WO2014196625A1 - 熱膨張性マイクロカプセル及び発泡成形体 - Google Patents

熱膨張性マイクロカプセル及び発泡成形体 Download PDF

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竜也 松窪
裕作 笹木
大地 伊藤
慎也 中野
川口　泰広
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積水化学工業株式会社
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Definitions

  • the present invention uses a thermally expandable microcapsule capable of producing a foamed molded article having excellent heat resistance, high expansion ratio, hardly yellowing and having an excellent appearance, and the thermally expandable microcapsule.
  • the present invention relates to a foamed molded product.
  • Thermally expandable microcapsules are used in a wide range of applications as a design-imparting agent and a lightening agent, and are also used in paints for the purpose of weight reduction such as foamed ink and wallpaper.
  • a heat-expandable microcapsule one in which a volatile expansion agent that becomes gaseous at a temperature below the softening point of the shell polymer is included in a thermoplastic shell polymer is widely known.
  • Patent Document 1 an oily mixed liquid obtained by mixing a volatile expansion agent such as a low-boiling point aliphatic hydrocarbon with a monomer is added to an aqueous dispersion medium containing a dispersant together with an oil-soluble polymerization catalyst while stirring.
  • a method for producing thermally expandable microcapsules encapsulating a volatile swelling agent by performing suspension polymerization is disclosed.
  • the thermally expandable microcapsules obtained by this method can be thermally expanded at a relatively low temperature of about 80 to 130 ° C.
  • the expanded microcapsules are ruptured or contracted when heated at a high temperature or for a long time.
  • the expansion ratio is reduced, there is a drawback that it is not possible to obtain thermally expandable microcapsules having excellent heat resistance.
  • Patent Document 2 a polymer obtained from a polymerization component containing 80 to 97% by weight of a nitrile monomer, 20 to 3% by weight of a non-nitrile monomer and 0.1 to 1% by weight of a trifunctional crosslinking agent is shelled. And a method for producing a thermally expandable microcapsule encapsulating a volatile expansion agent is disclosed.
  • Patent Document 3 uses a polymer obtained from a polymerization component containing 80% by weight or more of a nitrile monomer, 20% by weight or less of a non-nitrile monomer, and 0.1 to 1% by weight of a crosslinking agent.
  • the thermally expandable microcapsules encapsulating a thermally expandable microcapsule in which the non-nitrile monomer is a methacrylic acid ester or an acrylic acid ester is disclosed.
  • the heat-expandable microcapsules obtained by these methods are superior in heat resistance compared to conventional microcapsules and are said not to foam at 140 ° C. or lower, but in practice, heating is continued at 130 to 140 ° C. for about 1 minute.
  • Some of the microcapsules are thermally expanded, and it has been difficult to obtain thermally expandable microcapsules having excellent heat resistance with a maximum foaming temperature of 180 ° C. or higher.
  • Patent Document 4 discloses an ethylenically unsaturated monomer having 85% by weight or more of a nitrile group for the purpose of obtaining a thermally expandable microcapsule having a maximum foaming temperature of 180 ° C. or higher, preferably 190 ° C. or higher.
  • a thermally expandable microcapsule comprising a foaming agent having a shell polymer comprising a homopolymer or a copolymer and 50% by weight or more of isooctane.
  • the maximum foaming temperature is a very high value, the subsequent expanded state cannot be maintained, and it has been difficult to use for a long time in a high temperature region.
  • Patent Documents 5 to 9 by defining the monomer constituting the shell of the thermally expandable microcapsule, it has good foaming performance in a wide range of foaming temperature, particularly in the high temperature region (160 ° C. or higher), A thermally expandable microcapsule with improved heat resistance is disclosed.
  • this heat-expandable microcapsule has a high maximum foaming temperature, but when used for molding processes such as kneading molding, calendar molding, extrusion molding, injection molding, etc., in which strong shearing force is applied, particularly injection molding, In the melt-kneading process, due to heat resistance and strength problems of the heat-expandable microcapsules, a phenomenon called “sag” occurs or is crushed, and the resulting molded body is yellowed. was there. Further, in the step of foaming the thermally expandable microcapsules, the expansion ratio is low and the expansion ratio varies, so that the thermally expandable microcapsules do not sufficiently foam, and the resulting molded product has an appearance and light weight.
  • the present invention uses a thermally expandable microcapsule capable of producing a foamed molded article having excellent heat resistance, high expansion ratio, hardly yellowing and having an excellent appearance, and the thermally expandable microcapsule.
  • An object of the present invention is to provide a foamed molded product. Note that “difficult to yellow” means that “yellowing due to the addition of thermally expandable microcapsules hardly occurs”.
  • the present invention relates to a thermally expandable microcapsule in which a volatile expansion agent is included as a core agent in a polymer shell, and the shell is a polymerization composed of at least one selected from acrylonitrile and methacrylonitrile.
  • the present invention is described in detail below.
  • the inventors of the present invention contain a polymerizable monomer (I), a radical polymerizable unsaturated carboxylic acid monomer (II), a crosslinking monomer (III) and a polymerizable monomer (IV), and When the ratio is within a predetermined range, a thermally expandable microcapsule capable of producing a foamed molded article having a high foaming ratio and an excellent appearance, capable of realizing stable foaming performance in a high temperature range. has been found, and the present invention has been completed.
  • the shell constituting the thermally expandable microcapsule of the present invention has 44 to 63% by weight of polymerizable monomer (I) consisting of at least one selected from acrylonitrile and methacrylonitrile, a carboxyl group, and a carbon number.
  • the polymerizable monomer (I) is composed of at least one selected from acrylonitrile and methacrylonitrile. By adding the polymerizable monomer (I), the gas barrier property of the shell can be improved.
  • the minimum of content of the polymerizable monomer (I) in the said monomer composition is 44 weight%, and an upper limit is 63 weight%. If it is less than 44% by weight, the gas barrier property of the shell is lowered, so that the expansion ratio may be lowered. If it exceeds 63% by weight, the heat resistance may not be increased, and yellowing may easily occur.
  • a preferred lower limit is 50% by weight and a preferred upper limit is 60% by weight.
  • radically polymerizable unsaturated carboxylic acid monomer (II) having a carboxyl group and having 3 to 8 carbon atoms for example, one having at least one free carboxyl group per molecule for ionic crosslinking may be used.
  • unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid and cinnamic acid
  • unsaturated acids such as maleic acid, itaconic acid, fumaric acid, citraconic acid and chloromaleic acid
  • Dicarboxylic acids and their anhydrides or monoesters and derivatives of unsaturated dicarboxylic acids such as monomethyl maleate, monoethyl maleate, monobutyl maleate, monomethyl fumarate, monoethyl fumarate, monomethyl itaconate, monoethyl itaconate, monobutyl itaconate
  • acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, and itaconic acid are particularly preferable.
  • the lower limit of the content of the segment having the carboxyl group and derived from the radically polymerizable unsaturated carboxylic acid monomer (II) having 3 to 8 carbon atoms in the monomer composition is 15% by weight, and the upper limit is 30% by weight. It is. If it is less than 15% by weight, the maximum foaming temperature may be less than 175 ° C. If it exceeds 30% by weight, the maximum foaming temperature is improved but the foaming ratio is lowered.
  • a preferred lower limit is 17% by weight and a preferred upper limit is 28% by weight.
  • the monomer composition contains a crosslinkable monomer (III) having two or more double bonds in the molecule.
  • the crosslinkable monomer (III) has a role as a crosslinking agent.
  • crosslinkable monomer (III) examples include monomers having two or more radically polymerizable double bonds. Specific examples include divinylbenzene, ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, Triethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, 1,9-nonanediol di (meth) ) Acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate having a weight average molecular weight of 200 to 600, glycerin di (meth) acrylate, trimethylolpropane di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, ethyl Oxide-modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythr
  • trifunctional ones such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate and bifunctional (meth) acrylates such as polyethylene glycol are relatively uniformly crosslinked in the shell mainly composed of acrylonitrile. Since the microcapsules that have been applied and thermally expanded even in a high temperature region exceeding 200 ° C. are difficult to contract and easily maintain the expanded state, a so-called “sag” phenomenon can be suppressed and is preferably used.
