JP7179863B2 - ビニル系樹脂粒子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
項1.
熱硬化性樹脂の多孔化に使用されるビニル系樹脂粒子であって、
空気雰囲気下、10℃/分で昇温した際の10%質量減少時の温度が、230℃以上300℃未満であり、
空気雰囲気下、350℃で5時間加熱後の質量減少率が、85~100%である、ビニル系樹脂粒子。
項2.
個数平均粒子径が0.1~3μmの範囲である、項1に記載のビニル系樹脂粒子。
項3.
前記個数平均粒子径の変動係数が25%以下である、項1又は2に記載のビニル系樹脂粒子。
項4.
個数基準の中位径(D50)の2~10倍の個数平均粒子径を有する粒子の個数割合が0~5%の範囲である、項1~3のいずれか1項に記載のビニル系樹脂粒子。
項5.
前記ビニル系樹脂粒子が、単官能単量体単位及び多官能単量体単位からなる重合性ビニル系単量体単位を有する重合体であり、
前記重合性ビニル系単量体単位中は、前記単官能単量体単位100質量部に対して、前記多官能単量体単位を8~150質量部含有する、項1~4のいずれか1項に記載のビニル系樹脂粒子。
項6.
前記単官能単量体単位が、単官能スチレン系単量体単位及び単官能(メタ)アクリル系単量体単位の少なくとも一方であり、
前記多官能単量体単位が、多官能スチレン系単量体単位及び多官能(メタ)アクリル系単量体単位の少なくとも一方である、項5に記載のビニル系樹脂粒子。
項7.
前記単官能(メタ)アクリル系単量体単位が、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位であり、エステルに結合しているアルキル基の炭素数が1~10である、項6に記載のビニル系樹脂粒子。
項8.
項1~7のいずれか1項に記載のビニル系樹脂粒子であって、
該ビニル系樹脂粒子と水との質量の割合を1:10として分散させたときのpHが3~9である、ビニル系樹脂粒子。
項9.
項1~8のいずれか1項に記載のビニル系樹脂粒子であって、下記式(1)で表されるRsp値が5以上150以下である、ビニル系樹脂粒子。
Rsp=(Rav-Rb)/Rb ・・・(1)
Rav:下記の測定方法1で得られる横緩和時間T2(ms)の平均値の逆数
Rb :下記の測定方法2で得られる横緩和時間T2(ms)の逆数
[測定方法1]
前記ビニル系樹脂粒子及び第1の有機溶剤を1:3の質量比で混合してなるビニル系樹脂粒子分散液と、固形分濃度が18±1質量%のポリイミド前駆体溶液と、第2の有機溶剤とを、6:3.61:1.8の質量比で混合してなるポリイミド前駆体のワニスについて、測定核を水素原子核とし、測定温度20℃、共鳴周波数13MHz及び90°パルス幅5.81μsとする測定条件で、CPMG法により、前記ワニスに由来するプロトンの横緩和時間T2(ms)を繰り返し3回測定してその平均値を算出し、該平均値の逆数をRavとする。
[測定方法2]
第1の有機溶剤と、固形分濃度が18±1質量%のポリイミド前駆体溶液と、第2の有機溶剤とを、4.5:3.61:1.8の質量比で混合してなるブランク溶液について、測定核を水素原子核とし、測定温度20℃、共鳴周波数13MHz及び90°パルス幅5.81μsとする測定条件で、CPMG法により、前記ブランク溶液に由来するプロトンの横緩和時間T2(ms)を繰り返し3回測定してその平均値を算出し、該平均値の逆数をRbとする。
項10.
項1~9のいずれか1項に記載のビニル系樹脂粒子の製造方法であって、
種粒子に、第1の重合性ビニル系単量体を吸収させてシード重合を行うことにより、前記第1の重合性ビニル系単量体の重合体粒子と水性媒体とを含有する水性分散液を得るシード重合工程、
前記シード重合工程で得られた水性分散液を、入口温度が80~220℃及び出口温度が50~100℃の条件で、噴霧乾燥して集合体を得る噴霧乾燥工程、及び
前記噴霧乾燥工程で得られた集合体を解砕することにより、ビニル系樹脂粒子を得る解砕工程、を含み、
前記シード重合工程において、前記第1の重合性ビニル系単量体は単官能単量体及び多官能単量体を含み、且つ前記第1の重合性ビニル系単量体は、前記単官能単量体100質量部に対して、前記多官能単量体を8~150質量部含有する、ビニル系樹脂粒子の製造方法。
項11.
前記シード重合工程で得られた前記重合体粒子を分級する第1分級工程、及び前記解砕工程で得られたビニル系樹脂粒子を分級する第2の分級工程の少なくとも一方を含む、項10に記載のビニル系樹脂粒子の製造方法。
項12.
