JP3034888B2 - 酸含有重合体の遷移金属交又結合 - Google Patents
酸含有重合体の遷移金属交又結合Info
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Description
乳濁物や分散物に添加することが知られている(米国特
許第3,308,078号、第3,328,325号、第3,467,610号、第
3,554,790号、第4,150,005号、および第4,517,330
号)。
な塩または酸化物とアミンまたはその他の簡単な錯化剤
とから生成される。(次に式において、Mは遷移金属を
表わし、Lは配位子を表わす。) 遊離(または水和)金属イオンから錯体を形成する上
記工程の各々は可逆的であり、そして平衡になるので、
そのプロセスは配位子種を過剰に添加して、質量作用に
よって、完了(四座配位子錯体)するように強制されな
ければならない。錯化剤は酸性重合体に金属を供与しな
い非常に安定な錯体構造の生成を避けるために簡単な配
位子でなければならない。
に、イオン錯体の表面積を増大して単位面積当たりの電
荷を減少させるために、金属錯体は重合体への添加の前
に形成される。酸含有重合体が多価イオンに対して不安
定であることは周知であり、実際、多価イオンは重合体
を廃液から凝集沈澱させるために慣用されている(Fe+
+、Fe+++、およびAl+++塩が最も慣用されてい
る)。錯体多価塩の減少した電荷密度は重合体乳濁物の
安定性に責任を負っていると考えられる極性二重層の破
壊を最小限にする。
オン交換(counterion exchange)を受ける。最も普通
には、錯体の多価陽イオンは炭酸塩、重炭酸塩、または
酢酸塩として製造される。この技術が一般に理解されて
いるように、塩の陰イオンの唯一の限定はそれが側鎖重
合体酸(pendant polymeric acid)の陰イオンよりも強
い塩基であるということである。塩化物などのように弱
い塩基性陰イオンが塩として使用された場合には、対イ
オン交換のプロセスが起こらないので交又結合は明らか
に起こらない;弱い塩基性陰イオンは重合体酸の陰イオ
ンと置き変わらない。(次の式において、P〜〜CO2Hは
重合体に結合している酸官能基を表わす。) 安定な金属錯体の陰イオンの共役酸は揮発性または不
安定でなければならない。例えば、酢酸、すなわち、酢
酸陰イオンの共役酸は揮発性であり;炭酸、すなわち、
重炭酸陰イオンおよび炭酸陰イオン両者の共役酸は不安
定である(瞬時に二酸化炭素と水に分解する)。実際に
は、揮発性共役酸や、不安定な共役酸の分解の揮発性副
生物の蒸発はこの交又結合反応時に遭遇する加工上の問
題である。
陽イオンは重合体の潜在交又結合を付与する(Maintena
ce chemical Specialties,Walter J.Hackett著、Chemic
al Publishing社発行、ニューヨーク、1972年、9〜13
頁)。この交又結合は重合体膜形成段階で揮発性(アミ
ン)酸位子が金属から脱離した後にのみ起こるので潜在
的であると表現されている。
成、または金属による重合体カルボキシル錯体の形成に
よる。
て、膜形成プロセスを妨害することのない乾燥時に被膜
状態で交又結合するような重合体を生成する技術を可能
にした。最終の交又結合重合体は側鎖の酸官能基を不溶
性の酸−金属塩または錯体の状態に効率的に固定してい
るので、金属交又結合重合体は洗剤やクリーニング溶液
のようなアルカリ性材料に対して改善された抵抗性を有
する。
の低レベル(代表的には1〜3%)の添加は交又結合プ
ロセスを効率的に逆転させると考えられる。遊離の金属
−アミン錯体が再生され、従って、重合体酸官能基が遊
離し、それが簡単なアルカリ性物質によって攻撃され
る。これ等アミン含有クリーナー溶液は先に形成された
膜の除去を効率的に可能にするのでストリッパーとして
知られている。
潤コートが高濃度の錯化性アミン配位子を含有している
ためにこれ等金属塩錯体を含有する組成物の複数コート
の適用がしばしば困難であることが立証されたことであ
る。この高濃度の遊離アミンおよび錯体から脱離したア
ミン配位子は先に適用されたアンダーコート上ではスト
リッパーとして作用し、トップコートの適用中にアンダ
ーコートの再分散を持ち込ませ、被覆物の白色化および
ゴースト化を生じさせ、そして劣った再被覆性として知
られている再被覆プロセスの一般的崩壊を生じさせる。
これ等困難性は特に、工業的応用の通常の実施における
ように被覆性配合物を迅速に適用する場合に認められ
る。
乾燥膜の性質に多くの改善をもたらしたけれども、遷移
金属錯体配合物の高アンモニア含量は穩やかな毒性と高
い臭気という点が不利である。また、揮発性配位子はこ
の技術によって生成された乳化重合体の取扱、処方、お
よび使用における困難性につながる。
る膜を形成する組成物を提供することである。
発生しないかかる組成物を提供することである。
壊させることなく迅速に再被覆することができる組成物
を提供することである。
高い温度で遷移金属化合物と反応させる。反応を起こさ
せるのに十分な時間、遷移金属化合物と重合体を接触状
態に維持する。
た膜は酸含有重合体を交又結合するのに従来使用されて
いたアミンのような揮発性配位子の使用に関係した毒性
や臭気や適用問題を伴うことなく、潜在的な金属塩交又
結合を通して生成された交又結合された耐洗剤性膜の利
点を示す。さらに、本発明の方法は本発明を実施すると
きにはより高い化学量論レベルの、重合体の酸官能基と
の反応を生じさせる能力によって示されるように、潜在
的な金属塩交又結合よりも完全に重合体の酸官能基を交
又結合させるようである。
