CN101384645B - 树脂分散体、涂料、层积体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种树脂的水分散体,其分散粒径细小,稳定,抑制了渗出,作为针对聚烯烃系基材的表面处理剂、粘结剂或者涂料等是有用的。本发明涉及树脂分散体以及使用了该树脂分散体的涂料、层积体,所述树脂分散体是在丙烯-α-烯烃共聚物(A)上结合有亲水性高分子(B)或者结合有酸性基团的聚合物(C)以50%粒径为0.5μm以下分散在水中得到的树脂分散体,所述丙烯-α-烯烃共聚物(A)是丙烯与丙烯以外的α-烯烃的共聚物,其中,所述共聚物(A)中丙烯含量为50摩尔%以上且小于100摩尔%,并且共聚物(A)的重均分子量Mw为10000以上、分子量分布Mw/Mn为3.5以下,相对于100重量份聚合物(C),树脂分散体的表面活性剂的含量为15重量份以下。
Description
技术领域
本发明涉及含有丙烯系聚合物的水性树脂分散体、含有该水性树脂分散体的涂料和层积体及其制造方法。
背景技术
丙烯聚合物和丙烯-α-烯烃共聚物等聚烯烃的价格便宜,且机械物性、耐热性、耐化学性、耐水性等优异,因此被用于广泛的领域中。但是,由于这种聚烯烃的分子中不具有极性基团,所以通常为低极性,难以涂布和粘结,期待其有所改良。为此,人们尝试利用化学试剂等对聚烯烃的成型体表面进行化学性处理;利用电晕放电处理、等离子体处理、火焰处理等方法对成型体表面进行氧化处理的各种方法。但是,这些方法中不仅需要特殊的装置,而且涂布性和粘结性的改良效果不一定充分。
于是,为了以相对简便的方法赋予聚烯烃(例如丙烯类聚合物)以良好的涂布性和粘结性,开发出了所谓的氯化聚丙烯和酸改性丙烯-α-烯烃共聚物,进而开发出酸改性氯化聚丙烯。将这样的改性聚烯烃作为表面处理剂、粘结剂或涂料等涂布在聚烯烃的成型体表面上。通常将改性聚烯烃以有机溶剂的溶液或水中分散体等形式进行涂布。从安全卫生和降低环境污染的方面出发,通常优选使用水分散体。
这样的水分散体的例子有下述的树脂分散体:通过使用表面活性剂和碱性物质,将酸改性氯化聚丙烯分散到水中而得到的树脂分散体(专利文献1);或通过使用表面活性剂和碱性物质,将酸改性聚烯烃分散到水中而得到的树脂分散体(专利文献2)等。
但是这些树脂分散体中,需要添加大量的表面活性剂以使分散粒径细小,因此,采用这种树脂分散体的涂料存在缺乏耐水性和耐化学性的问题。并且,有时表面活性剂在涂布后渗出至涂布表面,导致外观不佳。 另一方面,如果减少表面活性剂的用量,则只能得到树脂的分散粒径粗的分散体,储藏稳定性方面存在问题。对于使用了表面活性剂的乳化体系来说,在这些方面难以全部满足,需要进一步进行改善。另外,专利文献1中,为了确保树脂的分散性,使用了将熔点相对降低了的氯化聚丙烯,但是,从防止环境污染的方面考虑,希望能降低氯的用量。
作为其他的例子,还有在聚丙烯段嵌段共聚了官能性段的聚合物经水分散得到的树脂分散体(专利文献3),但是乙烯系共聚物、聚丙烯均聚物的分散粒径不够细,并且制作分散体时不能完全不使用表面活性剂,所以需要进一步改善。
其中,提出了将在丙烯-α-烯烃共聚物上接枝了大量不饱和羧酸的聚烯烃在碱存在下进行分散而得到的聚烯烃水分散体(专利文献4)。但是,由于使用了分子量分布宽且未控制共聚性的丙烯-α-烯烃共聚物,所以为了减小分散粒径,不得不采用特殊的方法,其中,使用耐压容器,在水、溶剂的沸点以上的温度进行分散。
另外,还提出了一种水分散体,其是将氯化丙烯-乙烯共聚物经马来酸酐改性得到的马来酸酐化氯化丙烯-乙烯共聚物在碱存在下进行分散而得到的(专利文献5)。但是所使用的原料的分子量极低,为6500,所以其与聚烯烃基材的密合性、耐水性、耐化学性差。
另一方面,在所使用的丙烯-α-烯烃共聚物方面,提出了使用以茂金属催化剂合成的分子量分布窄、共聚序列无规且排列均匀的丙烯-α-烯烃共聚物代替以齐格勒·纳塔催化剂合成的丙烯-α-烯烃共聚物(专利文献5)。据记载,由此得到了低温热封性优异的水性分散体。但是,仍然必须使用表面活性剂,并且粒径大,稳定性差,此外,还存在表面活性剂渗出、缺少耐化学性等问题。
另外,还提出了不使用α-烯烃仅使用具有立构嵌段结构的聚丙烯的水性分散体(专利文献6),但是由于必须使用表面活性剂,所以仍然存在渗出等问题。
专利文献1:日本特开平10-231402号公报
专利文献2:日本特开平6-256592号公报(美国专利公报第5534577 号)
专利文献3: 日本特开2001-288372号公报(美国公开公报2003-055179号)
专利文献4:日本特开2005-126482号公报
专利文献5:日本特开平3-182534号公报
专利文献6:日本特开2000-344972号公报
专利文献7:日本特开2004-002842号公报(美国公开公报2005-124753号)
发明内容
本发明提供一种树脂的水分散体,其分散粒径细小,稳定,并且抑制了表面活性剂导致的渗出,耐化学性、耐水性优异,对具有结晶性的烯烃类聚合物的密合性优异,适合用作表面处理剂、粘结剂或者涂料等。本发明还提供含有该树脂水分散体的涂料、层积体及其制造方法。
本发明人为了实现上述目的而进行了深入研究,结果发现,不使用表面活性剂或者使用极少量的表面活性剂的同时将在具有特定性质的丙烯-α-烯烃共聚物上结合了规定比例的亲水性高分子或结合了酸性基团而得到的聚合物分散到水中,由此得到了特性优异的树脂分散体,以至完成了本发明。
即本发明涉及一种树脂分散体,其是在丙烯-α-烯烃共聚物(A)上结合有亲水性高分子(B)或者结合有酸性基团的聚合物(C)以50%粒径为0.5μm以下分散在水中得到的树脂分散体,所述丙烯-α-烯烃共聚物(A)是丙烯与丙烯以外的α-烯烃的共聚物,该树脂分散体的特征在于,所述共聚物(A)中丙烯含量为50摩尔%以上且小于100摩尔%,并且共聚物(A)的重均分子量Mw为10000以上、分子量分布Mw/Mn为3.5以下,相对于100重量份聚合物(C),树脂分散体的表面活性剂的含量为15重量份以下。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,共聚物(A)是使用单活性中心催化剂制造的。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,共聚物(A)是丙烯-丁烯 共聚物。
再者,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,共聚物(A)的熔点Tm为100℃以下,结晶熔融热ΔH为60J/g以下。
再者,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,升温淋洗分级法中,共聚物(A)在60℃以下溶出95重量%以上。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,共聚物(A)实质上不含有氯。
再者,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,聚合物(C)以50%粒径为0.3μm以下分散在水中。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,聚合物(C)是在共聚物(A)中以(A)∶(B)=100∶1~100∶500(重量比)的比例结合有亲水性高分子(B)或者结合有酸性基团的共聚物。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,聚合物(C)是在共聚物(A)上至少结合有亲水性高分子(B)的共聚物。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,聚合物(C)是在共聚物(A)上接枝结合了亲水性高分子(B)的接枝共聚物。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,聚合物(C)是每1g共聚物(A)上结合有0.01~5mmol亲水性高分子(B)的共聚物。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,亲水性高分子(B)是聚醚树脂。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,每1分子亲水性高分子(B)具有1个以上反应性基团。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,亲水性高分子(B)至少具有氨基作为反应性基团。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,实质上不含表面活性剂。
本发明还涉及一种树脂分散体的制造方法,其是将聚合物(C)分散到水中而成的且表面活性剂相对于100重量份聚合物(C)的含量为15重量份以下的树脂分散体的制造方法,其中,制备聚合物(C)、水以及水以外的 溶剂的混合物后,从该混合物中除去所述溶剂,由此得到树脂分散体。
本发明还涉及一种树脂分散体,其是含有聚合物(C)、树脂(D)和水的树脂分散体,所述树脂(D)为选自由丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂组成的组中的至少一种以上的树脂,该树脂分散体的特征在于,共聚物(A)与树脂(D)的质量比为90∶10~10∶90,聚合物(C)和树脂(D)的总量与水的质量比为5∶95~60∶40,相对于100重量份聚合物(C)和树脂(D)的总量,表面活性剂的含量为15重量份以下。
另外,本发明还涉及一种树脂分散体,其是由聚合物(C)构成的颗粒与由树脂(D)构成的颗粒被分别分散到水中而形成的。
再者,本发明还涉及一种树脂分散体,其中,上述树脂分散体还含有颜料,聚合物(C)和树脂(D)的总量与颜料的质量比为100∶10~100∶400。
本发明还涉及一种树脂分散体的制造方法,其特征在于,在得到聚合物(C)和树脂(D)分散到水中而形成的且表面活性剂相对于100重量份聚合物(C)和树脂(D)的总量的含量为15重量份以下的树脂分散体时,将聚合物(C)经分散到水中而成的分散体和树脂(D)经分散到水中而成的分散体混合。
本发明还涉及含有上述树脂分散体的涂料。
本发明还涉及一种层积体,其中在热塑性树脂成型体(F)上具有下述的树脂层:所述树脂层含有在丙烯-α-烯烃共聚物(A)上结合有亲水性高分子(B)或者结合有酸性基团的聚合物(C),所述丙烯-α-烯烃共聚物(A)是丙烯与丙烯以外的α-烯烃的共聚物,所述共聚物(A)中丙烯含量为50摩尔%以上且小于100摩尔%,并且共聚物(A)的重均分子量Mw为10000以上、分子量分布Mw/Mn为3.5以下,相对于100重量份聚合物(C),表面活性剂的含量为15重量份以下。
另外,本发明还涉及一种层积体,其是在上述热塑性树脂成型体(F)上经涂布上述树脂分散体或上述涂料并进行加热来形成树脂层而得到的层积体。
本发明还涉及一种层积体的制造方法,其中,在上述热塑性树脂成型体(F)上涂布上述树脂分散体或上述涂料并进行加热,从而形成树脂层。
根据本发明,由于聚合物(C)在水中的分散性非常优异,所以具有分散粒径细小、并且能够缩小粒径分布、能够稳定分散的优点。另外,由于进行分散时可以添加极少量的表面活性剂或者实质上不添加表面活性剂,所以具有能够抑制以往由于表面活性剂产生的渗出的问题的优点,并且可以得到具有优异外观的涂布品。因此,在以往制成有机溶剂的溶液进行涂布的用途中也可以使用水性分散体,在安全卫生方面也是有利的。另外,由于不是有机溶剂溶液,所以能够降低VOC(挥发性有机化学物质)的排出,对环境也有利。并且,能够得到实质上不含氯的性质优异的水性分散体。不含氯的情况下,没有二噁英(dioxin)等、毒性等问题,对环境非常有利。
另外,与具有同程度的立构规整性的丙烯均聚物相比,丙烯-α-烯烃共聚物(A)在溶剂中的溶解性高,水分散性优异,并且熔点低,所以使用丙烯-α-烯烃共聚物(A)的树脂分散体具有能够降低涂布后烘烤温度的优点。
另外,根据本发明的树脂分散体的制造方法,能够简单地得到分散粒径细小、粒径分布窄且树脂颗粒分散稳定的优异的水性树脂分散体。
另外,涂布含有本发明的树脂分散体的涂料得到的涂布膜的耐水性、耐湿性、耐油性(耐含醇汽油性)、耐化学性优异。因此,其也适合仅涂布一次的使用例如溶剂系油漆型涂料的涂布方法。
如此得到的涂膜对聚烯烃材料或者含有聚烯烃等的塑料材料的密合性好,在通常难以涂布、粘结的未处理聚丙烯这样的难粘结性基材上也可形成涂膜。
另外,将本发明的树脂分散体中的聚合物(C)与其他树脂合用而制成复合树脂分散体时,能够获得其他树脂带来的物性值的提高,具体地说,能够提高涂膜的强度、耐水性、耐候性、耐擦性、耐溶剂性等。
因此,本发明的树脂分散体作为针对具有结晶性的烯烃类聚合物的表面处理剂、粘结剂、涂覆剂、涂料等极为有用。
另外,本发明的层积体的涂膜密合性优异,能够适用于广泛的工业产品。
此外,本发明不必实现所有的效果,实现上述效果中的一种以上即可。
具体实施方式
本发明的水性树脂分散体(以下有时也称作“水分散体”、“水性分散体”或“树脂分散体”)是在共聚物(A)上结合有亲水性高分子(B)或者结合有酸性基团的聚合物(C)以50%粒径为0.5μm以下分散在水中得到的树脂分散体,所述共聚物(A)是丙烯与丙烯以外的α-烯烃的共聚物,所述共聚物(A)中丙烯含量为50摩尔%以上且小于100摩尔%,并且共聚物(A)的重均分子量Mw为10000以上、分子量分布Mw/Mn为3.5以下,相对于100重量份聚合物(C),水性树脂分散体的表面活性剂的含量为15重量份以下。也就是说,上述特定的烯烃类共聚物(A)上结合有亲水性高分子或结合有酸性基团的聚合物(C)在水中的分散性非常优异,所以完全不使用表面活性剂或者使用极少量的表面活性剂即可得到分散粒径细小且粒径分布窄、颗粒分散稳定的水性树脂分散体。
值得注意的是,本发明中分散的概念包括分散颗粒极小而以单分子分散的状态和实质上发生了溶解的状态。
下面更详细地进行说明。
丙烯-α-烯烃共聚物(A)
本发明中的丙烯-α-烯烃共聚物(A)(以下也简称为“共聚物(A)”)是丙烯与丙烯以外的α-烯烃的共聚物(以下简称为“丙烯-α-烯烃共聚物”),其丙烯含量为50摩尔%以上且小于100摩尔%,重均分子量Mw为10000以上,分子量分布Mw/Mn为3.5以下。
对共聚物(A)没有特别限制,只要是丙烯与丙烯以外的一种或两种以上的α-烯烃共聚单体的共聚物,可以使用公知的各种共聚物,没有特别限定。作为α-烯烃共聚单体,可以举出例如乙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、环戊烯、环己烯或者降冰片烯等。作为α-烯烃共聚单体,优选碳原子数为2~6的α-烯烃共聚单体,更优选乙烯或1-丁烯(以下有时简称为“丁烯”),特别优选1-丁烯。只要不明显损害本发明的效 果,可以进一步共聚α-烯烃以外的其他单体。另外,还可以使用这些丙烯系聚合物经氯化的氯化丙烯系聚合物。
作为共聚物(A),具体地说,可以举出丙烯-乙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物、丙烯-己烯共聚物、丙烯-乙烯-丁烯共聚物、氯化丙烯-乙烯共聚物、氯化丙烯-丁烯共聚物等。其中,优选丙烯-乙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物、氯化丙烯-乙烯共聚物或者氯化丙烯-丁烯共聚物,更优选丙烯-乙烯共聚物或者丙烯-丁烯共聚物,进一步优选丙烯-丁烯共聚物。
作为可以获得的市售品,可以举出WINTEC系列(JapanPolypropylene Corporation制造)、TAFMER XM系列(三井化学社制造)、Licocene PP系列(科莱恩株式会社制造)、Superchlon系列的一部分(日本制纸化学社制造)、Hardlen系列的一部分(东洋化成工业社制造)等。
共聚物(A)的丙烯含量与α-烯烃共聚单体的种类、立构规整性、氯化度等相互关联,其可以变化,但大体如下。
