JP2020084117A - Composite particles, aqueous coating composition and method for producing the same and coating film - Google Patents

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孝司 荒井
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勉 水谷
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Abstract

To provide functional composite particles which have high productivity and a uniform particle size and have high emulsion stability in an aqueous emulsion.SOLUTION: There are prepared composite particles having a core-shell structure by coating a core part formed of nanoparticles with a shell part containing a vinyl polymer and a nonionic surfactant. The vinyl polymer is connected to the core part via the nonionic surfactant and the ratio of the vinyl polymer is 30 pts.mass or less based on 100 pts.mass of the nanoparticles. The nanoparticles may be colloidal silica. The core part may be colloidal silica. There may be prepared an aqueous coating composition by combination of the composite particles and vinyl polymer particles. A coating film is formed by this composition and the plurality of composite particles may be adhered to the surface of the vinyl polymer particles.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、屋内、外壁または屋根用塗料などの水性コーティング組成物の機能性成膜成分(被膜形成成分)として利用できる複合粒子ならびにこの粒子を含む水性コーティング組成物およびその製造方法と被膜に関する。 The present invention relates to composite particles that can be used as a functional film-forming component (film-forming component) of an aqueous coating composition such as a paint for indoors, outer walls or roofs, an aqueous coating composition containing the particles, a method for producing the same, and a film.

コロイド状シリカと有機ポリマーとを複合化し、被膜の特性を向上させることが提案されている。例えば、特許第3806417号公報(特許文献1)には、被膜の耐溶剤性またはゲル分率を向上できる水性コーティング組成物として、分散粒子を含む水性コーティング組成物であって、前記分散粒子が、直接またはノニオン界面活性剤を介して、ナノサイズの粒子とビニル重合体とが結合した粒子であり、エポキシ基、ヒドロキシル基および加水分解性シリル基から選択された官能基を有する単量体と、(メタ)アクリル系単量体、芳香族ビニル系単量体、ビニルエステル系単量体から選択された少なくとも一種の単量体との重合体であり、前記官能基を有する単量体の割合が、ナノサイズ粒子100重量部に対して0.01〜10重量部であり、前記分散粒子が、前記ノニオン界面活性剤の曇点未満の温度で前記ノニオン界面活性剤とナノサイズの粒子が水中で負に帯電したナノサイズ粒子分散液とを混合した後、曇点以上の温度に昇温し、ビニル単量体を重合することにより得られた粒子である組成物が開示されている。 It has been proposed to combine colloidal silica and an organic polymer to improve the properties of the coating. For example, Japanese Patent No. 3806417 (Patent Document 1) discloses an aqueous coating composition containing dispersed particles as an aqueous coating composition capable of improving the solvent resistance or gel fraction of a coating film, wherein the dispersed particles are: Directly or through a nonionic surfactant, a particle in which a nano-sized particle and a vinyl polymer are bonded, a monomer having a functional group selected from an epoxy group, a hydroxyl group and a hydrolyzable silyl group, and (Meth)acrylic-type monomer, aromatic vinyl-type monomer, vinyl ester-type monomer, a polymer with at least one monomer selected, and the ratio of the monomer having the functional group Is 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the nano-sized particles, and the dispersed particles have the nonionic surfactant and the nano-sized particles in water at a temperature lower than the cloud point of the nonionic surfactant. In the following, there is disclosed a composition which is particles obtained by mixing a negatively charged nano-sized particle dispersion liquid in (1) and then heating to a temperature not lower than the cloud point to polymerize a vinyl monomer.

しかし、この水性コーティング組成物に含まれる分散粒子は、調製が煩雑であり、生産性が低い上に、粒径の制御も困難である。 However, the dispersed particles contained in this aqueous coating composition are complicated to prepare, have low productivity, and are difficult to control the particle size.

特許第3806417号公報(請求項1)Japanese Patent No. 3806417 (Claim 1)

従って、本発明の目的は、生産性が高く、均一な粒径を有し、水性エマルジョン中で分散安定性が高い機能性複合粒子ならびにこの粒子を含む水性コーティング組成物およびその製造方法と被膜を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a functional composite particle having high productivity, a uniform particle size, and high dispersion stability in an aqueous emulsion, an aqueous coating composition containing the particle, a method for producing the same, and a coating film. To provide.

本発明の他の目的は、一液水性組成物でありながら、分散安定性が高く、硬化剤や架橋剤を併用せずに、高い硬度を有する被膜を形成できる水性コーティング組成物およびその製造方法と被膜を提供することにある。 Another object of the present invention is an aqueous coating composition which is a one-component aqueous composition, has high dispersion stability, and can form a film having high hardness without using a curing agent or a cross-linking agent, and a method for producing the same. And to provide a coating.

本発明のさらに他の目的は、耐汚染性、耐溶剤性、耐熱性などの機能性を有し、かつ透明な被膜を形成できる水性コーティング組成物およびその製造方法と被膜を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide an aqueous coating composition having functionality such as stain resistance, solvent resistance, and heat resistance, and capable of forming a transparent coating, a method for producing the same, and a coating. ..

本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、ナノ粒子で形成されたコア部を、特定割合のビニル重合体およびこのビニル重合体と前記ナノ粒子との連結剤であるノニオン界面活性剤を含むシェル部で被覆することにより、均一な粒径を有し、水性エマルジョン中で分散安定性が高いコア−シェル構造の機能性複合粒子を容易に製造できることを見出し、本発明を完成した。 The inventors of the present invention have conducted extensive studies to achieve the above-mentioned object, and as a result, a core portion formed of nanoparticles was found to have a specific ratio of a vinyl polymer and a nonionic interface which is a linking agent between the vinyl polymer and the nanoparticles. It was found that by coating with a shell portion containing an activator, functional composite particles having a uniform particle size and high dispersion stability in an aqueous emulsion and having a core-shell structure can be easily produced, and the present invention has been completed. did.

すなわち、本発明の複合粒子は、ナノ粒子で形成されたコア部と、このコア部を被覆し、かつビニル重合体およびノニオン界面活性剤を含むシェル部とで形成されたコア−シェル構造を有する複合粒子であって、前記ビニル重合体が、前記ノニオン界面活性剤を介してコア部と結合し、かつ前記ビニル重合体の割合が、前記ナノ粒子100質量部に対して30質量部以下である。前記ナノ粒子はコロイド状シリカであってもよい。前記複合粒子の平均粒径は5〜100nmであり、かつ多分散度が0.2以下であってもよい。前記シェル部の平均厚みは15nm以下であってもよい。前記ノニオン界面活性剤は、エチレン性不飽和結合および0〜80℃の曇点を有していてもよい。前記ビニル重合体は、C1−3アルキルメタクリレートおよび/または芳香族ビニル系単量体と、C1−12アルキルアクリレートと、カルボキシル基含有ビニル系単量体との共重合体であってもよい。 That is, the composite particle of the present invention has a core-shell structure formed by a core part formed of nanoparticles and a shell part covering the core part and containing a vinyl polymer and a nonionic surfactant. In the composite particle, the vinyl polymer is bonded to the core portion via the nonionic surfactant, and the proportion of the vinyl polymer is 30 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the nanoparticles. .. The nanoparticles may be colloidal silica. The average particle size of the composite particles may be 5 to 100 nm, and the polydispersity may be 0.2 or less. The average thickness of the shell portion may be 15 nm or less. The nonionic surfactant may have an ethylenically unsaturated bond and a cloud point of 0 to 80°C. The vinyl polymer may be a copolymer of a C 1-3 alkyl methacrylate and/or aromatic vinyl monomer, a C 1-12 alkyl acrylate, and a carboxyl group-containing vinyl monomer. ..

本発明には、前記複合粒子およびビニル重合体粒子を含む水性コーティング組成物が含まれる。前記ナノ粒子の割合は、前記シェル部のビニル重合体および前記ビニル重合体粒子の合計100質量部に対して10〜1000質量部であってもよい。前記ビニル重合体粒子の平均粒径は30〜500nmであってもよい。 The present invention includes an aqueous coating composition containing the composite particles and vinyl polymer particles. The ratio of the nanoparticles may be 10 to 1000 parts by mass based on 100 parts by mass of the vinyl polymer in the shell part and the vinyl polymer particles in total. The average particle size of the vinyl polymer particles may be 30 to 500 nm.

本発明には、前記水性コーティング組成物で形成された被膜であって、ビニル重合体粒子の表面に複数の複合粒子が付着している被膜も含まれる。 The present invention also includes a coating film formed of the above aqueous coating composition, in which a plurality of composite particles are attached to the surface of vinyl polymer particles.

本発明には、ナノ粒子およびノニオン界面活性剤の存在下、ビニル単量体を重合させて複合粒子を調製する重合工程、得られた複合粒子(またはその分散体)とビニル重合体粒子(またはその分散体)とを混合して水性コーティング組成物を調製する混合工程とを含む前記水性コーティング組成物の製造方法も含まれる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY In the present invention, a polymerization step of polymerizing a vinyl monomer in the presence of nanoparticles and a nonionic surfactant to prepare composite particles, the obtained composite particles (or a dispersion thereof) and vinyl polymer particles (or And a dispersion step of mixing the dispersion) to prepare an aqueous coating composition.

本発明では、ナノ粒子で形成されたコア部が、特定割合のビニル重合体およびこのビニル重合体と前記ナノ粒子との連結剤であるノニオン界面活性剤を含むシェル部で被覆されているため、均一な粒径を有し、かつ水性エマルジョン中での分散安定性が高いコア−シェル構造の機能性複合粒子を容易に製造できる。また、この複合粒子とビニル重合体粒子とを組み合わせると、前記複合粒子と前記ビニル重合体粒子との相互作用はあまり強くないため、凝集を抑制でき、分散安定性が高く、取り扱い性が優れる上に、一液水性組成物でありながら、硬化剤や架橋剤を併用せずに、高い硬度を有する被膜を形成できる。さらに、耐汚染性、耐溶剤性、耐熱性などの機能性を有する被膜を形成できる上に、得られた被膜の透明性にも優れているため、適用できる用途の範囲も広い。 In the present invention, the core portion formed of nanoparticles is coated with a shell portion containing a nonionic surfactant that is a linking agent between the vinyl polymer and the nanoparticles of a specific ratio of vinyl polymer, A functional composite particle having a core-shell structure having a uniform particle size and high dispersion stability in an aqueous emulsion can be easily produced. Further, when the composite particles and the vinyl polymer particles are combined, the interaction between the composite particles and the vinyl polymer particles is not so strong, so that aggregation can be suppressed, dispersion stability is high, and handleability is excellent. In addition, it is possible to form a coating having high hardness without using a curing agent or a crosslinking agent in spite of being a one-component aqueous composition. Furthermore, since a coating having functionality such as stain resistance, solvent resistance, and heat resistance can be formed, and the obtained coating is also excellent in transparency, the range of applicable applications is wide.

図1は、実施例1で得られた薄肉軟質アクリルコートシリカナノ粒子およびコロイダルシリカの動的光散乱(DLS)分析による粒径分布を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the particle size distribution of the thin soft acrylic-coated silica nanoparticles and colloidal silica obtained in Example 1 by dynamic light scattering (DLS) analysis. 図2は、実施例1で得られた薄肉軟質アクリルコートシリカナノ粒子の原子間力顕微鏡(AFM)写真である。FIG. 2 is an atomic force microscope (AFM) photograph of the thin soft acrylic-coated silica nanoparticles obtained in Example 1. 図3は、実施例1で得られた薄肉軟質アクリルコートシリカナノ粒子と、ノニオン界面活性剤のみが付着したコロイダルシリカとを比較した電子顕微鏡写真である。FIG. 3 is an electron micrograph comparing the thin soft acrylic-coated silica nanoparticles obtained in Example 1 with colloidal silica to which only a nonionic surfactant is attached. 図4は、実施例1で得られた薄肉軟質アクリルコートシリカナノ粒子と、他のコロイダルシリカとを比較したIRスペクトルである。FIG. 4 is an IR spectrum comparing the thin-walled soft acrylic-coated silica nanoparticles obtained in Example 1 with other colloidal silica. 図5は、実施例2で得られた混合エマルジョンに含まれる粒子と、他の粒子とのDLS分析による粒径分布を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the particle size distribution of the particles contained in the mixed emulsion obtained in Example 2 and other particles by DLS analysis. 図6は、実施例1〜2、比較例1〜2および参考例4〜5で得られたエマルジョンのコーティング膜の透明性を評価するための写真である。FIG. 6 is a photograph for evaluating the transparency of the coating films of the emulsions obtained in Examples 1-2, Comparative Examples 1-2 and Reference Examples 4-5. 図7は、実施例2、比較例2および参考例5で得られたエマルジョンのコーティング膜表面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。FIG. 7 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the coating film surfaces of the emulsions obtained in Example 2, Comparative Example 2 and Reference Example 5. 図8は、実施例2、比較例2および参考例3、5で得られたエマルジョンのキャストフィルムのAFM写真である。FIG. 8 is an AFM photograph of cast films of the emulsions obtained in Example 2, Comparative Example 2 and Reference Examples 3 and 5. 図9は、実施例2、比較例2および参考例5で得られたエマルジョンのコーティング膜の位相モードのAFM写真である。FIG. 9 is an AFM photograph of the phase mode of the coating films of the emulsions obtained in Example 2, Comparative Example 2 and Reference Example 5. 図10は、実施例5、比較例5および参考例9で得られたエマルジョンのコーティング膜の透明性を評価するための写真である。FIG. 10 is a photograph for evaluating the transparency of the coating films of the emulsions obtained in Example 5, Comparative Example 5 and Reference Example 9.

[複合粒子]
本発明の複合粒子は、ナノ粒子で形成されたコア部とビニル重合体およびノニオン界面活性剤を含むシェル部とからなるコア−シェル構造を有している。この複合粒子は、機能性(硬度、耐汚染性、耐溶剤性、耐熱性などを向上させる機能性)を有するナノ粒子の表面を薄肉のシェル部で被覆しているため、粒径分布が狭く、水性コーティング組成物の機能性成膜成分として有用である。
[Composite particles]
The composite particle of the present invention has a core-shell structure composed of a core part formed of nanoparticles and a shell part containing a vinyl polymer and a nonionic surfactant. This composite particle has a narrow particle size distribution because the surface of nanoparticles having functionality (functionality that improves hardness, stain resistance, solvent resistance, heat resistance, etc.) is covered with a thin shell. It is useful as a functional film-forming component of an aqueous coating composition.

(ナノ粒子)
コア部を形成するナノ粒子は、水性コーティング組成物で形成された被膜に機能性を付与するための機能性粒子であればよく、無機粒子、有機粒子のいずれであってもよい。
(Nano particles)
The nanoparticles forming the core may be any functional particles for imparting functionality to the coating film formed of the aqueous coating composition, and may be either inorganic particles or organic particles.

無機粒子としては、シリカ(コロイド状シリカ、メソポーラスシリカなど);金属酸化物(例えば、アルミナ、酸化チタン(ルチル型、アナターゼ型など)、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化鉄、酸化コバルトなど);金属(例えば、金、銀、銅、パラジウム、白金、ニッケル、コバルト、アルミニウム又はこれらの合金など);磁性体(例えば、Feなどのフェライトなど);ゼオライト;ヒドロキシアパタイト;炭素材料(例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン(単層グラフェン、多層グラフェン、酸化グラフェンなど)、ダイヤモンド(ナノダイヤモンドなど)、活性炭(粒状活性炭、粉末状活性炭など)、カーボンブラックなど);無機顔料(例えば、リトポンなどの白色顔料;硫化セリウムなどの赤色顔料;モリブデートオレンジなどの橙色顔料;複合酸化物イエローなどの黄色顔料;複合酸化物グリーンなどの緑色顔料;紺青などの青色顔料;マンガンバイオレットなどの紫色顔料;複合酸化物ブラックなどの黒色顔料;炭酸カルシウムなどの体質顔料など)などが挙げられる。これらの無機粒子は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。 As the inorganic particles, silica (colloidal silica, mesoporous silica, etc.); metal oxide (for example, alumina, titanium oxide (rutile type, anatase type, etc.), zinc oxide, zirconium oxide, copper oxide, iron oxide, cobalt oxide, etc. ); Metal (for example, gold, silver, copper, palladium, platinum, nickel, cobalt, aluminum or alloys thereof); Magnetic substance (for example, ferrite such as Fe 3 O 4 ); Zeolite; Hydroxyapatite; Carbon material (For example, fullerene, carbon nanotube, graphene (single-layer graphene, multilayer graphene, graphene oxide, etc.), diamond (nanodiamond, etc.), activated carbon (granular activated carbon, powdered activated carbon, etc.), carbon black, etc.; Inorganic pigment (for example, White pigments such as lithopone; Red pigments such as cerium sulfide; Orange pigments such as molybdate orange; Yellow pigments such as complex oxide yellow; Green pigments such as complex oxide green; Blue pigments such as navy blue; Purple such as manganese violet Pigments; black pigments such as complex oxide black; extender pigments such as calcium carbonate). These inorganic particles can be used alone or in combination of two or more kinds.