項1~9のいずれか1項に記載のビニル系樹脂粒子の製造方法であって、
水性媒体中、第2の重合性ビニル系単量体を乳化重合することにより、前記第2の重合性ビニル系単量体の重合体粒子と前記水性媒体とを含有する水性分散液を得る乳化重合工程、
前記乳化重合工程で得られた水性分散液を、入口温度が80~220℃及び出口温度が50~100℃の条件で、噴霧乾燥して集合体を得る噴霧乾燥工程、及び
前記噴霧乾燥工程で得られた集合体を解砕することにより、ビニル系樹脂粒子を得る解砕工程、
を含む、ビニル系樹脂粒子の製造方法。
項13.
前記乳化重合工程で得られた水性分散液に窒素含有化合物を添加することにより、前記水性分散液のpHを3~9に調整するpH調整工程を含む、項12に記載のビニル系樹脂粒子の製造方法。
項14.
前記乳化重合工程で得られた前記重合体粒子を分級する第1分級工程、及び前記解砕工程で得られたビニル系樹脂粒子を分級する第2分級工程の少なくとも一方を含む、項12又は13に記載のビニル系樹脂粒子の製造方法。
本発明のビニル系樹脂粒子は、空気雰囲気下、10℃/分で昇温した際の10%質量減少時の温度が、230℃以上300℃未満であり、且つ空気雰囲気下、350℃で5時間加熱後の質量減少率が、85%~100%であるという特性を有する。
本発明のビニル系樹脂粒子は、示差熱熱重量同時測定装置(以下、TGA装置とも称する。)によって、空気雰囲気下、10℃/分の昇温速度で40℃から500℃まで加熱した時の、10%質量減少時の温度(10%熱分解温度)が、230℃以上300℃未満であり、且つ空気雰囲気下、10℃/分の昇温速度で40℃から350℃まで昇温した後、350℃で5時間加熱した時の、質量減少率が、85%~100%である。
本発明のビニル系樹脂粒子は、個数平均粒子径が0.15~1.5μmであることが好ましい。当該範囲内であれば、本発明のビニル系樹脂粒子を使用して多孔化された熱硬化性樹脂の膜を形成した場合、多孔化された熱硬化性樹脂の膜の機械的強度及び断熱性が向上する。
本発明のビニル系樹脂粒子は、個数平均粒子径の変動係数が25%以下であることが好ましい。当該範囲内であれば、本発明のビニル系樹脂粒子を使用して多孔化された熱硬化性樹脂の膜を形成した場合、多孔化された熱硬化性樹脂の膜の機械的強度が向上する。
本明細書において、粗大粒子割合とは、本発明のビニル系樹脂粒子の全個数に対する個数基準の中位径(D50)の2~10倍の個数平均粒子径を有する粒子の個数割合を意味する。
本発明のビニル系樹脂粒子は、単官能単量体単位及び多官能単量体単位からなる重合性ビニル系単量体単位を有する重合体であることが好ましい。中でも特に、当該重合性ビニル系単量体単位は、当該単官能単量体単位100質量部に対して、当該多官能単量体単位を8~150質量部含有することが好ましい。
本発明において、本発明のビニル系樹脂粒子と水との質量の割合を1:10として、当該ビニル系樹脂粒子を当該水に分散させたときの分散液(当該ビニル系樹脂粒子の分散体)のpHが3~9であることが好ましく、pHが4~8であることがより好ましく、pHが4.5~7.5であることが更に好ましく、pHが5~7であることが特に好ましい。
本発明のビニル系樹脂粒子は熱硬化性樹脂の多孔化に使用される。熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンエーテル樹脂、ジビニルベンジルエーテル樹脂、ポリアリレート樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ベンゾオキサゾール樹脂、ビスマレイミド樹脂、アクリレート樹脂等が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂の中でも、本発明のビニル系樹脂粒子は、特に、ポリイミド樹脂の多孔化材として好適に使用することができる。本発明のビニル系樹脂粒子をポリイミド樹脂の多孔化材として使用した場合、ポリイミド樹脂の膜に均一な空孔を形成することができる。
本発明においては、ビニル系樹脂粒子のRsp値を、当該ビニル系樹脂粒子と熱硬化性樹脂前駆体溶液との親和性を示す指標として用いている。
Rsp=(Rav-Rb)/Rb
Rsp=(Rav-Rb)/Rb ・・・(1)
Rav:下記の測定方法1で得られる横緩和時間T2(ms)の平均値の逆数
Rb :下記の測定方法2で得られる横緩和時間T2(ms)の逆数
[測定方法1]
本発明のビニル系樹脂粒子及び第1の有機溶剤を1:3の質量比で混合してなるビニル系樹脂粒子分散液と、固形分濃度が18±1質量%のポリイミド前駆体溶液と、第2の有機溶剤とを、6:3.61:1.8の質量比で混合してなるポリイミド前駆体のワニスについて、測定核を水素原子核とし、測定温度20℃、共鳴周波数13MHz及び90°パルス幅5.81μsとする測定条件で、CPMG法(Carr-PurcellMeiboom-Gill法)により、当該ワニスに由来するプロトンの横緩和時間T2(ms)を繰り返し3回測定してその平均値を算出し、該平均値の逆数をRavとする。
[測定方法2]
第1の有機溶剤と、固形分濃度が18±1質量%のポリイミド前駆体溶液と、第2の有機溶剤とを、4.5:3.61:1.8の質量比で混合してなるブランク溶液について、測定核を水素原子核とし、測定温度20℃、共鳴周波数13MHz及び90°パルス幅5.81μsとする測定条件で、CPMG法により、当該ブランク溶液に由来するプロトンの横緩和時間T2(ms)を繰り返し3回測定してその平均値を算出し、該平均値の逆数をRbとする。