本发明中的丙烯-α-烯烃共聚物(A)中的丙烯的含量为50摩尔%以上。通常,丙烯含量越高,对聚丙烯基材的密合性越高。丙烯含量优选为60摩尔%以上,更优选为70摩尔%以上。但是,丙烯含量小于100%。通常,降低丙烯含量时,能够降低共聚物的熔点,具有例如能够降低涂布后的烘烤温度的优点。
其中,优选丙烯含量为70摩尔%以上且小于100摩尔%、1-丁烯含量为30摩尔%以下的丙烯-丁烯共聚物。
共聚物(A)可以是无规共聚物也可以是嵌段共聚物,但优选无规共聚物。共聚物(A)是无规共聚物时,能够更有效地降低共聚物的熔点。另外,共聚物(A)可以是直链状也可以是支链状。
使用氯化丙烯-α-烯烃共聚物的情况下,通常优选其氯化度为25重量%以下,优选为20重量%以下,进一步优选为10重量%以下。随着氯化度增高,聚合物的极性增高,与聚烯烃的亲和性变低,密合性趋于降低。因此,优选氯化度低。另外,从降低环境负荷的目的出发,优选共聚物(A)实质上不含有氯。实质上不含氯是指例如氯化度小于5重量%。
作为丙烯-α-烯烃共聚物的立构规整性,优选全体或部分具有全同立 构结构。例如当然可以使用通常的全同立构丙烯-α-烯烃共聚物,还可以使用日本特开2003-231714号公报、US4522982号公报记载的全同立构嵌段聚丙烯、立构嵌段聚丙烯等上共聚了α-烯烃共聚单体的共聚物。
共聚物(A)用GPC(凝胶渗透色谱法,Gel Permeation Chromatography)测定并根据各聚烯烃的标准曲线换算得到的重均分子量Mw为10000以上。Mw小于10,000时,粘性程度大,与基材的密合性不足。Mw的下限值的更优选值为15000、进一步优选的值为30000、特别优选为50000。Mw越高于下限值,则粘性程度越小,并且耐油性(耐含醇汽油性)、耐化学性增高,越易于用作涂料。
重均分子量Mw优选为500000以下。Mw的上限值的更优选值为300000、进一步优选为250000、特别优选为200000。Mw较上限值越低,则越具有粘度变低、易于制备树脂分散体的倾向。另外,GPC测定中,可以以邻二氯苯等为溶剂,使用市售的装置以现有公知的方法进行测定。
本发明中的共聚物(A)以重均分子量Mw和数均分子量Mn的比表示的分子量分布Mw/Mn为3.5以下。这意味着分子量分布窄,共聚物的分子量均匀一致。通过使用这样的共聚物(A),容易控制向水中分散时的粒径,具有能够得到分散粒径小、粒径分布窄且分散稳定的树脂分散体的优点。Mw/Mn优选为3.0以下,另外Mw/Mn通常为1.0以上。
共聚物(A)优选熔点Tm为100℃以下。更优选为90℃以下。熔点Tm越低于100℃,则结晶性越低,在溶剂中的溶解性越高,越容易在低温进行乳化、分散作业,因而优选。并且,该树脂分散体例如用于涂料、粘结剂的用途的情况下,基于在低的烘烤温度进行熔融的角度,熔点Tm在100℃以下也是有利的。但是,共聚物(A)的熔点Tm通常为25℃以上,优选为35℃以上。这是因为,从由本发明的树脂分散体得到的层的高耐热性、高硬度、不变粘等方面考虑上述的熔点Tm的范围是有利的。
另外,共聚物(A)优选结晶熔融热ΔH为60J/g以下,更优选为50J/g以下。ΔH越小于60J/g,结晶性越低,则在溶剂中的溶解性越得到提高,越容易在低温进行乳化、分散作业,所以是优选的。ΔH通常为0J/g以上,从密合性这方面考虑,优选为10J/g以上。ΔH为10J/g以上时,具有不 易发生凝集破坏的优点。ΔH更优选为20J/g以上、进一步优选为30J/g以上。
另外,共聚物(A)优选在升温淋洗分级法(Temperature Rising ElutionFractionation:TREF)中在60℃以下被洗脱出95重量%以上。通过使其洗脱量为95重量%以上,分子的乳化性提高,乳化时不易形成凝集物析出。凝集物析出时,不仅收率变差,而且过滤时存在堵塞过滤器的问题。另外,优选20℃以下洗脱的成分为20重量%以下、更优选为10重量%以下、进一步优选为5重量%以下。另外,还优选30℃以下洗脱的成分为20重量%以下、进一步优选为10重量%以下。20℃或者30℃以下洗脱的成分少时,常温或者温暖时的密合性和耐牛脂性、耐含醇汽油性等耐化学性提高。其中,更优选60℃以下的洗脱量为97重量%以上。
溶剂通常使用邻二氯苯。升温淋洗分级法是利用溶解温度的差分离聚合物的方法,是对聚合物中的共聚单体浓度等与聚烯烃结晶性有关的结构不均一性进行分析的有效的分析法。
TREF中,首先将在高温溶解于溶剂中的样品在相同温度注入填充有玻璃珠的柱中,在一定温度冷却,使聚合物成分结晶,以聚合物在珠表面析出的形状保持聚合物。接着,分段升高柱的温度,结晶度低的聚合物成分溶出,到达检测器而被检测出。随着柱温度达到高温,结晶度高的成分依次溶出。如此,可以根据洗脱温度和洗脱量测定聚合物的组成分布等。另外,还有使用交叉分级色谱法(CFC)进行测定的方法,其中在TREF基础上组合了GPC。
共聚物(A)可以单独使用一种,也可组合两种以上使用。
另外,只要不明显损害本发明的效果,共聚物(A)中可以合用聚丙烯均聚物、聚乙烯均聚物等其他的聚烯烃。合用这些聚烯烃时,优选聚丙烯。聚丙烯可以被氯化。其中,优选全体或部分具有全同立构结构的聚丙烯。例如通常的全同立构聚丙烯当然是可以使用的,还可以使用日本特开2003-231714号公报、US4522982号公报记载的全同立构嵌段聚丙烯、立构嵌段聚丙烯等。优选具有全同立构嵌段和无规立构嵌段的立构嵌段聚丙烯。更优选表示全同立构立构规整性的[mmmm]五元组在 10%~90%的范围的立构嵌段聚丙烯。五元组优选为20%以上,更优选为30%以上,进一步优选为40%以上。另外,五元组优选为80%以下,更优选为70%以下,进一步优选为60%以下,特别优选为55%以下。五元组的比例的测定方法可以采用日本特开2003-231714号公报所记载的方法。越高于下限值,则具有粘性程度越小的倾向,并且,越低于上限值,则具有结晶度越低、越容易进行树脂分散体的制备的倾向。合用其他的聚烯烃的情况下,优选全部聚烯烃中的5重量%以上为共聚物(A),更优选10重量%以上是共聚物(A),进一步优选15重量%以上是共聚物(A)。
将两种以上共聚物(A)组合的情况下,丙烯含量、氯化度、分子量分布等的值取各个聚合物的值的重量平均值。
关于本发明的共聚物(A)的制法,只要能够制造满足本发明的要件的聚合物,则没有特别限定,可以是任意的制法。例如可以举出自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合、配位聚合等,也可以是各种活性聚合。
并且,配位聚合的情况中,可以举出例如利用齐格勒-纳塔催化剂进行聚合的方法;或利用单活性中心催化剂或Kaminsky型催化剂进行聚合的方法。作为优选的制法,可以举出利用单活性中心催化剂的制造方法。作为其理由,通常由于单活性中心催化剂易于通过配体的设计精密地控制反应,能够获得分子量分布和立构规整性分布较窄的聚合物,利用单活性中心催化剂得到的聚合物的熔点低于利用齐格勒-纳塔催化剂得到的聚合物,因而利用了该聚合物的树脂分散体能够降低涂布后的烘烤温度。作为单活性中心催化剂,可以使用例如茂金属催化剂、Brookhart型催化剂。茂金属催化剂中,有C1对称型、C2对称型、C2V对称型、Cs对称型等,可以根据聚合的聚烯烃的立构规整性选择优选的催化剂。优选使用C1对称型或C2对称型的茂金属催化剂。
并且,聚合可以是溶液聚合、淤浆聚合、本体聚合、气相聚合等任一种聚合方式。溶液聚合或淤浆聚合的情况下,作为溶剂,可以举出例如甲苯、二甲苯等芳香族类烃;己烷、辛烷、癸烷等脂肪族类烃;环己烷、甲基环己烷等脂环式脂肪族类烃;二氯甲烷、四氯化碳、氯苯等卤化烃;乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯等酯类;丙酮、丁酮、 甲基异丁基酮、环己酮等酮类;甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇等醇类;二丁基醚、四氢呋喃等醚类;二甲基甲酰胺、二甲亚砜等极性溶剂类等。其中优选芳香族类烃、脂肪族类烃以及脂环族类烃,更优选甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、环戊烷或环己烷。这些既可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
在丙烯-α-烯烃共聚物(A)上结合酸性基团而形成的聚合物(C1)
本发明中的酸性基团是指电子对接受性的基团,对其没有特别的限制,例如可以举出羧酸基(-COOH)、磺基(-SO3H)、亚磺基(-SO2H)、亚磷酸基(-PO2H)等。其中,优选羧基。在分散到水中之前,羧酸基可以是二羧酸酐基(-CO-O-OC-)的状态。作为羧酸基,可以举出例如(甲基)丙烯酸基、富马酸基、马来酸基或其酸酐基、衣康酸基或其酸酐基、丁烯酸基等。
对于酸性基团的结合量,优选每1g聚合物(A)结合0.4mmol~5mmol、即0.4mmol/g~5mmol/g。更优选的下限值为0.6mmol/g,进一步优选的下限值为0.8mmol/g。另一方面,更优选的上限值为3mmol/g,进一步优选的上限值为1.6mmol/g,更进一步优选的上限值为1.2mmol/g。该结合量越高于下限值,则聚合物(C1)的极性越增加,亲水性越增加,从而越具有分散粒径变小的倾向;该结合量越小于上限值,则越具有对作为基材的结晶性聚烯烃的密合性增大的倾向。二羧酸酐基团看作基团中含有2个羧酸基,所以1摩尔二羧酸酐基记作2摩尔酸性基团。
对于聚合物(C1)的制法,可以采用与[3-1]中叙述的在丙烯-α-烯烃共聚物(A)上结合反应性基团而形成的共聚物(A2)的制造方法相同的方法。
在丙烯-α-烯烃共聚物(A)上结合有亲水性高分子(B)的聚合物(C2)
共聚物(A)与亲水性高分子(B)的比例优选为(A)∶(B)=100∶1~100∶500(重量份)。相对于100重量份(A),将(B)设定为1重量份以上,由此提高了聚合物(C2)在水中的分散性,能够在不发生凝集、分离的情况下减小分散粒径。另外,相对于100重量份(A),将(B)设定为500重量份以 下,由此能够提高与聚烯烃基材的密合性。其中,更优选(A)∶(B)=100∶5~100∶500(重量份)。
作为制造在丙烯-α-烯烃共聚物(A)上结合有亲水性高分子(B)的聚合物(C2)的方法,可以举出通常在共聚物(A)的存在下聚合亲水性单体来形成结合在共聚物(A)上的亲水性高分子(B)的方法(R1)或者将预先聚合得到的亲水性高分子(B)结合于丙烯-α-烯烃共聚物(A)的方法(R2),根据丙烯-α-烯烃共聚物、亲水性高分子的种类和组合、目的聚合物(C2)的特性等,适当进行选择即可。另外,既可以在共聚物(A)上直接结合亲水性高分子(B),也可以使用下述的在共聚物(A)上结合有反应性基团的聚合物(A2)从而在其上结合亲水性高分子(B)。
[3-1]在丙烯-α-烯烃共聚物(A)上结合有反应性基团的共聚物(A2)
作为具有反应性基团的丙烯-α-烯烃共聚物(A2),例如可以使用聚合时不具有反应性基团的不饱和化合物和具有反应性基团的不饱和化合物共聚得到的共聚物(A2a)、具有反应性基团的自由基聚合性不饱和化合物接枝聚合于丙烯-α-烯烃共聚物(A)得到的聚合物(A2b)、或者将具有不饱和末端基团的丙烯-α-烯烃共聚物的不饱和末端基团转换为13族~17族的元素基团等得到的聚合物(A2c)。
共聚物(A2a)是通过将不具有反应性基团的不饱和化合物和具有反应性基团的不饱和化合物共聚得到的,其是在主链插入了具有反应性基团的不饱和化合物的共聚物。例如将乙烯、丙烯、丁烯等α-烯烃与丙烯酸、马来酸酐等α、β-不饱和羧酸或其酸酐共聚得到共聚物(A2a)。作为共聚物(A2a),例如可以使用丙烯-丁烯-马来酸酐共聚物等。这些可以单独使用一种,也可组合两种以上使用。制造方法可以同样地采用[1]中所述方法。
聚合物(A2b)是在预先聚合的丙烯-α-烯烃共聚物上接枝聚合具有反应性基团的自由基聚合性不饱和化合物得到的,具有反应性基团的不饱和化合物接枝在主链上。例如是在聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃上接枝了(甲基)丙烯酸、富马酸、马来酸或其酸酐、衣康酸或其酸酐、丁烯酸、(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酰胺、(甲基) 丙烯酸(二甲氨基)乙酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯或者(甲基)丙烯酸(2-异氰酸根合)乙酯等的聚合物。这些既可以单独使用一种,也可组合两种以上使用。值得注意的是,(甲基)丙烯酸是丙烯酸和甲基丙烯酸的总称,其他之处也基于此。
得到聚合物(A2b)时作为接枝聚合的对象的丙烯-α-烯烃共聚物可以使用上述的共聚物(A)。
作为聚合物(A2b),可以举出例如马来酸酐改性的聚丙烯或其氯化物、马来酸酐改性的丙烯-乙烯共聚物或其氯化物、马来酸酐改性的丙烯-丁烯共聚物、丙烯酸改性的丙烯-乙烯共聚物或其氯化物、丙烯酸改性的丙烯-丁烯共聚物等。这些既可以单独使用一种,也可组合两种以上使用。
作为接枝聚合使用的自由基聚合引发剂,可以从通常的自由基聚合引发剂中适当选择使用,例如可以举出有机过氧化物、偶氮腈等。作为有机过氧化物,可以使用二(叔丁基过氧化)环己烷等过氧缩酮类、氢过氧化枯烯等过氧化氢类、二(叔丁基)过氧化物等二烷基过氧化物类、过氧化苯甲酰等二酰基过氧化物类或者叔丁基过氧化异丙基单碳酸酯等过氧化酯类。作为偶氮腈,可以举出偶氮二丁腈、偶氮二异丙基腈等。其中,特别优选过氧化苯甲酰或叔丁基过氧化异丙基单碳酸酯。这些既可以单独使用一种,也可组合两种以上使用。
自由基聚合引发剂与接枝共聚单元的使用比例通常在自由基聚合引发剂∶接枝共聚单元=1∶100~2∶1(摩尔比)的范围。优选在1∶20~1∶1的范围。
反应温度通常为50℃以上,优选为80~200℃。反应时间通常为2~20小时左右。
对于聚合物(A2b)的制法,只要能够制造满足本发明的要件的聚合物,则没有特别限定,可以是任意的制法。可以举出例如,在溶液中加热搅拌进行反应的方法、在无溶剂条件下熔融加热搅拌进行反应的方法、利用挤出机加热混炼进行反应的方法等。作为在溶液中进行制造时的溶剂,可以同样地使用在[1]中举出的溶剂。
这些方法可以采用一种,也可组合两种以上。例如可以在进行熔融 改性后,进一步在溶液中进行改性。
这些之中,熔融改性因能够降低分子量,实现低分子量化,使用高分子量的丙烯-α-烯烃时容易降低分子量以使其乳化,所以是优选的。
作为聚合物(A2c),例如可以使用:如日本特开2001-288372号中所述的那样将具有末端双键的丙烯-α-烯烃共聚物的双键部分转换为硼基、铝基之类的第13族元素基团而得到的丙烯-α-烯烃共聚物(A2c1);如日本特开2005-48172号中所述的那样将具有末端双键的丙烯-α-烯烃共聚物的双键部分转换为卤元素而得到的丙烯-α-烯烃共聚物(A2c2);如日本特开2001-98140号中所述的那样将具有末端双键的丙烯类聚合物的双键部分转换为巯基而得到的丙烯-α-烯烃共聚物(A2c3)。
对于具有双键的丙烯-α-烯烃共聚物的制造方法,可以举出例如在烯烃聚合时发生脱α-氢的方法、在高温下使丙烯类聚合物热分解的方法等。
作为将双键部分转换为硼基或铝基的方法,可以举出例如在溶剂中使有机硼化合物或有机铝化合物与双键发生反应的方法。
作为将双键部分转换为卤元素的方法,例如有如下方法等:使碱和双氧水与上述具有有机硼基的丙烯-α-烯烃共聚物(A2c1)反应,由此转换为具有羟基的丙烯类聚合物,然后与含有卤素基团的卤氧化物发生反应,转换为含有卤素基团的酯基。
作为将双键部分转换为巯基的方法,例如有如下方法等:在自由基聚合引发剂的存在下使硫代乙酸与具有末端双键的丙烯类聚合物发生反应,然后用碱处理。
对于聚合物(A2c)的制法没有特别限定,只要能制造出满足本发明的要点的聚合物,可以使用任意的制法,但优选使用在溶液中加热搅拌进行反应的方法。作为在溶液中进行制造时的溶剂,可以同样地使用[1]中举出的溶剂。
此外,关于共聚物(A2a),将共聚物(A2a)看作共聚物(A),进行丙烯含量和分子量分布Mw/Mn的测定。