  • the lower limit of the content of the crosslinkable monomer (III) in the monomer composition is 0.1% by weight, and the upper limit is 3.0% by weight. If the content of the crosslinkable monomer (III) is less than 0.1% by weight, the effect as a crosslinking agent may not be exhibited, and the crosslinkable monomer (III) is added in an amount exceeding 3.0% by weight. In such a case, the expansion ratio of the thermally expandable microcapsule is lowered.
  • the minimum with preferable content of the said crosslinkable monomer (III) is 0.15 weight%, and a preferable upper limit is 2.0 weight%.
  • the monomer composition contains a polymerizable monomer (IV) composed of at least one selected from (meth) acrylic acid esters, vinylidene chloride, vinyl acetate, and styrene monomers.
  • a polymerizable monomer (IV) composed of at least one selected from (meth) acrylic acid esters, vinylidene chloride, vinyl acetate, and styrene monomers.
  • (meth) acrylic acid esters are preferable, and in particular, alkyl methacrylates such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, and n-butyl methacrylate, or cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, isobornyl methacrylate, and the like.
  • alkyl methacrylates such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, and n-butyl methacrylate, or cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, isobornyl methacrylate, and the like.
  • Aliphatic, aromatic, and heterocyclic ring-containing methacrylates are preferred.
  • the upper limit of the content of the polymerizable monomer (IV) in the monomer composition is 21% by weight, and the lower limit is 40% by weight.
  • the content of the polymerizable monomer (IV) is less than 21% by weight, the appearance of the foamed molded article using the heat-expandable microcapsule is deteriorated, and when it exceeds 40% by weight, the gas barrier property of the cell wall is lowered.
  • thermal expansibility tends to deteriorate.
  • the minimum with preferable content of the said polymerizable monomer (IV) is 22 weight%, and a preferable upper limit is 35 weight%.
  • the minimum with more preferable content of the said polymerizable monomer (IV) is 23 weight%, and a more preferable upper limit is 30 weight%.
  • the upper limit with the preferable ratio of the polymerizable monomer (I) with respect to the said polymerizable monomer (IV) is 3.0.
  • the ratio of the polymerizable monomer (I) to the polymerizable monomer (IV) exceeds 3.0, the foamed molded article using the thermally expandable microcapsule may be yellowed.
  • a more preferable upper limit of the ratio of the polymerizable monomer (I) to the polymerizable monomer (IV) is 2.7.
  • the minimum with the preferable ratio of the polymerizable monomer (I) with respect to the said polymerizable monomer (IV) is 1.0.
  • the monomer composition preferably contains a metal cation salt.
  • a metal cation salt By containing the metal cation salt, ionic cross-linking occurs between the radical polymerizable unsaturated carboxylic acid monomer (II) and the carboxyl group, so that the cross-linking efficiency can be increased and the heat resistance can be increased. Become.
  • the elastic modulus of the shell is difficult to decrease even in a high temperature region, even when molding processing such as kneading molding, calender molding, extrusion molding, injection molding, etc.
  • the thermal expansion micro Capsule rupture and shrinkage do not occur.
  • ion crosslinking occurs instead of covalent bonding, the particle shape of the thermally expandable microcapsule becomes close to a true sphere, and distortion is less likely to occur. This is because ionic bond cross-linking is weaker than covalent bond cross-linking, so that when the volume of the thermally expandable microcapsule shrinks during conversion from the monomer during polymerization to the polymer, shrinkage occurs uniformly. This is thought to be the cause.
  • the metal cation of the metal cation salt is not particularly limited as long as it is a metal cation that reacts with the radical polymerizable unsaturated carboxylic acid monomer (II) to be ionically crosslinked, and examples thereof include Na, K, Li, Zn, Examples include ions such as Mg, Ca, Ba, Sr, Mn, Al, Ti, Ru, Fe, Ni, Cu, Cs, Sn, Cr, and Pb. Among these, ions of Ca, Zn, and Al, which are divalent to trivalent metal cations, are preferable, and Zn ions are particularly preferable. These metal cation salts may be used independently and may use 2 or more types together.
  • the alkali metal or alkaline-earth metal it is using combining the ion of alkali metal or alkaline-earth metal, and metal cations other than the said alkali metal or alkaline-earth metal. preferable.
  • a functional group such as a carboxyl group is activated, and a reaction between a metal cation other than the alkali metal and the carboxyl group can be promoted.
  • the alkali metal or alkaline earth metal include Na, K, Li, Ca, Ba, and Sr. Among them, it is preferable to use strong basic Na, K, and the like.
  • the preferable lower limit of the content of the metal cation salt is 0.1% by weight, and the preferable upper limit is 10% by weight with respect to the total amount of monomers. If it is less than 0.1% by weight, the effect of heat resistance may not be obtained. If it exceeds 10% by weight, the expansion ratio may be remarkably deteriorated. A more preferred lower limit is 0.5% by weight, and a more preferred upper limit is 5% by weight.
  • a polymerization initiator is contained in order to polymerize the monomer.
  • the polymerization initiator for example, dialkyl peroxide, diacyl peroxide, peroxyester, peroxydicarbonate, azo compound and the like are preferably used.
  • dialkyl peroxides such as methyl ethyl peroxide, di-t-butyl peroxide, and dicumyl peroxide
  • isobutyl peroxide benzoyl peroxide, 2,4-dichlorobenzoyl peroxide, 3, 5 , 5-trimethylhexanoyl peroxide and other diacyl peroxides
  • t-butyl peroxypivalate t-hexyl peroxypivalate, t-butyl peroxyneodecanoate, t-hexylperoxyneodecanoate, 1-cyclohexyl-1-methylethylperoxyneodecanoate, 1,1,3,3-tetramethylbutylperoxyneodecanoate, cumylperoxyneodecanoate
  • ( ⁇ , ⁇ -bis-neodecane Noo Peroxy) Perio such as diisopropylbenzene
  • the preferable lower limit of the weight average molecular weight of the polymer constituting the shell is 100,000, and the preferable upper limit is 2 million. If it is less than 100,000, the strength of the shell may be reduced, and if it exceeds 2 million, the strength of the shell becomes too high, and the expansion ratio may be reduced.
  • the shell may further contain a stabilizer, an ultraviolet absorber, an antioxidant, an antistatic agent, a flame retardant, a silane coupling agent, a colorant, and the like as necessary.
  • a volatile expansion agent is included as a core agent in the shell.
  • the volatile swelling agent is a substance that becomes gaseous at a temperature below the softening point of the polymer constituting the shell, and a low-boiling organic solvent is suitable.
  • volatile swelling agent examples include ethane, ethylene, propane, propene, n-butane, isobutane, butene, isobutene, n-pentane, isopentane, neopentane, n-hexane, heptane, petroleum ether, isooctane, octane, decane, isododecane, dodecane, low molecular weight hydrocarbons such as hexane decane; CCl 3 F, CCl 2 F 2, CClF 3, chlorofluorocarbons such as CClF 2 -CClF 2; tetramethylsilane, trimethylethyl silane, trimethyl isopropyl silane, trimethyl And tetraalkylsilanes such as -n-propylsilane.
  • isobutane, n-butane, n-pentane, isopentane, n-hexane, isooctane, isododecane, and mixtures thereof are preferable.
  • These volatile swelling agents may be used alone or in combination of two or more.
  • a thermally decomposable compound that is thermally decomposed by heating to become gaseous may be used.
  • thermally expandable microcapsule of the present invention it is preferable to use a low-boiling hydrocarbon having 5 or less carbon atoms among the above-described volatile expansion agents.
  • a hydrocarbon By using such a hydrocarbon, it is possible to obtain a thermally expandable microcapsule having a high expansion ratio and promptly starting foaming.
  • thermal decomposition type compound which thermally decomposes by heating and becomes a gaseous state as a volatile expansion
  • a preferable lower limit of the maximum foaming temperature (Tmax) is 175 ° C.
  • Tmax the maximum foaming temperature
  • the maximum foaming temperature is when the diameter of the thermally expandable microcapsule becomes maximum when the diameter is measured while heating the thermally expandable microcapsule from room temperature (maximum displacement). It means temperature.