Rsp=(Rav-Rb)/Rb ・・・(1)
Rav:下記の測定方法1で得られる横緩和時間T2(ms)の平均値の逆数
Rb :下記の測定方法2で得られる横緩和時間T2(ms)の逆数
[測定方法1]
本発明のビニル系樹脂粒子及び第1の有機溶剤としてNMP、GBL又はDMACを1:3の質量比で混合してなるビニル系樹脂粒子分散液と、固形分濃度が18±1質量%のポリイミド前駆体溶液と、第2の有機溶剤としてNMP、GBL又はDMACとを、6:3.61:1.8の質量比で混合してなるポリイミド前駆体のワニスについて、測定核を水素原子核とし、測定温度20℃、共鳴周波数13MHz及び90°パルス幅5.81μsとする測定条件で、CPMG法(Carr-PurcellMeiboom-Gill法)により、当該ワニスに由来するプロトンの横緩和時間T2(ms)を繰り返し3回測定してその平均値を算出し、該平均値の逆数をRavとする。但し、上記第1の有機溶剤及び上記第2の有機溶剤は、同一の溶媒である。
[測定方法2]
上記測定方法1で使用した第1の有機溶剤と、固形分濃度が18±1質量%のポリイミド前駆体溶液と、上記測定方法1で使用した第2の有機溶剤とを、4.5:3.61:1.8の質量比で混合してなるブランク溶液について、測定核を水素原子核とし、測定温度20℃、共鳴周波数13MHz及び90°パルス幅5.81μsとする測定条件で、CPMG法により、当該ブランク溶液に由来するプロトンの横緩和時間T2(ms)を繰り返し3回測定してその平均値を算出し、該平均値の逆数をRbとする。
以下、本発明のビニル系樹脂粒子の製造方法A及び製造方法Bについて詳細に説明する。なお、本発明は以下の製造方法に限定されるものではない。
製造方法Aとは、(1)シード重合工程、(2)噴霧乾燥工程、及び(3)解砕工程をこの順で有するビニル系樹脂粒子の製造方法である。さらに、製造方法Aでは、シード重合工程において、第1の重合性ビニル系単量体は単官能単量体及び多官能単量体を含み、且つ当該第1の重合性ビニル系単量体は、当該単官能単量体100質量部に対して、当該多官能単量体を8~150質量部含有する。
製造方法Aにおいて、シード重合工程とは、種粒子に、第1の重合性ビニル系単量体を吸収させてシード重合を行うことにより、第1の重合性ビニル系単量体の重合体粒子と水性媒体とを含有する水性分散液を得る工程(重合体粒子を含むスラリー)である。
製造方法Aにおいて、噴霧乾燥工程とは、上記シード重合工程で得られた上記水性分散液(重合体粒子を含むスラリー)を、スラリー入口温度が80℃~220℃及び粉体出口温度が50℃~100℃の条件で、噴霧乾燥して集合体を得る工程である。
製造方法Aにおいて、解砕工程とは、噴霧乾燥工程で得られた集合体を解砕することにより、ビニル系樹脂粒子を得る工程である。
製造方法Aは、上記シード重合工程で得られた水性分散液中の重合体粒子を分級する第1分級工程、及び上記解砕工程で得られたビニル系樹脂粒子を分級する第2分級工程の少なくとも一方を含むことが好ましい。
製造方法Aは、上記シード重合工程で得られた上記水性分散液(重合体粒子を含むスラリー)に、窒素含有化合物を添加することにより、上記水性分散液のpHを3~9に調整する工程を含むことが好ましい。
製造方法Bとは、(1)乳化重合工程、(2)噴霧乾燥工程、及び(3)解砕工程をこの順で有するビニル系樹脂粒子の製造方法である。以下、これらの工程について具体的に説明する。
製造方法Bにおいて、乳化重合工程とは、水性媒体中、第2の重合性ビニル系単量体を乳化重合することにより、第2の重合性ビニル系単量体の重合体粒子と水性媒体とを含有する水性分散液(重合体粒子を含むスラリー)を得る工程である。
製造方法Bにおいて、噴霧乾燥工程とは、上記乳化重合工程で得られた水性分散液(重合体粒子を含むスラリー)を、入口温度が80℃~220℃及び出口温度が50℃~100℃の条件で、噴霧乾燥して集合体を得る工程である。
製造方法Bにおいて、解砕工程とは、噴霧乾燥工程で得られた集合体を解砕することにより、ビニル系樹脂粒子を得る工程である。
製造方法Bは、上記乳化重合工程で得られた、上記水性分散液(重合体粒子を含むスラリー)に、窒素含有化合物を添加することにより、上記水性分散液のpHを3~9に調整するpH調整工程を含むことが好ましい。
製造方法Bは、上記乳化重合工程で得られた水性分散液中の重合体粒子を分級する第1分級工程、及び上記解砕工程で得られたビニル系樹脂粒子を分級する第2分級工程の少なくとも一方を含むことが好ましい。
以下、多孔質膜の製造方法について詳細に説明する。なお、多孔質膜の製造方法は以下の製造方法に限定されるものではない。
多孔質膜の製造方法において、工程(1)とは、本発明のビニル系樹脂粒子及び熱硬化性樹脂前駆体を含有する多孔質膜形成用塗工液を調製する工程である。
多孔質膜の製造方法において、工程(2)とは、基材上に、工程(1)で調製した多孔質膜形成用塗工液を塗工し、本発明のビニル系樹脂粒子を含有する未焼成複合膜を形成する工程である。
多孔質膜の製造方法において、工程(3)とは、工程(2)で形成した未焼成複合膜を焼成して多孔質膜を形成する工程である。
得られたビニル系樹脂粒子2gを20gのイオン交換水に添加し、試験管ミキサー(アズワン株式会社製、「試験管ミキサーTRIO HM-1N」)及び超音波ホモジナイザー(日本エマソン株式会社製、「BRANSON SONIFIER 450 Advanced」)を用いて分散させ、分散体としたものを使用した。
