(57)【要約】【課題】表面に修飾が可能な二次的反応性官能基が残されているとともに、均一な粒径の高分子微粒子を特殊で大がかりな設備を使用することなく容易に製造する製造方法を提供する。【解決手段】この発明の高分子微粒子の製造方法は、架橋性モノマーを有機溶媒に溶解して原料溶液を得る工程、原料溶液に重合開始剤又は重合開始剤の溶液を添加して反応溶液を得る工程、原料溶液に重合開始剤又は重合開始剤の溶液を添加し、誘導期間中に攪拌して反応溶液を得る工程と、反応溶液を静置した状態で加熱して重合反応させる工程と、を含んでいる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子微粒子の製造方法であって、
架橋性モノマーを有機溶媒に溶解して原料溶液を得る工程と、
原料溶液に重合開始剤又は重合開始剤の溶液を添加し、誘導期間中に攪拌して反応溶液を得る工程と、
反応溶液を静置した状態で加熱して重合反応させる工程と、
を含む高分子微粒子の製造方法。
【請求項２】
原料溶液を得る工程の後に、原料溶液を不活性ガスによりバブリングする工程を含む請求項１に記載の高分子微粒子の製造方法。
【請求項３】
原料溶液が、架橋性モノマーに加えて非架橋性モノマーを含有する請求項１又は請求項２の何れかに記載の高分子微粒子の製造方法。
【請求項４】
架橋性モノマーがジエチレングリコールジメタクリレートである請求項１から請求項３の何れかに記載の高分子微粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粒径が均一な高分子微粒子の製造方法に関し、特に、大規模且つ特殊な設備を必要とせずに、架橋度が高い高分子微粒子を大量に合成できる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミクロンサイズ（0.01〜数10μｍ径程度）の高分子微粒子は、有機顔料、トナー粒子、液晶パネル用スペーサー、分離材料、生化学用担体、標準粒子、化粧品用充填剤、各種添加剤又は配合剤などの用途に幅広く使用されている。そして、これら高分子微粒子は、流動性の確保等の観点から、その粒子径ができるだけ均一であることが求められている。
【０００３】
さて、このようなミクロンサイズの高分子微粒子の製造方法としては、従来から懸濁重合、乳化重合、分散重合等の各種製造方法が知られている（特許文献１及び２を参照。）。ただ、これらの製造方法により均一な粒径の高分子微粒子を製造するに際には、反応溶液に添加する界面活性剤や安定剤の量など、反応溶液の組成を微妙に調製する必要があった。したがって、化学物質や生体物質を固定して生化学用坦体として使用するための、表面修飾が可能な二次的反応性官能基が残された高分子微粒子を、製造することは困難であった。
【０００４】
このような欠点を解消して、表面修飾が可能な高分子微粒子を製造する方法として、従来から、架橋性モノマーであるジエチレングリコールジメタクリレートを含む有機溶媒に放射線(ガンマー線)を照射して、高分子微粒子を製造する方法が研究されている（非特許文献１〜３を参照。）。
【０００５】
この放射線による重合方法は、二次的反応性官能基が表面に残された均一な粒径の高分子微粒子を、界面活性剤や安定剤を添加しない架橋性モノマーと有機溶媒のみの均一系から、溶液を撹拌せずに製造することはできる。しかし、放射線照射施設を必要とするため、容易に且つ低価格の製造することは困難であるとの問題点があった。
【０００６】
一方、モノマーと溶媒の系から、ラジカル重合法により高分子微粒子を大量に製造する方法としては熱重合が一般的である。なお、熱重合による微粒子合成は、モノマー、高分子微粒子は溶解しない溶媒、不均一溶液を安定させる界面活性剤か高分子微粒子の結合を防ぐ安定剤、ラジカルを発生する重合開始剤などを使用し、これらを反応容器に入れ、ラジカルと反応して連鎖反応を停止する酸素を窒素バブリング等によって除去し、攪拌とともに加熱してラジカル重合反応を行うものである。このように、熱重合による高分子微粒子の製造は、複雑な溶液組成の調製や合成反応中の撹拌操作を必要とするため、均一な粒径の高分子微粒子は製造するのが困難であるとの問題点があった。
【特許文献１】特開昭５９−１８１３０１号公報
【特許文献２】特開昭６３−３１６７６６号公報
【非特許文献１】吉田ら（ M. Yoshida ）、「有機溶媒存在下における放射線重合により製造した高分子微粒子の特徴（character of polymer microspheres prepared by radiation-induced polymerization in the presence of organic solvents）」、放射線物理および化学（Radiat.Phys.Chem.）、エルゼヴィア出版（Elsevier）、１９８７年、第３０巻、第１号、ｐ．３９−４５
