JP4535736B2 - 刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセル及びその製造方法 - Google Patents
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Description
「機能性高分子ゲルの製造と応用」シーエムシー出版、p87〜125、1987年11月5日発行
(1)刺激応答性高分子ゲルと水性液体との混合物に、塩化カルシウム及びアルギン酸ナトリウムを加えることにより、刺激応答性高分子ゲルと水性液体との混合物をアルギン酸カルシウム膜(第1カプセル膜)で被覆してなる第1カプセル粒子の水性分散液を製造する工程、及び
(2) 上記工程(1)で製造される第1カプセル粒子のアルギン酸カルシウム膜(第1カプセル膜)の表面に、無機系被膜(第2カプセル膜)を形成する工程、
を含むことを特徴とする刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセルの製造方法であって、前記工程(2)において、(1)で製造される第1カプセル粒子の水分散液にpH8.5〜9.0で粒子径10〜20μmであるシリカゾル、イソシアナト基を有するシランカップリング剤及び硬化触媒を加えて無機被膜を形成することを特徴とする刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセルの製造方法。
本発明で用いられる刺激応答性高分子ゲルとは、上述したようにpH、イオン濃度強度、化学物質の吸脱着、溶媒の添加または熱、光、電流もしくは電界の付与等によって体積変化(膨潤、収縮)を起こす高分子ゲル材料を意味する。中でも、熱刺激によって体積変化する温度応答性高分子ゲルが好ましい。
本発明の刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセルを、表示素子、記録素子、調光素子等に用いる場合には、前記の刺激応答性高分子ゲルに顔料や染料あるいは光散乱材料などの調光用材料を添加することが好ましい。さらにこのような調光材料の添加量としては、刺激応答性高分子ゲルの乾燥時または収縮時に、飽和吸収濃度あるいは飽和散乱濃度以上となる量を添加することが好ましい。
本発明の刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセルは、少なくとも刺激応答性高分子ゲルと水性液体との混合物を内包したカプセル(粒子)である。なお、該水性液体は高分子ゲルの膨潤状態を変化させることから、単に膨潤液と呼ぶ場合もある。
第1カプセル膜は、親水性高分子を主成分とする膜により構成される。親水性高分子としては、アルギン酸系高分子、セルロース系高分子、澱粉系高分子などの多糖類高分子、ポリビニルアルコール系高分子、ポリビニルピロリドン系高分子、ポリエチレングリコール系高分子、ポリアクリルアミド系高分子、ポリアクリル酸系高分子、ポリアクリレート系高分子などの合成高分子等が使用できる。また、これらの高分子の化学的、物理的架橋体も好ましい。
第2カプセル膜は、上記の第1カプセル粒子の第1カプセル膜の表面に、無機系連続被膜として形成される。すなわち、第2カプセル膜は、第1カプセル膜の表面全体を被覆する無機系被膜で構成される。この第2カプセル膜は、上記第1カプセル膜材料とは異なり、容易に分解したりせず、水分、有機溶剤等を透過し難い無機系の材料で連続被膜として構成される点に特徴を有している。
R1 nSi(OR2)4-n (I)
(式中、R1は炭素数1〜8のアルキル基、又はアリール基、R2は炭素数1〜5のアルキル基、nは、1又は2である。)
で示されるオルガノシラン及び/又はその液状の部分加水分解縮合物である。
(1)熱による刺激応答性高分子ゲルの粒子を、以下に示すように、逆相懸濁重合によって製造した。主モノマーとして、N−イソプロピルアクリルアミド10g、架橋剤として、メチレンビスアクリルアミド0.05gを用い、これに蒸留水20g、過硫酸アンモニウム0.1gを添加し、攪拌混合して水溶液を調製した。ソルビトール系界面活性剤(ソルゲン50:第一工業製薬(株)製)2.0gをシクロヘキサン200mlに溶解した溶液を窒素置換された反応容器に加え、これに、先に調製した水溶液を添加し、回転式攪拌羽根を用いて高速攪拌して乳化させた。乳化後、反応系の温度を20℃に調節し、さらに攪拌しながら、これにテトラメチルエチレンジアミンの50%水溶液を添加し、重合を行なった。重合後、生成した高分子ゲル粒子を回収し、純水で洗浄を行なった。洗浄後、ゲル粒子を、ポリオキシエチレンアルキルエーテル構造を有するノニオン界面活性剤LS-106(花王(株)製)を3重量部含む水溶液1500重量部中に置換した。
(2)攪拌機を取り付けた三口フラスコに塩化カルシウムの飽和水溶液2000mlを加えて500rpmで撹拌する。刺激応答性高分子ゲル粒子(固形分2重量%)水性分散液100重量部、アルギン酸ソーダ2重量部、イオン交換水98重量部を混合したものを滴下漏斗に仕込み、1時間かけて塩化カルシウムの飽和水溶液中に滴下した。滴下直後から粒子が生成し始め、結果、平均粒子径1mmのアルギン酸カルシウム膜カプセル化刺激応答性高分子ゲル粒子の水性分散液を得た。
(3)この第1層アルギン酸カルシウム膜カプセル化刺激応答性高分子ゲル粒子の水性分散液を濃縮して固形分濃度10重量%とした水性分散液100重量部、コロイダルシリカC(日産化学社製スノーテックスC)50重量部、γ―イソシアナトプロピルトリメトキシシラン25重量部、触媒として0.1N塩酸水溶液5重量部、界面活性剤としてソルビトール系界面活性剤(ソルゲン50:第一工業製薬(株)製)1重量及びトルエン50重量部を調整した。これを800rpmで撹拌混合し、50℃で24時間反応した。結果、粒径分布:10〜70μm、平均粒径:約35μmの第1層アルギン酸カルシウム膜/第2層有機−無機複合材料膜をカプセル化した含刺激応答性高分子ゲルマイクロカプセルを得た。
