JPH10330488A - シリカ被覆樹脂粒子の製造方法 - Google Patents

シリカ被覆樹脂粒子の製造方法

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JPH10330488A
JPH10330488A JP15305097A JP15305097A JPH10330488A JP H10330488 A JPH10330488 A JP H10330488A JP 15305097 A JP15305097 A JP 15305097A JP 15305097 A JP15305097 A JP 15305097A JP H10330488 A JPH10330488 A JP H10330488A
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resin particles
silicon
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silicon alkoxide
silica
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Toshiharu Saito
利春 齋藤
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Fujikura Kasei Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂粒子表面に連続した緻密なシリカ層を被
覆した真球状樹脂粒子の製造方法を提供すること。 【解決手段】 ビニル重合性官能基含有アルコキシシラ
ンと(メタ)アクリル酸エステル単量体及びその他の共
重合可能な単量体から選ばれるビニル系単量体混合物を
共重合して得られるシラノール基含有樹脂粒子を、シリ
コンアルコキシドを含む溶液中に浸漬し、該シラノール
基含有樹脂粒子表面にシリコンアルコキシドを重縮合反
応せしめ、シリコン酸化物として固定することを特徴と
するシリカ被覆樹脂粒子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂粒子表面に連
続した緻密なシリカ(SiO2)層を被覆した真球状樹
脂粒子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、金属アルコキシドを加水分解
重縮合反応させ金属酸化物とする、いわゆるゾル−ゲル
反応を利用した有機ポリマー骨格とポリシロキサン骨格
とを含む有機質無機質複合体粒子が知られており、塗
料、プラスチック成形材料、ゴム、フイルムなどの充填
材料として使用されている。例えば、特開平3−279
244号公報、特開平−236266号公報、特開平4
−258636号公報に記載された有機質無機質複合体
粒子は、共重合体ラテックスの粒子にアルコキシシラン
化合物を吸収させた後、該アルコキシシラン化合物を縮
合させたものである。特開平3−33165号公報、特
開平3−247669号公報に記載された有機質無機質
複合体粒子は、有機ポリマー粒子表面をビニルトリエト
キシシランなどのシランカップリング剤で処理して粒子
表面にポリシロキサン構造を有した二層構造を有する。
これらの複合体粒子は、粒子表面のポリシロキサン皮膜
とポリマー粒子との結合が弱く剥離に対して充分と言え
るものでは無かった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような欠点をなくし、ポリマー粒子表面に剥離に対し
て充分な強度を有し、かつ、緻密な連続したシリカ層を
形成するシリカ層被覆樹脂粒子を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の欠点
を改善すべく鋭意検討した結果、ビニル重合性官能基含
有アルコキシシランと(メタ)アクリル酸エステル単量
体及びその他の共重合可能な単量体から選ばれるビニル
系単量体混合物を共重合せしめて得られるシラノール基
含有樹脂粒子を、シリコンアルコキシドを含む溶液中に
浸漬し、該シラノール基含有樹脂粒子表面にシリコンア
ルコキシドを重縮合反応せしめ、シリコン酸化物として
固定することが、前記課題を解決することを見いだし本
発明に到った。以下、本発明について詳細に説明する。
【0005】本発明で用いるビニル重合性官能基含有ア
ルコキシシランとは、1個の珪素原子と、珪素原子に結
合した2又は3個の加水分解性基と、珪素原子に結合し
た1個のラジカル重合性基を有する化合物のことであ
り、本発明で言うラジカル重合性基とは、ラジカル重合
性の2重結合基を意味する。この2重結合基はC=C結
合を有している。好ましいラジカル重合性基は、ビニル
基、アクリル基、メタクリル基からなる群から選ばれる
少なくとも一種である。本発明で用いるビニル重合性官
能基含有アルコキシシランの具体例としては、下記の一
般式1〜3から選ばれる少なくとも1つの化合物であ
る。
【0006】
【化1】 (ここで、R1は水素原子またはメチル基を示し;R
2は、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアル
キレン基を示し;R3 は、炭素数1〜6のアルキル基を
示す。)
【0007】一般式1〜3で示される化合物の具体例と
しては、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラ
ン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、
γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−ア
クリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリ
ロキシプロピルトリアセトキシシラン、ビニルトリメト
キシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリア
セトキシシラン等であり、これらのうちのいずれか1つ
が単独で使用されたり、2つ以上を併用してもよいが、
本発明においては、γ−プロピルビニルトリメトキシシ
ランが、比較的高沸点であり低毒性のため取扱い易く、
また、ビニル系単量体との共重合性の良さや良好な相溶
性から、形成される樹脂粒子は真球状でかつ組成的にも
均一で有るので特に好ましい。
【0008】本発明では、ビニル重合性官能基含有アル
コキシシランを共重合体樹脂粒子の必須構成成分とする
ことが必要であるが、ビニル重合性官能基含有アルコキ
シシランの使用量は、ビニル系単量体混合物100重量
部中0.5〜20重量部、好ましくは2〜5重量部が良
い。0.5重量部以下だと樹脂に含まれるシラノール性
−OH基が少ないため、後述するシリコンアルコキシド
類を含む処理液で形成されるシリカ層が不均一になりや
すく、また、核となる樹脂粒子とシリカ層との付着性が
劣る傾向にあるので好ましくなく、また20重量部を超
えるようになると、該樹脂粒子中のポリシロキサン骨格
の含有量が高くなりすぎて、ビニル系単量体に由来する
樹脂本来の有する硬度や柔軟性が失われたり、シラノー
ル基含有樹脂粒子の製造時に粒子同士が凝集する傾向が
あるので好ましくない。
【0009】本発明で用いる(メタ)アクリル酸エステ
ル単量体及びその他の共重合可能なビニル系単量体は、
コアとなる核を形成するための基本的性能である樹脂粒
子の硬度、柔軟性、ガラス転移温度を設定するのに有効
な成分であり、要求される性能に応じて適宜選択でき
る。これら単量体の具体例としては、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、
n−ブチル(メタ)アクリレート、iso−ブチル(メ
タ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレ
ート、2−エチル(ヘキシル)アクリレート、シクロヘ
キシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸の
アルキルまたはシクロアルキルエステル;(メタ)アク
リル酸、マレイン酸、フマル酸等のα,β−エチレン性
不飽和カルボン酸を挙げることができ、また、その他の
共重合可能な単量体としては、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誘導体;酢酸ビニ
ル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類を挙げる
ことが出来る。これらは、一種もしくは二種以上を組み
合わせて用いることが出来る。
【0010】本発明において、前記ビニル重合性官能基
含有アルコキシシランとビニル系単量体を共重合して得
られるシラノール基含有樹脂粒子の製造法は特に制限さ
れるものではなく公知慣用の方法が採用でき、例えば、
乳化重合、懸濁重合、分散重合等の重合法を採用して製
造することが出来る。例えば、溶液重合では、溶剤を取
り除いた後、所望の粒径にまで粉砕し、得られた粒子を
球状化する。また、乳化重合、懸濁重合、分散重合など
の重合法を採用して予め予定した粒子径の樹脂粒子を製
造することが出来る。これらの重合法の中でも、特に分
散重合法を採用して調製した樹脂粒子は粒子径の分布幅
が狭く非常に均一であり、平均粒子径は通常0.1〜5
0μmの範囲内にあるので本願発明のシリカ被覆樹脂粒
子の核となる樹脂粒子の製造法としては好ましい方法で
ある。
【0011】上記のようにして得られたシラノール基含
有樹脂粒子表面に、シリカ層を形成するのに用いるシリ
コンアルコキシド類としては、一般式 Si−(OR)4
(Rは炭素数1〜6のアルキル基)で示され、具体的に
は、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシ
ラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン
等を挙げることができ、その中でも反応速度、取扱の容
易さ、工業規模での入手の容易さなどから、特にテトラ
エトキシシランが好適に用いられる。
【0012】シリコンアルコキシド類の使用量は、使用
するシリコンアルコキシド類や核となる樹脂粒子の種類
によって異なるため一概には規定できないが、樹脂粒子
表面にシリカ層の厚さが1nm〜100nmの範囲にな
るように用いられるのが好ましい。シリコンアルコキシ
ドの使用量が少なくて、形成されるシリカ層の厚さが1
nm以下になると、樹脂粒子表面に連続した緻密なシリ
カ層皮膜が形成され難くなり、またシリコンアルコキシ
ドの使用量が多すぎて樹脂粒子表面のシリカ層の膜厚が
100nmを超えるようになると、皮膜の亀裂や剥離が
起きたり、また、シリコンアルコキシド自身の脱水縮合
により単独シリカ微粒子が生成する傾向があるので好ま
しくない。形成されたシリカ層の膜厚は直接測定するこ
とは困難であるが、樹脂粒子の添加量、粒径、アルコキ
シド類の添加量から計算することが出来る。
【0013】本発明においては、シラノール基含有樹脂
