JP3414465B2 - 含フッ素水性分散液 - Google Patents

含フッ素水性分散液

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JP3414465B2
JP3414465B2 JP32418893A JP32418893A JP3414465B2 JP 3414465 B2 JP3414465 B2 JP 3414465B2 JP 32418893 A JP32418893 A JP 32418893A JP 32418893 A JP32418893 A JP 32418893A JP 3414465 B2 JP3414465 B2 JP 3414465B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は含フッ素水性分散液に関
【0002】
【従来の技術】従来より、フルオロオレフィンとシクロ
ヘキシルビニルエーテル及びその他各種の単量体からな
る共重合体が室温で有機溶媒に可溶であり、塗料として
用いた場合に透明で高光沢を有し、しかも高耐候性、撥
水撥油性、耐汚染性、非粘着性などフッ素樹脂の有する
優れた特性を備えた塗膜を与えることが知られており
(例えば特開昭55−44083号公報)、建築などの
分野で使用が増大しつつある。
【0003】この一方で、近年大気汚染の観点から有機
溶剤の使用に対して規制が行われつつあるため、有機溶
剤を用いない水性塗料や粉体塗料に対する需要が高まっ
ている。フッ素樹脂についても、そのための検討がなさ
れており、官能基をもたないものについては乳化重合で
製造できることが報告されている(特開昭55−254
11号公報)。
【0004】また、水酸基を有する含フッ素共重合体を
乳化重合したものが、特開昭57−34107号公報、
特開昭61−231044号公報に記載されている。し
かし、これらの方法では、乳化剤及び親水性有機溶剤を
併用することを必須としていた。これらの方法では乳化
剤及び親水性有機溶剤のいずれか一方は両方を使用し
ない場合には、水性分散液が得られなかったり、水性分
散液が得られても、極めて機械的・化学的安定性が悪
く、保存中に凝集、沈降を起こす問題があった。
【0005】この問題を解決するものとして、フルオロ
オレフィンに基づく重合した単位と親水性部位を有する
マクロモノマーに基づく重合した単位を必須構成成分と
する含フッ素共重合体が水に分散された水性分散液が提
案されている(特開平2−225550号公報)。この
水性分散液は、造膜性に優れ、かつ塗膜の機械的強度も
良好であり、さらに乳化剤や親水性有機溶剤を用いなく
ても製造できる。
【0006】またこれらの含フッ素水性分散液に基づく
塗膜の耐薬品性、耐溶剤性、耐汚染性をさらに向上させ
るために、水性硬化剤を配合し水酸基との架橋反応を利
用する方法も検討されている。この場合、含フッ素共重
合体の水酸基価が高いほど、架橋の効果がより明確にな
るが、従来の技術では水酸基価の高い含フッ素共重合体
が分散された水性分散液を得ることはかなり困難であっ
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の従来
技術の有する問題点を解決しようとするものである。す
なわち、水性硬化剤と架橋することにより、耐候性とと
もに耐薬品性、耐溶剤性、耐汚染性に優れた塗膜を得る
ことができる、水酸基価の高い含フッ素水性分散液を新
規に提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべく、フルオロオレフィンに基づく重合した単
位、親水性部位を有するマクロモノマーに基づく重合し
た単位、及び一般式:X−Y−Z(ここでXはラジカル
重合性不飽和基、Yはn−ノニレン基またはシクロヘキ
サン−1,4−ジメチレン基、Zは水酸基)で表される
水酸基含有単量体に基づく重合した単位を必須構成成分
とする含フッ素共重合体を含む含フッ素水性分散液を新
規に提供する。
【0009】本発明において、フルオロオレフィンとし
ては、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、クロ
ロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ペ
ンタフルオロプロピレン、ヘキサフルオロプロピレンな
どの炭素数2〜4程度のフルオロオレフィンが好ましく
採用される。特にパーハロオレフィンが好ましい。
【0010】本発明の含フッ素水性分散液では、乳化重
合によって得られる含フッ素共重合体が、親水性部位を
有するマクロモノマーに基づく重合した単位を有するこ
とが重要である。この単位が含フッ素共重合体の必須構
