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ポリマー微粒子の最新技術動向


 ポリマー微粒子は材料の種類が豊富で多様性があり、それぞれがプラスチック材料としての特徴を備えています。そのほか、製造方法の選択により幅広い径での微粒子化が可能であることや、無機物、有機物、金属、セラミックスなど他の材料との複合化も容易であり、機能の幅も広いという特徴があります。近年、分散/凝集の制御や集積化などの高機能化のための技術開発も進み、その用途が拡大しています。
  本調査レポートは、ポリマー微粒子に関する最新技術について、以下の点に重点を置いてまとめたものです。

化学合成法、晶析法、膜乳化法、マイクロチャンネルによる液滴を利用する方法などのポリマー微粒子製造法について詳述!
不均一系ラジカル重合ポリマー、縮重合ポリマー、生分解性ポリマー、高分子ゲルからなる各種微粒子の特性、用途について紹介!
中空粒子、多孔質粒子、異形粒子などの形状制御についても言及!
コア・シェル構造、機能物質の内包化、有機−無機ハイブリッドなどの複合化技術について詳述!
ポリマー微粒子の集積化とその応用、コロイド結晶、フォトニック結晶、構造色材料について整理!
エレクトロニクス、樹脂改質・フィルム添加材、塗料、化粧品、製紙、検査・診断の各分野での応用展開について紹介!

   □体裁 A4判 551ページ
   □税込価格 71,400円 (本体68,000円、消費税3,400円)
   □送料 弊社負担
   □発行 2008月10月

章 目 次

序論
第1章 ポリマー微粒子の製造法
第2章 ポリマー微粒子の種類と特徴
第3章 ポリマー微粒子の形状および内部構造
第4章 微粒子の表面組成の制御
第5章 コロイド結晶と微粒子集積化 
第6章 ポリマー微粒子の複合化技術
第7章 各種応用分野での技術動向 
付属資料(国内公開特許132件)

詳 細 目 次

 
序論 1

第1章 ポリマー微粒子の製造法
10
 1.1 重合造粒法 10
  1.1.1 乳化重合法 11
   (1) 乳化重合の機構 11
   (2) 生成する粒子のサイズと数およびポリマーの分子量 14
   (3) 乳化剤 15
   (4) 重合開始剤 16
   (5) 乳化重合の問題点 17
   (6) 乳化重合関する国内公開特許出願 18
  1.1.2 マイクロエマルション重合法 18
   (1) マイクロエマルション重合の特徴 18
   (2) W/Oマイクロエマルション 19
  1.1.3 ミニエマルション重合法 19
   (1) ミニエマルション重合の特徴 20
   (2) ミニエマルションの調製 21
   (3) ハイドロホーブ 22
  1.1.4 逆相ミニエマルション重合法 22
  1.1.5 ソープフリー乳化重合法 23
   (1) 粒子生成過程 23
   (2) 重合開始剤 25
   (3) 反応性乳化剤 26
  1.1.6 シード重合法 27
   (1) シード重合法の特徴 28
   (2) シード重合法の種類 28
   (3) シード重合に関する国内特許出願 30
  1.1.7 分散重合法 30
   (1) 分散重合法の特徴 32
   (2) 反応機構 32
   (3) 分散重合法による微粒子の合成例 34
   (4) マクロモノマーの利用 35
  1.1.8 懸濁重合法 38
 1.2 分散造粒法 40
  1.2.1 スプレードライ法 40
  1.2.2 液中硬化法 40
  1.2.3 相分離法 40
  1.2.4 晶析によるポリマー微粒子の形成 41
   (1) 球形晶析法による粒子の調製 41
   (2) 再沈殿法 43
   (3) 超臨界流体による微粒子の調製 43
    A.物理的晶析法 45
    B.化学的晶析法 48
 1.3 ポリマー微粒子の大きさ・粒径分布制御 49
  1.3.1 ポリマー微粒子の大きさ 49
   (1) はじめに 49
   (2) アクリル粒子の小径化 50
   (3) 均一径ポリスチレン粒子の製造法 52
   (4) ポリスチレン標準粒子 52
  1.3.2 粒子径分布の制御 53
   (1) アクリル系微粒子の粒子径制御 54
   (2) ポリスチレン粒子の粒子径制御 60
   (3) 膜乳化法による真球状ポリマー微粒子の製造方法 68
   (4) 再沈法による均一粒子の形成 68
   (5) 縮重合系での粒子形状、粒子径および粒子径分布の制御 70
 1.4 乳化・分散技術 72
  1.4.1 乳化技術の推移 72
  1.4.2 エマルション 73
   (1) エマルションの分類 73
   (2) 単分散エマルションの作製技術 76
    A.膜乳化法 76
    B.ピエゾ素子を利用した乳化法 77
    C.薄膜旋回法 78
    D.マイクロチャンネル乳化法 78
    E.マイクロチャンネル液滴生成法 東京大学大学院  81
  1.4.3 乳化・分散に関する国内公開特許出願 89
  1.4.4 微粒子による泡の安定化 92
   (1) 微粒子で安定化された泡(気泡)の特徴 92
   (2) 有機微粒子により安定化された泡 93
   (3) マイクロチャネル気泡の作製 95

