JP3164297B2 - 酢酸ビニル樹脂系エマルジョン - Google Patents
酢酸ビニル樹脂系エマルジョンInfo
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Description
マルジョンに関し、更に詳しくは長期の保存安定性及び
生成塗膜の耐水性に優れた酢酸ビニル樹脂系エマルジョ
ンに関する。
ジョンは、接着剤、塗料、繊維・織物の加工剤、紙・皮
革の加工剤、各種材料のバインダー、セメント・モルタ
ルの混和剤等の広範な用途に利用されている。中でも、
アセトアセチル化ポリビニルアルコール系樹脂を含有し
た(酢酸)ビニル樹脂系エマルジョンは、木工用接着剤
として用いた場合に各種架橋剤の併用で、耐水性のさら
なる向上が可能で、また、接着剤の切断時に刃物を傷め
ない等の利点があるため、上記の用途等に利用されてい
る。しかしながら、アセトアセチル化ポリビニルアルコ
ール系樹脂を添加した場合には、エマルジョンの安定性
が低下する(粘度の上昇、ゲルの発生等)ため、各種の
添加剤の併用が試みられている。例えば、特公昭60−
36218号公報には、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、重亜硫
酸塩、メタ重亜硫酸等の併用が、特開平7−3102号
公報には、特定式を表される水酸基含有化合物の併用
が、特開平8−113687号公報には、水溶性有機ア
ミンと水溶性ヒドラジンとの併用が提案されており、ま
た、本出願人もケトン類、ケト酸エステル類、マロン酸
類等の併用(特公平3−50772号公報)、酸性亜硫
酸ソーダの併用(特開平7−138305号公報)、メ
ルカプタン類の併用(特開平7−138306号公報)
等を出願した。
60−36218号公報、特開平7−3102号公報、
特公平3−50772号公報、特開平7−138306
号公報に記載の添加剤の併用では、ある程度の保存安定
性は望めるものの、夏季や冬季の高温時や低温時の安定
性が十分ではなく、また長期保存後の皮膜強度や接着剤
として用いたときの接着性に劣り、まだまだ満足は行か
ず、更に特開平8−113687号公報に記載の添加剤
の併用では、ゲル化は防げるもののエマルジョンが粘度
上昇をおこして、接着剤等に用いた場合、使用時期によ
り安定した接着力を得ることができないという欠点を有
し、新なる改良が望まれるところである。
みて、本発明者が鋭意研究した結果、アセトアセチル基
含有ポリビニルアルコール系樹脂を0.1〜30重量%
及び亜ジチオン酸塩を0.05〜4重量%含有する酢酸
ビニル樹脂系エマルジョンが、夏季や冬季の高温時や低
温時においても十分な安定性を発揮し、また長期保存後
の皮膜強度や接着剤として用いたときの接着力等の維持
が可能なエマルジョンが得られることを見いだし、本発
明を完成するに至った。
本発明に用いるアセトアセチル化ポリビニルアルコール
系樹脂(以下、AA化PVAと略記することがある)
は、ポリビニルアルコール系樹脂(以下、PVAと略記
することがある)とジケテンとを公知の方法で反応して
得ることができ、例えばPVAを酢酸溶媒中に分散させ
ておき、これにジケテンを添加する方法、PVAをジメ
チルホルムアミド、またはジオキサンなどの溶媒にあら
かじめ溶解しておき、これにジケテンを添加する方法で
ある。またPVAにジケテンガスまたは液状ジケテンを
直接接触させてAA化PVAを得る方法やPVAのアル
コール溶剤のケン化スラリーに硫酸などの酸触媒を加え
てアセト酢酸エステルをエステル交換させて、AA化P
VAを得る方法等も採り得る。
限はないが、200〜3000が好ましく、更には40
0〜2600が好ましく、かかる平均重合度が200未
満では後述する乳化剤としての保護コロイド力が得難
