JP5358241B2 - Method for producing vinyl polymer particles and vinyl polymer particles - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水溶性蛍光染料を含有するビニル系重合体粒子の製造方法とビニル系重合体粒子とに関するものである。 The present invention relates to a method for producing vinyl polymer particles containing a water-soluble fluorescent dye and vinyl polymer particles.
蛍光を発する微粒子は、現在、各種分野において広く使用されているが、中でも、流体可視化装置用トレーサー、フローサイトの精度管理用標準粒子、免疫診断薬用担体として重要な役割を果たしている。用いられる粒子径としてはその使用形体及び視認性から、数μm〜数百μmのものが主流であるが、近年はマイクロ流体デバイスのスケールダウン等に伴って更に小さいサブミクロン領域の粒子径を有する蛍光粒子の要望が強い。 Currently, fine particles that emit fluorescence are widely used in various fields. Among them, they play an important role as fluid tracer tracers, flow-site quality control standard particles, and immunodiagnostic drug carriers. As the particle size to be used, those of several μm to several hundreds of μm are the mainstream due to the shape of use and visibility, but in recent years it has a smaller particle size in the submicron region as the microfluidic device scales down. There is a strong demand for fluorescent particles.
従来、このような蛍光を発する微粒子を製造する方法としては、
(1)ポリマー粒子を蛍光染料浴に浸漬することにより染色する方法、
(2)ポリマー粒子の表面に蛍光染料と反応する官能基を有する層を形成させた後、蛍光染料浴に浸漬することにより染色する方法(例えば、米国特許第4774189号(下記特許文献1)及び米国特許第5194300号(下記特許文献2)に記載)、
(3)モノマーに蛍光体または蛍光染料を添加したモノマー組成物を媒体中に分散させ重合を行う懸濁重合により蛍光体(蛍光染料)含有樹脂粒子を形成する方法および用いられる蛍光体、蛍光顔料及び蛍光染料のモノマー組成への分散性の向上を目的とした表面処理方法(例えば、特開平9−176366公報(下記特許文献3)に記載)、
(4)水溶性蛍光染料及びその水溶性蛍光染料と結合する官能基を有するビニル系単量体を用い、懸濁重合を行うことにより水溶性蛍光染料含有樹脂粒子を得る方法(例えば特開2006−265401号公報(下記特許文献4)に記載)、
などが知られている。
Conventionally, as a method for producing such fluorescent fine particles,
(1) A method of dyeing polymer particles by immersing them in a fluorescent dye bath,
(2) After forming a layer having a functional group that reacts with a fluorescent dye on the surface of the polymer particles, a method of dyeing by immersing in a fluorescent dye bath (for example, US Pat. No. 4,774,189 (the following Patent Document 1) and US Pat. No. 5,194,300 (described in Patent Document 2 below),
(3) Method of forming phosphor (fluorescent dye) -containing resin particles by suspension polymerization in which a monomer composition in which a phosphor or fluorescent dye is added to a monomer is dispersed in a medium and polymerization is performed, and the phosphor and fluorescent pigment used And a surface treatment method for improving the dispersibility of the fluorescent dye in the monomer composition (for example, described in JP-A-9-176366 (Patent Document 3 below)),
(4) A method for obtaining water-soluble fluorescent dye-containing resin particles by suspension polymerization using a water-soluble fluorescent dye and a vinyl monomer having a functional group that binds to the water-soluble fluorescent dye (for example, JP 2006-2006 A). -265401 (described in Patent Document 4 below),
Etc. are known.
しかしながら、以上掲げた方法にはそれぞれ以下のような問題点があった。
(1)の方法は染色方法として非常に簡便な製造方法ではあるが、表面層への物理吸着によるものであり蛍光染料の定着は困難なものであった。
(2)の方法では一般的にポリマー粒子を製造するのに必要な製造工程に加えて、そのポリマー粒子表面に染料と反応する官能基を有する層を形成させる工程、更にその後蛍光染料浴を用いて染色する工程が必要であるため製造工程が煩雑であり、また表面層だけへの染色のため(1)の製造方法で得られた粒子ほどではないものの、粒子の使用に際して徐々に蛍光染料が逸脱し退色が起こるという問題点があった。
更に(1)(2)の製造方法には何れも蛍光染料浴が必要であり、共通する問題点として該蛍光染料の使用効率が非常に悪く、また不要な蛍光染料を洗い落とすのに際して洗浄を繰り返す必要があり、工程が煩雑で時間がかかること。更には排水処理等での環境への負荷を増大させるおそれを有していた。
However, each of the above methods has the following problems.
Although the method (1) is a very simple production method as a dyeing method, it is based on physical adsorption to the surface layer, and it is difficult to fix the fluorescent dye.
In the method (2), in addition to the production steps generally required to produce polymer particles, a layer having a functional group that reacts with a dye is formed on the surface of the polymer particles, and then a fluorescent dye bath is used. The manufacturing process is complicated because the dyeing process is necessary, and the fluorescent dye is gradually used when the particles are used, although not as much as the particles obtained by the manufacturing method (1) for dyeing only the surface layer. There was a problem of deviating and fading.
Furthermore, the production methods of (1) and (2) both require a fluorescent dye bath. As a common problem, the use efficiency of the fluorescent dye is very poor, and washing is repeated when unnecessary fluorescent dyes are washed away. The process is complicated and time consuming. Furthermore, there was a risk of increasing the environmental load in wastewater treatment and the like.
そこで本発明者は(3)(4)の方法により水溶性蛍光染料を均一に内包したビニル系重合体粒子を得ようと試みた。
具体的には特開平9−176366号公報の実施例2の蛍光白色染料(チバガイギー社、ユビテックスOB、疎水性蛍光染料)を水溶性染料であるローダミンBに替えて重合を試みたが、ローダミンBは重合性ビニル系モノマーとしてスチレン、架橋剤としてジビニルベンゼンの重合性組成物にほとんど溶解せず従って良好な水溶性蛍光染料含有樹脂粒子を得ることができなかった。
Therefore, the present inventor tried to obtain vinyl polymer particles uniformly containing a water-soluble fluorescent dye by the methods (3) and (4).
Specifically, the fluorescent white dye (Ciba Geigy, Ubitex OB, hydrophobic fluorescent dye) of Example 2 of JP-A-9-176366 was changed to rhodamine B which is a water-soluble dye, and polymerization was attempted. B was hardly dissolved in the polymerizable composition of styrene as the polymerizable vinyl monomer and divinylbenzene as the cross-linking agent, and therefore it was not possible to obtain good water-soluble fluorescent dye-containing resin particles.
次いで、特開2006−265401号公報の実施例に基づいて水溶性蛍光染料を内包したビニル系重合体粒子を作製した。
このとき、攪拌条件、酸性有機変性燐酸化合物、界面活性剤等の添加量の条件を変更するなどして平均粒子径が0.01〜2μmのいずれかとなるビニル系重合体粒子を得ようと試みたが、目的とする微細な粒子径を得ることができなかった。
更に特開平2006−265401号公報の実施例の組成を元に、小粒子化が一般的に容易に得られることが知られている乳化重合法により、平均粒子径が0.01〜2μmである水溶性蛍光染料を内包したビニル系重合体粒子を得ようと試みたが、水系分散媒を含んだ状態でゲル化して系全体が固まったり、樹脂の塊が多数含まれるスラリー状の粘性の高いものとなったりして、目的とする平均粒子径が0.01〜2μmの粒子を得ることはできなかった。
Next, vinyl polymer particles encapsulating a water-soluble fluorescent dye were produced based on the examples of JP-A-2006-265401.
At this time, an attempt was made to obtain vinyl polymer particles having an average particle diameter of 0.01 to 2 μm by changing the conditions of the stirring amount, the addition amount of the acidic organic modified phosphoric acid compound, the surfactant and the like. However, the intended fine particle size could not be obtained.