关于共聚物(A2b),对具有反应性基团的自由基聚合性不饱和化合物接枝聚合前的共聚物(A)进行丙烯含量和分子量分布Mw/Mn的测定。
关于共聚物(A2c),对转换末端双键前的共聚物(A)进行丙烯含量和分子量分布Mw/Mn的测定。
对于结合有反应性基团的聚合物(A2a)和(A2b)中的反应性基团的含量,优选每1g聚烯烃中为0.01mmol~5mmol、即0.01mmol/g~5mmol/g。更优选的下限值为0.05mmol/g,进一步优选的下限值为0.1mmol/g,特别优选的下限值为0.15mmol/g。更优选的上限值为1mmol/g,进一步优选的上限值为0.8mmol/g,特别优选的上限值为0.5mmol/g。
对于结合有反应性基团的聚合物(A2c)中的反应性基团的含量,由于其制法,通常每1分子聚合物中反应性基团为1个以下,且为1/数均分子量Mn(mol/g)以下,与共聚物(A2a)和(A2b)相比该含量具有变低的倾向。因此,优选每1g聚烯烃中含有0.004mmol/g~2mmol/g反应性基团。更优选的下限值为0.005mmol/g,另一方面更优选的上限值为0.2mmol/g。
所述反应性基团的含量较下限值越大,则由于与亲水性高分子(B)的结合量增加,聚合物(C2)的亲水性增加,所以越具有分散粒径变小的倾向;所述含量较上限值越小,则越具有对作为基材的结晶性聚烯烃的密合性增大的倾向。另外,由于二羧酸酐基被看作在基团中含有2个羧酸基,所以将1摩尔二羧酸酐基计为2摩尔反应性基团。
另外,共聚物(A2)可以是直链状的,也可以是支链状的。共聚物(A2)既可以单独使用一种,也可组合两种以上使用。
本发明中,根据与亲水性高分子(B)的组合、目的聚合物(C)的特性等,可适当使用共聚物(A)本身和结合有反应性基团的共聚物(A2)的双方。但是,优选至少含有结合有反应性基团的共聚物(A2)。这种情况下,具有容易控制亲水性高分子(B)的结合量、且结合时可用的反应是多种多样的等优点。也可以仅使用结合有反应性基团的共聚物(A2)。
作为反应性基团,可以举出例如羧酸基、二羧酸酐基、或二羧酸酐单酯基、羟基、氨基、环氧基、异氰酸酯基、巯基、卤素基团等。更优选选自由羧酸基、二羧酸酐基以及二羧酸酐单酯基组成的组中的至少一种。这些羧酸基等的反应性高,容易与亲水性高分子结合,不仅如此,而且具有这些基团的不饱和化合物多,容易与聚烯烃共聚或者发生接枝 反应。
另外,聚合物(A2a)、(A2b)、(A2c)中的任意一个均可以使用,通常优选的是聚合物(A2b)。聚合物(A2b)具有容易控制亲水性高分子(B)的结合量等优点。
[3-2]亲水性高分子(B)
下面,为了简化说明,仅对共聚物(A)进行说明,但对于共聚物(A2)来说,也是完全相同的。
本发明中,亲水性高分子是指,在25℃的水中以10重量%的浓度溶解时不溶成分为1重量%以下的高分子。作为亲水性高分子(B),只要不显著影响本发明的效果,则可以没有特别限定地使用,合成高分子、半合成高分子、天然高分子均可使用。其也可以具有反应性基团。
对于合成高分子没有特别限定,可以使用例如聚(甲基)丙烯酸树脂、聚醚树脂、聚乙烯醇树脂、聚乙烯吡咯烷酮树脂等。对于天然高分子没有特别限定,可以使用例如玉米淀粉、小麦淀粉、甘薯淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、米淀粉等淀粉;海萝、琼脂、藻酸钠等海藻;阿拉伯胶、黄蓍胶、魔芋等植物粘质物;动物胶、酪蛋白、明胶等动物性蛋白;普鲁兰多糖、糊精等发酵粘质物;等等。对于半合成高分子没有特别限定,可以使用例如羧基淀粉、阳离子淀粉、糊精等淀粉质;粘胶纤维、甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等纤维素;等等。
其中优选易于控制亲水性程度、特性也稳定的合成高分子。更优选聚(甲基)丙烯酸树脂等丙烯酸类树脂、聚乙烯醇树脂或聚乙烯吡咯烷酮树脂、聚醚树脂。这些既可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。最优选亲水性高的聚醚树脂。
用作本发明中的亲水性高分子(B)的丙烯酸类树脂通常利用自由基聚合、阴离子聚合或阳离子聚合通过聚合不饱和羧酸或其酯或酸酐而得到。对于与共聚物(A)的结合方法没有限定,可以举出例如:在丙烯-α-烯烃共聚物的存在下进行自由基聚合的方法;使具有羟基、氨基、缩水甘油基、羧酸(酐)基等反应性基团的丙烯酸类树脂与具有反应性基团的丙烯-α-烯烃共聚物反应的方法等。
作为显示亲水性的不饱和羧酸或其酯或酸酐,优选的例子可以举出(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸羟基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯季化物、(甲基)丙烯酰胺。
并且,可以在显示亲水性的范围内将疏水性自由基聚合性化合物与聚合物(C)共聚。作为能够共聚的疏水性单体,可以举出例如具有碳原子数为1~12的烷基、芳基或芳烷基的(甲基)丙烯酸酯类单体;具有碳原子数为1~12的烃基的聚合性乙烯基单体等。
作为具有碳原子数为1~12的烷基的(甲基)丙烯酸酯类单体,可以举出例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯等。
作为具有碳原子数为1~12的芳基或芳烷基的(甲基)丙烯酸酯类单体,可以举出例如(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸甲苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯等。
作为具有碳原子数为1~12的烃基的聚合性乙烯基单体,可以举出乙酸乙烯酯和苯乙烯单体等。
作为优选的例子,可以举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸丁酯等(甲基)丙烯酸酯类;乙酸乙烯酯。
并且,还有如下方法:在自由基聚合引发剂的存在下聚合自由基聚合性不饱和化合物,在形成高分子的同时与共聚物(A)相结合,然后进行改性,形成亲水性高分子(B)。例如可以举出:聚合(甲基)丙烯酸叔丁酯后,在酸性条件下水解,改性为聚(甲基)丙烯酸的方法;聚合乙酸乙烯酯后皂化,改性为聚乙烯醇的方法等。作为可共聚的疏水性单体,可以举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸丁酯等(甲基)丙烯酸酯类、乙酸乙烯酯。这种情况下作为共聚物(A)也可以使用结合有反应性基团的共聚物(A2),但通常使用不具有反应性基团的共聚物(A)。
用作本发明中的亲水性高分子(B)的聚乙烯醇树脂通常在聚合乙酸 乙烯酯得到聚乙酸乙烯酯后通过皂化获得。皂化度可以是完全皂化,也可以是部分皂化。
用作本发明中的亲水性高分子(B)的聚乙烯吡咯烷酮树脂通常通过聚合乙烯基吡咯烷酮来获得。
用作本发明中的亲水性高分子(B)的聚醚树脂通常通过对环状烯化氧或环状烯化亚胺进行开环聚合来获得。对于与共聚物(A)的结合方法没有限定,可以举出例如,在具有反应性基团的丙烯-α-烯烃共聚物中使环状烯化氧开环聚合的方法;使通过开环聚合等得到的聚醚多元醇或聚醚胺等具有反应性基团的亲水性高分子与具有反应性基团的丙烯-α-烯烃共聚物反应的方法;等等。
聚醚胺是在具有聚醚骨架的树脂的一个末端或两个末端上具有作为反应性基团的伯氨基的化合物。聚醚多元醇是在具有聚醚骨架的树脂的两个末端上具有作为反应性基团的羟基的化合物。
作为显示亲水性的聚环氧烷或聚烯化亚胺,优选的例子可以举出聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚乙烯亚胺。
并且,作为聚醚胺,可以使用亨斯迈(Huntsman)社制造的Jeffamine M系列、D系列、ED系列等。
用于本发明的亲水性高分子(B)优选在与共聚物(A)结合前具有1个以上可与共聚物(A)反应的反应性基团。作为反应性基团,可以举出例如羧酸基、二羧酸酐基、或二羧酸酐单酯基、羟基、氨基、环氧基、异氰酸酯基等,优选至少具有氨基。由于氨基与羧酸基、羧酸酐基、缩水甘油基、异氰酸酯基等多种反应性基团具有高反应性,因此易于使聚烯烃和亲水性高分子相结合。氨基可以是伯、仲、叔中的任一种,更优选为伯氨基。
反应性基团为1个以上即可,更优选仅具有1个反应性基团。若具有2个以上的反应性基团,则在与共聚物(A)结合时,可能会形成三维网眼结构而出现凝胶化。
但是,即使具有多个反应性基团,只要反应性高于其他基团的反应性基团仅具有1个即可。例如,具有多个羟基和1个反应性高于羟基的 氨基的亲水性高分子就是优选的示例。此处所说的反应性是指与共聚物(A)所具有的反应基团的反应性。
为了赋予聚合物(C)以充分的亲水性,本发明中的亲水性高分子(B)必须是高分子,设定其重均分子量Mw为200以上,所述重均分子量是利用GPC进行测定以聚苯乙烯的标准曲线换算得到的。Mw优选为300以上,更优选为500以上。并且,重均分子量Mw优选为200000以下。更优选为100000以下,进一步优选为10000以下。Mw较下限值越高,越会增加聚合物(C)的亲水性,越具有分散粒径变小从而稳定分散的倾向,并且,Mw较上限值越低,则越具有粘度变低、易于制备树脂分散体的倾向。另外,GPC测定中,使用THF等作为溶剂,利用市售的装置按照现有公知的方法进行测定。
另外,亲水性高分子(B)不溶于THF的情况下,可以溶解在水、甲醇、乙醇、乙腈、二甲基甲酰胺、丙酮、三氯甲烷、二甲亚砜等溶剂中,并使用适应该溶剂极性的柱,用相同的溶剂进行GPC测定。另外,通过添加硝酸钠等离子性物质,能够特别良好地测定离子性物质。另外,可以使用利用符合溶剂极性的标准物质制成的标准曲线,例如适宜用聚氧乙烯。
结合于共聚物(A)的亲水性高分子(B)的量优选为每1g共聚物(A)上结合0.01mmol~5mmol、即0.01mmol/g~5mmol/g。更优选的下限值为0.05mmol/g,进一步优选的下限值为0.1mmol/g,特别优选的下限值为0.15mmol/g。更优选的上限值为1mmol/g,进一步优选的上限值为0.8mmol/g,特别优选的上限值为0.5mmol/g,最优选的上限值为0.3mmol/g。
亲水性高分子(B)的量以1/数均分子量Mn(mol/g)来计算。该值较下限值越高,越会增加聚合物(C)的亲水性,越具有分散粒径变小从而稳定分散的倾向;该值较上限值越低,则越具有对于作为基材的结晶性聚烯烃的密合性增大的倾向。
共聚物(A)与亲水性高分子(B)可以包括在共聚物(A)上接枝结合有亲水性高分子(B)的接枝共聚物、共聚物(A)与亲水性高分子(B)的嵌段共聚 物,该嵌段共聚物中包括在共聚物(A)的一个末端或两个末端上结合有亲水性高分子(B)的状态。但优选接枝共聚物。接枝共聚物具有易于控制亲水性高分子(B)的含量、且相比于嵌段共聚物更易提高亲水性高分子(B)的含量的优点。
亲水性高分子(B)可以通过各种反应方式结合于共聚物(A)上。对其方式没有特别的限制,例如可举出自由基接枝反应或利用了反应性基团的反应。
通过自由基接枝反应,形成基于碳-碳共价键的结合。
利用了反应性基团的反应中,共聚物(A)和亲水性高分子(B)两者都具有反应性基团,使它们的反应性基团进行反应而结合,从而形成共价键或离子键。作为这种反应,可以举出例如羧酸基与羟基的酯化反应、羧酸基与环氧基的开环反应、伯或仲氨基与环氧基的开环反应、羧酸基与伯或仲氨基的酰胺化反应、羧酸基与叔氨基的季铵化反应、羧酸基与异氰酸酯基的氨基甲酰化反应、伯或仲氨基与异氰酸酯基的氨基甲酰化反应等。各反应的反应率可以在1%~100%之间任意选择,优选为50%~100%,更优选为70%~100%。
此处所谓羧酸基也包括马来酸、马来酸酐这样的二元酸或者其酸酐,并且,这种情况下,将1摩尔二元酸或者其酸酐计算为二当量,对此,与对象基团进行一当量反应或二当量反应。
[3-3]聚合物(C2)的制造方法
作为制造共聚物(A)上结合有亲水性高分子(B)的聚合物(C2)的方法,通常有在丙烯-α-烯烃共聚物的存在下将亲水性自由基聚合性不饱和化合物聚合,形成结合在丙烯-α-烯烃共聚物上的亲水性高分子(B)的方法(R1)或者将预先聚合形成的亲水性高分子(B)结合到丙烯-α-烯烃共聚物上的方法(R2)。
[3-3-1]聚合物(C2)的制造方法(R1)
本方法中,在丙烯-α-烯烃共聚物的存在下,聚合亲水性自由基聚合性不饱和化合物(亲水性单体),由此获得结合于丙烯-α-烯烃共聚物上的亲水性高分子(B)。对于亲水性自由基聚合性不饱和化合物的聚合方法,可 以使用例如加成聚合、缩合聚合、开环聚合等。此时,只要在聚合后能形成亲水性高分子的范围内,就可以共聚疏水性自由基聚合性不饱和化合物。在任一种情况下,作为丙烯-α-烯烃共聚物,不具有反应性基团的聚烯烃(A)或结合有反应性基团的聚烯烃(A2)都可以使用。
具体地说,例如有如下的方法:在共聚物(A)和过氧化物或偶氮化合物等自由基聚合引发剂的存在下,接枝聚合亲水性自由基聚合性不饱和化合物,制成丙烯-α-烯烃共聚物与聚丙烯酸的接枝共聚物。并且,还有如下的方法:如日本特开2001-288372号所述,在末端具有硼基、铝基之类的第13族元素基团的丙烯-α-烯烃共聚物(A2c1)和氧的存在下,聚合亲水性自由基聚合性不饱和化合物,制成丙烯-α-烯烃共聚物与聚丙烯酸的嵌段共聚物。进而还有如下方法:如日本特开2004-131620号或日本特开2005-48172号所述,使用末端具有卤原子的丙烯-α-烯烃共聚物(A2c2)和卤化铜、卤化钌等,通过原子转移活性自由基法制成丙烯类聚合物与聚丙烯酸的嵌段共聚物。此外还有如下方法:如日本特开2001-98140号所述,在末端具有巯基的丙烯-α-烯烃共聚物(A2c3)的存在下,聚合自由基引发剂和亲水性自由基聚合性不饱和化合物,制成丙烯-α-烯烃共聚物和聚丙烯酸的嵌段共聚物;等等。
作为亲水性自由基聚合性不饱和化合物,没有特别的限制,可以举出例如(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸羟基乙酯、(甲基)丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯季化物、乙烯基吡咯烷酮等。
作为能够共聚的疏水性单体,可以举出例如具有碳原子数为1~12的烷基、芳基或芳烷基的(甲基)丙烯酸酯类单体;具有碳原子数为1~12的烃基的聚合性乙烯基单体等。
作为具有碳原子数为1~12的烷基的(甲基)丙烯酸酯类单体,可以举出例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲 基)丙烯酸十二烷酯等。
作为具有碳原子数为1~12的芳基或芳烷基的(甲基)丙烯酸酯类单体,可以举出例如(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸甲苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯等。
作为具有碳原子数为1~12的烃基的聚合性乙烯基单体,可以举出乙酸乙烯酯、苯乙烯单体等。
其中,作为优选的例子,可以举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸丁酯等(甲基)丙烯酸酯类、乙酸乙烯酯。
反应性表面活性剂和反应性乳化剂也可以作为水性自由基聚合性不饱和化合物来使用。可以举出例如:日本特开平4-53802号公报、日本特开平4-50204号公报中公开的烷基丙烯基苯酚聚氧乙烯加成物、烷基二丙烯基苯酚聚氧乙烯加成物或它们的硫酸酯的盐。其中,可以很好地使用烷基丙烯基苯酚氧化乙烯20摩尔加成物、烷基丙烯基苯酚氧化乙烯30摩尔加成物、烷基丙烯基苯酚氧化乙烯50摩尔加成物(第一工业制药社制造,アクアロン(非离子型或阴离子型反应性表面活性剂)RN-20,RN-30,RN-50)或烷基丙烯基苯酚聚氧乙烯10摩尔加成物的硫酸酯铵盐、烷基丙烯基苯酚聚氧乙烯20摩尔加成物的硫酸酯铵盐(第一工业制药社制造,アクアロンHS-10,HS-20)。
