JP4526843B2 - ペースト用塩化ビニル系樹脂粒子及びその組成物 - Google Patents
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Description
ペースト用塩化ビニル系重合体の製造において、モノマーを水性媒体中で微細懸濁(マイクロサスペンジョン)または乳化(エマルジョン)重合すると、粒子径が約0.1μmから約100μmの重合粒子が得られる。通常の重合で得られる重合粒子は、頻度分布において、ピークを一つ持った粒子径分布となる。この塩化ビニル系重合粒子と可塑剤を用いてゾルを調製すると、高せん断領域でのゾル粘度が高いため、高速で薄膜コーティングすることが困難であった。
ゾルの粘度を下げるため、重合を複数回行って、異なる粒子径(または粒子径分布)の重合粒子を作成し、これらを混合することにより、頻度分布において2山以上の分布を有する重合体粒子を得ることも行われている。
しかしながら、この重合体粒子を用いても、高せん断領域でのゾル粘度がまだ十分に低くないため、薄膜に塗布する必要のあるビニル壁紙製造などの高速塗工用途においては、粘度調節のために揮発性の有機液体成分(希釈剤または粘度調節溶剤とも言う)を加えて、加工に供するのが一般的である。
そして、希釈剤を用いなくて、低粘度のペーストゾルを得る方法として、例えば、比表面積が1.0〜3.5m2/gであり、(A)2μm未満に粒子径分布をもち、その分布のピーク径が0.2〜1.5μmに少なくとも1つある粒子15〜55重量%、(B)2μm以上4μm未満の粒子15重量%未満、及び(C)4μm以上に粒子径分布をもち、その分布のピーク径が7〜15μmに少なくとも1つある粒子40〜80重量%で構成されたことを特徴とする塩化ビニル系樹脂(特許文献3)がある。
しかしながら、上記の低粘度化法は、可塑剤の配合量を少なくした場合においても、低剪断領域から高剪断領域までの広い剪断速度領域にわたって、低粘度のペーストゾルを得ることを目的とし、該目的の範囲内ではそれなりの低粘度化を図っていると言えるかもしれないが、高速で薄膜コーティングする場合においては、極めて高い低粘度のものが要求されるため、上記のものはまだ十分なものとはいえない。
ところが、近年は、シックハウスによる建材からの化学物質が問題となり、トータルVOC(揮発性有機成分)もその人体衛生面から少ないことが望まれている。即ち、出来るだけ揮発性の有機成分が製品中に残らないことが望まれている。そのため、原料であるゾルにも揮発性の有機成分が出来るだけ少ないことが望ましい。
そして、高速で薄膜コーティングする場合には、極めて低粘度のものが要求されるが、希釈剤を全く使用しないか、又は非常に少ない使用量においても、ゾル粘度が極めて低いものは、未だ開発されていないのが現状である。
従って、希釈剤を全く使用しないか、又は非常に少ない使用量においても、高速での薄膜コーティングにも使用可能な極めて低粘度のゾルが得られるペースト用塩化ビニル系樹脂の開発が待たれている。
1.粒子径0.1〜200μmの間を複数の区分に区切るにあたり、各区分の上限と下限の粒子径の常用対数の値の差が等しくなるように56区分に区切り、粒子径0.10〜10.10μmの範囲に含まれる粒子を体積基準で100%としたとき、粒子径0.34〜2.27μmの区間中の各区分に存在する粒子の割合が、そのいずれの区分においても体積基準で3.0%以上であることを特徴とするペースト用塩化ビニル系樹脂粒子。
2.(1)上記1記載の塩化ビニル系樹脂粒子、(2)常圧での沸点が300℃を越える可塑剤、(3)常圧での沸点が60〜300℃の有機液体を含み、これらの各成分の合計量を100重量%としたときに、成分(1)が25〜75重量%、成分(2)が25〜75重量%、成分(3)が0〜2.0重量%であることを特徴とする塩化ビニル系樹脂粒子組成物。
本発明の樹脂組成物は、希釈剤を使用しなくても、又は非常に少ない使用においても、ゾル粘度が極めて低いものとなり、高速での薄膜コーティングにも使用可能であるから、画期的なものである。