有機粒子としては、ポリマー粒子(例えば、シリコーン系樹脂、架橋ポリオレフィン系樹脂、架橋ポリメタクリル酸メチル系樹脂、メラミン系樹脂、架橋ポリスチレン系樹脂など)、有機顔料[例えば、アゾ顔料(例えば、パーマネントレッドブリリアントカーミンなどの赤色顔料;ベンジジンオレンジなどの橙色顔料;ハンザイエロー、ベンジジンイエローなどの黄色顔料など);フタロシアニン顔料(例えば、フタロシアニンブルーなどの青色顔料;フタロシアニングリーンなどの緑色顔料など);レーキ顔料(例えば、ローダミンレーキなどの赤色顔料;メチルバイオレットレーキなどの青色顔料;ファイナルイエローグリーンなどの緑色顔料など);イソインドリノン・イソインドリン顔料;キナクリドン顔料;ジオキサジン顔料;ジケトピロロピロール顔料;キノフタロン顔料;Vat染料系顔料(例えば、ペリレン・ペリノン系、チオインジゴ系、アントラキノン系など)]などが挙げられる。これらの有機粒子は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。 As the organic particles, polymer particles (for example, silicone resin, crosslinked polyolefin resin, crosslinked polymethylmethacrylate resin, melamine resin, crosslinked polystyrene resin, etc.), organic pigment [for example, azo pigment (for example, permanent red) Red pigments such as brilliant carmine; Orange pigments such as benzidine orange; Yellow pigments such as Hansa yellow and Benzidine yellow); Phthalocyanine pigments (for example, blue pigments such as phthalocyanine blue; green pigments such as phthalocyanine green); Lake pigments ( For example, red pigments such as rhodamine lake; blue pigments such as methyl violet lake; green pigments such as final yellow green); isoindolinone/isoindoline pigments; quinacridone pigments; dioxazine pigments; diketopyrrolopyrrole pigments; quinophthalone pigments; Vat dye-based pigments (for example, perylene/perinone-based, thioindigo-based, anthraquinone-based, etc.)] and the like. These organic particles can be used alone or in combination of two or more.

これらのうち、シリカなどの無機粒子が好ましく、コロイド状シリカ(コロイダルシリカ)が特に好ましい。 Among these, inorganic particles such as silica are preferable, and colloidal silica (colloidal silica) is particularly preferable.

コロイド状シリカはゾル−ゲル法で調製して使用することもでき、市販品(例えば、ADEKA(株)製「アデライトAT−40」「アデライトAT−50」、日産化学(株)製「スノーテックス40」「スノーテックス50」など)を利用することもできる。コロイド状シリカは、主成分が二酸化ケイ素であり、少量成分として、アルミナ、アルミン酸ナトリウムなどを含んでいてもよい。また、コロイド状シリカは、安定剤として無機塩基(水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、アンモニアなど)や有機塩基(トリメチルアミン、トリエチルアミンなどのアミン類など)を含んでいてもよい。コロイド状シリカは、通常、水中で負に帯電している。 Colloidal silica can also be prepared and used by a sol-gel method, and commercially available products (for example, "Adelite AT-40" and "Adelite AT-50" manufactured by ADEKA Corporation, "Snowtex" manufactured by Nissan Kagaku Co., Ltd.). 40", "Snowtex 50", etc.) can also be used. The main component of colloidal silica is silicon dioxide, and alumina, sodium aluminate or the like may be contained as a minor component. The colloidal silica may contain an inorganic base (sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, ammonia, etc.) or an organic base (amines such as trimethylamine, triethylamine, etc.) as a stabilizer. Colloidal silica is usually negatively charged in water.

ナノ粒子の形状は、特に制限されず、球状、楕円球状、多面体状[例えば、立方体状、直方体状、4面体状(ピラミッド状)など]、扁平状(板状、鱗片上又は薄片状)、層状、ロッド状、針状などであってもよい。また、粒子は多孔質形状であってもよい。これらのうち、球状が好ましい。 The shape of the nanoparticles is not particularly limited, and may be spherical, elliptic spherical, polyhedral [eg, cubic, rectangular parallelepiped, tetrahedral (pyramid), etc.], flat (plate-shaped, scale-like or flaky), It may be layered, rod-shaped or needle-shaped. The particles may also have a porous shape. Of these, spherical is preferred.

ナノ粒子(特に、コロイド状シリカ)の平均粒径(動的光散乱によるキュムラント法で求めた流体力学的直径:単位はnm)は、例えば3〜120nm、好ましくは10〜100nm、さらに好ましくは20〜70nm、最も好ましくは30〜50nm程度である。ナノ粒子の粒径が小さすぎると、ナノ粒子による機能性が発現しなくなったり、ビニル重合体での被覆が困難となる虞があり、逆に大きすぎると、被覆後の分散安定性が低下する虞がある。 The average particle size of nanoparticles (particularly colloidal silica) (hydrodynamic diameter determined by cumulant method by dynamic light scattering: unit is nm) is, for example, 3 to 120 nm, preferably 10 to 100 nm, more preferably 20. ˜70 nm, most preferably about 30 to 50 nm. If the particle size of the nanoparticles is too small, the functionality due to the nanoparticles may not be expressed, or it may be difficult to coat with the vinyl polymer. On the contrary, if it is too large, the dispersion stability after coating decreases. There is a risk.

なお、本明細書および特許請求の範囲において、ナノ粒子の平均粒径は、動的光散乱光度計を用いたキュムラント法に基づいて測定でき、詳細には、後述する実施例に記載の方法で測定できる。 In the present specification and claims, the average particle size of nanoparticles can be measured based on the cumulant method using a dynamic light scattering photometer, and in detail, by the method described in Examples described later. Can be measured.

また、これらのナノ粒子は、表面処理(例えば、プラズマ処理などの物理的処理、シランカップリング剤などの処理剤による化学的処理など)が施されていてもよい。 In addition, these nanoparticles may be subjected to surface treatment (for example, physical treatment such as plasma treatment, chemical treatment with a treatment agent such as a silane coupling agent).

(ノニオン界面活性剤)
ノニオン界面活性剤は、シェル部に含まれるが、コア部との界面において、コア部を構成する前記ナノ粒子とビニル重合体との連結基として存在している。コロイド状シリカなどのナノ粒子は、通常、水性媒体中で負に帯電している。そのため、曇点未満の温度でノニオン界面活性剤とナノサイズ粒子分散液とを混合した後、曇点以上の温度にすることにより、ノニオン界面活性剤をナノ粒子表面に吸沈着させて、ビニル単量体の重合の場を提供する。なお、ノニオン界面活性剤の吸着により、ナノ粒子表面を疎水化できる。
(Nonionic surfactant)
The nonionic surfactant is contained in the shell part, but is present at the interface with the core part as a linking group between the nanoparticles forming the core part and the vinyl polymer. Nanoparticles such as colloidal silica are usually negatively charged in aqueous media. Therefore, after mixing the nonionic surfactant and the nano-sized particle dispersion liquid at a temperature below the cloud point, the nonionic surfactant is adsorbed and deposited on the surface of the nanoparticles by bringing the temperature to the cloud point or higher, so that the vinyl monomer It provides a place for the polymerization of the monomers. The surface of the nanoparticles can be made hydrophobic by the adsorption of the nonionic surfactant.

ノニオン界面活性剤の曇点とは、ノニオン界面活性剤の存在下、ナノ粒子が水性媒体中に分散した系において、昇温過程で前記分散系に白濁が生じる温度を意味する。曇点は、ノニオン界面活性剤の濃度、電解質の影響などを受けることから各反応条件において測定できる。ノニオン界面活性剤の曇点は、例えば0〜80℃、好ましくは10〜70℃、さらに好ましくは20〜60℃程度である。 The cloud point of the nonionic surfactant means a temperature at which the dispersion system becomes cloudy during the temperature rising process in a system in which nanoparticles are dispersed in an aqueous medium in the presence of the nonionic surfactant. The cloud point can be measured under each reaction condition because it is affected by the concentration of the nonionic surfactant and the electrolyte. The cloud point of the nonionic surfactant is, for example, 0 to 80°C, preferably 10 to 70°C, more preferably about 20 to 60°C.

ノニオン界面活性剤(分散剤または分散安定剤)としては、蛋白質(ゼラチン、レシチンなど)、糖誘導体(寒天、デンプン誘導体など)、セルロース誘導体(ヒドロキシエチルセルロースなど)、多価アルコールの脂肪酸エステル類[エチレングリコールモノ脂肪酸エステル(例えば、オレイン酸モノエステル、ステアリン酸モノエステルなど)、ポリエチレングリコールモノ脂肪酸エステル、プロピレングリコールモノ脂肪酸エステル、グリセリンモノ脂肪酸エステル(ステアリン酸モノグリセリドなど)、グリセリンジ脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル(商品名スパン)など]、ビニルアルコール系重合体(ポリビニルアルコール、末端長鎖アルキル基変性ポリビニルアルコールなど)、ポリオキシアルキレン(ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン)またはその誘導体[ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル、前記脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加体(例えば、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンショ糖脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪族エステル(商品名トウィーン)、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルなど)]などが挙げられる。分散剤としては、グラフトポリマー、ブロックポリマー(ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロツク共重合体など)やマクロマーを用いてもよい。これらのノニオン界面活性剤は、ビニル重合体を形成するためのビニル系単量体を重合できる点から、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、(メタ)アクリロイル基などのエチレン性不飽和結合(重合性不飽和結合)を少なくとも1つ導入した化合物であってもよい。これらのノニオン界面活性剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。 Nonionic surfactants (dispersants or dispersion stabilizers) include proteins (gelatin, lecithin, etc.), sugar derivatives (agar, starch derivatives, etc.), cellulose derivatives (hydroxyethyl cellulose, etc.), fatty acid esters of polyhydric alcohols [ethylene Glycol monofatty acid ester (eg, oleic acid monoester, stearic acid monoester, etc.), polyethylene glycol monofatty acid ester, propylene glycol monofatty acid ester, glycerin monofatty acid ester (stearic acid monoglyceride, etc.), glycerin difatty acid ester, sucrose fatty acid Ester, sorbitan fatty acid ester (trade name: Span), etc.], vinyl alcohol polymer (polyvinyl alcohol, polyvinyl alcohol modified with a long-chain alkyl group at the end, etc.), polyoxyalkylene (polyoxyethylene, polyoxypropylene) or its derivative [poly Oxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl aryl ether, alkylene oxide adduct of the above fatty acid ester (for example, polyoxyethylene glycerin fatty acid ester, polyoxyethylene sucrose fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan aliphatic ester (trade name Tween) , Polyoxyethylene alkylphenyl ether, etc.)] and the like. As the dispersant, a graft polymer, a block polymer (polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymer, etc.) or a macromer may be used. These nonionic surfactants are capable of polymerizing a vinyl-based monomer for forming a vinyl polymer, and thus have an ethylenic unsaturated bond (such as vinyl group, allyl group, isopropenyl group, (meth)acryloyl group) ( It may be a compound having at least one polymerizable unsaturated bond) introduced therein. These nonionic surfactants can be used alone or in combination of two or more.

好ましいノニオン界面活性剤には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル[例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル(花王(株)製「エマルゲン108(曇点40℃)」)、ポリオキシエチレンステアリルエーテル(花王(株)製「エマルゲン409P(曇点55℃)」)などのポリオキシエチレンC6−20アルキルエーテル]、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル[例えば、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル(花王(株)製「エマルゲン909(曇点40℃)」)などのポリオキシエチレンC6−20アルキルフェニルエーテルなど]、ポリオキシエチレンショ糖C12−20脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンC12−20脂肪酸エステル、ポリオキシアルキレンブロック共重合体[例えば、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体((株)ADEKA製「プルロニックL61(曇点24℃)」「プルロニックL−64(曇点58℃)」)など]、アリル基などのエチレン性不飽和基を少なくとも1つ有するポリオキシエチレンC6−20アルキルフェニルエーテル[例えば、1−アリルオキシメチル−2−ノニルフェニルオキシエタノールエチレンオキサイド付加体((株)ADEKA製「ADEKA REASOAP(登録商標)NE−10(曇点40℃)」)など]などが含まれる。 Preferred nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers [eg, polyoxyethylene lauryl ether (“Emulgen 108 (cloud point 40° C.)” manufactured by Kao Corporation)), polyoxyethylene stearyl ether (manufactured by Kao Corporation). “Emulgen 409P (cloud point 55° C.)”, etc., polyoxyethylene C 6-20 alkyl ether], polyoxyethylene alkylphenyl ether [eg, polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene lauryl phenyl ether, polyoxyethylene] Polyoxyethylene C 6-20 alkyl phenyl ether such as nonyl phenyl ether (“Emulgen 909 (cloud point 40° C.)” manufactured by Kao Corporation)], polyoxyethylene sucrose C 12-20 fatty acid ester, polyoxyethylene Sorbitan C 12-20 fatty acid ester, polyoxyalkylene block copolymer [for example, polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymer ("Pluronic L61 (cloud point 24°C)" manufactured by ADEKA, "Pluronic L-64" (Cloud point 58° C.)”), etc.], polyoxyethylene C 6-20 alkylphenyl ether having at least one ethylenically unsaturated group such as an allyl group [eg, 1-allyloxymethyl-2-nonylphenyloxyethanol] Ethylene oxide adduct (“ADEKA REASOAP (registered trademark) NE-10 (clouding point 40° C.)” manufactured by ADEKA Co., Ltd.) and the like] and the like.

ノニオン界面活性剤の親水性−親油性バランス(HLB)は、広い範囲で選択でき、例えば1〜30、好ましくは3〜25、さらに好ましくは5〜20、最も好ましくは7〜16である。 The hydrophilic-lipophilic balance (HLB) of the nonionic surfactant can be selected in a wide range and is, for example, 1 to 30, preferably 3 to 25, more preferably 5 to 20, most preferably 7 to 16.

ノニオン界面活性剤の割合は、ナノ粒子100質量部に対して0.01〜20質量部程度の範囲から選択でき、例えば0.1〜15質量部、好ましくは0.5〜10質量部、さらに好ましくは1〜5質量部、最も好ましくは2〜4質量部である。ナノ粒子がコロイド状シリカである場合、ノニオン界面活性剤の割合は、シリカ成分(SiO単独)100質量部に対して、例えば0.05〜15質量部、好ましくは0.2〜10質量部、さらに好ましくは0.5〜7質量部、最も好ましくは1〜5質量部である。ノニオン界面活性剤の割合が少なすぎると、シェル部を十分に形成できない虞があり、逆に多すぎると、複合粒子の生産性が低下する虞がある。 The proportion of the nonionic surfactant can be selected from the range of about 0.01 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the nanoparticles, and for example, 0.1 to 15 parts by mass, preferably 0.5 to 10 parts by mass, and further It is preferably 1 to 5 parts by mass, and most preferably 2 to 4 parts by mass. When the nanoparticles are colloidal silica, the proportion of the nonionic surfactant is, for example, 0.05 to 15 parts by mass, preferably 0.2 to 10 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the silica component (SiO 2 alone). , More preferably 0.5 to 7 parts by mass, most preferably 1 to 5 parts by mass. If the proportion of the nonionic surfactant is too low, the shell portion may not be sufficiently formed, and if it is too high, the productivity of the composite particles may be reduced.

(ビニル重合体)
ビニル重合体は、前記ノニオン界面活性剤を介してコア部を被覆するシェル部を形成しており、本発明では、前記ナノ粒子に対するビニル重合体の割合が少ないため、シェル部がコア部の表面で薄肉な膜として形成できる。
(Vinyl polymer)
The vinyl polymer forms a shell portion that covers the core portion via the nonionic surfactant, and in the present invention, since the ratio of the vinyl polymer to the nanoparticles is small, the shell portion is the surface of the core portion. Can be formed as a thin film.

ビニル重合体は、エチレン性不飽和結合を有するビニル単量体(ビニルモノマー)の単独または共重合体である。 The vinyl polymer is a homopolymer or copolymer of a vinyl monomer having an ethylenically unsaturated bond (vinyl monomer).

ビニル単量体は、分子内に少なくとも1つのエチレン性不飽和結合を含んでいればよく、分子内に1つのエチレン性不飽和結合を有するビニル単量体(単官能ビニル単量体という場合がある)と、分子内に2つ以上のエチレン性不飽和結合を有するビニル単量体(多官能ビニル単量体という場合がある)とに大別できる。 The vinyl monomer only needs to contain at least one ethylenically unsaturated bond in the molecule, and a vinyl monomer having one ethylenically unsaturated bond in the molecule (sometimes referred to as a monofunctional vinyl monomer. Yes) and vinyl monomers having two or more ethylenically unsaturated bonds in the molecule (sometimes referred to as polyfunctional vinyl monomers).

