JP2000309743A - 常温成膜条件下で高強度、高伸度を有するオーバーコート用エマルジョンの製造法 - Google Patents

常温成膜条件下で高強度、高伸度を有するオーバーコート用エマルジョンの製造法

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JP2000309743A
JP2000309743A JP11117543A JP11754399A JP2000309743A JP 2000309743 A JP2000309743 A JP 2000309743A JP 11117543 A JP11117543 A JP 11117543A JP 11754399 A JP11754399 A JP 11754399A JP 2000309743 A JP2000309743 A JP 2000309743A
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monomer
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overcoat
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Tadahiro Inada
忠博 稲田
Takeshi Noguchi
武 野口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐水性、耐久性を低下させることなく、常温
乾燥においても高強度、高伸度を持ったフィルムを形成
できる超高分子量重合体、その製造方法、これを使用し
たオーバーコート用エマルジョンの製造方法の提供。 【解決手段】 反応系水相の酸素濃度を、0.3ppm
よりも低い条件で、全単量体100重量部に対し、レド
ックス系開始剤0.001〜0.2重量部を用いてアク
リレート系単量体と他のビニル基含有単量体とからなる
超高分子量重合体を製造する方法において、前記アクリ
レート系単量体と他のビニル基含有単量体の合計単量体
成分100重量部に対しアクリルアミド系化合物を3〜
7重量部共重合させることを特徴とするアクリレート系
超高分子量重合体エマルジョンの製造方法及び該方法に
より製造された超高分子量重合体エマルジョンに使用し
たアクリルアクリルアミドに対し、モル比で0.3〜
0.7のアジポイルジヒドラジンを添加したオーバーコ
ート用エマルジョンの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な超高分子量重合
体、その製造方法及びこれを用いた紙工業分野に使用さ
れるオーバーコート用合成樹脂エマルジョンの製造方法
に関する。本発明のジアセトンアクリルアミドを配合し
て得た合成樹脂エマルジョンは、超高分子量の重合体か
らなり、更にこれにアジポイルジヒドラジンを配合する
ことにより、常温で超高分子量重合体の架橋化が可能で
あり、この結果得られたフィルムは高強度、高伸度の性
能を有するフィルムを得ることができる。
【0002】
【従来の技術】従来から超高分子量重合体の製造法につ
いては特公平1−53281号公報などにおいて多くの
提案がなされている。中でも特開平5−214006号
において提案された重合体の製造方法は、ラジカル重合
能を有するビニル基含有単量体を低酸素濃度において少
量のレドックス系開始剤を用いてエマルジョン重合によ
り超高分子量重合体を製造する方法であり、重合触媒が
少量であっても反応速度を高くかつ安定して超高分子量
重合体が得られること、乳化剤の配合が少量で良く、こ
のため該超高分子量重合体から得られたフィルムの耐水
性や耐久性を高く維持できるという特徴があり、極めて
優れた重合方法である。
【0003】しかし、該製造方法の超高分子量エマルジ
ョンを用いて得られたフィルムを紙類のオーバーコート
剤として用いた場合、オーバーコート剤としての要求さ
れるフィルムの強伸度性能を得るためには、60℃以上
に加熱する熱処理が必要であった。一方、オーバーコー
ト剤としては感熱紙用等などが大きな分野であり、これ
らの分野のオーバーコート用エマルジョンは常温乾燥を
行うことが可能であって、かつこの条件下で得られるオ
ーバーコート用フイルムが高強度、高伸度を持ったフィ
ルムであることが求められているため、上記方法で得ら
れる超高分子量重合体エマルジョンは熱処理を必要とし
ないで高強度、高伸度を持つフィルムを形成できる常温
乾燥タイプへの改良が求められていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のオー
バーコート用フィルムの耐水性、耐久性を低下させるこ
となく、常温乾燥においても高強度、高伸度を持ったフ
ィルムを形成できる超高分子量重合体、その製造方法、
該超高分子量重合体を使用したオーバーコート用エマル
ジョンの製造方法の開発を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、[1] 反応
系水相の酸素濃度を、0.3ppmよりも低い条件で、
全単量体100重量部に対し、レドックス系開始剤0.
