JPWO2018180966A1 - マイクロカプセル及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

溶解度パラメータが8(cal/cm3)1/2以上10(cal/cm3)1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である溶媒を内包したマイクロカプセル及びその製造方法である。

Description

本開示は、マイクロカプセル及びその製造方法に関する。
近年、マイクロカプセルは、香料、染料、蓄熱材、医薬品成分などの機能性材料を内包して保護すること、及び機能性材料を刺激に応答して放出させることなどの点で、新たな価値を提供できることから注目されてきている。
マイクロカプセルは、乳化剤を含む水相に、機能性材料、機能性材料を溶解する溶媒、及びシェル材を含む油相を添加して乳化させた後、界面重合法等によりシェルを形成し、機能性材料及び溶媒をシェルで内包することにより製造するのが一般的である。
そのようなマイクロカプセルの製造方法としては、例えば、特開2007−187691号公報には、「微粒子を分散した油溶性溶媒と水溶性溶媒との界面で重合性モノマーがラジカル重合反応させてカプセル壁を形成して微粒子内包マイクロカプセルとした後、100Pa以下に減圧する減圧工程により前記油溶性溶媒が除去される微粒子内包中空マイクロカプセルの製造方法であって、前記油溶性溶媒の溶解度パラメータが7〜10[cal/cm1/2であることを特徴とする微粒子内包中空マイクロカプセルの製造方法」が開示されている。
また、例えば、特表2003−525257号公報には、平均粒径が150nm未満のナノカプセルに関する開示がある。
マイクロカプセルは、粒径分布が単分散である(すなわち、粒径分布が狭い)ほど、発現する機能の制御が容易であるため好ましいが、単分散性を高めるには、特殊な乳化設備が必要という問題が存在する。
特開2007−187691号公報記載のマイクロカプセルの製造方法では、油溶性溶媒の分子量が小さいため、乳化工程及び重合工程を含む製造工程で溶媒が揮発しやすい。そのため、マイクロカプセルに内包される芯物質の量がカプセルごとに異なってしまい、単分散性が高いマイクロカプセルは得られない。
また、マイクロカプセルの製造において、溶媒の溶解度パラメータ(以下、SP値ともいう)が大きい(すなわち、親水性が大きい)場合、油相と水相とが混合しやすくなり、生成されるマイクロカプセルの単分散性は低くなる(すなわち、粒径分布は広くなる)。
他方、マイクロカプセルの製造において、溶媒のSP値が小さい(すなわち、疎水性が大きい)場合、油相と水相とから形成される乳化物が水中で不安定となるため、乳化物同士の合一が起こりやすく、単分散性が高いマイクロカプセルは得られない。
したがって、本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、単分散性が高いマイクロカプセルを提供することにある。また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、特殊な乳化設備を使用せずに単分散性が高いマイクロカプセルを製造する方法を提供することにある。
上記の課題を達成するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
<1> 溶解度パラメータが8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である溶媒を内包したマイクロカプセルである。
<2> 溶媒が、ポリオールと脂肪酸とが縮合したエステルである、<1>に記載のマイクロカプセルである。
<3> ポリオールが、1分子あたり3個以上の水酸基を有する、<2>に記載のマイクロカプセルである。
<4> ポリオールが、ポリグリセリンである、<3>に記載のマイクロカプセルである。
<5> 脂肪酸が、炭素数2〜30の脂肪酸である、<2>〜<4>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルである。
<6> 体積標準のメジアン径が、1μm〜50μmである、<1>〜<5>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルである。
<7> 粒径分布の変動係数が40%以下である、<1>〜<6>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルである。
<8> 溶解度パラメータが8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である溶媒と、シェル材と、を含む油相を、乳化剤を含む水相に分散させて乳化液を調製する工程と、シェル材を油相と水相との界面で重合させてシェルを形成し、溶媒を内包するマイクロカプセルを形成する工程と、を含む、マイクロカプセルの製造方法である。
<9> 溶媒が、ポリオールと脂肪酸とが縮合したエステルである、<8>に記載のマイクロカプセルの製造方法である。
<10> ポリオールが、1分子あたり3個以上の水酸基を有する、<9>に記載のマイクロカプセルの製造方法である。
<11> ポリオールが、ポリグリセリンである、<10>に記載のマイクロカプセルの製造方法である。
<12> 脂肪酸が、炭素数2〜30の脂肪酸である、<9>〜<11>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルの製造方法である。
<13> マイクロカプセルの体積標準のメジアン径が、1μm〜50μmである、<8>〜<12>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルの製造方法である。
<14> 乳化剤の濃度が、乳化液の全質量に対し、0質量%超20質量%以下である、<8>〜<13>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルの製造方法である。
<15> 前記油相に更に補助溶媒を含む、<8>〜<14>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルの製造方法である。
