, a monodisperse polymer having a particle size of 300 nm or less, which can be obtained only by adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant by using a combination of a microreactor and a batch reaction kettle. An emulsified dispersion containing fine particles can be produced and provided stably and with high production efficiency.

本発明に用いる化学反応デバイス1の3種類のプレート構造を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows three types of plate structures of the chemical reaction device 1 used for this invention. 図1における化学反応デバイス1のプレート構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the plate structure of the chemical reaction device 1 in FIG. 本発明に用いる化学反応デバイス1の継手部を含めた概略図全体構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the whole schematic diagram composition including the joint part of chemical reaction device 1 used for the present invention. 本発明の製造方法に用いる化学反応デバイス2の2種類のプレート構造を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows two types of plate structures of the chemical reaction device 2 used for the manufacturing method of this invention. 図4における化学反応デバイス2のプレート構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the plate structure of the chemical reaction device 2 in FIG. 本発明に用いる化学反応デバイス2の継手部を含めた概略図全体構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the whole schematic diagram composition including the joint part of chemical reaction device 2 used for the present invention. 本発明に用いる化学反応デバイス3のプレート構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the plate structure of the chemical reaction device 3 used for this invention. 本発明に用いる化学反応デバイス3の継手部を含めた概略図全体構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the whole schematic diagram composition including the joint part of chemical reaction device 3 used for the present invention. 図7における化学反応デバイス1の2種類のプレート構造を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows two types of plate structures of the chemical reaction device 1 in FIG. 実施例で用いた製造装置を模式的に示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows typically the manufacturing apparatus used in the Example. 実施例2で得られた単分散微粒子である。These are monodisperse fine particles obtained in Example 2. 実施例2で得られた単分散微粒子である。These are monodisperse fine particles obtained in Example 2.

次いで、本発明を実施するにあたり、必要な事項を具体的に述べる。
本発明の単分散微粒子を含む乳化分散体は、微小管状内において、水溶性ラジカル開始剤の存在下、ラジカル重合性単量体を反応率0.1〜50%まで乳化重合させた後、攪拌羽根を備えた反応釜において反応率95%以上まで反応させることにより製造することができる。
Next, details necessary for carrying out the present invention will be described in detail.
The emulsified dispersion containing the monodispersed fine particles of the present invention is prepared by emulsion-polymerizing a radical polymerizable monomer to a reaction rate of 0.1 to 50% in the presence of a water-soluble radical initiator in a microtubule, followed by stirring. It can manufacture by making it react to 95% or more of reaction rate in the reaction kettle provided with the blade | wing.

本発明において使用される水溶性ラジカル開始剤としては特に制限はなく、従来ラジカル重合において使用されている種々の水溶性ラジカル重合開始剤の中から、原料のラジカル重合性単量体の種類などに応じて適宣選択して用いることができる。このような水溶性開始剤としては、例えば水溶性有機過酸化物、水溶性アゾ化合物、レドックス系開始剤、過硫酸塩などが好ましく用いられる。   There are no particular restrictions on the water-soluble radical initiator used in the present invention, and various types of water-soluble radical polymerization initiators conventionally used in radical polymerization can be used depending on the type of raw material radical polymerizable monomer. It can be selected and used accordingly. As such a water-soluble initiator, for example, water-soluble organic peroxides, water-soluble azo compounds, redox initiators, persulfates and the like are preferably used.

上記水溶性有機過酸化物の例としては、t−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、ジイソプロピルベンゼンヒドロペルオキシド、p−メンタンヒドロペルオキシド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジヒドロペルオキシド、1,1,3,3−テトラメチルヒドロペルオキシドなどが挙げられる。また、水溶性アゾ化合物の例としては、2,2’−ジアミジニル−2,2’−アゾプロパン・一塩酸塩、2,2’−ジアミジニル−2,2’−アゾブタン・一塩酸塩、2,2’−ジアミジニル−2,2’−アゾペンタン・一塩酸塩、2,2’−アゾビス(2−メチル−4−ジエチルアミノ)ブチロニトリル・塩酸塩などが挙げられる。   Examples of the water-soluble organic peroxide include t-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, p-menthane hydroperoxide, 2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide, 1,1 , 3,3-tetramethyl hydroperoxide and the like. Examples of water-soluble azo compounds include 2,2′-diamidinyl-2,2′-azopropane monohydrochloride, 2,2′-diamidinyl-2,2′-azobutane monohydrochloride, 2,2 Examples include '-diamidinyl-2,2'-azopentane monohydrochloride and 2,2'-azobis (2-methyl-4-diethylamino) butyronitrile hydrochloride.

さらに、レドックス系開始剤としては、例えば過酸化水素と還元剤との組み合わせなどを挙げることができる。この場合、還元剤としては、二価の鉄イオンや銅イオン、亜鉛イオン、コバルトイオン、バナジウムイオンなどの金属イオン、アスコルビン酸、還元糖などが用いられる。過硫酸塩としては、例えば過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどが挙げられる。   Furthermore, examples of the redox initiator include a combination of hydrogen peroxide and a reducing agent. In this case, as the reducing agent, divalent iron ions, copper ions, zinc ions, cobalt ions, vanadium ions and other metal ions, ascorbic acid, reducing sugars and the like are used. Examples of the persulfate include ammonium persulfate and potassium persulfate.

これらの水溶性ラジカル重合開始剤は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。   One of these water-soluble radical polymerization initiators may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

本発明の製造方法で使用されるラジカル重合性単量体としては、ラジカル重合性不飽和基を持つ化合物であれば特に限定されるものではないが、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等の炭素数1〜30のアルキル(メタ)アクリレート類のアクリル系不飽和単量体;   The radical polymerizable monomer used in the production method of the present invention is not particularly limited as long as it is a compound having a radical polymerizable unsaturated group. For example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meta ) Acrylate, butyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, nonyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, stearyl (meth) ) Acrylic unsaturated monomers of C1-C30 alkyl (meth) acrylates such as acrylates;

例えば、スチレン,メチルスチレン,ジメチルスチレン,トリメチルスチレン,エチルスチレン,ジエチルスチレン,トリエチルスチレン,プロピルスチレン,ブチルスチレン,ヘキシルスチレン,ヘプチルスチレン及びオクチルスチレン等のアルキルスチレン;フロロスチレン,クロルスチレン,ブロモスチレン,ジブロモスチレン,クロルメチルスチレン等のハロゲン化スチレン;ニトロスチレン,アセチルスチレン,メトキシスチレン、α−メチルスチレン,ビニルトルエン等のスチレン系不飽和単量体;
(メタ)アクリル酸、イタコン酸またはそのモノエステル、マレイン酸またはそのモノエステル、フマル酸またはそのモノエステル、イタコン酸またはそのモノエステル、クロトン酸、p−ビニル安息香酸などのカルボン酸基含有不飽和単量体およびこれらの塩;2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、スルホエチル(メタ)アクリレート、スルホプロピル(メタ)アクリレート、α−メチルスチレンスルホン酸などのスルホン酸基含有不飽和単量体およびこれらの塩;
For example, alkyl styrene such as styrene, methyl styrene, dimethyl styrene, trimethyl styrene, ethyl styrene, diethyl styrene, triethyl styrene, propyl styrene, butyl styrene, hexyl styrene, heptyl styrene and octyl styrene; fluorostyrene, chlorostyrene, bromostyrene, Halogenated styrene such as dibromostyrene and chloromethylstyrene; Styrenic unsaturated monomers such as nitrostyrene, acetylstyrene, methoxystyrene, α-methylstyrene, vinyltoluene;
Carboxylic acid group-containing unsaturated compounds such as (meth) acrylic acid, itaconic acid or its monoester, maleic acid or its monoester, fumaric acid or its monoester, itaconic acid or its monoester, crotonic acid, p-vinylbenzoic acid Monomers and salts thereof; 2- (meth) acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, vinylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, (meth) allylsulfonic acid, sulfoethyl (meth) acrylate, sulfopropyl (meth) acrylate, sulfonic acid group-containing unsaturated monomers such as α-methylstyrene sulfonic acid and salts thereof;

ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ビニルピロリドン、N−メチルビニルピリジウムクロライド、(メタ)アリルトリエチルアンモニウムクロライド、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライド等の第3級または第4級アミノ基含有不飽和単量体;ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の水酸基含有不飽和単量体;(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド、N−アルキル(メタ)アクリルアミド、N、N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド、ビニルラクタム類などアミド基含有不飽和単量体; Dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate, vinylpyrrolidone, N-methylvinylpyridium chloride, (meth) allyltriethylammonium chloride, 2-hydroxy-3- (meth) acryloyloxypropyltrimethylammonium chloride, etc. A tertiary or quaternary amino group-containing unsaturated monomer; a hydroxyl-containing unsaturated monomer such as hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, or polyethylene glycol mono (meth) acrylate; ) Amide-containing unsaturated monomers such as acrylamide, N-hydroxyalkyl (meth) acrylamide, N-alkyl (meth) acrylamide, N, N-dialkyl (meth) acrylamide, vinyl lactams

マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和二塩基酸のジエステル類、スチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−クロロスチレン、クロルメチルスチレン、ビニルトルエン等の芳香族不飽和単量体、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系不飽和単量体;ブタジエン、イソプレン等の共役ジオレフィン不飽和単量体;
ジビニルベンゼン、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、メタクリル酸アリル、フタル酸ジアリル、トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセリンジアリルエーテル、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート等の多官能不飽和単量体;
Unsaturated dibasic acid diesters such as maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, aromatic unsaturated monomers such as styrene, p-methylstyrene, α-methylstyrene, p-chlorostyrene, chloromethylstyrene, vinyltoluene Nitrile unsaturated monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; conjugated diolefin unsaturated monomers such as butadiene and isoprene;
Multifunctional unsaturation such as divinylbenzene, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, allyl methacrylate, diallyl phthalate, trimethylolpropane triacrylate, glyceryl diallyl ether, polyethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol diacrylate Monomer;

エチレン、プロピレン、イソブチレン等のビニル系不飽和単量体;
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、オクチルビニルエステル、ベオバ9、ベオバ10、ベオバ11〔ベオバ:シェルケミカルカンパニー(株)商標〕等のビニルエステル不飽和単量体;エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル等のビニルエーテル不飽和単量体;エチルアリルエーテル等のアリルエーテル不飽和単量体;
Vinyl unsaturated monomers such as ethylene, propylene and isobutylene;
Vinyl ester unsaturated monomers such as vinyl acetate, vinyl propionate, octyl vinyl ester, Veova 9, Veova 10, Veova 11 [Beova: Shell Chemical Company, Ltd.]; ethyl vinyl ether, propyl vinyl ether, butyl vinyl ether, cyclohexyl Vinyl ether unsaturated monomers such as vinyl ether; allyl ether unsaturated monomers such as ethyl allyl ether;

塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ペンタフルオロプロピレン、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)、パーフルオロアルキルアクリレート、フルオロメタクリレート等のハロゲン含有不飽和単量体等;
(メタ)アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジルなどのエポキシ基含有不飽和単量体;ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のビニルシラン系不飽和単量体;
Halogen-free products such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride, vinylidene fluoride, chlorotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, pentafluoropropylene, perfluoro (propyl vinyl ether), perfluoroalkyl acrylate, and fluoromethacrylate Saturated monomers, etc .;
Epoxy group-containing unsaturated monomers such as glycidyl acrylate and glycidyl methacrylate; vinyl silanes such as vinyltrichlorosilane, vinyltriethoxysilane, vinyltris (β-methoxyethoxy) silane, and γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane Unsaturated monomers;

アクロレイン、ダイアセトンアクリルアミド、ビニルメチルケトン、ビニルブチルケトン、ダイアセトンアクリレート、アセトニトリルアクリレート、アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート、ビニルアセトフェノン、ビニルベンゾフェノン等のカルボニル基含有不飽和単量体等が挙げられる。 Examples thereof include carbonyl group-containing unsaturated monomers such as acrolein, diacetone acrylamide, vinyl methyl ketone, vinyl butyl ketone, diacetone acrylate, acetonitrile acrylate, acetoacetoxyethyl (meth) acrylate, vinyl acetophenone and vinyl benzophenone.

本発明の単分散微粒子を含む乳化分散体は、微小管状内において、水溶性開始剤の存在下、ラジカル重合性単量体を反応率0.1〜50%まで乳化重合させた後、攪拌羽根を備えた反応釜において反応率95%以上まで反応させることにより製造することができる。   The emulsified dispersion containing the monodispersed fine particles of the present invention is obtained by emulsion-polymerizing a radical polymerizable monomer to a reaction rate of 0.1 to 50% in the presence of a water-soluble initiator in a microtubule, and then stirring blades. It can manufacture by making it react to 95% or more of reaction rates.

本発明の単分散微粒子を含む乳化分散体は、残存モノマー量が500ppm以下であることが好ましい。   The emulsified dispersion containing the monodispersed fine particles of the present invention preferably has a residual monomer amount of 500 ppm or less.

