JP4685239B2 - 連続バルク重合およびエステル化方法ならびに重合製品を含む組成物 - Google Patents
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Description
(関連出願の参照)
本出願は、仮出願第60/092405号(1998年7月10日出願)の特典を主張するものである。その開示内容は引用して組み込むものとする。
【0002】
(発明の分野)
本発明は、エチレン性不飽和で酸官能基を持つモノマー(以後エチレン性不飽和酸官能性モノマー)のラジカル開始重合において、脂肪族アルカノールを最大限にエステル化するバルク重合およびエステル化方法、この方法によって製造するポリマー製品、ポリマー製品、このポリマー製品を使用したエマルジョンおよび分散物の調製方法、およびこのポリマー製品を含むオーバープリントワニス(OPV)、インク、コーティング、界面活性剤、接着剤、塗料、下塗り剤、および床磨き剤に関する。
【0003】
(発明の背景)
従来の溶剤ベースの産業用仕上げ剤およびコーティング剤には多くの問題があった。有機溶剤は仕事場および環境を汚染する可能性がある。さらに、多くの有機溶剤は、発火しやすく、毒性があり、高価で、仕上げの質を低下させ、無色のはずの仕上げに望ましくない着色をもたらす可能性がある。これらの溶剤ベースの仕上げ剤の代わりとして、ポリマー業界の流れは、ハイソリッド液体コーティングや、溶剤を減らすか排除した重合方法に向かっている。
【0004】
ハイソリッドコーティング(high solids coating)は、従来の溶剤希釈コーティングに対し、著しく有利である。たとえば、ハイソリッドコーティングは空気を汚染せず、使用中にでる蒸気を減少または排除することができ、材料、消費エネルギーおよび労力の点で製造に要するエネルギーを減らすことがでる。また溶剤ベースのシステムとは異なり、重大な発火および毒性の問題がない。ハイソリッドコーティングはまた、無溶剤、水系、粉末および非水性系などその他のハイソリッド液よりもかなり優れているし、特性のバランスがよい。
【0005】
ハイソリッドコーティングを調製し使用する際の最も永続的で困難な問題は、粘度の選択および制御である。ハイソリッド用に使用するために、工程およびポリマー製品の改善には多大な努力がなされてきた。たとえば、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、および沈降平均分子量(Mz)などのポリマーを特徴づける種々の方法、および多分散性比(Mw/Mn)および分散指数(Mz/Mn)などこれらの特性から計算された比が、ハイソリッド用に適した粘度を有するポリマー製品を得るために調査され、調整されてきた。これらの努力によって、ハイソリッド用に使用するポリマーは大幅に改善されたが、ハイソリッド用に最適な特性を有するポリマーを製造するためには、方法を改善する必要がある。
【0006】
米国特許第4414370号が開示する連続バルク重合法は、235℃から310℃の反応温度で熱によって重合を開始し、連続攪拌反応領域での滞留時間を少なくとも2分間とすることにより、ビニルモノマーを重合して低分子量ポリマーを調製する。開示された方法のビニルモノマーには、スチレンおよびα−メチルスチレン、などスチレンモノマー、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルなどアクリルモノマー、その他酢酸ビニルなどの非アクリルエチレン性モノマーが含まれる。
【0007】
米国特許第4529787号が開示する連続バルク重合法は開始剤を用い、ハイソリッド用に適した製品を高収率で提供するために、短い滞留時間および穏和な反応温度でビニルモノマーから低分子量の均質なポリマーを調製する。開示されたビニルモノマーには、スチレンおよびα−メチルスチレンなどスチレン系モノマー、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、および官能性アクリル系モノマーなどアクリルモノマー、および無水マレイン酸およびビニルピロリドンなど非アクリル系エチレン性モノマーが含まれる。
【0008】
米国特許第4546160号がかいじする連続バルク重合法は、ハイソリッド用に使用する低分子量の均質なポリマーを調製するために、短い滞留時間かつ穏和な温度で微量の開始剤を使用してアクリルモノマーを重合する。
【0009】
米国特許第5130369号では、官能性ポリマー組成物を調製するためのバッチ方法を開示している。この官能性ポリマー組成物は、反応性化合物を含んだ溶剤中でエチレン性不飽和官能性モノマーを重合することによって調製される。この方法に従って調製されたポリマー組成物は、洗剤組成物中のビルダー、コーティング組成物中の顔料、分散剤、皮革のなめし剤、連合増粘剤(associative thickener)およびコーティング組成物のレオロジー改質剤として使用することができる。
【0010】
米国特許第5521267号では、酸基を含んだエチレン性不飽和化合物とさらにエチレン性不飽和化合物およびモノヒドロキシ化合物から、ポリマーを調製するバッチ方法について開示している。
【0011】
ポリマー業界では、連続重合方法がポリマー製品を大量に得るための最も良い方法であることが古くから知られている。さらに、最適化された連続法は、バッチ重合方法よりも経済的に優れており、より均質なポリマー製品を提供することも可能である。ハイソリッドコーティング適用に使用するポリマー製品を調製するための連続方法はいくつも開示されているが、ハイソリッド用に使用するためには水性溶媒において粘度特性がさらに改善されたポリマー製品を連続的に調製する方法が求められている。さらに、望ましい粘度変更特性を有するアルコールを高い変換率でポリマー鎖に取り込むエステル化反応を組み入れた重合方法が求められている。
【0012】
(発明の概要)
エチレン性不飽和酸官能性モノマー、または既にポリマー中にに存在するそのようなモノマー残基、とのエステル化反応を経て、アルカノールを高い変換率でポリマーに取り込ませる連続重合方法を使用して、水性溶液中で低粘度を示すポリマー製品を製造できることが強く望まれる。
【0013】
本発明の一目的は、少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマー、および式ROHで表される少なくとも1種のアルカノールを反応領域に連続して投入することを含む連続バルク重合およびエステル化方法を提供することである。ここでRは11個以上の炭素原子を有する直鎖または枝分かれ鎖のアルキル部位、またはそれらの組合せである。この方法には、反応領域におけるモノマーの平均滞留時間を60分未満にするように反応領域における流速を保つこと、および反応領域の温度をポリマー製造に十分であるよう維持することも含まれる。好ましくは、アルカノールが反応領域中に平均でエチレン性不飽和モノマーの総モルの少なくとも25モルパーセントまでの量で存在するとき、連続バルク重合およびエステル化工程のポリマー製品には、少なくとも80パーセントのアルカノールがエチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとして組み込まれる。さらに好ましくはアルカノールが反応領域中に平均で少なくともエチレン性不飽和モノマーの総モルの20モルパーセントまでの量で存在するとき、連続バルク重合およびエステル化工程のポリマー製品に、少なくとも85パーセントのアルカノールがエチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとして組み込まれる。もっとも好ましくはアルカノールが反応領域中に平均で少なくともエチレン性不飽和モノマーの総モルの15モルパーセントまでの量で存在するとき、連続バルク重合およびエステル化工程のポリマー製品に、少なくとも90パーセントのアルカノールがエチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとして組み込まれる。
【0014】
好ましい方法においては、エチレン性不飽和酸官能性モノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、またはクロトン酸である。他の好ましい方法では、アルカノールのR基は12から50個の炭素原子を有し、それに包含される全ての組合せおよび部分組合せおよび範囲を含む。アルカノールのR基は12から36個の炭素原子、または12から22個の炭素原子を有することがさらに好ましい。特に好ましい方法では、このアルカノールは16から18個の炭素原子を有し、その他の特に好ましい方法では、アルカノールの混合物、特に16から18個の炭素原子を有するアルカノールの混合物が使用される。いくつかの好ましい方法および製品では、ポリマー製品は対応する非修飾ポリマー製品の水溶液粘度の約50パーセント未満である水性溶液粘度を有する。
【0015】
さらに他の好ましい方法では、ポリマー製品は約10から約740の範囲の酸価を有する。
【0016】
その他の好ましい方法はさらに、重合開始剤、好ましくはジ−t−ブチルペルオキシドを反応領域に添加することを含む。好ましくは開始剤とモノマー合計量とのモル比は約0.0005:1から0.04:1である。その他の好ましい方法では、アルカノールが平均で少なくともエチレン性不飽和酸官能性モノマーの全モルの15モルパーセントまでの量で反応領域に存在するとき、重合およびエステル化方法によって少なくとも95%のアルカノールが重合したエチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとして組み込まれる。
【0017】
好ましい方法では、反応領域における平均滞留時間は、30分未満であるが、他の好ましい方法では、反応領域における温度が180℃から270℃の範囲である。
【0018】
好ましい方法では、少なくとも1種の芳香族エチレン性不飽和モノマー、C1-C8アルキルアクリレートモノマー、C1-C8 アルキルメタクリレートモノマー、または非芳香族エチレン性不飽和ビニルモノマーを反応領域に連続的に投入することが含まれる。他の好ましい方法では少なくとも2種の異なる芳香族エチレン性不飽和モノマーが連続的に反応領域に投入される。
【0019】
さらに他の好ましい方法では、少なくとも2種の異なるアルカノールが反応領域に連続的に投入される。
【0020】
本発明の他の目的は、少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーおよび式ROHで表される少なくとも1種のアルカノール(ここでRは12から50個の炭素原子からなる直鎖および枝分かれ鎖アルキル部分、それらに包含される全ての組合せおよび部分組合せおよび範囲を含む)を、連続的に反応領域に投入する連続バルク重合およびエステル化方法を提供することである。この方法はまた、反応領域における平均滞留時間が60分未満になるように反応領域通過流速を保ち、反応領域の温度をポリマー製品を作るのに十分な温度に保つことを含む。この連続バルク重合およびエステル化方法によるポリマー製品は、600から20000の範囲の数平均分子量を有する。さらに、ポリマー製品の樹脂カット水溶液は、対応する非修飾ポリマー製品の溶液粘度の約50%未満の溶液粘度を有する。
【0021】
本発明の他の目的は、本質的に少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーの残基を約3〜約97重量パーセント、そのエチレン性不飽和酸官能性モノマーの少なくとも1種のエステルでOR基を有するもの(Rは11個より多くの炭素原子を有する直鎖または枝分かれ鎖のアルキル部分である)を約3〜約97重量パーセント、少なくとも1種の芳香族エチレン性不飽和モノマーを約0〜約85重量パーセント、および少なくとも1種の非芳香族エチレン性不飽和ビニルモノマー残基を約0から約85重量パーセントを含むポリマー製品を提供することである。
【0022】
本発明のさらに他の目的は、水、本発明のポリマー製品または本発明の連続バルク重合およびエステル化方法によって製造されたポリマー製品を組成物の全重量に対し約0.1から約100重量パーセント、および添加物を組成物の全重量に対し約99重量パーセントまでの量含む、水をベースとした(水性)組成物を提供することである。
【0023】
好ましい水をベースとした組成物は、添加物を約10から約99重量パーセントを含み、また他の好ましい水をベースとした組成物は、オーバープリントワニス、インク、塗料、接着剤、床磨き剤、ペイント、および紙サイズ剤である。
【0024】
本発明の他の目的は、ポリオレフィン樹脂およびバルク重合およびエステル化方法によって製造されたポリマー製品を一緒に混合すること、それらの組み合わせと塩基を混合すること、および一緒にした塩基、樹脂およびポリマー製品を水と混合することを含むポリオレフィン樹脂のエマルジョン調製方法を提供することである。
【0025】
本発明の他の目的は、前記のエマルジョン調製方法によって調製されたエマルジョンを提供することである。
【0026】
本発明のさらに他の目的は、ポリオレフィン樹脂、本発明のポリマー製品、塩基、および水を含むポリオレフィン樹脂のエマルジョンを提供することである。好ましい方法およびポリオレフィン樹脂を含む組成物では、ポリオレフィン樹脂は約500から約20000の範囲の数平均分子量、約0から約150の酸価、または約40℃から約250℃の融点を有する。
【0027】
本発明のさらに他の目的は、水性媒質中で、連続バルク重合およびエステル化方法によるポリマー製品とワックスを混合することを含むワックス分散液調製方法を提供することである。
【0028】
本発明のさらに他の目的は、前記のワックス分散液調製法に従ってワックス分散液を提供することである。
【0029】
本発明のさらに他の目的は、ワックス、本発明のポリマー製品、および水性媒質を含むワックス分散液を提供することである。
【0030】
本発明のさらに他の目的は、油脂と連続バルク重合およびエステル化方法によって製造されたポリマー製品の混合物を加熱すること、油脂およびポリマー製品の加熱混合物と塩基を混合すること、および一緒にした成分に水を混合することを含む油脂エマルジョン調製方法を提供することである。
【0031】
本発明のさらに他の目的は、前記の油脂エマルジョン調製方法に従って調製された油脂エマルジョンを提供することである。
【0032】
本発明のさらに他の目的は、油脂、塩基、ポリマー製品、および水を含む油脂エマルジョンを提供することである。
【0033】
エマルジョンを調製する好ましい方法、エマルジョン組成物、分散液を調製する方法、および分散液組成物は任意に、通常の界面活性剤、好ましくは陰イオン性または非イオン性界面活性剤を全固形物重量の約10重量パーセントの量まで含む。
【0034】
本発明のさらに他の目的は、連続バルク重合およびエステル化方法のポリマー製品を水性顔料分散液に添加することを含む、水性顔料分散液の粘度特性を改善するための方法を提供することである。
【0035】
本発明のさらに他の目的は、水性顔料分散液、およびポリマー製品を含む改善された粘度特性を有する水性顔料分散液を提供することである。
【0036】
本発明のさらに他の目的は、連続バルク重合およびエステル化方法によって製造されたポリマー製品を水性塗料に添加することを含む、水性塗料の総固形物濃度を増加させる方法を提供することである。
【0037】
本発明のさらに他の目的は、水性塗料、およびポリマー製品を含む総固形物が増加した水性塗料を提供することである。
【0038】
本発明の他の目的は、大気圧以上で操作する反応器に、連続バルク重合およびエステル化方法によるポリマー製品の樹脂溶融物を提供すること、反応器に塩基および水を投入すること、油脂またはワックスを樹脂溶融物に分散させること、および反応器にさらに水を投入することを含む、水性媒質中での化合物の安定化方法を提供することである。
【0039】
好ましい方法および組成物において、塩基はアンモニア、ジエチルアミノエタノール、モルホリン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたはこれらの混合物である。
【0040】
本発明の他の目的は、前記の方法に従って調製された安定化化合物を提供することである。
【0041】
本発明の他の目的は、少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーおよび少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルを含むポリマー界面活性剤を提供することである。このエチレン性不飽和酸官能性モノマーはポリマー界面活性剤にラジカル的に取り込まれており、エステルはRアルキル基を有する。このR基は、12個以上の炭素原子を有する直鎖または枝分かれ鎖アルキル部分であり、中和された水性ポリマー界面活性剤のモル臨界ミセル濃度は1.0×10-2モル/リットル未満である。
【0042】
本発明の他の目的は、少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーおよび少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーエステルを含むポリマー界面活性剤を提供することである。このエチレン性不飽和酸官能性モノマーはこのポリマー界面活性剤にラジカル的に組み込まれており、エステルはR基を有し、このR基は12個以上の炭素原子を有する直鎖または枝分かれ鎖アルキル部分であり、ポリマー界面活性剤の2パーセント中和水溶液は30℃で45mN/m未満の表面張力を有し、溶液の温度を30℃から50℃に暖めると、表面張力の少なくとも5mN/mの減少が起こる。
【0043】
好ましい実施形態では、ポリマー界面活性剤1分子当たりの表面積は36Å2未満である。他の好ましい実施形態では、ポリマー界面活性剤のモル臨界ミセル濃度は8.2×10-3モル/リットル未満で、さらに好ましい実施形態では、モル臨界ミセル濃度は1.0×10-3モル/リットル未満である。さらに他の好ましい実施形態では、このポリマー界面活性剤には少なくとも1種のビニル芳香族モノマーが組み込まれており、さらに好ましい実施形態では、少なくとも2種の芳香族モノマーがポリマー界面活性剤に組み込まれている。
【0044】
本発明のさらに他の目的は、本発明によるポリマー製品、エマルジョンポリマー、およびパラフィンワックスエマルジョンを含むバリアーコーティングを提供することである。好ましい実施形態では、このバリアーコーティングは相対湿度90パーセントおよび37.8℃において24時間で100平方インチあたりの水蒸気伝達が6グラム未満、より好ましくは3グラム未満である。
【0045】
本発明のさらに他の目的、特性、および有利点は、図面と共に以下の詳細な記載によって明らかとなろう。
【0046】
本発明の好ましい例示的実施形態を、添付図面に関して以下に説明する。同じ数字は同じ要素を表す。
【0047】
(発明の詳細な説明)
本発明の方法では、反応領域において重合反応およびエステル化反応を一緒に行う。この連続重合およびエステル化方法は、少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーおよび少なくとも1種のアルカノールを反応領域に連続投入すること、反応領域における平均滞留時間を60分未満にするように十分な反応領域通過流速を維持すること、およびポリマー製品を作るのに十分な反応領域温度を維持することを含む。
【0048】
「低粘度」と言う用語は、本明細書では同一濃度の対応する非修飾ポリマー製品の水溶液粘度の約50パーセント未満の水溶液粘度を示すポリマー製品として定義する。「対応する非修飾ポリマー製品」と言う用語は、本明細書では組成物にアルカノールを取り込まないこと以外はポリマー製品と同一の方法で調製したほぼ同様のMnおよび酸価を有する組成物であると定義する。「連続的」と言う用語は、本明細書では反応方法の少なくとも一部分においてポリマー製品を除去しながらアルカノールおよび/またはエチレン性不飽和酸官能性モノマーなど反応物を反応器に投入する方法であると定義する。
【0049】
連続バルク重合およびエステル化工程では、少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーを反応領域に連続投入することが含まれる。ただし1種以上のエチレン性不飽和酸官能性モノマー混合物をこの方法で使用することもできる。このエチレン性不飽和酸官能性モノマーは、限定はしないが、アクリル酸、メタクリル酸、およびクロトン酸などα,β−不飽和カルボン酸である。
【0050】
連続バルク重合およびエステル化工程はまた、1種または複数のアルカノールを方法に使用することが可能であるが、少なくとも1種のアルカノールを反応領域に連続投入することが含まれる。本明細書では「アルカノール」または「ROH」と言う用語は、飽和および不飽和アルコールの両方を指し、「R」と言う用語は、不飽和および飽和アルキル基の両方を指す。この方法に使用したアルカノールは、式ROH(Rは直鎖または枝分かれ鎖、またはその組合せであり、アルキル部分は11個以上の炭素原子を有する)で表すことができる。好ましくは、アルカノールは、炭素原子12個から50個でそれらに含まれる全組合せおよび部分組合せおよび範囲を含む。アルカノールは炭素原子12から36個を含むことが好ましい。より好ましい実施形態では、アルカノールは炭素原子12から22個を含む。最も好ましい実施形態では、アルカノールは炭素原子16から18個を含む。本発明に使用する主なアルカノールの例には、限定はしないが、1−ドデカノール、1−トリデカノール、1−テトラデカノール、1−ペンタデカノール、1−ヘキサデカノール、1−ヘプタデカノール、1−オクタデカノール、1−ノナデカノール、1−エイコサノール、1−ドコサノール、1−テトラコサノール、1−ヘキサコサノール、1−オクタコサノール、1−トリアコンタノール、1−テトラコンタノール、1−ペンタコンタノール、およびその他の同様の1級アルカノールが含まれる。より長い鎖のアルカノール、たとえばBaker−Petrolite、Inc.(タルサ、オクラホマ)製の登録商標UnilinTM350、425、550、および700として販売されるアルカノールや、オレイルアルコールに限らないが、Jarchem Industries(ニューアーク、ニュージャージ)製のC18アルコールなど不飽和部位を含むアルカノールなどもまた、本発明において使用することが可能である。その他本発明に使用できるアルコールを商用製造している業者には、Condea Vista(ヒューストン、テキサス)、Ashland Chemical、Inc.(コロンバス、オハイオ)、Wicto Corp.(グリニッジ、コネチカット)、およびHenkel Corp.(シンシナティ、オハイオ)がある。さらに、好ましい方法では、2種、3種以上のアルコールの混合物を本発明に従って反応領域に連続投入することが可能である。好ましいアルコール混合物は、16から18個の炭素原子の直鎖または枝分かれ鎖R基を有する。
