JP2904801B2 - 水性ポリマー分散液およびその製造方法 - Google Patents

水性ポリマー分散液およびその製造方法

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JP2904801B2 JP1066453A JP6645389A JP2904801B2 JP 2904801 B2 JP2904801 B2 JP 2904801B2 JP 1066453 A JP1066453 A JP 1066453A JP 6645389 A JP6645389 A JP 6645389A JP 2904801 B2 JP2904801 B2 JP 2904801B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は(メタ)アクリル系ポリマー組成物に関し、
特に(メタ)アクリル系ポリマーおよびコポリマーの水
性分散液に関し、およびそれらの製造方法に関する。
(従来の技術および発明が解決しようとする課題) 水性分散液および乳濁液中での(メタ)アクリル系モ
ノマーの重合は以前から確立されている製造方法であ
り、このようにして製造された乳濁液および分散液には
建設、紙、木材および織物工業において特に接着剤とし
ての広範な用途が見出されている。
使用される(メタ)アクリル係モノマーとしては、ア
クリル酸およびその誘導体、例えばアクリルアミドおよ
びアクリル酸エステル、ならびにメタクリル酸およびそ
れに対応する誘導体が挙げられる。さらに、当該ポリマ
ーは別のオレフィン系不飽和モノマー、特にエチレンま
たはスチレンをも包含し得る。ポリマーを形成する不飽
和モノマーはもちろん、当該ポリマーの乳濁液または分
散液は、粒子が乳濁液または分散液中で凝集または沈澱
することを妨げる安定剤として作用する物質をも含む。
種々の化合物がこの目的のために提案されているが、ポ
リマー乳濁液はモノマーとポリマーを共に懸濁液中で維
持する乳化剤の存在下に製造され、一方、ポリマー分散
液は機械手段によりモノマーを分散しそしてポリマー分
散液を「保護コロイド」を用いて安定化することによっ
て製造される。
多くの物質が保護コロイドとして使用されまたは提案
されており、それらの中には澱粉および澱粉誘導体が含
まれる。ドイツ連邦共和国特許出願公開第3323804号明
細書は、前もってゼラチン化した澱粉および分解澱粉を
保護コロイドとして使用することを提案しそして特にデ
キストリン(澱粉の酸加水分解によって製造される)を
後者のカテゴリーに包含する。
より最近のベルギー特許第556214号明細書も同様に、
アクリル酸またはメタクリル酸エステルのポリマーの製
造におけるデキストリンの使用(生成物は3種類の重合
種(polymeric species)を含むと述べられている分散
液である)を開示している。これら重合種は未変換デキ
ストレン、アクリレートまたはメタクリレートがデキス
トリン上にグラフトされているポリマーおよび不飽和エ
ステルのホモポリマーである。
アクリレートポリマーの水性分散液の探索された所望
の特性は以下の通りである: a)高い全固形分(30〜60重量%) b)取扱いおよび使用を容易にする低粘度、即ち好まし
くは20℃で2000mPas未満、より好ましくは1000mPas未満
のブルックフィールド粘度。
c)低含有量の残余未重合モノマー。
d)3カ月貯蔵後に沈澱の微候を示さない安定な分散
液。
e)ポリマー乳濁液中の低含有量の「粗粒子(grit
s)」、即ち好ましは本明細書で後に記載されている方
法によって測定された時に0.05%未満。「粗粒子」は高
分子量のホモポリマーの離散粒子である。
我々は、(メタ)アクリル系モノマー、特にアクリレ
ートおよびメタクリレートエステルを、単独でまたはま
たは別のコモノマーと共に、種々の澱粉誘導体、特にデ
キストリンの存在下に分散重合することを研究した。し
かしながら、我々は上記特性に関する容認できる結果を
得るためには特定の等級(class)のデキストリンのみ
適当であることおよびこの等級のデキストリレンで最良
の結果を得るためには特定の重合方法を用いるのが得策
であることを見出した。
従って、本発明は、全固形分が30〜60重量%でありか
