説明

単分散微粒子の製造法

【課題】 本発明の課題は、性能に種々の悪影響を与える親水性成分が樹脂粒子中または表面に残存せず、疎水性が高く、かつ粒子径が非常に均一で粒子径分布がシャープな単分散の樹脂粒子を得ることができる製造方法を提供することである。
【解決手段】 樹脂(a)の前駆体(A)もしくは該前駆体(A)の有機溶剤溶液からなる分散相(DP)を、マイクロチャネル(M)を介して超臨界状態の二酸化炭素(X)からなる連続相(CP)中に分散させ、該有機溶剤を除去した後、圧力を臨界圧力以下に減圧することにより、二酸化炭素を除去して樹脂粒子(B)を得ることを特徴とする、粒子径が単分散な樹脂粒子(B)の製造方法である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は粒子径が均一である単分散の樹脂粒子、およびその製造方法である。さらに詳しくは、超臨界状態の二酸化炭素を連続相(CP)としてマイクロチャネル(M)を用いる樹脂粒子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、あらかじめ溶剤に樹脂を溶解させた樹脂溶液を、無機粒子、界面活性剤、水溶性ポリマーなどの分散(助)剤の存在下で水性媒体中に分散させ、これを加熱または減圧などによって溶剤を除去し、樹脂粒子を得る方法が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
一方、非水媒体中における粒子形成方法として、超臨界流体中に樹脂溶液を噴霧する方法が知られている(例えば、特許文献3、4参照)。
【特許文献1】特開2005−272779号公報
【特許文献2】特開平9−319144号公報
【特許文献3】WO97/31691号パンフレット
【特許文献4】WO95/01221号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
前者の分散剤を用いる方法でも、粒子径が微細かつ粒子径分布がシャープな粒子を得ることが可能であるが、製造時に水中での界面自由エネルギーを低下させたり、水中での分散安定性を付与する目的で、親水性基を有する界面活性物質(界面活性剤、高分子保護コロイド、界面活性微粒子など)を使用する必要がある。この界面活性物質が樹脂粒子中または粒子表面に残存した場合、親水性基を有する界面活性剤などの水溶性不純物を含有するため、樹脂粒子の粉体特性、電気的特性、熱的特性、化学的安定性などの性能に悪影響を与えるという欠点があった。
一方、後者の超臨界流体中に樹脂溶液を噴霧する方法では、粒子径分布がシャープな粒子を得難い問題がある。
本発明の課題は、性能に種々の悪影響を与える親水性成分が樹脂粒子中または表面に残存せず、かつ粒子径分布がシャープな樹脂粒子を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明者らは、これらの問題点を解決するべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。
即ち本発明は、樹脂(a)の前駆体(A)もしくは該前駆体(A)の有機溶剤溶液からなる分散相(DP)を、超臨界状態の二酸化炭素からなる連続相(CP)中に分散させ、該有機溶剤を除去した後、圧力を臨界圧力以下に減圧することにより、二酸化炭素を除去して樹脂粒子(B)を製造する方法において、マイクロチャネル(M)を介して、該分散相(DP)を超臨界二酸化炭素中に分散することを特徴とする単分散樹脂粒子(B)の製造方法である。
【発明の効果】
【0005】
本発明の製造方法で得られる樹脂粒子は、親水性基を有する界面活性物質を含有せず、かつ粒子径分布がシャープな樹脂粒子である。このため、疎水性が高く、電気特性、粉体特性に優れた単分散樹脂粒子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
本発明は、マイクロチャネル(M)を用いて、粒子径が非常に均一である単分散の樹脂粒子を得ることができる製造方法である。
すなわち、樹脂(a)の前駆体(A)を含む分散相(DP)を、マイクロチャネル(M)を介して、超臨界状態の二酸化炭素からなる連続相(CP)中に分散させ、前駆体(A)を重合させることにより、樹脂粒子(B)を製造することができる。
【0007】
本発明の樹脂(a)としては、その前駆体(A)が連続相(CP)中に溶解せず、分散しうる樹脂であり、かつ分散相(DP)には溶解する樹脂である必要があり、ポリウレタン樹脂(a1)、ポリアミド樹脂(a2)、ポリエステル樹脂(a3)、エポキシ樹脂(a4)などが挙げられる。
ポリウレタン樹脂(a1)としては、反応性基としてイソシアネート基またはブロック化イソシアネート基を有するプレポリマー(C)と、水、ポリオール、ポリアミン活性水素含有化合物との重付加物などが挙げられる。
【0008】
ポリウレタン樹脂(a1)の前駆体(A)は、反応性基としてイソシアネート基またはブロック化イソシアネート基を有するプレポリマーと、ポリオールやポリアミンからなる硬化物(D)との混合物が挙げられる。
【0009】
ポリウレタン樹脂(a1)のプレポリマー(C)は、通常、ポリイソシアネート化合物(b)と、ポリオール(c)を反応させて得られ、通常は両末端がイソシアネート(NCO)基である。ポリイソシアネート化合物(b)とポリオール(c)は、モル比で(b)/(c)が、通常2.0〜1.2、好ましくは2.0〜1.5、さらに好ましくは2.0〜1.8である。また、末端のイソシアネート基は、硬化剤と反応する前までブロック化されていてもよく、アルコールやフェノールでブロックさせる。加熱によりブロックが外れ、触媒によって促進される場合がある。
【0010】
