JP2015516993A - カルボキシル基を含有するアクリル系rdpおよびそれらを含有する乾燥混合セメント配合物 - Google Patents

カルボキシル基を含有するアクリル系rdpおよびそれらを含有する乾燥混合セメント配合物 Download PDF

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Abstract

本発明は、アルカリ溶解性の樹脂外部段階および−40から50℃のガラス転移温度(Tg)を有する1または複数の内部段階アクリル系(コ)ポリマーを有するカルボキシル基含有多段階アクリル系コポリマーと、150℃から500℃の沸点および3.5%以下および水への溶解度を有する1または複数の造核剤、好ましくはイソ酪酸アルキルおよび分岐イソ酪酸アルキル、と、1または複数のコロイド安定剤と、を含み、再分散性が中程度の場合でも好適に機能する水再分散性ポリマー粉末(RDP)組成物を提供する。水再分散性ポリマー粉末、普通ポルトランドセメント、アルミナ含有量が30wt%から85wt%である高アルミナセメント、および硫酸カルシウムを含む乾燥混合セメントタイル接着剤組成物も提供される。本発明は、有用なRDPにおける広範囲の特許請求されたアクリルポリマーを可能にする。【選択図】なし

Description

本発明は、カルボキシル基を有するアクリル系コポリマーを含む水再分散性ポリマー粉末(RDP)に関する。具体的には、本発明は、水中に分散した場合に1または複数の内部段階が−40から50℃のガラス転移温度(Tg)を有するアクリル系(コ)ポリマーを含む、アルカリ溶解性樹脂の外部段階および1または複数の内部段階を有するカルボキシル基含有多段階アクリル系コポリマーならびに1または複数の造核剤を含む水再分散性ポリマー粉末、ならびにそれらを含有するセメントタイル接着剤(CTA)組成物およびCTAを用いる方法に関する。
建築用途において、モルタルはしばしばセメント、砂、セルロースエーテル、および有機ポリマーで調製される。輸送費を削減するために、ポリマーは乾燥状態で輸送して添加してもよく、すなわち乾燥混合配合物中の水再分散性の粉末(RDP)として現場で水が加えられる。こうした粉末は、セメント含有タイル接着剤(CTA)および他のセメント系材料の接着性および柔軟性を改善し得る。TCNA(Tile Council of North America)が行った最近の研究において実証されているように、CTA生産者は、しばしば水浸せん断強度のためのセラミックタイル設置に関する米国標準規格(American National Standards for the Installation of Ceramic Tile)(ANSI)仕様に適合しようと努力している。RDP添加剤は、CTA生産者がこうした仕様に適合することを助け得る。しかし、任意のこうしたRDPを含有するセメント系材料の使用コストは、かなりの数の利用者によって導入されるよりも前に、市場で現在利用できる材料との競争力を残したものでなければならない。
Bettらの米国特許第5872189号は、コア(グラフトリンカー(graftlinker))に残留しているエチレン性不飽和上にシェルを接合するための薬剤の反応の結果としてシェルが共有結合によってコアに結合し、かつアルカリ性媒質において実質的に不溶性であることを特徴とする、−30°から+25℃、好ましくは−10°から+20℃のTg(ガラス転移温度)を示すポリマーを基剤とする疎水性のコア、および+55℃より高い、好ましくは+90℃より高いTgを示すポリマーを基剤とする親水性のシェルを含むコア/シェル構造のある膜形成ポリマーの水再分散性の粉末を開示している。Bettらの水再分散性の粉末は、改善された乾湿結合性結合剤粉末および耐候性を提供し得る。しかし、Bettらのコアシェルポリマーを作るグラフト結合プロセスは高価で複雑であり、反応性末端基を有するブロックポリマーの溶媒中において高価なジスルフィドを含有するグラフトリンカーを用いて別々の合成を必要とし、その後に追加のモノマーとの乳化重合でコアシェルコポリマーを調製する。Bettらは、各種のpHにおいて水中における再分散性を評価し、粉末の許容可能な唯一最大の再分散性を発見したが、それらの粉末は最大量の酸をシェル内に有し、感水性であり得るので、潜在的な貯蔵安定性の問題を生じさせる。
本発明は、最低限のまたは許容可能な水への再分散性を有しつつも、使用時に良好ないし極めて優れた性能を有し、それによってポリマーの選択を水への再分散性から切り離し、かつ当技術分野において現在知られている物より広い、有用なアクリル系水再分散性粉末のためのポリマー配合時間枠(formulation window)を提供する、アクリル系水再分散性粉末を提供する問題を解決する。
本発明による水再分散性ポリマー粉末は、アルカリ溶解性樹脂の外部段階および1または複数の内部段階を有するカルボキシル基含有多段階アクリル系コポリマーと、沸点が150℃から400℃、好ましくは200℃以上であり、水への溶解度が3.5%以下、好ましくは1.0%以下、より好ましくは0.5%以下である1または複数の造核剤と、1または複数のコロイド安定剤、好ましくはポリビニルアルコール(PVOH)と、を含み、水中に分散した場合に、上記1または複数の内部段階が、−40から50℃、または、好ましくは−10から25℃、または、より好ましくは5から20℃ガラス転移温度(Tg)を有するアクリル系(コ)ポリマーを含む。多段階アクリル系コポリマーおよび造核剤の総量は、水再分散性ポリマー組成物の総重量に基づいて、40から99.9wt%、または、好ましくは、50から96.9wt%、または、より好ましくは、65から90wt%の範囲であってよく、コロイド安定剤の総量は、0.1から30wt%、または、好ましくは、2から4wt%の範囲であってよい。多段階アクリル系コポリマー内の造核剤の総量は、ポリマー全固形分に基づいて、0.1から4.0wt%、または、好ましくは、0.5から3.0wt%、または、より好ましくは、1.0から2.0wt%の範囲であってよい。水再分散性ポリマー粉末は、固化防止剤の総量が、水再分散性ポリマー組成物の総重量に基づいて3.0から30wt%、または、好ましくは、8.0から15.0wt%であるような1または複数の固化防止剤をさらに含んでいてもよい。
本発明の水再分散性ポリマー粉末は、コポリマーを作るために用いられるモノマーの総重量に基づいて0.1から20wt%、または、好ましくは1.0から5.0wt%、または、より好ましくは2.0から3.5wt%の1または複数のカルボキシル基含有モノマーを共重合した形で有する、カルボキシル基含有多段階アクリル系コポリマーを含む。好ましくは、水再分散性ポリマー粉末は、1または複数のコロイド安定剤を含み、好ましくは1または複数のコロイド安定剤の存在下で形成される。
本発明のカルボキシル基含有アクリル系水再分散性ポリマー粉末の平均粒径は、特にセメントタイル接着剤における使用のために、50から500nm、または、好ましくは最大400nm、または、より好ましくは60から350nmの範囲であってよい。
本発明のカルボキシル基含有アクリル系水再分散性ポリマー粉末において、アルカリ溶解性樹脂の割合は、ポリマー全固形分に基づいて、5から30wt%、または、好ましくは最大20wt%の範囲であってよい。ポリマー自体が熱開始剤を用いて作られる場合は、アルカリ溶解性樹脂の割合は、好ましくは10から20wt%、または、より好ましくは12から18wt%の範囲であり、ポリマー自体がレドックス開始剤のペアを用いて作られる場合は、アルカリ溶解性の樹脂の割合は、好ましくは5から15wt%、または、より好ましくは5から12wt%の範囲である。
本発明の別の態様において、乾燥混合物は、本発明の水再分散性ポリマー粉末(RDP)、普通ポルトランドセメント、アルミナ含有量が30wt%から85wt%、好ましくは40wt%より多く、より好ましくは55wt%より多く、最も好ましくは少なくとも70wt%である高アルミナセメント、および硫酸カルシウムを含む。
