複合顆粒及其製備方法

2023-05-05 00:53:51

專利名稱：複合顆粒及其製備方法
技術領域：
本發明涉及可應用於廣範圍工業領域包括電子材料、光學材料和
醫用材料的複合顆粒(composite particles )以及該複合顆粒的製備 方法。
背景技術：
近年來，以應用於各種工業領域為目的，關於複合顆粒的研究和 開發已積極進行。例如，含有聚合物化合物和磁性材料的磁性顆粒預 計具有各種應用，尤其將關注集中在用作醫學和診斷領域例如藥物和
診斷藥物中的基體上。
作為是均含有聚合物化合物和磁性材料的複合顆粒的磁性顆粒 (後文簡稱為"磁性顆粒")的製備方法，已經提出使用無皂乳液聚 合和微乳液聚合的方法。
日本專利申請公開號2004-099844公開了製備磁性顆粒的方法， 其包括將具有納米尺寸的磁鐵礦細顆粒分散在油性單體中並進行微乳 液聚合的步驟。但是，在該方法中，裝入磁鐵礦的量受限並且難以基 本上防止聚合工藝中磁鐵礦顆粒的分離。因此，存在一些對每個磁性 顆粒中磁鐵礦含量降低的擔憂。
日本專利申請公開號2006-131771公開了在無皂乳液聚合中通過 使用具有納米尺寸的磁鐵礦細顆粒作為種子顆粒可製備具有窄粒徑分 布的磁性顆粒。但是，在該方法中，難以防止聚合工藝中種子顆粒互 相聚結，並且因此在顆粒與顆粒之間磁性顆粒在磁鐵礦含量上變得不 均勻，以致磁化傾向於不均勻。此外，存在聚結的種子顆粒起到鐵磁 材料作用的可能，並且因此存在殘留磁化的影響損害磁性顆粒的分散 性的擔憂。
從磁性材料的含量、磁化均勻性、粒徑分布和分散性的觀點考慮，由上述公開在已知文獻中的製備方法得到的磁性顆粒仍不足，因此在 目前的環境下不總是具有高的實際應用。因此，要求均在均勻狀態下 以高比例含有以磁性材料顆粒為代表的固體顆粒並且均具有優異的尺 寸均勻性和分散性的複合顆粒。

發明內容
本發明提供的複合顆粒的製備方法是製備均包括聚合物化合物和
固體顆粒的複合顆粒的方法，其特徵在於包括步驟U)將含有單體 和有機溶劑的第一液體與固體顆粒混合以得到混合溶液；(2 )將該混 合溶液與第二液體混合以形成乳液；(3)將該第一液體從該乳液的分 散質(dispersoid)分餾(fractionating);和(4)分餾後聚合殘 留在該分散質中的單體。
本發明提供的複合顆粒是均包括聚合物化合物和固體顆粒的複合 顆粒，其特徵在於該複合顆粒具有不大於1. 3的由數均粒徑(Dn)和 重均粒徑(Dw)計算的多分散指數(Dw/Dn)和不大於1. 3的水中平均 流體動力學粒徑(Df )和平均乾燥粒徑(Dd)之比(Df/Dd);每個復 合顆粒中固體顆粒所佔的含量是50 wt%~80 wt%，並且不少於80 0/o的固體顆粒是具有不大於20nm的粒徑的顆粒。
本發明的進一步的特點和方面將由以下參照附圖對示例性實施方 案剎詳細說明變得顯而易見。


圖1為示意性例示基於本發明的複合顆粒形成機理的示意圖。
圖2為本發明中得到的複合顆粒的透射電子顯微照片。
圖3為示意性例示基於微乳液聚合的複合顆粒形成機理的示意圖。
具體實施方式
以下將具體說明本發明。
本發明的複合顆粒的製備方法為均包括聚合物化合物和固體顆粒 的複合顆粒的製備方法，並且包括以下步驟。
即(1)將含有單體和有機溶劑的第一液體與固體顆粒混合以得到
5混合溶液；
(2) 將該混合溶液與第二液體混合以形成乳液；
(3) 將該第一液體從該乳液的分散質分餾；和
(4) 分餾後聚合殘留在該分散質中的單體。
在本發明中，第一液體包括至少一種單體和至少一種有機溶劑。
可沒有任何限制地使用本發明中的單體，只要其為可聚合化合物。
自由基聚合中使用的單體的具體實例包括以下。
即，可聚合不飽和芳香族化合物例如苯乙烯、氯苯乙烯、oc-甲基 苯乙烯、二乙烯基苯和乙烯基甲苯；
可聚合不飽和羧酸例如(曱基)丙烯酸、衣康酸、馬來酸和富馬 酸，或者它們的鹽；
可聚合不飽和磺酸例如苯乙烯磺酸鈉鹽、或其鹽；
可聚合羧酸酯例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、 (甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸2_羥基乙酯、(曱基)丙烯 酸縮水甘油酯、乙二醇二(曱基)丙烯酸酯和(甲基)丙烯酸三溴苯
基酯；
不飽和羧酸醯胺，可聚合不飽和腈，卣代乙烯或者共軛二烯例如 (甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯醛、(甲基)丙烯醯胺、亞甲基雙(甲 基)丙烯醯胺、丁二烯、異戊二烯、乙酸乙烯酯、乙烯基吡啶、N-乙 烯基吡咯烷酮、氯乙烯、偏氯乙烯和溴乙烯;和
在高分子量鏈段例如聚苯乙烯、聚乙二醇或聚甲基丙烯酸甲酯中 具有可聚合官能團例如乙烯基、甲基丙烯醯基或二羥基基團的大分子 單體。
另外，在本發明中也可使用用於加成聚合的單體。
