JP2016507603A - 非セメント系外装仕上げ組成物のためのアクリル再分散可能なポリマー粉体 - Google Patents

非セメント系外装仕上げ組成物のためのアクリル再分散可能なポリマー粉体 Download PDF

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Abstract

本発明は、非セメント外装仕上げ組成物、例えばテクスチャード塗料配合物の調製に使用するための水に再分散可能なポリマー粉体(RDP)を提供する。また、このようなRDPを含む非セメント外装仕上げ組成物及びそのような仕上げ組成物で表面をコーティングする方法が提供される。本発明のRDPは、外装仕上げ組成物、例えば外部断熱仕上げシステム(EIFS)のトップコート配合物に取り入れられる場合、得られる組成物は、アクリルラテックス粉体、及び好ましくはアクリルラテックスを含む従来のテクスチャード塗料配合物以上に、湿潤摩耗耐性を損なうことなく向上した吸塵特性を提供する。【選択図】 なし

Description

本発明は、水に再分散可能なポリマー粉体に関する。特に、本発明は、テクスチャー塗料、例えば多層外壁システム中のトップコートのような非セメント系外装仕上げ組成物における添加剤として使用するのに適した水に再分散可能なポリマー粉体(RDP)に関する。このようなRDPを含む水性外装仕上げ組成物、及びその乾燥配合物前駆体も提供される。本発明の水性外装仕上げ組成物が表面、例えば垂直面に塗布され、乾燥又は乾燥させた方法も提供される。
保護コロイド及び固結防止剤などの種々の添加剤の存在下でエマルションポリマーを噴霧乾燥することによって製造することができる多種多様なRDPは当技術分野で周知であり、商業的供給源から入手可能である。従来のRDPの例は、このような組成物を製造するためのプロセスと共に米国特許第5,403,894号、同第5,739,179号、同第6,559,236号及び同第6,624,243号に開示されているものを含む。
外装断熱仕上げシステム(EIFS)などの多層外壁システムは、商業用及び住宅用ビルの外壁面として広く使用されている。このような多層システムは、従来、絶縁材料の層を有する合板又は石膏ボード等の基板を被覆し、補強メッシュが埋め込まれているセメント系下塗りで断熱材を被覆し、そして0.1〜2.5cmの厚さの層を形成するため一般的にはこてで塗布される非セメント質の上塗り又は外装仕上げ組成物で仕上げることにより準備される。このような外装仕上げ組成物は、絶縁性を提供するだけでなく、湿気の侵入に対するバリアとして作用し、及びに装飾的な機能を提供する。従って、外装塗装に適切であるために、このような上塗り又は仕上げ組成物は良好な色の保持、吸塵耐性、耐水性及び耐摩耗性を含む優れた外観耐久性を有する必要がある。
従来の外装仕上げ組成物又はテクスチャード塗料は、顔料と増量剤とを結合して強靭で、耐久性のあるコーティングを得るように膜形成ポリマーを一般的に含んでいる。ポリマー自体は水性形態で供給されるため、結果的にこのような仕上げ組成物は一般的に湿潤混合物として供給される。しかし、輸送を簡素化し及び液体材料に関係する凍結融解問題を解消するために、ポリマーは、乾燥形態で輸送されることができ、仕上げ組成物の他の乾燥成分と組み合わせて使用時に水が加えられる乾燥混合配合物を形成することができる。
外装仕上げ組成物中のRDPバインダー組成物の使用は、例えば耐水性膜及びコーティングにおける使用のためのRDP組成物を提供するEP−A−0721004に開示されている。RDPは、カルボキシル基、ヒドロキシル基、カルボキシルアミド又はアミン官能基を有するポリマー、及び水中で混合材を分散させることによりこれらのポリマー官能基と非イオン結合を形成する反応性成分を含む。RDP含有外装仕上げ組成物の更なる例は、国際公開第2012/007529号及び米国特許第6,228,937号に見出すことができる。
しかし、このような乾燥混合配合物の提供は輸送に関して有利であるが、市販のアクリル系のRDP、例えばDRYCRYL(商標)DP−2903(米国the Dow Chemical Companyから市販されている+10℃のTgを有する100%アクリルのRDP)を使用してこのようにして調製されたテクスチャード塗料は、液体ポリマーから調製されたテクスチャード塗料、例えば特に外装仕上げ組成物で使用するために設計されたEIFSのトップコート配合物における耐光堅牢性及び吸塵耐性を提供するRHOPLEX(商標)EI−2000(米国the Dow Chemical Companyから市販されている+12℃のTgを有する100%アクリルポリマーラテックス)と比較して、低下した性能、具体的には吸塵耐性及び/又は湿潤摩耗耐性を提供する事が知られている。
これは、例えば、外装断熱仕上げシステム(EIFS)のトップコート配合物のような外装仕上げ組成物に組み込まれた場合、アクリルラテックス粉体及び、好ましくはアクリルラテックスを含有する従来のテクスチャード塗料以上に(外側耐久性の早期指標であると考えられる)湿潤摩耗耐性を低下させることなく改善した吸塵耐性を提供する、水に再分散可能なポリマー粉体(RDP)を提供することが本発明の目的である。好ましくは、外装仕上げ配合物は、アクリル系ラテックス粉体を含む従来のテクスチャード塗料配合物以上に、及び更により好ましくはアクリル系ラテックスを含むそれら以上に吸塵耐性及び湿潤摩耗耐性の両方において改善を提供する。
本発明はその様々な態様において、添付の特許請求の範囲に記載されている。
第1の態様によれば、本発明は、アルカリ可溶性樹脂外部ステージ及び1つ以上の内部ステージと、150℃〜500℃の沸点及び3.5以下の水溶性を有する核生成剤と、及び、コロイド安定剤と、を有し、水に分散させた時に、前記1つ以上の内部ステージは−40から50℃までのFox式を用いて計算したガラス転移温度(Tg)を有するアクリル系(コ)ポリマーを含み、アルカリ可溶性樹脂の外部ステージ、対前記1つ以上の内部ステージの重量比が1:19から2:3までであるカルボキシル基含有多ステージアクリルコポリマーを含む再分散可能なポリマー粉体(RDP)を提供する。
2.前記アルカリ可溶性樹脂の外部ステージ、対前記1つ以上の内部ステージの比が1:19から1:4、好ましくは1:19から3:17である、上記本発明の第1の態様に記載のRDP。
3.前記1つ以上の内部ステージは−20〜25℃、好ましくは−10〜20℃のTgを有する、上記第1の態様又は請求項2のいずれかに記載のRDP。
4.前記多ステージアクリルコポリマーは、重合体単位としてポリマー固形分に基づいて、0.1〜2.0wt%の1つ以上の多官能モノマーを含み、好ましくは、前記多官能モノマーは、アリルメタクリレート(ALMA)、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MATS)、ジメチルアクリレート(dimethyacrylate)ブチレングリコール、アセトアセトキシエチルメタクリレート(AAEM)、及びそれらの組み合わせ)から選択される、上記第1の態様又は前記請求項のいずれか1つに記載のRDP。
5.前記多ステージアクリルコポリマーは、ポリマー固形分に基づいて、0.1〜1.0wt%の1つ以上の連鎖移動剤を含み、好ましくは、前記連鎖移動剤はn−ドデシルメルカプタン(nDDM)、3−メチルメルカプトプロピオナート(MMP)、及びそれらの組み合わせから選択される、上記第1の態様又は前記請求項のいずれか1つに記載のRDP。
6.前記コロイド安定剤は、前記RDPの前記全乾燥重量に基づいて、2.0〜10.0wt%の量で存在する、上記第1の態様又は前記請求項のいずれか1つに記載のRDP。
7.前記RDPの前記全乾燥重量に基づいて、3〜30wt%の固結防止剤を更に含む、上記第1の態様又は前記請求項のいずれか1つに記載のRDP。
8.前記核形成剤は、C〜C10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〜C10アルキルジグリコールエーテル、C〜C10アルキルアリールグリコールエーテル、C〜C10アルキルアリール(alkylaruyl)ジグリコールエーテル、C〜Cアルカン酸のC〜C10アルキルエステル、C〜Cアルカンドイック酸(alkanedoic acids)のC〜C10アルキルエステル、C〜Cアルカン酸のC〜C10アルキルジエステル、C〜Cアルカン二酸のC〜C10ジアルキルエステル、及びそれらの混合物から選択される、上記第1の態様又は前記請求項のいずれか1つに記載のRDP。
9.前記多ステージアクリルコポリマーは、前記コポリマーを製造するために使用されるモノマーの前記全乾燥重量に基づいて、共重合形態で0.1〜20wt%の1つ以上のカルボキシル基含有のモノマーを含む、上記第1の態様又は前記請求項のいずれか1つに記載のRDP。