  • the preferable upper limit of foaming start temperature is 175 degreeC.
  • Ts foaming start temperature
  • a preferred lower limit is 130 ° C and a more preferred upper limit is 160 ° C.
  • the preferable lower limit of the volume average particle diameter of the thermally expandable microcapsule of the present invention is 5 ⁇ m, and the preferable upper limit is 100 ⁇ m. If the thickness is less than 5 ⁇ m, the resulting molded body has too small bubbles, which may result in insufficient weight reduction of the molded body. If the thickness exceeds 100 ⁇ m, the resulting molded body has excessively large bubbles, resulting in strength and the like. May cause problems.
  • a more preferred lower limit is 10 ⁇ m, and a more preferred upper limit is 45 ⁇ m.
  • the method for producing the heat-expandable microcapsule of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a step of preparing an aqueous medium, polymerizable monomer (I) 44 to at least one selected from acrylonitrile and methacrylonitrile.
  • an aqueous dispersion medium containing a dispersion stabilizer is prepared by adding water, a dispersion stabilizer and, if necessary, an auxiliary stabilizer to a polymerization reaction vessel. Moreover, you may add alkali metal nitrite, stannous chloride, stannic chloride, potassium dichromate, etc. as needed.
  • dispersion stabilizer examples include silica, calcium phosphate, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, ferric hydroxide, barium sulfate, calcium sulfate, sodium sulfate, calcium oxalate, calcium carbonate, barium carbonate, magnesium carbonate and the like. Can be mentioned.
  • the addition amount of the dispersion stabilizer is not particularly limited and is appropriately determined depending on the type of dispersion stabilizer, the particle size of the microcapsules, and the like.
  • the upper limit is 20 parts by weight.
  • auxiliary stabilizer examples include a condensation product of diethanolamine and aliphatic dicarboxylic acid, a condensation product of urea and formaldehyde, polyvinylpyrrolidone, polyethylene oxide, polyethyleneimine, tetramethylammonium hydroxide, gelatin, methylcellulose, polyvinyl Examples include alcohol, dioctyl sulfosuccinate, sorbitan ester, various emulsifiers, and the like.
  • the combination of the dispersion stabilizer and the auxiliary stabilizer is not particularly limited.
  • a combination of colloidal silica and a condensation product a combination of colloidal silica and a water-soluble nitrogen-containing compound, magnesium hydroxide or calcium phosphate, A combination with an emulsifier may be mentioned.
  • the combination of colloidal silica and a condensation product is preferable.
  • the condensation product is preferably a condensation product of diethanolamine and an aliphatic dicarboxylic acid, particularly a condensation product of diethanolamine and adipic acid or a condensation product of diethanolamine and itaconic acid.
  • water-soluble nitrogen-containing compound examples include polyvinyl pyrrolidone, polyethyleneimine, polyoxyethylene alkylamine, polydialkylaminoalkyl (meth) acrylate represented by polydimethylaminoethyl methacrylate and polydimethylaminoethyl acrylate, and polydimethylamino.
  • polydialkylaminoalkyl (meth) acrylamides represented by propylacrylamide and polydimethylaminopropylmethacrylamide, polyacrylamide, polycationic acrylamide, polyamine sulfone, and polyallylamine.
  • polyvinylpyrrolidone is preferably used.
  • the amount of colloidal silica added is appropriately determined depending on the particle size of the thermally expandable microcapsule, but the preferred lower limit is 1 part by weight and the preferred upper limit is 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the vinyl monomer. A more preferred lower limit is 2 parts by weight, and a more preferred upper limit is 10 parts by weight. Further, the amount of the condensation product or the water-soluble nitrogen-containing compound is also appropriately determined depending on the particle size of the thermally expandable microcapsule, but a preferable lower limit is 0.05 parts by weight and a preferable upper limit with respect to 100 parts by weight of the monomer Is 2 parts by weight.
  • inorganic salts such as sodium chloride and sodium sulfate may be added.
  • an inorganic salt By adding an inorganic salt, a thermally expandable microcapsule having a more uniform particle shape can be obtained.
  • the amount of the inorganic salt added is usually preferably 0 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the monomer.
  • the aqueous dispersion medium containing the above dispersion stabilizer is prepared by blending a dispersion stabilizer or auxiliary stabilizer with deionized water, and the pH of the aqueous phase at this time depends on the type of dispersion stabilizer or auxiliary stabilizer used. As appropriate. For example, when silica such as colloidal silica is used as a dispersion stabilizer, polymerization is performed in an acidic medium. To make the aqueous medium acidic, an acid such as hydrochloric acid is added as necessary to adjust the pH of the system to 3 To 4. On the other hand, when using magnesium hydroxide or calcium phosphate, it is polymerized in an alkaline medium.
  • a polymerizable monomer (I) consisting of at least one selected from acrylonitrile and methacrylonitrile, a carboxyl group, and a carbon number of 3 15 to 30% by weight of the radically polymerizable unsaturated carboxylic acid monomer (II) of ⁇ 8 and 0.1 to 3.0% by weight of the crosslinkable monomer (III) having two or more double bonds in the molecule;
  • a monomer composition containing 21 to 40% by weight of a polymerizable monomer (IV) selected from at least one selected from (meth) acrylic acid esters, vinylidene chloride, vinyl acetate and styrene monomers, and a volatile swelling agent A step of dispersing the oily mixture to be dispersed in an aqueous medium.
  • the monomer composition and the volatile swelling agent may be separately added to the aqueous dispersion medium to prepare an oily mixture in the aqueous dispersion medium. And then added to the aqueous dispersion medium.
  • the oil-based mixed liquid and the aqueous dispersion medium are prepared in separate containers in advance, and the oil-based mixed liquid is dispersed in the aqueous dispersion medium by mixing with stirring in another container, and then the polymerization reaction container. It may be added.
  • a polymerization initiator is used in order to polymerize the monomer. However, the polymerization initiator may be added in advance to the oily mixed solution, and the aqueous dispersion medium and the oily mixed solution are added to the polymerization reaction vessel. It may be added after stirring and mixing.
  • a method of emulsifying and dispersing the oily mixed liquid in an aqueous dispersion medium with a predetermined particle size a method of stirring with a homomixer (for example, manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) or the like, a line mixer or an element type static disperser
  • a method of passing through a static dispersion device such as the above.
  • the above-mentioned static dispersion device may be supplied with the aqueous dispersion medium and the polymerizable mixture separately, or may be supplied with a dispersion that has been mixed and stirred in advance.
  • the thermally expandable microcapsule of the present invention can be produced by performing a step of polymerizing a monomer by, for example, heating the dispersion obtained through the above-described steps.
  • the thermally expandable microcapsules produced by such a method have a high maximum foaming temperature, excellent heat resistance, and do not rupture or shrink even in a high temperature region or during molding. Moreover, since heat resistance is high, it does not foam by shear at the time of masterbatch pellet manufacture, and an unfoamed masterbatch pellet can be manufactured stably.
  • a resin composition or a master batch pellet obtained by adding a matrix resin such as a thermoplastic resin to the thermally expandable microcapsule of the present invention is molded using a molding method such as injection molding, and the above thermal expansion is performed by heating during molding.
  • Foamed molded articles can be produced by foaming the conductive microcapsules.
  • Such a foam-molded article is also one aspect of the present invention.
  • the foamed molded article of the present invention obtained by such a method has high appearance quality, has closed cells uniformly formed, has excellent lightness, heat insulation, impact resistance, rigidity, etc. It can be suitably used for applications such as building materials for automobiles, automobile members, and shoe soles.
  • thermoplastic resin is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired.
  • general thermoplastic resins such as polyvinyl chloride, polystyrene, polypropylene, polypropylene oxide, and polyethylene; polybutylene terephthalate, nylon, Engineering plastics such as polycarbonate and polyethylene terephthalate are listed.
  • thermoplastic elastomers such as ethylene, vinyl chloride, olefin, urethane, and ester may be used, or these resins may be used in combination.
  • the amount of the thermally expandable microcapsule added to 100 parts by weight of the thermoplastic resin is 0.5 to 20 parts by weight, preferably 1 to 10 parts by weight.