単官能ビニル単量体として代表的には、(メタ)アクリル系単量体;芳香族ビニル系単量体;カルボキシル基含有ビニル系単量体;酢酸ビニルなどのビニルエステル系単量体;ビニルスルホン酸などのスルホン酸基含有ビニル系単量体;マレイン酸ジメチル、N−フェニルマレイミドなどの不飽和多価カルボン酸誘導体系単量体;N−ビニルスクシンイミドなどのN−ビニル多価カルボン酸イミド系単量体;N−ビニルピロリドンなどの複素環式ビニル系単量体;N−ビニルホルムアミドなどのN−ビニルアミド系単量体;ビニルクロライドなどのハロゲン含有ビニル系単量体;メチルビニルエーテルなどのビニルアルキルエーテル系単量体;エチレンなどのオレフィン系単量体などが挙げられる。 Typical monofunctional vinyl monomers are (meth)acrylic monomers; aromatic vinyl monomers; carboxyl group-containing vinyl monomers; vinyl ester monomers such as vinyl acetate; vinyl. Sulfonic acid group-containing vinyl monomers such as sulfonic acid; unsaturated polycarboxylic acid derivative monomers such as dimethyl maleate and N-phenylmaleimide; N-vinyl polycarboxylic acid imides such as N-vinylsuccinimide Heterocyclic vinyl monomers such as N-vinylpyrrolidone; N-vinylamide monomers such as N-vinylformamide; halogen-containing vinyl monomers such as vinyl chloride; methyl vinyl ether and the like Vinyl alkyl ether type monomers; olefin type monomers such as ethylene.

これらの単官能ビニル単量体のうち、(メタ)アクリル系単量体、芳香族ビニル系単量体、カルボキシル基含有ビニル系単量体を含むのが好ましい。 Among these monofunctional vinyl monomers, it is preferable to include a (meth)acrylic monomer, an aromatic vinyl monomer, and a carboxyl group-containing vinyl monomer.

(メタ)アクリル系単量体としては、アルキル(メタ)アクリレート[例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、n−オクタデシル(メタ)アクリレートなどの直鎖状又は分岐鎖状C1−20アルキル(メタ)アクリレートなど];シクロアルキル(メタ)アクリレート[例えば、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリレートなどのC5−10シクロアルキル(メタ)アクリレートなど];アリール(メタ)アクリレート[例えば、フェニル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレートなどのC6−14アリール(メタ)アクリレートなど];アラルキル(メタ)アクリレート[例えば、ベンジル(メタ)アクリレート、フェネチル(メタ)アクリレートなどのC6−14アリール−C1−6アルキル(メタ)アクリレートなど];多環式(メタ)アクリレート[例えば、2−イソボルニル(メタ)アクリレート、2−ノルボルニルメチル(メタ)アクリレートなどのC7−15(二ないし三)環式(メタ)アクリレートなど];ヒドロキシル基含有(メタ)アクリレート[例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシC1−4アルキル(メタ)アクリレートなど];アルコキシ基またはフェノキシ基含有(メタ)アクリレート[例えば、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレートなどの(ポリ)C1−6アルコキシC2−6アルキル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレートなどのフェノキシC2−6アルキル(メタ)アクリレートなど];エポキシ基含有(メタ)アクリレート[例えば、グリシジル(メタ)アクリレートなど];ハロゲン含有(メタ)アクリレート[例えば、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、ヘプタデカフルオロデシル(メタ)アクリレートなどのハロアルキルC1−12(メタ)アクリレートなど];(メタ)アクリルアミド類[例えば、(メタ)アクリルアミド;N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−t−ブチル(メタ)アクリルアミドなどのN−C1−4アルキル(メタ)アクリルアミド;N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミドなどのN,N−ジC1−4アルキル(メタ)アクリルアミド;2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロイルモルホリン、N−メチロール(メタ)アクリルアミドなどのN置換(メタ)アクリルアミドなど];アルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート[例えば、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどの(モノ又はジ)C1−4アルキルアミノC1−4アルキル(メタ)アクリレートなど];シアン化ビニル類(例えば、(メタ)アクリロニトリルなど)などが挙げられる。 Examples of the (meth)acrylic monomer include alkyl(meth)acrylates [eg, methyl(meth)acrylate, ethyl(meth)acrylate, n-butyl(meth)acrylate, t-butyl(meth)acrylate, n-hexyl. (Meth)acrylate, n-octyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, cetyl (meth)acrylate, n-octadecyl (meth)acrylate and the like linear or branched C 1-20 alkyl (meth ) Acrylate, etc.]; Cycloalkyl(meth)acrylate [eg, C 5-10 cycloalkyl(meth)acrylate, such as cyclohexyl(meth)acrylate, cyclopentyl(meth)acrylate]; Aryl(meth)acrylate [eg, phenyl( C6-14 aryl (meth)acrylates such as (meth)acrylates and naphthyl (meth)acrylates; aralkyl (meth)acrylates [for example, C6-14 aryl- such as benzyl (meth)acrylate, phenethyl (meth)acrylates) C 1-6 alkyl (meth)acrylate and the like]; polycyclic (meth)acrylate [for example, C 7-15 such as 2-isobornyl (meth)acrylate and 2-norbornylmethyl (meth)acrylate (2 to 3 ) Cyclic (meth) acrylate etc.]; Hydroxyl group-containing (meth) acrylate [eg hydroxy C 1-4 alkyl (meth) acrylate such as hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate]; Alkoxy group- or phenoxy group-containing (meth)acrylate [for example, (poly)C 1-6 alkoxy C 2-6 alkyl(meth)acrylate such as 2-methoxyethyl (meth)acrylate, ethylcarbitol (meth)acrylate, phenoxy) Phenoxy C 2-6 alkyl (meth)acrylate such as ethyl (meth)acrylate; epoxy group-containing (meth)acrylate [eg, glycidyl (meth)acrylate]; halogen-containing (meth)acrylate [eg, 2,2 , 2-trifluoroethyl (meth)acrylate, tetrafluoropropyl (meth)acrylate, heptadecafluorodecyl (meth)acrylate and other haloalkyl C 1-12 (meth)acrylates and the like]; (meth)acrylamides [eg, ( (Meth)acrylamide ; N- methyl (meth) acrylamide, N-t-butyl (meth) N-C 1-4 alkyl (meth) acrylamides such as acrylamide; N, N- dimethyl (meth) N, such as acrylamide, N- di C 1 -4 alkyl (meth)acrylamide; N-substituted (meth)acrylamide such as 2-(meth)acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, diacetone (meth)acrylamide, (meth)acryloylmorpholine, N-methylol (meth)acrylamide, etc. ]; alkylaminoalkyl(meth)acrylate [eg (mono or di)C 1-4 alkylamino C 1-4 alkyl(meth)acrylate such as dimethylaminoethyl(meth)acrylate]; vinyl cyanide (eg , (Meth)acrylonitrile, etc.) and the like.

芳香族ビニル系単量体としては、スチレン、p−クロロスチレン、t−ブチルスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどが挙げられる。 Examples of the aromatic vinyl-based monomer include styrene, p-chlorostyrene, t-butylstyrene, α-methylstyrene, vinyltoluene and the like.

カルボキシル基含有ビニル系単量体としては、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸などが含まれる。 Examples of the carboxyl group-containing vinyl monomer include (meth)acrylic acid, itaconic acid, maleic acid and fumaric acid.

また、分子内に2つ以上のエチレン性不飽和結合を有するビニル単量体(多官能ビニル単量体)としては、多官能(メタ)アクリル系単量体;多官能芳香族ビニル系単量体;ブタジエンなどのジエン系単量体;多官能ビニルエステル系単量体;多官能ビニルエーテル系単量体などが挙げられる。 The vinyl monomer having two or more ethylenic unsaturated bonds in the molecule (polyfunctional vinyl monomer) includes a polyfunctional (meth)acrylic monomer; a polyfunctional aromatic vinyl monomer. And the like; diene-based monomers such as butadiene; polyfunctional vinyl ester-based monomers; polyfunctional vinyl ether-based monomers and the like.

これらの多官能ビニル単量体のうち、多官能(メタ)アクリル系単量体、多官能芳香族ビニル系単量体が好ましい。 Among these polyfunctional vinyl monomers, polyfunctional (meth)acrylic monomers and polyfunctional aromatic vinyl monomers are preferable.

多官能(メタ)アクリル系単量体としては、(ポリ)アルキレングリコールジ(メタ)アクリレート[例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレートなどの(ポリ)C2−6アルキレングリコールジ(メタ)アクリレートなど];脂環族ジオールのジ(メタ)アクリレート[例えば、1,4−シクロヘサンジメタノール(又はその(ポリ)C2−4アルキレンオキサイド付加物)のジ(メタ)アクリレートなど];芳香族ジオールのジ(メタ)アクリレート(例えば、ビスフェノールA(又はその(ポリ)C2−4アルキレンオキサイド付加物)のジ(メタ)アクリレートなど);多官能(メタ)アクリルアミド類[例えば、N,N’−ヘキサメチレンビス(メタ)アクリルアミド、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミドなどのN,N’−(モノ乃至ヘキサ)メチレンビス(メタ)アクリルアミドなど];エチレン性不飽和結合含有基を有する(メタ)アクリレート[例えば、アリル(メタ)アクリレート、5−ノルボルネン−2−イル−メチル(メタ)アクリレートなど];ポリオールのジ(メタ)アクリレート[例えば、グリセリンジ(メタ)アクリレートなど];3つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能単量体[例えば、グリセリントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、1,3,5−トリ(メタ)アクリロイルヘキサヒドロ−s−トリアジン、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートなど]などが挙げられる。 Examples of the polyfunctional (meth)acrylic monomer include (poly)alkylene glycol di(meth)acrylate [eg, ethylene glycol di(meth)acrylate, diethylene glycol di(meth)acrylate, 1,3-butylene glycol di(meth ) Acrylate, (poly) C2-6 alkylene glycol di(meth)acrylate such as 1,4-butanediol di(meth)acrylate, etc.]; Di(meth)acrylate of alicyclic diol [eg, 1,4- Di(meth)acrylate of cyclohesane dimethanol (or its (poly)C 2-4 alkylene oxide adduct); di(meth)acrylate of aromatic diol (for example, bisphenol A (or its (poly)C 2 ). -4 alkylene oxide adduct) di(meth)acrylate, etc.); polyfunctional (meth)acrylamides [eg, N,N′-hexamethylenebis(meth)acrylamide, N,N′-methylenebis(meth)acrylamide, etc. N,N′-(mono to hexa)methylenebis(meth)acrylamide, etc.]; (Meth)acrylate having an ethylenically unsaturated bond-containing group [eg, allyl (meth)acrylate, 5-norbornen-2-yl-methyl (Meth)acrylate, etc.; di(meth)acrylate of polyol [eg, glycerin di(meth)acrylate, etc.]; polyfunctional monomer having three or more (meth)acryloyl groups [eg, glycerin tri(meth)acrylate] Acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, 1,3,5-tri(meth)acryloylhexahydro-s-triazine, pentaerythritol tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol penta( (Meth)acrylate, dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, etc.] and the like.

多官能芳香族ビニル系単量体としては、ジビニルベンゼンなどが挙げられる。 Examples of the polyfunctional aromatic vinyl-based monomer include divinylbenzene and the like.

これらの多官能ビニル単量体を使用して、ビニル重合体を架橋してもよい。なお、多官能ビニル単量体のエチレン性不飽和結合に限らず、エポキシ基やカルボキシル基などの反応性官能基を有するビニル単量体を含んでいる場合、これらの官能基を利用してビニル重合体を架橋してもよい。 These polyfunctional vinyl monomers may be used to crosslink vinyl polymers. Not only the ethylenically unsaturated bond of the polyfunctional vinyl monomer, but also the vinyl monomer having a reactive functional group such as an epoxy group or a carboxyl group is used, vinyl is used by these functional groups. The polymer may be crosslinked.

これらの単官能および多官能ビニル単量体は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することもできる。好ましい単官能ビニル単量体としては、(メタ)アクリル系単量体、芳香族ビニル系単量体、ビニルエステル系単量体およびカルボキシル基含有ビニル系単量体などが挙げられ、特に、少なくとも(メタ)アクリル系単量体を含むのが好ましい。また、好ましい多官能ビニル単量体としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリル系単量体、ジビニルベンゼンなどの多官能芳香族ビニル系単量体が含まれる。 These monofunctional and polyfunctional vinyl monomers can be used alone or in combination of two or more. Examples of preferable monofunctional vinyl monomers include (meth)acrylic monomers, aromatic vinyl monomers, vinyl ester monomers, and carboxyl group-containing vinyl monomers. It is preferable to contain a (meth)acrylic monomer. Further, preferred polyfunctional vinyl monomers include polyfunctional (meth)acrylic monomers such as ethylene glycol di(meth)acrylate and polyfunctional aromatic vinyl monomers such as divinylbenzene.

また、ビニル重合体は、単独重合体または共重合体であってもよく、共重合体である場合、ランダム共重合体、ブロック共重合体、交互共重合体またはグラフト共重合体であってもよい。さらに、シェルは、2以上の異なる単独または共重合体を含んでいてもよい。 Further, the vinyl polymer may be a homopolymer or a copolymer, and when it is a copolymer, it may be a random copolymer, a block copolymer, an alternating copolymer or a graft copolymer. Good. Further, the shell may include two or more different homo- or copolymers.

共重合体におけるビニル単量体の組み合わせ(組成)は、用途に応じて選択でき、特に制限されないが、代表的には、(a)C1−3アルキルメタクリレートおよび/または芳香族ビニル系単量体と、(b)C1−12アルキルアクリレートと、(c)カルボキシル基含有ビニル系単量体とを含むことが多い。 The combination (composition) of vinyl monomers in the copolymer can be selected according to the application and is not particularly limited, but typically (a) C 1-3 alkyl methacrylate and/or aromatic vinyl-based monomer In many cases, the polymer, (b) C 1-12 alkyl acrylate, and (c) carboxyl group-containing vinyl monomer.

(a)C1−3アルキルメタクリレートおよび/または芳香族ビニル系単量体(硬質成分(a)ということがある)は、比較的硬質な成分であり、複合粒子の硬度や耐熱性に影響を与える。硬質成分(a)のビニル単量体ホモポリマーのガラス転移温度(Tg)は、例えば50℃以上(例えば50〜150℃)、好ましくは70℃以上(例えば、70〜130℃)、さらに好ましくは90℃以上(例えば90〜110℃)程度であってもよい。なお、ガラス転移温度は、示差走査熱量計(DSC)などにより測定できる。代表的な硬質成分(a)としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、i−プロピルメタクリレート、スチレン、ビニルトルエンなどが挙げられる。これらの硬質成分(a)は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することもできる。これらの硬質成分(a)のうち、メチルメタクリレート、スチレンが好ましく、メチルメタクリレートが特に好ましい。 (A) C 1-3 alkyl methacrylate and/or aromatic vinyl-based monomer (may be referred to as hard component (a)) is a relatively hard component, and affects hardness and heat resistance of the composite particles. give. The glass transition temperature (Tg) of the vinyl monomer homopolymer of the hard component (a) is, for example, 50° C. or higher (eg 50 to 150° C.), preferably 70° C. or higher (eg 70 to 130° C.), and more preferably It may be about 90°C or higher (for example, 90 to 110°C). The glass transition temperature can be measured with a differential scanning calorimeter (DSC) or the like. Typical hard components (a) include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, i-propyl methacrylate, styrene, vinyltoluene and the like. These hard components (a) may be used alone or in combination of two or more. Of these hard components (a), methyl methacrylate and styrene are preferable, and methyl methacrylate is particularly preferable.

(b)C1−12アルキルアクリレート(軟質成分(b)ということがある)は、比較的軟質な成分であり、複合粒子において被着体への接着性、耐低温性などを発現する。軟質成分(b)のビニル単量体ホモポリマーのガラス転移温度(Tg)は、例えば50℃以下(例えば−100〜50℃)、好ましくは30℃以下(例えば−70〜30℃)、さらに好ましくは0℃以下(例えば−55〜0℃)程度であってもよい。代表的な軟質成分(b)としては、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、n−オクチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレートなどが挙げられる。これらの軟質成分(b)は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することもできる。これらの軟質成分(b)のうち、ブチルアクリレート、n−オクチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレートなどのC2−10アルキルアクリレートが好ましく、ブチルアクリレートなどのC4−8アルキルアクリレートが特に好ましい。 (B) C 1-12 alkyl acrylate (sometimes referred to as the soft component (b)) is a relatively soft component, and in the composite particles, it exhibits adhesiveness to an adherend, low temperature resistance and the like. The glass transition temperature (Tg) of the vinyl monomer homopolymer of the soft component (b) is, for example, 50° C. or lower (eg, −100 to 50° C.), preferably 30° C. or lower (eg, −70 to 30° C.), and further preferably May be about 0° C. or lower (for example, −55 to 0° C.). Typical soft components (b) include ethyl acrylate, butyl acrylate, n-octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate and the like. These soft components (b) can be used alone or in combination of two or more. Among these soft components (b), C 2-10 alkyl acrylates such as butyl acrylate, n-octyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate are preferable, and C 4-8 alkyl acrylates such as butyl acrylate are particularly preferable.