第2の態様によれば、本発明は、外装仕上げ組成物に使用するための非セメント乾燥混合配合物を提供し、前記乾燥配合物は、前記乾燥配合物の前記総重量に基づいて、40〜80wt%の骨材、及び3〜30wt%の本発明の前記第1の態様に記載のRDPを含む。
11.1つ以上の顔料を更に含み、前記顔料は、前記乾燥配合物の前記総重量に基づいて、10wt%以下の量で存在する、本発明の前記第2の態様に記載の非セメント乾燥混合配合物。
第3の態様によれば、本発明は、本発明の前記第2の態様の前記乾燥混合配合物及び水を含む非セメント外装仕上げ組成物を提供する。
13.前記乾燥混合配合物は、前記組成物の前記乾燥重量に基づいて、10wt%以下の量の1種以上の顔料を含み、及び前記仕上げ組成物は、60〜100%の総顔料体積濃度(PVC)含有量を有する、本発明の前記第3の態様に記載の非セメント外装仕上げ組成物。
14.外装断熱仕上げシステム(EIFS)のトップコートである、本発明の前記第3の態様又は請求項13のいずれかに記載の外装仕上げ組成物。
第4の態様によれば、本発明は外装仕上げ組成物で表面をコーティングする方法を提供し、前記方法は本発明の前記第3の態様に記載の外装仕上げ組成物を前記表面に塗布する工程、及び前記外装仕上げ組成物を乾燥する又は乾燥させる工程を含む。
特に断りのない限り本明細書を通して、%又はwt%等へのいかなる言及は、組成物の乾燥重量で表される。また、本明細書に記載のすべての範囲は両端を含み、及び組み合わせ可能である。
特に断りのない限り、すべての温度及び圧力単位は室温及び標準圧力(STP)である。全ての範囲は両端を含み、及び組み合わせ可能である。
括弧を含むすべてのフレーズは、含まれる括弧内の物質及びその不在のいずれか又は両方を意味する。例えば、語句「(メタ)アクリレート」は、選択的にアクリレート及びメタクリレートを含む。
本明細書で使用される用語「アクリル」は、全モノマー固形分に基づいて、例えば、50wt%以上の任意のアクリルモノマー、例えばアクリレート、メタクリレート、(メタ)アクリルアミド、及び(メタ)アクリル酸を、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意味する。
特に断りのない限り、本明細書で使用される水再分散性ポリマー粉体粒子の用語「平均粒子径」は、粒子の直径、又は50wt%の分布の粒子がその粒子より小さく、及び50wt%の分布の粒子がその粒子より大きいように、レーザー光散乱によって決定されるような粉体粒子の分布における粒子の最大寸法を指す。再分散粒子は、粒度分布は製造業者の推奨手順に従ってレーザー散乱によりCoulter(商標)LS230(Beckman Coulter, Brea, California)粒径分析計を用いて測定した。レーザー散乱や偏光強度差散乱を通じての粒子からの散乱光は、角度の関数として収集され、及びその後、粒子サイズ分布に変換される。
特に断りのない限り、本明細書で使用されるラテックス又はエマルション粒子のための用語「平均粒子径」は、製造業者の推奨に従ってBrookhaven Instruments Corporation 90PLUS(商標)粒子径分布測定装置(Holtsville, NY)を用いて動的光散乱により測定された重量平均粒子径を指す。
「ガラス転移温度」又は「Tg」は、次のようにFox式[Bulletin of the American Physical Society 1, 3 Page 123 (1956)]を用いて計算したコポリマーのガラス転移温度を示す。
1/T = w/Tg(1) +w/Tg(2)
コポリマーの場合、w及びwは反応容器に詰めたモノマーの重量に基づいて、2つのモノマーの重量分率を示し、Tg(1)及びTg(2)はケルビン温度における2つの対応するホモポリマーのガラス転移温度を示す。3つ以上のモノマーを含むポリマーの場合、追加の項(w/Tg(n))が加えられる。この発明の目的のためのホモポリマーのガラス転移温度はJ.Brandrup及びE.H. Immergutによって編集された「Polymer Handbook」Interscience Publishers, 1966に報告されているものであり、その出版物が特定のホモポリマーのTgを報告しない場合を除き、その場合、ホモポリマーのTgは示差走査熱量計(DSC)によって測定される。DSCによりホモポリマーのガラス転移温度を測定するために、ホモポリマー試料が調製され、アンモニア又は第一アミンの非存在下で保持される。ホモポリマー試料は乾燥され、120℃に予熱され、−100℃に急激に冷却された。そしてデータを収集しながら20℃/分の速度で150℃に加熱された。ホモポリマーのガラス転移温度はハーフハイト法を用いて変曲の中点で測定される。
特に断りのない限り、本明細書で使用する語句「分子量」とは、ポリ(スチレン)標準に対してゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定される重量平均分子量を示す。
本明細書で使用する用語「ポリマー」は、選択的に1つ以上の異なったモノマー、例えばターポリマー、テトラポリマー、ペンタポリマーから製造されたポリマーを指し、ランダム、ブロック、グラフト、シーケンシャル、又は傾斜ポリマーのいずれであってもよい。従って、用語「ポリマー」は、その範囲内のコポリマー及びポリマーを含む。
本明細書で使用する場合、用語「水に再分散可能なポリマー粉体」、「再分散可能なポリマー粉体」及び「RDP」は互換的に使用され、脱イオン水に容易に分散し、粉体を作製するために用いられるラテックス又はエマルションポリマーの元の粒子サイズ分布を提供するポリマー含有粉体を示す。
本明細書で使用する場合、用語「界面活性剤を実質的に含まない」は組成物の固形物の総重量を基準にして、界面活性剤を5000ppm未満、又は好ましくは、2500ppm未満含有する組成物を意味する。
本明細書で使用する場合、用語「水溶性」は、目に見えて室温で水に溶解する所定の物質の量を示し、使用される水の総重量又は総質量の百分率として表される。例えば、物質5gを水100gに溶解する場合、その物質の水溶解度は5%である。
用語「非セメント質」とは、水と反応して固まり、水不溶性物質を生成する材料を含有するケイ酸カルシウムを実質的に含まない組成物を指す。本明細書で使用する場合、用語「実質的に含まない」とは、外装仕上げ組成物の総重量に基づいて、5wt%未満、好ましくは2wt%未満、より好ましくは1wt%未満を意味する。
本明細書で使用される場合、語句「wt%」は重量パーセントを意味し、特に断りのない限り乾燥重量で表される。
本発明のRDPは、コロイド安定剤を含む。RDPはRDPの全乾燥重量に基づいて、好ましくは0.1〜30wt%の量で、より好ましくは2.0〜10.0wt%の量のコロイド安定剤を含む。
好ましくは、過剰な界面活性剤の使用を回避するために、RDP内のコロイド安定剤の総量の少なくとも一部はカルボキシル基含有多ステージアクリルコポリマーの重合化の間存在する。実際には、RDP内に含有されるコロイド安定剤の総量は、カルボキシル基含有多ステージアクリルコポリマーの重合化の間に添加されることが好ましい。好ましくは、RDPは、モノマー固形物の総重量に基づいて0.05〜15wt%の量のコロイド安定剤を含む。より好ましくは、コロイド安定剤は0.1〜10wt%、さらにより好ましくは2.0〜4.0wt%の量で添加される。アニオン性及び非イオン性界面活性剤はまた、総水再分散性ポリマー粉体固形物の0.5wt%未満の量で重合中に使用することができる。
好ましくは、本発明で使用されるコロイド安定剤は様々な既知の分子量及び加水分解の程度のポリビニルアルコール(PVOH)、例えばエチレンジアミンテトラアセテート、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、ポリエステル、及びこれらの混合物が挙げられる。最も好ましくは、コロイド安定剤はPVOHである。
本発明のRDPは核形成剤を含む。適切な核形成剤は、沸点が低くて150℃、好ましくは低くて200℃、及びに最高値で500℃、好ましくは最高値400℃であり、並びに水溶解度が3.5%以下、好ましくは1.0%以下、より好ましくは0.5%以下を有する任意の化合物を有する。しかし、核形成剤がRDP内にあることを確実にするために、核形成剤はRDP処理条件下で揮発性であってはならない。好ましくは、RDP中の核形成剤の総量は、カルボキシル基含有多ステージアクリルコポリマーの重合の間、存在する。好ましくは、アクリルコポリマーは0.1〜4.0wt%、より好ましくは0.5から3.0wt%、更により好ましくは1.0〜2.0wt%の核形成剤を含む。これら核形成剤は、好ましくは多ステージカルボキシル基含有アクリルポリマーの共重合の第1ステージの間中、又はアルカリ可溶性樹脂のステージを形成する迄、若しくは形成中に含まれている。核形成剤は、好ましくは、再分散性を向上させるために共重合の際に界面活性剤の代わりに使用される。