成成分として含まれているため、水性分散液の機械的・
化学的安定性が改善されるばかりでなく、造膜性、塗膜
の耐水性なども向上する。
【0011】本発明における親水性位を有するマクロ
モノマーの、親水性部位とは、親水性基を有する部位
は親水性の結合を有する部位又はこれらの組み合わせか
らなる部位を表している。
【0012】この親水性基は、イオン性、ノニオン性、
両性及びこれらの組み合わせのいずれであってもよい
が、上記親水性部位がイオン性の親水性基を有する
のみからなる場合は、含フッ素水性分散液の化学的安定
性に問題があるため好ましくなく、ノニオン性は両性
の親水性基を有する部位と組み合わせるか、親水性の結
合を有する部位と組み合わせることが望ましい。
【0013】また、マクロモノマーとは片末端にラジカ
ル重合性不飽和基を有する低分子量のポリマーはオリ
ゴマーをいう。すなわち、片末端にラジカル重合性不飽
和基を有し、下記オキシエチレン単位などの繰り返し単
位を少なくとも2個有する化合物である。繰り返し単位
の種類によって異なるが、通常は繰り返し単位が100
個以下のものが重合性、耐水性などの面から好ましく採
用される。
【0014】親水性部位を有するマクロモノマーとし
て、例えば、 (1)CH2=CHO(CH2a[O(CH2bcOX
(aは1〜10bは1〜4cは2〜20の整数
水素原子又は低級アルキル基である)、 (2)CH2=CHCH2O(CH2d[O(CH2e
fOX(dは1〜10、は1〜4、は2〜20の整
数、Xは水素原子又は低級アルキル基である)、 (3)CH2=CHO(CH2g(OCH2CH2h(O
CH2CH(CH3))kOX(gは1〜10hは2〜
20kは0〜20の整数Xは水素原子又は低級アル
キル基であり、オキシエチレン単位及びオキシプロピレ
ン単位はブロック、ランダムのいずれの型で配列されて
いてもよい)、 (4)CH2=CHCH2O(CH2m(OCH2CH2
n(OCH2CH(CH3))pOX(mは1〜10、
2〜20、は0〜20の整数、Xは水素原子又は低級
アルキル基であり、オキシエチレン単位とオキシプロピ
レン単位はブロック、ランダムのいずれの型で配列され
ていてもよい)、又は (5)CH2=CHO(CH2qO(CO(CH2
rO)sH(qは1〜10、rは1〜10、sは1〜30
の整数)などが例示される。
【0015】なかでも、片末端がビニルエーテル型の構
造を有するものがフルオロオレフィンとの共重合性に優
れているため好ましく採用される。特にポリエーテル鎖
部分が、オキシエチレン単位、又は、オキシエチレン単
位とオキシプロピレン単位からなるものが親水性など
に優れているため好ましい。
【0016】また、オキシエチレン単位を少なくとも2
個有するものでないと、安定性などの諸性質が達成され
ない。また、オキシアルキレン単位の数があまりに大き
いものは、塗膜の耐水性や耐候性などが悪くなり、好ま
しくない。
【0017】かかる親水性部位を有するマクロモノマー
は、水酸基を有するビニルエーテル若しくはアリルエー
テルに、ホルムアルデヒド、ジオールを重合させるか、
はアルキレンオキ若しくはラクトン環を有する化
合物を開環重合させるなどの法により製造できる。
【0018】また、親水性部位を有するマクロモノマー
として、親水性のエチレン性不飽和モノマーがラジカル
重合した鎖を有し、末端にビニルオキシ基又はアリル
キシ基のごときラジカル重合性不飽和基を有するマクロ
モノマーであってもよい。
【0019】このようなマクロモノマーは、山下らがP
olym.Bull.,5.335(1981)に述べ
ている方法などにより製造できる。すなわち、縮合可能
な官能基を有する開始剤及び連鎖移動剤の存在下に親水
性基を有するエチレン性不飽和モノマーをラジカル重合
させることにより、縮合可能な官能基を有する重合体を
製造し、ついでこの重合体の官能基にグリシジルビニル
エーテル、グリシジルアリルエーテルのごとき化合物を
反応させ、末端にラジカル重合性不飽和基を導入する方
法などが例示される。
【0020】このマクロモノマーの製造に用いられるエ
チレン性不飽和モノマーとしては、アクリルアミド、メ
タクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−
メチロールメタクリルアミド、2−メトキシエチルアク
リレート、2−メトキシエチルメタクリレート、ジアセ
トンアクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリレート、
ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシブチルア
クリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロ
キシプロピルメタクリレート、ヒドロキシブチルメタク
リレート、多価アルコールのアクリル酸エステル及び多
価アルコールのメタクリル酸エステル及びビニルピロリ
ドンなどがある。
【0021】この他に、共重合可能なモノマーとして、
アクリルアミドとその誘導体、メタクリルアミドとその
誘導体、N−メチロールアクリルアミド誘導体、アクリ
ル酸エチルカルビトール、ブトキシエチルアクリレート
などがある。
【0022】また、このマクロモノマーの製造に用いら
れる開始剤としては、4,4’−アゾビス−4−シアノ
バレリアン酸、2,2’−アゾビス−2−アミジノプロ
パン塩酸塩、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、ア
ゾビスイソブチロニトリル、過酸化ベンゾイルなどがあ
る。
【0023】本発明における水酸基含有単量体は、一般
式:X−Y−Z(ここでXはラジカル重合性不飽和基、
Yはn−ノニレン基またはシクロヘキサン−1,4−ジ
メチレン基、Zは水酸基)で表されるものを使用するこ
とが必要である。この構造以外の水酸基含有単量体で
は、場合によっては重合時、貯蔵時又は塗料化時に凝集
してしまうこともある。
【0024】ラジカル重合性不飽和基Xとしては、ビニ
ル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ア
クリロイル基、メタクリロイル基などを例示しうる。
とラジカル重合性不飽和基Xを連結する結合としては、
エーテル結合が好ましく採用される。
【0025】この一般式:X−Y−Z(ここでXはラジ
カル重合性不飽和基、Yはn−ノニレン基またはシクロ
ヘキサン−1,4−ジメチレン基、Zは水酸基)で表さ
れる水酸基含有単量体として、具体的には (1)CH2=CHOCH2−cycloC610−CH2
OH、 (2)CH2=CHCH2OCH2−cycloC610
CH2OH、 (3)CH2=CHOC918OH、 (4)CH2=CHCH2OC918OHなどが例示され
る。 なかでもビニルエーテル型の構造を有するものが、フル
オロオレフィンとの交互共重合性に優れ、塗膜の耐候性
が良好となるので好ましい。
【0026】本発明における含フッ素共重合体は、上記
単位の他に、これらと共重合可能な単量体に基づく単位
が含まれていてもよい。かかる単量体としては、エチレ
ン、プロピレンなどのオレフィン類、エチルビニルエー
テル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテ
ル、シクロヘキシルビニルエーテルなどのビニルエーテ
ル類や、ブタン酸ビニルエステル、オクタン酸ビニルエ
ステルなどのビニルエステル類、スチレン、ビニルトル
エンなどの芳香族ビニル化合物などのビニル系化合物、
エチルアリルエーテルなどのアリル化合物、アクリル酸
ブチルなどのアクリロイル化合物、メタクリル酸エチル
などのメタクリロイル化合物などが例示される。特に、
オレフィン類、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、
アリルエーテル類、アリルエステル類が好ましく採用さ
れる。
【0027】ここでオレフィン類としては炭素数2〜1
0程度のものが好ましく、ビニルエーテル類、ビニルエ
ステル類、アリルエーテル類、アリルエステル類として
は、炭素数2〜15程度の直鎖状、分岐状は脂環状の
アルキル基を有するものが好ましく採用される。
【0028】かかる単量体は炭素原子に結合した水素
原子の少なくとも一部がフッ素原子に置換されていても
よい。
【0029】本発明における含フッ素共重合体は、フル
オロオレフィンに基づく重合した単位が20〜80モル
%、親水性部位を有するマクロモノマーに基づく重合し
た単位が0.1〜25モル%及び水酸基含有単量体に基
づく重合した単位が1〜40モル%の割合であることが
好ましい。
【0030】フルオロオレフィンに基づく重合した単位
があまりに少ないと耐候性が十分に発揮されず、また多
すぎると水分散性が極めて悪くなるため好ましくない。
特に30〜70モル%であることが好ましい。
【0031】また、親水性部位を有するマクロモノマー
に基づく重合した単位が少なすぎると水分散性が極めて
悪くなり、また多すぎると塗膜の耐候性、耐水性が悪く
なるため好ましくない。特に造膜性に極めて優れた効果
を達成させるために、この単位が0.3〜20モル%の
割合で含まれることが好ましい。
【0032】水酸基含有単量体に基づく重合した単位
は、共重合体の水酸基価が20mgKOH/gポリマー
以上となるよう、含有することが望ましい。水酸基価が
