JP7704033B2 - Method for producing polymer microparticles and dispersion stabilizer - Google Patents
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Description
本明細書は、重合体微粒子の製造方法等に関する。This specification relates to a method for producing polymer microparticles, etc.
(関連出願の相互参照) 本出願は、2019年11月15日に出願された日本国特許出願である特願2019-207465の関連出願であり、この出願に基づく優先権を主張するものであり、この出願に記載された全ての内容を援用するものである。 (Cross-reference to related applications) This application is a related application of Japanese patent application No. 2019-207465, filed on November 15, 2019, and claims priority based on this application, incorporating all contents contained in this application by reference.
重合体微粒子は、導電性微粒子等の電気・電子材料、スペーサー(LCDセル用、タッチパネルシール部用など)、樹脂フィルムの改質剤、増粘剤(塗料用、化粧品用など)等、幅広い分野で用いられている。従来から用いられているミクロンサイズ以下の重合体微粒子の製造方法としては、乳化重合法、懸濁重合法、沈殿重合法、及び分散重合法が挙げられる。Polymer microparticles are used in a wide range of fields, including electrical and electronic materials such as conductive microparticles, spacers (for LCD cells, touch panel seals, etc.), resin film modifiers, thickeners (for paints, cosmetics, etc.), etc. Conventional methods for producing polymer microparticles of micron size or less include emulsion polymerization, suspension polymerization, precipitation polymerization, and dispersion polymerization.
乳化重合法は、溶媒と、溶媒に難溶な重合性単量体と乳化剤(界面活性剤)を混合し、溶媒に可溶な重合開始剤を用いて重合を行い、ナノオーダーの重合体微粒子を得る手法であるが、低分子量の乳化剤を多量使用する必要があるため、最終製品への悪影響(濁りや耐水性等)が懸念される。また、懸濁重合法は、分散安定剤の存在下、水中で重合性単量体を機械的に攪拌することで液滴を形成させ、適当な油溶性重合開始剤を用いて重合を行い、重合体粒子を得る手法である。沈殿重合法は、重合性単量体は溶媒に溶解するが、得られる重合体は溶媒に不溶で析出する系で重合体粒子を得る手法である。ここで、懸濁重合法では粒子径が数10μm以上の重合体粒子、沈殿重合法では数μm~数100μmの重合体粒子が一般的に得られるが、これらの方法はいずれも、より小さい粒子径が要求される用途においては適用できない重合法である。The emulsion polymerization method is a method of obtaining nano-order polymer particles by mixing a solvent, a polymerizable monomer that is poorly soluble in the solvent, and an emulsifier (surfactant), and polymerizing the mixture using a polymerization initiator that is soluble in the solvent. However, since a large amount of a low-molecular-weight emulsifier is required, there is concern that the final product may be adversely affected (turbidity, water resistance, etc.). In addition, the suspension polymerization method is a method of obtaining polymer particles by mechanically stirring the polymerizable monomer in water in the presence of a dispersion stabilizer to form droplets, and polymerizing the resulting mixture using an appropriate oil-soluble polymerization initiator. The precipitation polymerization method is a method of obtaining polymer particles in a system in which the polymerizable monomer dissolves in the solvent, but the resulting polymer is insoluble in the solvent and precipitates. Here, the suspension polymerization method generally produces polymer particles with a particle size of several tens of μm or more, and the precipitation polymerization method generally produces polymer particles with a particle size of several μm to several hundreds of μm, but neither of these methods is applicable to applications requiring smaller particle sizes.
これらに対し、分散重合法は、沈殿重合を分散安定剤存在下にて行う方法であり、重合性単量体、溶媒、分散安定剤の種類・添加量により、生成微粒子の粒子径制御が可能であり、またその微粒子は狭い粒子径分布を持つという特徴を有している。In contrast, the dispersion polymerization method is a method in which precipitation polymerization is carried out in the presence of a dispersion stabilizer, and it is possible to control the particle size of the resulting microparticles by adjusting the type and amount of polymerizable monomer, solvent, and dispersion stabilizer, and the microparticles also have the characteristic of having a narrow particle size distribution.
分散重合による重合体微粒子の製造方法としては、種々の方法が知られている。特許文献1には、アクリルアミド及びその誘導体、p-スチレンスルホン酸及びその塩、(メタ)アクリル酸及びそれらの塩等を、これらの単量体の単独重合体若しくはこれらの単量体の共重合体、あるいは他の単量体との共重合体を微粒子状に形成する方法として、重合の溶媒としてエタノール等の水混和性有機溶媒を使用し、かつ重合の際にあらかじめ水混和性有機溶媒又は水との混和溶媒に可溶性の重合体を存在させておき、上記単量体類を重合することで親水性の重合体微粒子を製造する方法が開示されている。実施例において具体的に開示されている重合体微粒子の平均粒子径の範囲は、0.34~2.40μmである。Various methods are known for producing polymer microparticles by dispersion polymerization. Patent Document 1 discloses a method for forming homopolymers or copolymers of monomers, or copolymers with other monomers, such as acrylamide and its derivatives, p-styrenesulfonic acid and its salts, (meth)acrylic acid and their salts, into fine particles, in which a water-miscible organic solvent such as ethanol is used as the polymerization solvent, and a polymer soluble in a water-miscible organic solvent or a water-miscible solvent is made to exist beforehand during polymerization, and the monomers are polymerized to produce hydrophilic polymer microparticles. The average particle size range of the polymer microparticles specifically disclosed in the examples is 0.34 to 2.40 μm.
特許文献2には、水と水混和性有機溶媒の混合溶媒中で、アクリルアミド若しくはアクリル酸中和物の各々単独若しくは混合物の重合を、重量平均分子量1万以上のポリビニルピロリドン若しくはポリビニルピロリドン共重合体の存在下で行うことにより、重合体微粒子を製造する方法が開示されており、実施例において具体的に開示されている重合体微粒子の平均粒子径の範囲は、0.7~1.30μmである。Patent Document 2 discloses a method for producing polymer microparticles by polymerizing acrylamide or neutralized acrylic acid, either alone or in a mixture, in a mixed solvent of water and a water-miscible organic solvent in the presence of polyvinylpyrrolidone or a polyvinylpyrrolidone copolymer having a weight-average molecular weight of 10,000 or more, and the range of average particle diameter of the polymer microparticles specifically disclosed in the examples is 0.7 to 1.30 μm.
特許文献3には、アルコール性媒体中において、特定の単量体を重合して得られる重合体(分散安定剤)の存在下で、該アルコール性媒体には可溶であるが、生成する重合体は該アルコール媒体に不溶又はほとんど溶解しない1種又は2種以上のビニル系モノマー類の重合を行うことにより単分散性の重合体微粒子を製造する方法が開示されており、実施例において具体的に開示されている重合体微粒子の平均粒子径の範囲は、0.19~9.0μmである。より具体的には、この分散重合法では、ビニル系単量体としてアクリルアミドを用いた場合には、平均粒子径0.19μm及び0.20μmの重合体微粒子を得られること、及び、ビニル系単量体としてアクリル酸アンモニウムを用いた場合には、平均粒子径0.21μmの重合体微粒子が得られることが開示されている。Patent Document 3 discloses a method for producing monodisperse polymer microparticles by polymerizing one or more vinyl monomers in an alcoholic medium in the presence of a polymer (dispersion stabilizer) obtained by polymerizing a specific monomer, which is soluble in the alcoholic medium but the resulting polymer is insoluble or almost insoluble in the alcoholic medium. The average particle size of the polymer microparticles specifically disclosed in the examples is in the range of 0.19 to 9.0 μm. More specifically, it is disclosed that in this dispersion polymerization method, when acrylamide is used as the vinyl monomer, polymer microparticles with average particle sizes of 0.19 μm and 0.20 μm can be obtained, and when ammonium acrylate is used as the vinyl monomer, polymer microparticles with an average particle size of 0.21 μm can be obtained.
特許文献4には、2個以上の不飽和二重結合を有する単量体及び親水性官能基又は活性水素基を有する不飽和単量体を含む原料単量体を、原料単量体は溶解するが生成する重合体は溶解しない媒体中で重合開始剤を用いて溶液重合、好ましくは分散重合又はこれに準ずる沈殿重合を行うことで、シード粒子を用いなくとも、粒子径分布が狭く、比較的均一な粒子径を有する架橋型重合体微粒子が効率的に得られること、さらにこの際、反応系中に、炭素原子5個以上、かつ、融点80℃以下の有機化合物を添加することで、粒子の分散性が向上し、粒子径分布をより均一に制制御できる上、単分散性の重合体微粒子を効率よく得ることができることが開示されている。実施例において具体的に開示されている重合体微粒子の平均粒子径の範囲は、2.5μm~5.2μmである。Patent Document 4 discloses that by carrying out solution polymerization, preferably dispersion polymerization or a similar precipitation polymerization, of raw material monomers including a monomer having two or more unsaturated double bonds and an unsaturated monomer having a hydrophilic functional group or an active hydrogen group, using a polymerization initiator in a medium in which the raw material monomers dissolve but the resulting polymer does not dissolve, crosslinked polymer microparticles having a narrow particle size distribution and a relatively uniform particle size can be efficiently obtained without using seed particles, and further that by adding an organic compound having 5 or more carbon atoms and a melting point of 80°C or less to the reaction system, the dispersibility of the particles can be improved, the particle size distribution can be more uniformly controlled, and monodisperse polymer microparticles can be efficiently obtained. The average particle size range of the polymer microparticles specifically disclosed in the examples is 2.5 μm to 5.2 μm.
しかしながら、特許文献1、2及び4記載の分散重合法では、小粒子径(例えば、0.20μm以下)の重合体微粒子を製造することができなかった。また、特許文献3によれば、アクリル酸アンモニウムを単量体として用いた場合には、粒子径は0.21μmであった。However, the dispersion polymerization methods described in Patent Documents 1, 2, and 4 were unable to produce polymer microparticles with a small particle size (e.g., 0.20 μm or less). According to Patent Document 3, when ammonium acrylate was used as a monomer, the particle size was 0.21 μm.
また、本発明者らによれば、特許文献3に具体的に開示されるビニル重合体以外のその他のビニル系単量体を用いた場合には、重合反応中に微粒子の分散性が低下して凝集してしまうなど、重合安定性が問題となることがあった。また、ビニル系単量体の選択自由度に問題があった。 In addition, according to the present inventors, when vinyl monomers other than the vinyl polymers specifically disclosed in Patent Document 3 were used, problems with polymerization stability could arise, such as a decrease in dispersibility of fine particles during the polymerization reaction, leading to aggregation. Also, there was a problem with the degree of freedom in selecting vinyl monomers.
本明細書は、重合安定性に優れるとともに、小粒子径(例えば、平均粒子径0.20μm以下)の重合体微粒子を得ることができる製造方法及びそのための分散安定剤を提供する。This specification provides a manufacturing method and a dispersion stabilizer therefor that can obtain polymer microparticles having excellent polymerization stability and small particle diameters (e.g., average particle diameter of 0.20 μm or less).
本発明者らは、例えば、分散安定剤として用いられる、重合性基を有する重合体に着目した。そして、特定のリビングラジカル重合活性単位を有する重合体を分散安定剤として利用し、前記特定のリビングラジカル重合活性を利用したリビングラジカル重合を用いてかつ分散重合させることで、重合工程中における二次凝集等を抑制しつつ、安定的に小粒子径の重合体微粒子を得られるという知見を得た。本明細書によれば、かかる知見に基づき以下の手段が提供される。The present inventors have focused on polymers having polymerizable groups, which are used, for example, as dispersion stabilizers. They have discovered that by using a polymer having a specific living radical polymerization active unit as a dispersion stabilizer and carrying out dispersion polymerization using living radical polymerization utilizing the specific living radical polymerization activity, it is possible to stably obtain small-sized polymer microparticles while suppressing secondary aggregation during the polymerization process. According to this specification, the following means are provided based on such findings.
[1]1種又は2種以上の第1のビニル系単量体の重合鎖とリビングラジカル重合活性単位を有する第1の重合体の存在下、1種又は2種以上の第2のビニル系単量体を、前記リビングラジカル重合活性に基づくリビングラジカル重合を用いて分散重合により重合させることにより、重合体微粒子を製造する工程、
を備え、
前記リビングラジカル重合活性単位は、交換連鎖機構又は結合-解離機構によるリビングラジカル重合における活性単位である、方法。
[2]前記リビングラジカル重合活性単位は、前記交換連鎖機構によるリビングラジカル重合である、[1]に記載の方法。
[3]前記リビングラジカル重合活性単位は、可逆的付加-解裂連鎖移動重合法又はヨウ素移動重合法によるリビングラジカル重合における活性単位である、[1]又は[2]に記載の方法。
[4]前記第1の重合体の分子量分布が2.0以下であることを特徴とする、[1]~[3]のいずれかに記載の方法。
[5]前記重合体微粒子の製造工程は、前記1種又は2種以上の第2のビニル系単量体100質量部に対し、前記第1の重合体を0.3質量部以上50質量部以下用いる、[1]~[4]のいずれかに記載の方法。
[6]前記重合体微粒子の製造工程は、前記1種又は2種以上の第2のビニル系単量体100質量部に対し、前記第1の重合体を0.3質量部以上20質量部以下用いる、[5]に記載の方法。
[7]前記1種又は2種以上の第2のビニル系単量体はアクリル酸又はその塩を含み、重合体微粒子の製造工程における重合溶媒はアセトニトリルを含む、[1]~[6]のいずれかに記載の方法。
[8]前記1種又は2種以上の第1のビニル系単量体は、スチレン類、(メタ)アクリロニトリル化合物、マレイミド化合物、不飽和酸無水物及び不飽和カルボン酸化合物からなる群より選択されるスチレン類を含む2種以上である、[7]に記載の方法。
[9]前記1種又は2種以上の第2のビニル系単量体は、その総質量の50質量%以上100質量%以下のアクリル酸を含む、[1]~[8]のいずれかに記載の方法。
[10]前記1種又は2種以上の第1のビニル系単量体は、その総質量の20質量%以上のスチレン類を含む、[9]に記載の方法。
[11]前記1種又は2種以上の第1のビニル系単量体は、その総質量の20質量%以上のスチレン類を含み、前記1種又は2種以上の第2のビニル系単量体は、その総質量の50質量%以上100質量%以下のアクリル酸又はその塩を含み、
前記第1の重合体は、可逆的付加-開裂連鎖移動重合によるリビングラジカル重合活性単位を備えており、
前記1種又は2種以上の第2のビニル系単量体100質量部に対し、前記第1の重合体を0.3質量部以上20質量部以下用いる、[1]に記載の方法。
[12]1種又は2種以上の第1のビニル系単量体の重合鎖と、前記重合鎖の少なくとも一部に備えられるリビング重合活性単位と、を備える重合体を含む、重合体微粒子の製造に用いるための分散安定剤。
[1] A step of producing polymer microparticles by polymerizing one or more types of second vinyl monomers by dispersion polymerization in the presence of a first polymer having a polymer chain of one or more types of first vinyl monomers and a living radical polymerization activity unit using living radical polymerization based on the living radical polymerization activity;
Equipped with
The method of claim 1, wherein the living radical polymerization active unit is an active unit in living radical polymerization by a chain exchange mechanism or a bond-dissociation mechanism.
[2] The method according to [1], wherein the living radical polymerization active unit is a living radical polymerization by the chain exchange mechanism.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the living radical polymerization active unit is an active unit in living radical polymerization by reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization or iodine transfer polymerization.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the first polymer has a molecular weight distribution of 2.0 or less.
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein the production process of the polymer microparticles uses 0.3 parts by mass or more and 50 parts by mass or less of the first polymer per 100 parts by mass of the one or more second vinyl monomers.
[6] The method according to [5], wherein the production process of the polymer microparticles uses 0.3 parts by mass or more and 20 parts by mass or less of the first polymer per 100 parts by mass of the one or more second vinyl monomers.