而且,还包括下述方法,其中,在自由基聚合引发剂的存在下聚合自由基聚合性不饱和化合物,在形成高分子的同时与共聚物(A)结合,然后进行改性,形成亲水性高分子(B)。可以举出例如:聚合(甲基)丙烯酸叔丁酯后在酸性条件下水解,改性为聚(甲基)丙烯酸的方法;在聚合乙酸乙烯酯后进行皂化,改性为聚乙烯醇的方法等。作为能够共聚的疏水性自由基聚合性不饱和化合物,可以举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸丁酯等(甲基)丙烯酸酯类、乙酸乙烯酯。此时,作为丙烯-α-烯烃共聚物也可以使用具有反应性基团的共聚物(A2),但通常使用不具有反应性基团的共聚物(A)。
并且还有如下的方法:使用具有反应性基团的共聚物(A2),以该反应性基团为起始末端,聚合亲水性开环聚合单体等,从而获得亲水性高 分子(B)。
作为亲水性开环聚合单体,可以举出环氧乙烷、环氧丙烷、吖丙啶等。作为能够共聚的疏水性单体,可以举出氧杂环丁烷、四氢呋喃、β-丙内酯、γ-丁内酯、ε-己内酯等。
这些均可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
对于反应方法没有特别限定,只要能制造出满足本发明的要点的聚合物,可以使用任意的方法。可以举出例如:在溶液中加热搅拌进行反应的方法、在无溶剂条件下熔融加热搅拌进行反应的方法、利用挤出机加热混炼进行反应的方法等。反应温度通常为0℃~200℃,优选为30℃~150℃。作为在溶液中进行制造时的溶剂,可以同样地使用在[3-1]中举出的溶剂。
[3-3-2]聚合物(C2)的制造方法(R2)
本方法中,使预先聚合形成的亲水性高分子(B)结合于共聚物(A)上。此时,作为亲水性高分子(B),可以使用在[3-2]中举出的亲水性高分子。
具体地说,例如有如下方法:首先,在聚合亲水性单体以制成亲水性高分子时将不饱和双键残留在分子内,然后使用自由基聚合性引发剂使亲水性高分子接枝聚合在丙烯-α-烯烃上。此时,作为丙烯-α-烯烃共聚物也可以使用具有反应性基团的共聚物(A2),但通常使用不具有反应性基团的共聚物(A)。
并且还有如下方法:首先将末端具有反应性基团的亲水性高分子聚合,然后使其与结合有反应性基团的共聚物(A2)结合。末端具有反应性基团的亲水性高分子是通过使用具有反应性基团的化合物作为引发剂或链转移剂聚合亲水性单体而得到的。或者通过对环氧化合物等亲水性开环聚合单体进行开环聚合也能够得到末端具有反应性基团的亲水性高分子。
作为此时能够使用的亲水性单体,可以同样地使用[3-3-1]中举出的各种亲水性单体。
这些都可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
对于反应方法没有特别限定,只要能制造出满足本发明的要点的聚 合物,可以使用任意的方法。可以举出例如:在溶液中加热搅拌进行反应的方法、在无溶剂的条件下熔融加热搅拌进行反应的方法、利用挤出机加热混炼进行反应的方法等。反应温度通常为0℃~200℃,优选为30℃~150℃。作为在溶液中进行制造时的溶剂,可以同样地使用[3-1]中举出的溶剂。
聚合物(C)的水性树脂分散体的制造方法
对于本发明涉及的含有聚合物(C)的树脂分散体的制造方法没有特别的限制,在制备聚合物(C)、水和水以外的溶剂的混合物后,从该混合物中除去该溶剂,由此制成水分散体的方法;在聚合物(C)熔融的温度以上使其熔融后,添加水制成分散体的方法;等等。优选前者。根据前一方法,易于得到粒径细小的树脂分散体。
制备混合物时,根据需要可以加热。温度通常为30℃~150℃。对于水以外的溶剂在树脂分散体中的比率,以最终结果计通常为50%以下。优选为20%以下,更优选为10%以下,特别优选为1%以下。
其中,由于易于制出粒径更细小的水分散体,更优选如下方法:向聚合物(C)中添加水以外的溶剂,根据需要进行加热,使其溶解后添加水。溶解于溶剂时或是添加水时的温度通常为30℃~150℃。并且,暂时溶解于水以外的溶剂中的情况下,可以在添加水后蒸馏除去溶剂。水以外的溶剂在树脂分散体中的比率如上所述。
另外,通过向将聚合物(C)溶解在溶剂中形成的溶液中添加水和水以外的其他溶剂,根据需要进行加热,使其溶解后蒸馏除去溶剂的方法也可容易地制出粒径细小的水分散体。添加水时的温度通常为30℃~150℃。水以外的溶剂在树脂分散体中的比率如上所述。
作为用于本方法的水以外的溶剂,可以举出例如,甲苯、二甲苯等芳香族系烃;己烷、辛烷、癸烷等脂肪族系烃;环己烷、甲基环己烷等脂环式脂肪族系烃;二氯甲烷、四氯化碳、氯苯等卤化烃;乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯等酯类;丙酮、丁酮、甲基丙基酮、甲基异丁基酮、环己酮等酮类;甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇、环己醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇等醇类;二 丙基醚、二丁基醚、四氢呋喃等醚类;2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、2-甲氧基丙醇、2-乙氧基丙醇、二丙酮醇等具有2个以上的官能团的有机溶剂;二甲基甲酰胺、二甲亚砜等极性溶剂类等。这些溶剂可以使用一种,也可使用两种以上。
其中优选使用至少一种以上在水中溶解1重量%以上的溶剂,更优选在水中溶解5重量%以上的溶剂,例如优选丁酮、甲基丙基酮、环己酮、正丙醇、异丙醇、正丁醇、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇、环己醇、四氢呋喃、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、2-甲氧基丙醇、2-乙氧基丙醇、二丙酮醇。
对于制成溶解在溶剂中的状态和熔融状态后添加水制造树脂分散体的装置没有特别的限制,例如可以使用带搅拌装置的反应釜、单螺杆或双螺杆混炼机等。此时的搅拌速度根据装置的选择而多少有所不同,通常搅拌速度的范围为10~1000rpm。
水性树脂分散体
本发明的聚合物(C)在水中的分散性非常优异,并且,利用本发明的树脂分散体的制造方法能够得到分散粒径细小的水性树脂分散体,所以本发明的水性树脂分散体具有分散粒径细小、且树脂稳定分散的优点。因此,使用该水性树脂分散体能够得到具有优异外观的涂布品。
本发明的树脂分散体中的聚合物(树脂)的50%粒径为0.5μm以下。50%粒径优选为0.3μm以下、更优选为0.2μm以下、进一步优选为0.1μm以下。并且,优选90%粒径为1μm以下,特别优选为0.5μm以下。通过减小分散粒径,能够提高分散稳定性,不易发生凝集,能够更稳定地分散。并且,90%粒径与50%粒径之比变小意味着粒度分布变窄,其结果分散稳定性得到提高。此外,“50%粒径”是以体积换算时从粒径小的一侧累积到50%时的粒径,也称50%平均粒径。同样,累积到90%时的粒径为90%粒径。
此外,本发明中,分散的概念包括分散颗粒极小且以单分子分散的状态、实质可称为溶解的状态。所以,对分散粒径的下限值没有特别限制。
关于本发明的树脂分散体中的固体成分,相对于整体,优选为5重量%以上、更优选为10重量%以上、进一步优选为20重量%以上。并且优选为70重量%以下,更优选为60重量%以下,进一步优选50重量%以下,特别优选为40重量%以下。固体成分的量越少,粘度越低,能够容易地用于各种涂布方法,并且制成分散体后的稳定性也高。但是,例如用作底层涂料、粘结剂时,为了不在涂布后的水的干燥方面花费大量的能量和时间,优选固体成分多。
另外,本发明的树脂分散体中,相对于100重量份聚合物(C),表面活性剂的含量为15重量份以下。即树脂的分散粒径非常小,并且含有极少的表面活性剂或实质上不含表面活性剂。由此,将本树脂分散体用作涂料时,具有能够抑制渗出、能够得到外观优异的涂布品的优点,能够将本树脂分散体用作涂布最外表面的涂料。并且,能够提高涂布的耐水性、耐油性(耐含醇汽油性),所得到的树脂分散体在密合性、耐水性、耐湿性、耐油性(耐含醇汽油性)、耐化学性方面均优异。
优选表面活性剂的量少,相对于100重量份聚合物(C),树脂分散体的表面活性剂的含量优选为10重量份以下。更优选为5重量份以下、进一步优选为2重量份以下。还可以实质上不含表面活性剂。实质上不含表面活性剂是指相对于100重量份聚合物(C)其量少于1重量份。最优选完全不含表面活性剂。
作为表面活性剂,可以使用例如阳离子性表面活性剂、阴离子性表面活性剂、非离子性表面活性剂、两性表面活性剂、反应性表面活性剂等。作为表面活性剂,通常使用具有碳原子数为4以上的烷基、链烯基、烷基芳基或链烯基芳基作为疏水基的表面活性剂。优选碳原子数为8以上,更优选碳原子数为12以上。并且,通常碳原子数为30以下。
作为非离子性表面活性剂,可以举出例如聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯十八烷基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、单月桂酸聚氧乙烯脱水山梨糖醇酯等。作为阴离子性表面活性剂,可以举出例如十二烷基苯磺酸钠、磺基琥珀酸钠、月桂基硫酸钠、聚氧乙烯月桂基醚硫酸钠等。作为阳离子性表面活性剂,可以举出例如硬脂基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基 溴化铵等。作为两性表面活性剂,可以举出例如月桂基二甲氨基乙酸甜菜碱等。
并且,上述表面活性剂可以使用具有自由基聚合性官能团的所谓反应性表面活性剂等。使用反应性表面活性剂的情况中,使用该树脂分散体形成的被膜的耐水性能够得到提高。作为具有代表性的市售反应性表面活性剂,可以举出Eleminol JS-2(三洋化成工业社制造)、LATEMULS-180(花王社制造)。
值得注意的是,与其他的表面活性剂相比,非离子性表面活性剂不易降低耐水性,所以可以稍微多一些地含有非离子性表面活性剂。例如相对于100重量份聚合物(C),非离子性表面活性剂以外的表面活性剂应该为5重量份以下的情况下,非离子性表面活性剂可以为10重量份以下。
并且,不必使用氯化聚烯烃,可以降低环境负荷,这一点也是本发明的优点之一。
根据需要,可以在本发明的树脂分散体中添加酸性物质或碱性物质。作为酸性物质可以举出例如盐酸、硫酸等无机酸;乙酸等有机酸。作为碱性物质可以举出例如氢氧化钠、氢氧化钾等无机碱;三乙胺、二乙胺、二乙基乙醇胺、2-甲基-2-氨基-丙醇、吗啉等。并且,还可是含有酸性基团、碱性基团的高分子化合物。
可以在不显著损害本发明的效果的范围内,根据需要在本发明的树脂分散体中添加各种添加剂。可以添加使用例如紫外线吸收剂、抗氧化剂、耐气候稳定剂、耐热剂等各种稳定剂;二氧化钛、有机颜料等着色剂;炭黑、铁氧体等导电性赋予剂;颜料、染料、颜料分散剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、防腐剂、防霉剂、防锈剂、保湿剂、防干燥剂等各种添加剂。
作为消泡剂,可以举出例如空气产品(Air Products)公司制的SURFYNOL 104PA和SURFYNOL 440等。
作为防干燥剂,可以举出例如BYK-Chemie社制的Byketol-PC、上述举出的表面活性剂等。
另外,为了进一步提高耐水性、耐溶剂性等各种涂膜性能,相对于 分散体中100重量份树脂可以添加0.01~100重量份交联剂。作为交联剂,可以使用具有自身交联性的交联剂、分子内具有多个与羧基反应的官能团的化合物、具有多齿配位体的金属络合物等。其中,优选异氰酸酯化合物、三聚氰胺化合物、脲化合物、环氧化合物、碳化二亚胺化合物、含噁唑啉基的化合物、锆氯化物、硅烷偶联剂等。并且,可以组合使用这些交联剂。
将本发明的树脂分散体用于底层涂料、涂料、油墨等用途的情况下,基于提高干燥速度或得到修饰感良好的表面的目的,可以添加水以外的亲水性有机溶剂。作为亲水性有机溶剂,可以举出甲醇、乙醇、丙醇等醇类;丙酮等酮类;乙二醇、丙二醇等二醇类或其醚类;等等。另外,在不损害树脂分散体的稳定性的范围,还可以将上述以外的有机或者无机的化合物添加到树脂分散体中。
特别是作为本发明的水分散体的特征,包括优异的溶剂混合稳定性。通常,对于使用了表面活性剂的聚烯烃水分散体,若添加醇等亲水性有机溶剂,则存在表面活性剂从聚烯烃脱离、发生凝胶化的倾向。与此相对,本发明的水分散体的聚烯烃自身具有水分散功能,所以即使添加亲水性溶剂,也能稳定存在,不会发生凝胶化、凝集,可以很好地用于通常添加亲水性有机溶剂进行使用的油墨。
[5-1]其他树脂的合用
可以在不显著损害本发明的效果的范围内,根据需要在本发明的树脂分散体中混合水溶性树脂或能分散于水中的树脂来使用。从而在例如改善涂布外观(赋予光泽或消光)和降低粘性等方面具有效果。也可以为能够利用表面活性剂进行分散的树脂。作为水溶性树脂,可以使用例如作为亲水性高分子(B)所举出的树脂,例如,将这些树脂溶解在水中而形成的水溶液与本发明的树脂分散体混合后进行使用。
作为能分散于水中的树脂,可以举出例如:丙烯酸树脂、聚环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂、醇酸树脂等。对于含有这些树脂和聚合物(C)的树脂分散体的形态没有特别限定。例如有将这些树脂和聚合物(C)分别乳化后混合的方法。该方法中,由这些树脂构成的颗 粒和由聚合物(C)构成的颗粒分别独立形成,然后获得分散于水中的水性树脂分散体。
还有将这些树脂和聚合物(C)混合后乳化的方法。该方法中,能够获得在1个颗粒中混合有这些树脂和聚合物(C)的颗粒分散于水中的水性树脂分散体。例如,可以在树脂的聚合时使聚合物(C)共存,由此将两者混合,乳化-分散在水中,从而能形成在1个颗粒内含有树脂和聚合物(C)的颗粒。并且,也可以在分别合成树脂和聚合物(C)后,通过熔融混炼等来将两者混合,然后乳化/分散在水中,从而能形成在1个颗粒内含有树脂和聚合物(C)的颗粒。
为了有效地发挥聚合物(C)和树脂各自的性质,优选由聚合物(C)组成的颗粒与由树脂组成的颗粒各自独立存在的水性树脂分散体。这种水性树脂分散体例如可以如下得到:将聚合物(C)乳化/分散于水中得到分散体,将树脂乳化-分散于水中得到分散体,将上述两种分散体混合。
关于树脂的含量,共聚物(A)与上述其他树脂的质量比优选为90∶10至10∶90。即,设共聚物(A)和其他树脂的总量为100重量份,共聚物(A)的量优选为10重量份以上,并优选为90重量份以下。若共聚物(A)的量不足10重量份,则对聚烯烃类基材的密合性容易变得不充分。更优选该量为15重量份以上,进一步优选为20重量份以上。若共聚物(A)的量大于90重量份,则由这种复合水性树脂分散体得到的涂膜的物性容易变得不充分,具体地说,涂膜的强度、耐水性、耐气候性、耐擦性、耐溶剂性等容易变得不充分。共聚物(A)的量更优选为85重量份以下,进一步优选为80重量份以下。
另外,作为树脂分散体中的全部树脂含量,聚合物(C)和上述其他树脂的总量与水的重量比优选为5∶95至60∶40。即,设聚合物(C)、其他树脂和水的总量为100重量份,聚合物(C)和其他树脂的总量优选为5重量份以上、并优选为60重量份以下。若该量不足5重量份,则涂布、加热固化等的操作性容易变差。更优选该量为10重量份以上,进一步优选为15重量份以上。若该量大于60重量份,则水性树脂分散体的粘度变得过高,涂布性容易变差,难以形成均匀的涂膜。更优选该量为55重量份以 下,进一步优选为50重量份以下。
将上述其他树脂水性乳液化制成水性树脂分散体时,可以根据需要使用表面活性剂。作为表面活性剂,可以使用例如在[5]中举出的表面活性剂。
另外,表面活性剂也可以用于将聚合物(C)和树脂混合后进行乳化的制造方法。
这种情况下,相对于100重量份全部树脂量(聚合物(C)和上述其他的树脂的总量),优选树脂分散体的表面活性剂的含量为15重量份以下。更优选为10重量份以下,进一步优选为5重量份以下,特别优选为2重量份以下。也可以实质上不含表面活性剂。实质上不含表面活性剂是指相对于100重量份全部树脂量,表面活性剂少于1重量份。