(1)従来のペースト用塩化ビニル系樹脂粒子組成物は、ゾル粘度が高いため、希釈剤を用いてゾル粘度を低下させていた。
ところが、近年、用途(壁紙等)によっては、希釈剤の存在は好ましくないことが解り、希釈剤を出来るだけ用いない、即ち、ゾル粘度が低い、ペースト用塩化ビニル系樹脂粒子が開発されるようになった。
しかし、従来の上記の目的で開発されたものは、希釈剤を用いる必要性のないものは極めて少なく、あったとしても、高速での薄膜コーティングにも使用可能な、極めて低粘度のゾルが得られるものはなかった。
(2)このような状況下、高速での薄膜コーティングにも使用可能な、極めて低粘度のゾルとなるペースト用塩化ビニル系樹脂粒子を得る方法を模索したところ、塩化ビニル系樹脂粒子に特定の粒子径分布を持たせるだけで、特に希釈剤を用いなくても、極めて低粘度のゾルを与えるペースト用塩化ビニル系樹脂粒子が得られることをつきとめた。
(3)即ち、塩化ビニル系樹脂粒子が、粒子径0.1〜200μmの間を複数の区分に区切るにあたり、各区分の上限と下限の粒子径の常用対数の値の差が等しくなるように56区分に区切り、粒子径0.10〜10.10μmの範囲に含まれる粒子を体積基準で100%としたとき、粒子径0.34〜2.27μmの区間中の各区分に存在する粒子の割合が、そのいずれの区分においても体積基準で3.0%以上であるようにすると、極めて低粘度特性のペースト用塩化ビニル系樹脂粒子が得られることを知った。
何れにしても、本発明のペースト用塩化ビニル系樹脂粒子は、特に希釈剤(揮発性有機液体)を用いなくても、ゾル粘度が極めて低くなり、高速での薄膜コーティングにも使用可能であるから、揮発性有機液体の存在が問題となる用途(建材)等には最適であり、その有用性は非常に高いものである。
本発明のペースト用塩化ビニル系樹脂粒子は、粒子径0.1〜200μmの間を複数の区分に区切るに際し、各区分の上限と下限の粒子径の常用対数の値の差が等しくなるように56区分に区切り、粒子径0.10〜10.10μmの範囲に含まれる粒子を体積基準で100%としたとき、粒子径0.34〜2.27μmの区間中の各区分に存在する粒子の割合が、そのいずれの区分においても体積基準で3.0%以上である点に特徴を有するものである。
そこで、本発明の上記の構成要件及び用途等について、以下説明する。
本発明の塩化ビニル径樹脂の重合度については特に制限はないが、通常、400以上であり、ゲル分(テトラヒドロフラン不溶成分)を含んでいても良い。好ましくは600〜2000である。重合度が600より小さいものを用いた場合、重合体の熱安定性が悪く、黄色に着色しやすい。また、製品強度が低下することがある。重合度が2000より大きいものを用いた場合、発泡性及び成形性(ゲル化性)に悪影響が出るため、生産性や意匠性が悪化しやすい。
本発明の塩化ビニル系樹脂粒子の製造は、水性媒体中において実施される既知の方法が特に制限なく採用される。例えば、共重合可能なモノマーとしては、酢酸ビニル、エチレン、酢酸ビニリデン、アクリロニトリル、ジアリルフタレート、アリルメタクリレートなどが挙げられる。通常、これらの成分の含有量は、20モル%以下であるのが好ましい。
本発明の塩化ビニル系樹脂粒子は、体積基準の頻度分布において、より台形に近い分布を必要としている。即ち、粒子径0.10〜10.10μmの範囲にある粒子を100%としたときに、粒子径0.34〜2.27μmの範囲のすべての区分において体積基準頻度が3.0%以上であることが必要である。好ましくは拡大された粒子径範囲、即ち、粒子径0.34〜2.60μmの範囲の全ての区分において体積基準頻度が3.0以上である。頻度3.0%以上の粒子径範囲が、これより狭いか、もしくは中間に3%未満の区分があれば、粒子径分布が歪となり、そのゾルが低粘度とならない。
更に粘度の低いゾルを得るには、粒子径0.34〜2.60μmの範囲の全ての区分において体積基準頻度が3.0以上、且つ、粒子径0.10〜10.10μmの範囲における全ての区分の体積基準頻度が8.0%以下であることが好ましく、より好ましくは7.0%以下である。即ち、0.10〜10.10μmの範囲に突出した(8.0%を越える)ピークがなく、且つ、粒子径0.34〜2.60μmの範囲に、できるだけ偏りがないように粒子径を分布させることが大切である。