プレポリマー(C)用のポリイソシアネート化合物(b)としては、炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)6〜20の芳香族ポリイソシアネート、炭素数2〜18の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数4〜15の脂環式ポリイソシアネート、炭素数8〜15の芳香脂肪族ポリイソシアネートおよびこれらのポリイソシアネートの変性物(ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基含有変性物など);およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。また、これらの化合物のイソシアネート基が、アルコールやフェノールでブロックされているポリイソシアネートでもよい。
【0011】
上記芳香族ポリイソシアネートの具体例としては、1,3−および/または1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−および/または2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’−および/または4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、粗製MDI[粗製ジアミノフェニルメタン〔ホルムアルデヒドと芳香族アミン(アニリン)またはその混合物との縮合生成物;ジアミノジフェニルメタンと少量(たとえば5〜20重量%)の3官能以上のポリアミンとの混合物〕のホスゲン化物:ポリアリルポリイソシアネート(PAPI)]、1,5−ナフチレンジイソシアネート、4,4’,4”−トリフェニルメタントリイソシアネート、m−およびp−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネートなどが挙げられる。
【0012】
上記脂肪族ポリイソシアネートの具体例としては、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート、2−イソシアナトエチル−2,6−ジイソシアナトヘキサノエートなどの脂肪族ポリイソシアネートなどが挙げられる。
【0013】
上記脂環式ポリイソシアネートの具体例としては、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水添TDI)、ビス(2−イソシアナトエチル)−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレート、2,5−および/または2,6−ノルボルナンジイソシアネートなどが挙げられる。
【0014】
上記芳香脂肪族ポリイソシアネートの具体例としては、m−および/またはp−キシリレンジイソシアネート(XDI)、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)などが挙げられる。
【0015】
上記ポリイソシアネートの変性物には、ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基含有変性物などが挙げられる。具体的には、変性MDI(ウレタン変性MDI、カルボジイミド変性MDI、トリヒドロカルビルホスフェート変性MDIなど)、ウレタン変性TDIなどのポリイソシアネートの変性物およびこれらの2種以上の混合物[たとえば変性MDIとウレタン変性TDI(イソシアネート含有プレポリマー)との併用]が含まれる。
【0016】
これらのうちで好ましいものは6〜15の芳香族ポリイソシアネート、炭素数4〜12の脂肪族ポリイソシアネート、および炭素数4〜15の脂環式ポリイソシアネートであり、とくに好ましいものはTDI、MDI、HDI、水添MDI、およびIPDIである。
【0017】
プレポリマー(C)用のポリオール化合物(c)としては、例えばジオール(c1)が挙げられる。
具体的には、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、テトラデカンジオール、ネオペンチルグリコール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;その他、ポリラクトンジオール(ポリε−カプロラクトンジオールなど)、ポリブタジエンジオール、ポリエステルジオール(脂肪族あるいは芳香族ポリオール、及び脂肪族あるいは芳香族ポリカルボン酸から合成されるポリエステルジオールなど)などが挙げられる。
【0018】
ポリウレタン樹脂の場合に、プレポリマー(C)と反応させて硬化剤(D)として用いる活性水素含有化合物(d)としては、水、ポリオール、ポリアミン、ポリカルボン酸、ポリチオールなどが挙げられる。
【0019】
硬化剤(D)として用いるポリオールとしては、ジオールおよび3価以上のポリオール(c2)が挙げられる。
このジオールとしては、プレポリマー(C)用のポリオール化合物(c)として挙げたジオール(c1)と同様のものが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはポリエステルジオール、ビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。
【0020】