種粒子の個数平均粒子径は、レーザー回折散乱方式粒度分布測定装置(型番「LS230」、ベックマン・コールター株式会社製)で測定した。具体的には、種粒子分散液(種粒子合成例1で得られたスラリーA、又は種粒子合成例2で得られたスラリーB)0.1gと2質量%アニオン性界面活性剤溶液20mlとを、試験管に投入した。その後、試験管ミキサー(アズワン株式会社製、「試験管ミキサーTRIO HM-1N」)及び超音波洗浄器(アズワン株式会社製、「ULTRASONIC CLEANER VS-150」)を用いて5分間かけて分散させ、分散液を得た。得られた分散液をレーザー回折散乱方式粒度分布測定装置により、超音波を照射しながら、分散液中の種粒子の個数平均粒子径を測定した。
<レーザー回折散乱方式粒度分布測定装置の測定条件>
媒体=水
媒体の屈折率=1.333
固体の屈折率=種粒子の屈折率
PIDS相対濃度:40~55%
ビニル系樹脂粒子の個数平均粒子径は、コールターMultisizerTM4e(ベックマン・コールター株式会社製測定装置)により測定した。測定は、ベックマン・コールター株式会社発行のMultisizerTM4eユーザーズマニュアルに従って校正されたアパチャーを用いて実施した。
ビニル系樹脂粒子の個数平均粒子径の変動係数(CV値)を以下の数式によって算出した。
ビニル系樹脂粒子の個数平均粒子径の変動係数=[(ビニル系樹脂粒子の個数基準の粒度分布の標準偏差)/(ビニル系樹脂粒子の個数平均粒子径)]×100
ビニル系樹脂粒子の全個数に対する個数平均粒子径の中位径D50の2~10倍の粒子径範囲に存在する粒子個数割合は、個数平均粒子径の測定方法と同様に、コールターマルチサイザー4e(ベックマン・コールター株式会社製測定装置)により測定する。
粗大粒子の割合(ビニル系樹脂粒子の全個数に対する個数基準の中位径D50の2~10倍の粒子径範囲に存在する粒子個数割合)は、以下のようにして求めた。
10%質量減少時の温度(10%熱分解温度とも称する)は示差熱熱重量同時測定装置「TG/DTA6200型」(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を用いて測定した。まず、アルミ製測定容器の底にすきまのないように、試料となるビニル系樹脂粒子を約15mg充てんして、空気流量200mL/minの下、アルミナを基準物質とした。その後、速度10℃/分で40℃から500℃まで昇温した時の質量減少曲線(TG/DTA曲線)を得た。得られた曲線からTGA装置付属の解析ソフトを用いて、この測定により得られた質量減少曲線から10%質量が減少した時の温度を読み取り、10%熱分解温度とした。
上記示差熱熱重量同時測定装置を用いて測定した。まず、アルミ製測定容器の底にすきまのないように、試料となるビニル系樹脂粒子を約15mg充てんして、空気流量200mL/minの下、アルミナを基準物質とした。その後、速度10℃/分で40℃から350℃まで昇温した後、350℃で5時間加熱した時の、質量減少挙動を測定した。この測定により得られた質量減少曲線から350℃で5時間加熱直後の質量減少を読み取ることで、質量減少率を求めた。
測定用試料としてビニル系樹脂粒子を含有するポリイミド前駆体のワニス5mLを採取し、コーンプレート型粘度計(ブルックフィールド社製、型番:DV2TCP)にて、スピンドル回転数10rpm、25℃下で20秒間保持して表示される数値が安定したところを粘度値として採用した。測定時のスピンドルは、CPA-42Zスピンドルを使用し、トルクオーバーが確認されたワニスにおいてはCPA-51Zスピンドルを用いて測定した。測定前条件として、脱泡攪拌機(クラボウ社製、商品名:マゼルスターKK、型番:250S)で3分間攪拌脱泡したポリイミド前駆体のワニスを使用した。なお、以下の試験例1~9ではCPA-42Zスピンドルを使用し、試験例10~13ではCPA-51Zスピンドルを用いた。
ポリイミド多孔質膜について走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、10,000倍の倍率で観察することでビニル系樹脂粒子が焼失して形成される空孔(ポリイミド多孔質膜の空孔部)が形成できているかを判断した。ポリイミド多孔質膜の空孔部を無作為に100個選び、SEMの側長ツールを用いて測定を行い、ポリイミド多孔質膜の空孔部の長径及び短径を測定した。そして、(ポリイミド多孔質膜の空孔部の長径+ポリイミド多孔質膜の空孔部の短径)/2=ポリイミド多孔質膜の空孔部の平均空孔径(以下、単に「平均空孔径」とも称する)と定義した。更に、製造されたポリイミド多孔質膜を拡大顕微鏡にて確認し、ポリイミド多孔質膜の膜表面の最大膜厚と最小膜厚とを拡大顕微鏡の測長ツールにて測定した。
攪拌装置と温度計とを備えた重合器内で、単官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてのメタクリル酸メチル(MMA)20gと、分子量調整剤としてのn-オクチルメルカプタン0.4gとを混合した油相を作成した。(以下、油相1と称する)。一方、攪拌装置と温度計とを備えた異なる重合器内で、水性媒体としてのイオン交換水80gと、単官能スチレン系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてのスチレンスルホン酸ナトリウム0.072gと、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.1gとを用意した。その後、異なる重合器内に、油相1を添加し、攪拌しながら70℃まで昇温した。その後、攪拌を継続し、且つ内温70℃で12時間ソープフリー重合を行い、スラリーAを得た。得られたスラリーA中の種粒子(ポリメタクリル酸メチル粒子)の個数平均粒子径は0.28μmであった。