20mgKOH/gポリマー未満であると、水性ブロッ
クイソシアネートや水性メラミンなどの硬化剤と架橋さ
せたとき、塗膜の耐溶剤性などに格段の向上効果が認め
られない。特に好ましい水酸基価は40mgKOH/g
ポリマー以上である。
【0033】本発明では、乳化剤を用いなくても分散安
定性に優れる含フッ素水性分散液が得られるが、乳化剤
を用いることを除外するものではない。ノニオン性乳化
剤としては、アルキルフェノールエチレンオキド付加
物、高級アルコールエチレンオキド付加物、エチレン
オキドとプロピレンオキブロックコポリマーな
どを例示しうる。アニオン性乳化剤としては、アルキル
ベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸
塩、高級脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキル
エーテル硫酸エステル塩、リン酸エステル塩などを例示
しうる。
【0034】本発明での乳化重合の開始は、通常の乳化
重合の開始と同様に重合開始剤の添加により行われる。
かかる重合開始剤としては、通常のラジカル開始剤を
き、水溶性開始剤が好ましく採用される。具体的に
は過硫酸アンモニウム塩などの過硫酸塩、過酸化水素
はこれらと亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウ
ムなどの還元剤との組み合わせからなるレドックス開始
剤、さらにこれらに少量の鉄、第一鉄塩、硫酸銀などを
共存させた系の無機系開始剤、はジコハク酸パーオキ
シド、ジグルタル酸パーオキシドなどの二塩基酸過酸化
物、アゾビスイソブチルアミジン塩酸塩、アゾビスイソ
ブチロニトリルなどの有機系開始剤が例示される。
【0035】重合開始剤の使用量は、その種類、乳化重
合条件などに応じて適宜変更できるが、通常は乳化重合
させるべき単量体100重量部あたり0.005〜0.
5重量部程度が好まし。また、これらの重合開始剤は
一括添加してもよいが、必要に応じて分割添加してもよ
い。
【0036】また乳化物のpHを上昇させる目的で、p
H調整剤を用いてもよい。かかるpH調整剤としては、
炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、オルトリン酸水素ナト
リウム、チオ硫酸ナトリウム、テトラホウ酸ナトリウム
などの無機塩基及びトリエチルアミン、トリエタノール
アミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノー
ルアミンなどの有機塩基類などが例示される。
【0037】pH調整剤の添加量は、通常乳化重合媒体
100重量部あたり0.05〜2重量部程度、好ましく
は0.1〜2重量部程度である。pHの高い方が重合速
度が速くなる傾向ある。
【0038】また、乳化重合開始温度は重合開始剤の種
類に応じて適宜最適値が選定されるが、通常は0〜10
0℃、特に10〜90℃程度が好ましく採用される。ま
た反応圧力は適宜選定できるが、通常は1〜100kg
/cm2、特に2〜50kg/cm2程度を採用するのが
望ましい。
【0039】かかる製造方法において、単量体、水、乳
化剤、開始剤などの添加物をそのまま一括仕込みして重
合してもよいが、分散粒子の粒子径を小さくして分散液
の安定性及び塗膜の光沢などの諸物性を向上させる目的
で、重合開始剤を添加する以前にホモジナイザーなどの
撹拌機を用いて前乳化させ、その後に開始剤を添加して
重合してもよい。単量体を分割しては連続して添加し
てもよく、その際単量体組成は異なってもよい。
【0040】本発明の水性分散液は、そのままでも水性
塗料として使用できるが、必要に応じて着色剤、可塑
剤、紫外線吸収剤、レベリング剤、ハジキ防止剤、皮バ
リ防止剤、硬化剤などを混合してもよい。
【0041】着色剤としては、染料、有機顔料、無機顔
料などが例示される。可塑剤としては、従来公知のも
の、例えばジオクチルフタレートなどの低分子量可塑
剤、ビニル重合体可塑剤、ポリエステル系可塑剤などの
高分子量可塑剤などが挙げられる。
【0042】硬化剤としては、例えばヘキサメチレンイ
ソシアネート三量体などのブロックイソシアネート
その乳化分散体、メチル化メラミン、メチロール化メラ
ミン、ブチロール化メラミンなどのメラミン樹脂、メチ
ル化尿素、ブチル化尿素などの尿素樹脂挙げられる。
また、水性分散液の安定性を向上させるためにpH調整
剤を添加してもよい。
【0043】
【実施例】以下に合成例、実施例を掲げて本発明を具体
的に説明するが、これらにより本発明は限定されない。
【0044】「実施例」 内容積200mlのステンレス製撹拌機付きオートクレ
ーブ中に、表1に示す組成のエチルビニルエーテル(E