[7] The method according to any one of [1] to [6], wherein the one or more second vinyl monomers comprise acrylic acid or a salt thereof, and the polymerization solvent in the production process of the polymer microparticles comprises acetonitrile.
[8] The method according to [7], wherein the one or more first vinyl monomers are two or more selected from the group consisting of styrenes, (meth)acrylonitrile compounds, maleimide compounds, unsaturated acid anhydrides, and unsaturated carboxylic acid compounds.
[9] The method according to any one of [1] to [8], wherein the one or more second vinyl monomers contain acrylic acid in an amount of 50% by mass or more and 100% by mass or less of the total mass of the second vinyl monomers.
[10] The method according to [9], wherein the one or more first vinyl monomers contain 20 mass % or more of styrenes based on the total mass of the first vinyl monomers.
[11] The one or more first vinyl monomers contain styrenes in an amount of 20 mass% or more of a total mass thereof, and the one or more second vinyl monomers contain acrylic acid or a salt thereof in an amount of 50 mass% or more and 100 mass% or less of a total mass thereof,
the first polymer has a living radical polymerization active unit by reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization,
The method according to [1], wherein the first polymer is used in an amount of 0.3 parts by mass or more and 20 parts by mass or less per 100 parts by mass of the one or more second vinyl monomers.
[12] A dispersion stabilizer for use in the production of polymer microparticles, comprising a polymer having one or more polymer chains of a first vinyl monomer and living polymerization active units provided in at least a portion of the polymer chains.
本明細書の開示は、重合体微粒子の製造方法及び分散安定剤等に関する。本明細書に開示される重合体微粒子の製造方法によれば、第1のビニル系単量体に由来する単位を含む重合鎖(以下、第1の重合鎖ともいう。)とリビング重合活性単位とを有する第1の重合体の存在下で、第2のビニル系単量体を重合させることで、第1の重合鎖を基点として第2のビニル系単量体が重合されてその重合鎖(以下、第2の重合鎖ともいう。)が、リビング重合活性単位から伸長される。第2の重合鎖の伸長により重合体微粒子の核が形成され、その後、第2の重合鎖の伸長と第2の重合鎖間の相互作用により粒子が形成され、粒子の粒子径が増大する。The disclosure of this specification relates to a method for producing polymer microparticles and a dispersion stabilizer. According to the method for producing polymer microparticles disclosed in this specification, a second vinyl monomer is polymerized in the presence of a first polymer having a polymer chain (hereinafter also referred to as a first polymer chain) containing a unit derived from a first vinyl monomer and a living polymerization active unit, whereby the second vinyl monomer is polymerized with the first polymer chain as a base point, and the polymer chain (hereinafter also referred to as a second polymer chain) is extended from the living polymerization active unit. The extension of the second polymer chain forms a nucleus of the polymer microparticle, and then the extension of the second polymer chain and the interaction between the second polymer chains form particles, and the particle diameter of the particles increases.
第1の重合体ないし第2の重合鎖は、交換連鎖機構又は結合-解離機構によるリビングラジカル重合における活性単位に基づくリビングラジカル重合により重合されるため、概して、分子量分布が狭く、重合体微粒子の成長に際し、重合体微粒子の分散を安定化するように作用する。また、第1の重合体に由来する上記リビング重合活性により、第1の重合鎖と第2の重合鎖とを備え、これらの重合鎖及び全体の重合鎖の分子量の均一性に優れる重合体微粒子が得られる。 The first polymer or the second polymer chain is polymerized by living radical polymerization based on active units in living radical polymerization by a chain exchange mechanism or a bond-dissociation mechanism, and therefore generally has a narrow molecular weight distribution and acts to stabilize the dispersion of the polymer microparticles as they grow. In addition, the living polymerization activity derived from the first polymer allows for the production of polymer microparticles that have a first polymer chain and a second polymer chain and have excellent uniformity in the molecular weight of these polymer chains and the entire polymer chain.
第1の重合鎖と第2の重合鎖の種類の選択等により、第1の重合体の第1の重合鎖を重合体微粒子の表層に有し、第2の重合鎖をコアとして備える重合体微粒子などを製造することができる。By selecting the types of the first polymer chain and the second polymer chain, it is possible to produce polymer microparticles having the first polymer chain of the first polymer on the surface layer of the polymer microparticle and the second polymer chain as the core.
重合体微粒子の製造工程において、重合開始時には単量体、開始剤等がすべて媒体に溶解した均一溶液であり、重合の開始により生成した重合体が析出、凝集して粒子が形成されて不均一溶液になるという分散重合法に、上記方法を適用することができる。このとき、第1の重合鎖が、重合体微粒子の表層側に配置され、第2の重合鎖が重合体微粒子の内側に配置されるようにこれらの重合鎖が組織化されて、重合体微粒子が生成、成長される。第1の重合体ないし第1の重合鎖が優れた分散安定剤として機能して、重合体微粒子製造工程において、重合体微粒子の分散安定性が確保されるため、平均粒子径が0.2μm以下の重合体微粒子であっても容易に得ることができる。The above method can be applied to a dispersion polymerization method in which, at the start of polymerization, the monomer, initiator, etc. are all dissolved in the medium to form a homogeneous solution, and the polymer generated by the start of polymerization precipitates and aggregates to form particles, resulting in a heterogeneous solution. At this time, the first polymer chain is arranged on the surface side of the polymer microparticle, and the second polymer chain is arranged inside the polymer microparticle, and these polymer chains are organized to generate and grow the polymer microparticle. The first polymer or the first polymer chain functions as an excellent dispersion stabilizer, ensuring the dispersion stability of the polymer microparticles in the polymer microparticle manufacturing process, so that even polymer microparticles with an average particle size of 0.2 μm or less can be easily obtained.
以下、本開示の代表的かつ非限定的な具体例について、詳細に説明する。この詳細な説明は、本開示の好ましい例を実施するための詳細を当業者に示すことを単純に意図しており、本開示の範囲を限定することを意図したものではない。また、以下に開示される追加的な特徴ならびに発明は、さらに改善された「重合体微粒子の製造方法及び分散安定剤」を提供するために、他の特徴や発明とは別に、又は共に用いることができる。Representative and non-limiting specific examples of the present disclosure are described in detail below. This detailed description is intended simply to provide those skilled in the art with details for implementing preferred examples of the present disclosure, and is not intended to limit the scope of the present disclosure. In addition, the additional features and inventions disclosed below can be used separately or together with other features and inventions to provide a further improved "method for producing polymer microparticles and dispersion stabilizer".
また、以下の詳細な説明で開示される特徴や工程の組み合わせは、最も広い意味において本開示を実施する際に必須のものではなく、特に本開示の代表的な具体例を説明するためにのみ記載されるものである。さらに、上記及び下記の代表的な具体例の様々な特徴、ならびに、独立及び従属クレームに記載されるものの様々な特徴は、本開示の追加的かつ有用な実施形態を提供するにあたって、ここに記載される具体例のとおりに、あるいは列挙された順番のとおりに組合せなければならないものではない。In addition, the combinations of features and steps disclosed in the following detailed description are not essential to implementing the present disclosure in the broadest sense, but are described only to specifically illustrate representative examples of the present disclosure. Furthermore, the various features of the representative examples described above and below, as well as the various features of those described in the independent and dependent claims, do not have to be combined in the specific examples described herein or in the order listed to provide additional and useful embodiments of the present disclosure.
本明細書及び/又はクレームに記載された全ての特徴は、実施例及び/又はクレームに記載された特徴の構成とは別に、出願当初の開示ならびにクレームされた特定事項に対する限定として、個別に、かつ互いに独立して開示されることを意図するものである。さらに、全ての数値範囲及びグループ又は集団に関する記載は、出願当初の開示ならびにクレームされた特定事項に対する限定として、それらの中間の構成を開示する意図を持ってなされている。All features described in the specification and/or claims are intended to be disclosed individually and independently of one another as limitations to the original disclosure and claimed particulars, apart from the configuration of features described in the examples and/or claims. Furthermore, all numerical ranges and group or aggregate descriptions are intended to disclose intermediate configurations thereof as limitations to the original disclosure and claimed particulars.
以下、本明細書に開示される各種実施形態を詳細に説明する。尚、本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、アクリル及び/又はメタクリルを意味し、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及び/又はメタクリレートを意味する。また、「(メタ)アクリロイル基」とは、アクリロイル基及び/又はメタクリロイル基を意味する。Various embodiments disclosed in this specification are described in detail below. In this specification, "(meth)acrylic" means acrylic and/or methacrylic, and "(meth)acrylate" means acrylate and/or methacrylate. Furthermore, "(meth)acryloyl group" means acryloyl group and/or methacryloyl group.
(重合体微粒子の製造方法)
本明細書に開示される重合体微粒子の製造方法(以下、単に,本製造方法ともいう。)は、1種又は2種以上の第1のビニル系単量体(以下、単に、第1の単量体ともいう。)に由来する単量体単位を含む第1の重合鎖とリビング重合活性単位を有する第1の重合体の存在下、1種又は2種以上の第2のビニル系単量体(以下、単に、第2の単量体ともいう。)を重合して重合体微粒子を製造する工程を備えることができる。
(Method for producing polymer microparticles)
The method for producing polymer microparticles disclosed in the present specification (hereinafter also simply referred to as the present production method) can include a step of producing polymer microparticles by polymerizing one or more types of second vinyl monomers (hereinafter also simply referred to as second monomers) in the presence of a first polymer chain containing a monomer unit derived from one or more types of first vinyl monomers (hereinafter also simply referred to as first monomers) and a first polymer having a living polymerization active unit.
(第1の重合体) 本方法においては、第1の重合体を用いることができる。第1の重合体は、1種又は2種以上の第1の単量体に由来する単位を含む第1の重合鎖とリビング重合活性単位とを備えることができる。第1の単量体としては、得ようとする重合体微粒子の機能や用途によっても異なり、特に限定することなく、種々のビニル系単量体を用いることができる。 (First polymer) In this method, a first polymer can be used. The first polymer can have a first polymer chain containing units derived from one or more first monomers and a living polymerization active unit. The first monomer varies depending on the function and application of the polymer microparticles to be obtained, and various vinyl monomers can be used without any particular limitation.
(第1の重合鎖) 第1の重合鎖は第1の単量体を含む単量体組成物を重合して得られる。第1の単量体としては、例えば、スチレン類、(メタ)アクリロニトリル化合物、マレイミド化合物、不飽和酸無水物及び不飽和カルボン酸化合物が挙げられる。これらのうち1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 (First polymer chain) The first polymer chain is obtained by polymerizing a monomer composition containing a first monomer. Examples of the first monomer include styrenes, (meth)acrylonitrile compounds, maleimide compounds, unsaturated acid anhydrides, and unsaturated carboxylic acid compounds. One or more of these can be used in combination.
スチレン類としては、スチレン及びその誘導体が含まれる。具体的な化合物としては、スチレン、α-メチルスチレン、β-メチルスチレン、ビニルキシレン、ビニルナフタレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、o-エチルスチレン、m-エチルスチレン、p-エチルスチレン、p-n-ブチルスチレン、p-イソブチルスチレン、p-t-ブチルスチレン、o-メトキシスチレン、m-メトキシスチレン、p-メトキシスチレン、o-クロロメチルスチレン、p-クロロメチルスチレン、o-クロロスチレン、p-クロロスチレン、o-ヒドロキシスチレン、m-ヒドロキシスチレン、p-ヒドロキシスチレン、ジビニルベンゼン等が例示され、これらの内の1種又は2種以上を用いることができる。これらのなかでも、重合性の観点から、スチレン、o-メトキシスチレン、m-メトキシスチレン、p-メトキシスチレン、o-ヒドロキシスチレン、m-ヒドロキシスチレン、p-ヒドロキシスチレンが好ましい。Styrenes include styrene and its derivatives. Specific examples of compounds include styrene, α-methylstyrene, β-methylstyrene, vinylxylene, vinylnaphthalene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, o-ethylstyrene, m-ethylstyrene, p-ethylstyrene, p-n-butylstyrene, p-isobutylstyrene, p-t-butylstyrene, o-methoxystyrene, m-methoxystyrene, p-methoxystyrene, o-chloromethylstyrene, p-chloromethylstyrene, o-chlorostyrene, p-chlorostyrene, o-hydroxystyrene, m-hydroxystyrene, p-hydroxystyrene, divinylbenzene, and the like. One or more of these can be used. Among these, from the viewpoint of polymerizability, styrene, o-methoxystyrene, m-methoxystyrene, p-methoxystyrene, o-hydroxystyrene, m-hydroxystyrene, and p-hydroxystyrene are preferred.
(メタ)アクリロニトリル化合物としては、(メタ)アクリロニトリル、α-メチルアクリロニトリル等が挙げられる。例えば、アクリロニトリルが用いられる。 (Meth)acrylonitrile compounds include (meth)acrylonitrile, α-methylacrylonitrile, etc. For example, acrylonitrile is used.
マレイミド化合物としては、マレイミド及びN-置換マレイミド化合物が含まれる。N-置換マレイミド化合物の具体例としては、N-メチルマレイミド、N-エチルマレイミド、N-n-プロピルマレイミド、N-イソプロピルマレイミド、N-n-ブチルマレイミド、N-イソブチルマレイミド、N-tert-ブチルマレイミド、N-ペンチルマレイミド、N-ヘキシルマレイミド、N-ヘプチルマレイミド、N-オクチルマレイミド、N-ラウリルマレイミド、N-ステアリルマレイミド等のN-アルキル置換マレイミド化合物;N-シクロペンチルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド等のN-シクロアルキル置換マレイミド化合物;N-フェニルマレイミド、N-(4-ヒドロキシフェニル)マレイミド、N-(4-アセチルフェニル)マレイミド、N-(4-メトキシフェニル)マレイミド、N-(4-エトキシフェニル)マレイミド、N-(4-クロロフェニル)マレイミド、N-(4-ブロモフェニル)マレイミド等のN-アリール置換マレイミド化合物、N-ベンジルマレイミド等のN-アラルキル置換マレイミド化合物などが挙げられ、これらの内の1種又は2種以上を用いることができる。例えば、N-フェニルマレイミドが用いられる。 Maleimide compounds include maleimide and N-substituted maleimide compounds. Specific examples of N-substituted maleimide compounds include N-alkyl-substituted maleimide compounds such as N-methylmaleimide, N-ethylmaleimide, N-n-propylmaleimide, N-isopropylmaleimide, N-n-butylmaleimide, N-isobutylmaleimide, N-tert-butylmaleimide, N-pentylmaleimide, N-hexylmaleimide, N-heptylmaleimide, N-octylmaleimide, N-laurylmaleimide, and N-stearylmaleimide; N-cyclopentylmaleimide, and N-cyclohexylmaleimide. N-cycloalkyl-substituted maleimide compounds such as N-phenylmaleimide, N-(4-hydroxyphenyl)maleimide, N-(4-acetylphenyl)maleimide, N-(4-methoxyphenyl)maleimide, N-(4-ethoxyphenyl)maleimide, N-(4-chlorophenyl)maleimide, N-(4-bromophenyl)maleimide, and N-aryl-substituted maleimide compounds such as N-benzylmaleimide, and one or more of these may be used. For example, N-phenylmaleimide is used.
また、不飽和酸無水物としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸等が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を用いることができる。 In addition, examples of unsaturated acid anhydrides include maleic anhydride, itaconic anhydride, citraconic anhydride, etc., and one or more of these can be used.
不飽和カルボン酸化合物としては、(メタ)アクリル酸、ケイ皮酸、クロトン酸、並びに、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸、シトラコン酸等の不飽和ジカルボン酸及び不飽和ジカルボン酸のモノアルキルエステル等が挙げられ、これのうち、1種又は2種以上を用いることができる。Examples of unsaturated carboxylic acid compounds include (meth)acrylic acid, cinnamic acid, crotonic acid, and unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, crotonic acid, and citraconic acid, as well as monoalkyl esters of unsaturated dicarboxylic acids, of which one or more can be used.
