JP4228431B2 - 水分散性シリコーン組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分散性シリコーン組成物の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、特定構造のA−B型ブロック共重合体を含む水分散性シリコーン組成物、および水溶性樹脂を含む水性塗料や水性粘着剤等にそれを添加してなる水分散性シリコーン組成物の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
水性塗料に離型性や低摩擦性を付与する目的や水性粘着剤の粘着性を調整する目的で使用する場合には、基材と水性塗料ないし水性粘着剤との密着性、そして被膜表面における離型性、粘着性などの諸物性との両立が求められるが、実用的にはこれらの物性の両立が達成されているとはいえずさらに改良が求められている。
また、高分子材料に添加あるいは塗布することによる表面改質剤として用いる場合には、高分子材料表面に効果的にポリシロキサンの機能が付与されることと、改質効果の持続性が長期に持続できることの両立が求められるが、未だこの両特性を兼ね備える表面改質剤はなく、さらに検討を加える必要があった。
【0003】
今まで上記用途に用いるシリコーン系の改質剤として2種のシリコーンエマルションタイプが提案されている。
例えば、特開昭54−131661号公報には、アミノ基、エポキシ基、あるいはメルカプト基を有するオルガノアルコキシシランと環状オルガノシロキサンとを乳化重合して得られるポリオルガノシロキサンラテックスが開示されている。
また、特開昭59−122548号公報にはシラノール基を含むポリオルガノシロキサンの乳化物にアルミナゾルを配合したシリコーンエマルションが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開昭54−131661号公報に開示されたポリオルガノシロキサンラテックスは全成分を一液として保存することが可能で、しかも硬化被膜を得るのに比較的高温に加熱する必要がないが、得られた硬化被膜の機械的強度や密着性が不十分であり、コーティング剤として使用するには不適当であった。また、特開昭59−122548号公報に開示されたシリコーンエマルションの硬化被膜は不透明であり、基材に対する密着性が満足できるものでなかった。本発明の目的は、特定構造のA−B型ブロック共重合体を含む水分散性のシリコーン組成物、および水性塗料や水性粘着剤樹脂等にそれを添加してなる水分散性シリコーン組成物の製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、ポリシロキサン基含有(共)重合体であるセグメントAと下記水溶性ビニル系単量体の単独重合体、又は水溶性ビニル系単量体とビニル系単量体との共重合体であるセグメントBとからなるA−B型ブロック共重合体と有機溶剤および水とを含む水分散性シリコーン組成物の製造方法において、A−B型ブロック共重合体の製造方法がポリメリックペルオキシドを用いて連鎖中にペルオキシ結合及び数平均分子量300〜50000であるポリシロキサン基含有単量体をAセグメント中1〜90重量%の範囲となるように重合して導入したポリシロキサン基を含有する共重合体を得る第一工程、及び第一工程で得られた溶液中に単量体を加えて重合する第二工程を含むことを特徴とする水分散性シリコーン組成物の製造方法。
水溶性ビニル系単量体:カルボン酸基含有ビニル型単量体、及びそれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩;水酸基含有ビニル型単量体;スルホン酸基を有するラジカル重合性不飽和単量体、及びそれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩;(メタ)アクリル酸から誘導される四級アンモニウム塩;アミノ基を有するアルコールの(メタ)アクリル酸エステル、及びそれらの四級アンモニウム塩;アミド基含有ビニル型単量体、である。
第2の発明は、ポリシロキサン基含有(共)重合体に形成されるポリシロキサン基含有単量体が前記の一般式(1)及び(3)で表される単量体を併用した混合物であることを特徴とする水分散性シリコーン組成物の製造方法である。
第3の発明は、ポリシロキサン基含有(共)重合体に形成されるポリシロキサン基含有単量体が前記一般式(1)及び(3)で表される単量体を併用した混合物であり、かつポリシロキサン基含有単量体の仕込量に対して一般式(1)の割合が25重量%以上であることを特徴とする水分散性シリコーン組成物の製造方法である。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明について詳細に説明する。
