JPWO2012067072A1 - 熱硬化樹脂軟質化粒子 - Google Patents
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Abstract
Description
こうした球状メラミン系硬化樹脂粒子は、種々の方法によって製造されることが知られており、例えば、アミノ系化合物とホルムアルデヒドとを反応させて得られる初期縮合物を乳化させて乳濁液とし、次いで硬化触媒を加えて硬化反応させる方法が開示されている(特許文献1乃至特許文献4等)。
また、従来より種々の分野で利用されているスチレン樹脂粒子やアクリル樹脂粒子、ウレタン樹脂粒子などの汎用熱可塑性樹脂よりなる粒子は硬度が低いため、用途によっては所望の性能を達成できないという問題がある。
第2観点として、5〜70nmの平均粒子径を有するコロイダルシリカの懸濁下で少なくとも一種の二官能性モノマーと少なくとも一種の多官能性モノマーとを含むモノマー化合物とアルデヒド化合物を塩基性条件下で反応させ、水に可溶なメラミン系樹脂の初期縮合物の水溶液を生成させる段階と、該水溶液に酸触媒を加えて球状の熱硬化樹脂軟質化粒子を析出させる段階とを含む製造法により得られる、熱硬化樹脂軟質化粒子に関する。
第3観点として、前記モノマー化合物100質量部に対して、コロイダルシリカを0.5〜100質量部存在させる、第1観点又は第2観点に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子に関する。
第4観点として、前記コロイダルシリカとして水性シリカゾルを用いる、第1観点又は第2観点に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子に関する。
第5観点として、前記二官能性モノマーは、グアナミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、尿素、チオ尿素及びエチレン尿素からなる群から選択される、第1観点又は第2観点に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子に関する。
第6観点として、前記多官能性モノマーは、メラミン、CTUグアナミン及びCMTUグアナミンからなる群から選択される、第2観点に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子に関する。
第7観点として、粒子の内部マトリクスが熱硬化樹脂であり、コロイダルシリカが粒子表面部分に偏在した球状粒子であって、該粒子は0.05〜100μmの平均粒子径を有し、且つ、該粒子は30〜84MPaの10%変位硬度を有する、熱硬化樹脂軟質化粒子に関する。
第8観点として、前記コロイダルシリカが粒子最表面から0.3μmの深さ内の粒子表面付近に存在している、第7観点に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子に関する。
第9観点として、前記熱硬化樹脂は、少なくとも一種の二官能性モノマーを含むモノマー化合物とアルデヒド化合物から形成される、第7観点に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子に関する。
第10観点として、前記熱硬化樹脂は、少なくとも一種の二官能性モノマーと少なくとも一種の多官能性モノマーとを含むモノマー化合物とアルデヒド化合物から形成される、第7観点に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子に関する。
第11観点として、前記二官能性モノマーは、グアナミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、尿素、チオ尿素及びエチレン尿素からなる群から選択される、第9観点又は第10観点に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子に関する。