<16> 粒径分布の変動係数が40%以下であるマイクロカプセルを製造する、<8>〜<15>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルの製造方法。
本発明の一実施形態によれば、単分散性が高いマイクロカプセルが提供される。また、本発明の他の実施形態によれば、特殊な乳化設備を使用せずに単分散性が高いマイクロカプセルを製造する方法が提供される。
本明細書において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
<マイクロカプセル>
本開示のマイクロカプセルは、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である溶媒を内包する。
マイクロカプセルは、シェル及びコアから構成される。
ここで、「シェル」とは、マイクロカプセルの壁をいう。シェルは、例えば、樹脂膜であってよく、好ましくは、ポリウレタン、ポリウレア、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ポリスチレン、スチレン−メタクリレート共重合体、スチレン−アクリレート共重合体、及びシラン架橋性樹脂のいずれか、又はこれらの任意の混合系から形成される。
また、「コア」とは、シェルに内包される部分をいう。本開示のマイクロカプセルのコアには、本開示の溶媒が含まれ、任意に、機能性材料、補助溶媒及び添加剤も含まれ得る。なお、本開示の溶媒、機能性材料、補助溶媒及び添加剤は、総称して「コア材」ということができる。
本開示のマイクロカプセルにおいて、「内包」するとは、より具体的には、マイクロカプセルのシェルに内包することを意味する。
本開示において、マイクロカプセルは、平均一次粒径が1μm以上1000μm未満であることが好ましい。マイクロカプセルの粒径は、任意の測定機器、例えばマイクロトラックMT3300EXII(日機装株式会社製)を用いて測定することができる。
マイクロカプセルは、粒径分布が単分散であるほど、発現する機能の制御が容易で好ましいが、そのような単分散化には、特殊な乳化設備が必要という問題があった。
これに対し、本開示では、マイクロカプセルのコアを構成する溶媒のSP値及び分子量を特定の範囲に限定することにより、単分散性が高いマイクロカプセルを得ることができ、マイクロカプセルの製造においては、特殊な乳化設備を使用せずに、単分散性が高いマイクロカプセルを製造することができる。
この理由は明らかではないものの、以下のように推察される。すなわち、油相を構成する溶媒のSP値を特定の範囲にすることで、水相との間に親水性疎水性と分子間力とのバランスが生じて乳化物の大きさが一定の範囲に保たれ、かつ、溶媒の分子量を特定の範囲にすることで、溶媒の揮発が抑制されて乳化物の大きさが一定の範囲に保たれることにより、単分散性が高いマイクロカプセルが形成されると考えられる。
シェルの厚さは、シェルの種類、マイクロカプセルの大きさなどの種々の条件によって異なり得るが、例えば、0.01μm〜2.0μmが好ましく、0.05μm〜2.0μmがより好ましく、0.10μm〜2.0μmが更に好ましい。シェルの厚さの範囲が0.01μm〜2.0μmであることにより、例えば、マイクロカプセルの刺激応答性などの機能が好ましく発現される。
シェルの厚さは、5個のマイクロカプセルの個々のシェルの厚み(μm)を走査型電子顕微鏡(SEM)により求めて平均した平均値をいう。
具体的には、マイクロカプセル液を任意の支持体上に塗布し、乾燥させて塗布膜を形成する。得られた塗布膜の断面切片を作製し、その断面をSEMを用いて観察し、任意の5個のマイクロカプセルを選択して、それら個々のマイクロカプセルの断面を観察してシェルの厚みを測定して平均値を算出することにより求められる。
マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、1μm〜50μmであることが好ましく、5μm〜30μmであることがより好ましく、10μm〜20μmであることが更に好ましい。マイクロカプセルの体積標準のメジアン径は、本開示の溶媒のSP値及び分子量の少なくとも一方を変更すること、分散の条件を変更することなどにより、好ましく制御することができる。
ここで、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)とは、マイクロカプセル全体を体積累計が50%となる粒子径を閾値に2つに分けた場合に、大径側と小径側での粒子の体積の合計が等量となる径をいう。
本開示において、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径は、マイクロトラックMT3300EXII(日機装株式会社製)を用いて測定される。
本開示のマイクロカプセルについて、「単分散性が高い」とは、粒径分布の範囲が狭い(すなわち、粒径のバラツキが少ない)ことを意味し、「単分散性が低い」とは、粒径分布の範囲が広い(すなわち、粒径のバラツキが多い)ことを意味する。
より具体的には、マイクロカプセルの単分散性の高低は、CV値(coefficient of variation;変動係数)を用いて表すことができる。ここで、CV値とは、下記式で求められる値である。
CV値(%)=(標準偏差/体積平均粒径)×100
CV値が低いほどマイクロカプセルの単分散性が高く、CV値が高いほどマイクロカプセルの単分散性が低いことが表される。
本開示において、体積平均粒径及び標準偏差は、マイクロトラックMT3300EXII(日機装株式会社製)を用いて算出される。
例えば、マイクロカプセルの「単分散性が高い」とは、マイクロカプセルの粒径分布のCV値が、好ましくは40%以下、より好ましくは35%以下、更に好ましくは30%以下、最も好ましくは25%以下であることをいうこともできる。CV値が上記範囲である場合、マイクロカプセルの粒径の単分散性が高いため、マイクロカプセルの取扱い、機能発現の制御などが容易になる。
マイクロカプセルの形態は、例えば、マイクロカプセル分散液、好ましくはマイクロカプセル水分散液の形態であってよい。
[溶媒]
