(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】2023-07-21
(45)【発行日】2023-07-31
(54)【発明の名称】ポリロタキサンを有して形成する架橋体を含有する球状粉体及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
C08J 3/12 20060101AFI20230724BHJP
C08G 65/329 20060101ALI20230724BHJP
C08G 18/40 20060101ALI20230724BHJP
C08F 290/14 20060101ALI20230724BHJP
C08L 71/00 20060101ALI20230724BHJP
【FI】
C08J3/12 Z CEZ
C08G65/329
C08G18/40
C08F290/14
C08L71/00
(21)【出願番号】P 2022000673
(22)【出願日】2022-01-05
(62)【分割の表示】P 2018546316の分割
【原出願日】2017-10-16
【審査請求日】2022-02-03
(31)【優先権主張番号】P 2016203644
(32)【優先日】2016-10-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】505136963
【氏名又は名称】株式会社ASM
(73)【特許権者】
【識別番号】390028048
【氏名又は名称】根上工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】591000506
【氏名又は名称】早川ゴム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094640
【氏名又は名称】紺野 昭男
(74)【代理人】
【識別番号】100103447
【氏名又は名称】井波 実
(74)【代理人】
【識別番号】100111730
【氏名又は名称】伊藤 武泰
(74)【代理人】
【識別番号】100180873
【氏名又は名称】田村 慶政
(72)【発明者】
【氏名】林 佑樹
(72)【発明者】
【氏名】西田 恵子
(72)【発明者】
【氏名】藤田 康平
(72)【発明者】
【氏名】村上 博美
(72)【発明者】
【氏名】坂元 勝己
【審査官】大▲わき▼ 弘子
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2018/074404(WO,A1)
【文献】特開2016-069398(JP,A)
【文献】特開2018-030928(JP,A)
【文献】国際公開第2016/114243(WO,A1)
【文献】国際公開第2011/108514(WO,A1)
【文献】国際公開第2010/092948(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08J3/00-3/28、99/00,
C08F283/01、290/00-290/14、299/00-299/08、
C08G18/00-18/87、71/00-71/04、
C08G65/00-67/04、C08J5/00-5/02、5/12-5/22
C08K3/00-13/08、C08L1/00-101/14
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)環状分子の開口部が直鎖状分子によって串刺し状に包接されてなる擬ポリロタキサンの両端に前記環状分子が脱離しないように封鎖基を配置してなるポリロタキサン;を有して形成する架橋体を含有する球状粉体であって、
前記架橋体は、(A)ポリロタキサンと(B)ポリロタキサン以外の材料とを架橋して形成され、前記(B)ポリロタキサン以外の材料が、(B3)第1のラジカル重合性基を有する化合物を有し、
前記球状粉体がシランカップリング剤由来のシード粒子を有し、
前記球状粉体の平均粒径が0.5~1000μmである、上記球状粉体。
【請求項2】
前記球状粉体は、その平均粒径が2.2~1000μmである請求項1記載の球状粉体。
【請求項3】
前記(A)ポリロタキサンは、環状分子に1)疎水性修飾基;2)-OH、-NH
2、-COOH、及び-SHから選択された官能基を有する請求項1
又は2記載の球状粉体。
【請求項4】
前記第1のラジカル重合性基は、アクリル基、メタクリル基、スチリル基、ビニル基、ビニリデン基、無水マレイン酸含有官能基からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1~
3のいずれか1項記載の球状粉体。
【請求項5】
前記(A)ポリロタキサンは、環状分子に第2のラジカル重合性基を有する請求項1~
4のいずれか1項記載の球状粉体。
【請求項6】
請求項1~
5のいずれか1項記載の球状粉体を含有する成形物。
【請求項7】
(A)環状分子の開口部が直鎖状分子によって串刺し状に包接されてなる擬ポリロタキサンの両端に前記環状分子が脱離しないように封鎖基を配置してなるポリロタキサン;を有して形成する架橋体を含有する球状粉体の製造方法であって、
シランカップリング剤由来のシード粒子を準備する工程;
(I) 前記(A)ポリロタキサンを準備する工程;
(IV) (B)ポリロタキサン以外の材料を準備する工程であって、前記(B)ポリロタキサン以外の材料が、(B3)第1のラジカル重合性基を有する化合物を有する工程;
(II) 前記(A)ポリロタキサンを有する架橋体を形成する工程;及び
(III) 前記架橋体を含有する球状粉体をシード重合で形成する工程;
を有し、
前記(II)工程において、前記(A)ポリロタキサンと前記(B)ポリロタキサン以外の材料とを架橋させて架橋体を形成
し、前記(III)工程において前記架橋体と前記シード粒子を用いてシード重合を行う、上記方法。
【請求項8】
前記球状粉体は、その平均粒径が0.5~1000μmである請求項
7記載の方法。
【請求項9】
前記球状粉体は、その平均粒径が2.2~1000μmである請求項
7記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリロタキサンを有して形成する架橋体を含有する球状粉体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリマー微粒子は工業用途、医療用途、など広く使用されている。その中でも、粒子が球状型の高分子微粒子において、機能性塗料、インキ、トナー、クロマト粒子、液晶素子用スペーサー、マイクロカプセルなど、付加価値の高い用途に使われ、注目されている材料である。例えば、一般的な粉砕法で得られた微粒子は、粒子の形状が無秩序であるのに対して、懸濁重合、乳化重合などの方法を使用することで球状粒子を作製できることが知られている。
【0003】
一方、ポリロタキサンは、軸分子に対して、環状分子が可動する特殊な構造で注目されている。上述の個々の球状粒子にポリロタキサン構造を組み込むことで、さらに高い機能性微粒子の発現に期待できる。
【0004】
特許文献1は、架橋ポリロタキサンを所定の粒径に造粒した核体に、平均粒径0.1~12μmの砥粒を特定の方法で付着した弾性研磨材の製造方法を開示する。この砥粒含有架橋ポリロタキサンは、形状が無秩序であり、該形状により研磨剤とする用途が開示されている。
特許文献2は、変性ポリロタキサン(A)とラジカル重合可能な炭素-炭素二重結合を有する単量体(B)とを重合させてなるポリロタキサン架橋重合体(C)であって、変性ポリロタキサンの環状分子に官能性単量体が反応した構造を有するポリロタキサン架橋重合体を開示する。具体的には、該ポリロタキサン架橋重合体が水に分散した数百ナノメーター粒子径水分散体であることを開示する。
【0005】
球状のポリマー微粒子を製造し、特定の用途に利用されている例が、特許文献3、特許文献4に開示されている。特許文献3は、特定の三官能以上の多官能アクリル酸エステル80~100重量部、及び特定のラジカル共重合可能なモノマー20重量部以下のモノマーと有機過酸化物系ラジカル重合開始剤0.03~3.0重量部との反応物からなる微粒子を開示し、液晶パネルスペーサーとして優れた特性も開示している。
