JPWO2018025575A1 - 樹脂中空粒子及びその利用 - Google Patents
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Abstract
熱可塑性樹脂からなる外殻部と、この外殻部に囲まれた中空部とから構成された樹脂中空粒子であって、前記熱可塑性樹脂が、重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上有する架橋性単量体を0.6〜3.0重量%及び重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に1個有する非架橋性単量体を97〜99.4重量%の割合で含む重合性成分の重合体であり、前記樹脂中空粒子が発泡剤を含有し、前記発泡剤に占める25℃における蒸気圧が100kPaを超える有機化合物の重量割合が50〜100重量%であり、前記発泡剤の内包率が3〜13重量%である、樹脂中空粒子。
Description
該有機基材樹脂の使用目的としては、ジョイント部分の気密や水密を保つこと(シーリング)、跳ね石等からボディーを守ること(アンダーボディーコート)又は制振材としての使用がある。
また、自動車製造の自動化に伴い、これらの有機基材樹脂もロボットによる塗布が一般化されており、生産工程においての生産性向上の検討も同時に行われ、工程においてのゾル(塗料)の軽量化が図られているため、中空粒子による検討が行われている。
特許文献1には、塩化ビニル系プラスチゾルに、ガラス若しくはシラス系中空粒子を添加してなる自動車用シーリング材が提案されている。
しかしガラス中空粒子は中空粒子の素材の比重が樹脂に比べて比重が大きく、軽量化の限界やコスト面で不利である、また硬度が高いため設備等の磨耗の問題があり生産性が著しく劣る。
ここで、特許文献2には、耐圧性の検討した樹脂中空粒子が提案され、工程における圧送設備において樹脂中空粒子が破壊されることなく、使用が可能であることが提案されているが、耐圧性としては不十分であり、特に20MPa以上の圧力で球状を保持できる耐圧性能を有する樹脂中空粒子が製造工程ラインで有効であり、未だ実用化に耐えうるような十分に耐圧性能を有している樹脂中空粒子の製造はされておらず、結果として樹脂中空粒子の効果が見出せていない。
特許文献3にもスプリングバックを改善する樹脂中空粒子が提案されているが、実用化には不十分であり、さらなる改善が課題となっている。
すなわち、本発明は、熱可塑性樹脂からなる外殻部と、この外殻部に囲まれた中空部とから構成された樹脂中空粒子であって、前記熱可塑性樹脂が、重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上有する架橋性単量体を0.6〜3.0重量%及び重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に1個有する非架橋性単量体を97〜99.4重量%の割合で含む重合性成分の重合体であり、前記樹脂中空粒子が発泡剤を含有し、前記発泡剤に占める25℃における蒸気圧が100kPaを超える有機化合物の重量割合が50〜100重量%であり、前記発泡剤の内包率が3〜13重量%である、樹脂中空粒子である。
1)前記非架橋性単量体がニトリル系単量体を含み、前記非架橋性単量体に占める前記ニトリル系単量体の重量割合が70〜99.8重量%である。
2)前記非架橋性単量体に占めるアクリロニトリルの重量割合が60〜93重量%である。
3)前記ニトリル系単量体がアクリロニトリル及びメタクリロニトリルを含み、その重量比(アクリロニトリル:メタクリロニトリル)が65:35〜99:1である。
4)前記非架橋性単量体がアクリロニトリル及びメチルメタクリレートを含み、前記非架橋性単量体に占めるアクリロニトリル及びメチルメタクリレートの合計の重量割合が90〜100重量%である。
5)発泡剤漏えい開始温度が110℃以上である。
本発明の湿粉状樹脂中空粒子は、上記樹脂中空粒子と、液状有機化合物又は水とを含むものである。
本発明の組成物は、上記樹脂中空粒子、上記微粒子付着樹脂中空粒子及び上記湿粉状樹脂中空粒子から選ばれる少なくとも1種と、基材成分とを含むものである。
本発明の成形物は、上記組成物を成形してなるものである。
樹脂中空粒子は、図1に示すように、熱可塑性樹脂からなる外殻部と、それに囲まれた中空部とから構成される。樹脂中空粒子は、(ほぼ)球状で、内部に大きな空洞に相当する中空部を有しており、その形状を身近な物品で例示するならば、軟式テニスボールを挙げることができる。本発明の樹脂中空粒子は、後述する熱膨張性微小球の膨張体である。
樹脂中空粒子の外殻部は、その外表面と内表面とで囲まれ、端部はなく、連続した形状を有する。外殻部の厚み、すなわち、外表面と内表面との間の距離については、均一であることが好ましいが、不均一であってもよい。
外殻部を構成する熱可塑性樹脂は、重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上有する架橋性単量体を0.6〜3.0重量%及び重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に1個有する非架橋性単量体を97〜99.4重量%の割合で含む重合性成分の重合体である。本発明において、重合性成分とは、分子内に少なくとも1つ以上の重合性基を有する単量体を意味し、重合性成分としては、重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上有する架橋性単量体(以下、単に架橋性単量体という)及び重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に1個有する非架橋性単量体(以下、単に非架橋性単量体という)が挙げられる。重合性炭素−炭素二重結合としては、ビニル基、メタクリロイル基、アクリロイル基、アリル基などが挙げられる。
重合性成分に占める架橋性単量体の重量割合は、好ましい下限が0.7重量%、特に好ましい下限が0.8重量%、最も好ましい下限が0.9重量%である。一方、該重量割合の好ましい上限は2.5重量%、特に好ましい上限は2.0重量%、最も好ましい上限は1.6重量%である。
二官能架橋性単量体としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、3−メチル−1,5ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2−メチル−1,8オクタンジオールジ(メタ)アクリレートなどのアルカンジオールジ(メタ)アクリレート;ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、PEG#200ジ(メタ)アクリレート、PEG#400ジ(メタ)アクリレート、PEG#600ジ(メタ)アクリレート、PEG#1000ジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール#400ジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール#700ジ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコール#650ジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ポリプロピレングリコール#700ジ(メタ)アクリレートなどのポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート;エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート(EO付加2〜30)、プロポキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイロキシプロピルメタクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼンなどが挙げられる。上記で、PEGはポリエチレングリコールを意味し、(メタ)アクリレートは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。