本開示の溶媒は、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である。本開示の溶媒は、疎水性溶媒であり、本開示のマイクロカプセルのコアを形成する。本開示のマイクロカプセルは、本開示のSP値及び分子量を有する溶媒をシェルに内包したものであり、単分散性が高い。
(SP値)
SP値(Solubility Parameter;溶解度パラメータ)は、凝集エネルギー密度の平方根で定義される数値であり、極性の定量的表現とみなすことができる。SP値は、値が大きいほど親水的であることを示し、値が小さいほど疎水的であることを示す。本開示におけるSP値は、沖津法(沖津俊直著「日本接着学会誌」29(3)(1993))によって算出される数値であり、単位は「(cal/cm1/2」である。
SP値の単位は、「(cal/cm1/2」を使用するのが一般的であり、かつ、本開示においても使用しているが、「1(cal/cm1/2=2.046(MPa)1/2=2.046(J/cm1/2」の換算式を利用してSI単位系に換算することができる。
本開示の溶媒のSP値は、8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、好ましくは8.3(cal/cm1/2以上9.5(cal/cm1/2以下であり、より好ましくは8.5(cal/cm1/2以上9.5(cal/cm1/2以下である。
溶媒のSP値が、8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であると、油相と水相との間の親水性疎水性と分子間力とにバランスを生じて乳化物の大きさが一定の範囲に保たれ、マイクロカプセルの単分散性が高くなる。
(分子量)
本開示の溶媒の分子量は、425以上3000以下であり、好ましくは425以上2500以下であり、より好ましくは450以上2000以下であり、更に好ましくは1000以上1500以下である。
溶媒の分子量が425以上であると、マイクロカプセルのコアを形成する溶媒が製造過程で揮発し難くなり、生成されるマイクロカプセルの単分散性が高くなる。他方、溶媒の分子量が3000以下であると、油相が固化するなどの好ましくない状態を回避することができるため、生成されるマイクロカプセルの単分散性が高くなる。
溶媒は、コア材の全質量に対し、30質量%以上100質量%以下が好ましく、50質量%以上99質量%以下がより好ましく、60質量%以上95質量%以下が更に好ましい。
(ポリオールと脂肪酸とが縮合したエステル)
本開示の溶媒は、ポリオールと脂肪酸とが縮合したエステルであることが好ましい。このようなエステルは、分子量が425以上3000以下である場合に、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満となりやすい傾向があるため好ましい。
−ポリオール−
ポリオールは、1分子あたり2個以上の水酸基を有する任意の構造を有する分子である。ポリオールは、1分子あたり3個以上の水酸基を有することが好ましく、例えば、1分子あたり4個の水酸基を有してよく、1分子あたり8個の水酸基を有してもよい。このようなポリオールは、脂肪酸とエステルを形成することにより、分子量が425以上3000以下となる場合に、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満となりやすい傾向があるため好ましい。
ポリオールは、合成の又は天然のポリオールであってよく、直鎖状、分枝状又は環状の構造の分子であってよい。ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、ポリエチレングリコール(重合度は2、3、4、5、又は6以上であってよい。)、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール(重合度は2、3、4、5、又は6以上であってよい。)、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,3−ブチレングリコール、イソプレングリコール、1,2−ペンタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、グリセリン、ポリグリセリン(重合度は2、3、4、5、又は6以上であってよい。)、ペンタエリスリトール等が挙げられる。好ましくは、ポリオールは、ポリグリセリン(重合度は2、3、4、5、又は6以上であってよい。)である。
ポリオールは、その全ての水酸基が脂肪酸とエステルを形成していてもよく、又はその一部の水酸基のみが脂肪酸とエステルを形成していてもよいが、水酸基の存在は、SP値を大きくする傾向があるため、ポリオールの水酸基は、全てが脂肪酸とエステルを形成していることが好ましい。
ポリオールの各水酸基は、それぞれ独立に、炭素数が同じ脂肪酸とエステルを形成してよく、炭素数が異なる脂肪酸とエステルを形成してもよい。
−脂肪酸−
脂肪酸は、任意の炭素数の脂肪酸であってよい。脂肪酸としては、例えば、炭素数2〜30の脂肪酸が好ましく、炭素数2〜20の脂肪酸がより好ましく、炭素数6〜16の脂肪酸が更に好ましく、炭素数8〜12の脂肪酸が最も好ましい。このような脂肪酸は、ポリオールとエステルを形成することにより、分子量が425以上3000以下となる場合に、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満になりやすい傾向があるため好ましい。
脂肪酸は、直鎖状、分枝状又は環状の分子構造であってよく、飽和又は不飽和のいずれであってもよい。例えば、脂肪酸は、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、2−エチルヘキサン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、オレイン酸、バクセン酸、リノール酸、リノレン酸、エレオステアリン酸、アラキジン酸、ミード酸、アラキドン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、ネルボン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸等であってよい。
−エステル−
