JP2000080288A - 重合体分散物 - Google Patents

重合体分散物

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JP2000080288A JP11209318A JP20931899A JP2000080288A JP 2000080288 A JP2000080288 A JP 2000080288A JP 11209318 A JP11209318 A JP 11209318A JP 20931899 A JP20931899 A JP 20931899A JP 2000080288 A JP2000080288 A JP 2000080288A
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ロバート・デービッド・ソロモン
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 塗料などに使用される重合体分散物を提供す
る。 【解決手段】 a)式 の末端不飽和オリゴマー、0.1〜20重量%〔Nは式 の残基、Mはエチレン性不飽和単量体の残基でNおよび
M残基はランダムに配置され、mは0〜47、nは2〜
140、nとmの和は3〜150〕;b)アクリル酸お
よびメタアクリル酸とC1〜24アルコールのエステ
ル、アクリル酸およびメタアクリル酸のアミド、C
1〜20カルボン酸のビニルエステル、C20までのビ
ニル芳香族化合物、C3〜6エチレン性不飽和ニトリ
ル、ハロゲン化ビニル、C2〜8オレフィン性二重結合
を含む非芳香族炭化水素、から選択される少なくとも2
つの単量体、80〜99.9重量%その他を含む単量体
混合物の乳化重合によって形成される共重合体の水性分
散物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は重合体分散物に関する。特に、本
発明は広いpHの範囲にわたり低粘度を示すことができ
る重合体分散物に関する。
【0002】カルボン酸含有重合体の水性分散物は、被
覆組成物におけるバインダーとしての使用を含む、多く
の用途を有することが知られている。典型的には、これ
らの重合体分散物は、アクリル酸(AA)またはメタア
クリル酸(MAA)のような、カルボン酸含有単量体を
20重量%まで含むエチレン性不飽和単量体の混合物の
乳化重合によって形成される。そのような重合体分散物
は、低いpHレベル、例えばpH3−5で、相対的に低
粘度を示すが、より高いpHレベル、例えばpH8−1
0で、有意により高い粘度を示す傾向がある。低粘度の
重合体分散物は、より高い重合体固形分、例えば50重
量%の重合体固形分、を含有するように配合することが
できるが、これに対して高粘度の分散物はより低い重合
体固形分、例えば40重量%の重合体固形分、を含有す
るように配合することができるだけである。よって、輸
送コストを最小にするために、重合体製造者は、低いp
Hで、高い重合体固形分の分散物を顧客に供給するのを
好む。
【0003】塗料のような被覆組成物は通常8〜10の
範囲のpHで配合され、さらに重合体製造者は直ちに使
える分散物を被覆製造者に供給することを好むので、好
ましくは、重合体分散物は適当な高いpHで供給され
る。しかし、高いpHで、高固形分の重合体分散物を配
合して塗料にすることは、結果として配合物の凝集また
はゲル化を招くこととなる。よって、従来から、高いp
Hで供給されているカルボン酸含有重合体分散物は、比
較的低固形分量を有し、および/または多量の陰イオン
性界面活性剤を含む。これは、重合体製造者は分散物中
の相対的により多くの水を輸送しなければならないの
で、重合体製造者の輸送コストがより高く、被覆性組成
物が相対的により多量の水および/または界面活性剤を
含まなければならないことを意味する。
【0004】これらの問題は、重合体の粒子サイズが非
常に小さい、例えば100nm以下であることが要求さ
れる、高固形分重合体分散物を製造することが望まれる
ところで特に深刻である。これらの分散物は高いpHで
高度に粘稠でありがちであり、よって、相対的に低い重
合体固形分においてもそれらの製造を可能にするため
に、非常に高レベルの陰イオン性界面活性剤を必要とす
る。
【0005】0.1〜5重量%のα,β不飽和モノカル
ボン酸を含む、種々のエチレン性不飽和単量体を含む単
量体混合物からの微細粒状プラスチック分散物の製造方
法が米国特許第A4193902号に開示されている。
その方法は、単量体混合物を開始剤と同時に、0.5〜
10重量%の陰イオン性乳化剤を含む水性液に計量しな
がら供給し、単量体を重合して分散物を形成させ、分散
物をpH7〜10に調節することを含む。単量体の水に
対する量比は、得られた分散物が20〜45%の固形分
のみを有することとなるように選択される。
【0006】8〜20重量%のオレフィン性不飽和C
−CモノまたはC−Cジカルボン酸またはカルボ
ン酸無水物を含む単量体混合物から形成される重合体の
分散物は米国特許第A5356968号に開示される。
10〜60重量%の固形分を含むことができるその分散
物は、少なくとも2つの陰イオン性乳化剤および任意に
1以上の非イオン性乳化剤を含む乳化剤混合物の存在下
での、単量体の乳化重合によって得られる。その混合物
は単量体の重量に基づいて0.5〜7重量%の量で存在
する。分散物中の重合体の平均粒子サイズは60〜10
0nmである。約pH7〜10で粘度の増加がわずかな
ものが開示されているけれども、相対的に大量のフリー
ラジカル開始剤が必要とされ、pHが7〜10に増加す
るのに伴う粘度の増加はいまだかなり顕著である。
【0007】米国特許第A5141814号は非イオン
的に安定化された、最大平均直径100nmの、コアが
付加重合体を含み水に不溶性であり、さらに、シースが