【0051】
他のモノマーもこの方法で好適に使用することができる。たとえば、限定はしないが、アクリル酸アルキルおよびメタクリル酸アルキルなどの芳香族エチレン性不飽和モノマーなど追加のモノマーと、非芳香族エチレン性不飽和ビニルモノマーを連続バルク重合およびエステル化工程において反応領域に投入することが可能である。さらに、これらのモノマーの混合物を使用することが可能である。
【0052】
この方法に使用することが可能な芳香族エチレン性不飽和モノマーは、限定はしないが、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−メチルスチレン、t−ブチルスチレン、o−クロロスチレン、ビニルピリジンを含むスチレン系モノマー、およびこれらの種の混合物である。この方法に使用するために好ましいエチレン性不飽和モノマーには、スチレンおよびα−スチレンが含まれる。好ましい実施形態では、少なくとも2種の異なる芳香族エチレン性不飽和モノマーを、エチレン性不飽和酸官能性モノマーおよびアルカノールに加えて反応領域に連続投入する。好ましくは、反応領域に添加される2種の異なる芳香族エチレン性不飽和モノマーには、スチレンおよびα−メチルスチレンが含まれ、好ましくは1:2から2:1の比である。こうすると、できたポリマー製品はスチレン、α−メチルスチレン、およびアクリル酸、メタクリル酸、またはクロトン酸などのエチレン性不飽和酸官能性モノマーの残基を含み、エチレン性不飽和酸官能性モノマー残基はカルボン酸または重合およびエステル化工程で形成されるエステルのいずれかとして存在する。重合およびエステル化工程に投入される好ましいモノマーは、芳香族エチレン性不飽和モノマー約60〜80重量パーセントおよびアクリル酸などのエチレン性不飽和酸官能性モノマー40〜20重量パーセントである。少なくとも1種の芳香族エチレン性不飽和モノマーを反応領域に投入するその他の好ましい方法では、Mn700から5000および酸価140から300を有するポリマー製品が製造される。
【0053】
その他の好ましい重合およびエステル化工程は、エチレン性不飽和酸官能性モノマーおよびアルカノールに加えて、少なくとも1種の芳香族エチレン性不飽和モノマーおよび少なくとも1種のアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルモノマーを反応領域に投入することを含む。
【0054】
この方法の反応領域に添加することが可能な他の種類のモノマーは、アクリル酸アルキルまたはメタクリル酸アルキルモノマーである。この種類のモノマーには、一般的なアクリル酸アルキルおよびメタクリル酸アルキルおよび官能性アクリル酸エステルおよび官能性メタクリル酸エステルが含まれる。官能性アクリル酸エステルおよび官能性メタクリル酸エステルには、エステルおよびアルケン官能基に加えて少なくとも1種の官能基が含まれる。アクリル酸アルキルおよびメタクリル酸エステルの例を完全ではないが列挙すると、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸i−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸s−ブチル、アクリル酸i−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸n−アミル、アクリル酸i−アミル、アクリル酸n−へキシル、アクリル酸2−エチルブチル、アクリル酸2−エチルへキシル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸n−デシル、アクリル酸シクロペンチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニル、アクリル酸シンナミル、アクリル酸2−フェニルエチル、アクリル酸アリル、アクリル酸メタリル、アクリル酸プロパルギル、アクリル酸クロチル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸2−ヒドロキシブチル、アクリル酸6−ヒドロキシへキシル、アクリル酸5,6−ジヒドロキシへキシル、アクリル酸2−メトキシブチル、アクリル酸3−メトキシブチル、アクリル酸2−エトキシエチル、アクリル酸2−ブトキシエチル、アクリル酸2−フェノキシエチル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸フルフリル、アクリル酸テトラヒドロフルフリル、アクリル酸テトラヒドロピリル、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、アクリル酸N−ブチルアミノエチル、アクリル酸2−クロロエチル、アクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸トリフルオロエチル、アクリル酸ヘキサフルオロイソプロピル、アクリル酸2−ニトロ−2−メチルプロピル、アクリル酸2−スルホエチル、α−クロロアクリル酸メチル、α−シアノアクリル酸メチル、および対応するメタクリル酸エステルが含まれる。
【0055】
連続バルク重合およびエステル化工程に使用するために好ましいアクリル酸アルキルおよびメタクリル酸アルキルには、アクリル酸アルキルまたはメタクリル酸アルキルの非カルボニル酸素原子に付着したアルキル基の1から8個の炭素原子を有するアルキル基が含まれる。このような化合物の例には、アクリル酸およびメタクリル酸メチル、エチル、プロピル、ブチル、i−ブチル、i−アミル、2−エチルへキシル、およびオクチルが含まれる。重合およびエステル化工程に使用するために好ましい他のアクリル酸アルキルおよびメタクリル酸アルキルにはOR基を有するアクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルが含まれる。ここでRは本発明のアルカノールの場合と同様な特性を有する、すなわち、Rが11個以上、好ましくは12から50個、より好ましくは12から36個、さらに好ましくは12から22個、最も好ましくは16から18個の炭素原子を有する直鎖または枝分かれ鎖部分である。
【0056】
限定はしないが、アミノ、イソシアネート、およびエポキシ基等の官能基を含むモノマーは、本発明のアルカノールまたはエチレン性不飽和酸官能性モノマーのいずれかと反応することができ、この方法に使用しない方が好ましい。
【0057】
非芳香族エチレン性不飽和モノマーもまた、連続バルク重合およびエステル化工程の反応領域に添加することが可能である。このようなモノマーの例には、ビニルエステルが含まれ、酢酸ビニル、マレイン酸、ビニルピロリドン、および無水マレイン酸もまた含まれる。反応領域に添加することが可能なその他の非芳香族エチレン性不飽和モノマーは、前記のアクリル酸およびメタクリル酸のエステルに関連している。これらには、アクリル酸およびメタクリル酸のアミド、ニトリル、およびアルデヒドが含まれる。適切なアミドの例には、アクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−フェニルアクリルアミド、および対応するメタクリルアミドが含まれる。適切なニトリルおよびアルデヒドの例には、アクリルニトリル、アクロレイン、メタクリロニトリル、およびメタクロレインが含まれる。
【0058】
連続バルク重合およびエステル化工程に投入する好ましいモノマーには、コモノマー、ターモノマー、およびテトラモノマーが含まれる。好ましいコモノマーの例には、スチレンおよびアクリル酸;スチレンおよびメタクリル酸;ビニルトルエンおよびアクリル酸;およびアクリル酸2−エチルへキシルおよびアクリル酸が含まれる。好ましいターモノマーの例には、スチレン、α−メチルスチレン、およびアクリル酸;スチレン、アクリル酸n−ブチルおよびアクリル酸;スチレン、メタクリル酸n−ブチルおよびアクリル酸;およびスチレン、メタクリル酸メチル、アクリル酸が含まれる。好ましいテトラモノマーの例には、スチレン、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、およびメタクリル酸;スチレン、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸エチルおよびアクリル酸;およびスチレン、α−メチルスチレン、アクリル酸n−ブチルおよびアクリル酸が含まれる。
【0059】
芳香族エチレン性不飽和モノマーおよびアクリル酸アルキルまたはメタクリル酸アルキルの両者を反応領域に投入する好ましい方法では、アクリル酸アルキルまたはメタクリル酸アルキルに対する芳香族エチレン性不飽和モノマーの重量比は2:1から1:2の範囲が好ましい。
【0060】
開始剤はラジカル開始連続バルク重合およびエステル化工程に必要ではないが、なんらかの開始剤を反応領域に添加することは可能である。連続バルク重合およびエステル化方法を実施するために適した開始剤は、1次反応で熱によってラジカルに分解される化合物である。適切な開始剤は、ラジカル分解法において、90℃で約1時間、より好ましくは100℃で10時間の半減期を有することが好ましい。その他100℃よりも相当低い温度で約10時間の半減期を有するものも使用できる。適切な開始剤には、たとえば脂肪族アゾ化合物、ペルオキシド、ペルエステルおよびヒドロペルオキシド、例えば1−t−アミルアゾ−1−シアノシクロヘキサン、アゾ−ビス−イソブチロニトリル、1−t−ブチルアゾ−1−シアノシクロヘキサン、t−ブチルペルオクトエート、t−ブチルペルベンゾエート、ジクミルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、クミンヒドロペルオキシド、t−ブチルヒドロペルオキシドなどが含まれる。開始剤が遊離ラジカルを製造する限り、開始剤の種類はそれほど重要ではない。しかし、ジ−t−ブチルペルオキシドは、重合およびエステル化工程の好ましい開始剤である。
【0061】
投入するモノマーに対する開始剤のモル比が少なくとも約0.0005:1であれば、低分子量および分子量分布を維持または改善しつつ、反応温度を下げて純度、色、変換率を改善し、加工条件を易しくできることが見いだされている。
【0062】
過剰な開始剤の使用は高価で、通常それを使用する正当な理由となるほどは得られたポリマーの特性、反応条件も十分に改善されない。したがって、一般的に投入されたモノマー全体に対する開始剤のモル比を約0.04:1以上にしないことが必要である。望むならば、状況によっては通常約0.06:1を越えない多少高い比率を使用して、得られた製品の分子量を減少させ、分布を改善する他の手段を提供することが可能である。しかし、最も良い変換および重量分布は、通常0.0005:1から0.04:1のモル比で実現される。本反応は主に熱によって開始されるものと考えられる。微量の開始剤を使用することにより協調的に反応温度を下げ、変換および分布特性を改善することができる。したがって、この目的に十分な量の開始剤が使用される。工業的目的のためには、モノマーに対する開始剤のモル比は約0.005:1から0.015:1が最も好ましく使用される。
【0063】
開始剤は、モノマーまたはモノマー類と同時に添加することが好ましい。しがって、開始剤を使用する場合、モノマーフィードと混合するか、または別のフィードで反応領域に添加する。開始剤濃度は、本発明の方法において重要な考慮点である。
【0064】
連続バルク重合およびエステル化工程の反応領域の温度は、一般に約150℃以上か、またはアルカノールが反応領域にエチレン性不飽和モノマーの全モルの少なくとも25モルパーセントまでの平均量で存在するとき、バルク重合およびエステル化工程のポリマー生成物がエチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとしてアルカノールの少なくとも80%を取り込むのに十分な温度に維持される。より好ましくは、連続バルク重合およびエステル化工程のポリマー製品は、アルカノールが反応領域にエチレン性不飽和モノマーの全モルの少なくとも20モルパーセントまでの平均量で存在するとき、エチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとしてアルカノールの少なくとも85%を取り込む。最も好ましくは、連続バルク重合およびエステル化工程のポリマー製品は、アルカノールが反応領域にエチレン性不飽和モノマーの全モルの少なくとも15モルパーセントまでの平均量で存在するとき、エチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとしてアルカノールの少なくとも90%を取り込む。
【0065】
一般に、これらおよび他の目的のために、反応温度は約180℃から約275℃およびこの範囲内の全ての組合せおよび部分組合せに維持することが好ましい。約180℃未満の温度では、ポリマー製品は溶剤を過剰に添加しなければ、一般的にハイソリッド用に許容されるよりも高い分子量および広い分子量分布を示す傾向がある。反応変換速度は減少し、より高分子の画分もまた増加する。製品は効率的な加工を行うには粘りがありすぎ、ハイソリッド製品は容易に得ることができない。約180℃から約215℃の反応温度では、製品の均質性を高め、生じる発色団を少なくし、粘度を減少させるために溶媒の使用がしばしば有用である。望むならば、反応パラメータを改善し、製品特性を高めるために、発明に従って使用する開始剤の量を増加させることが可能である。より好ましい方法では、反応温度は約215℃から約275℃および、約215℃から約270℃または約230℃から約275℃などこの範囲内の全組合せおよび部分組合せの温度に保たれる。
【0066】
高い反応温度を使用することが可能であるが、約310℃を上回る温度では、温度によって過剰な発色団ができるなど連続重合およびエステル化法の製品に悪影響がでることがある。過剰な温度はまた、頻繁な装置メンテナンスをもたらすおそれがある。
【0067】
一般に、反応時間すなわち反応領域における滞留時間は、反応系を通過する成分の流速によって制御される。滞留時間は流速に逆比例する。所与の温度で、滞留時間が増加するにつれてポリマー製品の分子量は減少することがわかった。
【0068】
これらの因子によれば、バルク重合およびエステル化工程における反応を十分に完了させるには、少なくとも1分の反応平均滞留時間を使用することが好ましい。この下限は、重合熱の除去または定常状態反応条件を実施する困難さによって左右されることが多い。反応領域での滞留時間は低い反応温度では1時間より長くすることが可能であるが、変色反応および他の副反応があるので、通常は1時間未満の滞留時間が用いられることになる。ほとんどの場合、平均滞留時間は好ましくは約1から30分、より好ましくは1から20分が使用される。
【0069】
一般に、滞留時間が長くなると製品の収率が増加するが、製品収率の増加速度は一般に反応約30分後からは非常に遅くなる。もっと重要なことは、約30分後から、望ましくない発色団および副産物の形成を伴った解重合が生じる傾向があることである。しかし、具体的な選択した流速は反応温度、成分、および所望する製品の分子量によって変わるであろう。したがって、最も良い結果、すなわち所望するMnおよびMwを有し、残留モノマーの少ない所与の樹脂を製造するためには、反応温度および滞留時間を相互に操作する。
【0070】
これらの製品を製造するその他の方法には、1つ以上の二次反応器をつなげて使用する複数反応器形態が含まれる。特に、アルカノールまたはモノマーの変換率を高めることが望ましい場合では、工程に(予備として)二次反応器を配置することが適切である。(スタティックミキサを設置した)チューブ反応器、CSTR、押し出し反応器、ループ反応器、または反応を連続方法で実施することができる任意の反応器型などの第1の反応器の後に、適切な反応器を使用することができる。さらに、あまり好ましくはないが、二次反応器をバッチ反応器にして、連続反応器からの製品をバッチ反応器に供給し、混合物を収容してさらに反応を進めることができる。二次反応器の温度は、滞留時間で1〜60分で約180℃から約270℃に維持(同様の反応器にする必要はない)されるが、より長い滞留時間を使用することができる。
【0071】
連続バルク重合およびエステル化方法には溶媒は必要ないが、反応領域に溶媒を添加することもできる。望むならば、モノマーの重量に基づいて約0パーセントから約25パーセント、好ましくは約0から約15パーセントの反応溶媒が使用される。使用するとき、溶媒はモノマーフィードと共に反応領域に添加されるか、または別のフィードで反応に添加される。溶媒の種類およびその添加濃度は、選択されたモノマー、溶解度の考慮、反応条件に対する安定性、および製造されたポリマーの望ましい用途に基づいて選択される。一般に、分離および回収の必要性を減らし、夾雑物ができるのを最小限に抑えるためには、可能な限り使用する溶媒を少量にすることが好ましい。
【0072】
一般に溶媒の使用は、使用する反応温度を低くし、溶融ポリマー製品の溶液粘度を減じ、反応の暴走を防ぎ冷却の必要性を減じるヒートシンクとして働き、ポリマー製品の可塑化を助ける。溶媒の使用はまた、溶媒が樹脂をエステル化するならば酸価を減したり、得られたポリマー製品の分子量を小さくする可能性もある。
【0073】
最も一般的な重合溶媒または反応溶媒が、低分子量ポリマーを調製する連続バルク重合方法に使える。高温低圧のため、沸点の高い溶媒が好ましい。一般に、溶媒の沸点は100℃を上回ることが好ましく、150℃を上回ることがより好ましい。沸点の高い溶媒の例には、ベンジルアルコール、トルエンアルコールなど芳香族アルコール、ジエチレングリコール、セロソルブ(Cellosolve、Union Carbide 社(ダンベリー、コネティカット)の溶媒の商品名)、ブチルセロソルブ、酢酸セロソルブ、カービトール(Carbitol, Union Carbide社(ダンベリー、コネティカット)の溶媒の商品名)、(ポリ)アルキレングリコールジアルキルエーテルなどのエステルおよびエーテルおよびエステル混合物が含まれる。しかし、限定はしないが、イソプロピルアルコールおよびアセトンなど沸点の低い溶媒をこの方法に使用してもよい。
【0074】
さらに、反応が有る場合、エチレン、プロピレンおよびブチレングリコールおよびそれらの様々なポリエーテル類縁体を含むいくつかのグリコール類もまた反応溶媒として使用できる。ヘキサノールおよびデカノールなど脂肪族アルコールもまた使用することができる。その他のアルコールを溶媒として使用してもよいが、本方法のアルカノールよりも容易にエチレン性不飽和酸官能性モノマーと反応する溶媒を選択しないように注意を払わなければならない。そうしないと溶媒とエチレン性不飽和酸機能性モノマーとの競合反応のため望みのポリマーに取り込まれるアルカノール濃度は得られない可能性がある。 さらに、種々の炭化水素留分を使用することが可能で、Aromatic 150、Aromatic 100、またはIsopar溶剤(全てExxon Chemical Company(ヒューストン、テキサス)から入手可能)が最も好ましい。芳香族溶剤、たとえば、トルエン、キシレン、クメン、およびエチルベンゼンなどもまた使用することができる。
【0075】
この連続バルク重合およびエステル化法には触媒は必要ないが、随意に反応領域で反応成分に触媒を添加する。しかし、好ましい方法では触媒は使用しない。触媒を使用するなら、エステル化触媒およびエステル交換触媒から成る群から選択する。たとえば、p−トルエンスルホン酸等の触媒を反応領域に添加して、重合反応中のアルカノールとエチレン性不飽和酸官能性モノマーのカルボン酸官能基またはポリマー鎖のモノマー残基との反応速度を増加させることが可能である。
【0076】
連続バルク重合およびエステル化工程に連鎖移動剤を添加する必要はない。しかし、所望するならば、当業者に公知の連鎖移動剤を反応領域に添加することが可能である。一般的な連鎖移動剤の例には、限定はしないが、ブロモトリクロロメタンおよびβ−メルカプトプロピオン酸イソオクチルが含まれる。ベンジルアルコールおよび、限定はしないがイソプロピルアルコールなど2級アルコールもまた、良い連鎖移動剤である。添加する場合、連鎖移動剤は約2モルパーセントまでの量で使用することが好ましい。
【0077】
連続重合法は当業界ではよく知られている。米国特許第4414370号、米国特許第4529787号、および米国特許第4546160号に記載されたラジカル重合法は、本明細書で記載した反応物と共に使用することが可能である。これらの特許はアクリルモノマーを含むビニル性モノマーおよびアクリルモノマーの混合物を芳香族エチレン性不飽和モノマーと重合する連続重合法について記載している。したがって、米国特許第4414370号、米国特許第4529787号、および米国特許第4546160号は全体としてここに引用して組み込むものとする。
【0078】
本発明の方法は、好ましくは連続形態で、当業界によく知られた任意の種類の反応器を使用して実施することが可能である。このような反応器には、限定はしないが、連続攪拌タンク反応器(「CSTR」)、チューブ反応器、ループ反応器、押し出し反応器、または連続操作に適した任意の反応器が含まれる。さらに、1種または複数の反応器を、平行、連続、またはその両方等組み合せて本方法に使用することが可能である。
【0079】
好ましい一実施形態では、連続バルク重合およびエステル化方法の反応領域には通常、少ない時は使用容量の10%から多いときは100%までエステル化ポリマー製造のための可変充填操作ができるような任意の型のCSTRが含まれている。本方法に使用されるCSTRは一般に、水平または垂直で、所望の手段により反応器中の温度を精密に制御するための設備を備えるべきである。所望の手段には冷却ジャケットや内部冷却コイルによる制御、または揮発モノマーおよびアルカノールを回収し、その後濃縮し反応領域に濃縮した反応体を戻すことによる制御などがあげられる。
