JPH04351605A - 重合体微粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単分散の粒子径分布を
有する平均粒子径０．０５μｍ以上１μｍ未満の重合体
微粒子の製造方法に関する。この重合体微粒子は、診断
用微粒子担体、液体クロマトグラフィー用カラム充填剤
等の広範な用途に利用される。

【０００２】

【従来の技術】単分散重合体微粒子は、診断用微粒子担
体、診断用試薬担体、液体クロマトグラフィー用カラム
充填剤、塗料用充填剤、各種のスペーサー、電子写真方
式のトナー用粒子等の用途に用いられている。

【０００３】例えば、診断用微粒子担体は、通常は抗原
、抗体などを粒子表面に固定化して検査試薬として使用
されている。この診断用微粒子分散液（診断用ラテック
ス）を血液や尿などの体液と混合すると、その微粒子表
面に固定化された抗原、抗体などが検体体液中の特異物
質と反応して凝集する。凝集の有無を判定したり、凝集
の程度を測定することにより、免疫学的検査等を行なう
。このような診断用微粒子担体に要求される主な条件と
して、粒度が均一であること、特に、真球状単分散微粒
子であることが挙げられる。

【０００４】また、単分散重合体微粒子には、使用目的
に応じて各種粒径のものが知られているが、例えば、診
断用ラテックスとして広く用いられているのは直径１μ
ｍ未満のものであることに見られるように、０．０５μ
ｍ以上１μｍ未満の平均粒子径の重合体粒子は、診断用
微粒子担体、カラム充填剤、各種のスペーサー途等の用
途に多くの需要がある。ところが、従来法により、単分
散粒子径分布を有し、平均粒子径が０．０５μｍ以上１
μｍ未満の範囲内にある重合体微粒子を製造することは
、非常に困難である。

【０００５】従来、単分散重合体微粒子を得る方法とし
ては、例えば、通常の乳化重合法で作製した重合体粒子
をシード（重合種）粒子とし、これに単量体と界面活性
剤、重合開始剤等の各種重合副資材を添加して重合する
ことにより、シード粒子の粒子径を大きくさせていくシ
ード重合法が知られている。しかし、この方法では、界
面活性剤や重合開始剤等を過剰に添加すると、新たな重
合体粒子が発生するため、得られる重合体の粒子径分布
の単分散性が損なわれてしまう。そこで、界面活性剤量
は、通常、重合系中における界面活性剤の臨界ミセル形
成濃度の前後となる量に調整するが、この条件下では成
長中の重合体粒子がコロイド的に極めて不安定となり、
凝集物を生成しやすくなる。したがって、凝集物発生を
抑えるために、撹拌等重合操作の上でも細心の注意が必
要とされる。

【０００６】また、乳化重合法により得られた重合体粒
子の表面には、ラテックス製造時に添加される界面活性
剤や反応開始剤の一部が露出しており、このような重合
体粒子を、例えば診断用微粒子担体として使用すると、
抗原、抗体の感作に影響を及ぼし、また、試薬の安定性
にも悪影響を及ぼす。

【０００７】単分散粒子径分布を有する重合体微粒子を
得る別の方法として、界面活性剤を使用せず、その代わ
りに乳化力を有するスチレンスルホン酸ナトリウムを用
いたソープフリー重合が知られている。しかし、この方
法では、重合系中に含まれる溶存酸素、無機塩類等によ
り、得られる重合体の粒子径が微妙に変化するため、再
現性に乏しく、工業的生産には不向きである。また、反
応系は、界面活性剤を使用しないのでコロイド的に不安
定であり、しかも単量体濃度を通常１０重量％以下とし
なければならず、経済性の面からも問題がある。