特許文献4は、ポリイソシアネートプレポリマーを特定の懸濁安定剤を含む水中に分散し、次いでこれを加温することによりポリウレタンビーズを合成し、その後固液分離、洗浄、乾燥することによりポリウレタンビーズを製造する方法、を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特許第5923113号。
【文献】特開2016-69398号公報。
【文献】特許第3281555号。
【文献】特許第3100977号。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
そこで、本発明の目的は、優れた強度、靭性、変形回復などの特性を有する球状粉体及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的に加えて、該球状粉体を有する成形体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、次の発明を見出した。
<1> (A)環状分子の開口部が直鎖状分子によって串刺し状に包接されてなる擬ポリロタキサンの両端に前記環状分子が脱離しないように封鎖基を配置してなるポリロタキサン;を有して形成する架橋体を含有する球状粉体。
<2> 上記<1>において、球状粉体は、その平均粒径が0.5~1000μm、好ましくは1~500μm、より好ましくは1~300μm、さらに好ましくは1~150μmであるのがよい。
<3> 上記<1>又は<2>において、架橋体は、(A)ポリロタキサンと(B)ポリロタキサン以外の材料とを架橋して形成されるのがよい。
【0009】
<4> 上記<3>において、(B)ポリロタキサン以外の材料が、
(B1)ポリオール;及び/又は
(B2)ポリイソシアネート;
を有するのがよい。
<5> 上記<4>において、(B1)ポリオールが、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、及びポリシロキサンポリオールから選択されてなる少なくとも1種であるのがよい。好ましくはポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、及びポリカーボネートポリオールから選択されてなる少なくとも1種、より好ましくはポリエーテルポリオール及びポリエステルポリオールから選択されてなる少なくとも1種であるのがよい。
<6> 上記<1>~<5>のいずれかにおいて、(A)ポリロタキサンは、環状分子に1)疎水性修飾基;2)-OH、-NH2、-COOH、及び-SHから選択された官能基を有するのがよい。
【0010】
<7> 上記<3>~<6>のいずれかにおいて、(B)ポリロタキサン以外の材料が、(B3)第1のラジカル重合性基を有する化合物を有するのがよい。
<8> 上記<7>において、第1のラジカル重合性基は、アクリル基、メタクリル基、スチリル基、ビニル基、ビニリデン基、及び無水マレイン酸含有官能基からなる群から選ばれる少なくとも1種であるのがよい。好ましくは、アクリル基、メタクリル基、及びスチリル基から選択されてなる少なくとも1種、より好ましくはアクリル基、及びメタクリル基から選択されてなる少なくとも1種であるのがよい。
<9> 上記<1>~<8>のいずれかにおいて、好ましくは上記<7>又は<8>において、(A)ポリロタキサンは、環状分子に第2のラジカル重合性基を有するのがよい。なお、第2のラジカル重合性基は、第1のラジカル重合性基と同じであっても異なってもよい。
【0011】
<10> 上記<1>~<9>のいずれかに記載される球状粉体を含有する成形物。
<11> 上記<10>において、成形物が、薄膜/フィルム、プレート、シート、積層シート、立体造形物からなる群から選ばれる1種であるのがよい。
【0012】
<12> (A)環状分子の開口部が直鎖状分子によって串刺し状に包接されてなる擬ポリロタキサンの両端に前記環状分子が脱離しないように封鎖基を配置してなるポリロタキサン;を有して形成する架橋体を含有する球状粉体の製造方法であって、
(I) 前記(A)ポリロタキサンを準備する工程、
(II) 前記(A)ポリロタキサンを有する架橋体を形成する工程;及び
(III) 前記架橋体を含有する球状粉体を形成する工程;
を有する、上記方法。
【0013】
<13> 上記<12>において、(III)工程において、懸濁重合、シード重合、ゾル-ゲル法から選択された方法で球状粉体を形成する工程を有するのがよい。
<14> 上記<12>又は<13>において、(IV) (B)ポリロタキサン以外の材料を準備する工程;をさらに有し、
(II)工程において、(A)ポリロタキサンと(B)ポリロタキサン以外の材料とを架橋させて架橋体を形成するのがよい。
<15> 上記<12>~<14>のいずれかにおいて、球状粉体は、その平均粒径が
0.5~1000μm、好ましくは1~500μm、より好ましくは1~300μm、さらに好ましくは1~150μmであるのがよい。
【発明の効果】
【0014】
本発明により、優れた強度、靭性、変形回復などの特性を有する球状粉体及びその製造方法を提供することができる。
また、本発明により、上記効果に加えて、該球状粉体を有する成形体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
図1】実施例2で調製した、平均粒径25μmのポリウレタン系球状ビーズA2のSEM像を示す。
【
図2】実施例4で調製した、平均粒径16μmのアクリル系球状ビーズC1のSEM像を示す。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本願に記載する発明を詳細に説明する。
<球状粉体>
本発明の球状粉体は、(A)ポリロタキサン;を有して形成する架橋体を含有する。
<<(A)ポリロタキサン>>
本発明の球状粉体は、架橋体を含有し、該架橋体は(A)ポリロタキサンを有して形成される。
架橋体は、(A)ポリロタキサンのみから形成されてもよく、(A)ポリロタキサンと(B)ポリロタキサン以外の材料を有して形成されてもよい。
(A)ポリロタキサンは、環状分子の開口部が直鎖状分子によって串刺し状に包接されてなる擬ポリロタキサンの両端に前記環状分子が脱離しないように封鎖基を配置してなる。
(A)ポリロタキサンは、例えばWO2005/080469、WO2010/024431などに記載された方法により調製することができる。
【0017】
(A)ポリロタキサンは、架橋体を構成する全材料100wt%中、1wt%~80wt%、好ましくは5wt%~60wt%、より好ましくは10wt%~50wt%であるのがよい。
以下、(A)ポリロタキサンの構成要素である、環状分子、直鎖状分子、封鎖基について、説明する。
【0018】
<A-1. 環状分子>
(A)ポリロタキサンの環状分子は、環状であり、開口部を有し、直鎖状分子によって串刺し状に包接されるものであれば、特に限定されない。
環状分子は、所望とする粉体、該粉体の形成に用いる(B)ポリロタキサン以外の材料などに依存して、1)疎水性修飾基;2)-OH、-NH2、-COOH、及び-SH;3)アクリル基、メタクリル基、スチリル基、ビニル基、ビニリデン基、無水マレイン酸含有官能基の重合性基;からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基;を有するのがよい。
【0019】
1)疎水性修飾基として、アセチル基、ブチルエステル基、ヘキシルエステル基、オクタデシルエステル基、ポリカプロラクトン基、ポリ(δ-バレロラクトン)基、ポリ乳酸基、ポリアルキレンカーボネート基、ポリプロピレングリコール基、ポリテトラメチレングリコール基、ポリアクリル酸メチル基、ポリアクリル酸エチルヘキシル基などの疎水性基を有する基を挙げることができるがこれらに限定されない。これらのうち、ポリカプロラクトン基、ポリプロピレングリコール基、ポリアルキレンカーボネート基であるのが好ましい。
【0020】
上記2)及び3)に記載した基は、環状分子に直接結合していても、スペーサーを介して結合していてもよい。
