JP2887551B2 - 乳化重合用乳化剤 - Google Patents

乳化重合用乳化剤

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    • C08F2/24Emulsion polymerisation with the aid of emulsifying agents
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  • Polymerisation Methods In General (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、乳化重合用乳化剤に関
する。
【0002】
【従来の技術】乳化重合用乳化剤としては、従来よりド
デシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチ
レンノニルフェニルエーテル等のアニオン系界面活性剤
やノニオン系界面活性剤が利用されている。しかし、こ
れら乳化剤を用いたポリマーエマルジョンから得られた
ポリマーフィルムにあっては、使用した乳化剤が、遊離
の状態で前記ポリマーフィルム中に残留する。このた
め、該フィルムの耐水性、接着性が劣る等の問題点があ
った。
【0003】そこで、上記の問題点の改善策として、共
重合性の不飽和基を有する反応性乳化剤が数多く提案さ
れた。
【0004】例えば、特公昭46−12472号、特開
昭54−14431号、特公昭46−34894号、特
公昭56−29657号、特開昭51−30285号、
特公昭49−46291号及び特開昭56−12769
7号等にはアニオン性の反応性界面活性剤が記載され、
また、特開昭56−28208号及び特開昭50−98
484号等には非イオン性の反応性界面活性剤につきそ
れぞれ記載されていて、各種モノマーについて乳化重合
が試みられている。
【0005】一般に、共重合性の不飽和基としてアクリ
ル基またはメタクリル基を有する反応性乳化剤は、モノ
マーとの共重合性は優れているものの、逆に乳化重合時
の安定性に問題があり、重合中の凝集物が多かったり、
生成粒子が粗く、経時安定性が劣る等の問題点を有して
いた。
【0006】また、本発明者らは、乳化重合用に適した
不飽和基を有する乳化剤として、既に特開昭62−10
0502号、特開昭62−221431号、その他に示
したアリル基を不飽和基とする反応性乳化剤を見い出し
ている。
【0007】しかし、アリル基を有する反応性乳化剤
は、モノマーとの共重合性が劣る場合が多く、ポリマー
エマルションから得られたポリマーフィルムにあって
は、耐水性、接着性において充分満足できるものが得ら
れていないのが実情である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実情
に鑑みてなされたものであって、その目的は、乳化重合
時の安定性を良好なものにし得、しかも、ポリマーエマ
ルションから得られたポリマーフィルムの耐水性および
接着力が要求される場合にあってはその接着性を著しく
改善できる改良された反応性乳化重合用乳化剤を提供す
るところにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
(1)発明の経過 その後も更に鋭意研究を重ねた結果、共重合性を有する
不飽和基として1−プロペニル基を有し、また該不飽和
基の結合位置が乳化剤の疎水基部分であることが乳化重
合用乳化剤として適していることを見出し、本発明に到
達したものである。
【0010】(2)発明の概要 以上の知見に基づき、本発明は、下記一般式(I)で表
わされる乳化重合用乳化剤(以下、「本発明乳化剤」と
もいう。)を要旨とするものである。
【0011】
【化4】 [式中、Rは炭素数6〜18のアルキル基、アルケニ
ル基もしくはアラルキル基。Rは水素または炭素数6
〜18のアルキル基、アルケニル基もしくはアラルキル
基。Rは水素または1−プロペニル基。Aは炭素数2
〜4のアルキレン基または置換アルキレン基。nは1〜
200の整数であり、nが2以上の場合、(AO)
は、下式(i)で示される、1種の繰返し単位からな
るホモポリマー
【化5】 であってもよいし、下式(ii)で示される、異なるA
(A1 、A2 …)を有する2種以上の繰返し単位からな
るブロックポリマーまたはランダムポリマー
【化6】 であってもよい。mは1または2。Mは水素またはアル
カリ金属、アンモニウムイオンまたはアルカノールアミ
ン残基。]以下、発明の構成に関する主要な事項につき
項分けして説明する。
【0012】(3)置換基 上記一般式(I)の化合物において、置換基Rは、炭
素数6〜18のアルキル基、アルケニル基またはアラル
キル基である。ここにアルキル基としては、例えばヘキ
シル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル
基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラ
デシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデ
シル基、オクタデシル基等が挙げられる。
【0013】また、アルケニル基としては、例えば、ヘ
キセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル
基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリ
デセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘ
キサデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基
等が例示される。
【0014】更に、アラルキル基としては、例えばスチ
リル基、ベンジル基、クミル基等が挙げられる。
【0015】以上のアルキル基、アルケニル基およびア
ラルキル基は、式(I)の化合物中に混在していてもよ
い。
【0016】次に置換基Rは、水素原子または炭素数
6〜18のアルキル基、アルケニル基またはアラルキル
基であり、ここにアルキル基としては、例えばヘキシル
基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウ
ンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル
基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル
基、オクタデシル基等が挙げられ、これらの混合物であ
っても良い。
【0017】また、アルケニル基としては、例えばヘキ
セニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、
デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセ
ニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサ
デセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基等が
例示される。
【0018】さらに、アラルキル基としては、例えばス
チリル基、ベンジル基、クミル基等が示される。
【0019】以上のアルキル基、アルケニル基およびア
ラルキル基は、式(I)の化合物中に混在していてもよ
い。
【0020】Rは水素原子または1−プロペニル基で
ある。1−プロペニル基には、transとcisの立
体異性体があり、本発明においては、各異性体の単独ま
たは混合体のいずれでも利用できるが、より好ましくは
trans型異性体が選択される。
【0021】また、置換基Aは、炭素数2〜4のアルキ
レン基または置換アルキレン基である。具体的には、ア
ルキレン基としてエチレン基、プロピレン基、ブチレン
基、イソブチレン基等であり、置換アルキレン基として
は1,2−ブチレンオキシド基、プロピレンオキシド基
等である。nは1〜200の整数であり、より好ましく
は2〜100の範囲である。
【0022】前記nが2以上の場合、式(I)における
(AO)は、1種類の繰返し単位からなるホモポリマ
ー(前式(i)参照)であってもよいし、異なる置換基
A(A1 、A2 、A3 ……)を有する2種以上の繰返し
単位からなるブロックポリマーまたはランダムポリマー
(前式(ii)参照)であってもよい。あるいは、nが1
である場合の化合物と、nが2以上の場合における(A
O)がホモポリマー、ブロックポリマーあるいはラン
ダムポリマーである化合物の中から2種以上を混合した
混合物であってもよい。
【0023】(4)合成 本発明の乳化重合用乳化剤を得るための反応条件は特に
限定されるものではなく、例えば、アルキル化プロペニ
ルフェノールに対し、常法に従ってアルキレンオキシド
を付加した後、ヒドロキシル基を酸化するか、もしく
は、モノハロゲン化酢酸を反応させてカルボキシル化を
行なうか、または、アクリロニトリル、アクリル酸エス
テルを反応させ、アルカリでケン化を行ない、必要に応
じアルカリ性物質で中和することにより製造できる。
【0024】(5)乳化重合用モノマー 本発明乳化剤を用いた乳化重合に適用されうるモノマー
としては各種のものを挙げることができ、例えば、アク
リル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリ
ル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、アクリ
ロニトリル、アクリルアミド、アクリル酸ヒドロキシエ
チルエステル等のアクリル系モノマー、例えば、スチレ
ン、ジビニルベンゼン等の芳香族系モノマー、酢酸ビニ
ル等のビニルエステル系モノマー、塩化ビニル、塩化ビ
ニルデン等のハロゲン化オレフィン系モノマー、ブタジ
エン、イソプレン、クロロプレン等の共役ジオレフィン
系モノマー等の他、エチレン、無水マレイン酸、マレイ
ン酸メチル等がある。
【0025】本発明の乳化剤は、上記モノマーの1種ま
たは2種以上の乳化重合または懸濁重合に利用できる。
【0026】(6)重合条件 本発明乳化剤を使用した乳化重合反応に使用される重合
開始剤は従来公知のものでよく、例えば、過酸化水素、
過硫酸カリウム、アゾビスイソブチルニトリル、ベンゾ
イルパーオキサイド等が利用される。
【0027】また、重合促進剤としては、亜硫酸水素ナ
トリウム、硫酸第1鉄アンモニウム等が使用される。
【0028】本発明乳化剤の使用量は、通常、全モノマ
ーに対して0.1〜20重量%、より好ましくは、0.