  • it can also use together with chemical foaming agents, such as sodium hydrogencarbonate (bicarbonate) and ADCA (azo type).
  • chemical foaming agents such as sodium hydrogencarbonate (bicarbonate) and ADCA (azo type).
  • the method for producing the master batch pellet is not particularly limited.
  • a matrix resin such as a thermoplastic resin and raw materials such as various additives are kneaded in advance using a same-direction twin-screw extruder or the like.
  • a foaming agent such as the thermal expansion microcapsule of the present invention
  • the kneaded product obtained by further kneading is cut into a desired size with a pelletizer to form a pellet.
  • a method of preparing master batch pellets At this time, when thermally expandable microcapsules with low heat resistance were used, there was a problem that foaming occurred due to shearing by kneading.
  • a master batch pellet in the form of a pellet may be manufactured by kneading a matrix resin such as a thermoplastic resin or a raw material such as a thermally expandable microcapsule with a batch kneader and then granulating with a granulator.
  • the kneader is not particularly limited as long as it can knead without destroying the thermally expandable microcapsules, and examples thereof include a pressure kneader and a Banbury mixer.
  • the molding method of the foamed molded product of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include kneading molding, calendar molding, extrusion molding, injection molding, and the like.
  • the construction method is not particularly limited, and a short shot method in which a resin material is partially filled in a mold and foamed, or a core back method in which a mold is fully filled with a resin material and then the mold is opened to a desired position Etc.
  • the present invention since excellent heat resistance is obtained, it is possible to obtain a thermally expandable microcapsule that can be suitably used for kneading molding, calender molding, extrusion molding, injection molding, etc. to which a strong shear force is applied. it can. Moreover, the foaming molding which has high foaming ratio and has a desired foaming characteristic is obtained. Furthermore, the obtained foamed molded article can be excellent in appearance and hardly yellowed.
  • Example 1 Production of thermally expandable microcapsules
  • colloidal silica having a solid content of 20% by weight
  • 6 parts by weight of polyvinylpyrrolidone and 640 parts by weight of sodium chloride After adding 130 parts by weight of colloidal silica having a solid content of 20% by weight, 6 parts by weight of polyvinylpyrrolidone and 640 parts by weight of sodium chloride to 2,000 parts by weight of ion-exchanged water, the pH was adjusted to 3.5 to prepare an aqueous dispersion medium. . 238 parts by weight of acrylonitrile, 113 parts by weight of methacrylonitrile, 113 parts by weight of methacrylic acid, 287 parts by weight of methyl methacrylate, and 3 parts by weight of trimethylolpropane trimethacrylate were mixed to obtain a monomer composition of a uniform solution.
  • Examples 2 to 7, 9, 10 and Comparative Examples 1 to 5 Thermally expandable microcapsules and acrylonitrile, methacrylonitrile, methacrylic acid, methyl methacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate were mixed in the composition shown in Tables 1 and 2 to obtain a monomer composition, as in Example 1. A foamed molded product was obtained.
  • Example 8 Acrylonitrile, methacrylonitrile, methacrylic acid, methyl methacrylate and trimethylolpropane trimethacrylate were mixed in the composition shown in Table 1 to obtain a monomer composition, and 3.8 parts by weight of zinc hydroxide, which is a metal cation salt, was further added. A thermally expandable microcapsule and a foamed molded product were obtained in the same manner as in Example 1 except that.
  • volume average particle size was measured using a particle size distribution size meter (LA-950, manufactured by HORIBA).
  • TMA2940 thermomechanical analyzer
  • Ts foaming start temperature
  • Tmax maximum foaming temperature
  • 25 ⁇ g of a sample is placed in an aluminum container having a diameter of 7 mm and a depth of 1 mm, and heated from 80 ° C. to 250 ° C. at a temperature rising rate of 5 ° C./min with a force of 0.1 N applied from above. Then, the displacement in the vertical direction of the measurement terminal was measured, and the temperature at which the displacement began to rise was defined as the foaming start temperature. Further, the expansion ratio was measured, and the temperature at which the expansion ratio was the maximum was defined as the maximum expansion temperature.