第1の発明の水分散性シリコーン組成物は、ポリシロキサン基含有(共)重合体であるセグメントAと親水性基含有(共)重合体であるセグメントBとからなるA−B型ブロック共重合体と有機溶剤および水とを含んでいる。
A−B型ブロック共重合体中のセグメントAであるポリシロキサン基含有(共)重合体とは、ポリシロキサン基含有単量体の単独重合体、ポリシロキサン基含有単量体と水溶性ビニル系単量体との共重合体、ポリシロキサン基含有単量体とビニル系単量体との共重合体、又はポリシロキサン基含有単量体と水溶性ビニル系単量体とビニル系単量体との共重合体である。
一方、A−B型ブロック共重合体中のセグメントBである親水性基含有(共)重合体とは、水溶性ビニル系単量体の単独重合体、又は水溶性ビニル系単量体とビニル系単量体との共重合体である。
【0007】
まず、前記ポリシロキサン基含有単量体について以下に説明する。ポリシロキサン基含有単量体は、ケイ素原子と酸素原子とが交互に結合して鎖式構造を形成しているポリシロキサン基を有する、下記の一般式(1)又は(2)で表される単量体である。
【0008】
【化1】
【0009】
[式中、R1は水素原子またはメチル基、R2はメチル基、エチル基、フェニル基または
【0010】
【化2】
【0011】
(式中、R5は水素原子、フェニル基、またはCPH2P+1、R6はメチル基、エチル基、フェニル基、mは1〜2000の整数、Pは1〜10の整数である。)、R3は水素原子、フェニル基またはCQH2Q+1、R4はメチル基、エチル基、水酸基、またはフェニル基、nは1〜2000の整数、Qは1〜10の整数である。]
【0012】
【化3】
【0013】
[式中、R1は水素原子またはメチル基、R2はメチル基、エチル基、フェニル基または
【0014】
【化4】
【0015】
(式中、R5は水素原子、フェニル基、またはCPH2P+1、R6はメチル基、エチル基、フェニル基、mは1〜2000の整数、Pは1〜10の整数である。)、R3は水素原子、フェニル基またはCQH2Q+1、nは1〜2000の整数、Qは1〜10の整数である。]
上記一般式(1)又は(2)中のR1〜R6、m、n、P、Qは、一般式(1)又は(2)の単量体の種類に基づいて適宜設定される。
また、一般式(1)または(2)に表されるR2、R3、R4は、上記で規定した置換基の中で同一であっても、異なっていてもよい。また、ポリシロキサン基の機能を効果的に発揮させるためには、ポリシロキサン基が枝状に結合されていることが好ましい。
また、片末端にビニル基を有する前記一般式(1)で表される単量体を用いた場合、片末端のみが固定化されることによって、一方の末端であるポリシロキサン基部分が被膜表面を自由に動くことができ、低表面張力を持続的に発現することができる。
【0016】
さらに、両末端にビニル基を有する前記一般式(2)で表される単量体を用いた場合、一般式(1)で表される単量体より両末端が固定される分、被膜表面を自由に動くことができなくなり、低表面張力による性能が若干低下するが、一方で被膜強度が高くなる傾向がある。
一般式(1)および(2)で表される単量体を併用した場合は、それぞれの単量体の効果がバランスよく発現される傾向にあるが、初期からの離型性を発現するためには、ポリシロキサン基含有単量体の仕込量に対して一般式(1)の割合が25重量%以上であることが好ましい。
また、ポリシロキサン基含有単量体は、市販品として入手することができる。例えば、商品名サイラプレーンFM−0711,サイラプレーンFM−0721,サイラプレーンFM−0725,サイラプレーンFM−7711,サイラプレーンFM−7721,サイラプレーンFM−7725(チッソ(株)製)等がこの化合物に相当する。
【0017】
A−B型ブロック共重合体のセグメントA中に占めるポリシロキサン基含有単量体から形成される重合体の好ましい範囲は、1〜90重量%である。さらに好ましい範囲は、5〜70重量%である。
この割合が1重量%未満ではシリコーンの特性の一つである離型性を十分に発現しにくくなり、90重量%を越えると、高い重合転化率が得られにくくなる傾向にある。
また、ポリシロキサン基含有単量体のポリシロキサン基の数平均分子量(ゲル濾過クロマトグラフィーにより測定し、ポリスチレン換算値である。以下同様)のは、300〜50000が好ましく、さらに好ましくは1000〜20000である。
数平均分子量が300未満ではポリシロキサン基に由来する離型性が得られなくなる傾向にある。一方、数平均分子量が50000を越すとポリシロキサン基の導入が困難となる傾向にある。
【0018】