を満足しなければならない。水に溶解または分散しなけ
ればならず、かつ側鎖の酸官能基を含有していなければ
ならない。終点または末端基としての酸官能基だけを含
有する重合体は必要な交又結合重合体および膜特性を生
じない。
重量%の酸性単量体を使用して既知の手段によって重合
体に組み入れることができる。酸性単量体の例はエチレ
ン的不飽和酸単量体例えばアクリル酸、メタクリル酸、
マレイン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、ビニルフェ
ノール、およびこれ等の混合物である。
および要求する適用特性をもたらすように選択され、そ
して遊離基触媒の存在下で軟質重合体になる重合性コモ
ノマー、または遊離基触媒の存在下で硬質重合体になる
ものを包含する。重合して軟質重合体になるコモノマー
の例は、炭素原子18個までまたはそれ以上のアルキル置
換基をもった第一および第二アルキリアクリレート、炭
素原子5〜18個またはそれ以上のアルキル置換基をもっ
た第一および第二アルキルメタクリレート、または遊離
基触媒によって重合して軟質固体重合体になるその他の
エチレン的不飽和化合物であり、炭素原子2個超の飽和
モノカルボン酸のビニルエステルも含まれる。好ましい
エチレン的不飽和化合物は上記アクリレート、イタコネ
ート、およびメタクリレートであり、最も好ましいエス
テルは炭素原子8個以下のアルキル基を有するものであ
る。
は式 (式中、R′は水素またはメチル基であり、R′がメチ
ルであるときRXは炭素原子5〜18個の第一または第二ア
ルキル基を表わし、そしてR′が水素であるときRXは炭
素原子18個以下の、好ましくは炭素原子2〜8個の、よ
り好ましくは炭素原子2〜4個の、アルキル基を表わ
す) によってまとめることができる。
ート、プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレー
ト、ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、se
c−ブチルアクリレート、アミルアクリレート、イソミ
ルアクリレート、ヘキシルアクリレート、2−エチルヘ
キシルアクリレート、オクチルアクリレート、3,5,5−
トリメチルヘキシルアクリレート、デシルアクリレー
ト、ドデシルアクリレート、セチルアクリレート、オク
タデシルアクリレート、オクタデセニルアクリレート、
n−アミルメタクリレート、sec−アミルメタクリレー
ト、ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタ
クリレート、2−エチルブチルメタクリレート、オクチ
ルメタクリレート、3,5,5−トリメチルヘキシルメタク
リレート、デシルメタクリレート、ドデシルメタクリレ
ート、オクタデシルメタクリレート、およびブトキシエ
チルアクリレートまたはメタクリレートのような置換ア
ルキル基を有するものである。
はブタジエン、クロロプレン、イソブテン、およびイソ
プレンである。これ等はやはり本発明に有効である硬質
単量体例えばアクリロニトリルやスチレンや上記のよう
なその他の硬質単量体と共にゴムラテックスに慣用され
ている単量体である。オレフィン単量体、特にエチレン
およびプロピレンも適切な軟質単量体である。
飽和単量体の例は炭素原子4個以下のアルキル基を有す
るアルキルメタクリレート、および炭素原子2個以下の
アルキル基を有するアルキルアクリレート、tert−アミ
ルメタクリレート、tert−ブチルまたはtert−アミルア
クリレート、シクロヘキシル、ベンジル、またはイソボ
ルニルアクリレートまたはメタクリレート、アクリロニ
トリル、またはメタクリロニトリル、硬質重合体を生成
する化合物の好ましい基を構成するものである。やはり
硬質重合体を生成する、スチレン、塩化ビニル、クロロ
スチレン、酢酸ビニル、およびα−メチルスチレンも使
用でさる。
フェニル、メチルフェニル、およびエステル生成基、−
COOR″(但し、R″はシクロヘキシルまたはメチルまた
はエチルまたは炭素原子4〜5個のtert−アルキル基で
ある)、またはR′がメチルであるときには、炭素原子
2〜4個のアルキル基を表わす] によってまとめることができる。これ等のいくつかの代
表的な例は既に挙げた。その他の具体的化合物はメチル
メタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタ
クリレート、イソプロピルメタクリレート、イソブチル
メタクリレート、n−ブチルメタクリレート、sec−ブ
チルメタクリレート、およびtert−ブチルメタクリレー
トである。アクリルアミドやメタクリルアミドも共重合
体の硬質成分として使用できる。
ト、ビニルアセテート、ビニルプロピオネート、ビニル
ブチレート、およびビニルベルジテート(vinyl versit
ate)のようなビニルアルコールのエステルの重合体で
ある。好ましいものはポリ(ビニルアセテート)および
ビニルアセテートと次のような単量体1種以上との共重
合体である:塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、
ビニルトルエン、アクリロニトリル、メタクリロニトリ
ル、アクリレートまたはメタクリレートエステル、およ
び上記単量体を含有する官能基。
合での乳化共重合によって製造することができる。通常
の乳化重合技術は米国特許第2,754,280号および第2,79
5,564号に記載されている。従って単量体は、陰イオン
性、陽イオン性、または非イオン性の分散剤によって乳
化される。これ等分散剤は全単量体の重量に対して約0.
