JP4703264B2 - 熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物、およびそれを用いた紙又は繊維処理剤 - Google Patents

熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物、およびそれを用いた紙又は繊維処理剤 Download PDF

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Description

本発明は、塗料、接着剤、粘着剤、紙処理剤及び繊維処理剤等に利用できる熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物に関する。
近年、省資源及び環境保全の見地から有機溶剤を含まない水性樹脂に関心が向けられている。特にポリマーエマルジョンは、乾燥性に優れ、不揮発分を高くしても低粘度化が可能であるため、水性樹脂として、塗料、接着剤、粘着剤、紙処理剤及び繊維処理剤等に広く使用されている。しかしながらポリマーエマルジョンには、エマルジョン粒子を安定に分散させるために、比較的多量の分散安定剤が用いられており、そのため乾燥皮膜は耐水性が劣り、性能が不十分になる傾向がある。この傾向は、塗料、接着剤、粘着剤、紙処理剤及び繊維処理剤として用いた場合に特に問題となる。この問題を解決するために、エマルジョンのポリマー分子中に官能基を導入し、該官能基を利用して熱架橋反応を行なうことにより耐水性等を改善した熱架橋型合成樹脂水性エマルジョンを得る方法が多数提案されている。
熱架橋型合成樹脂水性エマルジョンとしては、公知の技術として、例えばN−メチロール(メタ)アクリルアミド等の加熱縮合反応性官能基を有する重合性単量体を用いたものがある。この熱架橋型合成樹脂水性エマルジョンを紙処理剤及び繊維処理剤として使用すると、得られた紙は耐水性に優れ、また得られた繊維は非常に柔らかくなる。
しかしながら、これらの加熱縮合反応性官能基は、熱エネルギーを与えると、ホルムアルデヒドを放出することでさらに架橋が進行することが知られており、これが問題となる。すなわち、ホルムアルデヒドは刺激臭のある無色の気体であるだけでなく、発ガン性物質として知られており、例えば、繊維処理工程での作業環境だけでなく、製品として使用時に消費者にまで影響が及ぶことを考慮して、近年、安全性指向の高まりと共に、発ガン性のホルムアルデヒドを発生する物質の使用に対する規制や自粛が強化される傾向にある。
これらの問題から、前記のN−メチロール化合物による熱架橋型エマルジョンに代えて、水酸基を有する水溶性高分子とその架橋剤として、ポリカルボン酸とリンのオキソ酸の塩を用いた架橋性組成物が提案されている(特許文献1参照)。
この架橋性組成物によれば、水酸基を有する水溶性高分子として、例えばポリビニルアルコール(PVA)等を用いた場合、ホルムアルデヒドを放出せずに架橋が進行する。しかしながら、水溶性高分子水溶液を高不揮発分化すると、水溶液粘度が著しく上昇し、作業性が低下することとなり、利用分野によっては、大きな障害となる。
特開平7−102110号公報
本発明はこのような状況に鑑み、ホルムアルデヒドを放出せず、熱架橋性を有し、紙処理剤及び繊維処理剤として使用すると、得られた紙は優れた耐水性を有し、また得られた繊維は柔軟性に富む熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物、および紙又は繊維処理剤の提供を目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明者らは鋭意研究した結果、従来のN−メチロール(メタ)アクリルアミド等のN−メチロール化合物の熱架橋剤に代えて、カルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基を含有する合成樹脂水性エマルジョンに、ポリカルボン酸を配合することで上記課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明は、
(1)カルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基を有する合成樹脂水性エマルジョンと1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸とを含有してなり、
前記合成樹脂水性エマルジョンが、カルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基を有する不飽和単量体(A)と該(A)成分と共重合可能な不飽和単量体(B)とを乳化重合させた重合体のエマルジョンであって、かつ該(A)成分と該(B)成分との合計量中の該(A)成分の量が0.5〜50質量%であり、
前記1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸の含有量が、前記合成樹脂水性エマルジョン中の合成樹脂成分100質量部に対し1〜100質量部である熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物、
(2)前記合成樹脂水性エマルジョンが、前記(A)成分と前記(B)成分と共に、界面活性剤存在下に乳化重合させた重合体のエマルジョンである上記(1)に記載の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物、
(3)前記カルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基が、エポキシ基、水酸基、カルボジイミド基、アジリジン基、オキサゾリン基及びシクロカーボネート基から選ばれる少なくとも1基である上記(1)又は(2)に記載の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物、
(4)前記(B)成分が、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、アクリロニトリル、スチレン、スチレン誘導体、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、ブチレン及びイソブチレンから選ばれる少なくとも1種である上記(1)〜(3)のいずれかに記載の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物、及び
(5)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物を用いた紙又は繊維処理剤