001〜0.2重量部を用いてアクリレート系単量体と
他のビニル基含有単量体とからなる超高分子量重合体を
製造する方法において、前記アクリレート系単量体と他
のビニル基含有単量体の合計単量体成分100重量部に
対しアクリルアミド系化合物を3〜7重量部共重合させ
ることを特徴とするアクリレート系超高分子量重合体エ
マルジョンの製造方法、[2] 単量体成分として、ア
クリレート系単量体がアクリル酸、メタクリル酸、メチ
ルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタ
クリレート、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及び2−エチルヘキシルアクリ
レートからなる群の少なくとも2種以上の単量体を含む
単量体50〜85重量部、他のビニル基含有単量体がア
クリロニトリル、メタクリロニトリル、スチレン、α−
メチルスチレン、塩化ビニル、イタコン酸、マレイン酸
の少なくとも1種を含む単量体15〜50重量部(合計
100重量部)からなる単量体成分を用いる上記[1]
に記載の超高分子量重合体エマルジョンの製造方法、
[3] アクリルアミド系化合物がジアセトンアクリル
アミドである上記[1]に記載の超高分子量重合体の製
造方法、
【0006】[4] 上記[1]ないし[3]のいずれ
かに記載の方法により製造された超高分子量重合体エマ
ルジョンに対し、使用したアクリルアクリルアミドに対
し、モル比で0.3〜0.7のアジポイルジヒドラジン
を添加することを特徴とするオーバーコート用エマルジ
ョンの製造方法、及び[5] オーバーコート用エマル
ジョンから得られるポリマーフィルムのガラス転移点
(Tg)が、ー10〜+20℃である請求項4に記載の
オーバーコート用エマルジョンの製造方法。を開発する
ことにより上記目的を達成することが出来た。
【0007】
【発明の実施の形態】即ち、本発明を実施するに際し
て、用いられるアクリレート系単量体としては、メチル
メタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタク
リレート等のメタクリル酸エステル;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、2エチ
ル−ヘキシルアクリレート等のアクリル酸エステル、ア
クリル酸、メタクリル酸などのアクリル酸系カルボン酸
などを挙げることができる。これらのアクリレート系単
量体としては、1種単独使用であってもよいが、ガラス
転移点(Tg)を調整するために2種以上の複数の単量
体を混合して使用することが好ましい。使用量としては
アクリレート系単量体と他のビニル基含有単量体の合計
100重量%に対し、50〜85重量%、好ましくは6
5〜75重量%を配合する。
【0008】他のビニル基含有単量体としては、アクリ
ロニトリル、メタクリロニトリル、スチレン、α−メチ
ルスチレン、塩化ビニル、イタコン酸、マレイン酸、酢
酸ビニル、さらにはブタジエン、イソブレン等のジエン
化合物などを挙げることができる。これらの単量体は単
独使用であっても、2種以上の混合使用であってもよ
い。他のビニル基含有単量体としてオーバーコート用フ
ィルムの耐水性を高めるためには、アクリロニトリル、
スチレンなどの親油性単量体を用いることが好ましい。
使用量としてはアクリレート系単量体と他のビニル基含
有単量体の合計100重量%に対し15〜50重量%、
好ましくは25〜35重量%を配合する。
【0009】上記単量体と共に使用するアクリルアミド