軟質成分(b)の割合は、硬質成分(a)100質量部に対して30〜300質量部程度の範囲から選択でき、例えば50〜250質量部、好ましくは60〜200質量部、さらに好ましくは70〜150質量部、最も好ましくは80〜100質量部である。軟質成分(b)が多すぎると、複合粒子の硬度や耐熱性が低下し易く、逆に少なすぎると、シェル部の接着性が低下する虞がある。 The proportion of the soft component (b) can be selected from the range of about 30 to 300 parts by mass relative to 100 parts by mass of the hard component (a), and is, for example, 50 to 250 parts by mass, preferably 60 to 200 parts by mass, and more preferably 70 to 150 parts by mass, most preferably 80 to 100 parts by mass. When the amount of the soft component (b) is too large, the hardness and heat resistance of the composite particles are likely to decrease, and when it is too small, the adhesiveness of the shell portion may be decreased.

(c)カルボキシル基含有ビニル系単量体(カルボキシル基含有成分(c)ということがある)は、複合粒子の分散性を向上し、シェル部において被着体との接着性を発現する。代表的なカルボキシル基含有成分(c)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸などが含まれる。これらのカルボキシル基含有成分(c)は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することもできる。これらのカルボキシル基含有成分(c)のうち、例えば、(メタ)アクリル酸が好ましく、メタクリル酸が特に好ましい。 The (c) carboxyl group-containing vinyl monomer (sometimes referred to as a carboxyl group-containing component (c)) improves the dispersibility of the composite particles and exhibits adhesiveness with the adherend in the shell portion. Typical examples of the carboxyl group-containing component (c) include (meth)acrylic acid, itaconic acid, maleic acid and the like. These carboxyl group-containing components (c) can be used alone or in combination of two or more. Among these carboxyl group-containing components (c), for example, (meth)acrylic acid is preferable, and methacrylic acid is particularly preferable.

カルボキシル基含有成分(c)の割合は、硬質成分(a)および軟質成分(b)の合計100質量部に対して、例えば0.01〜5質量部、好ましくは0.05〜3質量部、さらに好ましくは0.1〜2質量部、最も好ましくは0.3〜1質量部程度である。カルボキシル基含有成分(c)が多すぎると、複合粒子の分散性や耐水性(耐湿性)が低下し易く、逆に少なすぎると、複合粒子の接着性が低下する虞がある。 The proportion of the carboxyl group-containing component (c) is, for example, 0.01 to 5 parts by mass, preferably 0.05 to 3 parts by mass, based on 100 parts by mass of the total of the hard component (a) and the soft component (b). It is more preferably 0.1 to 2 parts by mass, and most preferably about 0.3 to 1 part by mass. If the amount of the carboxyl group-containing component (c) is too large, the dispersibility or water resistance (moisture resistance) of the composite particles tends to decrease, while if it is too small, the adhesion of the composite particles may decrease.

ビニル重合体のガラス転移温度(Tg)は−50℃〜100℃程度の範囲から選択でき、例えば−30℃〜50℃、好ましくは−20℃〜30℃、さらに好ましくは−10℃〜25℃、最も好ましくは0〜15℃程度である。ガラス転移温度が低すぎると、機械的特性が低下する虞があり、逆に高すぎると、接着性が低下する虞がある。 The glass transition temperature (Tg) of the vinyl polymer can be selected from the range of about -50°C to 100°C, for example, -30°C to 50°C, preferably -20°C to 30°C, more preferably -10°C to 25°C. , And most preferably about 0 to 15°C. If the glass transition temperature is too low, the mechanical properties may deteriorate, and if it is too high, the adhesiveness may decrease.

ビニル重合体の割合は、前記ナノ粒子100質量部に対して30質量部以下(例えば0.1〜30質量部)であってもよく、例えば0.5〜20質量部、好ましくは1〜15質量部、さらに好ましくは1.5〜10質量部、最も好ましくは2〜7質量部程度である。ナノ粒子がコロイド状シリカである場合、ビニル重合体の割合は、シリカ成分(SiO単独)100質量部に対して、例えば50質量部以下(例えば0.3〜50質量部)であってもよく、例えば1〜30質量部、好ましくは2〜20質量部、さらに好ましくは3〜10質量部、最も好ましくは4〜8質量部程度である。ビニル重合体の割合が少なすぎると、水性コーティング組成物中で複合粒子が凝集し易くなり、逆に多すぎると、複合粒子の粒径を均一化するのが困難となり、ナノ粒子の機能性を発現するのも困難となる虞がある。 The ratio of the vinyl polymer may be 30 parts by mass or less (for example, 0.1 to 30 parts by mass), for example, 0.5 to 20 parts by mass, and preferably 1 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the nanoparticles. Parts by mass, more preferably 1.5 to 10 parts by mass, most preferably about 2 to 7 parts by mass. When the nanoparticles are colloidal silica, the proportion of the vinyl polymer may be, for example, 50 parts by mass or less (for example, 0.3 to 50 parts by mass) with respect to 100 parts by mass of the silica component (SiO 2 alone). Well, for example, 1 to 30 parts by mass, preferably 2 to 20 parts by mass, more preferably 3 to 10 parts by mass, and most preferably about 4 to 8 parts by mass. If the proportion of the vinyl polymer is too low, the composite particles tend to aggregate in the aqueous coating composition, while if it is too high, it becomes difficult to make the particle diameter of the composite particles uniform, and the functionality of the nanoparticles is improved. It may also be difficult to express.

なお、本明細書および特許請求の範囲において、ナノ粒子およびシリカ成分に対するビニル重合体の割合は、原料であるビニル単量体の合計使用量に基づいて算出できる。 In the present specification and claims, the ratio of the vinyl polymer to the nanoparticles and the silica component can be calculated based on the total amount of the vinyl monomer used as the raw material.

シェル部中のビニル重合体およびノニオンの合計割合は50質量%以上であってもよく、例えば80質量%以上、好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上であり、最も好ましくは100質量%(ビニル重合体およびノニオン界面活性剤のみ)である。 The total proportion of the vinyl polymer and nonion in the shell part may be 50% by mass or more, for example, 80% by mass or more, preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and most preferably 100% by mass. Mass% (only vinyl polymer and nonionic surfactant).

(複合粒子の特性)
複合粒子は、シェル部の厚みが薄いため、粒径の均一性が高い上に、ナノ粒子の機能性を発現し易い。シェル部の平均厚みは15nm以下(例えば1〜15nm)であってもよく、例えば2〜12nm、好ましくは3〜10nm、さらに好ましくは4〜8nm、最も好ましくは5〜7nmである。
(Characteristics of composite particles)
Since the composite particles have a thin shell portion, the particle size is highly uniform, and the functionality of the nanoparticles is easily exhibited. The average thickness of the shell portion may be 15 nm or less (for example, 1 to 15 nm), for example, 2 to 12 nm, preferably 3 to 10 nm, more preferably 4 to 8 nm, and most preferably 5 to 7 nm.

なお、本明細書および特許請求の範囲において、シェル部の平均厚みは、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察によって測定してもよく、また複合粒子の平均粒径からナノ粒子の平均粒径を減ずることにより求めることもできる。 In the present specification and claims, the average thickness of the shell portion may be measured by observation with a transmission electron microscope (TEM), and the average particle diameter of the composite particles may be changed to the average particle diameter of the nanoparticles. It can also be obtained by reducing.

複合粒子の平均粒径(体積平均一次粒径)は、例えば5〜100nm、好ましくは10〜80nm、さらに好ましくは30〜70nm、最も好ましくは50〜60nm程度である。複合粒子の平均粒径が小さすぎると、水性コーティング組成物中で複合粒子が凝集し易くなり、逆に大きすぎると、被膜機械的特性が低下する虞がある。 The average particle size (volume average primary particle size) of the composite particles is, for example, 5 to 100 nm, preferably 10 to 80 nm, more preferably 30 to 70 nm, and most preferably about 50 to 60 nm. If the average particle size of the composite particles is too small, the composite particles tend to aggregate in the aqueous coating composition, and if too large, the mechanical properties of the coating film may deteriorate.

本発明の複合粒子は、粒径の均一性も高く、複合粒子の多分散度(動的光散乱によるキュムラント法で求めた多分散指数により評価される流体力学的直径の多分散度)は0.2以下(特に0.14以下)であってもよく、例えば0.01〜0.15、好ましくは0.02〜0.14、さらに好ましくは0.03〜0.13、最も好ましくは0.05〜0.125である。 The composite particles of the present invention have high uniformity in particle size, and the polydispersity of the composite particles (the polydispersity of the hydrodynamic diameter evaluated by the polydispersity index obtained by the cumulant method by dynamic light scattering) is 0. 0.2 or less (particularly 0.14 or less), for example 0.01 to 0.15, preferably 0.02 to 0.14, more preferably 0.03 to 0.13, and most preferably 0. .05 to 0.125.

なお、本明細書および特許請求の範囲において、複合粒子の平均粒径および多分散度(粒径分布)は、動的光散乱光度計を用いたキュムラント法に基づいて測定でき、詳細には、後述する実施例に記載の方法で測定できる。 In the present specification and claims, the average particle size and polydispersity (particle size distribution) of the composite particles can be measured based on the cumulant method using a dynamic light scattering photometer, and in detail, It can be measured by the method described in Examples below.

複合粒子の形状は、前記ナノ粒子の形状と同一形状であり、球状が好ましい。 The shape of the composite particles is the same as the shape of the nanoparticles, and is preferably spherical.

[水性コーティング組成物]
本発明の水性コーティング組成物は、前記複合粒子およびビニル重合体粒子を含む。ビニル重合体粒子を構成するビニル重合体(第2のビニル重合体)としては、前記複合粒子のシェル部を構成するビニル重合体として例示されたビニル重合体(第1のビニル重合体)を利用できる。第2のビニル重合体は、目的の被膜特性に応じて第1のビニル重合体として例示されたビニル重合体の中から選択でき、第1のビニル重合体と同様に、硬質成分(a)と軟質成分(b)とカルボキシル基含有成分(c)との割合を調整して水性コーティング組成物中での分散性や被膜の機械的特性を制御してもよい。
[Aqueous coating composition]
The aqueous coating composition of the present invention contains the composite particles and vinyl polymer particles. As the vinyl polymer (second vinyl polymer) constituting the vinyl polymer particles, the vinyl polymer (first vinyl polymer) exemplified as the vinyl polymer constituting the shell part of the composite particles is used. it can. The second vinyl polymer can be selected from the vinyl polymers exemplified as the first vinyl polymer according to the intended coating properties, and like the first vinyl polymer, the second vinyl polymer can be used as the hard component (a). The proportion of the soft component (b) and the carboxyl group-containing component (c) may be adjusted to control the dispersibility in the aqueous coating composition and the mechanical properties of the coating.

ビニル重合体粒子を構成するビニル重合体のガラス転移温度(Tg)は−50℃〜100℃程度の範囲から選択でき、複合粒子との接着性の点から、複合粒子のシェル部を構成するビニル重合体と同一の温度であってもよく、複合粒子のシェル部を構成するビニル重合体よりも高い温度(例えば20〜100℃、特に30〜80℃)であってもよい。 The glass transition temperature (Tg) of the vinyl polymer constituting the vinyl polymer particles can be selected from the range of about -50°C to 100°C, and the vinyl constituting the shell portion of the composite particles can be selected from the viewpoint of adhesiveness with the composite particles. The temperature may be the same as that of the polymer, or may be higher than that of the vinyl polymer forming the shell portion of the composite particles (for example, 20 to 100°C, particularly 30 to 80°C).

ビニル重合体粒子の平均粒径(動的光散乱によるキュムラント法で求めた流体力学的直径:単位はnm)は30nm以上であってもよく、例えば30〜500nm、好ましくは50〜300nm、さらに好ましくは80〜200nm、最も好ましくは100〜150nmである。ビニル重合体粒子の粒径が小さすぎると、ナノ粒子の凝集による被膜の不透明化が生じやすく、沈殿が発生しやすくなる。 The vinyl polymer particles may have an average particle size (hydrodynamic diameter determined by cumulant method by dynamic light scattering: unit is nm) of 30 nm or more, for example, 30 to 500 nm, preferably 50 to 300 nm, and further preferably Is 80 to 200 nm, most preferably 100 to 150 nm. If the particle size of the vinyl polymer particles is too small, the coating becomes opaque due to the aggregation of nanoparticles, and precipitation easily occurs.

なお、本明細書および特許請求の範囲において、ビニル重合体粒子の平均粒径は、動的光散乱光度計を用いたキュムラント法に基づいて測定でき、詳細には、後述する実施例に記載の方法で測定できる。 In the present specification and claims, the average particle size of the vinyl polymer particles can be measured based on the cumulant method using a dynamic light scattering photometer, and in detail, described in Examples described later. It can be measured by the method.

ビニル重合体粒子の割合は、コア部であるナノ粒子(特に、ナノ粒子がコロイダルシリカである場合、シリカ成分)に対するビニル重合体粒子と複合粒子の第1のビニル重合体との総量(第1のビニル重合体および第2のビニル重合体の合計量)の割合を調整する観点から制御してもよい。すなわち、水性コーティング組成物全体において、ナノ粒子の割合は、ビニル重合体(第1のビニル重合体および第2のビニル重合体の合計)100質量部に対して、例えば10〜1000質量部、好ましくは20〜750質量部、さらに好ましくは30〜500質量部、最も好ましくは50〜350質量部である。また、ナノ粒子がコロイダルシリカである場合、水性コーティング組成物全体において、シリカ成分(SiO単独)の割合は、ビニル重合体(第1のビニル重合体および第2のビニル重合体の合計)100質量部に対して、例えば5〜500質量部、好ましくは10〜400質量部、さらに好ましくは30〜300質量部、より好ましくは50〜250質量部、最も好ましくは100〜180質量部である。ビニル重合体の割合が少なすぎると、被膜の透明性や柔軟性などの機械的特性が低下する虞があり、逆に多すぎると、被膜の硬度などのナノ粒子による機能性が発現しない虞がある。 The ratio of the vinyl polymer particles is such that the total amount of the vinyl polymer particles and the first vinyl polymer of the composite particles with respect to the nanoparticles (particularly, the silica component when the nanoparticles are colloidal silica) as the core portion (first The total amount of the vinyl polymer and the second vinyl polymer may be controlled from the viewpoint of adjusting the ratio. That is, in the entire aqueous coating composition, the proportion of nanoparticles is, for example, 10 to 1000 parts by mass, preferably 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the vinyl polymer (the total of the first vinyl polymer and the second vinyl polymer). Is 20 to 750 parts by mass, more preferably 30 to 500 parts by mass, and most preferably 50 to 350 parts by mass. When the nanoparticles are colloidal silica, the ratio of the silica component (SiO 2 alone) in the entire aqueous coating composition is 100% vinyl polymer (total of the first vinyl polymer and the second vinyl polymer). The amount is, for example, 5 to 500 parts by mass, preferably 10 to 400 parts by mass, more preferably 30 to 300 parts by mass, more preferably 50 to 250 parts by mass, and most preferably 100 to 180 parts by mass. If the proportion of the vinyl polymer is too low, the mechanical properties such as transparency and flexibility of the coating may be deteriorated. On the contrary, if the proportion is too high, the functionality of nanoparticles such as hardness of the coating may not be expressed. is there.

本発明の水性コーティング組成物は、複合粒子およびビニル重合体粒子に加えて、水性溶媒を含んでいてもよい。水性溶媒としては、水;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコール類;アセトンなどのケトン類などが挙げられる。これらの水性溶媒は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、水が汎用される。 The aqueous coating composition of the present invention may contain an aqueous solvent in addition to the composite particles and the vinyl polymer particles. Examples of the aqueous solvent include water; lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and isopropanol; ketones such as acetone. These aqueous solvents can be used alone or in combination of two or more. Of these, water is commonly used.

水性コーティング組成物の固形分濃度は、用途などに応じて選択でき、例えば10〜70質量%、好ましくは30〜60質量%、さらに好ましくは35〜55質量%、最も好ましくは40〜50質量%である。固形分濃度は、複合微粒子およびビニル重合体粒子の合計量の濃度であってもよい。 The solid content concentration of the aqueous coating composition can be selected according to the application etc., and is, for example, 10 to 70% by mass, preferably 30 to 60% by mass, more preferably 35 to 55% by mass, and most preferably 40 to 50% by mass. Is. The solid content concentration may be the concentration of the total amount of the composite fine particles and the vinyl polymer particles.

本発明の水性コーティング組成物は、水性コーティング剤で通常使用される慣用の添加剤、例えば、分散剤、湿潤剤、増粘剤、可塑剤、表面調整剤、消泡剤、粘度調整剤、難燃剤、帯電防止剤、水溶性有機溶媒などが使用できる。また、水性コーティング組成物は、必要により顔料、水溶性または水分散性バインダー樹脂、架橋剤、硬化剤、架橋または硬化助剤などを含んでいてもよい。 The aqueous coating composition of the present invention is a conventional additive commonly used in aqueous coating agents, for example, a dispersant, a wetting agent, a thickener, a plasticizer, a surface modifier, an antifoaming agent, a viscosity modifier, a difficult additive. A flame retardant, an antistatic agent, a water-soluble organic solvent, etc. can be used. Further, the aqueous coating composition may optionally contain a pigment, a water-soluble or water-dispersible binder resin, a crosslinking agent, a curing agent, a crosslinking or curing auxiliary agent, and the like.