好ましくは、核形成剤はC〜C10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〜C10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〜C10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〜C10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〜Cアルカン酸のC〜C10アルキルエステル、例えばアルキルイソ酪酸塩及び2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチラートのような分岐状アルキルイソ酪酸塩;C〜Cアルカン二酸のC〜C10アルキルエステル、例えばブチルコハク酸塩;C〜Cアルカン酸のC〜C10アルキルジエステル、例えば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−メチルプロピオナート;並びにC〜Cアルカン二酸のC〜C10ジアルキルエステル、例えばジイソブチルグルタル酸塩、ジイソブチルコハク酸塩、ジイソブチルアジピン酸塩;並びにそれらの混合物から選択される。より好ましくは、核形成剤は、直鎖状又は分岐状アルキルイソ酪酸塩から選択される。適切な核形成剤の例を以下の表1に示す。
本発明のRDPは、アルカリ可溶性樹脂の外部ステージ及び1つ以上の内部ステージを有するカルボキシル基含有多ステージアクリルコポリマーを含む。上記のように好ましくは、アクリルコポリマーは、また、核形成剤及び/又はコロイド状安定剤を含む。
好ましくは、多ステージアクリルコポリマーは、そのコポリマーを調製するために使用されるモノマーの総重量に基づいて、0.1〜20wt%の1つ以上のカルボキシル基含有モノマーを重合形態で含む。より好ましくは、コポリマーは1つ以上のカルボキシル基含有モノマーを0.5〜5.0wt%、更により好ましくは1.0〜3.5wt%含有する。好適なカルボキシル基含有モノマーは、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、無水アクリル酸物、無水メタクリル酸、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、及びイタコン酸無水物を含む。好ましくは、カルボキシル基含有モノマーは(メタ)アクリル酸である。
多ステージアクリルコポリマーは、アルカリ可溶性樹脂の外部ステージ及び1つ以上の内部ステージを含む。水に分散された場合、内部のステージは、Fox式を用いて計算した−40〜50℃、好ましくは−30〜35℃、より好ましくは−20〜25℃、更により好ましくは−10〜20℃のガラス転移温度(Tg)を有するアクリル(コ)ポリマーを含む。
アルカリ可溶性樹脂の外部ステージ、対1つ以上の内部ステージの重量比で表す相対的割合は、1:19〜2:3である。好ましくは、アルカリ可溶性樹脂の外部ステージ、対1つ以上の内部ステージの重量比は、1:19〜1:4、更に好ましくは1:19〜3:17である。
多ステージアクリルコポリマーは、グラフト又は物理吸着の結果として、水中でポリマー粒子の外側に位置するアルカリ可溶性樹脂のステージとコア/シェル構造を形成する。従って、コポリマー中のカルボキシル基は、再分散可能なコポリマー粉体粒子の表面に位置する。核形成剤の包含は、アルカリ可溶性樹脂での多ステージアクリルコポリマー粒子の内部のステージの被覆を確保するのに役立ち、従ってコアのコロイド安定性を向上させる。加えて、多ステージコポリマーの生産から界面活性剤の必要性を減少又は排除することは、RDPにおけるアクリルコポリマーの内部ステージをコロイド状に安定させるのに役立つ比較的大きな粒径のアルカリ可溶性樹脂を可能にする。
多ステージアクリルコポリマーは、アルカリ可溶性樹脂からの共重合が、核形成剤の存在下、及び好ましくは界面活性剤を実質的に含まない重合混合物において行われる場合を除いて、米国特許第5,403,894号に記載されているように従来の乳化共重合技術を用いて製造される。過硫酸塩のような従来の熱重合開始剤、及び/又は重亜硫酸塩を有する過酸化物のようなレドックス開始剤を使用することがでる。
一般に2つの共重合技術を使用しても良く、及び1つを除いたすべての重合ステージは、ポリマーステージを一緒に融合するように多官能性モノマーを含む。技術の1つは、エチレン性不飽和カルボン酸又は無水物及び1つ以上の非イオン性モノマー、例えばアルキル(メタ)アクリレート、スチレン、アルキル置換スチレン、(メタ)アクリルアミド、又はヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、のモノマー混合物を多官能性モノマーの存在下で、アミン塩基を用いてアルカリ可溶性樹脂を中和し、乳化重合しアルカリ可溶性樹脂を形成する工程と、第2ステージでは、1つ以上の非イオン性モノマーのモノマー混合物を形成する工程と、アルカリ可溶性樹脂と第2ステージのモノマーとを組み合わせる工程と、そのモノマー混合物を重合して本発明のコポリマーを形成する工程と、を含む。この手法の一変形形態では、多官能性モノマーは、第2ステージモノマー混合物の一部であり、アルカリ可溶性樹脂を形成するモノマー混合物ではなく、及び中和アルカリ可溶性樹脂の存在下で重合され内部ステージポリマーを形成する。
米国特許第4,916,171号に記載されているように、第2の重合技術は、多官能性モノマーの存在下で、1つ以上の非イオン性モノマーのモノマー混合物を重合し内部ステージポリマーを形成し、次のステージにおいてエチレン性不飽和カルボン酸又は無水物、及び1つ以上の非イオン性モノマーを形成して、モノマーの混合物を内部ステージと結合し、及びその混合物を重合してコポリマーを形成する、エマルションを含む。1つのアルカリ可溶性樹脂のステージがある限り、追加の非イオン性モノマーのステージは、多官能モノマーの添加と一緒に共重合させて多ステージコポリマーを製造してもよい。重合において、各ステージの温度は20〜105℃、又は好ましくは50〜95℃の範囲であることができる。
結果として得られる1つ以上の非イオン性又は内部ステージコポリマー、対アルカリ可溶性樹脂のポリマーの全固形分の重量比は、19:1〜3:2、又は好ましくは19:1〜1:4、又はより好ましくは19:1〜3:17の範囲であることができる。任意の重合においては、初期ステージは、従来の方法に従ってシード重合により形成されることができる。
多ステージアクリルコポリマーを製造するための好適な非イオン性モノマーは、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、メチロール化(メタ)アクリルアミド及びメチルメタクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートから選択されることができる。非イオン性モノマーは、5wt%以下のヒドロキシアルキル又はメチロール化モノマー又はアミド基含有モノマーを含むべきである。当業者は、所望のTgを有するポリマーステージを与える非イオン性モノマーを選択する方法を知っている。
好適な多官能性モノマーは、(a)2つ以上の不飽和部位を有するマルチエチレン性モノマー、例えば例としてアリル−、メタリル−、ビニル−、及びアクリル系ジクロペンテニル(dicylopentenyl)及びクロチル−エステル、並びにメタクリル酸、ジビニルベンゼン、ジエチレングリコール ジメタクリレートのような(ポリ)グリコールジ(メタ)アクリレート;並びにトリメチロールプロパントリメタクリレート(trimethacrylate)のようなポリオルポリ(メタ)アクリレート;(b)2つ以上の引き抜き可能な原子を有する反応性連鎖移動剤、例えばブロモトリクロロメタン;ブロモホルム;四塩化炭素;及び四臭化炭素、及び(c)1つ以上の不飽和部位及び1つ以上の引き抜き可能な原子、例えばアリル−、メタリル−、及びクロチル−メルカプタン;ビニルエーテル及びシクロアルカノール(cycloalkenols)のビニルチオエーテル並びにシクロアルケンチオール、を有するハイブリッドの多官能モノマー、から由来することができる。好ましい多官能性モノマーは、アリル又はメタリル(メタ)アクリレート、アクリル酸及びメタクリル酸のN−メタリルビニルアミド、並びにアリル−メルカプタンを含む。多官能性モノマーの有効な量は、使用されたモノマー混合物中のモノマーの総重量に基づいて、0.01〜5wt%、又は好ましくは0.25〜3.0wt%の範囲である。