を提供するものである。
本発明によれば、カルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基を有する水性分散液とポリカルボン酸とを含有した熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物としているので、環境、健康への悪影響が懸念される有害物質の発生の問題がなく、これを紙処理剤及び繊維処理剤として使用すると、耐水性に優れた紙が得られ、かつ柔らかい繊維を得ることができる。
なお、繊維処理剤は、処理後の繊維に耐水性、柔軟性、易乾燥性、ノーアイロン性、防しわ性を発現させる為のものであるが、本発明によれば柔軟性を更に向上させることができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物ではカルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基を有する合成樹脂水性エマルジョンを用いるが、この合成樹脂水性エマルジョンはカルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基を有する不飽和単量体(A)を、単独で、または該不飽和単量体(A)と共重合可能な不飽和単量体(B)と共に、界面活性剤の存在下に乳化重合させた重合体のエマルジョンであるのが好ましい。
ここで、カルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基としては、エポキシ基、水酸基、カルボジイミド基、アジリジン基、オキサゾリン基、シクロカーボネート基が挙げられる。好ましくはエポキシ基あるいは水酸基である。カルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基を有する不飽和単量体(A)は、これらの基を1分子中に少なくとも1個有する不飽和単量体
1分子中に少なくとも1個のエポキシ基を有する不飽和単量体として、例えば、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、メチルグリシジルアクリレート、メチルグリシジルメタクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレートなどが挙げられる。好ましくはグリシジルメタクリレートである。
また、1分子中に少なくとも1個の水酸基を有する不飽和単量体として、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、ポリテトラメチレングリコールモノアクリレート、ポリエチレングリコールポリテトラメチレングリコールモノアクリレート、ポリプロピレングリコールポリテトラメチレングリコールモノアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、ポリテトラメチレングリコールモノメタクリレート、ポリエチレングリコールポリテトラメチレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールポリテトラメチレングリコールモノメタクリレート等が挙げられる。好ましくはヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレートである。
これらのカルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基を有する不飽和単量体(A)は単独であるいは二種以上を組み合わせて使用することができる。
(A)成分と共重合可能な不飽和単量体(B)としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、アクリロニトリル、スチレン、スチレン誘導体、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等を使用することができる。これら不飽和単量体は、単独であるいは組み合わせて使用することができる。本発明の水性エマルジョンのガラス転移温度は、特に制限されない。
合成樹脂水性エマルジョンを製造する際のカルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基を含有する不飽和単量体(A)の配合量は、(A)成分と(B)成分との合計量中、0.1〜100質量%の範囲が好ましく、特に0.5〜50質量%の範囲が好ましい。
配合量が0.1質量%未満の場合には熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物の架橋反応性(硬化性)が低下して、紙処理剤に用いた場合、紙の耐水性が不十分となるおそれがある。
合成樹脂水性エマルジョンは、(A)成分と(B)成分とを界面活性剤の存在下で乳化重合して得られる。界面活性剤としては、一般に市販されているアニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤及び共重合性乳化剤が使用できる。また、これらの界面活性剤は、単独であるいは二種以上を組み合わせて使用することができる。本発明の水性エマルジョンの界面活性剤量は、特に制限されない。
乳化重合においては、重合開始剤を使用するのが好ましく、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、過酸化水素、アゾ系化合物等が使用される。また、これらと還元剤の併用によるレドックス系開始剤を使用することもできる。
乳化重合法としては、一括して仕込み重合する方法、各成分を連続供給しながら重合する方法などが適用できる。重合は通常30〜85℃の温度で攪拌下に行われる。
本発明の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物において使用されるポリカルボン酸は、1分子中に2個以上のカルボキシル基を有する有機化合物である。そのようなポリカルボン酸としては、例えば、各種の直鎖状脂肪族ポリカルボン酸、分岐状脂肪族ポリカルボン酸、脂環族ポリカルボン酸、芳香族ポリカルボン酸等が使用できる。それらのポリカルボン酸は水酸基、ハロゲン基、カルボニル基、炭素−炭素二重結合等を有していてもよく、またアミノ酸であってもよい。
なお、ポリカルボン酸に代えて、1分子中に1個のカルボキシル基を有する不飽和単量体のホモポリマー、例えば(メタ)アクリル酸ホモポリマー等を使用し、繊維処理剤に用いた場合、得られた繊維は非常に硬くなり、風合いに不具合が発生するため、使用できない。即ち、このようなポリマーは、本発明でいうポリカルボン酸に該当しないものである。
