JP2014511417A - 粒状基体および/または繊維状基体のための水性結合剤 - Google Patents

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Abstract

粒状基体および/または繊維状基体のための結合剤。

Description

本発明の対象は、
a)酸基を含む、少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマー(モノマーA)0.1質量%以上および2.5質量%以下、
少なくとも1つのエチレン性不飽和カルボン酸ニトリルまたはエチレン性不飽和カルボン酸ジニトリル(モノマーB)0質量%以上および4.0質量%以下、
少なくとも2個の非共役エチレン性不飽和基を有する、架橋作用を有する少なくとも1つのモノマー(モノマーC)0質量%以上および2.0質量%以下、
少なくとも1つのα,β−モノエチレン性不飽和のC3〜C6モノカルボン酸アミドまたはC3〜C6ジカルボン酸アミド(モノマーD)0質量%以上および10質量%以下、
少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマーであって、そのホモポリマーが30℃以下のガラス転移温度を有しかつモノマーA〜Dとは異なるモノマー(モノマーE)25質量%以上および69.9質量%以下および
少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマーであって、そのホモポリマーが50℃以上のガラス転移温度を有しかつモノマーA〜Dとは異なるモノマー(モノマーF)30質量%以上および70質量%以下
から重合導入した形で構成された少なくとも1つのポリマーP(但し、モノマーA〜Fの量は、合計で100質量%になる)、および
b)少なくとも1つの糖類化合物S(但し、当該糖類化合物の量は、ポリマーP100質量部当たり10質量部以上および400質量部以下であるように定められている)
を含有する水性結合剤組成物である。
更に、本発明は、粒状基体および/または繊維状基体のための水性結合剤としての前記水性結合剤組成物の使用、前記水性結合剤組成物を使用する、成形体の製造法ならびにこうして製造された、それらの側でビチューメン屋根板の製造に使用される複数の成形体、殊に結合された複数の繊維フリースに関する。
多糖類を含む水性結合剤組成物の場合、次の公知技術水準から出発することができる。
欧州特許出願公開第649870号明細書には、ガス遮断効果を有するポリマーフィルムを製造するための、95:5〜20:80の質量比でポリカルボン酸と糖類化合物とからなる混合物が開示されている。
欧州特許出願公開第911361号明細書には、少なくとも1000g/molの質量平均分子量を有するポリカルボキシポリマーおよび少なくとも10000g/molの質量平均分子量を有する多糖類を含有する、粒状基体および/または繊維状基体のための水性結合剤系が開示されており、その際に当該水性結合剤系の量は、カルボキシル基対ヒドロキシル基の当量比が3:1〜1:20であるように定められている。
更に、欧州特許出願公開第1578879号明細書には、ポリカルボキシポリマー、少なくとも2個のヒドロキシ基を有するポリアルコールならびにいわゆる水溶性増量剤を含む、ガラス繊維を被覆するための水性結合剤組成物が開示されており、その際に水溶性増量剤として、殊に、10000g/mol未満の平均分子量を有する多糖類が提案されている。
WO 2008/150647には、尿素/ホルムアルデヒド樹脂およびそのコポリマーが基本的にスチレンとアルキルアクリレートまたはアルキルメタクリレートとアクリルニトリルと任意に置換アクリルアミドとから構成されている水性コポリマー分散液を含む、繊維マットを製造するための水性結合剤系が開示されている。任意に、前記コポリマー分散液は、さらに澱粉を含有していてよい。
また、米国特許第2009/170978号明細書には、そのコポリマーがカルボン酸基を含む少なくとも1つのモノマー5〜40質量%を重合導入した形で含有する水性コポリマー分散液および多糖類、植物タンパク、リグニンおよび/またはリグニンスルホネートを含む群から選択された、天然の結合剤成分を含む、繊維フリースのための水性結合剤系が開示されている。
公知技術水準の結合剤系の欠点は、当該結合剤系が粒状基体および/または繊維状基体から成形体を製造する際に、殊に当該成形体の機械的性質に関連して必ずしも常に完全に満足させることができないことである。
従って、本発明の課題は、公知技術水準の水性結合剤組成物の欠点を克服しかつ室温での改善された交叉引裂力および/または高められた温度での減少された伸びを有する成形体を入手可能にしうる水性結合剤組成物を提供することであった。
この課題は、冒頭に記載された水性結合剤組成物によって解決された。
前記水性結合剤組成物の基本的な成分は、
酸基を含む、少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマー(モノマーA)0.1質量%以上および2.5質量%以下、
少なくとも1つのエチレン性不飽和カルボン酸ニトリルまたはエチレン性不飽和カルボン酸ジニトリル(モノマーB)0質量%以上および4.0質量%以下、
少なくとも2個の非共役エチレン性不飽和基を有する、架橋作用を有する少なくとも1つのモノマー(モノマーC)0質量%以上および2.0質量%以下、
少なくとも1つのα,β−モノエチレン性不飽和のC3〜C6モノカルボン酸アミドまたはC3〜C6ジカルボン酸アミド(モノマーD)0質量%以上および10質量%以下、
少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマーであって、そのホモポリマーが30℃以下のガラス転移温度を有しかつモノマーA〜Dとは異なるモノマー(モノマーE)25質量%以上および69.9質量%以下および
少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマーであって、そのホモポリマーが50℃以上のガラス転移温度を有しかつモノマーA〜Dとは異なるモノマー(モノマーF)30質量%以上および70質量%以下
から重合導入した形で構成されているポリマーPである。
モノマーAとして、少なくとも1個の酸基[プロトン供与体]、例えばスルホン酸基、ホスホン酸基またはカルボン酸基を有する、全てのエチレン性不飽和化合物、例えばビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、ビニルホスホン酸、アリルホスホン酸、スチレンホスホン酸および2−アクリルアミド−2−メチルプロパンホスホン酸がこれに該当する。しかし、好ましくは、モノマーAは、α,β−モノエチレン性不飽和の、殊にC3〜C6、有利にC3またはC4のモノカルボン酸またはジカルボン酸、例えばアクリル酸、メタクリル酸、エチルアクリル酸、イタコン酸、アリル酢酸、クロトン酸、ビニル酢酸、フマル酸、マレイン酸、2−メチルマレイン酸である。しかし、モノマーAは、相応するα,β−モノエチレン性不飽和ジカルボン酸の無水物、例えば無水マレイン酸または2−メチルマレイン酸無水物も含む。好ましくは、モノマーAは、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、2−メチルマレイン酸およびイタコン酸を含む群から選択されており、その際にアクリル酸、メタクリル酸および/またはイタコン酸が特に好ましい。勿論、モノマーAは、前記酸の、完全に中和された水溶性塩または部分中和された水溶性塩、殊にアルカリ金属塩またはアンモニウム塩も含む。
ポリマーP中に重合導入したモノマーAの量は、0.1質量%以上および2.5質量%以下、有利に0.5質量%以上および2.0質量%以下、殊に有利に1.0質量%以上および2.0質量%以下である。
モノマーBとして、少なくとも1個のニトリル基を有する、全てのエチレン性不飽和化合物がこれに該当する。しかし、好ましくは、モノマーBは、前記α,β−モノエチレン性不飽和の、殊にC3〜C6の、有利にC3またはC4のモノカルボン酸またはジカルボン酸に由来するニトリル、例えばアクリルニトリル、メタクリルニトリル、マレイン酸ジニトリルおよび/またはフマル酸ジニトリルであり、その際にアクリルニトリルおよび/またはメタクリルニトリルが特に好ましい。
ポリマーP中に重合導入したモノマーBの量は、好ましい実施態様において、0質量%以上および4.0質量%以下、有利に0質量%以上および2.0質量%以下、殊に有利に0質量%以上および1.0質量%以下である。さらなる実施態様において、ポリマーP中に重合導入したモノマーBの量は、0.5質量%以上および3.0質量%以下、有利に1.0質量%以上および2.5質量%以下である。
モノマーCとして、少なくとも2個の非共役エチレン性不飽和基を有する、全ての化合物がこれに該当する。このための例は、2個のビニル基を有するモノマー、2個のビニリデン基を有するモノマーならびに2個のアルケニル基を有するモノマーである。その際に、二価アルコールとα,β−モノエチレン性不飽和モノカルボン酸とのジエステルは、特に好ましく、このα,β−モノエチレン性不飽和モノカルボン酸の中でアクリル酸およびメタクリル酸が好ましい。この種の2個の非共役エチレン性不飽和二重結合を有するモノマーの例は、アルキレングリコールジアクリレートおよびアルキレングリコールジメタクリレート、例えばエチレングリコールジアクリレート、1,2−プロピレングリコールジアクリレート、1,3−プロピレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブチレングリコールジアクリレートおよびエチレングリコールジメタクリレート、1,2−プロピレングリコールジメタクリレート、1,3−プロピレングリコールジメタクリレート、1,3−ブチレングリコールジメタクリレート、1,4−ブチレングリコールジメタクリレート、三価アルコールとα,β−モノエチレン性不飽和モノカルボン酸とのトリエステル、例えばグリセリントリアクリレート、グリセリントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンメタクリレート、ならびにジビニルベンゼン、ビニルメタクリレート、ビニルアクリレート、アリルメタクリレート、アリルアクリレート、ジアリルマレエート、ジアリルフマレート、メチレンビスアクリルアミド、シクロペンタジエニルアクリレート、トリアリルシアヌレートまたはトリアリルイソシアヌレートである。殊に、1,4−ブチレングリコールジアクリレート、アリルメタクリレートおよび/またはジビニルベンゼンが好ましい。
ポリマーP中に重合導入したモノマーCの量は、0質量%以上および2.0質量%以下、有利に0.1質量%以上および1.5質量%以下、殊に有利に0.3質量%以上および1.2質量%以下である。
