JP4615737B2 - 水性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は（メタ）アクリルアミド系単量体を単量体成分の１つとする重合体を含む水性樹脂組成物、及びこれを用いたコーティング剤又は塗料組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種クリアコーティング剤や塗料等に使用される樹脂には、イオン性の付与、反応性を有する官能基の導入などの目的で窒素原子を有するエチレン性不飽和単量体が使用される。このようなエチレン性不飽和単量体としては、ジメチルアミノエチルメタクリレート等の窒素含有（メタ）アクリル酸エステル類等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の窒素含有（メタ）アクリル酸エステル類等を用いた樹脂からなる塗膜は、熱などの因子により黄変等の変色性を伴うことが知られている。この変色はクリアコーティング、塗料どちらで使用される場合においても塗膜の美観及び意匠性を損なうものである。
【０００４】
そこで、この発明は、イオン性の付与、及び反応性を有する官能基を付与すると共に、黄変性を抑制した、水性コーティング剤や水性塗料等に使用される水性樹脂組成物を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、下記化学式（１）で表される（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位を０．１〜３０重量％含む共重合体を用いることにより、上記課題を解決したのである。
【０００６】
【化２】
【０００７】
なお、化学式（１）中、Ｒ0 は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ1 はアルキレン基を表す。Ｒ2 、Ｒ3 は水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、このＲ2 とＲ3 とは、同じものでも、異なったものでもよい。また、−ＮＲ2 Ｒ3 で表される（置換）アミノ基は、遊離アミノ基であっも、中和塩となっていてもよい。
【０００８】
上記（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位を用いるので、熱等の因子により変色を伴わず、得られる水性樹脂組成物に、イオン性、及び反応性を有する官能基を付与することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を説明する。
【００１０】
（１）水性樹脂組成物の構成単位
この発明にかかる水性樹脂組成物は、下記化学式（１）で表される（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位を含む共重合体を含有したものである。なお、（メタ）アクリルとは、アクリル又はメタクリルの意を示す。
【００１１】
【化３】
【００１２】
なお、化学式（１）中、Ｒ0 は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ1 はアルキレン基を表す。Ｒ2 、Ｒ3 は水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、このＲ2 とＲ3 とは、同じものでも、異なったものでもよい。また、−ＮＲ2 Ｒ3 で表される（置換）アミノ基は、遊離アミノ基であっも、中和塩となっていてもよい。
【００１３】
上記のＲ1 、Ｒ2 及びＲ3 は、上記の各基であれば特に限定されるものではない。Ｒ1 、Ｒ2 及びＲ3 の炭素原子数の合計は、３〜２０がよく、５〜１５が好ましい。Ｒ1 、Ｒ2 及びＲ3 の炭素原子数の合計が上記範囲内だと、得られる樹脂の水溶性の点で好ましい。
【００１４】
上記化学式（１）で表される（メタ）アクリルアミド系単量体を用いるので、従来のエステル結合を有する（メタ）アクリル酸エステル系単量体に比べて、反応性が低く、光、酸、塩基、熱等の因子によって黄変や加水分解を生じにくい。このため、加水分解により酸基が生成しにくく、耐水性の低下を抑制できる。これにより、得られる上記水性樹脂組成物は、耐変色性を有し且つ耐水性、耐溶剤性、耐薬品性、耐候性、硬度、各種基材等への密着性を保持、向上させることができる。
【００１５】
上記化学式（１）で表される（メタ）アクリルアミド系単量体の例としては、Ｎ，Ｎ’−（２−ジメチルアミノエチル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（２−ジエチルアミノエチル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（３−ジメチルアミノプロピル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ−（３−モノプロピルアミノプロピル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ−（３−モノ−ｔ−ブチルアミノプロピル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，１−ジメチル−２−ジメチルアミノエチル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（２，２−ジメチル−３−ジメチルアミノプロピル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（２−メチル−２−フェニル−３−ジメチルアミノプロピル）（メタ）アクリルアミド等の（メタ）アクリルアミド系化合物又はそれらの中和塩等があげられる。
【００１６】
上記共重合体中の、上記（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位の含有割合は０．５〜３０重量％がよく、２〜１０重量％が好ましい。３０重量％を超えると、耐水性や耐薬品性が低下しやすくなる。一方、０．５重量％未満だと、得られる水性樹脂組成物を塗工する各種基材との密着性が十分に得られない場合があり、また、溶媒への溶解性や分散性が低下する傾向にある。
【００１７】
上記共重合体を構成する構成単位としては、上記（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位以外に、アルコキシシリル基を有する不飽和単量体から得られる構成単位を含有してもよい。このアルコキシシリル基を有する不飽和単量体からなる構成単位を含有させることにより、耐水性、耐薬品性、各種基材への密着性をより向上させることができる。
【００１８】
上記アルコキシシリル基含有不飽和単量体の例としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、ジメチルビニルメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、ビニルトリス（メトキシエトキシ）シラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルビニルジアセトキシシラン、ジメチルビニルアセトキシシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルトリオキシムシラン等をあげることができ、これらは単独もしくは２種以上を併用して使用することができる。
【００１９】
上記共重合体中の、上記アルコキシシリル基含有不飽和単量体の構成単位の含有割合は、０．１〜３０重量％が好ましく、１〜２０重量％がより好ましい。０．１重量％未満だと、このアルコキシシリル基含有不飽和単量体を用いた効果を充分得られず、一方、３０重量％を超えるとゲル化し易く、製造が困難となる場合がある。
【００２０】
上記共重合体の構成単位として、上記の（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位、及び必要に応じて用いられるアルコキシシリル基含有不飽和単量体由来の構成単位以外に、上記２種以外のエチレン性不飽和単量体由来の構成単位が含有される。このエチレン性不飽和単量体の構成単位は主として、得られる共重合体に溶媒に対する溶解性や分散性を付与し、また架橋等の機能性を付与する効果を発揮する。
【００２１】
このエチレン性不飽和単量体としては（メタ）アクリル酸エステル、スチレン又はその誘導体、アクリルニトリル、酢酸ビニル、不飽和カルボン酸及びその塩、その他のビニル系モノマー、あるいはブタジエン、クロロプレン、イソプレン等のジエン系モノマーの中から共重合可能なもの少なくとも１種以上を適宜選択して用いられる。
【００２２】
上記（メタ）アクリル酸エステルの具体例としては、（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−ブチル、（メタ）アクリル酸−ｔ−ブチル、（メタ）アクリル酸−ｉ−ブチル、（メタ）アクリル酸−２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸−ｎ−オクチル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸イソボルニルなどがあげられ、単独でまた２種以上を混合して用いられる。
【００２３】
また、上記スチレン又はその誘導体の例としてはスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどがあげることができる。
【００２４】
さらに、上記不飽和カルボン酸及びその塩の例としてはマレイン酸、フマル酸、クロトン酸、（メタ）アクリル酸、イタコン酸等、又はその塩をあげることができる。
【００２５】
さらにまた、その他のビニルモノマーとしては（メタ）アクリロニトリル、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸グリシジル、アクリル酸−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル、アクリル酸−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチル、（メタ）アクリル酸メトキシエチル、（メタ）アクリル酸ブトキシエチル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサテイック酸ビニル、塩化ビニル等をあげることができる。
【００２６】
これらのうち、（メタ）アクリル酸エステル、スチレン系の単量体、不飽和カルボン酸、酢酸ビニル、（メタ）アクリロニトリル等が塗膜物性の面から望ましい。
【００２７】
上記のエチレン性不飽和単量体は主として皮膜の硬さ・弾性・機能性等の用途、また使用する溶媒との親和性等に応じて種類・量が適宜決定される。すなわち、上記エチレン性不飽和単量体、（メタ）アクリルアミド系単量体及びアルコキシシリル基含有不飽和単量体は水性樹脂に溶解性や分散性を付与するものであるので、その目的や用途に応じて適宜使用される。
【００２８】
上記共重合体における、上記エチレン性不飽和単量体の構成単位の含有割合は、上記の（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位、及び必要に応じて用いられるアルコキシシリル基含有不飽和単量体の構成単位の合計量を１００重量％から差し引いた残分となる。
【００２９】
例えば不飽和カルボン酸を使用する場合においては全単量体中に２〜５０重量％、好ましくは５〜４０重量％程度とする。使用量が２重量％未満の場合には水性溶媒に対する溶解性、分散性が不良となりゲル化する場合もあり、エポキシ樹脂等の架橋性の官能基として導入する場合においては架橋性が不十分となり、満足する機能性が得られない場合がある。５０重量％を超える場合に耐水性が不十分となる。なお、この場合、合計が１００重量％に満たなかった分は、他のエチレン性不飽和単量体が併用される。
【００３０】
（２）水性樹脂組成物の製造方法
この発明にかかる水性樹脂組成物は、種々の方法で製造することができる。例えば、水媒体若しくはこれと親水性溶剤との混合溶媒中でラジカル重合により製造することができる。また、ラジカル重合又は縮合反応により得た共重合体を水若しくはこれと親水性溶剤との混合溶媒に溶解もしくは分散させて製造することもできる。その他、非分散重合法・塊状重合法などの公知の方法により製造することもできる。上記の製造方法の選択は、製造する樹脂により適宜選択することが望ましい。これらの製法の中でも、得られる塗膜物性を考慮すると樹脂は溶媒中に溶解していることが望ましい。
【００３１】
上記のラジカル重合法としては、溶液重合法や乳化重合法等を採用することができる。上記溶液重合法を用いる場合、使用できる溶媒としては公知の有機溶剤又は水の何れも使用することが可能であり、単独若しくは２種類以上併用することが可能である。
【００３２】
（２−１）溶液重合法
上記の溶液重合法を用いる場合、使用する溶剤としては、後の水溶性及び水分散性付与の工程を考慮することが好ましく、水や水溶性有機溶剤を少なくとも１種類以上用いることが望ましい。上記水溶性有機溶剤の例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、ブチルアルコール等のアルコール類、メチルエチルケトン等のケトン類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル類等があげられる。これらの溶剤は、重合する樹脂との親和性を考慮して使用する必要がある。使用する溶剤によっては、樹脂のゲル化、析出等が起こる場合があるからである。
【００３３】
