JP2003525953A - フルオロケミカルコポリマーエマルジョンの安定化 - Google Patents

フルオロケミカルコポリマーエマルジョンの安定化

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、繊維に撥水性と撥油性を付与するフルオロケミカルコポリマーの組成物およびその水性エマルジョン組成物を調製する方法に関するものであり、前記コポリマーはアクリル酸パーフルオロアルキルまたは(メタ)アクリル酸、塩化ビニリデン、およびアクリル酸または(メタ)アクリル酸アルキルを含み、得られたエマルジョンは高アルカリ性、高アニオン性環境、または高せん断条件下において改善された安定性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の分野) 本発明は、繊維に撥水性と撥油性を付与するフルオロケミカルコポリマーの組
成物およびその水性エマルジョン組成物の調製方法に関する。前記コポリマーは
(メタ)アクリル酸パーフルオロアルキル、塩化ビニリデン、および(メタ)ア
クリル酸アルキルを含み、得られるエマルジョンは高アルカリ性、高アニオン性
環境、または高せん断応力条件下で改善された安定性を有する。(本明細書にお
いてすべての場合に「(メタ)アクリレート」という用語は、アクリレートとメ
タクリレートのどちらかを示すのに用いる。)
【0002】 (発明の背景) フルオロポリマー組成物は、繊維処理剤として有用性を有するものとして、知
られている。これらのフルオロポリマーは、一般に、炭素原子数が3個以上の側
鎖パーフルオロアルキル基を含有する。この組成物を織物の表面に塗布すると、
撥水性および撥油性を与える。パーフルオロアルキル基は、一般に、得られるコ
ポリマーの主鎖ポリマー鎖を形成するフッ素を含有しない重合基に、様々な結合
基によって、結合される。これらの主鎖ポリマーは、(メタ)アクリレート、ビ
ニル、ビニリデン、または他の基でもよい。それらはより高価なパーフルオロア
ルキル基の性能を拡張する働きをし、織物にコポリマーを定着させる結合剤とし
て働き、または他の機能を提供することができる。
【0003】 一般的に、かかるコポリマーは、カチオン性、非イオン性、またはアニオン性
界面活性剤で安定化された水性エマルジョンとして調製する。非イオン性界面活
性剤を、カチオン性界面活性剤またはアニオン性界面活性剤と組み合わせて用い
ることは珍しいことではないが、カチオン性界面活性剤とアニオン性界面活性剤
とは互いに反応する可能性があるため、これらは乳化安定剤用途では組み合わせ
ない。しかしながら、化粧品、写真、および他の織物以外の用途において最終製
品の特性を得るために、カチオン性界面活性剤とアニオン性界面活性剤とを組み
合わせて使用する方法がいくつか開示されている。
【0004】 従来技術で開示されているフルオロポリマー(メタ)アクリレート組成物は、
所定の適用条件下では満足のいくものであるかもしれないが、その水性エマルジ
ョンはいくつかの厳しい条件下では十分に安定ではない。例えば、シルケット加
工の後、織物に残留する強アルカリによってもたらされるような高アニオン性お
よび/または高アルカリ性環境下において、従来技術の組成物からのエマルジョ
ンは数時間以内に黒ずみ、沈殿する。フルオロポリマーエマルジョンが高せん断
応力条件または高温にさらされる他の用途では、前記エマルジョンもまた不安定
化し、その結果、分散液からポリマーが沈殿することがある。かかる欠点は非常
にコストが高くつく可能性がある。こうした条件下でも改善された安定性を有す
る組成物および繊維処理剤の調製方法は、繊維およびアパレル産業にとって重要
な関心事である。本発明は、かかる組成物および方法を提供する。
【0005】 (発明の概要) 本発明は、撥水撥油性水性エマルジョン組成物の調製方法であって、該方法は
、 1) (a) 下式: (Rf−Q−A−C(O)−C(R)=CH2 式中、Rfは、炭素原子2から30個を含む直鎖または分枝鎖パーフルオロア
ルキル基であり、 Rは、HまたはCH3であり、 Aは、O、S、またはN(R′)であり、 Qは、炭素原子数1から15個のアルキレン、炭素原子数3から15個のヒド
ロキシアルキレン、−(Cn2n)(OCq2q)m−、−SO2−NR′(Cn 2n )−、または−CONR′(Cn2n)−であり、 R′は、Hまたは炭素原子数1から4個のアルキル、nは、1〜15、qは、
2〜4、mは、1〜15である。)で表されるアクリル酸パーフルオロアルキル
エチルモノマーの混合物から誘導されるポリマー鎖単位を無水ベースで約50重
量%から約85重量%、 (b) 塩化ビニリデンから誘導されるモノマー鎖単位を無水ベースで約1
重量%から約9.9重量%、 (c) 炭素数2から18個のアルキル鎖長を有する(メタ)アクリル酸ア
ルキルから誘導されるモノマー鎖単位を無水ベースで約10重量%から約25重
量%、 (d) カチオン性界面活性剤を無水ベースで約0.25重量%から約5重
量%含有する水を含む混合物を形成し、 2) 前記混合物を重合し、そして 3) ゼータ電位が+15〜+30mVのエマルジョンを生成するのに十分な
量のアニオン性界面活性剤を添加することを含む。ゼータ電位は+20〜+25
mVが好ましい。任意選択で、非イオン性界面活性剤をどちらかの界面活性剤と
