JP2017014385A - 微粒子、及びその製造方法、ならびに樹脂粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
重合性単量体組成物を水系媒体中に分散し、ミニエマルション重合する工程を有し、
前記重合性単量体組成物が、
重量平均分子量が400以上2000以下のシロキサン構造を有するモノマー、
複数の重合性官能基を有するモノマー、及び
イオン性基を有するモノマー、
を含有することを特徴とする微粒子の製造方法に関する。
前記微粒子のSi原子の含有量が、前記微粒子に対して5.0質量%以上15.0質量%以下であり、
前記微粒子が下記式(3)〜(5)を満たし、
Dwv/Dwn≦1.5 (3)
50nm≦Dwv≦500nm (4)
Dsv/Dwv≦1.5 (5)
(式(3)〜(5)中、
Dwvは、水中で測定される前記微粒子の体積平均粒径(nm)を示す。
Dwnは、水中で測定される前記微粒子の個数平均粒径(nm)を示す。
Dsvは、溶剤S中で測定される前記微粒の体積平均粒径Dsv(nm)を示す。)
前記溶剤Sが、アセトン、およびテトラヒドロフランの少なくとも一方であり、
疎水性溶剤Xが、超臨界状態または液体状態の二酸化炭素、ヘキサン、およびヘキサデカンの少なくとも1つであることを特徴とする微粒子に関する。
樹脂R、溶剤S及び分散剤を含む混合物に疎水性溶剤Xを添加、及び攪拌して樹脂粒子を形成する工程を有し、
前記分散剤が、請求項7から9のいずれか一項に記載の微粒子であり、
溶剤Sが、アセトン、およびテトラヒドロフランの少なくとも一方であり、
疎水性溶剤Xが、超臨界状態または液体状態の二酸化炭素、ヘキサン、およびヘキサデカンかの少なくとも1つである樹脂粒子の製造方法に関する。
ミニエマルションとは、ハイドロホーブを含有する重合性単量体組成物を20nm〜1000nm程度に微細化し、粒径分布のシャープな液滴として水媒体中に分散させたO/Wエマルションである。通常、この粒径領域のエマルションでは、オストワルド熟成が生じ易いことから、液滴の粒径分布をシャープに維持することは困難である。一方、ミニエマルションにおいては、ハイドロホーブの働きによって液滴に作用するラプラス圧と浸透圧が拮抗し、全ての液滴間で圧平衡が成り立つため、オストワルド熟成が効果的に抑制されて液滴の粒径分布がシャープに維持される。ミニエマルションの液滴を重合すると、その粒径と粒径分布を維持したまま微粒子化する。本発明者らは、シロキサン構造を有するモノマーがハイドロホーブとして機能し、微粒子の粒径分布のシャープ化に大きく寄与することを見出した。
重合性単量体組成物には、重量平均分子量が400以上2000以下のシロキサン構造を有するモノマー、複数の重合性官能基を有するモノマー、イオン性基を有するモノマーを含有する。
本発明では、シロキサン構造を有するモノマーを用いる。シロキサン構造が、疎水性溶剤X、具体的には、二酸化炭素、ヘキサン、およびヘキサデカンに対して高い親和性を有するためである。シロキサン構造を有するモノマーの重量平均分子量は、400以上2000以下である。重量平均分子量が400未満であると、ハイドロホーブとしての機能を十分発揮せず、得られる微粒子の粒径分布がブロードになりやすい。重量平均分子量が2000より大きい場合、重合反応性に乏しく、ミニエマルション重合の重合転化率が小さくなってしまうため好ましくない。
複数の重合性官能基を有するモノマーは、1分子中に複数の重合性官能基を有するモノマーである。重合性官能基としては、ラジカル重合性のビニル基が好ましい。複数の重合性官能基を有するモノマーを用いると、重合過程で三次元架橋構造が生じ、得られる微粒子の耐溶剤性を高めることができる。
エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブチレングリコールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2’−ビス(4−(メタクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、2,2’−ビス(4−(メタクリロキシ・ポリエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタリン、ジビニルエーテル、両末端アクリル変性シリコーン、両末端メタクリル変性シリコーン、ポリブタンジオールジメタクリレート等が挙げられる。本発明では、2種類以上の複数の重合性官能基を有するモノマーを併用することもできる。
0.005≦W1/W2≦0.08 (1)