ポリオールと脂肪酸とが縮合したエステルは、例えば、エチレングリコールと炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、ポリエチレングリコール(重合度は2、3、4、5、又は6以上であってよい。)と炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、プロピレングリコールと炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、ポリプロピレングリコール(重合度は2、3、4、5、又は6以上であってよい。)と炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、ネオペンチルグリコールと炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、3−メチル−1,3−ブタンジオールと炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、1,3−ブチレングリコールと炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、イソプレングリコールと炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、1,2−ペンタンジオールと炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、1,2−ヘキサンジオールと炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、グリセリンと炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、ポリグリセリン(重合度は2、3、4、5、又は6以上であってよい。)と炭素数2〜30の脂肪酸とのエステル、ペンタエリスリトールと炭素数2〜30の脂肪酸とのエステルであってよい。上記炭素数2〜30の脂肪酸は、例えば、炭素数2〜20の脂肪酸、炭素数6〜16の脂肪酸、又は炭素数8〜12の脂肪酸であってもよい。
ポリオールと脂肪酸とが縮合したエステルは、例えば、オクタカプリル酸ポリグリセリル−6[例えば、日清オイリオ製のサラコス(登録商標)HG−8]、トリミリスチン、ジイソステアリン酸プロパンジオール[例えば、日清オイリオ製のサラコス(登録商標)PR−17]、ジラウリン酸プロピレングリコール[例えば、日本エマルジョン株式会社製のEMALEX(登録商標)PG−di−L]、トリ(カプリル酸/カプリン酸)グリセリル(「カプリル酸/カプリン酸」は、グリセリンの3個の水酸基に対し、カプリル酸又はカプリン酸のいずれかが結合していることを意味する。)[例えば、日清オイリオ製のスコレー(登録商標)8]、若しくはテトラエチルヘキサン酸ペンタエリスリチル[日清オイリオ製のサラコス(登録商標)5408]、又はこれらの任意の組み合わせであることが好ましい。
本開示の溶媒として好ましいエステルの具体例には、下記の化合物が含まれる。
本開示の溶媒の含有量は、例えば、コア材の全質量に対し、30質量%〜99.9質量%が好ましく、50質量%〜97質量%がより好ましく、60質量%〜95質量%が更に好ましい。
マイクロカプセルは、本開示の溶媒を内包し、かつ、任意で、機能性材料、補助溶媒、及び添加剤の少なくとも1つを更に内包することができる。
(機能性材料)
本開示の機能性材料は、必要に応じて、マイクロカプセルに内包することができる。機能性材料は、マイクロカプセルに内包されることで、外部環境から保護することができ、また、特定の刺激(例えば、応力、熱等)により放出を制御できる。
本開示の機能性材料としては、例えば、香料、染料、蓄熱材、医薬品成分、化粧品成分、インク、接着剤、硬化剤、発泡剤等が挙げられるが、これらに限定されない。
機能性材料の含有量は、コア材の全質量に対し、例えば、0.1質量%〜70質量%が好ましく、1質量%〜50質量%がより好ましく、5質量%〜40質量%が更に好ましい。
(補助溶媒)
補助溶媒は、必要に応じて、シェル材をコア材に溶解させるために使用することができる。補助溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン等のケトン系化合物、酢酸エチル等のエステル系化合物、イソプロピルアルコール等のアルコール系化合物等が挙げられる。好ましくは、補助溶媒は、沸点が130℃以下である。
補助溶媒の含有量は、コア材の全質量に対し、例えば、0質量%〜20質量%が好ましく、1質量%〜15質量%がより好ましく、5質量%〜10質量%が更に好ましい。
(添加剤)
添加剤は、必要に応じて、マイクロカプセルに内包することができる。添加剤として具体的には、例えば、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤、ワックス、臭気抑制剤等が挙げられる。
添加剤の含有量は、コア材の全質量に対し、例えば、0質量%〜20質量%が好ましく、1質量%〜15質量%がより好ましく、5質量%〜10質量%が更に好ましい。
マイクロカプセルは、コア材として、本開示の溶媒、機能性材料及び補助溶媒を内包する態様が好ましい。この態様の場合、本開示の溶媒の含有量が、コア材の全質量に対して60質量%〜80質量%であり、機能性材料の含有量が、コア材の全質量に対して15質量%〜30質量%であり、補助溶媒がコア材の全質量に対して5質量%〜10質量%であることが好ましい。
<マイクロカプセルの製造方法>
本開示のマイクロカプセルの製造方法は、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である溶媒と、シェル材と、を含む油相を、乳化剤を含む水相に分散させて乳化液を調製する工程(以下、乳化工程ともいう)と、シェル材を油相と水相との界面で重合させてシェルを形成し、溶媒を内包するマイクロカプセルを形成する工程(以下、カプセル化工程ともいう)と、を含む。
これらの工程を含むことにより、本開示のマイクロカプセルの製造方法によれば、単分散性が高いマイクロカプセルを得ることができる。
[乳化工程]