Furthermore, based on the composition of the examples in JP-A No. 2006-265401, the average particle diameter is 0.01 to 2 μm by an emulsion polymerization method that is generally known to facilitate the reduction in particle size. I tried to obtain vinyl polymer particles encapsulating water-soluble fluorescent dyes, but gelled in a state containing an aqueous dispersion medium and the whole system hardened, or a slurry-like high viscosity containing many lumps of resin. As a result, it was not possible to obtain particles having a target average particle diameter of 0.01 to 2 μm.
上記のような問題点に鑑み、本発明は、例えば、流体可視化装置用トレーサー、フローサイトの精度管理用標準粒子、免疫診断薬用担体等での使用に際して蛍光染料の逸脱による退色変化が抑制されており、しかも、従来のものに比べて微細な粒径を有する水溶性蛍光染料を内包したビニル系重合体粒子の製造に適した製造方法を提供して、スケールダウンされたマイクロ流体デバイス等への利用に適したビニル系重合体粒子を提供することを課題としている。 In view of the above problems, the present invention suppresses a fading change due to deviation of a fluorescent dye when used in, for example, a tracer for a fluid visualization device, a standard particle for flow site accuracy control, a carrier for an immunodiagnostic drug, and the like. In addition, the present invention provides a production method suitable for the production of vinyl polymer particles encapsulating a water-soluble fluorescent dye having a finer particle size than conventional ones, and can be applied to scaled-down microfluidic devices and the like. An object is to provide vinyl polymer particles suitable for use.
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、カルボキシル基を有するビニル系単量体を用いることにより、重合性単量体組成物中に水溶性蛍光染料を良好に溶解し、均一かつ安定に存在させることができ、このような系でビニル系単量体の重合を行うことで水溶性蛍光染料の水系分散媒への流出が抑制されたビニル系重合体粒子を形成させ得ることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor successfully dissolved a water-soluble fluorescent dye in a polymerizable monomer composition by using a vinyl monomer having a carboxyl group. Can be present uniformly and stably, and by polymerizing the vinyl monomer in such a system, vinyl polymer particles in which outflow of the water-soluble fluorescent dye to the aqueous dispersion medium is suppressed can be formed. Found to get.
しかも、カルボキシル基と結合する官能基を有するビニル系単量体を、カルボキシル基を有するビニル系単量体と併用することで重合性単量体組成物を水系分散媒中で乳化重合させた場合でも、系全体のゲル化を起こすことなく、従来のものに比べて粒子径が微細なビニル系重合体粒子が得られることを見出した。更には製造に際して、水系分散媒への流出が抑制されるため環境負荷が非常に少ないことを見出した。 Moreover, when a polymerizable monomer composition is emulsion-polymerized in an aqueous dispersion medium by using a vinyl monomer having a functional group bonded to a carboxyl group in combination with a vinyl monomer having a carboxyl group. However, it has been found that vinyl polymer particles having a finer particle diameter than that of the conventional one can be obtained without causing gelation of the entire system. Furthermore, during production, the outflow to the aqueous dispersion medium is suppressed, so that the environmental load is very small.
すなわち、ビニル系重合体粒子の製造方法に係る本発明は、ビニル系単量体と水溶性蛍光染料とを水性媒体に分散させて前記ビニル系単量体を重合させることにより前記水溶性蛍光染料を含むビニル系重合体粒子を作製するビニル系重合体粒子の製造方法であって、作製する前記ビニル系重合体粒子の平均粒子径が、0.01〜2μmの内のいずれかで、前記重合が、界面活性剤及び重合開始剤存在下に行われる乳化重合であり、しかも、前記ビニル系単量体として、カルボキシル基を有するビニル系単量体と、該ビニル系単量体の前記カルボキシル基と結合可能な官能基を備えたビニル系単量体とを前記水性媒体に分散させて前記乳化重合を実施し、該乳化重合における前記ビニル系単量体には、カルボキシル基を有する前記ビニル系単量体を20重量%以上40重量%以下の割合で含有させることを特徴とすることを特徴としている。
That is, the present invention relating to a method for producing vinyl polymer particles is characterized in that the water-soluble fluorescent dye is obtained by polymerizing the vinyl monomer by dispersing a vinyl monomer and a water-soluble fluorescent dye in an aqueous medium. A vinyl polymer particle production method for producing a vinyl polymer particle containing a polymer, wherein the vinyl polymer particle to be produced has an average particle diameter of 0.01 to 2 μm, and the polymerization Is emulsion polymerization carried out in the presence of a surfactant and a polymerization initiator, and as the vinyl monomer, a vinyl monomer having a carboxyl group and the carboxyl group of the vinyl monomer A vinyl monomer having a functional group capable of binding to the aqueous medium is dispersed in the aqueous medium to carry out the emulsion polymerization, and the vinyl monomer in the emulsion polymerization has a carboxyl group. Simple quantity Is characterized by for causing the contained in a proportion of 20% by weight to 40% by weight.
また、ビニル系重合体粒子に係る本発明は、ビニル系単量体と水溶性蛍光染料とを水性媒体に分散させて前記ビニル系単量体を重合させることによって前記水溶性蛍光染料を含有させてなるビニル系重合体粒子であって、
前記重合が、界面活性剤及び重合開始剤存在下に行われる乳化重合であり、しかも、該乳化重合が、前記ビニル系単量体として、カルボキシル基を有するビニル系単量体と、該ビニル系単量体の前記カルボキシル基と結合可能な官能基を備えたビニル系単量体とを前記水性媒体に分散させて実施され、前記ビニル系単量体中に、カルボキシル基を有する前記ビニル系単量体を20重量%以上40重量%以下の割合で含有させて前記乳化重合が実施されることにより平均粒子径が0.01〜2μmの内のいずれかとなるように形成されていることを特徴としている。
Further, the present invention relating to vinyl polymer particles may contain the water-soluble fluorescent dye by dispersing a vinyl monomer and a water-soluble fluorescent dye in an aqueous medium and polymerizing the vinyl monomer. Vinyl polymer particles comprising:
The polymerization is an emulsion polymerization performed in the presence of a surfactant and a polymerization initiator, and the emulsion polymerization includes a vinyl monomer having a carboxyl group as the vinyl monomer, and the vinyl The vinyl monomer having a functional group capable of binding to the carboxyl group of the monomer is dispersed in the aqueous medium, and the vinyl monomer having a carboxyl group is contained in the vinyl monomer. characterized in that the average particle size by Rukoto the emulsion polymerization is contained is carried out mer in an amount of 20% by weight to 40% by weight is formed to be one of the 0.01~2μm It is said.
本発明によれば、水溶性蛍光染料の水系分散媒への流出が抑制されたビニル系重合体粒子を形成させることから、例えば、流体可視化装置用トレーサー、フローサイトの精度管理用標準粒子、免疫診断薬用担体等での使用に際しての蛍光染料の逸脱による退色変化が抑制されたビニル系重合体粒子が作製されうる。
しかも、水性媒体を含んだ状態でビニル系単量体がゲル化するおそれが抑制された状態で乳化重合によりビニル系重合体粒子を作製することから従来よりも微細なビニル系重合体粒子が作製されうる。
According to the present invention, the vinyl polymer particles in which the outflow of the water-soluble fluorescent dye to the aqueous dispersion medium is formed. For example, the fluid visualization device tracer, the flow site quality control standard particles, the immunity Vinyl polymer particles in which a fading change due to a deviation from a fluorescent dye during use in a carrier for a diagnostic agent or the like is suppressed can be produced.
Moreover, since vinyl polymer particles are prepared by emulsion polymerization in a state where the vinyl monomer is prevented from gelling in an aqueous medium, finer vinyl polymer particles are produced than before. Can be done.
そして、このようにして得られる、水溶性蛍光染料を内包したビニル系重合体粒子で、しかも、平均粒子径が0.01〜2μmのいずれかとなる状態で形成されたビニル系重合体粒子は、スケールダウンされたマイクロ流体デバイス等に好適に利用され得る。 The vinyl polymer particles encapsulating the water-soluble fluorescent dye thus obtained and formed in a state where the average particle diameter is any one of 0.01 to 2 μm, It can be suitably used for a scaled-down microfluidic device or the like.