また、使用される重合開始剤としては、公知のいずれのものも使用することができる。例としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス−２、４−ジメチルバレロニトリル、２，２’−アゾビス−２−メチルブチロニトリル、２，２’−アゾビス−４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル等のアゾ系重合開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシビバレート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、アセチルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド等の過酸化物系重合開始剤等があげられる。
【００３４】
さらに、使用される上記エチレン性不飽和単量体は、上記したいずれの単量体も使用することができるが、水溶性を付与する場合、単量体成分中に親水性の官能基を導入することが好ましい。このような親水性を有するエチレン性不飽和単量体、すなわち親水性単量体としては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、両イオン性の単量体があげられる。
【００３５】
上記アニオン性単量体としては、分子内にカルボキシル基を有する単量体、分子内にスルホン酸基を有する単量体、分子内にリン酸基を有する単量体等があげられる。上記の分子内にカルボキシル基を有する単量体の例としてマレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸等があげられる。上記の分子内にスルホン酸基を有する単量体の例としては、ビニルスルホン酸、（メタ）アクリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、（メタ）アクリル酸−２−エチルスルホン酸、アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸等があげられる。また、上記の分子内にリン酸基を有する単量体としては、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシエチルリン酸エステル等が挙げられる。
【００３６】
これらのアニオン性単量体は、アンモニア、トリメチルアミン、モノエタノールアミン等の有機アミン、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属の塩として用いてもよい。
【００３７】
上記カチオン性単量体の例としては、官能基としてアミノ基や四級アンモニウム塩基等のカチオン性基を有するエチレン性不飽和単量体があげられる。
【００３８】
上記ノニオン性単量体の例としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロ−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、アクリロイルモルホリン、ジアセトンアクリルアミド、ビニルピロリドン、ビニルオキサゾリドン、（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等があげられる。
【００３９】
上記両イオン性単量体とは、同一単量体中にアニオン性官能基とカチオン性官能基を併せ持つものである。アニオン性官能基とは、水性媒体中で陰イオンとなる性質を有する官能基で、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等があげられる。また、カチオン性官能基とは、水性媒体中で陽イオンとなる性質を有する官能基で、１級アミノ基、２級アミノ基、３級アミノ基、４級アンモニウム塩等があげられる。
【００４０】
この両イオン性単量体の例としては、Ｎ−（３−スルホプロピル）−Ｎ−（メタ）アクリロキシエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ−（３−（メタ）アクリルアミドプロピル）−Ｎ−（３−スルホエチル）アンモニウム、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ−（３−（メタ）アクリルアミドプロピル）−Ｎ−（３−スルホプロピル）アンモニウム、Ｎ，’−ジメチル−Ｎ−（３−（メタ）アクリルアミドブチル）−Ｎ−（３−スルホエチル）アンモニウム、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ−（３−（メタ）アクリルアミドブチル）−Ｎ−（３−スルホプロピル）アンモニウム、１−（３−スルホプロピル）−２−ビニルピリジニウム等があげられる。
【００４１】
上記のアニオン性、カチオン性、ノニオン性の各単量体の上記共重合体を構成する単量体全量に対する使用割合は、水分散化や水可溶性化を確保するために、アニオン性単量体では２〜５０重量％が好ましく、カチオン性単量体では５〜５０重量％が好ましい。また、ノニオン性単量体では７〜５０重量％が好ましく、１５〜５０重量％がより好ましい。特にアニオン性単量体のうち不飽和カルボン酸を用いる場合、２〜５０重量％、好ましくは５〜４０重量％とするのが望ましい。２重量％未満では水分散又は水可溶化が不良となる場合があり、５０重量％を超えると皮膜の耐水性、耐アルカリ性が不良となる場合がある。
【００４２】
また、上記両イオン性単量体は、アニオン性及びカチオン性の両性を有することから、使用されるアニオン性単量体と両イオン性単量体の合計量が２〜５０重量％、又はカチオン性単量体と両イオン性単量体の合計量が５〜５０重量％となるように両イオン性単量体を使用するのが好ましい。このとき、アニオン性単量体やカチオン性単量体と併用しない場合の両イオン性単量体の使用量は、５〜５０重量％が好ましい。この範囲内だと、水分散性や水可溶性が良好であり、また、被膜の耐水性、耐アルカリ性が良好となる。
【００４３】
上記の単量体のうち、アニオン性単量体、カチオン性単量体又は両イオン性単量体を用いた共重合体は、中和剤によって液性を変えることができる。
【００４４】
アニオン性単量体又は両イオン性単量体のアニオン性官能基に対する中和剤としては、モノメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどのアルキルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、ジエチルアミノエタノール等のアルカノールアミン、モルホリン、ピリジン、ピペラジン等のアミン類、その他、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸水素ナトリウム、ピロリン酸等があげられる。
【００４５】
また、カチオン性単量体又は両イオン性単量体のカチオン性官能基に対する中和剤としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸等の有機酸、塩酸、リン酸、硫酸、硝酸等の無機酸等があげられる。
【００４６】
上記の中和剤による共重合体の中和は、上記共重合体の水溶性又は水分散性を考慮し適宜行なわれる。上記中和剤の添加量は、上記親水性単量体の親水性官能基が２０モル重量％以上中和される量がよく、３０モル重量％以上中和される量が好ましく、８０モル重量％以上中和される量がより好ましい。
【００４７】
上記溶液重合において、上記の各単量体、触媒、水溶性有機溶剤、中和剤の他に、必要に応じて、各種メルカプタン類、α−メチルスチレン、ハロゲン化アルキルなどの連鎖移動剤を用いてもよい。この連鎖移動剤は、共重合体の分子量を調節し水溶解性及び水分散性を向上させる目的で用いられる。この使用量としては、共重合体に用いられる単量体全量に対して０．０１〜１０重量％がよい。０．０１重量％未満では分子量低下の効果が少なく、１０重量％を超えると重合阻害を起こして重合性に問題が生じる場合がある。
【００４８】
上記溶液重合方法は、具体的には、上記水溶性有機溶剤、水又はこれらの混合物中で各単量体を混合したものを分割又は一括で仕込み、上記の重合開始剤を添加してラジカル重合を進める方法で行われる。重合時のモノマー濃度は合計量で３０〜７０重量％がよく、３５〜６５重量％が好ましい。また、ラジカル重合開始剤は単量体全量に対し０．１〜１０重量％がよく、０．３〜５重量％が好ましい。反応時間は２〜１６時間であり、重合時の反応温度は通常６０〜１００℃である。
【００４９】
得られた共重合体の水溶化又は水分散化は上記の親水性モノマーの種類により異なるが、カチオン性およびアニオン性を有する共重合体については、溶剤除去し、水溶化又は水分散させうる中和剤と水とを添加させることで目的の水性樹脂組成物が得られる。
【００５０】
中和工程は、通常、０〜９０℃の温度条件下で行われるが、より高温度を選ぶことで水溶化の時間を短縮する事が可能となる。また、ノニオン性モノマーの使用の場合は、その工程を必要としない。
【００５１】
溶液重合法で得られる水性樹脂の重量平均分子量は、５００〜５００，０００で、好ましくは１，０００〜１００，０００である。
【００５２】
（２−２）乳化重合法
次に、上記共重合体の乳化重合法による製造は、通常、水性媒体中に乳化剤を存在させ、攪拌下で単量体及び重合開始剤を一括もしくは連続的に供給し、重合反応を行う方法である。
【００５３】
上記乳化剤としては、各種公知の乳化剤を使用することができる。具体例としては、ステアリルアミン塩酸塩、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、トリメチルオクタドデシルアンモニウムクロライド等のカチオン系乳化剤、オレイン酸カリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルカンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル燐酸エステル等のアニオン系乳化剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンオキシプロピレンブロックポリマー、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等のノニオン系乳化剤、ラウリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド等の両イオン性乳化剤があげられる。
【００５４】
また、分子中に重合性の炭素−炭素２重結合を有する界面活性剤（以下反応性乳化剤という）を用いることもできる。この反応性乳化剤は通常の乳化剤のようにエマルジョン粒子に物理的に吸着するだけではなく、重合時に共重合されて重合鎖に組み込まれ易くなるため、反応性乳化剤を用いて得られるエマルジョンは乳化剤の存在による弊害が少なく、皮膜中に均一に存在するため、耐水性、基材密着性も良好になる。
【００５５】
上記反応性乳化剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルを基本構造として疎水基にラジカル重合性のプロペニル基を導入したノニオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルの硫酸エステル塩を基本構造として疎水基にラジカル重合性のプロペニル基を導入したアニオン系界面活性剤、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム等をあげることができる。具体例としては、旭電化工業（株）製：商品名 アデカリアソープＳＥ−１０Ｎ、花王（株）製：商品名 ラテムルＳ−１８０、三洋化成工業（株）製：商品名エレミノールＪＳ−２、第一工業製薬（株）製：商品名 アクアロンＨＳ−１０、日本乳化剤（株）製：商品名 アントックスＭＳ−６０等があげられる。
【００５６】
その他、水溶性高分子のポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、水溶性アクリル共重合体、スチレンスルホン酸共重合体等も単独又は上記乳化剤と併用して用いることができる。
【００５７】
上記水性媒体としては、水や上記の水溶性有機溶剤を例としてあげることができる。
【００５８】
上記乳化剤の使用量は、水性媒体に対して０．０５〜１０重量％がよく、０．１〜５重量％が好ましい。０．０５重量％以下の場合、分散状態が不安定となり、ゲル化に至る場合がある。１０重量％以上の場合、皮膜の耐水性が不良となりやすい。
【００５９】
乳化重合に使用できる重合開始剤としては、公知のいずれのものも使用することができ、疎水性及び親水性の重合開始剤をどちらも使用することができる。代表的なものとしては上記の溶液重合に使用したものと同様のものを使用できる。
【００６０】
乳化重合で上記共重合体を製造する場合、生成したエマルジョン粒子を重合時に安定化させ、かつ、水溶解させるために、親水性単量体を共重合させることが好ましい。使用される上記親水性単量体は、上記の溶液重合法に示した親水性単量体と同様のものが使用できる。
【００６１】
これら親水性単量体の使用量は、少なすぎると乳化重合時の安定性を低下させ、中和時に水溶解させる事が不可能となるし、多すぎると乾燥皮膜の耐水性が悪くなるため、共重合体に使用される単量体全量に対して５〜５０重量％がよく、１０〜３０重量％が好ましい。
【００６２】
また、前記と同様、共重合体の分子量を調節し、水溶解性若しくは水分散性を向上させる目的で、必要に応じて各種のメルカプタン類、α−メチルスチレン、ハロゲン化アルキル等の連鎖移動剤を用いてもよい。
【００６３】