モノマーDとして、全てのα,β−モノエチレン性不飽和C3〜C6モノカルボン酸またはα,β−モノエチレン性不飽和C3〜C6ジカルボン酸がこれに該当する。同様に、モノマーDには、カルボン酸アミド基がアルキルまたはメチロール基で置換されている前記化合物が含まれる。モノマーDの例は、α,β−モノエチレン性不飽和のC3〜C6、有利にC3またはC4のモノカルボン酸またはジカルボン酸のアミドまたはジアミド、例えばアクリルアミド、メタクリルアミド、エチルアクリル酸アミド、イタコン酸モノアミドまたはイタコン酸ジアミド、アリル酢酸アミド、クロトン酸モノアミドまたはクロトン酸ジアミド、ビニル酢酸アミド、フマル酸モノアミドまたはフマル酸ジアミド、マレイン酸モノアミドまたはマレイン酸ジアミドならびに2−メチルマレイン酸モノアミドまたは2−メチルマレイン酸ジアミドである。それらのカルボン酸アミド基がアルキル基またはメチロール基で置換されている、α,β−モノエチレン性不飽和C3〜C6モノカルボン酸またはα,β−モノエチレン性不飽和C3〜C6ジカルボン酸の例は、N−アルキルアクリルアミドおよびN−アルキルメタクリルアミド、例えばN−t−ブチルアクリルアミドおよびN−t−ブチルメタクリルアミド、N−メチルアクリルアミドおよびN−メチルメタクリルアミドならびに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である。好ましいモノマーDは、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミドおよび/またはN−メチロールメタクリルアミドであり、その際にメチロールアクリルアミドおよび/またはN−メチロールメタクリルアミドは、殊に好ましい。
ポリマーP中に任意に重合導入したモノマーDの量は、好ましい実施態様において、0質量%以上および10質量%以下、有利に0質量%以上および4.0質量%以下、殊に有利に0質量%である。別の好ましい実施態様において、ポリマーP中に重合導入したモノマーDの量は、0.1質量%以上および5.0質量%以下、有利に0.5質量%以上および3.0質量%以下、特に有利に1.0質量%以上および2.5質量%以下である。
モノマーEとして、そのホモポリマーが30℃以下のガラス転移温度を有しかつモノマーA〜Dとは異なる、全てのエチレン性不飽和モノマーがこれに該当する。適当なモノマーEは、例えば共役脂肪族C4〜C9ジエン化合物、ビニルアルコールとC1〜C10モノカルボン酸とからなるエステル、C1〜C10アルキルアクリレート、C5〜C10アルキルメタクリレート、C5〜C10シクロアルキルアクリレートおよびC5〜C10シクロアルキルメタクリレート、C1〜C10ジアルキルマレエートおよび/またはC1〜C10ジアルキルフマレート、C3〜C10アルカノールのビニルエーテル、分枝鎖状C3〜C10オレフィンおよび非分枝鎖状C3〜C10オレフィンである。好ましくは、そのホモポリマーが0℃未満のTg値を有するモノマーEが使用される。殊に好ましくは、モノマーEとして、ビニルアセテート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、s−ブチルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ジ−n−ブチルマレエート、ジ−n−ブチルフマレートが使用され、その際に2−エチルヘキシルアクリレート、n−ブチルアクリレート、1,4−ブタジエンおよび/またはエチルアクリレートが殊に好ましい。
ポリマーP中に重合導入したモノマーEの量は、25質量%以上および69.9質量%以下、有利に30質量%以上および60質量%以下、殊に有利に30質量%以上および50質量%以下である。
モノマーFとして、それらのホモポリマーが50℃以上のガラス転移温度を有しかつモノマーA〜Dとは異なる、全てのエチレン性不飽和モノマーがこれに該当する。適当なモノマーFは、例えばビニル芳香族モノマーおよびC1〜C4アルキルメタクリレートである。ビニル芳香族モノマーとは、殊に、フェニル核が任意に1、2または3個のC1〜C4アルキル基、ハロゲン、殊に臭素もしくは塩素および/またはメトキシ基によって置換されている、スチレンまたはα−メチルスチレンの誘導体であると解釈される。そのホモポリマーが80℃以上のガラス転移温度を有するモノマーが好ましい。特に好ましいモノマーは、スチレン、α−メチルスチレン、o−ビニルトルエンもしくはp−ビニルトルエン、p−アセトキシスチレン、p−ブロムスチレン、p−t−ブチルスチレン、o−クロロスチレン、m−クロロスチレンもしくはp−クロロスチレン、メチルメタクリレート、t−ブチルアクリレート、t−ブチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、n−ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレートであるが、しかし、例えばt−ブチルビニルエーテルまたはシクロヘキシルビニルエーテルでもあり、しかしながら、その際にメチルメタクリレート、スチレンおよび/またはt−ブチルメタクリレートが殊に好ましい。
ポリマーP中に重合導入したモノマーFの量は、30質量%以上および70質量%以下、有利に40質量%以上および70質量%以下、殊に有利に40質量%以上および60質量%以下である。
ガラス転移温度の限界値は、ガラス転移温度Tgを指しており、これは、G.Kanig(Kolloid−Zeitschrift & Zeitschrift fuer Polymere,第190巻,第1頁,方程式1)によれば、分子量が増加すると、増大する。Tgは、DSC法により算出される(示差走査熱量測定(Differential Scanning Calorimetry),20 K/分,中点値測定,DIN 53765)。たいていのモノマーのホモポリマーに対するTg値は、公知であり、かつ例えばUllmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,VCH Weinheim,1992,第5巻,Vol.A21,第169頁に記載されており;ホモポリマーのガラス転移温度に対するさらなる出所は、例えばJ.Brandrup,E.H.Immergut,Polymer Handbook,初版,J.Wiley,New York 1966,第2版,J.Wiley,New York 1975および第3版,J.Wiley,New York 1989である。
1〜C10アルキル基とは、前記刊行物の範囲内で、1〜10個の炭素原子を有する直鎖状または分枝鎖状のアルキル基、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、s−ブチル、イソブチル、t−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、t−ペンチル、n−ヘキシル、2−エチルヘキシル、n−ノニルまたはn−デシルであると解釈されるべきである。C5〜C10シクロアルキル基とは、特に、任意に1、2または3個のC1〜C4アルキル基によって置換されていてよいシクロペンチル基またはシクロヘキシル基であると解釈することができる。
有利には、前記水性結合剤組成物は、その少なくとも1つのモノマーEが共役脂肪族C4〜C9ジエン化合物、ビニルアルコールとC1〜C10モノカルボン酸とからなるエステル、C1〜C10アルキルアクリレート、C5〜C10アルキルメタクリレート、C5〜C10シクロアルキルアクリレートおよびC5〜C10シクロアルキルメタクリレート、C1〜C10ジアルキルマレエートおよび/またはC1〜C10ジアルキルフマレートを含む群から選択されており、かつその少なくとも1つのモノマーFがビニル芳香族モノマーおよび/またはC1〜C4アルキルメタクリレートを含む群から選択されている、ポリマーPを有する。
同様に、有利には、前記水性結合剤組成物は、少なくとも1つのモノマーCを重合導入した形で0.1質量%以上および1.5質量%以下含有するポリマーPを有する。
好ましい実施態様において、前記水性結合剤組成物は、
少なくとも1つのモノマーA 0.5質量%以上および2.0質量%以下、
少なくとも1つのモノマーC 0.1質量%以上および1.5質量%以下、
少なくとも1つのモノマーD 0質量%以上および4.0質量%以下、
少なくとも1つのモノマーE 30質量%以上および60質量%以下、および
少なくとも1つのモノマーF 40質量%以上および70質量%以下
から重合導入した形で構成されているポリマーPを含有する。
特に好ましい実施態様において、前記水性結合剤組成物は、
アクリル酸、メタクリル酸および/またはイタコン酸 1.0質量%以上および2.0質量%以下、
ブタンジオールジアクリレート、アリルメタクリレートおよび/またはジビニルベンゼン 0.3質量%以上および1.2質量%以下、
アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミドおよび/またはN−メチロールメタクリルアミド 0質量%以上および4.0質量%以下、
2−エチルヘキシルアクリレート、n−ブチルアクリレート、1,4−ブタジエンおよび/またはエチルアクリレート 30質量%以上および50質量%以下、
メチルメタクリレート、スチレンおよび/またはt−ブチルメタクリレート 40質量%以上および60質量%以下
から重合導入した形で構成されているポリマーPを含有する。
ポリマーPの製造は、当業者に原理的によく知られており、かつ例えばモノマーA〜Fのラジカル重合によって、塊状重合、乳化重合、溶液重合、沈澱重合または懸濁重合の方法により行なわれるが、しかし、その際にラジカル的に開始される水性乳化重合が殊に好ましい。従って、本発明によれば、好ましくは、ポリマーPは、水性媒体中で分散され、すなわち水性ポリマー分散液の形で使用される。
水性媒体中でのエチレン性不飽和モノマーのラジカル的に開始される乳化重合の実施は、さまざまに先に記述されており、したがって当業者に十分に公知である[これについては、Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,Vol.8,第659頁以降(1987)中の乳化重合;D.C.Blackley,High Polymer Latices,Vol.1,第35頁以降(1966)中の乳化重合;H.Warson,The Applications of Synthetic Resin Emulsions,第5章,第246頁以降(1972);D.Diederich,Chemie in unserer Zeit 24,第135〜142頁(1990);Emulsion Polymerisation,Interscience Publishers社刊,New York(1965);ドイツ連邦共和国特許出願公開第4003422号明細書およびDispersionen synthetischer Hochpolymerer,F.Hoelscher,Springer−Verlag社刊,Berlin(1969)を参照のこと]。ラジカル的に開始される水性乳化重合は、通常、エチレン性不飽和モノマーを、たいてい分散助剤、例えば乳化剤および/または保護コロイドの共用下に、水性媒体中で分散して分配し、かつ少なくとも1つの水溶性ラジカル重合開始剤を用いて重合させるように行なわれる。しばしば、得られた水性ポリマー分散液の場合、未反応のエチレン性不飽和モノマーの残留含量は、当業者に同様に公知の化学的方法および/または物理的方法[例えば、欧州特許出願公開第771328号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19624299号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19621027号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19741184号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19741187号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19805122号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19828183号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19839199号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19840586号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公開第19847115号明細書を参照のこと]によって減少され、ポリマー固体含量は、希釈または濃縮によって所望の値に調節されるか、または水性ポリマー分散液には、さらなる通常の添加剤、例えば殺菌剤作用を有するか、発泡作用を有するか、または粘度変性作用を有する添加剤が添加される。ポリマーPの水性分散液の製造は、単に前記モノマーA〜Fの特別な使用によって前記の一般的な方法の形式とは異なる。その際に、ポリマーPの製造のために、本明細書の範囲内で当業者によく知られたシード運転形式、段階的運転形式および勾配的運転形式も一緒に含むことは、当然のことである。
