JP3513246B2 - 反応性乳化剤及びこれを用いた水性重合体の製造方法 - Google Patents

反応性乳化剤及びこれを用いた水性重合体の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一分子内に不飽和基とカ
ルボキシル基を持つ化合物からなる反応性乳化剤、及び
この反応性乳化剤を用いた水性重合体の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
乳化重合においては、乳化剤として、アルキルベンゼン
スルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシア
ルキレンアルキルエーテル硫酸エステル塩等のアニオン
性界面活性剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテ
ル、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル、ポリオキシ
アルキレンソルビタン等の非イオン性界面活性剤が単独
あるいは混合系で用いられている。しかしながら、これ
らの界面活性剤では得られたポリマーエマルションから
塗膜を作成した場合の耐水性等の物性が低下するという
問題があった。また、合成ゴムの製造においてエマルシ
ョンを破壊してポリマーを取り出す際に排水中に乳化剤
が混入し、排水処理の負荷が大きくなるという問題もあ
った。
【0003】これらの問題を解決するために反応性乳化
剤を用い、ポリマー中に乳化剤を組み込もうとする技術
が開示されている。この反応性乳化剤としては例えば、
アリル基を有する反応性活性剤(特公平4−65824 号
等)やイソプロペニル基を有する反応性活性剤(特開平
4−53802 号等)、(メタ)アクリル酸スルホアルキル
エステル(特開昭60-181111 号)等が知られている。し
かしながら、これらの反応性乳化剤では、必ずしもモノ
マーとの共重合性は十分でないために、得られたエマル
ションから作成された塗膜の耐水性等が満足できるもの
ではなかった。また、これらの反応性活性剤の親水基が
ノニオン基や硫酸エステル基又はスルホン酸基であるた
めに、エマルションを破壊してポリマーを取り出す際に
おいて酸析で容易にポリマーを取り出せず、硫酸マグネ
シウム等の無機塩を添加する必要があった。更には、ポ
リマーを取り出した際に必ずしもモノマーとの共重合性
は十分でないために、排水負荷の問題を十分には解決で
きるものではなかった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究の結果、乳化重合安定性が良好
で、エマルションから作成された塗膜の耐水性等が良好
で、かつ合成ゴムの分野においてエマルションを破壊し
てポリマーを取り出す際に酸析等で容易にポリマーを取
り出せ、排水中に混入する乳化剤の低減に効果を発揮す
るカルボン酸型反応性乳化剤を見出し、本発明を完成す
るに到った。即ち、本発明は、一般式(I)
【0005】
【化2】
【0006】(式中、R は炭素数6〜22の炭化水素基ま
たは置換基を有する炭化水素基を示し、M は1価または
2価の陽イオンあるいはそれらの混合物を示す。)で表
される不飽和基を含む化合物からなる反応性乳化剤、及
びこの反応性乳化剤の存在下、不飽和単量体を乳化重合
することを特徴とする水性重合体の製造方法を提供する
ものである。
【0007】以下、上記一般式(I)に表される化合物
からなる反応性乳化剤について、具体的に説明する。一
般式(I)において、R は、炭素数6〜22、好ましくは
10〜18の炭化水素基、又は置換基を有する炭化水素基で
あるが、炭化水素基としては、具体的にはアルキル基、
アルケニル基(オレイル基、リノレイル基等)、シクロ
アルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アラル
キル基等の直鎖または分岐の炭化水素基が挙げられ、置
換基を有する炭化水素基としては、上記炭化水素基に、
ヒドロキシル基、ハロゲン基、カルボキシル基、ニトリ
ル基、アミド基、アミノ基等の置換基が結合した炭化水
素基等が挙げられる。これらの中で直鎖または分岐のア
ルキル基、アルケニル基が好ましい。
【0008】また、M は1価または2価の陽イオンある
いはそれらの混合物を示すが、具体的にはアルカリ金
属、アルカリ土類金属、アンモニウム、アミンカチオン
等の単独またはこれらの混合物、更には、M は水素イオ
ンと、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウ
ム、アミンカチオン等の混合物とが挙げられる。この中
でM はNa、K 、アンモニウム、低級アミンカチオンが好
ましく、水素イオンとの混合物の場合、水素イオンの混
合比は5モル%以下が好ましい。
【0009】上記一般式(I)で表される化合物の合成
方法は特に限定されないが、例えば以下の反応式に示す
方法が挙げられる。即ち、式(II)で表されるジメチル
マロネートと式(III) で表されるアルキルハライドを、
塩基の存在下で反応させ、式(IV)で表される化合物を
得、この式 (IV) で表される化合物の片方のエステルを
