JP6227311B2 - 親水性樹脂粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
これらの用途に使用される親水性樹脂粒子を作製する方法としては、疎水性の重合体粒子に親水性のモノマーや試薬を添加して官能基を導入する方法、疎水性モノマーと親水性モノマーとを共重合させる方法等が知られている。
しかしながら、特許文献1のように懸濁重合法を用いると、得られる粒子の粒子径分布は極めて広くなるため、理論段数の低下を引き起こすことがあった。また、クロマトグラフィー用充填剤として使用する場合、目的の粒径に比べ極端に粒径の小さい粒子は分析中のカラム圧力の上昇を引き起こし、粒子自体の破損が起る可能性もあった。
そこで、通常は得られた親水性樹脂粒子を分級作業によってクロマトグラフィー用充填剤として適当な粒子径をもつ部分のみに分けて使用することが行われているが、分級作業は大きな設備を必要とし作業的に困難であり、高コストとなっていた。
しかしながら、従来の親水性基の導入方法では、親水性基の導入位置を制御することができず、粒子ごとに親水性性能にばらつきが生じて、吸着性能に誤差を生む原因となっていた。
以下に本発明を詳述する。
特に、本発明では、上記リビング重合を析出重合で行う方法が好ましい。
本発明では、このようなリビング重合を用いることで、重合反応が同時に開始すれば分子量が均一な重合体を得ることができ、例えば析出重合を用いた場合、粒子核が発生するタイミングを揃えることができるので、分子量や一次構造の規制された高分子鎖からなる粒子径が揃った親水性樹脂粒子を得ることができる。
なかでも、リビング配位重合が好ましい。
上記リビング配位重合を用いることで、水系媒体中での重合反応が可能となり、種々の置換基を有するポリマーを得ることが可能となる。
上記π−アリルニッケル触媒は、ハロゲン化アリル、アリルアセテート等のアリル化合物に、ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル(以下Ni(COD)2とする)等の有機ニッケル、トリフェニルフォスフィン、トリブチルフォスフィン、トリフェノキシフォスフィン、トリエトキシフォスフィン等のフォスフィンを添加して得られる。
また、アリル化合物は、アレンモノマー100重量部に対して、1〜30重量部とすることが好ましい。上記アリル化合物が1重量部未満であると、重合が進行しないことがあり、30重量部を超えると、重合速度が速すぎて、安定な微粒子形状を得られなくなる可能性がある。より好ましくは2〜10重量部である。
また、上記アリル化合物にフォスフィンを添加する場合、フォスフィンはアリル化合物100重量部に対して25〜200重量部とすることが好ましい。より好ましくは50〜150重量部である。
また、溶媒の添加量は、上記アレンモノマー100重量部に対し、400〜100000重量部とすることが好ましい。400重量部未満であると、重合過程で凝集や粗大粒子が発生する可能性がある。また、100000重量部を超えると、重合によって得られるポリマーが溶媒に溶けたまま微粒子形状を形成しなくなったり、微粒子形状が得られても、溶媒に対して非常に少量であるために溶媒からの単離が困難となったりする可能性がある。より好ましくは900〜9900重量部である。更に好ましくは1150〜4900重量部である。
上記分散安定剤は、アレンモノマー100重量部に対して、1〜100重量部とすることが好ましい。1重量部未満であると、重合により形成された微粒子同士が合一して凝集体を形成したり、粗大な粒子を形成したりする可能性がある。100重量部を超えると、溶媒の粘度が高くなり、攪拌が均一に行われなくなり、これまた凝集体を形成する可能性がある。より好ましくは5〜50重量部である。更に好ましくは10〜40重量部である。
なお、本明細書においてSP値とは、Fedorsの式δ2=ΣE/ΣV(δはSP値、Eは蒸発エネルギー、Vはモル体積を意味する。)により算出される計算値を意味する。なお、SP値の単位は(cal/cm3)0.5である。Fedorsの方法については、日本接着協会誌、1986年22巻566ページに記載されている。
上記1分子あたり2個以上の水酸基を有する水酸基含有アレンモノマーとしては、例えば、ジヒドロキシメチルアレン、ジヒドロキシエチルアレン、ジヒドロキシプロピルアレン、ジヒドロキシブチルアレン、ジヒドロキシエトキシアレン、ジヒドロキシプロピオキシアレン等が挙げられる。