従って、本発明によれば、水性結合剤組成物の製造のために、好ましくは、
少なくとも1つのモノマーA 0.1質量%以上および2.5質量%以下、
少なくとも1つのモノマーB 0質量%以上および4.0質量%以下、
少なくとも1つのモノマーC 0質量%以上および2.0質量%以下、
少なくとも1つのモノマーD 0質量%以上および10質量%以下、
少なくとも1つのモノマーE 25質量%以上および69.6質量%以下、および
少なくとも1つのモノマーF 30質量%以上および70質量%以下、
有利に、
少なくとも1つのモノマーA 0.5質量%以上および2.0質量%以下、
少なくとも1つのモノマーC 0.1質量%以上および1.5質量%以下、
少なくとも1つのモノマーD 0質量%以上および4.0質量%以下、
少なくとも1つのモノマーE 30質量%以上および60質量%以下、
少なくとも1つのモノマーF 40質量%以上および70質量%以下、
特に有利に
アクリル酸、メタクリル酸および/またはイタコン酸 1.0質量%以上および2.0質量%以下、
ブタンジオール、アリルメタクリレートおよび/またはジビニルベンゼン 0.3質量%以上および1.2質量%以下、
アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミドおよび/またはN−メチロールメタクリルアミド 0質量%以上および4.0質量%以下、
2−エチルヘキシルアクリレート、n−ブチルアクリレート、1,4−ブタジエンおよび/またはエチルアクリレート 30質量%以上および50質量%以下、
メチルメタクリレート、スチレンおよび/またはt−ブチルメタクリレート 40質量%および60質量%
から重合導入した形で構成されているポリマーPの水性分散液が使用される。
本発明により使用されるポリマーPを水性ポリマー分散液の形で製造するために、モノマーA〜Fの全体量は、水性反応媒体中に重合反応の開始前に予め装入されうる。しかし、任意に単にモノマーA〜Fの部分量を重合反応の開始前に水性反応媒体中に予め装入し、次に重合の開始後に重合条件下でラジカル乳化重合中に全体量または任意に残留する残存量を使用に応じて、連続的に不変の流量または変化する流量で添加するかまたは非連続的に添加することも可能である。その際に、モノマーA〜Fの計量供給は、別々の個別流として、不均一もしくは均一な(部分)混合物として、またはモノマーの乳濁液として行なうことができる。有利に、モノマーA〜Fは、モノマー混合物の形で、殊に水性モノマー乳濁液の形で計量供給される。
本発明により使用されるポリマーPを水性ポリマー分散液の形で製造するために、モノマー小液滴ならびに形成されたポリマー粒子を水性媒体中に分散して分配して保持し、こうして製造された水性ポリマー分散液の安定性を保証する分散助剤が共用される。分散助剤として、ラジカル水性乳化重合の実施のために一般に使用される保護コロイドならびに乳化剤がこれに該当する。
適当な保護コロイドは、例えばポリビニルアルコール、ポリアルキレングリコール、ポリアクリル酸およびポリメタクリル酸のアルカリ金属塩、ゼラチン誘導体またはアクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸および/または4−スチレンスルホン酸を含むコポリマーおよびこれらのアルカリ金属塩であるが、しかし、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルカルバゾール、1−ビニルイミダゾール、2−ビニルイミダゾール、2−ビニルピロリドン、4−ビニルピリジン、アクリルアミド、メタクリルアミド、アミノ基を有するアクリレート、メタクリレート、アクリルアミドおよび/またはメタクリル酸アミドを含むホモポリマーおよびコポリマーである。さらなる適当な保護コロイドの詳細な記載は、Houben−Weyl,Methoden der organischen Chemie,第XIV/1巻,高分子物質(Makromolekulare Stoffe),Georg−Thieme−Verlag,Stuttgart,1961,第411〜420頁中に見出せる。
勿論、保護コロイドおよび/または乳化剤からなる混合物が使用されてもよい。しばしば、分散剤として、専ら、その相対分子量が保護コロイドとは異なり、通常1000未満である乳化剤が使用される。この乳化剤は、アニオン性、カチオン性または非イオン性の性質であってよい。勿論、界面活性剤の混合物を使用する場合には、個々の成分は、互いに相容性でなければならず、このことが疑わしい場合には、簡単な予備試験を手掛かりに検査することができる。一般に、アニオン性乳化剤は、互いに相容性であり、かつ非イオン性乳化剤と相容性である。同様のことは、カチオン性乳化剤にも当てはまり、一方で、アニオン性乳化剤とカチオン性乳化剤とは、たいてい互いに相容性ではない。適当な乳化剤の概要は、Houben−Weyl,Methoden der organischen Chemie,第XIV/1巻,高分子物質(Makromolekulare Stoffe),Georg−Thieme−Verlag,Stuttgart,1961,第192〜208頁中に見出せる。
しかし、分散助剤として、殊に乳化剤が使用される。
慣用の非イオン性乳化剤は、例えばエトキシル化モノアルキルフェノール、エトキシル化ジアルキルフェノールおよびエトキシル化トリアルキルフェノール(EO度:3〜50;アルキル基:C4〜C12)ならびにエトキシル化脂肪アルコール(EO度:3〜80;アルキル基:C8〜C36)である。このための例は、BASF SE社のLutensol(登録商標)Aマーク(C1214−脂肪アルコールエトキシラート、EO度:3〜8)、Lutensol(登録商標)AOマーク(C1315オキソアルコールエトキシラート、EO度:3〜30)、Lutensol(登録商標)ATマーク(C1618脂肪アルコールエトキシラート、EO度:11〜80)、Lutensol(登録商標)ONマーク(C10オキソアルコールエトキシラート、EO度:3〜11)およびLutensol(登録商標)TOマーク(C13オキシアルコールエトキシラート、EO度:3〜20)である。
普通のアニオン性乳化剤は、例えばアルキルスルフェート(アルキル基:C8〜C12)、エトキシル化アルカノールの硫酸半エステル(EO度:4〜30、アルキル基:C12〜C18)およびエトキシル化アルキルフェノールの硫酸半エステル(EO度:3〜50,アルキル基:C4〜C12)、アルキルスルホン酸(アルキル基:C12〜C18)およびアルキルアリールスルホン酸(アルキル基:C9〜C18)のアルカリ金属塩およびアンモニウム塩である。
更に、さらなるアニオン性乳化剤として、一般式(I)
Figure 2014511417
〔式中、R1およびR2は、H原子またはC4〜C24アルキルを表わし、かつ同時にH原子ではなく、M1およびM2は、アルカリ金属イオンおよび/またはアンモニウムイオンであってよい〕の化合物が適していることが証明された。一般式(I)において、R1およびR2は、有利に6〜18個のC原子、殊に6、12および16個のC原子を有する直鎖状または分枝鎖状のアルキル基または水素であり、その際にR1とR2とは、双方とも同時にはH原子ではない。M1およびM2は、有利にナトリウム、カリウムまたはアンモニウムであり、その際にナトリウムが特に好ましい。M1およびM2がナトリウムであり、R1が12個のC原子を有する分枝鎖状アルキル基であり、かつR2がH原子またはR1である化合物(I)は、特に好ましい。しばしば、モノアルキル化製品、例えばDowfax(登録商標)2A1(Dow Chemical Company社の商標)50〜90質量%の割合を有する工業用混合物が使用される。前記化合物(I)は、例えば米国特許第4269749号明細書から一般に公知であり、かつ市場で入手可能である。
適当なカチオン活性の乳化剤は、たいていC6〜C18アルキル基、C6〜C18アルキルアリール基またはヘテロ環式基を有する、第一級アンモニウム塩、第二級アンモニウム塩または第三級アンモニウム塩、アルカノールアンモニウム塩、ピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、オキサゾリニウム塩、モルホリニウム塩、チアゾリニウム塩ならびにアミンオキシドの塩、キノリニウム塩、イソキノリニウム塩、トロピリウム塩、スルホニウム塩およびホスホニウム塩である。例示的に、ドデシルアンモニウムアセテートまたは相応する硫酸塩、様々な2−(N,N,N−トリメチルアンモニウム)エチルパラフィン酸エステル、N−セチルピリジニウムスルフェート、N−ラウリルピリジニウムスルフェートならびにN−セチル−N,N,N−トリメチルアンモニウムスルフェート、N−ドデシル−N,N,N−トリメチルアンモニウムスルフェート、N−オクチル−N,N,N−トリメチルアンモニウムスルフェート、N,N−ジステアリル−N,N−ジメチルアンモニウムスルフェートならびにジェミニ型界面活性剤N,N’−(ラウリルジメチル)エチレンジアミンジスルフェート、エトキシル化獣脂アルキル−N−メチルアンモニウムスルフェートおよびエトキシル化オレイルアミン(例えば、BASF SE社のUniperol(登録商標)AC、約11個のエチレンオキシド単位)が挙げられる。数多くのさらなる例は、H.Staeche,Tensid−Taschenbuch,Carl−Hanser−Verlag社刊,Muenchen,Wien,1981およびMcCutcheon’s,Emulsifiers & Detergents,MC Publishing Company,Glen Rock,1989中に見出せる。アニオン性の対向基、例えばペルクロレート、スルフェート、ホスフェート、ニトレートおよびカルボキシレート、例えばアセテート、トリフルオロアセテート、トリクロロアセテート、プロピオネート、オキサレート、シトレート、ベンゾエート、ならびに有機スルホン酸、例えばメチルスルホネート、トリフルオロメチルスルホネートおよびパラトルエンスルホネート、さらにテトラフルオロボレート、テトラフェニルボレート、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、テトラキス[ビス(3,5−トリフルオロメチル)フェニル]ボレート、ヘキサフルオロホスフェート、ヘキサフルオロアルセネートまたはヘキサフルオロアンチモネートの共役アニオンが可能な限り僅かに求核性であることは、好ましい。