く、乳化重合時の安定性に欠け、逆に3000を越える
と乳化剤として使用した場合に得られるエマルジョン粘
度が上昇して好ましくない。又、AA化PVAの原料P
VAの平均ケン化度は68〜100モル%が好ましく、
更には80〜100モル%の範囲が好ましく、かかる平
均ケン化度が68モル%未満では得られるAA化PVA
が水不溶性となって好ましくない。更に、AA化PVA
のアセトアセチル基の含有量(AA化度)は0.05〜
15モル%が好ましく、更には1〜10モル%の範囲が
好ましく、かかるAA化度が0.05モル%未満ではエ
マルジョンを塗膜にしたときの耐水性が低下する傾向に
あり、逆に15モル%を越えると、エマルジョン粘度が
高すぎたり、保存安定性が低下する傾向にあり好ましく
ない。
VAを単独で用いるのみならず、他のPVAを併用する
ことも可能で、更にはケン化度等が異なる2種以上のA
A化PVAを用いることも可能である。かかるAA化P
VAの含有量は、本発明の酢酸ビニル樹脂系エマルジョ
ンの全体に対し、0.1〜30重量%(更には1〜10
重量%)とすることが必要で、かかる含有量が0.1重
量%未満ではエマルジョンを塗膜にしたときの耐水性が
低下し、逆に30重量%を越えるとエマルジョン粘度が
高すぎたり、保存安定性が低下する。
明の酢酸ビニル樹脂系エマルジョンは、酢酸ビニル単独
あるいは酢酸ビニルを主体とした共重合体のエマルジョ
ンであり、通常は酢酸ビニル単独あるいは他のビニル化
合物とを乳化重合して得られるもので、かかるビニル化
合物としては、プロピオン酸ビニル、(メタ)アクリル
酸エステル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、(メタ)ア
クリロニトリル、スチレン、エチレン、プロピレン、ア
セトアセチル基含有アクリルモノマー、ブタジエン系等
のジエン系モノマーなどが挙げられる。乳化重合触媒と
してはラジカル発生剤、なかんずく水溶性触媒が好適な
ものとして用いられ、例えば過酸化水素等の過酸化物、
酒石酸、ギ酸、シュウ酸等の還元剤、2,2−アゾビス
(2−アミジノプロパン)二酸塩等の水溶性アゾビス、
過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の1種またはこ
れらの2種以上が用いられ、好適には過硫酸アンモニウ
ム、過硫酸カリウム等の過硫酸系の触媒が用いられる。
性剤等の各種界面活性剤もAA化PVAと併用しうる。
さらに他の乳化剤、例えばセルロース誘導体(カルボキ
シメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メ
チルセルロースなど)、ポリビニルアルコール類、ポリ
アクリル酸誘導体、(無水)マレイン酸−ビニルエーテ
ル共重合体、(無水)マレイン酸−酢酸ビニル共重合
体、酢酸ビニル−(メタ)アリルスルホン酸(塩)共重
合体ケン化物なども適宜併用できる。
Aが含有されるビニル樹脂系エマルジョンに更に亜ジチ
オン酸塩を含有させることを最大の特徴とするもので、
かかる亜ジチオン酸塩としては亜ジチオン酸ナトリウム
(Na2S2O4)、亜ジチオン酸カリウム(K2S
2O4)、亜ジチオン酸アンモニウム([(NH)4]2S2
O4)、が例示でき、これに限定されるものではない
が、亜ジチオン酸ナトリウム(Na2S2O4)が好適に
用いられる。
ニル樹脂系エマルジョン中に0.05〜4重量%である
ことが必要で、更には0.05〜2重量%で、かかる含
有量が0.05重量%未満では、エマルジョンの保存安
定性が低下し、逆に4重量%を越えるとエマルジョンの
耐水性が若干低下したり、硫黄臭が強くなる。また、か
かる亜ジチオン酸塩の添加方法については特に限定され
ず、重合中、重合後等いつでもよいが、より良好な皮膜