上記炭素数が3以上のヒドロキシアルキル基を側鎖に有する水酸基含有アレンモノマーとしては、例えば、ヒドロキシプロピルアレン、ヒドロキシブチルアレン、ジヒドロキシプロピルアレン、ジヒドロキシブチルアレン、ヒドロキシプロピオキシアレン、ジヒドロキシプロピオキシアレン等が挙げられる。
上記水酸基含有アレンモノマーの添加量のより好ましい下限は30重量%である。
他のアレンモノマーを併用する場合、他のアレンモノマーは炭化水素系アレンモノマーのような疎水性ポリマーを形成するようなモノマーであることが好ましい。
先に他のアレンモノマーを重合を行うことで疎水性樹脂コア粒子を作成する工程1を行った後、得られた疎水性樹脂コア粒子及びSP値が10以上の水酸基含有アレンモノマーを用いてリビング重合を行い、前記疎水性樹脂コア粒子の表面に親水性ポリマー層を形成する工程2を行う方法を用いても良い。
このような方法を用いることで、粒子の凝集を招くことなく合成し、粒径制御を容易にできるという利点がある。
すなわち、比較的高極性の溶媒中で疎水性樹脂コア粒子を析出させて核材を形成し、後に水酸基含有アレンモノマーを重合して、コア粒子上に親水性の樹脂層を形成させれば、高極性溶媒中でも安定して分散状態を保つことができる。
上記フェノキシアレンとしては、例えば、フェノキシアレン、(4−tert−ブチルフェノキシ)アレン、(4−アセチルフェノキシ)アレン等が挙げられる。
これにより、比較的高極性の溶媒中で、核材となる樹脂コア粒子を生成することができるという利点がある。
上記SP値が9以下の炭化水素系アレンモノマーとしては、例えば、メトキシアレン、エトキシアレン、プロピオキシアレン、ブトキシアレン、(4−tert−ブチルフェノキシ)アレン、アレン、メチルアレン、エチルアレン、プロピルアレン、ブチルアレン、イソプロピルアレン、ヘキシルアレン、フェニルアレン、ベンジルアレン、ジメチルアレン、ジエチルアレン、ジヘキシルアレン、ジフェニルアレン等が挙げられる。
官能基含有アレンモノマーとしては、例えば、カルボキシメチルアレン、2−カルボキシエチルアレン、ジカルボキシルメチルアレン、2,2−ジカルボキシエチルアレン、アミノメチルアレン、2−アミノエチルアレン、シアノメチルアレン、2−シアノエチルアレン等が挙げられる。
なお、上記疎水性樹脂コア粒子の平均粒子径は、光学顕微鏡、又は、電子顕微鏡を用いて無作為に選んだ50個の疎水性樹脂コア粒子を観察して得られた直径の平均値を意味する。
上記炭化水素系アレンモノマーの添加量のより好ましい下限は10重量部、より好ましい上限は200重量部である。
上記工程2においても、炭素数が3以上のヒドロキシアルキル基を側鎖に有する水酸基含有アレンモノマーを用いることが好ましい。
なお、重合温度は、反応速度の観点から0〜90℃が好ましい。
なお、上記親水性樹脂粒子の平均粒子径は、光学顕微鏡、又は、電子顕微鏡を用いて無作為に選んだ50個の親水性樹脂粒子を観察して得られた直径の平均値を意味する。
上記分子量分布が1.5より大きくなると、粒子径分布が広くなるほか、2種類以上のモノマーを用いてブロックポリマーを合成する際、各ブロックの組成比のばらつきが大きくなる。
好ましくは1.0〜1.4である。
(親水性樹脂粒子の作製)
三方コックをつけたすり付き試験管中に、分散安定剤としてポリ(メチルメタクリレート)0.30gを加え、窒素置換を行った。これにアリルトリフルオロアセテートのトルエン溶液(1.0M、120μL、0.1032g)、Ni(COD)2のトルエン溶液(0.1M,1.0mL、0.86g)、トリフェニルホスフィンのトルエン溶液(1.0M、150μL、0.129g)を順次加え、減圧下にてトルエンを留去した。ここに重合媒体として乾燥トルエン(10.0mL、8.6g)を加え、π−アリルニッケル触媒溶液(0.10mmol)を得た。
得られたπ−アリルニッケル触媒溶液に対して、ヒドロキシエチルアレン(SP値10.4(cal/cm3)0.5、0.84g、10mmol)を加え室温にて24時間、350rpmで攪拌しつつ重合を行うことにより、親水性樹脂粒子を得た。
(樹脂コア粒子の作製)