つ1またはそれ以上の(メタ)アクリル系モノマーを、
場合により別のオレフィン系不飽和モノマーと共に、デ
キストリンの少なくとも70%が1000〜25000の範囲にあ
る分子量を有しかつデキストリンの10%以下が25000よ
り大きい分子量を有するデキストリンの存在下に重合す
ることによって製造された水性ポリマー分散液を包含す
る。
先行パラグラフの術語「アクリレート」に、本明細書
全体において、我々は「メタクリレート」を含める。
好ましくは少なくとも80%、より好ましくは85%のデ
キストリンが1000〜25000の範囲にある分子量を有す
る。好ましくは6%以下のデキストリンが25000より大
きい分子量を有する。デキストリンの「分散性」が5未
満、即ち約3であることも有利である。「分散性」はデ
キストリンの重量平均分子量Mwの、数平均分子量Mnに対
する比、即ちMw/Mnである。分子量の測定方法は本明細
書の後に記載されている。
デキストリンは、澱粉中のアミロースおよびアミロペ
クチン分子が、より短い鎖長の分子(そういうものとし
て残ることができるかまたは再結合して新たな分子を与
えることができる)を与えるため化学試薬、例えばアル
カリまたは酸を添加してまたは添加せずに、加熱により
破壊された澱粉の分解生成物である。処理の苛酷さに応
じて、より長いまたはより短い鎖を有するデキストリン
が製造され得るが、与えられるデキストリンは唯一の化
学物質ではなく多数の異なる鎖長それ故異なる分子量の
分子を含むであろう。デキストリンは前もってゼラチン
化されるのが好ましい。なぜならば、我々は前もってゼ
ラチン化したデキストリンが、前もってゼラチン化され
ていない類似のデキストリンから製造されたポリマー分
散液と比較して、貯蔵時に粘度が増加する傾向が減じた
ポリマー分散液を与えることを見出したからである。デ
キストリンは天然澱粉からまたは慣用法で変性または置
換された澱粉から製造され得る。従って、澱粉を酸化に
よって変性することができ、それによってアルデヒドま
たはカルボキシル基が分子に導入される。澱粉分子に存
在し得る別の置換基としてはエステル基、例えばアセチ
ル基、エーテル基、例えばヒドロキシエチル基およびヒ
ドロキシプロピル基およびカチオン基、例えば第三アミ
ノアルキル基および第四アンモニウムアルキル基が挙げ
られる。
本発明による組成物は、分散液中の全固形分に対して
60重量%までのデキストリン、好ましくは15〜60%、よ
り好ましくは30〜60%、特に35〜50%を含むことができ
る。ドイツ連邦共和国特許公開3323804号明細書には、
高粘度澱粉および澱粉誘導体は保護コロイドとして3重
量%の量で使用することができ、一方、低粘度デキスト
リンは100重量%までそして「中位粘度」生成物は0.8〜
50重量%使用することができることが述べられている。
しかしながら、我々は、類似の粘度のデキストリンが同
等の粘度特性を有するポリマーまたはコポリマー分散液
を与えないことから、デキストリンの粘度はその有効性
の基準(guide)ではないことを見出した。我々は、ま
た、より少量のデキストリンは、高められた「粗粒子」
含有量を有するポリマーを与えることも見出した。
本発明による(メタ)アクリル系ポリマーの一部を形
成し得る(メタ)アクリル系モノマーは、公知でかつこ
の目的に使用されるモノマーであり、1またはそれ以上
のアクリル酸、アクリロニトリル、アクリルアミドおよ
び特に、アクリル酸とC1〜C20−アルコール、特にC3〜C
10−アルコールとのエステル、例えばブチルアクリレー
トを包含する。これらのアクリル酸誘導体のメタクリル
酸相当物、例えばメタクリロニトリメルおよびヘキシル
メタクリレートも同様に使用され得る。通例アクリル酸
モノマーと共重合するそして本発明による組成物の一部
を形成し得るオレフィン系不飽和コモノマーには、ビニ
ル化合物、例えばエチレン、塩化ビニル、スチレンおよ
びカルボン酸、特に炭素原子を20個まで含むカルボン酸
のビニルエステル、例えば酢酸ビニルおよびヘキサン酸
ビニルが包含される。類似のアリル化合物、例えばカル
ボン酸のアリルエステルも同様にコモノマーであり得
る。本発明によるコポリマーは主要なオレフィン系不飽
和モノマーとしてアクリレートモノマーを含む。特に好