3価以上のポリオール(c2)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);トリスフェノール類(トリスフェノールPAなど);ノボラック樹脂(フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記トリスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物;上記ノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコールおよびノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物である。
【0021】
硬化剤(D)として用いることができる活性水素含有化合物(d)としてのポリカルボン酸(e)としては、ジカルボン酸(e1)および3価以上のポリカルボン酸(e2)が挙げられる。
ジカルボン酸(e1)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ドデセニルコハク酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、オクタデカンジカルボン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);炭素数8以上の分岐アルキレンジカルボン酸[ダイマー酸、アルケニルコハク酸(ドデセニルコハク酸、ペンタデセニルコハク酸、オクタデセニルコハク酸など)、アルキルコハク酸(デシルコハク酸、ドデシルコハク酸、オクタデシルコハク酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。
【0022】
3価以上のポリカルボン酸(e2)としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、ジカルボン酸(e1)または3価以上のポリカルボン酸(e2)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてもよい。
【0023】
硬化剤(D)として用いることができる活性水素含有化合物(d)としてのポリアミン(f)としては、脂肪族ポリアミン類(f1)、脂環式ポリアミン類(f2)、芳香族ポリアミン類(f3)、ポリアミドポリアミン(f4)、ポリエーテルポリアミン(f5)などが挙げられる。
【0024】
脂肪族ポリアミン(f1)としては、炭素数2〜6のアルキレンジアミンおよびポリアルキレンポリアミン、脂環または複素環含有脂肪族ポリアミン、芳香環含有脂肪族アミン類が挙げられる。
【0025】
アルキレンジアミンとしては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。ポリアルキレンポリアミンとしては、ジエチレントリアミン、イミノビスプロピルアミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン,トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミンなどが挙げられる。また、これらのアルキルまたはヒドロキシアルキル置換体(ジアルキルアミノプロピルアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、アミノエチルエタノールアミン、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサメチレンジアミン、メチルイミノビスプロピルアミンなど)を用いることもできる。
【0026】
脂環または複素環含有脂肪族ポリアミンとしては、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンなどが挙げられる。
芳香環含有脂肪族アミン類としては、キシリレンジアミン、テトラクロル−p−キシリレンジアミンなどが挙げられる。
【0027】
脂環式ポリアミン(f2)としては、1,3−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、メンセンジアミン、4,4´−メチレンジシクロヘキサンジアミンなどが挙げられる。また、複素環式ポリアミンとしては、ピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、1,4−ジアミノエチルピペラジン、1,4ビス(2−アミノ−2−メチルプロピル)ピペラジンなどが挙げられる。
【0028】
芳香族ポリアミン(f3)としては、非置換芳香族ポリアミン、核置換アルキル基を有する芳香族ポリアミン、核置換電子吸引基を有する芳香族ポリアミン、2級アミノ基を有する芳香族ポリアミンなどが挙げられる。
【0029】
非置換芳香族ポリアミンとしては、1,2−、1,3−および1,4−フェニレンジアミン、2,4´−および4,4´−ジフェニルメタンジアミン、クルードジフェニルメタンジアミン(ポリフェニルポリメチレンポリアミン)、ジアミノジフェニルスルホン、ベンジジン、チオジアニリン、ビス(3,4−ジアミノフェニル)スルホン、2,6−ジアミノピリジン、m−アミノベンジルアミン、トリフェニルメタン−4,4´,4”−トリアミン、ナフチレンジアミンなどが挙げられる。
【0030】