【0080】
本方法を実施するのに適していることが判明したCSTRの好ましい形態は、CSTR内での重合のためにあらかじめ選択された温度を維持するために、連続投入されたモノマー組成物の温度を上げることでは吸収しきれなかった重合熱を除去するのに十分な冷却コイルを備えたタンク反応器である。このような好ましいCSTRは、反応領域がよく攪拌されているようにするために少なくとも一種および通常複数の羽攪拌機を備えている。
【0081】
本発明の連続バルク重合方法を行う際、選択のフレキシビリティと範囲は、重合反応条件の適切な選択により製造されたポリマーの種類およびポリマーの製造速度として現実のものとなる。操作中、少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーおよび少なくとも1種のアルカノールを反応器に連続投入し、所望する温度を維持する。反応器には、一般に混合反応物を含んだ攪拌供給タンクから投入される。しかし、モノマーおよびモノマー類およびアルカノールはまた、独立して反応器に投入することもできる。
【0082】
最初に反応器を所望するレベルに満たし、投入した反応物の重合およびエステル化を開始した後、反応器中の反応体およびポリマー製品の混合物を所望するレベルに維持するために、反応器に投入する反応組成物の量を調整する。その後、ポリマーおよび未反応モノマーまたはモノマー類およびアルカノールの液体混合物を、反応領域中での所望するレベルに維持する速度で反応器から取り出す。反応器中での重合条件は、選択された分子量%固形のポリマーをこのような液体混合物中で製造するために維持される。
【0083】
記載したように、反応器を満たすレベルは、低くは使用許容量の10%から高くは100%まで変化させることができ、所望する手段、たとえば反応器からの転送ラインのバルブまたはポンプに付属したレベルコントローラによって制御できる。
【0084】
反応器内の温度を制御する任意の所望の手段を使用することが可能である。そのように装備された反応器中の内部冷却コイルに油脂などの冷却流体を循環させて、温度を制御することが好ましい。一般に比較的に冷却された反応体が入ると、放出される重合熱の大部分を除去できる。内部冷却コイルは、あらかじめ選択された値に反応混合物の温度を維持するように残りの熱を除去する働きをする。したがって、所望する濃度でアルカノールを組み込んでかつ所望する分子量分布を有するポリマーが製造される。
【0085】
反応後、通常は得られた混合物の分離および製品の回収を行う。未反応モノマーおよびアルカノールは、反応領域またはモノマー供給に再循環することが好ましい。分離段階中、溶媒およびその他の副産物など揮発性化合物は揮発させ、適切ならば再循環する。この段階では、薄膜エバポレータ、流下型(falling strand)エバポレータまたは適切な揮発分離装置など従来の装置がすぐ使える。
【0086】
本発明に従う本方法を実施する非限定的な一方法について、図1に関して記載する。図1は、CSTRを使用した例示的重合工程ライン1の一部の概略図である。新鮮なモノマー供給装置2は本発明のモノマーおよびモノマー類を、攪拌機6を備えたCSTR4に送り込む。CSTR4では、所望する種類のポリマーを得るための反応条件の適切な選択が行われる。次いで、この反応のポリマー製品は揮発物除去のためCSTR4からデボラタイザー16に供給される。ポリマー製品はさらなる加工のために、または最終製品として、随意に導管15を通って供給される。凝縮した留出物は、導管14および10を通って再循環供給8へ送り込まれ、CSTR4へ戻される、および/または排出口12から排出されるかは随意である。好ましくは溶融アルカノールの供給18は独立にCSTR4に供給される。この好ましい実施形態では、独立タンク20ではアルカノールを予備加熱して溶融状態にする。コンデンサー22とデボラタイザー16との間に任意に、部分凝縮ユニット24がある。これは加熱されたユニットでもよい。コンデンサー24は蒸気流の高沸点画分を分割して任意にCSTR4に再循環させる。その一部は25を介して排出することができる。任意に、22からの凝縮物はCSTR4に戻されるか、または反応器系から12を介して排出されることが可能である。コンデンサー24は任意に、限定はしないが膜分離系、蒸留機、および遠心分離器などの機器または系に置き換えることが可能である。
【0087】
CSTR4はCSTRとして示されているが、反応器4はまた、連続、半バッチ式、およびバッチ式方法が可能な反応器も含む。ただし連続重合できる反応器が非常に好ましい。したがって、反応器4はまた、チューブ反応器、ループ反応器、押し出し機、または連続操作の可能な任意の反応器であることが可能である。
【0088】
図2および3に例示したように、連続重合およびエステル化工程によって、ハイソリッドで水ベースの組成物の調製などのプロセスで使用できる修飾ポリマーが製造される。図2および3に示したように、バルク重合およびエステル化工程によって製造される、「樹脂」とも呼ばれるポリマー製品は、塩基性水溶液中同じ固形物パーセントでくらべると、通常の樹脂より著しく粘度が低い。種々の樹脂の粘度は「レジンカット(または樹脂カット)」を使用して比較した。レジンカットとはある樹脂のアルカリ水性溶媒における水溶液または分散液として定義される。レジンカットの調製は、以下の実施例に記載した。連続重合およびエステル化によって製造されるポリマーの独特な低粘度性およびポリマー製品への高率のアルカノール取り込みによって、改善された特性を有するユニークな組成物の製造ができるようになる。たとえば、本発明のポリマー製品を使用するとき、固形物含量の増加に伴う粘度の増加が比較的低いので、このポリマー製品の水性レジンカットの低粘度を利用すれば、従来のポリマーと比較してポリマー製品含量の高い組成物を製造できる。
【0089】
図4は、アルカノールとして1−テトラデカノールおよび1−ドコサノールを用い本発明の連続方法を使用して得られた、予想外に高いアルカノールのエステルへの変換率を示している。エステル化ポリマーはまた、本発明のポリマー製品が示すように、水性溶媒中で溶液粘度が低い。従来樹脂7は、アクリル酸約33.6パーセント、スチレン23パーセント、α−メチルスチレン27.1パーセント、キシレン7.5パーセント、ジ−t−ブチルペルオキシド0.2パーセント、およびジエチレングリコールモノエチルエーテル8.7パーセントを使用して216℃の反応器で調製した。従来樹脂8は、アクリル酸約33.6パーセント、スチレン24.4パーセント、α−メチルスチレン28.7パーセント、キシレン7.5パーセント、ジ−t−ブチルペルオキシド0.2パーセント、およびジエチレングリコールモノエチルエーテル5.7パーセントを使用して216℃の反応器で調製した。従来樹脂1は、アクリル酸約28.2パーセント、スチレン27.4パーセント、α−メチルスチレン30.5パーセント、ジ−t−ブチルペルオキシド0.2パーセント、およびジエチレングリコールモノエチルエーテル13.8パーセントを使用して228℃の反応器で調製した。例示樹脂13は、アクリル酸約33.6パーセント、スチレン20.6パーセント、α−メチルスチレン24.3パーセント、キシレン7.5パーセント、ジ−t−ブチルペルオキシド0.2パーセント、および1−テトラデカノール13.8パーセントを使用して216℃の反応器で調製した。例示樹脂14は、アクリル酸約33.6パーセント、スチレン20.6パーセント、α−メチルスチレン24.3パーセント、キシレン7.5パーセント、ジ−t−ブチルペルオキシド0.2パーセント、および1−ドコサノール13.8パーセントを使用して217℃の反応器で調製した。例示樹脂8は、アクリル酸約33.6パーセント、スチレン14.3パーセント、α−メチルスチレン16.8パーセント、キシレン7.5パーセント、ジ−t−ブチルペルオキシド0.2パーセント、および1−ドコサノール27.7パーセントを使用して216℃の反応器で調製した。従来の系のポリマー組成中のアクリル酸モノマーのアクリル酸エステルへの変換の相対的重量パーセントと比較したとき、本発明の連続バルクエステル化および重合方法ではアルカノールの取り込みが予想外に高くなった。
【0090】
アルカノール中の炭素原子の数は、図5および6に示したように、アルカノールを含むポリマー製品から調製された水性樹脂カットの粘度に影響を与える。アルカノールがカルボン酸官能基のエステル化によってポリマーに取り込まれる程度はまた、同一反応条件下で生じるアルカノール取り込み割合を示した図7に例示したように、アルカノールおよびモノマー混合物の炭素原子数に依存する。
【0091】
記載したように、連続バルク重合およびエステル化工程によって、重合エチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとしてポリマーに高率で取り込まれたアルカノールを有するポリマー製品が製造する。連続バルク重合およびエステル化工程では、アルカノールが反応領域にエチレン性不飽和モノマーの総モルの少なくとも25モルパーセントまでの平均量で存在するとき、エチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとしてアルカノールが少なくとも80パーセント取り込まれることが好ましい。連続バルク重合およびエステル化工程では、アルカノールが反応領域にエチレン性不飽和モノマーの総モルの少なくとも20モルパーセントまでの平均量で存在するとき、エチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとしてアルカノールが少なくとも85パーセント取り込まれることがより好ましい。連続バルク重合およびエステル化工程では、アルカノールが反応領域にエチレン性不飽和モノマーの千モルの少なくとも15モルパーセントまでの平均量で存在するとき、エチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとしてアルカノールが少なくとも90パーセント取り込まれることが最も好ましい。
【0092】
重合およびエステル化反応のポリマー製品は一般に、約10から約740個の範囲の酸価を有するが、約35から約400個の酸価を有することが好ましい。ポリマー製品は約65から約300個の範囲の酸価を有することがさらに好ましい。一般に、ポリマー製品は約600から20000ダルトンの範囲の数平均分子量を有する。
【0093】
好ましいポリマー製品は本質的に、少なくとも1種の取り込まれたエチレン性不飽和酸官能性モノマー約3から約97重量パーセント、好ましくは10から95重量パーセントおよびそれらに含まれる全ての組合せおよび部分組合せ、R基が11個より多い炭素原子を有する直鎖または枝分かれ鎖アルキル部分である−OR基を有する少なくとも1種の取り込まれたエチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステル約3から約97重量パーセント、好ましくは5から90重量パーセントおよびそれらに含まれる組合せおよび部分組合せ、少なくと1種の取り込まれた芳香族エチレン性不飽和モノマー約0から約85重量パーセント、または85重量パーセントまで、および少なくとも1種の取り込まれた非芳香族エチレン性不飽和ビニルモノマー約0から約85重量パーセント、または85重量パーセントまでから成る。より好ましいポリマー製品では、取り込まれた酸官能性モノマーのエステルのR基は、12から50、12から36、12から22、16から18個の炭素原子、または16から18個の炭素原子の混合物を有する。その他の好ましいポリマー製品は、少なくとも1種の取り込まれた芳香族エチレン性不飽和モノマーまたは非芳香族エチレン性不飽和ビニルモノマーを含み、その他の好ましいポリマー製品は、少なくとも2種の芳香族エチレン性不飽和モノマーを含む。さらに、好ましいポリマー製品は、少なくとも2種の異なるRアルキル基を含む。
【0094】
記載したように、連続バルク重合およびエステル化工程の好ましいポリマー製品の水性レジンカットは、塩基性水溶液中で低粘度を示す。たとえば、好ましいポリマー製品の水性レジンカットは、対応する非修飾ポリマー製品の溶液粘度の約50パーセント未満である溶液粘度を示す。
【0095】
バルク重合およびエステル化工程のポリマー製品は、優れた性能特性を有するいくつかの組成物製造法に使用することができる。たとえば、このポリマー製品を使用して調製した水をベースとした組成物は、本発明のポリマー製品を使用しない比較組成物より高い総固形物濃度、より厚い乾燥被膜、およびより良い光沢を有する。
【0096】
多種の水をベースとした組成物でこのエステル化ポリマー組成物を使用することができる。いくつかの組成物の調製について、実施例部分でより詳しく記載する。水をベースとした組成物の例には、オーバープリントワニス、インク、ペイント、接着剤、床磨き剤、塗料、バリアー塗料、下塗り剤、コイル塗料、ワックス分散剤、油脂分散剤、ワックス乳化剤、オイル乳化剤、機能性紙塗料、ホイル塗料、紙サイジング剤、および顔料分散剤が含まれる。これらの水をベースとした組成物は、バルク重合およびエステル化工程のポリマー製品を、水を除く組成物の総重量をベースとして約0.1から約100重量パーセントの範囲で含む。水をベースとした組成物はまた、限定はしないが、エマルジョンポリマー、合着剤、可塑剤、架橋剤、消泡剤、顔料、粘着付与剤、一般的界面活性剤、澱粉、ワックス、スリップ助剤、湿潤剤、表面改質剤、不活性充填剤、不活性増量剤、およびこれらの混合物などの添加物を、当業者に公知のその他の配合補助剤に加えて、水を除く組成物の全重量をベースとして約99.9パーセントまで、好ましくは約10から99重量パーセントで含む。エマルジョンポリマーには架橋剤を添加しないことが好ましい。
【0097】
連続バルク重合およびエステル化方法のポリマー製品を使用するその他の方法には、ポリマー製品を水性コーティングに添加することを含む、水性コーティングの総固形物濃度を増加させる方法、およびポリマー製品を水性顔料分散剤に添加することを含む水性顔料の粘度特性を高め、総固形物濃度を増加させる方法が含まれる。
【0098】
これらポリマー製品はまた、重合およびエステル化方法によって形成されたものを含め、ポリオレフィン樹脂の安定なエマルジョンの製造に使用するのに有益である。予想外で驚いたことに、油脂またはワックスエマルジョンを調製するとき、本発明によるポリマー製品をエマルジョンに添加することによって、エマルジョン形成が促進され、さらに得られたエマルジョンの安定性が高まること、すなわち本ポリマー製品を含まず、代わりに通常の樹脂だけを含むこと以外は全く同じエマルジョンに比べて、エマルジョンの分離が減少することが発見された。ポリオレフィン樹脂の安定なエマルジョンを調製する例示方法には、ポリオレフィン、ポリマー製品、および任意に通常の界面活性剤を、好ましくは溶融混合物を得るために成分を十分に加熱して、混合する工程、塩基を溶融混合物に添加するか、あるいは溶融混合物を塩基に添加する工程、およびその後の溶融混合物を水に添加するか、あるいは水を溶融混合物に添加する工程を含む。
【0099】
ポリオレフィンのエマルジョンを調製する他の方法には、ポリオレフィン樹脂、ポリマー製品、塩基および、任意に通常の界面活性剤を、好ましくは溶融混合物を得るために、成分を十分に加熱して融解し混合する段階、および溶融混合物を水に添加する段階、または水を溶融混合物に添加する段階を含む。
【0100】
好ましい方法では、塩基を溶融混合物に添加して、次いで約5分間の有効時間放置した後、水を得られた混合物に添加する。一般に、有効時間は使用する特定の材料に基づいて経験的に決定される。塩基はこの有効時間の間に、溶融混合物に取り込まれるようになる。ポリオレフィン樹脂のエマルジョンを調製する方法に使用されるポリマー製品は、20から740の範囲の酸価を有することが好ましい。
【0101】
本発明の方法および組成物に使用したポリオレフィン樹脂は、数平均分子量約500から約20000、酸価0から約150、融点約40から約250℃を有することが好ましい。ポリオレフィン樹脂はクリスタリンポリオレフィン樹脂、修飾ポリオレフィン樹脂、天然ワックス、合成ワックス、またはこれらの物質の混合であることが可能である。例示的ポリオレフィン樹脂物質には、パラフィン、ビーズワックス、カルナバワックス、酸化ポリエチレン、酸化ポリプロピレン、エチレンアクリル酸コポリマー、植物ワックス、動物由来ワックス、合成ワックス、鉱物ワックス、キャンデリラワックス、フィッシャートロッシュワックス、ミクロクリスタリンワックス、ラノリン、綿実ワックス、ステアリンワックス、和蝋、ベーベリワックス、ギンバイカワックス、メースワックス、パーム核ワックス、鯨蝋、シナ蝋、羊脂蝋、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、エチレンおよびアクリル酸ワックスのコポリマー、ココナツ油の水素化によって得られたワックス、大豆油の水素化によって得られたワックス、オゾケライト、モンタンワックス、亜炭ワックス、セレシンワックス、ユタワックス、泥炭蝋、モミワックス、オーリキュリーワックス、米油ワックス、サトウキビワックス、ウクフバ(ucuhuba)ワックス、カカオバターワックス、シェラックワックス、羊毛蝋、塩素化ワックス、ドゥロクソン(duroxon)ワックス、合成ビーズワックス、改質鯨蝋、改質ラノリンワックス、オキサゾリンワックス、および金属石鹸ワックスが含まれる。
【0102】
ワックス分散液は、重合およびエステル化方法のポリマー製品で調製することが可能である。ワックス分散液調製方法には、ポリマー製品の水溶液でワックスを混合することが含まれる。通常の界面活性剤は、任意にこの方法のその他の成分に添加されるが、通常の界面活性剤の添加は不可欠ではない。ワックスはワックス粉末の形態であることが好ましい。
【0103】
本方法で使用されるワックス粉末には、パラフィン、ビーズワックス、カルナバワックス、酸化ポリエチレン、酸化ポリプロピレンワックス、エチレンアクリル酸コポリマー、植物ワックス、動物由来ワックス、合成ワックス、鉱物ワックス、キャンデリラワックス、フィッシャートロッシュワックス、ミクロクリスタリンワックス、ラノリンワックス、綿実ワックス、ステアリンワックス、和蝋、ベーベリワックス、ギンバイカワックス、メースワックス、パーム核ワックス、鯨蝋、シナ蝋、羊脂蝋、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、エチレンおよびアクリル酸ワックスのコポリマー、ココナツ油の水素化によって得られたワックス、大豆油の水素化によって得られたワックス、オゾケライト、モンタンワックス、亜炭ワックス、セレシンワックス、ユタワックス、泥炭蝋、モミワックス、オーリキュリーワックス、米油ワックス、トウモロコシワックス、ウクフバワックス、カカオ脂ワックス、シェラックワックス、羊毛蝋、塩素化ワックス、ドゥロクソンワックス、合成ビーズワックス、改質鯨蝋、改質ラノリンワックス、オキサゾリンワックス、および金属石鹸ワックスおよびこれらの組合せおよび誘導体の粉末が含まれる。
【0104】
連続バルク重合およびエステル化方法のポリマー製品を含む安定な油脂エマルジョンは、油脂、ポリマー製品、および任意に通常の界面活性剤を成分が溶融するのに十分な温度まで加熱することによって調製することが可能である。塩基次いで水を加熱した混合物に添加するか、あるいは加熱した混合物を塩基次いで水に添加する。あるいは、油脂、ポリマー製品、塩基および任意に通常の界面活性剤を、成分が融解するのに十分な温度まで加熱することが可能である。次いで、溶融成分を水に添加するか、あるいは水を溶融成分に添加することが可能である。
【0105】
連続バルク重合およびエステル化方法によるポリマー製品の樹脂を反応器中で大気圧以上で溶融し、塩基および水を反応器に投入し、ワックスまたは油脂を樹脂融解物に分散させ、さらに水を反応器に添加することによって、油脂またはワックスを水性溶媒中で安定化することが可能である。水性溶媒中において油脂またはワックスを安定化する方法は、混合物にワックスを分散させる前または後に塩基と共に樹脂溶融物を加熱することによって実施することが可能である。
【0106】
塩基を本発明の種々の組成物に添加し、得られた組成物に存在させる。当業者に公知の種々の塩基を種々の方法と共に使用するか、または種々の組成物に含めることが可能であるが、本発明の好ましい塩基には、アンモニア、ジエチルアミノエタノール、モルホリン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、またはこれらの混合物が含まれる。
【0107】
同様に、通常の界面活性剤を任意に本発明の種々の方法に添加させ、種々の組成物に存在させる。当業者に公知の界面活性剤の種々の量を種々の方法および組成物と共に使用することが可能であるが、好ましい通常の界面活性剤は、陰イオン性または非イオン性界面活性剤であり、水をベースとした組成物中の固形物の総重量に対して約10パーセントまでの量で存在させるか、または使用することが好ましい。
【0108】
ワックスおよび油脂エマルジョンまたは分散液のための方法は全て、大気圧以上で実施することができ、これらの方法の温度は組成物中に存在する特定の物質にしたがって変化させることが可能であることが理解される。
【0109】
界面活性剤は、水など溶媒に溶解するとき、溶液の表面の水/空気接触部分に優先的に吸着する。これは溶液表面の表面エネルギーまたは表面張力の減少を引き起こす。表面張力を減少させる界面活性剤分子の傾向は、分子の疎水性部分および親水性部分の対抗親和力を満たそうとした結果である。これが、洗剤、湿潤剤、および乳化剤としての活性の基礎を形成する界面活性剤の特定の性質である。効果の高い界面活性剤を得るために疎水性部分と親水性部分との間には微妙な平衡が存在する。液体の表面張力の減少に非常に効果的ないくつかの種類の単純な非重合界面活性剤はあるが、ポリマー界面活性剤を考案することは構造的複雑さのせいで非常に困難である。ほとんどの界面活性剤溶液は、温度の上昇にともなって徐々に表面張力の低下を示す。ほとんどの場合、この温度によって誘導される表面張力の減少は、大部分温度が増加するにつれて生じる水の表面張力の低下から生じる。界面活性剤を含む溶液の温度変化に伴って表面張力の急な変化を表すポリマー界面活性剤は、産業用途に非常に有用である。たとえば、この性質は数度の温度変化による床用洗剤およびインクなどの製品の湿潤性および脱湿性を制御するために使用することができる。このような系は、高温で低表面張力物質を湿潤させるのに十分な低い表面張力を示すが、第2のコーティングを実施するため冷却したとき、十分高い表面エネルギーを有する。このような性質はコーティングおよび印刷への適用、特に複数コーティングを含む適用に非常に有用である。
