(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-30
(45)【発行日】2023-07-10
(54)【発明の名称】ポリメチルシルセスキオキサン粒子の製造方法
(51)【国際特許分類】
C08G 77/08 20060101AFI20230703BHJP
【FI】
C08G77/08
(21)【出願番号】P 2019029457
(22)【出願日】2019-02-21
【審査請求日】2021-11-05
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000004628
【氏名又は名称】株式会社日本触媒
(74)【代理人】
【識別番号】110002837
【氏名又は名称】弁理士法人アスフィ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】新井 茉莉絵
(72)【発明者】
【氏名】木太 純子
【審査官】中落 臣諭
(56)【参考文献】
【文献】特開2002-047348(JP,A)
【文献】特開2003-171466(JP,A)
【文献】特開昭54-072300(JP,A)
【文献】特開平06-248081(JP,A)
【文献】特開平04-088023(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G77/00-77/62
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記式(1)で表される化合物を、水、アニオン性界面活性剤、及び沸点が50℃以上のアミンの存在下、加水分解縮合する、
個数平均粒子径が100nm未満であるポリメチルシルセスキオキサン粒子の製造方法であって、
前記水、アニオン性界面活性剤、及び沸点が50℃以上のアミンを含む液に、下記式(1)で表される化合物を連続滴下し、
加水分解縮合反応液の温度が30℃以上である製造方法。
CH
3Si(OR
1)
3 ・・・(1)
(上記式(1)中、R
1は、炭素数が1~4のアルキル基を表し、複数のR
1は同一であっても異なっていてもよい。)
【請求項2】
前記沸点が50℃以上のアミンは、pKaが6以上であるアミンを少なくとも1種含む請求項1に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリメチルシルセスキオキサン粒子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリメチルシルセスキオキサン粒子は、無機構造と有機構造とを有する粒子であり、様々な分野で注目されている。ポリメチルシルセスキオキサン粒子を得る方法として、例えば特許文献1には、水系溶媒存在下に分散安定剤、塩基触媒及びトリアルコキシシラン類を混合することによって、ポリシルセスキオキサン微粒子水分散液を製造することが記載され、前記塩基触媒として具体的には、アンモニア水が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、本発明者らが検討したところ、前記特許文献1のように、塩基触媒としてアンモニア水を用いた場合には、得られるポリメチルシルセスキオキサン粒子の粒子径の変動係数(以下、「CV値」とも称する)が大きくなることが明らかになった。
【0005】
そこで、本発明は、粒子径のCV値の小さなポリメチルシルセスキオキサン粒子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は以下の通りである。
[1]下記式(1)で表される化合物を、水、アニオン性界面活性剤、及び沸点が50℃以上のアミンの存在下、加水分解縮合するポリメチルシルセスキオキサン粒子の製造方法。
CH3Si(OR1)3 ・・・(1)
(上記式(1)中、R1は、炭素数が1~4のアルキル基を表し、複数のR1は同一であっても異なっていてもよい。)
[2]前記沸点が50℃以上のアミンは、pKaが6以上であるアミンを少なくとも1種含む[1]に記載の製造方法。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、所定の式で表されるメチルトリアルコキシシランの加水分解縮合の際に、所定以上の沸点を有するアミンを用いているため、粒子径のCV値の小さいポリメチルシルセスキオキサン粒子を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本発明の製造方法は、下記式(1)で表される化合物、すなわちメチルトリアルコキシシランを、水、アニオン性界面活性剤、及び沸点が50℃以上のアミンの存在下、加水分解縮合してポリメチルシルセスキオキサン粒子を製造する方法である。
【0009】
CH3Si(OR1)3 ・・・(1)
(上記式(1)中、R1は、炭素数が1~4のアルキル基を表し、複数のR1は同一であっても異なっていてもよい。)
【0010】
R1は、直鎖状、分岐状のいずれであってもよく、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基が挙げられる。上記式(1)において、複数のR1が同一であることが好ましく、更に、メチル基又はエチル基であることが好ましい。