より具体的には、本発明の単分散微粒子を含む乳化分散体は、内部に微小管状流路が形成されたマイクロミキサーと内部に微小管状流路が形成された反応容器を用い、水溶性ラジカル開始剤の存在下、ラジカル重合性単量体の反応率0.1〜50%まで乳化重合させた後、攪拌羽根を備えた反応釜において反応率95%以上まで反応させることにより製造することができる。   More specifically, the emulsified dispersion containing the monodispersed fine particles of the present invention uses a micromixer having a microtubular channel formed therein and a reaction vessel having a microtubular channel formed therein, and uses a water-soluble radical. In the presence of an initiator, after the emulsion polymerization to a reaction rate of 0.1 to 50% of the radical polymerizable monomer, it can be produced by reacting to a reaction rate of 95% or more in a reaction kettle equipped with a stirring blade. it can.

さらに具体的には、本発明の単分散微粒子を含む乳化分散体は、内部に微小管状流路が形成されたマイクロミキサーと内部に微小管状流路が形成された反応容器を用い、最初に内部に微小管状流路が形成されたマイクロミキサーにより水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体とラジカル重合性単量体を含む媒体の流体を混合することにより、ラジカル重合性単量体の油滴を、水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体中に形成させた後、内部に微小管状流路が形成された反応容器中で水溶性ラジカル開始剤の分解により、水媒体に一部溶解したラジカル重合性単量体が重合を開始し、鎖長が長くなることによる疎水性の増加により析出凝集がおこり微粒子の核が形成され、水相に微分散したラジカル重合性単量体の油滴から粒子核表面にラジカル重合性単量体が供給されることにより重合が進行し、ラジカル重合性単量体の反応率0.1〜50%まで乳化重合させた後、攪拌羽根を備えた反応釜において反応率95%以上まで反応させることにより製造することができる。   More specifically, the emulsified dispersion containing monodisperse fine particles of the present invention uses a micromixer having a microtubular channel formed therein and a reaction vessel having a microtubular channel formed therein, By mixing a fluid of an aqueous medium containing a water-soluble radical initiator and a medium containing a radical polymerizable monomer with a micromixer in which a microtubular channel is formed, oil droplets of the radical polymerizable monomer are After being formed in an aqueous medium containing a water-soluble radical initiator, the radical polymerizable monomer partially dissolved in the aqueous medium is decomposed by the decomposition of the water-soluble radical initiator in a reaction vessel in which a microtubular channel is formed. The polymer begins to polymerize, and due to the increase in hydrophobicity due to the increase in chain length, precipitation aggregation occurs and fine particle nuclei are formed. From the droplets of radically polymerizable monomers finely dispersed in the aqueous phase, the particle nucleus surface Radically polymerizable Polymerization proceeds by supplying the monomer, and after emulsion polymerization to a reaction rate of 0.1 to 50% of the radical polymerizable monomer, the reaction rate is reacted to 95% or more in a reaction kettle equipped with a stirring blade. Can be manufactured.

マイクロミキサーを用いることにより、水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体とラジカル重合性単量体を含む媒体同士の混合は小さなセグメント同士の混合になるため接触面積が大きくなることから、小さなエネルギーであっても混合が促進され、比較的低流量においてもラジカル重合性単量体を、水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体中に微分散させることが可能になる。微分散されることにより、ラジカル重合性単量体の油滴から粒子核表面にラジカル重合性単量体がスムーズかつ均一に供給されることにより単分散性の粒子核が成長するため好ましい。   By using a micromixer, the mixing of the aqueous medium containing the water-soluble radical initiator and the medium containing the radical polymerizable monomer is a mixture of small segments, so the contact area becomes large, so the energy is small. However, mixing is promoted, and the radical polymerizable monomer can be finely dispersed in an aqueous medium containing a water-soluble radical initiator even at a relatively low flow rate. Fine dispersion is preferable because monodisperse particle nuclei grow by supplying radically polymerizable monomers smoothly and uniformly from the oil droplets of radically polymerizable monomers to the surface of the particle nuclei.

一般に、上記したようなソープフリー乳化重合により得られる重合体粒子は、ラジカル開始剤切片の電荷による反発と副生するオリゴソープの粒子表面への吸着により安定化するとされているが、マイクロミキサーにおいて均一な油滴を形成し、さらに内部に微小管状流路が形成された反応容器においてラジカル開始剤を通常より多く分解させることにより、微粒子核の発生と安定化が促進され、均一で通常バッチ反応で得られるより小さな粒径の単分散微粒子の核形成と成長を実現することができる。   In general, polymer particles obtained by soap-free emulsion polymerization as described above are stabilized by repulsion due to the charge of the radical initiator segment and adsorption of the oligo soap produced as a by-product to the particle surface. Generation of and stabilization of fine particle nuclei is promoted by decomposing more radical initiators in a reaction vessel in which uniform oil droplets are formed and microtubular channels are formed inside. Nucleation and growth of monodisperse fine particles having a smaller particle diameter obtained in (1) can be realized.

内部に微小管状流路が形成されたマイクロミキサーとしては市販されているマイクロミキサーを用いることが可能であり、例えばインターディジタルチャンネル構造体を備えるマイクロリアクター、インスティチュート・フュール・マイクロテクニック・マインツ(IMM)社製シングルミキサーおよびキャタピラーミキサー;ミクログラス社製ミクログラスリアクター;CPCシステムス社製サイトス;山武社製YM−1、YM−2型ミキサー;島津GLC社製ミキシングティーおよびティー(T字コネクタ);マイクロ化学技研社製IMTチップリアクター;東レエンジニアリング開発品マイクロ・ハイ・ミキサー等が挙げられ、いずれも本発明で使用することができる。   A commercially available micromixer can be used as the micromixer having a microtubular channel formed therein. For example, a microreactor having an interdigital channel structure, an institute, a fool, a microtechnique, a mainz ( IMM) single mixer and caterpillar mixer; Microglass microglass reactor; CPC Systems Cytos; Yamatake YM-1, YM-2 mixer; Shimadzu GLC mixing tee and tee (T-shaped connector) ); IMT chip reactor manufactured by Micro Chemical Engineering Co., Ltd .; Toray Engineering developed product, Micro High Mixer, etc., and any of them can be used in the present invention.

さらに、好ましい形態のマイクロミキサーシステムとして、水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体とラジカル重合性単量体とをそれぞれ別々の流路に流通させ、前記両方の流路の出口で混合するものであるマイクロミキサーを用いて混合した後、さらに、流れ方向で流路断面積が縮小された流路に供給しながら流通させることで混合を促進するものであるマイクロミキサーが好ましい。流路をさらに縮流することによる乱流効果により混合をさらに促進することができる。   Furthermore, as a preferred form of the micromixer system, an aqueous medium containing a water-soluble radical initiator and a radical polymerizable monomer are circulated in separate flow paths and mixed at the outlets of both the flow paths. After mixing using a micromixer, a micromixer that further promotes mixing by supplying and flowing to a flow path whose flow path cross-sectional area is reduced in the flow direction is preferable. Mixing can be further promoted by a turbulent flow effect caused by further contracting the flow path.

前記両方の流路の出口で混合するものであるマイクロミキサーを用いて混合した後、流れ方向で流路断面積が縮小された流路に供給しながら流通させることにより混合を促進するものであるマイクロミキサーを用いることで、ラジカル重合性単量体の水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体中への分散を促進することが可能になる。   After mixing using a micromixer that mixes at the outlets of both the flow paths, mixing is promoted by supplying the flow to a flow path whose flow path cross-sectional area is reduced in the flow direction. By using a micromixer, it becomes possible to promote dispersion of a radical polymerizable monomer in an aqueous medium containing a water-soluble radical initiator.

前記両方の流路の出口で混合するものであるマイクロミキサーを用いて混合した後、流れ方向で流路断面積が縮小された流路に供給しながら流通させることで混合を促進するものであるマイクロミキサー微小管状流路は、少なくとも2つの部材を組み合わせて、部材間に形成された空間を流路とするものであるであっても、またそれ以外にも単なる管やパイプ形状のものを流路として用いても構わない。   After mixing using a micromixer that mixes at the outlets of both the flow paths, mixing is promoted by supplying the flow to the flow path whose flow path cross-sectional area is reduced in the flow direction. The micromixer microtubular flow path may be a combination of at least two members and a space formed between the members is used as the flow path. It may be used as a road.

本発明で用いる流路の出口に設けられた合流部で混合するものであるマイクロミキサーとして好ましい形態としては例えば化学反応用デバイス1が例示される。また、流れ方向で流路断面積が縮小された流路により混合を促進するものであるマイクロミキサーとしては化学反応用デバイス2が例示される。   For example, the chemical reaction device 1 is exemplified as a preferable form of the micromixer that is mixed at the junction provided at the outlet of the flow path used in the present invention. Moreover, the device 2 for chemical reaction is illustrated as a micromixer which accelerates | stimulates mixing by the flow path by which the flow-path cross-sectional area was reduced in the flow direction.

以下、本発明で用いる好ましい形態の流路が設けられてなる化学反応用デバイス1、および、化学反応用デバイス2について具体的に説明する。図1は、ラジカル重合性単量体含む流体が通る微小管状流路を配置したプレートと、水溶性ラジカル開始剤を含む流体が通る微小管状流路を配置したプレート、および、熱交換が行われる流体を流す流路を設置したプレートが積層してなる反応装置の概略構成例である。図2は、図1のデバイスにて合一した混合液を流す微小管状流路を配置したプレートと熱交換が行われる流体を流す流路を設置したプレートが積層してなる化学反応用デバイス1の概略構成例である。
前記化学反応用デバイス1は、例えば前記図1において同一の長方形板状からなる第1プレート(前記図1中の5)と第2プレート(前記図1中の8)とが複数交互に積層されて構成されている。さらに必要に応じ第3プレート(前記図1中の3)が図2に示すように積層されて構成されている。各1枚の第1プレートにはラジカル重合性単量体含む流体が通る流路が設けられている。また第2プレートには水溶性ラジカル開始剤を含む流体が通る流路(以下、反応流路という)が設けられている(以下、反応流路が設けられたプレートをプロセスプレートという)。また、第3プレートには温調流体用の流路(以下、温調流路という)が設けられている(以下、温調流路が設けられたプレートを温調プレートという)。
Hereinafter, the chemical reaction device 1 and the chemical reaction device 2 provided with a flow channel in a preferable form used in the present invention will be specifically described. FIG. 1 shows a plate in which a microtubular channel through which a fluid containing a radical polymerizable monomer passes, a plate in which a microtubular channel through which a fluid containing a water-soluble radical initiator passes, and heat exchange are performed. It is a schematic structural example of the reaction apparatus formed by laminating | stacking the plate which installed the flow path through which a fluid flows. FIG. 2 shows a chemical reaction device 1 formed by laminating a plate on which microtubular channels for flowing the mixed liquid in the device of FIG. 1 are arranged and a plate on which a channel for flowing a fluid for heat exchange is installed. This is a schematic configuration example.
The chemical reaction device 1 includes, for example, a plurality of first plates (5 in FIG. 1) and second plates (8 in FIG. 1) alternately formed in the same rectangular plate shape in FIG. Configured. Further, as required, a third plate (3 in FIG. 1) is laminated as shown in FIG. Each one first plate is provided with a flow path through which a fluid containing a radical polymerizable monomer passes. The second plate is provided with a flow path (hereinafter referred to as a reaction flow path) through which a fluid containing a water-soluble radical initiator passes (hereinafter, the plate provided with the reaction flow path is referred to as a process plate). The third plate is provided with a flow channel for temperature control fluid (hereinafter referred to as a temperature control channel) (hereinafter, the plate provided with the temperature control channel is referred to as a temperature control plate).

図3に示すようにそれらの供給口および排出口が、化学反応用デバイス1の端面15b、15c、側面15d、15eの各領域に分散して配置され、それら領域に、水溶性ラジカル開始剤を含む流体(図2においてδが水溶性ラジカル開始剤を含む流体の液流れを示す)、ラジカル重合性単量体を含む流体(図2においてεがラジカル重合性単量体を含む流体の液流れを示す)、温調流体(図2においてγが温調流体の流れを示す)を流すためのコネクタ30とジョイント部31とからなる継手部32がそれぞれ連結されている。また、前記出口混合は化学反応デバイス1の端面15cとコネクタ30によって形成される空間33にてラジカル重合性単量体を含む流体と水溶性ラジカル開始剤を含む流体が合流することより達成される。   As shown in FIG. 3, these supply ports and discharge ports are dispersed and arranged in each region of the end faces 15b, 15c and side surfaces 15d, 15e of the chemical reaction device 1, and a water-soluble radical initiator is placed in these regions. Fluid containing δ (in FIG. 2 indicates a fluid flow of a fluid containing a water-soluble radical initiator), fluid containing a radical polymerizable monomer (ε in FIG. 2 is a fluid flow of a fluid containing a radical polymerizable monomer) , And a joint portion 32 composed of a connector 30 and a joint portion 31 for flowing a temperature control fluid (γ in FIG. 2 indicates the flow of the temperature control fluid). Further, the outlet mixing is achieved by the fluid containing the radical polymerizable monomer and the fluid containing the water-soluble radical initiator joining in the space 33 formed by the end face 15c of the chemical reaction device 1 and the connector 30. .

