JP2006291090A - 中空樹脂微粒子、中空樹脂微粒子の製造方法、及び、複合材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 単孔構造を有し、空隙率が70%以上のエポキシ樹脂からなる中空樹脂微粒子であって、耐圧縮強度が5.0MPa以上である中空樹脂微粒子。
【選択図】 なし
Description
例えば、特許文献2や特許文献3には、熱膨張性マイクロカプセルのシェルとしてニトリル系モノマーを一定量以上用いることで耐溶剤性や耐熱性に優れた熱膨張性マイクロカプセルが得られることが開示されている。
しかしながら、これらの方法により得られる熱膨張性マイクロカプセルは、従来の熱膨張性カプセルに比較して弱冠の耐熱、耐溶剤性に優れるものの依然満足のいくレベルではなかった。また、熱膨張後のマイクロカプセル強度の改善はなされていなかった。
以下に本発明を詳述する。
上記単孔構造を有することにより、本発明の中空樹脂微粒子の内部に形成された空隙は密閉性に優れたものとなり、各種用途に本発明の中空樹脂微粒子を用いた際に、空隙内にバインダー成分や他の成分が侵入して中空率が低下するといった不具合を防止することができる。
なお、本明細書において、「単孔構造」とは、多孔質状等のように複数の空隙を有する場合は含まず、ただ1つの閉じた空隙を有する構造のことをいう。また、以下、本発明の中空樹脂微粒子の空隙以外のエポキシ樹脂で構成された部分を「シェル部」ともいうこととする。
上記エポキシ樹脂としては特に限定されず、例えば、グリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、脂肪族型、脂環式型、ノボラック型、アミノフェノール型、ヒダトイン型、イソシアヌレート型、ビフェノール型、ナフタレン型及びこれらの水添化物、フッ素化物等いずれのエポキシ樹脂であってもよい。
即ち、本発明の中空樹脂微粒子は、エポキシ当量が500以下のエポキシモノマーを60重量%以上含有する熱硬化性モノマーからなる親油性反応性分を、親水性硬化剤を含む極性媒体中に重合性液滴として分散させた分散液を調製する工程、上記重合性液滴界面において上記親油性反応成分と、上記親水性硬化剤とを反応させる工程を有する方法により製造することができる。このような本発明の中空樹脂微粒子の製造方法もまた、本発明の1つである。
これらのエポキシ当量が200以下のエポキシモノマーは、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
これらのエポキシ当量が200を超え500以下のエポキシモノマーは、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
これらのエポキシ当量が500を超えるエポキシモノマーは、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
例えば、上記分散液を加熱して上記親油性反応成分中のエポキシモノマーと親水性硬化剤との反応温度にすることにより、親油性反応成分中のエポキシモノマーと親水性硬化剤とが反応してエポキシ樹脂を生じる。このとき、親油性反応成分を含む重合性液滴と親水性硬化剤を含む極性媒体とは相分離していることから、反応は上記重合性液滴と極性媒体との界面付近においてのみ起こり、生成したエポキシ樹脂からなるシェル部を有し、未反応の親油性成分(及び、上記非重合性化合物)を内包する樹脂微粒子が形成される。
上記得られた樹脂微粒子の内包する未反応の親油性成分を除去する方法としては特に限定されず、例えば、得られた樹脂微粒子の分散液に窒素、空気等の気体を吹き込む方法;系全体を減圧する方法;内包する親油性成分と混合可能な溶媒中において上記親油性成分を抽出除去する等が挙げられる。
更に、温度条件を樹脂微粒子内部の未反応の親油性成分の沸点以上とすることで、内包する未反応の親油性成分を樹脂微粒子から除くこともできる。
また、製造する本発明の中空樹脂微粒子のシェル部は、エポキシ当量が500以下のエポキシモノマーを60重量%以上含有する熱硬化性モノマー、好ましくは、エポキシ当量200以下のエポキシモノマーを10重量%以上含有するエポキシ当量500以下のエポキシモノマーを60重量%以上含有する熱硬化性モノマーからなる親油性反応成分と、親水性硬化剤、好ましくは、炭素数が4〜10のアルキレンジアミンを含有する活性水素当量が50以下のアミン系硬化剤とを反応させてなるものであるため、高い架橋密度を有するものとなり、耐圧縮強度の下限が5.0MPaと高い強度を有し、耐熱性及び耐溶剤性に優れたものとなる。そのため、本発明の中空樹脂微粒子の製造方法により得られた本発明の中空樹脂微粒子は、有機溶剤や可塑剤を含む塗工物や、高温溶融樹脂中に添加することによる成形物、無機物との混練を要する成形物等、従来の中空粒子では使用が困難であった用途において好適に使用することができる。