さらにポリカルボン酸は水溶性であっても、水不溶あるいは難溶性であってもよいが、反応性および作業性の点で水溶性のものがより好ましい。
ポリカルボン酸の例としては、具体的には、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバチン酸等の直鎖状脂肪族ポリカルボン酸、これらの酸の分岐状脂肪族ポリカルボン酸;イタコン酸、マレイン酸、フマル酸等の不飽和二塩基酸、ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ナジック酸等の脂環族二塩基酸;トリカルバリル酸、アコニチン酸、メチルシクロヘキセントリカルボン酸等の三塩基酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸、全シス−1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸、テトラヒドロフランテトラカルボン酸、メチルテトラヒドロフタル酸とマレイン酸の塩付加物等の四塩基酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸等のヒドロキシ脂肪酸、o−、m−またはp−フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸等の芳香族ポリカルボン酸、シトラコン酸、トランス−アコニット酸、オキシジコハク酸及びチオジコハク酸等が例示できる。これらのうち好ましいポリカルボン酸は1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸、イタコン酸である。
本発明の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物中のポリカルボン酸の含有量としては、合成樹脂水性エマルジョン中の合成樹脂成分、例えば、前記の(A)成分と(B)成分とから得られた合成樹脂水性エマルジョンである場合は(A)成分と(B)成分との合計量、100質量部に対し、1〜100質量部の範囲が好ましく、特に10〜50質量部の範囲が好ましい。含有量が1質量部未満の場合には熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物の架橋反応性(硬化性)が低下し、紙処理剤に用いた場合、紙の耐水性が不十分となるおそれがある。一方100質量部を越える場合にはポリマーエマルジョンの貯蔵安定性が悪くなり、短期間で硬化が進み使用不可能となるおそれがある。
本発明の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物を処理剤として使用するのに好適な紙又は繊維は、紙はパルプセルロースからなる汎用の紙類、繊維は
綿、亜麻、黄麻、大麻、ラミー及び再生繊維セルロース、レーヨン等のセルロース繊維、ポリビニルアルコール系合成繊維等を30%程度以上含むものである。
また、繊維処理剤として使用する場合、繊維の形態は、短繊維(ファイバー)、リンター、ロービング、スライバー、ヤーン、織物、編物、不織布等何れの形態であっても適用することができる。
以下実施例によって本発明を更に説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。なお、例中の「部」は質量部を示す。
なお、実施例、比較例及び参考例で得られた熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物の物性試験及び評価は以下の通りに行った。
濾紙強度
得られた合成樹脂水性エマルジョン組成物を10質量%に希釈し、濾紙(東洋濾紙社製:分析用定性濾紙No.2)に25g/m2(固形分含浸量)含浸させ、110℃にて10分間乾燥した。こうして、得られた濾紙をオーブンにて150℃で5分間熱処理した。その処理後の濾紙の引張り強度を常態濾紙強度とし、23℃の水中に10分間浸漬した後の濾紙の引張り強度を湿潤濾紙強度として測定した。(引張り速度;200mm/分、試験片サイズ;25×100mm、チャック間距離;50mm)
剛軟性
得られた合成樹脂水性エマルジョン組成物を10質量%に希釈し、綿試験布(綿金巾3号)に20〜30g/m2(固形分含浸量)含浸させ、ピンテンターにて130℃で5分間処理した後、JIS L1096 6.19剛軟性 E法(ハンドルオメーター法)に準じて、剛軟性を測定した。
実施例1
撹拌機、温度計、窒素導入管、還流冷却器、滴下ロートを取り付けた五つ口セパラブルフラスコに、イオン交換水を100部およびアニオン性界面活性剤ニューレックスR(商品名:日本油脂社製 ノルマルドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)を1部仕込み55℃まで昇温した。
一方、1リットルビーカーにイオン交換水150部およびニューレックスR2部、(A)成分としてグリシジルメタクリレート6部((A)および(B)成分の合計量中2.3質量%)、(B)成分として、エチルアクリレート193部およびブチルアクリレート62部を仕込み、ホモミキサーで乳化し、混合乳化液をつくった。
上記のフラスコに、過硫酸カリウムを0.3部および重亜硫酸ナトリウム0.3部を仕込んだ後、上記の混合乳化液と3質量%過硫酸カリウム水溶液18部および3質量%重亜硫酸ナトリウム20部をそれぞれ3時間かけてロートから滴下して乳化重合を行った。この間容器内は65℃に保った。滴下終了後、1時間、65℃に保ち、熟成を行った。その後冷却を開始し、30℃まで冷却後、ポリカルボン酸類として、1,2,3,4,−ブタンテトラカルボン酸(以下単に「ブタンテトラカルボン酸」と表記する場合がある。)の10質量%水溶液を530部(ブタンテトラカルボン酸として53部、(A)および(B)成分の合計量100部に対し20.3部)を添加した。得られた熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物の不揮発分(固形分)は30質量%であった。
実施例2
ポリカルボン酸としてのブタンテトラカルボン酸10%水溶液の量を2120部(ブタンテトラカルボン酸として212部、(A)および(B)成分の合計量100部に対し81.2部)に変更した以外は、実施例1と同様に実施し、得られた熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表1の結果を得た。
実施例3
(A)成分としてのグリシジルメタクリレートの量を120部((A)および(B)成分の合計中32.0質量%)に変更した以外は、実施例1と同様に実施し、得られた熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表1の結果を得た。