【０００８】通常の懸濁重合法により得られた広い分子
径分布を有する重合体粒子を分級する方法では、充分な
単分散性を達成することはできない。

【０００９】近年、単分散重合体粒子を容易に製造する
方法として、分散重合法が提案されている。しかし、こ
の分散重合法は、有機溶媒中でのポリマー析出を利用す
る重合法であり、一般的に有機溶媒中での析出分子量が
水系の重合に比べて大きいので、得られる重合体粒子の
平均粒子径は、通常、１〜数μｍになる。しかも、分散
重合法により得られた重合体粒子表面は、使用した分散
安定剤で覆われているため、実用上粒子の精製を必要と
する用途、例えば、診断用微粒子担体、液体クロマトグ
ラフィー用カラム充填剤、塗料添加用充填剤等には使用
できない。また、分散安定剤として水溶性高分子を用い
ているため、重合体粒子の表面は、かなりの程度まで親
水性となっており、このような粒子を電子写真方式のト
ナーに使用すると、粒子表面の帯電量が減少して、鮮明
な画像が得られない。

【００１０】本出願人は、疎水性単量体をポリメタクリ
ル酸の存在下にラジカル開始剤を用いて分散重合するこ
とにより、単分散粒子径分布を有する重合体粒子を製造
する方法について特許出願を行なったが（特開平１−２
４９８０６号）、この方法では、１〜２０μｍの比較的
大粒径の重合体粒子は得られるものの、０．０５μｍ以
上１μｍ未満の範囲の平均粒子径を有する重合体微粒子
を得ることができない。このような事情から、単分散の
粒子径分布を有する重合体微粒子を簡易に製造する方法
が求められている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
法と比較して簡易な方法により、単分散粒子径分布を有
し、かつ、平均粒子径が０．０５μｍ以上１μｍ未満の
範囲内にある重合体微粒子の製造方法を提供することに
ある。

【００１２】本発明者らは、前記従来技術の有する問題
点を克服するために鋭意研究した結果、疎水性単量体を
ポリメタクリル酸の存在下で分散重合を行なう際に、ラ
ジカル重合開始剤として溶媒に可溶であってラジカルイ
オン発生能を有する化合物を用いることにより前記目的
を達成できることを見出し、その知見に基づいて本発明
を完成するに至った。

【００１３】

【課題を解決するための手段】かくして本発明によれば
、疎水性単量体をポリメタクリル酸の存在下に、これら
を溶解するが該疎水性単量体の重合体を溶解しない溶媒
中でラジカル重合開始剤を用いて重合を行ない粒子状の
重合体を製造する方法において、ラジカル重合開始剤と
して該溶媒に可溶であってラジカルイオン発生能を有す
る化合物を用いることを特徴とする単分散粒子径分布を
有し、かつ、平均粒子径が０．０５μｍ以上１μｍ未満
の範囲内にある重合体微粒子の製造方法が提供される。 以下、本発明について詳述する。

【００１４】（疎水性単量体）本発明で使用する疎水性
単量体は、２０℃における水に対する溶解度が５重量％
未満、好ましくは１重量％未満の単量体である。

【００１５】疎水性単量体の具体例としては、例えば、
スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、
クロルメチルスチレン、ハロゲン化スチレン、ジビニル
ベンゼン等の芳香族ビニル単量体；メチル（メタ）アク
リレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ
）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレ
ート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メ
タ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アク
リレート、グリシジル（メタ）アクリレート等の（メタ
）アクリル酸エステル；ブタジエン、イソプレン等の共
役ジオレフィン類等を挙げることができる。

【００１６】これらの単量体は、通常、生成する重合体
のガラス転移温度が室温以上となるように、単独である
いは２種以上を組み合わせて使用する。これらの中でも
、特に芳香族ビニル単量体がより好ましく使用できる。

【００１７】（ポリメタクリル酸）本発明においては、
ポリメタクリル酸を分散安定剤として使用する。ポリメ
タクリル酸は、その製法により限定されないが、その２
０重量％水溶液のＢ型粘度計で測定した粘度（２０℃、
ローター＃２、６０ｒｐｍで測定）が１００〜５００，
０００ｃｐｓ、好ましくは５０，０００〜１５０，００
０ｃｐｓのものである。