前記顔料としては、前記ナノ粒子として例示された顔料(例えば、二酸化チタン、フタロシアニンブルーなどの着色顔料、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどの体質顔料)を使用してもよく、アルミ粉、マイカフレークなどの光輝剤などを使用してもよい。コーティング組成物中の顔料の重量濃度(PWC)は、固形分換算で、通常1〜70質量%、好ましくは10〜65質量%、さらに好ましくは20〜60質量%程度である。固形分濃度が少なすぎると隠蔽性が低下する虞があり、多すぎると被膜の光沢が低下したり、粘度上昇に伴って耐水性や機械強度が低下する虞がある。 As the pigment, pigments exemplified as the nanoparticles (for example, coloring pigments such as titanium dioxide and phthalocyanine blue, extender pigments such as calcium carbonate and barium sulfate) may be used, and aluminum powder, mica flakes and the like may be used. A glittering agent or the like may be used. The weight concentration (PWC) of the pigment in the coating composition is usually 1 to 70% by mass, preferably 10 to 65% by mass, and more preferably about 20 to 60% by mass in terms of solid content. If the solid content concentration is too low, the hiding property may be lowered, and if it is too high, the gloss of the coating film may be lowered, or water resistance and mechanical strength may be lowered as the viscosity increases.

本発明の水性コーティング組成物は、通常、エマルジョンの形態である。エマルジョン中において、複合粒子とビニル重合体粒子との相互作用は、複合粒子の第1のビニル重合体とビニル重合体粒子の第2のビニル重合体とが同一であった場合でも、それほど強くないため、本発明の水性コーティング組成物は、乳化安定性に優れている。 The aqueous coating composition of the present invention is usually in the form of an emulsion. In the emulsion, the interaction between the composite particles and the vinyl polymer particles is not so strong even when the first vinyl polymer of the composite particles and the second vinyl polymer of the vinyl polymer particles are the same. Therefore, the aqueous coating composition of the present invention has excellent emulsion stability.

本発明の水性コーティング組成物は、一液水性組成物でありながら、硬化剤や架橋剤を使用せずに乾燥するだけで機械的特性に優れた被膜を形成できる。前述のように、エマルジョン中では、複合粒子とビニル重合体粒子とは凝集することなく安定して分散しているが、乾燥によって水性溶媒が徐々に揮発すると、複合粒子は、より粒径の大きいビニル重合体粒子の周囲に徐々に集まり、複合粒子とビニル重合体粒子とのポリマー間相互作用によって複合化する。被膜中では、このように、乾燥によってビニル重合体粒子の表面に複数の複合粒子が付着した複合体が形成されているため、機能性粒子を含んでいても、被膜の機械的特性を維持しつつ、被膜の機械的特性を向上できる。 Although the aqueous coating composition of the present invention is a one-component aqueous composition, it can form a film having excellent mechanical properties simply by drying without using a curing agent or a crosslinking agent. As described above, in the emulsion, the composite particles and the vinyl polymer particles are stably dispersed without agglomerating, but when the aqueous solvent is gradually volatilized by drying, the composite particles have a larger particle size. Gradually gather around the vinyl polymer particles and form a composite by the interaction between the composite particles and the vinyl polymer particles. In the coating film, a composite in which a plurality of composite particles are adhered to the surface of the vinyl polymer particles is thus formed by drying, so that the mechanical properties of the coating film are maintained even if the particles contain functional particles. At the same time, the mechanical properties of the coating can be improved.

[水性コーティング組成物の製造方法]
本発明の水性コーティング組成物は、ナノ粒子およびノニオン界面活性剤の存在下、ビニル単量体を重合させて複合粒子を調製する重合工程、得られた複合粒子(またはその分散体、特にエマルジョン)とビニル重合体粒子(またはその分散体、特にエマルジョン)とを混合して水性コーティング組成物を調製する混合工程を経て製造してもよい。
[Method for producing aqueous coating composition]
The aqueous coating composition of the present invention comprises a polymerization step of preparing a composite particle by polymerizing a vinyl monomer in the presence of nanoparticles and a nonionic surfactant, the resulting composite particle (or a dispersion thereof, particularly an emulsion). And vinyl polymer particles (or a dispersion thereof, especially an emulsion) may be mixed to prepare an aqueous coating composition.

重合工程において、薄肉のシェル部を形成できる限り重合方法は特に制限されないが、効率的にコア−シェル構造を形成できる点から、乳化重合で行うのが好ましく、ノニオン界面活性剤の存在下、ナノ粒子が水性溶媒中に分散した系において、前記ノニオン界面活性剤の曇点以上の温度でビニル単量体を重合することにより得るのが特に好ましい。特に、曇点以下の温度でノニオン界面活性剤とナノ粒子分散液とを混合した後、曇点を超える温度に昇温し、ナノ粒子表面にノニオン界面活性剤を沈着させ、ビニル単量体を重合することにより、ナノ粒子とビニル重合体とが有効に結合した複合粒子を得ることができる。 In the polymerization step, the polymerization method is not particularly limited as long as it can form a thin shell portion, but from the viewpoint of efficiently forming a core-shell structure, it is preferable to carry out by emulsion polymerization, in the presence of a nonionic surfactant, nano It is particularly preferable that the particles are obtained by polymerizing a vinyl monomer at a temperature equal to or higher than the cloud point of the nonionic surfactant in a system in which particles are dispersed in an aqueous solvent. In particular, after mixing the nonionic surfactant and the nanoparticle dispersion liquid at a temperature below the cloud point, the temperature is raised to a temperature above the cloud point to deposit the nonionic surfactant on the surface of the nanoparticles and to remove the vinyl monomer. By polymerizing, composite particles in which nanoparticles and a vinyl polymer are effectively bound can be obtained.

ノニオン界面活性剤は、複数種のノニオン界面活性剤を組み合わせて使用してもよいが、簡便性などの点から、単一のノニオン界面活性剤を使用するのが好ましい。また、本発明では、ノニオン界面活性剤は、ビニル重合体の重合開始前に存在させてコア部であるナノ粒子の表面に沈着(結合)させていればよく、開始後に添加してもよいが、簡便性などの点から、重合開始後はノニオン界面活性剤を添加しないのが好ましい。また、薄肉のシェル部を形成する観点からも、ナノ粒子およびビニル重合体に対して前述の割合でノニオン界面活性剤をビニル重合体の重合前に添加するのが好ましい。 As the nonionic surfactant, a plurality of types of nonionic surfactants may be used in combination, but it is preferable to use a single nonionic surfactant from the viewpoint of simplicity and the like. Further, in the present invention, the nonionic surfactant may be present before the initiation of the polymerization of the vinyl polymer to be deposited (bonded) on the surface of the nanoparticles as the core portion, and may be added after the initiation. From the viewpoint of simplicity, it is preferable not to add the nonionic surfactant after the initiation of the polymerization. Also, from the viewpoint of forming a thin shell portion, it is preferable to add the nonionic surfactant in the above-mentioned ratio to the nanoparticles and the vinyl polymer before the polymerization of the vinyl polymer.

重合温度は、例えば20〜110℃、好ましくは30〜100℃、さらに好ましくは60〜100℃、特に70〜90℃程度であってもよい。 The polymerization temperature may be, for example, 20 to 110°C, preferably 30 to 100°C, more preferably 60 to 100°C, and especially about 70 to 90°C.

乳化重合において、ビニル単量体は一度に反応系(ノニオン界面活性剤が付着したコア部の水性分散液)に添加してもよく、段階的または連続的に添加してもよい。 In the emulsion polymerization, the vinyl monomer may be added all at once to the reaction system (aqueous dispersion of the core portion to which the nonionic surfactant is attached), or may be added stepwise or continuously.

また、ノニオン界面活性剤がナノ粒子へ均一に付着または沈着した後、ビニル単量体が重合し、安定化されたシード状複合粒子が生成した後、アニオン界面活性剤を添加してもよい。 Further, the anionic surfactant may be added after the vinyl monomer is polymerized to form the stabilized seed-like composite particles after the nonionic surfactant is uniformly attached or deposited on the nanoparticles.

本発明の製造方法において、コア−シェル構造を効率的に形成する観点から、ノニオン界面活性剤の濃度は、臨界ミセル濃度(CMC)以上であり、かつナノ粒子に対するノニオン界面活性剤の沈着または付着が、飽和吸着量以上であることが好ましい。 In the production method of the present invention, from the viewpoint of efficiently forming the core-shell structure, the concentration of the nonionic surfactant is equal to or higher than the critical micelle concentration (CMC), and the deposition or adhesion of the nonionic surfactant on the nanoparticles. However, it is preferable that the amount is equal to or more than the saturated adsorption amount.

なお、本明細書において、臨界ミセル濃度(CMC)とは、無機または有機粒子の存在下、界面活性剤を添加したとき、水相にミセルが生成する最小の濃度を意味する。この臨界ミセル濃度はナノ粒子の含有量や電解質濃度などにより変化するが、界面活性剤の濃度と表面張力との関係から、表面張力が極小値となる濃度を見掛けの臨界ミセル濃度の指標とすることができる。例えば、ナノ粒子や電解質が存在しない場合に比べて、これらの成分が存在すると、ノニオン界面活性剤の臨界ミセル濃度は大きくなる。また、飽和吸着量は、慣用の方法で予め測定することができる。平均粒径が50nm以下のナノ粒子の場合、ナノ粒子100質量部に対して0.5〜5質量部(例えば1〜2質量部)程度である場合が多い。 In the present specification, the critical micelle concentration (CMC) means the minimum concentration of micelles produced in the aqueous phase when a surfactant is added in the presence of inorganic or organic particles. This critical micelle concentration changes depending on the content of nanoparticles and the electrolyte concentration, but from the relationship between the surfactant concentration and the surface tension, the concentration at which the surface tension becomes a minimum value is used as an index of the apparent critical micelle concentration. be able to. For example, the presence of these components increases the critical micelle concentration of the nonionic surfactant as compared to the absence of nanoparticles or electrolytes. The saturated adsorption amount can be measured in advance by a conventional method. In the case of nanoparticles having an average particle diameter of 50 nm or less, it is often about 0.5 to 5 parts by mass (for example, 1 to 2 parts by mass) with respect to 100 parts by mass of the nanoparticles.

重合開始剤としては、例えば、過酸化物(例えば、過酸化水素など)、過硫酸塩(例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム)、水性アゾ化合物やレドックス重合開始剤などが使用できる。重合開始剤の使用量は、ビニル単量体100質量部に対して、例えば0.01〜10質量部、好ましくは0.1〜8質量部、さらに好ましくは1〜7質量部程度であってもよい。 As the polymerization initiator, for example, peroxides (eg hydrogen peroxide), persulfates (eg potassium persulfate, ammonium persulfate), aqueous azo compounds and redox polymerization initiators can be used. The amount of the polymerization initiator used is, for example, 0.01 to 10 parts by mass, preferably 0.1 to 8 parts by mass, and more preferably 1 to 7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the vinyl monomer. Good.

ビニル重合体の分子量の調整のため、連鎖移動剤、例えば、ビニル単量体に可溶な有機過酸化物、有機アゾ化合物、ハロゲン化炭化水素(四塩化炭素など)、メルカプタン類、チオール類などを用いてもよい。連鎖移動剤の使用量は、例えば、ビニル単量体に対して5質量%以下であってもよい。 Chain transfer agents for adjusting the molecular weight of vinyl polymers, such as organic peroxides soluble in vinyl monomers, organic azo compounds, halogenated hydrocarbons (carbon tetrachloride, etc.), mercaptans, thiols, etc. May be used. The amount of the chain transfer agent used may be, for example, 5% by mass or less based on the vinyl monomer.

なお、必要であれば、ナノ粒子の分散安定性を高めるため、pH調整剤[例えば、酸(硫酸、塩酸など)、アンモニア、アミンなど]を重合過程または反応終了後のエマルジョンに添加してもよい。反応系またはエマルジョンのpHは、例えば、pH7〜9(例えばpH7.5〜8.5)程度に調整してもよい。 If necessary, in order to enhance the dispersion stability of the nanoparticles, a pH adjuster [eg, acid (sulfuric acid, hydrochloric acid, etc.), ammonia, amine, etc.] may be added to the emulsion after the polymerization process or reaction. Good. The pH of the reaction system or emulsion may be adjusted to about pH 7 to 9 (for example, pH 7.5 to 8.5).

混合工程では、得られた複合粒子を含むエマルジョンと、慣用の方法により調製されたビニル重合体粒子を含むエマルジョンとを慣用の方法により混合することにより水性コーティング組成物を得ることができる。 In the mixing step, the emulsion containing the obtained composite particles and the emulsion containing the vinyl polymer particles prepared by a conventional method are mixed by a conventional method to obtain an aqueous coating composition.

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。用いた原料および評価方法は以下の通りである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples. The raw materials used and the evaluation method are as follows.

[使用原料]
コロイダルシリカ(CS−50):(株)ADEKA製「アデライト(登録商標)AT−50」、シリカ含量50質量%
ノニオン界面活性剤(NIS):(株)ADEKA製「ADEKA REASOAP(登録商標)NE−10」、ポリ(エチレングリコール)モノ−[1−(アリルオキシ)−3−(4−ノニルフェノキシ)−2−プロピル]エーテル、エチレンオキシド付加モル数10、曇点40℃、HLB15.3
非反応性アニオン界面活性剤:花王(株)製「ペレックス(登録商標)SS−H」
反応性アニオン界面活性剤:第一工業製薬(株)製「ハイテノール(登録商標)KH−10」
過硫酸カリウム(KPS):ペルオキソ二硫酸カリウム、工業用
n−ブチルアクリレート(n−BA):工業用
メチルメタクリレート(MMA):工業用
メタクリル酸(MAA):工業用。
[Raw materials used]
Colloidal silica (CS-50): "ADEDELITE (registered trademark) AT-50" manufactured by ADEKA Corporation, silica content 50 mass%
Nonionic surfactant (NIS): "ADEKA REASOAP (registered trademark) NE-10" manufactured by ADEKA Corporation, poly(ethylene glycol) mono-[1-(allyloxy)-3-(4-nonylphenoxy)-2- Propyl] ether, ethylene oxide addition mole number 10, cloud point 40°C, HLB 15.3
Non-reactive anionic surfactant: "Perex (registered trademark) SS-H" manufactured by Kao Corporation
Reactive anionic surfactant: "Hitenol (registered trademark) KH-10" manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.
Potassium persulfate (KPS): potassium peroxodisulfate, industrial n-butyl acrylate (n-BA): industrial methyl methacrylate (MMA): industrial methacrylic acid (MAA): industrial.

[走査型電子顕微鏡(SEM)観察]
サンプルは、観察前に、アルミニウム台の上で金をコーティングした。コーティングしたサンプルは、SEM((株)キーエンス製「VE−7800」)を加速電圧10kVで作動させて観察した。
[Scanning electron microscope (SEM) observation]
Samples were gold coated on an aluminum pedestal prior to observation. The coated sample was observed by operating SEM (“VE-7800” manufactured by Keyence Corporation) at an acceleration voltage of 10 kV.

[走査型透過電子顕微鏡(STEM)観察]
サンプルであるエマルションの希釈試料をグリッドピッチ150μmのCuメッシュ(応研商事(株))に流し込み、乾燥させて真空にした。得られたサンプルは、STEM((株)日立ハイテクノロジーズ製「HD−2700」)を加速電圧200kVで作動させて観察した。
[Scanning transmission electron microscope (STEM) observation]
A diluted sample of the emulsion, which is a sample, was poured into a Cu mesh (Oken Shoji Co., Ltd.) having a grid pitch of 150 μm, dried and evacuated. The obtained sample was observed by operating STEM (“HD-2700” manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) at an acceleration voltage of 200 kV.

[動的光散乱(DLS)分析]
動的光散乱光度計(大塚電子(株)製「Photal(登録商標)ELS−8000」)を用いて、散乱角は90°に固定し、サンプルに25℃でHe/Neレーザー(632.8nm)を照射し、光散乱強度を測定した。データはキュムラント法により分析し、3回以上の平均値に基づいて粒径および多分散度(動的光散乱によるキュムラント法で求めた多分散指数により評価される流体力学的直径の多分散度)を求めた。
[Dynamic Light Scattering (DLS) Analysis]
The scattering angle was fixed at 90° using a dynamic light scattering photometer ("Photol (registered trademark) ELS-8000" manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), and a He/Ne laser (632.8 nm) was applied to the sample at 25°C. ) Was irradiated and the light scattering intensity was measured. The data was analyzed by the cumulant method, and the particle size and polydispersity based on the average value of 3 or more times (the polydispersity of the hydrodynamic diameter evaluated by the polydispersity index obtained by the cumulant method by dynamic light scattering) I asked.

[フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)分析]
サンプルは、FT−IR(Perkin Elmer社製「Spectrum(登録商標)GX分光光度計」)を用いて、臭化カリウム錠剤法によって、分解能4cm−1で4000〜450cm−1の範囲で分析した。
[Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR) analysis]
Samples, using FT-IR (Perkin Elmer Co., Ltd., "Spectrum (TM) GX Spectrophotometer"), by potassium bromide tablet method and analyzed in a range of 4000~450Cm -1 at a resolution 4 cm -1.