二官能架橋性単量体の中でも、オキシエチレン基を含有するジ(メタ)アクリレート系単量体が好ましく、親水基を有するため、熱膨張性微小球の表面付近での反応性が高いため効率的に緻密な外殻部を形成できるため好ましい。中でも特に鎖状が短いため緻密に架橋構造を形成できる点において、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、PEG#200ジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレートが好ましい。
四官能以上の架橋性単量体としては、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
非架橋性単量体に占めるアクリロニトリルの重量割合は、好ましくは60〜93重量%である。当該重量割合のより好ましい下限は70重量%、より好ましい上限は88重量%である。
非架橋性単量体がAN及びMANを含む場合、AN及びMANの重量比は、好ましくはAN:MAN=65:35〜99:1、より好ましくはAN:MAN=70:30〜90:10、特に好ましくはAN:MAN=73:27〜87:13、最も好ましくはAN:MAN=73:27〜80:20である。AN及びMANの重量比がこの範囲にあると、原料である熱膨張性微小球の外殻部は柔軟性を維持し、緻密性を有するため、結果として、樹脂中空体は、非常に軽量であり且つ、優れた耐圧性を有することができる。
非架橋性単量体がAN及びMMAを含む場合、非架橋性単量体に占めるAN及びMMAの合計の重量割合は、好ましくは90〜100重量%である。当該重量割合のより好ましい下限は93重量%、さらに好ましい下限は95重量%であり、より好ましい上限は99重量%である。
非架橋性単量体がAN及びMMAを含む場合、AN及びMMAの重量比は、好ましくはAN:MMA=68:32〜93:7、より好ましくはAN:MMA=75:25〜90:10である。AN及びMMAの重量比がこの範囲にあると、原料である熱膨張性微小球の外殻は加熱軟化時の延伸性に富むとともにガスバリア性、剛性及び靭性にも優れたものとなるため、結果として非常に軽量且つ耐圧性に優れた樹脂中空粒子を得ることができる。
非架橋性単量体に占めるカルボキシル基含有単量体の重量割合は、好ましくは2.0〜27重量%である。2.0重量%未満の場合には、耐熱性が不十分となり、加熱工程において樹脂中空粒子の比重が増加する可能性がある。27重量%を超えると外殻部が脆くなることがあり、耐圧性能が低下することがある。
当該重量割合の、より好ましい下限は5.0重量%、さらに好ましい下限は10重量%、特に好ましい下限は14重量%である。一方、より好ましい上限は25重量%、さらに好ましい上限は23重量%、特に好ましい上限は21重量%である。
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂等が挙げられ、エポキシ樹脂が特に好ましい。樹脂中空粒子の熱硬化性樹脂の含有量は、特に限定されないが、熱可塑性樹脂100重量部に対して、好ましくは0〜10重量部である。
電解質としては、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸アンモニウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。樹脂中空粒子の電解質の含有量は、特に限定されないが、熱可塑性樹脂100重量部に対して、好ましくは0〜5重量部、より好ましくは1〜3重量部である。
樹脂中空粒子の灰分(強熱残分)は、特に限定されないが、好ましくは10重量%以下、より好ましくは5重量%以下である。なお、本明細書中、樹脂中空粒子の灰分は、実施例に記載される方法によって測定された値を意味する。
発泡剤は、基本的には、気化した状態で樹脂中空粒子の中空部に含有されており、その一部が液化又は固化した状態で樹脂中空粒子中に含有されていてもよい。
樹脂中空粒子の含水率は、好ましくは1重量%以下、より好ましくは0.7重量%以下、さらに好ましくは0.5重量%以下、特に好ましくは0.3重量%以下、最も好ましくは0重量%である。
樹脂中空粒子の発泡剤の内包率の好ましい下限は3重量%、特に好ましい下限は4重量%であり、一方、好ましい上限は11重量%、特に好ましい上限は10重量%である。
一方、発泡剤漏えい開始温度の好ましい上限値は350℃である。350℃を超える場合は、樹脂中空粒子の柔軟性が失われていることがあり、結果として優れた耐圧性が得られないことがある。なお、本発明における樹脂中空粒子の発泡剤漏えい温度は、実施例に記載された測定方法によるものと定義する。
本発明の樹脂中空粒子は、樹脂中空粒子内部の圧力が非常に高い状態にあるが、外殻部が非常に緻密な状態にあるため、発泡剤の漏えいが抑制される。結果として、優れた耐圧性を有する。
体積平均粒子径の下限は、より好ましくは30μm、特に好ましくは40μmであり、体積平均粒子径の上限は、より好ましくは250μm、特に好ましくは200μmである。なお、体積平均粒子径は、実施例で測定される方法によるものである。
変動係数が35%を超える場合は、樹脂中空粒子の粒子径分布が幅広く、結果として、微小粒子径や粗大粒子径が多く存在するため、優れた耐圧性が得られないことがある。
樹脂中空粒子の真比重の下限は、より好ましくは0.030、特に好ましくは0.040であり、上限は、より好ましくは0.08、特に好ましくは0.06である。なお、樹脂中空粒子の真比重は、実施例に記載された測定方法によるものである。
樹脂中空粒子の膨張余力率は、特に限定されないが、好ましくは5〜80%である。膨張余力率が5%未満であると、樹脂中空粒子の外殻部が内包する発泡剤の保持性能が低くなることがあり、十分な発泡剤内包量を保持していないことがあり、結果として優れた耐圧性能が得られないことがある。一方、80%を超える場合は、十分な軽量化効果が得られないことがある。
膨張余力率のより好ましい下限は10%、特に好ましい下限は15%であり、一方、より好ましい上限は70%、特に好ましい上限は60%である。
なお、膨張余力率は、最大再膨張時の樹脂中空粒子に対する膨張程度を示しており、樹脂中空粒子の真比重(dA)および、最大再膨張時の樹脂中空粒子の真比重(dB)を測定し、以下に示す計算式(3)で算出される。
膨張余力率(%)=(1−dB/dA)×100 (3)
原料である熱膨張性微小球は、加熱膨張工程において、軟化した外殻部が、発泡剤の体積増加に伴い、延伸しながら膨張し、熱膨張性微小球から非常に軽量な樹脂中空粒子が得られ、発泡剤を保持できる限界の状態が最大膨張状態である。