【0011】
沸点が50℃以上のアミンを用いることにより、上記式(1)で表される化合物(以下、モノマーと呼ぶ場合がある)の加水分解縮合反応時の粒子の分散性を向上でき、粒子径のCV値が低減できると考えられる。また、前記モノマーは、上述の通り、R1が炭素数1~4のアルキル基であって、分子量が小さい化合物であり、高分子量のモノマーと比較すると加水分解縮合反応時の凝集は抑制しやすいが、揮発性が高く、また前記特許文献1では塩基性触媒として揮発性の高いアンモニアが用いられていたため、揮発したモノマーと揮発したアンモニアの反応物が、得られるポリメチルシルセスキオキサン粒子に凝集物として混入すると考えられる。しかし、本発明では、沸点が50℃以上のアミンを用いているため、揮発したモノマーとアミンとが反応して凝集物を形成することを抑制できるため、CV値の上昇を抑制できる。また、本発明の製造方法では、前記した揮発したモノマーと揮発した塩基性触媒の反応物による、反応容器上部の汚れを低減できるという利点も有する。
【0012】
沸点が50℃以上のアミンは、1種のみ用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。沸点が50℃以上のアミンとして、沸点が80℃以上のアミンが好ましく、より好ましくは沸点が100℃以上であり、さらに好ましくは沸点が150℃以上であり、沸点の上限は限定されないが、例えば400℃である。沸点が50℃以上のアミンは、通常、塩基性触媒として作用することができる。本発明では、沸点が50℃以上のアミンとともに、沸点が50℃以上のアミン以外の塩基性触媒を用いてもよいが、塩基性触媒中、沸点が50℃以上のアミンは70質量%以上含まれることが好ましく、沸点が50℃以上のアミンの含有率はより好ましくは80質量%以上であり、更に好ましくは90質量%以上であり、100質量%であってもよい。また、沸点が50℃以上のアミンは、pKaが6以上であるアミンを少なくとも1種含むことが好ましい。沸点が50℃以上であり、かつpKaが6以上のアミンについて、pKaは、6.5以上がより好ましく、7.0以上が更に好ましく、7.5以上が特に好ましく、pKaの上限は通常12であり、またより好ましい沸点は100℃以上、更に好ましい沸点は150℃以上であり、沸点の上限は通常400℃であり、前記した沸点の範囲とpKaの範囲は、任意に組み合わせることができる。
【0013】
更に、塩基性触媒中、pKaが12を超える塩基性触媒は、10質量%以下であることが好ましく、より好ましくは5質量%以下であり、更に好ましくは2質量%以下であり、0質量%であってもよい。このようにすることで、後述する範囲の個数平均粒子径(1nm以上、100nm未満)のポリメチルシルセスキオキサン粒子を高濃度で製造できる。
【0014】
沸点が50℃以上のアミンとしては、モノブチルアミン、モノペンチルアミン、モノヘキシルアミン、モノヘプチルアミン、モノオクチルアミン、モノノニルアミン、モノデシルアミン、モノドデシルアミン、モノトリデシルアミン、モノテトラデシルアミン等のモノC4-14アルキルアミン;ジエチルアミン等のジ-C2-4アルキルアミン;トリエチルアミン等のトリ-C2-4アルキルアミン;N-メチルエタノールアミン等のN-C1-4アルキルアルカノールアミン;ジメチルアミノエタノール等のジ-C1-4アルキルアルカノールアミン;アミノエチルエタノールアミン等のアミノC2-4アルキルアルカノールアミン;モノエタノールアミン、モノプロパノールアミン、モノイソプロパノールアミン等のモノC2-4アルカノールアミン;ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等のジ-C2-4アルカノールアミン;トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン等のトリ-C2-4アルカノールアミン;エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン等の(ポリ)エチレンアミン;エチレンイミン;ポリエチレンイミン;アミノエチルピペラジン;アニリン;ピリジン;ピペリジン等が挙げられる。沸点が50℃以上のアミンとしては、モノC4-14アルキルアミン、ジ-C2-4アルキルアミン、トリ-C2-4アルキルアミン、N-C1-4アルキルアルカノールアミン、ジ-C1-4アルキルアルカノールアミン、アミノC2-4アルキルアルカノールアミン、モノC2-4アルカノールアミン、ジ-C2-4アルカノールアミン、トリ-C2-4アルカノールアミン等のアルカノールアミンが好ましく、特にモノC2-4アルカノールアミン、ジ-C2-4アルカノールアミン又はトリ-C2-4アルカノールアミンが好ましい。
【0015】