本発明の水再分散性ポリマー粉末において、多段階アクリル系コポリマーは、ポリマー粒子の外側のアルカリ溶解性の樹脂段階でグラフト化または物理的吸着(physiadsorption)のいずれかの結果として水中でコア/シェル構造を形成する。したがって、コポリマー中のカルボキシル基は、再分散性のコポリマー粉末粒子の表面に位置する。造核剤は、アルカリ溶解性樹脂による多段階アクリル系コポリマー粒子の内部段階(1または複数)の被覆を確実にすることを助け、したがって、コアのコロイド安定化を改善する。加えて、アクリル系水再分散性ポリマー粉末の生成に使われる多段階アクリル系コポリマーの製造から界面活性剤を減少または除去することは、粉末における多段階アクリル系コポリマーの内部段階をコロイド的に安定させるのを助ける、相対的により大きな粒径のアルカリ溶解性樹脂を可能にする。結果として生じる水再分散性粉末は、水浸後に驚くほど高い水浸せん断強度、強度保持率%、およびCTA用途において高アルミナセメントへ配合する場合に比較的早い硬化時間を示す。例えば、試験基準ANSI118.4の5.2.3節(TCNA、2011年)による特性評価は、本発明のカルボキシル基含有多段階アクリル系水再分散性ポリマー粉末と、普通ポルトランドセメントと、少量のアルミン酸カルシウムセメントおよび硫酸カルシウムと、を配合したCTAが、優れた7日間水浸不浸透性セラミックモザイクせん断強度、および、造核剤無しで平均粒径がより小さいカルボキシル基多段階アクリル系コポリマー再分散性ポリマー粉末を配合した同様のモルタルと比較して劇的に短い、試験基準ASTM C191(米国材料試験協会(American Society for Testing and Materials)2008年、ASTMインターナショナル、ペンシルベニア州ウエストコンショホッケン)に従って測定されるビカー(Vicat)硬化時間を呈することを示す。
別段の指定がない限り、全ての温度および圧力単位は、室温および標準気圧(STP)である。列挙する全ての範囲は、包括的であり、結合可能である。
括弧を含む全ての表現は、含まれる挿入句の内容およびその欠如のどちらかまたは両方を意味する。例えば、「(メタ)アクリル酸塩」と言う表現には、選択的に、アクリル酸塩およびメタクリル酸塩が含まれる。
本明細書で使用する場合、「アクリル系」と言う語は、モノマー全固形分に基づいて50wt%より多い任意のアクリルモノマー、例えば、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、(メタ)アクリルアミドおよび(メタ)アクリル酸などを含有するモノマー混合物の重合生成物を含むポリマーを指す。
本明細書で使用する場合、別段の指示がない限り、水再分散性ポリマー粉末粒子の「平均粒径」という表現は、レーザー光散乱で測定されるような分布における粒子の50wt%が粒子より小さくかつ分布における粒子の50wt%が粒子より大きくなるような粉末粒子の分布における粒径または粒子の最大寸法を指す。再分散した粒子に関して、粒度分布は、Coulter(商標) LS 230粒径分析器(Beckman Coulter、カリフォルニア州ブレア市)を用いてメーカーが推奨するレーザー散乱を用いるやり方によって測定した。レーザー散乱および偏光強度回折散乱(polarization intensity differential scattering)を通り抜ける粒子からの散乱光は、角度の関数として収集され、続いて粒度分布に変換される。
本明細書で使用する場合、別段の指定がない限り、ラテックスまたはエマルション粒子に関する「平均粒径」と言う語は、Brookhaven Instruments Corporationの90PLUS(商標)粒径分析器(ニューヨーク州ホールトヴィル)を用いてメーカーの推奨により動的光散乱を通して測定される重量平均粒径を指す。
本明細書で使用する場合、「カルボキシル化レベル」と言う語は、全固形分重量に基づいた、水再分散性ポリマー粉末におけるカルボキシル基を含有する材料の総量を指し、粉末において用いられる任意のポリマーを作るために用いられる1種または全てのカルボキシル基含有モノマー、およびカルボキシル基含有添加剤、例えばクエン酸またはアジピン酸を含んでいてもよい。
本明細書で使用する場合、「ガラス転移温度」または「Tg」と言う語は、示差走査熱量測定またはDSCを用いて毎分10℃の加熱速度で測定される温度であり、Tgは変曲の中点として取られる。
本明細書で使用する場合、別段の指定がない限り、「分子量」と言う表現は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定される標準ポリ(スチレン)に対する重量平均分子量を指す。
本明細書で使用する場合、「ポリマー」と言う語は、選択的に、1または複数の異なるモノマーから作られるポリマー、例えばコポリマー、ターポリマー、テトラポリマー、ペンタポリマーなどを指し、ランダム、ブロック、グラフト、シーケンシャル(sequential)またはグラジエントポリマー(gradient polymer)のいずれかであり得る。したがって、「ポリマー」と言う語には、その範囲の中にコポリマーおよびポリマーが含まれる。
本明細書で使用する場合、「実質的に界面活性剤が無い」と言う語は、組成物の固形物の総重量に基づいて、5000ppm未満、または、好ましくは2500ppm未満の界面活性剤を含む組成物を意味する。
本明細書で使用する場合、「水への溶解度」と言う語は、用いられる水の総重量または質量の割合として表される、室温で水に目に見えて溶解する所与の材料の量を指す。したがって、例えば、100gの水に5グラムの材料が溶解するであろう場合は、その材料の水への溶解度は5%である。
本明細書で使用する場合、「wt%」と言う表現は、重量パーセントを表す。
本発明の水再分散性ポリマー粉末は、カルボキシル基含有アクリル系多段階アクリル系コポリマーとブレンドした他のポリマーを含んでいてもよい。こうした他のポリマーは、例えば、任意の非イオン性(コ)ポリマー、例えばポリオレフィン、オレフィン−ビニルエステル、例えばエチレン−酢酸ビニル、(メタ)アクリル酸アルキル、スチレン、またはスチレンアクリル系コポリマーであってよい。ブレンドは、水再分散性ポリマー粉末中のポリマー全固形分に基づいて、20から80wt%、または、好ましくは30から70wt%、または、より好ましくは最大60wt%の非イオン性(コ)ポリマーを含んでいてもよい。
本発明の水再分散性ポリマー粉末は、コポリマーを作るために用いられるモノマーの総重量に基づいて、付加共重合生成物であるポリマーを0.001から5wt%、または、好ましくは、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリアルコキシシランまたはビニルトリアルコキシシラン等のシリル基を含有するモノマーを0.1から1.0wt%含んでいてもよい。
本発明の多段階アクリル系コポリマーは、アルカリ溶解性の樹脂を形成する共重合が本発明の造核剤の存在下で行われること、および、好ましくは実質的に界面活性剤が無い重合混合物中で行われることを除いて、Tsaiらの米国特許第5,403,894号に記載されているものなどの従来型の乳化共重合を用いて生成される、エマルションコポリマーである。従来型の熱重合開始剤、例えば過硫酸塩、およびレドックス開始剤、例えば亜硫酸水素塩を含む過酸化物を用いてよい。