本発明の別の好ましい態様の一つは、上記で説明した樹脂中空粒子と、樹脂中空粒子の外殻部の外表面に付着した微粒子とからなる、微粒子付着樹脂中空粒子である。なお、本発明における微粒子とは、樹脂中空粒子に付着させることにより、樹脂中空粒子の飛散性を抑えハンドリング性を向上させる、またバインダーへの分散性を向上させる等の効果を発揮する成分であり、後述する無機物又は有機物から構成される粉体を意味する。ここで、微粒子として使用される成分の一部は、前述の懸濁剤として使用される成分の一部と重複する場合があるが、本発明において、微粒子とは、基本的には、上記効果を発揮させる目的で樹脂中空粒子に付着させる無機物又は有機物の粉体であって、懸濁剤とは異なるタイミングで使用されるものを意味するものとする。また、本発明においては、少なくとも、灰分が10重量%以上であるものについては、樹脂中空粒子ではなく微粒子付着樹脂中空粒子として分類する。
ここでいう付着とは、単に樹脂中空粒子の外殻部(1)の外表面に微粒子(3及び4)が、吸着された状態(3)であってもよく、外表面近傍の外殻部を構成する熱可塑性樹脂が加熱によって軟化や融解し、樹脂中空粒子の外殻部の外表面に微粒子がめり込み、固定された状態(4)であってもよいという意味である。微粒子の粒子形状は不定形であっても球状であってもよい。
微粒子を構成する無機物としては、特に限定はないが、例えば、ワラステナイト、セリサイト、カオリン、マイカ、クレー、タルク、ベントナイト、アルミナシリケート、パイロフィライト、モンモリロナイト、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ガラスフレーク、窒化ホウ素、炭化珪素、シリカ、アルミナ、雲母、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ハイドロサルタイト、カーボンブラック、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、セラミックビーズ、ガラスビーズ、水晶ビーズ、ガラスマイクロバルーン等が挙げられる。
微粒子を構成する無機物や有機物は、シランカップリング剤、パラフィンワックス、脂肪酸、樹脂酸、ウレタン化合物、脂肪酸エステル等の表面処理剤で処理されていてもよく、未処理のものでもよい。
微粒子の平均粒子径と樹脂中空粒子の平均粒子径との比率(微粒子の平均粒子径/樹脂中空粒子の平均粒子径)は、樹脂中空粒子表面への微粒子の付着性の観点から好ましくは1以下、より好ましくは0.1以下、さらに好ましくは0.05以下である。
当該真比重のより好ましい下限は0.10、特に好ましい下限は0.12である。一方、より好ましい上限は0.30、特に好ましい上限は0.20である。
本発明のさらに別の好ましい態様の一つは、上記で説明した樹脂中空粒子と、液状有機化合物又は水とを含む、湿粉状樹脂中空粒子である。湿粉状樹脂中空粒子では、微粒子付着樹脂中空粒子と同様に、樹脂中空粒子の飛散性が抑えられており、取扱性に優れるという利点がある。
本発明における、樹脂中空粒子と液状有機化合物とを含む湿粉状樹脂中空粒子(以下、オイル湿化樹脂中空粒子という)とは、実質的に樹脂中空粒子及び液状有機化合物から構成される組成物であって、当該組成物における液状有機化合物の含有率が5重量%以上であるものを意味する。樹脂中空粒子を有機基材へ添加する際、オイル湿化樹脂中空粒子を使うと相溶性が高いため効果的に樹脂中空粒子を分散できることがあるため好ましい。
上記(i)の要件を満たすためには、及び保存中の揮発を避けるためには、液状有機化合物の沸点は、好ましくは80℃〜270℃、さらに好ましくは90℃〜260℃、特に好ましくは100℃〜250℃である。
オイル湿化樹脂中空粒子中の液状有機化合物の重量割合は、好ましくは30〜92重量%、より好ましくは35〜85重量%である。
当該真比重のより好ましい下限は0.025、特に好ましい下限は0.03である。一方、より好ましい上限は0.3、特に好ましい上限は0.2である。
水湿化樹脂中空粒子中の樹脂中空粒子の重量割合は、好ましくは10〜60重量%である。10重量%未満である場合は、固体としての取り扱いができないことがある。一方、60重量%を超える場合は、水分が偏在している可能性があり取扱いに問題が生じる可能性がある。当該重量割合の下限は、より好ましくは12重量%、さらに好ましくは重量15%、特に好ましくは18重量%であり、当該重量割合の上限は、より好ましくは50重量%、さらに好ましくは40重量%、特に好ましくは30重量%である。
本発明の樹脂中空粒子の製造方法としては、たとえば、重合性成分及び発泡剤を含有する油性混合物を水性分散媒中に分散させ、前記重合性成分を重合させて熱膨張性微小球を得る工程1(以下、重合工程という)と、前記工程1で得られた熱膨張性微小球を加熱膨張させる工程2(以下、膨張工程という)とを含む製造方法を挙げることができる。
重合工程は、重合性成分及び発泡剤を含有する油性混合物を水性分散媒中に分散させ、前記重合性成分を重合させて熱膨張性微小球を得る工程をいう。
重合工程において、重合性成分が、架橋性単量体を0.6〜3.0重量%及び非架橋性単量体を97.0〜99.4重量%の割合で含み、前記重合性成分100重量部に対する前記発泡剤の量が4〜15重量部であり、前記発泡剤に占める25℃における蒸気圧が100kPaを超える有機化合物の重量割合が50〜100重量%である。重合性成分、架橋性単量体、非架橋性単量体、発泡剤及び25℃における蒸気圧が100kPaを超える有機化合物については、上記で説明したとおりである。
重合開始剤としては、特に限定はないが、たとえば、パーオキシジカーボネート、パーオキシエステル、ジアシルパーオキサイド等の過酸化物;アゾニトリル、アゾエステル、アゾアミド、アゾアルキル、高分子アゾ開始剤等のアゾ化合物等を挙げることができる。これらの重合開始剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。なお、重合開始剤としては、重合性成分に対して可溶な油溶性の重合開始剤が好ましい。
重合開始剤の配合量については、特に限定されないが、重合性成分100重量部に対して、0.05〜10重量部が好ましく、0.1〜8重量部がより好ましく、0.2〜5重量部がさらに好ましい。
重合工程において、油性混合物は、連鎖移動剤等をさらに含有していてもよい。
水性分散媒中に含まれる水溶性化合物の量については、特に限定はないが、重合性成分100重量部に対して、好ましくは0.0001〜1.0重量部、より好ましくは0.0003〜0.1重量部、さらに好ましくは0.001〜0.05重量部である。
分散安定剤としては、特に限定はないが、例えば、第三リン酸カルシウム、複分解生成法により得られるピロリン酸マグネシウム、ピロリン酸カルシウムや、コロイダルシリカ、アルミナゾル、水酸化マグネシウム等を挙げることができる。これらの分散安定剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
分散安定剤の配合量は、重合性成分100重量部に対して、好ましくは0.05〜100重量部、より好ましくは0.2〜70重量部である。
分散安定補助剤としては、特に限定はないが、例えば、高分子タイプの分散安定補助剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性イオン界面活性剤、ノニオン性界面活性剤等の界面活性剤を挙げることができる。これらの分散安定補助剤は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
重合工程では、水酸化ナトリウムや、水酸化ナトリウム及び塩化亜鉛の存在下で重合を行ってもよい。
油性混合物を懸濁分散させる方法としては、例えば、ホモミキサー(例えば、プライミクス社製)等により攪拌する方法や、スタティックミキサー(例えば、株式会社ノリタケエンジニアリング社製)等の静止型分散装置を用いる方法、膜懸濁法、超音波分散法等の一般的な分散方法を挙げることができる。