1鎖あたり6〜25のオキシアルキレン単位の平均鎖長
のポリオキシアルキレン鎖を含む、コア−シース付加重
合体(core−sheath additionpo
lymer)を開示する。少なくとも鎖の20パーセン
トがコアと共有結合されており、コアとシースの質量比
が98:2〜60:40であるような充分な鎖がコア上
に存在する。これら立体的に安定化された分散物は、相
対的にpHの変化に影響されないことが記載され、さら
に分散物は高い固形分量を有することが例示されるけれ
ども、少量のみ、例えばコア重合体の5重量%まで、の
アクリル酸およびメタアクリル酸のようなイオン性単量
体が許容されることができる。さらに、ポリオキシアル
キレンの使用を減少または除去するために周囲圧(en
vironmental pressures)下に製
造される。
【0008】ドイツ国特許第A4026640号におい
て、オリゴマー性カルボン酸がオレフィン性不飽和単量
体の乳化重合のための安定剤として使用されることがで
き、これは、非凝集性であり、非常に剪断安定性である
微細粒状重合体分散物を生じさせる。分散物は100n
mより小さい平均粒子径を有する分散された重合体を2
0〜65重量%含むことができる。実施例においては、
安定剤が重合体の16〜46重量%の量で存在する。オ
リゴマー性カルボン酸がカルボン酸含有重合体分散物を
安定化するのに役立つことの開示も示唆もない。
【0009】重合体幹にその末端で結合されたカルボン
酸官能性マクロモノマーを有するグラフト共重合体を含
む水性被覆剤およびラッカー組成物が国際出願第A95
32228号および国際出願第A95322255号の
それぞれに記載されている。参考文献は概して、アクリ
ル酸、メタアクリル酸、マレイン酸、イタコン酸および
それらの酸無水物のようなカルボン酸官能性単量体から
重合されたマクロモノマーに関するが、メタアクリル酸
ベースのマクロモノマーが明らかに好ましく、さらに、
これらメタアクリル酸ベースのマクロモノマーだけが例
示されている。メタアクリル酸ベースのマクロモノマー
から形成された共重合体の高固形分分散物は小さな粒子
サイズで製造されることができる。しかし、実施例は
(例えば、実施例8参照)、メタアクリル酸ベースのマ
クロモノマーから形成された共重合体がpH9の様な高
いpHで低粘度を示すことができないことを示す。
【0010】本発明の目的は、広いpHの範囲にわたり
低粘度を示すことができるカルボン酸含有重合体の分散
物を提供することである。本発明のさらなる目的は、公
知の乳化重合技術によって製造されることができ、さら
に多量の陰イオン性界面活性剤の使用を本質的に要求し
ない分散物の提供である。
【0011】本発明は、 a)1以上の、式
【0012】
【化7】
【0013】の末端不飽和オリゴマー、0.1〜20重
量%〔式中、Nは式
【0014】
【化8】
【0015】の残基であり;Mはエチレン性不飽和単量
体の残基であり;該NおよびM残基は該オリゴマー中に
ランダムに配置され;mは該オリゴマー中のM残基の総
数であり、0〜47の範囲であり;nは該オリゴマー中
のN残基の総数であり、2〜140の範囲であり;さら
にnとmの和は3〜150の範囲である。〕;さらに b)アクリル酸およびメタアクリル酸と1〜24個の炭
素を有するアルコールのエステル、アクリル酸およびメ
タアクリル酸のアミド、1〜20個の炭素を有するカル
ボン酸のビニルエステル、20個までの炭素を有する化
合物を含むビニル芳香族化合物、3〜6個の炭素を有す
るエチレン性不飽和ニトリル、ハロゲン化ビニル、およ
び2〜8個の炭素と少なくとも1つのオレフィン性二重
結合を含む非芳香族炭化水素、からなる群から選択され
る少なくとも2つの単量体、80〜99.9重量%、を
含む単量体混合物の乳化重合によって形成される共重合
体の水性分散物が提供される。
【0016】「該NおよびM残基は該オリゴマー中にラ
ンダムに配置され」の用語は、末端不飽和部分に隣接す
る残基がNまたはM残基であることができ、末端不飽和
部分に隣接する残基に隣接する残基がNまたはM残基で
あることができ、以下同様であることを意味する。
【0017】驚くべきことに、本発明の水性分散物は相
対的に高い酸含量であることができるけれども、それら
は広いpHの範囲にわたり低粘度を示すことができる。
この分散物が広いpHの範囲にわたり低粘度を示すこと
ができることは、高固形分含有、高pHの分散物を製造
することを重合体製造者に可能にする。さらに、それは
超微細粒子径の分散物を製造することを重合体製造者に
可能にする。
【0018】本発明の他の態様においては、 a)1以上の、式
【0019】
【化9】
【0020】の末端不飽和オリゴマー、0.1〜20重
量%〔式中、Nは式
【0021】
【化10】
【0022】の残基であり;Mはエチレン性不飽和単量
体の残基であり;該NおよびM残基は該オリゴマー中に
ランダムに配置され;mは該オリゴマー中のM残基の総
数であり、0〜47の範囲であり;nは該オリゴマー中
のN残基の総数であり、2〜140の範囲であり;さら
にnとmの和は3〜150の範囲である。〕、さらに b)アクリル酸およびメタアクリル酸と1〜24個の炭
素を有するアルコールのエステル、アクリル酸およびメ
タアクリル酸のアミド、1〜20個の炭素を有するカル
ボン酸のビニルエステル、20個までの炭素を有する化
合物を含むビニル芳香族化合物、3〜6個の炭素を有す
るエチレン性不飽和ニトリル、ハロゲン化ビニル、およ
び2〜8個の炭素と少なくとも1つのオレフィン性二重
結合を含む非芳香族炭化水素、からなる群から選択され
る少なくとも2つの単量体、80〜99.9重量%、を
含む単量体混合物を0.5〜10重量%の陰イオン性乳
化剤の存在下でフリーラジカル重合条件下に暴露するこ
とを含む、平均粒子径250nm以下を有する乳化重合