前記アニオン性界面活性剤としては、脂肪族モノカルボン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸塩、脂肪酸油等のカルボン酸型アニオン性界面活性剤;ジアルキルスルホこはく酸塩、ポリオキシエチレンアルキルスルホこはく酸塩、アルカンスルホン酸塩、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、分岐鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩-ホルムアルデヒド縮合物、アルキルナフタレンスルホン酸塩等のスルホン酸型アニオン性界面活性剤;アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸塩、油脂硫酸エステル塩等の硫酸エステル型アニオン性界面活性剤;アルキルりん酸塩、アルキルりん酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルりん酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテルりん酸塩等のりん酸エステル型アニオン性界面活性剤;等が挙げられ、スルホン酸型アニオン性界面活性剤、硫酸エステル型アニオン性界面活性剤が好ましく、硫酸エステル型アニオン性界面活性剤がより好ましい。
【0016】
前記アニオン性界面活性剤としては、具体的には、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル硫酸アンモニウム、ポリオキシアルキレン分岐デシルエーテル硫酸ナトリウム(好ましくは、ポリオキシエチレン分岐デシルエーテル硫酸ナトリウム)、ポリオキシエチレンイソデシルエーテル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレントリデシルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンオレイルセチルエーテル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンオレイルセチルエーテル硫酸ナトリウム等のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩;ポリオキシエチレントリデシルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸エステル・モノエタノールアミン塩、ポリオキシエチレンアルキル(C8)エーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキル(C8)エーテルリン酸エステル・モノエタノールアミン塩、ポリオキシエチレンアルキル(C12,13)エーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキル(C10)エーテルリン酸エステル等のポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩;ポリオキシエチレンラウリルエーテル酢酸ナトリウム等のポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸塩;ポリオキシエチレンラウリルエーテルスルホコハク酸二ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキル(C12~14)スルホコハク酸二ナトリウム等のポリオキシエチレンアルキルスルホこはく酸塩;ポリオキシエチレンスチレン化フェニエーテルリン酸エステル等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテルりん酸塩;オレイン酸ナトリウム、ヒマシ油カリなどの脂肪酸油;ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウムなどのアルキル硫酸エステル塩;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルベンゼンスルホン酸塩;アルキルナフタレンスルホン酸塩;アルカンスルホン酸塩;ジアルキルスルホコハク酸塩;アルキルリン酸エステル塩、ナフタレンスルホン酸-ホルムアルデヒド縮合物、などが挙げられる。
【0017】
また、前記アニオン性界面活性剤としては、分子内にオキシアルキレン単位(-R1O-単位(R1は、炭素数2~3のアルキレン基を表し、好ましくはエチレン基を表す))を含むことが好ましい。ポリメチルシルセスキオキサン粒子の粒子径をよりいっそう均一にしやすくなるとともに、得られるポリメチルシルセスキオキサン粒子をより真球状に近づけることが容易となる。具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルりん酸塩、ポリオキシエチレンアルキルスルホこはく酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテルりん酸塩等のオキシエチレン単位を含むアニオン性界面活性剤が好ましく、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩がより好ましく、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸アンモニウムがさらに好ましい。
【0018】
前記モノマー100質量部に対する、沸点が50℃以上のアミンの割合は、0.3質量部以上が好ましく、より好ましくは0.5質量部以上であり、更に好ましくは1.0質量部以上であり、また5.0質量部以下が好ましく、より好ましくは4.5質量部以下であり、更に好ましくは4.0質量部以下である。