これらの継手部を介して、ラジカル重合性単量体を含む流体、水溶性ラジカル開始剤を含む流体が端面15bから供給されて、端面15cに排出され、温調流体が側面15dから供給されて側面15eに排出されるようになっている。
化学反応用デバイス1の平面視形状は図示のような長方形とは限定されず、正方形状、または端面15b、15c間よりも側面15d、15e間が長い長方形状としてもよいが、以下では簡単のために図示形状に即して、端面15bから端面15cに向かう方向を、化学反応用デバイス1のプロセスプレートと温調プレートの長手方向と称し、側面15dから側面15eに向かう方向を化学反応用デバイス1のプロセスプレートと温調プレートの短手方向と称することにする。
前記化学反応用デバイス2は、例えば前記図4において同一の長方形板状からなる第4プレート(前記図4中の14)、必要に応じ温調プレート(前記図4中の3)が図5に示すように積層されて構成されている。各1枚の第4プレートには化学反応用デバイス1にて混合された流体が通る流路が設けられている。
そして、図6に示すようにそれらの供給口および排出口が、化学反応用デバイス2の端面16b、16c、側面16d、16eの各領域に分散して配置され、それら領域に、ラジカル重合性単量体を含む流体と水溶性ラジカル開始剤を含む流体(図5においてαが液流体を示す)、さらに必要に応じて温調流体(図5においてγが温調流体を示す)を流すためのコネクタ30とジョイント部31とからなる継手部32がそれぞれ連結されている。
Via these joints, a fluid containing a radical polymerizable monomer and a fluid containing a water-soluble radical initiator are supplied from the end face 15b, discharged to the end face 15c, and a temperature-controlled fluid is supplied from the side face 15d. It is discharged to the side surface 15e.
The planar view shape of the device for chemical reaction 1 is not limited to the rectangular shape as shown in the figure, and may be a square shape or a rectangular shape with the side surfaces 15d and 15e longer than between the end surfaces 15b and 15c. Therefore, in accordance with the illustrated shape, the direction from the end face 15b to the end face 15c is referred to as the longitudinal direction of the process plate and the temperature control plate of the chemical reaction device 1, and the direction from the side face 15d to the side face 15e is referred to as the chemical reaction device. This is referred to as the short direction of the process plate 1 and the temperature control plate.
The chemical reaction device 2 includes, for example, a fourth plate (14 in FIG. 4) having the same rectangular plate shape in FIG. 4, and a temperature control plate (3 in FIG. 4) in FIG. As shown, they are stacked. Each one fourth plate is provided with a flow path through which the fluid mixed in the chemical reaction device 1 passes.
Then, as shown in FIG. 6, these supply ports and discharge ports are distributed and arranged in each region of the end surfaces 16b, 16c, and side surfaces 16d, 16e of the chemical reaction device 2, and in these regions, radically polymerizable single molecules are disposed. For flowing a fluid containing a mer and a fluid containing a water-soluble radical initiator (α in FIG. 5 indicates a liquid fluid) and, if necessary, a temperature adjusting fluid (γ indicates a temperature adjusting fluid in FIG. 5) A joint part 32 composed of a connector 30 and a joint part 31 is connected to each other.

これらの継手部を介して、ラジカル重合性単量体を含む流体と水溶性ラジカル開始剤を含む流体を含む流体が端面16bから供給されて、端面16cに排出され、温調流体が側面16eから供給されて側面16dに排出されるようになっている。
化学反応用デバイス2の平面視形状は図示のような長方形とは限定されず、正方形状、または端面16b、16c間よりも側面16d、16e間が長い長方形状としてもよいが、以下では簡単のために図示形状に即して、端面16bから端面16cに向かう方向を、化学反応用デバイス2のプロセスプレートと温調プレートの長手方向と称し、側面16dから側面16eに向かう方向を化学反応用デバイス2のプロセスプレートと温調プレートの短手方向と称することにする。
Through these joint portions, a fluid containing a fluid containing a radical polymerizable monomer and a fluid containing a water-soluble radical initiator is supplied from the end face 16b, discharged to the end face 16c, and the temperature control fluid is discharged from the side face 16e. It is supplied and discharged to the side surface 16d.
The shape of the chemical reaction device 2 in plan view is not limited to the rectangular shape shown in the figure, and may be a square shape or a rectangular shape with the side surfaces 16d and 16e longer than between the end surfaces 16b and 16c. Therefore, in accordance with the illustrated shape, the direction from the end face 16b to the end face 16c is referred to as the longitudinal direction of the process plate and the temperature control plate of the chemical reaction device 2, and the direction from the side face 16d to the side face 16e is referred to as the chemical reaction device. The short direction of the process plate 2 and the temperature control plate will be referred to.

温調プレートは、図1に示すように、一方の面3aに断面凹溝形状の温調流路6が所定の間隔だけ離れて設けられている。温調流路6の断面積は、反応流路に対して熱を伝えることができれば特に限定されるものではないが概ね1×10−2〜2.5×102(mm)の範囲である。更に好ましくは0.32〜4.0(mm)である。温調流路6の本数は、熱交換効率を考慮して適宜の本数を採用することができ、特に限定されるものではないが、プレート当たり、例えば1〜1000本、好ましくは10〜100本である。 As shown in FIG. 1, the temperature control plate is provided with a temperature control flow path 6 having a concave groove shape on one surface 3 a at a predetermined interval. The cross-sectional area of the temperature control channel 6 is not particularly limited as long as heat can be transferred to the reaction channel, but is approximately in the range of 1 × 10 −2 to 2.5 × 102 (mm 2 ). . More preferably, it is 0.32-4.0 (mm < 2 >). The number of the temperature control flow paths 6 can adopt an appropriate number in consideration of heat exchange efficiency, and is not particularly limited, but is, for example, 1 to 1000, preferably 10 to 100 per plate. It is.

温調流路6は、図1及び図4に示す様に、温調プレートの長手方向に沿って複数本配列された主流路6aと、主流路6aの上流側及び下流側端部でそれぞれ流路20と略直交に配置されて各主流路6aに連通する供給側流路6bおよび排出側流路6cとを備えていてもよい。図1及び図4では供給側流路6bと排出側流路6cは2回直角に屈曲して温調プレートの側面3d、3eからそれぞれ外部に開口している。温調流路6の各流路の本数は、温調流路6の主流路6a部分のみが複数本配列され、供給側流路6bおよび排出側流路6cはそれぞれ1本で構成されている。
本発明による乳化分散体は、前記マイクロミキサーによりラジカル重合性単量体を、水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体中に微分散させた後、内部に微小管状流路が形成された反応容器中でラジカル重合性単量体の反応率0.1〜50%まで乳化重合させた後、攪拌羽根を備えた反応釜において反応率95%以上まで反応させることにより製造することができる。
As shown in FIGS. 1 and 4, the temperature control channel 6 flows in a plurality of main channels 6 a arranged along the longitudinal direction of the temperature control plate, and upstream and downstream ends of the main channel 6 a, respectively. You may provide the supply side flow path 6b and the discharge side flow path 6c which are arrange | positioned substantially orthogonally to the path | route 20, and are connected to each main flow path 6a. In FIGS. 1 and 4, the supply-side flow path 6b and the discharge-side flow path 6c are bent at right angles twice and open to the outside from the side surfaces 3d and 3e of the temperature control plate. As for the number of each temperature control channel 6, only the main channel 6 a portion of the temperature control channel 6 is arranged, and the supply side channel 6 b and the discharge side channel 6 c are each composed of one. .
In the emulsified dispersion according to the present invention, a radical polymerizable monomer is finely dispersed in an aqueous medium containing a water-soluble radical initiator by the micromixer, and then a reaction vessel in which a microtubular channel is formed. The emulsion can be produced by emulsion polymerization to a reaction rate of 0.1 to 50% of the radical polymerizable monomer and then reacting to a reaction rate of 95% or more in a reaction kettle equipped with a stirring blade.

本発明の製造方法で用いる流路としては微小管状流路であれば用いることができその他の要件については特に制限はない。単なる管やパイプ形状のものを反応流路として用いても構わない。また、少なくとも2つの部材を組み合わせて、部材間に形成された空間を反応流路とすることもできる。
本発明による乳化分散体は、微小管状流路において、ラジカル重合性単量体を温度70℃〜200℃の範囲において乳化重合することにより、微粒子核の発生と安定化を促進し、均一で通常バッチ反応で得られるより小さな粒径の単分散微粒子の核形成と成長を実現することができる。
The flow path used in the production method of the present invention can be any micro-tubular flow path, and other requirements are not particularly limited. A simple pipe or pipe shape may be used as the reaction channel. In addition, a space formed between the members can be used as a reaction channel by combining at least two members.
The emulsified dispersion according to the present invention promotes the generation and stabilization of fine particle nuclei by emulsion polymerization of a radical polymerizable monomer in a temperature range of 70 ° C. to 200 ° C. Nucleation and growth of smaller monodispersed fine particles obtained by batch reaction can be realized.

通常、バッチ反応釜のみでポリマー単分散微粒子を含む乳化分散体を調製する場合には反応温度は50℃〜90℃に設定される。これはソープフリー乳化重合で通常使用される、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムといった過硫酸塩の10時間半減期温度に併せ設定されているものであり、これ以上温度を上げることは反応の暴走に繋がる可能性があり、水の沸点100℃を超える可能性があるため、耐圧設定等特別な対策を施したバッチ反応釜以外では非常に危険である。一方、マイクロリアクターでは流路出口に圧力調整弁を設けるなどして、安全に、簡単に温度および圧力を高めることが可能になる。このため水媒体の温度が100℃を超えても何ら問題が発生しない。   Usually, when preparing an emulsified dispersion containing polymer monodispersed fine particles only in a batch reaction kettle, the reaction temperature is set to 50 ° C to 90 ° C. This is set together with the 10-hour half-life temperature of persulfates such as potassium persulfate, sodium persulfate, and ammonium persulfate that are usually used in soap-free emulsion polymerization. This may lead to runaway of the water, and the boiling point of water may exceed 100 ° C. Therefore, it is very dangerous except for batch reactors with special measures such as pressure resistance setting. On the other hand, in the microreactor, it is possible to increase the temperature and pressure safely and easily by providing a pressure adjusting valve at the outlet of the flow path. For this reason, no problem occurs even when the temperature of the aqueous medium exceeds 100 ° C.

一般に、ラジカル重合開始剤のラジカル分解速度定数は下記計算式により求められる。
k=A×EXP(−E/RT)
k:重合開始剤のラジカル分解速度定数(h−1)、A:頻度因子(h−1)、
E:活性化エネルギー(J/mol)、R:気体定数(=8.314J/mol・K)
T:絶対温度(K)
In general, the radical decomposition rate constant of the radical polymerization initiator can be obtained by the following formula.
k = A × EXP (−E / RT)
k: radical decomposition rate constant (h −1 ) of polymerization initiator, A: frequency factor (h −1 ),
E: activation energy (J / mol), R: gas constant (= 8.314 J / mol · K)
T: Absolute temperature (K)

上記、計算式でも明らかなように、温度を高めるとラジカルの分解が指数関数的に増大する。内部に微小管状流路が形成された反応容器中で、流体温度を70℃〜200℃の範囲に高めることにより微粒子の核生成と安定性に寄与する開始剤切片の生成量を急激に増大させることができる。通常のバッチ反応釜と比較して、安全に、簡便に、効率よく、分散安定性が極めて高く粒径の小さい単分散微粒子を水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤を添加しなくても生成することが可能になる。
反応温度は70℃〜200℃であることが好ましく、90℃〜180℃であることがさらに好ましく、110℃〜160℃であることが最も好ましい。70℃以下である場合バッチとの差がなくなり、200℃以上の高温域の場合開始剤の分解が速すぎるため、効果に差が殆ど無くなる。70℃〜200℃において上記した効果を最も得ることが可能になる。
As is apparent from the above calculation formula, radical decomposition increases exponentially with increasing temperature. In a reaction vessel having a microtubular channel formed therein, the fluid temperature is increased to a range of 70 ° C. to 200 ° C., thereby rapidly increasing the amount of initiator slices that contribute to the nucleation and stability of fine particles. be able to. Compared to ordinary batch reaction kettles, it is safe, convenient, efficient, monodisperse fine particles with extremely high dispersion stability and small particle size without the addition of protective colloids such as water-soluble polymers and surfactants. Can also be generated.
The reaction temperature is preferably 70 ° C to 200 ° C, more preferably 90 ° C to 180 ° C, and most preferably 110 ° C to 160 ° C. When the temperature is 70 ° C. or lower, there is no difference from the batch, and when the temperature is 200 ° C. or higher, the initiator is decomposed too quickly, so there is almost no difference in effect. The above-mentioned effect can be most obtained at 70 ° C. to 200 ° C.