第1の単量体としては、これらのなかでも、例えば、少なくともスチレン類を含むことが好ましい。スチレン類は、リビング重合が容易で、適度な疎水性と有機溶媒に対する親和性を付与できるからである。第1の重合鎖に疎水性ないし有機溶媒に対する親和性を付与することができる。こうすることで、例えば、極性有機溶媒中での分散重合法により重合体微粒子を製造する場合には、第1の重合体が、重合体微粒子の表層に存在する傾向が生じて、重合体微粒子の分散安定性が向上する。Among these, it is preferable that the first monomer contains at least a styrene. This is because styrenes are easy to undergo living polymerization and can impart moderate hydrophobicity and affinity to organic solvents. It is possible to impart hydrophobicity or affinity to organic solvents to the first polymer chain. In this way, for example, when polymer microparticles are produced by dispersion polymerization in a polar organic solvent, the first polymer tends to be present on the surface layer of the polymer microparticles, improving the dispersion stability of the polymer microparticles.
スチレン類は、第1の重合鎖を重合するための第1の単量体(第1の重合鎖の第1の単量体単位)の総質量のうち、例えば、20質量%以上である。20質量%以上であるとリビング重合が容易となり、適度な疎水性と有機溶媒に対する親和性を適切に付与できるからである。また例えば、30質量%以上であり、また例えば、35質量%以上であり、また例えば、40質量%以上であり、また例えば、50質量%以上であり、また例えば、60質量%以上であり、また例えば、65質量%以上であり、また例えば、70質量%以上であり、また例えば、75質量%以上である。また、スチレン類は、前記総質量の100質量%以下であり、また例えば、95質量%以下であり、また例えば、90質量%以下であり、また例えば、85質量%以下であり、また例えば、80質量%以下であり、また例えば、75質量%以下である。スチレン類の前記総質量に対する範囲としては、上記した下限及び上限を適宜組み合わせて設定することができるが、例えば、20質量%以上95質量%以下であり、また例えば、30質量%以上75質量%以下であり、また例えば、35質量%以上85質量%以下である。The styrenes are, for example, 20% by mass or more of the total mass of the first monomer (first monomer unit of the first polymer chain) for polymerizing the first polymer chain. This is because 20% by mass or more facilitates living polymerization and can appropriately impart moderate hydrophobicity and affinity to organic solvents. Also, for example, 30% by mass or more, for example, 35% by mass or more, for example, 40% by mass or more, for example, 50% by mass or more, for example, 60% by mass or more, for example, 65% by mass or more, for example, 70% by mass or more, or for example, 75% by mass or more. Also, the styrenes are, for example, 100% by mass or less of the total mass, for example, 95% by mass or less, for example, 90% by mass or less, for example, 85% by mass or less, for example, 80% by mass or less, or for example, 75% by mass or less. The range of the styrenes relative to the total mass can be set by appropriately combining the above-mentioned lower and upper limits, and is, for example, 20 mass% or more and 95 mass% or less, for example, 30 mass% or more and 75 mass% or less, and for example, 35 mass% or more and 85 mass% or less.
(メタ)アクリロニトリル化合物、マレイミド化合物、酸無水物及び不飽和カルボン酸化合物は、それぞれ、単独でも使用できるほか、これら4種のうち1種又は2種以上をスチレン類と組み合わせて用いることが好ましい。これら4種は、いずれも、第1の重合鎖の疎水性又は有機溶媒親和性を維持、調節又は付与することができるからである。なかでも、アクリロニトリルなどの(メタ)アクリロニトリル化合物、N-フェニルマレイミドなどのマレイミド化合物及び酸無水物のうちの1種又は2種以上が好ましく、スチレンとアクリロニトリル、スチレンとN-フェニルマレイミドなどの組み合わせが好適である。なお、不飽和カルボン酸化合物は、第1の重合体の極性を容易に変化させることができる点等において好ましい。 Each of the (meth)acrylonitrile compound, maleimide compound, acid anhydride and unsaturated carboxylic acid compound can be used alone, and it is preferable to use one or more of these four types in combination with styrenes. This is because all of these four types can maintain, adjust or impart hydrophobicity or organic solvent affinity to the first polymer chain. Among them, one or more of (meth)acrylonitrile compounds such as acrylonitrile, maleimide compounds such as N-phenylmaleimide and acid anhydrides are preferred, and combinations such as styrene and acrylonitrile, styrene and N-phenylmaleimide are suitable. In addition, unsaturated carboxylic acid compounds are preferred in that they can easily change the polarity of the first polymer.
スチレン類と組み合わせて用いる場合、スチレン類以外のこれら1種又は2種以上の第1の単量体の総量は、第1の重合鎖を重合するための第1の単量体(第1の重合鎖の第1の単量体単位)の総質量のうち、例えば、20質量%以上である。また例えば、25質量%以上であり、また例えば、30質量%以上であり、また例えば、35質量%以上であり、また例えば、40質量%以上であり、また例えば、50質量%以上であり、また例えば、60質量%以上である。また、(メタ)アクリロニトリル化合物は、前記総質量の80質量%以下であり、また例えば、75質量%以下であり、また例えば、70質量%以下であり、また例えば、65質量%以下であり、また例えば、60質量%以下であり、また例えば、55質量%以下であり、また例えば、50質量%以下である。スチレン類以外のこれら1種又は2種以上の第1の単量体の総量としては、上記した下限及び上限を適宜組み合わせて設定することができるが、例えば、20質量%以上65質量%以下であり、また例えば、25質量%以上50質量%以下である。When used in combination with styrenes, the total amount of these one or more first monomers other than styrenes is, for example, 20% by mass or more of the total mass of the first monomer (first monomer unit of the first polymer chain) for polymerizing the first polymer chain. Also, for example, 25% by mass or more, for example, 30% by mass or more, for example, 35% by mass or more, for example, 40% by mass or more, for example, 50% by mass or more, for example, 60% by mass or more. Also, the (meth)acrylonitrile compound is 80% by mass or less, for example, 75% by mass or less, for example, 70% by mass or less, for example, 65% by mass or less, for example, 60% by mass or less, for example, 55% by mass or less, for example, 50% by mass or less of the total mass. The total amount of these one or more first monomers other than styrenes can be set by appropriately combining the above-mentioned lower and upper limits, and is, for example, 20 mass% or more and 65 mass% or less, and also, for example, 25 mass% or more and 50 mass% or less.
第1の重合鎖は、上記した第1の単量体のみの重合鎖であってもよいが、必要に応じて、上記以外の他のビニル系単量体を第1の単量体として用いることができる。例えば、(メタ)アクリル酸アルキルなどの(メタ)アクリル酸エステル等公知のビニル系単量体を用いることができる。なお、こうした他の単量体は、第1の重合鎖を構成する単量体の総質量の、例えば10質量%以下、また例えば、5質量%以下、また例えば、3質量%以下、また例えば、1質量%以下であり、また例えば、0.5質量%以下である。The first polymer chain may be a polymer chain of only the first monomer described above, but if necessary, other vinyl monomers other than the above can be used as the first monomer. For example, known vinyl monomers such as (meth)acrylic acid esters such as alkyl (meth)acrylate can be used. The amount of such other monomers is, for example, 10% by mass or less, or, for example, 5% by mass or less, or, for example, 3% by mass or less, or, for example, 1% by mass or less, or, for example, 0.5% by mass or less of the total mass of the monomers constituting the first polymer chain.
また、第1の重合体は、上記第1の重合鎖のほかに、他のブロックとしての重合鎖を備えていてもよい。かかる重合鎖を構成するビニル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、公知の(メタ)アクリル酸アルキルエステルや、公知の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル等が挙げられる。こうしたビニル系単量体は、後述する第2の単量体であってもよい。かかる他の重合鎖は、例えば、第1の重合鎖の形成後に、別の合成工程で付加されてもよい。後述するリビングラジカル活性単位に直接連結され、かつ第1の重合鎖に連結されるように備えられることで、重合体微粒子に用いる第2の単量体と共通する単量体の一部を予め、第1の重合体中に備えることができる。In addition, the first polymer may have a polymer chain as another block in addition to the first polymer chain. Examples of vinyl monomers constituting such polymer chains include (meth)acrylic acid, known (meth)acrylic acid alkyl esters, and known (meth)acrylic acid hydroxyalkyl esters. Such vinyl monomers may be the second monomer described later. Such other polymer chains may be added in a separate synthesis step after the formation of the first polymer chain. By being provided so as to be directly linked to the living radical active unit described later and linked to the first polymer chain, a portion of the monomer common to the second monomer used in the polymer microparticles can be provided in advance in the first polymer.
(リビングラジカル重合活性単位)
第1の重合体は、リビングラジカル重合活性単位を備えることができる。リビングラジカル重合とは、一般に、重合工程において開始反応と成長反応のみからなり、連鎖移動反応又は停止反応などの成長末端を失活される副反応を伴うことがなく、成長末端が重合中は常にラジカル種に基づく成長活性(リビングラジカル重合活性)を保ち続けている重合反応とされている。リビングラジカル重合活性単位とは、リビングラジカル重合における成長活性単位である。また、リビングラジカル重合活性単位は、リビングラジカル重合法の制御剤に由来する単位である。
(Living radical polymerization active unit)
The first polymer may have a living radical polymerization active unit. Living radical polymerization is generally considered to be a polymerization reaction that consists of only an initiation reaction and a propagation reaction in a polymerization process, does not involve side reactions such as chain transfer reactions or termination reactions that deactivate the propagation end, and the propagation end always maintains propagation activity (living radical polymerization activity) based on radical species during polymerization. The living radical polymerization active unit is a propagation active unit in living radical polymerization. The living radical polymerization active unit is also a unit derived from a control agent for living radical polymerization.
リビングラジカル重合には、その反応機構から、種々知られているが、リビングラジカル重合活性単位は、交換連鎖機構又は結合-解離機構によるリビングラジカル重合における活性単位とすることができる。これらのリビングラジカル重合であると、容易に、狭い分子量分布の第1の重合体を得ることができるし、重合体微粒子の分散重合にあたって、第1の重合体の重合溶媒への溶解性や分散安定剤としての機能のために種々の単量体を選択することができる。 Various living radical polymerizations are known based on their reaction mechanisms, but the living radical polymerization active units can be active units in living radical polymerization by chain exchange mechanism or bond-dissociation mechanism. These living radical polymerizations make it easy to obtain a first polymer with a narrow molecular weight distribution, and in dispersion polymerization of polymer microparticles, various monomers can be selected for the solubility of the first polymer in the polymerization solvent and for its function as a dispersion stabilizer.
交換連鎖機構によるリビングラジカル重合としては、可逆的付加-開裂連鎖移動重合法(RAFT法)、ヨウ素移動重合法、有機テルル化合物を用いる重合法(TERP法)、有機アンチモン化合物を用いる重合法(SBRP法)、有機ビスマス化合物を用いる重合法(BIRP法)等が挙げられる。交換連鎖機構によるリビングラジカル重合は、重合体微粒子の平均粒子径を小さくできる点において好ましい。これらのなかでも、RAFT法が及びヨウ素移動重合法が第1の重合体の分子量分布を狭くできる点において好ましい。さらに、RAFT法が好ましく用いられる。Examples of living radical polymerization by the exchange chain mechanism include reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT), iodine transfer polymerization, polymerization using an organotellurium compound (TERP), polymerization using an organoantimony compound (SBRP), and polymerization using an organobismuth compound (BIRP). Living radical polymerization by the exchange chain mechanism is preferred in that it can reduce the average particle size of the polymer particles. Among these, the RAFT and iodine transfer polymerization are preferred in that they can narrow the molecular weight distribution of the first polymer. Furthermore, the RAFT method is preferably used.
結合-解離機構によるリビングラジカル重合としては、例えば、ニトロキシラジカル法(NMP法)が挙げられる。結合-解離機構によるリビングラジカル重合は、重合体微粒子の平均粒子径を小さくできる点において好ましい。これらのなかでも、NMP法が第1の重合体の分子量分布を狭くできる点において好ましい。An example of living radical polymerization by a bond-dissociation mechanism is the nitroxy radical method (NMP method). Living radical polymerization by a bond-dissociation mechanism is preferable because it can reduce the average particle size of the polymer microparticles. Among these, the NMP method is preferable because it can narrow the molecular weight distribution of the first polymer.
これらの各種のリビングラジカル重合による重合条件は、当業者において周知であり、必要に応じて、RAFT法、ヨウ素移動重合法及びNMP法による第1の重合体の合成について例示する。なお、リビングラジカル重合プロセスには、塊状重合、溶液重合、懸濁重合及び乳化重合等の各種プロセスがあるが、重合体微粒子の製造における重合基点であることや分散安定剤的に機能することを考慮すると、第1の重合体の製造においては、例えば、溶液重合を用いることができる。The polymerization conditions for these various living radical polymerizations are well known to those skilled in the art, and as necessary, the synthesis of the first polymer by the RAFT method, the iodine transfer polymerization method, and the NMP method will be exemplified. Note that there are various living radical polymerization processes such as bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization, and emulsion polymerization, but considering that it is a polymerization base point in the production of polymer microparticles and functions as a dispersion stabilizer, for example, solution polymerization can be used in the production of the first polymer.
第1の重合体は、例えばRAFT法の制御剤を用いてRAFT法にて合成することができる。RAFT法は、分子量分布が2.0以下の第1の重合体を得るのに好適なリビングラジカル重合法である。RAFT法におけるリビングラジカル重合の制御剤(RAFT剤)は、特に限定することなく、公知のRAFT剤を用いることができる。例えば、ジチオエステル化合物、キサンテート化合物、トリチオカーボネート化合物及びジチオカーバメート化合物等が挙げられる。RAFT剤は、活性点を1個所備える1官能性のものであってもよいし、2個所以上備える2官能性以上のものを用いることもできる。2官能性以上のRAFT剤は、2方向性以上に重合鎖が伸長するものである。重合体微粒子の製造の観点からは、2官能性又は3官能性以上のRAFT剤を用いることが好適な場合がある。The first polymer can be synthesized by the RAFT method, for example, using a control agent for the RAFT method. The RAFT method is a living radical polymerization method suitable for obtaining a first polymer having a molecular weight distribution of 2.0 or less. The control agent for living radical polymerization in the RAFT method (RAFT agent) is not particularly limited, and a known RAFT agent can be used. For example, dithioester compounds, xanthate compounds, trithiocarbonate compounds, and dithiocarbamate compounds can be mentioned. The RAFT agent may be a monofunctional agent having one active site, or a bifunctional or higher agent having two or more active sites. A bifunctional or higher functional RAFT agent is one in which the polymer chain extends in two or more directions. From the viewpoint of producing polymer microparticles, it may be preferable to use a bifunctional or trifunctional or higher functional RAFT agent.
RAFT剤における置換基は、第1の単量体や第2の単量体を考慮して適宜決定することができる。また、RAFT剤の使用量は、目標とするMnに応じて適宜調整されるが、第1の単量体100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上10質量部以下、また例えば、0.5質量部以上5質量部以下、また例えば、1質量部以上4質量部以下、また例えば、1質量部以上3質量部以下用いることができる。The substituents in the RAFT agent can be appropriately determined in consideration of the first monomer and the second monomer. The amount of the RAFT agent used is appropriately adjusted according to the target Mn, and can be, for example, 0.1 parts by mass or more and 10 parts by mass or less, or, for example, 0.5 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, or, for example, 1 part by mass or more and 4 parts by mass or less, or, for example, 1 part by mass or more and 3 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the first monomer.