実施例1のγ―イソシアナトプロピルトリメトキシシランに代えてγ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いる以外は実施例1と同様にしてマイクロカプセルを作製した。
実施例1のγ―イソシアナトプロピルトリメトキシシランに代えてγ―グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いる以外は実施例1と同様にしてマイクロカプセルを作製した。
実施例1のスノーテックスC(pH:8.5〜9.0、粒子径10〜20μm、固形分20重量%)に代えて、スノーテックス20L(pH:9.5〜11.0、粒子径40〜50μm、固形分20重量%)(コロイダルシリカ;日産化学社製)を用いる以外は実施例1と同様にしてマイクロカプセルを作製した。
実施例1からγ―イソシアナトプロピルトリメトキシシランを除き、実施例1と同様にしてマイクロカプセルを作製した。
実施例1から全ての壁材材料を除き、刺激応答性高分子ゲル粒子自身をそのまま使用した。
実施例1で得られたカプセル化刺激応答性高分子ゲル50重量部を、水100重量部に分散した分散液、又はN,N-ジメチルホルムアミド100重量部に分散したDMF分散液を、それぞれビーカーに入れて、70℃のウオーターバス中に浸積して加温し体積変化特性を目視評価にて確認した。刺激応答性高分子ゲルの体積変化特性は、室温では分散液が着色状態であるが、刺激応答性高分子ゲルを水中で加熱して70℃で分散液がほぼ無色状態に可逆的に変化する特性を指す。評価の基準は下記に示す通りである。
10:12より体積変化がやや遅いが実用上問題ないレベル
8:10より体積変化がやや鈍感に発色するが実用上問題ないレベル
6:体積変化が非常に遅く実用上使用できないレベル
4:部分的に体積変化するが実用上使用できないレベル
2:極微量体積変化するがほとんどが体積変化しない
1:体積変化しない
Claims (6)
- 刺激応答性高分子ゲルを2層のカプセル膜でカプセル化してなる刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセルであって、該2層のカプセル膜が、刺激応答性高分子ゲルと水性液体との混合物を被覆して形成される親水性高分子膜(第1カプセル膜)と該第1カプセル膜表面に形成される無機系被膜(第2カプセル膜)とからなることを特徴とする刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセルであって、前記第2カプセル膜がpH8.5〜9.0で粒子径10〜20μmであるシリカゾル、イソシアナト基を有するシランカップリング剤及び硬化触媒を用いて形成された無機系被膜である刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセル。
- 前記第1カプセル膜が、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウムとを用いて形成されたアルギン酸カルシウム膜である請求項1に記載の刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセル。
- 球形であり平均粒子径が3〜550μmである請求項1又は2に記載の刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセル。
- 前記第1カプセル膜と第2カプセル膜を併せた被覆層の膜厚が1〜20μmである請求項1又は2に記載の刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセル。
- 刺激応答性高分子ゲルを2層のカプセル膜でカプセル化してなる刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセルを製造する方法であって、
(1) 刺激応答性高分子ゲルと水性液体との混合物に、塩化カルシウム及びアルギン酸ナトリウムを加えることにより、刺激応答性高分子ゲルと水性液体との混合物をアルギン酸カルシウム膜(第1カプセル膜)で被覆してなる第1カプセル粒子の水性分散液を製造する工程、及び
(2) 上記工程(1)で製造される第1カプセル粒子のアルギン酸カルシウム膜(第1カプセル膜)の表面に、無機系被膜(第2カプセル膜)を形成する工程、
を含むことを特徴とする刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセルの製造方法であって、前記工程(2)において、(1)で製造される第1カプセル粒子の水分散液にpH8.5〜9.0で粒子径10〜20μmであるシリカゾル、イソシアナト基を有するシランカップリング剤及び硬化触媒を加えて無機被膜を形成することを特徴とする刺激応答性高分子ゲル含有マイクロカプセルの製造方法。 - 前記工程(1)において、水性液体中の刺激応答性高分子ゲルの濃度が0.1〜20重量%であり、前記工程(2)において、水性分散液中の第1カプセル粒子の濃度が1〜20重量%であり、pH8.5〜9.0で粒子径10〜20μmであるシリカゾルの配合量が前記水性分散液100重量部に対し5〜30重量部、反応配向剤の配合量が前記水性分散液100重量部に対し10〜50重量部、硬化触媒の配合量が前記水性分散液100重量部に対し0.005〜0.1重量部である請求項5に記載の製造方法。
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