すなわち、本発明によれば、蛍光染料の逸脱による退色変化が抑制されており、しかも、従来のものに比べて微細な粒径を有する水溶性蛍光染料を内包したビニル系重合体粒子の製造に適した製造方法が提供されうる。
また、本発明によれば、スケールダウンされたマイクロ流体デバイス等への利用に適したビニル系重合体粒子が提供され得る。
That is, according to the present invention, the change in fading due to the deviation of the fluorescent dye is suppressed, and moreover, the production of vinyl polymer particles encapsulating a water-soluble fluorescent dye having a finer particle size than conventional ones. A suitable manufacturing method can be provided.
Moreover, according to the present invention, vinyl polymer particles suitable for use in a scaled-down microfluidic device or the like can be provided.
本発明のビニル系重合体粒子ならびにビニル系重合体粒子の製造方法について説明する。
まず、本実施形態のビニル系重合体粒子について説明する。
The vinyl polymer particles of the present invention and the method for producing vinyl polymer particles will be described.
First, the vinyl polymer particles of this embodiment will be described.
本実施形態のビニル系重合体粒子は、ビニル系単量体と水溶性蛍光染料とを水性媒体に分散させて前記ビニル系単量体を重合させることによって前記水溶性蛍光染料を含有させてなるビニル系重合体粒子である。
しかも、本実施形態のビニル系重合体粒子は、前記重合が、界面活性剤及び重合開始剤存在下に行われる乳化重合であり、該乳化重合が、前記ビニル系単量体として、カルボキシル基を有するビニル系単量体と、該ビニル系単量体の前記カルボキシル基と結合可能な官能基を備えたビニル系単量体とを前記水性媒体に分散させて実施されることによって、0.01〜2μmの内のいずれかの平均粒子径となるように形成されたものである。
The vinyl polymer particles of the present embodiment contain the water-soluble fluorescent dye by dispersing a vinyl monomer and a water-soluble fluorescent dye in an aqueous medium and polymerizing the vinyl monomer. Vinyl polymer particles.
Moreover, the vinyl polymer particles of the present embodiment are emulsion polymerization in which the polymerization is performed in the presence of a surfactant and a polymerization initiator, and the emulsion polymerization has a carboxyl group as the vinyl monomer. And a vinyl monomer having a functional group capable of binding to the carboxyl group of the vinyl monomer is dispersed in the aqueous medium to carry out 0.01. It is formed to have an average particle diameter of any one of ˜2 μm.
なお、カルボキシル基を有するビニル系単量体は、水溶性蛍光染料をビニル系重合体粒子に取り込むのに有用な成分であり、このビニル系単量体のカルボキシル基と反応する官能基を有するビニル系単量体は、重合によって形成されるポリマーどうしを架橋する架橋成分として含有されるものである。
例えば、カルボキシル基を有するビニル系単量体が重合されることによって、側鎖にカルボキシル基を有するポリマーが形成されるとともに、前記カルボキシル基と結合可能な官能基を有するビニル系単量体が重合されることによって、側鎖にカルボキシル基と結合可能な官能基を有するポリマーが形成され、これらのカルボキシル基と、該カルボキシル基と結合可能な前記官能基とが結合することでポリマー間の架橋が実施されるものである。
以下、カルボキシル基を有する前記ビニル系単量体を指す用語として「重合性ビニル系モノマー」との用語を用い、この「重合性ビニル系モノマー」のカルボキシル基と反応する官能基を有するビニル系単量体を指す用語として「架橋成分」との用語を用いて本発明を説明する。
The vinyl monomer having a carboxyl group is a component useful for incorporating a water-soluble fluorescent dye into the vinyl polymer particles, and a vinyl having a functional group that reacts with the carboxyl group of the vinyl monomer. The system monomer is contained as a crosslinking component for crosslinking polymers formed by polymerization.
For example, a vinyl monomer having a carboxyl group is polymerized to form a polymer having a carboxyl group in the side chain, and a vinyl monomer having a functional group capable of binding to the carboxyl group is polymerized. As a result, a polymer having a functional group that can be bonded to a carboxyl group in the side chain is formed, and these carboxyl groups are bonded to the functional group that can be bonded to the carboxyl group, thereby cross-linking between the polymers. To be implemented.
Hereinafter, the term “polymerizable vinyl monomer” will be used to refer to the vinyl monomer having a carboxyl group, and a vinyl monomer having a functional group that reacts with the carboxyl group of this “polymerizable vinyl monomer”. The present invention will be described using the term “crosslinking component” as a term indicating a monomer.
本実施形態のビニル系重合体粒子を形成すべく用いられる成分の内、前記重合性ビニル系モノマー(カルボキシル基を有するビニル系単量体)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸等の(メタ)アクリル酸のカルボン酸含有エステル類を挙げることができる。
なお、本明細書中における「(メタ)アクリル酸」との用語は、「アクリル酸」又は「メタクリル酸」であることを意味して用いている。
Among the components used to form the vinyl polymer particles of the present embodiment, examples of the polymerizable vinyl monomer (a vinyl monomer having a carboxyl group) include (meth) acrylic acid, 2- ( Mention of carboxylic acid-containing esters of (meth) acrylic acid such as (meth) acryloyloxyethyl succinic acid, 2- (meth) acryloyloxyethyl phthalic acid, 2- (meth) acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid Can do.
In the present specification, the term “(meth) acrylic acid” means “acrylic acid” or “methacrylic acid”.
また、前記架橋成分(カルボキシル基と結合可能な官能基を有するビニル系単量体)としては、反応により先のビニル系単量体が有するカルボキシル基と結合する官能基を有するビニル系単量体であれば特に限定されるものではないが、前記架橋成分の具体例としては、グリシジル基を有する(メタ)アクリル酸エステル、遊離イソシアネート基を含有するウレタン(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
なかでも、前記官能基としては、グリシジル基が好適であり、(メタ)アクリル酸グリシジルを前記架橋成分として用いることが好ましい。
The crosslinking component (a vinyl monomer having a functional group capable of binding to a carboxyl group) is a vinyl monomer having a functional group that binds to the carboxyl group of the preceding vinyl monomer by reaction. If it is, it will not specifically limit, As a specific example of the said crosslinking component, the (meth) acrylic acid ester which has a glycidyl group, the urethane (meth) acrylate containing a free isocyanate group, etc. can be mentioned.
Especially, as said functional group, a glycidyl group is suitable and it is preferable to use glycidyl (meth) acrylate as said crosslinking component.
前記架橋成分と前記重合性ビニル系モノマーとは、通常、重合性ビニル系モノマー100重量部に対して前記架橋成分が10重量部以上100重量部以下のいずれかの割合となるように前記乳化重合に用いられることが好ましい。
前記架橋成分が上記範囲とされることが好ましいのは、10重量部未満の場合においては、乳化重合におけるビニル系重合体粒子の成長過程において粒子どうしの凝集が起こりやすくなる結果、ビニル系重合体粒子に粗大な凝集粒子を多く含有させるおそれを有するためである。
一方で、好ましい範囲の上限が100重量部とされているのは、100重量部を超える割合としても、その割合の増加に見合う効果を期待することが困難なためである。
このような点において、前記重合性ビニル系モノマー100重量部に対する前記架橋成分の割合は、20重量部以上70重量部以下のいずれかとされることがより好ましい。
The cross-linking component and the polymerizable vinyl monomer are usually emulsion polymerization so that the cross-linking component is in a proportion of 10 parts by weight or more and 100 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the polymerizable vinyl monomer. It is preferable to be used for.
It is preferable that the cross-linking component is within the above range. When the amount is less than 10 parts by weight, the vinyl polymer is likely to agglomerate particles during the growth process of the vinyl polymer particles in the emulsion polymerization. This is because the particles may contain a large amount of coarse aggregated particles.
On the other hand, the reason why the upper limit of the preferable range is 100 parts by weight is that it is difficult to expect an effect commensurate with the increase in the proportion even if the proportion exceeds 100 parts by weight.
In this respect, the ratio of the crosslinking component to 100 parts by weight of the polymerizable vinyl monomer is more preferably 20 parts by weight or more and 70 parts by weight or less.