作为上述其他的树脂,优选选自由丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂组成的组中的至少一种以上的树脂。含有这些其他树脂的树脂分散体适合作为涂料。以下将这些其他树脂总称为树脂(D)。
(D-1)丙烯酸树脂
作为本发明中的上述其他树脂的一例的丙烯酸树脂只要是(甲基)丙烯酸系聚合物,则没有特别的限制,其是丙烯酸和/或其酯的均聚物或共聚物、甲基丙烯酸和/或其酯的均聚物或共聚物。值得注意的是,(甲基)丙烯酸是指丙烯酸和/或甲基丙烯酸。
作为(甲基)丙烯酸酯的具体例,可以举出具有碳原子数为1~12的烷基的(甲基)丙烯酸酯类单体,例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸十二烷酯等,此外,还可以举出具有碳原子数为6~12芳基或芳烷基的(甲基)丙烯酸酯,例如(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯等。
另外,还可举出具有含杂原子且碳原子数为1~20的烷基的(甲基)丙烯酸酯类,例如(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙氨基乙 酯、(甲基)丙烯酸-2-氨基乙酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸羟基丁酯、(甲基)丙烯酸-2-甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸-3-甲氧基丙酯、(甲基)丙烯酸和聚环氧乙烷的加成物等。另外,还可以举出具有含氟原子且碳原子数为1~20的烷基的(甲基)丙烯酸酯类,例如(甲基)丙烯酸三氟甲基甲酯、(甲基)丙烯酸2-三氟甲基乙酯、(甲基)丙烯酸2-全氟乙基乙酯等;(甲基)丙烯酰胺类单体,例如(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸二甲基酰胺等。
除了上述的(甲基)丙烯酸和/或其酯类之外,还包括被称作所谓大单体的在分子末端具有双键的物质。这些(甲基)丙烯酸系大单体类的重均分子量通常为数百~50000。使用中,例如每100重量份上述的(甲基)丙烯酸和/或其酯类,这样的(甲基)丙烯酸系低聚物通常为1~80重量份。
另外,除了上述的大单体以外,作为丙烯酸树脂的例子,可以举出己内酯改性(甲基)丙烯酸系低聚物、含末端羟基的(甲基)丙烯酸系低聚物、寡酯(甲基)丙烯酸系低聚物、氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、环氧(甲基)丙烯酸酯等。
为了赋予丙烯酸树脂耐水性、耐热性、耐溶剂性、耐化学性,可以引入交联性官能团并合用交联剂。例如可以使用(甲基)丙烯酸缩水甘油酯这样的具有环氧基的共聚物与作为交联剂的多官能羧酸或多官能胺;(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸羟基丁酯这样的具有羟基的共聚物与多官能异氰酸酯;或二丙酮丙烯酰胺、丙烯醛这样的具有羰基的共聚物与己二酸二酰肼、癸二酸二酰肼这样的多官能肼的交联体系。其中,羰基与多官能肼形成的交联体系能够以一液型保存,且可常温固化,所以是优选的。每100重量份丙烯酸树脂,优选具有0.5重量份以上这些交联性官能团,更优选具有1重量份以上这些交联性官能团。但是,每100重量份丙烯酸树脂,优选具有20重量份以下这些交联性官能团,更优选具有10重量份以下这些交联性官能团。越高于下限值,则越容易得到充分的交联效果,越低于上限值,则保存稳定性等越高。
对制造上述那样的丙烯酸树脂的聚合方法,没有特别的限制,例如可以采用溶液聚合、本体聚合、乳液聚合或者悬浮聚合等方法。
为了将通过溶液聚合、本体聚合得到的丙烯酸树脂进行水性乳液化以制成水分散体,在溶液的存在下或者不存在溶液的条件下,利用胶体磨等的机械力进行乳化、分散,然后,根据需要在减压下或者大气压下蒸馏去除残留溶剂即可。使用乳液聚合或悬浮聚合时,能够直接以水性树脂分散体的形式得到聚合物。
本发明中可使用的丙烯酸树脂的数均分子量优选为1000以上,更优选为20000以上。并优选为1000000以下,更优选为500000以下。
另外,丙烯酸树脂的水性树脂分散体中的丙烯酸树脂颗粒的粒径优选为0.01μm~0.5μm。并且,丙烯酸树脂的水性树脂分散体中的丙烯酸树脂固体成分优选为15~70重量%。丙烯酸树脂的水性树脂分散体的液体粘度优选为1~50000mPa·s。
(D-2)聚氨酯树脂
对本发明可以使用的聚氨酯树脂没有特别限定,可以举出例如使(i)成分(在1个分子中平均含有2个以上的活性氢)和(ii)成分(多异氰酸酯)反应而得到的氨基甲酸酯聚合物;或是使上述(i)成分和(ii)成分在异氰酸酯基过剩的条件下反应所得到的含有异氰酸酯基的预聚物与二醇等链延长剂反应而得到的氨基甲酸酯聚合物。这些氨基甲酸酯类聚合物中也可以含有酸成分(酸残基)。
另外,含有异氰酸酯基的预聚物的链延长方法可以使用公知的方法。例如,可以使用水、水溶性多元胺、二醇类等作为链延长剂,根据需要在催化剂的存在下使含有异氰酸酯基的预聚物与链延长剂成分反应。
作为上述(i)成分的在1个分子中平均含有2个以上活性氢的成分,没有特别限定,但优选具有羟基性的活性氢。作为这种化合物的具体例,可以举出如下的化合物。
(1)二醇化合物:可以举出乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、新戊基二醇、1,6-己二醇、2,5-己二醇、二丙二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、三环癸烷二甲醇、1,4-环己烷二甲醇等。
(2)聚醚二醇:上述二醇化合物的环氧烷加成物、环氧烷或环状醚(四 氢呋喃等)的开环(共)聚合物。例如聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇-丙二醇的(嵌段或无规)共聚物、乙二醇、聚1,4-丁二醇、聚1,6-己二醇、聚1,8-辛二醇等。
(3)聚酯二醇:可以举出己二酸、琥珀酸、癸二酸、戊二酸、马来酸、富马酸、邻苯二甲酸等二羧酸(酐)和上述(1)举出的乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇、新戊二醇等二醇化合物在羟基过剩的条件下缩聚得到的物质。具体地说,可以举出乙二醇-己二酸缩合物、丁二醇-己二酸缩合物、1,6-己二醇-己二酸缩合物、乙二醇-丙二醇-己二酸缩合物、或以二醇为引发剂将内酯开环聚合得到的聚内酯二醇等。
(4)聚醚酯二醇:将含有醚基的二醇(上述(2)中的聚醚二醇或二乙二醇等)或其与其他二醇的混合物加进上述(3)中举出的二羧酸(酐)中并与环氧烷反应所得的产物。例如聚1,4-丁二醇-己二酸缩合物等。
(5)聚碳酸酯二醇:通式HO-R-(O-C(O)-O-R)x-OH(式中,R表示碳原子数为1~12的饱和脂肪酸二醇残基,x表示分子的重复单元的数目,其通常为5~50的整数)所示的化合物等。这些可以通过如下方法得到:使饱和脂肪族二醇和取代碳酸酯(碳酸二乙酯、碳酸二苯酯等)在羟基过剩的条件下进行反应的酯交换法;使上述饱和脂肪族二醇与光气反应,或是根据需要在其后进一步与饱和脂肪族二醇反应的方法等。
上述(1)至(5)中列举的化合物可以使用一种或组合使用两种以上。
作为与上述(i)成分反应的(ii)多异氰酸酯成分,可以使用1个分子中平均含有2个以上异氰酸酯基的脂肪族、脂环族或芳香族化合物。
作为脂肪族二异氰酸酯化合物,优选碳原子数为1~12的脂肪族二异氰酸酯,可以举出例如六亚甲基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基己烷二异氰酸酯等。作为脂环式二异氰酸酯化合物,优选碳原子数为4~18的脂环式二异氰酸酯,可以举出例如1,4-环己烷二异氰酸酯、甲基己二异氰酸酯等。作为芳香族异氰酸酯,可以举出甲苯二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯等。
并且,氨基甲酸酯类聚合物中含有酸残基的树脂即使在不使用或使用少量表面活性剂的条件下也能够分散于水中,从而可以期待涂膜的耐 水性变好。作为酸残基的含量,以氨基甲酸酯类聚合物的酸值计,为25~150(mgKOH/g),优选为30~100(mgKOH/g)。若酸值不足25,则水分散性易于变得不充分,大多需要合用表面活性剂;另一方面,若酸值大于150,则具有涂膜的耐水性变差的倾向。
对于将酸基导入氨基甲酸酯类聚合物中的方法,可以不受特别限制地使用以往使用的方法。但优选通过如下方式导入酸基:例如通过将二羟甲基链烷酸与部分或全部上述(2)至(4)中所述的二醇成分进行置换,预先将羧基导入聚醚二醇、聚酯二醇、聚醚酯二醇等中,由此在氨基甲酸酯类聚合物中导入酸基。作为此处使用的二羟甲基链烷酸,可以举出例如二羟甲基乙酸、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸等。
作为本发明可以使用的聚氨酯树脂,优选数均分子量为1,000以上,更优选为20,000以上。并且,优选为1,000,000以下,更优选为200,000以下。
在制造该聚氨酯树脂的水分散体时,对其制造方法没有特别限制,可以按照上述的丙烯酸树脂的水分散体的制造方法进行制造。
上述聚氨酯树脂在水性树脂分散体中的粒径优选为0.01μm~0.5μm。并且,聚氨酯树脂的水性树脂分散体中的聚氨酯树脂固体成分优选为15~70重量%。聚氨酯树脂的水性树脂分散体的液体粘度优选为1~10000mPa·s。
(D-3)聚酯树脂
对本发明可使用的聚酯树脂没有特别限定,可以举出例如己二酸、琥珀酸、癸二酸、戊二酸、马来酸、富马酸、邻苯二甲酸等二羧酸和/或其酸酐与乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇、新戊基二醇等二醇化合物或含醚基的二醇(聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇等)缩聚得到的树脂。
具体地说,可以举出乙二醇-己二酸缩合物、丁二醇-己二酸缩合物、1,6-己二醇-琥珀酸缩合物、乙二醇-丙二醇-邻苯二甲酸缩合物、聚乙二醇-己二酸缩合物等。
在表面活性剂的存在下或不存在表面活性剂的条件下对这些聚酯树 脂进行水性乳液化,由此能够得到聚酯树脂的水分散体。对其制造方法没有特别的限制,可以按照上述丙烯酸树脂的水分散体的制造方法进行制造。作为能够作为市售品获得的材料,可以举出东洋纺社制造的VylonalMD-1200、MD-1245等。
作为本发明中可使用的聚酯树脂,其数均分子量优选为1000以上,更优选为5000以上。且优选为500000以下,更优选为100000以下。
上述聚酯树脂在水性树脂分散体中的粒径优选为0.01μm~0.5μm。并且,聚酯树脂的水性树脂分散体中的聚酯树脂固体成分优选为15~70重量%。聚酯树脂的水性树脂分散体的液体粘度优选为1~10000mPa·s。
(D-4)环氧树脂
本发明可使用的环氧树脂只要是在1分子中具有1个以上环氧基的聚合物,则没有特别限定,例如可以举出多元苯酚在碱的存在下与环氧氯丙烷反应制造的苯酚的多元缩水甘油基醚、这样的苯酚的多元缩水甘油基醚与上述的多元苯酚反应得到的含环氧基的聚合物等。
作为此处可以使用的多元苯酚,可以举出例如2,2-二(4-羟基苯基)-丙烷、4,4’-二羟基二苯甲酮、1,1-二(4-羟基苯基)-乙烷、1,1-二(4-羟基苯基)-异丁烷、2,2-二(4-羟基-叔丁基-苯基)-丙烷、二(2-羟基萘基)甲烷、1,5-二羟基萘等。
代替这些多元苯酚,还可以使用对其苯核的双键的一部分或全部加成了氢的加氢化合物。
另外,作为环氧树脂,还可以使用酚系酚醛清漆树脂的聚缩水甘油基醚或多元醇的聚缩水甘油基醚。作为上述的多元醇,可以举出例如,乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丙二醇、1,5-戊二醇、1,2,6-己烷三醇、甘油、2,2-二(4-羟基环己基)-丙烷、山梨糖醇等。
可以通过在表面活性剂的存在下或不存在表面活性剂的条件下对这些环氧树脂进行水性乳液化来得到环氧树脂的水分散体。对其制造方法没有特别的限制,可以按照上述丙烯酸树脂的水分散体的制造方法进行制造。
作为能获得的代表性的市售品,可以举出以表面活性剂(乳化剂)强制 性地对线性酚醛环氧树脂(通过向苯酚酚醛清漆树脂加成环氧氯丙烷而得到)进行乳液化而得到的Nagase ChemteX社制造的代那考尔EM150、日本环氧树脂社制造的Epi-Rez 6006W70、5003W55、东都化成社制造的WEX-5100等。
并且,还可以举出以乳化剂对双酚型环氧树脂(同样地通过在双酚上加成环氧氯丙烷而得到)进行强制乳化而得到的Nagase ChemteX社制造的代那考尔EM101、EM103、日本环氧树脂社制造的Epi-Rez 3510W60、3515W6、3522W60、3540WY55等。
此外,作为向山梨糖醇、季戊四醇、甘油等多元醇加成环氧氯丙烷而得到的烷基型环氧树脂,可以举出Nagase ChemteX社制造的代那考尔EX-611、EX-614、EX-411、EX-313等。
[5-2]颜料的添加
本发明的树脂分散体中可以添加颜料(E)。含有颜料(E)的水性树脂分散体适宜用作涂料。
对于可以使用的颜料没有特别的限制,可以举出例如:氧化钛、炭黑、氧化铁、氧化铬、深蓝、氧化铁红、铬黄、黄色氧化铁等无机颜料或者偶氮系颜料;蒽系颜料、紫苏酮系颜料、二萘嵌苯系颜料、喹吖啶酮系颜料、异吲哚啉酮系颜料、靛蓝系颜料、酞菁系颜料等有机颜料等着色颜料;滑石、碳酸钙、粘土、高岭土、二氧化硅、沉降性硫酸钡等填充颜料;导电碳、涂布有掺杂锑的氧化锡的晶须等导电颜料;铝、铜、锌、镍、锡、氧化铝等金属或合金等无着色或经着色的金属制光亮材料等,也可以使用其中的一种或合用两种以上。
相对于100重量份树脂(聚合物(C)和其他的树脂的总量),优选颜料(E)在本发明的树脂分散体中的添加量为10重量份以上。更优选为50重量份以上。并且,优选为400重量份以下,更优选为200重量份以下。添加量较下限值越多,则成色性、遮蔽性越高,添加量较上限值越少,则密合性、耐湿性、耐油性越高。
此时可以使用颜料分散剂。可以举出例如,Johnson Polymer社生产的Joncryl树脂等水性丙烯酸类树脂;BYK-Chemie社生产的BYK-190等 酸性嵌段共聚物;苯乙烯-马来酸共聚物;空气产品(Air Products)公司生产的SURFYNOL T324等乙炔二醇衍生物;伊士曼化工社生产的CMCAB-641-0.5等水溶性醋酸丁酸羧甲基纤维素等。通过使用这些颜料分散剂,可以制备出稳定的颜料浆料。
本发明的树脂分散体可以用于底层涂料、无底层涂料的涂料、粘结剂、油墨等。本发明特别是作为底层涂料、涂料、粘结剂是有用的。特别适用于聚烯烃基材。例如可以用于汽车内饰用-外饰用等汽车用涂料、底层涂料、移动电话-个人电脑等家电用涂料、建筑材料用涂料等。
层积体
在基材上涂布本发明的树脂分散体或含有该树脂分散体的涂料,并进行加热,由此可以形成树脂层,制成层积体。该树脂层含有在丙烯-α-烯烃共聚物(A)上结合有亲水性高分子(B)或者结合有酸性基团的聚合物(C),所述丙烯-α-烯烃共聚物(A)是丙烯与丙烯以外的α-烯烃的共聚物,所述共聚物(A)中丙烯含量为50摩尔%以上且小于100摩尔%,并且共聚物(A)的重均分子量Mw为10000以上、分子量分布Mw/Mn为3.5以下,相对于100重量份聚合物(C),表面活性剂的含量为15重量份以下。
该层积体可以用于汽车用、家电用、建材用等各种用途。基材的形状不受限制,可以是膜、片材、板状体等。
结合用途,通过选择(A)和(B)的种类和量,既可使上述树脂层的硬度柔软也可以使上述树脂层的硬度硬。例如汽车外饰用涂料需要硬度硬的性能,所以进行选择使树脂层硬,汽车内饰用途中需要硬度柔软的性能,所以进行选择使树脂层柔软。对于硬度,可以通过拉伸弹性或弯曲弹性等进行评价。