の耐水性を得るためには重合後が好ましく、添加に際し
ては固形状のままでもよいが、水溶液として添加する方
が好ましい。
塩、重亜硫酸塩、メタ重亜硫酸塩、L−アスコルビン
酸、ヒドラジン類等の還元剤を含有させることも好まし
く、かかる還元剤として具体的には亜硫酸ナトリウム、
亜硫酸カリウム、亜硫酸アンモニウム、チオ硫酸ナトリ
ウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸アンモニウム、重亜
硫酸ナトリウム、重亜硫酸アンモニウム、メタ重亜硫酸
ナトリウム、メタ重亜硫酸カリウム、L−アスコルビン
酸、硫酸ヒドラジン、塩酸ヒドラジン、炭酸ヒドラジ
ン、置換ヒドラジン、リン酸ヒドラジン、メチルヒドラ
ジン等を挙げることができ、好適には重亜硫酸ナトリウ
ムが用いられ、その含有量は0.05〜2重量%(更に
は0.1〜1重量%)であることが好ましく、かかる含
有量が0.05重量%未満ではエマルジョンの保存安定
性の向上があまり期待できず、逆に2重量%を越えると
皮膜の耐水性や接着力が低下して好ましくない。これら
の還元剤の添加も、重合中または重合後のいずれでもよ
いが、重合後が好ましく、添加にあたっては固体状のま
までもよいが、水溶液として添加することが好ましい。
ルアルコール系樹脂を0.1〜30重量%及び亜ジチオ
ン酸塩を0.05〜4重量%含有した本発明の酢酸ビニ
ル樹脂系エマルジョンが得られるわけであるが、本発明
においては、かかるエマルジョン中の酢酸ビニルモノマ
ーの残存量を0.4重量%以下、更には0.3重量%以
下、特に0.2重量%以下にしたり、かかるエマルジョ
ンのpHを3〜8、更には4〜7にすることも好まし
い。かかるエマルジョン中の酢酸ビニルモノマーの残存
量を0.4重量%以下にコントロールする方法として
は、特に限定されないが、例えば、上記の如き酢酸ビ
ニル化合物の乳化重合時に、イソプロピルアルコールを
共存させておき、更に重合触媒の滴下終了後にブチルア
ルコールを添加する方法、AA化PVAを含有した酢
酸ビニル樹脂系エマルジョン中の残留酢酸ビニルモノマ
ーをケイ酸のアルカリ金属塩を添加する方法、乳化重
合時の重合温度を上げる方法等が挙げられるが、や
が、工業的に有用で、かかる方法について、更に詳しく
説明する。
の共存量は該ビニル化合物100重量部に対して、0.
2〜2重量部(更には0.5〜1.5重量部)が好まし
く、かかる添加量が0.2重量部未満では、該モノマー
量の低減効果が十分でなく、逆に添加量が2重量部を越
えるとエマルジョンの粘度安定性が低下して好ましくな
い。また、重合触媒の滴下終了後に添加するブチルアル
コールの添加量は該ビニル化合物100重量部に対し
て、0.05〜0.3重量部(更には0.1〜0.2重
量部)が好ましく、かかる添加量が0.05重量部未満
では、該モノマー量の低減効果が十分でなく、逆に添加
量が0.3重量部を越えても残存モノマーの低減に寄与
しない。
(メタケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸ナトリウム、二
ケイ酸ナトリウム、四ケイ酸ナトリウム等)、ケイ酸カ
リウム(メタケイ酸カリウム、二ケイ酸水素カリウム
等)、ケイ酸リチウム(メタケイ酸リチウム、オルトケ
イ酸リチウム等)、及びこれらの水化物を挙げることが
でき、好適にはケイ酸ナトリウムやケイ酸カリウム等の
ケイ酸のアルカリ金属塩を用いて、その含有(添加)量
を0.01〜4重量%(更には0.02〜2重量%)に
すればよく、かかる含有量が0.01重量%未満では残
存モノマーの低減効果に乏しく、逆に4重量%を越える
とエマルジョンの安定性や皮膜強度が低下して好ましく
ない。また、かかるエマルジョンのpHのコントロール
