JP3016406B2 - コア−シェル型ポリマー及びその製造方法 - Google Patents

コア−シェル型ポリマー及びその製造方法

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  • Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コアとなるポリマー
状微粒子の表面に、異種のポリマーを化学結合によって
固定化したコア−シェル型ポリマーに関する。該コア−
シェル型ポリマーは、塗料、紙加工、接着剤、モザイク
荷電膜、分離用充填剤、触媒、コピー用トナー等の原料
として有用である。
【0002】
【従来の技術】従来、ポリマー球状微粒子表面の改質方
法としては、主には一段目にシード粒子(コア球状微粒
)を先ず調製し、次に目的とする重合性モノマーを上
記コア表面で添加重合する方法が一般的であり、種々の
検討がなされている。
【0003】
【発明が解決しようとしている問題点】従来の単なるポ
リマーの組み合わせによるコア−シェル型ポリマーで
は、コア表面に二段目ポリマー必ずしも固着しなかった
り、或はコア−シェルの成分が逆転した状態、更にはコ
ア−シェルが分離した亜鈴状(ダルマ状)になる場合が
ある。これらの現象の原因は、主にシェル部の凝集エネ
ルギーがコア部より大きい場合に起こりうる現象であ
り、二段目の反応、即ち、モノマー存在時、或はコアに
親和性のある溶媒等が存在時にモノマーがコア−シェル
間で移動し、二段目ポリマーがコア表面に存在しなくな
る場合である。更に、本質的な問題は従来の相分離構造
は相溶しない高分子間においてのみコア−シェル型ポリ
マーが形成される点である。
【0004】具体的には、比率の高いポリマーが連続相
(海)となり、比率の低いポリマーが不連続相(島)と
なり、ほぼ同率付近ではラメラ構造をとることが知られ
ているが、この逆では同一組成で海−島を変えることは
出来ない。従って本発明の目的は、上記の如き問題を解
決し、連続相(海)を直鎖状ポリマー鎖とし、不連続相
(島)をポリマー球状微粒子とし、そのポリマーの比率
を任意に調整することが出来る新しい概念を実現し、海
−島構造において海より島の量が多い場合も可能とな
る、従来にない特性を持つコア−シェル型ポリマーを提
供することである。
【0005】
【問題点を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明
によって達成される。即ち、本発明は、直径が10〜
5,000nmの非架橋又は架橋コアポリマー球状微粒
表面に、コアポリマーとは異種の実質的に直鎖状のシ
ェルポリマーがコアポリマーと第4級化反応によって
し、コアポリマー100重量部に対してシェルポリマ
ーが5〜2,000重量部の割合であることを特徴とす
るコア−シェル型ポリマーである。
【0006】
【作用】コアとなる球状微粒子を調製後に、目的とする
直鎖状ポリマー鎖を該コア表面に化学結合させる為、
状微粒子の表面をシェルポリマーによって確実に修飾す
ること出来る。このことによりコアポリマーの表面を種
々改質することが出来、その結果コアポリマーである
状微粒子の各種媒体への均一分散性或は相溶性等を非常
に広い範囲で任意に調整することが出来、コアポリマー
及びシェルポリマーの優れた特性を有利に引き出す事が
出来る。
【0007】
【好ましい実施態様】次に好ましい実施態様を挙げて本
発明を更に詳しく説明する。本発明のコア−シェル型ポ
リマーにおいて、コアとなる球状微粒子は直径が10〜
5,000nmの範囲、好ましくは20〜1,000n
mの範囲であり、これらのコアの作製方法は特には限定
されないが、代表的な方法はラジカル重合反応であり、
水系及び非水系の何れで重合を行ってもよい。又、重合
時に使用する分散剤は特に限定されず、界面活性剤、両
親媒性モノマー(ソープフリー)等でもよい。
【0008】コアポリマーを調製する為の代表的モノマ
ーとしては、4−ビニルピリジン、2−ビニルピリジ
ン、スチレン、α−メチルスチレン、クロロメチルスチ
レン、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)ア
クリレート、ブチル(メタ)クリレート、ラウリル(メ
タ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、
ヒドロキシ(メタ)アクリレート、酢酸ビニル、エチレ
ン等が挙げられ、これらのモノマーを単独或は共重合し
てポリマーコアを形成する。コアポリマーは後処理によ
っても異なるが、架橋剤をコア100重量部に対して0
〜20重量部、好ましくは15重量部の割合で導入して
コアポリマーを架橋ポリマーとすることも出来る。この
際に使用する架橋剤としては、ジビニルベンゼンやペン
タエリストールポリ(メタ)アクリレート等が挙げら
れる。
【0009】上記コアポリマーの球状微粒子の表面に結
合させるシェルポリマーは、直鎖状であって片末端にコ
アポリマーの官能基と結合し得る適当な官能基を有する
ことが好ましい。これらの官能基としては、アミノ基、
イミノ基、イミジノ基、水酸基、カルボキシル基、エポ
キシ基等が挙げられる、これらの官能基をポリマーへ導
入する方法として、ラジカル重合による開始剤切片を利