一般に、2種の共重合技術を用いてよく、1つを除いた全ての重合段階は、ポリマー段階を化学的に一緒にグラフトするための多官能性モノマーを含む。技術の1つは、多官能性モノマーの存在下でアルカリ溶解性樹脂を形成し、アルカリ溶解性樹脂をアミンまたは塩基で中和し、第2段階において、1または複数の非イオン性モノマーのモノマー混合物を形成し、第2段階のモノマーをアルカリ溶解性の樹脂と混合し、モノマー混合物を重合させて本発明のコポリマーを形成する、エチレン性不飽和カルボン酸または無水物および1または複数の非イオン性モノマー、例えば(メタ)アクリル酸アルキル、スチレン、アルキル置換スチレン、(メタ)アクリルアミド、または(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルのモノマー混合物の乳化共重合を含む。この技術の1つの変形において、多官能性モノマーは、アルカリ溶解性樹脂を形成するモノマー混合物ではなく、第2段階モノマー混合物の一部であり、中和されたアルカリ溶解性樹脂の存在下で重合して内部段階ポリマーを形成する。米国特許第4,916,171号におけるような、別の技術は、多官能性モノマーの存在下で1または複数の非イオン性モノマーのモノマー混合物を乳化重合させて内部段階ポリマーを形成するステップ、第2または最終段階において、エチレン性不飽和カルボン酸または無水物および1または複数の非イオン性モノマーのモノマー混合物を形成するステップ、ならびにモノマー混合物を内部段階と混合し、混合物を重合させてコポリマーを形成するステップを含む。1つのアルカリ溶解性樹脂段階がある限りは、追加の非イオン性モノマー段階は、多段階コポリマーを作るための多官能性モノマーの追加と一緒に共重合してもよい。重合において、各段階における温度は、20から105℃、または、好ましくは50から95℃の範囲であってよい。結果として生じる1または複数の非イオン性または内部段階コポリマーのアルカリ溶解性樹脂ポリマーに対する全固形分の重量比は、95:05から60:40、または、好ましくは90:10から70:30、または、より好ましくは85:15から75:25の範囲であってよい。いかなる重合においても、初期段階は、従来型の方法によるシード重合によって形成してよい。
本発明における使用のための造核剤は、沸点が150℃から400℃および水への溶解度が3.5%以下である任意の化合物であってよい。水再分散性ポリマー粉末生成物中に含まれることを確実にするために、造核剤は処理条件下で揮発性であってはならない。こうした造核剤は、CからC10のアルキルグリコールエーテル;フェニルグリコールエーテル、例えばエチレングリコールフェニルエーテル;CからC10のアルキルジグリコールエーテル、例えばジプロピレングリコールn−ブチルエーテル;CからC10のアルキルアリールグリコールエーテル、例えばエチレングリコールオクチルフェニルエーテル;CからC10のアルキルアリールジグリコールエーテル、例えばジプロピレングリコールブチルフェニルエーテル;CからCのアルカン酸のCからC10のアルキルエステル、例えばイソ酪酸アルキルおよびモノイソ酪酸2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールのような分岐イソ酪酸アルキル;CからCのアルカン二酸のCからC10のアルキルエステル、例えばコハク酸ブチル;CからCのアルカン酸のCからC10のアルキルジエステル、例えばプロピオン酸2,2−ジメチル−1−メチルエチル−1,3−プロパンジイルビス−2−メチル;ならびにCからCのアルカン二酸のCからC10のジアルキルエステル、例えばグルタル酸ジイソブチル、コハク酸ジイソブチル、アジピン酸ジイソブチル;ならびにそれらの混合物、好ましくは、イソ酪酸アルキルおよび分岐イソ酪酸アルキルから選択してよい。こうした造核剤の適した量は、0.5から3.0または、好ましくは、1.0から2.0の範囲であってよい。造核剤は、好ましくは第1段階における共重合において、あるいは重合してアルカリ溶解性樹脂段階を形成する前または間に含まれる。造核剤は、好ましくは共重合における界面活性剤の代わりに再分散性を改善するために用いられる。いくつかの造核剤の例を下表1.0に示す。
好ましくは、過剰の界面活性剤の使用を避けるために、重合は、モノマー全固形分重量に基づいて、0.05から15wt%、または、好ましくは0.1から10wt%、または、より好ましくは1から4wt%の量のコロイド安定剤の存在下で実行してもよい。加えて、従来型の連鎖移動剤またはそれらの混合物、例えばC〜Cのアルキルおよびアルキルオキシメルカプタンを分子量を調節するために用いてもよい。重合において用いられるこうしたコロイド安定剤の量は、適した乾性水再分散性ポリマー粉末を作るのに必要なコロイド安定剤全てを提供し得る。
Figure 2015516993
多段階アクリル系コポリマーの調製のために適した非イオン性モノマーは、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メチロール化(メタ)アクリルアミドおよびメチルメタクリルアミド、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチルから選択してよい。非イオン性モノマーは、5wt%より多いヒドロキシアルキルまたはメチロール化モノマーあるいはアミド基を含有するモノマーを含んでいてはならない。所望のTgを有するポリマー段階を与えるための非イオン性モノマーの選択方法は、当業者には周知である。
適した多官能性モノマーは、(a)2つ以上の不飽和の部位を有する多エチレン性モノマー、例えば、アクリル酸およびメタクリル酸のアリル−、メタリル−、ビニル−、ジシクロペンテニルおよびクロチル−エステル、ジビニルベンゼン、ジ(メタ)アクリル酸(ポリ)グリコール、例えば、ジメタクリル酸ジエチレングリコール;ならびにポリ(メタ)アクリル酸ポリオール、例えば、トリメタクリル酸トリメチロールプロパン;(b)2つ以上の抽出可能な原子(abstractable atom)を有する反応性連鎖移動剤、例えば、臭化トリクロロメタン;ブロモホルム;四塩化炭素;および四臭化炭素など;ならびに(c)1つまたは複数の不飽和の部位および1つまたは複数の抽出可能な原子を有する複合多官能性モノマー、例えば、アリル−、メタリル−、およびクロチル−メルカプタン;シクロアルケノールおよびシクロアルケンチオールのビニルエーテルおよびビニルチオエーテルからであってよい。好ましい多官能性モノマーには、(メタ)アクリル酸アリルまたは(メタ)アクリル酸メタリル、アクリル酸およびメタクリル酸のN−メタリルビニル−アミド;ならびにアリル−メルカプタンが含まれる。多官能性モノマーの有用な量は、その中でモノマーが使用されるモノマー混合物中のモノマーの総重量に基づいて、0.01から5wt%、または、好ましくは、0.25から3.0wt%の範囲であってよい。
アルカリ溶解性樹脂の調製に用いるために適したエチレン性不飽和カルボン酸または無水モノマーには、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、アクリル酸無水物、メタクリル酸無水物、無水マレイン酸/フマル酸/イタコン酸の半エステル、無水マレイン酸、およびイタコン酸無水物、好ましくは(メタ)アクリル酸が含まれる。アルカリ溶解性樹脂を形成するためのモノマー混合物は、5から約40wt%、または、好ましくは、15から35wt%のカルボン酸または無水モノマーを含んでいてもよい。
本発明の乳化重合において用いるために適したコロイド安定剤には、例えば、各種の既知の分子量および加水分解度のポリビニルアルコール(PVOH)、例えば部分的に加水分解されたポリビニルアルコール、キレート剤、例えば、エチレンジアミン四酢酸塩、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、多糖、ポリビニルスルホン酸、セルロース、セルロースエーテル、およびポリエステル、ならびにそれらのいずれかのブレンドが含まれ得る。PVOHが好ましい。重合において、コロイド安定剤の有用な量は、モノマー全固形分の0.1から10.0wt%、好ましくは0.5から5.00wt%の範囲であってよい。水再分散性ポリマー粉末全固形分の0.5wt%未満の量のアニオン性および非イオン性界面活性剤が、重合において用いられ得る。