分散助剤として有利に使用される乳化剤は、好ましくは、それぞれモノマーA〜Fの全体量(全モノマー量)に対して、0.005質量%以上および10質量%以下、特に0.01質量%以上および5質量%以下、殊に0.1質量%以上および3質量%以下の全体量で使用される。
分散助剤としてさらに使用されるかまたは乳化剤の代わりに使用される保護コロイドの全体量は、それぞれ全モノマー量に対して、しばしば0.1質量%以上および40質量%以下、頻繁に0.2質量%以上および25質量%以下である。
しかし、有利にアニオン性乳化剤および/または非イオン性乳化剤、殊に有利にアニオン性乳化剤が分散助剤として使用される。
本発明により使用されるポリマーPをその水性ポリマー分散液の形で製造するために、分散助剤の全体量は、水性反応媒体中で重合反応の開始前に予め装入されてよい。しかし、任意に単に分散助剤の部分量を重合反応の開始前に水性反応媒体中に予め装入し、次に重合条件下でラジカル乳化重合中に分散助剤の全体量または任意に残留する残存量を連続的または非連続的に添加することも可能である。好ましくは、前記分散助剤の主要量または全体量は、水性モノマー乳濁液の形で添加される。
ラジカル的に開始される水性乳化重合は、ラジカル重合開始剤(ラジカル開始剤)を用いて開始される。これは、原理的に過酸化物ならびにアゾ化合物であることができる。勿論、酸化還元開始剤系もこれに該当する。過酸化物として、原理的に無機過酸化物、例えば過酸化水素またはペルオキソ二硫酸塩、例えばペルオキソ二硫酸のモノアルカリ金属塩もしくはジアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、例えばペルオキソ二硫酸のモノナトリウム塩およびジナトリウム塩、モノカリウム塩およびジカリウム塩またはアンモニウム塩、または有機過酸化物、例えばアルキルヒドロペルオキシド、例えばt−ブチルヒドロペルオキシド、p−メンチルペルオキシドまたはクミルヒドロペルオキシド、ならびにジアルキルペルオキシドまたはジアリールペルオキシド、例えばジ−t−ブチルペルオキシドまたはジ−クミルペルオキシドが使用されてよい。アゾ化合物として、基本的に2,2−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)および2,2−アゾビス(アミジノプロピル)二塩酸塩(AIBA、Wako Chemicals社のV−50に相当する)が使用される。酸化還元開始剤系に対する酸化剤として、基本的に上記の過酸化物がこれに該当する。相応する還元剤として、より低い酸化数を有する硫黄化合物、例えばアルカリ金属亜硫酸塩、例えば亜硫酸カリウムおよび/または亜硫酸ナトリウム、アルカリ金属亜硫酸水素塩、例えば亜硫酸水素カリウムおよび/または亜硫酸水素ナトリウム、アルカリ金属メタ亜硫酸水素塩、例えばメタ亜硫酸水素カリウムおよび/またはメタ亜硫酸水素ナトリウム、ホルムアルデヒドスルホキシレート、例えばカリウムホルムアルデヒドスルホキシレートおよび/またはナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート、アルカリ金属塩、特に脂肪族スルフィン酸のカリウム塩および/またはナトリウム塩およびアルカリ金属ハイドロジェンスルフィド、例えば硫化水素カリウムおよび/または硫化水素ナトリウム、多価金属の塩、例えば硫酸鉄(II)、アンモニウム硫酸鉄(II)、燐酸鉄(II)、エンジオール、例えばジヒドロキシマレイン酸、ベンゾインおよび/またはアスコルビン酸ならびに還元性糖類、例えばソルボース、グルコース、フラクトースおよび/またはジヒドロキシアセトンが使用されてよい。たいてい、使用されるラジカル開始剤の量は、全モノマー量に対して、0.01〜5質量%、有利に0.1〜3質量%、殊に有利に0.2〜1.5質量%である。
本発明により使用されるポリマーPをその水性ポリマー分散液の形で製造するために、ラジカル開始剤の全体量は、重合反応の開始前に水性反応媒体中に予め装入されてよい。しかし、任意に単にラジカル開始剤の部分量を重合反応の開始前に水性反応媒体中に予め装入し、次に重合条件下でラジカル乳化重合中に全体量または任意に残留する残存量を使用に応じて、連続的に添加するかまたは非連続的に添加することも可能である。
重合反応の開始とは、ラジカル開始剤のラジカル形成後の、重合容器中に予め存在するモノマーの重合反応の開始であると解釈される。その際に、重合反応の開始は、ラジカル開始剤を水性重合混合物へ添加することによって、重合容器中で重合条件下で行なうことができる。しかし、ラジカル開始剤の部分量または全体量を、予め装入されたモノマーを含む水性重合混合物に重合容器中で、重合反応の開始には不適当であるという条件下で、例えばより低い温度で添加し、その後に水性重合混合物中で重合条件を調節することも可能である。その際に、重合条件下とは、一般に、ラジカル的に開始される水性乳化重合が十分な重合速度で開始される温度および圧力であると解釈することができる。前記重合条件は、殊に使用されるラジカル開始剤に依存する。好ましくは、ラジカル開始剤の種類および量、重合温度および重合圧力は、ラジカル開始剤が3時間未満、殊に有利に1時間未満、殊に有利に30分未満の半減時間を有し、その際に重合反応を開始しかつ維持するために、常に十分な出発ラジカルを自由に使用できるように選択される。
ラジカル水性乳化重合のための反応温度として、0〜170℃の全範囲がこれに該当する。その際に、たいてい、50〜120℃、有利に60〜110°、殊に有利に70〜100℃の温度が使用される。ラジカル水性乳化重合は、1atm[1013バール(絶対圧力)、大気圧]未満の圧力、1atm[1013バール(絶対圧力)、大気圧]と等しい圧力または1atm[1013バール(絶対圧力)、大気圧]超の圧力で実施され、その結果、重合温度は、100℃を上回り、かつ170℃までになりうる。低い沸点を有するモノマーA〜Fが存在する場合、乳化重合は、特に高められた圧力の下で実施される。その際に、圧力は、1.2、1.5、2、5、10、15バール(絶対圧力)またはさらにより高い値を取ることができる。乳化重合を低圧の下で実施する場合には、圧力は、950ミリバール、しばしば900ミリバール、頻繁に850ミリバール(絶対圧力)に調節される。好ましくは、ラジカル水性乳化重合は、1atmで酸素の遮断下で、殊に不活性ガス雰囲気下で、例えば窒素またはアルゴンの下で実施される。
水性反応媒体は、原理的に二次的量(5質量%未満)で水溶性有機溶剤、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノールを含んでいてもよいが、しかし、アセトン等を含んでいてもよい。しかし、好ましくは、本発明による方法は、このような溶剤の不在下で実施される。
前記成分の他に、重合によって入手可能なポリマーPの分子量を減少させるかまたは制御するために、乳化重合中に任意にラジカル連鎖移動する化合物が使用されてよい。その際に、基本的に脂肪族ハロゲン化合物および/または芳香脂肪族ハロゲン化合物、例えば塩化n−ブチル、臭化n−ブチル、ヨウ化n−ブチル、塩化メチレン、二塩化エチレン、クロロホルム、ブロモホルム、ブロモトリクロロメタン、ジブロモジクロロメタン、四塩化炭素、四臭化炭素、塩化ベンジル、臭化ベンジル、有機チオ化合物、例えば第一級脂肪族チオール、第二級脂肪族チオールもしくは第三級脂肪族チオール、例えばエタンチオール、n−プロパンチオール、2−プロパンチオール、n−ブタンチオール、2−ブタンチオール、2−メチル−2−プロパンチオール、n−ペンタンチオール、3−ペンタンチオール、2−メチル−2−ブタンチオール、3−メチル−2−ブタンチオール、n−ヘキサンチオール、2−ヘキサンチオール、3−ヘキサンチオール、2−メチル−2−ペンタンチオール、3−メチル−2−ペンタンチオール、4−メチル−2−ペンタンチオール、2−メチル−3−ペンタンチオール、3−メチル−3−ペンタンチオール、2−エチルブタンチオール、2−エチル−2−ブタンチオール、n−ヘプタンチオールおよびその異性体化合物、n−オクタンチオールおよびその異性体化合物、n−ノナンチオールおよびその異性体化合物、n−デカンチオールおよびその異性体化合物、n−ウンデカンチオールおよびその異性体化合物、n−ドデカンチオールおよびその異性体化合物、n−トリデカンチオールおよびその異性体化合物、置換チオール、例えば2−ヒドロキシエタンチオール、芳香族チオール、例えばベンゾールチオール、オルト−メチルベンゾールチオール、メタ−メチルベンゾールチオールまたはパラ−メチルベンゾールチオール、ならびにPolymerhandbook 第3版,1989,J.BrandrupおよびE.H.Immergut,John Wiley & Sons,第II段落,第133〜141頁に記載された、全てのさらなる硫黄化合物、しかし、また、脂肪族アルデヒドおよび/または芳香族アルデヒド、例えばアセトアルデヒド、プロピオンアルデヒドおよび/またはベンズアルデヒド、不飽和脂肪酸、例えばオレイン酸、非共役二重結合を有するジエン、例えばジビニルメタンもしくはビニルシクロヘキサンまたは簡単に抽出可能な水素原子を有する炭化水素、例えばトルエンが使用される。しかし、妨害しない前記のラジカル連鎖移動する化合物の混合物を使用することも可能である。
乳化重合中に任意に使用される、ラジカル連鎖移動する化合物の全体量は、全モノマー量に対して、たいてい5質量%以下、しばしば3質量%以下、頻繁に1質量%以下である。
任意に使用される、ラジカル連鎖移動する化合物がラジカル重合の開始前に水性反応媒体に供給されることは、好ましい。更に、ラジカル連鎖移動する化合物の部分量または全体量は、好ましくはモノマーA〜Fと一緒に重合前に水性反応媒体に供給されてよい。
乳化重合によって入手可能なポリマーPは、原理的に−70℃以上および150℃以下の範囲内のガラス転移温度Tgを有することができる。好ましくは、モノマーA、B、D、EおよびFは、単にこれらのモノマーから製造されたポリマーが−10℃以上および70℃以下の範囲内、有利に5℃以上および50℃以下の範囲内、殊に有利に5℃以上および35℃以下の範囲内のガラス転移温度Tgを有するように種類および量の点で選択される。ガラス転移温度Tgとは、本明細書中の範囲内で、示差走査熱量測定(DSC)によって算出した、ASTM D 3418−82による中点値の温度であると解釈される[Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,第169頁,Verlag Chemie社刊,Weinheim,1992およびZosel,Farbe und Lack,82,第125〜134頁,1976も参照のこと]。