体の製造方法が提供される。好ましくは、方法は該分散
物をpH7〜10に調節するさらなる工程を含む。
【0023】重合されて本発明の重合体分散物を形成す
る単量体混合物は、好ましくは1〜10重量%、より好
ましくは2〜8重量%の該末端不飽和オリゴマーa)を
含む。好適な末端不飽和オリゴマーa)は公知である。
好ましくは、該末端不飽和オリゴマーは、先に定義され
たもののうち、mが0〜20の範囲であり、nが3〜2
0の範囲のものである。より好ましくは、mは0であ
り、nは3〜10の範囲である。オリゴマーa)の製造
に適する方法は米国特許第A4056559号、米国特
許第A5710227号、米国特許第A5587431
号、米国特許第A4680352号、米国特許第A46
94054号および欧州特許第0779305号に開示
される。
【0024】Mは好ましくは式
【0025】
【化11】
【0026】〔式中、Xは−Hまたは−CHであ
り、Rはフェニルラジカル、ビニルラジカル、−CON
、−CNまたは−COOXであり、Xは(C
〜C)アルキルラジカル、ビニルラジカル、またはア
リルラジカルである。〕の残基である。より好ましく
は、Mは、メチルアクリレート、エチルアクリレート、
ブチルアクリレート、エチルヘキシルアクリレート、ス
チレン、イソプレン、ブタジエン、酢酸ビニル、アクリ
ルアミド、アクリロニトリル、アリルメタアクリレー
ト、メチルメタアクリレート、エチルメタアクリレート
およびブチルメタアクリレートからなる群から選択され
る1以上のエチレン性不飽和単量体の残基である。
【0027】好適な単量体b)は(C〜C24)アル
キル(メタ)アクリレート、好ましくは(C〜C
アルキル(メタ)アクリレート、最も好ましくはメチル
メタアクリレート、エチルメタアクリレート、エチルア
クリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタアクリレ
ートおよび2−エチルヘキシルアクリレート、およびグ
リシジル(メタ)アクリレート、好ましくはグリシジル
メタアクリレートである。アクリル酸およびメタアクリ
ル酸のアミドとしては好ましくはアクリルアミドであ
る。1〜20個の炭素を有するカルボン酸のビニルエス
テルとしては好ましくはラウリン酸ビニル、ステアリン
酸ビニル、プロピオン酸ビニルおよび酢酸ビニルであ
り、最も好ましくは酢酸ビニルである。20個までの炭
素を有するビニル芳香族化合物としては好ましくはビニ
ルトルエン、スチレン、メチルスチレン、ブチルスチレ
ンおよびデシルスチレンであり、最も好ましくはスチレ
ンである。3〜6個の炭素を有するエチレン性不飽和ニ
トリルとしては好ましくはアクリロニトリルおよびメタ
アクリロニトリルである。ハロゲン化ビニルとしては好
ましくは塩化ビニルおよび塩化ビニリデンである。2〜
8個の炭素および少なくとも1つのオレフィン性二重結
合を有する非芳香族炭化水素としては好ましくは、ブタ
ジエン、イソプレンおよびクロロプレンである。
【0028】単量体b)は好ましくは、メチル(メタ)
アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル
(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)ア
クリレート、デシル(メタ)アクリレート、ラウリル
(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレ
ート、イソデシル(メタ)アクリレート、オレイル(メ
タ)アクリレート、パルミチル(メタ)アクリレート、
ステアリル(メタ)アクリレート、スチレン、ブタジエ
ン、酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリ
ロニトリル、メタアクリロニトリル、アクリルアミドお
よびグリシジルメタアクリレートからなる群から選択さ
れる。
【0029】重合されて本発明の重合体分散物を形成す
る単量体混合物は、他の共重合可能な単量体を10重量
%まで任意に含むことができる。好適な他の共重合可能
な単量体は、好ましくは、ヒドロキシエチル(メタ)ア
クリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレー
ト、アクリル酸、メタアクリル酸、クロトン酸、フマル
酸、マレイン酸、モノメチルイタコネート、モノメチル
フマレート、モノブチルフマレート、無水マレイン酸、
置換アクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、アセ
トアセトキシエチルメタアクリレート、アクロレイン、
メタアクロレイン、ジシクロペンタジエニルメタアクリ
レート、ジメチルメタ−イソプロペニルベンジルイソシ
アネート、イソシアナトエチルメタアクリレート、メチ
ルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチレ
ン、プロピレン、N−ビニルピロリドン、およびN,
N’−ジメチルアミノ(メタ)アクリレートからなる群
から選択される。
【0030】本発明の分散物の重合体粒子は、好ましく
は250nm以下の平均直径を有し、より好ましくは1
00nm以下であり、最も好ましくは40〜100nm
の範囲である。
【0031】本発明の重合体分散物は、20重量%まで
のモノ−、またはジ−カルボン酸単量体を含む単量体混
合物の乳化重合に適する任意の乳化重合技術によって形
成されることができる。そのような技術は公知である。
例えば、米国特許第A5356968号に開示されてい
る乳化重合プロセスは本発明の重合体分散物の製造に非
常に適する。
【0032】乳化重合は陰イオン性乳化剤の存在下で行
われなければならない。そのような乳化剤は公知であ
り、特に硫酸のアルカリ金属塩、エトキシル化されるこ