核置換アルキル基(メチル,エチル,n−およびi−プロピル、ブチルなどの炭素数1〜4のアルキル基)を有する芳香族ポリアミンとしては、たとえば2,4−および2,6−トリレンジアミン、クルードトリレンジアミン、ジエチルトリレンジアミン、4,4´−ジアミノ−3,3´−ジメチルジフェニルメタン、4,4´−ビス(o−トルイジン)、ジアニシジン、ジアミノジトリルスルホン、1,3−ジメチル−2,4−ジアミノベンゼン、1,3−ジエチル−2,4−ジアミノベンゼン、1,3−ジメチル−2,6−ジアミノベンゼン、1,4−ジエチル−2,5−ジアミノベンゼン、1,4−ジイソプロピル−2,5−ジアミノベンゼン、1,4−ジブチル−2,5−ジアミノベンゼン、2,4−ジアミノメシチレン、1,3,5−トリエチル−2,4−ジアミノベンゼン、1,3,5−トリイソプロピル−2,4−ジアミノベンゼン、1−メチル−3,5−ジエチル−2,4−ジアミノベンゼン、1−メチル−3,5−ジエチル−2,6−ジアミノベンゼン、2,3−ジメチル−1,4−ジアミノナフタレン、2,6−ジメチル−1,5−ジアミノナフタレン、2,6−ジイソプロピル−1,5−ジアミノナフタレン、2,6−ジブチル−1,5−ジアミノナフタレン、3,3´,5,5´−テトラメチルベンジジン、3,3´,5,5´−テトライソプロピルベンジジン、3,3´,5,5´−テトラメチル−4,4´−ジアミノジフェニルメタン、3,3´,5,5´−テトラエチル−4,4´−ジアミノジフェニルメタン、3,3´,5,5´−テトライソプロピル−4,4´−ジアミノジフェニルメタン、3,3´,5,5´−テトラブチル−4,4´−ジアミノジフェニルメタン、3,5−ジエチル−3´−メチル−2´,4−ジアミノジフェニルメタン,3,5−ジイソプロピル−3´−メチル−2´,4−ジアミノジフェニルメタン、3,3´−ジエチル−2,2´−ジアミノジフェニルメタン、4,4´−ジアミノ−3,3´−ジメチルジフェニルメタン、3,3´,5,5´−テトラエチル−4,4´−ジアミノベンゾフェノン、3,3´,5,5´−テトライソプロピル−4,4´−ジアミノベンゾフェノン、3,3´,5,5´−テトラエチル−4,4´−ジアミノジフェニルエーテル、3,3´,5,5´−テトライソプロピル−4,4´−ジアミノジフェニルスルホンなどが挙げられる。また、これらの異性体の混合物を用いてもよい。
【0031】
核置換電子吸引基を有する芳香族ポリアミンについて、電子吸引基としては、Cl,Br,I,Fなどのハロゲン、メトキシあるいはエトキシなどのアルコキシ基、ニトロ基などが挙げられる。このようなポリアミンとしては、具体的には、メチレンビス−o−クロロアニリン、4−クロロ−o−フェニレンジアミン、2−クロル−1,4−フェニレンジアミン、3−アミノ−4−クロロアニリン、4−ブロモ−1,3−フェニレンジアミン、2,5−ジクロル−1,4−フェニレンジアミン、5−ニトロ−1,3−フェニレンジアミン、3−ジメトキシ−4−アミノアニリン、4,4´−ジアミノ−3,3´−ジメチル−5,5´−ジブロモ−ジフェニルメタン、3,3´−ジクロロベンジジン、3,3´−ジメトキシベンジジン、ビス(4−アミノ−3−クロロフェニル)オキシド、ビス(4−アミノ−2−クロロフェニル)プロパン、ビス(4−アミノ−2−クロロフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3−メトキシフェニル)デカン、ビス(4−アミノフェニル)スルフイド、ビス(4−アミノフェニル)テルリド、ビス(4−アミノフェニル)セレニド、ビス(4−アミノ−3−メトキシフェニル)ジスルフイド、4,4´−メチレンビス(2−ヨードアニリン)、4,4´−メチレンビス(2−ブロモアニリン)、4,4´−メチレンビス(2−フルオロアニリン)、4−アミノフェニル−2−クロロアニリンなどが挙げられる。
【0032】
2級アミノ基を有する芳香族ポリアミンとしては、上記の芳香族ポリアミンの−NH2 の一部または全部が−NH−R´(R´はアルキル基、たとえばメチル,エチルなどの低級アルキル基)で置き換ったものが挙げられる。具体的には、4,4´−ジ(メチルアミノ)ジフェニルメタン、1−メチル−2−メチルアミノ−4−アミノベンゼンなどが挙げられる。
【0033】
ポリアミドポリアミン(f4)としては、ジカルボン酸(ダイマー酸など)と過剰の(酸1モル当り2モル以上の)ポリアミン類(上記アルキレンジアミン,ポリアルキレンポリアミンなど)との縮合により得られる低分子量ポリアミドポリアミンなどが挙げられる。
【0034】
ポリエーテルポリアミン(f5)としては、ポリエーテルポリオール(ポリアルキレングリコールなど)のシアノエチル化物の水素化物などが挙げられる。
【0035】
また、ポリアミンは脱離可能な化合物でブロック化されていてもよく、例えば、脱離可能な化合物でブロック化されたポリアミンの例としては、前記ポリアミン類と炭素数3〜8のケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、炭素数2〜8のアルデヒド化合物(ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなど)から得られるアルジミン化合物、エナミン化合物、およびオキサゾリジン化合物などが挙げられる。
【0036】
硬化剤(D)として用いることができる活性水素含有化合物(d)としてのポリチオール(g)としては、エチレンジチオール、1,4−ブタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオールなどが挙げられる。
【0037】
ポリアミド樹脂(a2)としては、酸ハライド(E)とポリアミン(F)との重付加物などが挙げられる。
【0038】
この酸ハライド(E)としては、2価または3価以上のポリカルボン酸に由来する酸ハライドが挙げられる。
このポリカルボン酸は、ポリウレタン樹脂(a1)で前述したポリカルボン酸(e)と同様のものを用いることができ、ジカルボン酸(e1)が挙げられ、好ましくはアルキレンジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸などが挙げられる。ハライドとしては塩化物、臭化物、ヨウ化物が挙げられる。
具体的には、ジカルボン酸の二塩化物、二臭化物、二ヨウ化物などが挙げられる。
【0039】