【００１８】使用するポリメタクリル酸の量は、疎水性
単量体成分１００重量部に対して、通常１〜４０重量部
、好ましくは５〜３０重量部である。１重量部未満では
、重合中の重合安定性が悪くなり凝固物が多量に発生す
る。４０重量部を超えて使用すると、不経済であること
、単量体濃度が低くなり生産性が低下すること、重合後
にポリメタクリル酸を除去する場合には、その操作が煩
雑になること等の問題が有る。

【００１９】ポリメタクリル酸は、別途に重合したポリ
メタクリル酸を疎水性単量体とともに反応系に加えて重
合してもよいが、疎水性単量体の重合を行なう反応器中
で疎水性単量体の重合に先だってメタクリル酸単量体を
重合して得てもよい。

【００２０】（溶媒）本発明においては、溶媒として、
疎水性単量体、ポリメタクリル酸および重合開始剤を溶
解するが、得られた重合体粒子を溶解しない溶媒を使用
する。

【００２１】このような溶媒の具体例としては、メチル
アルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール類
、ブチルアルコール類等の低級アルコール類；アセトン
、メチルエチルケトン等のケトン類；ピリジン、ピロー
ル、テトラヒドロフラン等のヘテロ環状化合物；ｎ−ヘ
キサン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類；ベンゼ
ン、トルエン等の芳香族炭化水素類；塩化メチレン、ク
ロロホルム等のハロゲン化炭化水素類等の有機溶媒を挙
げることができる。これらの中でも低級アルコール類が
好ましい。これらの有機溶媒は、単独で使用してもよく
２種以上組み合わせて使用してもよい。また、場合によ
り、水を混合して使用してもよい。

【００２２】溶媒の使用量は、特に限定されないが、通
常、疎水性単量体成分１００重量部に対して１００〜２
０００重量部、好ましくは５００〜２０００重量部の範
囲である。溶媒の使用量が少な過ぎると、重合時の単量
体濃度が高いため、凝集物生成量が多く、多過ぎると経
済的に不利である。

【００２３】（ラジカル重合開始剤）本発明で使用する
ラジカル重合開始剤は、使用される溶媒に可溶であって
ラジカルイオン発生能を有する化合物である。

【００２４】特開平１−２４９８０６号に開示されてい
るような過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物系、あるい
はアゾビスイソブチロニトリル等のアゾニトリル系など
の通常のラジカル重合開始剤を用いると、比較的粒径の
大きな重合体粒子が得られ、本発明が目的としているよ
うな重合体微粒子を得ることができない。

【００２５】本発明で使用するラジカルイオン発生能を
有する化合物の具体例としては、例えば、過硫酸カリウ
ム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩；４，４′−アゾ
ビス−４−シアノバレリアン酸、２，２′−アゾビス−
２−アミジノプロパン塩酸塩を挙げることができるが、
これらに限定されるものではない。

【００２６】本発明において使用する重合開始剤の量は
、特に限定されず、目的とする重合体の分子量を考慮し
て適切に選べばよいが、疎水性単量体成分１００重量部
に対して、通常０．１〜１０重量部である。

【００２７】（重合方法）本発明の方法においては、疎
水性単量体とポリメタクリル酸の両者を溶解する溶媒中
で、ラジカルイオン発生能を有する重合開始剤により、
該疎水性単量体の重合を行なう。各成分の添加順序は、
特に限定されないが、通常、疎水性単量体とポリメタク
リル酸を溶剤に溶解した溶液に重合開始剤を添加して重
合する。

【００２８】重合反応温度は、特に限定されず、使用す
る重合開始剤により適切に選定すればよいが、通常、２
０〜１００℃の範囲である。

【００２９】重合反応終了後、濾過、遠心分離等の方法
で重合体微粒子を分離する。もし、必要ならば、重合体
微粒子表面のポリメタクリル酸を除去することができ、
これにより重合体微粒子表面は容易に親水性表面から重
合体微粒子自体の疎水性表面に変化する。そのための方
法としては、遠心分離、半透膜等を利用する透析、限外
濾過法等の通常の重合体粒子の精製法を採用すればよい
。