次いで、油性混合物が球状油滴として水性分散媒に分散された分散液を加熱することにより、懸濁重合を開始する。重合反応中は、分散液を攪拌するのが好ましく、その攪拌は、例えば、単量体の浮上や重合後の熱膨張性微小球の沈降を防止できる程度に緩く行えばよい。
イオン性物質の含有量を低減させる目的で、ケーキ状物を水洗及び/又は再分散後に再濾過し、乾燥させても構わない。また、スラリーを噴霧乾燥機、流動乾燥機等により乾燥し、乾燥粉体を得てもよい。
重合工程により得られる熱膨張性微小球の平均粒子径については、特に限定されないが、好ましくは1〜60μm、より好ましくは10〜50μm、さらに好ましくは15〜40μm、特に好ましくは20〜38μm、最も好ましくは25〜35μmである。
重合工程で得られる熱膨張性微小球の真比重は、好ましくは1.02〜1.30、より好ましくは1.05〜1.20である。熱膨張性微小球の真比重が前述の範囲内であると、耐圧性に優れる樹脂中空粒子が得られやすいため好ましい。熱膨張性微小球の真比重が1.02未満であると外殻の厚みが非常に薄い場合や、外殻の強度や緻密性が低いことがあり、反応温度や乾燥工程の熱負荷により、微膨張することにより真比重が低下することを意味する。結果として、耐圧性に優れた樹脂中空粒子が得られにくいことがある。
膨張工程は、重合工程で得られた熱膨張性微小球を加熱膨張させる工程をいう。
膨張工程としては、熱膨張性微小球を加熱膨張させる工程であれば、特に限定はないが、乾式加熱膨張法、湿式加熱膨張法のいずれでもよい。
乾式加熱膨張法としては、特開2006−213930号公報に記載されている方法、特に内部噴射方法を挙げることができる。また、別の乾式加熱膨張法としては、特開2006−96963号公報に記載の方法等がある。湿式加熱膨張法としては、特開昭62−201231号公報に記載の方法等がある。
熱膨張性微小球を加熱膨張させる温度は、好ましくは60〜450℃である。
微粒子付着樹脂中空粒子の製造方法としては、熱膨張性微小球と微粒子とを混合する工程(混合工程)と、前記混合工程で得られた混合物を加熱して、前記熱膨張性微小球を膨張させるとともに、得られる樹脂中空粒子の外殻部の外表面に微粒子を付着させる工程(付着工程)とを含む製造方法が好ましい。
混合工程は、熱膨張性微小球と微粒子とを混合する工程である。混合工程で使用する熱膨張性微小球及び微粒子は、上記で説明したとおりである。
混合工程における熱膨張性微小球及び微粒子の合計に対する微粒子の重量割合は、特に限定はないが、好ましくは95重量%未満、より好ましくは90重量%未満、特に好ましくは85重量%未満、最も好ましくは80重量%未満である。当該重量割合が95重量%より大きい場合は、微粒子付着樹脂中空粒子の真比重が大きくなり、低比重化効果が小さくなることがある。
付着工程は、前記混合工程で得られた、熱膨張性微小球と微粒子とを含む混合物を、熱膨張性微小球の外殻を構成する熱可塑性樹脂の軟化点超の温度に加熱する工程である。付着工程では、熱膨張性微小球を膨張させるとともに、得られる樹脂中空粒子の外殻部の外表面に微粒子を付着させる。
加熱は、一般的な接触伝熱型または直接加熱型の混合式乾燥装置を用いて行えばよい。混合式乾燥装置の機能については、特に限定はないが、温度調節可能で原料を分散混合する能力や、場合により乾燥を早めるための減圧装置や冷却装置を備えたものが好ましい。加熱に使用する装置としては、特に限定はないが、たとえば、レーディゲミキサー(株式会社マツボー製)、ソリッドエアー(株式会社ホソカワミクロン)等を挙げることができる。
加熱の温度条件については、熱膨張性微小球の種類にもよるが最適膨張温度とするのが良く、好ましくは60〜250℃、より好ましくは70〜230℃、さらに好ましくは80〜220℃である。
水湿化樹脂中空粒子の製造方法としては、特に限定はないが、湿式加熱膨張法を実施後に水分を調整する方法やまた乾式加熱膨張法実施後に水で湿化させる方法や、原料である熱膨張性微小球が水中に分散しているスラリー状態を加熱膨張させ、水分を調整する方法等が挙げられる。
オイル湿化樹脂中空粒子の製造方法としては、特に限定はないが、例えば、樹脂中空粒子を液状有機化合物とともに揺動又は攪拌して湿化させる方法、液状有機化合物中に熱膨張性微小球を分散させた分散液を加熱する方法、加温された液状有機化合物と熱膨張性微小球とを接触させる方法等が挙げられる。
本発明の組成物は、上記で説明した樹脂中空粒子、微粒子付着樹脂中空粒子及び湿粉状樹脂中空粒子から選ばれる少なくとも1種と、基材成分とを含むものである。
基材成分としては、特に限定はなく、天然ゴム、ブチルゴム、シリコンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)等のゴム類;不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂;ポリエチレンワックス、パラフィンワックス等のワックス類;エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、アイオノマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル(PVC)、アクリル樹脂、熱可塑性ポリウレタン、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリスチレン(PS)、ポリアミド樹脂(ナイロン6、ナイロン66など)、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリアセタール(POM)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等の熱可塑性樹脂;オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー等の熱可塑性エラストマー;ポリ乳酸(PLA)、酢酸セルロース、PBS、PHA、澱粉樹脂等のバイオプラスチック;シリコーン系、変性シリコーン系、ポリサルファイド系、変性ポリサルファイド系、ウレタン系、アクリル系、ポリイソブチレン系、ブチルゴム系等のシーリング材料;ウレタン系、エチレン−酢酸ビニル共重合物系、塩化ビニル系、アクリル系の塗料成分;セメントやモルタルやコージエライト等の無機物等が挙げられる。これらの基材成分は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の組成物は、樹脂中空粒子及び基材成分以外に、用途に応じて適宜使用されるその他の成分を含んでいてもよい。
本発明の組成物としては、例えば、ゴム組成物、成形用組成物、塗料組成物、粘土組成物、接着剤組成物、粉体組成物等を挙げることができる。
本発明の樹脂中空粒子は、上述のとおり耐圧性に優れるものであるから、従来の樹脂中空粒子では十分に軽量化充填材としての性能を発揮することができなかった用途に対して利用することが期待される。そのような用途として、例えば、塗料組成物や接着剤組成物、等が挙げられる。
しかし、これらの無機系中空球を使用した場合であっても、バルーン自体の比重が高いため添加量を多くしないと低比重化が十分に達成されない、バルーン自体の硬さにより柔軟性等の塗膜に必要な物性が失われる、ホースやノズル等の生産設備を損傷する、バルーンが無機材料であるため塗料や接着剤の主成分である樹脂との親和性に欠け、外部応力を受けるとバルーン材表面と樹脂との界面に剥離が発生し塗膜の強度が低下する、といった問題が存在する。このような問題を抱えつつも、一部の用途において無機系中空球が使用されているのが現状である。したがって、本発明の樹脂中空粒子は、こういった用途におけるガラスバルーンやシラスバルーンの代替としての役割が期待される。