[原子間力顕微鏡(AFM)観察]
サンプルは、原子間力顕微鏡AFM((株)島津製作所製「SPM−9700」)を用いて、ダイナミックフォースモード(タッピングモード)で観察した。25〜35N/mのバネ定数と長さ125μmの単一ビームカンチレバーとを有する市販のシリコンチップを260〜410kHzの共鳴周波数で使用した。
[Atomic force microscope (AFM) observation]
The sample was observed in a dynamic force mode (tapping mode) using an atomic force microscope AFM (“SPM-9700” manufactured by Shimadzu Corporation). A commercial silicon chip with a spring constant of 25-35 N/m and a single beam cantilever 125 μm long was used at a resonance frequency of 260-410 kHz.

[鉛筆引っかき硬度]
得られた塗膜に、通常の鉛筆法に基づくJIS K5600−5−4に準拠した硬度試験を行って、鉛筆引っかき硬度を測定した。
[Pencil scratch hardness]
The obtained coating film was subjected to a hardness test according to JIS K5600-5-4 based on a usual pencil method to measure the pencil scratch hardness.

実施例1
[薄肉軟質アクリルコートシリカナノ粒子(PreEm−1)の調製]
40℃にてコロイダルシリカ400g中にノニオン界面活性剤10gを含む水溶液50mLを溶解させて、攪拌しながら70℃まで昇温し、窒素気流下、1時間連続的に攪拌した。得られた混合物に、MMA、n−BAおよびMAAのモノマー混合物10g(質量比でMMA/n−BA/MAA=34.5/65/0.5:軟質組成物)を添加した後、過硫酸カリウム0.55gを含む水溶液20mLをさらに加えて重合を開始した。全混合物を70℃で2時間攪拌して重合を完了させた後、室温まで冷却し、軟質アクリル系重合体で被覆されたコロイダルシリカ粒子からなる薄肉軟質アクリルコートシリカナノ粒子(PreEm−1)のサンプルを得た。アクリル系重合体のガラス転移温度(Tg)は−16℃であった。PreEm−1の固形分は44.5質量%であり、固形分中、シリカとアクリル系重合体との質量比率は、シリカ/アクリル系重合体(SiO/Ac)=100/5であった。
Example 1
[Preparation of thin soft acrylic-coated silica nanoparticles (PreEm-1)]
50 mL of an aqueous solution containing 10 g of a nonionic surfactant was dissolved in 400 g of colloidal silica at 40° C., the temperature was raised to 70° C. with stirring, and the mixture was continuously stirred for 1 hour under a nitrogen stream. To the resulting mixture was added 10 g of a monomer mixture of MMA, n-BA and MAA (MMA/n-BA/MAA=34.5/65/0.5 in mass ratio: soft composition), and then persulfate was added. 20 mL of an aqueous solution containing 0.55 g of potassium was further added to initiate polymerization. A sample of thin soft acrylic-coated silica nanoparticles (PreEm-1) consisting of colloidal silica particles coated with a soft acrylic polymer after cooling the entire mixture to 70°C for 2 hours to complete the polymerization and then cooling to room temperature. Got The glass transition temperature (Tg) of the acrylic polymer was -16°C. The solid content of PreEm-1 was 44.5 mass %, and the mass ratio of silica and acrylic polymer in the solid content was silica/acrylic polymer (SiO 2 /Ac)=100/5. ..

得られたPreEm−1の一部は、STEM分析のために、カットオフ分子量50kDa以上(平均孔径:直径6〜7nm)の再生セルロース膜(Spectrum(登録商標)/Por6、スペクトラム・ラボラトリーズ社製、家田貿易(株)販売)を用いて脱イオン水に対して透析した。透析は、外部脱イオン水を半日毎に入れ替えて1週間行った。次いで、透析されたサンプルの少量を、グリッドピッチ150μmのSTEMミクロングリッドCuメッシュ(応研商事(株))で濾過し、STEM観察に供した。透析したサンプルの一部は、空気中(30℃)で乾燥させ、室温の真空中で完全に1日乾燥させた。残部は、FT−IR分析に供した。 A part of the obtained PreEm-1 was a regenerated cellulose membrane (Spectrum (registered trademark)/Por6, manufactured by Spectrum Laboratories, Inc.) having a cutoff molecular weight of 50 kDa or more (average pore diameter: 6 to 7 nm) for STEM analysis. It was dialyzed against deionized water using Ieda Trading Co., Ltd.). Dialysis was performed for one week with external deionized water replaced every half day. Then, a small amount of the dialyzed sample was filtered through a STEM micron grid Cu mesh (Oken Shoji Co., Ltd.) having a grid pitch of 150 μm and subjected to STEM observation. A portion of the dialyzed sample was dried in air (30° C.) and completely dried in vacuum at room temperature for 1 day. The rest was subjected to FT-IR analysis.

[PreEm−1の評価]
得られたPreEm−1のDLS分析による粒径の分布を、コロイダルシリカのDLS分析による粒径の分布とともに図1に示す。図1から明らかなように、実線で示されるコロイダルシリカの粒径分布(a)から、コロイダルシリカの平均粒径は46.3nmであるのに対して、破線で示されるPreEm−1の粒径分布(b)から、PreEm−1の平均粒径は57.9nmであり、コロイダルシリカのよりも若干大きくなった。
[Evaluation of PreEm-1]
The particle size distribution of the obtained PreEm-1 by DLS analysis is shown in FIG. 1 together with the particle size distribution of colloidal silica by DLS analysis. As is clear from FIG. 1, from the particle size distribution (a) of colloidal silica shown by the solid line, the average particle size of colloidal silica is 46.3 nm, while the particle size of PreEm-1 shown by the broken line. From the distribution (b), the average particle size of PreEm-1 was 57.9 nm, which was slightly larger than that of colloidal silica.

得られたPreEm−1のAFM写真を図2に示す。図2から明らかなように、PreEm−1は、ナノメータサイズの粒子であり、アクリル系重合体によるシェル構造までは確認できないものの、30〜70nm程度の粒径を有する粒子の存在が確認でき、前記DLS分析の結果と合致していた。 An AFM photograph of the obtained PreEm-1 is shown in FIG. As is clear from FIG. 2, PreEm-1 is a nanometer-sized particle, and although the shell structure of the acrylic polymer cannot be confirmed, the presence of particles having a particle size of about 30 to 70 nm can be confirmed. It was in agreement with the result of DLS analysis.

次に、得られたPreEm−1と、ノニオン界面活性剤のみが付着したコロイダルシリカ(CS−50/NIS)とを顕微鏡写真で比較した結果を図3に示す。 Next, the result of comparing the obtained PreEm-1 with colloidal silica (CS-50/NIS) to which only the nonionic surfactant is attached is shown in FIG.

図3の中で、写真(a)は、NIS/CS−50のSEM写真であり、写真(b)は、NIS/CS−50のTEM写真である。一方、写真(c)は、PreEm−1のSEM写真であり、写真(d)は、PreEm−1のTEM写真である。 In FIG. 3, photograph (a) is a SEM photograph of NIS/CS-50, and photograph (b) is a TEM photograph of NIS/CS-50. On the other hand, the photograph (c) is a SEM photograph of PreEm-1, and the photograph (d) is a TEM photograph of PreEm-1.

写真(a)と写真(c)とを比較すると、それぞれの写真の拡大部分から明らかなように、写真(a)では、NISの沈着によって表面がドット状のマトリックスを示しているのに対して、写真(c)では、表面は写真(a)の表面よりも、より密で平滑になっているのが確認できる。 When the photographs (a) and (c) are compared, as is apparent from the enlarged portion of each photograph, in the photograph (a), the surface shows a dot-like matrix due to the deposition of NIS. In the photograph (c), it can be confirmed that the surface is denser and smoother than the surface in the photograph (a).

さらに、写真(b)と写真(d)とを比較すると、それぞれの写真の非拡大部分から明らかなように、写真(b)では、矢印で示すように、粒子間に界面空間が観察でき、シリカ粒子表面でのNISの堆積物が存在することを示している。また、写真(d)でも、矢印で示すように、同様の界面空間を観察でき、シリカ粒子の表面にアクリル系重合体のコート層が存在することを示している。さらに、それぞれの写真の拡大部分を比較すると、全体的に暗コントラストが示している写真(b)に比べて、写真(d)では、暗コントラストの粒子の表面が明コントラストのコート層で被覆されているのが確認でき、PreEm−1では、暗コントラストのシリカ粒子が明コントラストの重合体層で被覆されていることを示している。さらに、この明コントラストのコート層の厚みは約1〜3mであり、前記DLS分析およびAFM写真の結果とも合致していた。 Further, when comparing the photographs (b) and (d), as is clear from the non-enlarged portion of each photograph, in the photograph (b), an interfacial space can be observed between the particles as indicated by the arrow, It shows the presence of NIS deposits on the surface of the silica particles. Also, in the photograph (d), the same interface space can be observed as indicated by the arrow, showing that the coat layer of the acrylic polymer is present on the surface of the silica particles. Further, comparing enlarged portions of the respective photographs, in the photograph (d), the surface of the dark contrast particles is covered with the light contrast coat layer as compared with the photograph (b) in which the dark contrast is shown as a whole. PreEm-1 indicates that the dark-contrast silica particles are covered with the light-contrast polymer layer. Further, the thickness of the coat layer having this bright contrast was about 1 to 3 m, which was in agreement with the results of the DLS analysis and AFM photograph.

これらの結果から、PreEm−1は、それぞれのコロイダルシリカの表面に堆積したNISの周りでアクリル系モノマーが重合して重合体層を形成したことが立証された。この薄肉の重合体層は、粒子の凝集を防止するためのブロッカーとして機能しており、後述するナノシリカコンポジット(NCE)を形成する場合は、重合部位としても機能する。 From these results, it was proved that PreEm-1 formed a polymer layer by polymerizing acrylic monomers around NIS deposited on the surface of each colloidal silica. This thin polymer layer functions as a blocker for preventing aggregation of particles, and also functions as a polymerization site when forming a nano silica composite (NCE) described later.

最後に、PreEm−1と他のコロイダルシリカとを比較したIRスペクトルを図4に示す。図4のチャートの中で、チャート(a)は、CS−50のIRスペクトルであり、チャート(b)は、CS−50/NISのIRスペクトルである。また、チャート(c)は、NISの非存在下[Pre(−)]でアクリル系モノマーを重合させたコロイダルシリカのIRスペクトルであり、チャート(d)は、NISの存在下[Pre(+)]でアクリル系モノマーを重合させたコロイダルシリカ、すなわちPreEm−1のIRスペクトルである。チャート(a)とチャート(b)とは類似のスペクトルであり、この原因はNISが測定波長域に吸収を有さないためと推測てきる。一方、PreEm−1のチャート(d)は、波数1736cm−1において、アクリル系重合体のカルボニル伸縮振動による弱い吸収ピークを示した。これに対して、NISの非存在下でアクリル系モノマーを重合させたコロイダルシリカのチャート(c)では、このような吸収ピークは示さなかった。この結果は、NISが存在し、コロイダルシリカ表面に付着した場合のみ、コロイダルシリカ表面での重合が進行することを示している。 Finally, an IR spectrum comparing PreEm-1 with other colloidal silica is shown in FIG. In the chart of FIG. 4, chart (a) is an IR spectrum of CS-50 and chart (b) is an IR spectrum of CS-50/NIS. Further, chart (c) is an IR spectrum of colloidal silica obtained by polymerizing an acrylic monomer in the absence of NIS [Pre(-)], and chart (d) is in the presence of NIS [Pre(+)]. ] It is IR spectrum of the colloidal silica which polymerized the acrylic-type monomer in above, ie, PreEm-1. The charts (a) and (b) have similar spectra, and it is speculated that this is because NIS does not have absorption in the measurement wavelength range. On the other hand, the chart (d) of PreEm-1 showed a weak absorption peak due to carbonyl stretching vibration of the acrylic polymer at a wave number of 1736 cm -1 . On the other hand, chart (c) of colloidal silica obtained by polymerizing an acrylic monomer in the absence of NIS did not show such an absorption peak. This result indicates that the polymerization proceeds on the colloidal silica surface only when NIS is present and adheres to the colloidal silica surface.

[アクリル粒子(AcEm−1)の調製]
慣用の乳化重合法によって、MMA、n−BAおよびMAAのモノマー混合物446g(質量比でMMA/n−BA/MAA=34.5/65/0.5:軟質組成物)を反応性アニオン界面活性剤の2.5質量%水溶液中で乳化重合し、アクリル粒子(AcEm−1)のサンプルを得た。アクリル系重合体のガラス転移温度(Tg)は−16℃であった。AcEm−1の固形分は47.3質量%であった。
[Preparation of acrylic particles (AcEm-1)]
By a conventional emulsion polymerization method, 446 g of a monomer mixture of MMA, n-BA and MAA (MMA/n-BA/MAA=34.5/65/0.5 in a mass ratio: soft composition) was reacted as anionic anionic surfactant. Emulsion polymerization was performed in a 2.5 mass% aqueous solution of the agent to obtain a sample of acrylic particles (AcEm-1). The glass transition temperature (Tg) of the acrylic polymer was -16°C. The solid content of AcEm-1 was 47.3 mass %.

[混合エマルジョンの調製]
PreEm−1とAcEm−1とを、SiO/Ac比がSiO/Ac=100/100(質量比)となるように混合した後、固形分を45質量%に調整し、混合エマルジョンを得た。
[Preparation of mixed emulsion]
Give the Preem-1 and ACEM-1, after the SiO 2 / Ac ratio is mixed so that SiO 2 / Ac = 100/100 ( mass ratio) to adjust the solid content to 45 wt%, the emulsion mixture It was

実施例2
混合エマルジョンの調製において、PreEm−1とAcEm−1とを、SiO/Ac比がSiO/Ac=150/100(質量比)となるように混合する以外は実施例1と同様にして混合エマルジョンを得た。
Example 2
In the preparation of the mixed emulsion, PreEm-1 and AcEm-1 were mixed in the same manner as in Example 1 except that the SiO 2 /Ac ratio was SiO 2 /Ac=150/100 (mass ratio). An emulsion was obtained.

実施例3
混合エマルジョンの調製において、PreEm−1とAcEm−1とを、SiO/Ac比がSi/Ac=200/100(質量比)となるように混合する以外は実施例1と同様にして混合エマルジョンを得た。
Example 3
In the preparation of the emulsion mixture, Preem-1 and ACEM-1 and, SiO 2 / Ac ratio Si / Ac = 200/100 (mass ratio) and a way except that the mixing Example 1 the emulsion mixture in the same manner as Got

比較例1
[ナノシリカコンポジット−1(NCE−1)の調製]
40℃にてコロイダルシリカ400g中に、窒素気流下、激しく攪拌しながら、過硫酸カリウム0.55gを含む水溶液145.55gを滴下し、70℃まで昇温した後、MMA、n−BAおよびMAAモノマー混合物10g(質量比でMMA/n−BA/MAA=34.5/65/0.5:軟質組成物)を添加した。70℃で1時間攪拌して前記モノマー混合物を重合し、第1段階目の重合を完了した。第2段階の重合として、過硫酸カリウム0.65g、非反応性アニオン界面活性剤14gおよび水56gからなる水性混合物を添加した後、MMA、n−BAおよびMAAモノマー混合物190g(質量比でMMA/n−BA/MAA=34.5/65/0.5:軟質組成物)を3時間かけて連続滴下した。温度を70℃に保持し、滴下終了後、さらに70℃で1時間保持して攪拌し、第2段階の重合も完了した。得られた混合物を室温まで冷却し、アンモニア3.6gを含む25質量%アンモニア水でpH9〜10に調整し、ナノシリカコンポジット−1(NCE−1)のサンプルを得た。アクリル系重合体のTgは−16℃であった。NCE−1の固形分は約50質量%であり、固形分中、シリカとアクリル系重合体との質量比率は、シリカ/アクリル系重合体(SiO/Ac)=100/100であった。
Comparative Example 1
[Preparation of Nano Silica Composite-1 (NCE-1)]
To 400 g of colloidal silica at 40° C., 145.55 g of an aqueous solution containing 0.55 g of potassium persulfate was added dropwise under vigorous stirring under a nitrogen stream, the temperature was raised to 70° C., and then MMA, n-BA and MAA were used. 10 g of the monomer mixture (MMA/n-BA/MAA=34.5/65/0.5 by mass ratio: soft composition) was added. The monomer mixture was polymerized by stirring at 70° C. for 1 hour to complete the first stage polymerization. As a second stage polymerization, after adding an aqueous mixture consisting of 0.65 g of potassium persulfate, 14 g of non-reactive anionic surfactant and 56 g of water, 190 g of MMA, n-BA and MAA monomer mixture (mass ratio MMA/ (n-BA/MAA=34.5/65/0.5: soft composition) was continuously added dropwise over 3 hours. The temperature was kept at 70° C., and after the dropping was completed, the temperature was further kept at 70° C. for 1 hour with stirring to complete the second-stage polymerization. The obtained mixture was cooled to room temperature and adjusted to pH 9 to 10 with 25% by mass aqueous ammonia containing 3.6 g of ammonia to obtain a sample of nano silica composite-1 (NCE-1). The Tg of the acrylic polymer was -16°C. The solid content of NCE-1 was about 50 mass %, and the mass ratio of silica to the acrylic polymer in the solid content was silica/acrylic polymer (SiO 2 /Ac)=100/100.