RAFT剤としては、ジチオエステル化合物、キサンテート化合物、トリチオカーボネート化合物及びジチオカーバメート化合物等、公知の各種RAFT剤を使用することができる。より具体的には、例えば、ジベンジルトリチオカーボネート、ジチオベンゾエート・2-シアノ-2-プロピルベンゾジチオエート、2-フェニル-2-プロピルベンゾジチオエート、トリチオカーボネート、2-シアノ-2-プロピルドデシルトリチオカーボネート、2-(ドデシルチオカルボノチオイルチオ)-2-メチルプロパン酸メチル、ジスチリルトリチオカーボネート、ジクミルトリチオカーボネート、ジチオカーバメート、シアノメチルN-メチル-N-フェニルジチオカーバメート等が挙げられる。 As the RAFT agent, various known RAFT agents can be used, such as dithioester compounds, xanthate compounds, trithiocarbonate compounds, and dithiocarbamate compounds. More specifically, for example, dibenzyl trithiocarbonate, dithiobenzoate, 2-cyano-2-propyl benzodithioate, 2-phenyl-2-propyl benzodithioate, trithiocarbonate, 2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonate, 2-(dodecylthiocarbonothioylthio)-2-methyl methyl propanoate, distyryl trithiocarbonate, dicumyl trithiocarbonate, dithiocarbamate, cyanomethyl N-methyl-N-phenyl dithiocarbamate, etc.
RAFT法による重合の際に用いるラジカル重合開始剤(ラジカル発生剤)としては、アゾ化合物、有機過酸化物及び過硫酸塩等の公知のラジカル重合開始剤を使用することができるが、安全上取り扱い易く、ラジカル重合時の副反応が起こりにくい点からアゾ化合物が好ましい。上記アゾ化合物の具体例としては、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル-2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)等が挙げられる。上記ラジカル重合開始剤は1種又は2種以上を用いることができる。As the radical polymerization initiator (radical generator) used in polymerization by the RAFT method, known radical polymerization initiators such as azo compounds, organic peroxides, and persulfates can be used, but azo compounds are preferred because they are safe and easy to handle and are less likely to cause side reactions during radical polymerization. Specific examples of the azo compounds include 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl-2,2'-azobis(2-methylpropionate), and 2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile). One or more of the above radical polymerization initiators can be used.
こうしたラジカル重合開始剤の使用割合は特に制限されないが、分子量分布がより狭い重合体を得る点から、ラジカル重合開始剤の使用割合は特に制限されないが、分子量分布がより狭い重合体を得る点から、第1の単量体の総質量100質量部に対して、例えば、0.005質量%以上2質量%以下、また例えば、0.005質量%以上1質量%以下、また例えば、0.005質量%以上0.5質量%以下用いることができる。The proportion of such radical polymerization initiator used is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining a polymer with a narrower molecular weight distribution, the proportion of such radical polymerization initiator used is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining a polymer with a narrower molecular weight distribution, it can be used in an amount of, for example, 0.005% by mass or more and 2% by mass or less, or, for example, 0.005% by mass or more and 1% by mass or less, or, for example, 0.005% by mass or more and 0.5% by mass or less, relative to 100 parts by mass of the total mass of the first monomer.
RAFT法では、必要に応じて連鎖移動剤の存在下で実施しても良い。連鎖移動剤は公知のものを1種又は2種以上を用いることができる。 The RAFT method may be carried out in the presence of a chain transfer agent, if necessary. One or more known chain transfer agents may be used.
また、RAFT法では、公知の重合溶媒を用いることができ、ニトリル系溶剤、芳香族系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、オルトエステル系溶剤、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アルコール及び水等が挙げられる。ニトリル系溶剤の具体例としては、アセトニトリル、イソブチロニトリル及びベンゾニトリル等が挙げられる。芳香族系溶剤の具体例としては、ベンゼン、トルエン、キシレン及びアニソール等が挙げられる。ケトン系溶剤の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトン等が挙げられる。エステル系溶剤の具体例としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル及び酢酸ブチル等が挙げられる。オルトエステル系溶剤の具体例としては、オルト蟻酸トリメチル、オルト蟻酸トリエチル、オルト蟻酸トリ(n-プロピル)、オルト蟻酸トリ(イソプロピル)、オルト酢酸トリメチル、オルト酢酸トリエチル、オルトプロピオン酸トリエチル、オルトn-酪酸トリメチル、及びオルトイソ酪酸トリメチル等が挙げられる。好ましくは、アセトニトリルなどのニトリル系溶剤及び/又はアニソールなどの芳香族系溶剤を用いることができる。 In addition, in the RAFT method, known polymerization solvents can be used, such as nitrile solvents, aromatic solvents, ketone solvents, ester solvents, orthoester solvents, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, alcohol, and water. Specific examples of nitrile solvents include acetonitrile, isobutyronitrile, and benzonitrile. Specific examples of aromatic solvents include benzene, toluene, xylene, and anisole. Specific examples of ketone solvents include acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone. Specific examples of ester solvents include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, and butyl acetate. Specific examples of orthoester solvents include trimethyl orthoformate, triethyl orthoformate, tri(n-propyl) orthoformate, tri(isopropyl) orthoformate, trimethyl orthoacetate, triethyl orthoacetate, triethyl orthopropionate, trimethyl ortho-n-butyrate, and trimethyl orthoisobutyrate. Preferably, a nitrile solvent such as acetonitrile and/or an aromatic solvent such as anisole can be used.
第1の重合体をリビングラジカル重合で重合する際の第1の単量体の濃度は、重合溶媒と第1の単量体との総質量に対して、特に限定するものではないが、例えば、10質量%以上80質量%以下、また例えば、15質量%以上70質量%以下、20質量%以上70質量%以下などとすることができる。The concentration of the first monomer when polymerizing the first polymer by living radical polymerization is not particularly limited relative to the total mass of the polymerization solvent and the first monomer, but can be, for example, 10% by mass or more and 80% by mass or less, or, for example, 15% by mass or more and 70% by mass or less, or 20% by mass or more and 70% by mass or less, etc.
RAFT法による重合反応の際の反応温度は、好ましくは40℃以上100℃以下であり、より好ましくは45℃以上90℃以下であり、さらに好ましくは50℃以上80℃以下である。反応温度が40℃以上であれば、重合反応を円滑に進めることができる。一方、反応温度が100℃以下であれば、副反応が抑制できるとともに、使用できる開始剤や溶剤に関する制限が緩和される。The reaction temperature during the polymerization reaction by the RAFT method is preferably 40°C or higher and 100°C or lower, more preferably 45°C or higher and 90°C or lower, and even more preferably 50°C or higher and 80°C or lower. If the reaction temperature is 40°C or higher, the polymerization reaction can proceed smoothly. On the other hand, if the reaction temperature is 100°C or lower, side reactions can be suppressed and restrictions on the initiators and solvents that can be used are relaxed.
第1の重合体は、また例えば、ヨウ素移動重合法の制御剤を用いてヨウ素移動重合法にて合成することができる。ヨウ素移動重合法における制御剤は、特に限定することなく、公知の制御剤を用いることができる、例えば、ヨウ化メチル、ヨウ化メチレン、ヨードホルム、四ヨウ化炭素、1-フェニルエチルヨージド、ベンジルヨージド、2-ヨードイソ酪酸メチル、2-ヨードイソ酪酸エチル、2-ヨード-2-フェニル酢酸エチル、ビス(2-ヨード-2-フェニル酢酸)エチレングリコール、ビス(2-ヨードイソ酪酸)エチレングリコール等が挙げられる。The first polymer can also be synthesized by iodine transfer polymerization using, for example, a control agent for iodine transfer polymerization. The control agent in iodine transfer polymerization is not particularly limited, and known control agents can be used, such as methyl iodide, methylene iodide, iodoform, carbon tetraiodide, 1-phenylethyl iodide, benzyl iodide, methyl 2-iodoisobutyrate, ethyl 2-iodoisobutyrate, ethyl 2-iodo-2-phenylacetate, ethylene glycol bis(2-iodo-2-phenylacetic acid), and ethylene glycol bis(2-iodoisobutyrate).
ヨウ素移動反応の制御剤の使用量は、目標とするMnに応じて適宜調整されるが、第1の単量体100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上10質量部以下、また例えば、0.5質量部以上5質量部以下、また例えば、1質量部以上4質量部以下用いることができる。第1の単量体100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上10質量部以下、また例えば、0.5質量部以上5質量部以下、また例えば、1質量部以上4質量部以下用いることができる。The amount of the iodine transfer reaction control agent used is adjusted appropriately depending on the target Mn, but for example, 0.1 parts by mass to 10 parts by mass, or for example, 0.5 parts by mass to 5 parts by mass, or for example, 1 part by mass to 4 parts by mass, can be used relative to 100 parts by mass of the first monomer. For example, 0.1 parts by mass to 10 parts by mass, or for example, 0.5 parts by mass to 5 parts by mass, or for example, 1 part by mass to 4 parts by mass, can be used relative to 100 parts by mass of the first monomer.
ヨウ素移動重合法による重合の際に用いるラジカル重合開始剤(ラジカル発生剤)としては、RAFT法と同様の態様及び使用量で、アゾ化合物、有機過酸化物及び過硫酸塩等の公知のラジカル重合開始剤を使用することができる。ヨウ素移動重合法における反応温度及び重合溶媒、第1の単量体濃度については、RAFT法と同様の態様から適宜選択して適用することができる。As the radical polymerization initiator (radical generator) used in polymerization by the iodine transfer polymerization method, known radical polymerization initiators such as azo compounds, organic peroxides, and persulfates can be used in the same manner and amount as in the RAFT method. The reaction temperature, polymerization solvent, and first monomer concentration in the iodine transfer polymerization method can be appropriately selected from the same manner as in the RAFT method.
第1の重合体は、また例えば、NMP法の制御剤を用いてNMP法にて合成することができる。NMP法における制御剤は、特に限定することなく、公知の制御剤を用いることができる、例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジニル-1-オキシル(TEMPO)、N-tert-ブチル-N-[1-ジエチルフォスフォノ-(2,2-ジメチルプロピル)]ニトロキシド(DEPN)、2,2,5-トリメチル-4-フェニル-3-アザヘキサン-3-ニトロキシド(TIPNO)、N-tert-ブチル-N-(1-tert-ブチル-2-エチルスルフィニル)プロピル-N-オキシル(BESN)等が挙げられる。The first polymer can also be synthesized by the NMP method using a control agent for the NMP method. The control agent in the NMP method is not particularly limited, and any known control agent can be used, such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxyl (TEMPO), N-tert-butyl-N-[1-diethylphosphono-(2,2-dimethylpropyl)]nitroxide (DEPN), 2,2,5-trimethyl-4-phenyl-3-azahexane-3-nitroxide (TIPNO), N-tert-butyl-N-(1-tert-butyl-2-ethylsulfinyl)propyl-N-oxyl (BESN), etc.
NMP法による制御剤の使用量は、目標とするMnに応じて適宜調整されるが、第1の単量体100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上10質量部以下、また例えば、0.5質量部以上5質量部以下、また例えば、1質量部以上4質量部以下用いることができる。第1の単量体100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上10質量部以下、また例えば、0.5質量部以上5質量部以下、また例えば、1質量部以上4質量部以下用いることができる。The amount of the control agent used in the NMP method is appropriately adjusted depending on the target Mn, but for example, 0.1 parts by mass to 10 parts by mass, or for example, 0.5 parts by mass to 5 parts by mass, or for example, 1 part by mass to 4 parts by mass, can be used relative to 100 parts by mass of the first monomer. For example, 0.1 parts by mass to 10 parts by mass, or for example, 0.5 parts by mass to 5 parts by mass, or for example, 1 part by mass to 4 parts by mass, can be used relative to 100 parts by mass of the first monomer.
NMP法による重合の際に用いるラジカル重合開始剤(ラジカル発生剤)としては、RAFT法と同様の態様及び使用量で、アゾ化合物、有機過酸化物及び過硫酸塩等の公知のラジカル重合開始剤を使用することができる。NMP法における反応温度及び重合溶媒、第1の単量体濃度については、RAFT法と同様の態様から適宜選択して適用することができる。As the radical polymerization initiator (radical generator) used in polymerization by the NMP method, known radical polymerization initiators such as azo compounds, organic peroxides, and persulfates can be used in the same manner and amount as in the RAFT method. The reaction temperature, polymerization solvent, and first monomer concentration in the NMP method can be appropriately selected from the same manner as in the RAFT method.
所定のリビングラジカル重合により第1の重合体を合成することで、第1の単量体を含む第1の重合鎖とリビング重合活性単位を備える第1の重合体を得ることができる。第1の重合体は、2種以上の第1の重合鎖を備えることもできる。例えば、ある種の組成の1種又は2種以上の第1の単量体を用いてリビングラジカル重合等を実施後に、他の組成で1種又は2種以上の第1の単量体を用いてリビングラジカル重合等を実施することで、異なる組成の第1の単量体由来の単位を有する第1の重合鎖(ブロック)を備える第1の重合体を得ることができる。By synthesizing a first polymer by a predetermined living radical polymerization, a first polymer having a first polymer chain containing a first monomer and a living polymerization active unit can be obtained. The first polymer can also have two or more types of first polymer chains. For example, by performing living radical polymerization or the like using one or more types of first monomers of a certain composition, and then performing living radical polymerization or the like using one or more types of first monomers of another composition, a first polymer having a first polymer chain (block) having a unit derived from a first monomer of a different composition can be obtained.
所定のリビングラジカル重合によれば、数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)が制御された第1の重合体を得ることができる。第1の重合体のMnは、特に限定するものではないが、例えば、3,000以上であり、また例えば、5,000以上であり、また例えば、7,000以上であり、また例えば、8,000以上であり、また例えば、10,000以上である。また、同Mnは、50,000以下であり、また例えば、30,000以下であり、また例えば、25,000以下であり、また例えば、20,000以下であり、また例えば、15,000以下であり、また例えば、14,000以下であり、また例えば、12,000以下である。Mnの範囲としては、上記した下限及び上限を適宜組み合わせて設定することができるが、例えば、5,000以上25,000以下であり、また例えば、10,000以上25,000以下であり、また例えば、10,000以上15,000以下であり、また例えば、10,000以上14,000以下である。According to a specific living radical polymerization, a first polymer having a controlled number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw) can be obtained. The Mn of the first polymer is not particularly limited, but is, for example, 3,000 or more, for example, 5,000 or more, for example, 7,000 or more, for example, 8,000 or more, or for example, 10,000 or more. The Mn is 50,000 or less, for example, 30,000 or less, for example, 25,000 or less, for example, 20,000 or less, for example, 15,000 or less, for example, 14,000 or less, or for example, 12,000 or less. The range of Mn can be set by appropriately combining the above-mentioned lower and upper limits, and is, for example, 5,000 or more and 25,000 or less, for example, 10,000 or more and 25,000 or less, for example, 10,000 or more and 15,000 or less, and for example, 10,000 or more and 14,000 or less.
第1の重合体のMwは、特に限定するものではないが、例えば、5,000以上であり、また例えば、7,000以上であり、また例えば、9,000以上であり、また例えば、10,000以上であり、また例えば、13,000以上であり、また例えば、15,000以上である。また、同Mwは、60,000以下であり、また例えば、55,000以下であり、また例えば、50,000以下であり、また例えば、45,000以下であり、また例えば、40,000以下であり、また例えば、36,000以下であり、また例えば、35,000以下であり、また例えば、30,000以下であり、また例えば、25、000以下である。Mwの範囲としては、上記した下限及び上限を適宜組み合わせて設定することができるが、例えば、1,000以上40,000以下であり、また例えば、10,000以上35,000以下であり、また例えば、10,000以上30,000以下であり、また例えば、15,000以上25,000以下である。The Mw of the first polymer is not particularly limited, but is, for example, 5,000 or more, for example, 7,000 or more, for example, 9,000 or more, for example, 10,000 or more, for example, 13,000 or more, or for example, 15,000 or more. The Mw is 60,000 or less, for example, 55,000 or less, for example, 50,000 or less, for example, 45,000 or less, for example, 40,000 or less, for example, 36,000 or less, for example, 35,000 or less, for example, 30,000 or less, or for example, 25,000 or less. The range of Mw can be set by appropriately combining the above-mentioned lower and upper limits, and is, for example, 1,000 or more and 40,000 or less, for example, 10,000 or more and 35,000 or less, for example, 10,000 or more and 30,000 or less, and for example, 15,000 or more and 25,000 or less.