可塑剤としては、ジオクチルフタレート、ジイソブチルフタレート、ジイソノニルフタレート等のフタル酸系可塑剤、ジオクチルアジペート等のアジピン酸系可塑剤が挙げられる。
プラスチゾルは、樹脂及び可塑剤以外の成分として、充填材、着色剤、塗装作業性を改善するための高沸点有機溶剤、塗膜の接着性を高めるための接着剤等を含んでいてもよい。充填材としては、炭酸カルシウム、タルク、酸化チタン、亜鉛華、クレー、カオリン、シリカ、アルミナ等が挙げられ、着色剤としては、カーボンブラック、酸化チタン等が挙げられる。接着剤としては、例えば、ポリアミン、ポリアミド、ポリオール等から選ばれる1種以上と、オキシム、ラクタム等の適当なブロック剤により末端のNCO基がブロックされたポリイシソアネートプレポリマーとの混合物が挙げられる。
これらの成分の含有割合は、塗料の要求特性に応じて適宜選定されるものであり、種々の割合である。
接着成分は、物体と物体間を接着させることができる成分であれば、特に限定はないが、1液タイプのポリウレタン接着成分、2液タイプのポリウレタン接着成分、1液タイプの変性シリコーン接着成分、2液タイプの変性シリコーン接着成分、1液タイプのポリサルファイド接着成分、2液タイプのポリサルファイド接着成分、アクリル接着成分等が挙げられる。
本発明の成形物では、軽量性、多孔性、吸音性、断熱性、低熱伝導性、低誘電率化、意匠性、衝撃吸収性、強度、チッピング性、等の諸物性が効率的に向上している。また、これら以外に得られる効果として、ヒケやソリに対する安定化、成形収縮率の低減、寸法安定性等も期待される。
以下の製造例、実施例および比較例で挙げた熱膨張性微小球、樹脂中空粒子、微粒子付着樹脂中空粒子及び湿粉状樹脂中空粒子について、次に示す要領で物性を測定し、さらに性能を評価した。
測定装置として、日機装株式会社のマイクロトラック粒度分布計(型式9320−HRA)を使用し、体積基準測定によるD50値を平均粒子径とした。
レーザー回折式粒度分布測定装置(マスタサイザー3000(Malvern))を使用し、乾式測定法により測定した。平均粒子径は体積基準測定によるD50値を採用した。
なお、オイル湿化樹脂中空粒子については、前処理として、液状有機化合物を洗い流す洗浄工程を数回繰り返し、液状有機化合物を洗い流し、乾燥処理を行い、得られた樹脂中空粒子について平均粒子径を測定した。例えば、液状有機化合物が鉱物油やジイソノニルフタレート等である場合、アルコール、エーテル、ヘキサンなどの有機溶剤を使用する。ただし、有機溶剤としては、樹脂中空粒子の外殻部の熱可塑性樹脂を溶解又は膨潤しないものを使用する。
また、水湿化樹脂中空粒子については、これを乾燥して得られた樹脂中空粒子について平均粒子径を測定した。
熱膨張性微小球の真比重(d1)は、以下の測定方法で測定した。
真比重は環境温度25℃、相対湿度50%の雰囲気下においてイソプロピルアルコールを用いた液浸法(アルキメデス法)により測定した。
具体的には、容量100ccのメスフラスコを空にし、乾燥後、メスフラスコ重量(WB1(g))を秤量した。秤量したメスフラスコにイソプロピルアルコールをメニスカスまで正確に満たした、イソプロピルアルコール100ccの充満されたメスフラスコの重量(WB2(g))を秤量した。
また、容量100ccのメスフラスコを空にし、乾燥後、メスフラスコ重量(WS1(g))を秤量した。秤量したメスフラスコに約50ccの含水率が1%未満に調整された熱膨張性微小球を充填し、熱膨張性微小球の充填されたメスフラスコの重量(WS2(g))を秤量した。そして、熱膨張性微小球の充填されたメスフラスコに、イソプロピルアルコールを気泡が入らないようにメニスカスまで正確に満たした後の重量(WS3(g))を秤量した。そして、得られたWB1、WB2、WS1、WS2及びWS3を下式に導入して、熱膨張性微小球の真比重(d1)を求めた。
d1={(WS2−WS1)×(WB2−WB1)/100}/{(WB2−WB1)−(WS3−WS2)}
上記熱膨張性微小球の真比重(d1)の測定において、熱膨張性微小球の代わりに樹脂中空粒子を用いる以外は上記熱膨張性微小球の真比重(d1)の測定と同様にして、樹脂中空粒子の真比重(d2)を測定した。
微粒子付着樹脂中空粒子中の樹脂中空粒子の真比重(d3)は、以下のようにして測定した。
まず、前処理として、微粒子付着樹脂中空粒子から微粒子を洗い流す操作を行った。具体的には、微粒子付着樹脂中空粒子と、水と、さらに必要に応じて酸又は塩基とを混合し、これを攪拌することにより、微粒子を分解又は洗い流した。ついで、これをろ過することにより固液分離した。この操作を数回繰り返すことにより、微粒子付着樹脂中空粒子から微粒子が取り除かれた樹脂中空粒子を得た。例えば、微粒子が炭酸カルシウムや水酸化マグネシウムである場合、塩酸等で洗浄後、さらに水洗工程を数回繰り返すことにより微粒子を付着しない樹脂中空粒子を取り出すことができる。
次に、得られた樹脂中空粒子を乾燥して、含水率を1%未満に調整した(その灰分を分析し、5重量%未満であることを確認した)。そして、この樹脂中空粒子について、上記で説明した樹脂中空粒子の真比重(d2)の測定と同様にして、真比重(d3)を測定した。
オイル湿化樹脂中空粒子中の樹脂中空粒子の真比重(d4)は、以下のようにして測定した。
まず、前処理として、液状有機化合物を有機溶剤で洗い流す工程を数回繰り返した。例えば、液状有機化合物が鉱物油やジイソノニルフタレート等である場合、アルコール、エーテル、ヘキサンなどの有機溶剤を使用する。ただし、有機溶剤としては、樹脂中空粒子の外殻部の熱可塑性樹脂を溶解又は膨潤しないものを使用する。このようにして、液状有機化合物が取り除かれた樹脂中空粒子を得た。洗浄し得られた樹脂中空粒子をガスクロマトグラフィーにて分析し、液状有機化合物の残渣が0.5重量%未満であることを確認した。
次いで、得られた樹脂中空粒子を乾燥して、含水率を1%未満に調整した。そして、この樹脂中空粒子について、上記で説明した樹脂中空粒子の真比重(d2)の測定と同様にして、真比重(d4)を測定した。
水湿化樹脂中空粒子中の樹脂中空粒子の真比重(d5)は、以下のようにして測定した。
まず、水湿化樹脂中空粒子を乾燥し、含水率が1%未満となるよう調整した。そして、得られた樹脂中空粒子について、上記で説明した樹脂中空粒子の真比重(d2)の測定と同様にして、真比重(d5)を測定した。
測定装置として、カールフィッシャー水分計(MKA−510N型、京都電子工業株式会社製)を用いて測定した。熱膨張性微小球及び樹脂中空粒子の含水率(重量%)を、それぞれCw1及びCw2とした。
Cw1:熱膨張性微小球の含水率(重量%)
Cw2:樹脂中空粒子の含水率(重量%)
含水率0〜2重量%に調整された乾燥した熱膨張性微小球1.0gを直径80mm、深さ15mmのステンレス製蒸発皿に入れ、その重量(W1(g))を測定した。アセトニトリルを30ml加え均一に分散させ、24時間室温で放置した後に、130℃で2時間減圧乾燥後の重量(W2(g))を測定した。
熱膨張性微小球の発泡剤の内包率(C1)は、下記の式により計算される。
C1(重量%)=100×{100×(W1−W2)/1.0−Cw1}/(100−Cw1)
(式中、熱膨張性微小球の含水率Cw1は、上記方法で測定される。)