方法についても特に限定されず、例えば各種の有機・無
機酸の金属塩やアミン類等を添加して調整すればよく、
より具体的には、酢酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、
炭酸ナトリウム、酢酸アルミニウム、酢酸マグネシム等
を該エマルジョン中に0.01〜5重量%(対エマルジ
ョン)程度添加する(添加時期は重合中または重合後の
いずれでもよく、特に限定されないが、重合率が90%
以上の時点で添加することが好ましい)ことでコントロ
ールすることができる。
の乳化重合で用いられる種々の添加剤が使用でき、本発
明においては、特にポリエチレングリコール、メルカプ
タン類(アルキルメルカプタン、芳香族メルカプタ
ン)、スルフィド類(ジブチルジスルフィド、ジアセチ
ルジスルフィド、ジエチルジチオグリコート)、窒素含
有化合物(メチルシアノアセテート、ニトロメタン、ベ
ンジルシアナイド)等の連鎖移動剤を用いることで、エ
マルジョンの安定性に対して有用で、その添加量はビニ
ルモノマーに対して0.01〜5重量%が好ましく、更
には0.02〜2重量%が好ましく、かかる添加量が
0.01重量%未満ではエマルジョンの保存安定性が得
られにくく、逆に5重量%を越えるとエマルジョンの皮
膜の耐水性が低下して好ましくない。
チルフタレート、ジオクチルフタレート、ブチルカルビ
トール等の可塑剤を添加してもよく、更にはエマルジョ
ンの皮膜のさらなる耐水性向上のためにアジポイルジヒ
ドラジド、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジ
ド、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド等
の水溶性脂肪族ジヒドラジド類を添加したり、また、フ
ェノール樹脂初期縮合物やレゾルシノール系初期縮合物
を混合することにより変性酢酸ビニルエマルジョンとし
て取り扱うことも可能である。上記の如くAA化PVA
を乳化剤として、酢酸ビニル系化合物の重合時に共存さ
せてAA化PVA含有の酢酸ビニル樹脂系エマルジョン
を得ることは勿論、酢酸ビニル樹脂系エマルジョンにA
A化PVAを後添加して本発明の酢酸ビニル樹脂系エマ
ルジョンとすることも勿論可能である。
脂系エマルジョンは紙、木材、プラスチックス、繊維、
壁紙などの接着剤、バインダー、コーティング剤、塗料
として用いられ、特に木工接着や紙の接着の高速機械
化、更に耐水性に優れているので、合板や耐水段ボール
等の接着用途等に有用であり、また、木材等に塗工或い
は含浸させて木材中のホルムアルデヒド類を補足する用
途(接着剤、塗料、コーティング剤等)に用いることも
有用である。
明する。尚、例中「部」、「%」とあるのは、特に断り
のない限り重量基準を表す。 実施例1 酢酸ビニルモノマー10.8部と平均重合度1400,
平均ケン化度99モル%,AA化度5.5モル%のAA
化PVAの10%水溶液120部、0.6%酢酸ナトリ
ウム水溶液10部、水37部、0.96%過硫酸アンモ
ニウム水溶液5部を撹拌機、還流冷却器、滴下ロート、
温度計を備えたセパラブルフラスコに仕込み、撹拌しな
がらフラスコ内の温度を70℃にして1時間初期重合を
行った。次いで、更に酢酸ビニルモノマー97.2部を
3時間かけて滴下すると共に、0.96%過硫酸アンモ
ニウム水溶液5部添加し、更に1時間おきに同量の0.
96%過硫酸アンモニウム水溶液を3回添加した。酢酸
ビニルモノマー滴下終了1時間後に1%ハイドロキノン
水溶液1部を添加して重合を終了させた。最後に40%
亜ジチオン酸ナトリウム水溶液2部を添加して本発明の
酢酸ビニル樹脂エマルジョンを得た。得られた酢酸ビニ
ル樹脂エマルジョンの残存酢酸ビニルモノマー量は0.