また、本発明の中空樹脂微粒子は、空隙率が70%以上と高いため、本発明の中空樹脂微粒子を多孔質セラミックフィルタ製造用造孔材として用いると、多孔質セラミックフィルタ製造時の有機成分を除去する脱脂工程において、分解熱及び有機ガスの発生が少なく、脱脂工程における負担を軽減することができる。本発明の中空樹脂微粒子からなる多孔質セラミックフィルタ製造用造孔材もまた、本発明の1つである。
本発明の中空樹脂微粒子と、マトリックス樹脂とを有する複合材もまた、本発明の1つである。
特に、本発明の複合材は、各種塗料、パテ、シーリング剤、及び、射出成形体として好適に用いることができる。なお、本発明の複合材からなる射出成形体もまた、本発明の1つである。
上記射出成形材料としては、溶融可能な熱可塑性樹脂であれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ABS樹脂、AS樹脂、アクリル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、各種ポリアミド樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリブチレンテレフタラート樹脂、超高分子量ポリエチレン樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、各種液晶樹脂、テトラフルオロエチレン/パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体樹脂、エチレン/トリクロロフルオロエチレン共重合体樹脂、及びこれらの共重合体等が挙げられる。
(1)中空樹脂微粒子の調製
エポキシモノマー成分としてエピコート828(エポキシ当量184〜194、ジャパンエポキシレジン社製)20重量部とエピコート630(エポキシ当量90〜105、ジャパンエポキシレジン社製)10重量部と非重合性化合物としてトルエン70重量部を混合・撹拌した混合溶液の全量を、硬化剤成分としてジエチレントリアミン5重量部及びヘキサメチレンジアミン5重量部と、ポリビニルアルコール2重量部とを含有するイオン交換水400重量部に添加し、ホモジナイザーにて攪拌乳化して、平均粒子径50μmの重合性液滴が分散した分散液を調製した。
撹拌機、ジャケット、還流冷却器及び温度計を備えた20L容の重合器を用い、重合器内を減圧して容器内の脱酸素を行った後、窒素置換して内部を窒素雰囲気とした後、得られた分散液を投入し、重合器を80℃まで昇温して重合を開始させた。4時間重合させ、その後1時間の熟成期間をおいた後、重合器を室温まで冷却してエポキシモノマー成分等を内包する樹脂微粒子を含有するスラリーを得た。
得られたスラリーをセントルにて脱水し、その後真空乾燥により樹脂微粒子内部に残存するエポキシモノマー等を除去し中空樹脂粒子を得た。
密度0.9082g/cm3、MFRが30g/10分、共重合部が12重量%のポリプロピレン・エチレンブロック共重合体100重量部に対し、得られた中空樹脂微粒子25重量部を220℃の温度条件において高速ミキサーにおいて充分溶融混練造粒し、射出成形用のペレットを作製した。その後、作製したペレットを射出圧縮成形機を用いて成形圧力10MPa(100kg/cm2)の条件で成形した。
得られた成形体の断面を電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、「S−3500N」)を用いて観察し中空樹脂微粒子の破壊状態を観察した。結果を表1に示す。
炭化ケイ素40重量部、窒化ケイ素50重量部、カーボン粉末10重量部からなるセラミック組成物を混合したものを100体積部とし、それに対し造孔材として得られた中空樹脂微粒子30体積部を添加した。そして、メチルセルロース8重量部及び水を加えて混練後、押出成形可能な坏土とした。
次いで、それぞれのバッチの坏土を、公知の押出成形法により、外形寸法100mm、セル寸法2.0mm、壁厚0.4mmのハニカム構造体を作製した。
作製したハニカム構造体の断面を電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、「S−3500N」)を用いて観察し中空樹脂微粒子の破壊状態を観察した。結果を表1に示す。