  • a thermally expandable microcapsule capable of producing a foamed molded article having excellent heat resistance, a high expansion ratio, hardly yellowing, and having an excellent appearance, and the thermally expandable microcapsule It is possible to provide a foamed molded article using the above.

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Abstract

本発明は、優れた耐熱性を有するとともに、発泡倍率が高く、黄変しにくく優れた外観を有する発泡成形体を作製することが可能な熱膨張性マイクロカプセル及び該熱膨張性マイクロカプセルを用いた発泡成形体を提供する。 本発明は、重合体からなるシェルに、コア剤として揮発性膨張剤が内包された熱膨張性マイクロカプセルであって、前記シェルは、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（Ｉ）４４～６３重量％と、カルボキシル基を有し、炭素数が３～８のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー（ＩＩ）１５～３０重量％と、分子内に二重結合を２つ以上有する架橋性モノマー（ＩＩＩ）０．１～３．０重量％と、（メタ）アクリル酸エステル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル及びスチレン系モノマーから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（ＩＶ）２１～４０重量％を含有するモノマー組成物を重合させてなる重合体からなる熱膨張性マイクロカプセルである。

Description

熱膨張性マイクロカプセル及び発泡成形体
本発明は、優れた耐熱性を有するとともに、発泡倍率が高く、黄変しにくく優れた外観を有する発泡成形体を作製することが可能な熱膨張性マイクロカプセル及び該熱膨張性マイクロカプセルを用いた発泡成形体に関する。
熱膨張性マイクロカプセルは、意匠性付与剤や軽量化剤として幅広い用途に使用されており、発泡インク、壁紙をはじめとした軽量化を目的とした塗料等にも利用されている。
このような熱膨張性マイクロカプセルとしては、熱可塑性シェルポリマーの中に、シェルポリマーの軟化点以下の温度でガス状になる揮発性膨張剤が内包されているものが広く知られており、例えば、特許文献１には、低沸点の脂肪族炭化水素等の揮発性膨張剤をモノマーと混合した油性混合液を、油溶性重合触媒とともに分散剤を含有する水系分散媒体中に攪拌しながら添加し懸濁重合を行うことにより、揮発性膨張剤を内包する熱膨張性マイクロカプセルを製造する方法が開示されている。
しかしながら、この方法によって得られた熱膨張性マイクロカプセルは、８０～１３０℃程度の比較的低温で熱膨張させることができるものの、高温又は長時間加熱すると、膨張したマイクロカプセルが破裂又は収縮してしまい発泡倍率が低下するため、耐熱性に優れた熱膨張性マイクロカプセルを得ることができないという欠点を有していた。
一方、特許文献２には、ニトリル系モノマー８０～９７重量％、非ニトリル系モノマー２０～３重量％及び三官能性架橋剤０．１～１重量％を含有する重合成分から得られるポリマーをシェルとして用い、揮発性膨張剤を内包させた熱膨張性マイクロカプセルを製造する方法が開示されている。
また、特許文献３には、ニトリル系モノマー８０重量％以上、非ニトリル系モノマー２０重量％以下及び架橋剤０．１～１重量％を含有する重合成分から得られるポリマーを用い、揮発性膨張剤を内包させた熱膨張性マイクロカプセルにおいて、非ニトリル系モノマーがメタクリル酸エステル類又はアクリル酸エステル類である熱膨張性マイクロカプセルが開示されている。
これらの方法によって得られる熱膨張性マイクロカプセルは、従来のマイクロカプセルに比べ耐熱性に優れ、１４０℃以下では発泡しないとされているが、実際には１３０～１４０℃で１分程度加熱を続けると一部のマイクロカプセルが熱膨張してしまうものであり、最大発泡温度が１８０℃以上の優れた耐熱性を有する熱膨張性マイクロカプセルを得ることは困難であった。
更に、特許文献４には、最大発泡温度が１８０℃以上、好ましくは１９０℃以上である熱膨張性マイクロカプセルを得ることを目的として、８５重量％以上のニトリル基をもつエチレン性不飽和モノマーの単独重合体又は共重合体からなるシェルポリマーと５０重量％以上のイソオクタンを有する発泡剤からなる熱膨張性マイクロカプセルが開示されている。
このような熱膨張性マイクロカプセルでは、最大発泡温度が非常に高い値となっているものの、その後の膨張した状態を維持することができず、高温領域における長時間の使用は困難であった。
更に、特許文献５～９には、熱膨張性マイクロカプセルのシェルを構成するモノマーを規定することで、広範囲な発泡温度領域、特に高温領域（１６０℃以上）において良好な発泡性能を有し、耐熱性をより向上させた熱膨張性マイクロカプセルが開示されている。しかしながら、この熱膨張性マイクロカプセルは、最大発泡温度は高い値を示すものの、強い剪断力が加えられる混練成形、カレンダー成形、押出成形、射出成形等の成形加工、特に射出成形に使用した場合、溶融混練工程において、熱膨張性マイクロカプセルの耐熱性や強度の問題から、いわゆる「へたり」と呼ばれる現象が生じたり、潰れてしまったり、更には、得られる成形体が黄変してしまうことがあった。また、熱膨張性マイクロカプセルを発泡させる工程においては、発泡倍率が低く、発泡倍率にバラツキがあることによって、熱膨張性マイクロカプセルが充分に発泡せず、得られる成形体は、外観や、軽量性等の機能性の面で劣るものとなっていた。
また、熱膨張性マイクロカプセルの凝集に起因する白斑点が発泡成形体の表面に発生し、発泡成形体の外観を著しく損ねていた。
従って、優れた耐熱性と発泡倍率を有し、黄変しにくく優れた外観を有する発泡成形体を作製することが可能な熱膨張性マイクロカプセルが必要とされていた。
特公昭４２－２６５２４号公報 特公平５－１５４９９号公報 特許第２８９４９９０号公報 欧州特許出願公開第１１４９６２８号明細書 国際公開２００３／０９９９５５号 特開２００９－１１３０３７号公報 特開２００９－２９９０７１号公報 特開２０１３－３２５４２号公報 特開２０１３－２８８１８号公報
本発明は、優れた耐熱性を有するとともに、発泡倍率が高く、黄変しにくく優れた外観を有する発泡成形体を作製することが可能な熱膨張性マイクロカプセル及び該熱膨張性マイクロカプセルを用いた発泡成形体を提供することを目的とする。なお、「黄変しにくい」とは、「熱膨張性マイクロカプセルの添加に起因する黄変が起こりにくい」ことを意味する。
本発明は、重合体からなるシェルに、コア剤として揮発性膨張剤が内包された熱膨張性マイクロカプセルであって、前記シェルは、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（Ｉ）４４～６３重量％と、カルボキシル基を有し、炭素数が３～８のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー（ＩＩ）１５～３０重量％と、分子内に二重結合を２つ以上有する架橋性モノマー（ＩＩＩ）０．１～３．０重量％と、（メタ）アクリル酸エステル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル及びスチレン系モノマーから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（ＩＶ）２１～４０重量％を含有するモノマー組成物を重合させてなる重合体からなる熱膨張性マイクロカプセルである。
以下、本発明を詳述する。
本発明者らは鋭意検討した結果、重合性モノマー（Ｉ）、ラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー（ＩＩ）、架橋モノマー（ＩＩＩ）及び重合性モノマー（ＩＶ）を含有し、かつ、各モノマーの比率を所定の範囲内とした場合、高温度域において安定した発泡性能を実現することができ、発泡倍率が高く、優れた外観を有する発泡成形体を作製することが可能な熱膨張性マイクロカプセルが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の熱膨張性マイクロカプセルを構成するシェルは、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（Ｉ）４４～６３重量％と、カルボキシル基を有し、炭素数が３～８のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー（ＩＩ）１５～３０重量％と、分子内に二重結合を２つ以上有する架橋性モノマー（ＩＩＩ）０．１～３．０重量％と、（メタ）アクリル酸エステル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル及びスチレン系モノマーから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（ＩＶ）２１～４０重量％を含有するモノマー組成物を重合させてなる重合体からなる。
上記重合性モノマー（Ｉ）は、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルから選択される少なくとも１種からなる。
上記重合性モノマー（Ｉ）を添加することで、シェルのガスバリア性を向上させることができる。
上記モノマー組成物中の重合性モノマー（Ｉ）の含有量の下限は４４重量％、上限は６３重量％である。４４重量％未満であると、シェルのガスバリア性が低くなるため発泡倍率が低下することがある。６３重量％を超えると、耐熱性が上がってこないことや、黄変し易くなることがある。好ましい下限は５０重量％、好ましい上限は６０重量％である。