また、ポリアミン(F)としては、ポリウレタン樹脂(a1)で前述したポリアミン(f)と同様のものを用いることができる。
【0040】
ポリエステル樹脂(a3)としては、酸ハライド(E)とポリオール(G)との重付加物などが挙げられる。
【0041】
この酸ハライド(E)は、ポリアミド樹脂(a2)で前述した酸ハライドと同様のものを用いることができる。
具体的には、ジカルボン酸の二塩化物、二臭化物、二ヨウ化物などが挙げられる。
【0042】
ポリオールはポリウレタン樹脂(a1)で前述したポリオール(c)と同様のものを用いることができる。
具体的には、ジオール(c1)および3価以上のポリオール(c2)が挙げられる。ジオールとしては、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物を用いることが好ましい。
【0043】
エポキシ樹脂(a4)としては、ポリエポキシドの開環重合物、ポリエポキシドと活性水素含有化合物{水、ポリオール(前記ジオールおよび3価以上のポリオール)、ジカルボン酸、3価以上のポリカルボン酸、ポリアミン、ポリチオールなど}との重付加物、またはポリエポキシドとジカルボン酸または3価以上のポリカルボン酸の酸無水物との硬化物などが挙げられる。
【0044】
本発明の単分散樹脂粒子(B)の体積平均粒径は、粒子径分布シャープ化の観点から好ましくは0.1〜30μm、さらに好ましくは0.5〜30μmである。
なお、体積平均粒径は、レーザー回折あるいはレーザー散乱を用いた粒子径分布測定装置で測定できる。
【0045】
本発明の単分散樹脂粒子(B)の粒子径分布は、粒子径の変動係数が、好ましくは0.1〜10%、さらに好ましくは0.1〜5%、特に好ましくは0.1〜3%である。
ここで変動係数とは、以下の計算式より算出される値である。
変動係数=(標準偏差/体積平均粒径)×100
【0046】
樹脂(a)の前駆体(A)を溶解する有機溶剤(U)としては、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、テトラリンなどの芳香族炭化水素系溶剤;n−ヘキサン、n−ヘプタン、ミネラルスピリット、シクロヘキサンなどの脂肪族または脂環式炭化水素系溶剤;塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、メチレンジクロライド、四塩化炭素、トリクロロエチレン、パークロロエチレンなどのハロゲン系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、メトキシブチルアセテート、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテートなどのエステル系またはエステルエーテル系溶剤;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ−n−ブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤;メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、2−エチルヘキシルアルコール、ベンジルアルコールなどのアルコール系溶剤;ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶剤;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶剤、N−メチルピロリドンなどの複素環式化合物系溶剤、ならびにこれらの2種以上の混合溶剤が挙げられる。
【0047】
本発明において、分散相に用いる有機溶剤(U)は樹脂(a)の前駆体(A)を溶解するものであれば特に限定されないが、超臨界状態の二酸化炭素と混和しないことが望ましい。超臨界状態の二酸化炭素は低極性であるため、これと混和しないためには、高極性の溶剤を用いることが好ましい。このような条件を満たす好ましい分散相の有機溶剤としては、メタノール、エタノール、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
【0048】
前駆体(A)の有機溶剤溶液を超臨界状態の二酸化炭素(X)中に安定に分散させるには、疎水性の分散安定剤(I)を用いることが好ましい。
このような疎水性分散安定剤(I)としては、二酸化炭素に親和性を有する化合物が好ましく、例えば、ジメチルシロキサン基、含フッ素基、カルボキシル基、ポリオキシエチレン鎖、ポリオキシプロピレン鎖などの少なくとも1種の官能基を有する化合物が好ましい。
これらの中で、側鎖にジメチルシロキサン基及びフッ素を含有する官能基の少なくとも一方の官能基を有する、重量平均分子量が1,000〜1,000,000の櫛型高分子が、疎水性分散安定剤(I)としてより好ましい。
具体的には、ジメチルシロキサン基を有するモノマー、フッ素を含有するモノマーの少なくとも1種と、ビニル系のモノマーあるいはオリゴマーの共重合体が好ましい。共重合の形態はランダム、ブロック、グラフトのいずれでもよいが、ブロックあるいはグラフトが好ましい。
この分散安定剤(I)は、連続相(CP)および分散相(DP)のどちらに添加してもよい。
【0049】
本発明の樹脂(a)中に、他の添加物(顔料、充填剤、帯電防止剤、着色剤、離型剤、荷電制御剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、ブロッキング防止剤、耐熱安定剤、難燃剤など)を含有させても差し支えない。
この方法としては、樹脂の前駆体の溶剤溶液に添加物を混合して分散相(DP)とした後、連続相(CP)中に分散させるのが好ましい。
【0050】