としては、各種のアクリルアミド、例えばN−メチロー
ル(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メ
タ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアミドなどある
が、特に好ましくは一般式(I)で示すジアセトンアク
リルアマイドが好適である。
【0010】
【化1】
【0011】しかしジアセトンアクリルアミド以外のア
クリルアマイド、メチロールアクリルアマイドを使用す
る時は、アクリレート系単量体と他のビニル基含有単量
体の合計100重量部に対し6重量部を超えて使用する
と、エマルジョンを製造する過程においてポリマーが凝
集し易く、安定に目的とする超高分子量重合体エマルジ
ョンを得ることが困難となる。ジアセトンアクリルアミ
ドを使用する時は、エマルジョンが安定して得られ、特
に上記単量体100重量部に対し3〜7重量部配合する
時は超高分子量の重合体エマルジョンを安定して製造す
ることができる。
【0012】上記の超高分子量重合体エマルジョンは、
そのままでもオーバーコート用として使用可能ではある
が、更にこれを架橋して用いると耐熱性、耐水性、耐侯
性などを飛躍的に向上できる。該超高分子量重合体の架
橋作用を有する化合物であれば特に限定する必要がない
が、アジポイルジヒドラジンで架橋することがフィルム
の物性値、コスト、常温架橋性において有利である。ア
ルキレンジヒドラジドの内ではアジポイルジヒドラジド
が最も適切であり、これより鎖長の短い親水性の高いヒ
ドラジン類を用いると貯蔵中にエマルジョンの安定性が
低下する。一方アジポイルジヒドラジンより鎖長の長い
親油性の高いヒドラジン類を用いると、ヒドラジドの水
に対する溶解性が低いため、反応に際して多量の水を用
いて希釈する事が必要になり、重合体エマルジョンの濃
度を低下させる。このため常温乾燥条件下でのフィルム
化の過程を遅くさせる原因にもなり、工業的に使用する
エマルジョン濃度の低下は種々好ましくない問題を生じ
る恐れがある。アジポイルジヒドラジンは、水が存在す
る時は該超高分子量重合体とは反応せず、紙などにオー
バーコート用エマルジョンを塗布した時に、乾燥しフィ
ルム化する過程に置いて架橋反応をする。このため、超
高分子量重合体エマルジョンにアジポイルジヒドラジン
を添加しても保存中にエマルジョンがゲル化する心配は
ない。
【0013】本発明に使用するレドックス系重合開始剤
はヒドロペルオキシドまたは過硫酸塩を必須構成成分と
するものであり、ヒドロペルオキシドまたは過硫酸塩の
使用量は上記アクリレート単量体、ビニル基含有単量体
及びアクリルアミド系化合物の合計100重量部に対し
0.001〜0.2重量部、好ましくは0.01〜0.
1重量部の範囲である。この場合ヒドロペルオキシドと
過硫酸塩を混合して、上記範囲内で酸化剤として使用す
ることもできる。酸化剤の0.001重量部未満の使用
量では重合を完結させるためには長時間の反応が必要と
なるばかりでなく、それでも反応が完結せず、また0.
2重量部を越える使用量は反応速度はともかく得られる
重合体の重合度が低下するため好ましくない。
【0014】ここで使用するヒドロペルオキシドとして
は、キュメンヒドロペルオキシド、t−ブチルヒドロペ
ルオキシド、ジイソプロピルベンゼンヒドロペルオキシ
ド、P−メンタンヒドロペルオキシド、1,1,3,3
−テトラメチルブチルヒドロペルオキシド、2.5−ジ
メチルヘキサン−2.5−ジヒドロペルオキシド等が使