【0019】
前記モノマー100質量部に対する、前記アニオン性界面活性剤の割合は、1.0質量部以上が好ましく、より好ましくは3.0質量部以上であり、更に好ましくは5.0質量部以上であり、また20質量部以下が好ましく、より好ましくは15質量部以下であり、更に好ましくは10質量部以下である。アニオン性界面活性剤の使用量を増やすと、得られるポリメチルシルセスキオキサン粒子の粒子径が均一になりやすくなり、また、該粒子の凝集を抑制しやすくなる。また、アニオン性界面活性剤の使用量が抑制されていると、反応液の発泡を低減しやすくなり、粗大粒子の生成を抑制しやすくなる。
【0020】
水、アニオン性界面活性剤、及び塩基性触媒を含む、モノマーの加水分解縮合反応液100質量%中、モノマーの仕込み量は、例えば5質量%以上であり、好ましくは10質量%以上であり、更に好ましくは15質量%以上であり、また40質量%以下が好ましく、より好ましくは35質量%以下であり、更に好ましくは30質量%以下である。
【0021】
モノマーに対する水の仕込み比(水/モノマー)は、モル基準で5以上が好ましく、より好ましくは7以上であり、更に好ましくは10以上であり、また30以下が好ましく、より好ましくは27以下であり、更に好ましくは25以下である。
【0022】
本発明の製造方法では、モノマー、水、アニオン性界面活性剤及び塩基触媒を1つの反応容器に全て添加して、モノマーの加水分解縮合反応を行えばよく、モノマーの加水分解縮合反応が行える限り添加の順序は特に限定されないが、水、アニオン性界面活性剤、塩基性触媒を含む液に、モノマーを添加することが好ましい。
【0023】
加水分解縮合反応液の温度は、30℃以上が好ましく、より好ましくは35℃以上であり、このような温度範囲とすることで、後記する粒径範囲(すなわち、1nm以上、100nm未満)のポリメチルシルセスキオキサン粒子を、高濃度に製造することができるため好ましい。また、加水分解縮合反応液の温度は50℃未満が好ましく、より好ましくは45℃以下である。モノマーは所定時間をかけて連続添加(特に連続滴下)することが好ましく、モノマーの添加時間(モノマーの全量を添加するのに要する時間)は、用いるモノマー量、用いる塩基性触媒の種類等に応じて適宜設定可能であるが、例えば60分~600分とすればよく、好ましくは100分~480分である。モノマーの全量を添加した後は、反応液の温度を50~70℃(好ましくは55~65℃)に昇温して、30分~5時間程度保持してもよく、このようにすることで未反応モノマーの加水分解縮合反応を促進できる。
【0024】
本発明の製造方法により得られるポリメチルシルセスキオキサン粒子は、個数平均粒子径を1nm以上、100nm未満、前記粒子径の変動係数を40%以下にできる。前記個数平均粒子径は、5nm以上が好ましく、より好ましくは10nm以上であり、また90nm以下が好ましく、より好ましくは70nm以下、更に好ましくは50nm以下である。前記粒子径の変動係数は、35%以下が好ましく、より好ましくは30%以下であり、25%以下が特に好ましく、下限は特に限定されないが、通常3%程度である。前記個数平均粒子径は、本発明の製造方法により得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子の水分散体を、光散乱粒度分布によって測定することができる。また、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の粒子径は、前記水分散体を乾燥させて取り出したポリメチルシルセスキオキサン粒子を、走査型透過電子顕微鏡を用いて撮影することで測定することができ、このようにして測定された一次粒子径の個数平均粒子径は、例えば1nm以上、100nm未満であり、5nm以上が好ましく、より好ましくは10nm以上であり、また90nm以下が好ましく、より好ましくは70nm以下、更に好ましくは50nm以下である。また、前記一次粒子径の変動係数は例えば3%以上、40%以下であり、35%以下が好ましく、より好ましくは30%以下であり、25%以下が更に好ましい。
【0025】
本発明の製造方法により、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の水分散液を得た後は、有機溶媒で置換することが好ましい。有機溶媒に置換する方法として、例えば有機溶媒を添加して蒸留する方法、分液処理による方法、更には膜分離による方法などが挙げられる。該水分散液中のアニオン性界面活性剤、塩基性触媒などを除去できる観点から、分液処理による方法、膜分離による方法が好ましい。有機溶媒で置換し、アニオン性界面活性剤、塩基性触媒などを除去することで、乾燥後のポリメチルシルセスキオキサン粒子の凝集硬さを下げることができる。
【0026】
分液処理による方法では、有機溶媒として水非混和性有機溶媒を使用することが好ましい。水分散液に水非混和性有機溶媒を添加して水分散液中の微粒子を抽出し、次いで静置することによって、水分散液中のポリメチルシルセスキオキサン微粒子を有機層に抽出する。この際、分散安定剤は水層に存在する。次いで有機層のみを分取し、ポリメチルシルセスキオキサン微粒子有機溶媒分散液を得ることができる。