用する、イオン重合活性末端への導入或は連鎖移動剤の
利用による等の導入方法が挙げられるが、特にラジカル
重合の場合は、崩壊型連鎖移動剤、例えば、マロン酸誘
導体等のアリル型を用いて片末端に官能基を有するポリ
マーが好ましく得られる。
【0010】シェルポリマーを構成するモノマーとして
は、コアを構成しているモノマー成分と異なるものを用
いる。生成したシェルポリマーを、コアポリマーに結合
させる為に使用する官能基を有する重合体を生じる開始
剤としては、アゾ系、過酸化物系等の開始剤が挙げら
れ、アゾ系としては、例えば、2,2’−アゾビス(2
−メチルプロピノアミジン)ジハイドロクロライド、
2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2プロペニル
プロピアミジン)]ジハイドロクロライド、他に和光
純薬工業(株)の市販品であり、アミド基導入にはVA
−558、環状アミドにはVA−041、VA−04
4、VA−054、VA−058、VA−059、VA
−060、VA−061、水酸基導入にはVA−08
6、VA−082、VA−080、VF−077、カル
ボン酸基導入にはV−501等が挙げられる。
【0011】過酸化物系重合開始剤としては、過酸化水
素が代表的である。連鎖移動剤による官能基の導入方法
としては、チオジグリコール、チオジグリコール酸、チ
オプロピオン酸、チオリンゴ酸等が挙げられる。シェル
ポリマーの使用量は、コアポリマー成分100重量部に
対しての5〜2,000重量部、好ましくは10〜1,
000の範囲である。コアポリマーとシェルポリマーと
の結合は、両者の官能基、例えば、アミノ基、イミノ
基、アミジノ基等の4級化、水酸基とカルボキシル基と
によるエステル化、カルボアミド化、エーテル化等の化
学反応等を組み合わせて行うことが出来るが、好ましく
はアミノ基等の4級化反応を利用する。
【0012】この様にして合成された本発明のコア−シ
ェル型ポリマーは、コア部とシェル部との性能分離が比
較的良好で、コア部/シェル部の性質を分けて発現させ
ることが出来る。例えば、親水/疎水、異種イオンの組
み合わせ等、一種の相分離的性質を持たせることが出
来、且つ従来のコア−シェル型ポリマーは、ポリマーの
混合の比率によって決定されていた相分離構造が、本発
明では任意に調製することが出来る。
【0013】
【実施例】次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説
明する。尚、文中部又は%とあるのは、特に断りのない
限り重量基準である。 参考例A.4−ビニルピリジンミクロゲルの調製 10部の4−ビニルピリジン、1部のジビニルベンゼ
ン、0.2部の2,2’−アゾビス(2−メチル−2−
メチルプロピノアミジン)ジハイドロクロライド及び5
00部の水を1リットルのフラスコに入れて窒素雰囲下
70℃で7時間重合する。得られた重合溶液は乳化状で
あり、透析にて精製するか或は加圧濾過後、水洗洗浄に
よって精製してもよい。乾燥物は水或はメタノールに再
分散させることが出来る。得られるポリマー球状微粒子
の粒径は、乾燥時で約150nm、水中で200nm、
そしてメタノール中で約500nmである。
【0014】B.4−ビニルピリジンミクロゲルの調製 上記Aの調製において架橋剤を0にして合成したポリマ
ーミクロゲルは水に分散するが、メタノールに対しては
溶解する。C.スチレン系ミクロゲルの調製 10部のスチレン、1部の2−ビニルピリジン、0.5
部のジビニルベンゼン及び0.1部の2,2’−アゾビ
ス(2−メチル−2−メチルプロピノアミジン)ジハイ
ドロクロライド及び500部の水をフラスコに入れて6
0℃にてAと同様の操作にて重合させて調製する。
【0015】D.直鎖状ポリスチレンスルホン酸ソーダ
の調製 12部のスチレンスルホン酸ソーダ、4部のアクリルア
ミド部、0.5部の2,2’−アゾビス(2−メチル−
2−メチルプロピノアミジン)ジハイドロクロライド、
0.8部のジアリルマロン酸、1部のクロトンアルデヒ
ド及び100部の水をフラスコに入れて窒素雰囲気下7
0℃で10時間反応後、アセトン−水再沈法によってポ
リマーを精製後常温で乾燥する。得られたポリマーの分
子量約44,000(GPC)であって、該ポリマーは
片末端にアミジノ基を有するポリマーである。E.直鎖状ポリメタクリル酸メチルの調製 10部のメタクリル酸メチル、0.2部の2,2’−ア
ゾビス(2−メチルプロピノアミジン)ジハイドロクロ
ライド、0.4部のジアリルマロン酸、500部の水及
び0.1部のラウリルスルホン酸ソーダを50℃で10
時間で反応後、加圧濾過及び洗浄後減圧乾燥して目的の
ポリマーを得る。
【0016】実施例1 参考例(D)の直鎖状ポリスチレンスルホン酸ソーダ1
部を10部の水に溶かし、この中に0.5部の重炭酸ソ
ーダを溶かし5時間撹拌する。この中に1部のエピブロ
ムヒドリンを添加し、45℃にて10時間反応する。こ
の反応液を透析の操作によって精製する。反応生成物中
の臭素は、アルカリでイオン化し定量したところ、ポリ
マーの片末端に1個付いた時に分子量約40,000と
なり、GPCによる分析結果とほぼ一致した。このポリ
マー水溶液を固形分で5%に調製してその40部をと
り、10部の参考例(A)に示した10%ポリ4−ビニ