用される。また過硫酸塩として過硫酸カリウム、過硫酸
アンモニウム等が使用される。
【0015】本発明の実施に際しては上記レドックス系
重合開始剤の還元剤としてはグルコース、デキストロー
ス、ホルムアルデヒドナトリウムスルホキシラート、チ
オ硫酸ナトリウム等を、及び活性剤としては硫酸第一
鉄、硫酸銅、ヘキサシアノ鉄(III )カリウム等を使用
することができる。これらのレドックス系開始剤系の中
でキュメンヒドロペルオキシド/ホルムアルデヒドナト
リウムスルホキシラート/硫酸第一鉄、また酸化剤系と
してキュメンヒドロペルオキシド/過硫酸アンモニウム
混合酸化剤を使用するのが好ましい。
【0016】これらをエマルジョン重合する際に、乳化
剤の使用が好ましく、例えばラジカル重合能を有する乳
化剤が好ましい。ラジカル重合能を有する乳化剤として
は、一般式(II)〜(IV)で表される乳化剤を挙げることが
できる。特に耐水性を必要とするような時にはメタクリ
ロキシポリエチレングリコール−2−エチルヘキシルス
ルホコハク酸ソーダ(ポリエチレングリコールの重合度
=15)[アデカリヤソープSE−11と同じでしょう
か?]などが好ましい。
【0017】
【化2】
【0018】
【化3】
【0019】
【化4】 (但し、一般式(II)〜(IV)において、Φはベンゼン
核を、Rはアルキル基、nは通常2〜20の数を表す)
【0020】このような重合性乳化剤はアクリレート単
量体及び他のビニル基含有単量体の合計100重量部に
対して通常0.5〜5重量部使用される。本発明が使用
する重合開始剤及び乳化剤の量を極めて少なく使用して
いながら比較的短時間で安定したエマルジョンを生成で
きるための手段として、反応系水相の酸素濃度を0.3
ppmよりも低く保持した条件で反応させることが必要
である。この条件は単に反応系を短時間の窒素置換した
程度では達成できないほどの溶存酸素濃度である。窒素
を長時間バブリングし、溶存酸素量がこの水準に達しな
い時は重合開始剤及び/または乳化剤の増量を必要と
し、その結果超高分子量重合体の分子量の低下、エマル
ジョンの安定性を低下させる。
【0021】本発明においては、アクリレート系単量体
及びビニル基含有単量体の配合比を変えることにより得
られるフィルムのガラス転移点(Tg)を調節すること
が必要である。ガラス転移点(Tg)は、例えば2−エ
チルヘキシルアクリレート(ー70℃)、ブチルアクリ
レート(−52℃)、エチルアクリレート(ー20
℃)、アクリロニトリル(105℃)、メチルメタクリ
レート(100℃)などと単量体に特有の値があり、ま
た比較的加成性があるので、単量体を選ぶことによりそ
の温度は調整できる。
【0022】オーバーコート用の超高分子量重合体とす
る時は、得られるフィルムのガラス転移点(Tg)は−
10〜+20℃の範囲、好ましくは0〜+10℃に調節
することが良い。ポリマーのTgを−10℃以下に設定
するとオーバーコート用に利用した場合、表面にベタ付
きが発生、またフィルム強度も弱くなり目的とした用途
に利用出来ない。一方ポリマーのTgが+20℃以上の
場合には、常温ではフィルムの成膜化が完全に起こらず
常温でのフィルム化が困難となる。
【0023】重合反応に際してはまず所定量の水を反応
器に仕込む。これとは別に所定量のアクリレート系単量
体と他のビニル基含有単量体を所定量の水、乳化剤でモ
ノマー乳化した単量体成分及びこれとは別に触媒成分を
滴下ロートに装入する。次いでこれらに窒素ガスを十分
にバブリングし、系内から完全に酸素を除去する。0.