本開示のマイクロカプセルの製造方法は、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である溶媒と、シェル材と、を含む油相を、乳化剤を含む水相に分散させて乳化液を調製する工程を含む。
本開示の油相には、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である溶媒が含まれることにより、乳化液中に分散された油相(油滴)は、水相との間で親水性疎水性と分子間力とのバランスを生じ、油滴の大きさにバラツキが少なくなることで、マイクロカプセルの単分散性が高められる。
(乳化液)
本開示の乳化液は、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である溶媒と、シェル材と、を含む油相を、乳化剤を含む水相に分散させることにより形成される。
−油相−
本開示の油相には、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である溶媒と、シェル材とが含まれる。
本開示の油相には、本開示の溶媒及びシェル材が含まれ、必要に応じて、機能性材料、補助溶媒、及び添加剤の少なくとも1つが更に含まれてもよい。油相に用いられ得る、機能性材料、補助溶媒、及び添加剤は、<マイクロカプセル>の項に記載した通りである。
−溶媒−
本開示の製造方法において使用される溶媒は、<マイクロカプセル>の項に記載した通りである。
−シェル材−
本開示のシェル材は、重合によりマイクロカプセルのシェルを形成できる物質をいう。好ましくは、シェル材は、有機ポリイソシアネート及びポリエステル構造又はポリエーテル構造を有するポリオール、ポリメチレンジイソシアネート及びポリメチレンジアミン、尿素及びポリメチレンジアミン、アミド又はポリオール及び脂肪酸、芳香族又は脂肪族ジヒドロキシ化合物並びにホスゲン、尿素及びホルムアルデヒド、メラミン及び脂肪族アルデヒド、スチレン、スチレン及びメタクリル酸、スチレン及びアクリル酸、アルコキシシラン化合物、又はこれらの任意の組み合わせである。
シェル材の油相における含有量は、油相の全質量に対し、例えば、0.1質量%超20質量%以下が好ましく、0.5質量%〜10質量%がより好ましく、1質量%〜5質量%が更に好ましい。
シェル材の油相における含有量は、マイクロカプセルの大きさ、壁厚などに鑑みて、適宜調整することができる。
(水相)
本開示の水相は、水性媒体及び乳化剤を含む。
−水性媒体−
本開示の水性媒体は、好ましくは水である。
水性媒体の含有量は、油相と水相との混合物である乳化液の全質量に対し、20質量%〜80質量%が好ましく、30質量%〜70質量%がより好ましく、40質量%〜60質量%が更に好ましい。
−乳化剤−
乳化剤には、分散剤、若しくは界面活性剤、又はこれらの組み合わせが含まれる。
分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール及びその変性物、ポリアクリル酸アミド及びその誘導体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、エチレン−無水マレイン酸共重合体、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリビニルピロリドン、エチレン−アクリル酸共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸共重合体、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、カゼイン、ゼラチン、澱粉誘導体、アラビアゴム、アルギン酸ナトリウム等を挙げることができ、ポリビニルアルコール(以下、PVAともいう)が好ましい。
これらの分散剤は、シェル材と反応しない、又は極めて反応し難いことが好ましく、例えば、ゼラチンなどの分子鎖中に反応性のアミノ基を有する分散剤は、予め反応性を失わせる処理をしておくことが必要である。
界面活性剤としては、ノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。界面活性剤は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ノニオン界面活性剤は、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。ノニオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系化合物、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル系化合物、ポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテル系化合物、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル系化合物、グリセリン脂肪酸部分エステル系化合物、ソルビタン脂肪酸部分エステル系化合物、ペンタエリスリトール脂肪酸部分エステル系化合物、プロピレングリコールモノ脂肪酸エステル系化合物、ショ糖脂肪酸部分エステル系化合物、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸部分エステル系化合物、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸部分エステル系化合物、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル系化合物、ポリグリセリン脂肪酸部分エステル系化合物、ポリオキシエチレン化ひまし油系化合物、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸部分エステル系化合物、脂肪酸ジエタノールアミド系化合物、N,N−ビス−2−ヒドロキシアルキルアミン系化合物、ポリオキシエチレンアルキルアミン、トリエタノールアミン脂肪酸エステル、トリアルキルアミンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールの共重合体等が挙げられる。