【0027】
添加する有機溶媒の量は、水分散液中の水分に対して通常0.3~10重量倍、好ましくは0.5~5重量倍である。抽出時間は水層中の微粒子が有機層に抽出される時間であれば特に限定されない。
水非混和性有機溶媒は、ベンゼン、トルエン、キシレン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、n-ブタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、フェノール、クレゾール、アニソール、アセタール、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、クロロホルム、ジクロロメタンなどが挙げられ、特に酢酸エチルが好ましい。これらの溶媒は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0028】
膜分離の方法では、該水分散液を孔径が0.001~0.01μm程度の膜(限外ろ過膜など)、孔径が0.002μm以下の膜(ナノろ過膜、逆浸透膜など)などを用いて精製することが好ましく、精製効率の観点から限外ろ過が好ましい。膜分離(膜ろ過)によれば、微細なポリメアルキルシルセスキオキサン粒子と、加水分解縮合反応で用いたアニオン性界面活性剤、塩基性触媒などとを分離できる。分離膜の形状は特に限定されず、平膜状、中空糸状、管状、スパイラル状、モノリス状などが挙げられ、中空糸状、管状、モノリス状が好ましい。
【0029】
限外ろ過の分散媒としては、例えば、水、アルコール系溶媒、又は水とアルコール系溶媒の混合溶媒などが好ましい。前記アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、2-プロパノール、ブタノール、2-ブタノール、イソブチルアルコール、ペンタノール、メチルブタノール、ネオペンチルアルコール、イソペンチルアルコール、ヘキサノール、2-ヘキサノール、ヘプタノール、2-ヘプタノール、オクタノール、2-オクタノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノールが挙げられ、特にメタノールが好ましい。これらの溶媒は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0030】
ポリメチルシルセスキオキサン粒子の有機溶媒分散液を乾燥し、必要に応じて解砕することで、ポリメチルシルセスキオキサン粒子を粉体として単離できる。乾燥方法は、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の凝集硬さを小さくできる観点から噴霧乾燥が好ましいが、加熱乾燥(攪拌加熱乾燥、静置加熱乾燥など。好ましくは円錐型リボン混合機などの混合機内での攪拌加熱乾燥、ドラムドライヤなどのドラム式乾燥)も可能である。ポリメチルシルセスキオキサン粒子を有機溶媒分散液にしているため、乾燥中の粒子同士の結合が低減されるため、加熱乾燥を行ってもポリメチルシルセスキオキサン粒子の凝集硬さが過度になり過ぎない。解砕方法は、衝突板式ミル等のジェットミル、回転型機械ミル等、機械式粉砕機等が挙げられる。
【0031】
また、本発明の製造方法により得られるポリメチルシルセスキオキサン粒子(乾燥粉体)は、疎水性を高くすることができる。具体的には、後述の実施例の方法に従って測定した疎水化度又はTG-DTA測定した際の重量減少率で、疎水性の程度を評価できる。本発明の製造方法により得られるポリメチルシルセスキオキサン粒子の疎水化度は35%以上であることが好ましく、より好ましくは36%以上であり、更に好ましくは37%以上であり、上限は特に限定されないが、通常50%程度である。このように、疎水性の高いポリメチルシルセスキオキサン粒子は、トナー外添剤として使用でき、流動性を向上させるのに有効である。また、後述の実施例の方法に従って測定した室温から400℃までの熱重量減変化率は、2.2%以下であることが好ましく、より好ましくは2.0%以下であり、更に好ましくは1.8%以下である。
【実施例】
【0032】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【0033】
各種物性の測定及び評価は、以下の方法で行った。
【0034】
(1)ポリメチルシルセスキオキサン粒子の個数平均粒子径及び変動係数(CV値)の測定
(1-1)光散乱粒度分布による測定
実施例及び比較例で得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子の水分散液(後述の実施例における、反応溶液300メッシュ及び3μmメンブラン膜で濾過した後の水分散液)を、フィルターポジションを280に固定し、散乱強度が300kHzになるようにイオン交換水で希釈し、光散乱粒度分布測定機(Particle Sizing Systems社製、「NicompMODEL380」)にて測定して、個数平均粒子径を求めた。また上記装置により得られた個数平均粒子径を基に標準偏差を算出し、下式より変動係数(CV値:%)を求めた。