スペーサーは、特に限定しないが、アルキレン基、アルキレンオキシド基、ヒドロキシアルキレン基、カルバモイル基、アクリル酸エステル鎖、ポリアルキレンエーテル鎖、ポリアルキレンカーボネート鎖であるのがよい。
【0021】
環状分子として、例えば、α-シクロデキストリン、β-シクロデキストリン及びγ-シクロデキストリンからなる群から選択されるのがよい。
【0022】
<A-2. 直鎖状分子>
(A)ポリロタキサンの直鎖状分子は、用いる環状分子の開口部に串刺し状に包接され得るものであれば、特に限定されない。
例えば、直鎖状分子として、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ(メタ)アクリル酸、セルロース系樹脂(カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等)、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリビニルメチルエーテル、ポリアミン、ポリエチレンイミン、カゼイン、ゼラチン、でんぷん等及び/またはこれらの共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびその他オレフィン系単量体との共重合樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレンやアクリロニトリル-スチレン共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレートや(メタ)アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル-メチルアクリレート共重合樹脂などのアクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等;及びこれらの誘導体又は変性体、ポリイソブチレン、ポリテトラヒドロフラン、ポリアニリン、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)、ナイロンなどのポリアミド類、ポリイミド類、ポリイソプレン、ポリブタジエンなどのポリジエン類、ポリジメチルシロキサンなどのポリシロキサン類、ポリスルホン類、ポリイミン類、ポリ無水酢酸類、ポリ尿素類、ポリスルフィド類、ポリフォスファゼン類、ポリケトン類、ポリフェニレン類、ポリハロオレフィン類、並びにこれらの誘導体からなる群から選ばれるのがよい。例えばポリエチレングリコール、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール及びポリビニルメチルエーテルからなる群から選ばれるのがよい。特にポリエチレングリコールであるのがよい。
【0023】
直鎖状分子は、その重量平均分子量が1,000以上、好ましくは3,000~100,000、より好ましくは6,000~50,000であるのがよい。
ポリロタキサンにおいて、(環状分子、直鎖状分子)の組合せが、(α-シクロデキストリン由来、ポリエチレングリコール由来)であるのがよい。
【0024】
<A-3. 封鎖基>
(A)ポリロタキサンの封鎖基は、擬ポリロタキサンの両端に配置され、用いる環状分子が脱離しないように作用する基であれば、特に限定されない。
例えば、封鎖基として、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、シルセスキオキサン類、ピレン類、置換ベンゼン類(置換基として、アルキル、アルキルオキシ、ヒドロキシ、ハロゲン、シアノ、スルホニル、カルボキシル、アミノ、フェニルなどを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は1つ又は複数存在してもよい。)、置換されていてもよい多核芳香族類(置換基として、上記と同じものを挙げることができるがこれらに限定されない。置換基は1つ又は複数存在してもよい。)、及びステロイド類からなる群から選ばれるのがよい。なお、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、シルセスキオキサン類、及びピレン類からなる群から選ばれるのが好ましく、より好ましくはアダマンタン基類又はシクロデキストリン類であるのがよい。
【0025】
架橋体が、(A)ポリロタキサン;及び(B)ポリロタキサン以外の材料;を有して形成される場合、該(B)ポリロタキサン以外の材料は、(A)ポリロタキサン;と共に架橋体を形成することができる材料であれば特に限定されない。
例えば、(B)ポリロタキサン以外の材料として、
i)(B1)ポリオール;及び/又は(B2)ポリイソシアネート;を有するか、及び/又は、
ii)(B3)ラジカル重合性基を有する化合物を有する;
のがよい。
【0026】
<i)(B)ポリロタキサン以外の材料が(B1)ポリオール;及び/又は(B2)ポリイソシアネート;を有する場合>
(B)ポリロタキサン以外の材料が(B1)ポリオール;及び/又は(B2)ポリイソシアネート;を有する場合、(A)ポリロタキサンは、環状分子に1)疎水性修飾基;2)-OH、-NH2、-COOH、及び-SHから選択された官能基を有するのがよい。特に、2)-OH、-NH2、-COOH、及び-SHから選択された官能基を有するのがよく、好ましくは-OH及び/又は-NH2を有するのがよい。
【0027】
<<(B1)ポリオール>>
本願において、ポリオールとは、OH基を2以上有する物質をいう。
ポリオールとして、ポリカーボネートポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリオレフィンポリオール、ポリシロキサンポリオール、複数の種類のポリオールのブロック共重合体又はグラフト体(例えば、ポリエーテルポリオールにポリエステルをブロック重合したポリオール)、側鎖に水酸基を2以上有するポリマーなどを挙げることができるが、これらに限定されない。
(B1)ポリオールは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、及びポリシロキサンポリオールから選択されてなる少なくとも1種であるのがよく、好ましくはポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、及びポリカーボネートポリオールから選択されてなる少なくとも1種、より好ましくはポリエーテルポリオール及びポリエステルポリオールから選択されてなる少なくとも1種であるのがよい。
【0028】
ポリカーボネートポリオールの例として、エチレンカーボネートとジオールのエステル交換反応による重縮合物からなるポリカーボネートジオール(ジオール成分として、エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール、2-エチル-1,6-ヘキサンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオールおよび2,4-ジエチル-1,5-ペンタンジオール、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール、1,4-ジヒドロキシエチルシクロヘキサン、イソソルビド、スピログリコール、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)テトラヒドロフラン、4,4’-イソプロピリデンジシクロヘキサノール、m- またはp-キシリレングリコール、ビスフェノールA、などを挙げられる)などのポリカーボネートジオール;上記のエステル交換反応時に、水酸基が3つ有する化合物も併用することで得られるポリカーボネートトリオール;上記のエステル交換反応時に、水酸基が4つ有する化合物も併用することで得られるポリカーボネートトテトラオール;などが挙げられる。水酸基が3つ有する化合物として、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、グリセリン、トリ-(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートなどを用いることができる。水酸基が4つ有する化合物として、ペンタエリスリトール、ジトリメチロールプロパンなどを用いることができる。