5%〜10%の量で使用される。水溶性単量体が使用され
る場合には、分散剤はその他の低溶解性単量体を乳化さ
せる働きをする。過硫酸アンモニウムまたはカリウムの
ような遊離基タイプの重合開始剤は単独で、または二亜
硫酸カリウムやチオ硫酸ナトリウムのような促進剤との
組み合わせで使用されてもよい。開始剤および促進剤は
触媒とも呼ばれており、共重合されるべき単量体の重量
を基準にして各々1/2〜2%の割合で使用されてもよ
い。重合温度は室温〜90℃またはそれ以上でもよく、通
常そうである。
ルキル−、アリール−、アルキルアリール−、およびア
リールアルキル−スルホン酸の、−硫酸の、およびポリ
エーテル硫酸のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩;
相応する燐酸塩およびホスホン酸塩;およびエトキシル
化された、脂肪酸、アルコール、アミン、アミド、およ
びアルキルフェノールである。
物を含む連鎖移動剤がしばしば重合混合物中に望まれ
る。
て交又結合可能である。特に、有効な第一段階の共重合
体は添加された親水性単量体を含有する、エチレン/エ
チルアクリレート共重合体やエチレン/ビニルアセテー
ト共重合体である。
s.Soc.1(3),123(1956)のT.G.Foxの方法に従って算
定されたガラス転移温度を意味している。
できるが、具体的応用のために、ヒ素、水銀、コバル
ト、銅、鉛、カドミウム、ニッケル、およびクロムの使
用を考慮する場合には、高いコスト、毒性、または重合
体膜の着色のせいで、注意を喚起しなければならい。安
定なアミン錯体を生成する能力がないので潜在的金属塩
交又結合に使用することができなかった、アルミニウム
やタングステンや錫のような或る遷移金属は本発明に有
効である。遷移金属の組み合わせも有効に使用されるで
あろう。2価のアルカリ性金属は一般に交又結合剤とし
て効率的でない。
の基準に基づく好ましい金属は亜鉛、アルミニウム、
錫、タングステン、およびジルコニウムなどである。亜
鉛とアルミニウムが特に好ましい。遷移金属の有効化合
物は酸化物、水酸化物、炭酸塩、および酢酸塩(通常、
下記に考慮されている溶解度の点から塩基性酢酸塩)な
どである。
に、金属化合物は比較的不溶性でなければならない。何
故ならば、中位の溶解性の塩(すなわち、60℃の水中に
0.4%)でさえ、溶液中に過度のレベルの多価陽イオ
ンを生じることがあるからである。高レベルの多価陽イ
オンは重合体の多価陽イオン不安定性(二重層は多価陽
イオンによって破壊されると考えられる)のせいで、酸
含有重合体の分散物または乳濁物を沈澱または沈降させ
ることがある。この遷移金属化合物の低溶解度要件は水
溶液中の酸含有重合体に対しては適用されず、酸含有重
合体の水性分散物および乳濁物にだけ適用される。
状態の酸含有重合体を反応ゾーンに装填し、そしてこれ
に、重合体をその有効ガラス転移温度(Tg)より高い温
度に維持しながら、適量の遷移金属化合物を添加するこ
とによって実行される。この反応温度は、算定Tg以上か
ら約100℃未満であることが好ましい。遷移金属化合物
はその高い温度で、反応が完了するまで、酸含有重合体
との接触状態に維持される。反応完了点は反応混合物の
不透明度の認めうる低下およびpHの増加によって標示さ
れる。この方法はまた、不溶性金属化合物が添加された
後に重合体分散物を加熱することによっても実施でき
る。反応ゾーンは反応器の中のどの適切な反応釜または
領域であってもよい。反応器の或る釜または部分からの
材料の移送が反応中に行われる場合には、反応ゾーンの
下の別の釜または領域を伴う。この方法はバッチ、連
続、または半連続のプロセスとして実施されてもよい。
属化合物の最大量は重合体の中の側鎖酸官能基の量(当
量)を参考に決定することができ、金属イオンのわかっ
ている原子価に基づいて必要量の金属イオンが選択され
る。2価の金属イオンは化学量論的に、金属塩1モル当
たり酸2当量と反応し、そして3価の金属イオンは酸3
当量と反応する。1価の金属塩はこの技術によっては重
合体を有効に交又結合させない。
る危険性を減少させるためには、完全な化学量論当量の
金属より少ない量を使用することが一般に望ましい。遷
移金属化合物の量は重合体の酸官能基を基準とした化学
量論量の約10%〜約100%であることがより望ましい。
未反応の過剰物の存在は乳濁物の安定性を減少させる
か、又は得られた膜の中に、反応生成物の或る種の用途
には望ましくない金属化合物の残留物を生じさせること
があった。
より迅速に進むであろう。微細な金属化合物の予備分散
はさらに迅速な反応をもたらす。一般に、反応の程度ま
たは有効性はこれ等改変によっては変動せず、単に反応
速度が変動するだけである。酸含有重合体が中位〜低溶
解度の水溶液重合体として製造された場合には、不溶性
金属化合物は非常に微細な粉末または水性分散物として
添加されることが必要である。低溶解度の水溶液重合体
を用いたときにこの警告に従わなかった場合には、金属
化合物の粒子は不溶性重合体の金属塩の層によって被覆
されることがあり、それは重合体と遷移金属化合物との
更なる反応を事実上遅延させる。
が添加されるまでは酸の形態を維持しなければならな
い。重合体乳化安定性または重合体溶解性を付与するた
めに重合体の部分中和(2〜20%)が行われてもよい
が、それ以上の中和(例えば>50%)は重合体と金属化
合物との反応の速度を遅延させる。
反応中にも維持するのに十分な程度にまで中和されなけ
ればならない。低溶解度の重合体は溶解度を反応中にも
維持するために大きな度合の中和を必要とし、そして高
い溶解度のものは小さな度合の中和を必要とする。しか
しながら、重合体酸官能基の中和度が大きくなると、遷
移金属化合物との反応が遅くなる。
がき剤ヒビクル)においては、重合体乳濁物はその意図
したように機能するように界面活性剤のようなその他の
配合成分を可能にするように7.0より大きなpHを有する
ことが必要である。このpH調節は重合体酸官能基の大部