なお、第1の重合体のMw及びMnは、いずれも、ポリスチレンを標準物質として用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィーにて測定することができる。クロマトグラフィー条件の詳細は、後段の実施例に開示する条件を採用することができる。The Mw and Mn of the first polymer can be measured by gel permeation chromatography using polystyrene as a standard substance. Details of the chromatography conditions can be those disclosed in the examples below.
第1の重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、特に限定するものではないが、例えば、2.5以下であり、また例えば、2.4以下であり、また例えば、2.3以下であり、また例えば、2.0以下であり、また例えば、1.6以下であり、また例えば、1.5以下であり、また例えば、1.4以下であり、また例えば、1.3以下である。また、分子量分布は、例えば、1.1以上であり、また例えば、1.2以上であり、また例えば、1.3以上であり、また例えば、1.4以上、また例えば、1.5以上である。分子量分布の範囲としては、上記した下限及び上限を適宜組み合わせて設定することができるが、例えば、1.1以上2.5以下、また例えば、1.1以上2.4以下、また例えば、1.1以上2.3以下、また例えば、1.1以上2.0以下などとすることができる。The molecular weight distribution (Mw/Mn) of the first polymer is not particularly limited, but may be, for example, 2.5 or less, for example, 2.4 or less, for example, 2.3 or less, for example, 2.0 or less, for example, 1.6 or less, for example, 1.5 or less, for example, 1.4 or less, or for example, 1.3 or less. The molecular weight distribution may be, for example, 1.1 or more, for example, 1.2 or more, for example, 1.3 or more, for example, 1.4 or more, or for example, 1.5 or more. The range of the molecular weight distribution may be set by appropriately combining the above-mentioned lower and upper limits, and may be, for example, 1.1 or more and 2.5 or less, for example, 1.1 or more and 2.4 or less, for example, 1.1 or more and 2.3 or less, or for example, 1.1 or more and 2.0 or less.
分子量分布は狭いほど、得られる重合体微粒子の平均粒子径が小さくなる傾向がある。平均粒子径が0.2μm以下の重合体微粒子を得るには、分子量分布が2.4以下であることが好適であり、より小さい平均粒子径の重合体微粒子を得るには、同1.7以下であることが好適であり、さらに好適には、同1.6以下であり、一層好適には、1.4以下である。The narrower the molecular weight distribution, the smaller the average particle size of the resulting polymer microparticles tends to be. To obtain polymer microparticles with an average particle size of 0.2 μm or less, it is preferable that the molecular weight distribution is 2.4 or less, and to obtain polymer microparticles with an even smaller average particle size, it is preferable that the molecular weight distribution is 1.7 or less, more preferably 1.6 or less, and even more preferably 1.4 or less.
第1の重合体は、第1の重合鎖とリビング重合活性単位とを備えることができるが、典型的には、1官能性の制御剤を用いた場合には、リビング重合活性単位を第1の重合鎖の末端に備える態様となり、2官能性以上の制御剤を用いた場合には、リビング重合活性単位を基点として2方向以上に分岐してそれぞれに第1の重合鎖を備える態様となる。なお、いずれの態様においても、別の重合鎖を備える場合には、この別の重合鎖が、リビング重合活性単位に直接結合され、リビング重合活性単位に対してより遠位側に第1の重合鎖が備えられるように、当該別の重合鎖の遠位末端に第1の重合鎖が結合された態様となっている。The first polymer can have a first polymer chain and a living polymerization active unit, but typically, when a monofunctional control agent is used, the living polymerization active unit is provided at the end of the first polymer chain, and when a bifunctional or higher control agent is used, the polymer branches in two or more directions from the living polymerization active unit as a base point, and each of the first polymer chains is provided. In either case, when another polymer chain is provided, the other polymer chain is directly bonded to the living polymerization active unit, and the first polymer chain is bonded to the distal end of the other polymer chain so that the first polymer chain is provided on the more distal side of the living polymerization active unit.
(重合体微粒子の製造) 本方法は、第1の重合体の存在下、1種又は2種以上の第2の単量体を分散重合して重合体微粒子を製造することができる。本方法では、第1の重合体を、重合体微粒子の製造時において第2の単量体の重合の基点として用いるとともに、重合体微粒子の重合溶媒中における分散安定剤として用いることができる。こうすることで、重合安定性、すなわち、重合工程中の重合体微粒子の凝集を抑制して、粗大な凝集粒子の発生を抑制し、平均粒子径が小さく、かつ粒子径分布の狭い重合体微粒子を得ることができる。 (Production of polymer microparticles) This method can produce polymer microparticles by dispersion polymerizing one or more types of second monomers in the presence of a first polymer. In this method, the first polymer is used as a starting point for polymerization of the second monomer during the production of polymer microparticles, and can also be used as a dispersion stabilizer for the polymer microparticles in the polymerization solvent. In this way, polymerization stability, i.e., aggregation of polymer microparticles during the polymerization process, can be suppressed to suppress the generation of coarse aggregated particles, and polymer microparticles with a small average particle size and a narrow particle size distribution can be obtained.
(第2のビニル系単量体) 第2のビニル系単量体としては、特に限定するものではなく、重合体微粒子の用途等に応じて、公知のビニル系単量体から適宜選択することができる。例えば、第1の重合体に分散安定剤としての機能を効果的に発揮させ、重合体微粒子の表層側に存在させるようにし、第2の重合鎖を重合体微粒子の主成分としてコア側に存在させるためには、第2の単量体は、親水性基を有するビニル系単量体とすることができる。当該観点を考慮すると、第2の単量体としては、例えば、カルボキシル基含有ビニル系単量体、ヒドロキシ基含有ビニル系単量体等が挙げられる。 (Second vinyl monomer) The second vinyl monomer is not particularly limited, and can be appropriately selected from known vinyl monomers depending on the application of the polymer microparticles. For example, in order to allow the first polymer to effectively exert its function as a dispersion stabilizer and to be present on the surface side of the polymer microparticles, and to allow the second polymer chain to be present on the core side as the main component of the polymer microparticles, the second monomer can be a vinyl monomer having a hydrophilic group. Considering this viewpoint, examples of the second monomer include a carboxyl group-containing vinyl monomer and a hydroxyl group-containing vinyl monomer.
カルボキシ基含有ビニル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸などの不飽和カルボン酸のほか、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸などの不飽和ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸のモノアルキルエステル等が挙げられる。なかでも、(メタ)アクリル酸が好ましい。Examples of carboxyl group-containing vinyl monomers include unsaturated carboxylic acids such as (meth)acrylic acid and crotonic acid, as well as unsaturated dicarboxylic acids such as itaconic acid, maleic acid and fumaric acid, and monoalkyl esters of unsaturated dicarboxylic acids. Of these, (meth)acrylic acid is preferred.
(メタ)アクリル酸は塩の形態であってもよい。ここで、(メタ)アクリル酸(塩)とは、(メタ)アクリル酸及び(メタ)アクリル酸塩を包含している。(メタ)アクリル酸塩における塩とは、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩又は有機アミン塩である。具体的には、ナトリウム塩、リチウム塩、カリウム塩、ルビジウム塩、セシウム塩等のアルカリ金属塩;マグネシウム塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩等のアルカリ土類金属塩;有機アミン塩としては、モノエタノールアミン塩、ジエタノールアミン塩、トリエタノールアミン塩等のアルカノールアミン塩、モノエチルアミン塩、ジエチルアミン塩、トリエチルアミン塩等のアルキルアミン塩、エチレンジアミン塩、トリエチレンジアミン塩等のポリアミン等の有機アミンの塩が挙げられる。(Meth)acrylic acid may be in the form of a salt. Here, (meth)acrylic acid (salt) includes (meth)acrylic acid and (meth)acrylic acid salts. The salt of the (meth)acrylic acid salt is an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt, an ammonium salt, or an organic amine salt. Specifically, alkali metal salts such as sodium salt, lithium salt, potassium salt, rubidium salt, and cesium salt; alkaline earth metal salts such as magnesium salt, calcium salt, strontium salt, and barium salt; organic amine salts include alkanolamine salts such as monoethanolamine salt, diethanolamine salt, and triethanolamine salt, alkylamine salts such as monoethylamine salt, diethylamine salt, and triethylamine salt, and salts of organic amines such as polyamines such as ethylenediamine salt and triethylenediamine salt.
ヒドロキシ基含有ビニル系単量体としては、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル、並びに、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコールのモノ(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。これらの化合物は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。Examples of hydroxy group-containing vinyl monomers include 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 2-hydroxypropyl (meth)acrylate, 3-hydroxypropyl (meth)acrylate, 2-hydroxybutyl (meth)acrylate, 3-hydroxybutyl (meth)acrylate, 4-hydroxybutyl (meth)acrylate, and mono(meth)acrylic acid esters of polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
こうした第2単量体は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。第2の単量体の総質量に対してカルボキシル基含有ビニル系単量体は、例えば、40質量%以上とすることができ、また例えば、50質量%以上とすることができ、また例えば、60質量%以上とすることができ、また例えば、70質量%以上とすることができ、また例えば、80質量%以上とすることができ、また例えば、90質量%以上とすることができ、また例えば、95質量%以上とすることができ、また例えば、100質量%とすることができる。第2の単量体の総質量に対するカルボキシル基含有ビニル系単量体の使用範囲は、上記した各下限及び上限を適宜組み合わせて設定できるが、例えば、60質量%以上100質量%以下であり、また例えば、80質量%以上100質量%以下であり、また例えば、90質量%以上100質量%以下である。Such second monomers can be used alone or in combination of two or more. The amount of the carboxyl group-containing vinyl monomer relative to the total mass of the second monomer can be, for example, 40% by mass or more, or, for example, 50% by mass or more, or, for example, 60% by mass or more, or, for example, 70% by mass or more, or, for example, 80% by mass or more, or, for example, 90% by mass or more, or, for example, 95% by mass or more, or, for example, 100% by mass. The range of the carboxyl group-containing vinyl monomer relative to the total mass of the second monomer can be set by appropriately combining the above-mentioned lower and upper limits, and is, for example, 60% by mass or more and 100% by mass or less, or, for example, 80% by mass or more and 100% by mass or less, or, for example, 90% by mass or more and 100% by mass or less.
また、第2の単量体の総質量に対してヒドロキシ基含有ビニル系単量体は、例えば、5質量%以上であり、また例えば、10質量%以上であり、例えば、20質量%以上であり、また例えば、30質量%以上であり、また例えば、40質量%以上である。また、50質量%以下であり、また例えば、40質量%以下であり、また例えば、30質量%以下であり、また例えば、20質量%以下であり、また例えば、10質量%以下であり、また例えば、5質量%以下である。第2の単量体の総質量に対するヒドロキシ基含有ビニル系単量体の使用範囲は、上記した各下限及び上限を適宜組み合わせて設定できるが、例えば、0質量%以上40質量%以下であり、また例えば、0質量%以上20質量%以下であり、また例えば、0質量%以上10質量%以下である。 The hydroxyl group-containing vinyl monomer is, for example, 5% by mass or more, for example, 10% by mass or more, for example, 20% by mass or more, for example, 30% by mass or more, or for example, 40% by mass or more, relative to the total mass of the second monomer. It is also 50% by mass or less, for example, 40% by mass or less, for example, 30% by mass or less, for example, 20% by mass or less, for example, 10% by mass or less, or for example, 5% by mass or less. The range of use of the hydroxyl group-containing vinyl monomer relative to the total mass of the second monomer can be set by appropriately combining the above-mentioned lower and upper limits, for example, 0% by mass or more and 40% by mass or less, for example, 0% by mass or more and 20% by mass or less, or for example, 0% by mass or more and 10% by mass or less.
第2の単量体としては、重合体微粒子における第2の重合鎖の意図した機能を損なわない限り、他のビニル系単量体を含めることができる。かかるビニル系単量体としては、特に限定するものではないが、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルエステル等が挙げられる。こうした第2の単量体は、第2の単量体の総質量に対して、例えば、20質量%以下、また例えば、10質量%以下、また例えば、5質量%以下、また例えば、3質量%以下、また例えば、1質量%以下含有することができる。The second monomer may contain other vinyl monomers as long as they do not impair the intended function of the second polymer chain in the polymer microparticles. Such vinyl monomers are not particularly limited, but include, for example, (meth)acrylic acid alkyl esters and (meth)acrylic acid alkoxyalkyl esters. Such second monomers may be contained, for example, in an amount of 20% by mass or less, or, for example, 10% by mass or less, or, for example, 5% by mass or less, or, for example, 3% by mass or less, or, for example, 1% by mass or less, based on the total mass of the second monomer.
(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸tert-ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n-オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸n-ノニル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸デシル及び(メタ)アクリル酸ドデシル等の(メタ)アクリル酸の直鎖状又は分岐状アルキルエステル化合物;(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸tert-ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロドデシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル等の(メタ)アクリル酸の脂肪族環式エステル化合物などが挙げられる。 Examples of (meth)acrylic acid alkyl esters include methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, isopropyl (meth)acrylate, n-propyl (meth)acrylate, n-butyl (meth)acrylate, isobutyl (meth)acrylate, tert-butyl (meth)acrylate, hexyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, n-octyl (meth)acrylate, isooctyl (meth)acrylate, n-nonyl (meth)acrylate, isononyl (meth)acrylate, and (meth)acrylic acid. linear or branched alkyl ester compounds of (meth)acrylic acid, such as decyl (meth)acrylate and dodecyl (meth)acrylate; and aliphatic cyclic ester compounds of (meth)acrylic acid, such as cyclohexyl (meth)acrylate, methylcyclohexyl (meth)acrylate, tert-butylcyclohexyl (meth)acrylate, cyclododecyl (meth)acrylate, isobornyl (meth)acrylate, adamantyl (meth)acrylate, dicyclopentenyl (meth)acrylate, and dicyclopentanyl (meth)acrylate.
(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルエステルとしては、(メタ)アクリル酸メトキシメチル、(メタ)アクリル酸エトキシメチル、(メタ)アクリル酸2-メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2-エトキシエチル、(メタ)アクリル酸2-プロポキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸3-メトキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-エトキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-プロポキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ブトキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-メトキシブチル、(メタ)アクリル酸3-エトキシブチル、(メタ)アクリル酸3-プロポキシブチル、(メタ)アクリル酸3-ブトキシブチルなどが挙げられる。Examples of (meth)acrylic acid alkoxyalkyl esters include methoxymethyl (meth)acrylate, ethoxymethyl (meth)acrylate, 2-methoxyethyl (meth)acrylate, 2-ethoxyethyl (meth)acrylate, 2-propoxyethyl (meth)acrylate, 2-butoxyethyl (meth)acrylate, 3-methoxypropyl (meth)acrylate, 3-ethoxypropyl (meth)acrylate, 3-propoxypropyl (meth)acrylate, 3-butoxypropyl (meth)acrylate, 3-methoxybutyl (meth)acrylate, 3-ethoxybutyl (meth)acrylate, 3-propoxybutyl (meth)acrylate, and 3-butoxybutyl (meth)acrylate.
重合体微粒子の製造工程においては、第2の重合鎖に架橋構造を導入することができる。In the manufacturing process of polymer microparticles, a crosslinked structure can be introduced into the second polymer chain.
架橋構造の導入方法は特に制限されるものではなく、例えば以下の方法による態様が例示される。
1)架橋性単量体の共重合
2)ラジカル重合時のポリマー鎖への連鎖移動を利用
3)反応性官能基を有する重合体を合成後、必要に応じて架橋剤を添加して後架橋
これらのなかでも、操作が簡便であり、架橋の程度を制御し易い点から架橋性単量体の共重合による方法が好ましい。
The method for introducing the crosslinked structure is not particularly limited, and examples thereof include the following methods.
1) Copolymerization of a crosslinkable monomer; 2) Utilizing chain transfer to a polymer chain during radical polymerization; 3) After synthesizing a polymer having a reactive functional group, a crosslinking agent is added as necessary to post-crosslink. Among these, the method using copolymerization of a crosslinkable monomer is preferred because it is simple to operate and the degree of crosslinking can be easily controlled.