【非特許文献２】仲（Y.Naka）ら、「放射線重合による微粒子の製造  １.単分散ポリジエチレングリコールジメタクリレートの形成機構（Preparation of Microspheres by Radiation-Induced Polymerization. 1.Mechanism for the Formation of Monodisperse Poly(diethylene glycol dimethacrylate) Microspheres）、高分子科学雑誌 A部（J.Polym.Sci., Part A, Polym. Chem. Ed.）、米国、Jone Wily & Sons, Inc.、１９９１、第２９巻、第８号、ｐ．１１９７−１２０２
【非特許文献３】仲（Y.Naka）ら、「放射線重合による微粒子の製造  ２．微粒子の成長機構（Preparation of Microspheres by Radiation-Induced Polymerization. 2. Mechanism of Microsphere Growth.）」、高分子科学雑誌 A部（J. Polym. Sci., Part A, Polym. Chem. Ed.）、米国、Jone Wily & Sons, Inc.、１９９２年、第３０巻、第７号、ｐ．１２８７−１２９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、従来からある高分子微粒子の製造方法の欠点を解消し、表面に修飾が可能な二次的反応性官能基を有しているとともに、均一な粒径の高分子微粒子を特殊で大がかりな設備を使用することなく容易、かつ大量に製造できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、鋭意研究の結果、架橋性モノマーを一定の条件下で熱重合することにより、放射線照射設備などの特殊な設備を使用しなくても、前記高分子微粒子が製造できることを見出した。
【０００９】
すなわち、この発明は、架橋性モノマーを有機溶媒に溶解して原料溶液を得る工程と、原料溶液に重合開始剤又は重合開始剤の溶液を添加して反応溶液を得る工程と、原料溶液に重合開始剤又は重合開始剤の溶液を添加し、誘導期間中に攪拌して反応溶液を得る工程と、反応溶液を静置した状態で加熱して重合反応させる工程と、を含む高分子微粒子製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の高分子微粒子製造方法は、放射線照射設備など特殊な設備を使用しないため、合成スケールを大きくすることが容易である。したがって、表面修飾された高分子微粒子が容易、かつ大量に製造できるようになり、その製造コストを下げることができる。また、この発明により製造した高分子微粒子は、その表面に様々な官能基を付加させ、それら官能基と反応する化学物質や生体物質により表面修飾することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明は、架橋性モノマーを有機溶媒に溶解して原料溶液を得る工程、原料溶液に重合開始剤又は重合開始剤の溶液を添加して反応溶液を得る工程、原料溶液に重合開始剤又は重合開始剤の溶液を添加し、誘導期間中に攪拌して反応溶液を得る工程と、反応溶液を静置した状態で加熱して重合反応させる工程と、の各工程を含んでいる。
【００１２】
（架橋性モノマー）
この発明で使用する架橋性モノマーとしては、ジエチレングリコールジメタクリレートなどを例示することができる。
【００１３】
なお、モノマーとして、前記架橋性モノマーに加えて、スチレンモノマー、アクリルアミド、アクリル酸およびメチルアクリレート等のアクリル酸エステル類、メタアクリル酸およびメチルメタクリレート等のメタアクリル酸エステル類などの非架橋性モノマーを加えてもよい。また、無水マレイン酸、グリシジルメタクリレート、ヒドロキシルエチルメタクリレート、メタクリロイオキシエチルイソシアネート、アクリロイルオキシエチルイソシアネート等の二次的反応性反応性をもつ非架橋性モノマーを加えてもよい。
【００１４】
（有機溶媒）
この発明で使用する有機溶媒としては、架橋性モノマーを初めとするモノマー、重合開始剤、その他の必要な助剤を溶解し、かつ重合後の高分子微粒子は溶解しないものであれば特に制限することなく使用することができる。このような有機溶媒としては具体的には、架橋性モノマーに対する良溶媒が挙げられ、好ましくは酢酸エチル、酢酸プロピルなどのエステル類、アセトン、アセトニトリル、ジエチルケトンなどのケトン類などを例示することができる。
【００１５】