分が酸形態で残るようにかつ反応速度が有意に遅くなら
ないように、重合体乳濁物が不溶性金属化合物と反応し
た後で行れることが好ましい。乳化重合体生成物の或る
種の用途においては、重合体または配合物を揮発性塩基
例えばアンモニアやその他のアミンで中和することが望
ましい。かかる塩基性化は重合体が不溶性遷移金属化合
物と反応した後で行われることが望ましい。本発明はア
ミン錯体交又結合によって可能になるものよりも、より
高度に交又結合された重合体、および塩基による中和に
よって安定化されるがよりはるかに低いpHを示す配合物
を提供できる。米国特許第4,517,330号に開示された混
成金属による交又結合技術が本発明の方法と共に実施さ
れてもよい。この技術は、許容できる反応速度を与える
ためには、重合体が遷移金属化合物と反応した後で塩基
性アルカリ金属塩を添加することによって実施されるこ
とが望ましい。塩基性アルカリ性金属塩の画分は重合体
酸官能基の少部分を予め塩基性化して上記のように反応
中の向上した重合体安定性をもたらすために使用されて
もよい。
体が有効であるあらゆる用途に適し、特に、化学的また
は物理的攻撃に抵抗性を示さなければならない用途に適
する。これ等用途は塗料、みがき剤、特に床みがき剤、
工業用および保守用被覆材のような被覆材を包含する。
に、顔料、充填剤、湿潤剤、乳化剤、および分散剤とを
含むことができる。また、床みがき用組成物は、本発明
の重合体生成物と、任意的に、アルカリ可溶性樹脂、ワ
ックス、湿潤剤、乳化剤、および分散剤と、組成物の全
固形分を約2〜約55%にする量の水とを含むことができ
る。
説明する。これ等実施例は本願明細書および特許請求の
範囲に記載されている本発明の範囲を制限するものとし
て読まれるべきではない。別に特定されていないかぎ
り、部は重量部であり、%は重量%である。
S)28%溶液77gの攪拌溶液に、下記単量体を順にゆっく
り添加することによって、乳化された単量体混合物を調
製した: 手順A 温度計、冷却器、および攪拌機を装備した適切な反応
釜の中で、SLS28%溶液176gと脱イオン水5150gとの溶液
を80〜85℃に加熱した。この反応釜に上記の単量体乳濁
物の164g分を一度に添加し、そして温度を80〜82度に調
節した。この反応釜に過硫酸アンモニウム(APS)触媒
溶液(41.5gを水200g中に溶解したもの)を一度に添加
した。約5分以内に3〜5℃の温度上昇および反応混合
物の外観(色および不透明度)の変化によって重合開始
の徴候があった。発熱がおさまったら、残りの単量体混
合物および同時供給触媒溶液(脱イオン水600g中のAPS2
0.7g)を反応釜に徐々に添加した。添加速度は重合反応
の熱が冷却によって除去できるような速度を基準に選択
されなければならない(2〜3時間)。重合反応温度は
必要なら冷却により80〜84℃に保たれるべきである。添
加が完了したら、単量体混合物および触媒の容器と、供
給ラインとを水で洗浄し、その洗液を釜に収めた。釜は
保存のために室温に冷却されるか、又は不溶性遷移金属
化合物と反応のために適切な温度に保たれる。得られた
重合体は43℃の算定Tg、および49℃の最低フィルミング
温度を有していた。
フィルミング温度測定バー、長さに沿って一定間隔を有
する温度測定用熱電対を有する水平の矩形プレートまた
はテーブルを使用する。テーブル内部に位置する加熱ユ
ニットと、一端にドライアイス/アセトン浴を装填でき
る槽との手段によって、バーに沿って0〜100℃の温度
勾配を維持する。約1/32インチの深さの長い溝がバーの
長さ方向に走っており、それは全温度範囲に及んでい
る。試験すべきみがき剤のサンプルをピペットで溝の一
つに注入し、そしてピペットの先端でその溝に沿って広
げ、そして乾燥した。このみがき剤残留物が不連続から
連続膜に変化する個所のバー温度をMFTとして記録す
る。
組成の未交又結合の重合体(Tg43℃、MFT49℃、全固形
分43.6%)のサンプル100gを50℃に加熱し、そして予め
水15gの中に混入された0.62gの酸化亜鉛(7.60ミリモ
ル、重合体の酸官能基を基準にした化学量論量の30%)
を3ccずつ5回にわけて重合体乳濁物に添加した。添加
毎に混合物は曇ったが、その曇りは5分以内に消滅し
た。この乳濁物の生成物は無沈降のままであり、60〜62
℃のMFTを有していた。
体のMFTの増加、および重合体は酸化亜鉛と反応したこ
とを意味する沈降の不在に結びついており、それでいて
なお、この重合体は適切に配合されたときに膜を形成す
る能力を保有している。
添加後により迅速に起こり、それは反応速度がより迅速
であることを意味する。この乳濁物の生成物は無沈降の
ままであり、そして58〜60℃のMFTを有していた。
%の酸化亜鉛との反応 反応温度が70℃であり、そして酸化亜鉛の量が0.83g
(10.14ミリモル、化学量論量の40%)である以外は、
実施例1の手順を繰り返した。混合物は酸化亜鉛の各部
分の添加後には曇ったが、約1分で反応の完了を意味す
る最初の外観にもどり、そしてこの系は無沈降のままで
あった。この乳濁物の生成物は69〜71℃のMFTを有して
いた。
%)の組成を有する未交又結合の重合体乳濁物100gに、
49.8%固形分の酸化亜鉛分散物1.69g(10.14ミリモル、
化学量論量の40%)と水15.24gを添加した。混合物を周
囲温度(22℃)で1時間攪拌した。しかしながら、混合
物の増大した不透明度は解消せず、そして放置後にひど
い沈降が出現した。ろ過された乳濁物生成物は48〜50℃
のMFTを有していた。これは上記手順の間にMFTが変化し
なかったことを表わしており、それは反応が起こらなか
ったことを意味している。
を用いての、低い化学量論量で、かつTg未満での認めら
れなかった反応 化学量論量の35%の酸化亜鉛で、そして加熱すること
なく比較例Aを繰り返した。ただし、酸化亜鉛分散物の
添加前に、10%水酸化カリウム水溶液で乳濁物のpHを7.