用於加成聚合的單體的具體實例包括以下。
即，脂肪族或芳香族異氰酸酯例如二苯基甲烷二異氰酸酯、萘二 異氦酸酯、甲苯二異氰酸酯、四甲基二曱苯二異氰酸酯、二曱苯二異 氰酸酯、二環己烷二異氰酸酯、二環己基曱烷二異氰酸酯、六亞甲基 二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯；烯酮；含環氧基的化合物；或者含乙烯基的化合物。
另外，與上述化合物基團反應的單體包括具有帶有活性氫的官能 團例如羥基或者氨基的化合物。
該化合物的具體實例包括多元醇例如乙二醇、二甘醇、丙二醇、
1，4-丁二醇、1，6-己二醇、甘油、三羥甲基丙烷、季戊四醇、山梨糖
醇、亞甲基苷、蔗糖和雙(羥乙基)苯；
多元胺例如乙二胺、六亞甲基二胺、N，『-二異丙基亞甲基二胺和 N,『-二仲丁基-對苯二胺、1，3，5-三氨基苯；和肟。
本發明中，可以單獨使用這些單體或者將它們中的兩種或更多種 混合使用。而且，單體以外能起到交聯劑作用的多官能化合物可以共 存。
多官能化合物的實例包括以下。
即，N-羥曱基丙烯醯胺、N-乙醇丙烯醯胺、N-丙醇丙烯醯胺、N-羥甲基馬來醯亞胺、N-羥乙基馬來醯亞胺、N-羥曱基馬來醯胺酸、N-羥甲基馬來醯胺酸酯、乙烯基芳族酸的N-羥烷基醯胺(例如，N-羥甲 基-對乙烯基苯甲醯胺)，和N-(異丁氧基曱基)丙烯醯胺。
另外，在上述單體中，也可使用多官能單體例如二乙烯基苯、二 乙烯基萘、二乙烯基環己烷、1，3-二丙烯基苯、乙二醇二(曱基)丙 烯酸酯、二甘醇二 (甲基)丙烯酸酯、二甘醇二 (甲基)丙烯酸酯、 丁二醇、三羥甲基乙烷三(曱基)丙烯酸酯和季戊四醇四(甲基)丙 烯酸酯作為交聯劑。
在此情形中，可以單獨使用這些多官能化合物或者可以將它們的 兩種或更多種混合使用。
作為本發明中的有機溶劑，可應用任何溶劑，只要它具有在水中 的低溶解性並且與單體相容。優選地，有機溶劑為揮發性有機溶劑， 特別地，為具有比單體低的沸點的有機溶劑。
這樣的有機溶劑的實例包括以下。
即，卣代烴(二氯曱烷、氯仿、氯乙烷、二氯乙烷、三氯乙烷、 四氯化碳等)；酮(例如丙酮、曱乙酮和曱基異丁基酮)；醚(四氫
7呋喃、乙醚、異丁醚等)；酯(乙酸乙酯、乙酸丁酯等)；和芳族烴 (苯、曱苯、二甲苯等)。
這些有機溶劑可以單獨使用，或者能將它們的兩種或更多種以適 當比例混合使用。
本發明中的第二液體為水或者水溶液。
在本發明中，為了穩定乳液，可使表面活性劑作為分散劑共存於 第一液體和第二液體的一種或兩種中。
表面活性劑並不特別限制，只要它能用於常規的乳液聚合。 陰離子表面活性劑的實例包括以下。
即，十二烷基苯磺酸、癸基苯磺酸、十一烷基苯磺酸、十三烷基 苯磺酸和壬基苯磺酸以及它們的鈉、鉀和銨鹽。
陽離子表面活性劑的實例包括十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基 氯化吡啶銀和十六烷基三曱基氯化銨。
另外，非離子表面活性劑的實例除了聚乙烯醇外還包括各種市售 可得的表面活性劑。
在上述表面活性劑中，優選陰離子表面活性劑。
另外，可使用能與上述油溶性單體聚合的反應性表面活性劑(可 接受陰離子、陽離子和非離子表面活性劑的任一種)。
反應性表面活性劑中的反應性基團的優選實例包括具有烯屬不飽 和基團例如乙烯基、烯丙基或(甲基)丙烯醯基的基團。
反應性表面活性劑可以為具有常規表面活性劑能力的任一種，只 要它具有上述的反應性基團。反應性表面活性劑的實例包括日本專利 申請公開號H09-279073中所述的那些。
反應性表面活性劑的具體實例為
陰離子表面活性劑，包括烷基苯磺酸鹽例如月桂基(烯丙基苯) 磺酸鹽、月桂基苯乙烯磺酸鹽、硬脂基(烯丙基苯)磺酸鹽和硬脂基 苯乙烯磺酸鹽、和它們的聚氧化乙烯加成物；烷基磺基琥珀酸酯例如 月桂基烯丙基磺基琥珀酸酯、月桂基乙烯基磺基琥珀酸酯、硬脂基烯 丙基磺基琥珀酸酯和硬脂基乙烯基磺基琥珀酸酯和它們的聚氧化乙烯加成物；烷基或烯基磺酸鹽例如(曱基)丙烯酸月桂酯磺酸鹽和油基 磺酸鹽；烷基或烯基硫酸鹽例如硬脂基(甲基)丙烯酸酯硫酸鹽和油 基硫酸鹽，以及它們的聚氧化乙烯加成物；等；
陽離子表面活性劑，包括季銨鹽例如月桂基三烯丙基氯化銨、硬 脂基三烯丙基氯化銨、二硬脂基二烯丙基氯化銨等；和
非離子表面活性劑，包括聚乙二醇烷基或烯基苯基醚例如聚乙二 醇辛基(烯丙基苯基)醚、聚乙二醇壬基(烯丙基苯基)醚、聚乙二 醇油基苯基醚；甘油脂肪酸酯例如單烯丙基甘油基單硬脂酸酯和單烯 丙基甘油基二硬脂酸酯，和它們的聚氧化乙烯加成物；脫水山梨醇脂 肪酸酯例如單烯丙基脫水山梨醇單硬脂酸酯和單烯丙基脫水山梨醇三 硬脂酸酯，以及它們的聚氧化乙烯加成物；和(曱基)丙烯酸的聚氧 化乙烯酯例如聚乙二醇單(甲基)丙烯酸酯和聚乙二醇二(曱基)丙 烯酸酯；等。
上述表面活性劑可以單獨使用，或者將它們的兩種或更多種混合 使用。
