JP2004527446A - ワックスエマルション配合およびそれを含むセッコウ組成物 - Google Patents

Abstract

セッコウ製品に撥水特性を付与する水性エマルションであって、ａ）炭化水素ワックス；ｂ）ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマー；および、ｃ）部分的または全面的に加水分解されたポリ酢酸ビニルを含むポリビニルアルコール組成物を含む、エマルションである。このエマルションにはさらに、乳化剤および安定剤のようなその他公知の助剤成分を含んでいてもよい。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワックスエマルション配合に関し、より詳しくは、セッコウスラリーから製造する製品、たとえばセッコウウォールボードまたはパネルに撥水特性を付与するために配合に関する。
【背景技術】
【０００２】
セッコウをベースにした材料を製造する場合、通常硫酸カルシウム半水塩と水からのスラリーを必要とする。この混合物を水和させるか、凝結させてより硬い硫酸カルシウム二水塩とし、過剰の水は慣用の方法を用いて乾燥させることにより除去する。ウォールボードパネルのようなセッコウ製品は、硬化させたセッコウのコアを両側から紙のライナーでサンドイッチ構造として、このライナーがボードの外側表面になるようにして製造する。ウォールボードの強度低下を招く可能性がある、吸湿性のセッコウによる水の吸収の問題を克服するために、ウォールボードを作る前にセッコウスラリー中に疎水性の成分を加えておくことは知られている。たとえばアスファルトやワックスなどの、そのような疎水性成分は、水性のセッコウスラリー中に混和できるように、エマルションの形態にしておかねばならない。これらのエマルションが、セッコウウォールボードに撥水特性を与える。セッコウスラリーのための撥水性エマルションの例は、特許文献１、特許文献２および特許文献３に挙げられている。
【特許文献１】
米国特許第５，４３７，７２２号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，０９８，９４３号明細書
【特許文献３】
米国特許第４，７４８，１９６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
セッコウスラリーのための公知のワックスエマルションには以下のようないくつかの問題点がある：
【０００４】
１．ワックス−アスファルトエマルションは通常不安定である。すなわち、時間が経過するとエマルションが、液体相と、その上に浮き上がった固形凝固物とに分離する傾向がある。この凝固物は混合しても容易には再エマルション化できず、混合物中に塊状物が生成する可能性がある。これでボードを製造すると、そのエマルション化されていないアスファルト成分が、凝結させたセッコウのコアの上にブリードアウトして、紙ライナーの上から黒い染みに見えるようになる。
【０００５】
２．ワックス−アスファルトエマルションは、アスファルト成分のために黒ずむので、最終的なボード製品におけるセッコウコアの色が変わる。
【０００６】
３．アスファルトは一般に、原油精製プロセスから得られるので、その性質が変動し、そのために、エマルションの使用、最終製品の品質およびウォールボードの製造における変動が大きくなる可能性がある。
【０００７】
４．その他のワックス代替え物、たとえばモンタンワックスや亜炭は、良好な撥水性を与えはするものの、エマルション化に使用するタンクの内部に暗色または黒色のスラッジを蓄積する原因になることが知られている。
【０００８】
５．モンタンワックスまたは他の天然もしくは合成エステルワックスからの多くのワックスエマルションは、アスファルトワックスエマルションよりは容易に再混合することが可能ではあるが、それでも貯蔵時に分離する傾向はある。この分離すなわち「クリーミング」現象は、性能特性がばらつく原因となる。
【０００９】
６．モンタンワックスからのワックスエマルションは、モンタンワックスが各種の成分を含んでいる天然品であることによる欠陥が表面化する。さらにモンタンワックスの組成が産地によってそれぞれ変化することも知られている。成分が変動することによって、得られるエマルションの変色が起きたり、エマルションの性質に変動が起きる。
【００１０】
本願出願人による先行米国特許第５，９６８，２３７号明細書では、セッコウスラリーに添加するための、特に炭化水素ワックス、アルキル酸および／またはアルキルエステル、ポリビニルアルコールを含む、水性ワックスエマルションが教示されている。このスラリーをウォールボードおよびパネルを製造するために使用することができる。このエマルション組成物は、セッコウスラリーの安定性に悪影響を与えることなく、ウォールボードに撥水性を付与することを目的としている。