5に調節して乳濁物を安定化させ、そして比較例Aで認
められたひどい沈降が重合体の沈澱によるものかどうか
を調べた。室温(22℃)で16時間攪拌後にも、混合物の
不透明度は解消せず、放置後には沈降が出現した。ろ過
された重合体乳濁物は48〜50℃のMFTを有していた。こ
れは上記手順の間にMFTが変化しなかったことを表わし
ており、それは反応が起らなかったことを意味してい
る。
れなかった反応 酸化亜鉛を化学量論量の30%の量で装填した以外は比
較例Bを繰り返したところ、やはり沈降が出現した。ろ
過された乳濁物生成物は48〜50℃のMFTを有していた。
これは反応が起こらなかったことを意味する。この反応
系からの沈降物の分析はそれが酸化亜鉛であったことを
示した。
錯体の場合の沈降発生 実施例1に記載した重合体のサンプル100gに、米国特
許第3,308,078号および第4,017,662号に記載されている
ように製造された亜鉛/アミン錯体を化学量論量の50%
の量で配合した:50.3gの酸化亜鉛を62.7gの重炭酸アン
モニウムおよび83.4gの28%水酸化アンモニウムと反応
させ、そして285gの脱イオン水で希釈して重炭酸テトラ
アミノ亜鉛の1.28モル溶液(金属としての亜鉛8.39%)
にした。この溶液(12.7ミリモルの酸化亜鉛)を、22℃
に維持された急速攪拌乳濁物に30分間かけて添加した。
6時間攪拌後、混合物を16時間放置したところ沈降が観
察された。これは重合体酸官能基を基準にした化学量論
量の50%にあたる亜鉛/アミン錯体の混合物がこの重合
体と共に保存安定性の配合物を生成しなかったことを意
味している。
応 乳化重合体を77℃に維持し、そして酸化亜鉛の量を重
合体酸官能基を基準にした化学量論量の50%(1.03g、1
2.67ミリモル)にしたこと以外は、実施例1の実験に従
った。酸化亜鉛粉末は急速攪拌重合体乳濁物に一度に添
加された。曇った反応混合物は数分間で透明な青色の外
観にもどり、そしてこの系は無沈降のままであった。得
られた乳濁物生成物は74〜76℃のMFTを有していた。こ
れは反応が起こったことを意味している。
認められなかった反応 化学量論量の50%の酸化亜鉛(1.03g、12.67ミリモ
ル)を使用して38℃(乳化重合体のTg43℃より低い)で
実施例4の実験を繰り返した。反応混合物の粉っぽい外
観は38℃で1時間攪拌および室温(22℃)で16時間以上
の攪拌の間存続した。数時間放置後、反応混合物の底に
微細な白色沈澱物が沈降した。乳濁物生成物のろ過され
たアリコートは48〜50℃のMFTを有していた。それは反
応が起こらなかったことを意味する。
反応の生成 比較例Eの生成物(沈降を有する)を攪拌しながら77
℃に再加熱した。反応混合物の粉っぽい外観は急速に消
滅した。冷却および1時間静置の後に、沈降は存在しな
かった。この乳濁物生成物は74〜76℃のMFTを有してい
た。それは反応が起こったことを意味する。
れた反応 1.24gの酸化亜鉛(15.21ミリモル、化学量論量の60
%)を使用して実施例4の実験を繰り返したところ、同
じよな結果が得られた。沈降の無い乳濁物生成物は79〜
81℃のMFTを有していた。
れた反応 1.44gの酸化亜鉛(17.74ミリモル、化学量論量の70
%)を使用して実施例4の実験を繰り返したところ、同
様の結果が得られた。沈降の無い乳濁物生成物は84〜86
℃のMFTを有していた。
れた反応 1.65gの酸化亜鉛(20.28ミリモル、化学量論量の80
%)を使用して実施例4の実験を繰り返したところ、同
様の結果が得られた。沈降の無い乳濁物生成物は88〜90
℃のMFTを有していた。
れた反応 1.86gの酸化亜鉛(22.81ミリモル、化学量論量の90
%)を使用して実施例4の実験を繰り返したところ、同
様の結果が得られた。沈降の無い乳濁物生成物は91〜94
℃のMFTを有していた。
された反応 2.06gの酸化亜鉛(25.35ミリモル、化学量論量の100
%)を使用して実施例4の実験を繰り返した。反応混合
物における低下した不透明度の出現のための時間によっ
て表わされる反応時間は長くなり、放置すると僅かに沈
降が生じた。ろ過された乳濁物生成物のMFTは96〜99℃
であり、それは実施例9の化学量論量の90%におけるよ
りも大きな度合の反応が起こったことを実証している。
れた反応 2.48gの酸化亜鉛(30.42ミリモル、化学量論量の120
%)を使用して実施例4の実験を繰り返した。この場
合、白色反応混合物の不透明度は減少せず、そして放置
すると急速に有意量の微細白色沈澱物が生じた。沈澱物
を単離し、洗浄し、分析したところ、未反応の酸化亜鉛
であることが判明した。ろ過した乳濁物生成物は96〜99
℃のMFTを有していた。それはこの実験における酸化亜
鉛との重合体の反応度(化学量論量の100%になるまで
