JP2002530443A - ミニエマルション重合によるフッ素化ポリマー - Google Patents
ミニエマルション重合によるフッ素化ポリマーInfo
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Abstract
Description
マルションの製造方法に関するものである。
、皮革、紙の撥水、撥油処理に用いられている。このフッ素コポリマーは一般に
有機溶媒中での共重合か水性エマルション重合法によって製造されるが、環境問
題を避けるために一般には水性エマルション中での共重合で製造されている。撥
水、撥油被膜のコポリマーは少なくとも1種のパーフルオロアクリルモノマーと
、少なくとも1種の非フッ素化モノマー、大抵の場合はアルキルアクリレートま
たはメタクリレートとから作られる。
い。すなわち、このモノマーは撥水性が強いため、水相中での重合開始剤の働き
が悪くなり、モノマーの拡散が大幅に減少し、貯蔵滴から粒子へ成長する。この
特性のためパーフルオロアクリルモノマーを水性エマルション製造に用いる場合
には水溶性有機溶媒を用いる必要がある。しかし、この水溶性有機溶媒はモノマ
ーに対する優れた溶媒であると同時に生成したポリマーを沈殿させないものでな
ければならない。従って、ポリマーを沈殿させるためアルコールは使用できない
。
32,053号または第2,202,515号参照)。しかし、安全上および運
搬上の制約から多くのメーカーは引火性の無い化合物を商品化している。界面活
性を正しく選択すれば共重合で用いた溶媒を蒸留で分離することができる。しか
し、そうすると生産性が低下し、エネルギー消費コストが増大し、エマルション
の経時安定性が悪くなる。
グリコール、プロピレングリコールおよびその誘導体を用いることが開示されて
いる。しかし、これらの化合物は一般に溶媒和力が不十分であるためアセトンと
組み合わせて用いなければならない。市販のフッ素化エマルションの中には、ア
セトンの代わりに引火点の高い優れた溶媒、例えばN−メチルピロリドンまたは
γ−ブチロールアセトンを用いたものもある。 特開昭60−40182号では重質ジオール、例えばジプロピレングリコール
、ペンタンジオール、ヘキサンジオールおよびトリプロピレングリコールを使用
して引火性の無いフッ素化アクリルエマルションを製造している。しかし、この
エマルションは溶媒の低揮発性に起因する多くの欠点、例えば、織物および皮革
製品は高温にすることができないため乾燥が困難であるという欠点、および/ま
たは、溶媒の乾燥が不完全であると残留ヒドロキシ基が存在し、織物上でのコポ
リマーの架橋に欠陥が生じるという欠点がある。
じることは明らかである: 1) 溶媒を蒸留しない場合の揮発性有機化合物の汚染、安全および運搬上の危
険の問題 2) 重合の最後に蒸留される沸点の低い溶媒を配合物が含む場合の生産性およ
びエネルギー消費量に関する追加コストの問題 さらに、凝集(coagulation)は避けなければならないが、従来のエマルショ
ン重合では凝集物が高い含有率(1〜8%)で形成されるため安定性および収率
に問題がある。 「凝集物」という用語は、界面活性剤によってコロイド状に安定化したラテッ
クス粒子中に存在するポリマーとは対照的に、重合反応器中で沈殿する不安定な
凝集粒子の形をしたポリマーを意味する。
物を含まず、エネルギー効率や生産性のような工業的条件を満足させるフッ素ポ
リマーの水性エマルションを提供することにある。
いうことを見い出した: (1) ミニエマルション重合法とよばれる方法を有機共溶媒を用いずに行い、
(2) アクリルアミドまたはその誘導体を必ず含むモノマー混合物を選択する
。
等の強力エネルギー手段を用いてモノマーの小滴を水中に生じさせる水/モノマ
ー/界面活性剤混合物の乳化を行う。重合段階はこの乳化段階の後に行う。 本発明方法は配合物中の有機共溶媒の含有率がエマルションの重量の0.2重
量%以下である点と、凝集物の含有率がモノマーの全重量の1重量%以下である
点で従来のパーフルオロエマルションの製造方法と区別される。すなわち、本発
明方法は生産性が高く、汚染源である揮発性有機化合物を生じないという利点を
有する。
法は各種文献で公知である。このミニエマルション重合は多くのビニルモノマー
およびアクリルモノマー、特に所定長さのアルキル鎖を有するアクリルモノマー
の重合の重合に用いられている。このミニエマルション重合をパーフルオロアク
リルモノマーを非フッ素化モノマーとの共重合に用いた場合には下記の利点が得
られる: (1) 有機共溶媒を用いないため、揮発性有機化合物の量が少なく、蒸留に起
因する生産性低下がなく、エネルギー消費に関連する追加コストもない。 (2) 凝集物が形成しないため、パーフルオロモノマーの含有率を高くしても
収率が高い。 (3) ミニエマルションで一般に用いられる(最終生成物を乱すことがある)
水溶性の低い脂肪化合物(ヘキサデカノール、ヘキサデカン)の共界面活性剤を
用いない。
定化されたモノマー混合物をミニエマルション重合するフッ素ポリマーの製造方
法において、反応混合物中の有機共溶媒の含有率をエマルションの全重量の0.