VE)、シクロヘキシルビニルエーテル(CHVE)、
親水性マクロモノマー(EOVE)、水酸基含有単量体
(HBVE、HEVE、HCVE、HNVE)、イオン
交換水、炭酸カリウム(K2CO3)0.22g、亜硫酸
ナトリウム(NaHSO3)0.02g、過硫酸アンモ
ニウム(APS)0.07g、ノニオン性乳化剤(Ne
wcol−1110:日本乳化剤製)3.1g、アニ
オン性乳化剤(ラウリル硫酸ナトリウム)0.1gを仕
込み、氷で冷却して、窒素ガスを3.5kg/cm2
なるよう加圧し脱気した。この加圧脱気を2回繰り返し
た後10mmHgまで脱気して溶存空気を除去した後、
クロロトリフルオロエチレン(CTFE)はテトラフ
ルオロエチレン(TFE)を仕込み、30℃で12時間
反応を行った。
【0045】反応後、200メッシュのナイロン布で水
性分散液を濾過して凝集物を取り、真空乾燥を行って、
仕込みモノマーに対するラテックス収率を求めた。さら
に濾過した水性分散液50gビーカーに入れ、ホモ
ジナイザーで5000rpm、5分間撹拌を行い機械的
安定性を試験した。このとき、凝集物がほとんど発生し
ないものを○、多量の凝集物が発生するものを×とし
た。また30gの水性分散液を緩やかに撹拌しているビ
ーカー内に、酸化チタン(CR−97、石原産業製)
3.5gを加え、顔料安定性を試験した。このとき、凝
集物がほとんど発生しないものを○、多量の凝集物が発
生するものを×とした。
【0046】また含フッ素水性分散液30gに、水性ブ
ロックイソシアネート(ネオレッツR−990:ICI
製)15g、ブチルセロソルブアセテート1g、消泡
剤(FSアンチフォーム013B:ダウコーニング
製)0.01gを添加し、アルミニウム板上に乾燥膜厚
30μmとなるよう塗布したのち、160℃で30分焼
き付けして塗膜を得た。この塗膜をキシレン含浸ガーゼ
でラビングし、塗膜が損傷を受けるまでの回数を調べ
た。
【0047】なお親水性マクロモノマーと水酸基含有単
量体の構造は次の通りである。
【0048】EOVE:CH2=CHOCH2−cycl
oC610−CH2O(CH2CH2O)n平均分子量
830 HEVE:CH2=CHOC24OH HBVE:CH2=CHOC48OH HCVE:CH2=CHOCH2−cycloC610
CH2OH HNVE:CH2=CHOC918OH
【0049】
【表1】
【0050】
【発明の効果】本発明の含フッ素水性分散液は、耐候性
に優れ、さらに水性メラミンや水性ブロックイソシアネ
ートなどの硬化剤と架橋させることで、より耐薬品性や
耐溶剤性、耐汚染性が改善された塗膜を与えるものであ
る。
【0051】これらの優れた性質を有する本発明の水性
分散液は、耐候性水性塗料原料として極めて有用であ
る。また本発明の水性分散液を用いた水性塗料は、溶剤
規制などの問題がまったくなく、幅広い用途に適用でき
る。例えば、ガラス、金属、セメントなど外装用無機建
材の塗装などに有用である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−225550(JP,A) 特開 平4−270748(JP,A) 特開 平5−117481(JP,A) 特開 平5−32727(JP,A) 特開 平3−281612(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09D 127/12 C08F 214/18 C08F 216/14

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フルオロオレフィンに基づく重合した単
    位、親水性部位を有するマクロモノマーに基づく重合し
    た単位、及び一般式:X−Y−Z(ここでXはラジカル
    重合性不飽和基、Yはn−ノニレン基またはシクロヘキ
    サン−1,4−ジメチレン基、Zは水酸基)で表される
    水酸基含有単量体に基づく重合した単位を必須構成成分
    とする含フッ素共重合体を含む含フッ素水性分散液。
  2. 【請求項2】含フッ素共重合体がフルオロオレフィンに
    基づく重合した単位20〜80モル%、親水性部位を有
    するマクロモノマーに基づく重合した単位0.1〜25
    モル%及び一般式:X−Y−Zで表される水酸基含有単
    体に基づく重合した単位1〜40モル%からなる請求
    項1に記載の含フッ素水性分散液。
  3. 【請求項3】含フッ素共重合体が乳化重合方法により得
    られるものである請求項1又は2に記載の含フッ素水性
    分散液。
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