第12観点として、前記多官能性モノマーはメラミン、CTUグアナミン及びCMTUグアナミンからなる群から選択される、第10観点に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子に関する。
本発明の熱硬化樹脂軟質化粒子は、(a)5〜70nmの平均粒子径を有するコロイダルシリカの懸濁下でモノマー化合物とアルデヒド化合物を塩基性条件下で反応させ、水に可溶なメラミン系樹脂の初期縮合物の水溶液を生成させる段階と、(b)該水溶液に酸触媒を加えて球状の熱硬化樹脂軟質化粒子を析出させる段階とにより得られる。
ここで用いられる二官能性モノマーとしては、グアナミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン等の6−置換グアナミン類、及び、尿素、チオ尿素、エチレン尿素等の尿素類を挙げることができ、工業的に生産されており安価なグアナミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミンが好ましい。
また多官能性モノマーとしては、メラミンやCTUグアナミン(3,9−ビス[2−(3,5−ジアミノ−2,4,6−トリアザフェニル)エチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン)、CMTUグアナミン(3,9−ビス[(3,5−ジアミノ−2,4,6−卜リアザフェニル)メチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン)などのアミン置換トリアジン化合物が使用でき、中でも、粒子硬度を向上させる観点で剛直な架橋点を形成することのできるメラミンが最も好ましい。
本発明において、モノマー化合物は、一種又は二種以上の二官能性モノマーを用いてもよいし、或いは、一種又は二種以上の二官能性モノマーと、一種又は二種以上の多官能性モノマーとを混合して用いてもよい。
上記初期縮合物とは、アセトグアナミン、ベンゾグアナミンなどの二官能性モノマーと、これら二官能性モノマーとメラミンなどの多官能性モノマーとをホルムアルデヒド付加させて得られるメチロール化体、及び前記メチロール化体が互いに縮合し、数量体(オリゴマー)を形成したものをさす。
したがって親水性の初期縮合物を得るべく、例えば、CTUグアナミンのようにメチロール化体形成時に水性媒体中で不溶性となる疎水性モノマーと、より親水性の高いメチロール化体の得られるアセトグアナミンやメラミンなどの親水性モノマーとの混合比を、親水性モノマー:疎水性モノマーの質量比で40:60〜99:1とする事が好ましい。粒子形成の観点から、この混合比より親水性モノマーが多くなると、縮重合により得られる樹脂が水性媒体に対して溶解してしまうため樹脂が析出しにくく、樹脂粒子が得られ難い。また、疎水性モノマーの比が多すぎると、初期縮合物が疎水性となることによって縮合により得られる樹脂が不定形となり、塊状物となって析出してしまい樹脂粒子が得られない。より好ましくは、親水性モノマー:疎水性モノマーの質量比で50:50〜90:10で使用することが望ましい。
前記粒子の内部マトリクスである熱硬化樹脂は、前述のモノマー化合物とアルデヒド化合物より形成されることが好ましい。
前記粒子は平均粒子径が0.05〜100μmの粒子であり、ここで平均粒子径(μm)とは、Mie理論に基づくレーザー回折・散乱法により測定して得られる50%体積径(メジアン径)である。
また前記粒子は、30〜84MPaの10%変位硬度を有し、特に50〜80MPaの10%変位硬度を有するものが好ましい。ここで10%変位硬度とは、圧縮試験において、1粒子に負荷速度0.223mN/秒で試験力をかけた際に、変位量が粒子径の10%に達した時点の試験力である。
撹拌機、還流コンデンサー及び温度計を装備した100mLの反応フラスコに、メラミン4.51g、アセトグアナミン1.53g、37%ホルマリン11.58g、20質量%水性シリカゾル[日産化学工業(株)製、スノーテックス(登録商標)ST−N(商品名)、平均粒子径12nm、pH9.5]0.93g、水37.1g、及び25%アンモニア水67.2μLを仕込んだ。その後、上記混合物を撹拌しながら昇温し、温度を70℃に保ち、30分反応させてメラミン樹脂の初期縮合物の水溶液を調製した。次に温度を70℃に維持したまま、得られた初期縮合物の水溶液に5質量%パラトルエンスルホン酸水溶液3.59gを添加した。約5分後に反応系内が白濁して共縮重合アミノ樹脂粒子が析出した。その後、温度を90℃まで昇温して3時間硬化反応を続けた。冷却後、得られた反応液を濾過、乾燥して白色の硬化樹脂粒子を得た。