【0110】
優れた界面活性特性を有するポリマーが得られるであろうことが見いだされている。本発明のポリマー製品は、中和水溶液として評価され、優れた界面活性特性を示した。好ましい中和剤には、既に記載したように当業界でよく知られた塩基が含まれる。たとえば、界面活性剤は、狭い温度範囲で激変する表面張力の急激な変化を表す。この表面張力変化が、20から70℃の範囲の中等度の温度で示されることは重要で、ポリマー製品はポリエチレン被膜、一般的プラスティック、およびホイルなど低い表面張力物質を印刷またはコーティングするために有用になる。
【0111】
ポリマー界面活性剤には、ラジカル的にポリマー表面活性剤に取り込まれた少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーが含まれる。これらの界面活性剤には、取り込まれたエチレン性不飽和酸官能性モノマーの少なくとも1種のエステルが含まれ、そのエステルは本発明の方法に使用するアルカノールと同し特性のRアルキル基を有する。したがって、ポリマー界面活性剤のR基は、11個より多い炭素原子を有する直鎖または枝分かれ鎖アルキル部分である。ポリマー界面活性剤のR基は、好ましくは12から50個、より好ましくは12から36個、さらに好ましくは12から22個の炭素原子を有する。R基は14個の炭素原子を有することが最も好ましい。
【0112】
好ましいポリマー界面活性剤にはまた、ポリマー界面活性剤に取り込まれた、少なくとも1種のビニル芳香族モノマー、好ましくはスチレンまたはα−メチルスチレンが含まれる。その他の好ましいモノマーには、限定はしないが、単独またはビニル芳香族モノマーと組み合わせたアクリル酸エステルを含むビニル非芳香族モノマーが含まれる。より好ましいポリマー界面活性剤では、エチレン性不飽和酸官能基モノマーはアクリル酸で、最も好ましいポリマー界面活性剤では、スチレンおよびα−メチルスチレンの両方がポリマー界面活性剤に取り込まれる。
【0113】
ポリマー界面活性剤のモル臨界ミセル濃度は、好ましくは1.0×10-2モル/リットル未満で、より好ましくは8.2×10-3モル/リットル未満で、最も好ましくは1.0×10-3モル/リットル未満である。より好ましい界面活性剤では、界面活性剤分子に対する表面積は36Å2未満で、より好ましくは20Å2未満である。その他の好ましいポリマー界面活性剤には、界面活性剤の2パーセント(w/w)中和溶液が30℃で45mN/m未満の表面張力を有する界面活性剤が含まれる。これらの好ましい界面活性剤溶液はまた、30℃から50℃に温度を上げると少なくとも約5mN/mの表面張力の減少を起こす。その他の好ましい2%中和界面活性剤水溶液はまた、30℃から50℃に温度を上げると少なくとも約10mN/mの表面張力の減少を起こす。
【0114】
図8から11までは、本発明による例示樹脂の著しい界面活性特性を示している。図8は、従来樹脂6および優れた界面活性特性を有するフッ素系界面活性剤、FC120と比較して、テトラデシル基を含む例示樹脂39および40の著しく低い表面張力を濃度の関数として示している。一方、図9は温度の関数として例示樹脂2、3および43、従来樹脂4〜6および16、水および当業者によく知られた界面活性剤、ラウリル硫酸ナトリウムの2%水溶液の表面張力を示している。例示樹脂2および43はそれぞれヘキサデシル基を含む一方、例示樹脂3はドコシル基を含む。図9に示されたように、例示樹脂2、3、および43それぞれの表面張力は、30℃から50℃に温度を上昇させるにつれてかなり減少するが、従来樹脂およびラウリル硫酸ナトリウムの表面張力は温度上昇に対してほんの少し変化するだけである。例示樹脂の表面張力の変化は、水の表面張力を示していない、図9を拡大した図10により劇的に示されている。水の表面張力は温度変化によって変化するので、界面活性剤を含む水溶液の表面張力に影響を及ぼす重要な因子である。したがって、図11では例示樹脂および従来樹脂およびラウリル硫酸ナトリウムの表面圧力を温度の関数としてプロットしている。表面圧力は、所与の温度における表面張力から同温度における水の表面張力を差し引いたものに等しい。したがって、図11では水の表面張力の影響無しに表面張力を低くする能力に基づいて様々な物質を比較することができる。例示樹脂の表面圧力では正の曲線が見られ、特に例示樹脂3では本発明のポリマー界面活性剤水溶液の表面張力が水の表面張力よりもずっと高い割合で減少することが示されている。この特性によって、本発明のポリマー界面活性剤は前記のように様々な広い適用に使用することができる。
本発明はさらに、以下の非限定的実施例で説明される。
【0115】
(実施例)
例示樹脂および従来樹脂の調製
上記発明により作成される例示樹脂を、以下に種々の実施例で述べる。実施例に記載された原料および生成物は、多くの標準的な技法を特徴とする。各ポリマーの分子量は、溶出液としてのテトラヒドロフラン(THF)およびポリ(スチレン)標準物質を用いて、ゲル透過クロマトグラフィ(GPC)法によって決定した。使用するポリスチレン標準物質は、ポリマーラボラトリーズ社(英国チャ−チストレットン)から現在入手でき、2250000;1030000;570000;156000;66000;28500;9200;3250;および1250の数平均分子量を有するものとして特徴付けられる。酸価は、標定された塩基による滴定により決定したが、1gのポリマーを中和するのに必要な水酸化カリウムのミリグラム数として定義される。粘度は、ブルックフィールドエンジニアリングラボラトリー社(マサチューセッツ州ストートン)から入手できる、ブルックフィールド粘度計を使用し、適切な速度で適切なLVスピンドルを用いて測定した。
【0116】
例示樹脂1
例示樹脂1は、バルク重合およびエステル化方法により作成した。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表1に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,800ドルトンの分子量(Mw)および237の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約95.2パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表1】
【0117】
例示樹脂2
例示樹脂2は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表2に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,800ドルトンの分子量(Mw)および155の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約84.6パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表2】
【0118】
例示樹脂3
例示樹脂3は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表3に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約2,100ドルトンの分子量(Mw)および233の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約95.1パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表3】
【0119】
例示樹脂4
例示樹脂4は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表4に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約210℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,300ドルトンの分子量(Mw)および159の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約57.2パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表4】
【0120】
例示樹脂5
例示樹脂5は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表5に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約9,100ドルトンの分子量(Mw)および221の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約95.5パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表5】
【0121】
例示樹脂6
例示樹脂6は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表6に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約230℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,000ドルトンの分子量(Mw)および223の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約93.0パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表6】
【0122】
例示樹脂7
例示樹脂7は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表7に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約244℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約4,300ドルトンの分子量(Mw)および223の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約95.5パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表7】
【0123】
例示樹脂8
例示樹脂8は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表8に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約13,700ドルトンの分子量(Mw)および208の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約99.4パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表8】
【0124】
例示樹脂9
例示樹脂9は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表9に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約211℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,800ドルトンの分子量(Mw)および223の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、1−ヘキサデカノールの約96.3パーセントおよび1−オクタデカノールの97.9%が、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表9】
【0125】
例示樹脂10
例示樹脂10は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表10に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約232℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約7,000ドルトンの分子量(Mw)および188の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、1−テトラデカノールの約93.1パーセントおよび1−ドコサノールの約95.2%が、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表10】
【0126】
例示樹脂11
例示樹脂11は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表11に要約する。重合反応条件としては、約12分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約2,100ドルトンの分子量(Mw)および248の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約97.0パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表11】
【0127】
例示樹脂12
例示樹脂12は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表12に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約207℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約7,500ドルトンの分子量(Mw)および167の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、1−テトラデカノールの約96.1パーセントおよび1−ドコサノールの約98.9%が、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表12】
【0128】
例示樹脂13
例示樹脂13は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表13に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約215℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約11,480ドルトンの分子量(Mw)および226の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約96.9パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表13】
【0129】
例示樹脂14
例示樹脂14は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表14に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約214℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約13,000ドルトンの分子量(Mw)および236の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約99.4パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表14】
【0130】
例示樹脂15
例示樹脂15は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表15に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,800ドルトンの分子量(Mw)および223の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約95.6パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表15】
【0131】
例示樹脂16
例示樹脂16は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表16に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約2,000ドルトンの分子量(Mw)および219の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約97.6パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表16】
【0132】
例示樹脂17
例示樹脂17は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表17に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,900ドルトンの分子量(Mw)および223の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約97.9パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表17】
【0133】
例示樹脂18
例示樹脂18は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表18に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,900ドルトンの分子量(Mw)および221の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約98.0パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表18】
【0134】
例示樹脂19
例示樹脂19は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表19に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約2,000ドルトンの分子量(Mw)および221の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、1−ヘキサデカノールの約98.4パーセントおよび1−オクタデカノールの約94.2%が、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表19】
【0135】
例示樹脂20
例示樹脂20は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表20に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,900ドルトンの分子量(Mw)および220の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、1−ヘキサデカノールの約98.7パーセントおよび1−オクタデカノールの97.5%が、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表20】
【0136】
例示樹脂21
例示樹脂21は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表21に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約2,000ドルトンの分子量(Mw)および222の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約97.3パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表21】
【0137】
例示樹脂22
例示樹脂22は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表22に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,900ドルトンの分子量(Mw)および211の酸価を有した。
【表22】
【0138】
例示樹脂23
例示樹脂23は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表23に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,800ドルトンの分子量(Mw)および224の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約96.2パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表23】
【0139】
例示樹脂24
例示樹脂24は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表24に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,900ドルトンの分子量(Mw)および222の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約97.8パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表24】
【0140】
例示樹脂25
例示樹脂25は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表25に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,900ドルトンの分子量(Mw)および222の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約99.3パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表25】
