(57)【要約】【課題】広い温度領域で発泡させることができる熱膨張性マイクロカプセル、及び広い温度領域で発泡させることができる熱膨張性マイクロカプセル含有組成物を提供する。【解決手段】シェルポリマーの軟化点以下の温度でガス状になる揮発性膨張剤を内包する熱膨張性マイクロカプセルにおいて、シェルポリマーはニトリル系モノマーを７０重量％以上含むモノマー成分から得られ、ニトリル系モノマー中のアクリロニトリルの比率が４０〜８５％であり、揮発性膨張剤のうち分岐鎖状または環状の構造をとる揮発性膨張剤の比率が３０％以上である。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェルポリマーがニトリル系モノマーを７０重量％以上含有するモノマー成分から得られるポリマーであり、該ポリマーの軟化点以下の温度でガス状になる揮発性膨張剤を含む熱膨張性マイクロカプセルであって、ニトリル系モノマー成分に占めるアクリロニトリルの割合が４０〜８５重量％であり、揮発性膨張剤に占める分岐鎖状または環状の構造をとる揮発性膨張剤の割合が３０重量％以上であることを特徴とする熱膨張性マイクロカプセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の目的は、広い温度領域で発泡させることができる熱膨張性マイクロカプセルを提供することにある。すなわち、低温で熱膨張させることができ、高温においても膨張したマイクロカプセルが収縮しにくい熱膨張性マイクロカプセルを提供することにある。
【０００２】
【従来の技術】
熱膨張性マイクロカプセルは軽量化を目的とした塗料やプラスチックの充填材など、種々の分野への用途展開が図られている。熱膨張性マイクロカプセルは、通常、揮発性膨張剤を熱可塑性樹脂によりマイクロカプセル化したものである。
このような熱膨張性マイクロカプセルは、水系分散媒体中で、少なくとも発泡剤と重合性単量体とを含有する重合性混合物を懸濁重合する方法により製造されてきた。重合反応が進むにつれて、生成する重合体によりシェルが形成され、その中に揮発性膨張剤が包み込まれ熱膨張性マイクロカプセルが得られる。
【０００３】
近年、熱膨張性マイクロカプセル単体の利用においても、熱膨張性マイクロカプセルを含有する塗料などの材料においても、より低温度で熱膨張することが求められている。低温で発泡する熱膨張性マイクロカプセルを得るには、低沸点の溶剤を揮発性膨張剤として用いることや、重合体のガラス転移温度（Ｔｇ）が低くなるような重合性単量体を用いることなどが知られている。
また、オーブンなどで加熱して熱膨張をさせる場合、どうしても温度ムラがあり、高温にさらされた部分だけ膨張後のマイクロカプセルが再び収縮してしまう（いわゆる、「へたり」）が生じてしまうといった問題があった。
また、加熱温度が低温であった部分は発泡しないなど品質にムラができ歩留まりが悪いといった問題があった。特に低い温度で熱膨張する従来の熱膨張性マイクロカプセルは、材料の端面だけが高い温度になるような用途では膨張後のマイクロカプセルの「へたり」が生じやすいといった問題が顕著であった。
【０００４】
耐熱性に優れた熱膨張性マイクロカプセルを得る手段としては、例えば特許文１に記載されている手段があげられる。しかしながら、上記手法では耐熱性に優れたマイクロカプセルが得られるが、低温では発泡させることができないといった問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８９４９９０号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低温で熱膨張させることができ、高温においても膨張後のマイクロカプセルが再び収縮しにくく、広い温度領域で発泡させることができる熱膨張性マイクロカプセルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、低い温度で熱膨張させることができる従来の熱膨張性マイクロカプセルは、高温にさらされると揮発性膨張剤がシェルポリマーから抜けてマイクロカプセルがしぼむため「へたり」を生じると考え、揮発性膨張剤がシェルポリマーから抜けにくくするために以下の手段を考えた。
１）揮発性膨張剤としてかさ高い立体構造の分子を選ぶ。
２）シェルポリマーのガスバリア性を高くする。
すなわち、本発明における揮発性膨張剤は、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン等の直鎖状の分子だけからなる揮発性膨張剤ではなく、イソブタン、イソペンタン、ネオペンタン、イソヘキサン、シクロヘキサンなどのような分岐鎖状もしくは環状構造の揮発性膨張剤を含有する。