第2章 ポリマー微粒子の種類と特徴
98
 2.1 不均一系ラジカル重合ポリマー 98
  2.1.1 アクリル系粒子 98
   (1) 単分散PMMA粒子の用途 98
   (2) 製造法 100
   (3) アクリル粒子に関する国内公開特許出願 106
  2.1.2 スチレン系粒子 107
   (1) ポリスチレン粒子の生成機構(ソープフリー重合系) 107
   (2) ポリスチレン粒子の製造法 109
   (3) ポリスチレン粒子径の微小化 110
   (4) ポリスチレン粒子の粒子径の増大 110
   (5) マクロモノマーを用いたスチレンの分散重合 112
   (6) 超臨界二酸化炭素を用いた晶析法 112
 2.2 縮合重合ポリマー 113
  2.2.1 ウレタン粒子 113
  2.2.2 ポリアミド粒子 115
  2.2.3 ポリイミド粒子 117
   (1) ジアミンとカルボン酸二無水物の反応 118
   (2) イソシアネート法 118
   (3) 再沈法によるポリイミドナノ粒子 東北大学多元物質科学研究所 121
  2.2.4 ポリエステル粒子 122
  2.2.5 芳香族ポリマー粒子 124
 2.3 生分解性ポリマー 127
  2.3.1 エマルション・液中乾燥法 127
  2.3.2 サスペンション架橋法 129
  2.3.3 不均一相重合法 130
 2.4 高分子ゲル粒子 132
  2.4.1 刺激応答性高分子ゲル 132
  2.4.2 ゲル粒子の合成法 134
   (1) ヒドロゲル粒子の合成 134
   (2) 紫外線ゲル化法 135
   (3) コア・シェル型ゲルの合成 137
  2.4.3 N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAM) 137
   (1) NIPAMの特性 138
   (2) NIPAMゲル微粒子の合成法 139
   (3) コア・シェル型NIPAMゲル微粒子 141
  2.4.4 ナノ粒子−ハイドロゲルコンポジット 142
   (1) ナノコンポジットマイクロゲル−1 慶應義塾大学大学院 143
   (2) ナノコンポジットマイクロゲル−2 川村理化学研究所  146
  2.4.5 高分子ゲルを用いた調光材料  富士ゼロックス 150
 2.5 メタロポリマー 152
  2.5.1 メタロポリマーの分類と特徴 152
  2.5.2 ポリイミン金属錯体のin situ重合による微粒子形成
      東京大学 生産技術研究所
153