比較例2
SiO/Ac比がSiO/Ac=150/100(質量比)となるようにモノマー混合物の配合割合を変更する以外は比較例1と同様にしてNCE−1を得た。
Comparative example 2
NCE-1 was obtained in the same manner as Comparative Example 1 except that the compounding ratio of the monomer mixture was changed so that the SiO 2 /Ac ratio became SiO 2 /Ac=150/100 (mass ratio).

比較例3
SiO/Ac比がSiO/Ac=200/100(質量比)となるようにモノマー混合物の配合割合を変更する以外は比較例1と同様にしてNCE−1を得た。
Comparative Example 3
NCE-1 was obtained in the same manner as Comparative Example 1 except that the compounding ratio of the monomer mixture was changed so that the SiO 2 /Ac ratio was SiO 2 /Ac=200/100 (mass ratio).

[混合エマルジョンの粒径分布]
実施例2で得られた混合エマルジョン(PreEm−1/AcEm−1)に含まれる粒子と、比較例2で得られたNCE−1に含まれる粒子とを比較するために、これらの粒子のDLS分析による粒径の分布を、AcEm−1、AcEm−1とコロイダルシリカとの混合エマルジョン(CS−50/AcEm−1)のDLS分析による粒径の分布とともに図5に示す。図5から明らかなように、混合エマルジョンであるCS−50/AcEm−1の粒径分布(b)およびPreEm−1/AcEm−1の粒径分布(c)は、アクリル系粒子単独のエマルジョンであるAcEm−1(a)と略同一のシャープな分布であるのに対して、NCE−1の粒径分布(d)は20〜400nmの広い範囲に亘る緩やかな分布であり、大きく異なっていた。そのため、実施例2の粒子は、比較例2の粒子よりも粒径分布が狭く、均一であるため、コーティング組成物として粒子の機能を発現し易い。
[Particle size distribution of mixed emulsion]
In order to compare the particles contained in the mixed emulsion (PreEm-1/AcEm-1) obtained in Example 2 with the particles contained in NCE-1 obtained in Comparative Example 2, DLS of these particles was compared. The particle size distribution by analysis is shown in FIG. 5 together with the particle size distribution by DLS analysis of AcEm-1, a mixed emulsion of AcEm-1 and colloidal silica (CS-50/AcEm-1). As is clear from FIG. 5, the particle size distribution (b) of CS-50/AcEm-1 which is a mixed emulsion and the particle size distribution (c) of PreEm-1/AcEm-1 are emulsions of acrylic particles alone. In contrast to a certain AcEm-1(a), which has a sharp distribution, the NCE-1 has a particle size distribution (d) which is a gradual distribution over a wide range of 20 to 400 nm and is greatly different. .. Therefore, the particles of Example 2 have a narrower particle size distribution than the particles of Comparative Example 2 and are uniform, so that the function of the particles as a coating composition is easily exhibited.

AcEm−1(直径110nm)の平均粒径はCS−50(46nm)またはPreEm−1(58nm)よりも大きいため、より小さな粒子からの光散乱は、より大きな粒子からの光散乱よりも弱くなり、散乱として現れにくくなる。しかし、AcEm−1に添加されるCS−50およびPreEm−1の量を3倍にすると、粒径分布曲線の小径領域にショルダーが生じることが認められた。この結果は、エマルジョン中において、CS−50およびPreEm−1の両方のコロイド粒子は、AcEm−1のコロイド粒子と独立して分散し、AcEm−1のコロイド粒子とPreEm−1のコロイド粒子との相互作用は、CS−50のコロイド粒子とAcEm−1のコロイド粒子との相互作用と同程度に弱いことを示している。また、相互作用が強い場合は、平均粒径は大きくなり、単一のピークを示さないはずである。これらの粒子表面は負に帯電しているため、これらの粒子は反発していると推定できる。 Since the average particle size of AcEm-1 (110 nm diameter) is larger than CS-50 (46 nm) or PreEm-1 (58 nm), light scattering from smaller particles is weaker than light scattering from larger particles. , Less likely to appear as scattering. However, it was confirmed that when the amounts of CS-50 and PreEm-1 added to AcEm-1 were tripled, shoulders were generated in the small diameter region of the particle size distribution curve. This result indicates that in the emulsion, both CS-50 and PreEm-1 colloidal particles were dispersed independently of AcEm-1 colloidal particles, and the AcEm-1 colloidal particles and PreEm-1 colloidal particles were dispersed. The interaction is shown to be as weak as the interaction between CS-50 colloidal particles and AcEm-1 colloidal particles. Also, if the interaction is strong, the average particle size should be large and not show a single peak. Since the surfaces of these particles are negatively charged, it can be presumed that these particles are repulsive.

[実施例1〜3および比較例1〜3で得られた粒子の平均粒径および多分散度]
実施例1〜3で得られた混合エマルジョン(PreEm−1/AcEm−1)および比較例1〜3で得られたエマルジョン(NCE−1)中の粒子の平均粒径および多分散度をDLS分析で求めた結果を表1に示す。さらに、CS−50、PreEm−1、AcEm−1、CS−50とAcEm−1と混合エマルジョン(CS−50/AcEm−1)についての測定結果も参考例として表1に示す。なお、CS−50/AcEm−1については、Si/Ac比がSi/Ac=100/100、150/100、200/100(質量比)の3種類について測定した。
[Average Particle Size and Polydispersity of Particles Obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3]
DLS analysis of the average particle size and polydispersity of the particles in the mixed emulsions (PreEm-1/AcEm-1) obtained in Examples 1 to 3 and the emulsions (NCE-1) obtained in Comparative Examples 1 to 3 Table 1 shows the results obtained in. Furthermore, the measurement results of CS-50, PreEm-1, AcEm-1, CS-50 and AcEm-1 and a mixed emulsion (CS-50/AcEm-1) are also shown in Table 1 as reference examples. Regarding CS-50/AcEm-1, three types of Si/Ac ratios of Si/Ac=100/100, 150/100, 200/100 (mass ratio) were measured.

表1の結果から明らかなように、実施例の分散度は、比較例よりも小さく、粒径の均一性が高い。なお、実施例1〜3の分散度は、参考例4〜6の分散度よりも大きく、粒子間の相互作用は参考例の方が大きいと推定できる。 As is clear from the results in Table 1, the dispersity of the example is smaller than that of the comparative example and the uniformity of the particle size is high. In addition, it can be estimated that the dispersity of Examples 1 to 3 is larger than that of Reference Examples 4 to 6, and the interaction between particles is larger in Reference Example.

[コーティング膜の透明性]
アプリケーターを用いて、CS−50/AcEm−1(参考例4〜5)、PreEm−1/AcEm−1(実施例1〜2)およびNCE−1(比較例1〜2)の各エマルジョン[それぞれSi/Ac比がSi/Ac=100/100、150/100(質量比)の2種類]をガラスプレート上にキャストし、厚み150μmの液状塗膜を形成した。この塗膜を空気中で1晩乾燥してコーティング膜を得た。得られたコーティング膜の写真を図6に示す。図6の結果から明らかなように、実施例のエマルジョンは、参考例のエマルジョンよりも透明性が優れており、アクリル系重合体によるコーティング層がコロイド粒子の凝集を抑制することが認められる。
[Transparency of coating film]
Using an applicator, each emulsion of CS-50/AcEm-1 (Reference Examples 4 to 5), PreEm-1/AcEm-1 (Examples 1 to 2) and NCE-1 (Comparative Examples 1 to 2) [respectively] Two types having Si/Ac ratios of Si/Ac=100/100 and 150/100 (mass ratio)] were cast on a glass plate to form a liquid coating film having a thickness of 150 μm. This coating film was dried in air overnight to obtain a coating film. A photograph of the obtained coating film is shown in FIG. As is clear from the results of FIG. 6, the emulsions of Examples have better transparency than the emulsions of Reference Examples, and it is recognized that the coating layer of the acrylic polymer suppresses the aggregation of colloidal particles.

[コーティング膜表面のSEM観察]
前記コーティング膜のうち、Si/Ac比がSi/Ac=150/100であるコーティング膜(参考例5、実施例2、比較例2)の表面のSEM写真を図7に示す。写真(a)が参考例5の表面写真であり、写真(b)が実施例2の表面写真であり、写真(c)が比較例2の表面写真であるが、いずれも表面の粒子の凝集状態が観察されたが、表面に形成された窪みや溝は、参考例5、実施例2、比較例2の順序で小さく、参考例5が最も大きかった(矢印部分など参照)。いずれにおいても、Tg−16℃の軟質のアクリル系重合体が使用されているため、軟質(ゴム状)ポリマー層は、シリカ粒子の頂部から底部に移行する傾向があり、乾燥時に凝集したシリカ粒子を残して小さな瘤状の表面を形成した。このような傾向は、厚いコート層を有し、粒子の凝集が比較的均質であった比較例2でも観察された。
[SEM observation of coating film surface]
FIG. 7 shows a SEM photograph of the surface of a coating film (Reference Example 5, Example 2, Comparative Example 2) having a Si/Ac ratio of Si/Ac=150/100 among the coating films. Photograph (a) is a surface photograph of Reference Example 5, photograph (b) is a surface photograph of Example 2, and photograph (c) is a surface photograph of Comparative Example 2. In both cases, aggregation of particles on the surface is observed. Although the state was observed, the dents and grooves formed on the surface were small in the order of Reference Example 5, Example 2, and Comparative Example 2, and Reference Example 5 was the largest (see the arrow and the like). In each case, since a soft acrylic polymer having a Tg of 16° C. is used, the soft (rubbery) polymer layer tends to move from the top to the bottom of the silica particles, and the silica particles aggregated during drying. To form a small bump-shaped surface. Such a tendency was also observed in Comparative Example 2 having a thick coat layer and in which the aggregation of particles was relatively uniform.

[コーティング膜のAFM観察]
AcEm−1(参考例3)、CS−50/AcEm−1(参考例5)、PreEm−1/AcEm−1(実施例2)およびNCE−1(比較例2)の各エマルジョンをシリコンウエハー上にキャストした後、環境条件で乾燥してコーティング膜を得た。得られたコーティング膜の写真を図8に示す。写真(a)が参考例3のAFM写真であり、写真(b)が参考例5のAFM写真であり、写真(c)実施例2のAFM写真であり、写真(d)が比較例2のAFM写真である。
[AFM observation of coating film]
Each emulsion of AcEm-1 (Reference Example 3), CS-50/AcEm-1 (Reference Example 5), PreEm-1/AcEm-1 (Example 2) and NCE-1 (Comparative Example 2) was placed on a silicon wafer. After casting, the coating film was obtained by drying under environmental conditions. A photograph of the obtained coating film is shown in FIG. The photograph (a) is the AFM photograph of the reference example 3, the photograph (b) is the AFM photograph of the reference example 5, the photograph (c) is the AFM photograph of the example 2, and the photograph (d) is the comparative example 2. It is an AFM photograph.

写真(a)から明らかなように、アクリル系粒子単独のエマルジョンであるAcEm−1では、少数の浅い窪み(深さ4.07nm)を有する平滑な表面が形成されていた。一方、写真(b)〜(d)から明らかなように、混合エマルジョンである参考例5および実施例2、NCE−1の比較例2では、うねり(130〜240nm高さ)を伴う粒状形態を示し、暗い色で示された多くの窪みが形成されていた。 As is clear from the photograph (a), a smooth surface having a small number of shallow depressions (depth 4.07 nm) was formed in AcEm-1, which is an emulsion of acrylic particles alone. On the other hand, as is clear from the photographs (b) to (d), in Reference Example 5 and Example 2, which are mixed emulsions, and Comparative Example 2 of NCE-1, a granular morphology accompanied by waviness (height of 130 to 240 nm) was observed. Many depressions, shown and shown in dark color, were formed.

特に、写真(b)から明らかなように、参考例5では、おそらくマトリックスポリマーが粒子の下方に移動したため、表面は凝集した粒子で覆われていた。事実、図9は、実施例2、比較例2および参考例5で得られたエマルジョンのコーティング膜の位相モードのAFM写真であるが、参考例5の写真(a)は、実施例2の写真(b)および比較例2の写真(c)に比べて、粒子の下方にポリマー層が沈んでいるのを確認できる。 In particular, as is clear from the photograph (b), in Reference Example 5, the matrix polymer probably moved to the lower side of the particles, so that the surface was covered with the agglomerated particles. In fact, FIG. 9 is an AFM photograph of the phase mode of the coating films of the emulsions obtained in Example 2, Comparative Example 2 and Reference Example 5. The photograph (a) of Reference Example 5 is a photograph of Example 2. As compared with (b) and the photograph (c) of Comparative Example 2, it can be confirmed that the polymer layer is sinking below the particles.

さらに、参考例5に関する図8の写真(b)の拡大部分から明らかなように、多くの粒子が、暗色で示される窪みを囲んでいる形態を観察できる。比較例2に関する図8の写真(d)でも、同様の粒状形態を示したが、参考例5よりも均質であった。写真(d)の拡大部分では、窪みの周りで凝集する粒子の形態が観察された。参考例5では、各粒子は歪んだ形状を示しているが、アクリル系重合体のコート層の厚みが大きいため、シリカ粒子の下方に移動したためと推定できる。 Further, as is apparent from the enlarged portion of the photograph (b) of FIG. 8 relating to Reference Example 5, the morphology in which many particles surround the depressions shown in dark color can be observed. The photograph (d) of FIG. 8 for Comparative Example 2 also showed the same granular morphology, but was more homogeneous than in Reference Example 5. In the enlarged portion of the photograph (d), the morphology of particles aggregated around the depression was observed. In Reference Example 5, each particle shows a distorted shape, but it can be presumed that the particles moved to the lower part of the silica particles because the thickness of the acrylic polymer coat layer was large.

これらのエマルジョンとは異なり、図8の写真(c)から明らかなように、実施例2のエマルジョンでは、うねり(起伏)は最も大きかったものの、十分に分散された粒子形態が観察できた。写真(c)の拡大部分から明らかなように、多数の粒子が凝集することなく、AcEm−1のマトリックス中を浮遊している様子が確認できた。写真(c)の深い溝は、内部において、粒子を殆ど有さない軟質マトリックスの移動によって形成されている推定できる。このような興味深い形態は、PreEm−1に含まれる粒子とAcEm−1に含まれる粒子との間で強い表面相互作用が生じていると考えるのが合理的である。写真(c)の非拡大部分を注意深く観察すると、PreEm−1に含まれる粒子が、ボール形状で部分的に堆積していることがわかる。本発明の場合にはエマルジョンフィルムの乾燥工程で誘導されるという違いはあるものの、AcEm−1に含まれる粒子の周囲にPreEm−1に含まれる粒子が堆積している現象は、ピッカリングエマルションの形成工程と類似していると推定できる。前述のように、アクリル系重合体粒子単独のエマルジョンと混合エマルジョンとの間では粒径に変化がないことが観察できたため、エマルジョンの状態では、AcEm−1に含まれる粒子とPreEm−1に含まれる粒子との相互作用は強くなかった。これに対して、乾燥工程で誘導される作用は、水性媒体の消失とともに、AcEmに含まれる粒子の周りでPreEmに含まれる粒子を凝集させることを促進していると推測できる。 Unlike these emulsions, as is clear from the photograph (c) in FIG. 8, the emulsion of Example 2 had the largest undulation (undulation), but a sufficiently dispersed particle morphology was observed. As is clear from the enlarged portion of the photograph (c), it was confirmed that many particles were floating in the AcEm-1 matrix without aggregating. It can be presumed that the deep groove in the photograph (c) is formed by the movement of the soft matrix having few particles inside. It is rational to think that such an interesting morphology causes a strong surface interaction between the particles contained in PreEm-1 and the particles contained in AcEm-1. A careful observation of the non-enlarged portion of the photograph (c) shows that the particles contained in PreEm-1 are partially deposited in the shape of a ball. In the case of the present invention, although there is a difference that it is induced in the drying step of the emulsion film, the phenomenon that particles contained in PreEm-1 are deposited around the particles contained in AcEm-1 is caused by the phenomenon of Pickering emulsion. It can be assumed that it is similar to the formation process. As described above, it was observed that the particle size did not change between the emulsion of the acrylic polymer particles alone and the mixed emulsion, and therefore, in the emulsion state, the particles contained in AcEm-1 and the particles contained in PreEm-1 were included. The interaction with the particles was not strong. On the other hand, it can be inferred that the action induced in the drying step promotes the disappearance of the aqueous medium and the aggregation of the particles contained in PreEm around the particles contained in AcEm.