また、本発明におけるシェルポリマーは、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー成分の割合が高いモノマーから形成される。つまり、揮発性膨張剤がいかにかさ高い立体構造を有していても、シェルポリマーのガスバリア性が高くなければ揮発性膨張剤はシェルポリマーから抜けていくばかりで膨張させることができない。一方、シェルポリマーのガスバリア性が高くても揮発性膨張剤がシェルポリマーから抜けやすい構造であれば高温に加熱され軟化したシェルポリマーから揮発性膨張剤が抜けマイクロカプセルはしぼんでしまう。また、分岐鎖状もしくは環状構造の揮発性膨張剤は一般的に直鎖状の揮発性膨張剤に比べ沸点が低い。したがって、低い温度で熱膨張させたい場合は有利である。
【０００８】
本発明者は、検討の結果、シェルポリマーがニトリル系モノマーを７０重量％以上含有するモノマー成分から得られるポリマーであり、該ポリマーの軟化点以下の温度でガス状になる揮発性膨張剤を含む熱膨張性マイクロカプセルであって、ニトリル系モノマー成分に占めるアクリロニトリルの割合が４０〜８５重量％であり、揮発性膨張剤に占める分岐鎖状または環状の構造をとる揮発性膨張剤の割合が３０重量％以上であることを特徴とする熱膨張性マイクロカプセルが課題を達成しうることを見いだした。
【０００９】
本発明に使用するニトリル系モノマーとしてはアクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリル、α−エトキシアクリロニトリル、フマロニトリルまたはこれらの任意の混合物などが例示される。なかでもアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルが特に好ましい。モノマー成分にしめるニトリル系モノマーの割合は７０重量％以上、好ましくは８０重量％である。７０重量％以下であるとガスバリア性が低下することにより高温で「へたり」が生する。
【００１０】
ニトリル系モノマー中のアクリロニトリル成分は４０重量％以上８５重量％以下、好ましくは５０重量％以上７０重量％以下、さらに好ましくは５５重量％以上６５重量％以下である。上記比率に限定される理由は明らかではないが、重合効率が一般的にあまり高くないニトリル系モノマーの中でもアクリロニトリルは比較的反応性が高い。アクリロニトリルのガスバリア性はメタクリロニトリル等に比べて高くないことからニトリル系モノマー成分の重合効率を高めるとシェルポリマーのガスバリア性が高まるようである。したがって、重合効率の高いニトリル系モノマーとガスバリア性の高いニトリル系モノマーとの比率を最適にすると非常に高いガスバリア性を達成できることを見いだした。
【００１１】
非ニトリル系モノマーとしてはスチレン、α−メチルスチレン、酢酸ビニル、メタクリル酸エステル類、アクリル酸エステル類からなる群から選択される。これらの中で酢酸ビニルが特に好ましい。モノマー成分にしめる非ニトリル系モノマーの割合は３０重量％以下であり、好ましくは２０重量％以下である。
また、モノマー成分には必要に応じ架橋剤を少量添加することも可能である。架橋剤としてはジビニルベンゼン、ジメタクリル酸エチレングリコール、ジメタクリル酸トリエチレングリコール、トリアクリルホルマール、トリメタクリル酸トリメチロールプロパン、メタクリル酸アリル、ジメタクリル酸１，３−ブチルグリコール、トリアリルイソシアネート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等が例示されるが、好ましくはトリメタクリル酸トリメチロールプロパンやジペンタエリスリトールヘキサアクリレートである。モノマー成分にしめる架橋剤の好ましい割合は０．１〜１重量％である。
【００１２】
本発明に係わるマイクロカプセルの壁材は上記の成分にさらに所望により重合開始剤を適宜配合することによって調製される。好適な重合開始剤としてはアゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ｔ−ブチルパーオキサイド、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルワレロニトリル）、  ｔ−ブチルパーオキシビバレート、ジーｓｅｃ−ブチルパーオキシジカーボネート、ジーｔ−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート等があげられる。
【００１３】
マイクロカプセルに内包される揮発性膨張剤は上記のモノマー成分から調製されるポリマーの軟化点（一般的には約１２０〜１５０℃）以下の温度でガス状になる物質であり、例えばプロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、ブテン、ノルマルペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、ノルマルヘキサン、イソヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、２，２−ジメチルヘキサン、石油エーテル、メタンのハロゲン化物（塩化メチル、メチレンクロリド、ＣＣｌ３Ｆ，ＣＣｌ２Ｆ２等）、テトラアルキルシラン（テトラメチルシラン、トリメチルエチルシラン等）などの低沸点液体や、アゾイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）等の加熱により分解してガス状になる化合物が挙げられる。
