JP2851880B2 - ポリオレフィン組成物の水性分散液の製造方法 - Google Patents

ポリオレフィン組成物の水性分散液の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、ポリオレフィン組成物の水性分散液を製造
するにあたり、界面活性剤を使用しなくとも、相分離が
生じにくく、しかも微細球状粒子のポリオレフィン組成
物の水性分散液を得ることができるようなポリオレフィ
ン組成物の水性分散液の製造方法に関する。
発明の技術的背景 ポリオレフィンを接着、積層、塗装または紙、金属等
のコーティング等に利用する際には、ポリオレフィンを
有機溶剤中に溶解してポリオレフィン溶液として使用す
るよりも、ポリオレフィンの水性分散液として用いる方
が、作業環境を悪化させることがなく、しかも、引火の
恐れがないため有利である。このため、界面活性剤を用
いてポリオレフィンの水性分散液を得る方法が開発され
ている。しかしながら、この方法では得られる塗膜中に
界面活性剤が残存し、得られる被膜が物理的性質に悪影
響を受ける恐れがあった。
このような問題点を解決するため、本出願人らは特公
昭58−42207号において、界面活性剤を使用せず、ポリ
オレフィン組成物を乳化する方法を示した。この方法に
よると、ポリオレフィン組成物の水性分散液中に塩基性
物質を添加することが必要であると記されている。
このようなポリオレフィン組成物の水性分散液では、
得られる被膜の均一性、緻密性および乳化物の安定性等
の点で、水性分散液中のポリオレフィン粒子の粒子径は
小さい方が好ましい。そして水性分散液中のポリオレフ
ィン粒子の粒子径は、乳化時に添加する水酸化カリウム
などの塩基性物質の量に関係し、一般に塩基性物質量が
多いほど小さくなる。ところが塩基性物質を多く用いて
水性分散液中のpHを高くすると、作業時の安全性あるい
は他の添加薬品との混和性が低下してしまう。
このためpHの高いポリオレフィン組成物の水性分散液
に酸を加えて中和する方法が一般に行われている。しか
しながら、本発明者等の研究によれば、ポリオレフィン
組成物の水性分散液に酸を添加すると、添加した酸によ
り局所的に酸性雰囲気となり、ポリオレフィン粒子が凝
集しやすくなる現象が存在することが認められた。
発明の目的 本発明はポリオレフィン粒子が凝集することがなく、
安定で、しかも中性に近いポリオレフィン組成物の水性
分散液を高濃度で効率良く製造することができるような
ポリオレフィン組成物の水性分散液の製造方法を提供す
ることを目的としている。
発明の概要 本発明の目的は、ポリオレフィン50〜99重量部および
カルボキシル基または酸無水基含有ポリオレフィン1〜
50重量部からなる溶融状態のポリオレフィン組成物と、
該組成物中のカルボキシル基または酸無水基に対して0.
2化学当量以上の塩基性物質および水を含み、かつ120〜
300℃の温度に加熱された水分散媒とを混合してポリオ
レフィン水性分散液を製造するに際して、該水性分散液
にエステルを添加して、ポリオレフィン組成物の水性分
散液を製造することにより達せられる。
本発明によれば、ポリオレフィン粒子が凝集すること
がなく、安定でしかも中性に近いポリオレフィン組成物
の水性分散液を高濃度で効率よく製造することができ
る。
発明の具体的な説明 以下本発明に係るポリオレフィン組成物の水性分散液
の製造方法について具体的に説明する。
本発明では、ポリオレフィンとして、(i)エチレ
ン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテ
ンなどのα−オレフィン系不飽和炭化水素の単独または
共重合体からなるワックス、樹脂、ゴム状物などが用い
られ、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リ−1−ブテン、ポリ−4−メチル−1−ペンテン、エ
チレン−プロピレン共重合体、エチレン−1−ブテン共
重合体、プロピレン−α−ブテン共重合体などが用いら
れる。また本発明では、ポリオレフィンとして(ii)上
記α−オレフィン2種以上と共役または非共役ジエンと
のゴム状共重合体、たとえばエチレン−プロピレン−ブ
タジエン共重合体、エチレン−プロピレン−ジシクロペ
ンタジエン共重合体、エチレン−プロピレン−エチリデ
ンノルボルネン共重合体、エチレン−プロピレン−1,5