とができるアルカリフェノールまたはアルコールのセミ
エステル、エトキシル化アルコールの硫酸塩、リン酸エ
ステル、アルキルおよびアリールスルホスクシネート、
および、アルキルまたはアリールスルホン酸を特に含む
が、これらに限定されるものではない。
【0033】本発明の乳化重合体の分子量は、ゲルパー
ミエーションクロマトグラフィーで測定して、好ましく
は200万以下であり、より好ましくは100万以下で
ある。本発明の方法は、100万より大きい分子量を有
する乳化重合体を製造するのに使用されることができる
けれども、100万以下の分子量を有する乳化重合体の
製造に特に適する。
【0034】本発明による水性分散物はマルチモーダル
(multimodal)、例えばバイモーダル(bi
modal)、粒子サイズ分布を有する水性分散物の製
造に使用されることができる。
【0035】よって、本発明のさらなる態様において
は、 a)1以上の、式
【0036】
【化12】
【0037】の末端不飽和オリゴマー、0.1〜20重
量%〔式中、Nは式
【0038】
【化13】
【0039】の残基であり;XはHおよびCHから
なる群から選択され;Mはエチレン性不飽和単量体の残
基であり;該NおよびM残基は該オリゴマー中にランダ
ムに配置され;mは該オリゴマー中のM残基の総数であ
り、0〜47の範囲であり;nは該オリゴマー中のN残
基の総数であり、2〜140の範囲であり;さらにnと
mの和は3〜150の範囲である。〕; b)アクリル酸およびメタアクリル酸と1〜24個の炭
素を有するアルコールのエステル、アクリル酸およびメ
タアクリル酸のアミド、1〜20個の炭素を有するカル
ボン酸のビニルエステル、20個までの炭素を有する化
合物を含むビニル芳香族化合物、3〜6個の炭素を有す
るエチレン性不飽和ニトリル、ハロゲン化ビニル、およ
び2〜8個の炭素と少なくとも1つのオレフィン性二重
結合を含む非芳香族炭化水素、からなる群から選択され
る少なくとも2つの単量体、80〜99.9重量%;さ
らに c)他の共重合可能な単量体、0〜10重量%を含む単
量体混合物の乳化重合によって形成される少なくとも1
つの共重合体を含み、マルチモーダル粒子サイズ分布を
有する、重合体粒子の水性分散物が提供される。
【0040】好ましくは、マルチモーダル粒子サイズ分
布のモードの少なくとも1つは40〜100nmの平均
粒子直径を有する。より好ましくは、40〜100nm
の平均粒子直径を有する少なくとも1つのモードの過半
量は、前記の少なくとも1つの共重合体を含む。
【0041】バイモーダル乳化重合体の製造および使用
は、例えば、米国特許第A4539361号および米国
特許第A5624992号に開示されるように、当業者
に公知である。特に、本発明は、pHまたは粘度の制限
なしに高固形分で、粒子サイズで4〜10倍の違いを有
する粒子を含む、安定な乳化重合体を製造するのに役立
つことができる。
【0042】本発明の重合体分散物は、限定するもので
はないが、ペイント、プライマーおよびワニスのような
被覆剤、不繊布およびテキスタイルのためのバインダ
ー、顔料分散剤のような分散剤、紙用塗料、皮革処理
剤、接着剤、フロアポリッシュ、コーキング材およびエ
ラストマー性壁マスチックを含む、様々な適用のための
組成物中にまたは組成物として使用されることができ
る。分散物は単独でまたは1以上の他の重合体分散物と
組み合わせて使用されることができる。
【0043】本発明は、例示のみを目的として記載され
る好ましい態様の次の実施例によってより明確に記載さ
れ、さらに以下に示される比較例と比較されることがで
きる。
【0044】実施例 末端不飽和オリゴマーの製造 オリゴマーA、BおよびCは実質的に米国特許第A57
10227号に記載された方法によって製造された。オ
リゴマーは中和されなかった。オリゴマーAは水中に2
9%の固形分、Mw=1199、Mn=485で製造さ
れた。オリゴマーBは水中に30%の固形分で製造さ
れ、次いで真空下で水が減少させられ66%の固形分、
Mw=336、Mn=204の材料を得た。オリゴマー
Cは27%の固形分、Mw=595、Mn=390で製
造された。
【0045】比較例No.1(5%MAA) 乳化重合体が公知の方法で(実質的に米国特許第A53
56968号に記載された方法によって)製造された。
単量体の混合物は210gの脱イオン水、7.7gのラ
ウリル硫酸のアンモニウム塩、408gのメチルメタア
クリレート、255gの2−エチル−ヘキシルアクリレ
ート、18gのスチレンおよび36gのメタアクリル酸
を混合することによって調製された。単量体混合物は標
準の条件下で混合することにより乳化された。350g
の脱イオン水および58gのラウリル硫酸のアンモニウ
ム塩が3リットルフラスコに充填され、内容物は83−
85℃に加熱された。40gの乳化単量体混合物がフラ
スコに充填され、続いて、9.8gの18%過硫酸アン
モニウムの水性溶液を充填した。4℃の発熱後、乳化単
量体混合物と58gの0.6%過硫酸アンモニウムの水
性溶液が、内容物の温度を83−85℃に維持しつつ1
50分にわたり、一定速度で別々に添加された。添加完
了後、フラスコの内容物は65℃に冷却された。残りの
単量体は水性硫酸第1鉄、水性ターシャリーブチルヒド
ロペルオキシド、およびスルホキシレートホルムアルデ
ヒドナトリウムの逐次的添加によって減少させられた。
重合体はアンモニアでpH7.4に中和され、Kath
onブランドLX殺生物剤が添加された。生成物は脱イ
オン水で稀釈され42.4重量%の重合体固形分レベル
を提供した。ラテックスは60nmの平均粒子径および
1000cps(センチポアズ)の粘度を有していた。
【0046】比較例No.2および3 比較例No.2および3は比較例No.1と実質的に同
じ方法で製造された。比較例No.2および3は組成、