共に用いる。
【0006】 本発明の他の実施形態では、(a)、(b)、および(c)を含む上記の組成
物を、無水ベースで約5重量%から約15重量%のアニオン性界面活性剤によっ
て、水中で乳化し、この混合物を重合し、重合後にカチオン性界面活性剤を添加
して、ゼータ電位が+15〜+30mVの範囲のエマルジョンを得る。任意選択
で、非イオン性界面活性剤をどちらかの界面活性剤と共に用いる。
【0007】 他の実施形態では、本発明は、 (a) 下式: Rf−Q−A−C(O)−C(R)=CH2 (式中、Rfは、炭素原子2から20個を含む直鎖または分枝鎖パーフルオロ
アルキル基であり、 Rは、HまたはCH3であり、 Aは、O、S、またはN(R′)であり、 Qは、炭素原子数1から15個のアルキレン、炭素原子数3から15個のヒド
ロキシアルキレン、−(Cn2n)(OCq2q)m−、−SO2−NR′(Cn 2n )−、または−CONR′(Cn2n)−であり、 R′は、Hまたは炭素原子数1〜4のアルキルであり、 nは、1〜15、qは、2〜4、mは、1〜15である。)で表されるアクリ
ル酸パーフルオロアルキルエチルモノマーの混合物から誘導されるポリマー鎖単
位を(無水ベースで)約50重量%から約85重量%、 (b) 塩化ビニリデンから誘導されるポリマー鎖単位を約1重量%から約
9.9重量%、 (c) 炭素数2から18個のアルキル鎖長を有する(メタ)アクリル酸ア
ルキルから誘導されるポリマー鎖単位を約10重量%から約25重量%、 (d) カチオン性界面活性剤、そして (e) アニオン性界面活性剤を含有し、ゼータ電位が+15〜+30mV
の範囲の撥水撥油性水性エマルジョン組成物である。任意選択で、非イオン性界
面活性剤をどちらかの界面活性剤と共に用いる。
【0008】 (発明の詳細な説明) 本発明は、繊維および他の基材に撥水性および撥油性を付与するコポリマー組
成物の水性エマルジョンを調製する方法を提供するものであって、前記組成物は
、高アルカリ性、高アニオン濃度および/または高せん断応力条件下で安定性を
有する。高アルカリ性というのは、通常、pH8〜12を意味する。高アニオン
濃度というのは、塗布の妨げとなるアニオン濃度を意味し、個々の塗布および織
物によって異なる。高せん断応力条件というのは、ポンピングや異常に激しい攪
拌などの操作で生じる条件を意味する。
【0009】 本発明は、一部には、カチオン性界面活性剤を用いてポリマーエマルジョンを
生成した後、次いで、少量のアニオン性界面活性剤を添加して特定のゼータ電位
を達成することにより厳しい条件に対して異常な安定性が有するエマルジョンが
生成するという知見に依存する。この後半のステップでは、ゼータ電位の精密な
制御、ならびに従来技術の方法では容易に得られない制御可能な正、負、さらに
は0のゼータ電位を有するエマルジョンを生成することが、可能となる。同様に
、アニオン性界面活性剤を用いて安定なポリマーエマルジョンを作成し、次いで
、測定した所定量のカチオン性界面活性剤を添加することにより、制御可能なゼ
ータ電位を有するエマルジョンが生成することを知見した。任意選択で、非イオ
ン性界面活性剤を、カチオン性界面活性剤またはアニオン性界面活性剤と組み合
わせて使用する。意外にも、この方法により調製したエマルジョンは、高アルカ
リ性、高アニオン性環境、または高せん断応力などの厳しい条件下で、高い安定
性を有する。
【0010】 この方法は、カチオン性界面活性剤およびアニオン性界面活性剤の相対量を制
御することにより、正または負のゼータ電位を有する非常に安定なエマルジョン
を生成するのに用いられるが、かかるエマルジョンすべてがあらゆる用途に適し
ているわけではない。というのは、用いられる基材に対する親和性または特定の
反応条件に一定のゼータ電位が必要なことがあるからである。特定の用途に必要
とされるゼータ電位はその適用例を実施する者に一般に知られており、あるいは
実験によって容易に決定される。
【0011】 通常はアニオン性である繊維織物にエマルジョンを用いてコーティングを施す
適用例には、正のゼータ電位を有するエマルジョンが望ましい。以下のフルオロ
ケミカルコポリマーの水性エマルジョン組成物は、布に撥水撥油性を付与するの
に有用であり、前記エマルジョンは正のゼータ電位を有する。
【0012】 本発明のエマルジョンを調製するのに用いるモノマー混合物は、(a)アクリ
ル酸パーフルオロアルキルエチル約50重量%から約85重量%、(b)塩化ビ
ニリデン約1重量%から約9.9重量%、および(c)(メタ)アクリル酸アル
キル約10重量%から約25重量%からなり、これらのモノマーは以下に定義し
た組成を有する。重量%は無水ベースのものである。このモノマー混合物は、(
a)を約60重量%から約85重量%、(b)を約2重量%から約9重量%、(
c)を約15重量%から約25重量%含有することが好ましい。このモノマー混
合物は、(a)を約60重量%から約80重量%、(b)を約4重量%から約8
重量%、(c)を約15重量%から約22重量%含有することがより好ましい。
【0013】 本発明のアクリル酸パーフルオロアルキルエチルモノマー(a)は、下式: Rf−Q−A−C(O)−C(R)=CH2 (式中、Rfは、炭素原子2〜20個を含む直鎖または分枝鎖パーフルオロア