乳化重合法で得られた共重合体は、水性媒体中での安定性を向上させるため導入した親水性の官能基を中和することが望ましい。中和の程度は特に限定されるものではなく、また、使用できる中和剤は、上記の中和剤の他、任意の中和剤を使用できる。
【００６４】
乳化重合法で得られる水性樹脂の重量平均分子量は、５００〜５００，０００がよく、１，０００〜１００，０００が好ましい。
【００６５】
（３）有機珪素化合物の配合
この発明にかかる水性樹脂組成物には、上記の共重合体以外に、必要に応じて、有機珪素化合物又はその部分もしくは完全加水分解物（以下、「有機珪素化合物等」と称する。）を配合することが好ましい。この有機珪素化合物等を配合することにより、得られる塗膜での高硬度、可とう性、耐溶剤性、耐薬品性等を改善することができる。
【００６６】
上記有機珪素化合物のうち好ましいものとしては、下記化学式（２）で示される化合物があげられる。
【００６７】
ＳｉＯa Ｘb Ｙc （２）
なお、化学式（２）中、Ｘは加水分解性基、Ｙは非加水分解性基を表し、０≦ａ≦１．４、ｂ／（ｂ＋ｃ）＝０．０１〜１．０であり、かつ、２ａ＋ｂ＋ｃ＝４である。
【００６８】
また、有機珪素化合物の部分もしくは完全加水分解物とは、上記化学式（２）で表される有機珪素化合物を部分的に又は完全に加水分解したものである。
【００６９】
上記のＸで示される加水分解性基とは、加水分解縮合反応等でシロキサン結合が形成可能な基をいう。このような基としては、ハロゲン基、水素基、−ＯＲであらわされる基等から選ばれる１種又は複数種の基があげられる。上記ハロゲン基の例としては、フッ素基、塩素基、臭素基、ヨウ素基があげられる。
【００７０】
上記−ＯＲで表わされる基のＲとしては、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルキルポリオキシアルキレニル基等から選ばれる１種又は複数種の基があげられる。上記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、デシル基等があげられ、直鎖状、分岐状のいずれでもよい。
【００７１】
上記シクロアルキル基の具体例としては、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロペンチル基等があげられる。上記アルコキシアルキル基の具体例としては、メトキシエチル基、エトキシエチル基、ブトキシエチル基等があげられる。上記アリール基の具体例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基等があげられる。上記アラルキル基の具体例としては、ベンジル基、フェネチル基等があげられる。上記アルキルポリオキシアルキレニル基の具体例としては、ＣＨ3 −（ＯＣＨ2 ＣＨ2 ）n −、Ｃ2 Ｈ5 −（ＯＣＨ2 ＣＨ2 ）n −、ＣＨ3 −（ＯＣＨ2 ＣＨＣＨ3 ）n −、Ｃ2 Ｈ5 −（ＯＣＨ2 ＣＨＣＨ3 ）n −で表される基等があげられる。なお、ｎは、２〜３０程度の整数である。
【００７２】
上記Ｘがハロゲン基の場合は加水分解によりハロゲン化水素を副生し、また、水素基の場合は水素を副生することから、これらの引火性、腐食性及び毒性に注意する必要がある。これらから、Ｘとしては、−ＯＲ基が好ましく、Ｒはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基の１種又はそれ以上から選択することが好ましい。これにより、水性樹脂と配合して得られる水性樹脂組成物を被膜又は塗膜化する過程で高架橋させることができ、得られる塗膜での高硬度、耐溶剤性、耐薬品性等の機能発現を顕著化させることができる。
【００７３】
上記のＹで示される非加水分解性基は、加水分解性を有さない基であり、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、アルキルポリオキシアルキレニル基、アシル基、アシルオキシアルキル基、及びグリシジルオキシアルキル基、エポキシ環含有基等から選ばれる１種又は複数種の基があげられる。
【００７４】
上記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、デシル基等があげられ、直鎖状又は分岐状のいずれであってもよい。上記シクロアルキル基の具体例としては、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロペンチル基等があげられる。上記アルコキシアルキル基の具体例としては、メトキシエチル基、エトキシエチル基、ブトキシエチル基等があげられる。上記アルケニル基の具体例としては、ビニル基、１−プロペニル基、２−プロペニル基、１−ブテニル基、２−ブテニル基等があげられる。上記アリール基の具体例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基等があげられる。上記アラルキル基の具体例としては、ベンジル基、フェネチル基等があげられる。上記アルキルポリオキシアルキレニル基の具体例としては、ＣＨ3 −（ＯＣＨ2 ＣＨ2 ）n −、Ｃ2 Ｈ5 −（ＯＣＨ2 ＣＨ2 ）n −、ＣＨ3 −（ＯＣＨ2 ＣＨＣＨ3 ）n −、Ｃ2 Ｈ5 −（ＯＣＨ2 ＣＨＣＨ3 ）n −で表される基等があげられる。なお、ｎは、２〜３０程度の整数である。上記アシルオキシアルキル基の具体例としては、アクリロイルオキシプロピル基、メタクリロイルオキシプロピル基等があげられる。上記グリシジルオキシアルキル基の具体例としては、グリシジルオキシプロピル基等があげられる。上記エポキシ環含有基の具体例としては、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル基等があげられる。
【００７５】
上記のＸ及びＹとしては、例えば、これらの選択は、得られる水性樹脂組成物の使用目的に応じて適宜行うことができる。すなわち、この発明にかかる水性樹脂組成物中の共重合体成分との相溶性及び貯蔵安定性、更には得られる塗膜での高硬度、可とう性、耐溶剤性、耐薬品性等の機能発現に鑑みて選択することができる。
【００７６】
ｂ／（ｂ＋ｃ）で表すＸとＹの割合は、モル比で０．０１〜１．０の範囲がよく、０．１〜１．０の範囲が好ましく、０．５〜１．０の範囲がより好ましい。モル比が０．０１より小さいと、有機珪素化合物等を上記共重合体に配合、熟成して水性樹脂組成物とした場合は、得られる塗膜等の耐擦傷性、耐溶剤性、耐薬品性等の機能発現性が乏しくなり問題となる場合がある。
【００７７】
特に０．６≦ａ≦１．２、ｂ／（ｂ＋ｃ）＝０．５〜１．０（但し、２ａ＋ｂ＋ｃ＝４）の双方の範囲を満たす様な、本発明に用いる水性樹脂組成物とした際に、得られる水性樹脂の貯蔵安定性に優れ、且つ塗膜を形成した際の耐擦傷性、耐溶剤性、耐薬品性等の機能発現が最も著しい。
【００７８】
上記化学式（２）で表される有機珪素化合物としては、テトラアルコキシシラン類、トリアルコキシシラン化合物、ジアルコキシシラン化合物、クロロシラン化合物等や、これらの部分加水分解縮合物があげられる。これらのシロキサン組成物は単独で用いても良いし、二種以上を併用しても構わない。
【００７９】
上記テトラアルコキシシラン類又はこれらの部分加水分解縮合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ−ｎ−ブトキシシラン、テトライソブトキシシラン、テトラ−ｔ−ブトキシシラン、テトラフェノキシシラン等があげられる。
【００８０】
上記トリアルコキシシラン化合物又はこれらの部分加水分解縮合物としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ペンチルトリメトキシシラン、ペンチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリプロポキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、ベンジルトリメトキシシラン、ベンジルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等があげられる。
【００８１】
上記ジアルコキシシラン化合物又はこれらの部分加水分解縮合物としては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノプロピルメチルジトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等があげられる。
【００８２】
上記クロロシラン化合物又はこれらの部分加水分解縮合物としては、メチルトリクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラン、メチルビニルジクロロシラン、３−クロロプロピルメチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、メチルフェニルジクロロシラン等があげられる。
【００８３】
上記有機珪素化合物の配合条件は、常温〜２００℃の範囲で両者を混合すれば良い。
【００８４】
また、配合方法は特に限定されない。工業的には、例えば混合機、反応器等の混合又は撹拌が可能な装置に、両者を仕込み良く混合して配合する方法、又はシロキサン結合を有する水性樹脂を撹拌しておいて、これに有機珪素化合物を徐々に添加して混合して配合する方法でもよい。
【００８５】
配合温度としては常温〜９０℃程度が好ましい。また、系のｐＨは配合する有機珪素化合物の反応性及び安定性を考慮して調整すればよく、ｐＨ６〜１１が好ましい。
【００８６】
これにより得られた水性樹脂組成物は、さらに水その他各種溶媒または分散媒を加える事ができる。
【００８７】
この発明にかかる水性樹脂組成物における上記の共重合体と有機珪素化合物の配合比は、両者の不揮発分の重量比で共重合体／有機珪素化合物＝９９．９９／０．０１〜１／９９がよく、９７／３〜４０／６０が好ましい。
【００８８】
共重合体／有機珪素化合物の配合比が、９９．９９／０．０１〜４０／６０の場合は、得られる水性樹脂組成物の特徴として、樹脂側の性質が強く表れ、無機物の性質、すなわち、膜形成能、耐光性、耐久性、防水性等がそこに加味される。また、共重合体／有機珪素化合物の配合比が、３９／６１〜１／９９の場合は、膜形成能が弱くなる傾向があるが、耐熱性、高硬度、高強度等の無機物的性質を示す。
【００８９】
（４）その他
この発明にかかる水性樹脂組成物には、これに含まれる共重合体に硬度及び耐候性等の機能性を更に向上させるため、硬化剤を配合することができる。硬化剤としては、共重合体が含有する官能基、例えばカルボキシル基、水酸基、スルホン酸基、アミノ基等と反応性を有する官能基、例えばエポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、アジリジン、オキサゾリン環、カルボジイミド基等を有する樹脂であれば特に限定されない。
【００９０】
この硬化剤としての樹脂の種類としてはエポキシ樹脂、ポリイソシアネート樹脂、アジリジン、メラミン樹脂、オキサゾリン環を有する樹脂、カルボジイミド基を有する樹脂などがあげられる。
【００９１】
上記硬化剤としての樹脂の形態としては溶剤系樹脂、水分散型又は水可溶型の水系樹脂、及びバルク樹脂のいずれでも使用可能であるが、水系樹脂が特に好ましい。具体的には、水溶性のエポキシ樹脂が特に好ましい。
【００９２】
上記硬化剤は、１種のみを使用してもよいが、２種以上組み合わせて用いてもよい。硬化剤の配合液は、使用上ポットライフが長いものが好ましいが、１液化して使用する方法と使用前２液を混合して使用する方法もあるので、実用的には配合液のポットライフは１０時間〜３日程あればよい。
【００９３】
上記硬化剤の配合量は、共重合体中の反応性の官能基に対して硬化剤の官能基がモル比で１０／１〜１／４であればよく、３／１〜１／２が好ましい。官能基モル比が１０／１未満の場合、硬化剤を配合した性能向上の効果が十分に得られず、１／４より多い場合、硬化剤配合液の安定性が不良となり使用上のポットライフが得られずゲル化に至る場合がある。
【００９４】
この発明においては、上記の水性樹脂組成物に安定剤、ＰＨ調整剤、界面活性剤、粘度調整剤等の添加剤を含有していても良い。また、顔料、充填剤、分散剤、防腐剤、防かび剤、可塑剤、レベリング剤、レオロジーコントロール剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等を配合してもよい。
【００９５】
この発明の水性樹脂組成物は、熱などの因子による変色を起こさず、耐水性・耐溶剤性・耐薬品性・耐候性・硬度・各種基材への密着性に優れる特徴を有する。このため、水性トップコーティング剤等の各種のクリアコーティング剤、顔料を配合してなる水性塗料として使用することができる。
【００９６】
この発明の水性樹脂組成物をコーティング剤として使用する際の塗装方法としては、ポリマー、金属、セラミック等の基材や線材に含浸法、スピンコーター法、スプレー法等で造膜したり、上記顔料、充填剤、分散剤等で塗料化した塗料化物を金属建材、無機建材、セメント硬化物にロールコーター、カーテンコーター、スプレーで塗装造膜させる事ができ、加熱工程をとる事もできる。さらには建設現場で無機建材、金属建材、瓦等に直接スプレー塗装する事も可能である。
【００９７】
またより実用性の高い塗膜を得る為約２０℃〜２５０℃、好ましくは５０℃〜２００℃の温度範囲で約１０秒〜２時間程度焼き付け乾燥硬化を行うことができる。
【００９８】
【実施例】
以下、本発明を実施例を用いて更に具体的に説明する。
【００９９】
〔実施例１〕