架橋性単量体としては、2個以上の重合性不飽和基を有する多官能重合性単量体、及び加水分解性シリル基等の自己架橋可能な架橋性官能基を有する単量体等が挙げられる。上記多官能重合性単量体は、(メタ)アクリロイル基、アルケニル基等の重合性官能基を分子内に2つ以上有する化合物であり、多官能(メタ)アクリレート化合物、多官能アルケニル化合物、(メタ)アクリロイル基及びアルケニル基の両方を有する化合物等が挙げられる。これらの化合物は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの内でも、均一な架橋構造を得やすい点で多官能アルケニル化合物が好ましく、分子内に複数のアリルエーテル基を有する多官能アリルエーテル化合物が特に好ましい。Examples of crosslinkable monomers include polyfunctional polymerizable monomers having two or more polymerizable unsaturated groups, and monomers having self-crosslinkable crosslinkable functional groups such as hydrolyzable silyl groups. The polyfunctional polymerizable monomers are compounds having two or more polymerizable functional groups such as (meth)acryloyl groups and alkenyl groups in the molecule, and examples of such compounds include polyfunctional (meth)acrylate compounds, polyfunctional alkenyl compounds, and compounds having both (meth)acryloyl groups and alkenyl groups. These compounds may be used alone or in combination of two or more. Among these, polyfunctional alkenyl compounds are preferred in that they are easy to obtain a uniform crosslinked structure, and polyfunctional allyl ether compounds having multiple allyl ether groups in the molecule are particularly preferred.
多官能(メタ)アクリレート化合物としては、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、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート等の2価アルコールのジ(メタ)アクリレート類;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性体のトリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(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、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等の3価以上の多価アルコールのトリ(メタ)アクリレート、テトラ(メタ)アクリレート等のポリ(メタ)アクリレート;メチレンビスアクリルアミド、ヒドロキシエチレンビスアクリルアミド等のビスアミド類等を挙げることができる。Examples of polyfunctional (meth)acrylate compounds include di(meth)acrylates of dihydric alcohols such as ethylene glycol di(meth)acrylate, propylene glycol di(meth)acrylate, 1,6-hexanediol di(meth)acrylate, polyethylene glycol di(meth)acrylate, and polypropylene glycol di(meth)acrylate; tri(meth)acrylates of trihydric or higher polyhydric alcohols such as trimethylolpropane tri(meth)acrylate, tri(meth)acrylate of trimethylolpropane ethylene oxide modified product, glycerin tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, and pentaerythritol tetra(meth)acrylate; and poly(meth)acrylates such as tetra(meth)acrylate; and bisamides such as methylene bisacrylamide and hydroxyethylene bisacrylamide.
多官能アルケニル化合物としては、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、テトラアリルオキシエタン、ポリアリルサッカロース等の多官能アリルエーテル化合物;ジアリルフタレート等の多官能アリル化合物;ジビニルベンゼン等の多官能ビニル化合物等を挙げることができる。Examples of polyfunctional alkenyl compounds include polyfunctional allyl ether compounds such as trimethylolpropane diallyl ether, trimethylolpropane triallyl ether, pentaerythritol diallyl ether, pentaerythritol triallyl ether, tetraallyloxyethane, and polyallyl sucrose; polyfunctional allyl compounds such as diallyl phthalate; and polyfunctional vinyl compounds such as divinylbenzene.
(メタ)アクリロイル基及びアルケニル基の両方を有する化合物としては、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸イソプロペニル、(メタ)アクリル酸ブテニル、(メタ)アクリル酸ペンテニル、(メタ)アクリル酸2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル等を挙げることができる。Examples of compounds having both a (meth)acryloyl group and an alkenyl group include allyl (meth)acrylate, isopropenyl (meth)acrylate, butenyl (meth)acrylate, pentenyl (meth)acrylate, and 2-(2-vinyloxyethoxy)ethyl (meth)acrylate.
上記自己架橋可能な架橋性官能基を有する単量体の具体的な例としては、加水分解性シリル基含有ビニル単量体、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、N-メトキシアルキル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。これらの化合物は、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。 Specific examples of the monomer having a self-crosslinkable crosslinking functional group include hydrolyzable silyl group-containing vinyl monomer, N-methylol (meth)acrylamide, N-methoxyalkyl (meth)acrylamide, etc. These compounds can be used alone or in combination of two or more.
加水分解性シリル基含有ビニル単量体としては、加水分解性シリル基を少なくとも1個有するビニル単量体であれば、特に限定されない。例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルジメチルメトキシシランン等のビニルシラン類;アクリル酸トリメトキシシリルプロピル、アクリル酸トリエトキシシリルプロピル、アクリル酸メチルジメトキシシリルプロピル等のシリル基含有アクリル酸エステル類;メタクリル酸トリメトキシシリルプロピル、メタクリル酸トリエトキシシリルプロピル、メタクリル酸メチルジメトキシシリルプロピル、メタクリル酸ジメチルメトキシシリルプロピル等のシリル基含有メタクリル酸エステル類;トリメトキシシリルプロピルビニルエーテル等のシリル基含有ビニルエーテル類;トリメトキシシリルウンデカン酸ビニル等のシリル基含有ビニルエステル類等を挙げることができる。The hydrolyzable silyl group-containing vinyl monomer is not particularly limited as long as it is a vinyl monomer having at least one hydrolyzable silyl group. For example, vinyl silanes such as vinyl trimethoxysilane, vinyl triethoxysilane, vinyl methyl dimethoxysilane, vinyl dimethyl methoxysilane, etc.; silyl group-containing acrylic acid esters such as trimethoxysilylpropyl acrylate, triethoxysilylpropyl acrylate, methyl dimethoxysilylpropyl acrylate, etc.; silyl group-containing methacrylic acid esters such as trimethoxysilylpropyl methacrylate, triethoxysilylpropyl methacrylate, methyl dimethoxysilylpropyl methacrylate, dimethyl methoxysilylpropyl methacrylate, etc.; silyl group-containing vinyl ethers such as trimethoxysilylpropyl vinyl ether; silyl group-containing vinyl esters such as vinyl trimethoxysilyl undecanoate, etc. can be mentioned.
架橋性単量体の使用量は、架橋性単量体以外の単量体(非架橋性単量体)の総質量に対して、例えば、0.1質量%以上5質量%以下であり、例えば、0.5質量%以上3質量%以下である。また、架橋性単量体の使用量は、非架橋性単量体の総モル量に対して、例えば、0.01モル%以上2モル%以下であり、また例えば、0.03モル%以上2モル%以下であり、また例えば、0.5モル%以上1モル%以下である。The amount of the crosslinkable monomer used is, for example, 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, for example, 0.5% by mass or more and 3% by mass or less, based on the total mass of monomers other than the crosslinkable monomer (non-crosslinkable monomers). The amount of the crosslinkable monomer used is, for example, 0.01 mol% or more and 2 mol% or less, for example, 0.03 mol% or more and 2 mol% or less, for example, 0.5 mol% or more and 1 mol% or less, based on the total molar amount of the non-crosslinkable monomers.
重合体微粒子の製造に際して、第1の重合体がリビング重合活性単位を備えているため、適切なラジカル重合開始剤(ラジカル発生剤)を添加することで、第2の単量体がリビング重合活性単位に対して重合される。ラジカル重合開始剤としては、RAFT剤について述べた各種の態様から適宜選択することができる。ラジカル重合開始剤の使用割合は特に制限されないが、分子量分布がより狭い重合体を得る点から、第2の単量体の総質量100質量部に対して、例えば、0.01質量%以上5質量%以下、また例えば、0.02質量%以上3質量%以下、また例えば、0.03質量%以上3質量%以下用いることができる。In producing polymer microparticles, since the first polymer has a living polymerization active unit, the second monomer is polymerized to the living polymerization active unit by adding an appropriate radical polymerization initiator (radical generator). The radical polymerization initiator can be appropriately selected from the various aspects described for the RAFT agent. The proportion of the radical polymerization initiator used is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining a polymer with a narrower molecular weight distribution, for example, 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, or, for example, 0.02% by mass or more and 3% by mass or less, or, for example, 0.03% by mass or more and 3% by mass or less can be used relative to 100 parts by mass of the total mass of the second monomer.
重合体微粒子の製造は、分散重合法を採用することで、平均粒子径が小さい重合体微粒子を容易に得ることができる。重合体微粒子の製造に際して用いる重合溶媒は、採用する重合法や第1の単量体、第2の単量体等の種類に応じて適宜設定することができる。分散重合法を採用する場合には、例えば、第1の重合体の合成時に用いた各種溶剤を適宜用いることができる。例えば、アセトニトリルなどのニトリル系溶剤を用いることができる。 By employing a dispersion polymerization method for the production of polymer microparticles, polymer microparticles with a small average particle size can be easily obtained. The polymerization solvent used in the production of polymer microparticles can be appropriately selected depending on the polymerization method employed and the types of the first monomer, second monomer, etc. When employing a dispersion polymerization method, for example, various solvents used in the synthesis of the first polymer can be appropriately used. For example, a nitrile-based solvent such as acetonitrile can be used.
第1の重合体の合成時の重合溶媒を用いることで、第1の重合体を溶解することができるとともに、第1の重合鎖やリビングラジカル重合の制御剤を溶解しやすい良溶媒であるため、第1の重合鎖が重合体微粒子の表層側に存在し、伸長末端となるアクリル酸などからなる第2の重合鎖側を重合体微粒子の内部に存在するように組織化しつつ重合させることができる。このため、分散安定性に優れた微粒子構造を形成しやすくなる。By using the polymerization solvent used in the synthesis of the first polymer, the first polymer can be dissolved and the solvent is a good solvent that easily dissolves the first polymer chain and the control agent for living radical polymerization, so that the first polymer chain is present on the surface side of the polymer microparticles, and the second polymer chain side consisting of acrylic acid or the like that becomes the extension end can be organized and polymerized so as to be present inside the polymer microparticles. This makes it easier to form a microparticle structure with excellent dispersion stability.
重合体微粒子の製造時の重合溶媒は、さらに、分散重合を考慮して、第2の単量体等が溶解するがその重合鎖を含む重合体微粒子が溶解しない貧溶媒である必要があることを考慮して決定することができる。The polymerization solvent used in the production of polymer microparticles can further be determined taking into account dispersion polymerization, and must be a poor solvent in which the second monomer, etc. dissolves but the polymer microparticles containing the polymer chains do not dissolve.
例えば、重合体微粒子の製造時の重合溶媒としては、アセトニトリルなどのニトリル系溶剤、メタノール、t-ブチルアルコールなどのアルコール系溶剤、アセトンなどのケトン系溶剤、テトラヒドロフランなどのフラン系溶剤テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤のほか、ベンゼン、酢酸エチル、ジクロロエタン、n-ヘキサン、シクロヘキサン及びn-ヘプタン等が挙げられ、これらの1種を単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。さらに、こうした溶剤と水などの高極性溶剤との混合溶媒として用いることもできる。重合体微粒子の重合溶媒に、水などの高極性溶剤を含む場合、(メタ)アクリル酸を重合工程において速やかに中和できる。高極性溶剤の使用量は、媒体の全質量に対して好ましくは0.05~10.0質量%であり、より好ましくは0.1~5.0質量%、さらに好ましくは0.1~1.0質量%である。高極性溶媒の割合が0.05質量%以上であれば、上記中和反応への効果が認められ、10.0質量%以下であれば重合反応への悪影響も見られない。For example, examples of polymerization solvents used in the production of polymer microparticles include nitrile-based solvents such as acetonitrile, alcohol-based solvents such as methanol and t-butyl alcohol, ketone-based solvents such as acetone, furan-based solvents such as tetrahydrofuran, ether-based solvents such as tetrahydrofuran, as well as benzene, ethyl acetate, dichloroethane, n-hexane, cyclohexane, and n-heptane. These solvents can be used alone or in combination of two or more. Furthermore, these solvents can also be used as mixed solvents with highly polar solvents such as water. When the polymerization solvent for the polymer microparticles contains a highly polar solvent such as water, (meth)acrylic acid can be quickly neutralized in the polymerization process. The amount of the highly polar solvent used is preferably 0.05 to 10.0% by mass, more preferably 0.1 to 5.0% by mass, and even more preferably 0.1 to 1.0% by mass, based on the total mass of the medium. If the proportion of the highly polar solvent is 0.05% by mass or more, an effect on the neutralization reaction is observed, and if it is 10.0% by mass or less, no adverse effect on the polymerization reaction is observed.
重合溶媒中における第2の単量体の濃度は、特に限定するものではないが、適宜設定できるが、例えば、5質量%以上30質量%以下とすることができ、また例えば、10質量%以上20質量%以下とすることができる。The concentration of the second monomer in the polymerization solvent is not particularly limited and can be set appropriately, for example, to 5% by mass or more and 30% by mass or less, and can also be, for example, to 10% by mass or more and 20% by mass or less.
重合体微粒子の製造時の重合反応の際の反応温度は、特に限定するものではないが、例えば、40℃以上100℃以下である。また例えば、45℃以上90℃以下であり、また例えば、50℃以上80℃以下である。反応温度が40℃以上であれば、重合反応を円滑に進めることができる。一方、反応温度が100℃以下であれば、副反応が抑制できるとともに、使用できる開始剤や溶剤に関する制限が緩和される。The reaction temperature during the polymerization reaction in the production of polymer microparticles is not particularly limited, but is, for example, 40°C or higher and 100°C or lower. Also, for example, it is 45°C or higher and 90°C or lower, and also, for example, it is 50°C or higher and 80°C or lower. If the reaction temperature is 40°C or higher, the polymerization reaction can proceed smoothly. On the other hand, if the reaction temperature is 100°C or lower, side reactions can be suppressed and restrictions on the initiators and solvents that can be used are relaxed.
第2の単量体については後段で詳述するが、第1の重合体の存在下、第2の単量体を重合して重合体微粒子を製造するのにあたって、第1の重合体を分散安定剤として機能させるためには、例えば、第1の重合体を、第2の単量体の総質量100質量部に対して、0.3質量部以上50質量部以下用いることができる。かかる範囲で用いることで、第1の重合体を分散安定剤として機能させつつ、第2の単量体を主として含有する重合体微粒子を製造することができる。また、第1の重合体が0.3質量部未満であると、十分な分散安定効果が出にくく、重合体微粒子の平均粒子径が0.2μmを超えやすくなり、50質量部を超えても、分散安定剤としての機能性も向上しにくく、かつ重合体微粒子の平均粒子径の低下効果も小さくなってしまうからである。The second monomer will be described in detail later, but in order to make the first polymer function as a dispersion stabilizer when polymerizing the second monomer in the presence of the first polymer to produce polymer microparticles, for example, 0.3 parts by mass or more and 50 parts by mass or less of the first polymer can be used with respect to 100 parts by mass of the total mass of the second monomer. By using in such a range, it is possible to produce polymer microparticles mainly containing the second monomer while making the first polymer function as a dispersion stabilizer. In addition, if the first polymer is less than 0.3 parts by mass, it is difficult to obtain a sufficient dispersion stabilizing effect, and the average particle diameter of the polymer microparticles is likely to exceed 0.2 μm, and even if it exceeds 50 parts by mass, the functionality as a dispersion stabilizer is difficult to improve, and the effect of decreasing the average particle diameter of the polymer microparticles is also small.