有機溶媒の使用量は、モノマーの合計100重量部に対し、300〜5000重量部程度であり、好ましくは500〜2000重量部程度である。有機溶媒の使用量が、300重量部未満の場合には形状が悪化して溶液全体がゲル化するとの問題が生じ、5000重量部を越えると微粒子が形成しない、十分な収量を得ることができない等の問題が生じる。
【００１６】
（重合開始剤）
この発明で使用する重合開始剤としては、油溶性の公知のラジカル重合開始剤であれば特に限定するとなく使用できる。このような重合開始剤としては、クメンハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ｏ−クロロベンゾイルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、３，５，５−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイドなどの有機過酸化物、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）、４，４’−アゾビス（４−シアノペンタン酸）、２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリルなどのアゾ化合物、及びこれら重合開始剤の誘導体類などを例示することができる。
【００１７】
また、重合開始剤の使用量は、原料溶液100重量部に対し、0.1〜5重量部程度であり、0．1〜1重量部とすることが好ましい。重合開始剤の使用量が0.1重量部未満の場合には、重合反応が不十分となる、重合に長時間を要する等の問題が生じ、5重量部を超えると、逆に収率が変わらないか低下する、急激な反応の進行によって形状の悪い粒子が形成する等の問題が生じる。なお、重合開始剤は、原料溶液への溶解を短時間に行うため、原料溶液とは別に有機溶媒に溶解しておく方法も可能である。そして、溶解に使用する有機溶媒としては、原料溶液に使用したものと同一のものが好ましい。
【００１８】
（高分子微粒子の製造）
高分子微粒子は、上述の架橋性モノマーなどのモノマー、有機溶媒、重合開始剤などから以下の手順によって製造する。
【００１９】
（１）原料溶液等の調製
モノマーを有機溶媒に溶解して反応溶液とし、この反応溶液を反応容器に入れ、使用する重合開始剤がラジカルを発生する温度（重合温度）まで反応容器ごとで昇温する。一方、重合開始剤、重合開始剤を溶解した溶液は、当該重合開始剤がラジカルを発生する温度より少し低い温度、具体的には40〜120℃程度で保存する。
【００２０】
（２）反応溶液の調製
原料溶液が入った反応容器に重合開始剤又は重合開始剤の溶液を添加して、攪拌することにより均一化し、反応溶液を得る。なお、反応溶液を攪拌するのは、誘導期間（重合開始剤を添加してから重合反応が開始するまでの期間）中のみである。ここで、通常の熱重合とは異なり重合反応中に攪拌を止めてしまうのは、生成した高分子微粒子同士が癒着するのを防いで、均一な高分子微粒子を得るためである。
【００２１】
（３）重合反応
（２）で均一化した反応溶液の入った反応容器を、重合温度に設定された恒温槽等に漬けて一定時間攪拌することなく静置する。一定時間経過後、反応容器を冷却して合成反応を停止して、メンブレンフィルターなどにより高分子微粒子をろ過し、ろ過した高分子微粒子を溶媒で洗浄する。
【００２２】
このようにして製造された高分子微粒子の粒径は、公知の方法、例えば、走査型電子顕微鏡によって高分子微粒子を観察することにより、測定することができる。また、高分子微粒子の粒径のばらつきは、例えば、CV値（％）｛（標準偏差／平均粒径）×100｝の大小によって評価することができ、その値としては好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下である。
【００２３】
なお、この発明は前記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した発明の技術的範囲内で様々な変更を加えることができる。
【００２４】
例えば、原料溶液を得る工程の後に、原料溶液を窒素ガスなどの不活性ガスでバブリングしてもよい。なお、バブリングにより、原料溶液中に含まれる酸素を追い出して、原料溶液中の酸素濃度を調節し、重合反応が始まるまでの時間（誘導期間）を調整することができる。具体的には、長時間バブリングすることによって誘導期間は短くなり、反対に短い時間バブリングすることによって誘導期間は長くなる。
【００２５】
そのため、従来からある熱重合法により高分子微粒子を製造する場合と比較して、より短い時間だけバブリングすれば、誘導期間が長くなり、重合開始時の反応溶液の温度、重合開始剤の濃度分布をより均一にし、形状や粒径分布の良い高分子微粒子を得ることができる。
【００２６】