酸レベルおよび固形分において異なっていた。
【0047】比較例No.2(8%MAA) 乳化単量体混合物の比率は、200gの脱イオン水、
7.7gのラウリル硫酸のアンモニウム塩、394gの
メチルメタアクリレート、248gの2−エチル−ヘキ
シルアクリレート、18gのスチレン、および58gの
メタアクリル酸、および4gのn−ドデシルメルカプタ
ンであった。初期の反応器充填物は691gの脱イオン
水、58gのラウリル硫酸のアンモニウム塩であった。
最終的なラテックスは37.6重量%の固形分、平均粒
子径48nm、pH=6.4および粘度768cpsで
あった。
【0048】比較例No.3(8%MAA) この乳化単量体混合物の比率は、200gの脱イオン
水、7.7gのラウリル硫酸のアンモニウム塩、394
gのメチルメタアクリレート、248gの2−エチル−
ヘキシルアクリレート、18gのスチレン、および58
gのメタアクリル酸、および4gのn−ドデシルメルカ
プタンであった。初期の反応器充填物は350gの脱イ
オン水、58gのラウリル硫酸のアンモニウム塩であっ
た。最終的なラテックスは43.9重量%の固形分、平
均粒子径61nm、pH=6.7および粘度1444c
psであった。
【0049】実施例No.4(5%オリゴマーA) 乳化重合体は、実質的に、公知の方法である比較例1に
記載されたように製造された。単量体の混合物は223
gの脱イオン水、9.5gのラウリル硫酸のアンモニウ
ム塩、509gのメチルメタアクリレート、304gの
2−エチル−ヘキシルアクリレート、22gのスチレン
および152gのオリゴマーAの29%水性溶液を混合
することによって調製された。単量体混合物は標準の条
件下で混合することにより乳化された。510gの脱イ
オン水および71gのラウリル硫酸のアンモニウム塩が
3リットルフラスコに充填され、内容物は83−85℃
に加熱された。40gの乳化単量体混合物がフラスコに
充填され、続いて、12.2gの18%過硫酸アンモニ
ウムの水性溶液を充填した。4℃の発熱後、乳化単量体
混合物と45gの1.0%過硫酸アンモニウムの水性溶
液が、内容物の温度を83−85℃に維持しつつ150
分にわたり、一定速度で、別々に添加された。添加完了
後、フラスコの内容物は65℃に冷却された。残りの単
量体は水性硫酸第1鉄、水性ターシャリーブチルヒドロ
ペルオキシド、およびスルホキシレートホルムアルデヒ
ドナトリウムの逐次的添加によって減少させられた。重
合体はアンモニアでpH4.2に中和され、Katho
nブランドLX殺生物剤が添加された。生成物は脱イオ
ン水で稀釈され44.0重量%の重合体固形分レベルを
提供した。ポリマー分散物は62nmの平均粒子径およ
び41cpsの粘度を有していた。
【0050】実施例No.5から8 実施例No.5から8は実質的に実施例No.4と同じ
方法で製造されたが、組成、オリゴマーレベル、および
固形分において異なっていた。
【0051】実施例No.5(5%オリゴマーA、高固
形分) 用いられた単量体の比率は、421gのメチルメタアク
リレート、392gの2−エチル−ヘキシルアクリレー
ト、22gのスチレンおよび152gのオリゴマーAの
29%水性溶液であった。乳化単量体混合物および45
gの1.0%過硫酸アンモニウムの水性溶液が、一定速
度で、別々に、360gの脱イオン水、71gのラウリ
ル硫酸のアンモニウム塩に添加された。最終的なラテッ
クスは83nmの平均粒子径、pH=3.7、および3
08cpsの粘度を有し、48.9重量%の重合体固形
分であった。
【0052】実施例No.6(5%オリゴマーB) 用いられた単量体の比率は、509gのメチルメタアク
リレート、304gの2−エチル−ヘキシルアクリレー
ト、22gのスチレンおよび66gのオリゴマーBの6
6%水性溶液であった。単量体混合物および45gの
1.0%過硫酸アンモニウムの水性溶液が、一定速度
で、別々に、510gの脱イオン水、71gのラウリル
硫酸のアンモニウム塩に添加された。最終的なラテック
スは62nmの平均粒子径、pH=3.8、および29
cpsの粘度を有し、43.5重量%の重合体固形分で
あった。
【0053】実施例No.7(2%オリゴマーA) 用いられた単量体の比率は、430gのメチルメタアク
リレート、409gの2−エチル−ヘキシルアクリレー
ト、22gのスチレンおよび61gのオリゴマーAの2
9%水性溶液であった。単量体混合物および45gの
1.0%過硫酸アンモニウムの水性溶液が、一定速度
で、別々に、525gの脱イオン水、56gのラウリル
硫酸のアンモニウム塩に添加された。最終的なラテック
スは86nmの平均粒子径、pH=5.8、および55
cpsの粘度を有し、44.7重量%の重合体固形分で
あった。
【0054】実施例No.8(8%オリゴマーA) 用いられた単量体の比率は、408gのメチルメタアク
リレート、379gの2−エチル−ヘキシルアクリレー
ト、22gのスチレンおよび243gのオリゴマーAの
29%水性溶液であった。単量体混合物および45gの
1.0%過硫酸アンモニウムの水性溶液が、一定速度
で、別々に、510gの脱イオン水、56gのラウリル
硫酸のアンモニウム塩に添加された。最終的なラテック
スは93nmの平均粒子径、pH=4.5、および26
cpsの粘度を有し、44.8重量%の重合体固形分で
あった。
【0055】比較例No.9(5%MAA) この乳化重合体は公知の方法(実質的には米国特許第A
5356968号に記載されたような)で製造された。
単量体の混合物は255gの脱イオン水、7.4gのラ
ウリル硫酸のナトリウム塩、441gのメチルメタアク
リレート、374gのブチルアクリレート、および4
3.4gのメタアクリル酸を混合することによって調製
された。単量体混合物は標準の条件下で混合することに
より乳化された。600gの脱イオン水および113.