変動係数(CV値:%)=100×(標準偏差/個数平均粒子径)
【0035】
(1-2)走査型透過電子顕微鏡による測定
後述の実施例1で得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子の水分散液をコロジオン膜にのせて乾燥させた後、走査型透過電子顕微鏡を用いてポリメチルシルセスキオキサン粒子を20万倍で撮影した。得られた画像から任意に100個のポリメチルシルセスキオキサン粒子を選び、装置付属のノギス算出ツールを使用し各々の一次粒子径を測定し、この測定値の平均値を個数平均粒子径とした。
上記方法により得られた一次粒子の個数平均粒子径を基に標準偏差を算出し、下式より変動係数(CV値:%)を求めた。
変動係数(CV値:%)=100×(標準偏差/一次粒子の個数平均粒子径)
【0036】
(2)凝集物の確認
実施例及び比較例で得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子の水分散液(上記(1)の測定対象の水分散液と同義)を300メッシュ(JISメッシュ)の金網を用いて濾過を行ったのち、3μmメンブラン膜で濾過し目視にて下記基準で凝集物の形成度合いを評価した。
○:濾過後にメンブラン膜上に凝集物がない、または凝集物があるが目詰まりは発生していない。
×:濾過後にメンブラン膜に目詰まりが発生した。
【0037】
(3)ポリメチルシルセスキオキサン粒子の乾燥粉体の疎水化度の測定
底部に撹拌子を置いた容量200mLのガラスビーカーに水50mLを加え、その水面に、実施例1、2で得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子の乾燥粉体(1)または(2)を0.2g静かに置いた後、水面が波立たない様に撹拌子を緩やかに回転させた。その後、ビーカー内の水中にビュレットの先端部を挿入し、このビュレットから水中にメタノールを徐々に導入した。この導入を、水面の粒子が全て沈んだことを目視確認できるまで行い、以下の式により疎水化度を評価した。
疎水化度(%)=メタノールの導入量/(水の量+メタノールの導入量)×100
【0038】
(4)ポリメチルシルセスキオキサン粒子の乾燥粉体の示差熱熱重量同時測定(TG-DTA)
示差熱熱重量測定装置(TG-DTA)を用いて、実施例1のポリメチルシルセスキオキサン粒子の乾燥粉体(1)を、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で室温から500℃まで昇温し、400℃までの熱重量減変化率を測定した。
【0039】
(5)トナー流動性
スチレン-n-ブチルアクリレート共重合体からなるバインダー樹脂に、着色剤としてカーボンブラックを分散させた平均粒子径10μmのトナー50部と、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の乾燥粉体0.5部を室温下において混合器(岩谷産業株式会社製、「Labo Milser LM-PLUS」)により周速20m/s(回転速度6,000rpm)で90秒間均一に混合して、トナー組成物を得た。
パウダテスタ(登録商標)(PT-E型、ホソカワミクロン株式会社製)を用いて、目開き150μm、100μm、45μmの篩(平織金網、規格JIS Z8801-1)を強度4.0の条件で10秒間振動させ、前記トナー組成物を篩い分けた後、それぞれの篩上のトナー組成物残量を測定し、以下に示す式を用いて流動性指数を算出した。流動性指数が小さいものほど、流動性が良好なトナー組成物が得られることを示す。
流動性指数(%)=〔(A+0.6×B+0.2×C)/測定試料重量〕×100
A:目開き150μmの篩上のトナー組成物残量(g)
B:目開き100μmの篩上のトナー組成物残量(g)
C:目開き45μmの篩上のトナー組成物残量(g)
【0040】
実施例1-1
攪拌機、温度計、滴下口および冷却機を備えたガラス製の反応釜に、脱イオン水622.5質量部およびモノエタノールアミン(MEA、沸点は170℃、pKa=9.5)1.40質量部、トリエタノールアミン(TEA、沸点は335℃、pKa=7.8)3.42質量部、アニオン性界面活性剤の水溶液としてポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩(日本乳化剤社製、ニューコール1305-SN)の20%水溶液79.5質量部を加えて室温で均一になるように攪拌した。次いで、40℃で攪拌しながらメチルトリメトキシシラン(以下、「MTMS」と称する)201.2質量部を滴下口より120分かけて滴下したところ、ポリメチルシルセスキオキサン粒子が析出し、さらにMTMSを全量滴下した後、反応液を60℃に昇温して60℃で1時間熟成を行った。その後反応溶液を冷却して300メッシュで濾過を行ったのち、3μmメンブラン膜濾過で分散安定性評価を行うとともに、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の分散した水分散液を得た。得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子の、光散乱粒度分布によって測定した個数平均粒子径、変動係数及び凝集物の測定結果を表1に示す。