【００１４】
本発明で用いられる揮発性膨張剤は、分岐鎖状または環状の構造をとる揮発性膨張剤を３０重量％以上含有する。好ましくは５０重量％以上、より好ましくは８０重量％以上である。分岐鎖状または環状の構造を取る揮発性膨張剤とは、例えばイソブタン、イソペンタン、ネオペンタン、イソヘキサン、シクロヘキサン、２，２−ジメチルヘキサンなどの、かさ高い立体構造を有する揮発性膨張剤である。分岐鎖状または環状の構造を有する揮発性膨張剤の割合が３０重量％より少ないと、高温に加熱されたマイクロカプセルに「へたり」が生じてしまう。
【００１５】
熱膨張性マイクロカプセルを製造する方法は特に限定されない。特に好適な方法は、例えば特公昭４２−２６５２４号公報に記載されているような、モノマー、架橋剤、揮発性膨張剤、重合開始剤を混合し水性媒体中に分散させて懸濁重合する方法があげられる。懸濁重合に用いる水性媒体は特に限定されないがシリカ、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム等の無機分散剤を添加してもよく、ジエタノールアミン−アジピン酸縮合物、ゼラチン、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ジオクチルスルホサクシネート、ソルビタンエステル等の有機分散剤を添加してもよい。水性媒体としては脱イオン水が好ましく、酸を加えてｐＨを約３〜４に調整しておくことが好ましい。
【００１６】
【実施例】
以下、「部」は重量部を表す。
（実施例１）
アクリロニトリル５１部、メタクリロニトリル４５部、メタクリル酸メチル１部、酢酸ビニル３部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート０．１７部、イソペンタン２５部、ｔ−ブチルパーオキシビバレート１部、ジーｓｅｃ−ブチルパーオキシジカーボネート０．３部、ジーｔ−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート１．２部からなる油相を作製した。次いで、脱イオン水７３００部、コロイダルシリカ分散液（固形分２０％）１２６０部、重クロム酸カリウム（２．５％水溶液）４５部、ポリビニルピロリドン８部、塩化ナトリウム２２００部、塩酸８．５部からなる水相を作成した。上記油相と水相を混合したのち、ホモジナイザーを使用し、６０００ｒｐｍで５分間ミキシングを行ない、４〜５ｋｇ／ｃｍ２の加圧下、６０℃で２０時間反応させて熱膨張性マイクロカプセルを得た。セントルで予備脱水した後、４０℃に保った静置乾燥機で得られた熱膨張性マイクロカプセルを乾燥し、粉体状の熱膨張性マイクロカプセルを得た。
【００１７】
（実施例２〜７）
モノマーと揮発性膨張剤を表１に示す割合に変更したこと以外は実施例１と同様に行って熱膨張性マイクロカプセルを得た。表１中、単位は重量部である。
【００１８】
（比較例１）
攪拌機付き重合反応器に脱イオン水１００部、コロイダルシリカ分散液（固形分３０重量％）１５部を仕込み、ジエタノールアミンとアジピン酸縮合物（１０％水溶液）２．５部を加えた。重クロム酸カリウム（２．５％水溶液）を加えたのちｐＨ４に調整して水相を調製した。ついで、ネオペンタンを２０重量％含むメチルメタクリレート１００部及び過酸化ベンゾイル０．１部を混合し油相を調製した。この油相を水相に加え攪拌しながら反応させた。ついで濾過を行い熱膨張性マイクロカプセルを取り出した。
【００１９】
（比較例２）
メチルメタクリレート９０部、アクリロニトリル（表１では「ＶＣＮ」と略す）１０部、ジビニルベンゼン０．０２５部の混合物に変更し、揮発性膨張剤をネオペンタンからネオヘキサンに変更した油相を用いたこと以外は、比較例１と同様に行って熱膨張性マイクロカプセルを製造した。
【００２０】
（比較例３）
メチルメタクリレート５０部、アクリロニトリル５０部、ジビニルベンゼン０．０２５部の混合物に変更し、揮発性膨張剤をネオペンタンからネオヘキサンに変更した油相を用いたこと以外は、比較例１と同様に行って熱膨張性マイクロカプセルを製造した。
【００２１】
（比較例４）