5gのラウリル硫酸のナトリウム塩が3リットルフラス
コに充填され、内容物は83−85℃に加熱された。9
1gの4.7%過硫酸アンモニウムの水性溶液が反応器
に添加された。乳化単量体混合物が一定速度で、内容物
の温度を83−85℃に維持しつつ120分にわたり添
加された。添加完了後、フラスコの内容物は65℃に冷
却された。残りの単量体は水性硫酸第1鉄、水性ターシ
ャリーブチルヒドロペルオキシド、およびスルホキシレ
ートホルムアルデヒドナトリウムの逐次的添加によって
減少させられた。重合体はアンモニアでpH6.2に中
和され、KathonブランドLX殺生物剤が添加され
た。生成物は脱イオン水で稀釈され44.6重量%の重
合体固形分レベルを提供した。エマルジョンは57nm
の平均粒子径および67cpsの粘度を有していた。
【0056】比較例No.10 比較例No.10は比較例No.9と実質的に同じ方法
で製造された。比較例No.10は酸レベル、石鹸、お
よび固形分において異なった。
【0057】比較例No.10(2%MAA) 単量体の混合物は405gの脱イオン水、2.8gのド
デシルベンゼンスルフェート、5.5gのポリエトキシ
−ノニルフェノールのナトリウム塩、472gのメチル
メタアクリレート、401gのブチルアクリレート、お
よび18.4gのメタアクリル酸を混合することによっ
て調製された。462gの脱イオン水および37.2g
のドデシルベンゼンスルフェート、111gのポリエト
キシ−ノニルフェノールのナトリウム塩、113.5g
のラウリル硫酸のナトリウム塩が3リットルフラスコに
充填され、内容物は83−85℃に加熱された。13g
の22%過硫酸アンモニウムの水性溶液が反応器に添加
された。乳化単量体混合物および45gの1.6%過硫
酸アンモニウムの水性溶液が一定速度で、別々に、内容
物の温度を83−85℃に維持しつつ120分にわたり
添加された。生成物は脱イオン水で稀釈され45.9重
量%のポリマー固形分レベルを提供した。ラテックスは
76nmの平均粒子径、pH6.3、および90cps
の粘度を有していた。
【0058】実施例No.11(2%オリゴマーA) この乳化重合体は上述の比較例10に記載されたのと実
質的に同じ方法で製造された。単量体の混合物は240
gの脱イオン水、6.1gのラウリル硫酸のナトリウム
塩、461gのメチルメタアクリレート、393gのブ
チルアクリレート、および60.6gの29%のオリゴ
マーAの溶液を混合することによって調製された。単量
体混合物は標準の条件下で混合することにより乳化され
た。600gの脱イオン水および93.4gのラウリル
硫酸のナトリウム塩が3リットルフラスコに充填され、
内容物は83−85℃に加熱された。92gの4.7%
過硫酸アンモニウムの水性溶液が反応器に添加された。
乳化単量体混合物が一定速度で、内容物の温度を83−
85℃に維持しつつ120分にわたり添加された。添加
完了後、フラスコの内容物は65℃に冷却された。残り
の単量体は水性硫酸第1鉄、水性ターシャリーブチルヒ
ドロペルオキシド、およびスルホキシレートホルムアル
デヒドナトリウムの逐次的添加によって減少させられ
た。重合体はアンモニアでpH4.0に中和され、Ka
thonブランドLX殺生物剤が添加された。生成物は
脱イオン水で稀釈され44.6重量%の重合体固形分レ
ベルを提供した。ラテックスは68nmの平均粒子径お
よび227cpsの粘度を有していた。
【0059】実施例No.12から16 実施例No.12から16は実施例No.11と実質的
に同じ方法で製造された。実施例No.12から16は
オリゴマー、オリゴマーレベル、組成および固形分で異
なった。
【0060】実施例No.12(2%オリゴマーB) 用いられた単量体の比率は、445gのメチルメタアク
リレート、378gのブチルアクリレートおよび25.
4gのオリゴマーBの66%水性溶液であった。665
gの脱イオン水および111gのラウリル硫酸のナトリ
ウム塩が3リットルフラスコに充填され、内容物は83
−85℃に加熱された。89gの4.7%過硫酸アンモ
ニウムの水性溶液が反応系に添加された。乳化単量体混
合物は、内容物の温度を83−85℃に維持しつつ、1
20分にわたり一定速度で加えられた。最終的なラテッ
クスは51nmの平均粒子径、pH=4.1、および1
82cpsの粘度を有し、44.2重量%の重合体固形
分であった。
【0061】実施例No.13(5%オリゴマーB) 用いられた単量体の比率は、303gのメチルメタアク
リレート、257gのブチルアクリレートおよび44.
6gのオリゴマーBの66%水性溶液であった。460
gの脱イオン水および78gのラウリル硫酸のナトリウ
ム塩が3リットルフラスコに充填され、内容物は83−
85℃に加熱された。63gの4.7%過硫酸アンモニ
ウムの水性溶液が反応系に添加された。乳化単量体混合
物は、内容物の温度を83−85℃に維持しつつ、12
0分にわたり一定速度で加えられた。最終的なラテック
スは53nmの平均粒子径、pH=2.8、および50
cpsの粘度を有し、44.2重量%の重合体固形分で
あった。
【0062】実施例No.14(5%オリゴマーC) 用いられた単量体の比率は、303gのメチルメタアク
リレート、257gのブチルアクリレートおよび111
gのオリゴマーCの27%水性溶液であった。425g
の脱イオン水および78gのラウリル硫酸のナトリウム
塩が3リットルフラスコに充填され、内容物は83−8
5℃に加熱された。63gの4.7%過硫酸アンモニウ
ムの水性溶液が反応系に添加された。乳化単量体混合物
は、内容物の温度を83−85℃に維持しつつ、120
分にわたり一定速度で加えられた。最終的なラテックス
は54nmの平均粒子径、pH=2.6、および324
cpsの粘度を有し、43.7重量%の重合体固形分で
あった。
【0063】実施例No.15(5%オリゴマーA) 用いられた単量体の比率は、303gのメチルメタアク
リレート、257gのブチルアクリレートおよび104
gのオリゴマーAの28%水性溶液であった。585g
の脱イオン水および63gのラウリル硫酸のナトリウム
塩が3リットルフラスコに充填され、内容物は83−8
5℃に加熱された。63gの4.7%過硫酸アンモニウ
ムの水性溶液が反応系に添加された。乳化単量体混合物
は、内容物の温度を83−85℃に維持しつつ、120
分にわたり一定速度で加えられた。最終的なラテックス
は45nmの平均粒子径、pH=2.4、および114
cpsの粘度を有し、39.3重量%の重合体固形分で
あった。
【0064】実施例No.16(5%オリゴマーA、高
固形分) 用いられた単量体の比率は、303gのメチルメタアク
リレート、257gのブチルアクリレートおよび104