ましいポリマー分散液はスチレンと共重合された、アク
リル酸またはメタクリル酸とC3〜C10−アルカノールと
の1またはそれ以上のエステルを含む分散液である。不
飽和エステルは全モノマーの70〜95重量%を構成しそし
てスチレンは残りを構成するのが適当である。
本発明によるポリマー分散液を製造し得る方法は、デ
キストリンを水に、通常高められた温度で溶解し、過硫
酸塩および、場合により、過酸化物活性化剤または開始
剤を添加し、重合を、緩衝剤/還元剤混合物をある期間
にわたって添加することにより開始しそして残りのモノ
マーを、重合混合物の温度を40〜80℃、好ましくは50〜
80℃、より好ましくは50〜60℃の間に維持するような速
度で添加することを包含する。
好ましい過酸化物は過酸化水素、好ましい過硫酸塩は
過硫酸アンモニウムまたはアルカリ金属過硫酸塩、特に
過硫酸カリウム、好ましい還元剤はアスコルビン酸であ
る。緩衝剤は、重合媒質のpHが2.5〜7の間に例えばア
スコルビン酸を用いて維持されるようなものであり、緩
衝剤はpH7を維持する重炭酸ナトリウムであることがで
きる。
重合混合物に添加され得る過酸化物開始剤または活性
化剤の量はアクリル酸および別のオレフィン系不飽和モ
ノマー1kgあたり35〜60、好ましくは40〜55ミリモルで
あるのが適当であり、そして還元剤の量は25〜70、好ま
しくは30〜55ミリモル/kgであるのが適当である。デキ
ストリンは水に85℃までのいかなる温度でも溶解するこ
とができ、温度が高ければ高いほど溶解速度は速くな
る。モノマーの約15%は通常重合の開始時点で添加さ
れ、残りは連続的に添加されて重合の間温度を制御す
る。
本発明によるポリマー分散液は特に、その高い全固形
分のため、接着剤として有用であるが、別の適用例、例
えばサイズ剤としての適用例を見出すことができる。
(実施例) 以下、本発明による分散液およびそれらの製造方法を
実施例を用いて説明する。例中、デキストリンの分子
量、分散液の沈降傾向および分散液の粗粒子の含有量は
以下の通りに測定された。
分子量 分子量測定はサイズ排除クロマトグラフィーにより行
われた。使用カラムは、Ionpak S800シリーズという名
称の下に昭和電光株式会社(Showa Denko company)に
より販売されているスルホン化ポリスチレン−ジビニル
ベンゼン樹脂である。カラムは多糖検定Kit P−82(Pul
lulan)で検量され、0.5重量%の塩化ナトリウム溶液で
溶出された。
沈降 分散液10mlを蒸留水を用いて100mlに希釈し、激しく
振とうした。24時間後、沈降原料の容積を測定し百分率
で表した(例えば2ml=2%)。
粗粒子含有量 分散液100gを水100mlで200ミクロンの篩に通して洗浄
する。残留物(粗粒子)を2時間130℃で乾燥し秤量し
た。
例中ポリマー分散液は、窒素雰囲気下に行われる以下
の一連の工程によって製造された。
1)デキストリン234gを水500g中に1時間85℃で加熱す
ることにより溶解する。
2)過酸化水素2.0g(活性化剤)を添加する。
3)過硫酸カリウム9.9g(開始剤)を130gの水に添加し
て溶解する。
4)n−ブチルアクリレートおよびスチレンの混合物7
2.6gを添加する。この量は全モノマー添加量(483.8g)
の15%である。モノマーはn−ブチルアクリレート(41
2.2g)およびスチレン(71.6g)である。
5)アスコルビン酸/重炭酸ナトリウム溶液(水70g中4
gのアスコルビン酸および4.3gの重炭酸ナトリウム)の
添加を重合媒質温度50℃で開始する。添加は160分間に
わたって行われる。
6)残りのモノマーを160分間にわたって添加する。
7)ポリマー分散液を50℃で1時間保持する。
8)分散液を50℃未満に冷却し、そして特許殺菌剤(PI
ROR P109)を添加する。例中使用したデキストリンは以
下の通りである: 5種のデキストリンを使用して上記方法を用いて製造
されたポリマー分散液の特性は以下の通りである。
NOREDUX C55およびNOREDUX C15から製造されたポリマ
ー分散液は、それらの製造90分後濃厚なプディングのコ
ンシステンシーを有しておりさらに調査しなかった。
結果は、本発明によるポリマー分散液の、特に粘度に
関する、優れた特性を証明している。結果はまた、デキ