ルキル基であり、 Rは、HまたはCH3であり、 Aは、O、S、またはN(R′)であり、 Qは、炭素原子数1〜15のアルキレン、炭素原子数3〜15のヒドロキシア
ルキレン、−(Cn2n)(OCq2q)m−、−SO2−NR′(Cn2n)−、
または−CONR′(Cn2n)−であり、 R′は、Hまたは炭素原子数1〜4のアルキルであり、 nは、1〜15、qは、2〜4、mは、1〜15である。)を有する。
【0014】 最適な撥水性能を得るには、上記のアクリル酸パーフルオロアルキルエチルモ
ノマーは、コポリマー組成物の60重量%から85重量%が好ましく、60重量
%から80重量%がより好ましい。上記のアクリル酸パーフルオロアルキルエチ
ルモノマーは、下式: CF3CF2(CF2k24OC(O)CH=CH2 で表され、 (1) 前記式中のkが4以下であるモノマー0〜10%と、 (2) 前記式中のkが6であるモノマー45〜75%と、 (3) 前記式中のkが8であるモノマー20〜40%と、 (4) 前記式中のkが10であるモノマー1〜20%、および (5) 前記式中のkが12であるモノマー0〜5%とから本質的になること
がさらに好ましい。
【0015】 本発明のエマルジョンを調製するのに用いるモノマー混合物は、最適な性能を
得るには、塩化ビニリデンから誘導されたモノマー鎖単位1重量%から9.9重
量%を含有する。その量が9.9%を超えると、厳しい条件下で不十分な安定性
を有する生成物が生成する。その量は、モノマー鎖単位の2重量%から9重量%
が好ましく、4重量%から8重量%がより好ましい。
【0016】 本発明のエマルジョンを調製するのに用いるモノマー混合物は、炭素数2〜1
8個のアルキル鎖長を有する(メタ)アクリル酸アルキルから誘導されるモノマ
ー鎖単位をも含有する。この(メタ)アクリル酸アルキルの量は、最適な性能を
得るには、コポリマー組成物の10重量%から25重量%である。その量は15
重量%から25重量%が好ましく、15重量%から22重量%がより好ましい。
鎖長は炭素数12〜18個が好ましい。(メタ)アクリル酸アルキルとしてはメ
タクリル酸ステアリルが最も好ましい。
【0017】 (a)、(b)、および(c)のモノマー混合物は水中で混合する。水の量は
重要ではない。通常、水の量はエマルジョンの約50重量%から90重量%、よ
り典型的には約65重量%から80重量%である。有効量のカチオン性界面活性
剤を重合前または重合中に添加する。通常、この量は無水のモノマー混合物の約
0.25重量%から5重量%である。この量は約0.5%から1.5%が好まし
い。別法として、カチオン性界面活性剤を水と混合し、次いでモノマー(a)、
(b)、および(c)と個々に、またはモノマー混合物として合体する。重合後
、+15〜+30mVのゼータ電位を有するエマルジョンをもたらす量のアニオ
ン性界面活性剤を添加する。ゼータ電位は+15〜+25mVが好ましい。ゼー
タ電位は+20〜+25mVがより好ましい。ゼータ電位は+15〜+28mV
がさらに好ましい。ゼータ電位を+15〜+30に調整するために添加する第2
界面活性剤の量は、無水のモノマー混合物の約0.1重量%から1重量%である
。用いた最初の第1界面活性剤1グラム毎に、第2界面活性剤を第1界面活性剤
の約1重量%から100重量%、好ましくは第1界面活性剤の約60重量%から
70重量%、より好ましくは約65重量%で添加する。典型的には、このより好
ましいゼータ電位は、イオンモル当量ベースで、添加した第1界面活性剤と第2
界面活性剤の比が約0.65:1.0のときに達成される。
【0018】 任意選択で、非イオン性界面活性剤を第1界面活性剤と第2界面活性剤のどち
らかと共に用いる。典型的には、非イオン性界面活性剤を無水ベースで約0重量
%から約10重量%で添加する。無水のモノマー混合物の約2〜約5重量%存在
することが好ましい。
【0019】 本発明の他の実施形態においては、(a)、(b)、および(c)を含む上記
の組成物を、重合前に無水ベースで約0.25重量%から約5重量%の量のアニ
オン性界面活性剤(第1界面活性剤)を用いて水中で乳化し、重合後、上記の量
のカチオン性界面活性剤(第2界面活性剤)を添加して、上述のゼータ電位を有
するエマルジョンを得る。任意選択で、非イオン性界面活性剤を上述の量のどち
らか一方の界面活性剤と共に用いる。
【0020】 さらに他の実施形態においては、本発明は、 (a) 先に述べたアクリル酸パーフルオロアルキルエチルモノマー(a)の
混合物から誘導されたポリマー鎖単位を約50重量%から約85重量%と、 (b) 塩化ビニリデンから誘導されたポリマー鎖単位を約1重量%から約9
.9重量%と、 (c) 炭素数2〜18個のアルキル鎖長を有する(メタ)アクリル酸アルキ
ルから誘導されたポリマー鎖単位を約10重量%から約25重量%と、 (d) カチオン性界面活性剤と、 (e) アニオン性界面活性剤とを(無水ベースで)含有し、(d)および(
e)が+15〜+30mVのゼータ電位を有するエマルジョンを提供するのに十
分な量である撥水撥油性組成物の水性エマルジョンを提供する。任意選択で、非
イオン性界面活性剤をどちらか一方の界面活性剤と共に用いる。通常はカチオン
性、アニオン性、および非イオン性界面活性剤は本発明の方法では上述のような
量である。