含水率1%未満に調整された樹脂中空粒子W3(g)を直径80mm、深さ15mmのステンレス製蒸発皿に入れ、その重量(W4(g))を測定した。ここで、通常、W3(g)は0.2〜0.5g程度の値である。アセトニトリルを30mL加え均一に分散させ、30分間室温で放置した後に、130℃で2時間加熱乾燥後の重量(W5(g))を測定した。
樹脂中空粒子の発泡剤の内包率(C2)は、下記の式により計算される。
C2(重量%)=100×{100×(W4−W5)/W3−Cw2}/(100−Cw2)
(式中、樹脂中空粒子の含水率CW2は、上記方法で測定される。)
微粒子付着樹脂中空粒子中の樹脂中空粒子の発泡剤の内包率(C3)は、以下のようにして測定した。
まず、前処理として、微粒子付着樹脂中空粒子から微粒子を洗い流す操作を行った。具体的には、微粒子付着樹脂中空粒子と、水と、さらに必要に応じて酸又は塩基とを混合し、これを攪拌することにより、微粒子を分解又は洗い流した。ついで、これをろ過することにより固液分離した。この操作を数回繰り返すことにより、微粒子付着樹脂中空粒子から微粒子が取り除かれた樹脂中空粒子を得た。
次に、得られた樹脂中空粒子を乾燥して、含水率を1%未満に調整した(その灰分を分析し、5重量%未満であることを確認した)。そして、この樹脂中空粒子について、上記で説明した樹脂中空粒子の発泡剤の内包率(C2)の測定と同様の方法で、発泡剤の内包率(C3)を測定した。
オイル湿化樹脂中空粒子中の樹脂中空粒子の発泡剤の内包率(C4)は、以下のようにして測定した。
まず、前処理として、液状有機化合物を有機溶剤で洗い流す工程を数回繰り返した。例えば、液状有機化合物が鉱物油やジイソノニルフタレート等である場合、アルコール、エーテル、ヘキサンなどの有機溶剤を使用する。ただし、有機溶剤としては、樹脂中空粒子の外殻部の熱可塑性樹脂を溶解又は膨潤しないものを使用する。このようにして、液状有機化合物が取り除かれた樹脂中空粒子を得た(洗浄し得られた樹脂中空粒子をガスクロマトグラフィーにて分析し、液状有機化合物の残渣が0.5重量%未満であることを確認した)。
次いで、得られた樹脂中空粒子を乾燥して、含水率を1%未満に調整した。そして、この樹脂中空粒子について、上記で説明した樹脂中空粒子の発泡剤の内包率(C2)の測定と同様の方法で、発泡剤の内包率(C4)を測定した。
水湿化樹脂中空粒子中の樹脂中空粒子の発泡剤の内包率(C5)は、以下のようにして測定した。
まず、水湿化樹脂中空粒子を乾燥し、含水率が1%未満となるよう調整した。そして、得られた樹脂中空粒子について、上記で説明した樹脂中空粒子の発泡剤の内包率(C2)の測定と同様の方法で、発泡剤の内包率(C5)を測定した。
乾燥した試料Wp(g)をるつぼに入れ、電熱器にて加熱を行い、700℃で30分間強熱して灰化させ、得られた灰化物Wq(g)を重量測定する。試料の灰分CA(重量%)は、Wp(g)およびWq(g)から下記式によって算出される。
CA(重量%)=(Wq/Wp)×100
ここで、上記試料として、熱膨張性微小球、樹脂中空粒子又は微粒子付着樹脂中空粒子をそれぞれ用いて、灰分の測定を行った。また、灰分の測定には、含水率1%以下である試料を用いた。
測定装置として熱量計測定装置(TA Instruments社製、TGA Q500)を使用する。樹脂中空粒子W9(g)を500μLのセラミックパンに入れ、25℃から50℃まで10℃/minの昇温速度で加熱し、樹脂中空粒子に含まれる水分を除去するため、50℃で30min保持して重量変化が恒常的であることを確認し、W0(g)を測定した。50℃から350℃まで10℃/minの昇温速度で加熱し、W0(g)を基準として、0.5重量%減少した温度を発泡剤漏えい開始温度(TR(℃))と定義した。
微粒子付着樹脂中空粒子については、まず、前処理として、微粒子付着樹脂中空粒子から微粒子を洗い流す操作を行った。具体的には、微粒子付着樹脂中空粒子と、水と、さらに必要に応じて酸又は塩基とを混合し、これを攪拌することにより、微粒子を分解又は洗い流した。ついで、これをろ過することにより固液分離した。この操作を数回繰り返すことにより、微粒子付着樹脂中空粒子から微粒子が取り除かれた樹脂中空粒子を得た。
次に、得られた樹脂中空粒子を乾燥して、含水率を1%未満に調整した(その灰分を分析し、5重量%未満であることを確認した)。そして、この得られた樹脂中空粒子について、上記と同様にして発泡剤漏えい開始温度を測定した。
オイル湿化樹脂中空粒子については、前処理として、液状有機化合物を洗い流す洗浄工程を数回繰り返し、液状有機化合物を洗い流し、乾燥処理を行った(洗い流され得られた樹脂中空粒子をガスクロマトグラフィーにて分析し、液状有機化合物の残渣が0.5重量%未満であることを確認した。)。そして、得られた樹脂中空粒子について、上記と同様にして発泡剤漏えい開始温度を測定した。
水湿化樹脂中空粒子については、前処理として、40℃以下の環境下において乾燥を実施し、含水率を1%以下に調整し、得られた樹脂中空粒子について、上記と同様にして発泡剤漏えい開始温度を測定した。
測定装置として、DMA(DMA Q800型、TA instruments社製)を使用した。熱膨張性微小球0.5mgを直径6.0mm(内径5.65mm)、深さ4.8mmのアルミカップに入れ、熱膨張性微小球層の上部にアルミ蓋(直径5.6mm、厚み0.1mm)をのせて試料を準備した。その試料に上から加圧子により0.01Nの力を加えた状態でサンプル高さを測定した。加圧子により0.01Nの力を加えた状態で、20℃から300℃まで10℃/minの昇温速度で加熱し、加圧子の垂直方向における変位量を測定した。正方向への変位開始温度を熱膨張性微小球の膨張開始温度(Ts1)とし、最大変位量(Hmax)を示したときの温度を熱膨張性微小球の最大膨張温度(Tmax1)とした。
樹脂中空粒子中の発泡剤に占める25℃における蒸気圧が100kPaを超える有機化合物の重量割合は、ガスクロマトグラフィー ヘッドスペース法により、以下のようにして測定した。
バイアル瓶に0.01−0.10g程度の樹脂中空粒子を秤取し、N,N−ジメチルホルムアミドを0.1g程度添加後、素早く密封した。ついで、密封されたバイアル瓶を140℃で1時間保温した後、気相(ヘッドスペース)をガスタイトシリンジで採取し、これをGC(GCカラム:RESTEK社製Rxi−624Sil MS(長さ30m、内径0.32mm、膜厚1.8μm))に導入することにより、発泡剤に占める25℃における蒸気圧が100kPaを超える有機化合物の重量割合を測定した。標準試料としては、ノルマルヘキサンを採用した。
なお、微粒子付着樹脂中空粒子、湿粉状樹脂中空粒子については、以下のようにして測定を行った。
微粒子付着樹脂中空粒子については、前処理として、微粒子付着樹脂中空粒子と、水と、さらに必要に応じて酸又は塩基とを混合し、これを攪拌することにより、微粒子付着樹脂中空粒子から微粒子を取り除く操作を行った。次に、得られた樹脂中空粒子を乾燥して、含水率を1%未満に調整した(その灰分を分析し、5重量%未満であることを確認した)。そして、この樹脂中空粒子について、上記と同様にして、ヘッドスペース法による測定を行った。
オイル湿化樹脂中空粒子については、前処理として、液状有機化合物を洗い流す洗浄工程を数回繰り返し、液状有機化合物を洗い流し、乾燥処理を行った。そして、得られた樹脂中空粒子について、上記と同様にして、ヘッドスペース法による測定を行った(液状有機化合物の残渣が0.5重量%未満であることを、この測定により同時に確認した)。
水湿化樹脂中空粒子については、40℃以下の環境下において、乾燥を実施し、含水率を1%以下に調整し、得られた樹脂中空粒子について、上記と同様にして、ヘッドスペース法による測定を行った。