第1の重合体は、第2の単量体の総質量100質量部に対して、また例えば、0.5質量部以上、また例えば、1質量部以上用いることができる。また、第1の重合体は、例えば、50質量部以下、また例えば、40質量部以下、また例えば、30質量部以下、また例えば、20質量部以下用いることができる。第1の重合体の第2の単量体の総質量100質量部に対する使用量の範囲は、上記上限と下限を適宜組み合わせて設定できるが、例えば、0.3質量部以上30質量部以下であり、また例えば、0.3質量部以上20質量部以下であり、また例えば、0.5質量部以上20質量部以下であり、また例えば、1質量部以上20質量部以下である。The first polymer can be used in an amount of, for example, 0.5 parts by mass or more, or, for example, 1 part by mass or more, relative to 100 parts by mass of the total mass of the second monomer. The first polymer can be used in an amount of, for example, 50 parts by mass or less, or, for example, 40 parts by mass or less, or, for example, 30 parts by mass or less, or, for example, 20 parts by mass or less. The range of the amount of the first polymer used relative to 100 parts by mass of the total mass of the second monomer can be set by appropriately combining the above upper and lower limits, and is, for example, 0.3 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, or, for example, 0.3 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, or, for example, 0.5 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, or, for example, 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less.
上記方法によって、重合体微粒子を製造することができる。本方法によれば、0.2μm以下の平均粒子径を備える重合体微粒子を容易に得ることができる。また、重合安定性に優れるため、重合工程中において凝集物の発生を抑制し、粗大粒子の生成を抑制することができる。なお、本明細書において、重合体微粒子の平均粒子径は、顕微鏡下に観察された重合体微粒子の粒子径を、画像解析ソフトなどを用いて測定して、これらの平均値を求めることにより得ることができる。電解放射走査型電子顕微鏡で観察した画像中の400個の粒子の粒子径の平均値を本微粒子の平均粒子径とすることができる。より具体的には、以下の方法を採用できる。電界放射走査型電子顕微鏡(FE-SEM、日本電子(株)製JSM-6330F)または当該電子顕微鏡と解像度において同等の顕微鏡を用いて、1枚に50~100個の粒子が観察できる撮影画像を複数枚取得し、得られた画像につき、三谷商事株式会社製の画像解析ソフト「WinROOF」又は当該ソフトと同様の精度及び正確性で粒子数及び粒子径をカウントできるソフトウエアを使用し、粒子数としてトータル200個となるまでカウントし、200個の粒子について粒子径(円相当直径)を測定する。さらに、この操作を、別の撮影画像についても同様に200個の粒子について粒子径を測定する。これら合計400個の粒子径の平均値を、平均粒子径とすることができる。また、こうして得られた平均粒子径の2倍以上の粒子を粗大粒子として、粒子100個中の粗大粒子数をカウントして粗大粒子数を取得することができる。
Polymer microparticles can be produced by the above method. According to this method, polymer microparticles having an average particle size of 0.2 μm or less can be easily obtained. In addition, since the polymerization stability is excellent, the generation of aggregates during the polymerization process can be suppressed, and the generation of coarse particles can be suppressed. In this specification, the average particle size of the polymer microparticles can be obtained by measuring the particle size of the polymer microparticles observed under a microscope using image analysis software or the like and calculating the average value of these. The average value of the particle sizes of 400 particles in an image observed with a field emission scanning electron microscope can be used as the average particle size of the microparticles. More specifically, the following method can be adopted. Using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, JSM-6330F manufactured by JEOL Ltd.) or a microscope with a resolution equivalent to that of the electron microscope, multiple images in which 50 to 100 particles can be observed per image are obtained, and the obtained images are counted using image analysis software "WinROOF" manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd. or software capable of counting the number of particles and particle diameter with the same accuracy and precision as that software, until the number of particles reaches 200 in total, and the particle diameter (circle equivalent diameter) of the 200 particles is measured. Furthermore, this operation is repeated for another captured image, and the particle diameter of 200 particles is measured in the same manner. The average value of the particle diameters of these 400 particles in total can be regarded as the average particle diameter. Furthermore, particles that are twice or more the average particle diameter thus obtained are regarded as coarse particles, and the number of coarse particles among 100 particles can be counted to obtain the number of coarse particles.
特に、実施例において開示される重合安定性試験における残留凝集物が、例えば、200ppm以下、また例えば、150ppm以下、また例えば、100ppm以下、また例えば、60ppm以下、また例えば、40ppm以下、また例えば、20ppm以下、また例えば、10ppm以下の重合体微粒子を得ることができる。In particular, polymer microparticles can be obtained in which the residual aggregates in the polymerization stability test disclosed in the examples are, for example, 200 ppm or less, or, for example, 150 ppm or less, or, for example, 100 ppm or less, or, for example, 60 ppm or less, or, for example, 40 ppm or less, or, for example, 20 ppm or less, or, for example, 10 ppm or less.
また、実施例において開示される粒子100個当たりの粗大粒子数が2個以下、また例えば1個以下の重合体微粒子を得ることができる。 In addition, polymer microparticles can be obtained in which the number of coarse particles per 100 particles disclosed in the examples is 2 or less, for example 1 or less.
以上説明したように、本明細書に開示される第1の重合体は、重合体微粒子の製造のための分散安定剤として有用である。第1の重合体を分散安定剤として用いて重合体微粒子を製造することで、重合溶媒中に、均一な数平均分子量で溶解できる重合体微粒子の重合の基点を提供するとともに、重合溶媒中において第2の単量体による粒子核及び粒子成長に好適な第1の重合鎖及び第2の重合鎖の自己組織化を促進して平均粒子径の小さい重合体微粒子を良好な重合安定性を維持しつつ容易に製造することができる。As described above, the first polymer disclosed in this specification is useful as a dispersion stabilizer for producing polymer microparticles. By producing polymer microparticles using the first polymer as a dispersion stabilizer, a base point for polymerization of polymer microparticles that can be dissolved in a polymerization solvent with a uniform number average molecular weight is provided, and self-organization of the first polymer chains and the second polymer chains that are suitable for particle nucleation and particle growth by the second monomer in the polymerization solvent is promoted, making it possible to easily produce polymer microparticles with a small average particle size while maintaining good polymerization stability.
以下、本明細書の開示をより具体的に説明するために具体例としての実施例を記載する。以下の実施例は、本明細書の開示を説明するためのものであって、その範囲を限定するものではない。以下の実施例において、特に断りのない限り、%は質量%を表し、部は、質量部を表すものとする。 Below, specific examples are described to more specifically explain the disclosure of this specification. The following examples are intended to explain the disclosure of this specification and are not intended to limit its scope. In the following examples, % represents % by mass and parts represents parts by mass, unless otherwise specified.
(重合体の分子量の測定方法)
以下の実施例において、重合体についての分子量の測定をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて行った。すなわち、THF系GPCにより、ポリスチレン換算による数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)を得た。また、得られた値から分子量分布(Mw/Mn)を算出した。なお、GPCは以下の条件で行った。
(Method of measuring molecular weight of polymer)
In the following examples, the molecular weight of the polymer was measured by gel permeation chromatography (GPC). That is, the number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw) were obtained in terms of polystyrene by THF-based GPC. The molecular weight distribution (Mw/Mn) was calculated from the obtained values. GPC was performed under the following conditions.
カラム:東ソー製TSKgel SuperMultiporeHZ-M×4本溶媒:テトラヒドロフラン温度:40℃検出器:RI流速:600μL/min Column: Tosoh TSKgel SuperMultiporeHZ-M x 4 Solvent: Tetrahydrofuran Temperature: 40°C Detector: RI Flow rate: 600 μL/min
(リビング重合活性を有する重合体の合成)
(重合体1:P(St/PhMI))
攪拌機、温度計、還流冷却器及び窒素導入管を装着した1LフラスコにRAFT剤(ジベンジルトリチオカーボネート:以下、「DBTTC」ともいう。)2.0部、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)(日本ファインケム社製、商品名「ABN-E」:以下、「ABN-E」ともいう。)0.014部、スチレン(以下、「St」ともいう。)38部、N-フェニルマレイミド(以下、「PhMI」ともいう。)62部、及びアセトニトリル222部を仕込み、窒素バブリングで十分脱気し、70℃の恒温槽で重合を開始した。4時間後、室温まで冷却し反応を停止した。上記重合溶液を、メタノール/水=90/10(vоl%)から再沈殿精製、真空乾燥することで重合体1を得た。ガスクロマトグラフィーによる分析の結果、得られた重合体1の反応率はSt75%、PhMI75%であった。重合体1の分子量は、Mn10,200、Mw15,300、Mw/Mnは1.51であった。なお、St及びPhMIが、第1の単量体に対応している。重合体の組成及び分子量分布等を表1に示す(以下、同様である。)。
(Synthesis of polymers having living polymerization activity)
(Polymer 1:P(St/PhMI))
A 1L flask equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser and a nitrogen inlet tube was charged with 2.0 parts of RAFT agent (dibenzyl trithiocarbonate: hereinafter also referred to as "DBTTC"). 0.014 parts of 2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile) (manufactured by Japan Finechem Co., Ltd., trade name "ABN-E": hereinafter also referred to as "ABN-E"). 38 parts of styrene (hereinafter also referred to as "St"), 62 parts of N-phenylmaleimide (hereinafter also referred to as "PhMI"), and 222 parts of acetonitrile. The mixture was thoroughly degassed by nitrogen bubbling, and polymerization was initiated in a thermostatic bath at 70 ° C. After 4 hours, the mixture was cooled to room temperature to stop the reaction. The above polymerization solution was purified by reprecipitation from methanol/water = 90/10 (vol%) and vacuum dried to obtain polymer 1. As a result of analysis by gas chromatography, the reaction rate of the obtained polymer 1 was St 75% and PhMI 75%. The molecular weight of the polymer 1 was Mn 10,200, Mw 15,300, and Mw/Mn was 1.51. St and PhMI correspond to the first monomer. The composition and molecular weight distribution of the polymer are shown in Table 1 (hereinafter the same).
(重合体2:P(St/AN))
攪拌機、温度計、還流冷却器及び窒素導入管を装着した1LフラスコにRAFT剤(DBTTC)2.0部、ABN-E0.41部、St75部、アクリロニトリル(以下、「AN」ともいう。)25部、及びアニソール67部を仕込み、窒素バブリングで十分脱気し、80℃の恒温槽で重合を開始した。4時間後、室温まで冷却し反応を停止した。上記重合溶液を、メタノール/水=90/10(vоl%)から再沈殿精製、真空乾燥することで重合体2を得た。ガスクロマトグラフィーによる分析の結果、重合体2の反応率はSt73%、AN72%であった。重合体2の分子量は、Mn11,900、Mw15,500、Mw/Mnは1.30であった。なお、St及びANが、第1の単量体に対応している。
(Polymer 2: P(St/AN))
A 1L flask equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser and a nitrogen inlet tube was charged with 2.0 parts of RAFT agent (DBTTC), 0.41 parts of ABN-E, 75 parts of St, 25 parts of acrylonitrile (hereinafter also referred to as "AN") and 67 parts of anisole, which were thoroughly degassed by nitrogen bubbling, and polymerization was started in a thermostatic bath at 80 ° C. After 4 hours, the reaction was stopped by cooling to room temperature. The above polymerization solution was purified by reprecipitation from methanol / water = 90 / 10 (vol%) and vacuum dried to obtain polymer 2. As a result of analysis by gas chromatography, the reaction rate of polymer 2 was St 73% and AN 72%. The molecular weight of polymer 2 was Mn 11,900, Mw 15,500, and Mw / Mn was 1.30. St and AN correspond to the first monomer.
(重合体3:P(St/無水マレイン酸))
攪拌機、温度計、還流冷却器及び窒素導入管を装着した1LフラスコにRAFT剤(DBTTC)2.0部、ABN-E0.070部、St52部、無水マレイン酸48部、及びアセトニトリル207部を仕込み、窒素バブリングで十分脱気し、70℃の恒温槽で重合を開始した。4時間後、
室温まで冷却し反応を停止した。上記重合溶液を、トルエンから再沈殿精製、真空乾燥することで重合体3を得た。ガスクロマトグラフィーによる分析の結果、得られた重合体3の反応率はSt71%、無水マレイン酸71%であった。重合体3の分子量は、Mn13,800、Mw22,200、Mw/Mnは1.61であった。なお、St及び無水マレイン酸が、第1の単量体に対応している。
(Polymer 3: P(St/maleic anhydride))
In a 1 L flask equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser, and a nitrogen inlet tube, 2.0 parts of a RAFT agent (DBTTC), 0.070 parts of ABN-E, 52 parts of St, 48 parts of maleic anhydride, and 207 parts of acetonitrile were charged, thoroughly degassed by nitrogen bubbling, and polymerization was initiated in a thermostatic bath at 70° C. After 4 hours,
The reaction was stopped by cooling to room temperature. The polymerization solution was purified by reprecipitation from toluene and dried in vacuum to obtain polymer 3. As a result of analysis by gas chromatography, the reaction rate of the obtained polymer 3 was St 71% and maleic anhydride 71%. The molecular weight of polymer 3 was Mn 13,800, Mw 22,200, and Mw/Mn 1.61. St and maleic anhydride correspond to the first monomer.
(重合体4:P(St/PhMI))
攪拌機、温度計、還流冷却器及び窒素導入管を装着した1Lフラスコに、1-フェニルエチルヨージド(1-PEI)3.24部、ABN-E0.019部、St38部、PhMI62部、及びアセトニトリル221部を仕込み、窒素バブリングで十分脱気し、70℃の恒温槽で重合を開始した。4時間後、室温まで冷却し反応を停止した。上記重合溶液を、メタノール/水=90/10(vоl%)から再沈殿精製、真空乾燥することで重合体4を得た。ガスクロマトグラフィーによる分析の結果、重合体4の反応率はSt74%、PhMI74%であった。重合体4の分子量は、Mn13,100、Mw31,100、Mw/Mnは2.37であった。なお、St及びPhMIが、第1の単量体に対応している。
(Polymer 4:P(St/PhMI))
In a 1L flask equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser and a nitrogen inlet tube, 3.24 parts of 1-phenylethyl iodide (1-PEI), 0.019 parts of ABN-E, 38 parts of St, 62 parts of PhMI and 221 parts of acetonitrile were charged, and the mixture was thoroughly degassed by nitrogen bubbling, and polymerization was started in a thermostatic bath at 70 ° C. After 4 hours, the mixture was cooled to room temperature to stop the reaction. The above polymerization solution was purified by reprecipitation from methanol / water = 90 / 10 (vol%) and vacuum dried to obtain polymer 4. As a result of analysis by gas chromatography, the reaction rate of polymer 4 was St 74% and PhMI 74%. The molecular weight of polymer 4 was Mn 13,100, Mw 31,100, and Mw / Mn was 2.37. St and PhMI correspond to the first monomer.
(重合体5:P(St/AN)-b-PAA)
攪拌機、温度計、還流冷却器及び窒素導入管を装着した1Lフラスコに、重合体2を70部、ABN-E0.019部、アクリル酸(以下、「AA」ともいう。)100部及びアセトニトリル255部を仕込み、窒素バブリングで十分脱気し、70℃の恒温槽で重合を開始した。4時間後、室温まで冷却し反応を停止した。上記重合溶液を、ヘキサンから再沈殿精製、真空乾燥することで重合体5を得た。ガスクロマトグラフィーによる分析の結果、AAの反応率は74%であった。重合体5のメチルエステル化後の分子量は、Mn24,800、Mw35,500、Mw/Mnは1.43であった。なお、St及びANが、第1の単量体に対応している。
(Polymer 5: P(St/AN)-b-PAA)
In a 1L flask equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser and a nitrogen inlet tube, 70 parts of polymer 2, 0.019 parts of ABN-E, 100 parts of acrylic acid (hereinafter also referred to as "AA") and 255 parts of acetonitrile were charged, thoroughly degassed by nitrogen bubbling, and polymerization was started in a thermostatic bath at 70 ° C. After 4 hours, the reaction was stopped by cooling to room temperature. The above polymerization solution was purified by reprecipitation from hexane and vacuum dried to obtain polymer 5. As a result of analysis by gas chromatography, the reaction rate of AA was 74%. The molecular weight of polymer 5 after methyl esterification was Mn 24,800, Mw 35,500, and Mw / Mn 1.43. St and AN correspond to the first monomer.