撹拌機、還流コンデンサー及び温度計を装備した30mLの反応フラスコに、メラミン0.50g、グアナミン0.52g、37%ホルマリン1.93g、20質量%水性シリカゾル[日産化学工業(株)製、スノーテックス(登録商標)ST−N(商品名)、平均粒子径12nm、pH9.5]0.17g、水6.17g、及び25%アンモニア水20μLを仕込んだ。その後、上記混合物を撹拌しながら昇温し、温度を70℃に保ち、30分反応させてメラミン樹脂の初期縮合物の水溶液を調製した。次に温度を70℃に維持したまま、得られた初期縮合物の水溶液に5質量%パラトルエンスルホン酸水溶液0.58gを添加した。約2分後に反応系内が白濁して共縮重合アミノ樹脂粒子が析出した。その後、温度を90℃まで昇温して3時間硬化反応を続けた。冷却後、得られた反応液を濾過、乾燥して白色の硬化樹脂粒子を得た。
撹拌機、還流コンデンサー及び温度計を装備した200mLの反応フラスコに、ベンゾグアナミン1.00g、アセトグアナミン1.00g、メラミン1.00g、37%ホルマリン5.18g、20質量%水性シリカゾル[日産化学工業(株)製、スノーテックス(登録商標)ST−N(商品名)、平均粒子径12nm、pH9.5]0.46g、水38.7g、及び25%アンモニア水34μLを仕込んだ。その後、上記混合物を撹拌しながら90℃へ昇温し、メラミン樹脂の初期縮合物の水溶液を調製した。次に温度を90℃に維持したまま、得られた初期縮合物の水溶液に5質量%パラトルエンスルホン酸水溶液2.34gを添加した。約40秒後に反応系内が白濁して共縮重合アミノ樹脂粒子が析出した。その後、温度90℃のまま3時間硬化反応を続けた。冷却後、得られた反応液を濾過、乾燥して白色の硬化樹脂粒子を得た。
撹拌機、還流コンデンサー及び温度計を装備した200mLの反応フラスコに、ベンゾグアナミン1.00g、アセトグアナミン1.00g、メラミン2.00g、37%ホルマリン7.11g、20質量%水性シリカゾル[日産化学工業(株)製、スノーテックス(登録商標)ST−N(商品名)、平均粒子径12nm、pH9.5]0.62g、水52.2g、及び25%アンモニア水45μLを仕込んだ。その後、上記混合物を撹拌しながら90℃へ昇温し、メラミン樹脂の初期縮合物の水溶液を調製した。次に温度を90℃に維持したまま、得られた初期縮合物の水溶液に5質量%パラトルエンスルホン酸水溶液2.34gを添加した。約30秒後に反応系内が白濁して共縮重合アミノ樹脂粒子が析出した。その後、温度90℃のまま3時間硬化反応を続けた。冷却後、得られた反応液を濾過、乾燥して白色の硬化樹脂粒子を得た。
撹拌機、還流コンデンサー及び温度計を装備した100mLの反応フラスコに、ベンゾグアナミン0.30g、アセトグアナミン0.30g、メラミン1.81g、37%ホルマリン4.13g、20質量%水性シリカゾル[日産化学工業(株)製、スノーテックス(登録商標)ST−N(商品名)、平均粒子径12nm、pH9.5]0.38g、水39.7g、及び25%アンモニア水0.024gを仕込んだ。その後、上記混合物を撹拌しながら80℃へ昇温し、さらに5分間撹拌してメラミン樹脂の初期縮合物の水溶液を調製した。次に温度を80℃に維持したまま、得られた初期縮合物の水溶液に5質量%パラトルエンスルホン酸水溶液1.41gを添加した。約3分後に反応系内が白濁して共縮重合アミノ樹脂粒子が析出した。その後、温度90℃まで昇温して3時間硬化反応を続けた。冷却後、得られた反応液を濾過、乾燥して白色の硬化樹脂粒子を得た。