−ヘキサジエン共重合体、イソブテン−イソプレン共重
合体、(iii)α−オレフィンと共役または非共役ジエ
ンとの共重合体、たとえばエチレン−ブタジエン共重合
体、エチレン−エチリデンノルボルネン共重合体、(i
v)α−オレフィン特にエチレンと酢酸ビニルとの共重
合体およびその完全もしくは部分ケン化物、(v)α−
オレフィンの単独または共重合体に上記共役もしくは非
共役ジエンまたは酢酸ビニル等をグラフトさせたグラフ
ト共重合体およびその完全もしくは部分ケン化物あるい
は(vi)上記重合体または共重合体の2種以上からなる
組成物などが用いられる。
本発明では、十分に微細な粒子を得るためには、ポリ
オレフィンの[η]が5dl/g以下であることが好まし
い。
また本発明で用いられるカルボキシル基または酸無水
基含有ポリオレフィンは、カルボキシル基および/また
は酸無水物基を含有するオレフィン重合体であって、具
体的には、前記α−オレフィンと後記α,β−不飽和カ
ルボン酸との共重合体、ポリオレフィンにα,β−不飽
和カルボン酸またはその無水物をグラフトさせたポリオ
レフィン変性物が通常用いられる。
カルボキシル基または酸無水基含有ポリオレフィン
は、その[η]が通常0.04〜1dl/g好ましくは0.06〜0.8
dl/gであり、その酸価が20〜150好ましくは25〜130であ
ることが望ましい。
ここで固有粘度[η]とは、135℃のデカリン溶液に
おける還元粘度の測定値から求められた粘度である。
また、酸価とは、試料ポリオレフィン1g当りの中和に
要した水酸化カリウムのmg数である。
カルボキシル基または酸無水基含有ポリオレフィンを
誘導する際に用いられるα,β−不飽和カルボン酸とし
ては、モノカルボン酸およびジカルボン酸などが挙げら
れる。
モノカルボン酸としては、具体的には、たとえばアク
リル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸等
の炭素原子が6個以下、好ましくは4個以下を含む脂肪
族カルボン酸が用いられ、 ジカルボン酸としては、具体的には、たとえばマレイ
ン酸、フマル酸、メザコン酸、シトラコン酸、イタコン
酸などの脂肪族カルボン酸、5−ノルボルネン−2,3−
ジカルボン酸、その核メチル置換体、そのエンドメチレ
ン基のハロゲン置換体などが用いられる。このような酸
は、無水物であってもよい。
本発明で用いられるポリオレフィン組成物では、ポリ
オレフィンは50〜99重量部の量で、またカルボキシル基
含有ポリオレフィンは1〜50重量部の量で用いられる。
また、塩基性物質としては、アルカリ金属、アルカリ
土類金属、アンモニアおよびアミンなどの水中で塩基と
して作用する物質、アルカリ金属の酸化物、水酸化物、
弱酸塩、水素化物、アルカリ土類金属の酸化物、水酸化
物、弱酸塩、水素化物などの水中で塩基として作用する
物質、これら金属のアルコキシドなどが用いられる。こ
のような塩基性物質としては、具体的には、以下のよう
な化合物が用いられる。
アルカリ金属としては、たとえばナトリウム、カリウ
ムなどが用いられ、アルカリ土類金属としては、たとえ
ば、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどが用い
られ、 アミンとしては、具体的には、ヒドロキシルアミン、
ヒドラジンなどの無機アミン、メチルアミン、エチルア
ミン、エタノールアミン、シクロヘキシルアミンなどの
有機アミンが用いられ、 アルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物、水酸
化物、水素化物としてしは、具体的には、酸化ナトリウ
ム、過酸化ナトリウム、酸化カリウム、過酸化カリウ
ム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシ
ウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水素化
ナトリウム、水素化カリウム、水素化カルシウムなどが
用いられ、 アルカリ金属およびアルカリ土類金属の弱酸塩として
は、具体的には、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭
酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素カルシ
ウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム
などが用いられ、 アンモニアおよびアミンの化合物としては、具体的に
は、水酸化アンモニウム、四級アンモニウム化合物たと
えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ヒドラジ
ン水和物などが用いられる。
エステルとしては、過剰の塩基性物質により加水分解
され、塩基性物質を中和できるものであればよく、具体
的には、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エ
チル、酢酸ビニル、酢酸プロピル、酢酸オクチル、酢酸
シクロヘキシル、プロピオン酸エチル、酢酸メチル、吉
草酸エチル、カプロン酸エチル、クロル酢酸エチル、ジ
クロル酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、アクリル酸
エチル、メタクリル酸メチル、クロトン酸エチルなどの
脂肪族モノカルボン酸エステル、シュウ酸ジエチル、マ
ロン酸ジブチル、コハク酸ジメチル、グルタル酸ジエチ
ル、リンゴ酸ジエチル、クエン酸トリエチル、クロロコ
ハク酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、フマル酸ジメチ
ルなどの脂肪族ポリカルボン酸ポリエステル、シクロヘ
キサンカルボン酸エチルなどの脂環式カルボン酸エステ
ル、安息香酸エチル、安息香酸ベンジン、トルイル酸メ
チル、アニス酸メチル、フタル酸ジメチルなどの芳香族
カルボン酸エステル、γ−ブチロラクトン、δ−バレロ
ラクトン、クマリン、フタリドなどのラクトン類、ベン
ゼンスルホン酸メチルなどのスルホン酸エステル、硫酸
ジメチル、硝酸エチル、リン酸トリエチル、炭酸ジエチ
ルなどの無機酸エステルが用いられる。
これらのうち炭素数1〜4の脂肪族モノカルボン酸と
炭素数1〜4のアルコールとのエステル、および/また
は炭素数2〜8の脂肪族ポリカルボン酸と炭素数1〜4
のアルコールとのポリエステルが好ましい。
本発明において、ポリオレフィン組成物の水性分散液
を製造するに際しては、たとえば強力な撹拌翼を備えた
耐圧容器、好ましくは、大きな剪断力を生ずる高性能分
散手段、たとえばコロイドミル、ポールミル、ロールミ
ル、ホモミキサーなどが用いられる。
次に本発明に係るポリオレフィン組成物の水性分散液
の製造方法の具体的一例について説明する。
耐圧容器に装入されるポリオレフィン組成物中のカル
ボキシル基または酸無水基に対して通常0.2化学当量以
上、好ましくは0.3〜1.0化学当量(酸無水物基はカルボ
キシル基2個と数える)の塩基性物質と水とを装入し、
この系を、ポリオレフィン組成物を構成するポリオレフ
ィンおよびカルボキシル基または酸無水基含有ポリオレ
フィンの融点の何れか高い方の融点以上、好ましくはポ
リオレフィン組成物の溶融粘度が105 cps以下になる温度
以上に加熱する。この温度は、ポリオレフィンあるいは
カルボキシル基または酸無水基含有ポリオレフィンの種
類によって大きく異なるが、通常120〜300℃であり、さ
らに好ましくはポリオレフィン組成物中の高融点成分の
融点より30℃以上高く、しかも300℃までの温度である
ことが好ましい。
別の混合手段付容器においてポリオレフィン組成物を
加熱溶融させ、十分に混合後、ポンプ等により前記水中
に徐々に装入するか、または押出機等によりポリオレフ
ィン組成物を溶融混合と同時に耐圧容器中の水中に徐々
に装入する。装入速度は10分間に、水100ml当り1〜100
gであることが好ましい。分散されるポリオレフィン組
成物に対する水の使用量は、重量で等量以上でも問題は
ないが、実用上から20〜100重量%に選べば十分であ
る。
分散系に所定量のポリオレフィン組成物を装入後、通
常30分間以上にわたって後撹拌を行った後、室温まで冷
却することによって球状で粒子100個当りの数平均粒径
が3μm以下、通常2μm以下で相分離の生じ難いポリ
オレフィン組成物の水分散液が得られる。このようにし
てポリオレフィン組成物の水分散液を調製した後、この
水分散液にエステルを添加して中和を行う。
本発明では過剰量の塩基性物質を中和してpHを中性に
近くにするため、酸のかわりにエステルを添加する。こ
の時、エステルが塩基性雰囲気下でまず加水分解され、
生成した酸により中和が行われる。エステルの添加量