実施例4
(A)成分としてのグリシジルメタクリレートの量を192部((A)および(B)成分の合計量中43.0質量%)に変更した以外は、実施例1と同様に実施し、得られた熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表1の結果を得た。
実施例5
(A)成分として、ヒドロキシエチルメタクリレートを用い、ヒドロキシエチルメタクリレートの量を12部((A)および(B)成分の合計量中5質量%)とし、さらにポリカルボン酸としてのブタンテトラカルボン酸10%水溶液の量を1060部(質量%ブタンテトラカルボン酸として106部、(A)および(B)成分の合計100部に対し40部)に変更した以外は、実施例1と同様に実施し、得られた熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表1の結果を得た。
実施例6
(A)成分として、グリシジルメタクリレートおよびヒドロキシエチルメタクリレートを用い、グリシジルメタクリレートの量を3部((A)および(B)成分の合計量中1.1質量%)およびヒドロキシエチルメタクリレートの量を6部((A)および(B)成分の合計量中2.3質量%)とし、さらにポリカルボン酸としてのブタンテトラカルボン酸10%水溶液の量を530部(ブタンテトラカルボン酸として53部、(A)および(B)成分の合計量100部に対し20部)に変更した以外は、実施例1と同様に実施し、得られた熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表1の結果を得た。
参考例1
ポリカルボン酸として、ブタンテトラカルボン酸10%水溶液に変えて、イタコン酸10%水溶液を使用した以外は、実施例1と同様に実施し、得られた熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表1の結果を得た。
参考例2
(A)成分としてのグリシジルメタクリレートの量を261部、(B)成分を0部((A)および(B)成分の合計中100質量%)に変更した以外は、実施例1と同様に実施し、得られた熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表1の結果を得た。
比較例1
(A)成分を使用しない以外は、実施例と同様に実施し、得られた合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表2の結果を得た。
比較例2
(A)成分として、グリシジルメタクリレートを192部((A)および(B)成分の合計量中43.0質量%)使用し、さらにポリカルボン酸を使用しない以外は、実施例1と同様に実施し、得られた合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表2の結果を得た。
比較例3
(A)成分として、ヒドロキシエチルメタクリレートを12部((A)および(B)成分の合計量中5質量%)使用し、さらにポリカルボン酸を使用しない以外は、実施例1と同様に実施し、得られた合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表2の結果を得た。
比較例4
ポリカルボン酸として、ブタンテトラカルボン酸に変えてポリゾールGX−10(昭和高分子社製、アクリル酸ホモポリマー10%水溶液、重量平均分子量210000、粘度100mPa・s)を使用した以外は、実施例1と同様に実施し、得られた合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表2の結果を得た。
比較例5
(A)成分として、N−メチロールアクリルアミドを6部((A)および(B)成分の合計量中2.3質量%)使用し、ポリカルボン酸を使用しない以外は、実施例1と同様に実施し、得られた合成樹脂水性エマルジョン組成物のテストを行い、表2の結果を得た。
Figure 0004703264
Figure 0004703264

Claims (5)

  1. カルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基を有する合成樹脂水性エマルジョンと1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸とを含有してなり、
    前記合成樹脂水性エマルジョンが、カルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基を有する不飽和単量体(A)と該(A)成分と共重合可能な不飽和単量体(B)とを乳化重合させた重合体のエマルジョンであって、かつ該(A)成分と該(B)成分との合計量中の該(A)成分の量が0.5〜50質量%であり、
    前記1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸の含有量が、前記合成樹脂水性エマルジョン中の合成樹脂成分100質量部に対し1〜100質量部である熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物。
  2. 前記合成樹脂水性エマルジョンが、前記(A)成分と前記(B)成分と共に、界面活性剤存在下に乳化重合させた重合体のエマルジョンである請求項1に記載の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物。
  3. 前記カルボキシル基と熱架橋反応し得る官能基が、エポキシ基、水酸基、カルボジイミド基、アジリジン基、オキサゾリン基及びシクロカーボネート基から選ばれる少なくとも1基である請求項1又は2に記載の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物。
  4. 前記(B)成分が、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、アクリロニトリル、スチレン、スチレン誘導体、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、ブチレン及びイソブチレンから選ばれる少なくとも1種である請求項1〜3のいずれかに記載の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の熱架橋型合成樹脂水性エマルジョン組成物を用いた紙又は繊維処理剤。
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