さらに、本発明において水溶性ラジカル開始剤、およびラジカル重合性単量体を含む流体の反応容器内でのレイノルズ数を0.25〜300で連続的にコントロールすることにより、前記水溶性ラジカル重合開始剤およびラジカル重合性単量体を含む流体の混合性が乱流効果によりさらに高められることにより、さらに効率良く製造することができる。
ここで、該流体の流路内の移動をレイノルズ数0.25より大きい値でコントロールすることにより水溶性ラジカル重合開始剤およびラジカル重合性単量体を含む流体の混合性が著しく低下せず、その結果、粒子核が均一に成長するとともに、凝集による流路の閉塞といった不具合をさけることができることから好ましい。また、レイノルズ数300以上にコントロールすることは装置上困難であるとともに、レイノルズ数があまり大きいと粒子間同士の衝突頻度が多くなり粒子の合一と分離の繰り返し頻度が多くなることから粒径分布が広がる可能性がある。
Further, in the present invention, the water-soluble radical polymerization is initiated by continuously controlling the Reynolds number in the reaction vessel of the fluid containing the water-soluble radical initiator and the radical polymerizable monomer at 0.25 to 300. Since the mixing property of the fluid containing the agent and the radical polymerizable monomer is further enhanced by the turbulent flow effect, it can be manufactured more efficiently.
Here, by controlling the movement of the fluid in the flow path at a value larger than the Reynolds number 0.25, the mixing property of the fluid containing the water-soluble radical polymerization initiator and the radical polymerizable monomer is not significantly reduced, As a result, the particle nuclei are preferably grown uniformly and problems such as blockage of the flow path due to aggregation can be avoided. In addition, it is difficult to control the Reynolds number to 300 or more, and if the Reynolds number is too large, the collision frequency between particles increases and the repetition frequency of particle coalescence and separation increases. May spread.

尚、本発明でいうレイノルズ数とは下記の式(1)に従って計算されるものである。   The Reynolds number as used in the present invention is calculated according to the following formula (1).

レイノルズ数=(D×u×ρ)/μ・・・式(1)
ここで、D(流路の内径)、u(平均流速)、ρ(流体密度)、μ(流体粘度)である。
Reynolds number = (D × u × ρ) / μ (1)
Here, D (inner diameter of the flow path), u (average flow velocity), ρ (fluid density), and μ (fluid viscosity).

微小管状内における、水溶性ラジカル開始剤を含む流体と、ラジカル重合性単量体を含む流体の比率は目的とする乳化分散体のポリマー微粒子濃度によるが、本発明では上記したように、微小管状流路内において微粒子核の発生と安定化を促進するため、通常のバッチ反応より小粒径で高い固形分濃度の乳化分散体を得ることができる。微小管状内における、水溶性ラジカル開始剤を含む流体中でのラジカル重合性単量体を含む流体の比率は、通常5−60%、好ましくは10−50%、さらに好ましくは15−40%である。60%を超えると本発明の方法によっても粒子が凝集沈降する恐れが高くなる。水溶性ラジカル開始剤を含む流体中でのラジカル重合性単量体を含む流体の比率を5−60%に設定することによる安定な乳化分散体を得ることが可能になる。
本発明の製造方法で用いる反応装置としては、流路が伝熱性反応容器に設置された反応装置が好ましく、前記流路としては、微小管状であるものが加熱の迅速な制御が可能なことから好ましい。微小管状流路としては、重合反応温度までに到達する時間を短時間に調整することが可能で、かつ閉塞が起こりにくい充分な大きさであることが好ましく、流体断面積が0.1〜4.0mmとなる空隙サイズを有する流路が、重合反応温度までに到達する時間を短時間に調整することが容易で閉塞が起こりにくい充分な大きさであることから好ましい。なお、本発明において「断面」とは、流路中の流れ方向に対して垂直方向の断面を意味し、「断面積」はその断面を意味する。
The ratio of the fluid containing the water-soluble radical initiator and the fluid containing the radical polymerizable monomer in the microtubule depends on the polymer fine particle concentration of the target emulsified dispersion. In order to promote the generation and stabilization of fine particle nuclei in the flow path, it is possible to obtain an emulsified dispersion having a smaller particle size and a higher solid content concentration than in a normal batch reaction. The ratio of the fluid containing the radical polymerizable monomer in the fluid containing the water-soluble radical initiator in the microtubule is usually 5-60%, preferably 10-50%, more preferably 15-40%. is there. If it exceeds 60%, there is a high possibility that the particles will aggregate and settle even by the method of the present invention. It becomes possible to obtain a stable emulsified dispersion by setting the ratio of the fluid containing the radical polymerizable monomer in the fluid containing the water-soluble radical initiator to 5-60%.
As the reaction apparatus used in the production method of the present invention, a reaction apparatus in which a flow path is installed in a heat transfer reaction vessel is preferable. Since the flow path is a microtubule, heating can be quickly controlled. preferable. The microtubular channel is preferably of a size that can adjust the time to reach the polymerization reaction temperature in a short time and is sufficiently large to prevent clogging, and has a fluid cross-sectional area of 0.1 to 4 A flow path having a gap size of 0.0 mm 2 is preferable because it is easy to adjust the time to reach the polymerization reaction temperature in a short time and is sufficiently large to prevent clogging. In the present invention, “cross section” means a cross section perpendicular to the flow direction in the flow path, and “cross section” means the cross section.

流路の、断面形状は、正方形、長方形を含む矩形、台形や平行四辺形、三角形、五角形などを含む多角形状(これらの角が丸められた形状、アスペクト比の高い、すなわちスリット形状を含む)、星形状、半円、楕円状を含む円状などであってもよい。流路の断面形状は一定である必要はない。   The cross-sectional shape of the channel is a square, a rectangle including a rectangle, a polygon including a trapezoid, a parallelogram, a triangle, a pentagon, etc. (a shape with rounded corners, a high aspect ratio, ie including a slit shape) It may be a star shape, a semicircle, a circle including an ellipse, or the like. The cross-sectional shape of the channel need not be constant.

前記反応流路の形成方法は特に限定されるものではないが、一般的には、表面に溝を有する部材(X)の、溝を有する面に他の部材(Y)が積層、接合等により固着され、部材(X)と部材(Y)との間に空間として形成される。   The method of forming the reaction channel is not particularly limited, but generally, the member (X) having a groove on the surface thereof is laminated, bonded, or the like on the surface having the groove. It is fixed and formed as a space between the member (X) and the member (Y).

前記流路には、さらに熱交換機能が設けられても良い。その場合には、例えば、部材(X)表面に温調流体が流れるための溝を設け、該温調流体が流れる為の溝を設けた面に他の部材を接着ないし積層するなどの方法により固着すればよい。一般的には、表面に溝を有する部材(X)と温調流体が流れるための溝を設けた部材(Y)とが、溝を設けた面と、他の部材の溝を設けた面と逆側の面とを固着することによって流路を形成し、これら部材(X)と部材(Y)とを複数交互に固着すればよい。   The channel may further be provided with a heat exchange function. In that case, for example, a groove for flowing the temperature adjusting fluid is provided on the surface of the member (X), and another member is bonded or laminated on the surface provided with the groove for flowing the temperature adjusting fluid. What is necessary is just to fix. In general, a member (X) having a groove on the surface and a member (Y) provided with a groove for flowing a temperature-controlled fluid include a surface provided with a groove, and a surface provided with a groove of another member. A flow path may be formed by fixing the opposite surface, and a plurality of these members (X) and members (Y) may be fixed alternately.

この際、部材表面に形成された溝は、その周辺部より低い、いわゆる溝として形成されていても良いし、部材表面に立つ壁の間として形成されていても良い。部材の表面に溝を設ける方法は任意であり、例えば、射出成型、溶剤キャスト法、溶融レプリカ法、切削、エッチング、フォトリソグラフィー(エネルギー線リソグラフィーを含む)、レーザーアブレーションなどの方法を利用できる。   At this time, the groove formed on the member surface may be formed as a so-called groove lower than the peripheral portion thereof, or may be formed between the walls standing on the member surface. The method of providing the groove on the surface of the member is arbitrary, and for example, methods such as injection molding, solvent casting method, melt replica method, cutting, etching, photolithography (including energy beam lithography), and laser ablation can be used.

部材中の流路のレイアウトは、用途目的に応じて直線、分岐、櫛型、曲線、渦巻き、ジグザグ、その他任意の配置の形をしていてもよい。   The layout of the flow paths in the member may be in the form of a straight line, a branch, a comb, a curve, a spiral, a zigzag, or any other arrangement according to the purpose of use.

部材の外形は、特に限定する必要はなく、用途目的に応じた形状を採りうる。部材の形状としては、例えば、プレート状、シート状(フィルム状、リボン状などを含む。)、塗膜状、棒状、チューブ状、その他複雑な形状の成型物などであってよい。厚みなどの外形的寸法は一定であることが好ましい。部材の素材は任意であり、例えば、重合体、ガラス、セラミック、金属、半導体などであって良い。
本発明の乳化分散体を得るための、内部に微小管状流路が形成された反応容器としては、表面に複数の溝部が形成された伝熱性プレート状構造体を積層してなる構造を有する反応装置を用いることができる。
内部に微小管状流路が形成された反応容器としては、熱交換機能を有し、且つ、微小管状流路内を液密状に流通する流体断面積が0.1〜4.0mmとなる空隙サイズを有する微小管状流路を有するものが好ましく、その他の要件については特に制限はない。このような反応容器としては、例えば、化学反応用デバイスとして用いられる部材中に前記流路(以下、単に「微小流路」ということがある)が設けられた反応容器等が挙げられる。
以下、本発明で用いる内部に微小管状流路が形成された反応容器について、具体的に説明する。図7は、混合液を流す微小管状流路を配設したプレートと、混合液との間で熱交換が行われる流体を流す流路を配設したプレートが交互に積層してなる反応容器で、微小管状流路内を液密状に流通する流体断面積が0.1〜4.0mmとなる空隙サイズを有する微小管状流路を有する反応容器(化学反応用デバイス3)の概略構成例である。
The outer shape of the member need not be particularly limited, and can take a shape according to the purpose of use. The shape of the member may be, for example, a plate shape, a sheet shape (including a film shape, a ribbon shape, etc.), a coating film shape, a rod shape, a tube shape, and other complicated shapes. External dimensions such as thickness are preferably constant. The material of the member is arbitrary, and may be, for example, a polymer, glass, ceramic, metal, semiconductor, or the like.
The reaction vessel having a microtubular channel formed therein for obtaining the emulsified dispersion of the present invention has a structure in which a heat conductive plate-like structure having a plurality of grooves formed on the surface is laminated. An apparatus can be used.
The reaction vessel having a microtubular channel formed therein has a heat exchange function and a fluid cross-sectional area flowing in a liquid-tight manner in the microtubular channel is 0.1 to 4.0 mm 2. Those having a microtubular channel having a void size are preferable, and other requirements are not particularly limited. Examples of such a reaction container include a reaction container in which the channel (hereinafter, simply referred to as “microchannel”) is provided in a member used as a chemical reaction device.
Hereinafter, the reaction vessel having a microtubular channel formed therein will be specifically described. FIG. 7 shows a reaction vessel in which a plate provided with a microtubular flow channel for flowing a mixed solution and a plate provided with a flow channel for flowing a fluid that exchanges heat between the mixed solution are alternately stacked. A schematic configuration example of a reaction vessel (chemical reaction device 3) having a microtubular channel having a void size in which a fluid cross-sectional area flowing in a liquid-tight manner in the microtubular channel is 0.1 to 4.0 mm 2 It is.

前記化学反応用デバイス3は、例えば前記図7において同一の長方形板状からなる第1プレート(プロセスプレート)(前記図7中の2)と第2プレート(温調プレート)(前記図7中の3)とが複数交互に積層されて構成されている。各1枚の第1プレートには反応流路が設けられている。また第2プレートには温調流路が設けられている。   The chemical reaction device 3 includes, for example, a first plate (process plate) (2 in FIG. 7) and a second plate (temperature control plate) (in FIG. 7) having the same rectangular plate shape in FIG. And 3) are alternately stacked. Each one first plate is provided with a reaction channel. The second plate is provided with a temperature control channel.

図8に示すようにそれらの供給口および排出口が、化学反応用デバイス3の端面1b、1c、側面1d、1eの各領域に分散して配置され、それら領域に、ラジカル重合性単量体、水溶性ラジカル開始剤を含む流体と、温調流体を流すためのコネクタ30とジョイント部31とからなる継手部32がそれぞれ連結されている。   As shown in FIG. 8, these supply ports and discharge ports are dispersed and arranged in each region of the end surfaces 1b, 1c, side surfaces 1d, 1e of the chemical reaction device 3, and in these regions, radical polymerizable monomers are arranged. The joint part 32 including the connector 30 and the joint part 31 for flowing the fluid containing the water-soluble radical initiator and the temperature control fluid is connected to each other.

これらの継手部を介して、ラジカル重合性単量体、水溶性ラジカル開始剤を含む流体が端面1bから供給されて、端面1cに排出され、温調流体が側面1eから供給されて側面1dに排出されるようになっている。   Via these joint portions, a fluid containing a radical polymerizable monomer and a water-soluble radical initiator is supplied from the end surface 1b and discharged to the end surface 1c, and a temperature-controlled fluid is supplied from the side surface 1e to the side surface 1d. It is supposed to be discharged.

化学反応用デバイス3の平面視形状は図示のような長方形とは限定されず、正方形状、または端面1b、1c間よりも側面1d、1e間が長い長方形状としてもよいが、以下では簡単のために図示形状に即して、端面1bから端面1cに向かう方向を、化学反応用デバイス1のプロセスプレートと温調プレートの長手方向と称し、側面1dから側面1eに向かう方向を化学反応用デバイス3のプロセスプレートと温調プレートの短手方向と称することにする。   The shape of the chemical reaction device 3 in plan view is not limited to the rectangular shape shown in the figure, and may be a square shape or a rectangular shape with the side surfaces 1d and 1e longer than between the end surfaces 1b and 1c. Therefore, in accordance with the illustrated shape, the direction from the end surface 1b to the end surface 1c is referred to as the longitudinal direction of the process plate and temperature control plate of the chemical reaction device 1, and the direction from the side surface 1d to the side surface 1e is referred to as the chemical reaction device. 3 is referred to as the short direction of the process plate and the temperature control plate.