【0029】
ポリエーテルポリオールの例として、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、及びそれらの共重合体などが挙げられる。
ポリエステルポリオールの例として、ポリカプロラクトングポリオール、ポリ乳酸ポリオール、ポリエチレンアジペートポリオール、ポリブチレンアジペートポリオール、及びそれらの共重合体などが挙げられる。
【0030】
ポリオレフィンポリオールの例として、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、及びそれらの共重合体などが挙げられる。
ポリシロキサンポリオールの例として、ポリジメチルシロキサンポリオール、ポリジメチルシロキサンと上記のポリオールとの共重合体などが挙げられる。
側鎖に水酸基を2以上有するポリマーの例として、ポリアクリル酸エステル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニルなどの側鎖水酸基付与品などを挙げられる。
【0031】
(B1)ポリオールが有するOH基が2である場合であっても、3以上である場合であっても、該ポリオールは、1種のみであってもよく、複数種を併用してもよい。
【0032】
(B1)ポリオールは、その重量平均分子量が50~30,000、好ましくは250~10,000、より好ましくは250~8000であるのがよい。
【0033】
<<(B2)ポリイソシアネート>>
本願において、「ポリイソシアネート」とは、イソシアネート基を2以上有する化合物をいう。
(B2)ポリイソシアネートは、公知の脂肪族、脂環族及び芳香族のイソシアネートを用いても、別途、新規に合成したものを用いてもよい。
【0034】
(B2)ポリイソシアネートの例として、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6-ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2-イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2-イソシアナトエチル)カーボネート、2-イソシアナトエチル-2,6-ジイソシアナトヘキサノエートイソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水添TDI)、ビス(2-イソシアナトエチル)-4-シクロへキセン1,3-および/または1,4-フェニレンジイソシアネート、2,4-および/または2,6-トルエンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’-および/または4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトジフェニルメタン、粗製MDI、1,5-ナフチレンジイソシアネート、m-および/またはp-キシリレンジイソシアネート(XDI)、α,α,α’,α’-テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)など、並びに、これらの誘導体又は多量体などを挙げることができるがこれらに限定されない。
【0035】
(B2)ポリイソシアネートは、その量が次のような範囲であるのがよい。
(B2)ポリイソシアネートのイソシアネート基のモル数と、ポリオール及びポリロタキサンの活性水素のモル数との比率、即ち((B2)ポリイソシアネートのイソシアネート基のモル数)/(ポリオール及びポリロタキサンの活性水素のモル数)が、0.50~10.0、好ましくは1.00~5.00、より好ましくは1.20~4.00となるように、ポリイソシアネート化合物の量、を調整するのがよい。
なお、比率((B2)ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基のモル数)/(ポリオール及びポリロタキサンの活性水素のモル数)は、「NCOインデックス」として表される場合もある。
【0036】
活性水素について、具体的には、ポリオールに存在するOH基の水素、ポリロタキサンに存在するOH基の水素などを挙げることができる。また、OH基由来の水素に限らず、ポリオール及びポリロタキサンに存在するチオール基、一級アミノ基、二級アミノ基、カルボン酸基などの水素も活性水素として作用するため、それらの合計モル数が「ポリオール及びポリロタキサンの活性水素のモル数」となる。
活性水素がOH基のみに由来する場合、その活性水素の量は、水酸基価OHVで表すことができる。
【0037】
架橋体形成に(B1)ポリオール;及び/又は(B2)ポリイソシアネートを用いる場合、「その他の成分」を含有してもよい。
その他の成分として、酸化防止剤、界面活性剤、難燃剤、紫外線吸収剤、着色剤、顔料、各種充填剤などを挙げることができるがこれらに限定されない。
【0038】
(B1)ポリオール及び/又は(A)ポリロタキサンと(B2)ポリイソシアネートとの反応を促進するのに用いられる触媒として、公知である各種ウレタン化触媒を用いることができる。例えば、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、N-メチルモルホリン、N-エチルモルホリン、ジメチルベンジルアミン、N,N,N′,N′-テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N,N,N′,N′,N″-ペンタメチルジエチレントリアミン、ビス-(2-ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N-ジメチルエタノールアミン、N,N-ジエチルエタノールアミン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン-5、1,5-ジアザビシクロ[4.4.0]デセン-5等の三級アミン類;酢酸カリウム、オクチル酸カリウム等のカルボン酸金属塩、スタナスオクトエート、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンバーサテート、ジオクチルチンジラウレート、ナフテン酸亜鉛、ビスマストリオクテート(2-エチルヘキサン酸)、オクチル酸アルミニウム等の有機金属化合物等が挙げられる。
これらのうち少なくとも1種の触媒を、架橋体の形成に添加したほうが好ましい。
添加量は、ポリオールに対して、0.001~5.0質量%であるのがよい。
【0039】
また、架橋体の形成に際して、溶媒を用いてもよい。架橋体製造工程後、溶媒を除去するのが好ましい。
溶媒として、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、酢酸ブチルなどを挙げることができるが、これらに限定されない。
【0040】
<ii)(B)ポリロタキサン以外の材料が(B3)ラジカル重合性基を有する化合物を有する場合>
(B)ポリロタキサン以外の材料が(B3)ラジカル重合性基を有する化合物を有する場合、(A)ポリロタキサンは、環状分子に第2のラジカル重合性基を有するのがよい。なお、第2のラジカル重合性基は、後述する第1のラジカル重合性基と同じであっても異なってもよい。
【0041】
<<(B3)第1のラジカル重合性基を有する化合物>>
ラジカル重合性基とは、ラジカル重合開始剤によって発生したラジカル種の作用によって重合可能な官能基をいう。また、ラジカル重合性基を有する化合物とは、上記に定義した「ラジカル重合性基」を有する化合物をいう。
【0042】
第1のラジカル重合性基として、アクリル基、メタクリル基、スチリル基、ビニル基、ビニリデン基、マレイン酸無水物・マレインイミド含有官能基を挙げることができるが、これらに限定されない。
また、ラジカル重合性基を有する化合物として、例えば(メタ)クリル酸メチル、アクリルニトリル、アクリルアミド、ステアリル(メタ)アクリレート、イソホルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、フェノキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、β-カルボキシルエチル(メタ)アクリレート、メタクリロキシトリメトキシシランなどの単官能(メタ)アクリレート;
ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール200ジアクリレート、1.6-ヘキサンジオールジアクリレート、1,9-ノナンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ビスフェノールAのエチレンオキシド付加物ジアクリレート、ビスフェノールA ジグリシジルメタクリレート、ポリエステルジオールジ(メタ)アクリレート、ポリカーボネートジオールジ(メタ)アクリレート、ポリウレタンジ(メタ)アクリレートなどの2官能(メタ)アクリレート;
トリス(2-アクリルオキシエチル)イソシアヌレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレート、トリメチロプロパントリアクリレート、ε-カプロラクトン変性トリス-(2-(メタ)アクリロキシエチル)イソシアヌレート、エトキシ化グリセリントリ(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリレート;スチレン、p-アセトキシスチレン、4-ビニル安息香酸、p-スチレンスルフォン酸ナトリウムなどのスチレン誘導体;塩化ビニル、酢酸ビニル、N-ビニルアセトアミドメチルビニルケトン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ジメチルエトキシシランなどのビニル化合物;N-メチルマレイミド、N-(2-ヒドロキシエチル)マレイミド、1、6-ビス(マレイミド)ヘキサン、マレイン酸無水物、2、3-ジメチルマレイン酸無水物などのマレイン酸無水物・マレインイミド含有官能基;の側鎖に上記ラジカル重合性基を付与した各種ポリマーを挙げることができるが、これらに限定されない。
架橋体形成に(B3)ラジカル重合性基を有する化合物を用いる場合においても、「その他の成分」を含有してもよい。
その他の成分として、分子量調整剤、酸化防止剤、界面活性剤、難燃剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、帯電防止剤などを挙げることができるがこれらに限定されない。
分子量調整剤としては、α-メチルスチレンダイマー、メルカプタン類、ハロゲン化炭化水素等を用いることができる。
【0043】
<<(B4)ラジカル重合開始剤>>
(B)ポリロタキサン以外の材料が(B3)ラジカル重合性基を有する化合物を有する場合、ラジカル重合開始剤を用いるのがよい。
ラジカル重合開始剤として、熱重合開始剤、光重合開始剤等が挙げられる。これらは特に限定されず、公知の重合開始剤を使用することができる。
重合開始剤の添加量としては、単量体混合物に対して、0.05~5質量%の範囲であることが好ましい。
熱重合開始剤として、例えば過酸化ベンゾイル、ラウロイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソブチレート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシネオデカノエート、t-へキシルパーオキシピバレート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート等の有機過酸化物系重合開始剤;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)等のアゾ系重合開始剤;過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩類が挙げられる。これらは一種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
【0044】
光重合開始剤としては、例えば1-ヒドロキシ-シクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、メチルフェニルグリオキシレート、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ジエトキシアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1-フェニル-1,2-プロパン-ジオン-2-(o-エトキシカルボニル)オキシム、2-メチル[4-(メチルチオ)フェニル]-2モルホリノ-1-プロパノン、ベンジル、ベンソインイソブチルエーテル、2-クロロチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキサイド、ベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、2-メチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ベンゾイルジメトキシホスフィンオキサド等が挙げられる。これらは一種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
重合の際の水性媒体としては、水、水と水溶性媒体との混合物が挙げられる。水性媒体中には、必要に応じて、分散剤、界面活性剤を添加することができる。
【0045】
<球状>
本発明の球状粉体の「球状」とは、外見上、球状を有するものであればよく、真球状であることを要しない。粉体のサイズによるが、一般的に知られている方法で形状を確認することができる。例えば、顕微鏡、電子顕微鏡などを使用することができる。
本発明の球状粉体は、その平均粒径が0.5~1000μm、好ましくは1~500μm、より好ましくは1~300μm、さらに好ましくは1~150μmであるのがよい。
なお、平均粒径は、コールターカウンター測定装置、レーザー回折・散乱測定装置、ゼータ電位法測定装置、走査型電子顕微鏡(SEM)もしくは光学顕微鏡等による画像解析によって求めることができる。
【0046】
<球状粉体を含有する成形物>
本発明は、上述の球状粉体を含有する成形物を提供する。
該成形物として、薄膜/フィルム、プレート、シート、積層シート、射出成形物、立体造形物、立方体成形物、正方形成形物、円柱状成形物、球状成形物、ペレット、繊維状成形物などを挙げることができるがこれらに限定されない。
本発明の球状粉体は、そのまま用いても、上記成形物として用いてもよい。
【0047】
本発明の球状粉体又は上記成形物の応用例として、塗料/インキの添加剤、耐傷性付与、感触改良剤、改質剤、表面の滑り止め、艶消し剤、マット間付与剤;反射防止フィルムの添加剤、光散乱フィルムの添加剤、フィルムのブロッキング防止剤、蛍光塗装材料;化粧品の感触改良剤、スクラブ、流動性向上剤、吸油性改良剤、爪化粧材料、エンボス化粧シート;カラムクロマトグラフィ、イオン交換樹脂の機能性充填剤;耐衝撃性、耐クリープ性、耐摩耗性、圧縮残留ひずみ改良剤(耐へたり性)、強度改良、耐傷性、靱性改良、収縮低減剤などの樹脂改質剤;トナー粒子、液晶セル用スペーサー、電子部品の材料;樹脂表皮材;研磨剤;蓄光材料;医療用材料;バイオビーズ材料;多孔質状成形物;加飾シート;潤滑剤;触媒担体を挙げることができるがこれらに限定されない。
【0048】
<球状粉体の製造方法>
本願は、上述の球状粉体の製造方法を提供する。
該方法は、
(I) (A)ポリロタキサンを準備する工程、
(II) 前記(A)ポリロタキサンを有する架橋体を形成する工程;及び
(III) 前記架橋体を含有する球状粉体を形成する工程;
を有する。
なお、架橋体が、(A)ポリロタキサン;及び(B)ポリロタキサン以外の材料;を有して形成する場合、(IV) (B)ポリロタキサン以外の材料を準備する工程;をさらに有し、上記(II)工程において、(A)ポリロタキサンと(B)ポリロタキサン以外の材料とを架橋させて架橋体を形成するのがよい。
ここで、「(A)ポリロタキサン」、「架橋体」、「球状粉体」、「(B)ポリロタキサン以外の材料」については、上述したとおりである。