アニオン界面活性剤は、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。アニオン界面活性剤としては、例えば、脂肪酸塩、アビエチン酸塩、ヒドロキシアルカンスルホン酸塩、アルカンスルホン酸塩、ジアルキルスルホ琥珀酸エステル塩、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、分岐鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルフェノキシポリオキシエチレンプロピルスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルスルホフェニルエーテル塩、N−メチル−N−オレイルタウリンナトリウム塩、N−アルキルスルホコハク酸モノアミド二ナトリウム塩、石油スルホン酸塩、硫酸化牛脂油、脂肪酸アルキルエステルの硫酸エステル塩、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、脂肪酸モノグリセリド硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル塩、スチレン−無水マレイン酸共重合物の部分けん化物、オレフィン−無水マレイン酸共重合物の部分けん化物、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、アルキルポリオキシアルキレンスルホアルキルエーテルの塩、アルケニルポリオキシアルキレンスルホアルキルエーテルの塩等が挙げられる。
カチオン界面活性剤は、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。カチオン界面活性剤としては、例えば、アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩(例えば、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド)、ポリオキシエチレンアルキルアミン塩、ポリエチレンポリアミン誘導体等が挙げられる。
両性界面活性剤は、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。両性界面活性剤としては、例えば、カルボキシベタイン、アミノカルボン酸、スルホベタイン、アミノ硫酸エステル、イミタゾリン等が挙げられる。
乳化剤の濃度(即ち、含有量)は、油相と水相との混合物である乳化液の全質量に対し、0質量%超20質量%以下が好ましく、0.005質量%以上10質量%以下がより好ましく、0.01質量%以上10質量%以下が更に好ましく、1質量%以上5質量%以下が最も好ましい。
水相は、必要に応じて、紫外線吸収剤、酸化防止剤、防腐剤などの他の成分を含有してもよい。
他の成分の含有量は、水相の全質量に対し、例えば、0質量%超20質量%以下が好ましく、0.1質量%超15質量%以下がより好ましく、1質量%超10質量%以下が更に好ましい。
(分散)
分散は、本開示の油相を油滴として本開示の水相に分散させること(即ち、乳化分散)をいう。分散は、油相と水相との分散に通常用いられる手段、例えば、ホモジナイザー、マントンゴーリー、超音波分散機、ディゾルバー、ケディーミル、又はその他の公知の分散装置を用いて行なうことができる。
油相の水相に対する混合比(即ち、油相質量/水相質量)は、0.1〜1.5が好ましく、0.2〜1.2がより好ましく、0.4〜1.0が更に好ましい。混合比(即ち、油相質量/水相質量)が0.1〜1.5の範囲内であると、適度の粘度に保持でき、製造適性に優れ、乳化液の安定性に優れる。
[カプセル化工程]
本開示のマイクロカプセルの製造方法は、シェル材を油相と水相との界面で重合させてシェルを形成し、溶媒を内包するマイクロカプセルを形成する工程を含む。これにより、本開示の溶媒がシェルに内包されたマイクロカプセルが形成される。
(重合)
重合は、乳化液中の油相に含まれるシェル材を水相との界面で重合させる工程であり、これによりシェルが形成される。重合は、好ましくは加熱下で行われる。重合における反応温度は、シェル材の種類等によって異なるが、通常は40℃〜100℃が好ましく、50℃〜80℃がより好ましい。また、重合の反応時間も同様にシェル材の種類等によって異なるが、通常は0.5時間〜10時間程度が好ましく、1時間〜5時間程度がより好ましい。重合温度が高い程、重合時間は短くなるが、高温で分解するおそれのある内包物やシェル材を使用する場合には、低温で作用する重合開始剤を選択して、比較的低温で重合させるのが望ましい。例えば、シェル材としてアルコキシシラン化合物を使用する場合、重合温度は、好ましくは15℃〜40℃、より好ましくは20℃〜30℃であり、反応時間は、好ましくは1時間〜40時間、より好ましくは5時間〜30時間である。
重合中に、マイクロカプセル同士の凝集を防止するためには、水性溶液(例えば、水、酢酸水溶液など)を更に加えてマイクロカプセル同士の衝突確率を下げることが好ましく、充分な攪拌を行うことも好ましい。重合中に、改めて凝集防止用の分散剤を添加してもよい。更に、必要に応じて、ニグロシン等の荷電調節剤、又はその他任意の補助剤を添加することができる。これらの補助剤は、シェルの形成時、又は任意の時点で添加することができる。
本開示の製造方法により製造されるマイクロカプセルは、<マイクロカプセル>の項に記載した通りである。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
溶媒としてサラコス(登録商標)HG−8(日清オイリオ製、SP値9.3(cal/cm1/2、分子量1375、炭素数8の脂肪酸と水酸基数8のポリグリセリンが縮合したエステル)を28.7質量部、機能性材料としてD−リモネン(ヤスハラケミカル株式会社製、香料)を9.4質量部、シェル材としてアデカポリエーテルEDP−300(株式会社ADEKA製、ポリエーテルポリオール)0.1質量部及びバーノック(登録商標)D−750(DIC株式会社製、ポリイソシアネート)0.9質量部、補助溶媒として酢酸エチル(三協化学株式会社製)を3.0質量部用い、撹拌混合して油相溶液を得た。また、水性媒体としての水54.6質量部に、乳化剤としてクラレポバール(登録商標)PVA−217E(株式会社クラレ製、PVA)3.4質量部を加えて撹拌混合し、水相溶液を得た。得られた水相溶液に油相溶液を加えて分散した後、生成した乳化液に水100.0質量部を加え、70℃まで加温し、1時間撹拌後冷却してマイクロカプセル水分散液を得た。