プロセスプレートは、図9に示すように、一方の面2aに断面凹溝形状の流路4をプロセスプレートの長手方向に貫通して延し、短手方向に所定間隔p0で複数本配列したものである。流路4の長さをLとする。断面形状は、幅w0、深さd0とする。   As shown in FIG. 9, the process plate is formed by extending a flow path 4 having a concave groove shape in one surface 2a in the longitudinal direction of the process plate and arranging a plurality of the process plates at a predetermined interval p0 in the short direction. It is. Let L be the length of the flow path 4. The cross-sectional shape is a width w0 and a depth d0.

流路4の断面形状は、ラジカル重合性単量体、水溶性ラジカル開始剤を含む流体の種類、流量や流路長さLに応じて適宜設定することができるが、断面内の温度分布の均一性を確保するために、幅w0、深さd0は、それぞれ0.1〜500〔mm〕、0.1〜5〔mm〕の範囲に設定している。なお、幅、深さの記載は図面を参照した場合であって、この値は熱伝面に対して広い値となる様に適宜解釈しうる。特に限定されるものではないが、プレート当たり、例えば1〜1000本、好ましくは10〜100本である。   The cross-sectional shape of the flow path 4 can be appropriately set according to the type of fluid containing the radical polymerizable monomer and the water-soluble radical initiator, the flow rate, and the flow path length L. In order to ensure uniformity, the width w0 and the depth d0 are set in the range of 0.1 to 500 [mm] and 0.1 to 5 [mm], respectively. In addition, description of a width | variety and a depth is a case where a drawing is referred, Comprising: This value can be interpreted suitably so that it may become a wide value with respect to a heat transfer surface. Although it does not specifically limit, For example, 1-1000 pieces per plate, Preferably it is 10-100 pieces.

前記、ラジカル重合性単量体、水溶性ラジカル開始剤を含む流体は各流路4内に流され、図7ないし図9に矢印で示すように、一方の端面2b側から供給されて他方の端面2c側へ排出される。   The fluid containing the radical polymerizable monomer and the water-soluble radical initiator is caused to flow into each flow path 4 and is supplied from one end face 2b side as indicated by an arrow in FIGS. It is discharged to the end face 2c side.

各複数のプロセスプレート、温調プレートは、プロセスプレート、温調プレートを同一方向に交互に重ねて積層され、互いに固着、積層されている。   The plurality of process plates and temperature control plates are stacked by alternately stacking process plates and temperature control plates in the same direction, and are fixed to each other and stacked.

そのため、化学反応用デバイス3の形態において、各流路4、温調流路6は、凹溝の開口面が上に積層されるプレートの下面により覆われ、両端が開口する長方形断面のトンネル形状とされる。   Therefore, in the form of the chemical reaction device 3, each flow path 4 and the temperature control flow path 6 are covered with a lower surface of a plate on which the opening surface of the groove is laminated, and a tunnel shape having a rectangular cross section with both ends opened. It is said.

このような各プロセスプレート、温調プレートは、適宜の金属材料を用いることができるが、例えばステンレス鋼板にエッチング加工を施すことにより流路4、温調流路6などを形成し、流路面を電解研磨仕上げするなどして製作することができる。   Each process plate and temperature control plate can be made of an appropriate metal material. For example, a flow path 4 and a temperature control path 6 are formed by etching a stainless steel plate, and the flow path surface is changed. It can be manufactured by electrolytic polishing finish.

前記本発明の製造方法で用いる流路が設けられてなる化学反応用デバイスを有する装置としては、例えば、図10に記載のある製造装置を例示できる。   As an apparatus having a chemical reaction device provided with a flow path used in the manufacturing method of the present invention, for example, a manufacturing apparatus shown in FIG. 10 can be exemplified.

図10において、ラジカル重合性単量体を含む流体(61)を入れるタンク62(第1のタンク)の流出口とプランジャーポンプ65の流入口とが、ラジカル重合性単量体を含む流体が通る配管を介して接続されており、また、水溶性ラジカル開始剤を含む流体を入れるタンク64(第1のタンク)の流出口とプランジャーポンプ66の流入口とが、水溶性ラジカル開始剤を含む流体(63)が通る配管を介して接続されている。プランジャーポンプ65の流出口及びプランジャーポンプ66の流出口からは、それぞれプランジャーポンプ65またはプランジャーポンプ66を通してラジカル重合性単量体を含む流体又は水溶性ラジカル開始剤を含む流体が通る配管が伸びており、これらの配管は図1、および図2、3に記載の化学デバイス1として例示される流路の出口に設けられた合流部で混合するものであるマイクロミキサー67の流入口に接続されている。   In FIG. 10, the fluid containing the radical polymerizable monomer is composed of the outlet of the tank 62 (first tank) into which the fluid (61) containing the radical polymerizable monomer and the inlet of the plunger pump 65 are placed. An outlet of a tank 64 (first tank) for containing a fluid containing a water-soluble radical initiator and an inlet of a plunger pump 66 are connected to each other through a piping that passes through the water-soluble radical initiator. It is connected via a pipe through which the fluid (63) it contains passes. Pipes through which a fluid containing a radical polymerizable monomer or a fluid containing a water-soluble radical initiator passes from the outlet of the plunger pump 65 and the outlet of the plunger pump 66 through the plunger pump 65 or the plunger pump 66, respectively. These pipes are connected to the inlet of the micromixer 67 which mixes at the junction provided at the outlet of the flow path exemplified as the chemical device 1 shown in FIGS. 1, 2, and 3. It is connected.

このマイクロミキサー67でラジカル重合性単量体を含む流体(61)と水溶性ラジカル開始剤を含む流体(63)とが混合され、さらに図4、および図5、6に記載の化学デバイス2として例示される流れ方向で流路断面積が縮小された流路により混合を促進するものであるマイクロミキサー73に導かれラジカル重合性単量体と水溶性ラジカル開始剤とが混合された流体となる。この流体はマイクロミキサー73の流出口に接続された配管を通して、図7、および図8、9に記載の化学デバイス3として例示される反応容器40の流入口1bへと移動する。反応容器40には温調装置68が接続されている。前記反応容器40中の微小流路を移動していくことによりラジカル重合性単量体が水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体中に微分散され、水溶性ラジカル開始剤の分解により水媒体に溶解したラジカル重合性単量体の重合析出により微粒子の核が形成され、水相に微分散したラジカル重合性単量体の油滴から粒子核表面にラジカル重合性単量体が供給されることにより重合が進行し、反応容器40中の微小流路を移動し反応容器40の流出口1cと到達する。その後、流出口に接続された配管を通して冷却用熱交換器70の流入口へと移動する。図10の製造装置の反応容器40において、図7、および図8、9に記載の化学デバイス3を反応容器の一部として流路を介しいくつか接続することにより滞留時間を制御することができる。   In this micromixer 67, a fluid (61) containing a radical polymerizable monomer and a fluid (63) containing a water-soluble radical initiator are mixed, and the chemical device 2 shown in FIGS. The fluid is mixed with the radical polymerizable monomer and the water-soluble radical initiator by being guided to the micromixer 73 that promotes mixing by the flow path whose flow path cross-sectional area is reduced in the illustrated flow direction. . This fluid moves through the pipe connected to the outlet of the micromixer 73 to the inlet 1b of the reaction vessel 40 exemplified as the chemical device 3 shown in FIGS. A temperature control device 68 is connected to the reaction vessel 40. The radical polymerizable monomer is finely dispersed in the aqueous medium containing the water-soluble radical initiator by moving through the micro flow path in the reaction vessel 40 and dissolved in the aqueous medium by the decomposition of the water-soluble radical initiator. The core of fine particles is formed by polymerization precipitation of the radically polymerizable monomer, and the radically polymerizable monomer is supplied to the surface of the particle core from the oil droplets of the radically polymerizable monomer finely dispersed in the aqueous phase. Polymerization proceeds, moves through the micro flow path in the reaction vessel 40, and reaches the outlet 1 c of the reaction vessel 40. Then, it moves to the inflow port of the cooling heat exchanger 70 through the pipe connected to the outflow port. In the reaction container 40 of the manufacturing apparatus of FIG. 10, the residence time can be controlled by connecting several chemical devices 3 described in FIGS. 7, 8 and 9 as a part of the reaction container through the flow path. .

滞留時間は反応温度や流速により適宜反応容器の出口における反応率が0.1〜50%であることが好ましく、さらに好ましくは0.5〜30%であることがより好ましい。反応率が0.1%より低い場合には粒子の単分散性が得られず、また50%以上反応させるには流路を長くする必要があることから生産性が落ちるばかりか、流路へのポリマー成分の付着により流路が閉塞する危険性がある。0.1〜50%にコントロールすることにより単分散性が高い微粒子を含む乳化分散体が得られるとともに、流路の閉塞が起こらず、安定的に生産することができる。   As for the residence time, the reaction rate at the outlet of the reaction vessel is suitably 0.1 to 50%, more preferably 0.5 to 30%, depending on the reaction temperature and flow rate. When the reaction rate is lower than 0.1%, the monodispersity of the particles cannot be obtained, and in order to react more than 50%, it is necessary to lengthen the flow path. There is a risk of clogging the flow path due to adhesion of the polymer component. By controlling the content to 0.1 to 50%, an emulsified dispersion containing fine particles with high monodispersibility can be obtained, and the flow path can be stably blocked without clogging.

そのような滞留時間としては反応温度や流速さらには使用する水溶性ラジカル開始剤の種類にもよるが、水溶性ラジカル開始剤として過硫酸塩を用いる場合には0.1分〜30分、好ましくは0.2分〜20分、さらに好ましくは、0.5分〜15分である。   Such a residence time depends on the reaction temperature, flow rate, and the type of water-soluble radical initiator used, but when using a persulfate as the water-soluble radical initiator, 0.1 to 30 minutes, preferably Is 0.2 to 20 minutes, more preferably 0.5 to 15 minutes.

流路出口から得られた乳化分散体は必要に応じ水溶性ラジカル開始剤を追加し攪拌機を備えた通常のバッチ反応釜で反応率95%以上まで重合を進めることが可能になる。   The emulsified dispersion obtained from the outlet of the flow path can be polymerized to a reaction rate of 95% or more in an ordinary batch reaction kettle equipped with a stirrer by adding a water-soluble radical initiator as necessary.

追加する水溶性ラジカル開始剤としては前記した水溶性有機過酸化物、水溶性アゾ化合物、レドックス系開始剤、過硫酸塩などが好ましく用いられる。   As the water-soluble radical initiator to be added, the aforementioned water-soluble organic peroxides, water-soluble azo compounds, redox initiators, persulfates and the like are preferably used.

また、この際粒子表面に官能基を入れる目的でラジカル重合性単量体を追加することもできる。追加するラジカル重合性単量体としては前記したラジカル重合性単量体を追加することができる。   At this time, a radical polymerizable monomer may be added for the purpose of introducing a functional group on the particle surface. The radical polymerizable monomer described above can be added as the radical polymerizable monomer to be added.

反応温度には特に制限は無いが、水溶性ラジカル開始剤として過硫酸塩を用い、通常の大気圧下で用いるバッチ反応釜を使用する場合には50−90℃、さらに好ましくは60℃―85℃が好ましい。   There is no particular limitation on the reaction temperature, but when using a persulfate as a water-soluble radical initiator and a batch reaction kettle used under normal atmospheric pressure, 50-90 ° C., more preferably 60 ° C.-85 ° C is preferred.

反応時間は温度にもよるが、通常0.5時間〜10時間である。本発明では上記したように、微小管状流路内において、水溶性ラジカル開始剤の存在下、ラジカル重合性単量体を反応率0.1〜50%まで乳化重合させた後、攪拌羽根を備えた反応釜において反応率95%以上まで反応させることにより、含有する単分散微粒子の粒径が300nm以下であり、粒径分布の変動係数CVが15%以下であり、単分散微粒子の固形分が15%以上で、残存モノマー量が500ppm以下で、分散安定剤や界面活性剤を含まない乳化分散体を得ることができる。   Although the reaction time depends on the temperature, it is usually 0.5 hours to 10 hours. In the present invention, as described above, in the microtubular channel, the radical polymerizable monomer is emulsion-polymerized to a reaction rate of 0.1 to 50% in the presence of a water-soluble radical initiator, and then provided with a stirring blade. By reacting to a reaction rate of 95% or more in the reaction kettle, the particle size of the monodispersed fine particles contained is 300 nm or less, the coefficient of variation CV of the particle size distribution is 15% or less, and the solid content of the monodispersed fine particles is An emulsified dispersion containing 15% or more and having a residual monomer amount of 500 ppm or less and containing no dispersion stabilizer or surfactant can be obtained.