更に好ましくは、拡大された粒子径範囲、即ち、粒子径0.34〜2.60μmの範囲の全ての区分において体積基準頻度が3.5%以上、且つ、粒子径0.10〜10.10μmの範囲の全ての区分において体積基準頻度が7.0%以下である。
本発明は、粒子径0.10〜10.10μmの範囲の塩化ビニル系樹脂粒子に対して、粒子径0.34〜2.27μmの範囲に含まれる粒子は、42体積%以上であることが必須である(14区分が含まれるため)。好ましくは50体積%以上であり、より好ましくは60体積%以上である。
粒子径0.10〜10.10μm範囲外の塩化ビニル系樹脂粒子については、任意に含むことが出来る。その添加量は特に限定されないが、粒子径0.10μm未満の粒子はできるだけ含まないことが望ましい。0.10μm未満の粒子を多量に含むと、低せん断領域のゾル粘度が高くなる傾向がある。0.10μm未満の粒子は、粒子径0.10〜10.10μm範囲内の粒子の10体積%未満が望ましい。一方、粒子径10.10μmを越える粒子はゾル粘度を下げる場合があるので、ある程度含んでもかまわないが、多量に含むと製品の意匠性や表面平滑性が悪化する。
従って、10.10μmを越える粒子は、粒子径0.10〜10.10μm範囲内の粒子に対して40体積%以下が好ましく、より好ましくは20〜0体積%である。
本発明の塩化ビニル系樹脂粒子組成物は、塩化ビニル樹脂粒子成分が、特定の粒子径分布を持っていることが特徴であって、ゾルとした際に塩化ビニル系樹脂粒子成分がその粒子径分布を持つことも含まれる。即ち、塩化ビニル系樹脂粒子を複数(数種類)混合してゾルを作成しても、ゾル中に含まれる塩化ビニル系樹脂粒子成分が本発明の粒子径分布を満たせば、ゾルの粘度が低くなる。
本発明の塩化ビニル系樹脂粒子組成物では、有機液体成分は使用しなくてもよいが、使用する場合には、常圧での沸点60〜300℃の有機液体成分が2.0重量%以下であることが必須である。有機液体成分がこれより多いと、成形後の製品に含まれる揮発性成分が多くなり、シックハウスの原因になる可能性がある。沸点60〜300℃の有機液体成分は、好ましくは1.0重量%以下、より好ましくは0.1重量%以下である。可塑剤以外の有機液体成分はできるだけ組成物中に少ないことが望ましい。
本発明では、その他の成分として、例えば、可塑剤や添加剤等が使用し得る。
(可塑剤)
可塑剤はプラスチゾル用配合剤として必須の成分である。可塑剤はその種類あるいは使用量等によって、ゾルの流動性、粘度安定性、ゲル化溶融性などの加工性や成形品の特性等が定まるので、重要な成分である。
可塑剤としては、限定されないが、例えば、ジオクチルフタレート(DOP)、ジイソノニルフタレート(DINP〉のようなフタル酸エステル系、ジオクチルアジピン酸エステル(DOA)、ジイソノニルアジピン酸エステル(DINA)のようなアジピン酸エステル系、アセチルトリブチルシトレート(ATBC)のようなクエン酸エステル系、バイエル社商品名メザモールのようなスルホン酸エステル系、トリオクチルトリメリット酸エステル(TOTM)、エポキシ化大豆油、などが好適に用いられる。
可塑剤の使用量は25〜75重量%が良い。25重量%より少ないと製品が硬く、75重量%より多いと製品の成形が困難となる。通常、これら可塑剤の沸点は常圧で300℃を越えている。沸点が常圧で300℃以下のものは使用しない方が良い。また、揮発成分としての不純物を、できるだけ含まない可塑剤が望ましい。
本組成物は、必要に応じて、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ等の無機粉体、カルシウム/亜鉛系、バリウム/亜鉛系、錫系、鉛系などの塩化ビニル系重合体向け安定剤、ジアゾカルボンアミド(ADCA)のような有機発泡剤、熱膨張性マイクロカプセルなどを併用することもできる。また、非塩化ビニル系樹脂を併用しても差し支えない。