攪拌装置と温度計とを備えた重合器内で、単官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてのメタクリル酸メチル(MMA)30gと、分子量調整剤としてのn-オクチルメルカプタン0.6gとを混合した油相を作成した。(以下、油相2と称する)。一方、攪拌装置と温度計とを備えた異なる重合器内で、水性媒体としてのイオン交換水70gと、単官能スチレン系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてのスチレンスルホン酸ナトリウム0.21gと、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.15gとを用意した。その後、異なる重合器内に、油相2を添加し、攪拌しながら80℃まで昇温した。その後、攪拌を継続し、且つ内温80℃で4時間ソープフリー重合を行い、その後100℃に昇温した。その後、攪拌を継続し、且つ内温100℃で1時間重合を行い、スラリーBを得た。得られたスラリーB中の種粒子(ポリメタクリル酸メチル粒子)の個数平均粒子径は0.195μmであった。
<ビニル系樹脂粒子Aの製造例>
攪拌装置と温度計とを備えた重合器内で、単官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてのメタクリル酸イソブチル20.9gと、多官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてのエチレングリコールジメタクリレート8.9gと、重合開始剤としての2,2-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.15gとを混合して、単量体混合液を得た。
<装置条件>
重合体粒子を含むスラリー供給速度:25mL/min
アトマイザ回転数:12000rpm
風量:2m3/min
入口温度(スプレードライヤーに備えられた、重合体粒子を含むスラリーが噴霧されて導入される重合体粒子を含むスラリー投入口の温度):150℃
出口温度(スプレードライヤーに備えられた、ビニル系樹脂粒子の集合体が排出される粉体出口温度):70℃
<ビニル系樹脂粒子Bの製造例>
表1に示すように、単官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてアクリル酸n-ブチルを20.3g、アクリル酸2-エチルヘキシルを0.3g、アクリル酸メチルを0.3g使用し、多官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてエチレングリコールジメタクリレートを8.6g使用し、酸化防止剤としてペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート(PETG)を0.3g使用した以外は、実施例1と同一の条件で、シード重合を行い、重合体粒子を含むスラリーを得た。
<ビニル系樹脂粒子Cの製造例>
表1に示すように、単官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてメタクリル酸メチルを16.4g、単官能スチレン系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてスチレンを0.3g、多官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてエチレングリコールジメタクリレートを8.6g使用した以外は、実施例1と同一の条件で、シード重合を行い、重合体粒子を含むスラリーを得た。
<ビニル系樹脂粒子Dの製造例>
表1に示すように、単官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてメタクリル酸メチルを12.9g、多官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてエチレングリコールジメタクリレートを5.5g、2,2-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)を0.09g、イオン交換水を73.5g、種粒子合成例2で得られたスラリーBを8.1g使用した以外は、実施例1と同一の条件で、シード重合を行い、重合体粒子を含むスラリーを得た。
<ビニル系樹脂粒子Eの製造例>
表1に示すように、単官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてメタクリル酸イソブチルを14.9g、多官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてエチレングリコールジメタクリレートを14.9g使用した以外は、実施例1と同一の条件で、シード重合を行い、重合体粒子を含むスラリーを得た。
<ビニル系樹脂粒子Fの製造例>