一般に、上記したようなソープフリー乳化重合により得られる重合体粒子は、ラジカル開始剤切片の電荷による反発と副生するオリゴソープの粒子表面への吸着により安定化するとされているが、通常のバッチ反応では300nm以下の単分散微粒子を得るためにはかなり希薄な条件で行う必要があったり系が不安定になったりしたが、本発明では上記したように、微小管状流路内において微粒子核の発生と安定化を促進するため、通常のバッチ反応より小粒径で高い固形分濃度の分散安定剤や界面活性剤を含まない乳化分散体を得ることができる。   In general, polymer particles obtained by soap-free emulsion polymerization as described above are stabilized by repulsion due to the charge of radical initiator segments and adsorption of by-product oligosoap to the particle surface. In the reaction, in order to obtain monodisperse fine particles of 300 nm or less, it was necessary to carry out under extremely dilute conditions, or the system became unstable. In order to promote the generation and stabilization, an emulsified dispersion containing a dispersion stabilizer or a surfactant having a smaller particle size and a higher solid content than a normal batch reaction can be obtained.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に述べる。例中、%、重量は特に断りがない限り重量基準である。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. In the examples,% and weight are based on weight unless otherwise specified.

<本実施例で使用したマイクロミキサー>
本実施例では流路の出口に設けられた合流部で混合するものであるマイクロミキサーとして図1に示す構造のプロセスプレート5、8をマイクロミキサーとして用いた。また、流れ方向で流路断面積が縮小された流路により混合を促進するものであるマイクロミキサーとしては図4に示す構造のプロセスプレート14をマイクロミキサーとして用いた。マイクロミキサーの構造としては、プレート8の上にプレート5を積層したマイクロミキサー積層体の上下に温調プレート3を積層した化学反応用デバイスと、プレート14の上下に温調プレート3を積層した化学反応用デバイスとを直列につないだ構造を用いた。具体的には、水溶性ラジカル開始剤を溶解した水流体をプレート5の流路20にラジカル重合性単量体プレート8の流路21に導入しそれぞれの流体をプレート出口で合一させた。その後、更に、プレート14の流路22を通過させることでラジカル重合性単量体を水溶性ラジカル開始剤を溶解した水流体中に微分散させた。プロセスプレート5,8,14、温調プレート3の材質はSUS304であり、板厚はプレート5、14が0.4mm、プレート8が1mmである。反応流路21の断面寸法は幅1.0mm×深さ0.5mm、温調流路6の断面寸法は幅1.2mm×深さ0.5mm、反応流路20の断面寸法は幅6mm×深さ0.2mm、反応流路22の断面寸法は幅広部で幅4mm×深さ0.2mm、縮流部で幅0.2mm×深さ0.2mmである。
<Micromixer used in this example>
In this embodiment, the process plates 5 and 8 having the structure shown in FIG. 1 were used as the micromixer as a micromixer for mixing at the junction provided at the outlet of the flow path. Further, as a micromixer that promotes mixing by a flow path whose flow path cross-sectional area is reduced in the flow direction, a process plate 14 having a structure shown in FIG. 4 was used as the micromixer. The structure of the micromixer includes a chemical reaction device in which the temperature control plate 3 is stacked on the top and bottom of the micromixer laminate in which the plate 5 is stacked on the plate 8, and a chemical in which the temperature control plate 3 is stacked on the top and bottom of the plate 14 A structure in which a reaction device was connected in series was used. Specifically, an aqueous fluid in which a water-soluble radical initiator was dissolved was introduced into the flow channel 20 of the plate 5 into the flow channel 21 of the radical polymerizable monomer plate 8, and the respective fluids were united at the plate outlet. Thereafter, the radical polymerizable monomer was further finely dispersed in an aqueous fluid in which a water-soluble radical initiator was dissolved by passing through the flow path 22 of the plate 14. The process plates 5, 8, and 14 and the temperature control plate 3 are made of SUS304, and the plate thicknesses of the plates 5 and 14 are 0.4 mm and the plate 8 is 1 mm. The cross-sectional dimension of the reaction channel 21 is 1.0 mm wide × 0.5 mm deep, the cross-sectional dimension of the temperature control channel 6 is 1.2 mm wide × 0.5 mm deep, and the cross-sectional dimension of the reaction channel 20 is 6 mm wide × The depth is 0.2 mm, and the cross-sectional dimension of the reaction channel 22 is 4 mm wide × 0.2 mm deep at the wide portion and 0.2 mm wide × 0.2 mm deep at the contracted portion.

<本実施例で使用した反応容器用デバイス>
本実施例では図7に示す構造の反応容器用デバイスを用いた。構造としては、プロセスプレート2と温調プレート3とを交互に積層した構造である。プロセスプレートには流路4が形成されており、また、温調プレートには温調流路6が形成されている。
反応容器用デバイスはドライエッチング加工により反応流路4が5本形成されたプロセスプレート2枚と同じくエッチング加工により温調流路6が5本形成された温調プレート3枚が交互に積層されている。プロセスプレート2と温調プレート3の材質はSUS304であり、板厚は1mmである。反応流路4と温調流路6の断面寸法はともに幅1.2mm×深さ0.5mmである。
<Reaction container device used in this example>
In this example, a reaction vessel device having the structure shown in FIG. 7 was used. As a structure, the process plate 2 and the temperature control plate 3 are alternately laminated. A flow path 4 is formed in the process plate, and a temperature control flow path 6 is formed in the temperature control plate.
The reaction vessel device is formed by alternately laminating three temperature control plates with five temperature control channels 6 formed by etching, as well as two process plates with five reaction channels 4 formed by dry etching. Yes. The material of the process plate 2 and the temperature control plate 3 is SUS304, and the plate thickness is 1 mm. The cross-sectional dimensions of the reaction channel 4 and the temperature control channel 6 are both width 1.2 mm × depth 0.5 mm.

<残存モノマー量の測定方法>
株式会社島津製作所製GCMS装置GCMS―QP5050ACIを用い測定を行った。重合液をアセトンに溶解し測定を行った。
<Measurement method of residual monomer amount>
Measurement was performed using a GCMS device GCMS-QP5050ACI manufactured by Shimadzu Corporation. The polymerization solution was dissolved in acetone and measured.

<粒径および単分散性の測定方法>
日機装株式会社製マイクロトラック粒度分布計UPA−ST150を用い測定を行った。乳化分散体を100倍程度希釈しセルに入れ測定を行った。なお、本発明に係る単分散微粒子の粒径分布の変動係数(CV)は、測定により求められる粒子の平均粒子径(d)と粒径分布の標準偏差(SD)において、下記式で定義されるものであり、例えば、上記の粒度分布計の測定によって得られる。
CV(%)=100×SD/d
<Measuring method of particle size and monodispersity>
Measurement was performed using a Nikkiso Co., Ltd. Microtrac particle size distribution analyzer UPA-ST150. The emulsified dispersion was diluted about 100 times and placed in a cell for measurement. The coefficient of variation (CV) of the particle size distribution of the monodisperse fine particles according to the present invention is defined by the following equation in the average particle size (d) and standard deviation (SD) of the particle size distribution obtained by measurement. For example, it is obtained by the measurement of the particle size distribution meter.
CV (%) = 100 × SD / d

<乳化分散体ポリマー固形分の測定方法>
金属シャーレに乳化分散液1gを精密天秤にて秤量し、イオン交換水1gにて希釈した後、110℃に設定した乾燥機において2時間乾燥を行った。乾燥後シャーレに残存した樹脂固形分と最初に秤量した乳化分散液の量から、乳化分散体中のポリマー固形分の測定を行った。
<Measurement method of solid content of emulsion dispersion polymer>
1 g of the emulsified dispersion was weighed in a metal petri dish with a precision balance, diluted with 1 g of ion-exchanged water, and then dried for 2 hours in a dryer set at 110 ° C. The polymer solid content in the emulsified dispersion was measured from the resin solid content remaining in the petri dish after drying and the amount of the emulsified dispersion initially weighed.

(実施例1)
シリンジポンプ2台、各シリンジの出口に圧力計、安全弁、フィルター、逆止弁を介し2.17mmのチューブの接続を行った。それぞれのチューブを図1および図4に示すマイクロミキサーに接続し、さらに2.17mm×12mのチューブに接続した。2.17mm×12mチューブは恒温槽に浸しており、加温できるようにした。さらに2.17mm×2mチューブを接続しこれを水に浸し冷却できるようにした。最後に、背圧弁を接続し、吐出された反応混合物を受け容器にて受け取ることができるようにした。
Example 1
Two syringe pumps and a 2.17 mm tube were connected to the outlet of each syringe via a pressure gauge, a safety valve, a filter, and a check valve. Each tube was connected to the micromixer shown in FIGS. 1 and 4, and further connected to a 2.17 mm × 12 m tube. The 2.17 mm × 12 m tube was immersed in a thermostatic bath so that it could be heated. Further, a 2.17 mm × 2 m tube was connected, and this was immersed in water so that it could be cooled. Finally, a back pressure valve was connected so that the discharged reaction mixture could be received in a container.

一方のシリンジに過硫酸ナトリウム0.075gをイオン交換水100gに溶解させた水溶液を調製し仕込んだ。もう一方のシリンジにメタクリル酸メチル(MMA)を仕込んだ。反応混合物を流速20g/分(以下、g/minと記す。)になるように、過硫酸ナトリウム水溶液を16g/分の流速で、MMA溶液を4g/分の流速で内径2.17mmの反応管に導入した。恒温槽の温度は160℃とした。粘度1mPa・sとして反応容器内のレイノルズ数は40、滞留時間は2.1分であった。吐出された液を受け容器にて受け取ることにより乳化分散液の製造を行った。このとき、管内の圧力は排圧弁にて2.0MPaに調整した。   In one syringe, an aqueous solution in which 0.075 g of sodium persulfate was dissolved in 100 g of ion-exchanged water was prepared and charged. The other syringe was charged with methyl methacrylate (MMA). A reaction tube having an inner diameter of 2.17 mm with a sodium persulfate aqueous solution at a flow rate of 16 g / min and an MMA solution at a flow rate of 4 g / min so that the reaction mixture has a flow rate of 20 g / min (hereinafter referred to as g / min). Introduced. The temperature of the thermostatic bath was 160 ° C. The viscosity was 1 mPa · s, the Reynolds number in the reaction vessel was 40, and the residence time was 2.1 minutes. The emulsified dispersion was produced by receiving the discharged liquid in a receiving container. At this time, the pressure in the pipe was adjusted to 2.0 MPa by the exhaust pressure valve.

得られた乳化分散液の分析を行ったところ粒径76nm、固形分4.9%、反応率24.5%であった。マイクロリアクター出口での乳化分散体の特性を表1にまとめた。さらに得られた重合液100gを、攪拌機、窒素導入管、反応釜内温度を測定するための温度センサーを備えた0.5リットル反応釜に窒素を導入しつつ仕込んだ後、過硫酸ナトリウム0.02gをイオン交換水2gに溶解させた水溶液を添加した後、反応釜の内温を80℃で2時間保持した。
得られた乳化分散体の特性を表2にまとめた。得られた乳化分散液の分析を行ったところ粒径97nm、粒径分布の変動係数14.4%、固形分18.6%、残存モノマー量244ppmであった。
水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤の添加をすることなく、粒径が100nmを切る極めて粒径の小さい単分散微粒子が分散した、安定な乳化分散液を得ることができた。
When the obtained emulsified dispersion was analyzed, the particle size was 76 nm, the solid content was 4.9%, and the reaction rate was 24.5%. The properties of the emulsified dispersion at the microreactor outlet are summarized in Table 1. Further, 100 g of the obtained polymerization solution was charged into a 0.5 liter reaction kettle equipped with a stirrer, a nitrogen introduction tube, and a temperature sensor for measuring the temperature in the reaction kettle while introducing nitrogen, and then sodium persulfate 0. After adding an aqueous solution in which 02 g was dissolved in 2 g of ion-exchanged water, the internal temperature of the reaction kettle was maintained at 80 ° C. for 2 hours.
The properties of the resulting emulsified dispersion are summarized in Table 2. Analysis of the resulting emulsified dispersion revealed a particle size of 97 nm, a particle size distribution variation coefficient of 14.4%, a solid content of 18.6%, and a residual monomer content of 244 ppm.
Without adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant, a stable emulsified dispersion in which monodispersed fine particles having a particle diameter of less than 100 nm were dispersed was obtained.

(実施例2)
恒温槽の温度を140℃とした以外は実施例1と同様の方法で乳化分散体の調製を行った。マイクロリアクターから吐出された乳化分散液の分析を行ったところ、粒径93nm、固形分4.6%、反応率23.0%であった。
また、最終的に得られた乳化分散体においては、粒径169nm、粒径分布の変動係数8.2%、固形分18.6%、残存モノマー量307ppmであった。
水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤の添加をすることなく、粒径が300nm以下の単分散微粒子が分散した、安定な乳化分散液を得ることができた。このとき得られた単分散粒子の原子力間顕微鏡AFM観察結果を図11、12に示す。
(Example 2)
An emulsified dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the thermostatic bath was 140 ° C. When the emulsion dispersion discharged from the microreactor was analyzed, the particle size was 93 nm, the solid content was 4.6%, and the reaction rate was 23.0%.
The finally obtained emulsified dispersion had a particle size of 169 nm, a particle size distribution variation coefficient of 8.2%, a solid content of 18.6%, and a residual monomer amount of 307 ppm.
A stable emulsified dispersion in which monodisperse fine particles having a particle size of 300 nm or less were dispersed without adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant could be obtained. The atomic force microscope AFM observation results of the monodisperse particles obtained at this time are shown in FIGS.