また、前記重合性ビニル系モノマー及び前記架橋成分以外の、その他のビニル系単量体を本発明の効果を著しく妨げない範囲において1種又は2種以上組合せて使用することができる。 Also, other vinyl monomers other than the polymerizable vinyl monomer and the crosslinking component can be used alone or in combination of two or more in a range not significantly impairing the effects of the present invention.
その他のビニル系単量体としては、特に限定されておらず、一般的に用いられている各種のビニル系単量体を使用することができる。
例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、n−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレン等のスチレンおよびその誘導体;塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、弗化ビニル等のハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸2−クロルエチル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミドの(メタ)アクリル酸誘導体等も使用できる。
Other vinyl monomers are not particularly limited, and various commonly used vinyl monomers can be used.
For example, styrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, p-ethylstyrene, 2,4-dimethylstyrene, pn-butylstyrene, p-tert-butylstyrene, pn-hexyl Styrene, pn-octyl styrene, pn-nonyl styrene, pn-decyl styrene, pn-dodecyl styrene, n-methoxy styrene, p-phenyl styrene, p-chloro styrene, 3,4-di Styrene and its derivatives such as chlorostyrene; vinyl halides such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide, vinyl fluoride; vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl benzoate, vinyl butyrate; ) Methyl acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, (meth Isobutyl acrylate, propyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, 2- (meth) acrylate 2- Α-methylene aliphatic monocarboxylic acid esters such as chloroethyl, phenyl (meth) acrylate, dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate; (meth) acrylonitrile, (meth) acrylamide (meth) ) Acrylic acid derivatives can also be used.
また、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン等のN−ビニル化合物;ビニルナフタリン塩等もその他のビニル系単量体として使用できる。 In addition, vinyl ethers such as vinyl methyl ether, vinyl ethyl ether, vinyl isobutyl ether; vinyl ketones such as vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone, methyl isopropenyl ketone; N-vinyl pyrrole, N-vinyl carbazole, N-vinyl indole, N-vinyl compounds such as N-vinylpyrrolidone; vinyl naphthalene salts and the like can also be used as other vinyl monomers.
更には、ジビニルベンゼン、アルキレングリコールジメタクリレート(アルキレンは炭素数2〜4の範囲が好ましい)等の多官能性重合性単量体もその他のビニル系単量体として使用できる。 Furthermore, polyfunctional polymerizable monomers such as divinylbenzene and alkylene glycol dimethacrylate (alkylene preferably has 2 to 4 carbon atoms) can also be used as other vinyl monomers.
本実施形態におけるビニル系重合体粒子を形成させるべく用いられる前記その他のビニル系モノマーと前記重合性ビニル系モノマーとは、前記重合性ビニル系モノマー100重量部に対して、通常、その他のビニル系モノマーが30〜1500重量部となる割合で前記乳化重合に用いられ得る。 The other vinyl-based monomer and the polymerizable vinyl-based monomer used for forming the vinyl-based polymer particles in the present embodiment are usually other vinyl-based with respect to 100 parts by weight of the polymerizable vinyl-based monomer. A monomer can be used for the said emulsion polymerization in the ratio used as 30-1500 weight part.
この重合性ビニル系モノマー100重量部に対するその他のビニル系モノマーの割合が30重量部未満の場合、重合時におけるビニル系モノマー混合物の粒子の安定性を低下させるおそれが有り、重合後に凝集物を多く含有するビニル系重合体粒子となるおそれを有する。
一方で、900重量部を超える割合とすると、全体に占める重合性ビニル系モノマー(カルボキシル基を含有するビニル系単量体)の割合を低下させる結果、重合時におけるビニル系モノマー混合物への水溶性蛍光染料の溶解量が十分な量とならず得られるビニル系重合体粒子の蛍光性を低下させるおそれを有する。
このようなことから、均質で、蛍光性に優れた微細なビニル系重合体粒子の形成を図る意味で重合性ビニル系モノマー100重量部に対するその他のビニル系モノマーの割合が50〜900重量部となる混合割合で前記乳化重合が実施されることが好適である。
When the ratio of the other vinyl monomer to 100 parts by weight of the polymerizable vinyl monomer is less than 30 parts by weight, the stability of the particles of the vinyl monomer mixture during the polymerization may be lowered, and there is a large amount of aggregates after the polymerization. There is a risk of containing vinyl polymer particles.
On the other hand, if the proportion exceeds 900 parts by weight, the proportion of the polymerizable vinyl monomer (vinyl monomer containing a carboxyl group) in the whole is reduced, resulting in water solubility in the vinyl monomer mixture during polymerization. There is a possibility that the fluorescent property of the vinyl polymer particles obtained may be lowered because the amount of the fluorescent dye dissolved is not sufficient.
For this reason, the ratio of the other vinyl monomer to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymerizable vinyl monomer is 50 to 900 parts by weight in order to form homogeneous vinyl polymer particles excellent in fluorescence. It is preferable that the emulsion polymerization is carried out at a mixing ratio.
このようなビニル系モノマーによって形成されるビニル系重合体粒子に含有させる前記水溶性蛍光染料としては、前記重合性ビニル系モノマーに対して概ね均一に溶解可能であると共に重合性ビニル系モノマーのカルボキシル基と良好に結合されるものであれば特に限定されず、ローダミンB、ローダミン6G等のローダミン系染料、スチルベン系染料、メチレンブルー、フルオレセイン、ウラニンまたはエリスロシン等のフルオレセイン誘導体等をあげることができる。
中でも、ローダミンB、ローダミン6G等のローダミン系染料を好適に使用することができる。
The water-soluble fluorescent dye contained in the vinyl polymer particles formed by such a vinyl monomer can be dissolved almost uniformly in the polymerizable vinyl monomer and the carboxyl of the polymerizable vinyl monomer. There are no particular limitations as long as they are well bonded to the group, and examples thereof include rhodamine dyes such as rhodamine B and rhodamine 6G, stilbene dyes, fluorescein derivatives such as methylene blue, fluorescein, uranin and erythrosine.
Of these, rhodamine dyes such as rhodamine B and rhodamine 6G can be preferably used.
斯かる水溶性蛍光染料の使用量は、使用する水溶性蛍光染料の種類等によっても左右されるが、前記重合性ビニル系モノマー(カルボキシル基を含有するビニル系単量体)100重量部に対して、0.005〜20重量部のいずれかとなる割合で乳化重合に用いられることが好ましく、0.01〜10重量部のいずれかの割合とされることがより好ましい。
水溶性蛍光染料の割合を上記の範囲とすることが好ましいのは、水溶性蛍光染料の割合が0.005重量部未満では、得られるビニル系重合体粒子における蛍光性が充分なものとならないおそれがあり、一方、20重量部を超える割合で添加しても、添加量の増加に見合う効果を期待することが困難なためである。
さらには、20重量部を超える割合で添加すると、未溶解物の析出やビニル系単量体の重合阻害を発生させるおそれも有する。
The amount of the water-soluble fluorescent dye used depends on the type of the water-soluble fluorescent dye used, but is based on 100 parts by weight of the polymerizable vinyl monomer (a vinyl monomer containing a carboxyl group). Thus, it is preferably used for emulsion polymerization at a ratio of 0.005 to 20 parts by weight, and more preferably 0.01 to 10 parts by weight.
It is preferable that the ratio of the water-soluble fluorescent dye is in the above range. If the ratio of the water-soluble fluorescent dye is less than 0.005 parts by weight, the resulting vinyl polymer particles may not have sufficient fluorescence. On the other hand, even if it is added in a proportion exceeding 20 parts by weight, it is difficult to expect an effect commensurate with the increase in the amount added.
Furthermore, when it is added in a proportion exceeding 20 parts by weight, there is a possibility that precipitation of undissolved material and polymerization inhibition of the vinyl monomer may occur.
なお、ビニル系重合体粒子に上記以外の成分を、本発明の効果を著しく阻害しない範囲において含有させることも可能で、その他の添加剤が添加されていてもよい。
In addition, it is also possible to contain components other than those described above in the vinyl polymer particles as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, and other additives may be added.