【００１１】
米国特許第４，７４８，１９６号明細書の中で提案されている撥水性エマルション組成物には、水溶性アルカリ性化合物の存在下の、ワックスおよびオレフィン−無水マレイン酸コポリマーを含んでいる。そのオレフィンはα−オレフィンのアダクトまたはコポリマーからなる群より選択され、そしてそのワックス成分には、パラフィンワックス、モンタンワックス、および低融点ポリオレフィンワックスが含まれる。この組成物は、エマルションの安定性に影響を与えずに良好な撥水性を付与することを目的としているが、モンタンワックスを使用する結果、いくらかの変色と、エマルションに変動が起きることになる。それに加えて、α−オレフィンは一般に単一の中間の長さで、炭素数が偶数で、分岐のない脂肪族鎖で、酸無水物と結合するための炭素・炭素二重結合がα末端だけに存在しているものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、先行技術のエマルションの欠陥のいくつかを克服するための改良されたワックスエマルションを供することを探索したものである。
【００１３】
１つの態様において本発明は、水性のセッコウスラリーに添加するための、以下のものを含む水性エマルションを提供する：
−炭化水素ワックス；
−ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマー；
−ポリビニルアルコール。
【００１４】
また別な態様において本発明は、セッコウ製品の製造において使用するための、以下の混合物を含むセッコウスラリー組成物を提供する：
ａ）水性のセッコウスラリー；および、
ｂ）以下のものを含むエマルション：
−炭化水素ワックス；
−ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマー；
−ポリビニルアルコール。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、セッコウ製品に撥水特性を付与する、各種の成分を含むワックスエマルションを提供する。本発明によるエマルションは、公知の配合に比較して各種の利点を有することが明らかとなった。第１に、本発明により、ワックス−アスファルト混合成分を、セッコウウォールボードに色違いをもたらすことなく、またアスファルト系のエマルションよりも改良された安定性を有する配合物へと置き換えることが可能となる。さらに、本発明により、アスファルトを、物性および性能にばらつきのない改良されたものに置き換えることが可能となる。本発明ではさらに、モンタンワックスのような公知の天然産のワックスに代えて、物性および性能にばらつきのない改良された代替え物を使用することが可能となる。最後に本発明は、従来技術によるエマルションよりも改良された撥水性を与えるエマルションを提供する。
【００１６】
好ましい実施態様において本発明には、以下の成分を含む組成物が含まれる：
ａ）炭化水素ワックス；
ｂ）ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマー；および、
ｃ）ポリビニルアルコール。
【００１７】
第１の成分（ａ）は炭化水素ワックスである。この炭化水素ワックス成分には、セッコウスラリーエマルションの分野において公知のいかなるワックスが含まれていてもよい。一般的に本発明のワックス成分には、石油留分ワックスが含まれ、それはミクロクリスタリンであってもパラフィンであってもよい。好ましい実施態様においては、この炭化水素ワックス成分（ａ）はパラフィンワックスである。しかしながら、カルナウバワックス、ポリエチレンワックス、マレイン化炭化水素、およびそれらを組み合わせたようなワックスも同様に使用することができる。
【００１８】
ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマー成分（ｂ）には、ポリオレフィン主鎖上にグラフトさせた少なくとも１つの無水マレイン酸部分が含まれる。このグラフトポリマーは乳化剤として機能する。このポリオレフィン主鎖は一般には、炭素原子数５０〜５００の範囲の炭素鎖長を有する。この炭素鎖は直鎖状および／または分岐状のいずれであってもよく、また、飽和でも不飽和でもよい。好ましい実施態様においては、このポリオレフィン主鎖はホモポリマーである。
【００１９】
定義から言えばポリオレフィンは、オレフィンと呼ばれる基本化学物質の特定の群から誘導される炭化水素の鎖からなっている。オレフィンはアルケンとも呼ばれ、二重結合によって結合された炭素原子を１または複数対含んでいる。ポリオレフィンは付加重合によって製造することができるが、付加重合では、オレフィンの炭素・炭素二重結合が開いて、１対の反応性サイトが形成される。これらの反応性サイトが他のオレフィンの炭素原子に結合して、炭素の鎖が伸びて、ポリオレフィンが形成される。