表面活性劑的使用量，基於100重量份單體，可以不少於0.01 重量份，優選不少於0.1重量份，特別優選不少於0. 5重量份。通常， 可以在不多於50重量份的範圍內使用表面活性劑，優選在不多於30 重量份的範圍內。
在本發明中，為了穩定乳液，可以使可溶於第一液體中並且具有 不大於0. 01 g/L水中溶解度的疏水物(助表面活性劑)與第一液體共存。
本發明中使用的疏水物的具體實例包括以下。 (a)線型、支化和環狀的C8 C30烷烴例如十六烷、角鯊烷和環
辛坑;
(b ) C8 ~ C30烷基丙烯酸酯例如甲基丙烯酸硬脂酯和曱基丙烯酸 十二烷基酯；
(c ) C8 ~ C30烷基醇例如鯨蠟醇；
(d) C8 C30烷基硫醇例如十二烷基硫醇；(e)聚合物例如聚氨酯、聚酯和聚苯乙烯；和 (f )長鏈脂肪族或芳族羧酸、長鏈脂肪族或芳族羧酸酯、長鏈脂 肪族或芳族胺、酮、卣代烷烴、矽烷、矽氧烷和異氰酸酯。
另外，也可使用長鏈油溶性引發劑例如過氧化月桂醯。
它們中，優選使用具有不少於12個碳原子的烷烴，更優選使用具 有12~20個碳原子的烷烴。
本發明中的固體顆粒是與氣體顆粒或液體顆粒對應使用的術語， 是包括晶體固體顆粒、非晶體無定形(玻璃態)固體顆粒和具有晶體 部分和無定形部分的固體顆粒的概念。
本發明中所指的周體顆粒是包括無機材料顆粒、金屬材料顆粒、 氧化物材料顆粒、半導體材料顆粒等的概念。該固體顆粒可取決於要 得到的複合顆粒從它們中適當選擇。
在本發明中，固體顆粒的尺寸並不總是受限，但由於在形成乳液 狀態後得到複合顆粒，因此該固體顆粒可為具有亞微米尺寸(不大於 l微米，即不大於1000nm)的超細顆粒。
特別地，當使用本發明的製備方法作為製備磁性顆粒的方法時， 磁性材料可用作細固體顆粒。更優選地，使用細順磁材料顆粒作為細 固體顆粒。
該細順磁材料顆粒可取決於目的而任意選擇並優選是磁性材料的 細顆粒，其中當對該細順磁材料顆粒施加5000 0e (奧斯特)的強磁 場並且然後使該磁場返回到0磁場時，磁化強度(剩餘磁化強度)不 大於當對其施加5000 Oe的磁場時的磁化強度(飽和磁化強度)的1/3。
磁性材料的實例包括各種鐵氧體例如四氧化三鐵(Fe304 )和y-重質三氧化二鐵(y_Fe203 );和金屬例如鐵、錳和鈷或者它們的合金。
由於存在在應用例如診斷用途等中需要具有較強磁力的複合顆粒 的趨勢，在以上磁性材料中優選分類為塊狀鐵磁材料的磁性材料。從 這樣的觀點考慮，更優選鐵氧體，並且特別優選Fe304 (磁鐵礦)。要 指出的是，在能實現本發明目的的範圍內並不限制磁性材料的種類。
^使用的細順磁材料顆粒的粒徑小於目標複合顆粒的粒徑。在此情
10形中，為了防止磁性材料暴露於複合顆粒的表面，使用具有優選不大
於50nm、更優選不大於30nm、特別優選不大於20nm的粒徑的磁性材 料。此外，當使用磁鐵礦作為細順磁材料顆粒時，粒徑優選不大於 30nm,更優選不大於20nm。這是因為當磁鐵礦的粒徑大於30nm時， 會使剩餘磁化強度的影響增加由此損害複合顆粒的分散性。
另一方面，當磁性材料顆粒較小時，更難以使磁性材料顆粒在乳 液的分散質中穩定，並因此使用具有優選不小於3nm、更優選不小於 5nm、特別不小於6nm的粒徑的^茲性材料顆粒。
而且，作為磁性材料，可以使用通過以矽烷偶聯劑為代表的各種 偶聯劑或者通過已知的表面處理劑例如高級脂肪酸進行了表面處理的 磁性材料。表面處理的具體實例包括疏水處理和親水處理。
在可實現本發明目的的範圍內，本發明中的乳液包括具有任何物 理性質的乳液，但優選的乳液具有1個峰的粒徑分布和50nm~ 1000nm 範圍內的平均粒徑。更優選地，可使用具有100nm 500nm的平均粒徑 和不大於1.5的多分散指數的單分散乳液。
這樣的乳液可通過傳統上已知的乳化方法來製備。
傳統上已知的乳化方法包括例如間歇搖動法，使用混合器例如螺 旋槳式攪拌器或汽輪式攪拌器的攪拌法，膠體磨法，均化器法和超聲 輻射法。這些方法可單獨使用或者將它們中的多種組合使用。此外， 可以以一段乳化或多段乳化製備本發明的乳液。
本發明中的分餾意指通過其優先將目標組分從乳液的分散質抽提 (extract)的操作。例如，當分散質包括功能性材料、單體和有機溶 劑時，通過選擇分餾條件，可優先將有機溶劑抽提，或者可優先抽提 有機溶劑和單體。要指出的是，在本發明的分餾中，可以在能實現本 發明目的的範圍內適當改變單體或有機溶劑的抽提程度。
可通過任何傳統上已知的方法進行分餾，可採取減壓下分餾、分 子分餾、超聲分餾等。 一般地，優選涉及使用減壓裝置例如蒸發器在 減壓下的操作。這是因為可通過減壓條件容易地控制分餾程度。當待 分餾的單體或有機溶劑具有低沸點時，也可只通過使靜置長期的時間
ii或者加熱將其分餾。但是，此時，需要採取充分的措施防止乳液的沉 降或聚結以及功能性材料從乳液的分離。
本發明中可使用的聚合引發劑的實例包括以下。