（溶液重合）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器、滴下ロート及び窒素ガス導入管を備えた内容積２リットルの四つ口フラスコ内に、エチルアルコール１００ｇを仕込み、窒素ガスを導入しつつ８０℃に昇温し、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（以下、「ＡＩＢＮ」と略する。）２ｇを添加した後、アクリル酸ブチル（以下、「ＢＡ」と略する。）２６ｇ、メタクリル酸メチル（以下、「ＭＭＡ」と略する。）５６ｇ、メタクリル酸（以下、「ＭＡＡ」と略する。）１０ｇ、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド（以下、「ＤＭＡＰＭＡ」と略する。）６ｇ、３−メタクリロオキシプロピルメチルジメトキシシラン（以下、「ＭＰＭＳ」と略する。）２ｇを攪拌混合して得たモノマー混合液を滴下ロートより５時間かけて滴下し８０℃で重合を行った。
【０１００】
滴下終了後、２，２’−アゾビス−２，４−ジメチルバレロニトリル（以下、「ＡＤＶＮ」と略する。）１ｇをエチルアルコール２ｇに溶解して添加し、８０℃で３時間熟成した後、冷却して２５％アンモニウム水５ｇ、イオン交換水５２ｇを添加した。
【０１０１】
更に８０℃に昇温した後、ＭＫＣシリケートＭＳ５１（三菱化学（株）製ポリメトキシシロキサン：重量平均分子量５００〜８００）２０ｇを攪拌させながら３０分を要して徐々に滴下し、さらに同一温度で攪拌下５時間の熟成を行い、その後、冷却して共重合体組成物ａ−１を得た。
【０１０２】
この共重合体組成物ａ−１は、不揮発分４０．５％、ＰＨ８．０、粘度５００ｍＰａ・ｓの透明水溶液であった。
【０１０３】
（脱溶剤）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器もしくは精留塔、滴下ロートを備えた内容積２リットルの四つ口フラスコに、上記で作製した共重合体組成物ａ−１：１０００ｇを仕込み、昇温して内温８０℃で共沸させながら減圧下５時間、エチルアルコールを系外に除去しながら４５０ｇを取り出した。更に攪拌しながら３０分を要して徐々にイオン交換水４６０ｇ滴下し、同一温度で攪拌下２時間の完全水溶化を行い、その後、冷却して共重合体組成物Ａ−１を得た。
【０１０４】
この共重合体組成物Ａ−１は、不揮発分４０．２％、ＰＨ７．６、粘度８００ｍＰａ・ｓであった。
【０１０５】
〔実施例２〕
（溶液重合）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器、滴下ロート及び窒素ガス導入管を備えた内容積２リットルの四つ口フラスコ内に、エチルアルコール１００ｇを仕込み、窒素ガスを導入しつつ８０℃に昇温し、ＡＩＢＮ２ｇを添加した後、ＢＡ２６ｇ、ＭＭＡ５６ｇ、ＭＡＡ１０ｇ、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド（以下、「ＤＭＡＰＡＡ」と略する。）６ｇ、ＭＰＭＳ２ｇを攪拌混合して得たモノマー混合液を滴下ロートより５時間かけて滴下し８０℃で重合を行った。 滴下終了後、ＡＤＶＮ１ｇをエチルアルコール２ｇに溶解して添加し、８０℃で３時間熟成した後、冷却して２５％アンモニウム水５ｇ、イオン交換水５２ｇを添加した。
【０１０６】
更に８０℃に昇温した後、ＭＫＣシリケートＭＳ５１（三菱化学（株）製ポリメトキシシロキサン：重量平均分子量５００〜８００）２０ｇを攪拌させながら３０分を要して徐々に滴下し、さらに同一温度で攪拌下５時間の熟成を行い、その後、冷却して共重合体組成物ａ−２を得た。
【０１０７】
この共重合体組成物ａ−２は、不揮発分４０．５％、ＰＨ８．０、粘度７００ｍＰａ・ｓの透明水溶液であった。
【０１０８】
（脱溶剤）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器もしくは精留塔、滴下ロートを備えた内容積２リットルの四つ口フラスコに、上記で作製した共重合体組成物ａ−２：１０００ｇを仕込み、昇温して内温８０℃で共沸させながら減圧下５時間、エチルアルコールを系外に除去しながら４５０ｇを取り出した。更に攪拌しながら３０分を要して徐々にイオン交換水４６０ｇ滴下し、同一温度で攪拌下２時間の完全水溶化を行い、その後、冷却して共重合体組成物Ａ−２を得た。
【０１０９】
この共重合体組成物Ａ−２は、不揮発分４０．２％、ＰＨ７．８、粘度１０００ｍＰａ・ｓであった。
【０１１０】
〔比較例１〕
（溶液重合）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器、滴下ロート及び窒素ガス導入管を備えた内容積２リットルの四つ口フラスコ内に、エチルアルコール１００ｇを仕込み、窒素ガスを導入しつつ８０℃に昇温し、ＡＩＢＮ２ｇを添加した後、ＢＡ２６ｇ、ＭＭＡ６２ｇ、ＭＡＡ１０ｇ、ＭＰＭＳ２ｇを攪拌混合して得たモノマー混合液を滴下ロートより５時間かけて滴下し８０℃で重合を行った。
【０１１１】
滴下終了後、ＡＤＶＮ１ｇをエチルアルコール２ｇに溶解して添加し、８０℃で３時間熟成した後、冷却して２５％アンモニウム水５ｇ、イオン交換水５２ｇを添加した。
【０１１２】
更に８０℃に昇温した後、ＭＫＣシリケートＭＳ５１（三菱化学（株）製ポリメトキシシロキサン：重量平均分子量５００〜８００）２０ｇを攪拌させながら３０分を要して徐々に滴下し、さらに同一温度で攪拌下５時間の熟成を行い、その後、冷却して共重合体組成物ｂ−１を得た。
【０１１３】
この共重合体組成物ｂ−１は、不揮発分４０．３％、ＰＨ８．１、粘度３００ｍＰａ・ｓの透明水溶液であった。
【０１１４】
（脱溶剤）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器もしくは精留塔、滴下ロートを備えた内容積２リットルの四つ口フラスコに、上記で作製した共重合体組成物ｂ−１：１０００ｇを仕込み、昇温して内温８０℃で共沸させながら減圧下５時間、エチルアルコールを系外に除去しながら４５０ｇを取り出した。更に攪拌しながら３０分を要して徐々にイオン交換水４６０ｇ滴下し、同一温度で攪拌下２時間の完全水溶化を行い、その後、冷却して共重合体組成物Ｂ−１を得た。
【０１１５】
この共重合体組成物Ｂ−１は、不揮発分４０．２％、ＰＨ７．７、粘度５００ｍＰａ・ｓであった。
【０１１６】
〔比較例２〕
（溶液重合）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器、滴下ロート及び窒素ガス導入管を備えた内容積２リットルの四つ口フラスコ内に、エチルアルコール１００ｇを仕込み、窒素ガスを導入しつつ８０℃に昇温し、ＡＩＢＮ２ｇを添加した後、ＢＡ２６ｇ、ＭＭＡ５６ｇ、ＭＡＡ１０ｇ、ジメチルアミノエチルメタクリレート（以下、「ＤＭＡ」と略する。）６ｇ、ＭＰＭＳ２ｇを攪拌混合して得たモノマー混合液を滴下ロートより５時間かけて滴下し８０℃で重合を行った。
【０１１７】
滴下終了後、ＡＤＶＮ１ｇをエチルアルコール２ｇに溶解して添加し、８０℃で３時間熟成した後、冷却して２５％アンモニウム水５ｇ、イオン交換水５２ｇを添加した。
【０１１８】
更に８０℃に昇温した後、ＭＫＣシリケートＭＳ５１（三菱化学（株）製ポリメトキシシロキサン：重量平均分子量５００〜８００）２０ｇを攪拌させながら３０分を要して徐々に滴下し、さらに同一温度で攪拌下５時間の熟成を行い、その後、冷却して共重合体組成物ｂ−２を得た。
【０１１９】
この共重合体組成物ｂ−２は、不揮発分４０．５％、ＰＨ８．１、粘度４００ｍＰａ・ｓの透明水溶液であった。
【０１２０】
（脱溶剤）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器もしくは精留塔、滴下ロートを備えた内容積２リットルの四つ口フラスコに、上記で作製した共重合体組成物ｂ−２：１０００ｇを仕込み、昇温して内温８０℃で共沸させながら減圧下５時間、エチルアルコールを系外に除去しながら４５０ｇを取り出した。更に攪拌しながら３０分を要して徐々にイオン交換水４６０ｇ滴下し、同一温度で攪拌下２時間の完全水溶化を行い、その後、冷却して共重合体組成物Ｂ−２を得た。
【０１２１】
この共重合体組成物Ｂ−２は、不揮発分４０．２％、ＰＨ７．８、粘度９００ｍＰａ・ｓであった。
【０１２２】
〔比較例３〕
（溶液重合）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器、滴下ロート及び窒素ガス導入管を備えた内容積２リットルの四つ口フラスコ内に、エチルアルコール１００ｇを仕込み、窒素ガスを導入しつつ８０℃に昇温し、ＡＩＢＮ２ｇを添加した後、ＢＡ１５ｇ、ＭＭＡ３３ｇ、ＭＡＡ１０ｇ、ＤＭＡＰＭＡ４０ｇ、ＭＰＭＳ２ｇを攪拌混合して得たモノマー混合液を滴下ロートより５時間かけて滴下し８０℃で重合を行った。
【０１２３】
滴下終了後、ＡＤＶＮ１ｇをエチルアルコール２ｇに溶解して添加し、８０℃で３時間熟成した後、冷却して２５％アンモニウム水５ｇ、イオン交換水５２ｇを添加した。
【０１２４】
更に８０℃に昇温した後、ＭＫＣシリケ−トＭＳ５１（三菱化学（株）製ポリメトキシシロキサン：重量平均分子量５００〜８００）２０ｇを攪拌させながら３０分を要して徐々に滴下し、さらに同一温度で攪拌下５時間の熟成を行い、その後、冷却して共重合体組成物ｂ−３を得た。
【０１２５】
この共重合体組成物ｂ−３は、不揮発分４０．５％、ＰＨ８．０、粘度１０００ｍＰａ・ｓの透明水溶液であった。
【０１２６】
（脱溶剤）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器もしくは精留塔、滴下ロートを備えた内容積２リットルの四つ口フラスコに、上記で作製した共重合体組成物ｂ−３：１０００ｇを仕込み、昇温して内温８０℃で共沸させながら減圧下５時間、エチルアルコールを系外に除去しながら４５０ｇを取り出した。更に攪拌しながら３０分を要して徐々にイオン交換水４６０ｇ滴下し、同一温度で攪拌下２時間の完全水溶化を行い、その後、冷却して共重合体組成物Ｂ−３を得た。
【０１２７】
この共重合体組成物Ｂ−３は、不揮発分４０．２％、ＰＨ７．８、粘度１２００ｍＰａ・ｓであった。
【０１２８】
〔評価〕
（コーテイング液の調製及びクリアー塗膜評価）
実施例１〜２、比較例１〜３で得られた共重合体組成物中の固形分濃度が２０％になる様に水を適宜配合して、粘度１００ｍＰａ・ｓ以下のコーティング液を調製した。
【０１２９】
更に、これらのコーティング液１００ｇ（実施例１〜２と比較例１〜３）に、ペースト５ｇを配合し攪拌して、各塗料を調製した。また耐水性向上の為、水溶性エポキシ樹脂（ナガセ化成（株）製）デナコールＥＸ−５２１（ポリグリセロールポリグリシジルエーテル）１０ｇを配合したのち、フレキシブル板を用いて塗布量１００ｇ／ｍ2 でスプレー塗装を行ない、１４０℃×３０分間硬化させて塗膜を作成した。
【０１３０】
塗膜評価の試験方法について、以下に述べる。
試験方法１ （耐変色性試験）
上記コーティング液１００ｇ（実施例１〜２と比較例１〜３）に、水溶性エポキシ樹脂（ナガセ化成（株）製）デナコールＥＸ−５２１（ポリグリセロールポリグリシジルエーテル）１０ｇを配合したのち、ガラス基板を用いて塗布量２００ｇ／ｍ2 でスプレー塗装を行ない、１４０℃×３０分間硬化させて得られた塗膜のＬａｂ値（ＣＩＥ １９７６ Ｌａｂ値）を測定し、未塗装面のＬａｂ値との色差を求めた。なお、色差計として、ミノルタカメラ株式会社製ＣＲ−３００色彩色差計を用いた。
試験方法２ （鉛筆硬度試験）
上記で作成した塗膜の鉛筆硬度を ＪＩＳ Ｋ−５４００ 鉛筆硬度試験 手かき法に準じて測定した。
試験方法３ （耐温水性試験）
上記で作成した塗膜を９０℃以上の沸騰水に７時間浸漬したときの塗膜外観を評価した。また試験後常温にて２４時間乾燥したときの密着性を下記のセロテープ剥離試験にて評価した。
試験方法４ （耐アルカリ性試験）
上記で作成した塗膜の未塗装面をエポキシ樹脂にてシールし、常温で２４時間養生した。これを５ｗｔ％のＮａＯＨ水溶液に２３℃で２４時間浸漬したときの塗膜外観を評価した。評価後常温で２４時間乾燥した時の密着性を下記のセロテープ剥離試験にて評価した。
試験方法５ （セロテープ剥離試験）
上記耐温水性試験及び耐アルカリ性試験において、評価後常温で２４時間乾燥させたのち、塗膜に４ｍｍ×４ｍｍのマスを２５マス設け、これにセロテープを貼り、このセロテープを剥がした。剥がしたとき、塗膜が残存するマス目の数を数え、評価とした。なお、表１において、塗膜が残存するマス目の数をｎとしたとき、「ｎ／２５」でその結果を表記した。
【０１３１】
試験方法１〜４の結果を表１に示す。
【０１３２】
【表１】
【０１３３】
［結果］
実施例１及び２の組成物は、共に耐変色性、物性共に良好であった。
【０１３４】
比較例１の組成物は、窒素原子を有する（メタ）アクリルアミド単量体を含有しないため、耐温水性に劣る結果となった。また、比較例２の組成物は、化学式（１）に属さない窒素原子含有不飽和単量体を有する樹脂であるため、変色がひどく耐温水性に劣る結果となった。比較例３の組成物は、化学式（１）に表されるメタクリルアミド単量体を過剰に有する樹脂であるため耐温水性の劣る結果となった。
【０１３５】
【発明の効果】
この発明にかかる構成単位を有する水性樹脂組成物は、熱などの因子により変色を伴わず、耐水性・耐溶剤性・耐薬品性・耐候性・硬度・各種基材への密着性を有するといった機能発現に優れた効果を示し、水性コーティング剤、水性塗料、接着剤等の用途では特に有用なものである。
【発明の属する技術分野】