これに対して、CS−50/AcEm−1の参考例5では、そのような表面相互作用は、乾燥工程においてさえも生じておらず、シリカ粒子はポリマーマトリックスから分離し、マクロサイズで凝集し、透明性が低下した。また、NCE−1の比較例2では、粒子凝集も誘導されたが、均質性は担保され、マクロサイズの凝集は生じなかった。 In contrast, in Reference Example 5 of CS-50/AcEm-1, such surface interaction did not occur even during the drying step, and the silica particles separated from the polymer matrix and aggregated at macro size. , Transparency decreased. Further, in NCE-1 Comparative Example 2, particle aggregation was also induced, but homogeneity was ensured and macro-sized aggregation did not occur.

実施例4
[薄肉硬質アクリルコートシリカナノ粒子(PreEm−2)の調製]
モノマー混合物の質量比を、MMA/n−BA/MAA=53.3/46.3/0.4に変更する以外は実施例1と同様にして、硬質アクリル系重合体で被覆されたコロイダルシリカ粒子からなる薄肉硬質アクリルコートシリカナノ粒子(PreEm−2)のサンプルを得た。アクリル系重合体のTgは10℃であった。PreEm−2の固形分は44.5質量%であり、固形分中、シリカとアクリル系重合体との質量比率は、シリカ/アクリル系重合体(Si/Ac)=100/5であった。
Example 4
[Preparation of Thin Hard Acrylic Coated Silica Nanoparticles (PreEm-2)]
Colloidal silica coated with a hard acrylic polymer in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of the monomer mixture was changed to MMA/n-BA/MAA=53.3/46.3/0.4. A sample of thin-walled hard acrylic coated silica nanoparticles (PreEm-2) consisting of particles was obtained. The Tg of the acrylic polymer was 10°C. The solid content of PreEm-2 was 44.5% by mass, and the mass ratio of silica and acrylic polymer in the solid content was silica/acrylic polymer (Si/Ac)=100/5.

[アクリル粒子(AcEm−2)の調製]
慣用の乳化重合法によって、MMA、n−BAおよびMAAのモノマー混合物10g(質量比でMMA/n−BA/MAA=53.3/46.3/0.4:硬質組成物)を反応性アニオン界面活性剤の1.26質量%水溶液中で乳化重合し、アクリル粒子(AcEm−2)のサンプルを得た。アクリル系重合体のガラス転移温度(Tg)は10℃であった。AcEm−2の固形分は47.3質量%であった。
[Preparation of acrylic particles (AcEm-2)]
10 g of a monomer mixture of MMA, n-BA and MAA (mass ratio of MMA/n-BA/MAA=53.3/46.3/0.4: hard composition) was reacted with a reactive anion by a conventional emulsion polymerization method. Emulsion polymerization was performed in a 1.26% by mass aqueous solution of a surfactant to obtain a sample of acrylic particles (AcEm-2). The glass transition temperature (Tg) of the acrylic polymer was 10°C. The solid content of AcEm-2 was 47.3 mass %.

[混合エマルジョンの調製]
PreEm−2とAcEm−2とを、Si/Ac比がSi/Ac=100/100(質量比)となるように混合した後、固形分を45質量%に調整し、混合エマルジョンを得た。
[Preparation of mixed emulsion]
PreEm-2 and AcEm-2 were mixed so that the Si/Ac ratio was Si/Ac=100/100 (mass ratio), and then the solid content was adjusted to 45% by mass to obtain a mixed emulsion.

実施例5
混合エマルジョンの調製において、PreEm−2とAcEm−2とを、Si/Ac比がSi/Ac=150/100(質量比)となるように混合する以外は実施例4と同様にして混合エマルジョンを得た。
Example 5
In the preparation of the mixed emulsion, the mixed emulsion was prepared in the same manner as in Example 4 except that PreEm-2 and AcEm-2 were mixed so that the Si/Ac ratio became Si/Ac=150/100 (mass ratio). Obtained.

実施例6
混合エマルジョンの調製において、PreEm−2とAcEm−2とを、Si/Ac比がSi/Ac=200/100(質量比)となるように混合する以外は実施例4と同様にして混合エマルジョンを得た。
Example 6
In the preparation of the mixed emulsion, the mixed emulsion was prepared in the same manner as in Example 4 except that PreEm-2 and AcEm-2 were mixed so that the Si/Ac ratio was Si/Ac=200/100 (mass ratio). Obtained.

比較例4
[ナノシリカコンポジット−2(NCE−2)の調製]
モノマー混合物の質量比を、MMA/n−BA/MAA=53.3/46.3/0.4に変更する以外は比較例1と同様にして、ナノシリカコンポジット−2(NCE−2)のサンプルを得た。アクリル系重合体のTgは10℃であった。NCE−2の固形分は約50質量%であり、固形分中、シリカとアクリル系重合体との質量比率は、シリカ/アクリル系重合体(Si/Ac)=100/100であった。
Comparative Example 4
[Preparation of Nano Silica Composite-2 (NCE-2)]
Nanosilica composite-2 (NCE-2) sample in the same manner as in Comparative Example 1 except that the mass ratio of the monomer mixture was changed to MMA/n-BA/MAA=53.3/46.3/0.4. Got The Tg of the acrylic polymer was 10°C. The solid content of NCE-2 was about 50 mass %, and the mass ratio of silica to acrylic polymer in the solid content was silica/acrylic polymer (Si/Ac)=100/100.

比較例5
Si/Ac比がSi/Ac=150/100(質量比)となるようにモノマー混合物の配合割合を変更する以外は比較例1と同様にしてNCE−2を得た。
Comparative Example 5
NCE-2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the compounding ratio of the monomer mixture was changed so that the Si/Ac ratio was Si/Ac=150/100 (mass ratio).

比較例6
Si/Ac比がSi/Ac=200/100(質量比)となるようにモノマー混合物の配合割合を変更する以外は比較例1と同様にしてNCE−2を得た。
Comparative Example 6
NCE-2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the compounding ratio of the monomer mixture was changed so that the Si/Ac ratio was Si/Ac=200/100 (mass ratio).

[コーティング膜の鉛筆引っかき硬度]
アプリケーターを用いて、AcEm−2(参考例7)ならびに、CS−50/AcEm−2(参考例8〜10)、PreEm−2/AcEm−2(実施例4〜6)およびNCE−2(比較例4〜6)の各エマルジョン[それぞれSi/Ac比がSi/Ac=100/100、150/100、200/100(質量比)の3種類]をガラスプレート上にキャストし、厚み150μmの液状塗膜を形成した。この塗膜を空気中で1晩乾燥した後、熱風乾燥機を用いて100℃で1時間乾燥してコーティング膜を得た。得られたコーティング膜の鉛筆引っかき硬度を測定した結果を表2に示す。
[Pencil scratch hardness of coating film]
Using an applicator, AcEm-2 (Reference Example 7) and CS-50/AcEm-2 (Reference Examples 8 to 10), PreEm-2/AcEm-2 (Examples 4 to 6) and NCE-2 (comparative). Each emulsion of Examples 4 to 6 [three kinds of Si/Ac ratio of Si/Ac=100/100, 150/100, 200/100 (mass ratio)] was cast on a glass plate to form a liquid having a thickness of 150 μm. A coating film was formed. The coating film was dried overnight in air and then dried at 100° C. for 1 hour using a hot air dryer to obtain a coating film. The results of measuring the pencil scratch hardness of the obtained coating film are shown in Table 2.

表2の結果から明らかなように、参考例7のコーティング膜は硬度が2Bであり、軟質であった。コロイダルシリカを導入することにより、参考例9では硬度はHまで向上したが、さらにコロイダルシリカを増量した参考例10ではシリカ粒子の凝集により硬度が低下した。 As is clear from the results in Table 2, the coating film of Reference Example 7 had a hardness of 2B and was soft. By introducing colloidal silica, the hardness was improved to H in Reference Example 9, but in Reference Example 10 in which the amount of colloidal silica was further increased, the hardness decreased due to the aggregation of silica particles.

これに対して、実施例4および5では、HBおよび2Hであり、ケイ素含量の多い実施例6では、PreEm−2に含まれる粒子の凝集により硬度はHBに低下した。比較例4〜6では、シリカ粒子の表面が肉厚のポリマー層で被覆されているため、コロイダルシリカの増加による硬度の向上は見られなかった。これらの結果から、実施例4〜6のコーティング膜は、比較例のコーティング膜より硬度が高い上に、適度な厚みでシリカ粒子がアクリル系重合体で被覆されているため、硬度の調整が可能であり、目的の機械的特性に調整できる。 On the other hand, in Examples 4 and 5, the hardness was HB and 2H, and in Example 6 having a high silicon content, the hardness was reduced to HB due to the aggregation of the particles contained in PreEm-2. In Comparative Examples 4 to 6, since the surface of the silica particles was covered with the thick polymer layer, the hardness was not improved by the increase of the colloidal silica. From these results, it is possible to adjust the hardness of the coating films of Examples 4 to 6 because the coating films of Examples 4 to 6 have higher hardness than the coating films of Comparative Examples and the silica particles are coated with the acrylic polymer with an appropriate thickness. Therefore, it is possible to adjust the desired mechanical properties.

[コーティング膜の透明性]
参考例9、実施例5および比較例5のコーティング膜の写真を図10に示す。写真(a)が参考例9のコーティング膜の写真であり、写真(b)が実施例5で得られたコーティング膜の写真であり、写真(c)が比較例5のコーティング膜の写真である。図10の結果から明らかなように、実施例5および比較例5のコーティング膜は、ほぼ透明な状態を保持していたのに対して、参考例9のコーティング膜は半透明であった。この関係は、実施例1〜3と、比較例1〜3と、参考例4〜6との関係と類似している。これらの結果から、異なる種類のアクリル系重合体であっても、実施例のように、薄肉のアクリル系重合体で被覆されたシリカ粒子は、アクリルエマルジョンや他のマトリックスポリマーに対する無機変性剤として有効に利用できる。
[Transparency of coating film]
The photographs of the coating films of Reference Example 9, Example 5 and Comparative Example 5 are shown in FIG. Photo (a) is a photo of the coating film of Reference Example 9, photo (b) is a photo of the coating film obtained in Example 5, and photo (c) is a photo of the coating film of Comparative Example 5. .. As is clear from the results of FIG. 10, the coating films of Example 5 and Comparative Example 5 maintained a substantially transparent state, whereas the coating film of Reference Example 9 was semitransparent. This relationship is similar to that of Examples 1 to 3, Comparative Examples 1 to 3, and Reference Examples 4 to 6. From these results, even when different types of acrylic polymers are used, the silica particles coated with a thin acrylic polymer as in the example are effective as an inorganic modifier for acrylic emulsions and other matrix polymers. Available for

[コーティング膜の自立性]
ガラスプレート上に作製した塗膜は、基材から剥がれにくく、自立性ポリマーフィルムを作製するのが困難であるため、ポリエチレンプレートの上でポリマーフィルムを製造し、以下の基準で自立性を評価した。
[Independence of coating film]
Since the coating film produced on the glass plate is difficult to peel off from the substrate and it is difficult to produce a self-supporting polymer film, the polymer film was produced on a polyethylene plate, and the self-supporting property was evaluated according to the following criteria. ..

○:自立性フィルムを得られた
△:脆い自立性フィルムが得られた
×:自立性フィルムが得られなかった。
◯: A self-supporting film was obtained Δ: A brittle self-supporting film was obtained ×: A self-supporting film was not obtained.

参考例4〜6および8〜10、実施例1〜6、比較例1〜6で得られたエマルジョンについての評価結果を表3に示す。 Table 3 shows the evaluation results of the emulsions obtained in Reference Examples 4 to 6 and 8 to 10, Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6.

表3の結果から明らかなように、実施例では、ケイ素含量が少ない範囲では自立フィルムが得られており、実施例6では、ケイ素含量が多い範囲では、脆いながらも自立フィルムが得られた。これらの結果からも、比較例に比べて実施例のエマルジョンの方が膜強度の制御がし易く、取り扱い性に優れていることを示している。 As is clear from the results in Table 3, in Examples, a self-supporting film was obtained in the range where the silicon content was low, and in Example 6, in the range where the silicon content was high, a self-supporting film was obtained although it was brittle. From these results, it is shown that the emulsions of Examples are easier to control the film strength and are superior in handleability than the Comparative Examples.

本発明の複合粒子を含む水性コーティング組成物は、塗料組成物、特に、屋内(床材)、外壁または屋根用塗料などとして有用であり、例えば、多孔質材(コンクリートパネル、セメント板、石膏ボート、木材など)、金属(ステンレスプレートなどの金属板、金属網など)、セラミックス(多孔質ガラス、タイルなど)、プラスチック[ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン、ポリオレフィン(ポリエチレンなど)、エンジニアリングプラスチックなどの樹脂で形成された成形品(フィルム又はプレート、例えば、ポリエチレンプレートなど)など]などの基材に被膜を形成するための塗料として利用できる。 The aqueous coating composition containing the composite particles of the present invention is useful as a coating composition, particularly as an indoor (floor material), outer wall or roof coating material, for example, a porous material (concrete panel, cement board, gypsum boat). , Wood, etc.), metal (metal plate such as stainless steel plate, metal mesh etc.), ceramics (porous glass, tile etc.), plastic [polyester, polyamide, polystyrene, polyolefin (polyethylene etc.), engineering plastic etc. It can be used as a paint for forming a film on a substrate such as a molded article (film or plate such as a polyethylene plate, etc.).

Claims (10)

ナノ粒子で形成されたコア部と、このコア部を被覆し、かつビニル重合体およびノニオン界面活性剤を含むシェル部とで形成されたコア−シェル構造を有する複合粒子であって、前記ビニル重合体が、前記ノニオン界面活性剤を介してコア部と結合し、かつ前記ビニル重合体の割合が、前記ナノ粒子100質量部に対して30質量部以下である複合粒子。 A composite particle having a core-shell structure comprising a core part formed of nanoparticles and a shell part covering the core part and containing a vinyl polymer and a nonionic surfactant, wherein Composite particles in which the coalescence is bonded to the core portion via the nonionic surfactant, and the proportion of the vinyl polymer is 30 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the nanoparticles. ナノ粒子がコロイド状シリカである請求項1記載の複合粒子。 The composite particles according to claim 1, wherein the nanoparticles are colloidal silica. 平均粒径が5〜100nmであり、かつ多分散度が0.2以下である請求項1または2記載の複合粒子。 The composite particle according to claim 1 or 2, which has an average particle size of 5 to 100 nm and a polydispersity of 0.2 or less. シェル部の平均厚みが15nm以下である請求項1〜3のいずれかに記載の複合粒子。 The composite particle according to claim 1, wherein the shell part has an average thickness of 15 nm or less. ノニオン界面活性剤が、エチレン性不飽和結合および0〜80℃の曇点を有し、かつビニル重合体が、C1−3アルキルメタクリレートおよび/または芳香族ビニル系単量体と、C1−12アルキルアクリレートと、カルボキシル基含有ビニル系単量体との共重合体である請求項1〜4のいずれかに記載の複合粒子。 The nonionic surfactant has an ethylenically unsaturated bond and a cloud point of 0 to 80° C., and the vinyl polymer is a C 1-3 alkyl methacrylate and/or an aromatic vinyl-based monomer, and a C 1-. The composite particle according to any one of claims 1 to 4, which is a copolymer of 12 alkyl acrylate and a vinyl monomer containing a carboxyl group. 請求項1〜5のいずれかに記載の複合粒子およびビニル重合体粒子を含む水性コーティング組成物。 An aqueous coating composition comprising the composite particles according to any one of claims 1 to 5 and vinyl polymer particles. ナノ粒子の割合が、シェル部のビニル重合体およびビニル重合体粒子の合計100質量部に対して10〜1000質量部である請求項6記載の水性コーティング組成物。 The aqueous coating composition according to claim 6, wherein the proportion of the nanoparticles is 10 to 1000 parts by mass based on 100 parts by mass of the vinyl polymer in the shell part and the vinyl polymer particles in total. ビニル重合体粒子の平均粒径が30〜500nmである請求項6または7記載の水性コーティング組成物。 The aqueous coating composition according to claim 6 or 7, wherein the vinyl polymer particles have an average particle diameter of 30 to 500 nm. 請求項6〜8のいずれかに記載の水性コーティング組成物で形成された被膜であって、ビニル重合体粒子の表面に複数の複合粒子が付着している被膜。 A coating film formed from the aqueous coating composition according to any one of claims 6 to 8, wherein a plurality of composite particles are attached to the surface of vinyl polymer particles. ナノ粒子およびノニオン界面活性剤の存在下、ビニル単量体を重合させて複合粒子を調製する重合工程、得られた複合粒子とビニル重合体粒子とを混合して水性コーティング組成物を調製する混合工程とを含む請求項6〜8のいずれかに記載の水性コーティング組成物の製造方法。 Polymerization step of polymerizing vinyl monomers to prepare composite particles in the presence of nanoparticles and nonionic surfactant, and mixing the resulting composite particles and vinyl polymer particles to prepare an aqueous coating composition The manufacturing method of the aqueous coating composition in any one of Claims 6-8 including a process.
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