本発明のRDPは、カルボキシル基含有の多ステージアクリル系コポリマーとブレンドされた他のポリマーを含んでもよい。例えばこのような他のポリマーは任意の非イオン性(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−ビニルアセタート、アルキル(メタ)アクリレート、スチレン、又はスチレンアクリル系コポリマーであってもよい。ブレンドはRDP中の全ポリマー固形分に基づいて、非イオン性(コ)ポリマーを20〜80wt%、又は好ましくは30〜70wt%、又はより好ましくは40〜60wt%含むことができる。
本発明のRDPは、付加共重合生成物であるポリマーを、コポリマーを製造するために使用されるモノマーの総重量に基づいて、0.001〜5wt%、又はシリル基含有モノマー、例えばγ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン又はビニルトリアルコキシシラン又はビニルベンゾフェノンのようなベンゾフェノン含有モノマー、を好ましくは0.1〜1.0wt%含むことができる。
好ましくは、RDPは固結防止剤を更に含む。存在する場合、RDP中に含まれる固結防止剤の総量は、RDPの全乾燥重量に基づいて3.0〜30.0wt%、好ましくは8.0〜15.0wt%である。好ましくは、固結防止剤はカオリン粘土、アルミナシリケート、ドロマイト、炭酸カルシウム、ドロマイト、ケイ酸塩鉱物、及びそれらのブレンドから選択される。より好ましくは、固結防止剤はカオリン粘土、アルミナシリケート及びそれらの組み合わせから選択される。好適なアルミナシリケートはMINEX(商標)工業用グレード番号16から60、即ち1.18mm(#16)未満の、好ましくは150μm(#60)未満のメッシュ粒径を有する二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化鉄及び酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム及び酸化ナトリウムを含む組成物、である。
また、RDPは他の従来の添加剤、例えば消泡剤を含むことができ、それは全固形分に基づき1.5wt%の量まで一般的に存在する。通常の量で用いることができる他の添加剤は1つ以上の塩、例えば塩化カルシウム、塩化マグネシウム、単糖、二糖、分散剤又は超可塑剤を含むことができる。
好ましくは、水に再分散可能なポリマー粉体の水再分散性を高めるために、塩基性化合物は、水性コポリマー分散液を実質的に乾燥する前に添加されることができる。塩基性化合物は、コポリマー中のカルボキシル基のmol当たり0.4mol以上、好ましくは0.5〜2mol、より好ましくは0.6mol以上の量で、重合前、重合中又は重合後に添加されることができる。塩基性化合物は、水性コポリマー生成物のpHを8.0以上、若しくは9.5以上に、又は好ましくは少なくとも10.5及び好ましくは12.5までに調整するための量を添加することができる。塩基性化合物は無機塩基性化合物、好ましくは強無機塩基性化合物、例えばアルカリ金属水酸化物又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、水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウムであることができる。
本発明のRDPの平均粒子径は、50〜500nm、好ましくは100〜400nm、又はより好ましくは163〜350nmの範囲であることができる。
好ましくは、RDP中に存在する多ステージアクリル系コポリマー及び核形成剤の合計量は、RDPの全乾燥重量に基づいて、40〜99.9wt%である。より好ましくは、多ステージアクリル系コポリマー及び核生成剤の合計量は、RDPの全乾燥重量に基づいて、50〜96.9wt%である。
本発明のRDPは、カルボキシル基含多ステージアクリル系コポリマー、必要に応じて追加のコロイド安定剤、及び/又は任意の選択成分、例えば固結防止剤を含む水性混合物を乾燥させることによって形成される。好ましくは、水性混合物の乾燥には噴霧乾燥を含む。 噴霧乾燥は、噴霧が単一流体、2流体、若しくは多流体ノズル、又は回転ディスク噴霧器によって実施される慣用の噴霧乾燥プラントで行うことができる。一般に、空気、窒素又は窒素富化空気は乾燥用ガスとして用いられる。乾燥用ガスの入口温度は一般に200℃を超えない、好ましくは110℃から180℃まで、より好ましくは130℃から170℃までである。出口温度は、プラント、樹脂のTg及び乾燥の所望の程度に依存し、一般に45℃から120℃まで、好ましくは60℃から90℃までである。一例では、噴霧乾燥させる原料の粘度は、1000mPas未満の値(20rpm及び23℃での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することができる。噴霧乾燥させる混合物の固形分は、分散液の総重量に基づいて一般に25wt%から60wt%、好ましくは35wt%から50wt%であることができる。
本発明のRDPには、種々の用途がある。このRDPは種々の機能性添加剤として組成物の広い範囲、例えば外装断熱仕上げシステム(EIFS)で使用するためのテクスチャード及び選択的に着色されたトップコート配合物のような非セメント外装仕上げ組成物において、使用されることができる。
さらなる態様によれば、本発明は、本発明の第一の態様に従って、乾燥混合配合物の総重量に基づいて骨材40〜80wt%及びRDP3〜30wt%を含む外装仕上げ組成物に使用するための非セメント乾燥混合配合物を提供する。
本明細書で使用される「骨材」は、得られた外装仕上げ組成物の乾燥した層に表面テクスチャーを付与する任意の材料、好ましくは砂、又はより好ましくは二酸化ケイ素を含む砂を指す。好ましくは、骨材は、配合物の乾燥重量に基づいて50から70wt%の量で存在する。
好ましくは、乾燥混合配合物は、更に顔料を含む。顔料は無機顔料、例えばチタン、アルミニウム、コバルト、銅、鉄、クロム、鉛、マンガン、チタン若しくはスズ顔料であってもよく、又は顔料は有機顔料、例えばカーボンブラックであってもよい。好ましくは、顔料は無機顔料、より好ましくは酸化チタン顔料、最も好ましくは二酸化チタン(TiO)である。存在する場合、乾燥混合配合物は、好ましくは乾燥混合配合物の総重量に基づいて、10wt%以下の、好ましくは1〜10wt%の量で、このような顔料を含む。
任意に、本発明の乾燥混合配合物は、1つ以上の充填剤又は増量粒子を更に含む。このような充填剤又は増量剤粒子は、仕上げ組成物に不透明性を提供するために含まれている。存在する場合、充填剤又は増量剤粒子は、配合物の乾燥重量に基づいて、好ましくは2〜30wt%、より好ましくは4〜25wt%、更により好ましくは10〜15wt%の量で含まれることができる。好適な充填剤又は増量剤製品は、粘土、炭酸カルシウム、ケイ酸塩、特にアルミナシリケート、タルク、ドロマイト、ケイ酸塩鉱物、及びそれらの組み合わせから選択される。最も好ましくは、充填剤又は増量剤粒子は、炭酸カルシウム、ケイ酸塩及びそれらの組み合わせから選択される。
更なる態様によれば、本発明は、本発明の乾燥混合配合物及び水を含む非セメント外装仕上げ組成物を提供する。仕上げ組成物が1つ以上の顔料を含む場合、好ましくは、組成物は60から100%の総顔料体積濃度(PVC)含有量を有す。誤解を避けるために、PVCは以下の記載の式を用いて計算され、V顔料は組成物中の顔料の体積を表し、Vバインダーは組成物内のポリマーバインダーの体積を表す。
PVC(%)=V顔料/(V顔料+Vバインダー)×100
好ましくは、外装仕上げ組成物は、外装仕上げ組成物の総重量に基づき、10〜30wt%の水を含む。好ましくは、外装仕上げ組成物は、外装断熱及び仕上げシステム(EIFS)のトップコートである。
上記の成分に加えて、本発明の外装仕上げ組成物は、1つ以上の更なる成分を含むことができる。好ましい実施形態では、外装仕上げ組成物は追加の、即ち非RDP由来のコロイド安定剤を更に含む。このような実施形態では、コロイド安定剤は総ポリマー固形分に基づいて、好ましくは20wt%以下、より好ましくは5wt%以下の量で存在する。適切で好ましいコロイド安定剤は、上記に示した通りである。