攪拌装置と温度計と窒素ガス導入管とを備えた重合器内で、水性媒体としてのイオン交換水80gと重合開始剤としての過硫酸アンモニウム0.1gとを混合して混合液を得た。当該重合器内に、単官能(メタ)アクリル系単量体(第2の重合性ビニル系単量体)としてのメタクリル酸メチル14gと多官能(メタ)アクリル系単量体(第2の重合性ビニル系単量体)としてのメタクリル酸アリル6gとを、上記混合液に添加し、攪拌下に窒素ガス導入管から窒素ガスをバブリングさせながら70℃まで昇温した。その後、攪拌を継続し、且つ内温70℃で12時間ソープフリー乳化重合を行い、重合体粒子を含むスラリー(第2の重合性ビニル系単量体の重合体粒子と上記水性媒体とを含有する水性分散液)を得た。得られた重合体粒子を含むスラリーのpHをハンディメータ(D-51S:堀場製作所社製)で測定するとpHは2であった。
<装置条件>
重合体粒子を含むスラリー供給速度:25mL/min
アトマイザ回転数:9000rpm
風量:2m3/min
入口温度(スプレードライヤーに備えられた、重合体粒子を含むスラリーが噴霧されて導入される重合体粒子を含むスラリー投入口の温度):130℃
出口温度(スプレードライヤーに備えられた、ビニル系樹脂粒子の集合体が排出される粉体出口温度):60℃
<ビニル系樹脂粒子Gの製造例>
表1に示すように、単官能スチレン系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてスチレンを29.6g、多官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてエチレングリコールジメタクリレートを0.2g使用した以外は、実施例1と同一の条件で、シード重合を行い、重合体粒子を含むスラリーを得た。
<ビニル系樹脂粒子Hの製造例>
表1に示すように、単官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてメタクリル酸メチルを29.6g、多官能(メタ)アクリル系単量体(第1の重合性ビニル系単量体)としてエチレングリコールジメタクリレートを0.2g使用した以外は、実施例1と同一の条件で、シード重合を行い、重合体粒子を含むスラリーを得た。
<ビニル系樹脂粒子Iの製造例>
表1に示すように、単官能(メタ)アクリル系単量体(第2の重合性ビニル系単量体)としてメタクリル酸メチルを19.8g、多官能(メタ)アクリル系単量体(第2の重合性ビニル系単量体)としてのメタクリル酸アリルを0.2g使用した以外は、実施例6と同一の条件で、シード重合を行い、重合体粒子を含むスラリーを得た。
<ビニル系樹脂粒子Aが分散したポリイミド前駆体のワニスの作製>
ビーカー内で、実施例1で得られたビニル系樹脂粒子A8gと、第1の有機溶剤としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)24gとを混合することにより、ビニル系樹脂粒子Aの分散液を調製した。異なるビーカー内で、ポリイミド前駆体溶液としてのNMP溶液(固形分濃度18±1質量%、宇部興産社製、U-ワニスA)3.61gと、第2の有機溶剤としてのNMP1.8gとを混合し、調製したビニル系樹脂粒子Aの分散液6gを添加した。その後、脱泡撹拌機(クラボウ社製、商品名:マゼルスターKK、型番:250S)で15分間攪拌脱泡し、ビニル系樹脂粒子Aが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスAと称する)を得た。
ビーカー内で、第1の有機溶剤としてのNMP4.5gと、ポリイミド前駆体溶液としてのNMP溶液(固形分濃度18±1質量%、宇部興産社製、U-ワニスA)3.61gと、第2の有機溶剤としてのNMP1.8gとを混合し、脱泡撹拌機で15分間攪拌脱泡し、ブランク溶液Aを得た。
ポリイミド前駆体のワニスA及びブランク溶液Aを、異なるNMRチューブにサンプリングした。その後、ポリイミド前駆体のワニスAについて、パルスNMR粒子界面特性評価装置(「Acron Area」、Xigo nanotools社製)によって、測定核を水素原子核とし、測定温度20℃、共鳴周波数13MHz及び90°パルス幅5.81μsとする測定条件で、CPMG法(Carr-PurcellMeiboom-Gill法)により、ポリイミド前駆体のワニスAに由来するプロトンの横緩和時間T2(ms)を繰り返し3回測定してその平均値を算出した。当該平均値は60.5(ms)であったため、当該平均値の逆数をRav値とした。即ち、Rav値は1/[60.5(ms)]であった。
Rsp=(Rav-Rb)/Rb ・・・(1)
ポリイミド前駆体のワニスAを多孔質膜形成用塗工液として、シリコーン塗布されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムに、塗工機(IMC-70F0-C型;井元製作所社製)及びアプリケーター(ベーカーアプリケーターYBA型;ヨシミツ精機社製)を用いて塗工した。その後、60℃で1時間乾燥して第1及び第2の有機溶剤を取り除くことにより、ビニル系樹脂粒子を含有する未焼成複合膜(膜厚:約32μm)を得た。
第1及び第2の有機溶剤としてγ-ブチロラクトン(GBL)を使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Aが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスBと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Bと称する)を作製した。