添加剤の使用量は、特に限定されないが、本発明の組成物に対して、合計で500重量%以下が好ましく、より好ましくは0〜300重量%である。その他の成分が500重量%を越えて含まれると、塩化ビニル系樹脂粒子成分の濃度が低下するため、ゾルを加熱して成形することが難しくなる。
そして、本発明では、塩化ビニル系樹脂粒子組成物の成分として粉体の炭酸カルシウムを含む場合、その炭酸カルシウムの比表面積が200〜4000cm2/g以下である場合には、ゾル粘度を格段に低下させることを見出した。
これは、本発明の塩化ビニル系樹脂粒子と上記の特定炭酸カルシウムとを組み合わせると、ゾル中の固体粒子の粒子径分布がゾル粘度に対して良好に作用するためと考えられる。
炭酸カルシウムの比表面積が200cm2/g未満のものは、その粒子径が大きいためゾルを薄膜成形した際に、表面平滑性が悪くなる。一方、比表面積が4000cm2/gを越えるものは、ゾルの粘度が比較的高くなる。
炭酸カルシウムの添加量としては.本発明の組成物に対して、10〜300重量%が好ましく、より好ましくは40〜200重量%である。通常、壁紙用の炭酸カルシウムは比表面積が5000〜10000cm2/gのものが使用されているが、このような炭酸カルシウムを含有する本発明の組成物は、特に、壁紙用として好適に使用できる。
本ペースト用塩化ビニル系樹脂組成物からの製品の製造は、先ずプラスチゾルを調製し、次いで成形(賦形)した後、ゲル化し、続いてこれを加熱溶融し、次いで冷却して、目的の成形体とする方法により行われる。以下、この点について説明する。
プラスチゾルの調製は、ペースト用塩化ビニル系樹脂組成物と可塑剤や添加剤等の配合剤とを混合し、均一に分散させることが必要である。
なぜならば、前述したように、分散が不十分であると、混合バッチ毎に粘度が異なったり、貯蔵中に分散が進行するために、粘度変動が大きくなるという問題が発生するだけではなく、成形品の表面の平滑性が悪くなる等の物性が低下することになる。
プラスチゾル調製用の混合機としては、通常のもの、例えば、一軸ディゾルバー、二軸ミキサー、バタフライ、ポニー、ホバートミキサー等が用いられる。
賦形のための成形法としては、製品に応じ、種々の方法を用いることができる。
例えば、コーティング成形法、ディッピング成形法、スラッシュ成形法、注型成形法、回転成形法等が挙げられる。
上記の方法で賦形された成形体は、加熱してゲル化させ、形を固定する。加熱方法は、通常の方法、例えば、オーブン、トンネル型加熱炉等により行う。温度は、用いる樹脂に合わせて、120〜150℃程度とする。
続いて、ゲル化させた成形体を160〜250℃に加熱溶融させ、次いで冷却して、最終製品とする。
上記の成形法により種々の製品を製造することができる。例えば、以下のものが挙げられる。
コーティング成形(床材、壁材、鋼板、レザー、フィルム等)、ディッピング成形(電気部品、工業部品、手袋、雑貨等)、スラッシュ成形(ブーツ、玩具、自動車内装材等)、注型成形(缶シール、食品サンプル等)、回転成形(自動車内装材、玩具等)。
本発明のぺースト用塩化ビニル系樹脂組成物は、希釈剤(有機液体)を全く使用しないか、使用しても少量で済むから、特に壁紙等の内装材用として最適である。
従って、希釈剤として、有機液体成分を使用しなくても、また使用しても非常に少ない使用量で、容易に加工に供することができるので、トータルVOC(揮発性有機成分)発生量の少ない製品を提供することができる。
このように、本発明のものは、ゾル粘度が極めて低く、特に希釈剤(揮発性有機液体)を用いる必要性がないので、揮発性有機液体の存在が問題となる用途(建材)等には最適であり、その有用性は非常に高いものである。
以下の各例の粒子径分布等の測定は、以下の方法で行った。
〔粒子径分布〕
本発明の粒子径分布の測定は、レーザー光散乱法による値を採用し、測定機器は、LA−910((株)堀場製作所製)を用いて行った。
(測定条件)
分散液:ジオクチルアジピン酸エステル(DOA)