上記カルボキシル基を有し、炭素数が３～８のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー（ＩＩ）としては、例えば、イオン架橋させるための遊離カルボキシル基を分子当たり１個以上持つものを用いることができ、具体的には例えば、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸等の不飽和モノカルボン酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、シトラコン酸、クロロマレイン酸等の不飽和ジカルボン酸やその無水物又はマレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノブチル、フマル酸モノメチル、フマル酸モノエチル、イタコン酸モノメチル、イタコン酸モノエチル、イタコン酸モノブチル等の不飽和ジカルボン酸のモノエステルやその誘導体が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、特にアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸が好ましい。
上記モノマー組成物中における、上記カルボキシル基を有し、炭素数３～８のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー（ＩＩ）に由来するセグメントの含有量の下限は１５重量％、上限は３０重量％である。１５重量％未満であると、最大発泡温度が１７５℃未満となることがあり、３０重量％を超えると、最大発泡温度は向上するものの、発泡倍率が低下する。好ましい下限は１７重量％、好ましい上限は２８重量％である。
上記モノマー組成物は、分子内に二重結合を２つ以上有する架橋性モノマー（ＩＩＩ）を含有する。上記架橋性モノマー（ＩＩＩ）は、架橋剤としての役割を有する。上記架橋性モノマー（ＩＩＩ）を含有することにより、シェルの強度を強化することができ、熱膨張時にセル壁が破泡し難くなる。
上記架橋性モノマー（ＩＩＩ）としては、ラジカル重合性二重結合を２つ以上有するモノマーが挙げられ、具体例には例えば、ジビニルベンゼン、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、プロピレングリコールジ（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、重量平均分子量が２００～６００であるポリエチレングリコールのジ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、トリアリルホルマールトリ（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、ジメチロール－トリシクロデカンジ（メタ）アクリレート等が挙げられる。これらのなかでは、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート等の３官能性のものや、ポリエチレングリコール等の２官能性の（メタ）アクリレートが、アクリロニトリルを主体としたシェルには比較的均一に架橋が施され、２００℃を超える高温領域でも熱膨張したマイクロカプセルが収縮しにくく、膨張した状態を維持しやすいため、いわゆる「へたり」と呼ばれる現象を抑制することができ、好適に用いられる。
上記モノマー組成物中における、上記架橋性モノマー（ＩＩＩ）の含有量の下限は０．１重量％、上限は３．０重量％である。上記架橋性モノマー（ＩＩＩ）の含有量が０．１重量％未満であると、架橋剤としての効果が発揮されないことがあり、上記架橋性モノマー（ＩＩＩ）を３．０重量％を超えて添加した場合、熱膨張性マイクロカプセルの発泡倍率が低下する。上記架橋性モノマー（ＩＩＩ）の含有量の好ましい下限は０．１５重量％、好ましい上限は２．０重量％である。
上記モノマー組成物は、（メタ）アクリル酸エステル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル及びスチレン系モノマーから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（ＩＶ）を含有する。上記重合性モノマー（ＩＶ）を含有することで、熱膨張性マイクロカプセルと熱可塑性樹脂等のマトリックス樹脂の混和性が良好となり、該熱膨張性マイクロカプセルを用いた発泡成形体が優れた外観を有する。
なかでも、（メタ）アクリル酸エステルが好ましく、特に、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ－ブチル等のメタクリル酸アルキルエステル類、又は、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸イソボルニル等の脂環・芳香環・複素環含有メタクリル酸エステル類が好ましい。
上記モノマー組成物中における、上記重合性モノマー（ＩＶ）の含有量の上限は２１重量％、下限は４０重量％である。上記重合性モノマー（ＩＶ）の含有量が２１重量％未満であると、熱膨張性マイクロカプセルを用いた発泡成形体の外観が低下し、４０重量％を超えると、セル壁のガスバリア性が低下し、熱膨張性が悪化しやすくなる。上記重合性モノマー（ＩＶ）の含有量の好ましい下限は２２重量％、好ましい上限は３５重量％である。上記重合性モノマー（ＩＶ）の含有量のより好ましい下限は２３重量％、より好ましい上限は３０重量％である。
上記モノマー組成物中における、上記重合性モノマー（ＩＶ）の含有量に対する上記重合性モノマー（Ｉ）の含有量を調整することで、黄変の少ない発泡成形品を得ることができる。
上記重合性モノマー（ＩＶ）に対する重合性モノマー（Ｉ）の比率の好ましい上限は３．０である。上記重合性モノマー（ＩＶ）に対する重合性モノマー（Ｉ）の比率が３．０を超えると、熱膨張性マイクロカプセルを用いた発泡成形体が黄変することがある。
上記重合性モノマー（ＩＶ）に対する重合性モノマー（Ｉ）の比率のより好ましい上限は２．７である。また、上記重合性モノマー（ＩＶ）に対する重合性モノマー（Ｉ）の比率の好ましい下限は１．０である。
上記モノマー組成物は、金属カチオン塩を含有することが好ましい。
上記金属カチオン塩を含有することで、上記ラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー（ＩＩ）とカルボキシル基との間でイオン架橋が起こることから、架橋効率が上がり、耐熱性を高くすることが可能となる。その結果、高温領域において長時間破裂、収縮の起こらない熱膨張性マイクロカプセルとすることが可能となる。また、高温領域においてもシェルの弾性率が低下しにくいことから、強い剪断力が加えられる混練成形、カレンダー成形、押出成形、射出成形等の成形加工を行う場合であっても、熱膨張性マイクロカプセルの破裂、収縮が起こることがない。
また、共有結合でなくイオン架橋が起こることによって、熱膨張性マイクロカプセルの粒子形状が真球に近くなり、歪みが生じにくくなる。これは、イオン結合による架橋が、共有結合による架橋に比べて結合力が弱いため、重合中のモノマーからポリマーへ転化時において、熱膨張性マイクロカプセルの体積が収縮する際に均一に収縮が生じることが原因と考えられる。
上記金属カチオン塩の金属カチオンとしては、上記ラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー（ＩＩ）と反応してイオン架橋させる金属カチオンであれば、特に限定されず、例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｓ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｐｂ等のイオンが挙げられる。これらのなかでは、２～３価の金属カチオンであるＣａ、Ｚｎ、Ａｌのイオンが好ましく、特にＺｎのイオンが好適である。これらの金属カチオン塩は、単独で用いても良く、２種以上を併用してもよい。
なお、上記金属カチオン塩を２種以上用いる場合の組み合わせとしては特に限定されないが、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のイオンと上記アルカリ金属又はアルカリ土類金属以外の金属カチオンとを組み合わせて用いることが好ましい。上記アルカリ金属又はアルカリ土類金属のイオンを有することにより、カルボキシル基等の官能基が活性化され、上記アルカリ金属以外の金属カチオンと上記カルボキシル基等との反応を促進させることができる。上記アルカリ金属又はアルカリ土類金属としては、例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ等が挙げられ、なかでも塩基性の強いＮａ、Ｋ等を用いることが好ましい。
上記金属カチオン塩の含有量の好ましい下限は、モノマーの合計量に対して０．１重量％、好ましい上限が１０重量％である。０．１重量％未満であると、耐熱性に効果が得られないことがあり、１０重量％を超えると、発泡倍率が著しく悪くなることがある。より好ましい下限は０．５重量％、より好ましい上限は５重量％である。
上記モノマー組成物中には、上記モノマーを重合させるため、重合開始剤を含有させる。
上記重合開始剤としては、例えば、過酸化ジアルキル、過酸化ジアシル、パーオキシエステル、パーオキシジカーボネート、アゾ化合物等が好適に用いられる。具体例には、例えば、メチルエチルパーオキサイド、ジ－ｔ－ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイドなどの過酸化ジアルキル；イソブチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、２，４－ジクロロベンゾイルパーオキサイド、３，５，５－トリメチルヘキサノイルパーオキサイドなどの過酸化ジアシル；ｔ－ブチルパーオキシピバレート、ｔ－ヘキシルパーオキシピバレート、ｔ－ブチルパーオキシネオデカノエート、ｔ－ヘキシルパーオキシネオデカノエート、１－シクロヘキシル－１－メチルエチルパーオキシネオデカノエート、１，１，３，３－テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、クミルパーオキシネオデカノエート、（α、α－ビス－ネオデカノイルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼンなどのパーオキシエステル；ビス（４－ｔ－ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート、ジ－ｎ－プロピル－オキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ（２－エチルエチルパーオキシ）ジカーボネート、ジメトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ（３－メチル－３－メトキシブチルパーオキシ）ジカーボネートなどのパーオキシジカーボネート；２、２’－アゾビスイソブチロニトリル、２，２’－アゾビス（４－メトキシ－２，４－ジメチルバレロニトリル、２，２’－アゾビス（２，４－ジメチルバレロニトリル）、１，１’－アゾビス（１－シクロヘキサンカルボニトリル）などのアゾ化合物等が挙げられる。