イオン性基を有するモノマーのイオン性基とは、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基、リン酸基などに代表されるイオン性基を有するモノマーである。本発明では、例えば、カルボン酸ナトリウムのような金属塩もイオン性基に含める。
0.02≦W3/W2≦0.15 (2)
式(2)のW3/W2が0.02以上であると、微粒子の耐溶剤性がより向上する。式(2)のW3/W2が0.15以下であると、水系媒体に分配するイオン性基を有するモノマーの割合が適度となり、樹脂粒子の耐溶剤性が維持される。
重合性単量体組成物には、さらに、ポリエステルを含有させてもよい。用いられるポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のように、多価アルコールと多価カルボン酸の縮合重合体が挙げられる。
本発明の重合性単量体組成物には、上述したモノマー以外に、スチレンやメチルメタクリレートのような重量平均分子量が200以下の低分子量モノマーを用いてもよい。低分子量モノマーは、ミニエマルション重合の重合反応性を向上させ、重合転化率の向上に寄与するためである。また、2種類以上の低分子量モノマーを併用することもできる。
Dwv/Dwn≦1.5 (3)
50nm≦Dwv≦500nm (4)
Dsv/Dwv≦1.5 (5)
式(3)〜(5)中、
Dwvは、水中で測定される微粒子の体積平均粒径(nm)を示す。
Dwnは、水中で測定される微粒子の個数平均粒径(nm)を示す。
Dsvは、溶剤S中で測定される微粒子の体積平均粒径Dsv(nm)を示す。
溶剤Sに対する微粒子の不溶分率(質量%)=(S/0.1)×100
疎水性溶剤Xに対する微粒子の不溶分率(質量%)=(X1/0.1)×100
疎水性溶剤Xに対する微粒子の不溶分率(質量%)=(X2/0.1)×100
上述した微粒子を用いた樹脂粒子の製造方法について説明する。
微粒子に含まれるSi原子の質量分率は蛍光X線分析(XRF)法により測定する。微粒子をペレット状に形成し、波長分散型蛍光X線分析装置(ZSX100e;リガク社製)を用いて真空中において、FP法にて発生する特性X線のエネルギーを求めることにより微粒子に含まれる元素の原子比を測定する。この元素の原子比を質量比に換算することでSi原子の質量分率を算出する。
水中で測定される微粒子の個数平均粒径Dwnと、水中で測定される微粒子の体積平均粒径Dwv、溶剤S中で測定される微粒子の体積平均粒径Dsvは、DLS−8000(大塚電子社製;アルゴンレーザー光源)を用いて評価する。具体的には、散乱強度が10000±1000cpsとなるように微粒子を水、あるいは、溶剤S中に分散させて分散液とし、この分散液を35℃、5分間精置した後に、DLS−8000を用いて評価する。
(複数の重合性官能基を有するモノマー1の合成)
以下の原料を用いて複数の重合性官能基を有するモノマー1を合成した。
・数平均分子量1500のポリエチレングリコール:1.05g(以下、PEG1500と称する)
・1−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]−3−エチルカルボジイミド(以下、EDCと称する):1.08g
・メタクリル酸:0.48g
・4−(ジメチルアミノ)ピリジン(以下、DMAPと称する):0.07g
・無水クロロホルム:70ml
PEG1500を数平均分子量2050のポリエチレングリコールに変更し、さらにその使用量を1.05gから1.43gに変更した。それ以外は、複数の重合性官能基を有するモノマー1と同様の方法によって複数の重合性官能基を有するモノマー2を合成した。複数の重合性官能基を有するモノマー2の重量平均分子量をGPCによって評価したところ、ポリスチレン換算で2300であった。
以下の原料を用いてポリエステル1を合成した。
・セバシン酸:125g
・1,6−ヘキサンジオール:75g
・ジブチルスズオキシド:0.1g
セバシン酸と1,6ヘキサンジオールとジブチルスズオキシドを混合した混合物に対し、減圧と窒素パージを3回繰り返した。次に、この混合物を180℃に保持した状態で6時間攪拌し、減圧操作を行った上で230℃に昇温してさらに2時間保持することによって反応物を得た。この反応物をクロロホルムに溶解した溶解液を大量のメタノールと混合することによって析出物を得た後、この析出物を濾過によって回収し、減圧乾燥することによってポリエステル1を合成した。ポリエステル1の重量平均分子量をGPCによって評価したところ、ポリスチレン換算で13200であった。また、ポリエステル1を示唆走査熱量測定(以下、DSC)によって評価したところ、最大吸熱ピークのピーク温度(融点)が69.0℃であり、この吸熱ピークの半値幅は10℃以内であり、結晶融解熱量ΔHmが121J/gであった。このことから、ポリエステル1は、結晶性ポリエステルであることが確認された。