gのオリゴマーAの28%水性溶液であった。280g
の脱イオン水および63gのラウリル硫酸ナトリウム塩
が3リットルフラスコに充填され、内容物は83−85
℃に加熱された。63gの4.7%過硫酸アンモニウム
の水性溶液が反応系に添加された。乳化単量体混合物
は、内容物の温度を83−85℃に維持しつつ、120
分にわたり一定速度で加えられた。最終的なラテックス
は77nmの平均粒子径、pH=2.1、および392
0cpsの粘度を有し、49.7重量%の重合体固形分
であった。
【0065】超微細ラテックスと大粒子サイズラテック
スのブレンド 実施例No.17(ブレンド試験のためのラージモー
ド) この乳化重合体は実質的に米国特許第A5356968
号に記載された方法で製造された。単量体の混合物は3
38gの脱イオン水、27gのドデシルベンゼンスルホ
ネート、2082gのブチルアクリレート、161gの
アクリロニトリルおよび58gのアクリル酸を混合する
ことによって調製された。単量体混合物は標準の条件下
で混合することにより乳化された。854gの脱イオン
水が3リットルフラスコに充填され、内容物は84−8
6℃に加熱された。41gの乳化重合体がフラスコに充
填され、続いて、20.4gの27%過硫酸ナトリウム
の水性溶液が反応器に添加された。乳化単量体混合物お
よび98gの4.1%過硫酸ナトリウムの水性溶液が一
定速度で、内容物の温度を84−86℃に維持しつつ1
80分にわたり添加された。添加完了後、フラスコの内
容物は65℃に冷却された。残りの単量体は水性硫酸第
1鉄、エチレンジアミンテトラ酢酸、水性ターシャリー
ブチルヒドロペルオキシド、およびイソアスコルビン酸
の逐次的添加によって減少させられた。重合体は水酸化
ナトリウムでpH5.7に中和された。生成物は脱イオ
ン水で稀釈され58.1重量%の重合体固形分レベルを
提供した。エマルジョンは400nmの平均粒子径およ
び349cpsの粘度を有していた。
【0066】実施例No.18(ラージモード/超微細
モードの90/10ブレンド) 11gの実施例No.14がアンモニアでpH5.2に
中和された。この超微細エマルジョンの粘度は18cp
sであった。このラテックスは撹拌しつつ99gの実施
例17に添加された。ブレンドは56.7%の重合体固
形分であり、pH=5.55および粘度は57cpsで
あった。ブレンドは室温で24時間静置された。24時
間後、沈降の様子はなく、pHは5.54であり、粘度
は54cpsであった。
【0067】実施例No.19(ラージモード/超微細
モードの75/25ブレンド) 27.5gの実施例No.14がアンモニアでpH5.
2に中和された。この超微細ラテックスの粘度は18c
psであった。このラテックスは撹拌しつつ82.5g
の実施例17に添加された。ブレンドは54.5%の重
合体固形分であり、pH=5.57および粘度は38c
psであった。ブレンドは室温で24時間静置された。
24時間後、沈降の様子はなく、pHは5.55であ
り、粘度は36cpsであった。
【0068】安定性試験 上述のラテックスのそれぞれは、第1にpHの範囲に関
して、第2にpH8、60℃で、一定期間、その安定性
を試験された。
【0069】1.pH−粘度プロフィールは、pH3,
7および9で、25℃で適当なスピンドルおよび速度を
用いたBrookfield粘度計モデルDV−Iで、
各乳化重合体の150gの粘度を測定することによって
決定された。各乳化重合体の初期pHは、5%塩酸また
は28%水酸化アンモニウムで3.0に調節され、粘度
が測定された。次いで、各サンプルは28%水酸化アン
モニウムでpH7およびpH9に調節され、粘度が測定
された。
【0070】2.高pHでの熱老化粘度(heat a
ge viscosities)は乳化重合体サンプル
150gのpHを、サンプルを凝集させることなくpH
9に近づけるように調節することによって決定された。
粘度は25℃で適当なスピンドルおよび速度を用いたB
rookfield粘度計モデルDV−Iで測定され
た。サンプルは60℃のオーブンに貯蔵された。粘度は
1、2および4週後に60℃で再測定された。試験の結
果は以下の表Aに示す。
【0071】
【表1】
【0072】1.pH−粘度プロフィール 4つの重要な観察結果がある。第1に、比較例は粘度に
おいて非常に大きなpH依存性を示す。比較例1、2お
よび3ではラテックスがゲル化するか不可逆的に増粘す
る。酸レベルが増加するに伴い、粘度の上昇がより大き
くなる。これはラテックスを安定化するための、従来の
酸の使用量の限界を示す。比較例3(8%MAA安定
剤)と実施例8(8%オリゴマー性安定剤)を比較する
とき、本発明の効果が顕著に示される。
【0073】第2に、本発明の実施例はpHに依存しな
い粘度を有する。実施例4−8および13−15を比較
する。粘度は低いが、より有意に、粘度がpHの範囲を
通して実質的に一定である。この効果は、低レベルおよ
び高レベルのオリゴマー性安定剤で認められる。
【0074】第3に、本発明の分散物の粘度は固形分に
比例するが、固形分の影響力は最小化される−実施例1
5および16参照。同じオリゴマーが同じレベルで充填
された。より高い固形分の実施例はより高い粘度を有す
る。しかし、固形分で10%の違いがあることを考慮す
ると、粘度の違いは小さい。
【0075】第4に、本発明の実施例のいくつかは、p
Hを増加させるのに伴って、実際に粘度が減少する−実
施例11および12参照。
【0076】2.熱老化粘度データ 熱老化安定性試験は昇温下での粘度安定性を示す。この
試験はシェルフライフの促進された指標である。比較例
は、高いpHでは、それらは本質的に室温で不安定であ
るために、pH9で試験されることができなかった。比
較例番号1、2、3、9および10はpH8でのみ試験
されることができた。pH8でさえ、加熱後、比較例サ
ンプルは不可逆的に凝集するか、または許容されないレ
ベルまで増粘した。
【0077】本発明の実施例はpH9で試験された。そ
れらはすべて試験の過程にわたって非常に安定であっ
た。高pHでの非常に低い粘度が、試験の負荷の多い条
件下で維持された。高固形分の実施例番号5および16
は2つの要因により増加された粘度を有していたが、最
終的な粘度は相対的に低いままであった。熱老化試験の
完了後、本発明のすべての実施例はさらなる試験のため
に使用されることができた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08L 31/02 C08L 31/02 33/08 33/08 33/20 33/20 33/26 33/26 //(C08L 101/02 57:00) (72)発明者 ゲーリー・デービッド・グリーンブラット アメリカ合衆国ペンシルバニア州19046, ライダル,ウインター・ロード・854