好ましくは、外装仕上げ組成物は、疎水性剤を更に含む。より好ましくは、疎水性剤は、少なくとも8、より好ましくは少なくとも12個の炭素原子を含有する直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、アリール基若しくはアリールアルキル基を有するエステル又はスルホン酸化合物、又は塩、好ましくはナトリウム、亜鉛、カルシウム、カリウム若しくはアンモニウムの塩から選択される。更により好ましくは、疎水性剤はラウリル硫酸ナトリウム(SLS)、オレイン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、又は亜鉛、カルシウム、カリウム若しくはアンモニウムの塩から選択される。更により好ましくは、疎水性化合物はSLSである。このような実施形態では、疎水性物質は、全ポリマー固形分に基づいて、好ましくは0.1〜10wt%、より好ましくは0.5〜7.5wt%の量で存在する。
本発明の外装仕上げ組成物及び乾燥混合配合物は、上記識別された成分に加えて、1つ以上の従来の添加剤、例えば、レオロジー調整剤、増粘剤、消泡剤、接着促進剤、ベンゾフェノンのようなUV安定剤、防腐剤、殺生物剤、防カビ剤及び/又は不凍剤などを含み、これら全ては当技術分野において周知であり、商業的供給源から入手可能である。
更なる態様によれば、本発明は、外装仕上げ組成物で表面をコーティングする方法を提供し、本方法は発明の第三の態様に従って、表面に外装仕上げ組成物を塗布する工程、及び外装仕上げ組成物を乾燥する又は乾燥させる工程を含む。
本発明のいくつかの実施形態は、ここでは例示のみにより更に説明される。特に断りのない限り、すべての比率、部及びパーセンテージは乾燥重量で表されており、特に断りのない限り、すべての成分は良好な商用レベルの品質である。
以下の表2に示されるように、以下の材料は実施例において多ステージアクリルコポリマーを調製するために使用された。
実施例1−ポリマー合成:エマルションA〜Rは、アルカリ溶解樹脂の存在下で、内部ステージコポリマーを重合する前にアルカリ溶解樹脂が準備される逆二段階プロセスによって各々が調製された。エマルションA、C、D、J及びKは、多官能性又は架橋性モノマー及び/又は連鎖移動剤等の存在下又は非存在下で、熱開始剤を用いて調製され、一方、エマルションB、E〜I及びL〜Rはレドックス開始剤を用いて調製された。
エマルションA:機械的攪拌機、熱電対、凝縮器及びステンレス鋼の供給口を備えた5Lの反応容器に、脱イオン(DI)水473gを入れ、85℃に加温した。温かい時に、以下の表3.1に示すようにモノマーエマルション(ME)はFMI(Fluid Meter Incorporated, Syosset, NY)ポンプを用いて最大ポンプ速度で反応容器内に約15分かけて移送された。次に、追加の35gのDI水リンスが反応器に加えられた。50℃の反応容器温度で、表3.1に示されるようにナトリウムスルホキシレートホルムアルデヒド(SSF)、tert−ブチルヒドロペルオキシド(TBHP)及び硫酸第一鉄七水和物の3つの別々の水溶液が反応容器に連続的に加えられた。発熱反応が2〜3分以内に観察され、15分かけて徐々に90℃まで上昇した。温度がピークに達した後に、tBHP及びSSFからなる2種類の水性チェイサー溶液が反応容器に添加され、残留モノマーを低減した。10分後、アリコートを採取し、372nm(BI90プラス)、MMA222ppm、及びpH2.39を分析した。得られたラテックスは次に水酸化ナトリウム及び水酸化カルシウムの水溶液からなる中和剤溶液で処理され、半透明の溶液でpH11のわずかに可溶性のコポリマーを得た。
以下の表3.2に示すように、15分後に、水性過硫酸アンモニウム(APS)開始剤溶液を添加し、続いてモノマーエマルション2(ME2)と過硫酸アンモニウム水溶液(コフィード開始剤溶液)をそれぞれ30.5及び2.34g/分で徐々に添加した。総供給時間は90分であり、反応温度は84〜86℃の間に保持された。これらの供給が完了した後、DI水35gはME2をリンスするために反応容器に使用され、DI水10gはコフィード開始剤をリンスするために反応容器に使用された。このリンスが反応容器に供給される間、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及びSSFの水溶液を20分間かけてラテックスに供給した。50°Cにおいて、殺生物剤(ROCIMA BT2S, Dow Chemical, Midland, MI)がラテックスに添加され、ラテックスを単離分析した。固形分49.20%、pH7.06、平均粒子径(BI90プラス)164nm、MMA17ppm、及びBA44ppmであった。
エマルションB:レドックス開始プロセスが行われた事を除いて、このエマルションは、エマルションAに記載の手順に従って調製された。具体的には、5Lの反応容器に脱イオン(DI)水(約22℃)473gを入れ加温した。以下の表3.3に示すように、60℃でモノマーエマルション(ME)は、約15分かけて反応容器に最大ポンプ速度で移送された。次に、追加の35gのDI水リンスを反応容器に加えられた。約38℃の反応器温度で、以下の表3.3に示すようにナトリウムスルホキシレートホルムアルデヒド(SSF)、tert−ブチルヒドロペルオキシド(TBHP)及び硫酸第一鉄七水和物の3つの別々の水溶液が反応容器に連続的に加えられた。発熱反応が2〜3分以内に観察され、15分かけて徐々に67℃まで上昇した。温度がピークに達した後に、tBHP及びSSFからなる2種類の水性チェイサー溶液が反応容器に添加され、残留モノマーを低減した。10分後、アリコートを採取し、372nm(BI90プラス)、MMA222ppm、及びpH2.39を分析した。得られたラテックスは次に水酸化ナトリウム及び水酸化カルシウムの水溶液からなる中和剤溶液で処理され、半透明な溶液でpH11のわずかに可溶性のコポリマーを得た。
15分後に、以下の表3.4に示すように水性過硫酸アンモニウム(APS)開始剤溶液を添加した後、モノマーエマルション2(ME2)、過硫酸アンモニウム水溶液(コフィード開始剤溶液)及びメタ重亜硫酸ナトリウム(NaMBS)溶液(コフィード活性剤溶液)を、それぞれ26.9、1.42及び1.51g/分、徐々に添加した。総供給時間は90分であり、反応温度は64〜68℃の間に保持された。これらの供給が完了した後、DI水35gはME2をリンスするために反応容器に使用され、DI水10gはコフィード開始剤をリンスするために反応容器に使用された。ラテックスを50℃に冷却しながら、tBHP及びSSFの水溶液を20分間かけてラテックスに供給した。50℃において、Mowiol 4−88(20wt%)の水溶液138.5gをラテックスに添加した。次に殺生物剤(ROCIMA BT2S, Dow Chemical, Midland, MI)をラテックスに添加し、ラテックスを単離し分析した。固形分49.91%、pH7.58、平均粒子径(BI90プラス)141nm、MMA21ppm及びBA214ppmであった。
エマルションC:このエマルションは、BA量が834.5gに減少し、及びMMAの量が834.5gに増加したことを除いて、エマルションAに記載の手順に従って調製されたエマルションであった。ラテックスのデータは固形分48.71%、pH7.22、平均粒子径(BI90プラス)188nm、MMA3ppm、及びBA8ppmであった。
エマルションD:このエマルションは、BA量が961.7gに減少し、及びMMA量が718.5gに増加したことを除いて、エマルションAに記載の手順に従って調製された。ラテックスのデータは、固形分48.85%、pH7.12、平均粒子径(BI90プラス)190nm、MMA2ppm、及びBA11ppmであった。
エマルションE:このエマルションは、ME2の80%を供給した後にアリルメタクリレート(ALMA)8.5gをME2に添加したことを除いて、エマルションBに記載の手順に従って調製された。ラテックスのデータは、固形分48.66%、pH7.28、平均粒子径(BI90プラス)134nm、MMA2ppm及びBA30ppmであった。
エマルションF:このエマルションは、ME2の80%を供給した後にトリメトキシシリルプロピルメタクリレート(MATS)8.5gをME2に添加したことを除いて、エマルションBに記載の手順に従って調製された。ラテックスのデータは、固形分47.94%、平均粒子径(BI90プラス)156nm、MMA3ppm及びBA138ppmであった。