【0141】
例示樹脂26
例示樹脂26は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表26に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約2,400ドルトンの分子量(Mw)および208の酸価を有した。
【表26】
【0142】
例示樹脂27
例示樹脂27は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表27に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約212℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,100ドルトンの分子量(Mw)および235の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約71.2パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表27】
【0143】
例示樹脂28
例示樹脂28は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表28に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約211℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,200ドルトンの分子量(Mw)および229の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約88.1パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表28】
【0144】
例示樹脂29
例示樹脂29は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表29に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約212℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,400ドルトンの分子量(Mw)および227の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約93.3パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表29】
【0145】
例示樹脂30
例示樹脂30は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表30に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約212℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,400ドルトンの分子量(Mw)および223の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約96.6パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表30】
【0146】
例示樹脂31
例示樹脂31は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表31に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約212℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,500ドルトンの分子量(Mw)および224の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、1−ヘキサデカノールの約96.4パーセントおよび1−オクタデカノールの約96.6%が、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表31】
【0147】
例示樹脂32
例示樹脂32は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表32に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約211℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,800ドルトンの分子量(Mw)および223の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、1−ヘキサデカノールの約96.3パーセントおよび1−オクタデカノールの約97.9%が、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表32】
【0148】
例示樹脂33
例示樹脂33は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表33に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約212℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,700ドルトンの分子量(Mw)および224の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約97.8パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表33】
【0149】
例示樹脂34
例示樹脂34は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表34に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約211℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,600ドルトンの分子量(Mw)および218の酸価を有した。
【表34】
【0150】
例示樹脂35
例示樹脂35は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表35に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約212℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,200ドルトンの分子量(Mw)および236の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約77.4パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表35】
【0151】
例示樹脂36
例示樹脂36は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表36に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約211℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,300ドルトンの分子量(Mw)および225の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約94.8パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表36】
【0152】
例示樹脂37
例示樹脂37は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表37に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約211℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,500ドルトンの分子量(Mw)および225の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約97.2パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表37】
【0153】
例示樹脂38
例示樹脂38は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表38に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約212℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約7,700ドルトンの分子量(Mw)および212の酸価を有した。
【表38】
【0154】
例示樹脂39
例示樹脂39は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表39に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約215℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,600ドルトンの分子量(Mw)および149の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約71.3パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表39】
【0155】
例示樹脂40
例示樹脂40は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表40に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約215℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約3,800ドルトンの分子量(Mw)および150の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約66.7パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表40】
【0156】
例示樹脂41
例示樹脂41は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表41に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約215℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約7,200ドルトンの分子量(Mw)および205の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約87.3パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表41】
【0157】
例示樹脂42
例示樹脂42は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表42に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約212℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約18,200ドルトンの分子量(Mw)および187の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約84.4パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【0158】
例示樹脂43
例示樹脂43は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表43に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,900ドルトンの分子量(Mw)および212の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約95.4パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表42】
【0159】
例示樹脂44
例示樹脂44は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表44に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約5,100ドルトンの分子量(Mw)および169の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約84.1パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【0160】
例示樹脂45
例示樹脂45は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表45に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約207℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約8,000ドルトンの分子量(Mw)および167の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、1−テトラデカノールの約93.1パーセントおよび1−ドコサノールの約90.9パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表43】
【0161】
例示樹脂46
例示樹脂46は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表46に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約11,300ドルトンの分子量(Mw)および192の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約95.3パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表44】
【0162】
例示樹脂47
例示樹脂47は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表47に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約7,400ドルトンの分子量(Mw)および144の酸価を有した。
【表45】
【0163】
例示樹脂48
例示樹脂48は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表48に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約3,700ドルトンの分子量(Mw)および145の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約67.6パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表46】
【0164】
例示樹脂49
例示樹脂49は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物は、表49に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器での滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約4,200ドルトンの分子量(Mw)および198の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約88.6パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【0165】
例示樹脂50
例示樹脂50は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表50に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約7,800ドルトンの分子量(Mw)および202の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約91.6パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表47】
【0166】
例示樹脂51
例示樹脂51は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表51に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約4,400ドルトンの分子量(Mw)および201の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約94.0パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表48】
【0167】
例示樹脂52
例示樹脂52は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表52に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約5,000ドルトンの分子量(Mw)および178の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約87.2パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表49】
【0168】
例示樹脂53
例示樹脂53は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表53に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約255℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,200ドルトンの分子量(Mw)および201の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、アルカノールの約97.6パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表50】
【0169】
例示樹脂54
例示樹脂54は、不飽和C18アルカノールを用いたバルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分、反応器仕込み量、および樹脂組成物を、表54に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約4,200ドルトンの分子量(Mw)および242の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、不飽和アルカノールの約94.0パーセントが、ポリマーに取り込まれることが示された。
【表51】
【0170】
従来樹脂1
一連の従来樹脂も調製された。これらの従来樹脂は、本発明の例示樹脂と同様の工程により、しかしながらRが11個より多い炭素原子を有する直鎖または分枝鎖アルキル部分である本発明のR−OHアルカノールの存在なしで、調製された。次にこれらの従来樹脂を、いくつかの適用例にて本発明の例示樹脂と比較した。
従来樹脂1は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表55に要約する。重合反応条件としては、約12分間の反応器滞留時間および約228℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約9,000ドルトンの分子量(Mw)および220の酸価を有した。
【表52】
【0171】
従来樹脂2
従来樹脂2は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表56に要約する。重合反応条件としては、約12分間の反応器滞留時間および約240℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,500ドルトンの分子量(Mw)および201の酸価を有した。
【表53】
【0172】
従来樹脂3
従来樹脂3は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表57に要約する。重合反応条件としては、約12分間の反応器滞留時間および約250℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約4,700ドルトンの分子量(Mw)および219の酸価を有した。
【表54】
【0173】
従来樹脂4
従来樹脂4は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表58に要約する。重合反応条件としては、約12分間の反応器滞留時間および約278℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,800ドルトンの分子量(Mw)および244の酸価を有した。
【表55】
【0174】
従来樹脂5
従来樹脂5は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表59に要約する。重合反応条件としては、約12分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,800ドルトンの分子量(Mw)および244の酸価を有した。
【表56】
【0175】
従来樹脂6