原料として5.8gのフマル酸を追加し、セバシン酸の使用量を125gから115gに変更した以外は、ポリエステル1と同様の方法によってポリエステル2を合成した。ポリエステル2の重量平均分子量をGPCによって評価したところ、ポリスチレン換算で12100であった。また、ポリエステル2をDSCによって評価したところ、最大吸熱ピークのピーク温度(融点)が67.0℃であり、この吸熱ピークの半値幅は10℃以内であり、結晶融解熱量ΔHmが110J/gであった。このことから、ポリエステル2は、結晶性ポリエステルであることが確認された。また、1H−NMRとGPCを用いて1本のポリエステル2が有するビニル基量を算出したところ、数平均分子量換算で1.2個/本であった。
加熱乾燥した二口フラスコに、窒素を導入しながら以下の原料を仕込んだ。
・キシリレンジイソシアネート:28g
・シクロヘキサンジメタノール:17g
・テトラヒドロフラン(THF):40g
これを50.0℃まで加熱し、10時間かけてウレタン化反応を施した。その後、前記ポリエステル1を105gだけTHF110gに溶解させた溶液を徐々に添加し、更に50.0℃にて5時間攪拌を行った。その後、室温まで冷却し、有機溶媒であるTHFを留去することで、樹脂Rを合成した。得られた樹脂Rの重量平均分子量は35500、融点は56.0℃であった。
微粒子1から微粒子23を、ミニエマルション重合によって合成した。以下、具体的な合成方法を説明する。以下の原料を混合し、水溶液を調製した。
・イオン交換水:100g
・ドデシル硫酸ナトリウム:0.0978g
以下の原料を混合し、溶解液を調製した。
・シロキサン構造を有するモノマー:(材料種と添加量は、表1参照。)
・イオン性基を有するモノマー:(材料種と添加量は、表1参照。)
・複数の重合性官能基を有するモノマー:(材料種と添加量は、表1参照。)
・ポリエステル部位を有するビニルモノマー:(材料種と添加量は、表1参照。)
・スチレン:(添加量は表1参照。)
・t−ブチルパーオキシピバレート:0.18g
・トルエン:10.18g
上記水溶液と溶解液を混合した混合液に、超音波ホモジナイザーを25℃、10分間照射することによって、水溶液中に溶解液が微分散されたO/Wエマルションを調製した。次に、このO/Wエマルションから溶存酸素を除去するために、25℃、30分間の窒素バブリング操作を行った。次に、ミニエマルション重合の操作として、窒素バブリング操作後のO/Wエマルションを200rpmで攪拌しながら75℃で7時間保持した後、エバポレーター(トルエン除去)と限外濾過(精製)、遠心分離(精製)等の実験操作を行い、微粒子を合成した。
X−22−2475:信越化学工業社製(側鎖にジメチルシリコーンを有するメタクリレート系モノマー、重量平均分子量:500)
X−22−164:信越化学工業社製(ジメチルシリコーンを有するメタクリレート系モノマー、重量平均分子量:420)
X−22−164A:信越化学工業社製(ジメチルシリコーンを有するメタクリレート系モノマー、重量平均分子量:1720)
PBD:MONOMER−POLYMER社製の架橋性モノマー(製品名:POLYBUTANEDIOL 600 DIMETHACRYLATE、重量平均分子量:536)
APG−200:新中村化学製の多官能性モノマー(トリプロピレングリコールジアクリレート、重量平均分子量:300)
W1:複数の重合性官能基を有するモノマーの添加量を示す。
W2:重合性単量体組成物の質量を示す。
W3:イオン性基を有するモノマーの添加量を示す。
微粒子25を、溶解再析出によって作製した。以下、具体的な方法を説明する。
・シロキサン構造を有するモノマー(商品名:X−22−2475):2.5g
・イオン性基を有するモノマー(メタクリル酸):0.63g
・スチレン:2.4g
・2,2’−アゾビスイソブチロニトリル:0.36g
・ポリエステル含有ビニルモノマー(ビニルモノマー2):3.8g
・ヘキサン:30g
シロキサン構造を有するモノマー(商品名:X−22−2475)の添加量を2.5gから3.82gに、スチレンの添加量を2.4gから1.08gに変更した以外は、微粒子25と同様の方法によって微粒子26を作製した。微粒子26の評価結果を表2に示す。
微粒子27は、粉砕によって作製した。以下、具体的な方法を説明する。
・シロキサン構造を有するモノマー(商品名:X−22−2475):25g
・イオン性基を有するモノマー(メタクリル酸):6.3g
・複数の重合性官能基を有するモノマー(PBD):1.0g
・スチレン:24g
・2,2’−アゾビスイソブチロニトリル:3.6g
・ポリエステル含有ビニルモノマー(ビニルモノマー2):38g