エマルションG:ME2の80%を供給した後にME1対ME2の重量比が3:17から1:9に変わり、及びメタクリル酸アリル(ALMA)8.5gをME2に添加したことを除いて、エマルションBに記載の手順に従って調製された。具体的には、5Lの反応器にDI水473g入れ60℃に加温した。温かい時に、表3.5に示すように、モノマーエマルション(ME1)は最大ポンプ速度で反応容器に約15分かけて移送された。次に、追加の35gのDI水リンスが反応容器に加えられた。表3.5に示されるように、38℃での反応容器で、ナトリウムスルホキシレートホルムアルデヒド(SSF)、tert−ブチルヒドロペルオキシド(TBHP)及び硫酸第一鉄七水和物の3つの別々の水溶液が反応容器に連続的に添加された。発熱反応2〜3分以内に観察され、15分かけて徐々に67℃まで上昇した。温度がピークに達した後に、tBHP及びSSFからなる2種類の水性チェイサー溶液が反応容器に添加され、残留モノマーを低減した。10分後、アリコートを採取し、372nm(BI90プラス)、MMA222ppm、及びpH2.39を分析した。得られたラテックスは、次に水酸化ナトリウム及び水酸化カルシウムの水溶液からなる中和剤溶液で処理され、半透明の溶液でpH11を有するわずかに可溶性のコポリマーを得た。
以下の表3.6に示すように、15分後に水性過硫酸アンモニウム(APS)開始剤溶液を添加した後、モノマーエマルション2(ME2)、過硫酸アンモニウム水溶液(コフィード開始剤溶液)及びメタ重亜硫酸ナトリウム(NaMBS)溶液(コフィード活性化剤溶液)を、それぞれ26.0、1.33及び1.33g/分で徐々に添加した。総供給時間は90分であり、反応温度が64〜68℃の間に保持された。ME2の80%を供給した後、ALMA8.5gを攪拌しながらME2に添加した。これらの供給が完了した後、DI水35gはME2をリンスするために反応容器に使用され、DI水10gはコフィード開始剤をリンスするために反応器に使用された。ラテックスを50℃に冷却しながら、tBHP及びSSFの水溶液を20分間かけてラテックスに供給した。50℃において、Mowiol4−88(20wt%)の水溶液138.5gをラテックスに添加した。次に殺生物剤(ROCIMA BT2S, Dow Chemical, Midland, MI)をラテックスに添加し、ラテックスを単離分析した。固形分48.63%、pH7.23、平均粒子径(BI90プラス)、174nm、粘度(LV#3/60rpm)870cps、MMA3ppm及びBA344ppmであった。
エマルションH:このエマルションは、ME2の80%を供給した後にALMA4.25gをME2に添加したことを除いて、エマルションGに記載の手順を用いて調製された。ラテックスのデータは、固形分48.44%、平均粒子径(BI90プラス)154nm、MMA2ppm及びBA42ppmであった。
エマルションI:MATS8.5gをME2に添加した以外は、このエマルションは、エマルションGに記載の手順を用いて調製された。ラテックスのデータは固形分48.44%、平均粒子径(BI90プラス)154nm、MMA2ppm及びBA42ppmであった。
エマルションJ:このエマルションは、ME1対ME2の重量比が15:85から10:90に変更したことを除いて、エマルションAについて記載した手順を用いて調製された。具体的には、5Lの反応容器に、脱イオン(DI)水473gを入れ、85℃に加温した。下記の表3.7に示すように温かい時に、モノマーエマルション(MEL)は最大ポンプ速度で反応容器に約15分かけて移送された。次に追加の35gのDI水リンスが反応容器に加えられた。50℃の反応器温度で、ナトリウムスルホキシレートホルムアルデヒド(SSF)、tert−ブチルヒドロペルオキシド(tBHP)及び硫酸第一鉄七水和物の3つの別々の水溶液が、表3.7に示されるように反応容器に連続的に添加された。発熱反応が2〜3分以内に観察され、15分かけて徐々に90℃まで上昇した。温度がピークに達した後に、tBHP及びSSFからなる2種類の水性チェイサー溶液が反応容器に添加され、残留モノマーを低減した。10分後、アリコートを採取し、372nm(BI90プラス)、MMA222ppm、及びpH2.39を分析した。得られたラテックスは、次に水酸化ナトリウム及び水酸化カルシウムの水溶液からなる中和剤溶液で処理され、半透明の溶液でpH11のわずかに可溶性のコポリマーを得た。
下記の表3.8に示すように、15分後に水性過硫酸アンモニウム(APS)開始剤溶液を添加し、モノマーエマルション2(ME2)、過硫酸アンモニウム水溶液(コフィード開始剤溶液)及びメタ重亜硫酸ナトリウム(NaMBS)溶液(コフィード活性化剤溶を、それぞれ26.0、1.33及び1.33g/分で徐々に添加した。総供給時間は90分であり、反応温度は64〜68℃の間で保持された。ME2の40%を供給した後、ALMA4.25gを攪拌しながらME2に添加した。これらの供給が完了した後、DI水35gはME2をリンスするために反応容器に使用され、DI水10gがコフィード開始剤をリンスするために反応器に使用された。ラテックスを50℃に冷却しながらtBHP及びSSFの水溶液を20分間かけてラテックスに供給した。50℃において、Mowiol 4−88(20%wt)の水溶液138.5gをラテックスに添加した。次に殺生物剤(ROCIMA BT2S, Dow Chemical, Midland, MI)をラテックスに添加し、ラテックスを単離し分析した。固形分49.66%、pH7.20、平均粒子径(BI90プラス)154nm、MMA2ppmの及びBA15ppmであった。
エマルションK:このエマルションは、ME2の80%が供給された後にMATS8.5gをME2に添加したことを除いて、エマルションAについて記載した手順を用いて調製した。ラテックスのデータは、固形分48.16%、平均粒子径(BI90プラス)172nm、MMA9ppm及びBA11ppmであった。
エマルションL:ME2組成物が以下の表3.9に示されたものに変更された以外は、このエマルションは、エマルションBに記載の手順を用いて調製された。ラテックスのデータは、固形分48.44%、平均粒子径(BI90プラス)159nm、pH7.32、MMA4ppm及びBA17ppmであった。
エマルションM:このエマルションは、ME2の80%が供給された後ブチレングリコールジメタクリレート(BGDMA)4.25gをME2に添加したことを除いて、エマルションBに記載の手順に従って調製された。ラテックスのデータは、固形分46.97%、平均粒子径(BI90プラス)106nm、pH7.38、MMA36ppm及びBA81ppmであった。
エマルションN:このエマルションは、モノマーエマルションシード(ME2シード)及びnDDMがME2に添加されたことを除いて、エマルションGに記載の手順に従って調製された。具体的には、反応容器に脱イオン(DI)水481g(22°C)を入れた。以下の表3.10に示すように、モノマーエマルション(ME1)は最大ポンプ速度で反応容器に約15分かけて移送された。次に、追加の35gのDI水リンスを反応器に加えた。22℃の反応器温度で、ナトリウムスルホキシレートホルムアルデヒド(SSF)、tert−ブチルヒドロペルオキシド(tBHP)及び硫酸第一鉄七水和物の3つの別々の水溶液が、表3.10に示されるように反応容器に連続的に添加された。発熱反応が2〜3分以内に観察され、18分かけて徐々に51℃まで上昇した。温度がピークに達した後に、tBHP及びSSFからなる2種類の水性チェイサー溶液が反応容器に添加され、残留モノマーを低減した。10分後、次に得られたラテックスは水酸化ナトリウム及び水酸化カルシウムの水溶液からなる中和剤溶液で処理され、半透明な溶液でpH11のわずかに可溶性のコポリマーを得た。
表3.11に示すように、15分後及び反応器温度が51℃に到達後、232gのME2を反応容器に加え、水性過硫酸アンモニウム(APS)開始剤溶液及び水性メタ重亜硫酸ナトリウム溶液(NaMBS)が添加された。発熱反応が2分以内に観察され、9分間で徐々に68°Cまで上昇した。温度がピークに達した後、モノマーエマルション2(ME2)の、過硫酸アンモニウム水溶液(コフィード開始剤溶液)及びメタ重亜硫酸ナトリウム溶液(NaMBS)溶液(コフィード開始剤溶液)はそれぞれ、12.8、0.74、及び0.744g/分で徐々に添加された。10分後、これらの供給は、それぞれ、19.2、1.11及び1.11g/分に増加された。更に10分後、これらの供給は、それぞれ、25.6、1.48及び1.48g/分に増加された。総供給時間は90分であり、反応温度は64〜68℃の間に保持された。ME2の80%を供給した後、ALMA8.5gを攪拌しながらME2に添加した。これらの供給が完了した後、DI水35gがME2をリンスするために反応器に使用され、DI水10gがコフィード開始剤をリンスするために反応器に使用された。ラテックスを50℃に冷却しながら、tBHP及びSSFの水溶液を20分間かけてラテックスに供給した。50℃において、Mowiol 4−88(20%wt)の水溶液138.5gをラテックスに添加した。次に殺生物剤(ROCIMA BT2S, Dow Chemical, Midland, MI)をラテックスに添加し、ラテックスを単離し分析した。固形分48.25%、pH7.14、平均粒子径(BI90プラス)280nm、粘度(LV#3/60rpm)184cps、MMA6ppm及びBA59ppmであった。