【0049】
<<(I)工程>>
(I)工程は、(A)ポリロタキサンを準備する工程である。
(A)ポリロタキサンは、市販されているものを用いても、新たに合成したものを用いてもよい。
【0050】
<<(II)工程>>
(II)工程は、(A)ポリロタキサンを有する架橋体を形成する工程である。なお、架橋体として、(A)ポリロタキサン;及び(B)ポリロタキサン以外の材料;を有して形成される場合、(II)工程前に、(IV) (B)ポリロタキサン以外の材料を準備する工程;を有する。(IV)工程は、(B)ポリロタキサン以外の材料を準備する工程であるが、(B)ポリロタキサン以外の材料は、市販されているものを用いても、新たに合成したものを用いてもよい。
【0051】
(II)工程、即ち架橋体を形成する工程は、用いる(A)ポリロタキサンの種類及び量、用いる(B)ポリロタキサン以外の材料の種類及び量、所望とする架橋体の特性、所望とする球状粉体の特性などに依存するが、25℃から140℃、常圧ないしは加圧、撹拌装置を備えた反応槽で撹拌しながら行うのがよい。
【0052】
(II)工程の架橋体の形成は、懸濁重合法、分散重合法、ミニエマルション重合法、乳化重合、シード重合法、ゾル-ゲル法、ノズル振動法、などにより、行うのがよい。なお、これらの手法は、架橋体を形成(II)工程だけでなく、後述の(III)工程、即ち架橋体を含有する球状粉体を形成する工程を兼ねることができる。
特に、(A)ポリロタキサン及び(B)ポリロタキサン以外の材料を反応槽の水溶媒に懸濁させながら架橋反応を行う懸濁重合法を用いるのがよい。(A)ポリロタキサン及び(B)ポリロタキサン以外の材料を水に分散するため、分散安定剤の存在下で行うのがよい。分散安定剤として、ゼラチン、澱粉、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルキルエーテル、ポリビニルアルコール等の水溶性高分子;硫酸バリウム、硫酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、燐酸カルシウム等の難水溶性無機塩などを挙げることができる。
また、固体粒子(シード粒子)の存在下で、懸濁重合を行うことにより、固体粒子の表面から重合反応が進行し、球状粒子を形成するシード重合を行ってもよい。(A)ポリロタキサンを有する架橋体をシード粒子としてもよい。
さらに、オルガノシラン、シランカップリング剤などをゾル-ゲル法で重縮合して、シリコーン共重合した球状粒子を得てもよい。
また、分散重合法により、反応性分散安定化剤を用いて、均一溶液から重合を開始し、生成したポリマーの析出や凝集が粒子核として不均一となった溶液で、重合が進行し、粒子に目的の粒子径に成長してもよい。
【0053】
<<(III)工程>>
(III)工程は、架橋体を含有する球状粉体を形成する工程である。上記(II)工程と同時に行うことも、(II)工程後に行うこともできる。上記(II)工程と同時に行うことが好ましい。
(III)工程として、(II)工程で記載した手法も、それ以外の手法も用いることができるが、上述した手法、即ち懸濁重合法、分散重合法、ミニエマルション重合法、乳化重合、シード重合法、ゾル-ゲル法、ノズル振動法、などを用いるのが好ましく、シード重合、懸濁重合法を用いるのがより好ましい。
【0054】
球状粉体を得るため、前工程で得られた微粒子を重合時の液から分離し、洗浄し、乾燥し、する工程を有するのがよい。
微粒子を重合時の液からの分離は遠心分離、濾過などで行うことができる。
洗浄工程は、水で行うのがよい。
乾燥工程は、従来公知の手法を用いることができ、例えば加熱乾燥法、気流乾燥法、噴霧乾燥法、真空乾燥法、赤外線乾燥法などを適用できるがこれらに限定されない。なお、乾燥温度は、得られる球状粉体に依存するが、例えば40~200℃で行うのがよい。
【0055】
<<その他の工程>>
本発明の方法は、上記(I)~(III)工程以外に、必要に応じて、その他の工程を設けてもよい。
「その他の工程」として、例えば、上述の「その他の成分」を加える工程を挙げることができるがこれに限定されない。
【実施例】
【0056】
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
<A.ポリロタキサンの準備>
ポリロタキサンとして、以下の市販品を用いた。
市販品セルムスーパーポリマーSH2400P(アドバンスト・ソフトマテリアルズ社製、重量平均分子量400000、OHV=76mgKOH/g、直鎖状分子:ポリエチレングリコール(重量平均分子量:20000);環状分子:修飾α-シクロデキストリン(水酸基の一部をヒドロキシプロピル基で置換した後、カプロラクトン基を付加した);封鎖基:アダマンタン基);
市販品セルムスーパーポリマーSH1310P(アドバンスト・ソフトマテリアルズ社製、重量平均分子量180000、OHV=85mgKOH/g、直鎖状分子:ポリエチレングリコール(重量平均分子量:11000);環状分子:修飾α-シクロデキストリン(水酸基の一部をヒドロキシプロピル基で置換した後、カプロラクトン基を付加した);封鎖基:アダマンタン基);
市販品セルムスーパーポリマーSA1313P(アドバンスト・ソフトマテリアルズ社製、重量平均分子量190000、直鎖状分子:ポリエチレングリコール(重量平均分子量:11000);環状分子:修飾α-シクロデキストリン(水酸基の一部をヒドロキシプロピル基で置換した後、カプロラクトン基を付加し、その末端にアクリロイルオキシエチルカルバモイル基を付加した);封鎖基:アダマンタン基);及び
市販品セルムスーパーポリマーSM1313P(アドバンスト・ソフトマテリアルズ社製、重量平均分子量180000、直鎖状分子:ポリエチレングリコール(重量平均分子量:11000);環状分子:修飾α-シクロデキストリン(水酸基の一部をヒドロキシプロピル基で置換した後、カプロラクトン基を付加し、その末端にメタクリロイルオキシエチルカルバモイル基を付加した)。
【0057】
(実施例1)
<ポリウレタン系球状ビーズA1の作製>
2L攪拌機付きセパラブルフラスコに水600gを仕込み、この中にメトローズ90SH-100(ヒドロキシプロピルメチルセルロース、信越化学工業株式会社製)18gを溶解して分散媒を調製した。
これとは別に、ポリロタキサンとしてセルムスーパーポリマーSH2400P 150g、イソシアネート成分としてヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン型ポリイソシアネート 150g、希釈溶剤としてトルエン150g、および触媒としてジブチル錫ジラウレート0.008gを混合して、ビーズ原料組成物を調製した。このビーズ原料組成物中のイソシアネート成分とポリオール成分のモル比(NCO/OH)は3.65であった。
上記で得た分散媒を400rpmで攪拌しながら、上述のビーズ原料組成物を加え、懸濁液を調製した。次いで攪拌継続下に懸濁液を50℃に昇温し、4時間反応させた後、室温まで冷却し、固液分離し、水で充分洗浄した後、70℃で20時間乾燥して、不揮発分99.2%、平均粒径35μmのポリウレタン系球状ビーズA1を得た。
該ポリウレタン系球状ビーズA1は、走査型電子顕微鏡(SEM)により、各ビーズが球状であることがわかった。
【0058】
(実施例2)
<ポリウレタン系球状ビーズA2の作製>
実施例1において、ポリロタキサンとしての「セルムスーパーポリマーSH2400P 150g」の代わりに『セルムスーパーポリマーSH1310P 115g』を用い、且つポリオール成分としてのプラクセル205(2官能ポリカプロラクトン系ポリエステルポリオール、数平均分子量500、ダイセル化学工業株式会社製)40gを用い、イソシアネート成分としてヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン型ポリイソシアネートの量を「150g」から『145g』とした(イソシアネート成分とポリオール成分のモル比(NCO/OH)は2.25)以外、実施例1と同様にして、不揮発分99.0%、平均粒径25μmのポリウレタン系球状ビーズA2を得た。該ポリウレタン系球状ビーズA2は、SEMにより、各ビーズが球状であることがわかった。