に消費された度合)が実施例10のそれと同じであったこ
とを意味している。
化重合体の無沈降サンプルを製造した(実施例1の生成
物)。この生成物のpHをアンモニアで6.3から7.4に調節
し、そして乳濁物を脱イオン水で38%全固形分に希釈し
た。この乳化生成物(実施例12)のMFTは59〜62℃であ
った。
アリコートを (NH3)4Zn(HCO3)2(金属塩錯体、従来の潜在交又結合
剤)の8.3%溶液5.99g(亜鉛金属として測定した場合、
7.60ミリモル、化学量論量の30%)によって交又結合さ
せた。この交又結合乳濁物を脱イオン水で全固形分38%
に希釈した。この乳化生成物(比較例F)のMFTは60〜6
2℃であった。
Fから床みがき剤を製造した。
複合体タイルに適用し、そして指定された試験手順に従
って試験した。次の表の中の、「ビニル」は固体ビニル
タイルに適用された試験を意味し、そして「VCT」はビ
ニル複合体タイルに適用された試験を意味する。次のよ
うな比較結果が得られた。
わされた等級は2つの等級の間の性能を意味している。
物は応力再被覆性の名のもとに報告されている比較例F
のデータによって示された再コート問題を伴うことなく
潜在金属塩交又結合の正の性能特性に満たした。
の再被覆性を与える;使用者が迅速に多数回コート仕上
げを得ようと試みる場合に行われるように、第2回コー
トが推奨されている1時間より短いインターバルで適用
できるかどうか、みがき剤乳濁物の性能を試験するため
に、第2回コートは20分のインターバルの後に適用され
る。このより厳しい挑戦下で、実施例12の重合体から製
造されたみがき剤は全ての試験パラメーターについて
「優秀」の性能を示した。これに対して、比較例Fのみ
がぎ剤は再分散、アプリケーター引きずり、および白色
化試験については「普通」性能を示し、そしてゴースト
試験では「良」を示した。これは比較例Fのみがき剤の
より困難な塗布性(アプリケーター引きずり)および低
下した外観品質(白色化、再分散、およびゴースト)と
して言い換えられる。
/スチレン12部/メタクリル酸8部の単量体混合物か
ら、上記手順Aに従って、重合体(算定Tg48℃、および
実測MFT54〜55℃)を製造した。
(固形分44.0%)100gに65℃で、粉末酸化亜鉛(コダッ
ク515)0.58g(7.61ミリモル)および水14.42gを添加し
た。これは重合体の酸含量を基準にした化学量論量の35
%の酸化亜鉛に相当する。白色酸化亜鉛粉末はゆっくり
反応し、そしてサンプルは無沈降であった。この乳化重
合体の生成物は65〜66℃のMFTを有していた。
散物(0.1%タモール731分散剤および脱イオン水)を1.
17g(7.61ミリモル、化学量論量の35%)を使用して、
実施例13の実験を繰り返した。混合物は白色かつ不透明
になったが、攪拌によって急速に初期の外観にもどっ
た。この生成物は放置後にも無沈降であった。この乳化
重合体生成物は65〜67℃のMFTを有していた。
アンモニウム(28%)110g、炭酸水素アンモニウム68.7
g、ジメチルアミノエタノール37.5gおよび5.99%亜鉛
(金属として)にするための希釈水から生成された亜鉛
錯体溶液7.81gで処理した。亜鉛の化学量論量は重合体
酸を基準にして35%であった。乳化重合体の生成物は63
〜64℃のMFTを有していた。
剤ビヒクルとして配合し試験した。スチレン化アクリル
系の床みがぎ剤の配合 配合定数 重合体/ASR/ワックス比 75/10/15 75/10/15 不揮発性固形分(理論量) 24.5% 24.5% pH 7.4 8.9 粘度(ブルックフィールドLVT、ウルトラローアダプタ
ー、60rpm) 6.6 8.0 注:1)ローム&ハース社の製品: 添加後に水酸化アンモニウムでpH7.5に中和された。
能を示した。
/スチレン25部/アクリロニトリル5部/メタクリル酸
8部の単量体混合物から、上記手順Aに従って、スチレ
ン化アクリル系乳化重合体を製造した(算定Tg47℃、お
よび実測MFT54〜55℃) この重合体を65℃で、化学量論量の95%の酸化亜鉛と
反応させた。反応混合物は不透明になり、それから初期
の外観にもどり、そして沈降は観察されなかった。乳化
重合体の生成物は70℃のMFTを有した。
後(68℃のMFT)、この重合体を床みがき剤に配合し
た。この床みがき剤は良い性能特性と優秀な応力再被覆
性を示した。
クリル酸20部の単量体混合物から、手順Aに従って、重
合体を製造した。62℃の算定Tgを有する、40.6%固形分
の乳濁物は5.1のpHを有し、そして68〜70℃のMFTを有し
た。乳濁物を70〜72℃に加熱し、そしてそれに、タモー
ル731分散剤の0.75%水溶液56gの中に粉末の水酸化亜鉛
44gを分散させて得られた水酸化亜鉛分散物10.66g(47.