A−B型ブロック共重合体のAセグメントを形成する水溶性ビニル系単量体(以下、この単量体を水溶性成分−1と称する)及びBセグメントを形成する水溶性ビニル系単量体(以下、この単量体を水溶性成分−2と称する)は、A−B型ブロック共重合体を水に分散できるようにする目的で原料モノマー中に加えられる。
前記水溶性成分−1、2としては、同種の水溶性ビニル系単量体を用いても、異なる水溶性ビニル系単量体を用いてもよいが、製造の容易さという観点から、例えば、(メタ)アクリル酸{以下、アクリル酸とメタクリル酸を総称して(メタ)アクリル酸と略記する。}、イタコン酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、グルタコン酸、アコニット酸、シトラコン酸、メサコン酸、チグリン酸、ムロン酸、イソクロトン酸、3−ブテン酸等のカルボン酸基含有ビニル型単量体、及びそれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩;(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2,3−ジヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコールモノエステル(ここで、ポリエチレングリコールの分子量は176〜8800が好適である)、(メタ)アクリル酸メトキシポリエチレングリコールエステル(ここで、ポリエチレングリコールの分子量は396〜8800が好適である)等の水酸基含有ビニル型単量体;スチレンスルホン酸、スルホン酸エトキシ(メタ)アクリレートのようなスルホン酸基を有するラジカル重合性不飽和単量体、及びそれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩;2−ヒドロキシ−3−メタクリルオキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドのような(メタ)アクリル酸から誘導される四級アンモニウム塩、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、ビニルピリジン、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチルのようなアミノ基を有するアルコールの(メタ)アクリル酸エステル、及びそれらの四級アンモニウム塩;(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−n−プロピル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N’−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N’−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、N−(メタ)アクリロイルピペリジン、N−(メタ)アクリロイルモルホリン、t−ブチルアクリルアミドスルホン酸等のアミド基含有ビニル型単量体が挙げられる。
これらの親水性ビニル単量体の、一種または二種以上を使用することができる。
【0019】
さらに、ポリシロキサン基含有単量体との共重合のしやすさという観点から、(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコールモノエステル(ここで、ポリエチレングリコールの分子量は176〜8800が好適である)、(メタ)アクリル酸メトキシポリエチレングリコールエステル(ここで、ポリエチレングリコールの分子量は396〜8800が好適である)、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチルのようなアミノ基を有するアルコールの(メタ)アクリル酸エステル、及びそれらの四級アンモニウム塩、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミドなどを好ましいものとして挙げることができる。
また、親水性を向上させる目的でアルカリ金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩等にする場合には、予め処理されたものを使用する方法、共重合体を生成中あるいは共重合体を生成した後に処理する方法のいずれを用いる方法であってもよい。
A−B型ブロック共重合体に占める親水性ビニル単量体から形成される重合体の好ましい範囲は、1〜80重量%である。さらに好ましい範囲は、5〜70重量%である。この割合が1重量%未満では水に対する分散性が発現しにくくなる傾向にあり、80重量%を越えると、シリコーンの特性である離型性が発現しにくくなる傾向にある。
【0020】