即，偶氮(偶氮二腈)類引發劑例如2，2'-偶氮二異丁腈、2，2'-偶氮二-(2-甲基丙腈)、2， 2'-偶氮二-(2，4-二甲基戊腈)、2,2'-偶氮二-(2-甲基丁腈)、l，l'-偶氮二-(環己腈)、2，2'-偶氮二-(2，4-二甲基-4-甲氧基戊腈)、2，2'-偶氮二-(2，4-二曱基戊腈)和 3，2'-偶氮二- (2-脒基丙烷)鹽酸鹽；以及
過氧化物類引發劑例如過氧化苯曱醯、氫過氧化異丙苯、過氧化 氬、過氧化乙醯、過氧化月桂醯、過硫酸鹽(例如過硫酸銨)、過酸 酯(例如過辛酸叔丁酯、過氧新戊酸a-枯基酯和過辛酸叔丁酯)。
此外，引發劑的實例包括抗壞血酸/硫酸鐵n/過二硫酸鈉、叔丁 基過氧化氫/亞硫酸氫鈉(sodium disulfUe)和叔丁基過氧化氫/羥 基甲烷亞磺酸鈉。
而且，還可使用氧化還原型引發劑例如混合物，例如，羥基甲烷 亞磺酸的鈉鹽和亞硫酸氫鈉的混合物作為每種組分例如還原組分。
另外，聚合引發劑可以單獨使用或者可將它們的多種組合使用。
聚合引發劑的使用量，基於單體，通常選自0. 1 30wt。/。的範圍， 並且可以將這些聚合引發劑在乳化之前或之後添加到第一液體或第二 液體。
當乳化後添加時，可以在分餾之前或之後的任何時間添加聚合51 發劑。
其次，在與使用微乳液聚合的常規方法比較的同時說明本發明中 複合顆粒的形成才幾理。
已經說明了通過使用微乳液聚合的傳統方法難以得到具有高含量 固體顆粒的複合顆粒。這是因為就製備方法的原理而言每個單體單元 可保持的固體顆粒量存在上限，並且在聚合過程中不能根本上防止固
體顆粒分離的事實。
作為微乳液聚合中複合顆粒形成的機理，可考慮圖3中例示的機理。
圖3， A表示固體顆粒11和單體10的混合溶液。圖1， B中，為 了乳化將混合溶液A與水12混合，並由此形成0/W型乳液。圖3, C 中，使乳液B中分散質的單體聚合以由此得到其中均含有聚合物化合 物和固體顆粒的複合顆粒13分散於水12中的分散液。順帶提及，在 圖3中省略了表面活性劑和疏水物。
根據圖3中例示的機理，從下述兩個問題估計，在微乳液聚合中 難以將固體顆粒ll以高濃度結合到每個複合顆粒13中。
第一個問題是難以將圖3的A中例示的固體顆粒11和單體10的 混合溶液中裝載的固體顆粒11的量增加到大於一定量。
這是因為混合溶液A的粘度隨著裝載的固體顆粒11的量增加而增 加並因此不能很好地進行乳化步驟和不能製備乳液B (單分散狀態)。 在曰本專利申請公開號2004-099844中，將其中分散有固體顆粒11 的有機溶劑與單體混合，並由此在保持每個單體裝載的固體顆粒11 的量的同時降低混合溶液A中固體顆粒11的濃度，以致實現良好的乳 化。但是，推測下述第二個問題在日本專利申請公開號2004-099844 的方法中變得顯著，因此該方法在一些情況中可能不適合。
第二個問題是在通過聚合步驟從乳液B (單分散狀態)轉變為復 合顆粒13的情況(參見圖3中C)中，由於分散質(單體IO和固體 顆粒ll)中引起的體積收縮，將固體顆粒11從分散質或複合顆粒13 中分離。
這樣的現象由分散質的液體組分(單體)中固體顆粒11的高度自 由引起，並因此可通過增加混合溶液A中固體顆粒11的濃度來防止。 但是，隨著混合溶液A中固體顆粒11的濃度增加，第一個問題變得顯 著，並且因此該方法可能在一些情況中並不適合。
另外，通過改變添加劑、固體顆粒11和單體的組合等可防止第二 個問題，但是它並不能避免該根本性問題。
使用在圖1中例示的實例來說明本發明中複合顆粒形成的機理。 圖l例示以下步驟(1)將含有單體和有機溶劑的第一液體21與固體顆粒11混合以得到混合溶液A的步驟；(2 )將該混合溶液A與水 12混合乳化以製備0/W (水包油)型單分散乳液B的步驟(第二液體 可以為代替水的水溶液)；(3)從該單分散乳液B的分散質分餾含有 單體和有機溶劑的第一液體21的步驟(圖1， C例示分餾後乳液的狀 態。附圖標記14表示水中分布的單體14) ; (4)分餾後使用單分散 乳液作為模板使單體聚合的步驟(水中分布的單體14彼此結合形成圖 1， D例示的聚合中間態的低聚物15);和(5)當進一步進行聚合時， 得到複合顆粒31分散於其中的分散液，如圖1， E中所例示(圖1中 省略了表面活性劑和疏水物)。
在圖1中，通過進行分餾解決了參照圖3解釋的微乳液聚合中的 兩個問題。以下將說明這些解決方案。
解決第一個問題的原因是在製備混合溶液A中使用單體和有機溶 劑的混合溶液21，並因此理想地對每個單體單元所裝載的固體顆粒11 的量沒有產生限制。如日本專利申請公開號2004-099844中所例示， 單體和有機溶劑的混合溶液也可應用於微乳液聚合。但是，本發明人
已經通過實驗確認當應用於不進行分餾的微乳液聚合時在聚合過程中 相反地促進固體顆粒11的分離。