その他の添加剤としては、水溶性染料以外の着色成分(着色剤)、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、レベリング剤、帯電防止剤等が挙げられる。 Examples of other additives include coloring components (coloring agents) other than water-soluble dyes, light stabilizers, ultraviolet absorbers, heat stabilizers, leveling agents, and antistatic agents.
このようなビニル系重合体粒子を構成するための成分を含んだ組成物(以下「重合性単量体組成物」ともいう)は、水性媒体中、界面活性剤及び重合開始剤の存在下、乳化重合に付されビニル系重合体粒子の形成に用いられる。 A composition containing components for constituting such vinyl polymer particles (hereinafter also referred to as “polymerizable monomer composition”) is present in an aqueous medium in the presence of a surfactant and a polymerization initiator. It is subjected to emulsion polymerization and used to form vinyl polymer particles.
前記界面活性剤としては、特に限定されず、当該分野で通常使用されているアニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性イオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤を好適に使用することができる。
これら界面活性剤は、ビニル系単量体と反応性を示す結合性官能基等を有する反応性界面活性剤であっても良く、またこのような反応性を示さないものであってもよい。
The surfactant is not particularly limited, and an anionic surfactant, a cationic surfactant, a zwitterionic surfactant, and a nonionic surfactant that are usually used in the field are suitably used. Can do.
These surfactants may be reactive surfactants having a binding functional group that is reactive with vinyl monomers, or may not exhibit such reactivity.
例えば、反応性界面活性剤としては、スチレンスルホン酸ソーダなどのアルケニルベンゼンスルホン酸塩類;(メタ)アクリル酸エステルスルホン酸塩類;ビニルスルホン酸ナトリウムなどのアルケニルスルホン酸塩類;アリルアルキルイタコネート硫酸エステルなどやポリオキシエチレン(またはプロピレン)アルケニル(フェニル)エーテル誘導体などが挙げられる。 For example, reactive surfactants include alkenyl benzene sulfonates such as sodium styrene sulfonate; (meth) acrylate sulfonates; alkenyl sulfonates such as sodium vinyl sulfonate; allyl alkyl itaconate sulfate, etc. And polyoxyethylene (or propylene) alkenyl (phenyl) ether derivatives.
例えば、非反応性界面活性剤としては、オレイン酸ナトリウム、ヒマシ油カリ等の脂肪酸油;ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム等のアルキル硫酸エステル塩;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩;アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルカンスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩等が挙げられる。 For example, non-reactive surfactants include fatty acid oils such as sodium oleate and castor oil potassium; alkyl sulfate salts such as sodium lauryl sulfate and ammonium lauryl sulfate; alkylbenzene sulfonates such as sodium dodecylbenzenesulfonate; alkylnaphthalenes Examples include sulfonates, alkanesulfonates, dialkylsulfosuccinates, naphthalenesulfonic acid formalin condensates, polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfates, polyoxyethylene alkyl sulfates.
これらの界面活性剤は、その種類により相違するが、重合性ビニル単量体100重量部に対して、0.1〜5重量部のいずれかの割合となるように使用することが好ましい。
0.3〜3重量部のいずれかの割合となるように使用することがより好ましい。
These surfactants are different depending on their types, but are preferably used so as to have a ratio of 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymerizable vinyl monomer.
It is more preferable to use so that it may become a ratio in any one of 0.3-3 weight part.
前記重合開始剤は、特に限定されず、当該分野で通常使用されているものを適宜選択して採用することができる。
例えば、熱によるラジカル分解、又は還元性物質によるラジカル分解を生じてビニル系モノマーの付加重合を開始させうるラジカル重合開始剤、レドックス系重合開始剤等が挙げられる。
The polymerization initiator is not particularly limited, and those usually used in the field can be appropriately selected and employed.
Examples thereof include radical polymerization initiators and redox polymerization initiators that can cause radical decomposition by heat or radical decomposition by a reducing substance to initiate addition polymerization of a vinyl monomer.
前記ラジカル重合開始剤としては、例えば、2,2−アゾビス(N−ヒドロキシエチルイソブチルアミド)、2,2−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩化水素、4,4−アゾビス(4−シアノペンタン酸)等のアゾ系化合物;ペルオキソ二硫酸カリウム(KPS)、ペルオキソ二硫酸ナトリウム(NPS)、ペルオキソ二硫酸アンモニウム(APS)等のペルオキソ二硫酸塩;過酸化水素、t−ブチルハイドロパーオキサイド、t−ブチルパーオキシマレイン酸、コハク酸パーオキシド、過酸化ベンゾイル等の過酸化物等が挙げられる。 Examples of the radical polymerization initiator include 2,2-azobis (N-hydroxyethylisobutyramide), 2,2-azobis (2-amidinopropane) dichloride, 4,4-azobis (4-cyanopentanoic acid). Azo compounds such as potassium peroxodisulfate (KPS), sodium peroxodisulfate (NPS), peroxodisulfate such as ammonium peroxodisulfate (APS); hydrogen peroxide, t-butyl hydroperoxide, t-butyl Examples thereof include peroxides such as peroxymaleic acid, succinic acid peroxide, and benzoyl peroxide.
前記レドックス系重合開始剤としては、上記過酸化物と、ナトリウムスルホキシレートホルムアルデヒド、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム、L−アスコルビン酸及びその塩、第一銅塩、第一鉄塩等の還元剤との組み合わせが挙げられる。 Examples of the redox polymerization initiator include the above-mentioned peroxides, sodium sulfoxylate formaldehyde, sodium hydrogen sulfite, sodium thiosulfate, sodium hydroxymethanesulfinate, L-ascorbic acid and its salt, cuprous salt, first The combination with reducing agents, such as iron salt, is mentioned.
これらの重合開始剤は、その種類により相違するが、重合性ビニル単量体100重量部に対して、0.1〜3重量部のいずれかの割合で使用することが好ましい。 These polymerization initiators are different depending on the kind thereof, but are preferably used in a proportion of 0.1 to 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymerizable vinyl monomer.
このような成分を用いて乳化重合を行う際の水性媒体としては、特に限定されないが、水、水と水溶性有機溶媒(例えば、低級アルコール)との混合物等が挙げられる。
なかでも、廃水処理に要する手間を削減しうる点において水が好適である。
The aqueous medium used for emulsion polymerization using such components is not particularly limited, and examples thereof include water, a mixture of water and a water-soluble organic solvent (for example, lower alcohol), and the like.
Among these, water is preferable in that the labor required for wastewater treatment can be reduced.
これらの成分によって形成されるビニル系重合体粒子は、その平均粒子径が、0.01〜2.0μmの内のいずれかであることが重要である。
例えば、本実施形態における水溶性蛍光染料を含有するビニル系重合体粒子の平均粒子径が0.01μm未満の場合、その粒子を得るために界面活性剤や水性媒体を多量に使う必要があり、生産性の観点等から工業的に適したものとすることが困難となる。
また、平均粒子径が2.0μmを超える場合は、微粒子化の要望を満足させることが困難となる。
さらには、平均粒子径が2.0μmを超えるものは、後述する製造方法に依らず製造が可能となる可能性も有する。
すなわち、例えば、スケールダウンされたマイクロ流体デバイスなどにおいて求められているような微粒子化の要望を満足させるとともに、より顕著に本発明の効果を発揮させ得る点等に対してビニル系重合体粒子は、その平均粒子径が、0.01〜2.0μmの内のいずれかであることが重要である。
また、これらの点から、本実施形態のビニル系重合体粒子は、平均粒子径が、0.05〜1.0μmのいずれかとされることがより好ましい。
なお、平均粒子径は、実施例に記載する測定方法によって求められうる。
また得られる重合体粒子の形状は特に限定されておらず球状、非球状(扁平状、針状、不定形状・・)のいずれでもかまわない。
It is important that the vinyl polymer particles formed by these components have an average particle diameter of 0.01 to 2.0 μm.