本发明的树脂分散体可以涂布在具有结晶性的烯烃类聚合物的成型体(基材)上,形成涂膜。作为用作基材的烯烃类聚合物,可以举出高压法聚乙烯、中低压法聚乙烯、聚丙烯、聚-4-甲基-1-戊烯、聚-1-丁烯、聚苯乙烯等烯烃类聚合物;乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物等烯烃共聚物等。这些烯烃共聚物中,优选使用丙烯类聚合物。并且,也可以用于由聚丙烯和合成橡胶构成的成型体、由聚酰胺树脂、 不饱和聚酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚碳酸酯树脂等构成的成型体,例如汽车用保险杠等成型体,还可以用于钢板或电镀处理用钢板等的表面处理。
并且,应用了本发明的树脂分散体的成型体可以是通过注射成型、压缩成型、中空成型、挤出成型、旋转成型等公知的成型法中的任一种方法将上述各种聚合物或树脂成型得到的成型体。
当这些成型体中混合有滑石、锌白、玻璃纤维、钛白、硫酸镁等无机填充剂、颜料等时,也能够形成密合性良好的涂膜。
[6-1]层积体的制造方法
作为在基材上形成树脂层的方法,没有特别限制,可以使用公知的方法,可以举出例如将树脂分散体或涂料用喷涂器涂布的方法、用涂布辊涂布的方法、用毛刷涂布的方法等。
涂布树脂分散体或涂料后,通常利用镍铬丝、红外线、高频等进行加热以使涂膜固化,从而可以得到表面具有所希望的涂膜的层积体。涂膜的固化条件可以根据基材的材质、形状、所使用的涂料的组成等适当选择。对固化温度没有特别限制,但考虑到实用性,通常为50℃以上,优选为60℃以上。并且,通常为150℃以下,优选为130℃以下。
所层积的树脂层的膜厚(固化后)可以根据基材的材质、形状、所使用的涂料的组成等适当选择,但膜厚通常为0.1μm以上,优选为1μm以上,更优选为5μm以上。并且,膜厚通常为500μm以下,优选为300μm以下,更优选为200μm以下。
[6-2]热塑性树脂成型体(F)
作为本发明的层积体的基材,优选热塑性树脂成型体。作为热塑性树脂成型体(F),没有特别限定,例如为由聚烯烃树脂、聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚碳酸酯树脂等形成的成型体。其中,本发明优选适用于由聚烯烃树脂形成的热塑性树脂成型体(F)(下文中称为聚烯烃成型体)。
聚烯烃成型体通常为结晶性聚烯烃的成型体,可以使用公知的各种聚烯烃而没有特别限定。可以使用例如:乙烯或丙烯的均聚物、乙烯和 丙烯的共聚物、乙烯和/或丙烯与其他共聚单体例如1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、环戊烯、环己烯或降冰片烯等碳原子数为2以上的α-烯烃共聚单体的共聚物、或者两种以上这些共聚单体的共聚物。
作为α-烯烃共聚单体,优选碳原子数为2~6的α-烯烃共聚单体。并且可以使用α-烯烃单体与乙酸乙烯酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等共聚单体的共聚物、与芳香族乙烯基单体等共聚单体的共聚物、或其氢化物、共轭二烯嵌段共聚物的氢化物等。另外,仅称为共聚物的情况中,既可以是无规共聚物,也可以是嵌段共聚物。并且,根据需要聚烯烃也可以经改性处理。
这些物质可以根据用途单独使用或作为混合物使用。
聚烯烃优选其熔体流动速率(MFR)为2g/10分钟以上,更优选为10g/10分钟以上,特别优选为25g/10分钟。并且,优选为300g/10分钟以下,更优选为200g/10分钟以下。MFR较下限值越高,则越具有聚烯烃的流动性增强的倾向。反过来,MFR较上限值越低,则越具有机械物性增强的倾向。聚烯烃的MFR既可以在聚合时已经过调整,也可以在聚合后利用二酰基过氧化物、二烷基过氧化物等有机过氧化物来调整MFR。
作为聚烯烃,更优选结晶性聚丙烯。结晶性聚丙烯是丙烯的均聚物和/或丙烯-乙烯共聚物。此处,丙烯-乙烯共聚物是指丙烯-乙烯无规共聚物和/或丙烯-乙烯嵌段共聚物,更优选为丙烯-乙烯嵌段共聚物。
此处,丙烯-乙烯嵌段共聚物由结晶性聚丙烯部(a单元部)和乙烯-丙烯无规共聚物部(b单元部)组成。
上述a单元部通常通过丙烯的均聚得到,有时通过在丙烯中共聚少量其他的α-烯烃而得到。
a单元部的聚丙烯均聚物的MFR优选为10g/10分钟以上,更优选为15g/10分钟以上,进一步优选为20g/10分钟以上,特别优选为40g/10分钟以上。并且,优选为500g/10分钟以下,更优选为400g/10分钟以下,进一步优选为300g/10分钟以下。
该MFR较下限值越高,则越具有流动性增强的倾向。反过来,MFR较上限值越低,则越具有机械物性增强的倾向。
另一方面,b单元部是通过丙烯和乙烯的无规共聚而获得的橡胶状成分。
b单元部的丙烯-乙烯无规共聚物部中的丙烯含量优选为30重量%以上,更优选为40重量%以上,进一步优选为50重量%以上。并且,优选为85重量%以下,更优选为80重量%以下,进一步优选为75重量%以下。丙烯含量在该范围内的情况中,其分散性和玻璃化转变温度会落在适宜的范围内,具有冲击特性变得良好的倾向。可以通过在丙烯-乙烯无规共聚物部的聚合时控制丙烯和乙烯的浓度比来调整丙烯含量。
对b单元部的丙烯-乙烯无规共聚物部的分子量没有特别限制,考虑到分散性和耐冲击性,重均分子量(Mw)优选为200000~3000000,更优选为300000~2500000,进一步优选为400000~2000000。
对a单元部、b单元部的量没有特别限制,一般来说,通过调整,a单元部优选为全体量的95重量%以下,更优选为50重量%~95重量%,进一步优选为60重量%~90重量%;b单元部优选为全体量的5重量%以上,更优选为5重量%~50重量%,进一步优选为10重量%~40重量%。b单元部的量越在下限值以上,则越具有耐冲击特性增强的倾向;越在上限值以下,则越具有刚性、强度和耐热性增强的倾向。
本发明中,b单元部的量利用升温淋洗分级法来测定。即,a单元部在利用邻二氯苯进行的萃取中在100℃以下的温度不溶出,而b单元部会容易地溶出。因此,通过对制造后的丙烯-乙烯嵌段共聚物进行上述利用邻二氯苯的萃取分析来判断组成。
a单元部与b单元部的量的比率取决于丙烯均聚物部的聚合量和丙烯-乙烯无规共聚物部的聚合量,因此可以通过控制各自的聚合时间等来调整所述比率。
对丙烯均聚物和丙烯-乙烯嵌段共聚物的制造方法没有特别限定,可以从公知的方法、条件中适当选择。
作为丙烯的聚合催化剂,通常使用高立构规整性催化剂。可以举出例如:将用有机铝化合物还原四氯化钛后再用各种给电子体和受电子体进行处理得到的三氯化钛组合物与有机铝化合物和芳香族羧酸酯组合而 成的催化剂(参见日本特开昭56-100806号、日本特开昭56-120712号、日本特开昭58-104907号的各公报);或者使四氯化钛和各种给电子体接触卤化镁而成的负载型催化剂(参见日本特开昭57-63310号、日本特开昭63-43915号、日本特开昭63-83116号的各公报)等。进而还可以举出WO91/04257号公报等中公开的茂金属类催化剂。另外,茂金属类催化剂中也可以不含有铝氧烷,但优选茂金属化合物与铝氧烷组合得到的催化剂,即所谓的Kaminsky型催化剂。
丙烯-乙烯嵌段共聚物可以如下得到:首先在上述催化剂的存在下应用气相聚合法、液相本体聚合法、淤浆聚合法等制造工艺单独聚合丙烯,然后对丙烯和乙烯进行无规聚合,由此得到丙烯-乙烯嵌段共聚物。为了获得具有上述熔融特性(MFR)等的丙烯-乙烯嵌段共聚物,优选采用淤浆法或气相流化床法进行多级聚合。或者也可以通过进行丙烯的多级均聚后对丙烯和乙烯进行无规聚合的方法来获得。制造b单元部较多的丙烯-乙烯嵌段共聚物的情况中,特别优选气相流化床法。
丙烯均聚物通过在上述催化剂的存在下应用气相聚合法、液相本体聚合法、淤浆聚合法等制造工艺单独聚合丙烯而得到。为了获得具有上述熔融特性(MFR)的丙烯均聚物,优选采用淤浆法或气相流化床法进行多级聚合。
为了将构成本发明的层积体的基材的丙烯均聚物或丙烯-乙烯嵌段共聚物用作结构材料,优选其机械物性优异且刚性和耐冲击特性高。即,弯曲弹性模量优选为300MPa以上,更优选为500MPa~3000MPa,进一步优选为1000MPa~2000MPa。通过将弯曲弹性模量控制在该范围内,就可得到刚性优异、适宜用作结构材料的共聚物。并且,IZOD冲击强度优选为1kJ/m2以上,更优选为2kJ/m2~100kJ/m2,进一步优选为5kJ/m2~80kJ/m2,特别优选为8kJ/m2~60kJ/m2。通过将IZOD冲击强度控制在该范围内,就可得到耐冲击特性优异、适宜用作结构材料的共聚物。
热塑性树脂成型体既可以单独使用一种,也可组合两种以上使用。
[6-3]无机填料成分
用于本发明的热塑性树脂成型体(F)可以含有无机填料成分。
特别是通过在结晶性聚烯烃中混合无机填料成分可以改善成型体的弯曲弹性模量、刚性等机械性质。
具体地说,无机填料成分包括滑石、云母、蒙脱石等板状填料;短纤维玻璃纤维、长纤维玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维、硼纤维、硬硅钙石等纤维状填料;钛酸钾、硫酸氧镁、氮化硅、硼酸铝、碱性硫酸镁、氧化锌、硅灰石、碳酸钙、碳化硅等针状(晶须)填料;沉淀碳酸钙、重质碳酸钙、碳酸镁等粒状填料;玻璃中空球之类的中空球状填料;等等。也可以使用锌白、钛白、硫酸镁等无机填充剂或颜料。其中,从物性和成本的平衡角度出发,优选滑石、云母、玻璃纤维、晶须,更优选滑石、云母、玻璃纤维。
无机填料成分可以经表面活性剂、偶联剂等进行表面处理。经表面处理的填料具有进一步提高成型品的强度和耐热刚性的效果。
无机填料成分的用量可以根据成型品的目的和用途在广泛的范围中选择,相对于100重量份的结晶性聚烯烃,其用量优选为1重量份~80重量份,更优选为2重量份~75重量份,进一步优选为5重量份~60重量份。
通过含有无机填料成分可以改善结晶性聚烯烃的弯曲弹性模量,经改善,优选改善为1000MPa以上,更优选为1500MPa~10000MPa,进一步优选为2000MPa~8000MPa。并且,可以改善IZOD冲击强度,其优选为1kJ/m2以上,更优选为2kJ/m2~80kJ/m2,进一步优选为4kJ/m2~60kJ/m2。
无机填料成分既可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
下面对优选的填料进行详细叙述。
(1)滑石
本发明中使用的滑石的平均粒径通常为10μm以下,优选为0.5μm~8μm,更优选为1μm~7μm。平均粒径值是指:由利用激光衍射法(例如堀场制作所制造的LA920W)或液层沉降方式光透过法(例如岛津制作所制造的CP型等)测定的结果绘制粒度累积分布曲线,由该曲线读取到的累积量为50重量%的粒径值即为平均粒径值。本发明中的值是利用激光 衍射法测定得到的平均粒径值。
将天然出产的滑石机械性微粉碎,对得到的产物进一步精密地分级,使用所得的微粒状物作为滑石。也可以对暂且进行了粗分级的滑石进一步进行分级。
作为机械粉碎方法,可以举出使用例如颚式破碎机、锤击破碎机、辊破碎机、筛分磨、喷射式粉碎机、胶体磨、辊碾机、振动磨等粉碎机的方法。为了将粉碎后的滑石调节至上述平均粒径,使用旋风器、旋风选粉机、微分离器、锐分离器(sharp cut separator)等装置1次或重复地进行湿式或干式分级。
作为本发明所用的滑石的制造方法,优选在粉碎为特定的粒径后,利用锐分离器进行分级操作。
为了改善与聚合物的粘结性或分散性,这些滑石也可以用各种有机钛酸酯类偶联剂、有机硅烷偶联剂、接枝有不饱和羧酸或其酸酐的改性聚烯烃、脂肪酸、脂肪酸金属盐、脂肪酸酯等进行表面处理。
(2)玻璃纤维
作为玻璃纤维,通常使用玻璃短切纤维。玻璃短切纤维的长度通常为3mm~50mm,纤维径通常为3μm~25μm,优选为8μm~14μm。
作为玻璃短切纤维,优选使用表面经过硅烷类化合物的改性或经聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚氨酯、环氧树脂、烯烃类成分等集束剂等的表面处理的纤维。
作为成为集束剂的烯烃类成分,可以举出不饱和羧酸改性聚烯烃和聚烯烃低分子物等。
本发明中,为了通过结晶性聚烯烃与玻璃纤维的界面粘结来改善机械强度,也可以混合经不饱和羧酸和/或其衍生物改性的聚烯烃。特别优选以聚丙烯为母体进行了改性的产物,优选使用改性率为0.1~10重量%的改性物。
(3)云母
云母优选平均粒径为2~100μm、平均长宽比为10以上,更优选平均粒径为2~80μm、平均长宽比为15以上。通过控制云母的平均粒径在 上述范围内,能够进一步改善成型品的耐擦伤性和冲击强度,抑制外观变差。
并且云母可以是所谓的白云母、金云母、黑云母等中的任一种,优选金云母、白云母,更优选白云母。
对云母的制造方法没有特别限定,可以按照上述滑石的方法来制造,优选干式粉碎-湿式分级或湿式粉碎-湿式分级方式,更优选湿式粉碎-湿式分级方式。
[6-4]弹性体成分
用于本发明的热塑性树脂成型体(F)为结晶性聚烯烃成型体的情况下,还可以进一步含有弹性体成分。由此可以改善成型体的耐冲击强度。
作为弹性体成分,可以举出乙烯-α-烯烃无规共聚橡胶、乙烯-α-烯烃-非共轭二烯共聚物橡胶、含有苯乙烯的热塑性弹性体等。作为具体例,可以举出乙烯-丙烯共聚物橡胶、乙烯-1-丁烯共聚物橡胶、乙烯-1-己烯共聚物橡胶、乙烯-1-辛烯共聚物橡胶等乙烯-α-烯烃共聚物橡胶;乙烯-丙烯-亚乙基降冰片烯共聚物橡胶(EPDM)等乙烯-α-烯烃-非共轭二烯共聚物橡胶;苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段体的氢化物(SEBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段体的氢化物(SEPS)等含有苯乙烯的热塑性弹性体。
这些弹性体可以如下制造。
考虑到用于作为本发明的主要用途之一的汽车外饰材料的情况下,这些弹性体成分的MFR(230℃、负荷2.16kg)优选为0.5g/10分钟~150g/10分钟,更优选为0.7g/10分钟~100g/10分钟,进一步优选为0.7g/10分钟~80g/10分钟。
弹性体成分既可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
[6-5]其他成分
除上述以外,在不显著损害本发明的效果的范围内,热塑性树脂成型体(F)还可以含有任意的添加剂和混合成分。具体地说,可以举出用于着色的颜料、苯酚类、硫类、磷类等抗氧化剂、抗静电剂、受阻胺等光稳定剂、紫外线吸收剂、有机氧化铝-滑石等各种成核剂、分散剂、中和剂、发泡剂、铜抑制剂、润滑剂、阻燃剂、聚乙烯树脂等其他树脂等。
[6-6]热塑性树脂成型体(F)的制造方法
根据需要在上述树脂中添加各种成分,进行混合和熔融混炼。对混炼方法没有特别限定,使用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、班伯里密炼机、辊压捏合机、布拉本德塑性计、捏合机等通用的混炼机进行混炼-造粒,由此能够得到构成本发明的热塑性树脂成型体(F)的热塑性树脂组合物。为了良好地分散各成分,优选使用双螺杆挤出机。
进行该混炼-造粒时,既可以同时混炼上述各成分,也可以为了提高性能而采用分别混炼各成分的方法。
接着,成型热塑性树脂组合物,获得热塑性树脂成型体(F),成型方法可以使用公知的各种方法。
可以举出例如注射成型(也包括气体注射成型)、压缩成型、注射压缩成型(加压注射)、挤出成型、中空成型、旋转成型、压延成型、吹塑成型、单向拉伸膜成型、双向拉伸膜成型等。优选使用注射成型、压缩成型、注射压缩成型,考虑到生产效率等方面而特别优选注射成型。
[6-7]层积体的用途
本发明的层积体在涂膜密合性优异的方面和刚性、耐冲击性优异的方面具有物性平衡。并且,由于构成层积体的树脂层实质上不含有表面活性剂的情况中没有渗出,所以外观也优异。由于不必含有氯等卤素,所以能够减少环境负荷。
因此,本发明的层积体可以用于汽车、家电、建材等各种工业部件,特别是作为经过薄壁化、高性能化和大型化的部件或材料,实用上具有充分的性能。另外,同样还可用作膜、片等生活物资器材。