また、A−B型ブロック共重合体のセグメントA中の親水性成分−1とセグメントB中の親水性成分−2との割合は、重量比で0/100〜90/10が好ましく、0/100〜70/30がさらに好ましい。
重量比が90/10を越えると、セグメントAに親水性ビニル単量体の割合が増加し、親水性が増すためポリシロキサン基に由来する離型性等の特性を発現しにくくなる傾向にある。
さらに、A−B型ブロック共重合体のセグメントAを形成するビニル系単量体(以下、この単量体を親和性成分−1と称する)及びセグメントBを形成するビニル系単量体(以下、この単量体を親和性成分−2と称する)は、各種用途に応じて適宜選ばれる。即ち親和性成分−1,2を種々選択することによって、高分子材料との親和性が向上し、ポリシロキサン基によりシリコーンの特性を長期に渡って発現することができる。
【0021】
前記親和性成分−1、2としては、同種のビニル系単量体を用いても、異なるビニル系単量体を用いてもよいが、製造の容易さという観点から、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピルなどの(メタ)アクリル酸低級アルキル;(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル等の(メタ)アクリル酸高級アルキル;(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロオクチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロデシルエチル等の(メタ)アクリル酸パーフルオロアルキル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等の低級脂肪酸ビニルエステル;酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、2−エチルヘキサン酸ビニル、ラウリル酸ビニル、ステアリン酸ビニル等の高級脂肪酸ビニルエステル;スチレン、ビニルトルエン、ビニルピロリドン等の芳香族ビニル型単量体;(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコール(ここで、ポリエチレングリコールの分子量は44〜352が好適である)、(メタ)アクリル酸メトキシポリエチレングリコール(ここで、ポリエチレングリコールの分子量は44〜352が好適である)等のエーテル基含有ビニル型単量体;ブタジエン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、(メタ)アクリルニトリル、フマル酸ジブチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アリルグリシジルエーテルが挙げられる。
これらのビニル単量体の、一種または二種以上を使用することができる。
さらに高分子材料への親和性やポリシロキサン基含有単量体との共重合性という観点から、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリルなどを好ましいものとして挙げられる。
【0022】
A−B型ブロック共重合体中の親和性成分は、0〜70重量%の範囲が好ましく、20〜50重量%の範囲がさらに好ましい。親和性成分が無くても水溶性成分により高分子材料に対する親和性を発現することが可能であるが、親和性成分が70重量%を越えると、ポリシロキサン基に基づくシリコーンの特性が低下する傾向にあり、さらにA−B型ブロック共重合体の水分散性が低下する傾向にある。
親和性成分を使用した場合、A−B型ブロック共重合体のセグメントA中の親和性成分−1とセグメントB中の親和性成分−2との割合は、重量比で5/95〜80/20が好ましく、10/90〜70/30がさらに好ましい。
重量比が5/95未満ではポリシロキサンの重合体部分への転化率が低下し、重量比が80/20を越えると、ポリシロキサン基に基づくシリコーンの特性が低下する傾向となる。
【0023】
また、A−B型ブロック共重合体のセグメントAに対するセグメントBの重量比は、25/75〜90/10であることが好ましく、40/60〜70/30であることがさらに好ましい。重量比が25/75未満では、ポリシロキサン基に由来するシリコーンの特性が十分に発現されず、重量比が90/10を越えると、ブロック型の共重合体の効果が減少し水分散性や高分子材料に対する親和性が低下する傾向にある。
この発明のA−B型ブロック共重合体の合成は、溶液重合法、懸濁重合法、エマルション、塊状重合法等の常法に従って行われる。