【0021】 改良された架橋、ラテックス安定性、および直接性を付与するために、任意選
択で1つまたは複数の特殊モノマーが、より少ない量で、例えば0〜5重量%だ
け本発明のコポリマーに添加される。これらの材料には、メタクリル酸ポリエチ
レングリコールなど1つまたは複数の(メタ)アクリル酸ポリ(オキシエチレン
)0〜5重量%、N−メチロールアクリルアミドまたはメタクリルアミド0〜2
重量%、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル0〜2重量%、(メタ)アクリル
酸2−ヒドロキシブチル0〜2重量%、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロ
ピル0〜2重量%、(メタ)アクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル0
〜2重量%、または(メタ)アクリル酸グリシジル0〜2重量%が含まれる。
【0022】 ゼータ電位は乳化された粒子上の電荷の測定単位である。これはZeta−M
eter社(ニューヨーク州ニューヨーク)から市販されているZeta−Me
ter3.0を使用して測定することができる。これを使用する際、エマルジョ
ン試料を脱イオン水で濃度約3%に希釈する。温度補正された25の個々の測定
値の平均値をその試料のゼータ電位として報告する。ゼータ電位を測定するのは
幾分難しいので、報告された結果は1または2mVばらつくことがある。本発明
者らは、直接ゼータ電位を制御しようとするよりも、カチオン性界面活性剤とア
ニオン性界面活性剤の相対比を制御することによってゼータ電位を制御するのが
最も好都合なことを見い出した。実際に、この制御方法を用いることによって、
本発明者らは、当分野の技術者らが生成するのは困難または不可能だと見なして
いたゼータ電位が約0のエマルジョンを生成することが可能であることを、見い
出した。
【0023】 高アニオン性または高アルカリ性の条件は、布にフルオロケミカルコポリマー
を塗布する際に用いる標準の方法において、しばしば生じる。例えば、多くの染
料および染色助剤は本質的に高アニオン性である。さらに、ある種類の布、特に
綿布は加工の際にしばしば苛性アルカリ溶液で処理される。苛性アルカリが布に
いくらか残っており、その後、その布をフルオロポリマー撥水撥油剤で処理する
場合には、ポリマーが分解するのが普通である。本発明例はアルカリと染料の存
在下で優れた安定性を有する。
【0024】 例えば、本発明のポリマーをポンピングし、攪拌し、または当技術分野で周知
のサイズプレスまたは圧搾ローラ装置で布に塗布するとき、高せん断条件が存在
する。従来技術で記述されているポリマーは、かかる装置のせん断表面に粘着性
ポリマー残査を沈殿または堆積する傾向がある。本発明に記載されている安定化
されたポリマーは、従来技術に記載されているポリマーほど粘着性ポリマー残査
を容易に沈殿または堆積しない。
【0025】 本発明で用いるカチオン性、アニオン性、および非イオン性界面活性剤は、水
性エマルジョンを調製するのに通常用いられるいずれかの界面活性剤である。適
切なカチオン性剤には、例えば、酢酸ドデシルトリメチルアンモニウム、塩化ト
リメチルテトラデシルアンモニウム、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム
、塩化トリメチルオクタデシルアンモニウム、エトキシル化アルキルアミン塩、
および他のものが含まれる。適切なカチオン性界面活性剤の好ましい例は、Ak
zo Nobel社(イリノイ州シカゴ)から市販されているETHOQUAD
18/25など炭素数18のアルキルアミンとエチレンオキシド15molのよ
うなエトキシル化アルキルアミン塩の塩化メチル塩である。本明細書で使用に適
する非イオン性界面活性剤には、炭素原子数12〜18の脂肪アルコール、炭素
数12〜18の脂肪酸、アルキル基に炭素原子8〜18を有するアルキルフェノ
ール、炭素原子数12〜18個のアルキルチオール、および炭素原子数12〜1
8個のアルキルアミンとエチレンオキシドとの縮合物が含まれる。カチオン性界
面活性剤と組み合わせて用いる場合に適する非イオン性界面活性剤の好ましい例
は、Stepan社(イリノイ州Northfield)から市販のMERPO
L SEなどのエトキシル化トリデシルアルコール界面活性剤である。本明細書
で使用に適したアニオン性界面活性剤には、アルキルカルボン酸およびその塩、
硫酸水素アルキルおよびその塩、アルキルスルホン酸およびその塩、アルキルエ
トキシスルフェートおよびその塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルアミ
ドアルキレンスルホン酸塩等が含まれる。一般に、アルキル基が炭素原子8〜1
8を有するものが好ましい。特に、Witco社(コネチカット州Greenw
ich)から市販のDuponol WAQEなどのラウリル硫酸ナトリウム、
つまりアルキル基の炭素数が平均約12であるアルキル硫酸ナトリウム塩が好ま
しい。
【0026】 上記の成分および水に加えて、任意選択で、最終組成物はジプロピレングリコ
ール、ヘキシレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコール、ア