本発明の水再分散性ポリマー粉末は、カルボキシル基を含有する多段階アクリル系コポリマーおよび追加のコロイド安定剤、好ましくはポリビニルアルコール(PVOH)、ならびに必要に応じて1または複数の固化防止剤の水性混合物を乾燥することにより形成され得る。追加のコロイド安定剤は、水再分散性ポリマー粉末においてコロイド安定剤の所望の総量が得られるような量が加えられる。好ましくは、水性混和材料を乾燥するステップは、噴霧乾燥を含む。噴霧乾燥は、単一流体、二流体または多流体ノズルあるいは回転板霧化機を用いて噴霧化が実行される、慣習的な噴霧乾燥設備において実行してよい。一般には、乾燥ガスとして空気、窒素、または窒素富化空気を用いてよく、乾燥ガスの吸気口温度は通常は200℃を超えず、好ましくは110℃から180℃、より好ましくは140℃から170℃である。排気口温度は、設備、樹脂のTgおよび所望の乾燥の程度に応じて、一般に45℃から120℃、好ましくは60℃から90℃であってよい。一実施例において、噴霧乾燥される供給の粘度は、1000mPas未満(20rpmおよび23℃におけるブルックフィールド粘度)、好ましくは250mPas未満の値が得られるように、固形分含有量によって調整してもよい。噴霧乾燥される混和材料の固形分含有量は、一般には分散系の総重量に基づいて重量で25%から60%、好ましくは重量で35%から50%であってよい。
乾燥して本発明の水再分散性ポリマー粉末を形成するステップにおいて有用な適したコロイド安定剤は、重合における使用に適した任意のこうした化合物、ならびにセルロース、セルロースエーテル、ポリエステル、キレート剤、例えばエチレンジアミン四酢酸塩など、およびそれらのいずれかのブレンドを含んでいてもよい。PVOHが好ましい。
乾燥して本発明の水再分散性ポリマー粉末を形成するステップにおいて有用な適した固化防止剤には、例えば、炭酸カルシウム、タルク、ドロマイト、およびケイ酸塩鉱物が含まれ得る。加えて、例えば、無機添加剤;パーソナルケア、医薬(pharma)、農業(ag)、または油/ガスのための活性物を含めた、従来の量の他の従来型の添加剤を用いてもよく、全固形分に基づいて最大1.5wt%の量の消泡剤などの水性混和材料を乾燥するステップより前に加えてもよい。従来の量で用いてもよい他の添加剤には、1または複数の塩、例えばCaCl、およびMgCl、単糖類、二糖類、分散剤または流動化剤が含まれる。
好ましくは、水再分散性ポリマー粉末の水への再分散性を増加するために、水性コポリマー分散系を十分に乾燥するより前に塩基性化合物を加えてもよい。塩基性化合物は、コポリマー中のカルボキシル基のモル当たり、0.4モル以上、好ましくは0.5から2モル、より好ましくは0.6モル以上の量を重合の前、途中または後に加えてよい。塩基性化合物は、水性コポリマー生成物のpHを8.0以上、または9.5以上、または、好ましくは少なくとも10.5、および好ましくは最大12.5に調整するような量を加えてよい。塩基性化合物は、無機塩基性化合物、好ましくは無機強塩基性化合物、例えばアルカリ金属水酸化物あるいはアルカリ土類金属水酸化物、例えば水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムであってよい。
好ましくは、本発明に従って、セメント含有タイル接着剤(CTA)乾燥混合物は、乾燥混合組成物の重量に基づいて25から45wt%の普通ポルトランドセメント(OPC)、乾燥混合組成物の重量に基づいて1から8wt%、好ましくは2.5から5.5wt%の高アルミナ含有セメントまたは高アルミナセメント、例えばアルミン酸カルシウムセメント(CAC)またはスルホアルミン酸カルシウムセメント(CSA)、アルミン酸カルシウムセメントの重量に基づいて40から60wt%、例えば45から55wt%の量の硫酸カルシウム、主充填剤として好ましくは粒径が0.1mmから0.5mmの、40から70wt%のケイ砂、および0.1から10wt%、好ましくは1から6wt%の本発明の水再分散性ポリマー粉末を含む。高アルミナ含有セメント、例えばアルミン酸カルシウムセメントは、アルミナ(Al)含有量が高アルミナ含有セメントの重量に基づいて、30wt%より多く、好ましくは40wt%より多く、より好ましくは55wt%より多く、最も好ましくは少なくとも70wt%である。セメント含有乾燥混合組成物は、従来の量の充填剤および他の従来型の添加剤、例えば酸化亜鉛、水酸化亜鉛、および炭酸水酸化亜鉛からなる群から選択されるアルカリ金属水酸化物および/またはアルカリ土類金属水酸化物、促進剤、例えば炭酸リチウム、酒石酸、1または複数の増粘剤、例えばセルロースエーテル、例えばヒドロキシメチルセルロース、消泡剤、ならびに液化剤、分散剤、または流動化剤、例えば水溶性コ−ポリマー分散剤、例えば変性ポリカルボン酸塩であるMELFLUX(商標) 2651F(BASF Construction Polymers、ジョージア州ケネソー)も含んでいてもよい。充填剤の例には、例えば、シリカ砂およびケイ砂、ケイ砂粉、炭酸カルシウム、ドロマイト、ケイ酸アルミニウム、タルクまたはマイカなどの砂、あるいは軽量充填剤、例えば軽石粉、発泡ガラス、気泡コンクリート、パーライトまたはバーミキュライトなどが含まれる。充填剤の混合物も含まれていてもよい。適した高アルミナ含有セメントには、市販されているアルミン酸カルシウムセメント(CAC)、例えばフランスのKerneos SAにより製造されているアルミナ含有量が約70wt%のCACであるTernal(商標)W、および例えば中国河北省のTangshan Polar Bear Cement Company,Ltdにより製造されているスルホアルミン酸カルシウムセメント(CSA)が含まれ得る。適した硫酸カルシウムの原料源は、無水石膏または石膏、硬化形態(半水和物)、および乾燥形態(二水和物)、およびそれらの混合物であってよい。
本明細書で使用する場合、「水再分散性ポリマー粉末」と言う語は、脱イオン水中に容易に分散して再分散性のポリマー粉末を作るのに用いられるラテックスまたはエマルションポリマーの本来の粒径の粒度分布を提供する粉末を意味する。
別段の指定がない限り、全ての部および割合は重量、全ての温度は室温、かつ全ての圧力は標準気圧である。
下表1.1に示すように、以下の材料が実施例において多段階アクリル系コポリマーを作るために用いられる:
Figure 2015516993
合成例:下記のエマルション1〜14は、逆2段階プロセスによって調製した(最初にアルカリ溶解性樹脂を調製した後に、アルカリ溶解性樹脂の存在下での内部段階コポリマーの重合が続く)。下記のエマルション13から14は、レドックス開始剤を用いて調製した。
エマルション1:機械撹拌器、熱電対、凝縮装置およびステンレス製給入口を備えた20Lの反応器に、1933gの脱イオン(DI)水を投入し85℃に温めた。加温時に、下表2.1に示すようなモノマーエマルション(ME)を、FMI(ニューヨーク州ショセットのFluid Meter Incorporated)ポンプを用いてその最高速度で〜15分掛けて反応器に移した。次いでさらに159gのDI水洗い流し液を反応器に加えた。反応器温度50℃で、下表2.1に示すようなホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウム(SSF)、tert−ブチルヒドロペルオキシド(tBHP)および硫酸第一鉄七水和物の3つの別個の水溶液を、反応器に連続的に加えた。2〜3分以内に発熱反応が観察され、90℃まで15分かけて徐々に上昇した。温度がピークに達した後、残留モノマーを減少するために反応器にtBHPおよびSSFからなる2つのチェイサー水溶液を加えた。10分後、アリコートを採取し、434nm(BI90 plus)、MMA434ppm、およびpH2.19を分析した。結果として得られたラテックスを、次いで水酸化ナトリウムおよび水酸化物カルシウムの水溶液からなる中和剤溶液で処理し、半透明溶液と共にpH11の難溶性コポリマーを産出した。
15分後、下表2.2に示されるような、過硫酸アンモニウム(APS)開始剤水溶液を加え、その後モノマーエマルション2(ME2)および過硫酸アンモニウム水溶液(共供給開始剤溶液)をそれぞれ124.8および9.57g/分で徐々に追加した。合計供給時間は80分であり、反応温度は84〜86℃の間に維持した。これらの供給が完了した後、159gのDI水を用いてME2を反応器へ洗い流し、20gのDI水を用いて共供給開始剤を反応器へ洗い流した。これらの洗い流し液が反応器へ供給されている間に、ラテックスを75℃に冷却した。ラテックスを50℃に冷却しながら、tBHPおよびSSFの水溶液を、20分掛けてラテックスに供給した。50℃で、殺生物剤(ROCIMA BT2S、Dow Chemical、ミシガン州ミッドランド)をラテックスに加え、ラテックスを単離し分析した:固形分47.28%%;pH7.56:平均粒径174nm(BI90 plus)、MMA35ppmおよびBA58ppm。