以下に、この発明を実施例に従ってさらに詳しく説明するが、この発明の特許請求の範囲は如何なる意味においても下記の実施例により限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
（１）原料溶液の調製
ジエチレングリコールジメタクリレート(新中村化学製) 50.0 gを容積 500 mlのガラス容器（反応容器）に入れ、溶媒である酢酸エチル (アルドリッチ製) 400 g を注いで溶解したのち、反応容器の蓋を閉めて60℃まで加熱した。
【００２８】
（２）重合反応
原料溶液の温度が60℃に到達したのち、反応容器の蓋を開いて2,2’-アゾビスイソブチロニトリル(アルドリッチ製) 1.5 g を添加した。添加後、速やかに反応溶液を攪拌して重合開始剤を溶解させ反応溶液を得た。反応容器の蓋を密閉して反応容器を恒温槽（60℃）に入れて静置し、重合反応を進行させた。2時間10分後、反応容器を恒温槽から静かに取り出して蓋を開けて空気を入れたのち、反応容器を冷凍庫（-10℃）に入れ冷却し、重合反応を停止させた。最後に、反応溶液をメンブレンフィルターでろ過して高分子微粒子を分離したのち、高分子微粒子を酢酸エチルで洗浄して乾燥させた。
【００２９】
なお、重合反応経過の観察から、誘導期間が終わって微粒子が生成し始めるまでの時間が10分から20分程度であること、この時間は反応容器の空間部分に残っている空気の量に依存すること、具体的には、空気量が多いときには重合反応が促進され、空気量が少ないときには重合反応が抑制されることが分かった。
【００３０】
（３）評価
その後、高分子微粒子の重量から反応収量、反応収率を測定した。また、走査型電子顕微鏡（日立製S-2250N）により高分子微粒子を観察して粒径を測定した。その結果、反応収量は38.2 g、反応収率は76.4  %、粒径は1.13±0.10μｍであった。また、CV値（%）は8.8 %であった。
【実施例２】
【００３１】
（１）原料溶液及び触媒溶液の調製
ジエチレングリコールジメタクリレート(新中村化学製) 50.0 g及びスチレンモノマー(アルドリッチ製) 2.0 gを容積 500 mlのガラス容器（反応容器）に入れ、これに溶媒である酢酸エチル (アルドリッチ製) 350 g を注いで溶解したのち、反応容器の蓋を閉めて60℃まで加熱し、原料溶液（以下、A液と省略する。）とした。また、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル(アルドリッチ製)2.5 g を別の容器に入れ、酢酸エチル溶液(アルドリッチ製)25 mlを注いで溶解し触媒溶液(以下、B液と省略する。)とした。なお、B液は室温で保管した。
（２）重合反応
A 液の入った反応容器を60℃付近に加熱したのち、反応容器にB液を注いで混合し、反応容器を恒温槽(60℃)に120分間静置した。120分後、反応容器を氷冷することによって合成反応を停止した。最後に、反応溶液をメンブレンフィルターでろ過して、高分子微粒子を分離したのち、高分子微粒子を酢酸エチルで洗浄して乾燥させた。
【００３２】
（３）評価
その後、実施例１と同様の方法により、高分子微粒子の反応収量、反応収率、及び粒径を測定した。その結果、反応収量は42.6 g、反応収率は81.9 %、粒径は1.67±0.13 μｍであった。また、CV値（％）は7.8 %であった。
【実施例３】
【００３３】
（１）原料溶液及び触媒溶液の調製
ジエチレングリコールジメタクリレート(新中村化学製) 10.2 g及びメタクリロイオキシエチルイソシアネート(昭和電工製) 4.2 gを容積 100 mlのガラス容器（反応容器）に入れ、これに溶媒である酢酸エチル (アルドリッチ製) 78 g を注いで溶解したのち、反応容器の蓋を閉めて60℃まで加熱し、原料溶液（以下、A液と省略する。）とした。また、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル(アルドリッチ製)  0.3 g を別の容器に入れ、酢酸エチル溶液(アルドリッチ製)6 mlを注いで溶解し触媒溶液(以下、B液と省略する。)とした。なお、B液は室温で保管した。
【００３４】
（２）重合反応
A 液の入った反応容器を60℃付近に加熱したのち、反応容器にB液を注いで混合し、反応容器を恒温槽(60℃)に120分間静置した。120分後、反応容器を氷冷することによって合成反応を停止した。最後に、反応溶液をメンブレンフィルターでろ過して、高分子微粒子を分離したのち、高分子微粒子を溶媒で洗浄して乾燥させた。
【００３５】
（３）評価
その後、実施例１と同様の方法により、高分子微粒子の反応収量、反応収率、及び粒径を測定した。その結果、反応収量は10.5 g、反応収率は73 %、粒径は1.93±0.15 μｍであった。また、CV値（％）は7.8 %であった。