2ミリモル、重合体酸を基準にした化学量論量の50%)
を添加した。1時間後、反応混合物はより不透明でなく
なったことが認められ、そしてもとの外観にもどった。
反応生成物は無沈降であり、そして96℃のMFT、および
6.2のpHを示した。これ等3つの性質はいずれも、重合
体と不溶性遷移金属化合物との間に反応が起こったこと
を意味している。
溶液6.3部の攪拌溶液に、次の単量体をゆっくりかつ順
番に添加することによって、2種類の単量体乳化混合物
(単量体乳濁物No.1およびNo.2)を調製した: 重合 温度計、冷却器、および攪拌機を装備した適切な反応
釜の中で、28%SLS溶液51部と脱イオン水858部との溶液
を80〜85℃に加熱した。この反応釜に上記単量体乳濁物
No.1を51部を一度に添加すると、温度は80〜82℃に降下
する。過硫酸アンモニウム(APS)触媒溶液(8.4部を水
48部に溶解したもの)を一度に反応釜に添加した。約5
分以内に3〜5℃の温度上昇および反応混合物の外観
(色および不透明度)の変化による重合開始の徴候がみ
られる。発熱がおさまったら、単量体乳濁物No.1の残り
の量と同時供給触媒溶液(脱イオン水64.5部の中のAPS
1.2部)を徐々に反応釜に添加する。添加速度は重合反
応の熱が冷却によって除去できる速度を基準に選択され
なければならない(1〜2時間)。重合反応温度は必要
に応じて冷却されることによって80〜88℃に維持される
べきである。添加が完了したら、単量体乳濁物No.1と触
媒の容器および供給ラインを水30部で洗い、その洗液を
反応釜の中に入れる。反応混合物を82〜86℃に15分間維
持し、それから単量体乳濁物No.2と同時供給触媒溶液
(脱イオン水64.5部の中のAPS1.2部)を徐々に反応釜に
添加する。添加速度は重合反応の熱が冷却によって除去
できる速度を基準にして選択されるべきである(1〜2
時間)。重合反応温度は必要に応じて冷却によって80〜
88℃に維持されるべきである。添加が完了したら、単量
体乳濁物No.2および触媒の容器と、供給ラインを水30部
で洗い、その洗液を反応釜の中に入れる。反応混合物を
83〜88℃に15分間維持した後、水9部の中のt−ブチル
ビドロペルオキシド1.3部のチェース溶液を10分間で添
加し、それから、水39部の中のイソアスコルビン酸0.5
部の第二チェースを15分間かけて添加する。このバッチ
は貯蔵のために周囲温度に冷却されるか又は不溶性遷移
金属化合物との反応のために適切な温度に保たれる。得
られた重合体は10℃(第一段の重合体)と110℃(第二
段の重合体)の実測Tg、および55℃の有効(全体)Tgを
有する。30BA/10.5MMA/5HEMA/4.5MAA/40スチレン/5MMA/
5AAの組成をもった、46.9%固形分のこの乳濁物は32℃
の最低フィルミング温度(MFT)を有する。
合体100gを60℃に加熱し、そしてそれに攪拌しながら、
水10g中に分散された酸化亜鉛1.39g(17.13ミリモル、
全重合体酸官能基を基準にした化学量論量の60%)を添
加した。20分後、反応混合物の非常に粉っぽい外観は初
期の乳濁物の乳状の外観にもどった。冷却し、そして一
晩放置した後に、軟質のややゲル状の沈降物が生じたこ
とが認められた。
と同じ組成および重合体/亜鉛比であり、かつ反応混合
物と同じ化学量論的組成および重合体/金属比であるこ
とが判明した。しかしながら、この反応生成物乳濁物は
明らかに安定でなく、反応プロセス中に遭遇する機械
的、化学的、または熱的衝撃の結果として沈降物を生じ
る。ろ過した乳濁物は44℃のMFTを有しており、それは
金属塩との反応が行われたことを意味している。
に、酸化亜鉛分散物の添加の前に、重合体乳濁物のpH4.
8を10%水酸化カリウム溶液でpH6に部分中和した以外
は、実施例17の実験を繰り返した。金属化合物との反応
後に、無沈降乳濁物は46〜48℃のMFTを有し、そして冷
凍/融解サイクル(3サイクル、ASTM D3209)および3
分ウェアリングブレンダー機械安定試験に対して安定で
あった。
濁物のpHをアンモニアで7.2に調節した。(44〜45℃のM
FT) 実施例19 酸化亜鉛分散物の添加前に、重合体乳濁物のpH4.8を
5%水酸化アンモニウム溶液でpH6に部分中和したこと
以外は、実施例17の実験を繰り返した。金属塩との反応
後、この無沈降乳濁物は45〜47℃のMFTを有し、そして
冷凍/融解サイクル(3サイクル、ASTM D3209)および
3分ウェアリングブレンダー機械安定試験に対して安定
であった。
(HCO3)2溶液によって60%化学量論まで交又結合させ
た。この(NH3)4Zn(HCO3)2溶液は次のように製造され
た:まず、脱イオン水100gと重炭酸アンモニウム66gと
水酸化アンモニウム(28%)139gと酸化亜鉛59gを混合
し、この金属錯体溶液を清澄にした後、8.3%酸化亜鉛
(金属として)になるように希釈した。そして13.49gを
ゆっくりと30℃で攪拌乳化重合体100gに添加した。沈降
またはゲルは生じなかった。pH9.2の生成物の乳濁物は4
2〜44℃のMFTを有し、そして機械安定性であり、かつ冷
凍/融解安定性であった。
データを示す。
等であった。
であった。本技術は米国特許第4,017,662号に従って製
造されたもののような低分子量の酸含有重合体に対して
も適用できる。これ等重合体は安定化された水性ベース
であることを意図されており、従って、金属化合物の化
学量論レベルが或点を越すと、重合体は安定化を失い、
そしてアルカリ性水性媒体にもはや可溶性でなくなる
(この点は重合体の分子量および酸分によって変動す
る)。
単量体に対して1.5重量%の3−メルカプトプロピオン
酸(3−MPA)を連鎖移動剤として使用して、上記手順
Aに従って、重合体乳濁物を製造した。得られた重合体