【００３０】重合体微粒子表面のポリメタクリル酸を完
全に除去するためには、重合体微粒子を水に懸濁させて
これを遠心分離する方法が好ましく、また、この場合、
粒子懸濁液のｐＨを水酸化ナトリウム等の塩基でアルカ
リ性側にしておくと、ポリメタクリル酸の溶解度が向上
するので好ましい。

【００３１】この精製操作によりポリメタクリル酸が除
去されるのは、ポリメタクリル酸には通常グラフト点と
なるα−水素が存在しないので、ポリメタクリル酸と疎
水性単量体とは共重合しておらず、したがって、遠心分
離等により、粒子表面に存在する水溶性のポリメタクリ
ル酸が粒子から分離するためであると考えられる。

【００３２】なお、本発明の方法において、当初添加し
た疎水性単量体の重合終了後、新たに疎水性単量体（お
よび、必要ならば、重合開始剤を、単量体成分１００重
量部に対して０．１〜１０重量部の範囲）を追加して重
合を続行させることが可能である。

【００３３】追加添加する疎水性単量体は、当初使用し
た疎水性単量体と同じでも異なっていてもよいが、使用
する有機溶媒に可溶であることが必要である。その量は
、当初の重合で得られた重合体粒子１００重量部に対し
、好ましくは１５０重量部以下、より好ましくは１００
重量部以下である。１５０重量部を超えて後添加すると
、添加した単量体が新たに粒子を作り、重合体微粒子の
粒子径の単分散性が損なわれる。

【００３４】本発明の方法により、重量平均粒径／数平
均粒径が１．２未満の単分散粒子径分布を有し、かつ、
平均粒子径（重量平均粒径および数平均粒径）が０．０
５μｍ以上１μｍ未満の範囲内にある重合体微粒子が得
られる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明について、実施例および比較例
を挙げて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施
例のみに限定されるものではない。なお、実施例中の部
および％は、特に断りのない限り重量基準である。

【００３６】物性の測定法は、下記のとおりである。 （１）重合転化率 重量法による。 （２）平均粒子径 特に断りのない限り、ＬＰＡ３０００／３１００サブミ
クロン粒子径測定器（大塚電子社製）を用いて測定した
。 （３）粒子表面の酸基の量 重合体粒子２ｇを蒸留水４８ｇに投入し、これに０．１
Ｎ水酸化ナトリウム溶液をｐＨが１２になるまで添加し
て６分間撹拌した後、０．１Ｎ塩酸水溶液を０．５ミリ
リットルずつ３０秒毎に添加した電導度滴定（京都電子
社製、ＣＭ−１１７電導度計使用）を行ない、滴定曲線
の変曲点に対応する塩酸消費量から計算する。 （４）熱重量変化 熱天秤（島津製作所社製；ＴＧＡ−５０）を使用して、
窒素雰囲気下、１０℃／分の昇温速度で、重合体重量が
１％および５％減少する時の温度を測定した。

【００３７】［実施例１］撹拌器、冷却コンデンサー、
窒素ガス導入管および温度計を装着した２リットルの反
応器の内部を窒素置換し、この反応容器中に脱イオン水
３６０ｇ、エチルアルコール８４０ｇ、メタクリル酸１
３．３ｇおよび過硫酸カリウム０．９５ｇを加えて３０
分間撹拌して均一混合液とした。

【００３８】次いで、窒素で混合液のバブリングを行な
った後、７０℃に反応器を加温して反応を開始させ、そ
のまま６時間保ち、メタクリル酸の重合を完了させた。 重合転化率は約１００％であった。次に、反応器にスチ
レン６６．７ｇを添加して（触媒は：過硫酸カリウム０
．５部）同温度で１６時間、スチレンの重合を行なった
のち、反応混合物を室温まで冷却した。重合転化率は９
８．３％であった。