得られたマイクロカプセルの体積基準のメジアン径(D50)は15μmであった。また、粒径分布のCV値[=(標準偏差/体積平均粒径)×100]は22%であった(表1)。なお、体積基準のメジアン径、標準偏差及び体積平均粒径は、マイクロトラックMT3300EXII(日機装株式会社製)により測定した。
(実施例2〜実施例6)
溶媒について表1に記載の溶媒を用いた以外は、実施例1と同様にして、マイクロカプセル水分散液を得た。
得られたマイクロカプセルの体積基準のメジアン径、標準偏差及び体積平均粒径は、実施例1と同様に測定した。
各実施例のCV値及びメジアン径は、表1に示す通りである。
(比較例1〜4)
溶媒について表1に記載の溶媒を用いた以外は、実施例1と同様にして、マイクロカプセル水分散液を得た。
得られたマイクロカプセルの体積基準のメジアン径、標準偏差、体積平均粒径は、実施例1と同様に測定した。
各比較例のCV値及びメジアン径は、表1に示す通りである。
表1〜表3に表記の各成分の詳細は以下の通りである。表1〜表3において、ポリオールの欄には、ポリオール1分子あたり水酸基の数を記載し、脂肪酸の欄には、脂肪酸の炭素数を記載した。また、表1〜表3中の有効成分濃度は、製品中に含まれる各有効成分(即ち、溶媒、機能性材料、シェル材、補助溶媒、水性媒体、又はその他の成分)の濃度を指す。
−溶媒−
・HG−8:日清オイリオ製のサラコス(登録商標)HG−8、オクタカプリル酸ポリグリセリル−6、1分子あたり8個の水酸基を有するポリオール(即ち、ポリグリセリン)と炭素数8の脂肪酸とのエステル
・トリミリスチン:東京化成工業株式会社製、1分子あたり3個の水酸基を有するポリオールと炭素数14の脂肪酸とのエステル
・PR−17:日清オイリオ製のサラコス(登録商標)PR−17、ジイソステアリン酸プロパンジオール、1分子あたり2個の水酸基を有するポリオールと炭素数18の脂肪酸とのエステル
・PG−di−L:日本エマルジョン株式会社製のEMALEX(登録商標)PG−di−L、ジラウリン酸プロピレングリコール、1分子あたり2個の水酸基を有するポリオールと炭素数12の脂肪酸とのエステル
・スコレー8:日清オイリオ製のスコレー(登録商標)8、トリ(カプリル酸/カプリン酸)グリセリル、1分子あたり3個の水酸基を有するポリオール(即ち、モノグリセリン)と炭素数8の脂肪酸とのエステル
・5408:日清オイリオ製のサラコス(登録商標)5408、テトラエチルヘキサン酸ペンタエリスリチル、1分子あたり4個の水酸基を有するポリオール(即ち、ペンタエリスリトール)と炭素数8の脂肪酸とのエステル
・EH:日清オイリオ製のサラコス(登録商標)EH、ヒドロキシステアリン酸エチルヘキシル、1分子あたり1個の水酸基を有するポリオールと炭素数18の脂肪酸とのエステル
・オクタン:東京化成工業株式会社製
・MIBK:三菱ケミカル株式会社製、メチルイソブチルケトン
・1−メチルイミダゾール:東京化成工業株式会社製
−機能性材料−
・D−リモネン:ヤスハラケミカル株式会社製、香料
・I−6B:BASF製のPergascript Red I−6B、染料
・オクタデカン:東京化成工業株式会社製、蓄熱剤
・479:BASF製のTinuvin(登録商標) 479、紫外線吸収剤
−シェル材−
・EDP−300:株式会社ADEKA製のアデカポリエーテル EDP−300、ポリエーテルポリオール
・D−750:DIC株式会社製のバーノック(登録商標)D−750、ポリイソシアネート
・750LM:株式会社三和ケミカル製のニカラック(登録商標)MX−750LM、メチル化メラミン樹脂
・KBE−04:信越化学工業製、テトラエトキシシラン、アルコキシシラン化合物
−補助溶媒−
・酢酸エチル:東京化成工業株式会社製
−乳化剤−
・217E:株式会社クラレ製のクラレポバールPVA−217E、分散剤
・CTAC:東京化成工業株式会社製、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、界面活性剤
(実施例7〜実施例10)
分散剤の量を表2に記載の量とし、かつ、水性媒体としての水の量を調整して油相と水相との合計が100質量%となるようにした以外は、実施例1と同様にして、マイクロカプセル水分散液を得た。
得られたマイクロカプセルの体積基準のメジアン径、標準偏差及び体積平均粒径は、実施例1と同様に測定した。
各実施例のCV値及びメジアン径は、表2に示す通りである。
(実施例11〜実施例13)
機能性材料として表3に記載の機能性材料を用いた以外は、実施例1と同様にして、マイクロカプセル水分散液を得た。
得られたマイクロカプセルの体積基準のメジアン径、標準偏差及び体積平均粒径は、実施例1と同様に測定した。
各実施例のCV値及びメジアン径は、表3に示す通りである。
(実施例14)
シェル材として表3に記載のシェル材を用いた以外は、実施例1と同様にして、マイクロカプセル水分散液を得た。
得られたマイクロカプセルの体積基準のメジアン径、標準偏差及び体積平均粒径は、実施例1と同様に測定した。
実施例14のCV値及びメジアン径は、表3に示す通りである。
(実施例15)
シェル材としてKBE−04(信越シリコーン製、アルコキシシラン化合物)0.8質量部、補助溶媒として酢酸エチル(三協化学株式会社製)を3.2質量部用いた以外は、実施例1と同様にして、油相溶液を得た。また、水56.9質量部に乳化剤としてヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド(東京化成工業株式会社製、界面活性剤)1.0質量部を加えて撹拌混合し、水相溶液を得た。得られた水相溶液に油相溶液を加えて分散した後、乳化液に酢酸水溶液(pH3)100.0質量部を加え、25℃で24時間撹拌した後、50℃まで加温し、3時間撹拌後冷却してマイクロカプセル水分散液を得た。
得られたマイクロカプセルの体積基準のメジアン径(D50)は15μmであった。また、粒径分布のCV値は21%であった(表3)。なお、体積基準のメジアン径、標準偏差及び体積平均粒径は、マイクロトラックMT3300EXII(日機装株式会社製)により測定した。