4%で、重合率98.9%、pH2.5、粘度2700
0mPa・s(BH型回転粘度計、ローター回転数10
rpm、25℃)であった。上記の酢酸ビニル樹脂エマ
ルジョンを用いて、下記の如く放置安定性及生成塗膜の
耐水性の評価を行った。
マルジョンを450mlのマヨネーズビンに密封して、
70℃で7日放置後と室温で1年放置後の粘度を測定し
て、放置前の粘度(上記と同方法)の何倍(放置後の粘
度/放置前の粘度)になったかを調べた。尚、粘度の測
定はすべて25℃で行った。 (耐水性)上記の室温で1年放置後の酢酸ビニル樹脂エ
マルジョンをガラス板上に塗工して、40℃で3分間乾
熱処理後、24時間風乾して、約100μmの塗膜を調
整し、かかる塗膜を90℃の熱水に3時間浸漬させて、
塗膜の溶出残分測定した。 (低温安定性)得られた酢酸ビニル樹脂エマルジョンを
450mlのマヨネーズビンに密封して、0℃の恒温器
に3時間放置して、取り出し直後の粘度を測定し、この
エマルジョンを更に0℃の恒温器に1ケ月放置して、同
様に粘度を測定して、1ケ月放置前の粘度の何倍(1ケ
月放置後の粘度/3時間放置後の粘度)になったかを調
べた。
溶液2部を添加した以外は同様に行って、残存酢酸ビニ
ルモノマー量0.4%、重合率98.9%、pH2.
5、粘度26000mPa・s(同上)の酢酸ビニル樹
脂エマルジョンを得て、同様に評価を行った。
と同時に10%ケイ酸ナトリウム水溶液を5部添加した
以外は同様に行って、残存酢酸ビニルモノマー量0.3
%、重合率99.1%、pH5.0、粘度25000m
Pa・s(同上)の酢酸ビニル樹脂エマルジョンを得
て、同様に評価を行った。
液の配合量を10部とした以外は同様に行って、残存酢
酸ビニルモノマー量0.4%、重合率98.8%、pH
3.0、粘度25000mPa・s(同上)の酢酸ビニ
ル樹脂エマルジョンを得て、同様に評価を行った。
と同時に15%酢酸ナトリウム水溶液1部添加した以外
は同様に行って、残存酢酸ビニルモノマー量0.4%、
重合率98.9%、pH4.5、粘度26000mPa
・s(同上)の酢酸ビニル樹脂エマルジョンを得て、同
様に評価を行った。
ール2部からなる混合液を用意しておき、かかる混合液
11部、平均重合度1400,平均ケン化度99モル
%,AA化度5.5モル%のAA化PVAの10%水溶
液120部、0.6%酢酸ナトリウム水溶液10部、水
37部、0.96%過硫酸アンモニウム水溶液5部を撹
拌機、還流冷却器、滴下ロート、温度計を備えたセパラ
ブルフラスコに仕込み、撹拌しながらフラスコ内の温度
を70℃にして1時間初期重合を行った。次いで、残り
の混合液99部を3時間かけて滴下すると共に、0.9
6%過硫酸アンモニウム水溶液5部を添加し、更に1時
間おきに同量の0.96%過硫酸アンモニウム水溶液を
3回添加した。酢酸ビニルモノマー滴下終了と同時に、
ブチルアルコール0.3部を添加し、1時間後に1%ハ
イドロキノン水溶液1部を添加して重合を終了させた。
最後に40%亜ジチオン酸ナトリウム水溶液2部、15
%酢酸ナトリウム水溶液1部を添加して酢酸ビニル樹脂
エマルジョンを得た。得られた酢酸ビニル樹脂エマルジ
ョンの残存酢酸ビニルモノマー量は0.2%で、重合率
99.4%、pH4.2、粘度25000mPa・s
(同上)であった。
部添加時に、15%酢酸ナトリウム水溶液1部を添加し
(このときの重合率は96%、pHは4.7であっ
た)、更に1時間後に重合を終了させ、次いで、40%
亜ジチオン酸ナトリウム水溶液2部を添加して、残存酢
酸ビニルモノマー量は0.2%で、重合率99.4%、