は81℃の実測Tg(示差走査熱量)、32.700の分子量(M
w)、および13.500の数平均分子量(Mn)、0.13の固有
粘度(30℃におけるTHE)を有していた。pH5.4で製造さ
れたとき、39%固形分乳濁物は84℃のMFTを有していた
が、pHを水酸化アンモニウム溶液で6.7超に調節した場
合には、重合体は可溶化される(525nmにおける光学透
過率97%)。pH7.5で測定された可溶化重合体のMFTは
室温(22℃)未満であった。
コートを85℃で0.80gの49.4%水酸化亜鉛分散物(3.98
ミリモル、化学量論量の10%)と反応させた。乳化重合
体の生成物は90℃のMFTを有しており、そしてpHをアン
モニアで7.4に調節された場合(MFT30℃)には可溶化さ
れた(525nmにおける光学透過率95%)。可溶化重合体
はpH7.8では26℃のMFTを有した。
重合体乳濁物を手順Aに従って製造した。水性相で開始
されるホモポリ(メタクリル酸)の量を制限するため
に、単量体乳濁物と反応釜添加物の両方の中の主要乳化
剤(SLS)の量を実施例1の重合体の場合の2倍に増加
される必要があった。得られた重合体乳濁物(算定Tg80
℃)は20%固形分で、3.5のpHおよび83〜85℃のMFTを有
した。重炭酸カリウム10%溶液の数滴によってpH5.8に
塩基性化されたときに、MFTは55〜60℃に降下した。
3.4gとタモール960分散剤1.6gと酸化亜鉛(コダック51
5)25gとから調製された酸化亜鉛の分散物と反応させ
た。この酸化分散物の9.84gサンプル(30.3ミリモル、
化学量論量の39.6%)を一度に乳濁物100gに添加した。
反応混合物の非常に粉っぽい外観は急速にもとの乳濁物
の半透明青外観にもどったことが認められた。沈降は生
じず、そして反応生物は100℃より高いMFTを有した。
製造された重合体(Tg43℃、MFT49℃、全固形分43.6
%)のサンプル100gに、黒色酸化第二銅粉末(12.66ミ
リモル、重合体酸官能基を基準にした化学量論量の50
%)を添加した。65℃で反応後、無沈降混合物はMFT75
℃の淡着色した青緑色の乳濁物を生じた。この向上した
MFTは重合体に反応が起こったことを意味している。こ
の乳濁物を重炭酸カリウムでpH7.2に塩基性化し、そし
てみがき剤に配合した。このみがき剤は許容できる性能
特性を示した。
製造された重合体(Tg43℃、MFT49℃、および全固形分4
3.6%)のサンプル100gに、緑色の水酸化ニッケル(Ni(O
H)2)粉末1.17g(12.65ミリモル、重合体酸官能基に対し
て化学量論量の50%)を添加した。65℃で反応後、この
無沈降混合物はMFT78〜80℃の淡ピンク色の乳濁物を生
じた。この向上したMFTに重合体に反応が起こったこと
を意味している。この乳濁物を重炭酸カリウムでpH7.2
に塩基性化し、そしてみがき剤に配合した。このみがき
剤は許容できる性能特性を示した。実施例24−工業用被覆性ビヒクル 38.3ヘキシルメタクリレート/30.1スチレン/24.7アル
リロニトリル/6.9メタクリル酸の組成を有する重合体
(Tg=58℃)を上記手順Aに従って製造し、そして反応
釜に入れた。0.98g酸化亜鉛(12.04ミリモル、金属とし
ての亜鉛を基準にして30%化学量論当量)および1.66g
炭酸カリウム(12ミリ当量)を含有する水性混合物を添
加した。反応釜の温度を65℃に保った。反応後、1.35g
水酸化カリウム(24ミリモル)を添加した。反応生成物
を標準15PVCホワイトエナメルに配合し、そして鉄基体
に適用しベーキングした。得られた膜はアーリーブリン
トおよびブロック抵抗性、溶剤抵抗性(MEK摩擦)正逆
衝撃硬度について試験したときに、交又結合なしの同重
合体を含有する膜に比べて、および、60℃のTgを有する
未交又結合重合体の膜に比べて、改善された性能を示し
た。これは本発明の生成物が金属およびその他プラスチ
ックや木材のような基体に対する工業用被覆に有効であ
ることを立証している。
Claims (2)
- 【請求項1】(a)(i)酸官能基を有する単量体を4
〜90重量%含む、1種より多いエチレン性不飽和単量体
から製造された重合体であって、22℃よりも高く該重合
体の分解温度未満の算定Tgを有する該重合体の水性分散
物又は水溶液 および(ii)亜鉛、アルミニウム、錫、タングステンお
よび/又はジルコニウムの酸化物、水酸化物、炭酸塩又
は酢酸塩から選択される多価金属化合物 を反応ゾーンに装填し、そして (b)反応ゾーンを算定Tg以上から該重合体の分解温度
未満の温度で、該重合体の最低フィルミング温度以上の
最低フィルミング温度を有する組成物を生成するのに十
分な時間加熱すること を含む、22℃よりも高い最低フィルミング温度を有する
交又結合重合体の製造方法。 - 【請求項2】(a)(i)酸官能基を有する単量体を4
〜90重量%含む、1種より多いエチレン性不飽和単量体
から製造された重合体であって、22℃よりも高く該重合
体の分解温度未満の算定Tgを有する該重合体の水性分散
物又は水溶液 および(ii)亜鉛、アルミニウム、錫、タングステンお
よび/又はジルコニウムの酸化物、水酸化物、炭酸塩又
は酢酸塩から選択される多価金属化合物 を反応ゾーンに装填し、そして (b)反応ゾーンを算定Tg以上から該重合体の分解温度
未満の温度で、該重合体の最低フィルミング温度以上の
最低フィルミング温度を有する組成物を生成するのに十
分な時間加熱して、22℃よりも高い最低フィルミング温
度を有する交又結合重合体を製造し、 顔料、充填剤、湿潤剤、乳化剤、分散剤、アルカリ可溶
性樹脂、ワックス、または組成物の全固形分を2〜55%
にする量の水を任意的に加える、水性被覆組成物の製造
方法。
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