Figure 2015516993
Figure 2015516993
エマルション2:アルカリ溶解性コポリマーシェルおよび低Tgのコポリマーコアからなるグラフトコポリマーの調製。機械撹拌器、熱電対、凝縮装置およびステンレス製給入口を備えた20Lの反応器に、1933gのDI水を投入し85℃に温め、下表2.3にまとめたモノマーエマルション1(ME)をFMIポンプを用いて最高速度で〜15分掛けて反応器に移した。ME1を反応器に移した後、さらに159gのDI水洗い流し液を反応器に加えた。反応器温度50℃で、ホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウム(SSF)、tert−ブチルヒドロペルオキシド(tBHP)および硫酸第一鉄七水和物からなる3つの別個の水溶液を、反応器に連続的に投入した。2〜3分以内に発熱反応が観察され、20分かけて88℃まで徐々に上昇した。温度がピークに達した後、残留モノマーを減少するために反応器にtBHPおよびSSFからなる2つのチェイサー水溶液を加えた。10分後、アリコートを採取し、434nm(BI90 plus)、MMA434ppm、およびpH2.19を分析した。結果として得られたラテックスを、水酸化ナトリウムおよび水酸化物カルシウムの中和剤水溶液で処理し、半透明溶液と共にpH11の難溶性コポリマーを産出した。
Figure 2015516993
15分後、下表2.4に示されるような開始剤溶液を加え、その後ME2および共供給開始剤溶液をそれぞれ57.5および4.1g/分で徐々に追加した。10分後、ME2および共供給開始剤溶液それぞれについて、これらの供給速度を117.6および9.1g/分に増加した。合計供給時間は90分であり、反応温度は84〜86℃の間に維持した。これらの供給が完了した後、159gのDI水を用いてME♯2を反応器へ洗い流し、20gのDI水を用いて共供給開始剤を反応器へ洗い流した。これらの洗い流し液が反応器へ供給されている間に、ラテックスを75℃に冷却した。ラテックスを50℃に冷却しながら、tBHPおよびSSFの水溶液を、20分掛けてラテックスに供給した。50℃で、殺生物剤(ROCIMA BT2S)をラテックスに加え、ラテックスを単離し分析した:固形分48.21%%;pH7.54:平均粒径238nm(BI90 plus)、MMA2ppm、BA15ppmおよびMAA117ppm。
Figure 2015516993
エマルション3:周囲温度で、640gのDI水を、機械撹拌器、熱電対、凝縮装置およびステンレス製浸漬管を備えた5Lの4つ口丸底フラスコに加え、85℃に温めた。下表2.5に示すME1を、フラスコ内に〜15分かけて移動した。追加の30gのDI水洗い流し液を加え、反応混合物を冷却させた。反応器温度48℃で、ホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウム(SSF)、tert−ブチルヒドロペルオキシド(tBHP)および硫酸第一鉄七水和物からなる3つの別個の水溶液を、フラスコに連続的に投入した。2〜3分以内に発熱反応が観察され、15分かけて84℃まで徐々に上昇した。温度がピークに達した後、残留モノマーを減少するためにtBHPおよびエリソルビン酸からなる2つのチェイサー水溶液をフラスコに連続的に投入した。10分後、アリコートを採取して分析し、平均粒径284nm(BI90 plus)、MMA122ppm、pH2.46およびMn4903でMw8872(THF溶解性)を与えた。結果として得られたラテックスを、次いで水酸化ナトリウムおよび水酸化物カルシウムの水溶液からなる中和剤溶液で処理し、半透明溶液と共にpH11の難溶性コポリマーを産出した。
30分後、下表2.6に示されるような114gのME2を反応器に移し、その後開始剤溶液のショット追加を追加した。発熱反応が観察された(7℃)。温度がピークに達した後、ME2および共供給開始剤溶液をそれぞれ21.1および1.5g/分で供給した。合計供給時間は90分であり、反応温度は84〜86℃の間に維持した。これらの供給が完了した後、35gのDI水を用いてME2供給からの残留物をフラスコへ洗い流し、10gのDI水を用いて共供給開始剤をフラスコへ洗い流した。これらの洗い流し液がフラスコへ供給されている間に、ラテックスを75℃に冷却した。ラテックスを50℃に冷却しながら、tBHPおよびSSFの水溶液を、20分掛けてラテックスに供給した。50℃で、殺生物剤(ROCIMA BT 2S)をラテックスに加え、ラテックスを単離し分析した:固形分48.01%%;pH7.49:平均粒径155nm(BI90 plus)、MMA0ppm、BA12ppmおよびMn40.931でMw384,840。
Figure 2015516993
Figure 2015516993
エマルション4:(比較例)周囲温度で、473gのDI水を、機械撹拌器、熱電対、凝縮装置およびステンレス製浸漬管を備えた5Lの4つ口丸底フラスコに加え、50℃に温め、下表2.7に示されるようなME1を〜15分掛けてフラスコに移した。ME1を移した後、SSF、tBHPおよび硫酸第一鉄からなる3つの水溶液を連続的にフラスコへ投入した。2〜3分以内に発熱反応が観察され、15分かけて90℃まで徐々に上昇した。温度がピークに達した後、残留モノマーを減少するためにtBHPおよびSSFからなる2つの水溶液をフラスコに連続的に投入した。10分後、ラテックスを分析した:平均粒径372nm(BI90 plus);MMA222ppmおよびpH2.39。結果として得られたラテックスを、次いで水酸化ナトリウムおよび水酸化物カルシウムの水溶液からなる中和剤溶液で処理し、半透明溶液と共にpH11の難溶性コポリマーを産出した。
Figure 2015516993
30分後、下表2.8に示される開始剤溶液をフラスコに投入し、その後ME2および共供給開始剤溶液をそれぞれ30.5および2.34g/分で徐々に追加した。合計供給時間は80分であり、反応温度は84〜86℃の間に維持した。これらの供給が完了した後、39gのDI水を用いてME2供給ラインをフラスコへ洗い流し、10gのDI水を用いて共供給開始剤をフラスコへ洗い流した。これらの洗い流し液がフラスコへ供給されている間に、ラテックスを75℃に冷却した。ラテックスを50℃に冷却しながら、tBHPおよびSSFの水溶液を、20分掛けてラテックスに別々に供給した。50℃で、殺生物剤(ROCIMA BT2S)をラテックスに加え、ラテックスを単離し分析した:固形分46.85%;平均粒径155nm(BI90 plus)、pH7.53、MMA64ppmおよびBA93ppm。
Figure 2015516993
エマルション5:SURFYNOL 104の代わりにTRITON X−405を用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。定量分析(QA)データ:固形分47.76%;平均粒径136nm(BI90 plus);およびpH7.44。
エマルション6:SURFYNOL 104の代わりにPLURONIC L−31を用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:49.00%、平均粒径168nm(BI90 plus);およびpH7.64。
エマルション7:SURFYNOL 104の代わりにTRITON CF−10を用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:48.166%、平均粒径151nm(BI90 plus)、pH7.21、MMA14ppm、BA34ppmおよびMAA147ppm。
エマルション8:SURFYNOL 104の代わりにTRITON X−15界面活性剤を用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:47.974%、平均粒径158nm(BI90 plus)、pH7.33、MMA20ppm、BA31ppmおよびMAA295ppm。