【0059】
(実施例3)
<ラジカル重合性基を表面に有するウレタン系球状ビーズA3の作製>
実施例1において、ポリロタキサンとしての「セルムスーパーポリマーSH2400P」の代わりに『セルムスーパーポリマーSM1310P(OHV=13mgKOH/g)』を用い、且つイソシアネート成分としてヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン型ポリイソシアネートの量を「150g」から『16g』とした(イソシアネート成分とポリオール成分のモル比(NCO/OH)は2.25)以外、実施例1と同様にして、不揮発分99.8%、吸油量80、平均粒径28μmのウレタン系球状ビーズA3を得た。ビーズA3の表面にメタクリル基が付与されたビーズであった。
【0060】
(実施例4)
<アクリル系球状ビーズC1の作製>
2L攪拌機付きセパラブルフラスコに水800gを仕込み、この中にメトローズ90SH-100(ヒドロキシプロピルメチルセルロース、信越化学工業株式会社製)20gを溶解して分散媒を調製した。
これとは別に、ポリロタキサンとしてセルムスーパーポリマーSA1313P 112.5g、メタクリル酸メチル245g、エチレングリコールジメタクリレート75g、トルエン35g、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)0.8g、ベンゾイルパーオキサイド0.5gを混合して、ビーズ原料組成物を調製した。
上記で得た分散媒を350rpmで攪拌しながら、窒素雰囲気下で上述のビーズ原料組成物を加え、懸濁液を調製した。次いで攪拌継続下に懸濁液を60℃に昇温し、2時間反応させた後、室温まで冷却し、固液分離し、水で充分洗浄した後、70℃で20時間乾燥して、不揮発分98.7%、平均粒径16μmのアクリル系球状ビーズC1を得た。
該アクリル系球状ビーズC1は、SEMにより、各ビーズが球状であることがわかった。
【0061】
(実施例5)
<アクリル系球状ビーズC2の作製>
実施例4において、セルムスーパーポリマーSA1313PをセルムスーパーポリマーSM1313Pに、メタクリル酸メチルをメタクリル酸n-ブチルに置き換えた以外、実施例4と同様にして、不揮発分99.5%、平均粒径18μmのアクリル球状ビーズC2を得た。
該アクリル系球状ビーズC2は、SEMにより、各ビーズが球状であることがわかった。
【0062】
(比較例1)
実施例1において、ポリロタキサン成分である「セルムスーパーポリマーSH2400P 150g」の代わりに、プラクセル305(3官能ポリカプロラクトン系ポリエステルポリオール、数平均分子量500、ダイセル化学工業株式会社製)15g及びプラクセル205 95gを用い、イソシアネート成分のヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン型ポリイソシアネートの量を「150g」から『190g』に変更した(イソシアネート成分とポリオール成分のモル比(NCO/OH)は2.25)以外、実施例1と同様にして不揮発分99.0%、平均粒径15μmのポリウレタン系ビーズD1を得た。
【0063】
(実施例6)
<アクリル系球状ビーズX1の作製>
(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとしてのアクリル酸n-ブチル(90質量部)と、ラジカル重合性基を有するポリロタキサンとして、セルムスーパーポリマーSA2400C(10質量部)と、反応性界面活性剤としてのラテルムPD-420(1質量部)と、ラジカル重合開始剤としての2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(0.4質量部)及び過酸化ベンゾイル(0.2質量部)とを混合して、油相を調製した。また、水性媒体としてのイオン交換水(200質量部)と、分散剤としてのポリビニルピロリドンK-25(10質量部)とを混合して、水相を調製した。
次に、上記油相を上記水相中に添加した後、ホモジナイザーを用いて乳化分散させることにより、懸濁液を調製した。上記懸濁液を撹拌機及び温度計を備えた重合容器に入れ、回転数500rpmで撹拌しながら、内部温度を50℃に昇温した後、そのまま50℃で3時間撹拌することによって懸濁重合反応を行った。上記重合反応液に、界面活性剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(0.05質量部)を追加添加した後、内部温度を90℃に昇温し、そのまま90℃で1時間撹拌することによって、懸濁重合反応を完了させた。
得られたポリロタキサンを含むアクリル系球状ビーズX1は、SEMにより、平均粒子径10μmの真球状であることを確認した。
【0064】
(実施例7)
<アクリル系球状ビーズX2の作製>
(第1工程)シード粒子の製造
撹拌機及び温度計を備えた反応容器に、純水(400重量部)とシランカップリング剤(16重量部)を添加した後、攪拌しながら55℃まで昇温し、そのままの温度で3時間攪拌することによって、加水分解反応を行った。
これとは別に、純水(600重量部)と25%濃度のアンモニア水(0.2重量部)とを混合することによって、縮合剤溶液を調製した。
上記加水分解反応液中に、上記縮合剤溶液の全量を添加した後、そのままの温度で1時間攪拌して脱水縮合反応させることによって、平均粒子径1.6μm、偏差係数2.9%のシード粒子分散液を得た。
【0065】
(第2工程)アクリル共重合体微粒子の製造
(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとしてのメタクリル酸メチル(90質量部)と、ラジカル重合性基を有するポリロタキサンとしてのセルムスーパーポリマーSA2400C(10質量部)と、重合開始剤としての過酸化ベンゾイル(1質量部)とを混合して、油相を調製した。
また、水性媒体としてのイオン交換水(266質量部)と、分散剤としてのポリビニルアルコール(14質量部)とを混合して、水相を調製した。
次に、上記油相を上記水相中に添加した後、ホモジナイザーを用いて乳化分散させることにより、懸濁液を調製した。
上記懸濁液を撹拌機及び温度計を備えた重合容器に入れ、第1工程で得られたシード粒子分散液の全量を添加した後、回転数200rpmで撹拌を続けることによって、乳化液中のモノマー成分をシード粒子に吸収させた。
その後、内部温度を80℃に昇温した後、そのままの温度で10時間撹拌することによって重合反応を完了させた。
得られたポリロタキサンを含むアクリル系球状ビーズX2は、SEMにより、平均粒子径2.8μmの真球状であることを確認した。また、得られた微粒子をフロー式粒子像分析装置(FPIA)により測定したところ、偏差係数は3.2%であった。
【0066】
(実施例8)
<スチレン系球状ビーズX3の作製>
撹拌機及び温度計を備えた反応容器に、純水(500重量部)とシランカップリング剤(16重量部)を添加した後、攪拌しながら55℃まで昇温し、そのままの温度で3時間攪拌することによって、加水分解反応を行った。
これとは別に、純水(600重量部)と25%濃度のアンモニア水(0.2重量部)とを混合することによって、縮合剤溶液を調製した。
上記加水分解反応液中に、上記縮合剤溶液の全量を添加した後、そのままの温度で1時間攪拌して脱水縮合反応させることによって、平均粒子径1.6μm、偏差係数2.9%のシード粒子分散液を得た。
ラジカル重合性基を有する化合物としてのスチレンモノマー(90質量部)と、ラジカル重合性基を有するポリロタキサンとして、セルムスーパーポリマーSA2400C(10質量部)と、ラジカル重合開始剤としての過酸化ベンゾイル(1質量部)とを混合して、油相を調製した。また、水性媒体としてのイオン交換水(625質量部)およびセチルアルコール(5質量部)と、分散剤としてのポリビニルピロリドンK-30(15質量部)とを混合して、水相を調製した。
次に、上記油相を上記水相中に添加した後、ホモジナイザーを用いて乳化分散させることにより、懸濁液を調製した。上記懸濁液を撹拌機及び温度計を備えた重合容器に入れ、回転数300rpmで撹拌しながら、内部温度を75℃に昇温した後、そのまま75℃で24時間撹拌することによって懸濁重合反応を完了させた。