フォックス(Fox)(T.G.Fox,Bull.Am.Phys.Soc.1956[Ser.II]1,第123頁およびUllmann’s Encyclopaedie der technischen Chemie,第19巻,第18頁,第4版,Verlag Chemie,Weinheim,1980による)によれば、最大でも弱く架橋されたコポリマーのガラス転移温度には、次の適切な近似式が適用される:
1/Tg=x1/Tg1+x2/Tg2+...xn/Tgn
上記式中、x1、x2、...xnは、モノマー1、2、...nの質量分数を意味し、Tg1、Tg2、...Tgnは、それぞれモノマー1、2、...nの1つだけから構成されたポリマーの、ケルビン度でのガラス転移温度を意味する。たいてい、エチレン性不飽和モノマーの前記ホモポリマーのガラス転移温度は、公知であり(または、簡単に自体公知の方法で実験による算出されることができ)、かつ例えばJ.Brandrup,E.H.Immergut,Polymer Handbook,初版,J.Wiley,New York 1966,第2版,J.Wiley,New York 1975および第3版,J.Wiley,New York 1989、ならびにUllmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,第169頁,Verlag Chemie社刊,Weinheim,1992中に記載されている。
ラジカル的に開始される水性乳化重合がシードポリマーの存在下で、例えばそれぞれ全モノマー量に対して、シードポリマー0.01〜3質量%、しばしば0.02〜2質量%、頻繁に0.04〜1.5質量%の存在下で実施されうることは、基本的なことである。
シードポリマーは、殊に、ラジカル水性乳化重合により製造することができるポリマー粒子の粒度を意図的に調節する場合に使用される(このために、例えば米国特許第2520959号明細書Aおよび米国特許第3397165号明細書Aを参照のこと)。
殊に、そのシードポリマー粒子が狭い粒度分布および質量平均直径Dw100nm以下、しばしば5nm以上ないし50nm以下、頻繁に15nm以上ないし35nm以下を有するシードポリマーが使用される。質量平均粒径の測定は、当業者に公知であり、かつ例えば超遠心分析の方法により行なわれる。質量平均粒径とは、本明細書中で超遠心分析の方法により算出された、質量平均Dw50値であると解釈される(これについては、S.E.Harding et al.,Analytical Ultrazentrifugation in Biochemistry and Polymer Science,Royal Society of Chemistry,Cambridge,Great Britain 1992,第10章,Analysis of Polymer Dispersions with an Eight−Cell−AUC−Multiplexer:High Resolution Particle Size Distribution and Density Gradient Techniques,W.Maechtie,第147〜175頁を参照のこと)。
狭い粒度分布とは、本明細書の範囲内で、超遠心分析の方法により算出された質量平均粒径Dw50対数平均中止直径DN50の比[Dw50/DN50]が2.0未満、有利に1.5未満、殊に有利に1.2未満または1.1未満であることであると解釈される。
通常、シードポリマーは、水性ポリマー分散液の形で使用される。その際に、前記の量の記載は、水性シードポリマー分散液のポリマー固体割合に対するものである。
シードポリマーが使用される場合には、好ましくは、異質シードポリマーが使用される。実際の乳化重合の開始前に反応容器中で製造されかつたいてい次のラジカル的に開始される水性乳化重合によって製造されたポリマーと同じモノマー組成を有する、いわゆるインサイチュー(in−situ)でのシードポリマーとは異なり、異質シードポリマーとは、別の反応工程において製造されかつそのモノマー組成がラジカル的に開始された水性乳化重合によって製造されたポリマーとは異なるシードポリマーであると解釈されるが、しかし、このことは、異質シードポリマーの製造のために、および水性ポリマー分散液の製造のために、異なるモノマーまたは異なる組成を有するモノマー混合物が使用されることにほかならないことを意味する。異質シードポリマーの製造は、当業者によく知られており、通常、比較的少量のモノマーならびに比較的大量の乳化剤を反応容器中に予め装入し、かつ反応温度で十分な量の重合開始剤を添加するようにして行なわれる。
本発明によれば、好ましくは、50℃以上、しばしば60℃以上または70℃以上、頻繁に80℃以上または90℃以上のガラス転移温度を有する異質シードポリマーが使用される。殊に、ポリスチレンシードポリマーまたはポリメチルメタクリレートシードポリマーが好ましい。
全体量の異質シードポリマーは、重合容器中に予め装入されうる。しかし、単に部分量の異質シードポリマーを重合容器中に予め装入し、残留する残存量を重合中にモノマーA〜Fと一緒に添加することも可能である。しかし、必要な場合には、全シードポリマー量は、重合の経過中に添加されてもよい。特に、全体量の異質シードポリマーは、重合反応の開始前に重合容器中に予め装入される。
乳化重合によって入手可能な水性ポリマーP分散液は、通常、それぞれ水性ポリマー分散液に対して、10質量%以上および70質量%以下、しばしば20質量%以上および65質量%以下、頻繁に25質量%以上および60質量%以下のポリマー固体含量を有する。擬似弾性光散乱(ISO規格13321)により算出された数平均粒径(累積z平均)は、たいてい10nm以上および2000nm以下の範囲内、しばしば10nm以上および700nm以下の範囲内、頻繁に50nm以上〜400nm以下の範囲内にある。
勿論、水性ポリマーP分散液は、原理的にいわゆる二次ポリマー分散液の形で製造させることもできる(二次ポリマー分散液を原理的に製造するために、例えばEckersley et al.,Am.Chem.Soc.,Div.Polymer Chemistry,1977,38(2),第630,631、米国特許第3360599号明細書A、米国特許第3238173号明細書、米国特許第3726824号明細書A、米国特許第3734686号明細書Aまたは米国特許第6207756号明細書Aを参照のこと)。その際に、二次水性ポリマーP分散液は、たいてい、塊状重合または溶液重合の方法により製造されたポリマーPが適当な有機溶剤中に溶解され、水性ポリマー/溶剤(ミニ)エマルションの形成下に水性媒体中に分散されるようにして製造される。引続く溶剤分離は、相応する水性ポリマーP分散液を供給する。
それに応じて、本発明による水性結合剤組成物は、その数平均粒径が10nm以上および2000nm以下の範囲内、有利に10nm以上および700nm以下の範囲内、特に有利に50nm以上〜400nm以下の範囲内にある、ポリマーPの水性分散液を含む。
前記水性結合剤組成物の不可欠な成分は、少なくとも1つのポリマーPの他に少なくとも1つの糖類化合物Sである。
本明細書の範囲内で、糖類化合物Sとは、単糖類、オリゴ糖類、多糖類、糖アルコールならびに前記化合物の置換生成物および誘導体であると解釈される。
その際に、単糖類は、nが5、6、7、8または9を表わす、一般式Cn2nnの有機化合物である。前記単糖類は、ペントース、ヘキソース、ヘプトース、オクトースまたはノノースとも呼称され、その際に前記化合物は、アルデヒド基を有するアルドースに下位分類することができるか、またはケト基を有するケトースに下位分類することができる。相応して、前記単糖類は、アルドペントースもしくはケトペントース、アルドヘキソースもしくはケトヘキソース、アルドヘプトースもしくはケトヘプトース、アルドオクトースもしくはケトオクトースまたはアルドノノースもしくはケトノノースを含む。本発明によれば、好ましい単糖類化合物は、天然に存在するペントースおよびヘキソースであり、その際にグルコース、マンノース、ガラクトースおよび/またはキシロースが殊に好ましい。勿論、本発明によれば、全ての前記単糖類の全ての立体異性体も一緒に含む。
糖アルコールは、nが5、6、7、8または9の整数を表わす一般式Cn2n+2nを有する、前記のアルドペントースもしくはケトペントース、アルドヘキソースもしくはケトヘキソース、アルドヘプトースもしくはケトヘプトース、アルドオクトースもしくはケトオクトースまたはアルドノノースもしくはケトノノースの水素化生成物である。好ましい糖アルコールは、マンニトール、ラクチトール、ソルビトールおよび/またはキシリトールである。勿論、本発明によれば、全ての前記糖アルコールの全ての立体異性体も一緒に含む。
前記単糖類がヒドロキシ基およびアルデヒド基またはケト基から形成された、当該単糖類のヘミアセタールまたはヘミケタールの形で存在することは、公知であり、その際にたいてい5員または6員の環が形成される。ところで、1つの単糖類分子のヒドロキシ基(ヘミアセタールもしくはヘミケタールから、または炭素骨格から)を別の単糖類分子のヘミアセタール基またはヘミケタール基と水分離下およびアセタール基またはケタール基(このような結合は、グリコシド化合物とも呼称される)の形成下に反応させると、二糖類(一般的な総和式Cn2n-2n-1を有する)が得られる。更に、このような二糖類は、さらなる単糖類と水分離下に反応し、三糖類になる。単糖類とのさらなる反応によって、四糖類、五糖類、六糖類、七糖類、八糖類、九糖類または十糖類が得られる。少なくとも2個最大10個の単糖類構成単位からグリコシド化合物により構成されている化合物は、オリゴ糖類と呼称される。好ましいオリゴ糖類は、二糖類であり、その中でラクトース、マルトースおよび/またはサッカロースが特に好ましい。勿論、本発明によれば、全ての前記オリゴ糖類の全ての立体異性体も一緒に含む。
10個を上回る単糖類構成単位から構成されている糖類化合物は、本明細書の範囲内で多糖類化合物と呼称される。その際に、前記多糖類化合物は、単糖類(いわゆるホモグリカン)の構成単位または2つ以上の様々な単糖類(いわゆるヘテログリカン)の構成単位から構成されていてよい。本発明によれば、好ましくは、ホモグリカンが使用される。
ホモグリカンとは、澱粉であり、これは、殊に有利にα−D−グルコース単位から構成されている。澱粉は、多糖類のアミロース(α−1,4−グリコシド的に互いに結合されているD−グルコース単位)とアミロペクチン(α−1,4−グリコシド的に、およびさらに約4%がα−1,6−グリコシド的に互いに結合されているD−グルコース単位)とからなる。通常、天然に存在する澱粉は、アミロース約20〜30質量%およびアミロペクチン約70〜80質量%を含有する。しかし、植物種により変動する品種改良によって、アミロースとアミロペクチンとの割合は、変動してよい。澱粉として、全ての天然の澱粉、例えばトウモロコシ、コムギ、オートムギ、オオムギ、イネ、キビ、ジャガイモ、エンドウマメ、タピオカ、モロコシまたはサゴヤシからの澱粉が適している。更に、高いアミロペクチン含量を有する天然の澱粉、例えばロウ状トウモロコシ澱粉およびロウ状トウモロコシ澱粉は、重要である。前記澱粉のアミロペクチン含量は、90質量%以上、しばしば95質量%以上および100質量%以下である。