粒子をシリコンアルコキシド類を含む処理液に分散し、
加水分解速度を適宜調製することによって、シリカ層を
樹脂粒子表面に析出させることが出来る。加水分解速度
は、通常、反応系内のシリコンアルコキシドと水のモル
比、濃度及び必要に応じて加えられる触媒(酸またはア
ルカリ)量によって調製される。このシリカ層が生成し
た樹脂粒子は、溶液から取り出し乾燥すると、強固なシ
リカ層の被覆された樹脂粒子が得られる。前記処理液と
はシリコンアルコキシド類を含む均質な溶液であり、シ
リコンアルコキシド類の他に有機溶媒、及び/又は水、
及び/又は酸性触媒もしくは塩基性触媒を含むことも可
能である。上記のシリコンアルコキシドによる処理工程
を経ることにより、シリコンアルコキシドのOR基が水
により加水分解し、更に縮合することによりポリシロキ
サン骨格が形成され、緻密で連続した金属酸化物である
シリカ層が樹脂粒子表面に形成される。
【0014】金属アルコキシドなどの化合物を溶液中で
加水分解、重縮合させて金属酸化物を生成させる方法
は、いわゆるゾル−ゲル法と呼ばれ、一般的には金属ア
ルコキシドを溶解したアルコール溶液とアルコール水溶
液を混合することによって、微細で均一な組成の金属酸
化物の微粒子が得られる。本発明においては、ビニル重
合性官能基含有アルコキシシランとビニル系単量体を共
重合せしめて得られた樹脂粒子は、その樹脂粒子表面
に、アルコキシシランに由来するシラノール性−OH基
が形成されているため、該粒子をシリコンアルコキシド
類を含む処理液で浸漬処理することにより、シリコンア
ルコキシドと樹脂粒子表層にあるシラノール性−OH基
の共縮合反応と、アルコシキシランの自己縮合反応によ
りSi−O−Si結合ができるため、核となる樹脂粒子
とシリカ層は、一個の巨大分子状の粒子を形成し、強固
な付着性が得られるものと考えられる。
【0015】本発明のシリカ被覆樹脂粒子は、核となる
樹脂粒子の耐熱性、剛性等の力学的特性を向上せしめ、
各種の成形材料、電気電子部品、各種機能性粒子等に有
用な材料として期待できる。
【0016】
【実施例】次に本発明を、参考例、実施例および比較例
により具体的に説明するが、以下は一例であって本発明
はこれら実施例に限定されるものではない。尚、以下の
例における各成分の配合量は特に断わりのない限り重量
基準である。
【0017】実施例:1リットル4つ口フラスコにメタ
ノール585g、水275g、メチルメタクリレート1
00g、γ−プロピルビニルトリメトキシシラン3g、
ジュリーマーAC−30H[ポリメタクリル酸の20%
水溶液(日本純薬社製)]50g、V−59[和光純薬
工業社製重合開始剤]2gを仕込んだ後、攪拌下のもと
で内温を60度に昇温し、同温度で6時間保持した。得
られた内容物を濾過後室温で減圧乾燥した。得られた樹
脂粒子のFT−IRによる表面分析の結果、シラノール
基に基づく3750cm-1の特性吸収帯が検出され、シ
ラノール基含有樹脂粒子であることが確認され、その時
の平均粒子径は約2μmの単分散粒子であった。
【0018】上記方法で得られた単分散粒子100gを
1リットルフラスコに入れ、これにメタノール75g、
水25g、テトラエトキシシラン2g、25%アンモニ
ア水10gを加え、液温30度で2時間超音波振動を利
用して良く分散させた。濾過洗浄後得られた粒子をさら
にもう一度、前記テトラエトキシシラン液と同様の処理
液で同じ処理を行った。内容物を濾過洗浄した後120
℃で一昼夜乾燥して得られた粒子を走査型電子顕微鏡、
エネルギー分散型X線分析装置で観察したところ、樹脂
粒子表面には均一なシリカ層が形成されていた。
【0019】比較例:上記でのγ−プロピルビニルトリ
メトキシシランを除いた以外は、上記実施例と同様の操
作を行い樹脂微粒子を得た。得られた樹脂微粒子につい
て、実施例と同様の試験を行ったが、樹脂粒子表面には
全くシリカ層の形成は観察されなかった。
【0020】
【発明の効果】本発明方法で得られたシリカ被覆樹脂粒
子は、ビニル重合性官能基含有アルコキシシランとビニ
ル系単量体を共重合して得られたシラノール基含有樹脂
粒子を核としているので、シリコンアルコキシドによる
処理工程を経ることにより、樹脂粒子表面に連続した緻
密なシリカ層が形成され、しかも、シリカ層が脱離する
こともない。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビニル重合性官能基含有アルコキシシラ
    ンと(メタ)アクリル酸エステル単量体及びその他の共
    重合可能な単量体から選ばれるビニル系単量体混合物を
    共重合せしめて得られるシラノール基含有樹脂粒子を、
    シリコンアルコキシドを含む溶液中に浸漬し、該シラノ
    ール基含有樹脂粒子表面にシリコンアルコキシドを重縮
    合反応せしめ、シリコン酸化物として固定することを特
    徴とするシリカ被覆樹脂粒子の製造方法。
  2. 【請求項2】 ビニル重合性官能基含有アルコキシシラ
    ンが、1個の珪素原子と、珪素原子に結合した2又は3
    個の加水分解性基と、珪素原子に結合した1個のラジカ
    ル重合性基を有する化合物で、特にγ−プロピルビニル
    トリメトキシシランであり、シリコンアルコキシドが、
    1分子中に単一の珪素原子を有する化合物で、特にテト
    ラエトキシシラン[Si(OC254] である請求項
    1記載のシリカ被覆樹脂粒子の製造方法。
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