また、上記「(1-2)走査型透過電子顕微鏡による測定」に記載した要領で測定した、実施例1で得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子の走査型透過電子顕微鏡による一次粒子の個数平均粒子径は18.0nm、CV値は19.5%であった。
【0041】
このポリメチルシルセスキオキサン粒子の水分散液を限外ろ過モジュール(旭化成ケミカルズ(株)製、マイクローザUF)で濃縮およびメタノールを適宜加えながら溶媒置換し、水分値2.0%、濃度20%のポリメチルシルセスキオキサン粒子メタノール分散液を得た。その後、40℃で2時間加熱乾燥し、ラボミルサー(LM-PLUS)で90秒間粉砕し、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の乾燥粉体(1-1)を得た。
【0042】
実施例1-2
実施例1-1と同様にして、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の水分散液を得た後、限外濾過を行う代わりに、分液処理を行った。すなわち、ガラス製のビーカーに実施例1-1で得られたポリメチルシルセスキオキサン粒子の水分散液100.0質量部を加え、次いで酢酸エチル50.0質量部を加え、スターラーで攪拌回転数200rpmで室温にて2時間攪拌した。得られた乳白色の懸濁液を分液ロートに移し、室温にて24時間静置することで水層が上層に、酢酸エチルが下層に分離し、下層にポリメチルシルセスキオキサン粒子が移行していることを確認した。下層のポリメチルシルセスキオキサン粒子酢酸エチル分散液を分取し、60℃で2時間加熱乾燥し、ラボミルサー(LM-PLUS)で90秒間粉砕し、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の乾燥粉体(1-2)を得た。
【0043】
実施例2
モノエタノールアミン(MEA)を添加せず、トリエタノールアミン(TEA)を6.84質量部添加し、MTMSの滴下時間を360分にしたこと以外は、実施例1-1と同様にして、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の水分散液及び乾燥粉体(2)を得た。
【0044】
実施例3
モノエタノールアミン(MEA)を添加せず、トリエタノールアミン(TEA)を6.84質量部添加したこと以外は、実施例1-1と同様にして、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の水分散液及び乾燥粉体(3)を得た。
【0045】
比較例1
モノエタノールアミン(MEA)及びトリエタノールアミン(TEA)を添加せず、25%アンモニア水を3.22質量部添加したこと以外は、実施例1-1と同様にして、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の水分散液を得た。なお、アンモニアの沸点は約-33℃である。
【0046】
実施例及び比較例の結果を表1に示す。
【0047】
【0048】
表1より、沸点が50℃以上のアミンを用いた実施例1-1、2、3では、粒子径のCV値の低減されたポリメチルシルセスキオキサン粒子を得ることができたのに対し、沸点が50℃未満であるアンモニアを用いた比較例1では、粒子径のCV値が40%を超える値となったことが分かる。また、実施例1-1、2、3では、凝集物の形成度合いについても○の評価であった。
【0049】
また、実施例1-1で得られた乾燥粉体(1-1)の疎水化度は41.3%であり、400℃までの熱重量減変化率は1.8%であり、実施例2で得られた乾燥粉体(2)の疎水化度は38.8%であり、実施例1-1、2のポリメチルシルセスキオキサン粒子は疎水性が高いことが分かる。また実施例1-1の乾燥粉体(1-1)を用いて調製したトナー組成物の流動性指数は55.0%であり、実施例1-2で得られた乾燥粉体(1-2)を用いて調製したトナー組成物の流動性指数は56.0%であり、いずれも60%以下の良好な流動性指数を示した。
【産業上の利用可能性】
【0050】
本発明の製造方法によって得られるポリメチルシルセスキオキサン粒子は、粒子径が小さく、CV値が低減されている。このため、例えば、ポリオレフィンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、フッ素樹脂フィルム等の各種フィルムのアンチブロッキング剤や滑り性付与剤;各種フィルム、成型体など高分子材料のコーティング剤、あるいはコーティング剤用の添加剤;各種樹脂の粘度、チクソ性、粘弾性、或いは強度などの改質剤;液晶表示素子用面内スペーサー、液晶表示素子用シール部スペーサー、EL表示素子用スペーサー、タッチパネル用スペーサー、セラミックスやプラスチック等の各種基板間の隙間保持剤等のスペーサー;半導体用封止材、液晶用シール材、LED発光素子用封止材等の各種電子部品用封止材;光拡散フィルム、光拡散板、導光板、防眩フィルム等の光拡散剤;白色体質顔料等の化粧品用添加剤;歯科材料;電子写真機、複写機、プリンター等に用いられる現像剤に使用されるトナーの外添剤;等の用途への適用が可能である。