この発明は（メタ）アクリルアミド系単量体を単量体成分の１つとする重合体を含む水性樹脂組成物、及びこれを用いたコーティング剤又は塗料組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種クリアコーティング剤や塗料等に使用される樹脂には、イオン性の付与、反応性を有する官能基の導入などの目的で窒素原子を有するエチレン性不飽和単量体が使用される。このようなエチレン性不飽和単量体としては、ジメチルアミノエチルメタクリレート等の窒素含有（メタ）アクリル酸エステル類等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の窒素含有（メタ）アクリル酸エステル類等を用いた樹脂からなる塗膜は、熱などの因子により黄変等の変色性を伴うことが知られている。この変色はクリアコーティング、塗料どちらで使用される場合においても塗膜の美観及び意匠性を損なうものである。
【０００４】
そこで、この発明は、イオン性の付与、及び反応性を有する官能基を付与すると共に、黄変性を抑制した、水性コーティング剤や水性塗料等に使用される水性樹脂組成物を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、下記化学式（１）で表される（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位を０．１〜３０重量％含む共重合体を用いることにより、上記課題を解決したのである。
【０００６】
【化２】
なお、化学式（１）中、Ｒ0 は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ1 はアルキレン基を表す。Ｒ2 、Ｒ3 は水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、このＲ2 とＲ3 とは、同じものでも、異なったものでもよい。また、−ＮＲ2 Ｒ3 で表される（置換）アミノ基は、遊離アミノ基であっも、中和塩となっていてもよい。
【０００８】
上記（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位を用いるので、熱等の因子により変色を伴わず、得られる水性樹脂組成物に、イオン性、及び反応性を有する官能基を付与することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を説明する。
【００１０】
（１）水性樹脂組成物の構成単位
この発明にかかる水性樹脂組成物は、下記化学式（１）で表される（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位を含む共重合体を含有したものである。なお、（メタ）アクリルとは、アクリル又はメタクリルの意を示す。
【００１１】
【化３】
なお、化学式（１）中、Ｒ0 は水素原子又はメチル基を表し、Ｒ1 はアルキレン基を表す。Ｒ2 、Ｒ3 は水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、このＲ2 とＲ3 とは、同じものでも、異なったものでもよい。また、−ＮＲ2 Ｒ3 で表される（置換）アミノ基は、遊離アミノ基であっも、中和塩となっていてもよい。
【００１３】
上記のＲ1 、Ｒ2 及びＲ3 は、上記の各基であれば特に限定されるものではない。Ｒ1 、Ｒ2 及びＲ3 の炭素原子数の合計は、３〜２０がよく、５〜１５が好ましい。Ｒ1 、Ｒ2 及びＲ3 の炭素原子数の合計が上記範囲内だと、得られる樹脂の水溶性の点で好ましい。
【００１４】
上記化学式（１）で表される（メタ）アクリルアミド系単量体を用いるので、従来のエステル結合を有する（メタ）アクリル酸エステル系単量体に比べて、反応性が低く、光、酸、塩基、熱等の因子によって黄変や加水分解を生じにくい。このため、加水分解により酸基が生成しにくく、耐水性の低下を抑制できる。これにより、得られる上記水性樹脂組成物は、耐変色性を有し且つ耐水性、耐溶剤性、耐薬品性、耐候性、硬度、各種基材等への密着性を保持、向上させることができる。
【００１５】
上記化学式（１）で表される（メタ）アクリルアミド系単量体の例としては、Ｎ，Ｎ’−（２−ジメチルアミノエチル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（２−ジエチルアミノエチル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（３−ジメチルアミノプロピル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ−（３−モノプロピルアミノプロピル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ−（３−モノ−ｔ−ブチルアミノプロピル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，１−ジメチル−２−ジメチルアミノエチル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（２，２−ジメチル−３−ジメチルアミノプロピル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（２−メチル−２−フェニル−３−ジメチルアミノプロピル）（メタ）アクリルアミド等の（メタ）アクリルアミド系化合物又はそれらの中和塩等があげられる。
【００１６】
上記共重合体中の、上記（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位の含有割合は０．５〜３０重量％がよく、２〜１０重量％が好ましい。３０重量％を超えると、耐水性や耐薬品性が低下しやすくなる。一方、０．５重量％未満だと、得られる水性樹脂組成物を塗工する各種基材との密着性が十分に得られない場合があり、また、溶媒への溶解性や分散性が低下する傾向にある。
【００１７】
上記共重合体を構成する構成単位としては、上記（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位以外に、アルコキシシリル基を有する不飽和単量体から得られる構成単位を含有してもよい。このアルコキシシリル基を有する不飽和単量体からなる構成単位を含有させることにより、耐水性、耐薬品性、各種基材への密着性をより向上させることができる。
【００１８】
上記アルコキシシリル基含有不飽和単量体の例としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、ジメチルビニルメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、ビニルトリス（メトキシエトキシ）シラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルビニルジアセトキシシラン、ジメチルビニルアセトキシシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、３−（メタ）アクリロキシプロピルトリオキシムシラン等をあげることができ、これらは単独もしくは２種以上を併用して使用することができる。
【００１９】
上記共重合体中の、上記アルコキシシリル基含有不飽和単量体の構成単位の含有割合は、０．１〜３０重量％が好ましく、１〜２０重量％がより好ましい。０．１重量％未満だと、このアルコキシシリル基含有不飽和単量体を用いた効果を充分得られず、一方、３０重量％を超えるとゲル化し易く、製造が困難となる場合がある。
【００２０】
上記共重合体の構成単位として、上記の（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位、及び必要に応じて用いられるアルコキシシリル基含有不飽和単量体由来の構成単位以外に、上記２種以外のエチレン性不飽和単量体由来の構成単位が含有される。このエチレン性不飽和単量体の構成単位は主として、得られる共重合体に溶媒に対する溶解性や分散性を付与し、また架橋等の機能性を付与する効果を発揮する。
【００２１】
このエチレン性不飽和単量体としては（メタ）アクリル酸エステル、スチレン又はその誘導体、アクリルニトリル、酢酸ビニル、不飽和カルボン酸及びその塩、その他のビニル系モノマー、あるいはブタジエン、クロロプレン、イソプレン等のジエン系モノマーの中から共重合可能なもの少なくとも１種以上を適宜選択して用いられる。
【００２２】
上記（メタ）アクリル酸エステルの具体例としては、（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−ブチル、（メタ）アクリル酸−ｔ−ブチル、（メタ）アクリル酸−ｉ−ブチル、（メタ）アクリル酸−２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸−ｎ−オクチル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸イソボルニルなどがあげられ、単独でまた２種以上を混合して用いられる。
【００２３】
また、上記スチレン又はその誘導体の例としてはスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどがあげることができる。
【００２４】
さらに、上記不飽和カルボン酸及びその塩の例としてはマレイン酸、フマル酸、クロトン酸、（メタ）アクリル酸、イタコン酸等、又はその塩をあげることができる。
【００２５】
さらにまた、その他のビニルモノマーとしては（メタ）アクリロニトリル、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸グリシジル、アクリル酸−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル、アクリル酸−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチル、（メタ）アクリル酸メトキシエチル、（メタ）アクリル酸ブトキシエチル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサテイック酸ビニル、塩化ビニル等をあげることができる。
【００２６】
これらのうち、（メタ）アクリル酸エステル、スチレン系の単量体、不飽和カルボン酸、酢酸ビニル、（メタ）アクリロニトリル等が塗膜物性の面から望ましい。
【００２７】
上記のエチレン性不飽和単量体は主として皮膜の硬さ・弾性・機能性等の用途、また使用する溶媒との親和性等に応じて種類・量が適宜決定される。すなわち、上記エチレン性不飽和単量体、（メタ）アクリルアミド系単量体及びアルコキシシリル基含有不飽和単量体は水性樹脂に溶解性や分散性を付与するものであるので、その目的や用途に応じて適宜使用される。
【００２８】
上記共重合体における、上記エチレン性不飽和単量体の構成単位の含有割合は、上記の（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位、及び必要に応じて用いられるアルコキシシリル基含有不飽和単量体の構成単位の合計量を１００重量％から差し引いた残分となる。
【００２９】
例えば不飽和カルボン酸を使用する場合においては全単量体中に２〜５０重量％、好ましくは５〜４０重量％程度とする。使用量が２重量％未満の場合には水性溶媒に対する溶解性、分散性が不良となりゲル化する場合もあり、エポキシ樹脂等の架橋性の官能基として導入する場合においては架橋性が不十分となり、満足する機能性が得られない場合がある。５０重量％を超える場合に耐水性が不十分となる。なお、この場合、合計が１００重量％に満たなかった分は、他のエチレン性不飽和単量体が併用される。
【００３０】
（２）水性樹脂組成物の製造方法
この発明にかかる水性樹脂組成物は、種々の方法で製造することができる。例えば、水媒体若しくはこれと親水性溶剤との混合溶媒中でラジカル重合により製造することができる。また、ラジカル重合又は縮合反応により得た共重合体を水若しくはこれと親水性溶剤との混合溶媒に溶解もしくは分散させて製造することもできる。その他、非分散重合法・塊状重合法などの公知の方法により製造することもできる。上記の製造方法の選択は、製造する樹脂により適宜選択することが望ましい。これらの製法の中でも、得られる塗膜物性を考慮すると樹脂は溶媒中に溶解していることが望ましい。
【００３１】
上記のラジカル重合法としては、溶液重合法や乳化重合法等を採用することができる。上記溶液重合法を用いる場合、使用できる溶媒としては公知の有機溶剤又は水の何れも使用することが可能であり、単独若しくは２種類以上併用することが可能である。
【００３２】
（２−１）溶液重合法
上記の溶液重合法を用いる場合、使用する溶剤としては、後の水溶性及び水分散性付与の工程を考慮することが好ましく、水や水溶性有機溶剤を少なくとも１種類以上用いることが望ましい。上記水溶性有機溶剤の例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、ブチルアルコール等のアルコール類、メチルエチルケトン等のケトン類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル類等があげられる。これらの溶剤は、重合する樹脂との親和性を考慮して使用する必要がある。使用する溶剤によっては、樹脂のゲル化、析出等が起こる場合があるからである。
【００３３】
また、使用される重合開始剤としては、公知のいずれのものも使用することができる。例としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス−２、４−ジメチルバレロニトリル、２，２’−アゾビス−２−メチルブチロニトリル、２，２’−アゾビス−４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル等のアゾ系重合開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシビバレート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、アセチルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド等の過酸化物系重合開始剤等があげられる。