加水分解後、塩基の存在下、ホルムアルデヒドと反応さ
せ、式(V)で表される化合物を得、この式(V)で表
される化合物を更に加水分解した後、中和を行うことに
より、一般式(I)で表される化合物を得ることができ
る。
【0010】
【化3】
【0011】(式中、R 及びM は前記と同じ意味を示
す。) 本発明の反応性乳化剤を用いて乳化重合することのでき
る不飽和単量体は特に限定されるものではないが、アク
リル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2−エチ
ルヘキシル等のアクリル酸エステル類、メタクリル酸メ
チル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸2−ヒドロキ
シエチル、グリシジルメタクリレート等のメタクリル酸
エステル類、アクリルアミド、N−メチロールアクリル
アミド等のα, β−不飽和カルボン酸アミド類、アクリ
ロニトリル、メタクリロニトリル等のα, β−不飽和ニ
トリル類、スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン
誘導体類、塩化ビニル、塩化ビニリデン、クロロプレン
等のハロゲン含有不飽和単量体類、ブタジエン、イソプ
レン等のジエン誘導体類、ポリエチレングリコールジア
クリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート
等の架橋性単量体類等が使用される。これらの不飽和単
量体は、一種または二種以上の混合物として、乳化重合
に使用される。
【0012】本発明の反応性乳化剤を用い、不飽和単量
体を乳化重合する方法としては、公知の乳化重合方法を
使用することができる。重合開始剤としては、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、過
硫酸アンモニウム等の無機過酸化物、クメンヒドロペル
オキサイド、ジイソプロピルベンゼンヒドロペルオキサ
イド、パラメンタンヒドロペルオキサイド等の有機系過
酸化物、アゾビスジイソブチロニトリル、メトキシベン
ゼンジアゾメルカプトナフタレン等のアゾ系開始剤等の
有機系開始剤、あるいは過酸化物や酸化剤に亜硫酸水素
ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、硫酸第一鉄、糖等の
還元剤を併用するレドックス重合開始剤系等が用いられ
る。本発明の反応性乳化剤は、通常全不飽和単量体に対
して 0.1〜20重量%、さらに好ましくは 0.2〜5重量%
の範囲で使用される。
【0013】また、本発明の反応性乳化剤は単独でも良
好なポリマーエマルションを形成することができるが、
必要により本発明の反応性乳化剤を二種以上用いても、
または他の乳化剤や保護コロイド剤を併用してもよい。
この場合の他の乳化剤としてはドデシルベンゼンスルホ
ン酸塩、アルキル硫酸エステル塩類、ポリオキシエチレ
ンアルキルエーテル硫酸エステル塩類、ポリオキシエチ
レンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩類、ジア
ルキルスルホサクシネート塩類、ポリオキシエチレンア
ルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェニ
ルエーテル類等が、保護コロイド剤としては、ポリビニ
ルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース等が挙げら
れる。しかし、乳化重合により生成する重合体の耐水性
等の物性や排水処理の負荷を考察するとこれら乳化剤の
使用量は全乳化剤の50重量%以下が好ましく、20重量%
以下が特に好ましい。
【0014】
【実施例】以下、合成例及び実施例を挙げて本発明を具
体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。また例中の%は特記しない限り重量基
準である。尚、以下の実施例において、得られた重合体
の物性等は以下の方法で評価した。
【0015】<評価方法> 1) 重合安定性 重合終了後のポリマーラテックスを 100メッシュ金網で
濾過し、濾過残渣を水洗後、 105℃、 200mmHgで一晩乾
燥後、秤量し、使用したモノマー量に対する重量%で表
示した。 2) 粒径 100メッシュ金網で濾過後のポリマーラテックスをコー
ルター社のN−4を用い、粒径を測定した。 3) 機械的安定性 100メッシュ金網で濾過後のポリマーラテックス50gを
マロン法機械的安定度試験機にて10kg、1000rpm の条件
で5分間回転させ、生成した凝集物を 100メッシュ金網
で濾過し、濾過残渣を水洗後、 105℃、 200mmHgで一晩
乾燥後、秤量し、重合物に対する重量%で表示した。 4) 耐水性(フィルム白化テスト) 100メッシュ金網で濾過後のポリマーラテックスを76×2
6mmスライドグラス上に厚さ 125μに広げ、 100℃、5
分間成膜し、室温まで冷却して試験片とした。皮膜の付
着したスライドグラスを、8ポイント活字の新聞紙を下
に備えた室温の水を含むシャーレーの中に浸漬し、活字