第3章 ポリマー微粒子の形状および内部構造
160
 3.1 ポリマー微粒子の形状 160
  3.1.1 微粒子の形態とその製法 160
  3.1.2 球状粒子 162
  3.1.3 中空粒子 163
   (1) 中空粒子の製造法 163
   (2) 多中空高分子微粒子・単中空架橋微粒子 164
   (3) マイクロバブルから作る中空マイクロカプセル
      産業技術総合研究所 東京大学
166
  3.1.4 多孔質粒子 168
   (1) 重合法による多孔性粒子 169
   (2) ポリマーからの多孔質粒子 172
    A.ポリアミド多孔質球状微粒子 宇部興産 172
    B.多孔質ポリイミド微粒子 大阪府立産業技術総合研究所 175
    C.多孔性セルロース「ビスコパール」レンゴー 177
  3.1.5 中空多孔質粒子 180
   (1) 中空コア/多孔シェル構造の鳥かご様粒子 180
   (2) 中空多孔質重合体粒子 綜研化学 183
  3.1.6 異形粒子 183
   (1) 異形粒子の作製法 184
    A.非真球状ポリマー微粒子 185
    B.凸部を有する高分子微粒子  186
    C.凹部を有する高分子微粒子 190
    D.その他の異形粒子 192
   (2) 異形粒子の応用 196
   (3) 異形粒子に関する国内公開特許出願 196
 3.2 ポリマー微粒子の内部構造 196

第4章 微粒子の表面組成の制御
200
 4.1 ポリマー微粒子の表面特性の制御 200
  4.1.1 既存粒子の表面改質 203
  4.1.2 モノマーによる官能基の導入 204
  4.1.3 粒子への後反応による官能基の導入 208
  4.1.4 新しい表面改質粒子 208
   (1) 物質変換機能を有する高分子ナノ粒子 豊橋技術科学大学 208
   (2) 二官能性異方ポリマー微粒子 産業技術総合研究所 213
  4.1.5 グラフト化による粒子表面の機能化 215
   (1) リビングラジカル重合 215
   (2) 原子移動ラジカル重合(ATPR) 216
   (3) ヘア粒子 217
   (4) ポリマーブラシ 219
   (5) 濃厚ポリマーブラシ 220
 4.2 無機微粒子のポリマー修飾  221
  4.2.1 無機微粒子表面での反応 221
  4.2.2 無機微粒子表面での重合 223
  4.2.3 表面コーティング 226
  4.2.4 有機−無機ハイブリッド微粒子の合成 227
  4.2.5 ポリマーグラフト化による粒子の分散性 229

第5章 コロイド結晶と微粒子集積化
233
 5.1 微粒子の集積化 233
  5.1.1 集積化の方法 233
  5.1.2 一次元集積化 236
  5.1.3 二次元集積化 237
   (1) 単粒子膜の作製法 237
   (2) 単粒子膜作製に関する研究事例 240
   (3) 二次元集積体の応用例 250
    A.マイクロレンズの作製 250
    B.非反射膜 251
    C.電極基板上へのPMMA粒子の配列 綜研化学、東京工業大学 252
    D.アゾポリマー表面への微粒子の二次元配列および光照射による固定
      名城大学、豊田中央研究所
254
  5.1.4 三次元集積化の方法 260
  5.1.5 鋳型としてのポリマー微粒子の利用 262
   (1) 多孔体の形成の鋳型としての高分子微粒子の利用 263
   (2) ポリマー粒子を利用したセラミックス多孔体の製造 物質・材料研究機構 265
   (3) シリカ薄膜の鋳型としてのポリマー微粒子の利用 化学技術戦略推進機構 266
 5.2 コロイド結晶 269
  5.2.1 コロイド結晶の種類 270
  5.2.2 コロイド微粒子の合成 270
  5.2.3 コロイド粒子の修飾法 271
   (1) コロイド粒子の表面改質 271
   (2) コロイド粒子への高分子吸着 271
   (3) 高分子によるコロイド粒子の修飾 272
   (4) ゼータ電位の制御 272
   (5) コロイド粒子の分散 273
  5.2.4 コロイド結晶の作製法 274
   (1) 静電反発法 275
   (2) ポリマー鎖反発法 275
   (3) コロイド粒子の自己組織化 276
   (4) 遠心沈降法によるコロイド結晶の作製 徳島大学大学院 276
   (5) 大型で格子欠陥や不均一性の少ないコロイド単結晶の製造法
      名古屋市立大学、富士化学
276
   (6) コア・シェル型コロイド粒子を用いたコロイド結晶の製造法
      豊田中央研究所
277
  5.3.5 コロイド結晶の固定 278
   (1) ゲルによるコロイド粒子の固定化 278
   (2) 有機溶媒中でのコロイド結晶の固定化 九州工業大学 278
  5.2.6 コロイド結晶の構造制御 280
  5.2.7 新規コロイド結晶の創成 280
   (1) 準ソフト系コロイド結晶 京都大学 281
   (2) ナノコンポジットマイクロゲル微粒子からなるコロイド結晶
      慶応義塾大学大学院
286
  5.2.8 コロイド結晶の応用 288
   (1) センサへの応用 289
   (2) 構造色 290
    A.構造色の発色メカニズム 291
    B.フォトニックラバーシート 物質・材料研究機構 294
    C.表示媒体への応用 物質・材料研究機構 296
    D.構造色材料 綜研化学 297
    E.構造色材料に関する国内公開特許出願  299
 5.3 フォトニック結晶 300
  5.3.1 三次元フォトニック結晶構造の作製 300
   (1) 逆オパール構造の作製法 301
   (2) 微粒子の面心立法格子配列 北海道大学電子科学研究所 303
   (3) 三次元フォトニック結晶生成宇宙実験 宇宙航空研究開発機構 304