解決第二個問題的原因如下。由於分散質中液體組分在分餾後在 單分散乳液C中下降，分散質中固體顆粒ll之間的相互作用增加。此 外，當分餾度大時，固體顆粒ll在分散質中形成聚集體。當分餾度大 得多時，分散質中的固體顆粒11沒有分散於單體20中，而是單體20 處於與固體顆粒11的聚集體的潤溼狀態。這是因為當有機溶劑的沸點 遠低於單體的沸點時，優先通過分餾將有機溶劑蒸發並除去到體系的 外部。如上所述，固體顆粒11的自由度在C例示的分餾後在單分散乳 液中顯著降低。甚至不會由體積收縮引起固體顆粒ll從分餾後的單分 散乳液或複合顆粒31中分離，該體積收縮發生在由C例示的分餾後的 單分散乳液通過聚合步驟轉變成由B例示的複合顆粒31的分散液的情 形中。
另外，本發明的製備方法還包括不同於微乳液聚合的現象。
14即從分散質中萃取的部分單體作為c例示的分餾後的單分散乳液
中水中分布的單體14存在。因此，認為乳液在由C例示的分餾後的單 分散乳液轉變為由E表示的複合顆粒31的分散液的情形中經歷由D 例示的中間態。在中間態D中分布在水中的單體14通過聚合反應形成 低聚物15,並且該低聚物不能以溶解於水中的狀態保持並由此沉澱在 複合顆粒的表面上。此現象表明本發明的一個優點，即可通過控制分 餾程度來實施複合顆粒的表面設計。
如上所述，本發明中複合顆粒的製備方法具有改善使用微乳液聚 合的傳統製備方法的方面和不同於微乳液聚合的方面。
其次，對本發明中複合顆粒進行說明。
本發明的複合顆粒為包括聚合物化合物和固體顆粒的複合顆粒。 本發明的複合顆粒的特徵在於，該複合顆粒具有1. 0~ 1. 3的由數
均粒徑(Dn)和重均粒徑(Dw)計算的多分散指數(Dw/Dn)和1. 0~
1. 3的水中平均流體動力學粒徑(Df )與平均乾燥粒徑(Dd)之比 (Df/Dd)。此外，每個複合顆粒中固體顆粒所佔的含量為50wt%~
80wt%，並且不少於80%的固體顆粒是具有不大於20nm的粒徑的顆粒。
由於本發明的複合顆粒具有不大於1. 3的多分散指數(Dw/Dn)， 可防止作為複合顆粒的特性變動。
由於本發明的複合顆粒具有不大於1. 3的水中平均流體動力學粒 徑(Df )與平均乾燥粒徑(Dd)之比(Df/Dd)，可降低液體中分散復 合顆粒的狀態和乾燥該複合顆粒的狀態之間的差別。由此，可降低水 中溶脹程度，並且可確保耐久性和形狀穩定性抵抗環境變化例如PH 變化和溫度變化。
而且，由於本發明的每個複合顆粒中固體顆粒所佔的含量不少於 50wt%,可充分地顯示固體顆粒擁有的功能。此外，由於本發明的每 個複合顆粒中固體顆粒所佔的含量不大於80wt%，可防止大量固體顆 粒暴露於複合顆粒的表面所引起的不利影響發生。此處所指的具體不 利影響是包括固體顆粒從複合顆粒分離和分散性等的表面物理性質的劣化。此外，由於本發明的不少於80%的固體顆粒是具有不大於20nm 的粒徑的顆粒，可防止固體顆粒暴露於複合顆粒表面的速率極大地增 加。
為本發明的複合顆粒定義的數均粒徑(Dn)和重均粒徑(Dw)可 廿口下測定。
通過傳統上已知的粒徑測定技術能測定數均粒徑和重均粒徑，但 可優選基於動態光散射法測定。作為具體的測定裝置，可使用動態光 散射光度計，由OTSUKA ELECTRONICS CO. ， LTD.製造的DLS-8000等。
另外，本發明中水中平均流體動力學粒徑(Df)和平均乾燥粒徑 (Dd)分別是指本發明的複合顆粒的水中平均粒徑和乾燥狀態的平均 粒徑。更具體地，水中平均流體動力學粒徑(Df)為通過動態光散射 光度計，由OTSUKA ELECTRONICS CO. ， LTD.製造的DLS-8000等基於 動態光散射法測定的平均粒徑值。平均乾燥粒徑(Dd)為通過透射電 子顯微鏡(TEM)觀測的顆粒乾燥狀態的平均粒徑值。
另外，每個複合顆粒中固體顆粒所佔的含量可通過傳統上已知的 方法測定或計算，但優選基於熱重法測定。
另外，本發明的複合顆粒優選為具有1.0~1.5範圍內、更優選 1.0~1.2範圍內的平均縱橫比(長軸/短軸)並顯現出增大的球形度 的顆粒。這樣的真球形複合顆粒是有利的，因為例如當以分散於液體 中的狀態使用時其表現出良好的流動性。
在本發明的複合顆粒中，可以取決於預期的目的控制平均粒徑。
本發明的複合顆粒的平均乾燥粒徑優選在50nm~ 1000nm的範圍 內，更優選在50nm~ 500nm的範圍內，還更優選在50nm~ 300nm的範圍 內。複合顆粒的比表面積效應可通過將平均粒徑調整為不大於lOOOnm 而得到，這在使用複合顆粒作為生物分子等的分離載體的情形中變得 有利。該比表面積效應可通過將平均粒徑調整為不大於500nm而進一 步增大並且通過將平均粒徑調整為不大於300nm，該效應極為顯著。 此外，通過將平均粒徑調整為大於50nm可改善複合顆粒的可處理性。
使用上述本發明的複合顆粒的製備方法，可製備本發明的複合顆粒。另外，複合顆粒的粒徑的控制可通過調整添加的分散劑的量、有 機溶劑、單體和水的裝載比例、乳化步驟中的設備條件等來進行。
另外，複合顆粒中固體顆粒所佔的含量可通過調整裝載的固體顆 粒、有機溶劑和單體的比例來控制。