例如可以用作:保险杠、仪器面板、微调、装饰品等汽车部件;电视机壳、洗衣机槽、冰箱部件、空调部件、吸尘器部件等家电机器部件;座便、座便盖、水箱等洁具部件;浴缸、浴室墙壁、天花板、排水槽等浴室关联部件等各种工业部件用成型材料;包装材、农业用膜、气体阻隔膜、合成纸张等各种生活物资器材。
【实施例】下面根据实施例更详细地说明本发明,但只要不超出其要点,本发明不受如下实施例的限制。值得注意的是,以下简单记作“份” 时,表示“重量份”。
<物性测定方法和评价方法>
(1)立构规整性
利用NMR装置(日本电子社制造、400MHz)按照13C-NMR光谱测定法测定丙烯-丁烯共聚物中的丙烯的含量[P]。在10mm 的NMR用样品管中,使用约2.2ml的邻二氯苯使350mg~500mg样品完全溶解。然后,添加约0.2ml的重氢化苯作为锁场溶剂,使其均一化后于130℃利用质子完全去耦法进行测定。测定条件为:脉冲角90°、脉冲间隔10秒、累积次数6000次。
参考J.C.Randall,Macromolecules,11,592(1978)中记载的内容计算出丙烯和丁烯的化学位移及含量。
(2)重均分子量[Mw]和分子量分布[Mw/Mn]
(2)-1以聚丙烯换算的分子量的测定法
首先将20mg样品采集至30ml的小瓶中,添加20g含有0.04重量%的稳定剂BHT(2,6-二叔丁基对甲酚)的邻二氯苯。利用加热至135℃的油浴使样品溶解后,使用孔径为3μm的PTFE(聚四氟乙烯)过滤器进行热过滤,制备聚合物浓度为0.1重量%的样品溶液。然后,使用安装有色谱柱TSKgel GM H-HT(30cm×4根)和RI检测器的Waters社制造的GPC150CV,进行GPC测定。采用的测定条件为:样品溶液的注射量:500μl,柱温度:135℃,溶剂:邻二氯苯,流速:1.0ml/min。
计算分子量的时候,使用市售的单分散的聚苯乙烯作为标准样品,由该聚苯乙烯标准样品和聚丙烯的粘度式作出与保持时间和分子量相关的校正曲线,计算出丙烯-α-烯烃共聚物的分子量。
使用[η]=K·Mα作为粘度式,对聚苯乙烯来说,K=1.38E-4,α=0.70;对丙烯-α-烯烃共聚物来说,K=1.03E-4,α=0.78。
另外,根据所得到的重均分子量Mw、数均分子量Mn的值计算出分子量分布Mw/Mn。
(2)-2以聚苯乙烯换算的分子量的测定法
首先将5mg样品装入10ml的小瓶中,添加5g含有250ppm稳定剂 BHT的四氢呋喃,在50℃使其完全溶解。冷却到室温后,用孔径0.45μm的过滤器过滤,制备聚合物浓度0.1重量%的样品溶液。接着,使用TSKgel GMHXL-L(30cm×2根)安装了保护柱TSK guard column HXL-H的东曹社制造的GPC HLC-8020作为柱,进行GPC测定。测定条件为:样品溶液的注射量:50μl、柱温度:40℃、溶剂:四氢呋喃、流量1.0ml/min。
进行分子量的计算时,使用市售的单分散聚苯乙烯标准样品作为标准样品进行测定,根据标准样品的保留时间和分子量制作标准曲线,进行计算。
(3)升温淋洗分级法(TREF)
将样品在140℃溶解到邻二氯苯(含有0.5mg/ml的BHT(2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚))中,制成溶液。将其导入140℃的TREF柱后,以8℃/分钟的降温速度冷却到100℃,接着,以4℃/分钟的降温速度冷却到-15℃,保持60分钟。其后,将溶剂邻二氯苯(含有0.5mg/ml的BHT)以1ml/min的流速流入柱,在TREF柱中将溶解在-15℃的邻二氯苯的成分淋洗10分钟。接着,以100℃/小时的升温速度,将柱升温到140℃,使其线性升温,以0.1℃间隔检测洗脱量。根据所得到的结果,计算出单位温度下的累积洗脱量(重量%)。
以下给出测定装置和测定条件。
·测定装置
(TREF部)
柱填充材:100μm表面惰性处理玻璃珠
加热方式:铝加热块
冷却方式:珀耳帖元件(珀耳帖元件的冷却是水冷)
温度分布:±0.5℃
温调器:(株)千野数字程序调节计KP1000
(阀炉)
加热方式:空气浴式烘箱
测定时温度:140℃
温度分布:±1℃
阀:六通阀、四通阀
(样品注入部)
注入方式:样品环进样方式
注入量:样品环体积0.1ml
注入口加热方式:铝加热块
测定时温度:140℃
(检测部)
检测器:波长固定型红外检测器FOXBORO社制造MIRAN 1A
检测波长:3.42μm
高温流动槽:LC-IR用微流动槽、光程长1.5mm、
测定时温度:140℃
(泵部)
送液泵:千秋科学社制造SSC-3461泵
·测定条件
溶剂:邻二氯苯(含有0.5mg/ml BHT)
样品浓度:5mg/ml
样品注入量:0.1ml
溶剂流速:1ml/min
(4)熔点[Tm]和结晶熔融热[ΔH]
使用精工电子社制造的差示扫描量热计DSC 220C进行测定。
将5±1mg样品装入Al坩埚,盖上Al盖,以空的Al坩埚作为参比,置于检测器上。以100℃/分钟的速度升温到200℃。在该温度保持5分钟后,以10℃/分钟的速度冷却,冷却到-10℃,以0.5秒间隔检测热量。在该温度保持1分钟后,以10℃/分钟的速度升温到200℃,以0.5秒间隔检测热量。
各样品在冷却过程中均观测到一个放热峰,在最后的升温过程中均观测到一个吸热峰。最后的升温过程中的峰的峰顶时的温度为熔点 [Tm],根据由连接峰的峰脚(裾野)的线围成的峰的面积计算结晶熔融热[ΔH]。
(5)接枝率
将200mg聚合物和4800mg氯仿装入10ml的样品瓶中,于50℃加热30分钟,使其完全溶解。向材质为NaCl、光路长为0.5mm的液体样品池中添加氯仿,作为本底。然后将溶解后的聚合物溶液加进液体样品池,使用日本分光社制造的FT-IR460plus,累积32次测定红外线吸收光谱。对将马来酸酐溶解于氯仿得到的溶液进行测定,制成标准曲线,使用该标准曲线计算马来酸酐的接枝率。然后根据另外制成的标准曲线,由羰基的吸收峰(1780cm-1附近有最大吸收峰,1750cm-1~1813cm-1)的面积求出聚合物中酸成分的含量,以此作为接枝率(重量%)。
(6)分散粒径
使用日机装社制造的Microtrac UPA粒度分析仪(型号9340、分批式动态光散射法/激光多普勒法)测定分散粒径。设分散体的密度为0.9g/cm3、颗粒形状为正球形、颗粒的折射率为1.50、分散介质为水、分散介质的折射率为1.33,用120秒的测定时间进行测定,由粒径细小的一侧开始累积,作为体积换算,求出50%粒径和90%粒径。
(7)密合性
(7)-1
将汽车外饰用等级的聚丙烯注射成型为70mm×150mm×3mm,制成基板(试验片),用异丙醇擦拭基板表面。此时,使用样品进行喷雾涂布以使涂布量(涂布后的干燥重量)约为15g/m2。然后,将该涂布后的试验片在危险物干燥机(セ一フベンドライヤ一)中于80℃干燥烘烤40分钟,得到涂饰板。
于23℃放置24小时后,依照JIS K 5400中记载的围棋棋盘格试验方法,制成带有间隔为2mm的25块(5×5)棋盘格的试验片,粘贴透明胶带(米其邦(Nichiban)社产品)后,以90度的方向进行剥离,根据25个棋盘格中未被剥离的格数进行评价。
(7)-2
将汽车外饰用等级的聚丙烯注射成型为70mm×150mm×3mm,制成基板(试验片),用异丙醇擦拭基板表面。此时使用样品进行喷雾涂布以使涂布量(涂布后的干燥重量)约为10g/m2,然后,在危险物干燥机中于80℃干燥5分钟。然后在该涂布后的试验片上喷雾涂布丙烯酸多元醇氨基甲酸酯涂料RETAN PG80III(关西涂料社制造),该涂料中混合了规定的固化剂并使用专用的稀释剂调整了粘度,以使涂布量为25g/m2~30g/m2,在危险物干燥机中于90℃烘烤30分钟,得到涂饰板。
在23℃放置24小时后,依照JIS K 5400中记载的围棋棋盘格试验方法,制成带有间隔为2mm的25块(5×5)棋盘格的试验片,粘贴透明胶带(米其邦(Nichiban)社产品)后,以90度的方向进行剥离,根据25个棋盘格中未被剥离的格数进行评价。
(8)耐含醇汽油性试验
将与密合性试验(7)-2同样制作的涂饰板浸泡在保持在20℃的标准汽油和乙醇的混合溶液(重量比:标准汽油∶乙醇=9∶1)中,测定直至在涂膜产生剥离的时间,如下进行评价。
◎:60分钟以上
○:15分钟以上且小于60分钟
△:5分钟以上且小于15分钟
×:小于5分钟
(9)涂膜物性
将密合性试验(7)-2使用的基板用异丙醇擦拭基板表面。此时使用样品进行喷雾涂布以使涂布量(涂布后干燥重量)约为10g/m2,然后,在危险物干燥机中于80℃干燥30分钟,得到试验片。将该试验片在40℃静置3天后,进行渗出和粘性的评价。
·渗出
目视观察涂饰试验片,外观观察在涂膜表面渗出的表面活性剂的状态,并如下进行判定。
○:无表面活性剂渗出
△:表面活性剂稍有渗出
×:表面活性剂大量渗出
·粘性
指触涂布试验片,如下对表面状态进行判定。
○:指触无粘性
×:指触发粘
(10)热封试验
·剥离强度
将均聚丙烯(Japan Polypropylene Corporation制造、MA3U)成型,制成厚度100μm的聚丙烯膜。此处,在将固体成分浓度调整为25重量%的10g乳液中加入5g异丙醇进行稀释,通过绕线棒涂布器(16号)进行涂布,涂布量(涂布后的干燥重量)约3g/m2,在危险物干燥机中于80℃干燥3分钟。接着,在其上叠置相同的聚丙烯膜,在温度120℃、压力2kg/cm3、加压时间5秒的条件下进行热封。
将热封后的层积体在23℃放置4小时后,切断成15mm宽,制成试验片,以剥离速度300mm/分钟,进行180度T字剥离试验,评价剥离强度。
·防粘连性
在与剥离试验同样地进行了乳液的涂布干燥后的膜上叠置相同的聚丙烯膜,在23℃加载0.1kg/cm2的负荷后,用手剥离膜,如下评价粘连性。
○:无粘连
△:稍有粘连
×:有粘连,膜之间粘结
下面,将实施例和比较例使用的共聚物(A)和其他的聚合物的丙烯含量、Mw(聚丙烯换算)、Mw/Mn(聚丙烯换算)、熔点Tm、结晶熔融热ΔH、升温淋洗分级法中60℃以下的洗脱量示于表-1。
[实施例1]
在带有回流冷凝管、温度计、搅拌机的玻璃烧瓶中添加650g甲苯、350g丙烯-丁烯共聚物(三井化学社制造、TAFMER XM7070,共聚物1),用氮气置换容器内,升温至110℃。升温后,添加35g马来酸酐,并添加10.7g叔丁基过氧异丙基单碳酸酯(日本油脂社制造的全丁基I),在同一温度下连续搅拌10小时,进行反应。反应结束后,将反应体系冷却至室温附近,添加丙酮,过滤沉淀的聚合物。进而使用丙酮反复进行沉淀-过滤,用丙酮对最终得到的聚合物进行清洗。对清洗后得到的聚合物进行减压干燥,得到白色粉末状的马来酸酐改性聚合物。对该改性聚合物进行红外线吸收光谱测定,其结果,马来酸酐基的含量(接枝率)为2.1重量%(马来酸酐基为0.21mmol/g,羧酸基为0.42mmol/g)。并且,重均分子量为110000(聚丙烯换算)、171000(聚苯乙烯换算)、数均分子量为90000(聚苯乙烯换算)。
接着,在带有回流冷凝管、温度计、搅拌机的玻璃烧瓶中添加30g所得到的马来酸酐改性聚合物(马来酸酐基的含量为6.3mmol)和70g甲苯,将温度升至110℃使其完全溶解。然后添加将6g甲氧基聚(氧化乙烯/氧化丙烯)-2-丙基胺(亨斯迈社制造的聚醚胺;Jeffamine M-1000、分子量1000(公称值))(6mmol,相当于100重量份共聚物(A)中有20重量份亲水性高分子(B))溶解于6g甲苯中而得到的溶液,于110℃反应1小时。然后添加0.53g吗啉(6mmol),于110℃反应1小时。
取少量反应液,减压蒸馏除去甲苯后,进行红外吸收光谱分析,结果观察到,在1784cm-1附近对应于马来酸酐的吸收峰消失90%,马来酸酐改性聚合物与聚醚胺结合。形成了聚醚胺接枝结合于马来酸酐改性聚合物上的接枝共聚物。
将得到的反应液保持在60℃的温度,加热-搅拌的同时用1小时滴加120g异丙醇和30g水的混合液,得到稍带混浊的淡黄色液体。进而,在保持反应液的温度为60℃的同时用1小时滴加30g异丙醇和160g水的混合液,得到半透明的黄色溶液。将其冷却至45℃,将压力慢慢地由0.02MPa降至0.004MPa,将甲苯、异丙醇和水减压蒸馏除去,直至聚合 物浓度为25重量%,得到淡黄色透明的水性树脂分散体。据认为由于分散粒径细小而显示出透明。
对分散粒径进行测定,结果50%粒径为0.099μm,90%粒径为0.184μm。对得到的水性树脂分散体的密合性的评价结果见表-2。此外,用(7)-1的方法对密合性进行评价。同时还给出了使用的丙烯-丁烯共聚物(三井化学社制造、TAFMER XM7070)的丙烯含量、Mw、Mw/Mn、熔点Tm、结晶熔融热ΔH、升温淋洗分级法中60℃以下的洗脱量。
另外,实施例1使用的甲氧基聚(氧化乙烯/氧化丙烯)-2-丙基胺(亨斯迈社制造的聚醚胺;JeffamineM-1000)在25℃的水中以10重量%的浓度溶解时,不溶组分为1重量%以下,所以其是亲水性高分子。
[比较例1]
作为丙烯-丁烯共聚物,使用三井化学社制造的TAFMER XR110T(共聚物6),除此以外,与实施例1同样操作,得到马来酸酐改性聚合物。马来酸酐基的含量(接枝率)为2.0重量%(马来酸酐基为0.20mmol/g、羧酸基为0.40mmol/g)。
接下来,尝试着与实施例1同样地制备水性树脂分散体,发现了大量粒径大于1mm的析出物,不能得到树脂分散体。
[表-2]
[实施例2]
(熔融改性工序)
将200kg丙烯-丁烯共聚物(三井化学社制造、TAFMER XM7070;共聚物1)和5kg马来酸酐用超级混合器干混后,用双螺杆挤出机(日本制钢所社制造的TEX54αII),进行混炼,混炼条件为用加液泵中途对100重量份丙烯-丁烯共聚物添加全丁基I使其为1重量份,捏合部的机筒温度为200℃、螺杆转速为125rpm、吐出量为80kg/小时,得到粒状的制品。
如此得到的马来酸酐改性丙烯-丁烯共聚物的马来酸酐基的含量(接枝率)为0.8重量%(马来酸酐基为0.08mmol/g、羧酸基为0.16mmol/g)。另外,重均分子量为156000、数均分子量为84000(均以聚苯乙烯换算)。
(溶液改性工序)
接着,在带有底出阀和油循环式套加热器的2L玻璃烧瓶上设置回流冷却管、温度计、氮气输入管、搅拌机后,加入150g上述马来酸酐改性丙烯-丁烯共聚物和150g甲苯,送入氮气的同时加热到110℃,并进行搅拌。
升温后,加入2.25g马来酸酐,使其溶解后,加入0.75g全丁基I,在该温度继续搅拌7小时。其后,抽出0.5g溶液,加入丙酮,过滤沉淀的聚合物,进一步用丙酮反复进行沉淀-过滤,对最终得到的聚合物进行减压干燥。该改性聚合物的马来酸酐基的含量(接枝率)为1.5重量%(马来酸酐基为0.15mmol/g、羧酸基为0.30mmol/g)。另外,重均分子量为146000、数均分子量为77000(均以聚苯乙烯换算)。
(乳化工序)
接着,在溶液中加入129g甲苯稀释后,加入0.075g四[亚甲基-3-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸酯]甲烷(汽巴精化社制造的IRGANOX 1010)。将夹套温度(外温)降低到75℃,进一步加入15g异丙醇,搅拌1小时后,加入600g 70℃的温水,进行搅拌。继续搅拌15分钟后,进行静置,分离成两相,上部是甲苯溶液相、下部是温水相,从底出阀抽出温水。再用温水重复进行一次清洗操作后,用1小时的时间,在甲苯溶液中滴加15g(15mmol)Jeffamine M-1000溶解在390g异丙醇中 而得到的溶液。进一步向其中加入在90g水中溶解有1.5g(15mmol)2-氨基-2-甲基-1-丙醇的90%水溶液(AMP90)的水溶液。
在回流冷却管和烧瓶之间设置迪安斯塔克(Dean-Stark)管,对所得到的液体进行减压,蒸馏除去90g溶剂,加入90g水,重复5次该工序。其后,进一步加入60g水,减压蒸馏除去甲苯、异丙醇和水,直至聚合物浓度达到30重量%,得到白色的水分散体。
得到的水性树脂分散体的分散粒径、涂膜物性、密合性和耐含醇汽油性的评价结果见表-3。此外,以(7)-2的方法对密合性进行评价。
[实施例3]