セトン、および他のものなどの補助溶媒を約10重量%まで、好ましくは5重量
%から10重量%含有する。
【0027】 本発明のプロセスでは、本発明のコポリマーを調製するのに乳化重合を用いる
。このプロセスは、攪拌装置と装入物を加熱または冷却する外部手段とを備えた
反応器中で行う。共に重合されるモノマーは、適切な界面活性剤と、任意選択で
有機溶媒とを含有する水溶液中で乳化し、濃度5重量%から50重量%のエマル
ジョンを得る。通常、温度は添加した触媒の存在下で重合を実施するように約4
0℃〜70℃に上げる。適切な触媒はエチレン性不飽和化合物の重合を開始する
ための一般的に知られている薬剤のいずれかである。一般的に用いられる、かか
る開始剤には、2,2′−アゾジイソブチルアミジンジヒドロクロリド、2,2
′−アゾジイソブチロニトリル、および2,2′アゾビス(2,4−ジメチル−
4−メトキシバレロニトリルが含まれる。添加する開始剤の濃度は、通常、重合
するモノマーに対して0.1〜2%重量である。得られたポリマーのモル重量を
制御するため、任意選択で炭素原子数4〜18のアルキルチオールなどの連鎖移
動剤が少量、重合の間に存在する。
【0028】 重合後、アニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤のどちらかをエマルジ
ョンに添加する。アニオン性界面活性剤を重合の間に使用する場合、重合後にカ
チオン性界面活性剤を添加する。カチオン性界面活性剤を重合の間に使用する場
合、重合後にアニオン性界面活性剤を添加する。特定の用途に望まれるゼータ電
位を達成するため、またはエマルジョン使用中の高アルカリ性、高アニオン濃度
、もしくは高せん断条件下における所望の化学的安定性および機械的安定性を得
るために、本発明のエマルジョン中にはカチオン性界面活性剤とアニオン性界面
活性剤が共に存在する。
【0029】 本発明の水性エマルジョンは撥水撥油性を付与するために繊維または基材に直
接塗布する。本発明のエマルジョンは、単独で、あるいは希釈非フッ素化ポリマ
ーまたは他の繊維処理剤もしくは仕上げ剤と混合して、塗布する。
【0030】 本発明のエマルジョンは一般に、吹付け、浸漬、パジング、または他の既知の
方法によって繊維織物に塗布する。例えば、圧搾ローラにより過剰の液体を除去
した後、処理した織物を乾燥し、次いで、例えば、110〜190℃に、少なく
とも30秒、通常60〜180秒間加熱することにより、キュアリングさせる。
かかるキュアリングにより撥水性および耐久性が向上する。これらのキュアリン
グ条件が典型的であるが、特定の設計機能のためにこの範囲外で動作する商用装
置もある。本発明のエマルジョンは、布、繊維、または基材表面に撥水撥油性を
付与するのに有用である。本発明のエマルジョンは、安定性があるため、様々な
塗布条件下で使用できる点で有利である。
【0031】 実施例では下記の試験手順を用いる。 安定性試験手順:アルカリ試験 蒸留水(100g)を透明ガラスびん中でNaOH(48%水溶液、1.0g
)と混合した。試験用コポリマーエマルジョン(3.0g)を激しく攪拌しなが
らこの浴に加え、その後すぐに、Pfersee Chemie(Langwe
id,Germany)から市販されているポリビニルアルコール樹脂、VIB
ATEX EPL(10.0g)を水(40.0g)に溶解した溶液を加えた。
曇り、変色、沈殿についての観察を6時間にわたって定期的に行った。かかる溶
液の変化があれば不合格として記録した。
【0032】 実施例1の生成物のアルカリ安定性は十分であった。試験溶液は24時間以上
の間、透明なままだった。ASAHIGARD AG−710やOLEOPHO
BOL SDなどの市販の撥水性フルオロケミカル組成物は以下に示すようにア
ルカリ安定性において不合格だった。約10分後、アルカリ試験溶液は透明から
濁った溶液に変化した。約1時間後、顕著な沈殿が生じた。約2時間後、顕著な
黒ずみが生じ、さらに沈殿が生じた。
【0033】 織物処理: NYLON SUPPLEX(紫色)布を上記の生成物で以下のように処理し
た。上記エマルジョン3.0g、脱イオン水196.6g、およびALKANO
L6112、0.4gm、E.I.du Pont de Nemours社(
デラウェア州Wilmington)から市販の湿潤剤で混合物を調製した。こ
こで、浴中の上記エマルジョン1.5%相当量を用い、ピックアップ67%で織
物にフッ素900ppmを供給した。それをナイロン織物にサイズプレスでロー
ラ圧力3Opsi(2.07×105Pa)で塗布した。織物を華氏350度(
177℃)1分間乾燥させた。ナイロン織物に塗布した後、織物上で以下の試験
を用いて得られたエマルジョンを評価した。
【0034】 撥水性: 処理済みの織物試料をAmerican Association of T
extile Chemists and ColoristsのAATCC標
準試験法No.22を用いて撥水性について試験した。この試験では、直径6イ
ンチ(15.2cm)の金属フープ上に伸張された織物試料に27℃の水250
mlを注いだ。水は織物試料の上方6インチ(15.2cm)に懸垂した漏斗か
ら放出する。過剰な水を除去した後、公表基準を参照し、視覚的に評価した。評
点100は水の浸透または表面付着がないことを示した。評点90はわずかにラ