【００３４】
さらに、使用される上記エチレン性不飽和単量体は、上記したいずれの単量体も使用することができるが、水溶性を付与する場合、単量体成分中に親水性の官能基を導入することが好ましい。このような親水性を有するエチレン性不飽和単量体、すなわち親水性単量体としては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、両イオン性の単量体があげられる。
【００３５】
上記アニオン性単量体としては、分子内にカルボキシル基を有する単量体、分子内にスルホン酸基を有する単量体、分子内にリン酸基を有する単量体等があげられる。上記の分子内にカルボキシル基を有する単量体の例としてマレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸等があげられる。上記の分子内にスルホン酸基を有する単量体の例としては、ビニルスルホン酸、（メタ）アクリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、（メタ）アクリル酸−２−エチルスルホン酸、アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸等があげられる。また、上記の分子内にリン酸基を有する単量体としては、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシエチルリン酸エステル等が挙げられる。
【００３６】
これらのアニオン性単量体は、アンモニア、トリメチルアミン、モノエタノールアミン等の有機アミン、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属の塩として用いてもよい。
【００３７】
上記カチオン性単量体の例としては、官能基としてアミノ基や四級アンモニウム塩基等のカチオン性基を有するエチレン性不飽和単量体があげられる。
【００３８】
上記ノニオン性単量体の例としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロ−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、アクリロイルモルホリン、ジアセトンアクリルアミド、ビニルピロリドン、ビニルオキサゾリドン、（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等があげられる。
【００３９】
上記両イオン性単量体とは、同一単量体中にアニオン性官能基とカチオン性官能基を併せ持つものである。アニオン性官能基とは、水性媒体中で陰イオンとなる性質を有する官能基で、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等があげられる。また、カチオン性官能基とは、水性媒体中で陽イオンとなる性質を有する官能基で、１級アミノ基、２級アミノ基、３級アミノ基、４級アンモニウム塩等があげられる。
【００４０】
この両イオン性単量体の例としては、Ｎ−（３−スルホプロピル）−Ｎ−（メタ）アクリロキシエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ−（３−（メタ）アクリルアミドプロピル）−Ｎ−（３−スルホエチル）アンモニウム、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ−（３−（メタ）アクリルアミドプロピル）−Ｎ−（３−スルホプロピル）アンモニウム、Ｎ，’−ジメチル−Ｎ−（３−（メタ）アクリルアミドブチル）−Ｎ−（３−スルホエチル）アンモニウム、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ−（３−（メタ）アクリルアミドブチル）−Ｎ−（３−スルホプロピル）アンモニウム、１−（３−スルホプロピル）−２−ビニルピリジニウム等があげられる。
【００４１】
上記のアニオン性、カチオン性、ノニオン性の各単量体の上記共重合体を構成する単量体全量に対する使用割合は、水分散化や水可溶性化を確保するために、アニオン性単量体では２〜５０重量％が好ましく、カチオン性単量体では５〜５０重量％が好ましい。また、ノニオン性単量体では７〜５０重量％が好ましく、１５〜５０重量％がより好ましい。特にアニオン性単量体のうち不飽和カルボン酸を用いる場合、２〜５０重量％、好ましくは５〜４０重量％とするのが望ましい。２重量％未満では水分散又は水可溶化が不良となる場合があり、５０重量％を超えると皮膜の耐水性、耐アルカリ性が不良となる場合がある。
【００４２】
また、上記両イオン性単量体は、アニオン性及びカチオン性の両性を有することから、使用されるアニオン性単量体と両イオン性単量体の合計量が２〜５０重量％、又はカチオン性単量体と両イオン性単量体の合計量が５〜５０重量％となるように両イオン性単量体を使用するのが好ましい。このとき、アニオン性単量体やカチオン性単量体と併用しない場合の両イオン性単量体の使用量は、５〜５０重量％が好ましい。この範囲内だと、水分散性や水可溶性が良好であり、また、被膜の耐水性、耐アルカリ性が良好となる。
【００４３】
上記の単量体のうち、アニオン性単量体、カチオン性単量体又は両イオン性単量体を用いた共重合体は、中和剤によって液性を変えることができる。
【００４４】
アニオン性単量体又は両イオン性単量体のアニオン性官能基に対する中和剤としては、モノメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどのアルキルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、ジエチルアミノエタノール等のアルカノールアミン、モルホリン、ピリジン、ピペラジン等のアミン類、その他、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸水素ナトリウム、ピロリン酸等があげられる。
【００４５】
また、カチオン性単量体又は両イオン性単量体のカチオン性官能基に対する中和剤としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸等の有機酸、塩酸、リン酸、硫酸、硝酸等の無機酸等があげられる。
【００４６】
上記の中和剤による共重合体の中和は、上記共重合体の水溶性又は水分散性を考慮し適宜行なわれる。上記中和剤の添加量は、上記親水性単量体の親水性官能基が２０モル重量％以上中和される量がよく、３０モル重量％以上中和される量が好ましく、８０モル重量％以上中和される量がより好ましい。
【００４７】
上記溶液重合において、上記の各単量体、触媒、水溶性有機溶剤、中和剤の他に、必要に応じて、各種メルカプタン類、α−メチルスチレン、ハロゲン化アルキルなどの連鎖移動剤を用いてもよい。この連鎖移動剤は、共重合体の分子量を調節し水溶解性及び水分散性を向上させる目的で用いられる。この使用量としては、共重合体に用いられる単量体全量に対して０．０１〜１０重量％がよい。０．０１重量％未満では分子量低下の効果が少なく、１０重量％を超えると重合阻害を起こして重合性に問題が生じる場合がある。
【００４８】
上記溶液重合方法は、具体的には、上記水溶性有機溶剤、水又はこれらの混合物中で各単量体を混合したものを分割又は一括で仕込み、上記の重合開始剤を添加してラジカル重合を進める方法で行われる。重合時のモノマー濃度は合計量で３０〜７０重量％がよく、３５〜６５重量％が好ましい。また、ラジカル重合開始剤は単量体全量に対し０．１〜１０重量％がよく、０．３〜５重量％が好ましい。反応時間は２〜１６時間であり、重合時の反応温度は通常６０〜１００℃である。
【００４９】
得られた共重合体の水溶化又は水分散化は上記の親水性モノマーの種類により異なるが、カチオン性およびアニオン性を有する共重合体については、溶剤除去し、水溶化又は水分散させうる中和剤と水とを添加させることで目的の水性樹脂組成物が得られる。
【００５０】
中和工程は、通常、０〜９０℃の温度条件下で行われるが、より高温度を選ぶことで水溶化の時間を短縮する事が可能となる。また、ノニオン性モノマーの使用の場合は、その工程を必要としない。
【００５１】
溶液重合法で得られる水性樹脂の重量平均分子量は、５００〜５００，０００で、好ましくは１，０００〜１００，０００である。
【００５２】
（２−２）乳化重合法
次に、上記共重合体の乳化重合法による製造は、通常、水性媒体中に乳化剤を存在させ、攪拌下で単量体及び重合開始剤を一括もしくは連続的に供給し、重合反応を行う方法である。
【００５３】
上記乳化剤としては、各種公知の乳化剤を使用することができる。具体例としては、ステアリルアミン塩酸塩、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、トリメチルオクタドデシルアンモニウムクロライド等のカチオン系乳化剤、オレイン酸カリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルカンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル燐酸エステル等のアニオン系乳化剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンオキシプロピレンブロックポリマー、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等のノニオン系乳化剤、ラウリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド等の両イオン性乳化剤があげられる。
【００５４】
また、分子中に重合性の炭素−炭素２重結合を有する界面活性剤（以下反応性乳化剤という）を用いることもできる。この反応性乳化剤は通常の乳化剤のようにエマルジョン粒子に物理的に吸着するだけではなく、重合時に共重合されて重合鎖に組み込まれ易くなるため、反応性乳化剤を用いて得られるエマルジョンは乳化剤の存在による弊害が少なく、皮膜中に均一に存在するため、耐水性、基材密着性も良好になる。
【００５５】
上記反応性乳化剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルを基本構造として疎水基にラジカル重合性のプロペニル基を導入したノニオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルの硫酸エステル塩を基本構造として疎水基にラジカル重合性のプロペニル基を導入したアニオン系界面活性剤、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム等をあげることができる。具体例としては、旭電化工業（株）製：商品名 アデカリアソープＳＥ−１０Ｎ、花王（株）製：商品名 ラテムルＳ−１８０、三洋化成工業（株）製：商品名エレミノールＪＳ−２、第一工業製薬（株）製：商品名 アクアロンＨＳ−１０、日本乳化剤（株）製：商品名 アントックスＭＳ−６０等があげられる。
【００５６】
その他、水溶性高分子のポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、水溶性アクリル共重合体、スチレンスルホン酸共重合体等も単独又は上記乳化剤と併用して用いることができる。
【００５７】
上記水性媒体としては、水や上記の水溶性有機溶剤を例としてあげることができる。
【００５８】
上記乳化剤の使用量は、水性媒体に対して０．０５〜１０重量％がよく、０．１〜５重量％が好ましい。０．０５重量％以下の場合、分散状態が不安定となり、ゲル化に至る場合がある。１０重量％以上の場合、皮膜の耐水性が不良となりやすい。
【００５９】
乳化重合に使用できる重合開始剤としては、公知のいずれのものも使用することができ、疎水性及び親水性の重合開始剤をどちらも使用することができる。代表的なものとしては上記の溶液重合に使用したものと同様のものを使用できる。
【００６０】
乳化重合で上記共重合体を製造する場合、生成したエマルジョン粒子を重合時に安定化させ、かつ、水溶解させるために、親水性単量体を共重合させることが好ましい。使用される上記親水性単量体は、上記の溶液重合法に示した親水性単量体と同様のものが使用できる。
【００６１】
これら親水性単量体の使用量は、少なすぎると乳化重合時の安定性を低下させ、中和時に水溶解させる事が不可能となるし、多すぎると乾燥皮膜の耐水性が悪くなるため、共重合体に使用される単量体全量に対して５〜５０重量％がよく、１０〜３０重量％が好ましい。
【００６２】
また、前記と同様、共重合体の分子量を調節し、水溶解性若しくは水分散性を向上させる目的で、必要に応じて各種のメルカプタン類、α−メチルスチレン、ハロゲン化アルキル等の連鎖移動剤を用いてもよい。
【００６３】
乳化重合法で得られた共重合体は、水性媒体中での安定性を向上させるため導入した親水性の官能基を中和することが望ましい。中和の程度は特に限定されるものではなく、また、使用できる中和剤は、上記の中和剤の他、任意の中和剤を使用できる。
【００６４】
乳化重合法で得られる水性樹脂の重量平均分子量は、５００〜５００，０００がよく、１，０００〜１００，０００が好ましい。
【００６５】
（３）有機珪素化合物の配合
この発明にかかる水性樹脂組成物には、上記の共重合体以外に、必要に応じて、有機珪素化合物又はその部分もしくは完全加水分解物（以下、「有機珪素化合物等」と称する。）を配合することが好ましい。この有機珪素化合物等を配合することにより、得られる塗膜での高硬度、可とう性、耐溶剤性、耐薬品性等を改善することができる。