マイクロチャネル(M)としては、貫通孔(流路)を形成した隔壁で分散相と連続相を分離し、貫通孔(流路)を介して分散相を連続相中に押し出す構造を有するものであれば、特に限定されず、公知のもの(例えば特開2000−15070号公報や特開2006−110505号公報に記載のマイクロチャネルが挙げられる。)を使用することができる。マイクロチャネルを介して押し出された分散相は液滴となり、連続相中に分散する。
【0051】
マイクロチャネル(M)の表面は、連続相と親和性がある方が好ましいことが知られている。本発明で連続相に用いる超臨界状態の二酸化炭素は疎水性であるため、マイクロチャネルの表面は疎水化処理されていてもよい。
疎水化の方法は特に限定されないが、マイクロチャネルの材質がガラスやシリコンであれば、例えばシランカップリング剤による処理などが挙げられる。具体的には、オクチルトリエトキシシラン、オクタデシルトリクロロシラン、ヘキサメチルジシラザンなどのシランカップリング剤を使用して、公知の方法で疎水化処理すればよい。
【0052】
本発明において、連続相(CP)の溶媒として用いるのは超臨界状態の二酸化炭素(X)である。超臨界状態の二酸化炭素とは、臨界点(温度=31℃、圧力=7.4MPa)以上の温度・圧力条件下に存在する二酸化炭素を表す。
【0053】
連続相(CP)の圧力は、分散相(DP)を超臨界状態の二酸化炭素(X)に良好に分散させるために、好ましくは7.4MPa以上であり、設備コスト、運転コストの観点から好ましくは40MPa以下である。さらに好ましくは7.5〜35MPa、より好ましくは8〜30MPa、特に好ましくは8.5〜25MPa、最も好ましくは9〜20MPaである。
(CP)の温度及び圧力は、樹脂(a)の前駆体(A)が超臨界状態の二酸化炭素(X)中に溶解せず、且つ前駆体(A)の液滴が合一しない範囲内で設定することが好ましい。通常、低温かつ低圧ほど前駆体(A)が超臨界状態の二酸化炭素(X)中に溶解しない傾向となり、高温・高圧ほど前駆体(A)の液滴が合一し易い傾向となる。
【0054】
連続相としての物性値(粘度、拡散係数、誘電率、溶解度、界面張力など)を調整するために連続相(CP)中に他の気体を適宜含んでよく、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、空気などの不活性気体が挙げられる。
【0055】
分散相(DP)の粘度は、粒子径均一性の観点から1〜5000mPa・s(B型粘度計による測定値、測定温度25℃)が好ましく、さらに好ましくは10〜1000mPa・sである。
分散相(DP)の粘度が高い場合は、前述の有機溶剤(U)と混合したり、高温にして粘度を上記好ましい範囲まで低下させることが好ましい。
【0056】
分散相(DP)の温度は、減圧時に配管内で二酸化炭素が固体に相転移し、流路を閉塞させないようにするために、30℃以上が好ましく、また、樹脂粒子(B)の熱劣化を防止するために、200℃以下が好ましい。さらに30〜150℃が好ましく、より好ましくは34〜130℃、特に好ましくは35〜100℃、最も好ましくは40℃〜80℃である。
分散相(DP)の温度と連続相(CP)の温度の差は特に限定されないが、小さい方が好ましい。
【0057】
超臨界状態の二酸化炭素(X)に分散した、前駆体(A)またはその溶剤溶液において、この前駆体(A)を重合反応させる方法は特に限定されない。例えば、前駆体(A)またはその溶剤溶液を、(X)中に分散する直前に、反応させる2成分を混合し、分散すると同時に重合反応させて樹脂粒子(B)を得る方法が好ましい。重合反応により、樹脂粒子(B)が超臨界状態の二酸化炭素(X)に分散した分散体(Y)が得られる。
反応は減圧前に完結させてもよく、またある程度反応させ、減圧して(B)を取り出した後、恒温槽などで熟成させ完結させてもよい。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的には、例えばイソシアネート基を有する化合物と活性水素含有化合物の反応の場合には、ジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。重合温度は好ましくは30〜100℃、さらに好ましくは40〜80℃である。
【0058】
樹脂粒子(B)が超臨界状態の二酸化炭素(X)に分散した分散体(Y)から樹脂粒子(B)を得る際には、超臨界状態の二酸化炭素を減圧して除去する。このとき、独立に圧力制御された容器を多段に設けることにより段階的に減圧してもよく、また一気に常温常圧まで減圧してもよい。
【0059】
樹脂粒子(B)が前述の分散相に用いる有機溶剤(U)を含有している場合は、この有機溶剤を除去することが望ましい。
有機溶剤(U)を除去する方法としては、温風やスチームなどを樹脂粒子(B)に接触させる方法、有機溶剤を樹脂粒子(B)から二酸化炭素の相に抽出する方法などが挙げられる。
樹脂粒子(B)間の合着が起こりにくいという点から、抽出する方法が好ましく、さらに有機溶剤を含む二酸化炭素を有機溶剤不含の二酸化炭素に置換して有機溶剤を抽出する操作を繰り返し行うことが好ましい。
【0060】
樹脂粒子(B)の回収法は特に限定されず、例えばフィルターで捕集する方法、サイクロンにより捕集する方法などが挙げられる。
【実施例】
【0061】
以下実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下の記載において「部」は重量部、「%」は重量%を示す。
【0062】
以下の実施例では、(株)イーピーテック製のマイクロチャネルを用い、貫通孔の径(流路径)が30μmであるWMS1型と、流路径2.5μmのWMS8型のいずれかを使用した。