ストリンの粘度は、正確な定性予想を、当該デキストリ
ンを混入するポリマー分散液の粘度から行うことができ
ないことを示している。
フロントページの続き (72)発明者 フランク・クラウゼ ドイツ連邦共和国、クレーブ、パストラ ーツウエーク、15 (56)参考文献 特開 昭60−15401(JP,A)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】デキストリンの少なくとも70%が1000〜25
    000の範囲にある分子量を有しかつデキストリンの10%
    以下が25000より大きい分子量を有するデキストリンの
    存在下に、1またはそれ以上の(メタ)アクリル系モノ
    マーを、場合により別のオレフィン系不飽和モノマーと
    共に重合することにより製造される、全固形分が30〜60
    重量%である水性ポリマー分散液。
  2. 【請求項2】デキストリンの少なくとも85%が1000〜25
    000の範囲にある分子量を有する、請求項1記載の水性
    ポリマー分散液。
  3. 【請求項3】デキストリンの6%以下が25000より大き
    い分子量を有する、請求項1記載の水性ポリマー分散
    液。
  4. 【請求項4】デキストリンの分散性(Mw/Mn)か5未満
    である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水性ポリ
    マー分散液。
  5. 【請求項5】デキストリンが、分散液中の全固形分の15
    〜60重量%を構成する、請求項1〜4のいずれか1項に
    記載の水性ポリマー分散液。
  6. 【請求項6】(メタ)アクリル系モノマーが、(メタ)
    アクリル酸、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アク
    リルアミド、および1またはそれ以上の、(メタ)アク
    リル酸とC1〜C20−アルコールとのエステルからなる群
    から選択される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の
    水性ポリマー分散液。
  7. 【請求項7】任意のオレフィン系不飽和モノマーがビニ
    ルまたはアリル化合物である、請求項1〜6のいずれか
    1項に記載の水性ポリマー分散液。
  8. 【請求項8】(a)デキストリンの少なくとも70%が10
    00〜25000の範囲にある分子量を有しかつデキストリン
    の10%以下が25000より大きい分子量を有するデキスト
    リンを水に溶解し、 (b)過硫酸塩および、場合により過酸化物を、(a)
    で得られた混合物に添加し、 (c)(メタ)アクリル系モノマーおよび任意のオレフ
    ィン系不飽和モノマーの一部を、(b)で得られた混合
    物に添加し、 (d)緩衝剤/還元剤混合物を、ある期間にわたって
    (c)で得られた混合物に添加することによって、重合
    を開始し、 (e)(メタ)アクリル系モノマーおよび任意のオレフ
    ィン系不飽和モノマーの残りを、重合混合物の温度を40
    ℃と90℃の間に維持するような速度で添加する、ことを
    特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の水性
    ポリマー分散液の製造方法。
  9. 【請求項9】過酸化物が過酸化水素であり、過硫酸塩が
    過硫酸アンモニウム、ナトリウムまたはカリウムであ
    り、還元剤がアスコルビン酸であり、緩衝剤が重炭酸ナ
    トリウムでありそして段階(e)における重合混合物の
    温度が50〜60℃である、請求項8記載の方法。
  10. 【請求項10】過酸化物の量が、モノマー1kgにつき35
    〜60ミリモルであり、過硫酸塩の量が、モノマー1kgに
    つき40〜120ミリモルであり、そして還元剤の量が、モ
    ノマー1kgにつき25〜70ミリモルである、請求項8また
    は9記載の方法。
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