上記シェルを構成する重合体の重量平均分子量の好ましい下限は１０万、好ましい上限は２００万である。１０万未満であると、シェルの強度が低下することがあり、２００万を超えると、シェルの強度が高くなりすぎ、発泡倍率が低下することがある。
上記シェルは、更に必要に応じて、安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、シランカップリング剤、色剤等を含有していてもよい。
本発明の熱膨張性マイクロカプセルは、上記シェルにコア剤として揮発性膨張剤が内包されている。
上記揮発性膨張剤は、シェルを構成するポリマーの軟化点以下の温度でガス状になる物質であり、低沸点有機溶剤が好適である。
上記揮発性膨張剤としては、例えば、エタン、エチレン、プロパン、プロペン、ｎ－ブタン、イソブタン、ブテン、イソブテン、ｎ－ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、ｎ－へキサン、ヘプタン、石油エーテル、イソオクタン、オクタン、デカン、イソドデカン、ドデカン、ヘキサンデカン等の低分子量炭化水素；ＣＣｌ３Ｆ、ＣＣｌ２Ｆ２、ＣＣｌＦ３、ＣＣｌＦ２－ＣＣｌＦ２等のクロロフルオロカーボン；テトラメチルシラン、トリメチルエチルシラン、トリメチルイソプロピルシラン、トリメチル－ｎ－プロピルシラン等のテトラアルキルシラン等が挙げられる。なかでも、イソブタン、ｎ－ブタン、ｎ－ペンタン、イソペンタン、ｎ－へキサン、イソオクタン、イソドデカン及び、これらの混合物が好ましい。これらの揮発性膨張剤は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
また、揮発性膨張剤として、加熱により熱分解してガス状となる熱分解型化合物を用いてもよい。
本発明の熱膨張性マイクロカプセルでは、上述した揮発性膨張剤のなかでも、炭素数が５以下の低沸点炭化水素を用いることが好ましい。このような炭化水素を用いることにより、発泡倍率が高く、速やかに発泡を開始する熱膨張性マイクロカプセルとすることができる。
また、揮発性膨張剤として、加熱により熱分解してガス状になる熱分解型化合物を用いることとしてもよい。
本発明の熱膨張性マイクロカプセルは、最大発泡温度（Ｔｍａｘ）の好ましい下限が１７５℃である。１７５℃未満であると、耐熱性が低くなることから、高温領域や成形加工時において、熱膨張性マイクロカプセルが破裂、収縮する。また、マスターバッチペレット製造時に剪断により発泡してしまい、未発泡のマスターバッチペレットを安定して製造することができない。より好ましい下限は１８０℃、好ましい上限は２４０℃である。
なお、本明細書において、最大発泡温度は、熱膨張性マイクロカプセルを常温から加熱しながらその径を測定したときに、熱膨張性マイクロカプセルの径が最大となったとき（最大変位量）における温度を意味する。
また、発泡開始温度（Ｔｓ）の好ましい上限は１７５℃である。１７５℃を超えると特に射出成形の場合、金型に樹脂材料をフル充填した後に金型を発泡させたいところまで開くコアバック発泡成形においては、コアバック発泡過程で樹脂温度が冷えてしまい発泡倍率が上がらないことがある。好ましい下限は１３０℃、より好ましい上限は１６０℃である。
本発明の熱膨張性マイクロカプセルの体積平均粒子径の好ましい下限は５μｍ、好ましい上限は１００μｍである。５μｍ未満であると、得られる成形体の気泡が小さすぎるため、成形体の軽量化が不充分となることがあり、１００μｍを超えると、得られる成形体の気泡が大きくなりすぎるため、強度等の面で問題となることがある。より好ましい下限は１０μｍ、より好ましい上限は４５μｍである。
本発明の熱膨張性マイクロカプセルを製造する方法としては特に限定されないが、例えば、水性媒体を調製する工程、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（Ｉ）４４～６３重量％と、カルボキシル基を有し、炭素数が３～８のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー（ＩＩ）１５～３０重量％と、分子内に二重結合を２つ以上有する架橋性モノマー（ＩＩＩ）０．１～３．０重量％と、（メタ）アクリル酸エステル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル及びスチレン系モノマーから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（ＩＶ）２１～４０重量％を含有するモノマー組成物と、揮発性膨張剤とを含有する油性混合液を水性媒体中に分散させる工程、及び、上記モノマーを重合させる工程を行うことにより製造することができる。
本発明の熱膨張性マイクロカプセルを製造する場合、最初に水性媒体を調製する工程を行う。具体例には例えば、重合反応容器に、水と分散安定剤、必要に応じて補助安定剤を加えることにより、分散安定剤を含有する水性分散媒体を調製する。また、必要に応じて、亜硝酸アルカリ金属塩、塩化第一スズ、塩化第二スズ、重クロム酸カリウム等を添加してもよい。
上記分散安定剤としては、例えば、シリカ、リン酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化第二鉄、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、シュウ酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム等が挙げられる。
上記分散安定剤の添加量は特に限定されず、分散安定剤の種類、マイクロカプセルの粒子径等により適宜決定されるが、モノマー１００重量部に対して、好ましい下限が０．１重量部、好ましい上限が２０重量部である。
上記補助安定剤としては、例えば、ジエタノールアミンと脂肪族ジカルボン酸との縮合生成物、尿素とホルムアルデヒドとの縮合生成物、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンイミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ゼラチン、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ジオクチルスルホサクシネート、ソルビタンエステル、各種乳化剤等が挙げられる。
また、上記分散安定剤と補助安定剤との組み合わせとしては特に限定されず、例えば、コロイダルシリカと縮合生成物との組み合わせ、コロイダルシリカと水溶性窒素含有化合物との組み合わせ、水酸化マグネシウム又はリン酸カルシウムと乳化剤との組み合わせ等が挙げられる。これらの中では、コロイダルシリカと縮合生成物との組み合わせが好ましい。
更に、上記縮合生成物としては、ジエタノールアミンと脂肪族ジカルボン酸との縮合生成物が好ましく、特にジエタノールアミンとアジピン酸との縮合物やジエタノールアミンとイタコン酸との縮合生成物が好ましい。
上記水溶性窒素含有化合物としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリジメチルアミノエチルメタクリレートやポリジメチルアミノエチルアクリレートに代表されるポリジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート、ポリジメチルアミノプロピルアクリルアミドやポリジメチルアミノプロピルメタクリルアミドに代表されるポリジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミド、ポリアクリルアミド、ポリカチオン性アクリルアミド、ポリアミンサルフォン、ポリアリルアミン等が挙げられる。これらのなかでは、ポリビニルピロリドンが好適に用いられる。
上記コロイダルシリカの添加量は、熱膨張性マイクロカプセルの粒子径により適宜決定されるが、ビニル系モノマー１００重量部に対して、好ましい下限が１重量部、好ましい上限が２０重量部である。更に好ましい下限は２重量部、更に好ましい上限は１０重量部である。また、上記縮合生成物又は水溶性窒素含有化合物の量についても熱膨張性マイクロカプセルの粒子径により適宜決定されるが、モノマー１００重量部に対して、好ましい下限が０．０５重量部、好ましい上限が２重量部である。
上記分散安定剤及び補助安定剤に加えて、更に塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム等の無機塩を添加してもよい。無機塩を添加することで、より均一な粒子形状を有する熱膨張性マイクロカプセルが得ることができる。上記無機塩の添加量は、通常、モノマー１００重量部に対して０～１００重量部が好ましい。
上記分散安定剤を含有する水性分散媒体は、分散安定剤や補助安定剤を脱イオン水に配合して調製され、この際の水相のｐＨは、使用する分散安定剤や補助安定剤の種類によって適宜決められる。例えば、分散安定剤としてコロイダルシリカ等のシリカを使用する場合は、酸性媒体で重合がおこなわれ、水性媒体を酸性にするには、必要に応じて塩酸等の酸を加えて系のｐＨが３～４に調製される。一方、水酸化マグネシウム又はリン酸カルシウムを使用する場合は、アルカリ性媒体の中で重合させる。
次いで、熱膨張性マイクロカプセルを製造する方法では、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（Ｉ）４４～６３重量％と、カルボキシル基を有し、炭素数が３～８のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー（ＩＩ）１５～３０重量％と、分子内に二重結合を２つ以上有する架橋性モノマー（ＩＩＩ）０．１～３．０重量％と、（メタ）アクリル酸エステル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル及びスチレン系モノマーから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（ＩＶ）２１～４０重量％を含有するモノマー組成物と、揮発性膨張剤とを含有する油性混合液を水性媒体中に分散させる工程を行う。この工程では、モノマー組成物及び揮発性膨張剤を別々に水性分散媒体に添加して、水性分散媒体中で油性混合液を調製してもよいが、通常は、予め両者を混合し油性混合液としてから、水性分散媒体に添加する。この際、油性混合液と水性分散媒体とを予め別々の容器で調製しておき、別の容器で攪拌しながら混合することにより油性混合液を水性分散媒体に分散させた後、重合反応容器に添加しても良い。