2重量%以下にすることを特徴とする方法にある。 「フッ素ポリマー」という用語は少なくとも1種のフッ素化モノマーの重合で
得られる単位を少なくとも20重量%含むポリマーを意味する。
マー(A)20〜99.9重量%と、非フッ素化(メタ)アクリルまたはビニル
モノマーから選択される少なくとも1種のモノマー(B)0〜65重量%と、少
なくとも1種の極性モノマー(C)0.1〜15重量%とを含むモノマーの混合
物を超音波、コロイドミル、高圧ホモジナイザー等の強力エネルギー乳化手段に
よって乳化し、 b)上記混合物をラジカル開始剤によって20〜100℃の温度で重合する。
タ)アクリルモノマーから選択される:
オロ基を表し、pおよびqはそれぞれ1〜20、好ましくは1〜4の整数を表し
、互いに同一でも異なっていてもよく、R1は1〜4個の炭素原子を有する直鎖
または分岐鎖のアルキル基を表し、R2は水素原子またはメチル基を表す)。
ト、例えばブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ステア
リルおよびベヘニルアクリレートおよびメタクリレート、オキシエチレン結合を
有するアクリレートおよびメタクリレート、例えばエチルグリコールメタクリレ
ート、ビニルモノマー、例えば塩化ビニル、ビニリデン、酢酸ビニルである。 極性モノマー(C)の例としては、N,N−ジメチルアミノエチルまたはN−
tert−ブチルアミノエチルメタクリレートおよびアクリレートおよびその第
四級誘導体、アクリル酸、メタクリル酸、スルホン酸基またはヒドロキシ基を有
するモノマー、例えばヒドロキシエチルまたはヒドロキシプロピルのアクリレー
トおよびメタクリレートが挙げられる。
れる。アクリルアミド誘導体、例えばN−メチロールアクリルアミドおよびN−
メチロールメタクリルアミドまたはクロロヒドロキシプロピルアクリレートまた
はメタクリレートが挙げられる。 用いる界面活性剤はアニオン性またはカチオン性界面活性剤、例えばスルホコ
ハク酸および第四級アンモニウムの誘導体、例えばビス−トリデシル−スルホコ
ハク酸ナトリウムである。 これらは必要に応じて非イオン性界面活性剤と組み合わせて用いられる。
調節される。共重合は水または有機溶媒に可溶な重合開始剤を用いて20〜14
0℃で開始することができる。重合開始剤は過酸化物型(過酸化水素等)、過酸
塩型(過硫酸塩等)またはアゾ型〔4,4’アゾビス(4−シアノペンタノン酸
)、アゾビス(アミジノプロパン)塩酸塩またはアゾビスイソブチロニトリル等
〕にすることができる。 モノマーと水と界面活性剤とを含む混合物の乳化段階の後に重合を行う。この
乳化は強力エネルギー乳化手段(例えば超音波、Manton−Gaulin型
のホモジナイザーまたはコロイドミル)を用いて行うことが重要である。これら
の装置によって与えられる機械エネルギーによって混合物を剪断し、界面活性剤
で安定化したモノマー小滴を形成することができる。このモノマー小滴が重合サ
イトとなり、そこでほぼ同じ寸法(50〜500nm)のポリマー粒子が発生す
る。
なわち回分法、半連続法または連続法で重合を行うことができる。 本発明のフッ素ポリマーのエマルションは各種の支持体、例えば織物、絨毯、
皮革、紙または建材の撥水、撥油処理に用いることができる。本発明エマルショ
ンは水に希釈した後、パッド、浸漬、被覆または噴霧によって塗布することがで
きる。本発明エマルションには各種の添加物、例えば固定樹脂、触媒、静電防止
剤、抑泡剤または殺真菌剤を配合することができる。 以下、本発明の実施例を説明するが、本発明が下記実施例に限定されるもので
はない。以下の実施例において特に記載のない限り%は重量%である。
1000容量部の反応器中に下記を導入する: 脱塩水 480部 ホウ砂(Na2B2O5) 0.12部 ビス(トリデシル)スルホコハク酸ナトリウム 3.99部 下記式のポリフッ化アクリレート混合物 8.34部
2である)
on Sonifier)を1分間与える。超音波処理した混合物に下記のもの