が読めなくなるまでの時間を測定した。 5) 全有機炭素(TOC) 100メッシュ金網で濾過後のポリマーラテックス20gに
0.1mol/リットルの硫酸水溶液6mlを加え、室温にて3
時間放置した。生成した重合体を 100メッシュ金網で濾
過後、濾過液の全有機炭素を島津製作所製 TOC-500を用
いて測定した。
【0016】合成例1 攪拌機、冷却器、窒素導入管、滴下ロートを備えた1リ
ットルのガラス製反応器にドデシルマロニックモノメチ
ルエステル 258gとトリエチルアミン 101gを仕込ん
だ。湯浴にて反応器を透明になるまで温めた。60gの37
%ホルマリン溶液を加え、発泡が始まる温度まで昇温し
た。この温度を4時間維持し、放冷した。メタノールを
50ml加え2時間攪拌後、室温で一晩放置した。分層した
有機層を水洗し、乾燥した。蒸留にて 120〜127 ℃、1
〜2mmHgの留分を集めた。この留分103gを5N塩酸に
て80℃で加水分解を行い、α−ドデシルアクリル酸を収
率45%で得た。
【0017】合成例2 攪拌機、冷却器、窒素導入管、滴下ロートを備えた1リ
ットルのガラス製反応器にヘキサデシルマロニックモノ
メチルエステル 314gとトリエチルアミン 101gを仕込
んだ。湯浴にて反応器を透明になるまで温めた。60gの
37%ホルマリン溶液を加え、発泡が始まる温度まで昇温
した。この温度を4時間維持し、放冷した。メタノール
を50ml加え2時間攪拌後、室温で一晩放置した。分層し
た有機層を水洗し、乾燥した。蒸留にて 150〜155 ℃、
0.3〜0.5mmHg の留分を集めた。この留分 134gを5N
塩酸にて80℃で加水分解を行い、α−ヘキサデシルアク
リル酸を収率50%で得た。
【0018】実施例1〜6及び比較例1〜8 下記の重合処方−1により、表1に示した本発明の反応
性乳化剤を用いて乳化重合を行い、得られたポリマーエ
マルションおよびこのポリマーエマルションから得られ
たフィルムの物性を評価した。なお、従来の乳化剤を用
いた例を比較例として同様に評価した。結果を表1に示
す。
【0019】<乳化重合処方−1>温度計、攪拌機、冷
却器、窒素導入管、滴下ロートを備えた 0.5リットルの
ガラス製反応器に乳化剤1g、水 149g、n−ブチルア
クリレート5g、過硫酸カリウム 0.2gを仕込んだ。反
応系内を窒素置換し、攪拌を行いながら昇温した。70℃
になった時点から3時間かけてn−ブチルアクリレート
95gの滴下を行った。滴下終了後80℃に昇温し、2時間
熟成を行った。
【0020】
【表1】
【0021】
【化4】
【0022】実施例7〜12及び比較例9〜14 下記の重合処方−2により、表2に示した本発明の反応
性乳化剤を用いて乳化重合を行い、得られたポリマーエ
マルションの物性、及び排水中に混入する乳化剤の量を
調べ評価した。なお、従来の乳化剤を用いた例を比較例
として同様に評価した。結果を表2に示す。
【0023】<乳化重合処方−2>温度計、攪拌機、冷
却器をを備えた1リットルのオートクレーブに乳化剤5
g、水200g、パラメンタンヒドロペルオキサイド0.1
g、硫酸第1鉄7水和物0.05g、エチレンジアミン四酢
酸0.07g、ドデシルメルカプタン 0.2g、3燐酸ナトリ
ウム12水和物 0.8g、スチレン30gを仕込んだ。続い
て、液化ブタジエン70gを仕込み、空気を除去した。攪
拌を行いながら5℃まで昇温した。5℃になった時点か
ら重合転化率67〜73%まで反応を行い、重合停止剤を加
え重合を停止した。続いて減圧下で残ったモノマーの除
去を行った。
【0024】
【表2】
【0025】注) *:反応性活性剤A〜Cは表1と同一のものを使用し
た。
【0026】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、乳化重合
に際し、一般式(I)で表される化合物を乳化剤として
使用することにより、乳化重合安定性が良好で、得られ
たエマルションから作成された重合体フィルムの耐水性
が良好である。また、エマルションを破壊してポリマー
を取り出す際に排水中に混入する有機物低減に効果を発
揮する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08F 2/00 - 2/60 CA(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(I) 【化1】 (式中、R は炭素数6〜22の炭化水素基または置換基を
    有する炭化水素基を示し、M は1価または2価の陽イオ
    ンあるいはそれらの混合物を示す。)で表される不飽和
    基を含む化合物からなる反応性乳化剤。
  2. 【請求項2】 一般式(I)において、M がアルカリ金
    属、アルカリ土類金属、アンモニウム又はアミンカチオ
    ンであることを特徴とする請求項1記載の反応性乳化
    剤。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の反応性乳化剤の存在下、
    不飽和単量体を乳化重合することを特徴とする水性重合
    体の製造方法。
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