【００６６】
上記有機珪素化合物のうち好ましいものとしては、下記化学式（２）で示される化合物があげられる。
【００６７】
ＳｉＯa Ｘb Ｙc （２）
なお、化学式（２）中、Ｘは加水分解性基、Ｙは非加水分解性基を表し、０≦ａ≦１．４、ｂ／（ｂ＋ｃ）＝０．０１〜１．０であり、かつ、２ａ＋ｂ＋ｃ＝４である。
【００６８】
また、有機珪素化合物の部分もしくは完全加水分解物とは、上記化学式（２）で表される有機珪素化合物を部分的に又は完全に加水分解したものである。
【００６９】
上記のＸで示される加水分解性基とは、加水分解縮合反応等でシロキサン結合が形成可能な基をいう。このような基としては、ハロゲン基、水素基、−ＯＲであらわされる基等から選ばれる１種又は複数種の基があげられる。上記ハロゲン基の例としては、フッ素基、塩素基、臭素基、ヨウ素基があげられる。
【００７０】
上記−ＯＲで表わされる基のＲとしては、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルキルポリオキシアルキレニル基等から選ばれる１種又は複数種の基があげられる。上記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、デシル基等があげられ、直鎖状、分岐状のいずれでもよい。
【００７１】
上記シクロアルキル基の具体例としては、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロペンチル基等があげられる。上記アルコキシアルキル基の具体例としては、メトキシエチル基、エトキシエチル基、ブトキシエチル基等があげられる。上記アリール基の具体例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基等があげられる。上記アラルキル基の具体例としては、ベンジル基、フェネチル基等があげられる。上記アルキルポリオキシアルキレニル基の具体例としては、ＣＨ3 −（ＯＣＨ2 ＣＨ2 ）n −、Ｃ2 Ｈ5 −（ＯＣＨ2 ＣＨ2 ）n −、ＣＨ3 −（ＯＣＨ2 ＣＨＣＨ3 ）n −、Ｃ2 Ｈ5 −（ＯＣＨ2 ＣＨＣＨ3 ）n −で表される基等があげられる。なお、ｎは、２〜３０程度の整数である。
【００７２】
上記Ｘがハロゲン基の場合は加水分解によりハロゲン化水素を副生し、また、水素基の場合は水素を副生することから、これらの引火性、腐食性及び毒性に注意する必要がある。これらから、Ｘとしては、−ＯＲ基が好ましく、Ｒはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基の１種又はそれ以上から選択することが好ましい。これにより、水性樹脂と配合して得られる水性樹脂組成物を被膜又は塗膜化する過程で高架橋させることができ、得られる塗膜での高硬度、耐溶剤性、耐薬品性等の機能発現を顕著化させることができる。
【００７３】
上記のＹで示される非加水分解性基は、加水分解性を有さない基であり、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、アルキルポリオキシアルキレニル基、アシル基、アシルオキシアルキル基、及びグリシジルオキシアルキル基、エポキシ環含有基等から選ばれる１種又は複数種の基があげられる。
【００７４】
上記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、デシル基等があげられ、直鎖状又は分岐状のいずれであってもよい。上記シクロアルキル基の具体例としては、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロペンチル基等があげられる。上記アルコキシアルキル基の具体例としては、メトキシエチル基、エトキシエチル基、ブトキシエチル基等があげられる。上記アルケニル基の具体例としては、ビニル基、１−プロペニル基、２−プロペニル基、１−ブテニル基、２−ブテニル基等があげられる。上記アリール基の具体例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基等があげられる。上記アラルキル基の具体例としては、ベンジル基、フェネチル基等があげられる。上記アルキルポリオキシアルキレニル基の具体例としては、ＣＨ3 −（ＯＣＨ2 ＣＨ2 ）n −、Ｃ2 Ｈ5 −（ＯＣＨ2 ＣＨ2 ）n −、ＣＨ3 −（ＯＣＨ2 ＣＨＣＨ3 ）n −、Ｃ2 Ｈ5 −（ＯＣＨ2 ＣＨＣＨ3 ）n −で表される基等があげられる。なお、ｎは、２〜３０程度の整数である。上記アシルオキシアルキル基の具体例としては、アクリロイルオキシプロピル基、メタクリロイルオキシプロピル基等があげられる。上記グリシジルオキシアルキル基の具体例としては、グリシジルオキシプロピル基等があげられる。上記エポキシ環含有基の具体例としては、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル基等があげられる。
【００７５】
上記のＸ及びＹとしては、例えば、これらの選択は、得られる水性樹脂組成物の使用目的に応じて適宜行うことができる。すなわち、この発明にかかる水性樹脂組成物中の共重合体成分との相溶性及び貯蔵安定性、更には得られる塗膜での高硬度、可とう性、耐溶剤性、耐薬品性等の機能発現に鑑みて選択することができる。
【００７６】
ｂ／（ｂ＋ｃ）で表すＸとＹの割合は、モル比で０．０１〜１．０の範囲がよく、０．１〜１．０の範囲が好ましく、０．５〜１．０の範囲がより好ましい。モル比が０．０１より小さいと、有機珪素化合物等を上記共重合体に配合、熟成して水性樹脂組成物とした場合は、得られる塗膜等の耐擦傷性、耐溶剤性、耐薬品性等の機能発現性が乏しくなり問題となる場合がある。
【００７７】
特に０．６≦ａ≦１．２、ｂ／（ｂ＋ｃ）＝０．５〜１．０（但し、２ａ＋ｂ＋ｃ＝４）の双方の範囲を満たす様な、本発明に用いる水性樹脂組成物とした際に、得られる水性樹脂の貯蔵安定性に優れ、且つ塗膜を形成した際の耐擦傷性、耐溶剤性、耐薬品性等の機能発現が最も著しい。
【００７８】
上記化学式（２）で表される有機珪素化合物としては、テトラアルコキシシラン類、トリアルコキシシラン化合物、ジアルコキシシラン化合物、クロロシラン化合物等や、これらの部分加水分解縮合物があげられる。これらのシロキサン組成物は単独で用いても良いし、二種以上を併用しても構わない。
【００７９】
上記テトラアルコキシシラン類又はこれらの部分加水分解縮合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ−ｎ−ブトキシシラン、テトライソブトキシシラン、テトラ−ｔ−ブトキシシラン、テトラフェノキシシラン等があげられる。
【００８０】
上記トリアルコキシシラン化合物又はこれらの部分加水分解縮合物としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ペンチルトリメトキシシラン、ペンチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリプロポキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、ベンジルトリメトキシシラン、ベンジルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等があげられる。
【００８１】
上記ジアルコキシシラン化合物又はこれらの部分加水分解縮合物としては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノプロピルメチルジトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等があげられる。
【００８２】
上記クロロシラン化合物又はこれらの部分加水分解縮合物としては、メチルトリクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラン、メチルビニルジクロロシラン、３−クロロプロピルメチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、メチルフェニルジクロロシラン等があげられる。
【００８３】
上記有機珪素化合物の配合条件は、常温〜２００℃の範囲で両者を混合すれば良い。
【００８４】
また、配合方法は特に限定されない。工業的には、例えば混合機、反応器等の混合又は撹拌が可能な装置に、両者を仕込み良く混合して配合する方法、又はシロキサン結合を有する水性樹脂を撹拌しておいて、これに有機珪素化合物を徐々に添加して混合して配合する方法でもよい。
【００８５】
配合温度としては常温〜９０℃程度が好ましい。また、系のｐＨは配合する有機珪素化合物の反応性及び安定性を考慮して調整すればよく、ｐＨ６〜１１が好ましい。
【００８６】
これにより得られた水性樹脂組成物は、さらに水その他各種溶媒または分散媒を加える事ができる。
【００８７】
この発明にかかる水性樹脂組成物における上記の共重合体と有機珪素化合物の配合比は、両者の不揮発分の重量比で共重合体／有機珪素化合物＝９９．９９／０．０１〜１／９９がよく、９７／３〜４０／６０が好ましい。
【００８８】
共重合体／有機珪素化合物の配合比が、９９．９９／０．０１〜４０／６０の場合は、得られる水性樹脂組成物の特徴として、樹脂側の性質が強く表れ、無機物の性質、すなわち、膜形成能、耐光性、耐久性、防水性等がそこに加味される。また、共重合体／有機珪素化合物の配合比が、３９／６１〜１／９９の場合は、膜形成能が弱くなる傾向があるが、耐熱性、高硬度、高強度等の無機物的性質を示す。
【００８９】
（４）その他
この発明にかかる水性樹脂組成物には、これに含まれる共重合体に硬度及び耐候性等の機能性を更に向上させるため、硬化剤を配合することができる。硬化剤としては、共重合体が含有する官能基、例えばカルボキシル基、水酸基、スルホン酸基、アミノ基等と反応性を有する官能基、例えばエポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、アジリジン、オキサゾリン環、カルボジイミド基等を有する樹脂であれば特に限定されない。
【００９０】
この硬化剤としての樹脂の種類としてはエポキシ樹脂、ポリイソシアネート樹脂、アジリジン、メラミン樹脂、オキサゾリン環を有する樹脂、カルボジイミド基を有する樹脂などがあげられる。
【００９１】
上記硬化剤としての樹脂の形態としては溶剤系樹脂、水分散型又は水可溶型の水系樹脂、及びバルク樹脂のいずれでも使用可能であるが、水系樹脂が特に好ましい。具体的には、水溶性のエポキシ樹脂が特に好ましい。
【００９２】
上記硬化剤は、１種のみを使用してもよいが、２種以上組み合わせて用いてもよい。硬化剤の配合液は、使用上ポットライフが長いものが好ましいが、１液化して使用する方法と使用前２液を混合して使用する方法もあるので、実用的には配合液のポットライフは１０時間〜３日程あればよい。
【００９３】
上記硬化剤の配合量は、共重合体中の反応性の官能基に対して硬化剤の官能基がモル比で１０／１〜１／４であればよく、３／１〜１／２が好ましい。官能基モル比が１０／１未満の場合、硬化剤を配合した性能向上の効果が十分に得られず、１／４より多い場合、硬化剤配合液の安定性が不良となり使用上のポットライフが得られずゲル化に至る場合がある。
【００９４】
この発明においては、上記の水性樹脂組成物に安定剤、ＰＨ調整剤、界面活性剤、粘度調整剤等の添加剤を含有していても良い。また、顔料、充填剤、分散剤、防腐剤、防かび剤、可塑剤、レベリング剤、レオロジーコントロール剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等を配合してもよい。
【００９５】
この発明の水性樹脂組成物は、熱などの因子による変色を起こさず、耐水性・耐溶剤性・耐薬品性・耐候性・硬度・各種基材への密着性に優れる特徴を有する。このため、水性トップコーティング剤等の各種のクリアコーティング剤、顔料を配合してなる水性塗料として使用することができる。
【００９６】
この発明の水性樹脂組成物をコーティング剤として使用する際の塗装方法としては、ポリマー、金属、セラミック等の基材や線材に含浸法、スピンコーター法、スプレー法等で造膜したり、上記顔料、充填剤、分散剤等で塗料化した塗料化物を金属建材、無機建材、セメント硬化物にロールコーター、カーテンコーター、スプレーで塗装造膜させる事ができ、加熱工程をとる事もできる。さらには建設現場で無機建材、金属建材、瓦等に直接スプレー塗装する事も可能である。
【００９７】
またより実用性の高い塗膜を得る為約２０℃〜２５０℃、好ましくは５０℃〜２００℃の温度範囲で約１０秒〜２時間程度焼き付け乾燥硬化を行うことができる。
【００９８】
【実施例】
以下、本発明を実施例を用いて更に具体的に説明する。
【００９９】
〔実施例１〕
（溶液重合）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器、滴下ロート及び窒素ガス導入管を備えた内容積２リットルの四つ口フラスコ内に、エチルアルコール１００ｇを仕込み、窒素ガスを導入しつつ８０℃に昇温し、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（以下、「ＡＩＢＮ」と略する。）２ｇを添加した後、アクリル酸ブチル（以下、「ＢＡ」と略する。）２６ｇ、メタクリル酸メチル（以下、「ＭＭＡ」と略する。）５６ｇ、メタクリル酸（以下、「ＭＡＡ」と略する。）１０ｇ、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド（以下、「ＤＭＡＰＭＡ」と略する。）６ｇ、３−メタクリロオキシプロピルメチルジメトキシシラン（以下、「ＭＰＭＳ」と略する。）２ｇを攪拌混合して得たモノマー混合液を滴下ロートより５時間かけて滴下し８０℃で重合を行った。