(リビング重合活性を有しない重合体の合成)
(重合体1’:P(St/AN))
攪拌機、温度計、還流冷却器及び窒素導入管を装着した1LフラスコにRAFT剤(DBTTC)1.0部、ABN-E0.38部、St75部、AN25部、及びアニソール66部を仕込み、窒素バブリングで十分脱気し、80℃の恒温槽で重合を開始した。4時間後、重合液の一部を採取し、ガスクロマトグラフィーで測定した得られた単量体反応率はSt73%、AN72%であった。次いで、反応液を40℃まで冷却した後、窒素バブリングで十分脱気したn-プロピルアミン4.14部を仕込み、RAFT基の分解反応を行った。さらに4時間後、窒素バブリングで十分脱気したアクリル酸メチル(MA)9.04部を仕込み、40℃、4時間で末端不活性化反応を行った。上記重合溶液を、メタノール/水=90/10(vоl%)から再沈殿精製、真空乾燥することで重合体1’を得た。重合体1’の分子量は、Mn11,200、Mw15,100、Mw/Mnは1.35であった。
(Synthesis of polymers not having living polymerization activity)
(Polymer 1':P(St/AN))
A 1L flask equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser and a nitrogen inlet tube was charged with 1.0 parts of RAFT agent (DBTTC), 0.38 parts of ABN-E, 75 parts of St, 25 parts of AN and 66 parts of anisole, and the mixture was thoroughly degassed by nitrogen bubbling, and polymerization was initiated in a thermostatic bath at 80 ° C. After 4 hours, a part of the polymerization solution was collected, and the resulting monomer reaction rate measured by gas chromatography was St 73% and AN 72%. Next, the reaction solution was cooled to 40 ° C., and then 4.14 parts of n-propylamine that had been thoroughly degassed by nitrogen bubbling was charged, and the decomposition reaction of the RAFT group was carried out. After another 4 hours, 9.04 parts of methyl acrylate (MA) that had been thoroughly degassed by nitrogen bubbling was charged, and the terminal inactivation reaction was carried out at 40 ° C. for 4 hours. The above polymerization solution was purified by reprecipitation from methanol / water = 90 / 10 (vol%) and vacuum dried to obtain polymer 1'. The molecular weight of polymer 1' was Mn 11,200, Mw 15,100, and Mw/Mn was 1.35.
ここで、重合体1’について、以下の測定方法に従い、RAFT基(チオカルボニルチオ基)の分解率を算出した結果、100%であったことから、重合体1’がリビング重合活性を有しないことを確認した。Here, the decomposition rate of the RAFT group (thiocarbonylthio group) for polymer 1' was calculated according to the following measurement method, and was found to be 100%, confirming that polymer 1' does not have living polymerization activity.
<チオカルボニルチオ基の分解率の測定方法>
重合体1’5gをアセトン15gに溶解した後、ポリプロピレン製ディスポトレー(100mm×70mm×13mm、アズワン製)にキャストし、室温、16時間自然乾燥した後、70℃、4.5Torr、16時間乾燥させることでシート状サンプルを作製した。次いで、得られたシート状サンプルを用いて、以下の測定条件で蛍光X線分析を行い、サンプル中の硫黄含有率(%)を定量した。得られた硫黄含有率を用い、次式に従って、n-プロピルアミンによるチオカルボニルチオ基の分解率(%)を算出した。それらの結果を表1に示す。
チオカルボニルチオ基の分解率={(B-A)/B}×{N/(N-1)}×100
B:n-プロピルアミンによる反応前のサンプル中の硫黄含有率(%)
A:n-プロピルアミンによる反応後のサンプル中の硫黄含有率(%)
N:チオカルボニルチオ基1分子中の硫黄原子数
○測定条件
測定機器:(株)リガク製 ZSX PrimusII X線:Rh(50kV、50mA)
測定元素:C~U(C、N、O、Sを定角測定)
分析径:20mm
解析:ファンダメンタルパラメータ法(FP法)による、検出元素の半定量分析
<Method for measuring the decomposition rate of thiocarbonylthio groups>
After dissolving 5 g of the polymer 1' in 15 g of acetone, the solution was cast onto a polypropylene disposable tray (100 mm x 70 mm x 13 mm, manufactured by AS ONE), and then naturally dried at room temperature for 16 hours, followed by drying at 70°C and 4.5 Torr for 16 hours to prepare a sheet-like sample. Next, using the obtained sheet-like sample, fluorescent X-ray analysis was performed under the following measurement conditions to quantify the sulfur content (%) in the sample. Using the obtained sulfur content, the decomposition rate (%) of the thiocarbonylthio group by n-propylamine was calculated according to the following formula. The results are shown in Table 1.
Decomposition rate of thiocarbonylthio group = {(B-A)/B} x {N/(N-1)} x 100
B: Sulfur content (%) in the sample before reaction with n-propylamine
A: Sulfur content (%) in the sample after reaction with n-propylamine
N: Number of sulfur atoms in one thiocarbonylthio group molecule Measurement conditions Measurement equipment: ZSX Primus II manufactured by Rigaku Corporation X-ray: Rh (50 kV, 50 mA)
Measurement elements: C to U (C, N, O, S measured at fixed angles)
Analysis diameter: 20mm
Analysis: Semi-quantitative analysis of detected elements using the fundamental parameter method (FP method)
PhMI:N-フェニルマレイミド
AN:アクリロニトリル
AA:アクリル酸
DBTTC:ジベンジルトリチオカーボネート
1-PEI:1-フェニルエチルヨージド
ABN-E:2,2-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、日本ファインケム製、商品名「ABN-E」
MA:アクリル酸メチル
MA: methyl acrylate
<重合体微粒子の製造例>
(実施例1)
実施例1では、重合体1を用いて重合体微粒子を製造した。重合には、攪拌翼、温度計、還流冷却器及び窒素導入管を備えた反応器を用いた。反応器内にアセトニトリル567部、イオン交換水2.20部、AA100.0部、トリメチロールプロパンジアリルエーテル(ダイソー社製、商品名「ネオアリルT-20」)0.90部、重合体1を1.0部、及び上記AAに対して1.0モル%に相当するトリエチルアミンを仕込んだ。反応器内を十分に窒素置換した後、加温して内温を55℃まで昇温した。内温が55℃で安定したことを確認した後、重合開始剤として2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(和光純薬工業社製、商品名「V-65」)0.040部を添加したところ、反応液に白濁が認められたため、この点を重合開始点とした。外温(水バス温度)を調整して内温を55℃に維持しながら重合反応を継続し、重合開始点から6時間経過した時点で内温を65℃まで昇温した。内温を65℃で維持し、反応開始点から12時間経過した時点でAAの反応率は97%であり、粒子が媒体に分散したスラリー状の重合体の反応液を得た。得られた反応液を遠心分離して重合体微粒子を沈降させた後、上澄みを除去した。その後、重合反応液と同質量のアセトニトリルに沈降物を再分散させた後、遠心分離により重合体微粒子を沈降させて上澄みを除去する洗浄操作を2回繰り返した。沈降物を回収し、減圧条件下、80℃で3時間乾燥処理を行い、揮発分を除去することにより、実施例1記載の重合体微粒子を得た。
<Production Example of Polymer Microparticles>
Example 1
In Example 1, polymer 1 was used to produce polymer microparticles. A reactor equipped with an agitator, a thermometer, a reflux condenser, and a nitrogen inlet tube was used for polymerization. 567 parts of acetonitrile, 2.20 parts of ion-exchanged water, 100.0 parts of AA, 0.90 parts of trimethylolpropane diallyl ether (manufactured by Daiso Co., Ltd., trade name "Neoallyl T-20"), 1.0 part of polymer 1, and triethylamine equivalent to 1.0 mol% relative to the AA were charged into the reactor. After sufficient nitrogen replacement inside the reactor, the inside temperature was raised to 55°C by heating. After confirming that the inside temperature was stable at 55°C, 0.040 parts of 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., trade name "V-65") was added as a polymerization initiator, and the reaction solution became cloudy, so this point was determined as the polymerization initiation point. The polymerization reaction was continued while maintaining the internal temperature at 55 ° C. by adjusting the external temperature (water bath temperature), and the internal temperature was raised to 65 ° C. when 6 hours had passed from the polymerization start point. The internal temperature was maintained at 65 ° C., and the reaction rate of AA was 97% when 12 hours had passed from the reaction start point, and a reaction solution of a polymer in a slurry state in which particles were dispersed in a medium was obtained. The obtained reaction solution was centrifuged to precipitate the polymer fine particles, and the supernatant was removed. Thereafter, the precipitate was redispersed in the same mass of acetonitrile as the polymerization reaction solution, and then the washing operation of precipitating the polymer fine particles by centrifugation and removing the supernatant was repeated twice. The precipitate was collected and dried at 80 ° C. for 3 hours under reduced pressure conditions to remove the volatiles, thereby obtaining the polymer fine particles described in Example 1.
(実施例2~12、比較例1及び2)
仕込みを表2に示す通り変更する以外は、実施例1と同様の操作を行い、重合体微粒子を得た。
(Examples 2 to 12, Comparative Examples 1 and 2)
The same operation as in Example 1 was carried out except that the charges were changed as shown in Table 2, to obtain polymer microparticles.
<重合安定性の評価>
各実施例及び比較例で得られたスラリー状の重合体の反応液を、200目ポリネット(目開き:114μm)で濾過し、ポリネット上に残留している凝集物について、乾燥後の質量を測定し、仕込み全量に対する凝集物量を測定した。結果を表2に示す。
<Evaluation of Polymerization Stability>
The reaction solution of the polymer slurry obtained in each Example and Comparative Example was filtered through a 200-mesh polynet (mesh size: 114 μm), and the mass of the aggregates remaining on the polynet after drying was measured to determine the amount of the aggregates relative to the total amount charged. The results are shown in Table 2.
<平均粒子径及び粗大粒子数の測定>
各実施例及び比較例で得られた重合体微粒子について、電界放射走査型電子顕微鏡(FE-SEM、日本電子(株)製JSM-6330F)を用いて、1枚に50~100個の粒子が観察できる撮影画像を複数枚取得し、得られた画像につき、三谷商事株式会社製の画像解析ソフト「WinROOF」を使用し、粒子数としてトータル200個となるまでカウントし、200個の粒子について粒子径(円相当直径)を測定した。この操作を、別の撮影画像についても同様に200個の粒子について粒子径を測定した。これら合計400個の粒子径の平均値を、平均粒子径とした。また、こうして得られた平均粒子径の2倍以上の粒子を粗大粒子とし、粒子100個中の粗大粒子数をカウントした。結果を表2に示す。
<Measurement of average particle size and number of coarse particles>
For the polymer microparticles obtained in each Example and Comparative Example, a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, JSM-6330F manufactured by JEOL Ltd.) was used to obtain multiple images in which 50 to 100 particles could be observed per image. The images obtained were counted using image analysis software "WinROOF" manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd. until the total number of particles reached 200, and the particle diameter (circle equivalent diameter) of the 200 particles was measured. This operation was also performed on another image, and the particle diameter of 200 particles was measured in the same manner. The average value of the particle diameters of these 400 particles in total was taken as the average particle diameter. In addition, particles having a diameter twice or more than the average particle diameter thus obtained were taken as coarse particles, and the number of coarse particles per 100 particles was counted. The results are shown in Table 2.
HEA:アクリル酸2-ヒドロキシエチル
T-20:トリメチロールプロパンジアリルエーテル、ダイソー株式会社製、商品名「ネオアリルT-20」
TEA:トリエチルアミン
AcN:アセトニトリル
V-65:2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、和光純薬工業社製、商品名「V-65」
TEA: triethylamine AcN: acetonitrile V-65: 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., trade name "V-65"
表2に示すように、実施例1~12では、RAFT重合を用いて得た、交換連鎖機構によるリビングラジカル重合における活性単位を有する重合体1~3及び5、並びに、ヨウ素移動重合を用いて得た、結合-解離機構によるリビングラジカル重合における活性単位を有する重合体4を用いたことにより、重合体微粒子の重合時の重合安定性が優れた結果、粗大粒子数の数が少なく、得られた重合体微粒子の平均粒子径が0.20μm以下であった。これらに対して、こうした分散安定剤を用いなかった比較例1や、分散安定剤としてリビング重合活性を有しない重合体を用いた比較例2は、重合安定性に劣るために粗大粒子数の数が多く、得られた重合体微粒子の平均粒子径が0.50μm超であった。As shown in Table 2, in Examples 1 to 12, polymers 1 to 3 and 5 obtained using RAFT polymerization and having active units in living radical polymerization by an exchange chain mechanism, and polymer 4 obtained using iodine transfer polymerization and having active units in living radical polymerization by a bond-dissociation mechanism were used, and as a result, the polymerization stability during polymerization of the polymer microparticles was excellent, the number of coarse particles was small, and the average particle diameter of the obtained polymer microparticles was 0.20 μm or less. In contrast, Comparative Example 1, in which no such dispersion stabilizer was used, and Comparative Example 2, in which a polymer without living polymerization activity was used as a dispersion stabilizer, had poor polymerization stability, so the number of coarse particles was large, and the average particle diameter of the obtained polymer microparticles was more than 0.50 μm.
また、表2からは、所定のリビングラジカル重合活性単位を有する重合体1~5(分散安定剤)の分子量分布が狭いほど、重合体微粒子の平均粒子径が小さいことがわかった。また、実施例2~6の結果から、リビング重合活性単位を有する重合体(分散安定剤)の使用量が多いと、重合体微粒子の平均粒子径がより小さくなることがわかった。 Furthermore, Table 2 shows that the narrower the molecular weight distribution of polymers 1 to 5 (dispersion stabilizer) having a specified living radical polymerization active unit, the smaller the average particle diameter of the polymer microparticles. Furthermore, the results of Examples 2 to 6 show that the greater the amount of polymer (dispersion stabilizer) having living polymerization active units used, the smaller the average particle diameter of the polymer microparticles.
Claims (12)
前記リビングラジカル重合活性単位は、交換連鎖機構又は結合-解離機構によるリビングラジカル重合(ただし、有機テルル化合物を用いる重合法(TERP法)を除く。)における活性単位である、方法。 The method comprises a step of producing polymer fine particles by polymerizing one or more second vinyl monomers in the presence of a first polymer having a polymer chain of one or more first vinyl monomers and a living radical polymerization active unit, based on the living radical polymerization activity of the first polymer and using the first polymer as a dispersion stabilizer;
The method, wherein the living radical polymerization active unit is an active unit in living radical polymerization by a chain exchange mechanism or a bond-dissociation mechanism (excluding a polymerization method using an organotellurium compound (TERP method)) .
前記第1の重合体は、可逆的付加-開裂連鎖移動重合によるリビングラジカル重合活性単位を備えており、
前記1種又は2種以上の第2のビニル系単量体100質量部に対し、前記第1の重合体を0.3質量部以上20質量部以下用いる、請求項1に記載の方法。 the one or more first vinyl monomers contain styrenes in an amount of 20 mass% or more of a total mass of the one or more second vinyl monomers, and the one or more second vinyl monomers contain acrylic acid or a salt thereof in an amount of 50 mass% or more and 100 mass% or less of a total mass of the one or more second vinyl monomers,
the first polymer has a living radical polymerization active unit by reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization,
The method according to claim 1 , wherein the first polymer is used in an amount of 0.3 parts by mass or more and 20 parts by mass or less per 100 parts by mass of the one or more second vinyl monomers.
A dispersion stabilizer for use in producing polymer microparticles by polymerizing one or more second vinyl monomers by dispersion polymerization based on the living radical polymerization activity of the polymer and using the polymer as a dispersion stabilizer, the dispersion stabilizer comprising a polymer having a polymer chain of one or more first vinyl monomers and a living polymerization active unit (excluding a polymerization active unit of a polymerization method using an organotellurium compound (TERP method)) provided in at least a part of the polymer chain, the living radical polymerization activity of the polymer being the basis for the production of polymer microparticles by dispersion polymerization using the polymer as a dispersion stabilizer .
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