第6章 ポリマー微粒子の複合化技術
308
 6.1 固体粒子の複合化 308
  6.1.1 機械的粒子複合法 308
   (1) PMMA/金属酸化物複合粒子 310
   (2) カーボンナノチューブと樹脂の複合化 310
  6.1.2 高速気流中衝撃法 311
 6.2 異種ポリマーの複合化 313
  6.2.1 シード重合を利用する方法 313
  6.2.2 ヘテロ凝集法を利用する方法 316
  6.2.3 強制帯電法による複合化 318
  6.2.4 ミニエマルション重合法による複合化 318
  6.2.5 多層ポリマー微粒子 319
 6.3 機能物質を内包するポリマー微粒子 320
  6.3.1 蛍光粒子 321
  6.3.2 磁性粒子 322
 6.4 粒子表面への機能物質の導入 323
 6.5 有機−無機ハイブリッド粒子 327
  6.5.1 シード重合(カプセル重合) 329
  6.5.2 ヘテロ凝集法 329
  6.5.3 シランカップリング剤の加水分解、縮重合による方法 331
  6.5.4 油滴をテンプレートとして用いる複合化 331
  6.5.5 物理的溶融分散法による樹脂微小球体の製造 トライアル 332
  6.5.6 無機微粒子の配位子による複合化 336
   (1) かご型シルセスキオキサンを用いた金属ナノ粒子 京都大学大学院 336
   (2) セラソーム 奈良先端科学技術大学院大学 338
  6.5.7 ゾル・ゲル法による有機−無機複合粒子 339
   (1) ヒドロキシプロピルセルロース溶液中でのシリカ微粒子の合成
      大阪府立産業技術総合研究所
340
   (2) LCDスペーサ用PVP-SiO2複合粒子 KRI 342
   (3) 酸化チタン−シリコーンハイブリッド粒子 コーセー 344
   (4) チタニア粒子−液晶針状ハイブリッド粒子 東北大学多元物質科学研究所 346
  6.5.8 その他の方法  347
   (1) 多層カプセル化粒子 347
   (2) 単分散・球状の酸化セリウム/ポリマーハイブリッドナノ粒子分散液
      産業技術総合研究所
349
   (3) 超臨界水熱法による無機ナノ粒子のin situ有機表面修飾
      東北大学多元物質科学研究所
351