如上所述，本發明的每個複合顆粒中細固體顆粒可由無機材料顆 粒、金屬材料顆粒、氧化物材料顆粒、半導體材料顆粒等組成。優選 使用磁性材料顆粒作為細固體顆粒，因為能充分顯示出作為磁性材料 的功能。作為磁性材料，優選細順磁材料顆粒。
用作磁性材料時，取決於目的可任意地使用細順磁材料顆粒。
但是，優選4吏用對細順磁材料顆粒施加5000 0e的強》茲場，然後 使該磁場返回到零磁場時磁化強度(剩餘磁化強度)不超過對其施加 5000 0e的磁場時磁化強度(飽和磁化強度)的1/3的磁性材料。
磁性材料的實例包括各種鐵氧體例如四氧化三鐵(Fe304)和y -重 質三氧化二鐵(y-Fe20》；和金屬例如鐵、錳和鈷或者它們的合金。
由於存在需要具有較強磁力的複合顆粒用於診斷用途等的趨勢， 在這些磁性材料中優選使用歸類為塊狀鐵磁材料的磁性材料。而且， 更優選鐵氧體，特別優選Fe304 (磁鐵礦)。
使用的細順磁材料顆粒的粒徑是小於目標複合顆粒的粒徑。在這 種情形中，為了防止磁性材料暴露在複合顆粒的表面，使用具有優選 不大於50nm、更優選不大於30nm、還更優選不大於20nm的粒徑的磁
性材料。
另一方面，當磁性材料顆粒較小時，更難以穩定地使磁性材料顆 粒分散於乳液的分散質中，因此磁性材料具有優選不小於3nm、更優 選不小於5nm、還更優選不小於6nm的粒徑。此外，將i茲4失礦用作細 順磁材料顆粒時，粒徑優選不大於30nm、更優選不大於20nm。這是因 為通過將磁鐵礦的粒徑調整到不大於30nm，可降低剩餘磁化強度的影 響以由此良好地保持複合顆粒的分散性。
以下將通過實施例具體說明本發明，但本發明並不意在限於這些 實施例。(實施例)
(實施例1)複合顆粒1的製備
將FeCL和FeCh溶解在水中以製備溶解溶液。將該溶解溶液保持 在室溫下並在劇烈攪拌的同時將氨水加入溶液以製備磁鐵礦的懸浮 液。
在攪拌的同時將油酸加入該懸浮液並在70。C攪拌混合物1小時並 在IIO'C攪拌1小時以製備淤漿。用大量水清洗該淤漿，然後在減壓 下乾燥以製備疏水性磁鐵礦粉末。
用透射電子顯微鏡(TEM)評價得到的疏水性磁鐵礦，結果平均粒 徑為llnm且分子量分布為1. 3。
其次，稱量2g苯乙烯和3g疏水性磁鐵礦到4g氯仿中以製備氯仿 混合溶液。另一方面，將0. Olg十二烷基硫酸鈉(SDS)溶解在12g 水中以製備SDS水溶液。混合氯仿混合溶液和SDS水溶液以製備混合 溶液，並用攪拌均化器將該混^^溶液剪切30分鐘，然後用超聲均化器 剪切4分鐘以由此製備乳液。其次，在減壓下用蒸發器對該乳液進行 處理以由此優先地將氯仿從分散質分餾。
通過氮冒泡將通過上述處理得到的乳液脫氧後，將0. Olg聚合引 發劑(2，2'-偶氮雙(2-甲基丙脒)二鹽酸鹽)加入得到的乳液，使苯 乙烯在70TC下聚合6小時以得到複合顆粒。
通過DLS-8000 (由OTSUKA ELECTRONICS CO. , LTD.製造)評價得 到的複合顆粒，確認了數均粒徑(Dn)、重均粒徑和多分散指數(Dw/Dn) 分別為152nm、 187nm和1.23。其次，使用DLS-8000 (由OTSUKA ELECTRONICS CO. ， LTD.製造)評價複合顆粒的水中平均流體動力學粒 徑(Df )並且使用透射電子顯微鏡評價複合顆粒乾燥狀態的平均乾燥 粒徑(Dd)。平均流體動力學粒徑(Df )、平均乾燥粒徑(Dd)和Df/Dd 分別為187nm、 182nm和l. 03。
另外，將複合顆粒埋入環氧樹脂中並用切片機剖開後，用透射電 子顯微鏡觀測橫截面，確認了在該複合顆粒中含有的至少80%磁鐵礦 有具有不大於20nm的粒徑的顆粒。此外，通過TG-DTA (同步差式熱和熱重測定熱重/差式熱分析)分析評價複合顆粒，確認了複合顆粒 中磁性材料的含量為63%。
圖2中例示本實施例中得到的複合顆粒的透射電子顯微照片(在 上述剖開之前)。
(實施例2)複合顆粒2的製備
將FeC 13和FeC 12溶解在水中以製備溶解溶液。在劇烈攪拌的同時 將氨水加入該溶解溶液以製備磁鐵礦的懸浮液。
在攪拌的同時將油酸加入該懸浮液並在70匸攪拌混合物1小時並 在110。C攪拌1小時以製備淤漿。用大量水清洗該淤漿，然後在減壓 下乾燥以製備疏水性磁鐵礦粉末。
將得到的疏水性磁鐵礦分散在氯仿中並通過DLS-8000(由OTSUKA ELECTRONICS CO. ， LTD.製造)評價該分散液，結果平均粒徑為llnm 並且分子量分布為1. 3。
稱量3g曱基丙烯酸甲酯和3g疏水性磁鐵礦到3g氯仿中以製備氯 仿混合溶液。另一方面，將0. Olg十二烷基硫酸鈉(SDS)溶解在12g 水中以製備SDS水溶液。混合氯仿混合溶液和SDS水溶液以製備混合 溶液，用攪拌均化器將該混合溶液剪切30分鐘，然後用超聲均化器剪 切4分鐘以由此製備乳液。
其次，在減壓下用蒸發器對該乳液進行處理以由此優先地將氯仿 從分散質分餾。