三方コックをつけたすり付き試験管中に、分散安定剤としてポリ(N−ビニルピロリドン)0.070gを加え、窒素置換を行った。これにアリルトリフルオロアセテートのトルエン溶液(1.0M、120μL、0.1032g)、Ni(COD)2のトルエン溶液(0.1M,1.0mL、0.86g)、トリフェニルホスフィンのトルエン溶液(1.0M、150μL、0.129g)を順次加え、減圧下にてトルエンを留去した。ここに重合媒体として乾燥メタノール(10.0mL、8.6g)を加え、π−アリルニッケル触媒溶液(0.10mmol)を得た。
得られたπ−アリルニッケル触媒溶液に対して、フェニルアレン(SP値8.7(cal/cm3)0.5、0.58g、5.0mmol)を加え室温にて24時間、350rpmで攪拌しつつ重合を行うことにより、樹脂コア粒子を得た。
次いで、得られた樹脂コア粒子エマルション(樹脂コア粒子0.58g)に、ヒドロキシフェノキシアレン(SP値10.1(cal/cm3)0.5、0.74g、5.0mmol)を加え共重合を行い、ヒドロキシフェノキシアレンの消費をガスクロマトグラフィーにより確認後、重合系を空気中で放置し生長末端の不活性化により反応を終了させた。その後、3000rpmの回転速度で遠心分離を行い、懸濁成分を沈降させ上澄み液を除去した。続けて再びメタノール溶媒を加えこの作業を3回繰り返して精製を行い白色の親水性樹脂粒子を得た。
(樹脂コア粒子の作製)
三方コックをつけたすり付き試験管中に、分散安定剤としてポリ(N−ビニルピロリドン)0.070gを加え、窒素置換を行った。これにアリルトリフルオロアセテートのトルエン溶液(1.0M、120μL、0.1032g)、Ni(COD)2のトルエン溶液(0.1M,1.0mL、0.86g)、トリフェニルホスフィンのトルエン溶液(1.0M、150μL、0.129g)を順次加え、減圧下にてトルエンを留去した。ここに重合媒体として乾燥メタノール(10.0mL、8.6g)を加え、π−アリルニッケル触媒溶液(0.10mmol)を得た。
得られたπ−アリルニッケル触媒溶液に対して、フェニルアレン(SP値8.7(cal/cm3)0.5、0.58g、5.0mmol)を加え室温にて24時間、350rpmで攪拌しつつ重合を行うことにより、樹脂コア粒子を得た。
次いで、得られた樹脂コア粒子エマルション(樹脂コア粒子0.58g)に、ジヒドロキシエチルアレン(SP値13.9(cal/cm3)0.5、0.50g、5.0mmol)を加え共重合を行い、ジヒドロキシエチルアレンの消費をガスクロマトグラフィーにより確認後、重合系を空気中で放置し生長末端の不活性化により反応を終了させた。その後、3000rpmの回転速度で遠心分離を行い、懸濁成分を沈降させ上澄み液を除去した。続けて再びメタノール溶媒を加えこの作業を3回繰り返して精製を行い白色の親水性樹脂粒子を得た。
ヒドロキシエチルアレンに代えて、ヒドロキシプロピルアレン(SP値10.1(cal/cm3)0.5、0.98g、10mmol)を用いた以外は参考例1と同様にして親水性樹脂粒子を得た。
ヒドロキシエチルアレンを0.42g、5mmol加えた以外は参考例1と同様にして親水性樹脂粒子を得た。
ヒドロキシエチルアレンを1.26g、15mmol加えた以外は参考例1と同様にして親水性樹脂粒子を得た。
ヒドロキシフェノキシアレンを0.37g、2.5mmol加えた以外は実施例2と同様にして親水性樹脂粒子を得た。
ヒドロキシフェノキシアレンを1.11g、7.5mmol加えた以外は実施例2と同様にして親水性樹脂粒子を得た。
重合媒体としての乾燥トルエンに代えて、乾燥塩化メチレンを用いた以外は参考例1と同様にして親水性樹脂粒子を得た。
重合媒体としての乾燥メタノールに代えて、乾燥エタノールを用いた以外は実施例2と同様にして親水性樹脂粒子を得た。
重合媒体としての乾燥メタノールに代えて、エタノールの70%水溶液を用いた以外は実施例2と同様にして親水性樹脂粒子を得た。
(疎水性樹脂粒子の作製)
三方コックをつけたすり付き試験管中に、分散安定剤としてポリ(N−ビニルピロリドン)0.070gを加え、窒素置換を行った。これにアリルトリフルオロアセテートのトルエン溶液(1.0M、120μL、0.1032g)、Ni(COD)2のトルエン溶液(0.1M,1.0mL、0.86g)、トリフェニルホスフィンのトルエン溶液(1.0M、150μL、0.129g)を順次加え、減圧下にてトルエンを留去した。ここに重合媒体として乾燥メタノール(10.0mL、8.6g)を加え、π−アリルニッケル触媒溶液(0.10mmol)を得た。
得られたπ−アリルニッケル触媒溶液に対して、メトキシアレン(SP値7.8(cal/cm3)0.5、0.70g、10mmol)を加え室温にて24時間、350rpmで攪拌しつつ重合を行うことにより、疎水性樹脂粒子を得た。