エマルション9:SURFYNOL 104の代わりにTRITON X−100を用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:48.24%、平均粒径172nm(BI90 plus)、pH7.22、MMA0ppmおよびBA178ppm。
エマルション10:SURFYNOL 104の代わりにTEXANOLを用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:固形分49.48%および粒径185nm(BI90 plus)。
エマルション11:SURFYNOL 104の代わりにTEXANOLを濃度×2で用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:48.71%、平均粒径188nm(BI90 plus)、pH7.22、MMA3ppmおよびBA8ppm。
エマルション12:SURFYNOL 104の代わりにTEXANOLを濃度×3で用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:固形分48.80%、平均粒径平均粒径203nm(BI90 plus)、MMA5ppmおよびBA42ppm。
エマルション13:エマルション3の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:固形分47.38%、pH7.53、平均粒径159nm(BI90 plus)、およびpH7.42。
エマルション14:SURFYNOL 104の代わりにDALPAD Aを用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:固形分49.57%%、平均粒径173nm(BI90 plus)、およびpH7.37。
エマルション15:SURFYNOL 104の代わりにOPTIFILM 400を用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:固形分49.75%;平均粒径126nm(BI90 plus);およびpH7.17。
エマルション16:SURFYNOL 104の代わりにCOASOLを用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:固形分49.67%;平均粒径193nm(BI90 plus)、およびpH7.13。
エマルション17:SURFYNOL 104の代わりにTEXANOLを用いたことおよび段階2コポリマーのTgが17から11℃に下がったことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:固形分48.85%、平均粒径190nm(BI90 plus)、およびpH7.12。
エマルション18:SURFYNOL 104の代わりにTRITON X−15を用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:固形分49.68%、および平均粒径150nm(BI90 plus)。
エマルション19:SURFYNOL 104の代わりにTEXANOLを用いたことおよび段階2コポリマーのtgが17から6℃に下がったことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。QAデータ:固形分48.29%;平均粒径194nm(BI90 plus);およびpH7.29。
エマルション13A:周囲温度で、450gのDI水を、機械撹拌器、熱電対、凝縮装置およびステンレス製浸漬管を備えた5Lの4つ口丸底フラスコに加え、70℃に温めた。フラスコが70℃に達した時に、下表2.9に示されるようなME1を、FMIポンプ(QG 150)を用いて〜15分掛けてフラスコに移した。ME1を移した後、さらに35gのDI水洗い流し液を加えた。反応器温度40℃で、ホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウム(SSF)、tert−ブチルヒドロペルオキシド(tBHP)および硫酸第一鉄七水和物からなる3つの水溶液を、フラスコに連続的に投入した。2〜3分以内に発熱反応が観察され、15分かけて70℃まで徐々に上昇した。温度がピークに達した後、残留モノマーを減少するためにフラスコにtBHPおよびSSFからなる2つのチェイサー水溶液を連続的に加えた。10分後、アリコートを採取して平均粒径243nm(BI90 plus)、MMA62ppmおよびMn5347でMw8704を分析した。次いで得られたラテックスを中和剤溶液で処理して、5℃の温度上昇を生じた。半透明溶液と共にpH11の難溶性コポリマーが生じた。
Figure 2015516993
30分後、下表2.10に示されるような開始剤溶液をフラスコに加え、続いてME2、共供給開始剤、および共供給活性剤溶液をそれぞれ26.0、1.33および1.33g/分で徐々に追加した。合計供給時間は90分であり、反応温度は63〜67℃の間に維持した。80%のME2を供給した後、ME2に8.48gのALMAをショット追加した。次いで35gのDI水を用いてME2をフラスコへ洗い流し、10gのDI水を用いて共供給液をフラスコへ洗い流した。ラテックスを、64〜66℃の間に10分間維持した。ラテックスを50℃に冷却しながら、tBHPおよびSSFの水溶液を、20分掛けてラテックスに別々に供給した。50℃で、ラテックスにMOWIOL 4−88の25%水溶液111.2gを加え、続いて殺生物剤(ROCIMA BT2S)を追加した。次いでラテックスを単離して分析した:固形分48.67%%;平均粒径174nm(BI90 plus)、MMA3ppm、BA344ppm、286cps(LV♯3;60rpm)およびMn69,251でMw494,210。
Figure 2015516993
エマルション14A:周囲温度で、428gのDI水を、機械撹拌器、熱電対、凝縮装置およびステンレス製浸漬管を備えた5Lの4つ口丸底フラスコに加え、85℃に温めた。下表2.11に示すME1を、FMIポンプ(QG 150)を用いて〜15分かけて移動した。さらに35gのDI水洗い流し液を、ME1供給ラインを洗い流すために加えた。フラスコ温度48℃で、ホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウム(SSF)、tert−ブチルヒドロペルオキシド(tBHP)および硫酸第一鉄七水和物からなる3つの水溶液を、フラスコに連続的に投入した。2〜3分以内に発熱反応が観察され、15分かけて86℃まで徐々に上昇した。温度がピークに達した後、残留モノマーを減少するためにtBHPおよびSSFからなる2つの水溶液をフラスコへ連続的に投入した。10分後、アリコートを採取し、平均粒径352nm(BI90 plus)、MMA103ppm、およびpH2.21を分析した。得られたラテックスを水酸化ナトリウムおよび水酸化カルシウムの水溶液で処理し、3℃の温度上昇が生じた。得られた溶液は、pH11であり、難溶性コポリマーは半透明の溶液を与えた。第2段階を形成するために、30分後、下表2.11に示される開始剤溶液を加え、続いてME2および共供給開始剤溶液をそれぞれ10.5および0.5g/分で徐々に追加した。合計供給時間は240分であり、反応温度は84〜86℃の間に維持した。80wt%のME2を供給した後、8.48gのメタクリル酸アリル(ALMA)をME2に加えた。これらの供給が完了した後、35gのDI水を用いてME2をフラスコへ洗い流し、10gのDI水を用いて共供給開始剤をフラスコへ洗い流した。ラテックスを、80〜85℃の間に30分間維持した。これらの洗い流し液がフラスコへ供給されている間に、ラテックスを75℃に冷却した。ラテックスを50℃に冷却する間に、一般的なデュアルシリンジポンプ(バーモント州バーノンヒルズのCole−Palmer Instruments)を用いてtBHPおよびSSFの水溶液を20分掛けて別々にフラスコに供給した。50℃で、ラテックスにMowiol 4−88の25%水溶液111.2gを加え、続いて殺生物剤(ROCIMA BT2S)を追加した。次いでラテックスを単離して分析した:固形分48.78%%;pH7.07:平均粒径176nm(BI90 plus)、MMA2ppm、BA74ppm、STY6ppmおよびMn156,880でMw430,670。