本開示においては、CV値が40%以下である場合にマイクロカプセルの単分散性が高く、CV値が40%超である場合にマイクロカプセルの単分散性が低いと判断した。
実施例1〜6では、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である6種の溶媒を用いて得られたマイクロカプセルの粒径分布のCV値を調べた。
この結果、実施例1〜6のマイクロカプセルは、いずれも、粒径分布のCV値が40%以下であったことから、単分散性が高いことが示された。
比較例1〜4では、「SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満」及び「分子量が425以上3000以下」の少なくとも一方の要件が満たされない溶媒を用いて得られたマイクロカプセルのCV値を調べた。
この結果、比較例1〜3のマイクロカプセルは、いずれも、粒径分布のCV値が40%を上回り、単分散性が低いことが示された。なお、比較例4では、マイクロカプセルが形成されないことが示された。
このように、SP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下の溶媒を油相に用いてマイクロカプセルに内包させることにより、単分散性が高いマイクロカプセルが得られることが示された。
実施例7〜10では、水相に含まれる乳化剤の濃度がCV値に及ぼす影響を調べた。
この結果、粒径分布のCV値は、いずれも40%以下であり、かつ、乳化剤は、水相及び油相の合計質量に対し、少なくとも1.0質量%までの範囲において、濃度依存的に生成したマイクロカプセルのCV値を低下させることが示された。
実施例11〜13では、マイクロカプセルに内包させる機能性材料の種類を変更した場合におけるCV値の変化を調べた。
この結果、粒径分布のCV値は、いずれも40%以下であり、かつ、機能性材料を変更した場合においても、CV値は変化しないことが示された。
実施例14では、シェル材を、実施例1のアルコール(即ち、ポリエーテルポリオール)及びイソシアネート(即ち、ポリイソシアネート)をメラミンに変更した場合におけるCV値の変化を調べた。
この結果、CV値は、実施例1と同じ22%であることが示された。
実施例15では、乳化工程のシェル材及び乳化剤、並びにカプセル化工程の水性溶液を実施例1から変更した場合におけるCV値の変化を調べた。
この結果、実施例15のCV値は21%であり、実施例1のCV値22%よりもわずかに低下したことが示された。
このように、単分散性が高いマイクロカプセルを得るためには、本開示の溶媒、すなわちSP値が8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下の溶媒を油相に用い、マイクロカプセルに内包させることが重要であることが示された。
本開示のマイクロカプセルは、香料、染料、蓄熱材、医薬品成分、化粧品成分、インク、接着剤、硬化剤、発泡剤などの機能性材料を内包し、機能性材料の保護、刺激応答性などの種々の好ましい機能を発揮することができる。
2017年3月28日に出願された日本特許出願2017−063993の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (16)

  1. 溶解度パラメータが8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である溶媒を内包したマイクロカプセル。
  2. 前記溶媒が、ポリオールと脂肪酸とが縮合したエステルである、請求項1に記載のマイクロカプセル。
  3. 前記ポリオールが、1分子あたり3個以上の水酸基を有する、請求項2に記載のマイクロカプセル。
  4. 前記ポリオールが、ポリグリセリンである、請求項3に記載のマイクロカプセル。
  5. 前記脂肪酸が、炭素数2〜30の脂肪酸である、請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載のマイクロカプセル。
  6. 体積標準のメジアン径が、1μm〜50μmである、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のマイクロカプセル。
  7. 粒径分布の変動係数が40%以下である、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のマイクロカプセル。
  8. 溶解度パラメータが8(cal/cm1/2以上10(cal/cm1/2未満であり、かつ、分子量が425以上3000以下である溶媒と、シェル材と、を含む油相を、乳化剤を含む水相に分散させて乳化液を調製する工程と、
    前記シェル材を前記油相と前記水相との界面で重合させてシェルを形成し、前記溶媒を内包するマイクロカプセルを形成する工程と、
    を含む、マイクロカプセルの製造方法。
  9. 前記溶媒が、ポリオールと脂肪酸とが縮合したエステルである、請求項8に記載のマイクロカプセルの製造方法。
  10. 前記ポリオールが、1分子あたり3個以上の水酸基を有する、請求項9に記載のマイクロカプセルの製造方法。
  11. 前記ポリオールが、ポリグリセリンである、請求項10に記載のマイクロカプセルの製造方法。
  12. 前記脂肪酸が、炭素数2〜30の脂肪酸である、請求項9〜請求項11のいずれか1項に記載のマイクロカプセルの製造方法。
  13. 前記マイクロカプセルの体積標準のメジアン径が、1μm〜50μmである、請求項8〜請求項12のいずれか1項に記載のマイクロカプセルの製造方法。
  14. 前記乳化剤の濃度が、前記乳化液の全質量に対し、0質量%超20質量%以下である、請求項8〜請求項13のいずれか1項に記載のマイクロカプセルの製造方法。
  15. 前記油相に更に補助溶媒を含む、請求項8〜請求項14のいずれか1項に記載のマイクロカプセルの製造方法。
  16. 粒径分布の変動係数が40%以下であるマイクロカプセルを製造する、請求項8〜請求項15のいずれか1項に記載のマイクロカプセルの製造方法。
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