2〜5.0重量%が適当である。なお、所望により、他
種乳化剤または保護コロイド剤を併用してもよい。
【0029】
【作用】本発明の乳化重合用乳化剤は、その分子の疎水
基部分に、1−プロペニル基(−CH=CH−CH
を有するため、重合性モノマー、殊にビニル系モノマー
等との共重合性に優れ、ポリマー成分に組み込まれやす
い。また、共重合速度がアクリル基に比べて若干おそい
ことが、乳化重合の場合に良い作用として表れ、粒子が
成長する後期に共重合し、粒子表面に共重合した型で多
く存在するため、乳化重合時の安定性が良好となる。そ
のため、ポリマーエマルションから得られたポリマーフ
ィルム中に遊離した状態で存在する乳化剤量が著しく減
少し、フィルムの耐水性、接着性に極めて優れた効果を
発揮する。かつ、ポリマーエマルションの泡立ち、機械
安定性等が著しく改善される。
【0030】本発明の乳化剤を添加して得られるポリマ
ーエマルションは、例えば接着剤、被覆剤、含浸補強剤
等として、木材、金属、紙、布、その他コンクリート等
に適用することができる。
【0031】
【実施例】以下、実施例および比較例により本発明の実
施態様および効果につき述べるが、例示は単に説明用の
ものであって、発明思想の限定または制限を意図したも
のではない。なお、文中「%」および「部」とあるのは
それぞれ重量基準を意味する。
【0032】製造例1 オートクレーブにノニルプロペニルフェノール260g
(1モル)を仕込み、水酸化カリウムを触媒として圧力
1.5kg/cm、温度130℃の条件にて、エチレ
ンオキシド440g(10モル)を付加させて、ノニル
プロペニルフェノールエチレンオキシド10モル付加体
を得た(以下、「エチレンオキシド」を単に「EO」と
もいう)。
【0033】次に、撹拌機および温度計を備えた反応容
器に上記の反応組成物であるノニルプロペニルフェノー
ルEO10モル付加体350g(0.5モル)仕込む。
次に撹拌しながらモノクロール酢酸ナトリウム64.1
g(0.55モル)を室温にて、30分をかけて仕込
む。続いて水酸化ナトリウム22g(0.55モル)を
40℃にした反応容器内に3時間をかけて添加する。そ
の後、40℃にて17時間反応させる。
【0034】次に、10%硫酸を500ml加え、75
℃に昇温し、撹拌後静置して水層を除去する。
【0035】次に、油層に塩化メチレン400ml、水
200mlを加え水洗する。水洗を3回行なった後、油
層の塩化メチレンを蒸留により除去した。
【0036】油層の残った反応組成物を48%水酸化ナ
トリウムでpH8.0まで中和し、本発明乳化剤[A]
を得た(下記[化7]参照)。
【0037】また、ノニルプロペニルフェノールEO3
0モル付加体を同様の操作にて、末端水酸基をカルボキ
シル基化を行ない、得られた組成物を本発明乳化剤
[B]とした(下記[化7]参照)。
【0038】
【化7】
【0039】製造例2 オートクレーブにジスチリルプロペニルフェノール34
2g(1モル)を仕込み、水酸化カリウムを触媒とし
て、圧力1.5kg/cm、温度130℃の条件に
て、プロピレンオキシド580g(10モル)を、次い
でエチレンオキシド1320g(30モル)をそれぞれ
付加し、得られたジスチリルプロペニルフェノールプロ
ピレンオキシド10モル、エチレンオキシド30モル付
加体を得た。この付加体224.2g(0.1モル)
を、撹拌機及び温度計を備えた反応容器に仕込む。次
に、撹拌を行ないながら、50℃にてアクリロニトリル
5.3(0.1モル)を1時間で添加し、続いて温度を
80℃に昇温し、1時間シアノエチル化反応を行なっ
た。
【0040】次に、10%塩酸200ml、水200m
lを加え、90℃に昇温し、3時間撹拌を行ないシアノ
基のケン化を行なった。
【0041】その後、減圧脱水した後アセトン200m
lを加え、濾過した後、濾液中のアセトンを蒸留して除
き、本発明乳化剤[C]を得た(下記[化8]参照)。
【0042】
【化8】
【0043】製造例3 製造例1及び製造例2に準じ各乳化剤を製造し、本発明
乳化剤[D]〜[H]を得た(下記[化9]参照)。
【0044】
【化9】
【0045】使用例1 撹拌機、還流冷却器、温度計および滴下漏斗を備えた反
応器に、イオン交換水294gと表2に示す本発明乳化
剤6gを仕込み、80℃まで昇温させた。
【0046】窒素ガスにて水中の溶存酸素を除去した
後、アクリル酸エチル20gと過硫酸アンモニウム0.