A−B型ブロック共重合体の溶液重合法の場合、ポリメリックペルオキシドを重合開始剤として二段階の重合を行うことによって所望のA−B型ブロック共重合体が得られる。この重合方法は、公知の製造プロセス(例えば特公平5−41668号公報、特公平5−59942号公報、特公平8−26160号公報記載)により製造される。
【0024】
上記A−B型ブロック共重合体の製造時に用いられるポリメリックペルオキシドとは、1分子中に2個以上のペルオキシ結合を持つ化合物である。ポリメリックペルオキシドとしては、特公平5−41668号公報記載の各種ポリメリックペルオキシドを一種または二種以上を使用することができる。
例えば、下記一般式(3)〜(5)で示されるものが使用できる。
【0025】
【化5】
【0026】
【化6】
【0027】
【化7】
【0028】
上記の式中、いずれもnは2〜20の整数である。
前記A−B型ブロック共重合体の合成方法を更に詳細に説明すると、まず第一工程としてポリメリックペルオキシドを重合開始剤として用い、例えばポリシロキサン基含有単量体と親水性成分−1と親和性成分−1を構成する単量体を溶液中で重合することにより、連鎖中にペルオキシ結合及びポリシロキサン基を含有する共重合体が得られる。
次に、第二工程として、第一工程で得られた溶液中に例えば親水性成分−2と親和性成分−2を構成する単量体を加えて重合を行うと、ペルオキシ結合及びポリシロキサン基を含有する共重合体中のペルオキシ結合において開裂することにより、効率よくA−B型ブロック共重合体が得られる。
なお、上記のような二段階重合において、第一工程のポリシロキサン基含有単量体と親水性成分−1と親和性成分−1を構成する単量体を第二工程に、そして第二工程の親水性成分−2と親和性成分−2を構成する単量体を第一工程に用いてもよい。
【0029】
ブロック共重合体の製造時の第一工程で用いるポリメリックペルオキシドの量は、第一工程で用いる単量体100重量部に対して通常0.5〜20重量部であり、そのときの温度は40〜130℃、重合時間は2〜12時間程度である。また、第二工程での重合温度は通常40〜140℃、重合時間は3〜15時間程度である。
本発明の水分散性シリコーン組成物は、A−B型ブロック共重合体を有機溶剤中あるいは水と有機溶剤の混合媒体中で合成し、さらに水を加えて分散させたものを使用する方法が好ましい。この点からいえば、前記重合法として特に溶液重合法を採用するのが望ましい。
【0030】
使用する有機溶剤としては、例えばメチルアルコール、エチルアルコ−ル、プロピルアルコール、2−プロピルアルコール、1−ブチルアルコール、2−ブチルアルコール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、シクロペンタノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、セロソルブアセテート、アセトン、2−ブタノン、3−メチル−2−ブタノン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−メチル−3−ペンタノン、3−メチル−2−ペンタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2,4−ジメチル−3−ペンタノン、4,4−ジメチル−2−ペンタノン、2−ヘキサノン、3−ヘキサノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、2−メチル−3−ヘキサノン、5−メチル−2−ヘキサノン、5−メチル−3−ヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、トリメチル酢酸メチル、酢酸イソブチル、酢酸s−ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソアミル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピオン酸t−ブチル、プロピオン酸イソブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、酪酸イソプロピル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチル、2−メチル−酪酸メチル、カプロン酸メチル、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、シクロヘキサン、ヘキサン、イソヘキサン、イソヘキセン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、イソノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、イソパラフィン系溶剤(日本油脂(株)製:NAS−3,NAS−4,NAS−5H)、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、メチルクロロホルム等が挙げられる。