勿論、糖類化合物Sの概念は、前記の単糖類化合物、オリゴ糖類化合物および多糖類化合物の置換生成物および誘導体ならびに糖アルコールも含む。
その際に、糖類化合物Sの置換生成物とは、糖類化合物Sの少なくとも1個のヒドロキシ基が糖構造の維持下に、例えばエステル化、エーテル化、酸化等によって官能化されたものであると解釈される。その際に、前記エステル化は、例えば糖類化合物Sを無機酸または有機酸、これらの無水物またはハロゲン化物と反応させることによって行なわれる。リン酸塩処理されかつアセチル化された糖類化合物は、特に重要である。前記エーテル化は、たいてい前記糖類化合物を有機ハロゲン化合物、エポキシドまたは硫酸塩と水性アルカリ性溶液中で反応させることによって行なわれる。公知のエーテルは、アルキルエーテル、ヒドロキシアルキルエーテル、カルボキシアルキルエーテルおよびアルキルエーテルである。有機炭水化物化学において通常の酸化剤、例えば硝酸、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、ペルオキシ酢酸、次亜塩素酸ナトリウムおよび/または2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ(TEMPO)を用いる少なくとも1個のヒドロキシ基の酸化は、相応するケト化合物(第二級ヒドロキシ基の酸化の場合)またはカルボキシル化合物(第一級ヒドロキシ基の酸化の場合)を生じる。
糖類化合物Sの誘導体とは、少なくとも1個のアセタール基またはケタール基(少なくとも1個のグリコシド結合)の分解下およびそれゆえに元来の糖類構造の分解下に得られる、オリゴ糖類および多糖類の反応生成物であると解釈される。このような分解反応は、当業者によく知られており、殊に、オリゴ糖類化合物または多糖類化合物を熱的条件、酵素的条件、酸化的条件および/または加水分解的条件にさらすことによって行なわれる。
好ましくは、糖類化合物Sとして、澱粉、セルロース、グアラン、キサンタン、アルギン酸塩、ペクチン、キトサン、アラビアゴム、カラゲーン、寒天および/またはゲランガムならびに置換生成物またはその誘導体が使用される。
しかし、澱粉および/または澱粉誘導体またはこれらの置換生成物、例えば有利にマルトデキストリンおよび/またはグルコースシロップが殊に好ましい。
企業の実地においてよく知られている、澱粉の分解度を特性決定する度合いは、DE値である。その際に、DEは、デキストロース当量を表わし、かつ乾燥物質に対する還元糖の百分率での割合を示す。従って、DE値は、乾燥物質100gにつき同じ還元能を有するグルコース(=デキストロース)の量に相当する。DE値は、どの位の程度にポリマー分解が行なわれているかに対する1つの基準である。従って、より低いDE値を有する澱粉は、多糖類の高い割合および低分子量の単糖類およびオリゴ糖類の低い含量を維持し、一方で、高いDE値を有する澱粉は、専ら低分子量の単糖類または二糖類からなる。本発明の範囲内で好ましいマルトデキストリンは、3〜20の範囲内のDE値および15000〜30000g/molの質量平均分子量を有する。本発明の範囲内で同様に好ましいグルコースシロップは、20〜30のDE値および3000〜9000g/molの範囲内の質量平均分子量を有する。この生成物は、製造に制限されて水溶液の形で生じ、したがってたいていそれ自体としても市場に出されている。マルトデキストリンの適当な溶液は、50〜70質量%の固体含量を有し、グルコースシロップの適当な溶液は、70〜95質量%の固体含量を有する。しかし、殊にマルトデキストリンは、粉末としての噴霧乾燥された形でも入手可能である。本発明によれば、1〜3のDE値および100000〜1000000g/molの質量平均分子量Mwを有しかつ通常、固体として入手可能である変性され分解された澱粉も好ましい。
糖類化合物Sは、たいてい1000g/mol以上および5000000g/mol以下の範囲内、好ましくは1000g/mol以上および500000g/mol以下の範囲内、有利に3000g/mol以上および50000g/mol以下の範囲内、殊に有利に5000g/mol以上および25000g/mol以下の範囲内の質量平均分子量を有する。その際に、前記の質量平均分子量の測定は、当業者によく知られたゲル浸透クロマトグラフィーにより、規定された標準を用いて行なわれる。
本発明による使用される糖類化合物Sが20℃および大気圧で脱イオン水1リットル当たり10g以上、有利に50g以上、殊に有利に100g以上の可溶性を有することは、好ましい。しかし、本発明によれば、糖類化合物Sが20℃および大気圧で脱イオン水1リットル当たり10g未満の可溶性を有する実施態様も一緒に含まれている。更に、前記の使用された糖類化合物Sの量に依存して、この糖類化合物Sは、水性懸濁液の形で存在していてもよい。本発明による糖類化合物Sを種類および量の点で当該糖類化合物Sが水性懸濁液柱に存在するように使用する場合には、糖類化合物Sの水性媒体中に懸濁された粒子が5μm以下、有利に3μm以下、殊に有利に1μm以下の平均粒径を有することは、好ましい。前記平均粒径は、水性ポリマーP分散液の場合と同様に擬似弾性光散乱の方法(ISO規格 13321)により測定される。
全体量の糖類化合物SがモノマーA〜Fの乳化重合前または乳化重合中に、またはポリマーPの水性分散液の乳化重合の終結後に水性ポリマー媒体に添加されうることは、本発明にとって基本的なことである。勿論、単に糖類化合物Sの部分量をモノマーA〜Fの乳化重合前または乳化重合中に水性ポリマー媒体に添加しかつ残留する残存量を乳化重合の終結後にポリマーPの水性分散液に添加することも可能である。前記糖類化合物Sの部分量または全体量をモノマーA〜Fの乳化重合前または乳化重合中に添加する場合には、前記の部分量または全体量は、たいてい保護コロイドの機能を引き受けることができ、それによって別の保護コロイドおよび/または乳化剤の量は、減少させることができるかまたは当該の保護コロイドおよび/または乳化剤の量を任意に完全に断念することができる。
前記糖類化合物Sの添加をモノマーA〜Fの乳化重合前または乳化重合中に行なう場合には、糖類化合物Sの量は、たいていポリマーP100質量部当たり糖類化合物S10質量部以上および90質量部以下、有利に10質量部以上および70質量部以下、殊に有利に15質量部以上および40質量部以下である。
しかし、前記糖類化合物Sの添加を乳化重合後に行なう場合には、糖類化合物の量は、たいていポリマーP100質量部当たり糖類化合物S10質量部以上および400質量部以下、有利に25質量部以上および250質量部以下、殊に有利に40質量部以上および150質量部以下である。
本発明による水性結合剤組成物がポリマーPおよび糖類化合物Sの他にさらになお、当業者に種類および量の点でよく知られているさらなる成分、例えば増粘剤、顔料分配剤、分散剤、乳化剤、緩衝剤、中和剤、殺生剤、消泡剤、少なくとも2個のヒドロキシ基を有しかつ200g/mol以下の分子量を有するポリオール化合物、被膜形成助剤、有機溶剤、顔料または充填剤等を含有しうることは、基本的なことである。
しかし、好ましくは、前記水性結合剤組成物は、ポリマーPおよび糖類化合物Sの全体量の総和に対して、少なくとも2個のヒドロキシ基を有しかつ200g/mol以下、殊に150g/mol以下の分子量を有するポリオール化合物、例えばエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2,3−プロパントリオール、1,2−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,2,3,4−ブタンテトロール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等を1質量%以下、殊に有利に0.5質量%以下含有する。
本発明による水性結合剤組成物は、有利に粒状基体および/または繊維状基体のための結合剤としての使用に適している。従って、好ましくは、記載された水性結合剤組成物は、成形体を粒状基体および/または繊維状基体から製造する際に使用されうる。更に、本発明による結合剤組成物は、結合剤として、非セメント状被覆、例えば可撓性の屋根材、湿潤空間での被覆または封止用コンパウンド、シーリング材料、例えばシーラントおよび接着剤、例えば組立用接着剤、タイル用接着剤、触圧接着剤またはフローリング接着剤において適している。
粒状基体および/または繊維状基体は、当業者によく知られている。これは、例えば、木材屑、木材繊維、セルロース繊維、織物繊維、プラスチック繊維、ガラス繊維、鉱物質繊維または天然繊維、例えばジュート、亜麻、大麻またはサイザル麻であるが、しかし、コルク屑または砂ならびに粒状基体の場合の最長の伸びが10mm以下、有利に5mm以下、殊に2mm以下である、別の有機または無機の天然および/または合成の粒状化合物および/または繊維状化合物でもある。勿論、基体の概念は、繊維から得られた繊維フリース、例えばいわゆる機械的に固定した、例えば針で縫合したかまたは化学的に予め結合した繊維フリースも一緒に含む。殊に、有利には、本発明による水性結合剤組成物は、ホルムアルデヒドを含まない結合剤系として、前記の繊維および機械的に固定したかまたは化学的に予め結合した繊維フリースに適している。
成形体を粒状基体および/または繊維状基体および前記の水性結合剤組成物から製造する方法は、有利に、本発明による水性結合剤組成物を粒状基体および/または繊維状基体上に施し(含浸)、任意に水性結合剤組成物で処理(含浸)された粒状基体および/または繊維状基体を型内にもたらし、引続きこうして得られた粒状基体および/または繊維状基体を110℃以上、有利に130℃以上、殊に有利に150℃以上の温度で熱処理工程に掛け、その際に結合剤組成物は、被膜を形成し、かつ硬化するように行なわれる。
水性結合剤組成物の不可欠な成分、すなわちポリマーPの水性分散液および糖類化合物Sが殊にそれらの溶液または懸濁液の形で、粒状基体および/または繊維状基体上への施与前に均一に混合されうることは、基本的なことである。しかし、前記の2つの成分を最初に施与の直前に、例えば静的混合装置および/または動的混合装置で混合することも可能である。勿論、最初にポリマーPの水性分散液およびその後に糖類化合物Sの水溶液または水性懸濁液を粒状基体および/または繊維状基体上にもたらし、その際に粒状基体および/または繊維状基体上で混合が行なわれることも可能である。しかし、別の方法で、最初に糖類化合物Sの水溶液または水性懸濁液およびその後にポリマーPの水性分散液を粒状基体および/または繊維状基体上にもたらすこともできる。勿論、2つの不可欠な成分の施与の混合形も本発明によれば含まれている。
粒状基体および/または繊維状基体は、たいてい、水性結合剤組成物が繊維状基体および/または粒状基体の表面上に均一に施されるように含浸される。その際に、水性結合剤組成物の量は、粒状基体および/または繊維状基体100g当たり、結合剤1g以上および100g以下、有利に2g以上および50g以下、殊に有利に5g以上および30g以下(ポリマーPおよび固体をベースとする糖類化合物Sの全体量の総和として算出した)を使用するように選択される。粒状基体および/または繊維状基体の含浸は、当業者によく知られており、かつ例えば粒状基体および/または繊維状基体のための含浸または噴霧によって行なわれる。