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 a)1以上の、式 【化1】 の末端不飽和オリゴマー、0.1〜20重量%〔式中、
    Nは式 【化2】 の残基であり;Mはエチレン性不飽和単量体の残基であ
    り;該NおよびM残基は該オリゴマー中にランダムに配
    置され;mは該オリゴマー中のM残基の総数であり、0
    〜47の範囲であり;nは該オリゴマー中のN残基の総
    数であり、2〜140の範囲であり;さらにnとmの和
    は3〜150の範囲である。〕; b)アクリル酸およびメタアクリル酸と1〜24個の炭
    素を有するアルコールのエステル、アクリル酸およびメ
    タアクリル酸のアミド、1〜20個の炭素を有するカル
    ボン酸のビニルエステル、20個までの炭素を有する化
    合物を含むビニル芳香族化合物、3〜6個の炭素を有す
    るエチレン性不飽和ニトリル、ハロゲン化ビニル、およ
    び2〜8個の炭素と少なくとも1つのオレフィン性二重
    結合を含む非芳香族炭化水素、からなる群から選択され
    る少なくとも2つの単量体、80〜99.9重量%;さ
    らに c)他の共重合可能な単量体、0〜10重量%を含む単
    量体混合物の乳化重合によって形成される共重合体の水
    性分散物。
  2. 【請求項2】 該分散物が40〜70重量%の範囲の重
    合体固形分量を有する請求項1記載の水性分散物。
  3. 【請求項3】 単量体混合物が、ヒドロキシエチル(メ
    タ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリ
    レート、アクリル酸、メタアクリル酸、クロトン酸、フ
    マル酸、マレイン酸、モノメチルイタコネート、モノメ
    チルフマレート、モノブチルフマレート、無水マレイン
    酸、置換アクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、
    アセトアセトキシエチルメタアクリレート、アクロレイ
    ン、メタアクロレイン、ジシクロペンタジエニルメタア
    クリレート、ジメチルメタ−イソプロペニルベンジルイ
    ソシアネート、イソシアナトエチルメタアクリレート、
    メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチ
    レン、プロピレン、N−ビニルピロリドン、およびN,
    N’−ジメチルアミノ(メタ)アクリレートからなる群
    から選択される他の共重合可能な単量体c)を10重量
    %まで含む請求項1記載の水性分散物。
  4. 【請求項4】 分散物の重合体粒子が250nm以下の
    平均直径を有する請求項1記載の水性分散物。
  5. 【請求項5】 分散物の重合体粒子が40〜100nm
    の平均直径を有する請求項4記載の水性分散物。
  6. 【請求項6】 a)1以上の、式 【化3】 の末端不飽和オリゴマー、0.1〜20重量%〔式中、
    Nは式 【化4】 の残基であり;Mはエチレン性不飽和単量体の残基であ
    り;該NおよびM残基は該オリゴマー中にランダムに配
    置され;mは該オリゴマー中のM残基の総数であり、0
    〜47の範囲であり;nは該オリゴマー中のN残基の総
    数であり、2〜140の範囲であり;さらにnとmの和
    は3〜150の範囲である。〕; b)アクリル酸およびメタアクリル酸と1〜24個の炭
    素を有するアルコールのエステル、アクリル酸およびメ
    タアクリル酸のアミド、1〜20個の炭素を有するカル
    ボン酸のビニルエステル、20個までの炭素を有する化
    合物を含むビニル芳香族化合物、3〜6個の炭素を有す
    るエチレン性不飽和ニトリル、ハロゲン化ビニル、およ
    び2〜8個の炭素と少なくとも1つのオレフィン性二重
    結合を含む非芳香族炭化水素、からなる群から選択され
    る少なくとも2つの単量体、80〜99.9重量%;さ
    らに c)他の共重合可能な単量体、0〜10重量%を含む単
    量体混合物を0.2〜10重量%の陰イオン性乳化剤の
    存在下でフリーラジカル重合条件下に暴露することを含
    む、平均粒子直径250nm以下を有する乳化重合体の
    製造方法。
  7. 【請求項7】 分散物中の重合体固形分の重量%が40
    〜70重量%である請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 a)1以上の、式 【化5】 の末端不飽和オリゴマー、0.1〜20重量%〔式中、
    Nは式 【化6】 の残基であり;Mはエチレン性不飽和単量体の残基であ
    り;該NおよびM残基は該オリゴマー中にランダムに配
    置され;mは該オリゴマー中のM残基の総数であり、0
    〜47の範囲であり;nは該オリゴマー中のN残基の総
    数であり、2〜140の範囲であり;さらにnとmの和
    は3〜150の範囲である。〕; b)アクリル酸およびメタアクリル酸と1〜24個の炭
    素を有するアルコールのエステル、アクリル酸およびメ
    タアクリル酸のアミド、1〜20個の炭素を有するカル
    ボン酸のビニルエステル、20個までの炭素を有する化
    合物を含むビニル芳香族化合物、3〜6個の炭素を有す
    るエチレン性不飽和ニトリル、ハロゲン化ビニル、およ
    び2〜8個の炭素と少なくとも1つのオレフィン性二重
    結合を含む非芳香族炭化水素、からなる群から選択され
    る少なくとも2つの単量体、80〜99.9重量%;さ
    らに c)他の共重合可能な単量体、0〜10重量%を含む単
    量体混合物の乳化重合によって形成される少なくとも1
    つの共重合体を含み、マルチモーダル粒子サイズ分布を
    有する、重合体粒子の水性分散物。
  9. 【請求項9】 マルチモーダル粒子サイズ分布の少なく
    とも1つのモードが40〜100nmの平均粒子直径を
    有する請求項8記載の水性分散物。
  10. 【請求項10】 40〜100nmの平均粒子直径を有
    する少なくとも1つのモードの過半量が前記の少なくと
    も1つの共重合体を含む請求項9記載の水性分散物。
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