5%重亜硫酸ソーダ水溶液中に電極を浸して酸素濃度を
0ppmに較正した溶存酸素濃度計(東亜電波工業
(株))を用いて、反応器内の水相の酸素濃度が0.3
ppmよりも低くなったことを確認し、窒素ガスのバブ
リングを続けながら同様に溶存酸素をゼロとした触媒及
び単量体の滴下を開始する方法をとる。反応温度はレド
ックス系開始剤の分解温度であればその範囲内で自由に
選びうるが、開始剤量が少ないので50℃以下、好まし
くは30℃以下が望ましい。
【0024】
【実施例】(実施例1)反応器として撹拌装置、温度
計、コンデンサー、滴下ロート、窒素ガス通気管及び酸
素濃度計の電極を備えた1リツトルフラスコに、水を1
75g仕込む。この場合、仕込み水の酸素濃度は8.6
ppmであった。別の2リツトルのビーカーにブチルア
クリレートモノマーl17g、エチルアクリレートモノ
マー234g、アクリロニトリル147g、イタコン酸
4.8g、ジアセトンアクリルアマイド32g、乳化剤
として[メタクリロキシポリエチレングリコール−2−
エチルヘキシルスルホコハク酸ソーダ](ポリエチレン
グリコールの重合度=15)を7.8g、水179gを
仕込んだ後ホモミキサーで十分に乳化する。
【0025】上記乳化物及び反応器のフラスコに窒素ガ
スを5〜100ml/分で約2時間バブリングを続ける
と、0.5%重亜硫酸ソーダ水溶液で酸素濃度ゼロに較
正した溶存酸素濃度計は、溶存酸素濃度は0.3ppm
になる。両者の酸素濃度が0.3ppmになったら、
0.5%キュメンハイドロパーオキサイド水溶液5g、
0.5%ホルムアルデヒドナトリウムスルホオキシレー
ト水溶液5g及び2%硫酸第一鉄水溶液1gを該フラス
コに投入し、直ちにモノマー乳化物及び0.5%キュメ
ンハイドロパーオキサイド水溶液20g、0.5%ホル
ムアルデヒドナトリウムスルホオキシレート水溶液20
gを4時間かけて滴下する。この間系の温度は32士2
℃を保持する。
【0026】滴下終了後、1時間同温度に保持し熟成す
る。冷却後25%アンモニア水を3gを添加し中和す
る。更に10%アジポイルジヒドラジド水溶液163g
を添加した。得られたエマルジョンを10g取り、イオ
ン交換水1Ogを加えて希釈した後ポリエチレンシート
を貼った20×10cmのガラス板上に流し込み、20
℃、65%RH雰囲気中で7日間乾燥しフィルムを得
た。このフィルムの引張強度及びフィルム伸度を測定し
た。結果を表1に示す。
【0027】(実施例2)実施例1において、ジアセト
ンアクリルアマイド量を15.5gとし、後添の10%
アジポイルジヒドラジド水溶液を79gとした以外は原
料及び操作を実施例lと同様に行った。測定結果を表1
に示す。
【0028】(比較例1)実施例lにおいて、ジアセト
ンアクリルアマイド量を10gとし、後添の10%アジ
ポイルジヒドラジド水溶液を51gとした以外は原料及
び操作を実施例lと同様に行った。測定結果を表1に示
す。 (比較例2)実施例lにおいて使用した触媒系を、5%
キュメンハイドロパーオキサイド水溶液25g、5%ホ
ルムアルデヒドナトリウムスルホオキシレート水溶液2
5gに変えた以外は全て実施例1と同様にした。結果を
表1に示す。 (比較例3)実施例2において使用した触媒系を、5%
キュメンハイドロパーオキサイド水溶液25g、5%ホ
ルムアルデヒドナトリウムスルホオキシレート水溶液2
5gに変えた以外は全て実施例2と同様にした。得られ
た実施例、比較例のフィルムを島津オートグラフIS−
2000を用いて20℃、65%RH雰囲気中で引張り
速度100mm/minの条件でフィルム強伸度を測定
した。チェック間隔は10mmとした。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】本発明のジアセトンアクリルアミドを配
合して得たアクリル系合成樹脂エマルジョンは、超高分
子量の重合体であり、そのままでも重合体エマルジョン
として各分野に使用可能であるが、これにアジポイルジ
ヒドラジンを配合することにより、常温で超高分子量重
合体の架橋化が可能であり、この結果得られたフィルム
は高強度、高伸度の性能を有するフィルムを得ることが
できるため、従来のオーバーコート用フィルムの耐水
性、耐久性を低下させることなく、常温乾燥においても
高強度、高伸度を持ったフィルムを形成できるオーバー
コート用エマルジョンとして極めて優れた性能を有する
ものである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年5月24日(1999.5.2
4)
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】重合反応に際してはまず所定量の水を反応
器に仕込む。これとは別に所定量のアクリレート系単量
体と他のビニル基含有単量体を所定量の水、乳化剤でモ
ノマー乳化した単量体成分及びこれとは別に触媒成分を
滴下ロートに装入する。次いでこれらに窒素ガスを十分
にバブリングし、系内から完全に酸素を除去する。0.