なお、上記モノマーを重合するために、重合開始剤が使用されるが、上記重合開始剤は、予め上記油性混合液に添加してもよく、水性分散媒体と油性混合液とを重合反応容器内で攪拌混合した後に添加してもよい。
上記油性混合液を水性分散媒体中に所定の粒子径で乳化分散させる方法としては、ホモミキサー（例えば、特殊機化工業社製）等により攪拌する方法や、ラインミキサーやエレメント式静止型分散器等の静止型分散装置を通過させる方法等が挙げられる。
なお、上記静止型分散装置には水系分散媒体と重合性混合物を別々に供給してもよいし、予め混合、攪拌した分散液を供給してもよい。
本発明の熱膨張性マイクロカプセルは、上述した工程を経て得られた分散液を、例えば、加熱することによりモノマーを重合させる工程を行うことにより、製造することができる。このような方法により製造された熱膨張性マイクロカプセルは、最大発泡温度が高く、耐熱性に優れ、高温領域や成形加工時においても破裂、収縮することがない。また、耐熱性が高いので、マスターバッチペレット製造時に剪断によって発泡することが無く、未発泡のマスターバッチペレットを安定して製造することができる。　
本発明の熱膨張性マイクロカプセルに、熱可塑性樹脂等のマトリックス樹脂を加えた樹脂組成物又はマスターバッチペレットを、射出成形等の成形方法を用いて成形し、成形時の加熱により、上記熱膨張性マイクロカプセルを発泡させることにより、発泡成形体を製造することができる。このような発泡成形体もまた本発明の１つである。
このような方法で得られる本発明の発泡成形体は、高外観品質が得られ、独立気泡が均一に形成されており、軽量性、断熱性、耐衝撃性、剛性等に優れるものとなり、住宅用建材、自動車用部材、靴底等の用途に好適に用いることができる。
上記熱可塑性樹脂としては、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレン等の一般的な熱可塑性樹脂；ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等のエンジニアリングプラスチックが挙げられる。また、エチレン系、塩化ビニル系、オレフィン系、ウレタン系、エステル系等の熱可塑性エラストマーを使用してもよく、これらの樹脂を併用して使用してもよい。
上記熱可塑性樹脂１００重量部に対する熱膨張性マイクロカプセルの添加量は０．５～２０重量部、好ましくは１～１０重量部が適量である。また、炭酸水素ナトリウム（重曹）やＡＤＣＡ（アゾ系）等の化学発泡剤と併用することもできる。また、溶融させた熱可塑性樹脂に物理ガス（水蒸気、窒素、炭酸ガス等）又は超臨界流体（炭酸ガス、窒素等）を注入して発泡させる場合にも、熱膨張性マイクロカプセルを併用することもできる。
上記マスターバッチペレットを製造する方法としては、特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂等のマトリックス樹脂、各種添加剤等の原材料を、同方向２軸押出機等を用いて予め混練する。次いで、所定温度まで加熱し、本発明の熱膨張マイクロカプセル等の発泡剤を添加した後、更に混練することにより得られる混練物を、ペレタイザーにて所望の大きさに切断することによりペレット形状にしてマスターバッチペレットとする方法等が挙げられる。このとき、耐熱性の低い熱膨張性マイクロカプセルを用いた場合は、混練による剪断により発泡してしまう問題があった。この時点で微発泡してしまえば、その後の発泡成形で所望の発泡倍率が得難く、バラツキも大きくなる。
また、熱可塑性樹脂等のマトリックス樹脂や熱膨張性マイクロカプセル等の原材料をバッチ式の混練機で混練した後、造粒機で造粒することによりペレット形状のマスターバッチペレットを製造してもよい。
上記混練機としては、熱膨張性マイクロカプセルを破壊することなく混練できるものであれば特に限定されず、例えば、加圧ニーダー、バンバリーミキサー等が挙げられる。
本発明の発泡成形体の成形方法としては、特に限定されず、例えば、混練成形、カレンダー成形、押出成形、射出成形等が挙げられる。射出成形の場合、工法は特に限定されず、金型に樹脂材料を一部入れて発泡させるショートショット法や金型に樹脂材料をフル充填した後に金型を発泡させたいところまで開くコアバック法等が挙げられる。
本発明によれば、優れた耐熱性が得られることから、強い剪断力が加えられる混練成形、カレンダー成形、押出成形、射出成形等にも好適に使用可能な熱膨張性マイクロカプセルとすることができる。また、発泡倍率が高く、所望の発泡特性を有する発泡成形体が得られる。更に、得られる発泡成形体は、外観に優れ、黄変しにくいものとすることができる。
以下に実施例を掲げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
（実施例１）
（熱膨張性マイクロカプセルの作製）
固形分２０重量％のコロイダルシリカ１３０重量部、ポリビニルピロリドン６重量部、塩化ナトリウム６４０重量部をイオン交換水２，０００重量部に加え混合した後、ｐＨ３．５に調整し水系分散媒体を調製した。
アクリロニトリル２３８重量部、メタクリロニトリル１１３重量部、メタクリル酸１１３重量部、メタクリル酸メチル２８７重量部、トリメチロールプロパントリメタクリレート３重量部を混合して均一溶液のモノマー組成物とした。これに２，２’－アゾビス（イソブチロニトリル）１０ｇ、ノルマルペンタン２３８重量部を添加してオートクレーブ中に仕込み混合した。
その後、水系分散媒体をオートクレーブ中に仕込み、１０分間１，０００ｒｐｍで攪拌後、窒素置換し、反応温度６０℃で１５時間反応させた。反応圧力は０．５ＭＰａ、攪拌は２００ｒｐｍで行った。得られた重合スラリーを脱水装置（セントル）で予備脱水した後に乾燥させて、熱膨張性マイクロカプセルを得た。
（発泡成形体の作製）
ポリ塩化ビニル樹脂１００重量部に可塑剤としてフタル酸ジオクチル７０重量部、黒顔料としてカーボンブラック３重量部、実施例１で得られた熱膨張性マイクロカプセル３重量部を混合した。続いて型締力約３５０トン、スクリュー径６０ｍｍを有する射出成形機を用いて、射出圧力約１８６０ｋｇ／ｃｍ２、シリンダー温度１９０℃にて射出成形を行い、直径２５０ｍｍ×厚み３ｍｍの円盤状の発泡成形体を得た。
（実施例２～７、９、１０、比較例１～５）
アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、トリメチロールプロパントリメタクリレートを表１、２に示す組成で混合し、モノマー組成物とした以外は実施例１と同様にして熱膨張性マイクロカプセル及び発泡成形体を得た。
（実施例８）
アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、トリメチロールプロパントリメタクリレートを表１に示す組成で混合してモノマー組成物とし、更に金属カチオン塩である水酸化亜鉛を３．８重量部添加した以外は実施例１と同様にして熱膨張性マイクロカプセル及び発泡成形体を得た。
（評価方法）
得られた熱膨張性マイクロカプセル及び発泡成形体の性能を以下の方法で評価した。結果を表１、２に示した。
（１）熱膨張性マイクロカプセルの評価
（１－１）体積平均粒子径
粒度分布径測定器（ＬＡ－９５０、ＨＯＲＩＢＡ社製）を用い、体積平均粒子径を測定した。
（１－２）発泡開始温度、最大発泡温度
熱機械分析装置（ＴＭＡ）（ＴＭＡ２９４０、ＴＡ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）を用い、発泡開始温度（Ｔｓ）及び最大発泡温度（Ｔｍａｘ）を測定した。具体的には、試料２５μｇを直径７ｍｍ、深さ１ｍｍのアルミ製容器に入れ、上から０．１Ｎの力を加えた状態で、５℃／ｍｉｎの昇温速度で８０℃から２５０℃まで加熱し、測定端子の垂直方向における変位を測定し、変位が上がり始める温度を発泡開始温度とした。また、発泡倍率を測定し、発泡倍率が最大となる温度を最大発泡温度とした。
（２）発泡成形体の評価
（２－１）密度の測定
得られた成形体の密度をＪＩＳ　Ｋ－７１１２　Ａ法（水中置換法）に準拠した方法により測定した。
（２－２）外観（成形品表面）
成形品表面の白斑点の個数を目視にて計数した。
（２－３）黄色度（ＹＩ）
色差計（ＮＲ－３０００、日本電色工業社製）を用いて成形品表面の黄色度を測定し、ＹＩ値を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
本発明によれば、優れた耐熱性を有するとともに、発泡倍率が高く、黄変しにくく優れた外観を有する発泡成形体を作製することが可能な熱膨張性マイクロカプセル及び該熱膨張性マイクロカプセルを用いた発泡成形体を提供することができる。

Claims (4)

  1. 重合体からなるシェルに、コア剤として揮発性膨張剤が内包された熱膨張性マイクロカプセルであって、
    前記シェルは、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（Ｉ）４４～６３重量％と、カルボキシル基を有し、炭素数が３～８のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー（ＩＩ）１５～３０重量％と、分子内に二重結合を２つ以上有する架橋性モノマー（ＩＩＩ）０．１～３．０重量％と、（メタ）アクリル酸エステル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル及びスチレン系モノマーから選択される少なくとも１種からなる重合性モノマー（ＩＶ）２１～４０重量％を含有するモノマー組成物を重合させてなる重合体からなる
    ことを特徴とする熱膨張性マイクロカプセル。
  2. モノマー組成物は、金属カチオン塩を含有し、前記金属カチオン塩の含有量がモノマーの合計量に対して、０．１～１０重量％であることを特徴とする請求項１記載の熱膨張性マイクロカプセル。
  3. 最大発泡温度が１７５℃以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱膨張性マイクロカプセル。
  4. 請求項１、２又は３記載の熱膨張性マイクロカプセルを用いてなることを特徴とする発泡成形体。
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