【0031】
これらの溶剤の、一種または二種以上を使用して水に溶解または分散させることができれば問題なく使用できる。
これらの中で特に、A−B型ブロック共重合体を溶解または分散させ、水にも安定に溶解または分散するのに良好な溶媒として、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、2−プロピルアルコール、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、イソパラフィン系溶剤(日本油脂(株)製:NAS−3,NAS−4,NAS−5H)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、アセトン、2−ブタノンが挙げられる。
【0032】
水、有機溶剤、A−B型ブロック共重合体の重量比は、25/0.05/0.1〜99.5/50/50の範囲で安定な溶液が得られやすくなる傾向にあり、さらに好ましい重量比は30/0.5/1〜98.5/40/30の範囲で安定な溶液が得られる傾向にある。
水の使用量が99.5重量%を越える、あるいは有機溶剤の使用量が0.05重量%未満であると安定な溶液が得られなくなる傾向にあり、A−B型ブロック共重合体が0.1重量%未満であると製膜性とシリコーンの特性が発現されにくい傾向にある。 一方、A−B型ブロック共重合体が50重量%を越えると増粘して作業性が悪くなる傾向にある。また、水の使用量が25重量%未満あるいは有機溶剤の使用量が50重量%を越えると水溶性樹脂に溶け難くなる傾向にある。
【0033】
A−B型ブロック共重合体に更に水溶性樹脂と有機溶剤および水とを含んだ水分散性シリコーン組成物である。前記水溶性樹脂とは水に可溶な樹脂類をいい、例えばポリビニルアルコールのような水溶性高分子、ユリア樹脂製造の際の中間生成物であるメチロール尿素樹脂、フェノールとホルマリンを付加縮合反応する場合、苛性ソーダなどのアルカリを触媒として用いて得られる水性フェノール樹脂やカルボン酸基を含んだアクリル樹脂のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩等が挙げられる。
【0034】
前記高分子材料としては、プラスチック等の合成高分子や天然高分子であり、具体的には塗料、接着剤、膜、シーラント、紙、合成紙、繊維、ゴム等である。この発明の高分子材料用表面改質剤の使用方法は特に限定されないが、水性塗料に離型性や低摩擦性を付与する目的で使用する場合、水性塗料の樹脂分100重量%に対して、A−B型ブロック共重合体を0.01重量%以上添加することが好ましく、さらに好ましくは、1重量%以上添加することが好ましい。A−B型ブロック共重合体が0.01重量%未満であると要求特性である離型性や低摩擦性を発現しにくくなる傾向にある。
【0035】
また、水性粘着剤の粘着性を調整する目的で使用する場合、水性粘着剤の樹脂分100重量%に対して、A−B型ブロック共重合体を0.1重量%以上添加することが好ましく、さらに好ましくは、1重量%以上添加することが好ましい。A−B型ブロック共重合体を0.1重量%未満であると要求特性である粘着性の調整ができにくくなる傾向にある。
さらに、プラスチック板や紙等の高分子材料に添加することによる離型性、低摩擦性、非粘着性、撥水性等の機能を付与する目的で使用する場合、
高分子材料100重量%に対して、A−B型ブロック共重合体を0.01重量%以上添加することが好ましい。さらに好ましくは、1重量%以上の添加が有効である。
A−B型ブロック共重合体の添加量が0.01重量%未満であると要求性能である離型性、低摩擦性、非粘着性、撥水性等の機能を発現しにくくなる傾向にある。
高分子材料にこの発明の表面改質剤を添加して、水または有機溶剤等を用いて初期粘度を100ポイズ以下の条件で溶解し、その後に水と溶媒を揮発させるための加熱又は真空乾燥等の処理を行って高分子材料の成形体を得れば、ポリシロキサン基に由来する機能が成形体の空気に接した界面(表面)あるいは低エネルギー界面に付与され、使用方法として特に適切である。
また、塗布する場合、高分子材料1m2当たり,A−B型ブロック共重合体を0.1g以上使用することが好ましい。更に好ましくは、1g以上使用することが有効である。
【0036】
【実施例】
次に、実施例及び比較例をあげて、この発明をさらに具体的に説明する。%は重量%を示す。
実施例1
<ペルオキシ結合含有共重合体の合成>