(実施例3)
恒温槽の温度を110℃とした以外は実施例1と同様の方法で乳化分散体の調製を行った。マイクロリアクターから吐出された乳化分散液の分析を行ったところ、粒径118nm、固形分1.2%、反応率5.9%であった。
また、最終的に得られた乳化分散体においては、粒径307nm、粒径分布の変動係数13.2%、固形分19.3%、残存モノマー量40ppm以下であった。
水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤の添加をすることなく、300nm近くの単分散微粒子が分散した、安定な乳化分散液を得ることができた。
(Example 3)
An emulsified dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the thermostatic bath was 110 ° C. When the emulsion dispersion discharged from the microreactor was analyzed, the particle size was 118 nm, the solid content was 1.2%, and the reaction rate was 5.9%.
The finally obtained emulsified dispersion had a particle size of 307 nm, a particle size distribution variation coefficient of 13.2%, a solid content of 19.3%, and a residual monomer amount of 40 ppm or less.
Without adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant, it was possible to obtain a stable emulsified dispersion in which monodisperse fine particles of about 300 nm were dispersed.

(実施例4)
恒温槽の温度を90℃とした以外は実施例1と同様の方法で乳化分散体の調製を行った。マイクロリアクターから吐出された乳化分散液の分析を行ったところ、粒径118nm、固形分0.1%、反応率0.5%であった。
また、最終的に得られた乳化分散体においては、粒径417nm、粒径分布の変動係数16.6%、固形分18.9%、残存モノマー量40ppm以下であった。
粒径は300nmを超え、単分散性にやや劣るものの、水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤の添加をすることなく安定な乳化分散液を得ることができた。
Example 4
An emulsified dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the thermostatic bath was 90 ° C. When the emulsion dispersion discharged from the microreactor was analyzed, the particle size was 118 nm, the solid content was 0.1%, and the reaction rate was 0.5%.
In the finally obtained emulsified dispersion, the particle size was 417 nm, the coefficient of variation of particle size distribution was 16.6%, the solid content was 18.9%, and the residual monomer amount was 40 ppm or less.
Although the particle size exceeded 300 nm and the monodispersibility was slightly inferior, a stable emulsified dispersion could be obtained without adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant.

(実施例5)
反応混合物を流速50g/分(以下、g/minと記す。)になるように、過硫酸ナトリウム水溶液を40g/分の流速で、MMAの代わりにMMA200g、ブチルアクリレート(BA)200gの混合溶液を仕込み、MMA/BA混合溶液を10g/分の流速で内径2.17mmの反応管に導入し、恒温槽の温度は150℃とした以外は実施例1と同様の方法で乳化分散体の調製を行った。マイクロリアクターから吐出された乳化分散液の分析を行ったところ、粒径116nm、固形分2.1%、反応率10.5%であった。
また、最終的に得られた乳化分散体においては、粒径172nm、粒径分布の変動係数10.6%、固形分18.9%、残存モノマー量40ppm以下であった。
水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤の添加をすることなく、粒径が300nm以下の単分散微粒子が分散した、安定な乳化分散液を得ることができた。
(Example 5)
A sodium persulfate aqueous solution was flowed at a flow rate of 40 g / min so that the reaction mixture had a flow rate of 50 g / min (hereinafter referred to as g / min), and instead of MMA, a mixed solution of MMA 200 g and butyl acrylate (BA) 200 g was used. The emulsified dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that the MMA / BA mixed solution was introduced into a reaction tube having an inner diameter of 2.17 mm at a flow rate of 10 g / min and the temperature of the thermostatic bath was 150 ° C. went. When the emulsion dispersion discharged from the microreactor was analyzed, the particle size was 116 nm, the solid content was 2.1%, and the reaction rate was 10.5%.
The finally obtained emulsified dispersion had a particle size of 172 nm, a particle size distribution variation coefficient of 10.6%, a solid content of 18.9%, and a residual monomer amount of 40 ppm or less.
A stable emulsified dispersion in which monodisperse fine particles having a particle size of 300 nm or less were dispersed without adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant could be obtained.

(実施例6)
反応混合物を流速10g/分(以下、g/minと記す。)になるように、過硫酸ナトリウム水溶液を8g/分の流速で、MMA/BA混合溶液を2g/分の流速で内径2.17mmの反応管に導入し、恒温槽の温度は150℃とした以外は実施例1と同様の方法で乳化分散体の調製を行った。マイクロリアクターから吐出された乳化分散液の分析を行ったところ、粒径99.4nm、固形分4.1%、反応率20.5%であった。
また、最終的に得られた乳化分散体においては、粒径151nm、粒径分布の変動係数10.6%、固形分17.2%、残存モノマー量95ppm以下であった。
水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤の添加をすることなく、粒径が300nm以下の単分散微粒子が分散した、安定な乳化分散液を得ることができた。
(Example 6)
An aqueous sodium persulfate aqueous solution at a flow rate of 8 g / min and an MMA / BA mixed solution at a flow rate of 2 g / min so that the reaction mixture has a flow rate of 10 g / min (hereinafter referred to as g / min), an inner diameter of 2.17 mm. The emulsified dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the thermostatic bath was 150 ° C. When the emulsion dispersion discharged from the microreactor was analyzed, the particle size was 99.4 nm, the solid content was 4.1%, and the reaction rate was 20.5%.
In the finally obtained emulsified dispersion, the particle size was 151 nm, the coefficient of variation of the particle size distribution was 10.6%, the solid content was 17.2%, and the residual monomer amount was 95 ppm or less.
A stable emulsified dispersion in which monodisperse fine particles having a particle size of 300 nm or less were dispersed without adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant could be obtained.

(実施例7)
反応混合物を流速20g/分(以下、g/minと記す。)になるように、過硫酸ナトリウム水溶液を13g/分の流速で、MMA溶液を7g/分の流速で内径2.17mmの反応管に導入し、恒温槽の温度は150℃とした以外は実施例1と同様の方法で乳化分散体の調製を行った。マイクロリアクターから吐出された乳化分散液の分析を行ったところ、粒径112nm、固形分9.7%、反応率27.7%であった。
得られた重合液100gを、攪拌機、窒素導入管、反応釜内温度を測定するための温度センサーを備えた0.5リットル反応釜に窒素を導入しつつ仕込んだ後、過硫酸ナトリウム0.035gをイオン交換水2gに溶解させた水溶液を添加した後、反応釜の内温を80℃で2時間保持した。
最終的に得られた乳化分散体においては、粒径139nm、粒径分布の変動係数14.7%、固形分35.3%、残存モノマー量40ppm以下であった。
水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤の添加をすることなく、300nm以下の単分散微粒子が分散した、高濃度で安定な乳化分散液を得ることができた。
(Example 7)
A reaction tube having an inner diameter of 2.17 mm with a sodium persulfate aqueous solution at a flow rate of 13 g / min and an MMA solution at a flow rate of 7 g / min so that the reaction mixture has a flow rate of 20 g / min (hereinafter referred to as g / min). The emulsified dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the thermostatic bath was 150 ° C. When the emulsion dispersion discharged from the microreactor was analyzed, the particle size was 112 nm, the solid content was 9.7%, and the reaction rate was 27.7%.
100 g of the obtained polymerization solution was charged into a 0.5 liter reaction kettle equipped with a stirrer, a nitrogen inlet tube, and a temperature sensor for measuring the temperature in the reaction kettle while introducing nitrogen, and then 0.035 g of sodium persulfate. After adding an aqueous solution in which 2 g of ion exchange water was dissolved, the internal temperature of the reaction kettle was maintained at 80 ° C. for 2 hours.
In the finally obtained emulsified dispersion, the particle size was 139 nm, the variation coefficient of the particle size distribution was 14.7%, the solid content was 35.3%, and the residual monomer amount was 40 ppm or less.
Without adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant, it was possible to obtain a high concentration and stable emulsified dispersion in which monodisperse fine particles of 300 nm or less were dispersed.

(実施例8)
一方のシリンジにMMAの代わりにMMA、BAの混合溶液を仕込み、恒温槽の温度を150℃とした以外は実施例1と同様の方法で乳化分散体の調製を行った。マイクロリアクターから吐出された乳化分散液の分析を行ったところ、粒径102nm、固形分2.0%、反応率10.0%であった。さらに、得られた重合液100gにジメチルアクリルアミド(DMAM)1.7gを添加し、攪拌機、窒素導入管、反応釜内温度を測定するための温度センサーを備えた0.5リットル反応釜に窒素を導入しつつ仕込んだ後、過硫酸ナトリウム0.02gをイオン交換水2gに溶解させた水溶液を添加した後、反応釜の内温を80℃で2時間保持した。
最終的に得られた乳化分散体においては、粒径212nm、粒径分布の変動係数14.4%、固形分20.8%、残存モノマー量112ppmであった。
水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤の添加をすることなく、粒径が300nm以下の単分散微粒子が分散した、安定な乳化分散液を得ることができた。
(Example 8)
An emulsified dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed solution of MMA and BA was charged in one syringe instead of MMA and the temperature of the thermostatic bath was set to 150 ° C. When the emulsified dispersion discharged from the microreactor was analyzed, the particle size was 102 nm, the solid content was 2.0%, and the reaction rate was 10.0%. Further, 1.7 g of dimethylacrylamide (DMMA) was added to 100 g of the obtained polymerization solution, and nitrogen was introduced into a 0.5 liter reaction kettle equipped with a stirrer, a nitrogen inlet tube, and a temperature sensor for measuring the temperature in the kettle. After charging while introducing, an aqueous solution in which 0.02 g of sodium persulfate was dissolved in 2 g of ion-exchanged water was added, and then the internal temperature of the reaction kettle was maintained at 80 ° C. for 2 hours.
In the finally obtained emulsified dispersion, the particle size was 212 nm, the variation coefficient of the particle size distribution was 14.4%, the solid content was 20.8%, and the residual monomer amount was 112 ppm.
A stable emulsified dispersion in which monodisperse fine particles having a particle size of 300 nm or less were dispersed without adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant could be obtained.

(実施例9)
一方のシリンジにMMAの代わりにMMA392g、アクリル酸(AA)8gの混合溶液を仕込み、恒温槽の温度を150℃とした以外は実施例1と同様の方法で乳化分散体の調製を行った。マイクロリアクターから吐出された乳化分散液の分析を行ったところ、粒径93nm、固形分6.2%、反応率31.0%であった。
また、最終的に得られた乳化分散体においては、粒径155nm、粒径分布の変動係数10.1%、固形分18.3%、残存モノマー量154ppmであった。
水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤の添加をすることなく、粒径が300nm以下の単分散微粒子が分散した、安定な乳化分散液を得ることができた。
Example 9
In one syringe, a mixed solution of MMA 392 g and acrylic acid (AA) 8 g was charged instead of MMA, and an emulsion dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the thermostatic bath was set to 150 ° C. When the emulsified dispersion discharged from the microreactor was analyzed, the particle size was 93 nm, the solid content was 6.2%, and the reaction rate was 31.0%.
In the finally obtained emulsified dispersion, the particle size was 155 nm, the particle size distribution variation coefficient was 10.1%, the solid content was 18.3%, and the residual monomer amount was 154 ppm.
A stable emulsified dispersion in which monodisperse fine particles having a particle size of 300 nm or less were dispersed without adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant could be obtained.

(実施例10)
内径2.17mm×長さ12mのチューブの代わりに、図7に示す反応容器用デバイスを10個連結し反応容器として用いた。
(Example 10)
Instead of a tube having an inner diameter of 2.17 mm and a length of 12 m, ten reaction vessel devices shown in FIG. 7 were connected and used as a reaction vessel.

一方のシリンジに過硫酸ナトリウム0.075gをイオン交換水100gに溶解させた水溶液を調製し仕込んだ。もう一方のシリンジにメタクリル酸メチル(MMA)を仕込んだ。反応混合物を流速10g/分(以下、g/minと記す。)になるように、過硫酸ナトリウム水溶液を8g/分の流速で、MMA溶液を2g/分の流速で反応容器用デバイスに導入した。恒温槽の温度は150℃とした。粘度1mPa・sとして反応容器内のレイノルズ数は20、滞留時間は1.8分であった。吐出された液を受け容器にて受け取ることにより乳化分散液の製造を行った。このとき、管内の圧力は排圧弁にて2.0MPaに調整した。   In one syringe, an aqueous solution in which 0.075 g of sodium persulfate was dissolved in 100 g of ion-exchanged water was prepared and charged. The other syringe was charged with methyl methacrylate (MMA). An aqueous sodium persulfate solution was introduced into the reaction vessel device at a flow rate of 8 g / min and an MMA solution at a flow rate of 2 g / min so that the reaction mixture had a flow rate of 10 g / min (hereinafter referred to as g / min). . The temperature of the thermostatic bath was 150 ° C. The viscosity was 1 mPa · s, the Reynolds number in the reaction vessel was 20, and the residence time was 1.8 minutes. The emulsified dispersion was produced by receiving the discharged liquid in a receiving container. At this time, the pressure in the pipe was adjusted to 2.0 MPa by the exhaust pressure valve.