For example, when the average particle diameter of the vinyl polymer particles containing the water-soluble fluorescent dye in this embodiment is less than 0.01 μm, it is necessary to use a large amount of a surfactant or an aqueous medium to obtain the particles, It becomes difficult to make it industrially suitable from the viewpoint of productivity.
On the other hand, when the average particle diameter exceeds 2.0 μm, it becomes difficult to satisfy the demand for fine particles.
Furthermore, those having an average particle diameter of more than 2.0 μm have the possibility of being able to be manufactured regardless of the manufacturing method described later.
That is, for example, vinyl polymer particles satisfy the demands for micronization as required in scaled-down microfluidic devices and the like, and can exhibit the effects of the present invention more remarkably. It is important that the average particle diameter is any one of 0.01 to 2.0 μm.
In addition, from these points, it is more preferable that the vinyl polymer particles of the present embodiment have an average particle diameter of 0.05 to 1.0 μm.
In addition, an average particle diameter can be calculated | required by the measuring method described in an Example.
In addition, the shape of the polymer particles obtained is not particularly limited, and may be spherical or non-spherical (flat, needle-like, indefinite shape...).
次いで、ビニル系重合体粒子の製造方法について説明する。
本実施形態においては、上記のような成分によってなされる乳化重合によってビニル系重合体粒子の製造を実施する。
この乳化重合のための具体的な方法は、特に限定されるものではなく、例えば、水性媒体中に、前記重合性単量体組成物及び界面活性剤、重合開始剤等を添加した後、攪拌することで乳化液を形成し、次いで、攪拌しつつ加熱することで水溶性染料を含有するビニル系重合体粒子を得る方法が挙げられる。
また、重合開始剤は、乳化液を形成させた後、重合系に加える態様とすることも可能である。
Next, a method for producing vinyl polymer particles will be described.
In the present embodiment, the production of vinyl polymer particles is carried out by emulsion polymerization performed by the components as described above.
The specific method for this emulsion polymerization is not particularly limited, and for example, after adding the polymerizable monomer composition, the surfactant, the polymerization initiator and the like in an aqueous medium, stirring is performed. There is a method in which an emulsion is formed, and then heated while stirring to obtain vinyl polymer particles containing a water-soluble dye.
The polymerization initiator may be added to the polymerization system after forming an emulsion.
この乳化液を形成させるための攪拌方法としては、ホモジナイザイーや超音波分散機などを用いた従来の方法を適宜採用しうる。 As a stirring method for forming this emulsion, a conventional method using a homogenizer or an ultrasonic disperser may be appropriately employed.
このとき重合性ビニル系モノマー、架橋成分、水溶性蛍光染料、その他の添加剤などを含む重合性単量体組成物と、水性媒体との使用割合の比率(重合性単量体組成物:水性媒体)は、重量比率で、1:20〜1:1の範囲であることが好ましい。
1:20よりも重合性単量体組成物の割合が少なくなると、ビニル系重合体粒子の生産性を低下させるおそれを有する。
一方で、重合性単量体組成物の割合が1:1よりも多くなると、重合性単量体組成物と水性媒体との混合物の粘性が高くなり均一な重合が難しくなるおそれを有するとともに、重合体粒子の凝集物が生じるおそれを有する。
したがって、優れた生産性と、微細で均質なビニル系重合体粒子をより確実に製造しうるという観点から、乳化重合における重合性単量体組成物と水性媒体との使用割合の比率は、重量比率で1:10〜1:3のいずれかとされることが好ましい。
At this time, the ratio of the polymerizable monomer composition containing the polymerizable vinyl monomer, the crosslinking component, the water-soluble fluorescent dye, and other additives to the aqueous medium (polymerizable monomer composition: aqueous) The medium is preferably in the range of 1:20 to 1: 1 by weight ratio.
When the ratio of the polymerizable monomer composition is less than 1:20, the productivity of the vinyl polymer particles may be reduced.
On the other hand, when the ratio of the polymerizable monomer composition is more than 1: 1, the viscosity of the mixture of the polymerizable monomer composition and the aqueous medium becomes high and uniform polymerization may be difficult, There is a possibility that aggregates of polymer particles are generated.
Therefore, from the viewpoint of excellent productivity and more reliable production of fine and homogeneous vinyl polymer particles, the ratio of the use ratio of the polymerizable monomer composition to the aqueous medium in the emulsion polymerization is It is preferable that the ratio is any of 1:10 to 1: 3.
また、重合温度は、使用する重合性単量体や重合開始剤の種類により相違するが、30〜100℃であることが好ましく、重合時間は、2〜12時間であることが好ましい。 Moreover, although superposition | polymerization temperature changes with kinds of the polymerizable monomer and polymerization initiator to be used, it is preferable that it is 30-100 degreeC, and it is preferable that superposition | polymerization time is 2 to 12 hours.
以上のような条件を採用して前記乳化重合を実施することにより、内部にまで水溶性蛍光染料が含有されたビニル系重合体粒子を、その平均粒子径がより確実に0.01〜2.0μmの範囲内となるように形成させることができる。 By carrying out the emulsion polymerization under the above-described conditions, the average particle diameter of the vinyl polymer particles containing the water-soluble fluorescent dye therein is more reliably 0.01-2. It can be formed to be in the range of 0 μm.
なお、この乳化重合によって得られたビニル系重合体粒子は、水性媒体中から単離してもよく、要すれば単離しなくてもよい。
重合体粒子の単離は、遠心分離機を用いて粒子を沈降させ分離する遠心分離法、スプレードライヤーに代表される噴霧乾燥法、ドラムドライヤーに代表される加熱された回転ドラムに付着させて乾燥する方法、凍結乾燥法等により行うことができる。
The vinyl polymer particles obtained by this emulsion polymerization may be isolated from the aqueous medium, and may not be isolated if necessary.
Polymer particles are isolated by centrifuging by using a centrifuge to settle and separate the particles, spray drying method represented by spray dryer, and heated rotating drum represented by drum dryer and drying. It can be carried out by a method such as lyophilization.
なお、本発明は、ビニル系重合体粒子の製造方法や、ビニル系重合体粒子を上記例示のものに限定するものではなく、従来公知の技術事項を本発明の効果が著しく損なわれない範囲において適宜採用することができる。 The present invention is not intended to limit the production method of vinyl polymer particles and the vinyl polymer particles to those exemplified above, but to the extent that the effects of the present invention are not significantly impaired by conventional technical matters. It can be adopted as appropriate.
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these.
(平均粒子径について)
以下の実施例と比較例における平均粒子径は、特段の断りがない限りにおいて動的光散乱法と呼ばれる方法を利用して測定したZ平均粒子径を意味する。
すなわち、ビニル系重合体粒子を水に分散させた水分散液にレーザー光を照射し、ビニル系重合体粒子から散乱される散乱光強度をマイクロ秒単位の時間変化で測定し、検出されたビニル系重合体粒子に起因する散乱強度分布を正規分布に当てはめて、平均粒子径を算出するためのキュムラント解析法により求めたZ平均粒子径である。
この種の平均粒子径は、市販の測定装置で簡便に測定可能であり、本実施例ではマルバーン社から市販されている「ゼータサイザーナノZS」を測定に使用している。
上述の市販の測定装置にはデータ解析ソフトが搭載されており、測定データを自動的に
解析することで、Z平均粒子径が算出できる。
(About average particle size)
The average particle diameter in the following Examples and Comparative Examples means the Z average particle diameter measured using a method called dynamic light scattering unless otherwise specified.
That is, an aqueous dispersion in which vinyl polymer particles are dispersed in water is irradiated with laser light, and the intensity of scattered light scattered from the vinyl polymer particles is measured over time in microseconds. This is the Z average particle diameter obtained by a cumulant analysis method for calculating the average particle diameter by applying the scattering intensity distribution due to the polymer particles to a normal distribution.
This type of average particle diameter can be easily measured with a commercially available measuring apparatus. In this example, “Zeta Sizer Nano ZS” commercially available from Malvern is used for measurement.
The above-mentioned commercially available measuring apparatus is equipped with data analysis software, and the Z average particle diameter can be calculated by automatically analyzing the measurement data.