pH4.1、粘度23000mPa・s(同上)を得
て、同様に評価を行った。
0%炭酸ナトリウム水溶液を10部とした以外は同様に
重合を行って、残存酢酸ビニルモノマー量0.2%、重
合率99.4%、pH6.7、粘度24000mPa・
s(同上)の酢酸ビニル樹脂エマルジョンを得て、同様
に評価を行った。
ム水溶液1部と40%亜硫酸水素ナトリウム水溶液1部
を添加した以外は同様に行って、残存酢酸ビニルモノマ
ー量0.2%、重合率99.4%、pH4.3、粘度2
3000mPa・s(同上)の酢酸ビニル樹脂エマルジ
ョンを得て、同様に評価を行った。
添加とした以外は同様に行って、残存酢酸ビニルモノマ
ー量0.4%、重合率98.9%、pH2.5、粘度2
7000mPa・s(同上)の酢酸ビニル樹脂エマルジ
ョンを得て、同様に評価を行った。
えて40%亜硫酸水素ナトリウム水溶液2部を添加した
以外は同様に行って、残存酢酸ビニルモノマー量0.4
%、重合率98.9%、pH2.6、粘度27000m
Pa・s(同上)の酢酸ビニル樹脂エマルジョンを得
て、同様に評価を行った。実施例及び比較例の評価結果
を表1に示す。
は、アセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂
を0.1〜30重量%及び亜ジチオン酸塩を0.05〜
4重量%含有しているため、放置(保存)安定性や生成
塗膜の耐水性等に優れ、特に耐水/耐熱水性を必要とさ
れる木工用接着剤や紙管用接着剤等の用途に有用であ
る。
Claims (10)
- 【請求項1】 アセトアセチル基含有ポリビニルアルコ
ール系樹脂を0.1〜30重量%及び亜ジチオン酸塩を
0.05〜4重量%含有することを特徴とする酢酸ビニ
ル樹脂系エマルジョン。 - 【請求項2】 亜ジチオン酸塩が亜ジチオン酸ナトリウ
ム(Na2S2O4)であることを特徴とする請求項1記
載の酢酸ビニル樹脂系エマルジョン。 - 【請求項3】 更に、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、重亜硫酸
塩、メタ重亜硫酸塩、L−アスコルビン酸、ヒドラジン
類から選ばれる少なくとも1種の還元剤を含有すること
を特徴とする請求項1または2記載の酢酸ビニル樹脂系
エマルジョン。 - 【請求項4】 還元剤の含有量が0.05〜2重量%で
あることを特徴とする請求項3記載の酢酸ビニル樹脂系
エマルジョン。 - 【請求項5】 酢酸ビニルモノマーの残存量が0.4重
量%以下であることを特徴とする請求項1〜4いずれか
記載の酢酸ビニル樹脂系エマルジョン。 - 【請求項6】 イソプロピルアルコールの存在下にビニ
ルモノマーを滴下重合し、重合触媒の滴下終了後にブチ
ルアルコールを添加してなることを特徴とする請求項1
〜5記載の酢酸ビニル樹脂系エマルジョン。 - 【請求項7】 更に、ケイ酸のアルカリ塩を含有するこ
とを特徴とする請求項1〜5いずれか記載の酢酸ビニル
樹脂系エマルジョン。 - 【請求項8】 ケイ酸のアルカリ塩の含有量が0.01
〜4重量%であることを特徴とする請求項7記載の酢酸
ビニル樹脂系エマルジョン。 - 【請求項9】 pHが3〜8であることを特徴とする請
求項1〜8いずれか記載の酢酸ビニル樹脂系エマルジョ
ン。 - 【請求項10】 木材に塗工或いは含浸させて木材中の
ホルムアルデヒド類を捕捉する用途に用いることを特徴
とする請求項1〜9いずれか記載の酢酸ビニル樹脂系エ
マルジョン。
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