【００３９】得られたポリスチレン懸濁液を遠心分離器
にかけて重合体微粒子を沈殿させ、デカンテーションに
より重合体微粒子を分離した。この重合体微粒子を蒸留
水中に投入し十分撹拌した後、再度遠心分離を行なう精
製操作を２度繰り返した。

【００４０】得られたポリスチレン微粒子は、重量平均
粒径０．４７μｍ、数平均粒径０．４４μｍの単分散粒
子径分布を持つ球状微粒子であった。また、重合体微粒
子表面にはポリメタクリル酸は検出されず、粒子表面が
ポリスチレンであることが確認された。

【００４１】［比較例１］過硫酸カリウムに代えて２，
２′−アゾビスイソブチロニトリル０．９５ｇを使用し
た以外は、実施例１と同様にして、重量平均粒径２．０
５μｍ、数平均粒径２．０１μｍの単分散粒子径分布を
持つ球状粒子を得た。なお、粒子径はコールターマルチ
サイザー（コールター社製）を使用して測定した。

【００４２】［実施例２］実施例１でスチレンの重合が
終了した後、さらにスチレンを６６．７ｇと過硫酸カリ
ウム０．５ｇとを添加して１０時間重合を続行させた。 重合転化率は９６．４％であった。その後、実施例１と
同様の精製操作を行なって、重量平均粒径０．５８μｍ
、数平均粒径０．５５μｍの単分散粒子径分布を持つ球
状微粒子を得た。

【００４３】［実施例３］実施例１でスチレンの重合が
終了した後、さらにスチレンを３３．３ｇ、ジビニルベ
ンゼン（和光純薬社製、純度５５％）６０．７ｇと過硫
酸カリウム０．５ｇとを添加して１０時間重合を続行さ
せた。重合転化率は９８．２％であった。その後、実施
例１と同様の精製操作を行なって、重量平均粒径０．６
０μｍ、数平均粒径０．５８μｍの単分散粒子径分布を
持つ球状微粒子を得た。

【００４４】この重合体微粒子を真空乾燥した後、エチ
レングリコールおよびトルエン中に投入したが、いずれ
の場合も液が白濁し、重合体微粒子がこれらの溶媒に不
溶であることが確認された。

【００４５】また、重合体微粒子の熱重量減少を測定し
たところ、１％重量減少温度が３１０℃で、５％重量減
少温度が３６０℃であった。

【００４６】［実施例４］過硫酸カリウムに代えて４，
４′−アゾビス−４−シアノバレリアン酸０．１ｇを使
用した以外は、実施例１と同様にして、重量平均粒径０
．８６μｍ、数平均粒子径０．８３μｍの単分散粒子径
分布を持つ球状微粒子を得た。

【００４７】［実施例５］過硫酸カリウムに代えて過硫
酸アンモニウム３．２ｇを使用した以外は、実施例１と
同様にして、重量平均粒径０．２３μｍ、数平均粒径０
．２１μｍの単分散粒子径分布を持つ球状微粒子を得た
。

【００４８】［実施例６］脱イオン水の量を３６０ｇ、
エチルアルコールの量を８４０ｇとした以外は、実施例
１と同様にして、重量平均粒径０．６８μｍ、数平均粒
径０．６５μｍの単分散粒子径分布を持つ球状微粒子を
得た。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、従来の製造方法に比べ
て、簡易な操作で、単分散粒子径分布を有する平均粒子
径が０．０５μｍ以上１μｍ未満の範囲内にある重合体
微粒子を得ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　疎水性単量体をポリメタクリル酸の存
   在下に、これらを溶解するが該疎水性単量体の重合体を
   溶解しない溶媒中でラジカル重合開始剤を用いて重合を
   行ない粒子状の重合体を製造する方法において、ラジカ
   ル重合開始剤として該溶媒に可溶であってラジカルイオ
   ン発生能を有する化合物を用いることを特徴とする単分
   散粒子径分布を有し、かつ、平均粒子径が０．０５μｍ
   以上１μｍ未満の範囲内にある重合体微粒子の製造方法
   。