(実施例1)
ローダミンB 0.3gを2−メタクリロイロキシエチルコハク酸(共栄社、ライトエステルHOMS)20gに添加後、メカニカルスターラーを用いて5時間攪拌を行った。
得られた溶液はローダミンBを均一に溶解しており溶解残査は見られなかった。
この溶液に架橋成分としてグリシジルメタクリレート(共栄社、ライトエステルGMA)10gとスチレン70gとを加えて攪拌することにより重合性組成物を調整した。
次に、2Lオートクレーブに上記重合性組成物及び界面活性剤としてスチレンスルホン酸ナトリウム0.3g及び重合開始剤としてペルオキソ二硫酸アンモニウム1.0gをイオン交換水400gに溶解した水性媒体を加え、窒素置換下攪拌することにより乳化を行った。
充分に窒素パージした後、オートクレーブを密閉し、撹拌速度300rpm、内部温度を70℃に保持し6時間乳化重合を行った。
続いて乳化液を室温まで冷却し重合を終了した。
重合終了後、ビニル系重合体粒子を遠心分離機により沈降させ(沈降分離)、上澄みの水溶液を除去した後イオン交換水を加え再度分散させた。この操作を3回繰り返してビニル系重合体粒子を洗浄することで重合開始剤等の反応残渣を除去した後、更にイオン交換水に分散することで固形分10重量%の赤色を呈するビニル系重合体微小粒子の水分散体を得た。
Example 1
After adding 0.3 g of rhodamine B to 20 g of 2-methacryloyloxyethyl succinic acid (Kyoeisha, Light Ester HOMS), the mixture was stirred for 5 hours using a mechanical stirrer.
The resulting solution dissolved Rhodamine B uniformly, and no dissolution residue was observed.
To this solution, 10 g of glycidyl methacrylate (Kyoeisha, Light Ester GMA) and 70 g of styrene were added as a crosslinking component and stirred to prepare a polymerizable composition.
Next, an aqueous medium in which 0.3 g of sodium styrenesulfonate as a surfactant and 1.0 g of ammonium peroxodisulfate as a polymerization initiator was dissolved in 400 g of ion-exchanged water was added to a 2 L autoclave, and nitrogen substitution was performed. Emulsification was performed by stirring.
After sufficiently purging with nitrogen, the autoclave was sealed, and emulsion polymerization was carried out for 6 hours while maintaining the stirring speed at 300 rpm and the internal temperature at 70 ° C.
Subsequently, the emulsion was cooled to room temperature to complete the polymerization.
After completion of the polymerization, the vinyl polymer particles were settled with a centrifuge (precipitation separation), and after removing the supernatant aqueous solution, ion exchanged water was added and dispersed again. This operation is repeated three times to wash the vinyl polymer particles to remove reaction residues such as a polymerization initiator, and then further disperse in ion exchange water to give a vinyl heavy polymer having a solid content of 10% by weight. An aqueous dispersion of coalesced microparticles was obtained.
得られたビニル系重合体粒子のZ平均粒子径は0.454μmでありビニル系重合体粒子の凝集物は見られなかった。
また遠心分離の際、分離した水溶液にはローダミンBの溶出による着色は見られなかった。
次に上記ビニル系重合体微小粒子の水分散体1gを100mlビーカーに取り再度水50gに分散した分散液にブラックライトを照射したところ分散液は蛍光赤色の発色を示した。
また、この実施例1において得られたビニル系重合体粒子を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した様子を図1に示す。
なお、図1正面視右下のスケールは、全長で10μmに相当するものである。
この図に示されているように実施例1においては、微細かつ均質なビニル系重合体粒子が得られていることがわかる。
The obtained vinyl polymer particles had a Z average particle diameter of 0.454 μm, and no aggregates of vinyl polymer particles were observed.
Further, during centrifugation, the separated aqueous solution was not colored due to the elution of rhodamine B.
Next, 1 g of the above aqueous dispersion of vinyl polymer microparticles was taken in a 100 ml beaker and again irradiated with black light. The dispersion showed a fluorescent red color.
Moreover, a mode that the vinyl polymer particle obtained in this Example 1 was observed with the scanning electron microscope (SEM) is shown in FIG.
The scale in the lower right of FIG. 1 when viewed from the front corresponds to a total length of 10 μm.
As shown in this figure, in Example 1, it can be seen that fine and homogeneous vinyl polymer particles are obtained.
(実施例2)
表1に示すとおり、ローダミンBの添加量を0.3gに代えて0.1gとし、2−メタクリロイロキシエチルコハク酸に代えてアクリル酸を用いたこと、ならびに、スチレンスルホン酸ナトリウム添加量を0.3gに代えて0.2gとしたこと以外は実施例1と同様に乳化重合を実施し、固形分10重量%の赤色を呈するビニル系重合体微小粒子の水分散体を得た。
重合前の段階でアクリル酸はローダミンBを均一に溶解しており溶解残査は見られず、得られたビニル系重合体粒子のZ平均粒子径は0.257μmであり重合体粒子の凝集物は見られなかった。
また遠心分離の際、分離した水溶液にはローダミンBの溶出による着色は見られなかった。
さらに上記ビニル系重合体微小粒子の水分散体1gを100mlビーカーに取り再度水50gに分散した分散液にブラックライトを照射したところ分散液は蛍光赤色の発色を示した。
(Example 2)
As shown in Table 1, the amount of rhodamine B added was changed to 0.1 g instead of 0.3 g, acrylic acid was used instead of 2-methacryloyloxyethyl succinic acid, and the amount of sodium styrenesulfonate added was Emulsion polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 0.2 g instead of 0.3 g to obtain an aqueous dispersion of vinyl polymer microparticles having a solid content of 10% by weight and a red color.
Acrylic acid uniformly dissolves rhodamine B in the pre-polymerization stage, and no dissolution residue is seen. The resulting vinyl polymer particles have a Z-average particle diameter of 0.257 μm and are aggregates of polymer particles. Was not seen.
Further, during centrifugation, the separated aqueous solution was not colored due to the elution of rhodamine B.
Further, when 1 g of the above-mentioned vinyl polymer fine particle aqueous dispersion was taken in a 100 ml beaker and again dispersed in 50 g of water and irradiated with black light, the dispersion showed a fluorescent red color.
(実施例3〜5)
ビニル系重合体粒子の形成に用いる材料を表1に示す通りとし、これらを表1に示す配合割合で用いたこと以外は、上記実施例1、2と同様にビニル系重合体微小粒子を作製した。
なお、このビニル系重合体微小粒子を遠心分離する際にローダミンBの溶出がみられなかったこと、及び、水分散液を作製してブラックライトを照射した際に発色が見られた点についても上記実施例1、2と同様である。
得られた、ビニル系重合体粒子の平均粒子径を併せて表1に示す。
(Examples 3 to 5)
The materials used for forming the vinyl polymer particles are as shown in Table 1, and vinyl polymer microparticles are prepared in the same manner as in Examples 1 and 2 except that these are used in the mixing ratio shown in Table 1. did.
It should be noted that elution of rhodamine B was not observed when the vinyl polymer microparticles were centrifuged, and color development was observed when an aqueous dispersion was prepared and irradiated with black light. The same as in the first and second embodiments.
The average particle diameter of the obtained vinyl polymer particles is also shown in Table 1.