Figure 2015516993
エマルション15A:表2.7に示されるようなME1のためにSURFYNOL 104の代わりに同重量のTEXANOLを用いたことを除いて、エマルション4の調製におけるものと同じプロセスに従った。周囲温度で、473gのDI水を、機械撹拌器、熱電対、凝縮装置およびステンレス製浸漬管を備えた5Lの4つ口丸底フラスコに加えた。周囲温度で、下表2.7に示されるようなME1を、フラスコに〜15分かけて移した。ME1を移した後、段階1活性剤を32gのHOに溶解し、段階1開始剤を23gのHOに溶解し、段階1促進剤を10gのHOに溶解し、段階1チェイス活性剤(chase activator)を19gのHOに溶解し、段階1チェイス開始剤(chase initiator)を10gのHOに溶解し、使われた段階1中和剤は、122gのDI水、36.9gの水酸化ナトリウム(水50%)および17.5gの水酸化カルシウムであった;下表2.12に示すような、レドックス開始された段階2重合プロセスにおいて、反応温度65℃で、段階2コポリマーのtgは17から6℃に下がった。QAデータ:固形分47.45%;平均粒径135nm(BI90 plus)、およびpH7.3。
Figure 2015516993
噴霧乾燥による水再分散性ポリマー粉末形成:周囲温度で、1000gの下表4および5に示したエマルションを、6.25gの水酸化カルシウムおよび365gの水からなる水性スラリーで処理し、pH10〜11および固形分含有量〜35%のエマルションが得られた。次いで中和されたエマルションを、ノズル(Spray Systems Company(イリノイ州ウィートン)のSU4またはSU5)を備えたNiro Atomizer Spray Dryer(GEA Process Engineering Inc、メリーランド州コロンビア)実験用噴霧乾燥機を用いて噴霧乾燥した。別段の指定がない限り、追加のコロイド安定剤は用いなかった。不確実要素に対する許容性を持った噴霧乾燥条件は、下表3に示されるようなものであった。特に指定しない限り、全ての実施例について、固化防止助剤は用いなかった。得られる自由流動性粉末は、下に定義する方法において80〜90%の回収率で回収された。
Figure 2015516993
実施例1〜6:重合におけるコロイド安定剤の影響:下表4のエマルションを、示した固化防止剤(ACA)を用いて噴霧乾燥した。それぞれの粉末生成物を、Denver Instruments(ニューヨーク州ボヘミア)のIR 35 Moisture Analyzerを用いて残留含水量(HO%)について、および粉末の粒径を測定するためにレーザー回折によりBeckman Coulter(マサチューセッツ州ダンバース)LS 13 320を用いて粒度分布について分析した。許容可能な粒径は、粉末の噴霧乾燥に用いられるノズルの種類、乾燥器内の滞留時間および生じ得る凝集の程度に依存する。これらの実施例に関して、粉末粒径は乾燥器内の短い滞留時間(<10秒)が原因で小さい。得られる分散系それぞれを、回収率および沈殿耐性による再分散性について以下の方法で評価した:
回収率:(回収率は、乾燥ポリマー、固化防止助剤および噴霧乾燥した保護コロイドの総量に対する回収された粉末の割合を示す。許容可能なレベルの回収率は、乾燥器に入れる固形分の総重量の>80wt%、および、好ましくは、90wt%であるが、サイクロン効率に依存する。
沈殿:(それぞれの粉末を、一般的なステンレス製撹拌機およびIKW RW 20 Digital Stirrer(ノースカロライナ州ウィルミントン)を用いて50gの同重量の粉末および水と400rpmで30分間混合することにより再分散させた。得られるペーストを、追加の水(90部の水に対し1部のペースト)で薄めた。沈殿は、24時間後の最高沈殿が0mmである場合に、水性の再分散した粉末の分散安定性を示す。沈殿は、mm対mLの目盛りを含む平台で修正された直径0.5mm×長さ45cmのビュレットを用いて行われる。沈殿の許容可能なレベルは、≦20mm、好ましくは、≦10mmである。粉末の再分散性を測定する別の方法は、再分散した粉末をALMモジュールを備えたBeckman−CoulterのLS 13 320レーザー回折式粒度分布測定装置で分析することである。この方法については、許容可能な粉末再分散性は、5μm未満、および、好ましくは1ミクロン未満の粒径を有する粒子の%により定義される。この定義は、噴霧乾燥した初期の分散系の一次粒子に依存する。例えば、初期の分散系が1ミクロンの粒径を有する場合は、許容可能な粉末再分散性は、粒径が<10μmの粒子の%であってよい。
表4に示すように、プロセス中に(重合時に用いられる)コロイド安定剤が用いられた多段階アクリル系コポリマーの実施例2、5、および6は全て、24時間後に2mm以下の沈殿の許容可能な再分散性を与えた。プロセス中にコロイド安定剤が無い実施例3は、許容できない再分散性を示した。
Figure 2015516993
実施例7〜12:界面活性剤の再分散性への負の影響:下表5に示される以下の実施例は、カオリン粘土を固化防止助剤として噴霧乾燥した。得られる粉末中のカオリン粘土濃度は、平均10%であった。それぞれの試料を、残留含水量(HO%)およびCoulter LS 12 320を用いて粒度分布について分析した。それぞれの試料を同重量の粉末および水を30分間混合することにより再分散させた。得られるペーストを、追加の水(90部の水に対し1部のペースト)で薄めた。再分散した粉末を、Beckman−CoulterのLS 13 320レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて上で述べた通りに分析した。平均粒径が1ミクロン未満である粒子%を測定した。
下表5に示すように、プロセス(重合)において界面活性剤のみを有する水再分散性粉末は、不十分から不良の再分散性を示した。実施例12の水再分散性粉末は、造核剤としてエチレングリコールオクチルフェニルエーテルを使用し、劇的に改善された再分散性を実証した。
Figure 2015516993
実施例13〜29:造核剤の再分散性への影響:以下の粉末は、固化防止剤が無いことを除いて、上で表3および付随する文章に述べた通りに噴霧乾燥した。それぞれの水性粉末分散系を、2部のRDPを3部の水と共に一般的なステンレス製撹拌機を用いて20分間混合することにより調製した。測定されたMFFT値を、下表6に示す。熟成が示される場合は、水再分散性ポリマー粉末を周囲条件に所定の時間曝露した。最低造膜温度(MFFT)および沈殿を測定した。最低造膜温度試験装置SS−3000(英国サリーのSheen Instruments)を用いてMFFT視覚値を取得した;標準:DIN 53787−DIN 53 366−ASTM D 2354−ASTM D 1465−ISO 2115−ISO/DIS 4622。好ましいMFFT値は、5℃未満および、好ましくは0℃以下である。膜を取り出し膜の亀裂が入った所の温度を視覚的に測定することにより、MFFT機械値(MFFT Mechanical values)を取得した。
下表6に示すように、全ての発明実施例は良好な沈殿結果を与え、最低造膜温度を10℃未満の好ましい温度へ著しく低下させた。界面活性剤のみを含有する比較例13は、不十分な沈殿結果を与え、許容可能範囲外の最低造膜温度をもたらした。実施例18は、過剰な量の水および再分散性を許容可能なレベルより低く制限する造核剤の使用量を含有した。
Figure 2015516993