温度計、撹拌機及び還流冷却器を備えた反応器に、2−プロピルアルコールを50g仕込み、窒素ガスを吹き込みながら70℃に加熱した。それに、2−プロピルアルコール78g、下記(6)式で示されるポリシロキサン含有単量体(数平均分子量=10000)25g、下記(7)式で示されるポリシロキサン含有単量体(数平均分子量=10000)5g、メタクリル酸メチル25g、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル5g、下記(8)式で示されるポリメリックペルオキシド12gとからなる混合液を1時間かけて仕込み、さらに5時間重合反応を行ってペルオキシ結合含有共重合体溶液を得た。
【0037】
【化8】
【0038】
【化9】
【0039】
【化10】
【0040】
<A−B型ブロック共重合体の合成>
前記のペルオキシ結合含有共重合体溶液200gに、メタクリル酸10g、メタクリル酸メチル30g、2−プロピルアルコール93.3gを混合して溶解後、温度計、撹拌機及び還流冷却器を備えた反応器に仕込んだ。そして、これを窒素ガスを吹き込み、撹拌しながら80℃で5時間反応させて、A−B型ブロック共重合体溶液を得た。
得られたA−B型ブロック共重合体中のメタクリル酸に対して等モル量の25%アンモニア水7.9gを加えて第4級アンモニウム塩を生成させて水溶化を行い、樹脂分が15%になるようにイオン交換水405.4gを用いて調整したものを水分散性シリコーン組成物とした。なお、この組成物の組成比は樹脂分(A−B型ブロック共重合体)が15%、有機溶剤(2−プロピルアルコール)30%、水55%であった。
得られた水分散性シリコーン組成物を用いて、離型フィルム及び離型紙を下記試験片の作成方法により作成し、更に各種試験を行い評価した結果を表1に示した。
<試験片の作成方法>
離型フィルム又は離型紙は、厚さ20μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(表中、PETと略記した。)あるいは上質紙(表中、紙と略記した。)にバーコーターを用いて塗工して、80℃で30分間加熱乾燥させて約5〜10μm膜厚の塗膜を形成させた。
【0041】
<塗膜外観>
塗膜の外観を下記判定基準により目視の判定をした。
○:無色透明
△:白色透明
×:白色不透明
【0042】
<剥離性試験>
試験片上に、幅50mmの粘着テープ(積水化学製セロテープ252)をゴムロールにて圧着したものを粘着テープ剥離抵抗を測定するサンプルとした。
そして23℃の恒温室で引っ張り試験機により剥離角度180゜、剥離速度200mm/minの定速で測定した値を剥離力として求めた。
【0043】
<耐水試験後の剥離性試験>
離型フィルムを80℃の温水に5時間浸漬後、常温で24時間乾燥させたものをサンプルとして用い、前記剥離性試験で記載した方法と同じやり方で剥離力を求めた。
【0044】
【表1】
【0045】
実施例2
<A−B型ブロック共重合体の合成>
実施例1のペルオキシ結合含有共重合体の合成時のメタクリル酸2−ヒドロキシエチル5gの代わりにメタクリル酸n−ブチル5g、A−B型ブロック共重合体の合成時のメタクリル酸メチル30gの代わりにメタクリル酸n−ブチル30gを仕込む他は、すべて実施例1と同じ方法でA−B型ブロック共重合体を得た。
実施例1同様、得られたA−B型ブロック共重合体中のメタクリル酸に対して等モル量の25%アンモニア水7.9gを加えて第4級アンモニウム塩を生成させて水溶化を行い、樹脂分が15%になるようにイオン交換水を用いて調整したものを水分散性シリコーン組成物(組成比は実施例1と同じ)とした。
得られた水分散性シリコーン組成物を用いて、実施例1と同様に離型フィルム又は離型紙の試験片を作成し、更に各種試験を行い評価した結果を表1に示した。
【0046】
実施例3
<A−B型ブロック共重合体の合成>
実施例1のペルオキシ結合含有共重合体の合成時のメタクリル酸2−ヒドロキシエチル5gの代わりにN,N−ジメチルアクリルアミド5g、A−B型ブロック共重合体の合成時のメタクリル酸10gの代わりにN,N−ジメチルアクリルアミド10gを仕込む他は、すべて実施例1と同じ方法でA−B型ブロック共重合体を得た。
得られたA−B型ブロック共重合体の樹脂分が15%になるようにイオン交換水を用いて調整したものを水分散性シリコーン組成物(組成比は実施例1と同じ)とした。
得られた水分散性シリコーン組成物を用いて、実施例1と同様に離型フィルム又は離型紙の試験片を作成し、更に各種試験を行い評価した結果を表1に示した。
【0047】
比較例1
<シリコーンエマルション>
両末端がシラノール基で閉塞され、25℃における粘度が1000センチストークスのポリジメチルシロキサン20gを、ジヘキサデシルジメチルアンモニウムクロライド4g、ポリオキシエチレン20モル付加ソルビタンモノステアレート1g、水75g、ともに撹拌混合した後、アイガージャパン製タイガーモーターミルに通して前駆体エマルションAを得た。