(比較例1)
表1に示すように、実施例1で使用した2−メタクリロイロキシエチルコハク酸を用いずにビニル系重合体粒子を作製した。
すなわち、ローダミンB 0.3gをスチレン70g、グリシジルメタクリレート10gに添加後、メカニカルスターラーを用いて5時間攪拌を行った。
しかし、ローダミンBはほとんど溶解せず固形物として残っていた。
そのため、更に攪拌を10時間行ったが溶解状態に大きな変化は見られなかった。
次に、2Lオートクレーブに上記ローダミンBの溶解残渣を含む重合性組成物及び界面活性剤としてスチレンスルホン酸ナトリウム0.3g及び重合開始剤としてペルオキソ二硫酸アンモニウム1.0gを溶解したイオン交換水400gを加え、窒素置換下攪拌機により乳化を行った。
上記以外は実施例1と同様に実施し、固形分10重量%のビニル系重合体微小粒子の水分散体を得た。
しかしながら得られたビニル系重合体微小粒子の水分散体はほとんど赤色に着色していない(白色)のものであった。
なお、得られたビニル系重合体粒子のZ平均粒子径は0.273μmでありビニル系重合体粒子の凝集物は見られなかったが、上記ビニル系重合体微小粒子の水分散体1gを100mlビーカーに取り再度水50gに分散した溶液にブラックライトを照射したところ溶液は蛍光発色を示めさないものであった。
更に、遠心分離の際に分離した水溶液はローダミンBの溶出により濃い赤色を呈していた。
(Comparative Example 1)
As shown in Table 1, vinyl polymer particles were prepared without using the 2-methacryloyloxyethyl succinic acid used in Example 1.
That is, after adding 0.3 g of rhodamine B to 70 g of styrene and 10 g of glycidyl methacrylate, the mixture was stirred for 5 hours using a mechanical stirrer.
However, rhodamine B was hardly dissolved and remained as a solid.
Therefore, stirring was further performed for 10 hours, but no significant change was found in the dissolved state.
Next, a polymerizable composition containing the above rhodamine B dissolution residue in a 2 L autoclave, and 400 g of ion-exchanged water in which 0.3 g of sodium styrenesulfonate as a surfactant and 1.0 g of ammonium peroxodisulfate as a polymerization initiator were dissolved were added. The mixture was emulsified with a stirrer under nitrogen substitution.
Except for the above, the same procedure as in Example 1 was performed to obtain an aqueous dispersion of vinyl polymer microparticles having a solid content of 10% by weight.
However, the resulting aqueous dispersion of vinyl polymer microparticles was hardly colored red (white).
The vinyl polymer particles thus obtained had a Z average particle diameter of 0.273 μm and no aggregates of vinyl polymer particles were observed. However, 1 ml of the above aqueous dispersion of vinyl polymer microparticles was 100 ml. When the solution taken in a beaker and again dispersed in 50 g of water was irradiated with black light, the solution did not exhibit fluorescence.
Furthermore, the aqueous solution separated during the centrifugation exhibited a deep red color due to the elution of rhodamine B.
(比較例2)
架橋成分であるグリシジルメタクリレートを加えなかった以外は実施例1と同様に乳化重合を実施した。
その結果、オートクレーブ内部を70℃に昇温して約一時間後、攪拌が停止した。
そこで室温まで冷却しオートクレーブを開放したところ乳化液はゲル化し系全体が固まっており、ビニル系重合体粒子を得ることができなかった。
(Comparative Example 2)
Emulsion polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that glycidyl methacrylate as a crosslinking component was not added.
As a result, the temperature inside the autoclave was raised to 70 ° C., and stirring was stopped after about one hour.
Then, when the autoclave was opened after cooling to room temperature, the emulsion was gelled and the entire system was solidified, and vinyl polymer particles could not be obtained.
(比較例3)
グリシジルメタクリレートに換えジビニルベンゼンを用いた以外は実施例1と同様に乳化重合を実施した。
その結果、重合性組成物はローダミンBを均一に溶解しており、溶解残渣の存在は見られなかったものの、乳化重合終了後オートクレーブ内部を確認したところ、混合液は樹脂の塊が多数含まれるスラリー状の粘性の高いものであった。
また、得られた重合物を洗浄後、樹脂の塊を除いたものについて光学顕微鏡ならびに走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ多数の微細なビニル系重合体粒子が強固に結合した約10μm程度の大きさの凝集物となっていることが判明し、目的とする微小粒子が得られていないことが判明した。
(Comparative Example 3)
Emulsion polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that divinylbenzene was used instead of glycidyl methacrylate.
As a result, rhodamine B was uniformly dissolved in the polymerizable composition, and the presence of dissolution residue was not observed. However, when the inside of the autoclave was confirmed after the completion of emulsion polymerization, the mixed solution contained a large number of resin lumps. The slurry was highly viscous.
In addition, after the obtained polymer was washed and the resin mass was removed, it was observed with an optical microscope and a scanning electron microscope (SEM), and a large number of fine vinyl polymer particles were firmly bound to about 10 μm. It became clear that it became the aggregate of the magnitude | size, and it became clear that the target microparticle was not obtained.
このように、本発明によれば、水溶性蛍光染料を内包した微細なビニル系重合体粒子を容易に形成させることができ、得られた粒子は、流体可視化装置用トレーサー、フローサイトの精度管理用標準粒子、免疫診断薬用担体等の分野等、特に非常に微細な粒子径が必要とされるマイクロ流体デバイス等での使用に好適なものとなることが上記結果からもわかる。 Thus, according to the present invention, fine vinyl polymer particles encapsulating a water-soluble fluorescent dye can be easily formed, and the obtained particles are used as a fluid visualization device tracer and a flow site accuracy control. It can also be seen from the above results that the present invention is suitable for use in microfluidic devices and the like that require extremely fine particle diameters, such as in the field of standard particles for use and carriers for immunodiagnostics.
Claims (5)
作製する前記ビニル系重合体粒子の平均粒子径が、0.01〜2μmの内のいずれかで、
前記重合が、界面活性剤及び重合開始剤存在下に行われる乳化重合であり、しかも、前記ビニル系単量体として、カルボキシル基を有するビニル系単量体と、該ビニル系単量体の前記カルボキシル基と結合可能な官能基を備えたビニル系単量体とを前記水性媒体に分散させて前記乳化重合を実施し、
該乳化重合における前記ビニル系単量体には、カルボキシル基を有する前記ビニル系単量体を20重量%以上40重量%以下の割合で含有させることを特徴とするビニル系重合体粒子の製造方法。 A vinyl polymer particle containing a water-soluble fluorescent dye is prepared by dispersing a vinyl monomer and a water-soluble fluorescent dye in an aqueous medium and polymerizing the vinyl monomer. A manufacturing method comprising:
The average particle diameter of the vinyl polymer particles to be produced is any one of 0.01 to 2 μm,
The polymerization is an emulsion polymerization performed in the presence of a surfactant and a polymerization initiator, and as the vinyl monomer, a vinyl monomer having a carboxyl group, and the vinyl monomer The emulsion polymerization is carried out by dispersing a vinyl monomer having a functional group capable of binding to a carboxyl group in the aqueous medium ,
The method for producing vinyl polymer particles, wherein the vinyl monomer in the emulsion polymerization contains the vinyl monomer having a carboxyl group in a proportion of 20% by weight to 40% by weight. .
前記重合が、界面活性剤及び重合開始剤存在下に行われる乳化重合であり、しかも、該乳化重合が、前記ビニル系単量体として、カルボキシル基を有するビニル系単量体と、該ビニル系単量体の前記カルボキシル基と結合可能な官能基を備えたビニル系単量体とを前記水性媒体に分散させて実施され、前記ビニル系単量体中に、カルボキシル基を有する前記ビニル系単量体を20重量%以上40重量%以下の割合で含有させて前記乳化重合が実施されることにより平均粒子径が0.01〜2μmの内のいずれかとなるように形成されていることを特徴とするビニル系重合体粒子。 Vinyl polymer particles containing the water-soluble fluorescent dye by dispersing a vinyl monomer and a water-soluble fluorescent dye in an aqueous medium and polymerizing the vinyl monomer,
The polymerization is an emulsion polymerization performed in the presence of a surfactant and a polymerization initiator, and the emulsion polymerization includes a vinyl monomer having a carboxyl group as the vinyl monomer, and the vinyl The vinyl monomer having a functional group capable of binding to the carboxyl group of the monomer is dispersed in the aqueous medium, and the vinyl monomer having a carboxyl group is contained in the vinyl monomer. characterized in that the average particle size by Rukoto the emulsion polymerization is contained is carried out mer in an amount of 20% by weight to 40% by weight is formed to be one of the 0.01~2μm Vinyl polymer particles.
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