・ヘキサン:300g
複数の重合性官能基を有するモノマー(PBD)の添加量を1.0gから0.6gに変更した以外は、微粒子27と同様の方法によって微粒子28を作製した。
樹脂粒子1〜23、25〜29を、疎水性溶剤Xとして超臨界状態または液体状態の二酸化炭素を用いて作製した。以下、具体的な方法を説明する。
・樹脂R:10g
・溶剤S:50g(溶剤種は表3に示す。)
・水:3.0g
・微粒子:1.0g(微粒子種は表3に示す。)
樹脂粒子30〜33は、二酸化炭素以外の疎水性溶剤Xを用いて作製した。以下、具体的な方法を説明する。
・樹脂R:10g
・溶剤S:50g(溶剤種は表3に示す。)
・水:3.0g
・微粒子:1.0g(微粒子種は表3に示す。)
樹脂粒子34及び35は、疎水性溶剤Xとして超臨界状態または液体状態の二酸化炭素を用いた。以下、具体的な方法を説明する。
・樹脂R:10g
・溶剤S:50g(溶剤種は表3に示す。)
・微粒子:1.0g(微粒子種は表3に示す。)
樹脂粒子36〜39を、二酸化炭素以外の疎水性溶剤Xを用いて作製した。以下、具体的な方法を説明する。
・樹脂R:10g
・溶剤S:50g(溶剤種は表3に示す。)
・微粒子:1.0g(微粒子種は表3に示す。)
樹脂粒子の造粒性は、目視、及び、走査型電子顕微鏡(SEM)によって評価した。得られた樹脂粒子を以下のようにランクを分けて評した。本発明においては、ランクB以上であれば、本発明の効果が得られているレベルとした。
A:樹脂粒子が形成された。
B:樹脂粒子が形成されたが、一部凝集体がみられた。
C:樹脂粒子が形成されたが、凝集体がみられ、粒度分布も極めてブロードであった。
D:著しい凝集体がみられた。
Claims (10)
- 微粒子の製造方法であって、前記方法が、
重合性単量体組成物を水系媒体中に分散し、ミニエマルション重合する工程を有し、
前記重合性単量体組成物が、
重量平均分子量が400以上2000以下のシロキサン構造を有するモノマー、
複数の重合性官能基を有するモノマー、及び
イオン性基を有するモノマー、
を含有することを特徴とする微粒子の製造方法。 - 前記複数の重合性官能基を有するモノマーの重量平均分子量が、200以上2000以下である請求項1に記載の微粒子の製造方法。
- 前記重合性単量体組成物が、さらにポリエステルを含有する請求項1または2に記載の微粒子の製造方法。
- 前記ポリエステルが、ラジカル重合性の不飽和炭素結合を有する請求項3に記載の微粒子の製造方法。
- 前記重合性単量体組成物の質量W2に対する前記複数の重合性官能基を有するモノマーの質量W1の比率が、下記式(1)を満たす請求項1から4のいずれか一項に記載の微粒子の製造方法。
0.005≦W1/W2≦0.08 (1) - 前記重合性単量体組成物の質量W2に対する前記イオン性基を有するモノマーの質量W3の比率が、下記式(2)を満たす請求項1から5のいずれか一項に記載の微粒子の製造方法。
0.02≦W3/W2≦0.15 (2) - シロキサン構造に由来するSi原子を含有する微粒子であって、
前記微粒子のSi原子の含有量が、前記微粒子に対して5.0質量%以上15.0質量%以下であり、
前記微粒子が下記式(3)〜(5)を満たし、
Dwv/Dwn≦1.5 (3)
50nm≦Dwv≦500nm (4)
Dsv/Dwv≦1.5 (5)
(式(3)〜(5)中、
Dwvは、水中で測定される前記微粒子の体積平均粒径(nm)を示す。
Dwnは、水中で測定される前記微粒子の個数平均粒径(nm)を示す。
Dsvは、溶剤S中で測定される前記微粒子の体積平均粒径Dsv(nm)を示す。)
前記微粒子が、溶剤Sおよび疎水性溶剤Xに難溶、あるいは、不溶であり、
前記溶剤Sが、アセトン、およびテトラヒドロフランの少なくとも一方であり、
疎水性溶剤Xが、超臨界状態または液体状態の二酸化炭素、ヘキサン、およびヘキサデカンの少なくとも1つであることを特徴とする微粒子。 - 前記微粒子が、イオン性基を有するモノマーに由来する部位を有する請求項7に記載の微粒子。
- 前記微粒子が、ポリエステル部位を有する請求項7または8に記載の微粒子。
- 樹脂粒子の製造方法であって、前記方法が、
樹脂R、溶剤S及び分散剤を含む混合物に疎水性溶剤Xを添加、及び攪拌して樹脂粒子を形成する工程を有し、
前記分散剤が、請求項7から9のいずれか一項に記載の微粒子であり、
溶剤Sが、アセトン、およびテトラヒドロフランの少なくとも一方であり、
疎水性溶剤Xが、超臨界状態または液体状態の二酸化炭素、ヘキサン、およびヘキサデカンの少なくとも1つである樹脂粒子の製造方法。
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