アクリロニトリル２４５０部、メタクリル酸メチル４００部、トリアクリルホルマール９部、ｎ−ペンタン５５０部、アゾビスイソブチロニトリル１５部を混合した油相と、脱イオン水６３００部、コロイダルシリカ分散液（固形分２０％、日産化学社製）１０８０部、重クロム酸カリウム（２．５％水溶液）３０部、ジエタノールアミン−アジピン酸縮合物（５０％水溶液、酸価１００ｍｇＫＯＨ／ｇ）４０部、塩化ナトリウム２２００部を混合し塩酸１．５部を加えてｐＨ３．２に調製した水相をホモミキサー（特殊機化工業社製）を用い窒素雰囲気下２ｋｇ／ｍ２に加圧しつつ１００００ｒｐｍで６０秒間攪拌混合した後、窒素置換した容積１５リットルの加圧重合反応容器に仕込み、２ｋｇ／ｍ２に加圧して、６０℃で２０時間反応させた。
【００２２】
水洗と遠心分離を数回繰り返したのち脱水して熱膨張性マイクロカプセルを含む水分３２％の湿潤ケーキを得た。ついで一昼夜風乾して平均粒径２１．４μｍの熱膨張性マイクロカプセルを得た。
【００２３】
（比較例５）
脱イオン水６００部、コロイダルシリカ分散液（固形分２０％）１００部、ジエタノールアミン−アジピン酸縮合物（５０％水溶液）５部を混合し硫酸を用いてｐＨ３の水相を調製した。アクリロニトリル１５０部、メタクリル酸メチル６０部、アクリル酸メチル４０部、イソブタン４５部、ノルマルペンタン２５部、ジイソプロピルオキシジカーボネート５部からなる油相を調製した。水相中で懸濁重合し、平均粒径１６．１μｍの熱膨張性マイクロカプセルを得た。
【００２４】
（比較例６）
アクリロニトリル６０部、塩化ビニリデン１５０部、メタクリル酸メチル４０部、イソブタン５５部、ノルマルペンタン１５部、ジイソプロピルオキシジカーボネート５部からなる油相を調製し、比較例５と同様の水相中で懸濁重合し、平均粒径１１．７μｍの熱膨張性マイクロカプセルを得た。
【００２５】
（比較例７）
アクリロニトリル１７０部、  メタクリル酸メチル１３０部、  イソブタン７０部、  石油エーテル３０部、ジイソプロピルオキシジカーボネート５部を混合し油相を調製し、比較例５と同様の水相中で懸濁重合し、平均粒径１２．７μｍの熱膨張性マイクロカプセルを得た。
【００２６】
【表１】
2004155999.tif 000002
【００２７】
【表２】
2004155999.tif 000003
【００２８】
発泡開始温度、膨張性及び高温での「へたり」の評価方法
ＴＡインスツルメンツ社製  熱機械分析装置  ２９４０型（２９４０  ＴＭＡ）を使用し試料２５０μｇを直径７ｍｍ深さ１ｍｍの円筒状のアルミカップに入れ、上から０．１Ｎの力を加えた状態で８０℃から２２０℃まで５℃／分の昇温速度で加熱した際の加圧端子の垂直方向における変位量を測定した。ここで、変位が観測され始めた温度を発泡開始温度とした。また、最大変位量を下記基準で評価し発泡倍率が高いか膨張性を判断した。
［膨張性の評価基準］
◎：８００μｍ以上
○：５００μｍ以上
△：１００μｍ以上
×：１００μｍ以下
さらに、１７０℃における変位量を下記基準で評価し高温での「へたり」の程度を判断した。
［高温での「へたり」の評価基準］
◎：５００μｍ以上
○：３００μｍ以上
△：１００μｍ以上
×：１００μｍ以下
【００２９】
実施例１〜７、比較例１〜７について評価結果を表２に示す
表２中のニトリル割合は、シェルポリマー中のニトリル系モノマーの含有割合を重量％で表す。表中のアクリロニトリル割合は、ニトリル系モノマーに占めるアクリロニトリルの含有割合を重量％で表す。また、分岐鎖状または環状膨張剤割合は揮発性膨張剤に占める分岐鎖状または環状の構造をとる揮発性膨張剤の含有割合を重量％で表す。
【００３０】
実施例では低温でもマイクロカプセルを熱膨張させることができ発泡倍率も高い。また、高温でも「へたり」が生じなかった。したがって、低温から高温まで広い温度範囲で高い発泡倍率が得られることが確認された。
【００３１】
一方、比較例１、２、６はニトリル系モノマーを含まないまたはわずかしか含まない為にシェルポリマーのガスバリア性がほとんどなく、ほとんど膨張しなかった。
また、比較例３、７はニトリル系モノマーが少なく、かつニトリル系モノマー中のアクリロニトリルの比率が少ない為に、シェルポリマーのガスバリア性が低く、低温でマイクロカプセルは熱膨張するものの発泡倍率は低く高温で「へたり」が生じた。
【００３２】
比較例４は揮発性膨張剤が直鎖状分子である為に分子はかさ高くなくシェルポリマーから抜けやすく、低温で熱膨張しにくく、高温で「へたり」が生じた。
【００３３】
比較例５はニトリル系モノマー成分にしめるアクリロニトリルの割合が高く、ガスバリア性を高める他のニトリル成分が少なくなるためシェルポリマーのガスバリア性が高くなく高温で「へたり」が生じた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の熱膨張性マイクロカプセルは広い温度領域で熱膨張させることができる。したがって、塗料組成物などの樹脂組成物に含有させた場合は広い温度領域で高い発泡倍率が得られる。また、オーブン等の加熱ムラが生じやすい加熱方法であっても加熱ムラに関係なく均一な発泡倍率の発泡体を得ることができる。