エマルションO:このエマルションは、n−ドデシルメルカプタン(nDDM)1.45gがME2に添加されたことを除いて、エマルションNに記載された手順に従って調製された。ラテックスのデータは、固形分47.66%、平均粒子径(BI90プラス)250nm、pH7.20、MMA13ppm及びBA145ppmであった。
エマルションP:このエマルションは、3−メチルメルカプトプロピオネート(MMP)4.25gをME2に添加されたことを除いて、エマルションNに記載された手順に従って調製された。ラテックスのデータは、固形分47.57%、平均粒子径(BI90プラス)228nm、pH7.26、粘度(LV#3/60rpm)74cps、MMA6ppm及びBA37ppmであった。
エマルションQ:このエマルションは、3−メチルメルカプトプロピオネート(MMP)1.73gがME2に添加されたことを除いて、エマルションNに記載された手順に従って調製された。ラテックスのデータは、固形分47.96%、平均粒子径(BI90のプラス)181nm、pH7.23、粘度(LV#3/60rpm)102cps、MMA4ppm及びBA223ppmであった。
エマルションR:このエマルションは、3−メチルメルカプトプロピオネート(MMP)0.86gがME2に添加されたことを除いて、エマルションNに記載された手順に従って調製された。ラテックスのデータは、固形分47.90%、平均粒子径(BI90プラス)136nm、pH7.17、MMA3ppm及びBA300ppmであった。
実施例2−RDP合成:表5に示すように、実施例1に示したエマルション1000gは水酸化カルシウム6.25g及び水365gからなる水性スラリーで周囲温度下で処理され、pH10〜11及び固形分約35%を有するエマルションを得た。次に、中和エマルションはノズル(Spray Systems Company, Wheaton, ILのSU4 又はSU5)を搭載したNiro Atomizer Spray Dryer (GEA Process Engineering Inc., Columbia, MD)の実験用スプレードライヤーを用いてスプレー噴霧乾燥された。スプレー乾燥条件は、不確かさの許容範囲と共に以下の表4に示された。
指定されない限り、固結防止剤は、すべての例に使用されているとは限らない。下記に記載されたように、得られた自由流動性粉体は、沈降に対する抵抗により回収及び再分散性を評価された。
回収、即ち回収された粉体、対乾燥ポリマー、固結防止剤、及びスプレー乾燥された保護コロイドの総量に対するパーセント。回収の許容レベルは乾燥機に入れられた固形分の総重量の75wt%より多く、好ましくは90wt%であるが、それはサイクロン効率に依存する。
沈降:各粉体は50gに等しい重量の粉体及び水を標準的なステンレス製の撹拌機及びIKW RW 20デジタルスターラー(Wilmington, NC)を使用して400rpmで30分間混合することにより再分散された。得られたペーストを追加の水、1部のペーストに対して90部の水で沈降させた。沈降は、最適な沈降は24時間後に0mmである水再分散粉体の分散安定性を示している。沈降分析は、mm対mLの目盛りを含み、平底に改造された直径0.5mm、長さ45cmのビュレットを使用して行われる。好ましくは、沈降のレベルは30mm以下である。
実施例3−外装仕上げ組成物:本発明のテクスチャード塗料組成物の性能は、実施例2の各種RDPを含むEIFSトップコート配合物を比較することにより評価された。各試験のために、70%又は79%のPVCを有する着色したテクスチャード塗料組成物が調製され分析された。各配合物の特性は以下の通りであった。
70%PVC含有EIFS配合物:乾燥混合配合物は:#15サンド7.98wt%;50−30サンド64.83wt%;Duramite(商標)(Imerys Pigments, Inc.から入手可能なCaCO増量剤)5.57wt%;Metolat(商標)P871(Munzing, Germanyから入手可能なネオペンチルグリコール系防収縮合体剤)0.60wt%;Walocel(商標)40000 PFV(the Dow Chemical Companyから入手可能なセルロースエーテル増粘剤)0.12wt%;Attagel 50(商標)(BASFから入手可能な粘土系粘性調整剤)0.30wt%; #6 Denier MiniFibers約0.6cmカット0.08wt%;Agitan(商標)P 804(Munzing, Germanyから入手可能な消泡剤)0.30wt%;Ti−Pure(商標)R−960(Dupontから入手可能なTiO顔料)4.49wt%;Bioban(商標)IBPC 100 (the Dow Chemical Companyから入手可能な殺生物剤)0.30wt%;トリポリリン酸カリウム分散剤0.20wt%;及び上記で特定RDP15.24wt%、を含んで調製された。テクスチャード塗料組成物は、使用時に配合物の乾燥重量に基づいて追加の水19.84%と乾燥混合配合物とを混合することにより調製された。
79%PVC含有EIFS配合物:各試験において、乾燥混合配合物は:#15サンド7.52wt%;50−30サンド61.07wt%;Duramite(商標)(Imerys Pigments, Inc.から入手可能なCaCO増量剤)15.36wt%;Metolat(商標)P871(Munzing,Germanyから入手可能なネオペンチルグリコール系収縮低減融合剤)0.56wt%;WALOCEL(商標)40000PFV(the Dow Chemical Companyから入手可能なセルロースエーテル増粘剤)0.11wt%; Attagel50(商標)(BASFから入手可能な粘土系粘性調整剤)0.28wt%;#6 Denier MiniFibers約0.6cmカット0.08wt%;Agitan(商標)P804(Munzing, Germanyから入手可能な消泡剤)0.28wt%;Ti−Pure(商標)R−960(Dupontから入手可能なTiO顔料)4.23wt%;Bioban(商標)IBPC100(the Dow Chemical Companyから入手可能な殺生物剤)0.28wt%;トリポリリン酸カリウム分散剤0.19wt%;及び上記で特定RDP10.04wt%を含んで調製された。テクスチャード塗料組成物は、使用時に配合物の乾燥重量に基づいて追加の水18.69%と乾燥混合配合物を混合することにより調製された。
吸塵耐性(DPUR)、即ち空気及び水由来の汚れの蓄積による表面変色に耐える外装仕上げ組成物の能力、及びテクスチャード塗料配合物の湿潤摩耗耐性が次のように分析された。
吸塵耐性(DPUR):このテストは、実験室環境でシミュレートされた汚れへの曝露後に仕上げ組成物の表面に恒久的に埋め込まれた汚れの量を測定する。上述のテクスチャード着色仕上げ組成物をアルミニウムパネル上に0.16cmの厚さにこて塗りし、25℃の一定温度及び50%の相対湿度で7日間乾燥させた。そしてコーティングされたパネルは、QUVユニット(The Q−Panel Company)中で紫外線に24時間被曝し、その後パネルは取り外され、DPUR試験を開始する前に25°C、相対湿度50%で24時間平衡化させた。
赤色酸化鉄スラリー(MAPICO(商標)422)は、これ以上酸化鉄が除去できないまで少量の液体ハンドソープ及びナイロンたわしで軽く均一にこすりながらパネルを流水で洗浄した後、25℃、50%の相対湿度で3時間乾燥させたコーティングされたパネルの表面にブラシで塗布された。そして洗浄されたコーティングされたパネルを25℃の温度及び50%の相対湿度で少なくとも2時間乾燥させる。洗浄コーティングされたパネル及びテストされていないきれいな部分の反射率の測定値は、Gardner Colorgard II 45 Reflectometer(Gardner/Neotec Instrument Division, Silver Springs, MD)を用いて測定された。3つのきれいな部分と3つの汚れた部分の測定値は、サンプルごとに取得された。3つの測定値の平均値は、以下の式を用いて保持された反射率%を計算するのに使用された。
保持された反射率%は外装仕上げ組成物のDPURを、吸塵に対する良好な耐性を示す高い反射率%で特徴付けるために使用される。