残留造核剤濃度の測定:エマルション11および15Aならびにその対応する水再分散性ポリマー粉末のそれぞれの造核剤濃度を、ヘッドスペースガスクロマトグラフィー分析(GCD)で測定した(フロンティアラボ(日本、福島県)のFrontier py−2020iDダブルショットパイロライザー、およびアジレント・テクノロジー(カリフォルニア州サンタクララ)の5973 MSD RTX−5カラム(長さ:30m、直径:0.25mm、膜厚:0.25μm)を備えたAgilent 6890 GCを用いた熱分解−GC分析)。RDP最終生成物の造核剤(TEXANOL)濃度は、対応するそれぞれの水再分散性ポリマー粉末が2週間60℃で熱熟成した後でも十分に保たれた。それぞれの試料を3回分析して再現性を確認した。
実施例31:セメントタイル接着剤(CTA)用途:下表7に示すように、示されたエマルションおよび固化防止剤を別々に、それぞれ(2つの注入口)パイロット規模の噴霧乾燥機(GEA Process Engineering Inc(メリーランド州コロンビア)のBowen BLSA Spray Dryer)に備え付けられた回転噴霧器に注入した。ノズルへの空気圧は、6kg/時の空気流と同等である50%の流れを有する1バールに固定してよい。噴霧乾燥は、再分散性のポリマー粉末を得るための混合物および噴霧乾燥の供給速度を調節することにより、吸気口温度は140℃に固定され、排気口温度は50℃±1℃を目標とするN環境において行った。エマルション2からのRDPを、下表8に示される実施例30および31の再分散性の粉末に配合した。下表8に示すそれぞれの接着剤配合物を、秤量してビニール袋内に置き、手動で2分間混合し、一定の温度(21℃〜25℃)および湿度(相対湿度45〜55%)条件で24時間調整した。次いで得られた生成物を試験した。残りの実施例には、実施例30、32および34における標準の乾燥混合配合物、ならびに普通ポルトランドセメント(OPC)、アルミン酸カルシウムセメント(CAC)および硫酸カルシウムを含む、高アルミナセメントを含有する乾燥混合配合物が含まれた。
Figure 2015516993
試験法:セメントタイル接着剤を以下のように試験した:
密度:モルタルを容積が分かっている容器内に置き、卓上で容器を軽くたたくことにより詰め、次いで秤量した。
モルタル粘度:粘度は、Brookfield Synchro−lectric粘度計(モデルRVT)をBrookfield Helipathスタンドと組み合わせて用いて25℃で測定する。モルタルを比重カップに満たし、モルタルの表面にちょうど接触するようにスピンドル(T−F)の位置を合わせる。粘度計のスピンドルを5rpmで2分間回転する。回転の間、その回転しているスピンドルが試料を通ってらせん経路を描くように、粘度計を昇降させる。1回の完全な回転後にスピンドルが十分に沈むまで、最初の測定は行わない。それぞれの方向において粘度計が動くように4つの測定値が測定され、その平均が報告される。
硬化時間:硬化時間は、ASTM C191(2008年、ペンシルベニア州ウエストコンショホッケン)に従って測定した。モルタルを円形硬化時間型(circular set time mold)内に置き、次いでプラスチックの層で覆い、適所においてゴムのバンドで留めた。次いでこれらをビカー針の下の位置に置いた。初期硬化時間および最終硬化時間を、モルタルに入り込む針の距離に照らして測定した。
せん断強度:合板せん断強度を、ANSI 118.11の4.1.1および4.1.2節に従って測定した。試料は、1片の合板および1片のクォーリータイルを一緒に接着したモルタル層で組み立てる。せん断強度は、試料が7日間および28日間熟成した後に測定する。不浸透性セラミックモザイクせん断強度を、ANSI 118.4の5.2.2、5.2.3、および5.2.4節(TCNA、2011年)に従って測定した。試料は、2片の不浸透性セラミックモザイクタイルを一緒に接着したモルタル層で組み立てた。せん断強度を試料を熟成させた後(一定の温度(21℃〜25℃)および湿度(相対湿度条件45〜55%)で7日間(ANSI 118.4の5.2.2節)、7日間に続いて浸水してさらに7日間(ANSI 118.4の5.2.3節)、および28日間(ANSI 118.4の5.2.4節)にも測定した。せん断強度試験に用いたこれらのANSI試験基準を下に概説する:
せん断強度試験基準 ANSI試験
不浸透性セラミックモザイクタイル、7日 118.4,5.2.2
不浸透性セラミックモザイクタイル、7日水浸 118.4,5.2.3
不浸透性セラミックモザイクタイル、28日 118.4,5.2.4
合板、7日 118.11,4.1.1
合板、28日 118.11,4.1.2
Figure 2015516993
下表9に示すように、高アルミナセメントに配合した場合に発明例31における発明のカルボキシル基含有多段階アクリル系コポリマーエマルション2が最大の水浸せん断強度を示した。その値は、残りの実施例と同様の水浸値を示すと予想されていたにもかかわらず、全ての他の試料より高かった。さらには、実施例31は、水浸後に最高の強度保持率%を示した。また、実施例31におけるOPC+CAC+硫酸カルシウム混合物のOPC系(実施例30)に対する硬化時間における大規模な開き(>10時間)は、非常に驚きであった。OPC系における比較例32および34に対して、OPC+CAC+硫酸カルシウム混合物の全ての比較例33および35は、より遅い硬化時間を示した。
Figure 2015516993

Claims (10)

  1. アルカリ溶解性樹脂外部段階および1または複数の内部段階を有するカルボキシル基含有多段階アクリル系コポリマーと、150℃から500℃の沸点および3.5%以下の水への溶解度を有する1または複数の造核剤と、1または複数のコロイド安定剤と、を含む水再分散性ポリマー粉末組成物であって、
    水中に分散した場合に、前記1または複数の内部段階が、−40から50℃のガラス転移温度(Tg)を有するアクリル系(コ)ポリマーを含む、水再分散性ポリマー粉末組成物。
  2. 前記1または複数の造核剤は、水への溶解度が1.0%以下である、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記コロイド安定剤の総量は、前記組成物の総重量に基づいて0.1から30wt%の範囲であり、前記多段階アクリル系コポリマー中の前記造核剤の総量は、ポリマー全固形分に基づいて0.1から4.0wt%の範囲である、請求項1に記載の組成物。
  4. 前記1または複数のコロイド安定剤は、ポリビニルアルコール(PVOH)を含む、請求項1に記載の組成物。
  5. 固化防止剤の総量が前記水再分散性ポリマー組成物の総重量に基づいて3.0から30wt%の範囲になるような1または複数の前記固化防止剤をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
  6. 前記1または複数の造核剤は、CからC10のアルキルグリコールエーテル;フェニルグリコールエーテル;CからC10のアルキルジグリコールエーテル;CからC10のアルキルアリールグリコールエーテル;CからC10のアルキルアリールジグリコールエーテル;CからCのアルカン酸のCからC10のアルキルエステル;CからCのアルカン二酸のCからC10のアルキルエステル;CからCのアルカン酸のCからC10のアルキルジエステル;CからCのアルカン二酸のCからC10のジアルキルエステル;およびそれらの混合物から選択される、請求項1に記載の組成物。
  7. 前記造核剤は、イソ酪酸アルキルおよび分岐イソ酪酸アルキルから選択される、請求項6に記載の組成物。
  8. 前記カルボキシル基含有多段階アクリル系コポリマーは、共重合した形態において、コポリマーを作るために使われるモノマーの総重量に基づいて0.1から20wt%の1または複数のカルボキシル基含有モノマーを含む、請求項1に記載の組成物。
  9. 請求項1に記載の前記水再分散性ポリマー粉末と、普通ポルトランドセメントと、アルミナ含有量が30wt%から85wt%である高アルミナセメントと、硫酸カルシウムと、を含む、乾燥混合セメントタイル接着剤組成物。
  10. 前記カルボキシル基含有アクリル系水再分散性ポリマーの平均粒径は、100から400nmである、請求項9に記載の乾燥混合組成物。
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