通過氮冒泡將通過上述處理得到的乳液脫氧後，將0. Olg聚合引 發劑(2，2'-偶氮雙(2-甲基丙脒)二鹽酸鹽)加入得到的乳液，使甲 基丙烯酸曱酯在70'C下聚合6小時以得到複合顆粒。用DLS-8000 (由 OTSUKA ELECTRONICS CO. ， LTD.製造)評價得到的複合顆粒，並確認 了數均粒徑(Dn)、重均粒徑和多分散指數(Dw/Dn)分別為140nm、 168nm和1.20。
其次，以與實施例1中相同的方式使用DLS-8000 (由0TSUKA ELECTRONICS CO. , LTD.製造)和透射電子顯微鏡評價複合顆粒的水中 平均流體動力學粒徑(Df )和乾燥狀態的平均乾燥粒徑(Dd)。平均
19流體動力學粒徑(Df )、平均乾燥粒徑(Dd)和Df/Dd分別為168nm、 165nm和1. 02。
另外，以與實施例1中相同的方式將複合顆粒埋入環氧樹脂中並 用切片機剖開後，用透射電子顯微鏡觀測橫截面，並確認了該複合顆 粒中含有的至少80%的磁鐵礦有具有不大於20認的粒徑的顆粒。
此外，以與實施例1中相同的方式通過TG-DTA分析評價複合顆粒， 並確認了在複合顆粒中磁性材料的含量為52%。 (實施例3)複合顆粒3的製備
將FeCl3和FeCh溶解在水中以製備溶解溶液。將溶解溶液保持在 4 0 。C下並在劇烈攪拌的同時將氨水加入該溶液以製備磁鐵礦的懸浮 液。
在攪拌的同時將油酸加入該懸浮液並在70。C攪拌混合物1小時並 在110。C攪拌1小時以製備淤漿。用大量水清洗該淤漿，然後在減壓 下乾燥以製備疏水性磁鐵礦粉末。
以與實施例1中相同的方式通過透射電子顯微鏡(TEM)評價得到 的疏水性磁鐵礦，結果平均粒徑為6nm並且分子量分布為1.2。
其次，稱量2g苯乙烯、lg曱基丙烯酸縮水甘油酯和3g疏水性磁 鐵礦到3g氯仿中以製備氯仿混合溶液。另一方面，將0. Olg十二烷基 硫酸鈉(SDS )溶解在12g水中以製備SDS水溶液。混合氯仿混合溶液 和SDS水溶液以製備混合溶液，並用攪拌均化器將該混合溶液剪切30 分鐘，然後用超聲均化器剪切4分鐘以由此製備乳液。其次，在減壓 下用蒸發器對該乳液進行處理以由此優先地將氯仿從分散質分餾。
通過氮冒泡將通過上述處理得到的乳液脫氧後，將0. Olg聚合引 發劑過硫酸鉀加入得到的乳液，並使苯乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯 在70。C下聚合6小時以得到複合顆粒。
以與實施例1中相同的方式通過DLS-8000 (由OTSUKA ELECTRONICS CO. , LTD.製造)評價得到的複合顆粒，並確認了數均粒 徑(Dn)、重均粒徑和多分散指數(Dw/Dn)分別為181. 25認、232nm 和1. 28 其次，以與實施例1中相同的方式使用DLS-8000 (由OTSUKAELECTRONICS CO. ， LTD.製造)和透射電子顯微鏡評價複合顆粒的水中平均流體動力學粒徑(Df )和乾燥狀態的平均乾燥粒徑(Dd)。平均流體動力學粒徑(Df )、平均乾燥粒徑(Dd)和Df/Dd分別為232rnn、183認和1. 27。
另外，以與實施例l中相同的方式將複合顆粒埋入環氧樹脂中並用切片機剖開後，用透射電子顯微鏡觀測橫截面，並確認了該複合顆粒中含有的至少80%的磁鐵礦有具有不大於20nm的粒徑的顆粒。此外，以與實施例1中相同的方式通過TG-DTA(同步差式熱和熱重測定熱重/差式熱分析)分析評價複合顆粒，並確認了複合顆粒中磁性材料的含量為54%。(比較例1)
除了不使用氯仿外，用與實施例1中相同的程序和條件製備複合顆粒，結果複合顆粒聚集且不能得到均勻的顆粒。(比較例2 )
除了沒有進行分餾步驟外，以與實施例1中相同的程序和條件製備複合顆粒。
以與實施例1中相同的方式通過DLS-8000 (由OTSUKAELECTRONICS CO. ， LTD.製造)評價得到的複合顆粒，並確認了數均粒徑(Dn)、重均粒徑(Dw)和多分散指數(Dw/Dn)分別為151nm、 181nm和1. 20。其次，使用DLS-8000 (由OTSUKA ELECTRONICS CO. ， LTD.製造)和透射電子顯微鏡測定了複合顆粒的水中平均流體動力學粒徑(Df )和乾燥狀態的平均乾燥粒徑(Dd )。平均流體動力學粒徑(Df )、平均乾燥粒徑(Dd)和Df/Dd分別為181nm、 179nm和l. 01。
另外，將複合顆粒埋入環氧樹脂中並用切片機剖開後，用透射電子顯微鏡觀測橫截面，並確認了該複合顆粒中含有的至少80%的磁鐵礦具有粒徑不大於20nm的顆粒。此外，通過TG-DTA (同步差式熱和熱重測定熱重/差式熱分析)分析評價複合顆粒，並確認了複合顆粒中磁性材料的含量為32%。在本比較例中，複合顆粒中磁性材料的含量未達到50%,因此，不能始終充分顯示出作為磁性材料的功能。(比較例3 )