得られたポリロタキサンを含むスチレン系球状ビーズX3は、SEMにより、平均粒子径6.5μmの真球状であることを確認した。
また、得られた微粒子をフロー式粒子像分析装置(FPIA)により測定したところ、偏差係数は3.8%であった。
【0067】
(実施例9)
<アクリル-シリコーン共重合系球状ビーズX4の作製>
(第1工程)シード粒子の製造
撹拌機及び温度計を備えた反応容器に、RO水(200重量部)とラジカル重合性官能基を有するシランカップリング剤としてのビニルトリメトキシシラン(20重量部)を添加した後、そのまま室温で3時間攪拌し、加水分解反応を行った。
上記反応溶液中に、0.5Mアンモニア水溶液(2重量部)を添加した後、そのままの温度で1.5時間攪拌して脱水縮合反応させる。得られたポリオルガノシロキサンからなる粒子の平均粒子径は1.53μm、偏差係数は1.8%であった。
【0068】
(第2工程)
第1工程の反応溶液中にRO水(1800重量部)を追加添加し、第1工程で得られた粒子が均一に分散するように攪拌した。
これとは別に、ラジカル重合性官能基を有するシランカップリング剤としてのビニルトリメトキシシラン(80重量部)と、メタクリロキシトリメトキシシラン(10重量部)と、ラジカル重合性基を有するポリロタキサンとしてのセルムスーパーポリマーSA2400C(10質量部)とを混合することによって、重縮合活性溶液を調製した。
上記反応溶液を回転数20rpmで撹拌しながら、この上層に、上記重縮合活性溶液の全量を2層の界面が維持できるようにゆっくりと添加した。添加終了後もそのままの温度と回転数で攪拌を継続することによって、シランカップリング剤の加水分解、脱水縮合を行った。
上層が消えて目視で1層となるまで反応を継続した後、28重量%アンモニア水溶液(10重量部)を添加し、そのままの温度ならびに回転数で5時間攪拌を続け、脱水縮合反応を完結させた。
得られたポリロタキサンを含むアクリル-シリコーン共重合系球状ビーズX4は、SEMにより、平均粒子径2.2μmの真球状であることを確認した。また、偏差係数は3.8%であった。
【0069】
(実施例10)
<アクリル系球状ビーズX5の作製>
実施例6において、ラジカル重合性基を有するポリロタキサンとして、セルムスーパーポリマーSA2400Cの代わりにSA1310Pを、分散剤としてポリビニルピロリドンK-25の代わりにポリビニルピロリドンK-90を用いた以外、実施例6と同様にして懸濁重合反応を完了させた。
得られたポリロタキサンを含むアクリル系球状ビーズX5は、走査型電子顕微鏡(SEM)により、平均粒子径800μmの真球状であることを確認した。
【0070】
(比較例2)
<アクリル架橋型球状ビーズCXの作製>
(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとしてのメタクリル酸メチル(95質量部)と、ラジカル重合性基を有する架橋性(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとしてのメタクリル酸ジエチレングリコール(5質量部)と、ラジカル重合開始剤としての2,2’-アゾビスイソブチロニトリル(0.2質量部)及び過酸化ベンゾイル(0.2質量部)とを混合して、油相を調製した。また、水性媒体としてのイオン交換水(200質量部)と、分散剤としてのポリビニルピロリドンK-90(10質量部)およびアルキル硫酸ナトリウム(0.05質量部)とを混合して、水相を調製した。
次に、上記油相を上記水相中に添加した後、ホモジナイザーを用いて乳化分散させることにより、懸濁液を調製した。上記懸濁液を撹拌機及び温度計を備えた重合容器に入れ、回転数500rpmで撹拌しながら、内部温度を50℃に昇温した後、そのまま50℃で3時間撹拌することによって懸濁重合反応を行った。上記重合反応液に、界面活性剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(0.05質量部)を追加添加した後、内部温度を90℃に昇温し、そのまま90℃で1時間撹拌することによって、懸濁重合反応を完了させた。
得られたアクリル架橋型球状ビーズCXは、走査型電子顕微鏡(SEM)により、平均粒子径10μmの真球状であることを確認した。
【0071】
(実施例11)
<ポリウレタン系球状ビーズA2を有する成形品(成形シート)P1の作製>
上記実施例2で作製したポリウレタン系球状ビーズA2 1重量部と熱可塑性ポリウレタン樹脂(Elastollan ET385-10(BASF製))99重量部とから成形品P1を得た。
詳細には、190℃、50rpmの条件下で、熱可塑性ポリウレタン樹脂99重量部を混練したのち、ポリウレタン系球状ビーズA2 1重量部を導入し、1~2分間混練を続けた。成形は160~165℃で行い、150mm×150mm×厚さ2mmの透明な淡黄色の成形シートP1を得た。
得られた成形シートP1の次の特性を測定した。その結果を表1に示す。
【0072】
<引張り強度、破断伸び、応力(100%)、応力(300%)>
得られた成形シートを用いてJIS K7311に準じる方法で万能材料試験機5566型によって引っ張り試験を行い、引張り強度、破断伸び、応力(100%)、応力(300%)を測定した。
<硬度(デュロメータA)>
JIS K7311に準じる方法でデュロメータタイプA HD-1110(上島製作所製)を用いて、硬度(デュロメータA)を測定した。
【0073】
(実施例12)
<ポリウレタン系球状ビーズA2を有する成形品(成形シート)P2の作製>
実施例11において、ポリウレタン系球状ビーズA2と熱可塑性ポリウレタン樹脂との量を、「1.0重量部」と「99.0重量部」から『3.0重量部』と『97.0重量部』に代えた以外、実施例11と同様に、150mm×150mm×厚さ2mmの透明な淡黄色の成形シートP2を得た。
【0074】
(実施例13)
<ポリウレタン系球状ビーズA2を有する成形品(成形シート)P3の作製>
実施例11において、ポリウレタン系球状ビーズA2と熱可塑性ポリウレタン樹脂との量を、「1.0重量部」と「99.0重量部」から『5.0重量部』と『95.0重量部』に代えた以外、実施例11と同様に、150mm×150mm×厚さ2mmの透明な淡黄色の成形シートP3を得た。
【0075】
(比較例3)
実施例11において、ポリウレタン系球状ビーズA2と熱可塑性ポリウレタン樹脂との量を、「1.0重量部」と「99.0重量部」から『0重量部』と『100重量部』に代えた以外、実施例11と同様に、150mm×150mm×厚さ2mmの透明な淡黄色の成形シートCPを得た。
【0076】
【0077】
(実施例14)
<球状ビーズの粘弾性評価>
実施例2及び比較例1で得られた球状ビーズを用いて、微小硬度計(Fischerscope HM2000XYP)による1個の球状粒子の弾性回復率を測定した。各粒子に50μm×50μmの平面圧子で1000mN圧縮した後、同速度で元に戻した直後の粒子の形状の回復率(%)を比較測定した。
その結果、実施例2(ビーズA2)の弾性回復率が87%であり、比較例3(ビーズD1)の弾性回復率が72%であった。
【0078】
(実施例15)
実施例6(ビーズX1)及び比較例2(ビーズCX)で得られた球状ビーズについて、実施例14と同様な機械で、粒径に対して負荷力を加えた結果、ビーズX1では90%以上変形させた場合にも復元するのに対し、アクリル架橋型球状ビーズCXでは変形率が50%を超えるとビーズが破壊してしまった。
【0079】
表1から次のことがわかる。
実施例11~13と比較例3とを比較すると、僅かの微粒子の添加で硬度を維持しながら、実施例11~13のシートの強度が上がったことが明らかである。即ち、本発明のポリウレタン系球状ビーズを含有する成形シートP1~P3は、樹脂の強度を改善できることがわかる。
また、実施例14、実施例15の結果から、ポリロタキサンを含む球状ビーズは、負荷力を加えた場合でも高い変形率を示し、かつ、加えた荷重を除去した場合には高い弾性回復率で復元した。つまり変形に対する形状回復が優れていることが分かった。