従来樹脂6は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表60に要約する。重合反応条件としては、約12分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,800ドルトンの分子量(Mw)および243の酸価を有した。
【表57】
【0176】
従来樹脂7
従来樹脂7は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表61に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約11,300ドルトンの分子量(Mw)および250の酸価を有した。分析では、エチレングリコールモノエチルエーテルの68.9パーセントが、ポリマー生成物に取り込まれることが示された。
【表58】
【0177】
従来樹脂8
従来樹脂8は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表62に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約216℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約11,100ドルトンの分子量(Mw)および254の酸価を有した。ポリマー生成物および工程の分析では、エチレングリコールモノエチルエーテルの約67パーセントが、ポリマー生成物に取り込まれることが示された。
【表59】
【0178】
従来樹脂9
従来樹脂9は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表63に要約する。重合反応条件としては、約90分間の反応器滞留時間および約160℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約8,200ドルトンの分子量(Mw)および162の酸価を有した。
【表60】
【0179】
従来樹脂10
従来樹脂10は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表64に要約する。重合反応条件としては、約12分間の反応器滞留時間および約209℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約16,200ドルトンの分子量(Mw)および212の酸価を有した。
【表61】
【0180】
従来樹脂11
従来樹脂11は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表65に要約する。重合反応条件としては、約90分間の反応器滞留時間および約161℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約9,400ドルトンの分子量(Mw)および200の酸価を有した。
【表62】
【0181】
従来樹脂12
従来樹脂12は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表66に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,600ドルトンの分子量(Mw)および224の酸価を有した。
【表63】
【0182】
従来樹脂13
従来樹脂13は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表67に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約254℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約1,600ドルトンの分子量(Mw)および221の酸価を有した。
【表64】
【0183】
従来樹脂14
従来樹脂14は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表68に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約211℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,300ドルトンの分子量(Mw)および220の酸価を有した。
【表65】
【0184】
従来樹脂15
従来樹脂15は、溶媒を加えた重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表69に要約する。重合反応条件としては、約15分間の反応器滞留時間および約211℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約6,500ドルトンの分子量(Mw)および217の酸価を有した。
【表66】
【0185】
従来樹脂16
従来樹脂16は、バルク重合およびエステル化方法により調製された。利用する反応成分および反応器仕込み量を、表70に要約する。重合反応条件としては、約12分間の反応器滞留時間および約204℃の反応温度が含まれた。生成した樹脂は、約8,500ドルトンの分子量(Mw)および205の酸価を有した。
【表67】
【0186】
樹脂カットの調製
用語「樹脂カット」または「樹脂溶液」とは、樹脂、水および塩基の水性混合物を意味する。例示樹脂カットをここに記載する。酸官能性アクリル樹脂またはスチレン/アクリル樹脂の水性カットは、樹脂、水および塩基を混合することにより調製することができる。約25℃から約90℃で、樹脂が完全に消費されるまでこの混合物を攪拌する。酸官能性樹脂は、約5から約70重量パーセントの最終樹脂カットを含む。塩基の十分な量が、酸官能性樹脂中の酸の約50から150パーセントを中和するために加えられる。酸官能性樹脂の中和の用いられる代表的な塩基は、アンモニア、I族元素の水酸化物類、第1級アミン類、第2級アミン類、第3級アミン類が挙げられる。樹脂カットの残りは、水および任意に水易溶性溶媒を含む。樹脂カットに使用される水の量は、樹脂の酸価および分子量に依存する。一般的に、カットの粘度が、約10,000cps以下になるように、水を加える。低級アルキルアルコール類、グリコールエーテル類、テトラヒドロフランおよびテトラヒドロフルフリルアルコールなどの水易溶性溶媒を、樹脂カットの約10重量パーセントまで加えることができる。
【0187】
樹脂カットA:例示樹脂1の水性樹脂カットの調製
例示樹脂1の水性樹脂カットは、上記の方法により調製された。このカットは、488グラムの例示樹脂1、125.17グラムの28パーセントアンモニアおよび386.83グラムの水より調製された。生じた透明で琥珀色の樹脂カットは、固形分48.8パーセントのpHにおいて1,350cpsの粘度を示した。
【0188】
樹脂カットB:例示樹脂5の水性樹脂カットの調製
例示樹脂5の水性樹脂カットは、上記の方法により調製された。このカットは、340グラムの例示樹脂5、81.69グラムの28パーセントアンモニアおよび428.47グラムの水より調製された。生じた透明で琥珀色の樹脂カットは、固形分40パーセント、pH8.9で41,500cpsの粘度を示した。固形分34パーセントに希釈後、このカットは、520cpsの粘度を有した。
【0189】
樹脂カットC:例示樹脂6の水性樹脂カットの調製
例示樹脂6の水性樹脂カットは、上記の方法により調製された。このカットは、400グラムの例示樹脂6、96.10グラムの28パーセントアンモニアおよび503.90グラムの水より調製された。生じた透明で琥珀色の樹脂カットは、固形分40パーセント、pH8.5で、3,680cpsの粘度を示した。固形分33パーセントに希釈後、このカットは、120cpsの粘度を有した。
【0190】
樹脂カットD:例示樹脂7の水性樹脂カットの調製
例示樹脂7の水性樹脂カットは、上記の方法により調製された。このカットは、450グラムの例示樹脂7、108.12グラムの28パーセントアンモニアおよび441.88グラムの水より調製された。生じた透明で琥珀色の樹脂カットは、固形分45パーセント、pH8.5で、7,500cpsの粘度を示した。固形分37パーセントに希釈後、このカットは、280cpsの粘度を有した。
【0191】
従来樹脂カットA:従来樹脂1の水性樹脂カットの調製
従来樹脂1の水性樹脂カットは、上記の方法により調製された。このカットは、330グラムの従来樹脂1、75.0グラムの28パーセントアンモニアおよび585.0グラムの水より調製された。生じた透明で琥珀色の樹脂カットは、固形分34パーセント、pH8.5で、5,350cpsの粘度を示した。
【0192】
従来樹脂カットB:従来樹脂2の水性樹脂カットの調製
従来樹脂2の水性樹脂カットは、上記の方法により調製された。このカットは、330グラムの従来樹脂2、71.0グラムの28パーセントアンモニアおよび599.0グラムの水より調製された。生じた透明で琥珀色の樹脂カットは、固形分33パーセント、pH8.5で、4,500cpsの粘度を示した。
【0193】
従来樹脂カットC:従来樹脂3の水性樹脂カットの調製
従来樹脂3の水性樹脂カットは、上記の方法により調製された。このカットは、370グラムの従来樹脂3、86.0グラムの28パーセントアンモニアおよび543.0グラムの水より調製された。生じた透明で琥珀色の樹脂カットは、固形分37パーセント、pH8.4で、5,000cpsの粘度を示した。
【0194】
従来樹脂カットD:従来樹脂4の水性樹脂カットの調製
従来樹脂4の水性樹脂カットは、上記の方法により調製された。このカットは、488グラムの従来樹脂4、125.70グラムの28パーセントアンモニアおよび386.3グラムの水より調製された。生じた透明で琥珀色の樹脂カットは、固形分48.8パーセント、pH8.5で、4,900cpsの粘度を示した。
【0195】
従来樹脂カットE:従来樹脂5の水性樹脂カットの調製
従来樹脂5の水性樹脂カットは、上記の方法により調製された。このカットは、488グラムの従来樹脂5、129.39グラムの28パーセントアンモニアおよび382.61グラムの水より調製された。生じた透明で琥珀色の樹脂カットは、固形分48.8パーセント、pH8.9で、7,400cpsの粘度を示した。
【0196】
粘度測定および他のポリマー物性の表作成
表71から表77には、例示樹脂および従来樹脂についての種々のpHおよび濃度での樹脂カットの粘度の種々のデータを表示する。表71から表77に表された比較データは、それぞれ図2〜7に便宜上表されている。これらの表は、本発明のポリマー生成物を含有する水性塩基溶液が、著しい低粘度を呈する如く、意外で予想外の発見を提示している。
【0197】
【表68】
【0198】
【表69】
【0199】
【表70】
【0200】
【表71】
【0201】
【表72】
【0202】
【表73】
【0203】
例示塗料、顔料の分散剤、ペイント、インクおよび紙サイズ剤の調製
高固形分ポリマー類は、多くの用途を有する。それらは、器具類のエナメル塗料、重ね刷りワニス、接着剤、自動車、トラックまたは飛行機の外装仕上げ、塗料などに容易に調合される。それらはまた、床仕上げ、インク分散剤、水性の透明重ね刷りワニス、含浸剤、結合剤、可塑剤、レベリング剤、メルトフロー改良剤などに容易に調合される。本発明のポリマー生成物を含有する調合物は、意外にもまた予想外に、本発明の樹脂の代わりに従来樹脂を組み入れることだけが違う同様の調合物に勝る性能特性を示す。
【0204】
本発明のポリマー生成物を使用することにより、室温で使用可能な粘性を有する本質的に無溶媒の塗料系が得られることが、驚くべきことにかつ思いがけずに発見された。そのような系は、スプレイ塗料、ロール塗料などを含む標準的な工業用塗装工程に適用できる。本発明の方法により調製された生成物は、そのような塗料系に溶媒、充填剤、顔料、フローコントロール剤などを添加することにより調合される。そのような塗料は、従来の補助剤を添加して、カン類、コイル類、布類、ビニール、紙、金属、家具、ワイヤ、金属部品、木製パネル類などに適用できる。さらに、このポリマー生成物は、優れた紙サイズ剤に調合することもまたできる。
【0205】
アルカリ可溶樹脂は、床磨き組成物に、好適な金属化アクリル、メタクリルまたはコポリマーエマルジョン、ワックスエマルジョン、および、可塑剤、従来の界面活性剤、および有機溶媒および/または有機塩基用の消泡剤などの補助剤を組み入れる際、例外的なレベリング性を提供するために、利用可能な水性塩基類を使用する樹脂カットに調合してもよい。
【0206】
連続バルク重合およびエステル化工程におけるポリマー生成物のエステル化は、エステルのアルキル基が無い樹脂に比較して、種々の溶媒における樹脂の溶解性を劇的に変えるが故に、溶媒性インクにおいて本発明の樹脂の有用性を提供することが企図されている。本発明の樹脂へのエステル基の組み入れはまた、水性環境において顔料類、油類、ワックス類、他の樹脂類、溶媒類、モノマー類、またはポリマーコロイド類などの種々の材料を安定化する樹脂の能力を著しく強化する。さらに、本発明の樹脂は、水をベースとするエアドライ塗料系、高光沢系用途およびOPV用途に有用であることが企図されている。この樹脂はまた、水蒸気透過速度(MVTR)用途、および自己層形成系用途の有用な成分であることも企図されている。
【0207】
例示樹脂1および従来樹脂4と5とからの例示塗料および従来塗料の調製
塗料は、本発明の樹脂および一連のエマルジョンポリマーを用いて調合される。エマルジョンポリマーは、上記と同一の工程を用いるが、ポリマー組成を変えて調製される。
【0208】
エマルジョンポリマーは、最初に樹脂溶液を調製することにより調製された。該樹脂溶液は、20.2グラムのポリグリコールTMP1200、314.6グラムの脱イオン水、および825.7グラムの酸官能性スチレン/アクリル樹脂溶液を丸底フラスコに固形分28.5パーセントでアンモニア水溶液に混合することにより調製された。該酸官能性スチレン/アクリル樹脂は、約9,500ダルトンのMwおよび約226の酸価の34α―メチルスチレン/33スチレン/33アクリル酸の組成を有した。ポリグリコールTMP1200は、ミシガン州ミッドランドのダウケミカル社により製造されたポリプロピレングリコールである。この混合物を、窒素下82℃に加熱した。
ユニオンカーバイド(コネチカット州ダンベリー)から入手できる直鎖アルコールエトキシレートである、テルギトールTM15−S−9の14.8グラムおよび硬質非フィルム形成ポリマー、硬質フィルム形成ポリマーまたは軟質フィルム形成ポリマーの全量668.3グラムの混合物を調製した。10パーセントのテルギトールTM含有混合物を、熱樹脂溶液を含有するフラスコに充填し、3分間混合した。次に、17.6グラムの水中に過硫酸アンモニュウムの4.4グラムを含有する溶液を加えて5分間混合した。次に、テルギトールTM含有混合物の残りを、70分間かけて加えた。添加の残りの10分にて、温度を85℃にまで上げた。添加が完了した後、112.0グラムの水および第2の過硫酸アンモニウム(10.4グラムの水中2.6グラム)を加えて、反応混合物を85℃1時間加熱した。次に、エマルジョンポリマーを冷却し、3.0グラムの28パーセントアンモニアを加えた。
【0208】
3種のポリマー成分が、エマルジョンポリマーを調製するために用いられた。これらは:100パーセントスチレンホモポリマー、硬質非フィルム形成組成物;50パーセントのメチルメタクリレート/10パーセントのアクリル酸ブチル/40パーセントのアクリル酸2−エチルヘキシルターポリマー組成物、硬質フィルム形成組成物;および20パーセントのメチルメタクリレート/40パーセントのアクリル酸ブチル/40パーセントのアクリル酸2−エチルヘキシルターポリマー組成物、軟質フィルム形成組成物を含有した。
【0209】
塗料は、10.7部のエマルジョンポリマー、45部の下記特定の樹脂、11.6部の28パーセントアンモニア、および32.7部の水を、中位の速度で6分間ブレンダーで混合することにより調製した。生じた混合物を冷却し、適当量の水で105cpsに希釈して塗料を生成した。塗料は、165Qアニロックスのハンドプルーファーを用いて、レネタ(LenetaTM)社(ニュージャージー州マーワー)から入手できるN2CレネタTM上に塗布された。例示樹脂1および従来樹脂4と5とは、これらの塗料の樹脂成分として用いられた。光沢(60°)は、グロスメーターを用いてレネタTMカードの黒色部および白色部上について測定された。濡れ、レベリング、持続性および像の明瞭性(DOI)は、肉眼で評価され比較された。これらの試験結果を、表77から表79に示す。表77〜79において、「Std」は、肉眼評価のための参照標準を意味し;「=」は、この標準に等しい性能を意味し;「>」は、標準よりも良好な性能を意味し;「>>」は、標準よりも極めて良好な性能を意味する。
【表74】
【0210】
【表75】
【0211】
【表76】
【0212】
例示樹脂39と40および従来樹脂9から例示塗料および従来塗料の調製
透明塗料は、例示樹脂39と40との樹脂を含有するエマルジョンポリマーから調合された。対照のエマルジョンポリマーは、従来樹脂9から調製された。41パーセントのスチレン、28パーセントのメチルメタクリレートおよび31パーセントのアクリル酸2−エチルヘキシルのモノマー混合物が、各エマルジョンポリマーに用いられた。最終エマルジョンポリマーは、固形分約43パーセントを有した。
【0213】
3種のエマルジョンポリマーの各々は、透明調合物に調合された。塗料製剤は、30部のポリマー固体;9部のドワノールTMEB、すなわちミシガン州ミッドランドのダウケミカル社のエチレングリコールブチルエーテル製品;0.02部のゾニルTMFSJ固体の湿潤化剤で、デラウェア州ウィルミントンのE.I.デュポンネモアの製品;および全量100部にするために加える水から構成された。
【0214】
透明塗料は、試験のために種々の基材に塗布された。へら状ブレード及び電気混合モーターが、塗料を作製するために用いられた。一連の特性が、評価され、その結果は、次の表に示されている。本発明のポリマー生成物を組み入れた透明塗料は、従来樹脂を組み入れた透明塗料と比較して、非常に強化された初期の耐水性を示すことが、驚くべきことにかつ思いがけずに発見された。
【表77】
【0215】
以下の試験プロトコルは、表80に示された各試験に従った。
初期の耐水性:塗料を#50ワイヤ巻きドロウバーで基材に塗布し、指定時間風乾した。指定時間の終了時に、脱イオン水で飽和したろ紙デスクを1時間塗料上に置いた。時計皿をろ紙デスク上にかぶせて水分蒸発を減じた。試験パネルに水道水を吹きかけ、パネルの、塗料の損傷について検査した。各塗料に関して6つの応答が集められ、最良が10である0〜10段階で評価された。各塗料の6つの応答平均が、表に示される。第1の数は、試験直後の平均評価に相当し、第2の数は、塗料が完全に回復した後の平均評価である。
【0216】
耐薬品性:塗料を基材に塗布し、最初35℃で一晩オーブンで乾燥し、次いで7日間風乾した。各指定薬品に関して、初期の耐水性からの方法に従った。
耐腐蝕性:透明塗料をボンダライトTM1000、すなわちミシガン州ヒルスデールのACTラブス社の冷却ロールスチール製品に、3ミルのバードドロウバーで塗布した。塗料は、47日間乾燥された。塗料を擦過して、塩スプレーキャビネットに83時間供した。表面腐蝕は、ASTM B117法を用いて評価した。アンダーカットは、擦過位置から擦過における腐蝕の端までの距離である。ふくれは、ASTM D714を用いて評価された。
硬度:硬度は、メリーランド州リバーズパークのバイクガードナー社からのケーニッヒのペンデュラム硬度テスターを用いて測定された。塗料は、21日間風乾した。各塗料につき3つの読取りの平均が、上記の表に記載される。鉛筆硬度の測定は、イーグルトルコ石鉛筆を用いた。耐腐蝕性試験に用いられた同一の塗布法が用いられた。
光沢:光沢は、レネタ1Bパネルの白色シール部上について測定された。塗料を#50ワイヤ巻きドロウバーでパネルに塗布し、2日間風乾した。メリーランド州リバーズパークのバイクガードナー社の製品、バイクガードナーのマイクロトリグロスメーターが、光沢を測定するために使用された。表に記載された平均値は、6回から9回の測定に基づいた。
クロスハッチテープ接着性(ASTM D3359−95に従って):塗料をボンダライトTM1000の冷却ロールスチールのパネルに、3ミルのバードドロウバーで塗布し、26日間風乾した。耐腐蝕性試験に用いられた同一の塗付法が使用された。塗料は、ポールガードナー(フロリダ州ポンパノビーチ)から入手できる1.5mm間隔を有する11ブレードペイント接着テスターでクロスハッチパターンに刻み目を入れた。ミネソタ州セントポールの3M社から1枚のスコッチTM#610テープを塗料に貼り、鉛筆用消しゴムでこすり、60秒から120秒セットし、次に180度の角度で引張った。塗料の除去は、5の数値が完全接着に等しい0〜5(B)の段階で評価された。
【0217】
例示樹脂39と40および従来樹脂9から例示および従来白色エナメル類の調整
白色エナメルペイントは、例示樹脂39および例示樹脂40の樹脂カットを含有するエマルジョンポリマーから調合された。対照エマルジョンポリマーは、従来樹脂9を用いて調製された。41パーセントのスチレン、28パーセントのメチルメタクリレートおよび31パーセントのアクリル酸2−エチルヘキシルのモノマー混合物が、各エマルジョンポリマーに使用された。最終エマルジョンポリマーは、固形分約43パーセント含量を有した。3種の各エマルジョンポリマーは、白色エナメルペイントに調合された。本発明のポリマー生成物を組み入れたペイント類は、それらが本発明のポリマー生成物よりも従来樹脂を組み入れられたことのみ違う同様のペイントよりも非常に高い光沢保持を有したことは、驚くべきかつ思いがけない発見であった。
【0218】
粉砕基剤は、表81に示された以下の材料を高速ミキサーで15分間混合することにより調製された。
【表78】
【0219】
スルフィノールTMCT−151およびスルフィノールTM104DPMは、エアプロダクツケミカル社(ペンシルバニア州アレンタウン)から入手できる界面活性剤のブランドである。デヒドランTM1620は、ヘンケル社(ペンシルバニア州アンブラー)から入手できる消泡剤のブランドであり、DSXTM−1550は、ヘンケル社(ペンシルバニア州アンブラー)により製造された会合増粘剤のブランドである。TiピュアTMR−706は、E.I.デュポンネモア(デラウェア州ウィルミントン)から入手できる酸化チタン顔料のブランドである。