湿潤摩耗耐性:この試験は、外装仕上げ組成物の摩耗耐性を測定し、初期の膜形成の測定値を提供する。上記のテクスチャード着色仕上げ組成物を16.5cm×43.2cmビニルシート上に1.6mmの湿潤厚さにこてで塗布した。塗布されたシートを75℃及び相対湿度75%で24時間又は40℃及び相対湿度70%で48時間のいずれかで乾燥した。その後、試料の端から塗布されなかったビニルは切り落とされた。塗布された側を上にしてアルミニウム板上にテープで貼り付け、摩耗試験機(Gardener Straight Line Tester, Gardener Labs)に配置される前に、塗布されたシート(A)の初期重量は、0.01g未満を四捨五入して記録される。ASTM Method D2486 and D3450(SC−2, the Lenexa Company)に対応して製造された研磨材媒体10g及び水10gが、コーティングされたシートに触れる毛を有する摩耗試験機に装着されたブラシ均一に塗布される。摩耗試験機を起動し、500サイクル終了後ごとにSC−2を10g及び水10gをブラシに再塗布して、2000サイクルを完了した。コーティングされたシートは試験機からはずされ、温かい水ですすがれる。コーティングされたシートを、少なくとも12時間25℃及び50%の相対湿度で乾燥させる。乾燥後、コーティングされたシートの最終重量(B)は、0.01g未満を四捨五入して記録される。最後に、コーティングされていないビニルシートは、コーティングされたシートと同一寸法の3つの試験片に切断され、0.01g未満を四捨五入して記録される。コーティングされていないビニルシートの重量(C)は、これら3つの重みの平均である。コーティングされたシートの重量損失%は、少なくとも2つの試験したサンプルの平均を表す記録された結果をもって、次式に従って決定される。
重量損失%の低い値は摩耗に対して良好な初期の成膜と耐性を示している。
様々なテクスチャード塗料配合物のDPURの結果は以下の表6.1〜6.5に要約されている。表6.1及び6.2においては、多官能モノマー及び連鎖移動剤は使用されていない。
本発明のテクスチャード塗料と従来のテクスチャード塗料のDPUR性能を比較するために市販のRDP、即ち、DRYCRYL(商標)DP−2903粉体(+10℃のTgを有する100%アクリルRDP)、ELOTEX(商標)WR8600粉体(米国特許第7,674,860号に記載の方法に従って製造されたブチルアクリレート/メチルメタクリレートコポリマー(Tg−2℃)コアステージ及びカチオン性アミン含有シェルステージを含む多ステージカチオン性ポリマー)並びにELOTEX(商標)FLEX8300粉体(米国特許第7,674,860号に記載の方法に従って製造されたアクリル(コ)ポリマーRDP)、又はポリマーラテックス、例えばEIFSトップコート配合物において良好なDPURを提供すると知られているRHOPLEX(商標)EI−2000ポリマー(+12℃のTgを有する100%アクリルポリマーラテックス)、を含む類似の塗料配合物が調製された。これらの比較のテクスチャードDPUR塗料配合物のDPURの結果は下記の表6.6に要約されている。
これらの結果は、本発明のテクスチャード塗料配合物は、アクリルラッテックス粉体及び、好ましくはアクリルラテックスを含む従来のテクスチャード塗料配合物と比較して改善したDPURを提供する事を示している。
70%PVCテクスチャード塗料配合物の湿潤摩耗耐性(「SCRUB」)の結果は、以下の表7.1から7.5に要約されている。
本発明のテクスチャード塗料と従来のテクスチャード塗料の湿潤摩耗耐性を比較するために、市販のDRYCRYL(商標)DP−2903、ELOTEX(商標)WR8600及びELOTEX(商標)FLEX8300 アクリルRDP又はRHOPLEX(商標)EI−2000アクリルポリマーラテックスを含む上記で特定される比較の塗料配合物は、上記で詳述したものと同一の湿潤摩耗耐性試験を行い、結果は以下の表7.6に要約されている。
上記の表7.6の結果は、本発明のテクスチャード塗料配合物は、アクリルラテックス粉体及び、特にアクリルラテックスを含む従来のテクスチャード塗料配合物と比較して、許容できる湿潤摩耗耐性を提供することを示している。実際に、本発明の塗料配合物は、アクリルラテックス粉体を含む従来のテクスチャード塗料配合物以上に湿潤摩耗耐性の改善を示し、好ましい実施形態では、特に外装仕上げ組成物の使用向けに設計された液体ポリマーから調製されたテクスチャード塗料について観察された耐性に匹敵する耐性を提供する。

Claims (15)

  1. カルボキシル基含有の多ステージアクリルコポリマーを含む水に再分散可能なポリマー粉体(RDP)であって、
    (a)アルカリ可溶性樹脂の外部ステージ及び1つ以上の内部ステージと、
    (b)150℃〜500℃の沸点及び3.5以下の水溶解度を有する核形成剤と、
    (c)コロイド安定剤と、
    を有し、水に分散させた場合、前記1つ以上の内部ステージはFox式を用いて計算された−40〜50℃のガラス転移温度(Tg)を有するアクリル(コ)ポリマーを含み、前記アルカリ可溶性樹脂の外部ステージ、対前記1つ以上の内部ステージの重量比は1:19〜2:3である、前記RDP。
  2. 前記アルカリ可溶性樹脂の外部ステージ、対前記1つ以上の内部ステージの前記重量比は1:19〜1:4、好ましくは1:19〜3:17である、請求項1記載のRDP。
  3. 前記1つ以上の内部ステージは−20〜25℃、好ましくは−10〜20℃のTgを有する、請求項1記載のRDP。
  4. 前記多ステージアクリルコポリマーは、重合体単位としてポリマー固形分に基づいて、0.1〜2.0wt%の1つ以上の多官能モノマーを含み、好ましくは、前記多官能モノマーは、アリルメタクリレート(ALMA)、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MATS)、ジメチルアクリレート(dimethyacrylate)ブチレングリコール、アセトアセトキシエチルメタクリレート(AAEM)、及びそれらの組み合わせ)から選択される、請求項1記載のRDP。
  5. 前記多ステージアクリルコポリマーは、ポリマー固形分に基づいて、0.1〜1.0wt%の1つ以上の連鎖移動剤を含み、好ましくは、前記連鎖移動剤はn−ドデシルメルカプタン(nDDM)、3−メチルメルカプトプロピオナート(MMP)、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項1記載のRDP。
  6. 前記コロイド安定剤は、前記RDPの前記全乾燥重量に基づいて、2.0〜10.0wt%の量で存在する、請求項1記載のRDP。
  7. 前記RDPの前記全乾燥重量に基づいて、3〜30wt%の固結防止剤を更に含む、請求項1記載のRDP。
  8. 前記核形成剤は、C〜C10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〜C10アルキルジグリコールエーテル、C〜C10アルキルアリールグリコールエーテル、C〜C10アルキルアリール(alkylaruyl)ジグリコールエーテル、C〜Cアルカン酸のC〜C10アルキルエステル、C〜Cアルカンドイック酸(alkanedoic acids)のC〜C10アルキルエステル、C〜Cアルカン酸のC〜C10アルキルジエステル、C〜Cアルカン二酸のC〜C10ジアルキルエステル、及びそれらの混合物から選択される、請求項1記載のRDP。
  9. 前記多ステージアクリルコポリマーは、前記コポリマーを製造するために使用されるモノマーの前記全乾燥重量に基づいて、共重合形態で0.1〜20wt%の1つ以上のカルボキシル基含有のモノマーを含む、請求項1記載のRDP。
  10. 外装仕上げ組成物に使用するための非セメント乾燥混合配合物であって、前記乾燥混合配合物は、前記乾燥混合配合物の前記総重量に基づいて、40〜80wt%の骨材、及び3〜30wt%の請求項1〜9のいずれかに記載のRDPを含む、非セメント乾燥混合配合物。
  11. 1つ以上の顔料を更に含み、前記顔料は、前記乾燥混合配合物の前記総重量に基づいて、10wt%以下の量で存在する、請求項10記載の非セメント乾燥混合配合物。
  12. 請求項10記載の前記乾燥混合配合物及び水を含む非セメント外装仕上げ組成物。
  13. 前記乾燥混合配合物は、前記組成物の前記乾燥重量に基づいて、10wt%以下の量の1種以上の顔料を含み、及び前記仕上げ組成物は、60〜100%の総顔料体積濃度(PVC)含有量を有する、請求項12記載の非セメント外装仕上げ組成物。
  14. 外装断熱仕上げシステム(EIFS)のトップコートである、請求項12記載の外装仕上げ組成物。
  15. 外装仕上げ組成物で表面にコーティングを形成する方法であって、前記方法は、
    a)前記表面に請求項12に記載の外装仕上げ組成物を塗布する工程と、
    b)前記外装仕上げ組成物を乾燥する又は乾燥させる工程と、
    を含む、前記方法。
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