第7章 各種応用分野での技術動向
354
 7.1 エレクトロニクス分野 354
  7.1.1 電子ペーパー 354
   (1) 技術開発の現状 356
    A.電気泳動方式(EPD:Electrophoretic Display) 356
     1)マイクロカプセル型電気泳動ディスプレイ 米E Ink社、凸版印刷 356
     2)インプレーン型電気泳動ディスプレイ キヤノン 358
     3)「マイクロカップ」型電気泳動ディスプレイ
       米SiPix Imaging社、トッパン・フォームズ
359
     4)可動性微粒子拡散型液晶ディスプレイ[MFPD]
       スタンレー電気、工学院大学
360
    B.ツイストボール方式 361
    C.トナーディスプレイ 富士ゼロックス 362
    D.電子粉流体を用いた電子ペーパー ブリヂストン 364
    E.磁気感熱式電子ペーパー「サーモマグ」 マジマ研究所 365
    F.コレステリック液晶を用いた光書き込み型電子ペーパー 富士ゼロックス 367
   (2) 電子ペーパーに用いられるポリマー微粒子 369
    A.マイクロカプセル型電気泳動方式 369
     1)白色粒子(E-Ink社特許) 370
     2)電気泳動方式マイクロカプセルインキ 岡山大学大学院 371
     3)白色高分子微粒子の合成 山形大学 373
    B.ツイストボール方式 375
     1)2色微粒子の製造法 375
     2)マイクロチャンネル液滴生成法による2色微粒子の作製
      東京大学大学院、綜研化学
376
    C.電子粉流体 ブリヂストン 378
   (3) 電子ペーパー(粒子)に関する国内公開特許出願 379
   (4) 電子ペーパー実用化の現状と応用展開 383
  7.1.2 液晶ディスプレイに用いられるポリマー微粒子 387
   (1) 拡散板 387
   (2) 拡散フィルム(シート) 388
   (3) AG(Anti Glare)フィルム 389
   (4) レンズ 389
   (5) LCDスペーサ 390
   (6) 導電性微粒子 393
   (7) 企業および研究機関における開発事例 396
    A.新型反射シート「エンハンスター」 三井化学 396
    B.LCDバックライト用機能統合フィルムの開発 東レ 399
    C.無電解銀めっきによる導電性微粒子の作製 関東学院大学大学院 399
  7.1.3 研磨剤 403
   (1) 研磨剤に関する国内公開特許出願 404
   (2) ポリマー粒子を用いたシリコンウェハの新規研磨加工法
      大阪大学大学院、日本ミクロコーティング、フジミインコーポレーテッド、
      東京大学生産技術研究所
405
 7.2 樹脂改質およびフィルム添加材 411
  7.2.1 樹脂改質に用いられるポリマー微粒子 411
   (1) 粒子によるエポキシ樹脂の改質 411
   (2) ゴム粒子の添加による改質 413
  7.2.2 企業および研究機関の開発事例 414
   (1) 真球状ウレタンビーズのインパネ表皮材への応用 三洋化成工業 414
   (2) コア・シェルゴムを分散したエポキシ樹脂改質剤「カネエースMX」 カネカ 414
   (4) ゴム粒子添加MBS樹脂
      九州大学応力研究所、九州大学大学院、電気化学工業
416
   (5) ポリアミド系微粒子によるエポキシ樹脂の高強靱性化と
      剥離接着強さの向上 兵庫県立大学大学院
416
   (6) ゴムのようなプラスチック 東レ、山形大学 422
   (7) FRP亜臨界水分解物の低収縮剤へのリサイクル 松下電工 422
   (8) 硬化剤のマイクロカプセル化によるエポキシ樹脂封止剤の一液化
      新潟大学大学院
424
   (9) 熱膨張性マイクロカプセルによるPP樹脂の軽量化 積水化学工業 427
  7.2.3 フィルム添加材 431
   (1) インラインコートフィルム「コスモシャイン」 東洋紡績 431
   (2) 共押出しによるフィルム表面の制御 東レ 433
   (3) アクリル系微粒子のナノインプリント樹脂へ応用 綜研化学 434
   (4) ポリ乳酸樹脂用アクリル系耐衝撃改質剤「パラロイドBPM-500」