含浸後に、粒状基体および/または繊維状基体は、例えば加熱可能なプレス機または型内に導入することによって、任意に所望の形にもたらされる。それに引き続いて、型内にもたらされ含浸された粒状基体および/または繊維状基体は、当業者によく知られた方法で乾燥され、かつ硬化される。
しばしば、任意に型内にもたらされ含浸された粒状基体および/または繊維状基体の乾燥または硬化は、2つの温度段階で行なわれ、その際に前記乾燥段階は、100℃未満、有利に20℃以上および90℃以下、殊に40℃以上および80℃以下の温度で行なわれ、および前記硬化段階は、110℃以上、有利に130℃以上および150℃以下、殊に有利に180℃以上および220℃以下の温度で行なわれる。
しかし、勿論、前記成形体の乾燥段階および硬化段階は、1つの作業工程、例えば成形プレス機中で行なうことも可能である。
本発明による方法により入手可能な成形体は、公知技術水準の成形体と比較して、好ましい性質、殊に改善された交叉引裂力ならびに180℃での明らかにより僅かな伸びを有する。
従って、殊に好ましくは、本発明による水性結合剤組成物は、それらの側で殊に、ビチューメン屋根板の製造に適している、ポリエステルおよび/またはガラス繊維をベースとする複数の繊維フリースの製造に適している。
その際に、ビチューメン屋根板の製造は、当業者によく知られており、かつ殊に液化された、任意に変性されたビチューメンを、本発明による結合剤組成物と結合されたポリエステルフリースおよび/またはガラス繊維フリースの片側または両側に施すことによって行なわれる。
本発明は、次の制限のない実施例につき詳説される。
実施例
I 水性分散液の形のポリマーPの製造
比較ポリマー分散液V1
1個の攪拌機および4個の計量供給装置を装備した、2 lのフラスコ中に、20〜25℃(室温)で窒素雰囲気下に脱イオン水429gならびに33質量%の水性シードポリスチレン分散液19.5g(平均粒径32nm)を予め装入し、かつ攪拌しながら90℃に加熱した。更に、同時に、供給物1を水性乳濁液の形で3.5時間に亘って、および供給物2を水溶液の形で4時間に亘って、連続的に不変の流量で前記温度を維持しながらそれらの供給を開始した。
供給物1:
アクリル酸16.0g
アリルメタクリレート4.0g
スチレン622g
n−ブチルアクリレート142g
N−メチロールアクリルアミドの35質量%の水溶液45.7g
アルキルアリールスルホン酸混合物の45質量%の水溶液17.8g(Dowfax(登録商標)2A1)
脱イオン水192g。
供給物2:
脱イオン水85.0g
過硫酸ナトリウム6.4g。
引続き、前記重合混合物をさらに90℃で30分間、後重合させ、かつ室温に冷却した。25質量%の水性苛性ソーダ液の添加によって、pH値を7.0に調節した。得られた水性ポリマー分散液は、前記水性分散液の全質量に対して49.4質量%の固体含量を有していた。数平均粒径を149nmに定める。
固体含量を、規定量の水性ポリマー分散液(約0.8g)をMettler Toledo社の水分率測定器HR73を用いて130℃の温度で恒量になるまで乾燥させる(約2時間)ことにより、一般的に測定した。それぞれ2回の測定を実施した。それぞれ報告された値は、前記測定の平均値を表わす。
ポリマー粒子の数平均粒径を一般的に0.005〜0.01質量%の水性ポリマー分散液に対する動的光散乱によって23℃でMalvern Instruments社、英国、のオートサイザー(Autosizer)NCを用いて算出した。測定された自己相関関数(ISO規格 13321)の累積評価(累積z平均)の平均直径が報告される。
比較ポリマー分散液V2
比較ポリマー分散液V2の製造を比較ポリマー分散液V1の製造と同様に行なったが、供給物1において、n−ブチルアクリレート142gの代わりに622gを使用し、かつスチレン622gの代わりに142gを使用した。
得られた水性ポリマー分散液は、前記水性分散液の全質量に対して49.4質量%の固体含量を有していた。数平均粒径を162nmに定める。
比較ポリマー分散液V3
比較ポリマー分散液V3の製造を比較ポリマー分散液V1の製造と同様に行なったが、供給物1において、n−ブチルアクリレート142gの代わりに366gを使用し、スチレン622gの代わりに378gを使用し、かつアリルメタクリレート4.0gの代わりに24.0gを使用した。
得られた水性ポリマー分散液は、前記水性分散液の全質量に対して49.6質量%の固体含量を有していた。数平均粒径を129nmに定める。
比較ポリマー分散液V4
比較ポリマー分散液V4の製造を比較ポリマー分散液V1の製造と同様に行なったが、供給物1において、スチレン622gの代わりに606gを使用し、かつアクリル酸16.0gの代わりに32.0gを使用した。
得られた水性ポリマー分散液は、前記水性分散液の全質量に対して49.1質量%の固体含量を有していた。数平均粒径を155nmに定める。
比較ポリマー分散液V5
比較ポリマー分散液V5の製造を比較ポリマー分散液V1の製造と同様に行なったが、供給物1において、n−ブチルアクリレート142gの代わりに133gを使用し、スチレン622gの代わりに583gを使用し、かつさらにアクリルニトリル48.0gを使用した。
得られた水性ポリマー分散液は、前記水性分散液の全質量に対して49.8質量%の固体含量を有していた。数平均粒径を165nmに定める。
ポリマー分散液K1
ポリマー分散液K1の製造を比較ポリマー分散液V1の製造と同様に行なったが、供給物1において、n−ブチルアクリレート142gの代わりに376gを使用し、かつスチレン622gの代わりに388gを使用した。
得られた水性ポリマー分散液は、前記水性分散液の全質量に対して49.6質量%の固体含量を有していた。数平均粒径を156nmに定める。
ポリマー分散液K2
1個の攪拌機および計量供給装置を装備した、6 lのステンレス製圧力装置中に、室温で窒素雰囲気下に脱イオン水890g、33質量%の水性シードポリスチレン分散液74.1g(平均粒径32nm)ならびに7質量%のイタコン酸水溶液145.7gを予め装入し、かつ攪拌しながら90℃に加熱した。前記温度に到達した後、7質量%の過硫酸ナトリウム水溶液58.3gを一回で添加した。その後に、同時に、供給物1および供給物2をインラインミキサーを介して混合し、水性乳濁液の形で3.5時間に亘って、および供給物3を水溶液の形で4時間に亘って、連続的に不変の流量で前記温度を維持しながらそれらの供給を開始した。
供給物1:
スチレン1334g
t−ドデシルメルカプタン4.1g
N−メチロールアクリルアミドの35質量%の水溶液110g
アルキルアリールスルホン酸混合物の45質量%の水溶液45.3g(Dowfax(登録商標)2A1)
脱イオン水570g。
供給物2:
1,4−ブタジエン634g。
供給物3:
脱イオン水133g
過硫酸ナトリウム10.0g。
引続き、前記重合混合物を90℃でさらに30分間、後重合させ、室温に冷却し、かつ周囲圧力(1atm 絶対圧力)との圧力平衡を実施した。25質量%の苛性ソーダ水溶液を添加することによって、pH値を7.5に調節した。得られた水性ポリマー分散液は、前記水性分散液の全質量に対して49.8質量%の固体含量を有していた。数平均粒径を125nmに定める。
ポリマー分散液K3
ポリマー分散液K3の製造を比較ポリマー分散液V1の製造と同様に行なったが、供給物1において、n−ブチルアクリレート142gの代わりに368gを使用し、スチレン622gの代わりに380gを使用し、ならびにさらにアクリルニトリル16.0gを使用した。
得られた水性ポリマー分散液は、前記水性分散液の全質量に対して48.9質量%の固体含量を有していた。数平均粒径を155nmに定める。
ポリマー分散液K4
ポリマー分散液K4の製造を比較ポリマー分散液V1の製造と同様に行なったが、供給物1において、n−ブチルアクリレート142gの代わりに384gを使用し、スチレン622gの代わりに396gを使用し、かつ脱イオン水192gの代わりに222gを使用したが、そのために、N−メチロールアクリルアミドの35質量%の水溶液45.7gの使用を断念した。
得られた水性ポリマー分散液は、前記水性分散液の全質量に対して50.3質量%の固体含量を有していた。数平均粒径を149nmに定める。
ポリマー分散液K5
1個の攪拌機および4個の計量供給装置を装備した、2 lのフラスコ中に、室温で窒素雰囲気下に脱イオン水464g、33質量%の水性シードポリスチレン分散液29.6g(平均粒径32nm)ならびに50質量%のマルトデキストリン水溶液393g(Roclys(登録商標)C1967S;26700g/molの質量平均分子量ならびに19のDE値)を予め装入し、かつ攪拌しながら90℃に加熱した。さらに、同時に、供給物1を3.5時間に亘っておよび供給物2を水溶液の形で4時間に亘って、連続的に不変の流量で前記温度を維持しながら供給を開始した。
供給物1:
アクリル酸9.7g
アリルメタクリレート3.3g
スチレン319g
n−ブチルアクリレート306g
N−メチロールアクリルアミドの35質量%の水溶液37.2g。
供給物2:
脱イオン水69.1g
過硫酸ナトリウム5.2g。
引続き、前記重合混合物を90℃でさらに30分間、後重合させ、かつ室温に冷却した。25質量%の苛性ソーダ水溶液を添加することによって、pH値を7.0に調節した。得られた水性ポリマー分散液は、前記水性分散液の全質量に対して、51.9質量%の固体含量を有していた。数平均粒径を150nmに定める。
ポリマー分散液K6
1個の攪拌機および4個の計量供給装置を装備した、2 lのフラスコ中に、室温で窒素雰囲気下に脱イオン水462g、33質量%の水性シードポリスチレン分散液29.6g(平均粒径32nm)ならびに50質量%のマルトデキストリン水溶液395g(Roclys(登録商標)C1967S)を予め装入し、かつ攪拌しながら90℃に加熱した。さらに、同時に、供給物1を3.5時間に亘っておよび供給物2を水溶液の形で4時間に亘って、連続的に不変の流量で前記温度を維持しながら供給を開始した。
供給物1:
アクリル酸9.7g
アリルメタクリレート3.3g
スチレン195g
n−ブチルアクリレート442g
脱イオン水24.1g。
供給物2:
脱イオン水69.1g
過硫酸ナトリウム5.2g。
引続き、前記重合混合物を90℃でさらに30分間、後重合させ、かつ室温に冷却した。25質量%の苛性ソーダ水溶液を添加することによって、pH値を7.0に調節した。得られた水性ポリマー分散液は、前記水性分散液の全質量に対して、52.9質量%の固体含量を有していた。数平均粒径を149nmに定める。
II 使用技術的試験
含浸液の製造
含浸液の製造のために、Emsland Staerke GmbH社のヒドロキシプロピル化されたジャガイモ澱粉Emsol(登録商標)K55を、20質量%の水溶液の形で使用した。