を攪拌しながら加える: 2−エチルヘキシルメタクリレート 58.6部 メタクリル酸 0.36部 N−メチロールアクリルアミド 1.26部 下記式のポリフッ化アクリレート混合物 59.8部
2である)
いで高圧ホモジナイザー(Microfluidizer)に60℃で6回通し
て均質化する。得られたミニエマルションは平均粒径が約100〜200nmの
モノマー小滴からなる。このミニエマルションを温度制御されたジャケットで加
熱した馬蹄形攪拌器と還流冷却器とを備えた1000容量部の反応器中に移し、
窒素を吹込みながら88℃に加熱し、7gの水に溶解した0.84gの過硫酸カ
リウムを用いて重合を開始する。等量の開始剤溶液を反応器に1時間連続的に流
す。さらに1時間重合を続ける。重合中は窒素の吹込みを維持する。 凝集物を含まない過フッ素コポリマーのラテックスが得られる。このラテック
スの重量組成は下記の通り: 53.4%のパーフルオロ単位、45.8%の2−エチルヘキシルメタクリレー
ト、0.3%のメタクリル酸、0.47%のN−メチロールアクリルアミド。 固体含有率は20%で、平均粒径は130nmである。
液が得られるまで室温の水に希釈し、得られた水溶液を噴霧器Volumair
T21を用いて皮革サンプル上に噴霧する。塗布量は平均130g/m2にする
。室温で24時間乾燥させた後、下記方法で皮革を評価する。
「AATCCテクニカルマニュアル」に記載の試験方法118(1992年)に
従って撥油性を測定する。処理した基材の評価は試験液体の支持体が湿れない最
大値で定義する。評価に用いた試験液体を〔表1〕に示す:
を用いて撥水効果を測定する。
。30秒間接触させた後、支持体に浸透しなかったか、支持体を湿らさなかった
溶液に対応する番号を値として格付けする。 この実施例では、処理した皮革サンプルは子羊の皮革である。この処理の結果
を〔表3〕に示す:
1000容量部の反応器に下記を導入する: 脱塩水 480部 ホウ砂(Na2B2O5) 0.12部 ビス(トリデシル)スルホコハク酸ナトリウム 3.99部 下記式のポリフッ化アクリレート混合物 8.34部
2である)
son Sonifier)を1分間与える。超音波処理した混合物に下記を攪
拌しながら加える: 2−エチルヘキシルメタクリレート 28.58部 メタクリル酸 0.27部 N−メチロールアクリルアミド 0.95部 下記式のポリフッ化アクリレート混合物 90.2部
2である)
いで高圧ホモジナイザー(Microfluidizer)を60℃で6回通し
て均質化する。 こうして得られたミニエマルションは平均粒径が約100〜200nmのモノ
マーの小滴である。このミニエマルションを温度制御されたジャケットで加熱し
た、馬蹄形攪拌器と還流冷却器とを備えた1000容量部の反応器に移す。この
ミニエマルションに窒素を吹込みながら88℃に加熱し、7gの水に溶解した0
.84gの過硫酸カリウムで重合を開始する。等量の開始剤溶液を反応器内に1
時間連続して流す。さらに1時間重合を続ける。重合中は窒素の吹込みを維持す
る。 凝集物を含まないパーフルオロコポリマーのラテックスが得られる。このラテ
ックスの重量組成は下記の通り: 77.1%のパーフルオロ単位、22.4%の2−エチルヘキシルメタクリレー
ト、0.2%のメタクリル酸、0.4%のN−メチロールアクリルアミド。 固体含有率は20%であり、平均粒径は120nmである。
1000容量部の反応器に下記のものを導入する: 脱塩水 670部 塩化ジココジメチルアンモニウム 13部 HLB15でエトキシル化したアルキルフェノール混合物 12部 下記式のポリフッ化アクリレート混合物 200部
2である)
on Sonifier)を1分間与え、次いで高圧ホモジナイザー(Micr
ofluidizer)を60℃で6回通過して均質化する。
マーの小滴である。このミニエマルションを温度制御されたジャケットで加熱し
た、馬蹄形攪拌器と還流冷却器とを備えた1000容量部の反応器に移す。この