(親水性樹脂粒子の作製)
三方コックをつけたすり付き試験管中に、分散安定剤としてポリ(N−ビニルピロリドン)0.30g、重合触媒としてブチルリチウム(6.4mg、0.10mmol)を加え、窒素置換を行った。ここに重合媒体として乾燥トルエン(10.0mL、8.6g)を加え、ブチルリチウム触媒溶液を得た。
得られたブチルリチウム触媒溶液に対して、ヒドロキシエチルアレン(SP値10.4(cal/cm3)0.5、0.84g、10mmol)を加え23℃にて1時間、350rpmで攪拌しつつ重合を行うことにより、親水性樹脂粒子を得た。
(親水性樹脂粒子の作製)
三方コックをつけたすり付き試験管中に、分散安定剤としてポリ(N−ビニルピロリドン)0.30g、重合触媒としてブチルリチウム(6.4mg、0.10mmol)を加え、窒素置換を行った。ここに重合媒体として乾燥トルエン(10.0mL、8.6g)を加え、ブチルリチウム触媒溶液を得た。
得られたブチルリチウム触媒溶液に対して、フェニルアレン(SP値8.7(cal/cm3)0.5、0.58g、5.0mmol)およびジヒドロキシエチルアレン(SP値13.9(cal/cm3)0.5、0.50g、5.0mmol)を加え23℃にて1時間、350rpmで攪拌しつつ重合を行うことにより、親水性樹脂粒子を得た。
ヒドロキシエチルアレンに代えて、ヒドロキシオクチルアレン(SP値9.3(cal/cm3)0.5、1.68g、10mmol)を用いた以外は参考例1と同様にして親水性樹脂粒子を得た。
(1)平均粒子径の測定
動的光散乱式粒度分布計(Particle Sizing Systems社製、「NICOMP model 380 ZLS−S」)を用いて、各実施例及び比較例で得られた樹脂粒子の体積平均粒子径及び粒子径のCV値を測定した。
粒子を構成する樹脂の重量平均分子量及び分子量分布は下記の方法により測定した。水酸基をもつ樹脂粒子に関しては、無水酢酸とピリジンにより35℃で5時間反応させ、アセチル化した後に評価を行った。カラムとしてTOSOH社製カラムGMH−HRを用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分析を行い、ポリスチレン換算による重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn))を測定した。なお、コアシェル型粒子については、親水性樹脂粒子の状態で重量平均分子量及び分子量分布を測定した。
粒子表面に存在する水酸基の密度は、オージェ電子分光測定器(アルバック・ファイ社製PHI−700)により評価した。組成分析を行うスポット径を200nmとし、1粒子につき評価ポイントを10点、計10個の粒子について水酸基に由来する酸素原子濃度測定を行い、測定結果100個の平均値とCv値を計算した。
得られた粒子の乾燥粉体1gを20gのイオン交換水と混合、攪拌した後、10分間静置してスラリーの状態を観察した。粒子が水になじみ、分散又は沈降したものは○、粒子が水になじまず凝集又は容器壁面への付着、液面近傍での浮遊が観察されたものは×とした。
Claims (4)
- 重量平均分子量/数平均分子量で示される分子量分布が、1.5以下のポリマーからなる親水性樹脂粒子を製造する方法であって、
炭化水素系アレンモノマーを用いてリビング重合を行うことで疎水性樹脂コア粒子を作製する工程1を行った後、
得られた疎水性樹脂コア粒子及びSP値が10以上の水酸基含有アレンモノマーを用いてリビング重合を行い、前記疎水性樹脂コア粒子の表面に親水性ポリマー層を形成する工程2を行うものであり、
上記リビング重合は、分散安定剤の存在下、貧溶媒中での分散重合系で行う
ことを特徴とする親水性樹脂粒子の製造方法。 - 水酸基含有アレンモノマーは、1分子あたり2個以上の水酸基を有することを特徴とする請求項1記載の親水性樹脂粒子の製造方法。
- 水酸基含有アレンモノマーは、炭素数が3以上のヒドロキシアルキル基を側鎖に有することを特徴とする請求項1又は2記載の親水性樹脂粒子の製造方法。
- 工程1において、SP値が9以下の炭化水素系アレンモノマーを用いることを特徴とする請求項1、2又は3記載の親水性樹脂粒子の製造方法。
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