得られた乳化分散液の分析を行ったところ粒径97nm、固形分4.9%、反応率24.5%であった。マイクロリアクター出口での乳化分散体の特性を表1にまとめた。さらに得られた重合液100gを、攪拌機、窒素導入管、反応釜内温度を測定するための温度センサーを備えた0.5リットル反応釜に窒素を導入しつつ仕込んだ後、過硫酸ナトリウム0.02gをイオン交換水2gに溶解させた水溶液を添加した後、反応釜の内温を80℃で2時間保持した。
得られた乳化分散液の分析を行ったところ粒径134nm、粒径分布の変動係数9.4%、固形分18.9%、残存モノマー量135ppmであった。
水溶性高分子等の保護コロイドや界面活性剤の添加をすることなく、粒径が100nmを切る極めて粒径の小さい単分散微粒子が分散した、安定な乳化分散液を得ることができた。
When the obtained emulsified dispersion was analyzed, the particle diameter was 97 nm, the solid content was 4.9%, and the reaction rate was 24.5%. The properties of the emulsified dispersion at the microreactor outlet are summarized in Table 1. Further, 100 g of the obtained polymerization solution was charged into a 0.5 liter reaction kettle equipped with a stirrer, a nitrogen introduction tube, and a temperature sensor for measuring the temperature in the reaction kettle while introducing nitrogen, and then sodium persulfate 0. After adding an aqueous solution in which 02 g was dissolved in 2 g of ion-exchanged water, the internal temperature of the reaction kettle was maintained at 80 ° C. for 2 hours.
Analysis of the resulting emulsified dispersion revealed a particle size of 134 nm, a particle size distribution variation coefficient of 9.4%, a solid content of 18.9%, and a residual monomer content of 135 ppm.
Without adding a protective colloid such as a water-soluble polymer or a surfactant, a stable emulsified dispersion in which monodispersed fine particles having a particle diameter of less than 100 nm were dispersed was obtained.

(比較例1)
攪拌機、窒素導入管、反応釜内温度を測定するための温度センサーを備えた0.5リットル反応釜にイオン交換水80g、過硫酸ナトリウム0.08gを仕込み過塩素酸ナトリウムを溶解させた後、MMA20gを仕込み150rpmで攪拌しながら、窒素を導入しつつ、反応釜の内温を80℃で昇温した後、2時間保持したところ乳化分散液が時間経過とともに凝集を起こし乳化分散液が得られなかった。凝集物を水に分散し粒径を測定したところ粒径431nmであった。
(Comparative Example 1)
After stirring 80 g of ion-exchange water and 0.08 g of sodium persulfate in a 0.5 liter reaction kettle equipped with a stirrer, a nitrogen inlet tube, and a temperature sensor for measuring the temperature inside the kettle, sodium perchlorate was dissolved. While adding MMA 20 g and stirring at 150 rpm, introducing nitrogen, raising the internal temperature of the reaction kettle at 80 ° C. and holding for 2 hours, the emulsified dispersion agglomerates with time and an emulsified dispersion is obtained. There wasn't. When the aggregate was dispersed in water and the particle size was measured, the particle size was 431 nm.

(比較例2)
攪拌機、窒素導入管、反応釜内温度を測定するための温度センサーを備えた0.5リットル反応釜にイオン交換水80g、ポリビニルアルコール〔クラレポバールPVA−217((株)クラレ製)0.08g、過硫酸ナトリウム0.08gを仕込み過塩素酸ナトリウムを溶解させた後、MMA20gを仕込み150rpmで攪拌しながら、窒素を導入しつつ、反応釜の内温を80℃で昇温した後、2時間保持した。得られた乳化分散液の分析を行ったところ粒径540nm、粒径分布の変動係数13.1%、固形分21.7%、残存モノマー量40ppm以下であった。単分散性の乳化分散液を得るために、水溶性高分子を添加する必要があった。また、得られた乳化分散体に含まれる微粒子の粒径は500nmをこえる大きさであった。得られた乳化分散液は安定性がやや悪く、暫く保管して置いたところ一部凝集沈降を起こした。
(Comparative Example 2)
A 0.5 liter reaction kettle equipped with a stirrer, a nitrogen inlet tube, and a temperature sensor for measuring the temperature in the reaction kettle is charged with 80 g of ion-exchanged water and 0.08 g of polyvinyl alcohol [Kuraray Poval PVA-217 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.)]. Then, 0.08 g of sodium persulfate was added to dissolve sodium perchlorate, then 20 g of MMA was added and stirred at 150 rpm, nitrogen was introduced and the internal temperature of the reaction kettle was raised to 80 ° C. for 2 hours. Retained. Analysis of the resulting emulsified dispersion revealed a particle size of 540 nm, a coefficient of variation of particle size distribution of 13.1%, a solid content of 21.7%, and a residual monomer amount of 40 ppm or less. In order to obtain a monodisperse emulsified dispersion, it was necessary to add a water-soluble polymer. The particle size of the fine particles contained in the obtained emulsified dispersion was over 500 nm. The obtained emulsified dispersion was slightly poor in stability, and partly coagulated and settled when stored for a while.

δ・・・・・・水溶性ラジカル開始剤を含有する流体
ε・・・・・・ラジカル重合性単量体を含有する流体
γ・・・・・・温調流体
5・・・・・・第1プレート(プロセスプレート)
5a・・・・・第1プレートの面
5b・・・・・第1プレートの端面
5c・・・・・第1プレートの端面
5d・・・・・第1プレートの側面
5e・・・・・第1プレートの側面
3・・・・・・第3プレート(温調プレート)
3a・・・・・第3プレートの面
3b・・・・・第3プレートの端面
3c・・・・・第3プレートの端面
3d・・・・・第3プレートの側面
3e・・・・・第3プレートの側面
6・・・・・・断面凹溝形状の温調流路
6a・・・・・断面凹溝形状の主流路
6b・・・・・断面凹溝形状の供給側流路
6c・・・・・断面凹溝形状の排出側流路
8・・・・・・第2プレート(プロセスプレート)
8a・・・・・第2プレートの面
8b・・・・・第2プレートの端面
8c・・・・・第2プレートの端面
8d・・・・・第2プレートの側面
8e・・・・・第2プレートの側面
14・・・・・第4プレート(プロセスプレート)
14a・・・・第4プレートの面
14b・・・・第4プレートの端面
14c・・・・第4プレートの端面
14d・・・・第4プレートの側面
14e・・・・第4プレートの側面
15・・・・・化学反応用デバイス1
15b・・・・化学反応用デバイス1の端面
15c・・・・化学反応用デバイス1の端面
15d・・・・化学反応用デバイス1の側面
15e・・・・化学反応用デバイス1の側面
16・・・・・化学反応用デバイス2
16b・・・・化学反応用デバイス2の端面
16c・・・・化学反応用デバイス2の端面
16d・・・・化学反応用デバイス2の側面
16e・・・・化学反応用デバイス2の側面
1・・・・・・化学反応用デバイス3
1b・・・・・化学反応用デバイス3の端面
1c・・・・・化学反応用デバイス3の端面
1d・・・・・化学反応用デバイス3の側面
1e・・・・・化学反応用デバイス3の側面
2・・・・・・第1プレート(プロセスプレート)
2a・・・・・第1プレートの面
2b・・・・・第1プレートの端面
2c・・・・・第1プレートの端面
2d・・・・・第1プレートの側面
2e・・・・・第1プレートの側面
3・・・・・・第2プレート(温調プレート)
3a・・・・・第2プレートの面
3b・・・・・第2プレートの端面
3c・・・・・第2プレートの端面
3d・・・・・第2プレートの側面
3e・・・・・第2プレートの側面
4・・・・・・断面凹溝形状の流路
p0・・・・・所定間隔
w0・・・・・幅
d0・・・・・深さ
L・・・・・・流路長さ
30・・・・・コネクタ
31・・・・・ジョイント部
32・・・・・継手部
40・・・・・反応容器(化学反応デバイス3)
61・・・・・化合物(A)(水溶性ラジカル開始剤を含む流体)
62・・・・・第1のタンク
63・・・・・化合物(B)(ラジカル重合性単量体を含む流体)
64・・・・・第2のタンク
65・・・・・プランジャーポンプ
66・・・・・プランジャーポンプ
67・・・・・マイクロミキサー
68・・・・・温調装置
69・・・・・冷却用熱交換器
70・・・・・温調装置
71・・・・・排圧弁
72・・・・・受け容器
73・・・・・マイクロミキサー
79・・・・・実施例で用いた樹脂の製造装置を模式的に示す概略構成図
δ ······································································· Temperature control fluid First plate (process plate)
5a: the surface of the first plate 5b: the end surface of the first plate 5c: the end surface of the first plate 5d: the side surface of the first plate 5e: Side face of the first plate 3 .... Third plate (temperature control plate)
3a: the surface of the third plate 3b: the end surface of the third plate 3c: the end surface of the third plate 3d: the side surface of the third plate 3e: Side surface of third plate 6... Temperature control flow path with cross-sectional groove shape 6 a... Main flow path with cross-section groove shape 6 b.・ ・ ・ ・ ・ Drain-side channel with cross-sectional groove shape 8 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Second plate (process plate)
8a: the surface of the second plate 8b: the end surface of the second plate 8c: the end surface of the second plate 8d: the side surface of the second plate 8e: Side of second plate 14 ... Fourth plate (process plate)
14a ... the surface of the fourth plate 14b ... the end surface of the fourth plate 14c ... the end surface of the fourth plate 14d ... the side surface of the fourth plate 14e ... the side surface of the fourth plate 15 ... Chemical reaction device 1
15b .... End face of the device 1 for chemical reaction 15c ... ... End face of the device 1 for chemical reaction 15d ... Side face of the device 1 for chemical reaction 15e ... Side face of the device 1 for chemical reaction 16 .... Chemical reaction device 2
16b... End surface of chemical reaction device 2 16c... End surface of chemical reaction device 2 16d... Side surface of chemical reaction device 2 16e. ... Device for chemical reaction 3
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1b ... End face of device 3 for chemical reaction 1c ... End face of device 3 for chemical reaction 1d ... Side face of device 3 for chemical reaction 1e ... Device 3 for chemical reaction Side 2 ... The first plate (process plate)
2a: the first plate surface 2b: the first plate end surface 2c: the first plate end surface 2d: the first plate side surface 2e: Side surface of the first plate 3 .... 2nd plate (temperature control plate)
3a: the surface of the second plate 3b: the end surface of the second plate 3c: the end surface of the second plate 3d: the side surface of the second plate 3e: Side face of second plate 4... Channel with groove in cross section p0 ... Predetermined interval w0 ... Width d0 ... Depth L ... Flow Path length 30 ... Connector 31 ... Joint part 32 ... Joint part 40 ... Reaction vessel (chemical reaction device 3)
61. Compound (A) (fluid containing water-soluble radical initiator)
62... First tank 63... Compound (B) (fluid containing radical polymerizable monomer)
64 ... Second tank 65 ... Plunger pump 66 ... Plunger pump 67 ... Micromixer 68 ... Temperature controller 69 ... -Heat exchanger for cooling 70 ... Temperature controller 71 ... Exhaust pressure valve 72 ... Receptacle container 73 ... Micromixer 79 ... Used in the examples Schematic configuration diagram schematically showing the resin manufacturing equipment

Claims (3)

その内部にマイクロミキサーと伝熱性反応容器とを有する微小管状流路内において、水溶性ラジカル開始剤の存在下、ラジカル重合性単量体を反応率0.1〜50%まで重合反応させた後、得られた重合反応液を攪拌装置を備えた反応釜を用いて反応率95%以上まで重合反応させる乳化分散体の製造方法であって、前記マイクロミキサーが、水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体と、ラジカル重合性単量体とが混合可能な構造を有し、且つ、混合後の流体の流れ方向で流路径が縮小された構造とを有するものであることを特徴とする乳化分散体の製造方法。   In a microtubular channel having a micromixer and a heat transfer reaction vessel inside thereof, after the radical polymerizable monomer is polymerized to a reaction rate of 0.1 to 50% in the presence of a water-soluble radical initiator A method for producing an emulsified dispersion in which the obtained polymerization reaction liquid is subjected to a polymerization reaction to a reaction rate of 95% or more using a reaction kettle equipped with a stirrer, wherein the micromixer is water containing a water-soluble radical initiator. An emulsified dispersion having a structure in which a medium and a radically polymerizable monomer can be mixed, and a structure in which a flow path diameter is reduced in the flow direction of the mixed fluid Manufacturing method. 前記微小管状流路における前記伝熱性反応容器が、水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体とラジカル重合性単量体とを混合した流体を温度70℃〜200℃の範囲において重合することを特徴とする請求項1記載の乳化分散体の製造方法。   The heat transfer reaction vessel in the microtubular channel is characterized by polymerizing a fluid in which an aqueous medium containing a water-soluble radical initiator and a radical polymerizable monomer are mixed in a temperature range of 70 ° C. to 200 ° C. The method for producing an emulsified dispersion according to claim 1. 前記水溶性ラジカル開始剤を含む水媒体とラジカル重合性単量体とを混合した流体の反応容器内でのレイノルズ数0.25〜300となるように連続的に供給する請求項1又は2記載の乳化分散体の製造方法。
3 or 2 is continuously supplied so that the Reynolds number in a reaction vessel of a fluid obtained by mixing an aqueous medium containing the water-soluble radical initiator and a radical polymerizable monomer is 0.25 to 300. A method for producing the emulsified dispersion as described.
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