ンダムな付着または湿潤を示した。低い値ほど湿潤が大きくなることを示す。
【0035】 撥油性: 処理済みの織物試料をAATCC標準試験法No.118の改良法により以下
のようにして試験した。先に記述したようにポリマーの水性分散液で処理した織
物試料を最低2時間、23±2℃、相対湿度65±10%に調整した。次いで、
以下の表Iに示す一連の有機液体を織物試料に1滴ずつ塗布した。小さい番号の
試験液(撥油性等級No.1)から開始し、少なくとも5mm離れた3カ所にそ
れぞれ1滴ずつ(およそ直径5mmまたは体積0.05ml)置いた。液滴を3
0秒間観察した。この期間の最後に3滴のうち2滴の形状がまだ球状で液滴周辺
にウィッキングがない場合には、次に大きな番号の液滴を3滴、隣接する位置に
置き、同様に30秒間観察した。試験液のうちの一種類で3滴のうち2滴が球状
から半球状を維持できなくなるまで、または湿潤もしくはウィッキング(wic
king)が生じるまで、この手順を続けた。
【0036】 織物の撥油性評点は、3滴のうち2滴が30秒間ウィッキングなしで球状から
半球状を維持した最も大きな番号の試験液の番号である。一般に、評点が5以上
の処理済み織物は良好ないし優れているとみなされる。評点が1以上の織物はあ
る一定の用途で使用することが可能である。
【0037】
【表1】
【0038】 注記:Nujolは38℃でセーボルト粘度360/390、15℃で比重0
.880/0.900の鉱油に対するPlough社の登録商標である。
【0039】 以下の実施例は、本発明の具体的な態様を例示するものである。実施例におい
て、別段の指定がない限りパーセンテージはすべて重量による。大文字の使用は
全体を通して登録商標を表すのに用いる。
【0040】 (実施例1) この実施例は、塩化ビニリデン含有量がモノマーに対して6.1%重量である
、本発明のプロセスによる試料の調製を示した。以下の成分:水(170.0g
)、トリデシルアルコール5−エチレンオキシド付加物(7.0g)、C18アル
キルアミンエトキシレート(エチレンオキシド15mol)(1.0g)、E.
I.du Pont de Nemours社(デラウェア州Wilmingt
on)から市販のZONYL T−AN(68.6g)、メタクリル酸ステアリ
ル(18.0g)、塩化ビニリデン(6.0g)、N−メチロールアクリルアミ
ド(2.0g)、メタクル酸2−ヒドロキシエチル(1.0g)、ドデシルメル
カプタン(0.5g)、およびジプロピレングリコール(30.0g)を混合し
て水性エマルジョンを調製した。ZONYL T−ANは、下式: CF3CF2(CF2x24OC(O)−CH=CH2 (式中、x=6、8、10、12、14、16、および18であり、それぞれ
の相対量は約3%、50%、31%、10%、3%、2%、および1%であり、
前記モノマーの平均分子量は569である。)で表される。
【0041】 完全に混合した後、上記エマルジョンを、Ultrasonics社(ニュー
ヨーク州Farmingdale)から市販のUltrasonics超音波コ
ンバータ中で5分間音波処理し、次いで、攪拌装置、温度計、およびドライアイ
ス冷却器を備えた500mL反応器に入れた。脱酸素化した窒素を1時間溶液中
に通した。次に、以下の開始剤:Wako Chemical社(バージニア州
リッチモンド)から市販のアゾビスイソブチルアミジン塩酸塩(V−50;0.
5g)を水(10.0g)に溶解したものを加えた。次いで、得られた混合物を
1時間かけて65℃に加熱し、65℃に8時間維持した。重合段階の後、水(9
0g)とアニオン性界面活性剤のラウリル硫酸ナトリウム塩(Witco社(コ
ネチカット州Greenwich)から市販のDuponol WAQE;0.
62g)の溶液を加え、1時間攪拌した。ゼータ電位を測定し、+28mVであ
ることが判明した。アルカリ試験を用いて生成物の安定性を試験し、合格した。
先に記述したように織物を処理し、撥水性および撥油性について試験した。撥水
性が100、撥油性が6と評価された。
【0042】 (比較例A) この例は、アニオン性界面活性剤を省略したことを除き、本発明の実施例1の
組成物と同様の試料の調製を示した。コポリマーを実施例1と同じ組成物で調製
したが、重合後得られたコポリマーエマルジョンを水(90g)で希釈した。重
合が完了した後、アニオン性界面活性剤は添加しなかった。ゼータ電位を測定し
、所望の範囲外の+35mVであることがわかった。実施例1と同様に試験する
と、この生成物は十分なアルカリ安定性を得ることができなかった。これにより
重合後、安定性を与えるために反対の電荷の界面活性剤を添加する必要があるこ
とがわかった。
【0043】 (比較例B) この例では、塩化ビニリデン含有量をモノマーに対して12%重量としたこと
を除いて、本発明の組成物と同様の試料の調製を示した。実施例1に示した手順
に従って、従来技術(米国特許第4472140号)に開示されているが本発明
の範囲外である組成物を用いて、他のコポリマー試料を調製した。この場合、以
下のモノマー:トリデシルアルコール5−エチレンオキシド付加物(7.0g)
、C18アルキルアミンエトキシレート塩(エチレンオキシド15mol;1.0
g)、ZONYL T−AN(68.6g)、メタクリル酸ステアリル(18.