      ローム・アンド・ハース・ジャパン
434
   (5) 導電性複合材料のフィルムでのバインダ粒子の利用
      奈良先端科学技術大学院大学
437
 7.3 塗料分野 441
  7.3.1 水性塗料 442
   (1) 水溶性樹脂型およびコロイダルディスバージョン型 443
   (2) エマルション型 443
   (3) 水性塗料でのVOC低減 443
   (4) 艶消し剤 448
  7.3.2 自動車用塗料 450
  7.3.3 工業用塗料 451
  7.3.4 汎用塗料 452
  7.3.5 企業の開発事例 454
   (1) 塗料用水性UV硬化型樹脂「ユニディックV-7000」シリーズ DIC 454
   (2) 外断熱用コーティング材料P3(ピーキュービック) ピアレックス 456
   (3) ナノコンポジットエマルション 水谷ペイント 457
   (4) シェル水溶性コア・シェルエマルション樹脂 日本ペイント 460
   (5) 懸濁重合によるアクリル樹脂粒子艶消し剤 日本ペイント 465
 7.4 化粧品分野 470
  7.4.1 ソフトマテリアル 470
  7.4.2 ハードマテリアル 472
   (1) ポリマー微粒子の利用 472
   (2) マイクロカプセル 473
   (3) 複合粒子 474
   (4) ゾル・ゲル法による有機−無機ハイブリッド粒子 475
  7.4.3 粉体の表面修飾 477
   (1) CVD法による環状シロキサンのコーティング 477
   (2) 機能性ナノコーティングの調製と応用 478
  7.4.4 DDS技術の化粧品分野への応用 479
   (1) DDSの投与経路 480
   (2) DDSの形態 481
  7.4.5 ポリマー微粒子に関する国内公開特許出願 484
  7.4.6 企業および研究機関の開発事例  488
   (1) マイクロ流路法による新規リポソームの製造法 神戸大学大学院 488
   (2) 均一径リポソームナノカプセル 慶應義塾大学大学院 490
   (3) レチノール配合ナノカプセル 仏ロレアル 493
   (4) 水内包カプセル化粧料 コーセー 494
   (5) DDS技術を活用した養毛料「ナノインパクト」 ホソカワ粉体技術研究所 497
   (6) NANOEGG-atRA 聖マリアンナ医科大学 499
 7.5 製紙分野 502
  7.5.1 塗工紙用ラテックス 502
  7.5.2 中空粒子を含む塗工紙 503
 7.6 検査・診断 506
  7.6.1 バイオ・メディカル計測 506
   (1) ポリマー微粒子に求められる機能 506
   (2) 免疫測定法への応用 508
   (3) 核酸の計測への応用 511
   (4) アフィニティ精製 513
   (5) 非特異的捕捉を利用する応用 515
  7.6.2 企業および研究機関の開発事例 517
   (1) SQIDセンサ検出用磁気マーカーとしてのポリマー/Fe3O4微粒子
      九州工業大学
517
   (2) ナノ磁性体-高分子ハイブリッド微粒子(FG粒子) 東京工業大学大学院 518
   (3) 熱応答性磁性ナノ粒子「Therma-Max」 チッソ石油、神戸大学 520
   (4) 微粒子を用いた遺伝子検出 熊本大学大学院 521
 7.7 その他のバイオメディカル分野 523
  7.7.1 細胞培養担体 523
  7.7.2 再生医療用マトリックス 523

付属資料(国内公開特許132件)
524
1.ポリマー粒子の製造法、分散体および組成物に関する出願 524
 1.1 製造法に関する出願(31件) 524
 1.2 分散体に関する出願(10件) 529
 1.3 ポリマー粒子を含む組成物に関する出願(13件) 531
2.複合粒子に関する出願(17件) 533
3.コア・シェル粒子に関する出願(17件) 537
4.中空粒子に関する出願(7件) 541
5.多孔質粒子に関する出願(4件) 542
6.コロイド結晶に関する出願(6件) 543
7.LCD用光学フィルムに関する出願(6件) 545
8.液晶スペーサに関する出願(8件) 547
9.導電性粒子の関する出願(13件) 549

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