エポキシモノマー成分としてエポトートYH−434L(エポキシ当量110〜130、東都化成社製)20重量部と、非重合性化合物としてトルエン80重量部とを混合・撹拌した混合溶液の全量を、硬化剤成分としてエチレンジアミン3重量部及びヘキサメチレンジアミン3重量部と、ポリビニルアルコール2重量部とを含有するイオン交換水400重量部に添加し、ホモジナイザーにて攪拌乳化して、平均粒子径46μmの液滴が分散した分散液を調製した。その後、得られた分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして中空樹脂微粒子を調製し、得られた中空樹脂微粒子を用いた以外は、実施例1と同様にして射出成形体及びハニカム構造体を作製した。
エポキシプレポリマー成分としてエポトートYDCN−704(エポキシ当量195〜220、東都化成社製)10重量部と、非重合性有機溶剤としてトルエン90重量部とを混合・撹拌した混合溶液の全量を、硬化剤のアミン成分としてジエチレントリアミン2重量部及びヘキサメチレンジアミン2重量部と、ポリビニルアルコール2重量部とを含有するイオン交換水400重量部に添加し、ホモジナイザーにて攪拌乳化して、平均粒径64μmの液滴が分散した分散液を調製した。その後、得られた分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして中空樹脂微粒子を調製し、得られた中空樹脂微粒子を用いた以外は、実施例1と同様にして射出成形体及びハニカム構造体を作製した。
中空樹脂微粒子に代えて、熱可塑性の熱膨張性マイクロカプセルである松本油脂製薬社製「熱膨張性マイクロカプセルF−85D」を170℃で1分間加熱したものを用いた以外は、実施例1と同様の方法により射出成形体及びハニカム構造体を作製した。
中空樹脂微粒子に代えて、真密度が0.13g/cm3、体積平均粒子径が62μm、10重量%破壊耐圧強度が3.0MPa(30kg/cm2)のガラスバルーンを用いた以外は、実施例1と同様の方法により射出成形体及びハニカム構造体を作製した。
実施例1〜3及び比較例1、2で得た、中空樹脂微粒子、マイクロバルーン、ガラスバルーン、射出成形体、及び、ハニカム構造体について、以下の方法により評価を行った。結果を表1に示した。
レーザー回折粒度分布計(堀場製作所社製、「LA−910」)を用いて体積平均粒子径を測定した。粉末の任意の場所から3カ所サンプリングし、その平均値を用いた。
密度計(島津製作所社製、「アキュピック1330」)を用いて、微粒子内部の空隙を含む微粒子の真比重を測定し、更に空隙率を計算した。
ASTM−D3102(グリセロール使用)に準拠し、10重量%破壊耐圧強度を測定した。
実施例1〜3及び比較例1、2で得た射出成形体、及び、ハニカム構造体の各断面を電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、「S−3500N」)を用いて観察し、粒子の破壊状態を下記の基準で判定した。
○:潰れなし
△:一部に潰れあり
×:殆ど潰れあり
Claims (8)
- 単孔構造を有し、空隙率が70%以上のエポキシ樹脂からなる中空樹脂微粒子であって、耐圧縮強度が5.0MPa以上であることを特徴とする中空樹脂微粒子。
- 請求項1記載の中空樹脂微粒子の製造方法であって、
エポキシ当量が500以下のエポキシモノマーを60重量%以上含有する熱硬化性モノマーからなる親油性反応性分を、親水性硬化剤を含む極性媒体中に重合性液滴として分散させた分散液を調製する工程、
前記重合性液滴界面において前記親油性反応と、前記親水性硬化剤とを反応させる工程を有する
ことを特徴とする中空樹脂微粒子の製造方法。 - エポキシ当量が500以下のエポキシモノマーは、エポキシ当量が200以下のエポキシモノマーを10重量%以上含有することを特徴とする請求項2記載の中空樹脂微粒子の製造方法。
- 親水性熱硬化剤は、活性水素当量が50以下のアミン系硬化剤であることを特徴とする請求項2又は3記載の中空樹脂微粒子の製造方法。
- 活性水素当量が50以下のアミン系硬化剤は、炭素数が4〜10のアルキレンジアミンを含有することを特徴とする請求項4記載の中空樹脂微粒子の製造方法。
- 請求項1記載の中空樹脂微粒子からなることを特徴とする多孔質セラミックフィルタ製造用造孔材。
- 請求項6記載の多孔質セラミックフィルタ製造用造孔材を用いてなることを特徴とする多孔質セラミックフィルタ。
- 請求項1記載の中空樹脂微粒子とマトリックス樹脂とを有することを特徴とする複合材。
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