その概念図は図1の通りである。
【0063】
製造例1 <プレポリマーの製造>
温度計、撹拌機及び窒素吹込み管を備えた反応容器に、数平均分子量(以下Mnと記す。)が1,000のポリブチレンアジペート575部、Mnが900のポリヘキサメチレンイソフタレート383部、1−オクタノール16.8部を仕込み、窒素置換した後、撹拌しながら110℃に加熱して溶融させ、60℃まで冷却した。続いて、ヘキサメチレンジイソシアネート242部を投入し、85℃で6時間反応させた。次いで、60℃に冷却した後、テトラヒドロフラン(以下THFと記す。)217部、安定剤2.5部[チバスペシャリティーケミカルズ(株)社製イルガノックス1010]および酸化チタン15.3部[石原産業(株)製タイペークR−820]を加え均一に混合して、両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー溶液を得た。これを[プレポリマー1]とする。得られたプレポリマー溶液の遊離イソシアネート含量は、2.2%であり、固形分濃度は88%であった。
【0064】
製造例2 <硬化剤の製造>
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、エチレンジアミン50部とメチルイソブチルケトン50部を仕込み、50℃で5時間反応を行った。得られたケチミン化合物を[硬化剤1]とする。
【0065】
製造例3 <分散安定剤溶液の製造>
攪拌機を備えた反応容器内にTHF700部を仕込み、反応容器内の空気を窒素置換した後、加熱して還流温度とした。次に、メタクリル酸メチル150部、メタクリル変性シリコーン(官能基当量:12,000g/mol、数平均分子量12,000、信越化学工業製:X22−2426)150部、アゾビスイソブチロニトリル1.5部の混合物を反応容器内に2時間で適下後、還流温度で6時間熟成し、分散安定剤溶液を得た。この重量平均分子量は43,000であった。
【0066】
比較製造例
攪拌機を備えた通常の反応容器に、製造例1で得られた[プレポリマー1]1,000部とヘキサメチレンジアミン29部、THF1,000部を混合した後、50℃で反応させた。次に、減圧条件下で攪拌しながら大部分のTHFを留去し、攪拌できないほど高粘度になったら反応容器から取り出して、分割して小さく分けた後にパレットに広げ、減圧乾燥器中で再度減圧して残りのTHFを完全に留去させることにより、重量平均分子量150,000のウレタン樹脂を得た。
【0067】
実施例1
図2の実験装置において、まずバルブV1、V2を閉じ、ボンベB2、ポンプP4より粒子回収槽T4に二酸化炭素(純度99.99%)を導入し、10MPa、40℃に調整した。また溶液タンクT1に製造例1で得た[プレポリマー1]150.0部と、製造例2で得たケチミン化合物17.1部と、製造例3で得た分散安定剤溶液40.0部、ジメチルホルムアミド(以下DMFと記す。)130.0部を仕込み、攪拌混合して樹脂前駆体溶液を得た。また、溶液タンクT2に水2.3部とDMF20.4部を仕込み、攪拌混合した。
【0068】
ボンベB1、ポンプP3より二酸化炭素を分散槽T3に導入し、15MPa、40℃に調整した。また、ボンベB2、ポンプP4より二酸化炭素を粒子回収槽T4に導入し、10MPa、40℃に調整した。次に、タンクT2の水とDMFの混合物を、ポンプP2より分散相T3に導入した。その後、タンクT1の樹脂前駆体溶液を、ポンプP1よりマイクロチャネルWMS1型を介して15MPaで分散槽T3内に導入して、超臨界二酸化炭素中に樹脂前駆体溶液の液滴を分散させた。60℃で4時間反応させた後、バルブV1を開いて分散槽T3から粒子回収槽T4に分散体を導入し、圧力が一定になったところでV1を閉めた。
【0069】
次に、ボンベB2の二酸化炭素をポンプP4によって粒子回収槽T4に導入しつつ、圧力調整バルブV2によって圧力を10MPaに保持することで、溶剤を含む樹脂粒子から溶剤のDMFおよびTHFを抽出して除去した。この操作は、上記の分散槽T3に導入した二酸化炭素重量の8倍量を粒子回収槽T4に導入した時点で二酸化炭素の導入を停止した。抽出された溶剤を含む二酸化炭素は溶剤トラップ槽T5に排出し、樹脂粒子をフィルターF1に捕捉した。
その後、圧力調整バルブV2を少しずつ開き、粒子回収槽内を大気圧まで減圧して二酸化炭素を除去し、フィルターF1に補足されている本発明のウレタン樹脂粒子(B−1)を得た。
【0070】
実施例2
溶液タンクT1にビス(クロロぎ酸)1,4‐フェニレン184.1部とエチレングリコール62.1部、製造例3で得た分散安定剤溶液40.0部、DMF130部を仕込み、攪拌混合して樹脂前駆体溶液を得た。
次に、実施例1と同様に、ボンベB1、ポンプP3より二酸化炭素を分散槽T3に導入し、15MPa、40℃に調整した後、タンクT1、ポンプP1より、樹脂前駆体溶液をマイクロチャネルWMS1型を介してT3に導入し、200℃で6時間反応させた後、溶剤抽出、減圧を行い、本発明のポリエステル樹脂粒子(B−2)を得た。
【0071】
実施例3
使用するマイクロチャネルをWMS1型からWMS8型に変える以外は実施例1と同様にして、本発明のウレタン樹脂粒子(B−3)を得た。
【0072】
比較例1
撹拌装置及び測温装置を有し、槽内圧力30MPa、槽内温度290℃まで設定可能な樹脂溶解槽500mlを150℃まで昇温後、比較製造例で得られたウレタン樹脂50gを投入して溶融させた。次いで内径5mm、30エレメントのスタティックミキサー中に溶融樹脂と超臨界状態の二酸化炭素を昇圧ポンプを使用して注入して、スタティックミキサー内圧力を15.0MPaに設定した。