将所使用的JeffamineM-1000的量从15g改为22.5g(22.5mmol),除此以外,全部与实施例2同样地操作,得到稍带混浊的淡黄色水分散体。
得到的水性树脂分散体的评价结果见表-3。
[实施例4]
将所使用的JeffamineM-1000的量从15g改为30g(30mmol),除此以外,全部与实施例2同样地操作,得到稍带混浊的淡黄色水分散体。
得到的水性树脂分散体的评价结果见表-3。
[实施例5]
将所使用的亲水性高分子用サ一フオナミンL-200(亨斯迈社制造的聚醚胺、分子量2000)代替JeffamineM-1000,并将用量定为45g(22.5mmol),除此以外,全部与实施例2同样地操作,得到乳白色的水分散体。
得到的水性树脂分散体的评价结果见表-3。
[实施例6]
与实施例2同样地进行熔融改性工序,得到马来酸酐基含量0.8重量%、重均分子量156000的马来酸酐改性丙烯-丁烯共聚物。
接着,在1L玻璃烧瓶上设置回流冷却管、温度计、氮气输入管、搅拌机后,加入200g上述马来酸酐改性丙烯-丁烯共聚物和200g甲苯,一边送入氮气,一边加热到110℃,并进行搅拌。
升温后,加入10g马来酸酐和3.0g全丁基I,其后,每30分钟进行 该操作,重复3次(总计4次),然后在该温度继续搅拌7小时进行反应。
反应结束后,将反应液温度(内温)冷却到50℃,用约1小时滴加600g丙酮,得到淡红色的悬浮液。用抽吸过滤器除去液体后,将残留的白色固体悬浮在500g丙酮中,搅拌30分钟。再次用抽吸过滤器除去液体后,加入到涂布了特氟龙的瓷盘中,在60℃的减压干燥器中干燥,得到改性聚合物。
该改性聚合物的马来酸酐基的含量(接枝率)为5.8重量%(马来酸酐基为0.58mmol/g、羧酸基为1.16mmol/g),重均分子量为89000,数均分子量为44000(均以聚苯乙烯换算)。
将150g该马来酸酐改性丙烯-丁烯共聚物和500g THF加入设置有回流冷却管、温度计、搅拌机的2L玻璃烧瓶中,升温,在65℃使其完全溶解。在所得到的溶液中加入33g(0.37mol)吗啉,在该温度搅拌30分钟。接着,用2小时加入500g水,得到淡黄色的溶液。
以夹套温度(外温)60℃,对所得到的液体减压,减压蒸馏除去THF和一部分水,得到聚合物浓度为30重量%的水分散体。
得到的水性树脂分散体的评价结果见表-3。
[实施例7]
在与实施例2相同的条件下对丙烯-丁烯共聚物(三井化学社制造、TAFMER XM7080;共聚物2)进行熔融改性工序。所得到的马来酸酐改性丙烯-丁烯共聚物的马来酸酐基含量(接枝率)为0.8重量%、重均分子量为158000、数均分子量为91000(均以聚苯乙烯换算)。
接着,在与实施例3相同的条件下进行溶液改性工序和乳化工序。所得到的改性聚合物的马来酸酐基的含量(接枝率)为1.5重量%(马来酸酐基为0.15mmol/g、羧酸基为0.30mmol/g)、重均分子量为148000、数均分子量为78000(均以聚苯乙烯换算),所得到的水分散体是稍带混浊的淡黄色。
得到的水性树脂分散体的评价结果见表-3。
[实施例8]
在带有回流冷却管、温度计、搅拌机的1L玻璃烧瓶中加入150g甲 苯、100g丙烯-乙烯共聚物(科来恩社制造、Licocene PP1502;共聚物3),用氮气置换容器内,升温至110℃。升温后,添加5.0g马来酸酐,进而添加2.0g全丁基I,在同一温度下连续搅拌10小时,进行反应。反应结束后,将反应体系冷却至室温附近,添加丙酮,过滤沉淀的聚合物。进而使用丙酮反复进行沉淀和过滤,对清洗后得到的聚合物进行减压干燥,得到白色粉末状的马来酸酐改性聚合物。该改性聚合物的马来酸酐基的含量(接枝率)为1.3重量%(马来酸酐基为0.13mmol/g、羧酸基为0.26mmol/g)。另外,重均分子量为45000,数均分子量为27000(均以聚苯乙烯换算)。
接着,在带有回流冷却管、温度计、搅拌机的1L玻璃烧瓶中加入40g所得到的马来酸酐改性聚合物(马来酸酐基的含量为10.4mmol)、0.02gIRGANOX 1010和60g甲苯,加热到110℃溶解后,将夹套温度(外温)降低到70℃。用1小时滴加溶液,该溶液是在200g异丙醇中溶解有6g(6mmol)JeffamineM-1000的溶液。
其后,加入由0.4g(4mmol)N,N-二甲基乙醇胺溶解到40g水中而形成的水溶液。接着,在回流冷却管和烧瓶之间设置迪安斯塔克(Dean-Stark)管,对所得到的液体进行减压,蒸馏除去40g溶剂,加入40g水,重复5次该工序。其后,减压蒸馏除去甲苯、异丙醇和水,直至聚合物浓度达到30重量%,得到白色的水分散体。
得到的水性树脂分散体的评价结果见表-3。
[实施例9]
在带有底出阀和油循环式套加热器的2L玻璃烧瓶上设置回流冷却管、温度计、氮气输入管、搅拌机后,加入100g氯化丙烯-乙烯共聚物(共聚物4,氯含量27重量%)和150g甲苯,送入氮气的同时加热到110℃,并进行搅拌。
升温后,加入5.0g马来酸酐,使其溶解后,加入2.0g全丁基I,在该温度继续搅拌7小时。其后,抽出0.5g溶液,加入丙酮,过滤沉淀的聚合物,进一步用丙酮反复进行沉淀和过滤,对最终得到的聚合物进行减压干燥。该改性聚合物的马来酸酐基的含量(接枝率)为0.9重量%(马来 酸酐基为0.09mmol/g、羧酸基为0.18mmol/g)。并且,重均分子量为93000,数均分子量为58000(均以聚苯乙烯换算)。
接着,在溶液中加入50g甲苯稀释后,加入0.05g IRGANOX 1010。将夹套温度(外温)降低到70℃,加入600g 70℃的温水,进行搅拌。继续搅拌15分钟后,进行静置,从底出阀抽出温水。再用温水重复进行一次清洗操作后,用1小时的时间,在溶液中滴加250g异丙醇中溶解有20g(20mmol)JeffamineM-1000的溶液。进一步向其中加入由1.0g(10mmol)AMP90溶解在60g水中而得到的水溶液。
在回流冷却管和烧瓶之间设置迪安斯塔克(Dean-Stark)管,对所得到的液体进行减压,蒸馏除去60g溶剂,加入60g水,重复5次该工序。其后,减压蒸馏除去甲苯、异丙醇和水,直至聚合物浓度达到30重量%,得到淡黄色的水分散体。
得到的水性树脂分散体的评价结果见表-3。
[比较例2]
使用丙烯-丁烯-乙烯共聚物(德固赛日本社制造、VESTOPLAST 708;共聚物5)作为聚烯烃,除此以外,与实施例9同样地操作,进行马来酸改性和乳化。该改性聚合物的马来酸酐基的含量(接枝率)为1.3重量%(马来酸酐基为0.13mmol/g、羧酸基为0.26mmol/g)。并且,重均分子量为56000,数均分子量为22000(均以聚苯乙烯换算)。虽然得到了乳白色的水分散体,但是,乳化中出现了大量的凝集物,所以用400目的金属网将其除去,用于性能评价。
得到的水性树脂分散体的评价结果见表-3。
[比较例3]
将20g实施例2的熔融改性工序得到的马来酸酐改性丙烯-丁烯共聚物和60g甲苯加入容器中,用氮气置换容器内,升温到75℃,进行溶解。溶解后,冷却到50℃后,加入5g聚氧乙烯十六烷基醚(非离子系表面活性剂、花王社制造的EMULGEN220、HLB=14.2)和7.1g聚氧乙烯烷基醚(非离子系表面活性剂、花王社制造的EMULGEN1118S70(70%水溶液)、HLB=16)(表面活性剂成分为5.0g),进行溶解。
将温度保持在50℃,向其中加入12g蒸馏水后,用均相混合机以12000rpm进行5分钟乳化。接着,在体系内加入用AMP90(0.4g)和水(150g)稀释后的水溶液,将pH调整为8。将该粗乳化物在温度50℃慢慢地减压,蒸馏除去甲苯和水,得到聚合物浓度为25重量%的乳白色的树脂分散体。
得到的水性树脂分散体的评价结果见表-3。
〔比较例4〕
(1)粘土矿物的化学处理
在300ml圆底烧瓶中加入去离子水(125ml)、硫酸锂1水合物(19.3g)和硫酸(29.8g),搅拌下使其溶解。在该溶液中分散市售的造粒蒙脱土(水泽化学社制造的BENCLAY SL,33.5g),用10分钟升温至沸腾,在沸点(105℃)进行300分钟搅拌。其后,加入200ml去离子水,进行冷却,对所得到的浆料进行过滤,回收湿滤饼。将回收的滤饼在1000ml烧杯中用去离子水(800ml)再次浆料化,进行过滤。重复2次该操作。将最终得到的滤饼在空气下于100℃干燥3小时,得到化学处理蒙脱土(25.9g)。
(2)预备聚合
将上述(1)得到的化学处理蒙脱土(2.0g)在200℃减压干燥2小时。在其中加入三辛基铝的甲苯溶液(0.5mmol/ml,5.7ml),在60℃搅拌40分钟。在该悬浮液中加入甲苯(30ml),搅拌后,除去上清。重复2次该操作,得到粘土浆料。
在另一个烧瓶中加入东曹·AKZO社制造的三异丁基铝(0.076mmol)和二氯{1,1’-二甲基亚甲硅烷基[2-甲基-1-茚基][2-甲基-4-苯基-4H-甘菊环基]}铪(exo-syn/exo-anti=5/5(mol比),制造方法:参见日本特开2005-48033公报)(26.7mg,37.9μmol),使其预先反应,制成甲苯溶液。将全部该络合物溶液加入上述粘土浆料中,在室温搅拌1小时。在该悬浮液中加入甲苯(15ml),搅拌后除去上清。重复2次该操作,得到催化剂浆料。
接着,在内容积2升的诱导搅拌式高压釜内导入全部的上述催化剂浆料。导入含有三异丁基铝(0.35mmol)的甲苯(100ml),在高压釜内于35℃导入液化丙烯(35ml),在35℃进行30分钟预备聚合。将所得到的预备聚 合催化剂浆料回收到200ml圆底烧瓶中,除去上清后,用含有三异丁基铝(0.016mmol)的甲苯(80ml)进行清洗。该预备聚合催化剂中每1g固体催化剂成分含有5.1g聚丙烯。
(3)丙烯聚合
在内容积2升的诱导搅拌式高压釜内导入105g经在100℃干燥的全同立构聚丙烯作为分散剂,进行减压氮气置换。其后,导入三异丁基铝(0.25mmol),向装在高压釜内的催化剂进料器内导入83.7mg上述预备聚合催化剂作为固体催化剂成分。加热高压釜,在50℃从催化剂进料器将预备聚合催化剂导入高压釜内,在导入丙烯的同时,进一步进行加热。升温到75℃后,使压力为1.9MPa,在该温度继续反应60分钟。反应中导入丙烯气体,以使压力恒定。反应结束后,释放未反应单体,停止聚合,用筛除去初期导入的全同立构聚丙烯,得到53g物性如表-1所示的立构嵌段聚丙烯(聚合物7)。该物质的MFR为28.2g/10分钟。
(4)改性、乳化
在带有回流冷凝管、温度计、搅拌机的1L玻璃烧瓶中加入186g甲苯、100g立构嵌段聚丙烯(聚合物7、立构规整性:全同立构五元组为79摩尔%),用氮气对容器内进行置换,升温到110℃。升温后,加入6g马来酸酐,加入2.0g全丁基I,在该温度继续搅拌7小时,进行反应。反应结束后,冷却到80℃,加入丙酮,过滤沉淀的聚合物。再用丙酮重复进行沉淀和过滤。对清洗后得到的聚合物进行减压干燥,得到白色粉末状的马来酸酐改性聚丙烯。该马来酸酐改性聚丙烯不溶解于三氯甲烷,所以使用0.1mm的间隙件,在200℃成型为膜。马来酸酐基的含量(接枝率)为1.5重量%(马来酸酐基为0.15mmol/g、羧酸基为0.3mmol/g)。
接着,在带有回流冷凝管、温度计、搅拌机的玻璃烧瓶中加入30g所得到的马来酸酐改性聚丙烯(马来酸酐基的含量4.5mmol)和70g甲苯。将温度升温到70℃,但是没有发生溶解,于是升温到110℃,使其完全溶解。接下来,加入溶液,在110℃反应1小时,该溶液是在6g甲苯中溶解有6g(6mmol)JeffamineM-1000的溶液。
将得到的反应液的温度冷却到80℃后,用1小时的时间滴加120g 异丙醇和30g水的混合液。进一步在保持反应液的温度为80℃的同时,用1小时滴加30g异丙醇和160g水的混合液,得到了析出了大量目视可见的凝集物的悬浮液。在该温度,将减压度从0.02MPa慢慢地降低到0.004MPa,减压蒸馏除去甲苯、异丙醇和水,直至聚合物浓度为30重量%,得到白浊液。
将凝集物用400目的金属网过滤,在80℃减压干燥4小时,得到25.8g白色固体,白浊液基本是10μm以上的颗粒。
不能测定分子粒径,也不能进行其后的评价。
<热封试验>
对实施例8、9和比较例2、3得到的水性树脂分散体的热封性进行评价。评价结果见表-4。
实施例8和9的水性树脂分散体的剥离强度大,防粘连性良好,作为热封粘结剂是优异的。
[表-4]
产业上的可利用性
本发明的树脂分散体作为针对具有结晶性的烯烃类聚合物的表面处理剂、粘结剂、涂布剂、涂料等极为有用。并且,本发明的层积体的涂膜密合性优异,可用于广泛的工业制品。
此外,将2006年3月10日提出的日本专利申请2006-066106号的说明书、权利要求书以及摘要的全部内容引用至此,作为本发明的说明书的公开内容,支持本发明。
Claims (17)
1.一种树脂分散体,其是在丙烯-α-烯烃共聚物(A)上结合有亲水性高分子(B)的聚合物(C)以50%粒径为0.5μm以下分散在水中得到的树脂分散体,所述丙烯-α-烯烃共聚物(A)是丙烯与丙烯以外的α-烯烃的共聚物,
该树脂分散体的特征在于,
所述共聚物(A)中丙烯含量为50摩尔%以上且小于100摩尔%,并且共聚物(A)的重均分子量Mw为10000以上、分子量分布Mw/Mn为3.5以下,
亲水性高分子(B)为聚醚树脂,
相对于100重量份聚合物(C),树脂分散体的表面活性剂的含量为15重量份以下,
50%粒径是指以体积换算时从粒径小的一侧累积到50%时的粒径。
2.如权利要求1所述的树脂分散体,其中,所述共聚物(A)的熔点Tm为100℃以下,结晶熔融热ΔH为10J/g以上且60J/g以下。
3.如权利要求2所述的树脂分散体,其中,所述聚合物(C)是在共聚物(A)上以重量比(A):(B)=100:1至100:500的比例结合有所述聚醚树脂的共聚物。
4.如权利要求2所述的树脂分散体,其中,所述共聚物(A)是使用单活性中心催化剂制造的。
5.如权利要求2所述的树脂分散体,其中,所述共聚物(A)是丙烯-丁烯共聚物。
6.如权利要求2所述的树脂分散体,其中,升温淋洗分级法中,所述共聚物(A)在60℃以下溶出95重量%以上。
7.如权利要求2所述的树脂分散体,其中,所述共聚物(A)实质上不含有氯,
实质上不含氯是指氯化度小于5重量%。
8.如权利要求2所述的树脂分散体,其中,所述聚合物(C)以50%粒径为0.3μm以下分散在水中,
50%粒径是指以体积换算时从粒径小的一侧累积到50%时的粒径。
9.如权利要求2所述的树脂分散体,其中,所述聚合物(C)是在共聚物(A)上接枝结合了所述聚醚树脂的接枝共聚物。
10.如权利要求2所述的树脂分散体,其中,所述聚合物(C)是每1g共聚物(A)上结合有0.01mmol~5mmol所述聚醚树脂的共聚物。
11.如权利要求2所述的树脂分散体,其中,每1分子所述聚醚树脂具有1个以上反应性基团。
12.如权利要求2所述的树脂分散体,其中,所述聚醚树脂具有氨基作为反应性基团。
13.如权利要求2所述的树脂分散体,其中,所述树脂分散体实质上不含表面活性剂,
实质上不含表面活性剂是指相对于100重量份聚合物(C),表面活性剂的量少于1重量份。
14.一种涂料,其中,所述涂料含有权利要求1~13中的任意1项所述的树脂分散体。
15.一种层积体,其中在热塑性树脂成型体(F)上具有下述层:所述层含有聚合物(C),所述聚合物(C)是在丙烯-α-烯烃共聚物(A)上结合有亲水性高分子(B)的共聚物,所述丙烯-α-烯烃共聚物(A)是丙烯与丙烯以外的α-烯烃的共聚物,所述共聚物(A)中丙烯含量为50摩尔%以上且小于100摩尔%,并且共聚物(A)的重均分子量Mw为10000以上、分子量分布Mw/Mn为3.5以下,相对于100重量份聚合物(C),表面活性剂的含量为15重量份以下,亲水性高分子(B)为聚醚树脂。
16.一种层积体,其是在热塑性树脂成型体(F)上经涂布权利要求1~13中的任意1项所述的树脂分散体或权利要求14所述的涂料并进行加热来形成树脂层而得到的层积体。
17.一种层积体的制造方法,其中,在热塑性树脂成型体(F)上涂布权利要求1~13中的任意1项所述的树脂分散体或权利要求14所述的涂料并进行加热,形成树脂层。
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