は、目的の水性分散液のpHに応じて任意に決めることが
できる。
また、エステルの添加時期は任意でよいが、水性分散
液の温度が用いるポリオレフィン組成物の融点以下まで
に冷却された時点が好ましい。
発明の効果 本発明によれば、ポリオレフィン粒子が凝集すること
がなく、安定でしかも中性に近いポリオレフィン組成物
の水性分散液を高濃度で効率よく製造することができ
る。
実施例 以下に、本発明の実施例について説明する。なお、実
施例中の物性値の測定は、以下の方法で行った。
[η];135℃のデカリン溶液における還元粘度の測定値
から求めた。
密度;密度勾配法にて求めた。
融点;示差熱解析で求めた。
粒径;コールターカウンターにて測定した。
実施例1 [η]が0.22dl/gであり、密度が0.98g/cm3であり、
融点が126℃であるポリエチレン1800gに、[η]が0.16
であり、密度が0.93であり、融点が107℃であり、酸価
が30KOHmg/gであるカルボキシル基含有ポリエチレン200
gを加え、140℃で混合溶融して、溶融状態のポリオレフ
ィン組成物を調製した。一方水酸化カリウム22.4gを水8
000gに溶解して水酸化カリウム水溶液を調製した。
次いで内容量0.5の耐圧ホモミキサーに、上記ポリ
オレフィン組成物を1280g/時間および上記水酸化カリウ
ム水溶液を1500g/時間の流量で入れ、140℃に加温して1
000rpmで撹拌しながら、ホモミキサーでの帯留時間10分
で連続乳化した。終了後、室温まで冷却して得られた水
分散液中の粒子は、球状で平均粒径は3.1μmであっ
た。またB型粘度は820(23℃)で、pHは、9.5であっ
た。
次いで得られた水性分散液200gを60℃に昇温し、酢酸
エチル6.8gを添加し、2時間撹拌を続けた後、内容物を
取出した。途中、0.5時間後と1時間後に10mlずつサン
プリングして、上記の測定を行った。
結果を表1に示す。
2時間後に得られた水性分散液は、その品質が系のpH
を除いて添加前と何ら変化はなかった。
実施例2 実施例1において、酢酸エチルの代りに、ギ酸エチル
5.9gを添加し、0.5時間撹拌を続けたのち、内容物を取
出し実施例1と同様に下記の測定を行った。
結果を表2に示す。
比較例1 実施例1と同様の乳化物200gを60℃に保ったまま、撹
拌下に10重量%に希釈した酢酸11.1gを添加したとこ
ろ、直ちに乳化物粒子の局部的な凝集が発生し、均一な
乳化物は得られず、液の部分は元と同じpHで中和されて
おらず、実用不可能なものであった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−256539(JP,A) 特開 昭52−109545(JP,A) 特開 昭53−147744(JP,A) 特開 昭64−81867(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08J 3/02 - 3/07 C08K 5/10 C08L 23/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリオレフィン50〜99重量部およびカルボ
    キシル基または酸無水基含有ポリオレフィン1〜50重量
    部からなる溶融状態のポリオレフィン組成物と、該組成
    物中のカルボキシル基または酸無水基に対して0.2化学
    当量以上の塩基性物質および水を含み、かつ120〜300℃
    の温度に加熱された水分散媒とを混合してポリオレフィ
    ン水性分散液を製造するに際して、該水性分散液にエス
    テルを添加することを特徴とするポリオレフィン組成物
    の水性分散液の製造方法。
  2. 【請求項2】ポリオレフィンの固有粘度[η]が5dl/g
    以下であり、カルボキシ基含有ポリオレフィンの固有粘
    度[η]が0.04〜1dl/gであることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の製造方法。
  3. 【請求項3】カルボキシ基含有ポリオレフィンの酸価が
    20〜150であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の製造方法。
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