將3g的N-異丙基丙烯醯胺(NIPAM)和0. 5g曱基丙烯酸(MAc)溶解在曱苯中並使得到的溶液進行氮冒泡30分鐘，將0. Olg偶氬二異丁基丙烯醯胺作為引發劑加入該溶液並在60'C下進行聚合反應3小時。將得到的溶解在曱苯中的NIPAM-Mac共聚物溶液加入大量的二乙醚以沉澱的操作重複3次，由此提純NIPAM-MAc共聚物。
將該NIPAM-MAc共聚物和FeCl3溶解在水中並使得到的溶液進行氮冒泡l小時後，將氨加入該溶液以由此形成複合顆粒。通過使用磁
鐵的傾析、離心分離和使用1 Mm孔徑的親水性過濾器的過濾提純複合顆粒在水中的分散液。
以與實施例1中相同的方式通過DLS-8000 (由OTSUKAELECTRONICS CO. ， LTD.製造)評價得到的複合顆粒，並確認了數均粒徑(Dn)、重均粒徑(Dw)和多分散指數(Dw/Dn)分別為180 nm、232 nm和1. 29。其次，以與實施例1中相同的方式使用DLS-8000 (由OTSUKA ELECTRONICS CO. ， LTD.製造)和透射電子顯樣吏鏡(TEM )評價了複合顆粒的水中平均流體動力學粒徑(Df )和乾燥狀態的平均乾燥粒徑(Dd)。平均流體動力學粒徑(Df )、平均乾燥粒徑(Dd)和Df/Dd分別為232nm、 164nm和1. 42。但是，由透射電子顯微鏡觀測的複合顆粒為無定形，並且因此計算最大長軸和最小短軸的平均作為複合顆粒的粒徑。
另外，以與實施例1中相同的方式將複合顆粒埋入環氧樹脂中並用切片機剖開後，用透射電子顯微鏡觀測橫截面，但未能得到良好的觀測條件。此外，以與實施例1中相同的方式通過TG-DTA分析評價複合顆粒，並確認了複合顆粒中磁性材料的含量為69%。
本比較例中複合顆粒具有大於1.3的Df/Dd，因此對抗環境變化的穩定性不足。
工業應用性
根據上述本發明的優選實施例，提供均包括聚合物化合物和固體顆粒的複合顆粒，其可應用於寬範圍的工業領域，包括電子材料、光
22學材料和醫用材料。在均包括聚合物化合物和磁性材料的磁性顆粒的情形中，可提供具有高含量的磁性材料和優異的磁化強度均勻性、尺寸均勻性和分散性的磁性顆粒。
儘管已參照示例性實施例說明了本發明，但應理解本發明並不限於公開的示例性實施例。對以下權利要求的範圍應給予最寬泛的解釋以包括所有這樣的變形和等同結構及功能。
該申請要求於2007年6月28日提交的日本專利申請號2007-170232的權益，由此在本文中將其全文引為參考。
權利要求
1.複合顆粒的製備方法，該複合顆粒均包括聚合物化合物和固體顆粒，其特徵在於包括如下步驟(1)將含有單體和有機溶劑的第一液體與固體顆粒混合以得到混合溶液；(2)將該混合溶液與第二液體混合以形成乳液；(3)將該第一液體從該乳液的分散質分餾；和(4)分餾後聚合殘留在分散質中的單體。
2. 根據權利要求1的複合顆粒的製備方法，其特徵在於分餾包括 減壓下的操作。
3. 根據權利要求1的複合顆粒的製備方法，其特徵在於有機溶劑 為揮發性有機溶劑。
4. 根據權利要求3的複合顆粒的製備方法，其特徵在於該揮發性 有機溶劑具有低於單體沸點的沸點。
5. 根據權利要求1的複合顆粒的製備方法，其特徵在於該第二液 體為水或水溶液。
6. 根據權利要求1的複合顆粒的製備方法，其特徵在於該固體顆 淨立為磁性材料的顆豐立。
7. 根據權利要求1的複合顆粒的製備方法，其特徵在於該固體顆 粒為磁鐵礦的顆粒。
8. 複合顆粒，其均包括聚合物化合物和固體顆粒，其特徵在於該 複合顆粒具有不大於1. 3的由數均粒徑(Dn)和重均粒徑(Dw)計算 的多分散指數(Dw/Dn)和不大於1. 3的水中平均流體動力學粒徑(Df ) 和平均乾燥粒徑(Dd)之比(Df/Dd);每個複合顆粒中固體顆粒所佔 的含量為50wt% ~80wt%，並且不少於80%的固體顆粒是具有不大 於20nm的津立徑的顆粒。
9. 根據權利要求8的複合顆粒，其特徵在於該複合顆粒具有 50nm~ 300nm範圍內的平均乾燥粒徑。
10. 根據權利要求8的複合顆粒，其特徵在於該固體顆粒是磁性 材料的顆粒。
11. 根據權利要求10的複合顆粒，其特徵在於該固體顆粒是磁鐵 礦的顆並立。
全文摘要
提供複合顆粒的製備方法，該複合顆粒均包括聚合物化合物和固體顆粒，該方法包括(1)將含有單體和有機溶劑的第一液體與固體顆粒混合以製備混合溶液；(2)製備第二液體；(3)將該混合溶液和該第二液體混合以形成乳液；(4)將該第一液體從該乳液的分散質分餾；和(5)分餾後聚合殘留在分散質中的單體。由此可得到均以高比例均勻地包括固體顆粒並且具有優異的尺寸均勻性和分散性的複合顆粒。
文檔編號C08F292/00GK101687965SQ20088002157
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月17日 優先權日2007年6月28日
發明者中浜數理 申請人:佳能株式會社