【0220】
3種の白色エナメルペイントは、以下の表中の材料を混合することにより調合された。各ペイントに関して、各種エマルジョンポリマーが使用された。
【表79】
【0221】
ドワノールTMEBおよびドワノールTMDPnBであるダウケミカル社(ミシガン州ミッドランド)の可塑化溶媒ブランドを、共に混合し、ペイント処方に混合物として加えた。レイボーTM60のフラッシュさび止めは、レイボー社(ウェストバージニア州ハンチントン)の製品である。RM825TMは、ロームハース社(ペンシルバニア州スプリングハウス)から入手できる会合増粘剤である。該会合増粘剤は、ペイント用の適切な適用粘度を得るために、種々の量で加えられた。
【0222】
白色エナメルペイントは、試験用に種々の基材に塗布された。0.003”バードアプリケーターが、塗膜を形成するために使用された。一連の塗膜の性質が評価され、その結果は、下記の表83に記載される。
【表80】
【0223】
各試験は以下の試験プロトコルに従った。
耐湿性:耐湿性は、オハイオ州クリーブランドのQ−パネルラブプロダクツの製品であるQCTクリーブランド凝縮キャビネット中にパネルを200時間入れることにより試験された。表面のさび評価は、ASTM D−610に従う。ふくれ評価は、ASTM D−714に従う。
耐久性:塗料は、Aバルブを用いて1000時間QUV耐久性に関して試験する。この暴露は、オハイオ州クリーブランドのQ−パネルラブプロダクツの製品であるQUVキャビネット中で実施する。光沢ロスは、これらの塗料に対するUV照射の影響度として表される。処理パネルの光沢は、サンプルの初期光沢のパーセントとして表される。
ひっかき耐性:塗料のひっかき耐性は、メリーランド州リバーズパークのバイク−ガードナー社の製品である擦過テスターを用いて評価された。フィルムは、プラスティックスクラブチャート(レネタTM#121−10N)に、0.007インチのブレードアプリケーターを用いて塗布され、14日間乾燥した。該塗料は、ASTM D−2486による擦過媒体で擦過された。塗料を完全に貫通するのに必要なストローク数が、記載される。
耐薬品性:塗料を、基材に塗布し、少なくとも14日間風乾した。指定時間の終了時に、薬品で飽和したろ紙デスクを1時間塗料上に置いた。時計皿をろ紙デスク上にかぶせて水分蒸発を減じた。試験パネルには水道水を吹きかけ、パネルの塗料の損傷について検査した。各塗料に関して6つの応答が集められ、最良が10である0〜10段階で評価された。各塗料の6つの応答平均が、表に示される。
耐腐蝕性:透明塗料をACTラブス社(ミシガン州ヒルスデール)から入手されたベア冷却ロールスチールに塗布した。塗料は、少なくとも7日間乾燥した。塗料を擦過して、オハイオ州クリーブランドのQ−パネルラブプロダクツの製品である塩スプレーキャビネットに86時間供した。試験は、ASTM B117−90に従い操作された。表面さびは、ASTM D610法を用いて評価された。アンダーカットは、ASTM D−1654に基づき測定された。ふくれは、ASTM D714を用いて評価された。
硬度:硬度は、メリーランド州リバーズパークのバイクガードナー社からのケーニッヒのペンデュラム硬度テスターを用いて測定された。各塗料につき3つの読取りの平均が、上記の表に記載される。
光沢:光沢は、レネタTM1Bパネルのシール部上について測定された。塗料を、3ミル(0.003インチ)バードブレードアプリケーターでパネルに塗布し、風乾した。メリーランド州リバーズパークのバイクガードナー社の製品である、バイクガードナーのマイクロトリグロスメーターが、光沢を測定するために使用された。
クロスハッチテープ接着性:塗料をベア冷却ロールスチールのパネルに塗布し、14日間風乾した。塗料は、ASTM D−3359に明記された1.5mm間隔の11枚の平行ブレードを有するマルチチップカッター4でクロスハッチパターンで刻み目を入れた。1枚のスコッチTM#610テープを塗膜に貼った。該テープは、90度の角度で引張られ、塗膜の除去を評価した。数は、損失が無いものが5、ほんの僅かなものに等しいものが4、65%以上のロスに等しいのは0で、接着ロスの程度を表す。
【0224】
改良されたバリヤー性を有する例示の水性塗料の調製、および従来の水性塗料の調製
クレイ被覆されたカートンストックのバリヤー性は、アクリルエマルジョンポリマー、従来または例示スチレンアクリル樹脂およびパラフィンワックスエマルション(オハイオ州シンシナチー、マイケルマン社、マイケルマン62330)を含有する組成物で被覆後評価された。バリヤー性能は、被覆されたストックを通過する水蒸気の速度を計測する重量法(TAPPI試験法T448om−89[TAPPI出版、1992年])により測定された。表84は、標準スチレンアクリル樹脂を含有する組成物および本発明の樹脂を含有する組成物に関して水蒸気の透過速度を要約する。例示樹脂33を含有する塗料のフィルムの厚さが、たとえ従来樹脂1を含有するものよりも薄くても、例示樹脂33を含有する塗料組成物は、従来樹脂1を含有する塗料組成物と比較して、改良されたバリヤー性を(低い水蒸気透過度)を提供した。このことは、本発明の樹脂は、MVTR用途として使用するために重要な性質を有することを示す。
【表81】
【0225】
例示および従来の高度固体顔料分散液類、インク類および漂白剤類の調製
種々の高度固体顔料分散液は、本発明のポリマーを利用して作製できる。例えば、高度固体黄色顔料分散液は、220.86グラムのローマカラー014−HS−1054(マサチューセッツ州フォールリバーのローマカラーから、48.9パーセントの固体圧縮ケーキ)、67.5グラムの樹脂カットB、9グラムのポリアルキレングリコール、1.5グラムのウルトラアディテブスPI−35(ニュージャージー州パターソンのウルトラアディテブス社の製品)、および1.14グラムの水を1クオートブレンドカップ中に配合することにより、調製された。この混合物を攪拌し、アイガーミルにあけた。この混合物を、破砕媒体として70mLの1.0から1.5mmのガラスビーズを用いて5,000rpmで40分間加工した。該カットは#3ザーンカップ中41.50秒の粘度および24時間後、約8.5のpHを有した。この粘度は1週間後#3ザーンカップ中41.50秒であった。
【0226】
比較黄色顔料分散液は、220.86グラムのローマカラー014−HS−1054、27グラムの粉末樹脂(両方ともウィスコンシン州レーシンのS.C.ジョンソン&サンズの製品である、ジョンクリルTMHPD671およびジョンクリルTM678の1:1混合物)、9グラムのポリアルキレングリコール、1.5グラムのウルトラアディテブスPI−35、6.31グラムの28パーセントアンモニアおよび35.33グラムの水を用いて調製された。この分散液は、上記の方法を用いて加工した。樹脂溶液が、適切な固体レベルで取扱うのに濃すぎたので、粉末としてこの系に調合しなければならなかった。この分散液は#3ザーンカップ中50秒の粘度および24時間後、約8.5のpHを有した。この粘度は、1週間後#3ザーンカップ中50秒であった。
【0227】
インク類は、50グラムの黄色顔料分散液、50グラムのジョンクリルTM624および5.25グラムの水を用いて作製された。塗布は#4ワイヤ巻きロッドを用いてN2AレネタTMカード上になされた。光沢測定(60°)は、グロスメーターを用いて行われた。樹脂分散液Bを含有するインクの光沢は、カードの白色部上で63であったが、市販樹脂のインクの光沢は、62であった。従来樹脂を組み入れた従来インクと比較して、本発明のポリマー生成物を組み入れたインクが、ブロンズ化が少ないことは、驚くべきかつ思いがけない発見であった。
【0228】
漂白剤は、95グラムの漂白白色処方物(50%のフレキシバースTMWFD−5006および50パーセントのジョンクリルTM74)、4グラムの黄色顔料分散液および1グラムのフレキシバースTMBFD−1121により作製された。この処方物は、容器に25mLのガラスビーズを加えて、ローラーミル上で容器を回転させることにより完全に混合した。塗布は#6ワイヤ巻きロッドを用いてN2AレネタTMカード上になされた。樹脂溶液Bを含有する漂白剤は、市販の樹脂をベースとする分散液と比較してより良い色の顕色を示した。
【0229】
ジョンクリルTM624およびジョンクリルTM74は、ウィスコンシン州レーシンのS.C.ジョンソン&サンズにより製造されたフィルム形成エマルションである。フレキシバースTMWFD−5006およびフレキシバースTMBFD−1121は、ニュージャージー州フォートリーのサンケミカル社により製造された、それぞれ白色および青色顔料分散液である。
【0230】
例示および従来顔料分散剤およびフィルムおよびホイルの印刷用インクの調製
例示樹脂42を基剤とするインクは、フィルムおよびホイルに印刷するために調製された。従来樹脂10を基剤とする従来インクが調製され、対照として用いられた。インクを調製するために、基剤顔料分散液は、表85に掲げた成分で調製された。
【表82】
【0231】
顔料分散液の成分が配合され、顔料が濡れるようにスパーテルで混ぜた。
粉砕媒体として約1.0から1.5mmのガラスビーズを約70mL用いて5000rpmで20分間アイガーミル中で製粉して、顔料を水性樹脂溶液に分散させた。この顔料分散処方物は、37.5パーセントの顔料および4対1の顔料対結合剤比を有する。スルフィノールTMDF−58は、ペンシルバニア州アレンタウンのエアプロダクツケミカル社により製造された消泡剤である。サン249−1282TMブルーは、オハイオ州シンシナチーのサンケミカル社により製造されたフタロブルー顔料である。
【0232】
インク類は、表86に表示した成分に従って、顔料分散液、エマルジョンポリマーおよび水をオーバーヘッド攪拌装置で混合することにより調製された。エマルジョンポリマーは、従来樹脂11および例示樹脂41の樹脂カットの存在下で調製された。48パーセントのアクリル酸ブチル、21パーセントのメタクリルメチル、および31パーセントのアクリル酸2−エチルヘキシルのモノマー混合物が、各エマルジョンポリマーに用いられた。最終エマルジョンポリマーは、約48パーセントの固形含量を有した。
【表83】
【0233】
水は、インク粘度を#2ザーンカップで約24秒に調整するために用いられた。ザーンカップは、フロリダ州ポンパノビーチのポールN.ガードナー社から購入できる。
【0234】
光沢および他のインクの外観諸特性を試験するために#4ワイヤ巻きロッドを用いてレネタTMN2Aパネルに、並べて塗布した。この結果は、表87に表示する。
【表84】
【0235】
光沢および他のインクの外観諸特性を試験するために#4ワイヤ巻きロッドを用いて紙裏張りアルミホイルに、並べて塗布させた。この結果は、表88に表示する。
【表85】
【0236】
インク類は、テキサス州オレンジのジェームズリバー社により製造された白色の中等度の滑りのLDPE(低密度ポリエチレン)フィルムに、200Pラインアニロックスハンドプルーファーを用いて、並べて被覆した。インクが塗布された基材は、50℃で10秒間空気送りオーブンに入れた。
【表86】
【0237】
光沢、ブロンズ化、インク移りおよびフィルムの濡れを、肉眼検査により評価し、この結果を表89に表示する。テープ接着性は、ミネソタ州セントポールの3M社の製品である3M#610テープで測定した。テープは、4ポンドのローラーで張った。次に、該テープは、インクの塗付されたフィルムの平面から
【0238】
180°の角度で引張られた。遅い及び速い引張りの両方を、同じテープで実施した。インク除去の肉眼評価がなされた。濡れしわ試験において、インクの塗付された基材は、室温の水に1分間浸された。基材を取り出し、50から100のしわ、またはインクが剥がれ始めるまで、各々の手の親指と人差し指の間でしわを寄せた。インクロスは、肉眼的に評価した。24時間の濡れしわ試験において、24時間、周囲の条件下で乾燥されたインクの付いた基材を、室温水に4時間浸した。基材を取り出し、200のしわ、またはインクが剥がれ始めるまで、各々の手の親指と人差し指の間でしわを寄せた。インクロスは、肉眼的に評価した。
【0239】
例示および従来の紙面サイズ剤
表面サイズ剤を、インク受容性および紙の表面性を改善するために紙に塗布した。以下の例は、表面サイズ剤として前記の樹脂組成物の有用性を説明する。
【0240】
12%固体澱粉溶液は、780グラムの脱イオン水、およびペンフォードプロダクツ(アイオワ州セダーラピッヅ)から入手できる澱粉である120グラムのペンフォード230を、温度計、マントルヒーター、コンデンサー、および機械攪拌装置で装備された2リットルの4つ口丸底フラスコに充填することにより調製された。攪拌しながら、温度は、約30分間かけて95℃まで上昇させ、追加の30分の調節が実施された。追加調節後、さらに432グラムの脱イオン水を加えて、温度を65℃まで下げた。その結果生じた溶液は、ペンフォード230澱粉の8%固体水溶液となった。
【0241】
上記澱粉溶液における3つの等しい370グラム部分をビーカーに移し、追加の水と添加物を、表90に記載された表面サイズ組成物の調製を完了するために加えた。
【表87】
【0242】
紙ストック上で紙サイズ剤の効能を決定するために、試験が実施された。TAPPI(パルプおよびペーパー工業技術協会)の530pm−89試験法が、被覆された紙ストックの耐インク性を決定するのに使用された。この方法は、紙のインク印刷性の相対的基準を提供する装置であるヘラクレスサイズテスター(デラウェア州ウィルミントン、ヘラクレス)を利用した。ある量のインクを紙に置き、液体インクが紙にしみこむのに必要な時間が測定された。表面サイズ組成物から誘導される印刷性に加えて、このサイズ組成物の発泡性は、サイズ組成物の適切な塗布のために重要である。
【0243】
表91は、ヘラクレスのサイズテスターにより測定された印刷性および対応するサイズ組成物の発泡特性を要約する。
【表88】
【0244】
上記実施例で示すように、本発明の樹脂組成物は、紙サイズ塗布において発泡性を減じるとともに、インクの印刷性の改善を提供する。
【0245】
例示オイルおよびワックスエマルジョンの調製
種々のオイルおよびワックスエマルジョンを、従来樹脂および例示樹脂を用いて調製した。3つのタイプのオイルが、鉱油、ひまし油、シリコーンオイルを含むオイルエマルジョンを調製するために用いられた。鉱油は、通常の炭化水素オイルの代表として選ばれ、ひまし油は、代表的な天然オイルとして選ばれ、シリコーンオイルは、低表面張力の合成オイルの例として選ばれた。全て3種のオイルは、混合物を攪拌してエマルジョンを生成するために音波処理を用いて、例示樹脂とエマルジョンを形成した。
【0246】
エマルジョンは、パラフィンワックス、カルナウバワックス、アライドシグナル(ニュージャージー州モーリスタウン)により製造されたワックスであるAC−629ポリエチレンワックス、およびイーストマンケミカル社(テネシー州キングスポート)の製品であるエポレンE−15ワックスにより調製された。以下の各調製において、部は、重量に基づいて決定された。
【0247】
例示オイルエマルジョン1
43.72部の水と例示樹脂44の固形分30.3%水性樹脂カット33部(アンモニアで83.9%中和)との混合物を85℃に加熱した。別に、ペンレコ社(ペンシルバニア州カーンズシティー)から入手可能の白色鉱油、ドラケオール7(20.00部)を85℃に加熱し、1.28部のジエチルアミノエタノールをこの加熱したオイルに混合した。例示樹脂44の樹脂カットを含む水性混合物を、オイル/ジエチルアミノエタノール混合物と、85℃で、2インチの3葉プロペラミキサーを用いて、速度200から620rpmへと増加しながら混合した。生成したエマルジョンを85℃で15分間混合した後、混合を停止し、混合物を3分間放置した。次に生成した混合物を85℃、速度550rpmで10分間混合し、強制冷却した。強制冷却した生成物の分画量を取り、ソニックス&マテリアルズ社(コネチカット州ブリッジポート)より入手できるビブラセルTMソニケーターを用いて、5の設定で45秒間、音波処理した。音波処理をしないと、不透明かつ不安定なオイル/水エマルジョンが得られ、殆ど直ちに、相分離が始まった。一方、音波処理後は、不透明度の高い安定なオイル/水エマルジョンが得られた。音波処理後、1時間では相分離は、検知されなかったが、一晩放置すると、全混合物の25%を含む下層が生じた。
【0248】
例示オイルエマルジョン2
35.71部の水と例示樹脂44の固形分30.3%水性樹脂カット39.60部(アンモニアで83.9%中和)との混合物を25℃で混合した。別に、ドラケオール7(20.00部)を0.68部のジエチルアミノエタノールと混合した。例示樹脂44の樹脂カットを含む水性混合物を、25℃で、2インチの3葉プロペラミキサーを用いて、速度200から750rpmへと増加させて混合しながら、オイル/ジエチルアミノエタノール混合物へと徐々に加えた。添加を完了した後、混合物をさらに5分間混合した。次に混合物を5分間放置した。生成した混合物を25℃、速度600rpmで20分間混合した。混合を続行しながら、混合物は、ビブラセルTMソニケーターを用いて、5の設定で2分間、音波処理した。エマルジョンが薄まるにつれて、ミキサー速度を450rpmへと減少させた。音波処理をしないと、不透明な水/オイルエマルジョンが得られた。この水/オイルエマルジョンは、不安定で殆ど直ちに、相分離が始まった。一方、音波処理後は、不透明度が高く、低粘度で安定なオイル/水エマルジョンが得られた。音波処理数時間後に、僅かなクリーム化が見られ、混合を停止すると、全混合物の5%を含む下層が生じた。
【0249】
例示オイルエマルジョン3〜12
例示オイルエマルジョン3〜12は、以下の方法を用いて調製された。20部のドラケオール7およびジエチルアミノエタノール(DEAE)を25℃で混合した。加えたジエチルアミノエタノールの量は、樹脂カットが加えられた後、ポリマーに残る如何なる残余のカルボン酸官能基とも完全に反応させるのに十分であった。このように、使用されるジエチルアミノエタノールの量は、オイルエマルジョンごとに僅かに変化した。例示樹脂から調製された約30%の固体の水性樹脂カットを水と混合し、必要であれば、加温して溶液を澄明にした。次に、水性樹脂含有溶液を、30℃に冷却し、混合速度を200から600rpmに増加させながら、5分かけてオイル/ジエチルアミノエタノールに加えた。添加が完了したら、エマルジョンを750rpmで5分間混合した。攪拌を続けながら、このエマルジョンを、出力を5に設定したビブラセルTMソニケーターを用いて2分間音波処理した。ミキサー速度は、エマルジョンが薄まるにつれて750から400rpmに減少させた。一般に、エマルジョンは、音波処理が施されないと、粘性で不透明な水/オイルエマルジョンになることが判った。これらは、音波処理で不透明かつ低粘度のオイル/水エマルジョンに反転した。以下の表は、例示オイルエマルジョン3〜12の安定性と組成データを備える。
【表89】
【0250】
例示オイルエマルジョン13
例示樹脂上の全てのカルボン酸基を中和するのに十分な量である20部のカスターと0.57部のジエチルアミノエタノールとの混合物を、40℃でこの2つの成分を混合することによって作製した。例示樹脂44の固形分30.3%の水性樹脂カット33部と46.43部の水との混合物もまた作製した。次に、例示樹脂44の樹脂カットを含有する水性混合物を、オイル/ジエチルアミノエタノール混合物に、40℃で5分間以上、混合物を200から350rpmで攪拌しながら添加した。添加完了後、生成した混合物を8分間、350rpmで攪拌した。350rpmで混合を続行しながら、混合物は、ビブラセルTMソニケーターを用いて、5の出力設定で2分間、音波処理した。音波処理前、混合物は、半透明エマルジョンであった。音波処理後は、不透明で低粘度のオイル/水エマルジョンが得られた。14日後に、水分離が63%程度生じていたが、遊離オイル層は、見られなかった。
【0251】
例示オイルエマルジョン14
例示樹脂上の全てのカルボン酸基を中和するのに十分な量である20部のシリコーンオイルと0.57部のジエチルアミノエタノールとの混合物を、25℃でこの2つの成分を混合することによって作製した。例示樹脂44の固形分30.3%水性樹脂カット33部と46.43部の水との混合物もまた作製した。次に、例示樹脂44の樹脂カットを含有する水性混合物を、オイル/ジエチルアミノエタノール混合物に、25℃で6分間以上、混合物を200から600rpmで攪拌しながら添加した。添加完了後、生成した混合物を10分間、450rpmで攪拌した。450rpmで混合を続行しながら、混合物は、ビブラセルTMソニケーターを用いて、5の出力設定で2分間、音波処理した。音波処理前、混合物は、相反転を受けた半透明エマルジョンであった。音波処理後は、不透明で低粘度のオイル/水エマルジョンが得られた。14日後に、水分離が58%程度生じていたが、遊離オイル層は、見られなかった。
【0252】
例示オイルエマルジョン15〜20および従来のオイルエマルジョン1〜3
例示オイルエマルジョン15〜20および従来のオイルエマルジョン1〜3を次の手順を用いて調製した。25℃で、一定量のドラケオール7鉱油とジエチルアミノエタノール(DEAE)を混合した。添加されたジエチルアミノエタノールの量は、樹脂カットが添加された後にポリマー上に残っている何れのカルボン酸官能基にも完全に反応するのに十分な量であった。したがって、使用されたジエチルアミノエタノールの量は、オイルエマルジョンごとに僅かに変化した。例示のまたは従来の樹脂から調製された水性樹脂カットを、水と混合し、適宜加温して溶液を澄明にした。次に、水性樹脂含有溶液を、30℃に冷却し、一般的に混合速度を200から600rpmに増加させながら、5分かけてオイル/ジエチルアミノエタノールに加えた。添加が完了したら、エマルジョンを一般的に750rpmで5分間混合した。攪拌を続けながら、このエマルジョンを、出力を5に設定したビブラセルTMソニケーターを用いて2分間音波処理した。ミキサー速度は、エマルジョンが薄まるにつれて750から400rpmに減少させた。以下の表に、例示オイルエマルジョン3〜12および従来のオイルエマルジョン1〜3の安定性と組成データを示す。
【表90】
【0253】
例示オイルエマルジョン21