ルピリジンメタノール溶液と混合する。常温で24時間
反応後濾過水洗し減圧乾燥した。アルデヒドの定量と透
過電子顕微鏡(TEM)観察より、直鎖状ポリマー
(D)はピリジン表面のみに存在し、10個ピリジンユ
ニットに対して1本の割合で存在している。又、場合に
よってヨ化メチル等によっては完全に窒素原子を四級
化することも出来る。この様にして得られた本発明のコ
ア−シェル型ポリマーは、モザイク荷電膜及び電荷調制
剤として有用である。
【0017】実施例2 実施例1のポリマー(A)を参考例(B)のポリマーに
替え、水に分散(固形分2%)し、実施例1と同様の比
率と操作によって本発明のコア−シェル型ポリマーを得
た。ここで得られコア−シェル型ポリマーのコア部分
は、メタノールの蒸気によって破壊され、フィルム形成
能が大きくなる、又、ジヨードブタン等によって架橋さ
せることが出来、場合によってはヨー化メチル等によっ
て完全に四級化することが出来る。このコア−シェル型
ポリマーの用途としては実施例1と同じである。
【0018】実施例3 参考例(C)に示したポリマーをメタノール中に分散す
る(固形分3%)。エピブロムヒドリンで処理したポリ
マー(D)の水溶液(固形分10%)を固形分比1/
0.5で上記分散液と混合し、反応後加圧濾過及び水洗
し減圧乾燥する。このコア−シェル型ポリマーは水に再
分散させることが出来る。このコア−シェル型ポリマー
分散液をプラスチック或は織布の表面にコーティングす
ると静電防止剤として有効である。
【0019】実施例4 参考例(E)に示したポリマーをメタノール/トルエン
=1/2の混合溶媒に溶かし、エピブロムヒドリンで処
理後、大量のメタノールで析出精製した。その後メタノ
ール/トルエン=1/2の混合溶媒に溶解する。これに
(A)のポリマー(メタノール固形分=10%)を固形
分比(A/E)=2/1で混合して反応処理する。この
コア−シェル型ポリマーはアセトン等に分散させること
が出来、プラスチックの表面にコーティングすると静電
防止剤として有効である。
【0020】
【効果】以上の如き本発明によれば、コアとなる球状微
粒子を調製後に、目的とする直鎖状ポリマー鎖を該コア
表面に化学結合させる為、球状微粒子の表面をシェルポ
リマーによって確実に修飾すること出来る。このことに
よりコアポリマーの表面を種々改質することが出来、そ
の結果コアポリマーである球状微粒子の各種媒体への均
一分散性或は相溶性等を非常に広い範囲で任意に調整す
ることが出来、コアポリマー及びシェルポリマーの優れ
た特性を有利に引き出すことが出来る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−14738(JP,A) 特開 昭63−151354(JP,A) 特開 昭62−227161(JP,A) 特開 平4−358147(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 13/02 C08G 81/02 C08J 3/24 CER

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 径が10〜5,000nmの非架橋又
    は架橋コアポリマー球状微粒子表面に、コアポリマーと
    異種の実質的に直鎖状のシェルポリマーがコアポリマ
    ーと第4級化反応によって連結し、コアポリマー100
    重量部に対してシェルポリマーが5〜2,000重量部
    の割合であることを特徴とするコア−シェル型ポリマ
    ー。
  2. 【請求項2】 コアポリマーはピリジル基を有する重合
    体であり、シェルポリマーはコアポリマーのピリジル基
    と第4級化反応する官能基を片末端に有するポリマーで
    ある請求項1に記載のコア−シェル型ポリマー。
  3. 【請求項3】 コアポリマーはビニルピリジンの単独重
    合体(ホモポリマー)又は、スチレン、α−メチルスチ
    レン、クロロメチルスチレン、メチル(メタ)アクリレ
    ート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)ア
    クリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリ
    ル(メタ)アクリレート、ヒドロキシ(メタ)アクリレ
    ート、酢酸ビニル及びエチレンからなる群から選択され
    る少なくとも1種のモノマーとビニルピリジンとのコポ
    リマーである請求項に記載のコア−シェル型ポリマ
    ー。
  4. 【請求項4】 直径が10〜5,000nmの、非架橋
    又は架橋コアポリマー球状微粒子表面にコアポリマーと
    は異種の実質的に直鎖状のシェルポリマーが連結したコ
    ア−シェル型ポリマーを製造するに際し、上記シェルポ
    リマーと4級化反応を生じる官能基を有する上記の球状
    コアポリマー微粒子の分散液中で、上記コアポリマーと
    上記コアポリマーと4級化反応を生じる官能基をその片
    末端に有するシェルポリマーとを反応させることを特徴
    とするコア−シェル型ポリマーの製造方法
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