ビニル系樹脂粒子Bを使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Bが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスCと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Cと称する)を作製した。
ビニル系樹脂粒子Bを使用し、第1及び第2の有機溶剤としてN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)を使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Bが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスDと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Dと称する)を作製した。
ビニル系樹脂粒子Cを使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Cが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスEと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Eと称する)を作製した。
ビニル系樹脂粒子Dを使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Dが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスFと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Fと称する)を作製した。
ビニル系樹脂粒子Dを使用し、第1及び第2の有機溶剤としてN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)を使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Dが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスGと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Gと称する)を作製した。
ビニル系樹脂粒子Eを使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Eが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスHと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Hと称する)を作製した。
ビニル系樹脂粒子Fを使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Fが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスIと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Iと称する)を作製した。
ビニル系樹脂粒子Gを使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Gが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスJと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Jと称する)を作製した。
ビニル系樹脂粒子Gを使用し、第1及び第2の有機溶剤としてγ-ブチロラクトン(GBL)を使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Gが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスKと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Kと称する)を作製した。
ビニル系樹脂粒子Hを使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Gが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスLと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Lと称する)を作製した。
ビニル系樹脂粒子Iを使用した以外は、試験例1と同一の条件で、ビニル系樹脂粒子Iが分散したポリイミド前駆体のワニス(以下、ポリイミド前駆体のワニスMと称する)及びブランク溶液(以下、ブランク溶液Mと称する)を作製した。
各実施例、各比較例及び各試験例の評価結果等を表1及び2に示す。表1及び表2中、粒子A~粒子Iとは、それぞれビニル系樹脂粒子A~ビニル系樹脂粒子Iを意味する。表1中、粗大粒子の割合(%)とは、ビニル系樹脂粒子の全個数に対する個数基準の中位径D50の2~10倍の粒子径範囲に存在する粒子個数割合(%)を意味する。
Claims (12)
- ポリイミド樹脂の多孔化用ビニル系樹脂粒子であって、