ミニエマルションを窒素を吹込みながら70℃に加熱し、20部の水に溶解した
2.03部のアゾビス塩酸塩(アミジノプロパン)で重合を開始する。重合を2
時間行う。 冷却後、凝集物を含まないパーフルオロコポリマーのラテックスが得られる。
このラテックスの重量組成は下記の通り: 70.7%のパーフルオロ単位、23%のステアリルメタクリレート、3%のN
−メチロールアクリルアミド、3.3%のN−メチロールメタクリルアミド。 固体含有率は33%であるので、水で希釈して20%にする。平均粒径は150
nmである。
g/lとを含むパッド浴を室温で調製する。次いで、この浴中に布を漬ける(パ
ッドする)。絞り率は約50%。乾燥後、布をBenz熱硬化装置で160℃で
1分間処理する。 こうして処理された布の撥水性および撥油性を試験する。撥油性は上記のAA
TCC118試験で評価する。撥水性は布の撥水仕上げ検査に用いる耐水性試験
(AATCCテクニカルマニュアルの噴霧試験、試験方法22、1972年)に
従って評価する。 ポリアミド(PA)の布を処理した。 〔表5〕はこの化合物の極めて有利な性能を示している。
Claims (7)
- 【請求項1】 有機共溶媒の含有率をエマルションの全重量の0.2重量%以
下にした、下記2つの段階a)とb)を含むミニエマルション重合によるフッ素
ポリマーの製造方法: a) 超音波、コロイドミル、高圧ホモジナイザーを含む強力乳化手段によって
、20〜99.9重量%のフッ素化(メタ)アクリルモノマーから選択される少
なくとも1種のモノマー(A)と、0.1〜15重量%のアクリルアミドおよび
その誘導体、例えばN−メチロールアクリルアミドから選択される少なくとも1
種のモノマーと、0〜65重量%の非フッ素化アクリルまたはビニルモノマーか
ら選択される少なくとも1種のモノマー(B)とを含むモノマー混合物を乳化さ
せ、 b) 上記混合物をラジカル開始剤を用いて20〜100℃の温度で重合する。 - 【請求項2】 モノマー混合物が非イオン性、アニオン性またはカチオン性界
面活性剤、例えばポリエトキシル化スルホコハク酸および第四級アンモニウムの
誘導体からなる群の中から選択される少なくとも1種の界面活性剤によって安定
化されている請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 フッ素化モノマー(A)が下記の式[化1][化2]または[
化3]に対応するモノマーを含む群1の中から選択される請求項1または2に記
載の方法: 【化1】 【化2】 【化3】 (ここで、RFは2〜20個の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖のパーフル
オロ基を表し、pおよびqはそれぞれ1〜20、好ましくは1〜4の整数を表し
、互いに同一でも異なっていてもよく、R1は1〜4個の炭素原子を有する直鎖
または分岐鎖のアルキル基を表し、R2は水素原子またはメチル基を表す) - 【請求項4】 モノマー(B)が下記の群の中から選択される請求項1〜3の
いずれか一項に記載の方法: C1〜C22のアルキル(メタ)アクリレート、 オキシエチレン結合を有する(メタ)アクリレート、 ビニルモノマー、例えば塩化ビニルまたは酢酸ビニル - 【請求項5】 ラジカル開始剤が過酸化物、過酸塩、例えば過硫酸塩およびア
ゾ化合物からなる群の中から選択される請求項1〜4のいずれか一項に記載の方
法。 - 【請求項6】 有機共溶媒の含有率がエマルションの全重量の0.2重量%以
下であり、凝集物の含有率がモノマーの全重量の1重量%以下である、請求項1
〜5のいずれか一項に記載の方法によって得られるフッ素ポリマーの水性分散体
。 - 【請求項7】 皮革、織物、絨毯、紙および建材を含む各種支持体の撥水、撥
油処理での請求項6に記載の水性分散体の使用。
Applications Claiming Priority (3)
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