【０１００】
滴下終了後、２，２’−アゾビス−２，４−ジメチルバレロニトリル（以下、「ＡＤＶＮ」と略する。）１ｇをエチルアルコール２ｇに溶解して添加し、８０℃で３時間熟成した後、冷却して２５％アンモニウム水５ｇ、イオン交換水５２ｇを添加した。
【０１０１】
更に８０℃に昇温した後、ＭＫＣシリケートＭＳ５１（三菱化学（株）製ポリメトキシシロキサン：重量平均分子量５００〜８００）２０ｇを攪拌させながら３０分を要して徐々に滴下し、さらに同一温度で攪拌下５時間の熟成を行い、その後、冷却して共重合体組成物ａ−１を得た。
【０１０２】
この共重合体組成物ａ−１は、不揮発分４０．５％、ＰＨ８．０、粘度５００ｍＰａ・ｓの透明水溶液であった。
【０１０３】
（脱溶剤）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器もしくは精留塔、滴下ロートを備えた内容積２リットルの四つ口フラスコに、上記で作製した共重合体組成物ａ−１：１０００ｇを仕込み、昇温して内温８０℃で共沸させながら減圧下５時間、エチルアルコールを系外に除去しながら４５０ｇを取り出した。更に攪拌しながら３０分を要して徐々にイオン交換水４６０ｇ滴下し、同一温度で攪拌下２時間の完全水溶化を行い、その後、冷却して共重合体組成物Ａ−１を得た。
【０１０４】
この共重合体組成物Ａ−１は、不揮発分４０．２％、ＰＨ７．６、粘度８００ｍＰａ・ｓであった。
【０１０５】
〔実施例２〕
（溶液重合）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器、滴下ロート及び窒素ガス導入管を備えた内容積２リットルの四つ口フラスコ内に、エチルアルコール１００ｇを仕込み、窒素ガスを導入しつつ８０℃に昇温し、ＡＩＢＮ２ｇを添加した後、ＢＡ２６ｇ、ＭＭＡ５６ｇ、ＭＡＡ１０ｇ、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド（以下、「ＤＭＡＰＡＡ」と略する。）６ｇ、ＭＰＭＳ２ｇを攪拌混合して得たモノマー混合液を滴下ロートより５時間かけて滴下し８０℃で重合を行った。 滴下終了後、ＡＤＶＮ１ｇをエチルアルコール２ｇに溶解して添加し、８０℃で３時間熟成した後、冷却して２５％アンモニウム水５ｇ、イオン交換水５２ｇを添加した。
【０１０６】
更に８０℃に昇温した後、ＭＫＣシリケートＭＳ５１（三菱化学（株）製ポリメトキシシロキサン：重量平均分子量５００〜８００）２０ｇを攪拌させながら３０分を要して徐々に滴下し、さらに同一温度で攪拌下５時間の熟成を行い、その後、冷却して共重合体組成物ａ−２を得た。
【０１０７】
この共重合体組成物ａ−２は、不揮発分４０．５％、ＰＨ８．０、粘度７００ｍＰａ・ｓの透明水溶液であった。
【０１０８】
（脱溶剤）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器もしくは精留塔、滴下ロートを備えた内容積２リットルの四つ口フラスコに、上記で作製した共重合体組成物ａ−２：１０００ｇを仕込み、昇温して内温８０℃で共沸させながら減圧下５時間、エチルアルコールを系外に除去しながら４５０ｇを取り出した。更に攪拌しながら３０分を要して徐々にイオン交換水４６０ｇ滴下し、同一温度で攪拌下２時間の完全水溶化を行い、その後、冷却して共重合体組成物Ａ−２を得た。
【０１０９】
この共重合体組成物Ａ−２は、不揮発分４０．２％、ＰＨ７．８、粘度１０００ｍＰａ・ｓであった。
【０１１０】
〔比較例１〕
（溶液重合）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器、滴下ロート及び窒素ガス導入管を備えた内容積２リットルの四つ口フラスコ内に、エチルアルコール１００ｇを仕込み、窒素ガスを導入しつつ８０℃に昇温し、ＡＩＢＮ２ｇを添加した後、ＢＡ２６ｇ、ＭＭＡ６２ｇ、ＭＡＡ１０ｇ、ＭＰＭＳ２ｇを攪拌混合して得たモノマー混合液を滴下ロートより５時間かけて滴下し８０℃で重合を行った。
【０１１１】
滴下終了後、ＡＤＶＮ１ｇをエチルアルコール２ｇに溶解して添加し、８０℃で３時間熟成した後、冷却して２５％アンモニウム水５ｇ、イオン交換水５２ｇを添加した。
【０１１２】
更に８０℃に昇温した後、ＭＫＣシリケートＭＳ５１（三菱化学（株）製ポリメトキシシロキサン：重量平均分子量５００〜８００）２０ｇを攪拌させながら３０分を要して徐々に滴下し、さらに同一温度で攪拌下５時間の熟成を行い、その後、冷却して共重合体組成物ｂ−１を得た。
【０１１３】
この共重合体組成物ｂ−１は、不揮発分４０．３％、ＰＨ８．１、粘度３００ｍＰａ・ｓの透明水溶液であった。
【０１１４】
（脱溶剤）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器もしくは精留塔、滴下ロートを備えた内容積２リットルの四つ口フラスコに、上記で作製した共重合体組成物ｂ−１：１０００ｇを仕込み、昇温して内温８０℃で共沸させながら減圧下５時間、エチルアルコールを系外に除去しながら４５０ｇを取り出した。更に攪拌しながら３０分を要して徐々にイオン交換水４６０ｇ滴下し、同一温度で攪拌下２時間の完全水溶化を行い、その後、冷却して共重合体組成物Ｂ−１を得た。
【０１１５】
この共重合体組成物Ｂ−１は、不揮発分４０．２％、ＰＨ７．７、粘度５００ｍＰａ・ｓであった。
【０１１６】
〔比較例２〕
（溶液重合）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器、滴下ロート及び窒素ガス導入管を備えた内容積２リットルの四つ口フラスコ内に、エチルアルコール１００ｇを仕込み、窒素ガスを導入しつつ８０℃に昇温し、ＡＩＢＮ２ｇを添加した後、ＢＡ２６ｇ、ＭＭＡ５６ｇ、ＭＡＡ１０ｇ、ジメチルアミノエチルメタクリレート（以下、「ＤＭＡ」と略する。）６ｇ、ＭＰＭＳ２ｇを攪拌混合して得たモノマー混合液を滴下ロートより５時間かけて滴下し８０℃で重合を行った。
【０１１７】
滴下終了後、ＡＤＶＮ１ｇをエチルアルコール２ｇに溶解して添加し、８０℃で３時間熟成した後、冷却して２５％アンモニウム水５ｇ、イオン交換水５２ｇを添加した。
【０１１８】
更に８０℃に昇温した後、ＭＫＣシリケートＭＳ５１（三菱化学（株）製ポリメトキシシロキサン：重量平均分子量５００〜８００）２０ｇを攪拌させながら３０分を要して徐々に滴下し、さらに同一温度で攪拌下５時間の熟成を行い、その後、冷却して共重合体組成物ｂ−２を得た。
【０１１９】
この共重合体組成物ｂ−２は、不揮発分４０．５％、ＰＨ８．１、粘度４００ｍＰａ・ｓの透明水溶液であった。
【０１２０】
（脱溶剤）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器もしくは精留塔、滴下ロートを備えた内容積２リットルの四つ口フラスコに、上記で作製した共重合体組成物ｂ−２：１０００ｇを仕込み、昇温して内温８０℃で共沸させながら減圧下５時間、エチルアルコールを系外に除去しながら４５０ｇを取り出した。更に攪拌しながら３０分を要して徐々にイオン交換水４６０ｇ滴下し、同一温度で攪拌下２時間の完全水溶化を行い、その後、冷却して共重合体組成物Ｂ−２を得た。
【０１２１】
この共重合体組成物Ｂ−２は、不揮発分４０．２％、ＰＨ７．８、粘度９００ｍＰａ・ｓであった。
【０１２２】
〔比較例３〕
（溶液重合）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器、滴下ロート及び窒素ガス導入管を備えた内容積２リットルの四つ口フラスコ内に、エチルアルコール１００ｇを仕込み、窒素ガスを導入しつつ８０℃に昇温し、ＡＩＢＮ２ｇを添加した後、ＢＡ１５ｇ、ＭＭＡ３３ｇ、ＭＡＡ１０ｇ、ＤＭＡＰＭＡ４０ｇ、ＭＰＭＳ２ｇを攪拌混合して得たモノマー混合液を滴下ロートより５時間かけて滴下し８０℃で重合を行った。
【０１２３】
滴下終了後、ＡＤＶＮ１ｇをエチルアルコール２ｇに溶解して添加し、８０℃で３時間熟成した後、冷却して２５％アンモニウム水５ｇ、イオン交換水５２ｇを添加した。
【０１２４】
更に８０℃に昇温した後、ＭＫＣシリケ−トＭＳ５１（三菱化学（株）製ポリメトキシシロキサン：重量平均分子量５００〜８００）２０ｇを攪拌させながら３０分を要して徐々に滴下し、さらに同一温度で攪拌下５時間の熟成を行い、その後、冷却して共重合体組成物ｂ−３を得た。
【０１２５】
この共重合体組成物ｂ−３は、不揮発分４０．５％、ＰＨ８．０、粘度１０００ｍＰａ・ｓの透明水溶液であった。
【０１２６】
（脱溶剤）
攪拌機、温度調整器、温度計、還流冷却器もしくは精留塔、滴下ロートを備えた内容積２リットルの四つ口フラスコに、上記で作製した共重合体組成物ｂ−３：１０００ｇを仕込み、昇温して内温８０℃で共沸させながら減圧下５時間、エチルアルコールを系外に除去しながら４５０ｇを取り出した。更に攪拌しながら３０分を要して徐々にイオン交換水４６０ｇ滴下し、同一温度で攪拌下２時間の完全水溶化を行い、その後、冷却して共重合体組成物Ｂ−３を得た。
【０１２７】
この共重合体組成物Ｂ−３は、不揮発分４０．２％、ＰＨ７．８、粘度１２００ｍＰａ・ｓであった。
【０１２８】
〔評価〕
（コーテイング液の調製及びクリアー塗膜評価）
実施例１〜２、比較例１〜３で得られた共重合体組成物中の固形分濃度が２０％になる様に水を適宜配合して、粘度１００ｍＰａ・ｓ以下のコーティング液を調製した。
【０１２９】
更に、これらのコーティング液１００ｇ（実施例１〜２と比較例１〜３）に、ペースト５ｇを配合し攪拌して、各塗料を調製した。また耐水性向上の為、水溶性エポキシ樹脂（ナガセ化成（株）製）デナコールＥＸ−５２１（ポリグリセロールポリグリシジルエーテル）１０ｇを配合したのち、フレキシブル板を用いて塗布量１００ｇ／ｍ2 でスプレー塗装を行ない、１４０℃×３０分間硬化させて塗膜を作成した。
【０１３０】
塗膜評価の試験方法について、以下に述べる。
試験方法１ （耐変色性試験）
上記コーティング液１００ｇ（実施例１〜２と比較例１〜３）に、水溶性エポキシ樹脂（ナガセ化成（株）製）デナコールＥＸ−５２１（ポリグリセロールポリグリシジルエーテル）１０ｇを配合したのち、ガラス基板を用いて塗布量２００ｇ／ｍ2 でスプレー塗装を行ない、１４０℃×３０分間硬化させて得られた塗膜のＬａｂ値（ＣＩＥ １９７６ Ｌａｂ値）を測定し、未塗装面のＬａｂ値との色差を求めた。なお、色差計として、ミノルタカメラ株式会社製ＣＲ−３００色彩色差計を用いた。
試験方法２ （鉛筆硬度試験）
上記で作成した塗膜の鉛筆硬度を ＪＩＳ Ｋ−５４００ 鉛筆硬度試験 手かき法に準じて測定した。
試験方法３ （耐温水性試験）
上記で作成した塗膜を９０℃以上の沸騰水に７時間浸漬したときの塗膜外観を評価した。また試験後常温にて２４時間乾燥したときの密着性を下記のセロテープ剥離試験にて評価した。
試験方法４ （耐アルカリ性試験）
上記で作成した塗膜の未塗装面をエポキシ樹脂にてシールし、常温で２４時間養生した。これを５ｗｔ％のＮａＯＨ水溶液に２３℃で２４時間浸漬したときの塗膜外観を評価した。評価後常温で２４時間乾燥した時の密着性を下記のセロテープ剥離試験にて評価した。
試験方法５ （セロテープ剥離試験）
上記耐温水性試験及び耐アルカリ性試験において、評価後常温で２４時間乾燥させたのち、塗膜に４ｍｍ×４ｍｍのマスを２５マス設け、これにセロテープを貼り、このセロテープを剥がした。剥がしたとき、塗膜が残存するマス目の数を数え、評価とした。なお、表１において、塗膜が残存するマス目の数をｎとしたとき、「ｎ／２５」でその結果を表記した。
【０１３１】
試験方法１〜４の結果を表１に示す。
【０１３２】
【表１】
［結果］
実施例１及び２の組成物は、共に耐変色性、物性共に良好であった。
【０１３４】
比較例１の組成物は、窒素原子を有する（メタ）アクリルアミド単量体を含有しないため、耐温水性に劣る結果となった。また、比較例２の組成物は、化学式（１）に属さない窒素原子含有不飽和単量体を有する樹脂であるため、変色がひどく耐温水性に劣る結果となった。比較例３の組成物は、化学式（１）に表されるメタクリルアミド単量体を過剰に有する樹脂であるため耐温水性の劣る結果となった。
【０１３５】
【発明の効果】
この発明にかかる構成単位を有する水性樹脂組成物は、熱などの因子により変色を伴わず、耐水性・耐溶剤性・耐薬品性・耐候性・硬度・各種基材への密着性を有するといった機能発現に優れた効果を示し、水性コーティング剤、水性塗料、接着剤等の用途では特に有用なものである。
Claims (4)
- 下記化学式（１）で表される（メタ）アクリルアミド系単量体から得られる構成単位を２〜１０重量％、及びアルコキシシリル基を有する不飽和単量体から得られる構成単位を０．１〜３０重量％含む共重合体に、下記化学式（２）で表される化合物、又はその部分もしくは完全加水分解物から選ばれる有機珪素化合物を配合比（重量比）として共重合体／有機珪素化合物＝９７／３〜４０／６０の範囲で含有せしめてなる水性樹脂組成物。
・化学式（１）
・化学式（２）
ＳｉＯ ａ Ｘ ｂ Ｙ ｃ （２）
（化学式（２）中、Ｘは加水分解性基、Ｙは非加水分解性基を表し、０≦ａ≦１．４、ｂ／（ｂ＋ｃ）＝０．０１〜１．０であり、かつ、２ａ＋ｂ＋ｃ＝４である。） - 上記のＲ１、Ｒ２及びＲ３の炭素原子数の合計が３〜２０である請求項１に記載の水性樹脂組成物。
- 請求項１又は２に記載された水性樹脂組成物を含む水性コーティング剤。
- 請求項１又は２に記載された水性樹脂組成物を含む水性塗料。
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