撹拌機、還流コンデンサー及び温度計を装備した200mLの反応フラスコに、CTUグアナミン0.50g、アセトグアナミン4.50g、37%ホルマリン9.04g、20質量%水性シリカゾル[日産化学工業(株)製、スノーテックス(登録商標)ST−N(商品名)、平均粒子径12nm、pH9.5]0.78g、水65.6g、及び25%アンモニア水56μLを仕込んだ。その後、上記混合物を撹拌しながら90℃まで昇温しアセトグアナミン樹脂の初期縮合物の水溶液を調製した。次に温度を90℃に維持したまま、得られた初期縮合物の水溶液に5質量%パラトルエンスルホン酸水溶液2.92gを添加した。約10分後に反応系内が白濁して共縮重合アミノ樹脂粒子が析出した。その後、温度90℃のまま3時間硬化反応を続けた。冷却後、得られた反応液を濾過、乾燥して白色の硬化樹脂粒子を得た。
撹拌機、還流コンデンサー及び温度計を装備した500mLの反応フラスコに、ベンゾグアナミン5.00g、37%ホルマリン6.50g、20質量%水性シリカゾル[日産化学工業(株)製、スノーテックス(登録商標)ST−N(商品名)、平均粒子径12nm、pH9.5]0.78g、水355.1g、及び25%アンモニア水56μLを仕込んだ。その後、上記混合物を撹拌しながら95℃へ昇温しベンゾグアナミン樹脂の初期縮合物の水分散液を調製した。次に温度を95℃に維持したまま、得られた初期縮合物の水分散液に5質量%パラトルエンスルホン酸水溶液2.92gを添加した。添加直後に反応系内が白濁してベンゾグアナミン樹脂粒子が析出した。その後、温度を95℃に保ち、3時間硬化反応を続けた。冷却後、得られた反応液を濾過、乾燥して白色の硬化樹脂粒子を得た。
各実施例で調製した硬化樹脂粒子のそれぞれについて、走査型電子顕微鏡(SEM)[日本電子(株)製、JSM−7400F]によりその形状観察を行った。実施例1乃至実施例7で調製した硬化樹脂粒子のSEM画像をそれぞれ図1乃至図7に示す。
図1乃至図7に示す走査型電子顕微鏡写真を参照すると、実施例1乃至実施例7で得られた硬化樹脂粒子は均一な粒子径を有し、いずれの製造条件においても真球状の粒子が得られているとする結果が得られた。
実施例1乃至実施例3、実施例5及び実施例7で調製した硬化樹脂粒子のそれぞれについて、各粒子を樹脂へ埋包させた後、スライス片を作成し、透過型電子顕微鏡(TEM)[(株)日立製作所製、H−8000]によりその断面観察を行った。実施例1乃至実施例3、実施例5及び実施例7で調製した硬化樹脂粒子のTEM画像をそれぞれ図8乃至図12に示す。
なお図8乃至図12は粒子の表面部分を拡大して示したものであり、図8は画面左側が樹脂粒子内部を示し、その隣りの濃淡のある粒団の画像は粒子の表面層(図中、樹脂粒子境界を点線で示す)を示す。同様に、図9は画面右上側が樹脂粒子内部を示し、図10は画面右下側が樹脂粒子内部を示し、図11は画面上側が樹脂粒子内部を示し、図12は画面左上側が樹脂粒子内部を示し、各図中、樹脂粒子境界を点線で示す。
図8乃至図12に示す透過型電子顕微鏡写真を参照すると、いずれの写真においても粒子表面付近に樹脂粒子内部と比べて黒色のコントラストが見え、粒子表面にコロイダルシリカが偏在しているとすることが確認された。
各実施例及び比較例で調製した硬化樹脂粒子のそれぞれについて、乾式自動密度計[(株)島津製作所製、アキュピック1330]によりその密度測定を行った。なお、比較例1として日産化学工業(株)製、オプトビーズ(登録商標)3500Mを採用し、同様に密度測定を行った。結果(各5回の測定の平均値)を表1に示す。
各実施例で調製した硬化樹脂粒子のそれぞれについて、微小圧縮試験機[(株)島津製作所製、MCT]によりその粒子硬度測定を行った。なお比較例1及び比較例2として、日産化学工業(株)製、オプトビーズ(登録商標)3500M(比較例1)、エア・ウォーター(株)製、ベルパールS(比較例2)を採用し、同様に粒子硬度測定を行った。10%変位硬度(※1)及び5mN負荷後の復元率(※2)の測定の結果(各5回の測定の平均値)を表2に示す。
<※1:10%変位硬度>
圧縮試験において、1粒子に負荷速度0.223mN/秒で試験力をかけた際に、変位量が粒子径の10%に達した時点の試験力
<※2:5mN負荷後の復元率>
負荷−除荷試験において、1粒子に負荷速度0.223mN/秒で試験力をかけ、試験力が0.49mNとなったときに得られる変位量をL0(μm)、5.0mNの最大試験力に達した時点の変位量をL1(μm)、除荷速度0.223mN/秒で除荷し、試験力が0.49mNとなったときに得られる変位量をL2(μm)としたときに、L1−L2をL1−L0で除し100分率とした値(100*(L1−L2)/(L1−L0):復元率)