塩化ビニル樹脂56重量部、可塑剤としてジイソノニルフタレート92重量部及び充填剤としての炭酸カルシウム52重量部を配合して塩化ビニルペーストを作製した。作製した塩化ビニルペーストの比重は1.3であった。この塩化ビニルペーストに樹脂中空粒子、微粒子付着樹脂中空粒子又はオイル湿化樹脂中空粒子を所定量配合し、脱泡を実施し、比重1.0の塩化ビニル系コンパウンドとした。塩化ビニル系コンパウンドの比重が1.0であることを、JIS K−5600に基づき比重カップを用いて確認した。
これとは別に、アクリル樹脂エマルジョン(50%)135重量部、及び、充填剤としての炭酸カルシウム65重量部を配合してアクリルペーストを作製した。作製したアクリルペーストの比重は1.3であった。このアクリルペーストに水湿化樹脂中空粒子を所定量配合し、脱泡を実施し、比重1.0のアクリル系コンパウンドとした。アクリル系コンパウンドの比重が1.0であることを、JIS K−5600に基づき比重カップを用いて確認した。
上記で調製した塩化ビニル系又はアクリル系コンパウンドを耐圧容器に約180ml注入し、加圧プレス器を使用して、(i)10MPaで1時間、(ii)20MPaで1時間、(iii)20MPaで24時間、又は(iv)30MPaで1時間、の各条件下で加圧し、取り出した加圧後のコンパウンドを攪拌脱泡機にて脱泡し、コンパウンド比重を50mlの比重カップを用いて測定した。これにより、樹脂中空粒子の耐圧性を評価した。
また加圧後のコンパウンドを光学顕微鏡で観察し、樹脂中空粒子の状態を確認した。
イオン交換水500部に、塩化ナトリウム126部を溶解させ、ポリビニルピロリドン0.45部、カルボキシメチル化ポリエチレンイミン・Na塩0.1部およびコロイダルシリカ(有効濃度20%)60部を添加し、pHを2.8〜3.2に調整して水性分散媒を調製した。
アクリロニトリル153部、メタクリロニトリル53部、メチルメタクリレート14部、ジエチレングリコールジメタクリレート2部、トリメチロールプロパントリメタクリレート1.3部、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート3部、イソブタン29部を混合、溶解し油性混合物とした。
水性分散媒と油性混合物を混合し、得られた混合液をホモミキサー(プラミクス社製、TKホモミキサー)により回転数10000rpmで1分間分散して、懸濁液を調製した。この懸濁液を容量1.5リットルの加圧反応容器に移して窒素置換をしてから反応初期圧0.35MPaにし、80rpmで攪拌しつつ重合温度60℃で20時間重合反応した。重合後、生成物を濾過、乾燥し、熱膨張性微小球1を得た。得られた熱膨張性微小球の物性は表1に示す。
製造例2〜9、製造比較例10〜15、24及び製造例16〜23では、製造例1において、表1〜表3に示すように反応条件をそれぞれ変更する以外は、製造例1と同様にして、熱膨張性微小球2〜24を得た。更にその物性を評価し、表1〜表3に示した。
実施例1〜4、14〜16及び比較例1、6、7では、乾式加熱膨張法により、それぞれ表4〜表6に示す熱膨張性微小球を加熱させて、樹脂中空粒子を製造した。
乾式加熱膨張法として特開2006−213930号公報に記載されている内部噴射方法を採用した。具体的には、図3に示す発泡工程部を備えた製造装置を用いて、以下の手順で熱膨張性微小球を加熱膨張させて、樹脂中空粒子を製造した。
図3に示すとおり、発泡工程部は、出口に分散ノズル(11)を備え且つ中央部に配置された気体導入管(番号表記せず)と、分散ノズル(11)の下流部に設置された衝突板(12)と、気体導入管の周囲に間隔を空けて配置された過熱防止筒(10)と、過熱防止筒(10)の周囲に間隔を空けて配置された熱風ノズル(8)とを備える。この発泡工程部において、気体導入管内の矢印方向に熱膨張性微小球を含む気体流体(13)が流されており、気体導入管と過熱防止筒(10)との間に形成された空間には、熱膨張性微小球の分散性の向上及び気体導入管と衝突板の過熱防止のための気体流(14)が矢印方向に流されており、さらに、過熱防止筒(10)と熱風ノズル(8)との間に形成された空間には、熱膨張のための熱風流が矢印方向に流されている。ここで、熱風流(15)と気体流体(13)と気体流(14)とは、通常、同一方向の流れである。過熱防止筒(10)の内部には、冷却のために、冷媒流(9)が矢印方向に流されている。
(製造装置の操作)
噴射工程では、熱膨張性微小球を含む気体流体(13)を、出口に分散ノズル(11)を備え且つ熱風流(15)の内側に設置された気体導入管に流し、気体流体(13)を前記分散ノズル(11)から噴射させる。
分散工程では、気体流体(13)を分散ノズル(11)の下流部に設置された衝突板(12)に衝突させ、熱膨張性微小球が熱風流(15)中に万遍なく分散するように操作される。ここで、分散ノズル(11)から出た気体流体(13)は、気体流(14)とともに衝突板(12)に向かって誘導され、これと衝突する。
膨張工程では、分散した熱膨張性微小球を熱風流(15)中で膨張開始温度以上に加熱して膨張させる。その後、得られた樹脂中空粒子を冷却部分に通過させる等して回収する。
実施例1では、図3に示す製造装置を用い、膨張条件として、原料供給量0.8kg/min、原料分散気体量0.35m3/min、熱風流量8.0m3/min、熱風温度290℃に設定し、樹脂中空粒子1を得た。得られた樹脂中空粒子1の真比重は0.03であった。発泡剤の内包率(C2)は10.1%であった。
実施例2では熱風温度280℃、実施例3は熱風温度275℃、実施例4は熱風温度280℃、実施例14は熱風温度260℃、実施例15は熱風温度270℃、実施例16は熱風温度270℃、比較例1は熱風温度280℃、比較例6は285℃、比較例7は270℃の条件で実施した。得られた樹脂中空粒子の物性は表4〜表6に示す。
実施例7〜9及び比較例5では、まず、表4及び表5に示す熱膨張性微小球を用いて、実施例1と同様の方法でそれぞれ樹脂中空粒子を製造した。ついで、表4及び表5に示す配合に従い、得られた樹脂中空粒子と、液状有機化合物又は水とを混練することにより、湿粉状樹脂中空粒子を得た。また、得られた湿粉状樹脂中空粒子の5箇所からサンプリングし、固形分にムラがないことを確認した。
実施例5では、40部の製造例3で得られた熱膨張性微小球3と、60部の炭酸カルシウム(備北粉化工業株式会社製のホワイトンSB赤;レーザー回折法による平均粒子径約1.8μm)とを、セパラブルフラスコに添加して混合し、次いで、この混合物を攪拌しながら5分間かけて加熱温度150℃まで昇温して、微粒子付着樹脂中空粒子5を得た。得られた微粒子付着樹脂中空粒子5の真比重は0.18であり、樹脂中空粒子の真比重は0.075であった。発泡剤の内包率(C3)は8.1%であった。
実施例6、10〜13、17〜22及び比較例2〜4では、実施例5と同様の方法で、それぞれ表4〜表6に示す配合に従い、微粒子付着樹脂中空粒子を製造した。なお、加熱温度について、実施例6では148℃、実施例10では152℃、実施例11では156℃、実施例12では145℃、実施例13では150℃、実施例17では145℃、実施例18では145℃、実施例19では150℃、実施例20では165℃、実施例21では170℃、実施例22では174℃、比較例2では150℃、比較例3では145℃、比較例4では153℃の条件で製造した。得られた微粒子付着樹脂中空粒子の物性は表4〜表6に示す。
塩化ビニル樹脂(ZEST−P−21)56部、ジイソノニルフタレート92部及び炭酸カルシウム52部を配合してなる塩化ビニルペースト(比重1.3)に、実施例1で得られた樹脂中空粒子1を1.43部添加し混練後、攪拌脱泡機にて脱泡し、塩化ビニル系コンパウンドとした。得られたコンパウンドの比重は1.0であった。