0g)、N−メチロールアクリルアミド(2.0g)、メタクリル酸2−ヒドロ
キシエチル(1.0g)、ドデシルメルカプタン(0.5g)、ジプロピレング
リコール(30.0g)、塩化ビニリデン(12.0g)、およびアゾビスイソ
ブチルアミジン塩素塩(V−50;0.5g)を水(10.0g)に溶解し、重
合した。重合段階(65℃で8時間)の後、水(90g)およびアニオン性界面
活性剤のラウリル硫酸ナトリウム塩(Duponol WAQE;0.62g)
を加え、1時間攪拌した。
【0044】 生成物のアルカリ安定性は不十分であった。この例により、塩化ビニリデンか
ら誘導されるモノマー(b)が9.9%以上存在すると性能に悪影響を及ぼすこ
とがわかった。
【0045】 (比較例C) 実施例1に示す一般の手順に従って、さらに他のコポリマー試料を調製した。
この場合、以下のモノマー:トリデシルアルコール5−エチレンオキシド付加物
(7.0g)、C18アルキルアミンエトキシレート(エチレンオキシド15mo
l;1.0g)、ラウリル硫酸ナトリウム塩(0.62g)、ZONYL T−
AN(68.6g)、メタクリル酸ステアリル(18.0g)、N−メチロール
アクリルアミド(2.0g)、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル(1.0g)
、ドデシルメルカプタン(0.5g)、ジプロピレングリコール(30.0g)
、塩化ビニリデン(6.0g)、およびアゾビスイソブチルアミジン塩素塩(V
−50;0.5g)を水(10.0g)に溶解し、重合した。重合段階(65℃
で8時間)の後、水(90g)を加え、1時間攪拌した。重合の後、カチオン性
界面活性剤は添加しなかった。
【0046】 アルカリ試験における生成物の安定性は不十分であった。この例により、重合
の後(重合中にアニオン性界面活性剤を使用した場合)、安定性を達成するため
にカチオン性界面活性剤を添加する必要があることがわかった。
【0047】 (実施例2、3および比較例D) 実施例1に従ってフルオロポリマーエマルジョンを調製した。重合段階の後、
水とアニオン性界面活性剤(ラウリル硫酸ナトリウム塩)の溶液を表2による重
量(グラム)比で添加した。
【0048】
【表2】
【0049】 比較例Dは試験に不合格だった。エマルジョンのゼータ電位は所望の範囲内で
あったが、添加アニオン性界面活性剤を含有しておらず、したがって本発明の範
囲外であった。添加アニオン性界面活性剤を含有する実施例2、3は、どちらも
アルカリ性試験に合格した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),AU,CA,C N,ID,JP,KR Fターム(参考) 4J100 AC04Q AL03R AL04R AL05R AL08P AL09R AM21P AM21R BA03R BA08P BA34P BA53P BA59P BB18P CA03 CA05 JA11 4L033 AA08 AB04 AC03 AC04 CA15 CA22

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1) (a) 下式: Rf−Q−A−C(O)−C(R)=CH2 (式中、Rfは、炭素原子2から20個を含む直鎖または分枝鎖パーフルオロ
    アルキル基であり、 Rは、HまたはCH3であり、 Aは、O、S、またはN(R′)であり、 Qは、炭素原子数1から15個のアルキレン、炭素原子数3から15個のヒド
    ロキシアルキレン、−(Cn2n)(OCq2q)m−、−SO2−NR′(Cn 2n )−、または−CONR′(Cn2n)−であり、 R′は、Hまたは炭素原子数1〜4個のアルキルであり、 nは、1〜15、qは、2〜4、mは、1〜15である。)で示されるアクリ
    ル酸パーフルオロアルキルエチルモノマーの混合物から誘導されるポリマー鎖単
    位を無水ベースで約50重量%から約85重量%、 (b) 塩化ビニリデンから誘導されるモノマー鎖単位を無水ベースで約1
    重量%から約9.9重量%、 (c) 炭素数2から18個のアルキル鎖長を有するアクリル酸アルキルま
    たは(メタ)アクリル酸アルキルから誘導されるモノマー鎖単位を無水ベースで
    約10重量%から約25重量%、 (d) カチオン性界面活性剤を無水ベースで約0.25重量%から約5重
    量%、含有する水を含む混合物を形成し、 2) 前記混合物を重合し、そして 3) ゼータ電位が+15〜+30mVのエマルジョンを生成するのに十分な
    量のアニオン性界面活性剤を添加することを有してなる撥水撥油性水性エマルジ
    ョン組成物の調製方法。
  2. 【請求項2】 前記カチオン性界面活性剤と共に非イオン性界面活性剤を用
    いることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 1) (a) 下式: Rf−Q−A−C(O)−C(R)=CH2 (式中、Rfは、炭素原子2から20個を含む直鎖または分枝鎖パーフルオロ
    アルキル基であり、 Rは、HまたはCH3であり、 Aは、O、S、またはN(R′)であり、 Qは、炭素原子数1から15個のアルキレン、炭素原子数3から15個のヒド