屈折率比:1.03
超音波照射:5分間
データ取り込回数:10
(測定方法)
区分の境界粒子径の常用対数の差が等しくなるように、粒子径0.1〜200μmの範囲を56区分に区切ることにより、各区分の境界粒子間の範囲を定め、各区分に存在する粒子の体積基準頻度を測定した。
ラテックス中の塩化ビニル系重合体の粒子径は、Bl−DCP Particlesizer(Brookheaven lnstruments社製)を用いて測定した。
炭酸カルシウムの比表面積は、粉体比表面積測定装置SS−100型(島津製作所(株)製)を用いて測定した。
(1)シードラテックス
ステンレス製30リットル耐圧容器に、イオン交換水15k g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを43g、1−オクタデカノール35g、ラウロイルパーオキサイド59g、塩化ビニルモノマー7.2k gを投入し、20℃で良く混合するように30分間撹拌した。その後、均質化装置(ホモジナイザー)を通じて、内容物の10リットルを15リットル重合缶に移送した。その後、パドル翼70rpmで撹拌しながら、48℃で13時間重合した。得られたラテックスの固形分濃度は32wt%、重合体粒子はピーク粒子径0.58μm、重量平均粒子径0.73μmの単分散(1山分布)であった。
15リットル重合缶に、イオン交換水5.5k g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム33g、シードラテックス444g、塩化ビニルモノマー4.6k gを仕込んだ。パドル翼70rpmで撹拌しながら、62℃で15時間重合した。得られたラテックスの固形分濃度は37.5wt%、重合体粒子はピーク粒子径2.95μm、重合平均粒子径2.84μmの単分散であった。
15リットル重合缶に、イオン交換水5.3k g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム33g、シードラテックス800g、塩化ビニルモノマー4.6k gを仕込んだ。パドル翼70rpmで撹拌しながら、62℃で13時間重合した。得られたラテックス中のラテックスの固形分濃度は38.4wt%、重合体粒子はピーク粒子径2.22μm、重量平均粒子径2.2μmの単分散の粒子であった。
ステンレス製30リットル耐圧容器に、イオン交換水12k g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム84g、1−ヘキサデカノール50g、ラウロイルパーオキサイド8g、塩化ビニルモノマー9.6k gを投入し、20℃で良く混合するように30分間撹拌した。その後、均質化装置(ホモジナイザー)を通じて、内容物の10リットルを15リットル重合缶に移送した。その後、パドル翼70rpmで撹拌しながら、62℃で10時間重合した。得られたラテックスの固形分濃度は47.6wt%、重合体粒子はピーク粒子径1.02μm、重量平均粒子径0.97μmの単分散であった。
15リットル重合缶に、イオン交換水5.2k g、ラウリル硫酸ナトリウム0.9g、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート3.2g、エチレンジアミン4酢酸鉄ナトリウム塩水和物0.05g、塩化ビニルモノマー5.0k gを仕込んだ。パドル翼70rpmで撹拌し、5wt%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液を合計で660gになるように連続投入しながら、64℃で14時間重合した。得られたラテックスの固形分濃度は40.7wt%、重合体粒子はピーク粒子径0.34μm、重合平均粒子径0.34μmの単分散であった。
以上のラテックスA〜Dの製造結果を、表1に示す。
上記で得られたラテックスA、B、C、Dを表2の比率で混合し、ポリオキシエチレン高級アルコールエーテル(花王株式会社製、エマルゲン707)を塩化ビニル重合体100部に対して0.2部加えたラテックスをスプレー乾燥して、塩化ビニル重合体粒子(乾燥粉末)PVC−A、B、C、D、E、F、Gを得た。