ついで、得られたコンパウンドについて、上記で説明した要領に従い、耐圧性の評価を行った。結果を表7に示す。本発明の樹脂中空粒子は、耐圧性に優れるため加圧前後でのコンパウンドの比重変化が小さい。
評価2〜8、10〜28では、コンパウンドの原料を表7〜表9に示すものに変更する以外は、評価1と同様にして、耐圧性の評価を実施した。
アクリル樹脂エマルジョン(50%)135部及び炭酸カルシウム65部を配合してなるアクリルペースト(比重1.3)に、実施例9で得られた湿粉状樹脂中空粒子9を13.79部添加し混練後、攪拌脱泡機にて脱泡し、アクリル系コンパウンドとした。得られたアクリル系コンパウンドの比重は1.0であった。
ついで、得られたコンパウンドについて、上記で説明した要領に従い、耐圧性の評価を行った。結果を表7に示す。
一方、評価14〜19では、20MPaで1時間加圧後のコンパウンドの比重は全て1.3であり、軽量化材の効果が全く発揮されていなかった。評価14において、20MPaで1時間の条件で加圧した後のコンパウンドを光学顕微鏡で観察し、樹脂中空粒子の状態を確認した。結果を図5に示す。図5の画像からは、残存する樹脂中空粒子はほとんど確認できなかった。
表10に示す配合に従い、5種類の硬化性組成物を調製した。
具体的な手順としては、まず、カネカMSポリマーS203 100重量部、ジイソノニルフタレート60重量部、炭酸カルシウム120重量部、チキソ付与剤として楠本化成社製ディスパロン6500 2重量部をプラネタリーミキサーで十分に混練した。次いで、これに表10に示す軽量化材、硬化触媒としてジブチル錫ビスアセチルアセトナート1重量部を加えて混練し、容量330mlの密閉容器に充填して硬化性組成物を得た。
この硬化性組成物の比重、スプリングバック評価を下記の方法で実施した。
50mlの比重カップを用いて、硬化性組成物を空気が入らないように充填し、硬化性組成物の比重を測定した。
専用のガンを用いて、330ml容積のカートリッジから硬化性組成物を約4cm押出し、すぐにガンの押し出しを止めてカートリッジから吐出された硬化性組成物を取り除く。3秒後、カートリッジを立てかけて、ノズルの先から排出された硬化性組成物をそれ以上出て来なくなるまで採取し、計量した。この作業を各サンプル2回繰り返した。
排出された硬化性組成物の重量から以下指標でスプリングバック性を評価した。
排出された硬化性組成物重量≦0.3g:○
0.3g<排出された硬化性組成物重量:×
結果を表10に示す。
本発明の樹脂中空粒子は、従来の樹脂中空粒子と比較して、高圧環境下に置かれた場合に生じる粒子の破壊や凹みの程度が大幅に改善されており、その利用価値は極めて大きい。本発明の樹脂中空粒子は、例えば、自動車用ボディーシーラー、自動車用アンダーボディーコーティング材、自動車用塗布型制振材、建築物用シーリング材等の用途に好適に使用することができる。
本発明によれば、樹脂中空粒子の使用用途の拡大に貢献できるという顕著な効果が得られる。
2 中空部
3 微粒子(吸着された状態)
4 微粒子(めり込み、固定された状態)
5 微粒子付着樹脂中空粒子
8 熱風ノズル
9 冷媒流
10 過熱防止筒
11 分散ノズル
12 衝突板
13 熱膨張性微小球を含む気体流体
14 気体流
15 熱風流
1)前記非架橋性単量体がニトリル系単量体を含み、前記非架橋性単量体に占める前記ニトリル系単量体の重量割合が70〜99.8重量%である。
2)前記ニトリル系単量体がアクリロニトリルを含み、前記非架橋性単量体に占める前記アクリロニトリルの重量割合が60〜93重量%である。
3)前記ニトリル系単量体がアクリロニトリル及びメタクリロニトリルを含み、その重量比(アクリロニトリル:メタクリロニトリル)が65:35〜99:1である。
4)前記非架橋性単量体がアクリロニトリル及びメチルメタクリレートを含み、前記非架橋性単量体に占めるアクリロニトリル及びメチルメタクリレートの合計の重量割合が90〜100重量%である。
5)前記発泡剤の漏えい開始温度が110℃以上である。
Claims (12)
- 熱可塑性樹脂からなる外殻部と、この外殻部に囲まれた中空部とから構成された樹脂中空粒子であって、
前記熱可塑性樹脂が、重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上有する架橋性単量体を0.6〜3.0重量%及び重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に1個有する非架橋性単量体を97〜99.4重量%の割合で含む重合性成分の重合体であり、
前記樹脂中空粒子が発泡剤を含有し、前記発泡剤に占める25℃における蒸気圧が100kPaを超える有機化合物の重量割合が50〜100重量%であり、
前記発泡剤の内包率が3〜13重量%である、
樹脂中空粒子。 - 前記非架橋性単量体がニトリル系単量体を含み、前記非架橋性単量体に占める前記ニトリル系単量体の重量割合が70〜99.8重量%である、請求項1に記載の樹脂中空粒子。
- 前記非架橋性単量体に占めるアクリロニトリルの重量割合が60〜93重量%である、請求項2に記載の樹脂中空粒子。
- 前記ニトリル系単量体がアクリロニトリル及びメタクリロニトリルを含み、その重量比(アクリロニトリル:メタクリロニトリル)が65:35〜99:1である、請求項2又は3に記載の樹脂中空粒子。
- 前記非架橋性単量体がアクリロニトリル及びメチルメタクリレートを含み、前記非架橋性単量体に占めるアクリロニトリル及びメチルメタクリレートの合計の重量割合が90〜100重量%である、請求項2又は3に記載の樹脂中空粒子。
- 発泡剤漏えい開始温度が110℃以上である、請求項1〜5のいずれかに記載の樹脂中空粒子。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の樹脂中空粒子と、前記樹脂中空粒子の外殻部の外表面に付着した微粒子とからなる、微粒子付着樹脂中空粒子。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の樹脂中空粒子と、液状有機化合物又は水とを含む、湿粉状樹脂中空粒子。
- 重合性成分及び発泡剤を含有する油性混合物を水性分散媒中に分散させ、前記重合性成分を重合させて熱膨張性微小球を得る工程1と、前記工程1で得られた熱膨張性微小球を加熱膨張させる工程2とを含む樹脂中空粒子の製造方法であって、
前記工程1において、前記重合性成分が、重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に2個以上有する架橋性単量体を0.6〜3.0重量%及び重合性炭素−炭素二重結合を1分子中に1個有する非架橋性単量体を97.0〜99.4重量%の割合で含み、前記重合性成分100重量部に対する前記発泡剤の量が4〜15重量部であり、前記発泡剤に占める25℃における蒸気圧が100kPaを超える有機化合物の重量割合が50〜100重量%である、樹脂中空粒子の製造方法。 - 前記工程1で得られる熱膨張性微小球の真比重が1.02〜1.3である、請求項9に記載の樹脂中空粒子の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の樹脂中空粒子、請求項7に記載の微粒子付着樹脂中空粒子及び請求項8に記載の湿粉状樹脂中空粒子から選ばれる少なくとも1種と、基材成分とを含む、組成物。
- 請求項11に記載の組成物を成形してなる、成形物。
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