前記含浸液は、水性ポリマー分散液K1〜K4ならびに比較ポリマー分散液V1〜V5を前記のヒドロキシプロピル化されたジャガイモ澱粉Emsol(登録商標)K55の水溶液と、前記水性ポリマー分散液のそれぞれの固体割合対ヒドロキシル化されたジャガイモ澱粉の質量比が7:3(前記水性ポリマー分散液の固体100質量部当たり澱粉42.9質量部に相当する)であるように均一に混合するようにして製造された。引続き、得られた均一なポリマー/澱粉混合物を脱イオン水での希釈によって15質量%の固体含量に調節した。相応して得られた水性分散液は、含浸処理液FK1〜FK4ならびにFV1〜FV5と呼称される。その上、水性ポリマー分散液K1、K4、K5およびK6をジャガイモ澱粉の添加なしに単独で脱イオン水の添加によって15質量%の固体含量に調節した。相応して、水性ポリマー分散液K1およびK4から得られた水性分散液は、含浸液FV6およびFV7と呼称され、一方で、水性ポリマー分散液K5およびK6から得られた水性分散液は、含浸液FK5およびFK6と呼称される。
結合された繊維フリースの製造
結合された繊維フリースを製造するために、原料フリースとして、フロイデンベルク−ポリテックス社(Fa.Freudenberg−Politex)の、125g/m2の密度を有する、針で縫合したポリエチレンテレフタレート紡糸フリース(長さ40cm、幅37cm)を使用した。
結合された繊維フリースを製造するために、原料フリースに縦方向に、マチス社(Firma Mathis)のパッドを備えた含浸装置(ゴムローラー ショアA=85°/鋼鉄ローラー)中でそれぞれの含浸液FK1〜FK6ならびにFV1〜FV7を含浸させた。その際に、それぞれ含浸量を含浸液162.5g(24.4gの固体割合に相当する)に調節した。それに引き続いて、得られた含浸繊維フリースをマチス社(Firma Mathis)の針架枠(Nadelrahmen)を有する実験室用乾燥機LTV(空気循環運転で)中で乾燥させ、かつ硬化させた。そのために、それぞれの含浸繊維フリースを、折りたたみ可能な針架枠に掛け、締付けて固定し、かつ引続き実験室用乾燥機中200℃で3分間硬化させた。その際に得られた結合繊維フリースは、使用される含浸液に依存して、繊維フリースFK1〜FK6ならびにFV1〜FV7と呼称される。
横方向の引裂力の測定
室温での繊維フリースFK1〜FK6ならびにFV1〜FV7の横方向の引裂力の測定は、フランク社(Fa.Frank)の引裂き機(モデル 71565)を用いてDIN 52123により行なわれた。それぞれ5つの別々の測定を実施した。第1表中に記載された、N/50mmでの測定結果は、前記測定のそれぞれの測定値を表わす。その際に得られた測定値が減少すればするほど、横方向の引裂力は、より良好に評価することができる。
熱安定性の測定
繊維フリースFK1〜FK6ならびにFV1〜FV7の熱安定性の測定は、ツヴィック社(Firma Zwick)の組み込まれた熱処理室を備えた引裂機(モデルZ10)を用いる伸び測定によって行なわれる。このために、繊維フリースFK1〜FK6ならびにFV1〜FV7から縦方向に50×210mmのストリップ(縦方向)を打抜き、引張装置中に100mmの取付け長さで取り付けた。前記熱処理室内への導入後に、それぞれの試験ストリップを180℃で60分間熱処理し、その後にこの温度で150mm/分の取出し速度で引張力を高めるとともに伸ばした。40N/50mmの引張力を達成した際に、試験ストリップの伸びを百分率で測定した。その際に、得られた伸びが減少すればするほど、熱安定性は、より良好に評価することができる。それぞれ5個の別々の測定を実施した。同様に、表中に記載された値は、前記測定の平均値を表わす。
Figure 2014511417
前記結果から、本発明による結合剤組成物を用いて製造された繊維フリースは、室温での改善された横方向の引裂力および/または180℃でのより僅かな伸びを有することが明らかに読み取れる。

Claims (20)

  1. a)酸基を含む、少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマー(モノマーA)0.1質量%以上および2.5質量%以下、
    少なくとも1つのエチレン性不飽和カルボン酸ニトリルまたはエチレン性不飽和カルボン酸ジニトリル(モノマーB)0質量%以上および4.0質量%以下、
    少なくとも2個の非共役エチレン性不飽和基を有する、架橋作用を有する少なくとも1つのモノマー(モノマーC)0質量%以上および2.0質量%以下、
    少なくとも1つのα,β−モノエチレン性不飽和のC3〜C6モノカルボン酸アミドまたはC3〜C6ジカルボン酸アミド(モノマーD)0質量%以上および10質量%以下、
    少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマーであって、そのホモポリマーが30℃以下のガラス転移温度を有しかつモノマーA〜Dとは異なるモノマー(モノマーE)25質量%以上および69.9質量%以下および
    少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマーであって、そのホモポリマーが50℃以上のガラス転移温度を有しかつモノマーA〜Dとは異なるモノマー(モノマーF)30質量%以上および70質量%以下
    から重合導入した形で構成された、少なくとも1つのポリマーP(但し、モノマーA〜Fの量は、合計で100質量%になる)、および
    b)少なくとも1つの糖類化合物S(但し、当該糖類化合物の量は、ポリマーP100質量部当たり10質量部以上および400質量部以下であるように定められている)
    を含有する水性結合剤組成物。
  2. 少なくとも1つのモノマーEが、共役脂肪族C4〜C9ジエン化合物、ビニルアルコールとC1〜C10モノカルボン酸とからなるエステル、C1〜C10アルキルアクリレート、C5〜C10アルキルメタクリレート、C5〜C10シクロアルキルアクリレートおよびC5〜C10シクロアルキルメタクリレート、C1〜C10ジアルキルマレエートおよび/またはC1〜C10ジアルキルフマレートを含む群から選択されており、および少なくとも1つのモノマーFが、ビニル芳香族モノマーおよび/またはC1〜C4アルキルメタクリレートを含む群から選択されている、請求項1記載の水性結合剤組成物。
  3. ポリマーPが少なくとも1つのモノマーC 0.1質量%以上および1.5質量%以下を重合導入した形で含有する、請求項1または2記載の水性結合剤組成物。
  4. ポリマーPが水性ポリマー分散液の形で使用されている、請求項1から3までのいずれか1項に記載の水性結合剤組成物。
  5. 水性ポリマー分散液のポリマー粒子が50nm以上および400nm以下の数平均粒径を有する、請求項4記載の水性結合剤組成物。
  6. ポリマーPが
    少なくとも1つのモノマーA 0.5質量%以上および2.0質量%以下、
    少なくとも1つのモノマーC 0.1質量%以上および1.5質量%以下、
    少なくとも1つのモノマーD 0質量%以上および4.0質量%以下、
    少なくとも1つのモノマーE 30質量%以上および60質量%以下、および
    少なくとも1つのモノマーF 40質量%以上および70質量%以下
    から構成されている、請求項1から5までのいずれか1項に記載の水性結合剤組成物。
  7. ポリマーPが
    アクリル酸、メタクリル酸および/またはイタコン酸 1.0質量%以上および2.0質量%以下、
    1,4−ブチレングリコールジアクリレート、アリルメタクリレートおよび/またはジビニルベンゼン 0.3質量%以上および1.2質量%以下、
    アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミドおよび/またはN−メチロールメタクリルアミド 0質量%以上および4.0質量%以下、
    2−エチルヘキシルアクリレート、n−ブチルアクリレート、1,4−ブタジエンおよび/またはエチルアクリレート 30質量%以上および50質量%以下、および
    メチルメタクリレート、スチレンおよび/またはt−ブチルメタクリレート 40質量%以上および60質量%以下
    から構成されている、請求項1から6までのいずれか1項に記載の水性結合剤組成物。
  8. モノマーA、B、D、EおよびFの種類および量は、当該モノマーから製造されたポリマーが5℃以上および35℃以下のガラス転移温度を有するように選択されている、請求項1から7までのいずれか1項に記載の水性結合剤組成物。
  9. 少なくとも1つの糖類化合物Sとして、澱粉、セルロース、グアラン、キサンタン、アルギン酸塩、ペクチン、キトサン、アラビアゴムおよび/またはゲランガムが使用されている、請求項1から8までのいずれか1項に記載の水性結合剤組成物。
  10. 糖類化合物Sとして、澱粉、澱粉誘導体および/またはこれらの置換生成物が使用されている、請求項1から9までのいずれか1項に記載の水性結合剤組成物。
  11. 糖類化合物Sが5000g/mol以上および25000g/mol以下の質量平均分子量を有する、請求項1から10までのいずれか1項に記載の水性結合剤組成物。
  12. ポリマーP100質量部当たり糖類化合物S10質量部以上および70質量部以下が使用されている、請求項1から11までのいずれか1項に記載の水性結合剤組成物。
  13. ポリマーPおよび糖類化合物Sの全体量の総和に対して、少なくとも2個のヒドロキシ基を有する、200g/mol以下の分子量を有するポリオール化合物を1質量%以下含有する、請求項1から12までのいずれか1項に記載の水性結合剤組成物。
  14. 粒状基体および/または繊維状基体ならびに非セメント状被覆、シーリング材料および接着剤のための結合剤としての、請求項1から13までのいずれか1項に記載の水性結合剤組成物の使用。
  15. 成形体を粒状基体および/または繊維状基体から製造する方法であって、請求項1から13までのいずれか1項に記載の水性結合剤組成物を粒状基体および/または繊維状基体上に施し、任意にこうして処理された粒状基体および/または繊維状基体を型内にもたらし、引続きこうして得られた粒状基体および/または繊維状基体を110℃以上の温度で熱処理工程に掛けることを特徴とする、前記方法。
  16. 水性結合剤組成物の量を、粒状基体および/または繊維状基体100g当たり、結合剤1g以上および100g以下(ポリマーPおよび多糖類化合物Sの全体量の総和に相応して)施すように選択することを特徴とする、請求項15記載の成形体の製造法。
  17. 請求項15または16のいずれか1項に記載の方法により得られる成形体。
  18. ビチューメン屋根板を製造するための、請求項17記載の成形体の使用。
  19. 請求項17記載の成形体を使用して製造されたビチューメン屋根板。
  20. 水性ポリマー分散液であって、そのポリマーが
    少なくとも1つのモノマーA 0.1質量%以上および2.5質量%以下、
    少なくとも1つのモノマーB 0質量%以上および4.0質量%以下、
    少なくとも1つのモノマーC 0質量%以上および2.0質量%以下、
    少なくとも1つのモノマーD 0質量%以上および10質量%以下、
    少なくとも1つのモノマーE 25質量%以上および69.9質量%以下、
    少なくとも1つのモノマーF 30質量%以上および70質量%以下
    から重合導入した形で構成されている(但し、モノマーA〜Fの量は、合計で100質量%になる)水性ポリマー分散液。
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