また、塩化ビニル重合体粒子(粉末)PVC−D、E、Fを35/25/40重量部を混ぜ合わせて、PVC−Hとした。
前記の測定法により、上記の各塩化ビニル重合体粒子の粒子径分布と各区分に存在する粒子の体積頻度を測定した。測定結果は、表3に示す。
そして、以下の判断基準により、各塩化ビニル重合体粒子の粒子径分布の判定を行った。
P:体積頻度が、粒子径0.34〜2.27μmの区間の全ての区間で3%以上である。
Q:体積頻度が、粒子径0.34〜2.27μmの区間の始まり付近(小粒子径側)で3%未満である。
R:体積頻度が、粒子径0.34〜2.27μmの区間の終わり付近(大粒子径側)で3%未満である。
S:体積頻度が、粒子径0.34〜2.27μmの区間の両端付近で3%未満である。
T:体積頻度が、粒子径0.34〜2.27μmの区間の途中で3%未満となる区分がある。
P*:体積頻度が、粒子径0.34〜2.60μm区間の全ての区分で3.5%以上、且つ0.10〜10.10μm区間の全ての区分で7%以下である。
P**:体積頻度が、粒子径0.34〜2.60μm区間の全ての区分で3.0%以上である。
P***:体積頻度が、粒子径0.34〜2.60μm区間の全ての区分で3.0%以上、且つ粒子径0.10〜10.10μm区間の全ての区分で8%以下である。
以上の通りであるから、判定がP、P*、P**、P***のものは、本発明の粒度分布の規定を満足するが、判定がQ、R、S、Tのものは、該規定を満足しないことになる。
また、参考のために、PVC−Aについての測定結果をグラフ化して、図1に示す。
(実施例1)
塩化ビニル重合体としてPVC−Aを用いて、組成物の配合を表4の組成aとして、ライカイ機で10分間混練してゾルを得た。得られた塩化ビニル重合体組成物の粘度を、2重円筒型回転粘度計(Haake社製、RS100)を用いて測定したところ、せん断速度600s-1の粘度は3010mPa・sであった。
実施例1と同様にして、表4の塩化ビニル重合体を用いて、組成物の配合を表4の組成b〜fの配合として、ゾルを得、得られた塩化ビニル重合体組成物の粘度をそれぞれ測定した。
実施例1と同様にして、表2の塩化ビニル重合体粒子を用いて、組成物の配合を表4の組成の配合として、ゾルを得、得られた塩化ビニル重合体の粘度をそれぞれを測定した。
*2 炭カル−B:SS#80(日東粉化工業(株)製、比表面積;約8500cm2/g)
*3 シリカ:乾式シリカ(レオロシール;(株)トクヤマ製)
*4 トナー:チタン粒子トナー(NWS914W;日本ピグメント(株)製)
*5 安定剤:Ba/Zn系安定剤(KF65J2;共同薬品(株)製)
*6 発泡剤−A:アゾジカルボンアミド(AZH;大塚化学(株)製)
*7 発泡剤一B:熱膨張性マイクロカプセル(F−80;松本油脂製薬(株)製)
*8 アクリル:アクリル樹脂粒子(ゼオンF345;ゼオン化成(株)製)
*9 ブレンドレジン:PBZXA(平均粒子径35μm;新第一塩ビ(株)製)
Claims (2)
- 粒子径0.1〜200μmの間を複数の区分に区切るにあたり、各区分の上限と下限の粒子径の常用対数の値の差が等しくなるように56区分に区切り、粒子径0.10〜10.10μmの範囲に含まれる粒子を体積基準で100%としたとき、粒子径0.34〜2.27μmの区間中の各区分に存在する粒子の割合が、そのいずれの区分においても体積基準で3.0%以上であることを特徴とするペースト用塩化ビニル系樹脂粒子。
- (1)請求項1記載の塩化ビニル系樹脂粒子
(2)常圧での沸点が300℃を越える可塑剤
(3)常圧での沸点が60〜300℃の有機液体
を含み、これらの各成分の合計量を100重量%としたときに、成分(1)が25〜75重量%、成分(2)が25〜75重量%、成分(3)が0〜2.0重量%であることを特徴とする塩化ビニル系樹脂粒子組成物。
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