    ロキシアルキレン、−(Cn2n)(OCq2q)m−、−SO2−NR′(Cn 2n )−、または−CONR′(Cn2n)−であり、 R′は、Hまたは炭素原子数1から4個のアルキルであり、 nは、1〜15、qは、2〜4、mは、1〜15である。)で表されるアクリ
    ル酸パーフルオロアルキルエチルモノマーの混合物から誘導されるポリマー鎖単
    位を無水ベースで約50重量%から約85重量%、 (b) 塩化ビニリデンから誘導されるモノマー鎖単位を無水ベースで約1
    重量%から約9.9重量%、 (c) 炭素数2〜18個のアルキル鎖長を有するアクリル酸アルキルまた
    は(メタ)アクリル酸アルキルから誘導されるモノマー鎖単位を無水ベースで約
    10重量%から約25重量%、 (d) アニオン性界面活性剤を無水ベースで約0.25重量%から約5重
    量%、含有する水を含む混合物を形成し、 2) 前記混合物を重合し、そして 3) ゼータ電位が+15〜+30mVのエマルジョンを生成するのに十分な
    量のカチオン性界面活性剤を添加することを有してなる撥水撥油性水性エマルジ
    ョン組成物の調製方法。
  4. 【請求項4】 前記アクリル酸パーフルオロアルキルエチルモノマー(a)
    が前記モノマー混合物の重量の60%から80%であることを特徴とする請求項
    1、2、または3のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記塩化ビニリデン(b)単位が前記モノマー混合物の4%
    から8%であることを特徴とする請求項1、2、または3に記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記アクリル酸パーフルオロアルキルエチルモノマーが、下
    式: CF3CF2(CF2k24OC(O)CH=CH2 で表され、該アクリル酸パーフルオロアルキルエチルモノマーが、 (1) 前記式中のkが4以下であるモノマー0〜10%と、 (2) 前記式中のkが6であるモノマー45〜75%と、 (3) 前記式中のkが8であるモノマー20〜40%と、 (4) 前記式中のkが10であるモノマー1〜20%と、 (5) 前記式中のkが12であるモノマー0〜5%と、から本質的になるこ
    とを特徴とする請求項1、2、または3のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項7】 (メタ)アクリル酸アルキルがメタクリル酸ステアリルであ
    ることを特徴とする請求項1、2、または3のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項8】 (a) 下式: Rf−Q−A−C(O)−C(R)=CH2 (式中、Rfは、炭素原子2から20個を含む直鎖または分枝鎖パーフルオロ
    アルキル基であり、 Rは、HまたはCH3であり、 Aは、O、S、またはN(R′)であり、 Qは、炭素原子数1から15個のアルキレン、炭素原子数3から15個のヒド
    ロキシアルキレン、−(Cn2n)(OCq2q)m−、−SO2−NR′(Cn 2n )−、または−CONR′(Cn2n)−であり、 R′は、Hまたは炭素原子数1から4個のアルキルであり、 nは、1〜15、qは、2〜4、mは、1〜15である。)で表されるアクリ
    ル酸パーフルオロアルキルエチルモノマーの混合物から誘導されるポリマー鎖単
    位を無水ベースで約50重量%から約85重量%、 (b) 塩化ビニリデンから誘導されるポリマー鎖単位を無水ベースで約1重
    量%から約9.9重量%、 (c) 炭素数2〜18個のアルキル鎖長を有するアクリル酸アルキルまたは
    (メタ)アクリル酸アルキルから誘導されるポリマー鎖単位を無水ベースで約1
    0重量%から約25重量%、 (d) カチオン性界面活性剤、そして (e) アニオン性界面活性剤、を含み、+15〜+30mVのゼータ電位を
    有することを特徴とする撥水撥油性水性エマルジョン組成物。
  9. 【請求項9】 前記アクリル酸パーフルオロアルキルエチルモノマー(a)
    が60重量%から80重量%であることを特徴とする請求項8に記載の組成物。
  10. 【請求項10】 前記塩化ビニリデン(b)単位が4重量%から8重量%で
    あることを特徴とする請求項8に記載の組成物。
  11. 【請求項11】 前記アクリル酸パーフルオロアルキルエチルモノマーが、
    下式: CF3CF2(CF2k24OC(O)CH=CH2 で表され、該アクリル酸パーフルオロアルキルエチルモノマーが、 (1) 前記式中のkが4以下であるモノマー0〜10%と、 (2) 前記式中のkが6であるモノマー45〜75%と、 (3) 前記式中のkが8であるモノマー20〜40%と、 (4) 前記式中のkが10であるモノマー1〜20%と、 (5) 前記式中のkが12であるモノマー0〜5%と、から本質的になるこ
    とを特徴とする請求項8に記載の組成物。
  12. 【請求項12】 前記(メタ)アクリル酸アルキルがメタクリル酸ステアリ
    ルであることを特徴とする請求項8に記載の組成物。
JP2000533471A 1998-02-27 1999-02-17 フルオロケミカルコポリマーエマルジョンの安定化 Expired - Lifetime JP3660872B2 (ja)

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