5gを加えて先行重合させ、重合開始10分後より、3
時間をかけてアクリル酸エチル180gを滴下、重合さ
せてエマルションを得た。
【0047】このときの乳化重合の安定性、エマルショ
ンの機械安定性、起泡性およびこのエマルションより製
造したポリマーフィルムの耐水性のテスト結果を[表
1]に示した。
【0048】また、比較として[表1]に示す従来の乳
化剤についても、同様のテストを実施した。
【0049】
【表1】
【0050】使用例2 アクリル酸ブチル100g、スチレン100g、イオン
交換水290g、過硫酸カリウム0.5gおよび表3に
示す本発明乳化剤10gを混合して混合モノマー乳濁液
を調製し、窒素ガスにて溶存酸素を除去した。
【0051】次に、撹拌機、還流冷却器、温度計および
滴下漏斗を備えた反応器に上記混合モノマーの乳濁液を
100g仕込み、80℃に昇温させて重合させた。
【0052】続いて残りの混合モノマーの乳濁液40
0.5gを3時間かけて滴下し、重合を行なわせ、エマ
ルションを得た。
【0053】このときの乳化重合安定性、エマルション
の機械安定性、起泡性、エマルションより製造したポリ
マーフィルムの耐水性および接触角のテスト結果を[表
2]に示した。
【0054】また、比較として、[表2]に示す従来の
乳化剤についても同様のテストを実施した。
【0055】
【表2】
【0056】使用例3 撹拌機、還流冷却器、温度計および滴下漏斗を備えた反
応器に、イオン交換水250gおよび表4に示す本発明
乳化剤5gを仕込み、80℃まで昇温させた。窒素ガス
にて水中の溶存酸素を除去した後、アクリル酸ブチル1
25gとメタクリル酸メチル125gとを混ぜて得た混
合モノマー250g中の20gと、過硫酸アンモニウム
0.5gとを加えて先行重合させ、次に重合開始10分
後より、3時間をかけて残りの混合モノマー230gを
滴下して重合させ、エマルションを得た。
【0057】また、比較として、[表3]に示した他の
反応性乳化剤についても同様の操作にてエマルションを
調製した。
【0058】このときの乳化重合安定性および得られた
エマルションについて、未重合の乳化剤の定量およびそ
のエマルションより作成したポリマーフィルムの接触角
および接着力を測定した結果を[表3]に示した。
【0059】
【表3】
【0060】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明により、乳
化重合時における安定性を良好にし得、しかも、ポリマ
ーエマルションから得られたポリマーフィルムの耐水性
および接着力が要求される場合にあってはその接着性を
著しく改善できる改良された反応性乳化重合用乳化剤を
提供でき、関連産業界の発展および需要者の利益に寄与
する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−147530(JP,A) 特開 昭62−100502(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 2/00 C08F 2/22 - 2/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(I)で表わされる乳化重合
    用乳化剤。 【化1】 [式中、Rは炭素数6〜18のアルキル基、アルケニ
    ル基もしくはアラルキル基。Rは水素または炭素数6
    〜18のアルキル基、アルケニル基もしくはアラルキル
    基。Rは水素または1−プロペニル基。Aは炭素数2
    〜4のアルキレン基または置換アルキレン基。nは1〜
    200の整数であり、nが2以上の場合、(AO)
    は、下式(i)で示される、1種の繰返し単位からな
    るホモポリマー 【化2】 であってもよいし、下式(ii)で示される、異なるA
    (A1 、A2 …)を有する2種以上の繰返し単位からな
    るブロックポリマーまたはランダムポリマー 【化3】 であってもよい。mは1または2。Mは水素またはアル
    カリ金属、アンモニウムイオンまたはアルカノールアミ
    ン残基。]
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