空気雰囲気下、10℃/分で昇温した際の10%質量減少時の温度が、230℃以上300℃未満であり、
空気雰囲気下、350℃で5時間加熱後の質量減少率が、85~100%であり、
前記ビニル系樹脂粒子が、単官能単量体単位及び多官能単量体単位からなる重合性ビニル系単量体単位を有する重合体であり、
前記重合性ビニル系単量体単位中、前記単官能単量体単位100質量部に対して、前記多官能単量体単位を18~150質量部含有し、
前記単官能単量体単位が、単官能スチレン系単量体単位及び単官能(メタ)アクリル系単量体単位の少なくとも一方であり、
前記多官能単量体単位が、エチレングリコールジメタクリレートである、ポリイミド樹脂の多孔化用ビニル系樹脂粒子。 - 個数平均粒子径が0.1~3μmの範囲である、請求項1に記載のビニル系樹脂粒子。
- 前記個数平均粒子径の変動係数が25%以下である、請求項1又は2に記載のビニル系樹脂粒子。
- 個数基準の中位径(D50)の2~10倍の個数平均粒子径を有する粒子の個数割合が0~5%の範囲である、請求項1~3のいずれか1項に記載のビニル系樹脂粒子。
- 前記単官能(メタ)アクリル系単量体単位が、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位であり、エステルに結合しているアルキル基の炭素数が1~10である、請求項1~4のいずれか一項に記載のビニル系樹脂粒子。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載のビニル系樹脂粒子であって、
該ビニル系樹脂粒子と水との質量の割合を1:10として分散させたときのpHが3~9である、ビニル系樹脂粒子。 - 請求項1~6のいずれか1項に記載のビニル系樹脂粒子であって、下記式(1)で表されるRsp値が5以上150以下である、ビニル系樹脂粒子。
Rsp=(Rav-Rb)/Rb ・・・(1)
Rav:下記の測定方法1で得られる横緩和時間T2(ms)の平均値の逆数
Rb :下記の測定方法2で得られる横緩和時間T2(ms)の逆数
[測定方法1]
前記ビニル系樹脂粒子及び第1の有機溶剤を1:3の質量比で混合してなるビニル系樹脂粒子分散液と、固形分濃度が18±1質量%のポリイミド前駆体溶液と、第2の有機溶剤とを、6:3.61:1.8の質量比で混合してなるポリイミド前駆体のワニスについて、測定核を水素原子核とし、測定温度20℃、共鳴周波数13MHz及び90°パルス幅5.81μsとする測定条件で、CPMG法により、前記ワニスに由来するプロトンの横緩和時間T2(ms)を繰り返し3回測定してその平均値を算出し、該平均値の逆数をRavとする。
[測定方法2]
第1の有機溶剤と、固形分濃度が18±1質量%のポリイミド前駆体溶液と、第2の有機溶剤とを、4.5:3.61:1.8の質量比で混合してなるブランク溶液について、測定核を水素原子核とし、測定温度20℃、共鳴周波数13MHz及び90°パルス幅5.81μsとする測定条件で、CPMG法により、前記ブランク溶液に由来するプロトンの横緩和時間T2(ms)を繰り返し3回測定してその平均値を算出し、該平均値の逆数をRbとする。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載のビニル系樹脂粒子の製造方法であって、
種粒子に、第1の重合性ビニル系単量体を吸収させてシード重合を行うことにより、前記第1の重合性ビニル系単量体の重合体粒子と水性媒体とを含有する水性分散液を得るシード重合工程、
前記シード重合工程で得られた水性分散液を、入口温度が80~220℃及び出口温度が50~100℃の条件で、噴霧乾燥して集合体を得る噴霧乾燥工程、及び
前記噴霧乾燥工程で得られた集合体を解砕することにより、ビニル系樹脂粒子を得る解砕工程、を含み、
前記シード重合工程において、前記第1の重合性ビニル系単量体は単官能単量体及び多官能単量体を含み、且つ前記第1の重合性ビニル系単量体は、前記単官能単量体100質量部に対して、前記多官能単量体を8~150質量部含有する、ビニル系樹脂粒子の製造方法。 - 前記シード重合工程で得られた前記重合体粒子を分級する第1分級工程、及び前記解砕工程で得られたビニル系樹脂粒子を分級する第2の分級工程の少なくとも一方を含む、請求項8に記載のビニル系樹脂粒子の製造方法。
- 請求項1~7のいずれか1項に記載のビニル系樹脂粒子の製造方法であって、
水性媒体中、第2の重合性ビニル系単量体を乳化重合することにより、前記第2の重合性ビニル系単量体の重合体粒子と前記水性媒体とを含有する水性分散液を得る乳化重合工程、
前記乳化重合工程で得られた水性分散液を、入口温度が80~220℃及び出口温度が50~100℃の条件で、噴霧乾燥して集合体を得る噴霧乾燥工程、及び
前記噴霧乾燥工程で得られた集合体を解砕することにより、ビニル系樹脂粒子を得る解砕工程、
を含む、ビニル系樹脂粒子の製造方法。 - 前記乳化重合工程で得られた水性分散液に窒素含有化合物を添加することにより、前記水性分散液のpHを3~9に調整するpH調整工程を含む、請求項10に記載のビニル系樹脂粒子の製造方法。
- 前記乳化重合工程で得られた前記重合体粒子を分級する第1分級工程、及び前記解砕工程で得られたビニル系樹脂粒子を分級する第2分級工程の少なくとも一方を含む、請求項10又は11に記載のビニル系樹脂粒子の製造方法。
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