【００２０】
好ましい実施態様において、ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマーは飽和ポリエチレン主鎖を有する。ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマーを製造するには、ポリエチレン主鎖の上に少なくとも１個の無水マレイン酸部分をグラフトさせて、それによって、無水マレイン酸がポリオレフィンに、ポリマーの主鎖の中の炭素原子のどれかで結合しているようにする。ポリオレフィン無水マレイン酸グラフトポリマーを、他の化合物たとえばアミンやエステルとさらに反応させて、ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマーの誘導体を形成させてもよい。このようにして得られるグラフトポリマー誘導体としては、ポリイミド、ポリアミン、ポリ酸、ポリ塩、ポリエステルおよびそれらを組み合わせたものが挙げられる。
【００２１】
以下で説明するように、エマルションの配合中にポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマーを使用することによって、α−オレフィンコポリマーを含むエマルションを使用した場合に比較すると、最終のセッコウ製品に改良された撥水性を与える。
【００２２】
本発明組成物においては、広い範囲のポリオレフィン無水マレイン酸グラフトポリマーが使用可能と考えられる。好適なポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマーの例を挙げれば、ベーカー・ペトロライト（Ｂａｋｅｒ Ｐｅｔｒｏｌｉｔｅ）により生産されているセラマー（Ｃｅｒａｍｅｒ、登録商標）５００５およびセラマー（Ｃｅｒａｍｅｒ、登録商標）６７グラフトポリマーがあるが、その他のものも入手可能である。セラマー（Ｃｅｒａｍｅｒ、登録商標）６７ポリマーの中のポリオレフィン主鎖は、飽和のポリエチレンで、そのポリマーの分子量は６５５である。
【００２３】
エマルション配合の第３の成分（ｃ）はポリビニルアルコールである。当分野において一般に知られているように、本発明の配合に使用されるポリビニルアルコールに含まれるのは、部分的および／または全面的に加水分解されたポリ酢酸ビニルのどのグレードのものでもよい。好ましい実施態様において、エマルションに添加する際には、このポリビニルアルコールには少なくとも８０％が加水分解されたポリ酢酸ビニルを含む。酢酸塩の加水分解は、このポリビニルアルコールを組成物に混合した後でも続いている可能性はある。このポリビニルアルコールは、エマルションを安定化させると共にセッコウスラリーにおける安定性も向上させ、しかも、最終のセッコウ製品に優れた撥水性を付与する。
【００２４】
本発明の総合的な性質をさらに改良する目的で、成分（ａ）および（ｃ）に２次的な乳化剤および／または安定剤を添加することもできる。それらの成分については、当業者のよく知るところである。それらの化合物は、関連する従来技術においても一般的に公知となっている。
【００２５】
セッコウスラリー中で使用する場合の上述のエマルション配合の量は、吸水性に影響を与える各種の因子に依存する。たとえば、セッコウは天然品なので、吸水性のレベルにはばらつきがある。さらに、環境条件（すなわち、湿度レベル）が異なれば、吸水特性にも影響が出る。この理由から、添加すべき本発明のエマルションの量は、公知の方法を使用している当業者ならば、決定することができる。たとえば、添加すべきエマルションの量を決めるための１つの公知の方法では、１２インチ×１２インチ×０．５インチ（３０．５４ｃｍ×３０．５４ｃｍ×１．２７ｃｍ）のセッコウスラリーパネルを作り、それを加熱乾燥させる。次いでこのパネルを室温にまで冷却してから、水中に２時間浸漬させる。水和工程が終了したら、吸収された水分量を測定する。業界試験（ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｔｅｓｔ）は、吸水率が乾燥パネルの初期重量の５重量％未満を達成することである。
【００２６】
以下の実施例は本発明の性格を説明する目的のものであって、いかなる面においても本発明を限定するものと解釈するべきではない。
【実施例】
【００２７】
比較データ：グラフトポリマー対アルファオレフィン無水マレイン酸コポリマー
比較例Ａ：８部の無水マレイン酸グラフトポリマー（ベーカー・ペトロライト（Ｂａｋｅｒ Ｐｅｔｒｏｌｉｔｅ）製のセラマー（Ｃｅｒａｍｅｒ、登録商標）６７）を溶融状態の１００部のパラフィンワックスに添加した。次いでこのブレンドしたワックスを高速ミキサーを用いてポリビニルアルコールのアルカリ性溶液に分散させた。得られたエマルションを急冷して３０℃未満の温度まで下げた。