スタティックミキサー先端部に装着した穴径0.5mmのノズルより二酸化炭素と樹脂の混合物を大気圧下、20℃の雰囲気下に排出することで、比較のためのウレタン樹脂粒子(B−4)を得た。
【0073】
<物性測定>
実施例1〜3で得た樹脂粒子(B−1)、(B−2)、(B−3)および比較例1で得た樹脂粒子(B−4)を水に分散して、体積平均粒径および体積基準の粒子径分布の変動係数を粒度分布計(コールター社製;マルチサイザーIII)で測定した。測定結果を表1に示した。
【0074】
【表1】

【0075】
表1で明らかなように、本発明の製造方法から得られる樹脂粒子は、粒子径分布の変動係数が非常に小さい単分散微粒子である。
【産業上の利用可能性】
【0076】
本発明の製造方法から得られる樹脂粒子は、塗料用添加剤、化粧品用添加剤、紙塗工用添加剤、スラッシュ成形用樹脂、粉体塗料、電子部品製造用スペーサー、触媒用担体、電子写真トナー、静電記録トナー、静電印刷トナー、電子測定機器の標準粒子、電子ペーパー用粒子、医療診断用担体、クロマトグラフ充填剤、電気粘性流体用粒子、その他成形材料用樹脂粒子として有用である。特に、電子部品製造用スペーサー、電子写真トナー、静電記録トナー、静電印刷トナー、電子測定機器の標準粒子、電子ペーパー用粒子、医療診断用担体は、粒子径が均一であることが要求されるため、粒子径の単分散性の点で本発明の製造方法が極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【0077】
【図1】本発明の単分散樹脂粒子を製造するのに使用するマイクロチャネル(M)の形状の一例と、分散相、連続相、液滴の状態を、斜め上方から見た斜視図および正面から見た正面図である。 マイクロチャネル(M)の貫通孔を通じて、下方の分散相(DP)が上方の連続相(CP)に向かって押し出され(D1)、液滴が生成する(D2)。
【図2】本発明における単分散樹脂粒子の作成に用いる実験装置のフローチャートである。
【符号の説明】
【0078】
CP:連続相
DP:分散相
D1:生成中の液滴
D2:生成した液滴
M:マイクロチャネル
T1:樹脂溶液タンク
T2:溶液タンク
T3:分散槽(最高使用圧力20MPa、最高使用温度200℃、攪拌機つき)
T4:粒子回収槽(最高使用圧力20MPa、最高使用温度100℃)
T5:溶剤トラップ
F1:セラミックフィルター(メッシュ:0.5μm)
B1、B2:二酸化炭素ボンベ
P1、P2:溶液ポンプ
P3、P4:二酸化炭素ポンプ
V1:バルブ
V2:圧力調整バルブ


【特許請求の範囲】
【請求項1】
樹脂(a)の前駆体(A)もしくは該前駆体(A)の有機溶剤溶液からなる分散相(DP)を、超臨界状態の二酸化炭素からなる連続相(CP)中に分散させ、該有機溶剤を除去した後、圧力を臨界圧力以下に減圧することにより、二酸化炭素を除去して樹脂粒子(B)を製造する方法において、マイクロチャネル(M)を介して、該分散相(DP)を超臨界二酸化炭素中に分散することを特徴とする単分散樹脂粒子(B)の製造方法。
【請求項2】
該樹脂粒子(B)の粒子径分布の変動係数が0.1〜10%である請求項1記載の樹脂粒子の製造方法。
【請求項3】
該樹脂粒子(B)の体積平均粒径が0.5〜30μmである請求項1記載の樹脂粒子の製造方法。
【請求項4】
該樹脂(a)が、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂である請求項1〜3いずれか記載の樹脂粒子の製造方法。
【請求項5】
該前駆体(A)が、反応性基を含有するプレポリマー(C)と硬化剤(D)の混合物、酸ハライド(E)とポリアミン(F)の混合物、および酸ハライド(E)とポリオール(G)の混合物からなる群から選ばれる少なくとも1つの混合物である請求項4に記載の樹脂粒子の製造方法。
【請求項6】
該反応性基含有プレポリマー(C)が、イソシアネート基、ブロック化イソシアネート基およびエポキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の反応性基を有し、かつ該硬化剤(D)が、活性水素含有化合物(H)もしくは活性水素含有化合物(H)をブロック化した化合物(H’)である請求項5に記載の樹脂粒子の製造方法。
【請求項7】
さらに疎水性分散安定剤(I)を存在させて該分散相(DP)を該連続相(CP)中に分散させ、該疎水性分散安定剤(I)が、フッ素原子を含有する官能基および/またはジメチルシロキサン基を分子内に有する、重量平均分子量が1,000〜1,000,000の高分子化合物である請求項1〜6いずれか記載の製造方法。
【請求項8】
該疎水性分散安定剤(I)が、その分子内の側鎖に、フッ素原子を含有する官能基および/またはジメチルシロキサン基が結合した櫛型高分子化合物である請求項6または7記載の製造方法。

【請求項9】
請求項1〜8いずれか記載の製造方法により得られ、該樹脂粒子(B)の粒子径が0.5〜30μmである樹脂粒子からなることを特徴とする電子部品製造用スペーサー、電子写真トナー、静電記録トナー、静電印刷トナー、電子測定機器の標準粒子、電子ペーパー用粒子または医療診断用担体。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2008−202040(P2008−202040A)
【公開日】平成20年9月4日(2008.9.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−14936(P2008−14936)
【出願日】平成20年1月25日(2008.1.25)
【出願人】(000002288)三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Fターム(参考)】