次に前駆体エマルションA70gにアルミナゾルB(Al2O3含有量10重量%、pH=4)30gを配合たものをシリコーンエマルションとした。
得られたシリコーンエマルションを用いて、実施例1と同様に離型フィルム又は離型紙の試験片を作成し、更に各種試験を行い評価した結果を表1に示した。
【0048】
比較例2
<シリコーンエマルション>
比較例1のジヘキサデシルジメチルアンモニウムクロライド4gの代わりにオクタデシルジメチルアンモニウムクロライド4gを仕込む他は、すべて比較例1と同じ方法でシリコーンエマルションとした。
得られたシリコーンエマルションを用いて、実施例1と同様に離型フィルム又は離型紙の試験片を作成し、更に各種試験を行い評価した結果を表1に示した。
【0049】
実施例4〜9および比較例3〜6
表2に示すように、水性アクリル塗料(大日本インキ化学工業製、商品名:ウォーターゾールS−744)の樹脂分100重量部に対して、前記の実施例1、2、3で得た水分散性シリコーン組成物又は比較例1、2で得たシリコーンエマルションを樹脂分(有効成分)で3重量部又は10重量部となるようにそれぞれ添加した後、各水性アクリル塗料の全体の樹脂分が15%になるように水で希釈して高分子材料用表面改質剤とした。
得られた高分子材料用表面改質剤を用いて、実施例1と同様に離型フィルム又は離型紙の試験片を作成し、更に各種試験を行い評価した結果を表2に示した。
【0050】
【表2】
【0051】
前記表1及び表2の結果から、実施例1〜9は良好な塗膜外観と離型性を示すことが明らかとなった。これに対して比較例1〜6は、塗膜が不透明であり、十分な離型性能を発現することができなかった。特に基材に対する密着性に起因する耐水試験後の剥離性については、明らかに実施例が良好な結果を示していることが確認された。
【0052】
【発明の効果】
本発明の水分散性シリコーン組成物は、ポリシロキサン基含有(共)重合体であるセグメントAと親水性基含有(共)重合体であるセグメントBとからなるA−B型ブロック共重合体と有機溶剤および水で構成されている。
従ってA−B型ブロック共重合体中のポリシロキサン基含有(共)重合体であるセグメントAを形成するポリシロキサン基が低表面張力を有するため、選択的に表面に配向して離型性を発現できる。
また、A−B型ブロック共重合体中の親水性基含有(共)重合体であるセグメントBでは、A−B型ブロック共重合体の安定した水分散性を与える。さらに被塗物となる基材に対する親和性、及び水系塗料や水性接着剤へ混入した場合の親和性を考慮したビニル系単量体を用いることにより、A−B型ブロック共重合体の脱落を防ぐことができるため、長期離型持続性を発現できる。
Claims (3)
- ポリシロキサン基含有(共)重合体であるセグメントAと下記水溶性ビニル系単量体の単独重合体、又は水溶性ビニル系単量体とビニル系単量体との共重合体であるセグメントBとからなるA−B型ブロック共重合体と有機溶剤および水とを含む水分散性シリコーン組成物の製造方法において、A−B型ブロック共重合体の製造方法がポリメリックペルオキシドを用いて連鎖中にペルオキシ結合及び数平均分子量300〜50000であるポリシロキサン基含有単量体をAセグメント中1〜90重量%の範囲となるように重合して導入したポリシロキサン基を含有する共重合体を得る第一工程、及び第一工程で得られた溶液中に単量体を加えて重合する第二工程を含むことを特徴とする水分散性シリコーン組成物の製造方法。
水溶性ビニル系単量体:カルボン酸基含有ビニル型単量体、及びそれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩;水酸基含有ビニル型単量体;スルホン酸基を有するラジカル重合性不飽和単量体、及びそれらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩;(メタ)アクリル酸から誘導される四級アンモニウム塩;アミノ基を有するアルコールの(メタ)アクリル酸エステル、及びそれらの四級アンモニウム塩;アミド基含有ビニル型単量体 - ポリシロキサン基含有(共)重合体に形成されるポリシロキサン基含有単量体が下記の一般式(1)及び(3)で表される単量体
- ポリシロキサン基含有(共)重合体に形成されるポリシロキサン基含有単量体が前記一般式(1)及び(3)で表される単量体を併用した混合物であり、かつポリシロキサン基含有単量体の仕込量に対して一般式(1)の割合が25重量%以上であることを特徴とする請求項2に記載の水分散性シリコーン組成物の製造方法。
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