【００２８】
比較例Ｂ：Ａと同様であるが、８部のグラフトポリマーに代えて、８部のＣ_１８アルファオレフィン無水マレイン酸コポリマー（ベーカー・ペトロライト（Ｂａｋｅｒ Ｐｅｔｒｏｌｉｔｅ）製のＸ−５２３１（商標））を用いた。
【００２９】
比較例Ｃ：Ａと同様であるが、８部のグラフトポリマーに代えて、８部のＣ_２８＋アルファオレフィン無水マレイン酸コポリマー（ベーカー・ペトロライト（Ｂａｋｅｒ Ｐｅｔｒｏｌｉｔｅ）製のＸ−８０３９（商標））を用いた。
【００３０】
比較例Ｄ：Ａと同様であるが、８部のグラフトポリマーに代えて、８部のエチレン無水マレイン酸コポリマー（ハネウェル（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）製のＡ−Ｃ（登録商標）５７５）を用いた。
【００３１】
上述のエマルションをそれぞれ別個に、１００部の半水塩セッコウに対して３部エマルションの比率で硫酸カルシウム半水塩のスラリー中に混ぜ込んだ。得られた混合物を凝結させて、厚みが０．５インチ（１．２７ｃｍ）直径が約２．５〜３インチ（６．３５〜７．６２ｃｍ）の（アイスホッケーの）パックの形にした。このパックを熱対流炉中で加熱乾燥させてから、一夜かけて室温にまで冷却し、次いで２時間水中に浸漬させた。これらの試料によって吸収された水の百分率を以下の表にまとめる：
【表１】

【００３２】
これらの結果から、アルファオレフィンやエチレン無水マレイン酸コポリマーと比較して、本発明のグラフトポリマーを使用した場合には、撥水性において著しい改良が認められる。
【００３３】
本発明について特定の実施態様を参照しながら記述してきたが、本明細書に添付した特許請求項に示した本発明の精神と範囲を逸脱することなく、各種の修正が可能なことは当業者のよく知るところであろう。

Claims (14)

1. 水性セッコウスラリーに添加するための水性エマルションであって；
   −炭化水素ワックス；
   −ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマー；
   −ポリビニルアルコール；
   を含むエマルション。
2. 前記ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマーが、ポリオレフィン主鎖の上にグラフトした少なくとも１つの無水マレイン酸基を含む、請求項１に記載のエマルション。
3. 前記ポリオレフィン主鎖がポリエチレンである、請求項２に記載のエマルション。
4. 前記炭化水素ワックスがパラフィンワックスである、請求項１に記載のエマルション。
5. 前記ポリビニルアルコールが、部分的または全面的に加水分解されたポリ酢酸ビニルおよびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項１に記載のエマルション。
6. 前記ポリビニルアルコールが、少なくとも８０％が加水分解されたポリ酢酸ビニルを含む、請求項５に記載のエマルション。
7. 前記炭化水素ワックスが、パラフィンワックス、カルナウバワックス、ポリエチレンワックス、合成ワックスエステル、酸ワックス、マレイン化炭化水素、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１に記載のエマルション。
8. セッコウ製品を製造するために使用するセッコウスラリー組成物であって：
   ａ）水性のセッコウスラリー；および、
   ｂ）以下のものを含むエマルション：
   −炭化水素ワックス；
   −ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマー；
   −ポリビニルアルコール；
   の混合物を含む組成物。
9. 前記ポリオレフィン−無水マレイン酸グラフトポリマーが、ポリオレフィン主鎖の上にグラフトした少なくとも１つの無水マレイン酸基を含む、請求項８に記載の組成物。
10. 前記ポリオレフィン主鎖がポリエチレンである、請求項９に記載の組成物。
11. 前記炭化水素ワックスがパラフィンワックスである、請求項８に記載の組成物。
12. 前記ポリビニルアルコールが、部分的または全面的に加水分解されたポリ酢酸ビニルおよびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項８に記載の組成物。
13. 前記ポリビニルアルコールが、少なくとも８０％が加水分解されたポリ酢酸ビニルを含む、請求項１２に記載の組成物。
14. 前記炭化水素ワックスが、パラフィンワックス、カルナウバワックス、ポリエチレンワックス、合成ワックスエステル、酸ワックス、マレイン化炭化水素、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項８に記載の組成物。