5%重亜硫酸ソーダ水溶液中に電極を浸して酸素濃度を
0ppmに較正した溶存酸素濃度計[東亜電波工業
(株):DDIC−3]を用いて、反応器内の水相の酸
素濃度が0.3ppmよりも低くなったことを確認し、
窒素ガスのバブリングを続けながら同様に溶存酸素をゼ
ロとした触媒及び単量体の滴下を開始する方法をとる。
反応温度はレドックス系開始剤の分解温度であればその
範囲内で自由に選びうるが、開始剤量が少ないので50
℃以下、好ましくは30℃以下が望ましい。
───────────────────────────────────────────────────── 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) //(C08F 220/10 220:56) Fターム(参考) 2H113 AA03 AA04 BB08 DA24 DA28 DA47 DA49 EA03 EA10 FA48 4J011 KA04 KA06 KA14 KB01 KB07 KB14 KB22 KB29 4J015 CA03 CA05 4J038 CC021 CC081 CD041 CG031 CG061 CG071 CG141 CG161 CG171 CH031 CH041 JB17 MA08 MA10 MA13 PA07 4J100 AB02Q AB03Q AC03Q AG04Q AJ02P AJ08Q AJ09Q AL03P AL04P AM02Q AM15R AM21R AS02Q AS03Q BA03R BA04R BA14R CA05 CA31 DA03 DA25 EA07 FA03 FA20 FA27 HA53 HC54 JA01 JA13

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応系水相の酸素濃度を0.3ppmよ
    りも低い条件で、全単量体100重量部に対しレドック
    ス系開始剤0.001〜0.2重量部を用いてアクリレ
    ート系単量体と他のビニル基含有単量体とからなる超高
    分子量重合体を製造する方法において、前記アクリレー
    ト系単量体と他のビニル基含有単量体の合計単量体成分
    100重量部に対しアクリルアミド系化合物を3〜7重
    量部共重合させることを特徴とするアクリレート系超高
    分子量重合体エマルジョンの製造方法。
  2. 【請求項2】 単量体成分として、アクリレート系単量
    体がアクリル酸、メタクリル酸、メチルメタクリレー
    ト、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、メ
    チルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリ
    レート及び2−エチルヘキシルアクリレートからなる群
    の少なくとも2種以上の単量体を含む単量体50〜85
    重量部、他のビニル基含有単量体がアクリロニトリル、
    メタクリロニトリル、スチレン、α−メチルスチレン、
    塩化ビニル、イタコン酸、マレイン酸の少なくとも1種
    を含む単量体15〜50重量部(合計100重量部)か
    らなる単量体成分を用いる請求項1に記載の超高分子量
    重合体エマルジョンの製造方法。
  3. 【請求項3】 アクリルアミド系化合物がジアセトンア
    クリルアミドである請求項1に記載の超高分子量重合体
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項に記載
    の方法により製造された超高分子量重合体エマルジョン
    に対し、使用したアクリルアクリルアミドに対し、モル
    比で0.3〜0.7のアジポイルジヒドラジンを添加す
    ることを特徴とするオーバーコート用エマルジョンの製
    造方法。
  5. 【請求項5】 オーバーコート用エマルジョンから得ら
    れるポリマーフィルムのガラス転移点(Tg)が、ー1
    0〜+20℃である請求項4に記載のオーバーコート用
    エマルジョンの製造方法。
JP11117543A 1999-04-26 1999-04-26 常温成膜条件下で高強度、高伸度を有するオーバーコート用エマルジョンの製造法 Pending JP2000309743A (ja)

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