また、5mN負荷後の復元率は、実施例3及び実施例4で得られたメラミンを含む硬化樹脂粒子と比較例1のメラミン樹脂(単体)粒子とを比較すると、粒子中のメラミン比率増加に伴って復元率が増加しているとする結果を得た。
Claims (12)
- 5〜70nmの平均粒子径を有するコロイダルシリカの懸濁下で少なくとも一種の二官能性モノマーを含むモノマー化合物とアルデヒド化合物を塩基性条件下で反応させ、水に可溶なメラミン系樹脂の初期縮合物の水溶液を生成させる段階と、
該水溶液に酸触媒を加えて球状の熱硬化樹脂軟質化粒子を析出させる段階とを含む製造法により得られる、
熱硬化樹脂軟質化粒子。 - 5〜70nmの平均粒子径を有するコロイダルシリカの懸濁下で少なくとも一種の二官能性モノマーと少なくとも一種の多官能性モノマーとを含むモノマー化合物とアルデヒド化合物を塩基性条件下で反応させ、水に可溶なメラミン系樹脂の初期縮合物の水溶液を生成させる段階と、
該水溶液に酸触媒を加えて球状の熱硬化樹脂軟質化粒子を析出させる段階とを含む製造法により得られる、
熱硬化樹脂軟質化粒子。 - 前記モノマー化合物100質量部に対して、コロイダルシリカを0.5〜100質量部存在させる、請求項1又は請求項2に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子。
- 前記コロイダルシリカとして水性シリカゾルを用いる、請求項1又は請求項2に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子。
- 前記二官能性モノマーは、グアナミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、尿素、チオ尿素及びエチレン尿素からなる群から選択される、請求項1又は請求項2に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子。
- 前記多官能性モノマーは、メラミン、CTUグアナミン及びCMTUグアナミンからなる群から選択される、請求項2に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子。
- 粒子の内部マトリクスが熱硬化樹脂であり、コロイダルシリカが粒子表面部分に偏在した球状粒子であって、
該粒子は0.05〜100μmの平均粒子径を有し、
且つ、該粒子は30〜84MPaの10%変位硬度を有する、熱硬化樹脂軟質化粒子。 - 前記コロイダルシリカが粒子最表面から0.3μmの深さ内の粒子表面付近に存在している、請求項7に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子。
- 前記熱硬化樹脂は、少なくとも一種の二官能性モノマーを含むモノマー化合物とアルデヒド化合物から形成される、請求項7に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子。
- 前記熱硬化樹脂は、少なくとも一種の二官能性モノマーと少なくとも一種の多官能性モノマーとを含むモノマー化合物とアルデヒド化合物から形成される、請求項7に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子。
- 前記二官能性モノマーは、グアナミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、尿素、チオ尿素及びエチレン尿素からなる群から選択される、請求項9又は請求項10に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子。
- 前記多官能性モノマーはメラミン、CTUグアナミン及びCMTUグアナミンからなる群から選択される、請求項10に記載の熱硬化樹脂軟質化粒子。
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