例示オイルエマルジョン21は、鉱油および24.7%の固形分と104%のカルボン酸基を中和するために添加された十分なアンモニアとを有する例示樹脂46から調製された樹脂カットにより調製された。例示オイルエマルジョン21は、20.27部の樹脂カット、15部の鉱油、および64.73部の水を360rpm、55℃で混合することによって調製された。鉱油を混合した後、攪拌混合物は、ビブラセルTMソニケーターを用いて出力5のレベルで、55〜58℃で2分間音波処理された。生成したエマルジョンを、さらに10分間、360rpmで攪拌し、氷浴中での浸漬により30℃まで強制冷却させた。
【0254】
反応混合物は、音波処理前は半透明で、音波処理後は、非常に滑らかで不透明な白色のオイル/水エマルジョンが得られた。
【0255】
例示ワックスエマルジョン1
エポレンE−15ワックス(24部)と例示樹脂2(12部)を完全に溶融し混合した。この溶融混合物に、ジエチルアミノエタノール(5部)を加えた。生成した混合物を98℃でよく攪拌しながら、59部の水に加えた。液体エマルジョンが生成したが、この高温のエマルジョンを速やかに室温まで冷却した。最終エマルジョンは、41.2パーセント固形分、pH9.4で、粘度15,000cpsを有する濃厚な黄褐色混合物であった。このエマルジョンは、塵や非分散材料を含まなかった。水を添加して、エマルジョン固形分を約30パーセントまで減少させると、より有用な粘度となった。
【0256】
例示ワックスエマルジョン2
例示ワックスエマルジョン1の方法を用いて、ワックスエマルジョンを調製した。例示樹脂2の代わりに例示樹脂4を使用した以外は、全ての量と条件は、同一であった。最終エマルジョンは、黄褐色でいくらか塵を含んでいた。最終エマルジョンは、40パーセント固形分、pH8.6で粘度が55cpsであった。時間の経過と共に、幾らかの分離が観察されたが、分離物質は容易に再分散した。
【0257】
例示ワックスエマルジョン3
17.5部のAC629、8.75部の例示樹脂2、3.5部のジエチルアミノエタノールおよび14部の水を容器に充填して、例示ワックスエマルジョン3を調製した。この混合物を約150℃で均一になるまで加熱混合し、この温度で約15分間保持した。約99℃、120psiで、残りの56.25部の水を加えた。この混合物を80psiの圧力下で10分間、500rpmで攪拌した。エマルジョンを強制冷却した。25.7パーセント固形分、pH9.5で、約15cpsの粘度を有する淡黄褐色のエマルジョンが得られた。このエマルジョンは安定であった。
【0258】
例示ワックスエマルジョン4〜23
例示樹脂40、41、51、44、39、47、48、49、50および52をそれぞれ用いて、例示ワックスエマルジョン4〜13を調製した。同様に例示樹脂40、41、51、44、39、47、48、49、50および52をそれぞれ用いて、例示ワックスエマルジョン14〜23を調製した。24部のAC−629ポリエチレンワックスを用いて、各例示ワックスエマルジョン4〜13を調製し、他方、20部のAC−629ポリエチレンワックスを用いて、例示ワックスエマルジョン14〜23を調製した。例示ワックスエマルジョン4〜13は、例示樹脂から作製された12部の例示樹脂カットを含み、33.3%の固形分とアンモニアで中和された83〜93%のカルボン酸基とを含んでおり、他方、例示ワックスエマルジョン14〜23は、同じ仕様で10部の例示樹脂カットを含んでいた。各例示ワックスエマルジョン4〜23には、水も含まれた。例示ワックスエマルジョン4〜13において、59部の水が使用され、他方、例示ワックスエマルジョン14〜23においては、65〜66部の水が使用された。ジエチルアミノエタノールもまた、例示ワックスエマルジョン4〜23の調製に使用された。例示ワックスエマルジョン4〜13の調製には、5部のDEAEが使用されたのに対し、例示ワックスエマルジョン14〜23の調製には、4〜5部のDEAEが使用された。
【0259】
例示ワックスエマルジョンは、AC−629ポリエチレンワックスと例示樹脂とを、140〜155℃で磁器製カセロール中、第1次溶融混合することによって調製された。生成した混合物中に、ジエチルアミノエタノールを混合した。次に、別途に水を反応容器中、98℃に加熱した。次いで、AC−629ポリエチレンワックス、ジエチルアミノエタノールおよび例示樹脂の混合物を500rpmで生成物を混合しながら徐々に添加した。添加完了後、生成混合物を88〜95℃、500rpmで15分間攪拌し、氷浴中での浸漬により30℃まで強制冷却した。各例示樹脂で、非常に良好なオイル/水エマルジョンが形成されたが、最良の結果が観察されたのは、例示ワックスエマルジョン14、17、19〜21、および23であった。
【0260】
例示ワックスエマルジョン24〜43および従来のワックスエマルジョン1〜4
同一の手順を用い、パラフィンワックスを使用して、例示ワックスエマルジョン24〜43および従来のワックスエマルジョン1〜4を形成した。例示ワックスエマルジョン24〜33および従来のワックスエマルジョン1〜2は、それぞれ例示樹脂39〜41、44、47〜52および従来の樹脂12および14から得られた樹脂カットを用いて形成した。同様に、例示ワックスエマルジョン34〜43および従来のワックスエマルジョン3〜4は、それぞれ例示樹脂39〜41、44、47〜52および従来の樹脂12および14から得られた樹脂カットを用いて調製したが、もう一方の例に用いた量とは異なった量を用いた。種々のエマルジョンを調製するのに用いられた樹脂カットは、30〜50%固形分を含んでいた。さらに、樹脂カット中のカルボン酸基の85〜90%がアンモニアで中和された。
【0261】
エマルジョンは、水(例示ワックスエマルジョン24〜33および従来のワックスエマルジョン1〜2では80部、例示ワックスエマルジョン34〜43および従来のワックスエマルジョン3〜4では60部)と樹脂カット(例示ワックスエマルジョン24〜33および従来のワックスエマルジョン1〜2では5部、例示ワックスエマルジョン34〜43および従来のワックスエマルジョン3〜4では10部)とを55℃、200rpmで混合しながら結合することにより調整した。生成した混合物に、60℃で同じ速度で混合を続けながら、パラフィンワックス(例示ワックスエマルジョン24〜33および従来のワックスエマルジョン1〜2では15部、例示ワックスエマルジョン34〜43および従来のワックスエマルジョン3〜4では30部)を加えた。ワックスの溶融後、生成混合物をさらに2〜3分間、400rpmで攪拌した。攪拌を続けながら、1/2インチ直径のプローブを装備したビブラセルTMソニケーターを用いて出力5に設定して2分間音波処理した。音波処理後、混合物をさらに10分間、65℃、400rpmで攪拌した後、氷浴での浸漬により30℃に強制冷却した。
【0262】
例示樹脂から得られた例示ワックスエマルジョン24〜43は、良好から優良のオイル/水エマルジョンとして特徴づけられた。混合物から樹脂カットを除外すると、エマルジョンは得られなかった。従来の樹脂14を用いて優良なエマルジョンが形成されたが、従来の樹脂12を用いた場合は、低品質のエマルジョンのみが得られた。
【0263】
例示ワックスエマルジョン44および従来ワックスエマルジョン5〜6
例示ワックスエマルジョン44および従来ワックスエマルジョン5〜6は、同一の一般的手法を用いて、カルナウバワックスを使用して調製された。例示ワックスエマルジョン44は、例示樹脂44から調製された樹脂カットを用いて調製され、この樹脂カットは、30.3%の固形分とアンモニアで中和された83.8%のカルボン酸基を有した。従来のワックスエマルジョン5および6は、それぞれ従来の樹脂12および14の樹脂カットを用いて調製した。例示ワックスエマルジョン44および従来ワックスエマルジョン5および6は、16.5部の樹脂カット、15.0部のカルナウバワックス、および68.50部の水を87〜90℃、360rpmで混合することにより調製した。カルナウバワックスの溶融後、攪拌混合物を、ビブラセルTMソニケーターを用いて出力5にて86〜90℃で3分間音波処理した。攪拌を86〜90℃、360rpmで10分間続けて、混合物を氷浴での浸漬により30℃に強制冷却した。
【0264】
音波処理前に、溶融ワックスのビーズが、水性媒質中に観察された。音波処理後、不透明なエマルジョンが得られた。生成物は、僅かな粒状性を示すかなり滑らかでかつ不透明なオイル/水エマルジョンであった。1日後、1%だけ下層の水層が見られた。
【0265】
例示ワックスエマルジョン45
例示ワックスエマルジョン45は、カルナウバワックスと例示樹脂45から調製された樹脂カットとを用いて調製され、この樹脂カットは、30.3%の固形分とアンモニアで中和された83.8%のカルボン酸基とを有していた。例示ワックスエマルジョン45は、20.83部の樹脂カット、15.0部のカルナウバワックスおよび64.17部の水を87〜90℃、360rpmで混合することにより調製した。カルナウバワックスの溶融後、攪拌混合物を、ビブラセルTMソニケーターを用いて出力5にて86〜90℃で3分間音波処理した。攪拌を86〜90℃、360rpmで10分間続けて、混合物を氷浴での浸漬により30℃に強制冷却した。
【0266】
音波処理前に、溶融ワックスのビーズが、水性媒質中に観察された。音波処理後、かなり滑らかでかつ不透明なオイル/水エマルジョンが得られた。
【0267】
例示ワックスエマルジョン46
例示ワックスエマルジョン46は、カルナウバワックスと例示樹脂46から調製された樹脂カットとを用いて調製され、この樹脂カットは、24.7%の固形分と、アンモニアを十分に加えて中和された104%のカルボン酸基とを有した。例示ワックスエマルジョン46は、20.27部の樹脂カット、15部のカルナウバワックスおよび64.73部の水を72℃、360rpmで混合することにより調製した。このワックスの溶融後、攪拌混合物を、ビブラセルTMソニケーターを用いて出力5にて61〜65℃で2分間音波処理した。生じたエマルジョンを65〜67℃、360rpmで10分間続けて、混合物を氷浴での浸漬により30℃に強制冷却した。
【0268】
反応混合物は、音波処理前には半透明であり、音波処理後、かなり滑らかでかつ不透明な白色オイル/水エマルジョンが観察された。
【0269】
樹脂支持エマルジョンポリマー類の調製
樹脂支持エマルジョンポリマー類は、35から55の全重量パーセントの固形レベルで調製される。樹脂支持エマルジョンポリマーを調製する際に、最終エマルジョンポリマー固体の約5から約50パーセントを構成する樹脂を作製するために、樹脂カットとして十分な樹脂を反応フラスコに加える。最終エマルジョンポリマーの約0から約5重量パーセントの範囲の1種以上の従来の界面活性剤を、反応の始めにまたはモノマーと共に反応フラスコに加えてもよい。樹脂支持エマルジョンに用いられる代表的な従来の界面活性剤は、アニオン性または非イオン性界面活性剤である。最終エマルジョンポリマーの所望の重量パーセント固体を調整するために、追加の水を加える。樹脂、従来の界面活性剤および水の混合物を約70℃から約90℃に加熱する。フリーラジカル開始剤を加熱した樹脂/従来界面活性剤の混合物に加える。開始剤は、エマルジョンポリマーを形成するために加えられたモノマーの一般的に約0.4%から約1.3重量パーセントである。
【0270】
一般に、過流酸アンモニウムまたは過流酸カリウムなどの過流酸塩が、フリーラジカル開始剤として使用されるが、他の水溶性フリーラジカル開始剤もまた使用してもよい。次にモノマーを反応混合物に加える。モノマーは、最終エマルジョンポリマー固体の約50から約95パーセントを構成する。少量の約5から約15重量パーセントのモノマーを、予め加える開始剤の添加前に添加してもよい。広範なエチレン不飽和モノマー類およびその種々の組合せを使用できる。一般に、モノマーは、過流酸塩が開始剤として使用される場合、70℃から90℃の温度で約25分から3時間の時間をかけて樹脂カットに加えられる。他のタイプの開始剤が使用される場合、他の温度および添加時間が有用で有り得る。モノマーの仕込みが終了後、追加の開始剤が添加されて、ラテックスは、モノマー濃度を極めて低レベルに減少させるための十分な時間、反応温度を維持する必要がある。ラテックスが冷却されてから、通常保存剤が加えられる。
【表91】
【表92】
【0271】
粒径および表面張力の測定
粒径測定は、pHが適合した脱イオン水で10〜21%(w/w)に希釈された樹脂溶液で実施された。溶液の濃度は、ミネソタ州ミネアポリスのハニーウェルからのマイクロトラックUPA装置で測定するのに好適な散乱光の強度値となる最低濃度が選ばれた。クリュウスUSA(ノースカロライナ州シャーロット)から入手できるクリュウスK12表面張力計は、pHが適合した脱イオン水で作られた2%(w/w)樹脂溶液の表面張力を測定するために使用された。表面張力濃度プロフィルは、クリュウスUSA(ノースカロライナ州シャーロット)から入手できるクリュウス122ソフトウェアプログラムを用いて、クリュウス表面張力計およびメトローム(スイス国ヘリソウ)から入手できる1対の自動665ドシマ−ト(Dosimat)ビューレットを制御することにより、自動モードで作成された。これらの実験結果は、表96に表示される。
【表93】
【0272】
図8〜11に図解されたデータは、種々の材料の水溶液で測定を実施することにより得られた。上記に用いた同じ装置はまた、表面張力値を得るために用いられた。図8に関して、温度は25℃に維持され、測定は、平衡に達した後に図示の各濃度で行われた。図9〜11において、2%水溶液は、材料を標識量で脱イオン水に溶解することにより形成された。次に、種々の界面活性剤の表面張力は、上記のように温度の関数として測定された。
【0273】
本発明の好ましい実施形態をほんの2、3記載したが、通常の当業者らは、実施態様が本発明の中心的な精神および範囲を逸脱することなく修正、変更できることを理解されよう。すなわち、上記の好ましい実施態様は、全ての点で例示的かつ、非限定的なものと見なすべきであり、本発明の範囲は、前記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の均等物の意味および範囲に含まれる全ての変更が包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のポリマー製造ラインの一部の概略図である。
【図2】 従来樹脂および例示樹脂についてのpH範囲8.0から8.5における25℃での樹脂の種類とカット粘度の関係を示す図である。
【図3】 ほぼ同等のMwおよび酸価の従来樹脂および例示樹脂についてのpH範囲8.3から8.8における25℃での樹脂の種類とカット粘度の関係を示す図である。
【図4】 水性溶媒中で低溶液粘度を示す改質ポリマーを得るために、エチレン性不飽和酸官能基を有するモノマーのラジカルによって開始される重合化における、脂肪族アルカノール(1−テトラデカノールおよび1−ドコサノール)およびジエチレングリコールモノエチルエーテルの対応するエステルへの変換率の比較図である。
【図5】 固形物含量48.3%での種々のレジンカット水溶液の25℃での粘度および、粘度とアルカノール中の炭素数との関係を示す図である。
【図6】 固形物含量30.5%での種々のレジンカットの25℃での粘度および、粘度とアルカノール中の炭素数との関係を示す図である。
【図7】 本発明の方法を使用してエチレン性不飽和酸官能性モノマーの重合によって形成したポリマーへの、一定温度における種々の直鎖および枝分かれ鎖アルカノールの相対的取り込みを示す図である。
【図8】 種々の濃度における、例示樹脂39および40ならびに、従来樹脂6および3M Corporation(ミネアポリス、ミネソタ)製フッ素系界面活性剤商標であるFC−120の水溶液の表面張力の比較図である。
【図9】 種々の温度における、例示樹脂2、3、および43、従来樹脂4〜6、および16、およびラウリル硫酸ナトリウムの2%水溶液および水の表面張力の比較図である。
【図10】 種々の温度における、例示樹脂2、3、および43、従来樹脂4〜6、および16、およびラウリル硫酸ナトリウムの2%水溶液の表面張力の比較図である。
【図11】 種々の温度における、例示樹脂2、3、および43、従来樹脂4〜6、および16、およびラウリル硫酸ナトリウムの2%水溶液の表面圧力(水の表面張力−溶液の表面張力)の比較図である。
Claims (23)
- (a)(i)少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーと(ii)Rが11個より多い炭素原子を有する直鎖または枝分かれ鎖アルキル部分である式ROHを有する少なくとも1種のアルカノールとを反応領域に連続投入すること、
(b)前記反応領域におけるモノマーの滞留時間を60分未満とするのに十分な反応領域通過流速を維持すること、および
(c)重合した前記エチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとして少なくとも一部の前記アルカノールを取り込んだポリマー製品を製造するのに十分な反応領域温度を維持することを含む、連続バルク重合およびエステル化方法。 - 前記アルカノールが前記エチレン性不飽和モノマーの総モル量の25モルパーセントまでの量で反応領域に存在するとき、当該連続バルク重合およびエステル化方法による前記ポリマー製品が当該アルカノールの量の少なくとも80パーセントの量を前記エチレン性不飽和酸官能性モノマーのエステルとして取り込む、請求項1に記載の連続バルク重合およびエステル化方法。
- (a)がさらに、芳香族エチレン性不飽和モノマー、アクリル酸C1−C8アルキルモノマー、メタクリル酸C1−C8アルキルモノマーおよび非芳香族エチレン性不飽和ビニルモノマーから成る群から選択された少なくとも1種の追加モノマーを連続投入することを含む、請求項1に記載の連続バルク重合およびエステル化方法。
- 前記アルカノールが少なくとも2種の異なるアルカノールを含む、請求項1に記載の連続バルク重合およびエステル化方法。
- 前記ポリマー製品が、前記アルコールは用いないことを除いて前記連続バルク重合及びエステル化方法と同じ方法で製造されたポリマー製品の溶液若しくは分散液粘度の50パーセント未満である溶液若しくは分散液粘度を有する、請求項1に記載の連続バルク重合およびエステル化方法。
- (a)がさらに、前記モノマーの合計に対するモル比が0.0005:1から0.06:1になる量で重合開始剤を前記反応領域に連続投入することを含む、請求項1に記載の連続バルク重合およびエステル化方法。
- (b)がさらに、前記反応領域における前記モノマーの滞留時間を30分未満とするのに十分な前記反応領域の通過流速を維持することを含む、請求項1に記載の連続バルク重合およびエステル化方法。
- 前記反応領域の温度を180℃から270℃に維持する、請求項1に記載の連続バルク重合およびエステル化方法。
- 前記ポリマー製品が10から740の範囲の酸価を有する、請求項1に記載の連続バルク重合およびエステル化方法。
- (a)ポリオレフィン樹脂および請求項1に記載のバルク重合およびエステル化方法によって製造したポリマー製品を組合わせて混合すること、
(b)塩基を前記(a)の組合せと混合すること、および
(c)前記の一緒にした塩基、樹脂およびポリマー製品を水と混合することを含む、ポリオレフィン樹脂エマルジョンの調製方法。 - 請求項10に従って調製したエマルジョン。
- ワックスを請求項1に記載したバルク重合およびエステル化方法によって製造したポリマー製品と水性媒質中で混合しそして界面活性剤を加えることを含む、ワックス分散液の調製方法。
- (a)油脂および請求項1に記載の連続バルク重合およびエステル化方法によって製造されたポリマー製品の混合物を加熱すること、
(b)塩基と前記油脂およびポリマー製品の加熱混合物を混合すること、および
(c)水と前記(b)の成分を混合することを含む、油脂エマルジョンの調製方法。 - 請求項13に記載の方法に従って調製された油脂エマルジョン。
- (a)請求項1に記載の連続バルク重合およびエステル化方法によって製造されたポリマー製品の樹脂溶融物を大気圧以上で操作される反応容器中に供給すること、
(b)塩基および水を前記反応容器に投入すること、
(c)油脂およびワックスから成る群から選択された化合物を前記樹脂溶融物に分散させること、および
(d)前記反応容器にさらに水を投入することを含む、水性媒質中で化合物を安定化する方法。 - (a)請求項1に記載の連続バルク重合およびエステル化方法によって製造されたポリマー製品、
(b)エマルジョンポリマー、および
(c)パラフィンワックスエマルジョンを含む、バリアー塗料。 - (a)少なくとも1種のエチレン性不飽和酸官能性モノマーおよびRが12から50個の炭素原子を有する直鎖または枝分かれ鎖アルキル部分である式ROHを有する少なくとも1種のアルカノールを反応領域に連続投与すること、
(b)前記反応領域における滞留時間を60分未満とするのに十分な反応領域通過流速を維持すること、および
(c)ポリマー製品を製造するのに十分な反応領域温度を維持することを含み、アルカリ性水性媒体中連続バルク重合及びエステル化方法のポリマー製品の固形物総重量30.5%及びpH7.7乃至8.2及び25℃の水性溶液若しくは分散液が、連続バルク重合及びエステル化方法は用いるがアルコールは用いないで製造されたポリマー製品の固形物総重量30.5%及びpH7.8の水性溶液若しくは分散液の25℃における粘度の50%未満である粘度を有していることを特徴とする、連続バルク重合およびエステル化方法。 - A.請求項1に記載の方法により製造された第一のポリマー製品と
B.水と
からなる組成物であって、該第一のポリマー製品の固形物総重量30.5%及びpH7.8及び25℃の水性溶液若しくは分散液が、該第一のポリマー製品の製造に用いられたエチレン性不飽和酸官能性モノマーのアルキルエステルを含まないことを除いては該第一のポリマー製品と同じものである第二のポリマー製品の固形物総重量30.5%及びpH7.7乃至8.2の水性溶液若しくは分散液の25℃における粘度の50パーセント未満の粘度を有する、第一のポリマー製品と水とからなる組成物。 - (a)油脂、
(b)塩基、及び
(c)請求項18に記載の組成物を含む、油脂エマルジョン。 - (a)水性顔料分散液、および
(b)請求項18に記載の組成物を含む、水性顔料分散液。 - (a)水性塗料、および
(b)請求項18に記載の組成物を含む、水性塗料。 - 請求項18に記載した組成物を含む界面活性剤。
- さらに
(a) 乳化ポリマー、及び
(b) パラフィンワックス乳濁液
を含む、バリアコート中の請求項18記載の組成物の使用。
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