JP4732710B2 - 粘着付与剤樹脂エマルションの製造方法 - Google Patents
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- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
Description
特に、近年は、シックハウス症候群などのVOCの問題、作業衛生面や安全性などの観点から、従来の溶剤型粘着剤は環境に優しい水系エマルション型のものに大きく転換されつつある。また、粘着剤に求められる性能も高度化し、被着体として多用されるポリオレフィンなどの非極性プラスチックに対する粘着力の向上や、耐熱性を付与する見地から、ロジン系樹脂などの粘着付与剤樹脂の中でも特に高軟化点樹脂の使用が一般的になっている。
上記特許文献1には、ポリオレフィン基材の特に曲面に対する密着性などを改善することを目的として、ベースポリマーとしてのアクリル系重合体エマルションと、ロジン変性フェノール樹脂や重合ロジンの多価アルコールエステルなどから選ばれ、且つ、110〜150℃の高軟化点を有する粘着付与剤樹脂のエマルションとを配合した水性粘着剤組成物が開示されている(特許請求の範囲、第2頁右上欄参照)。
当該文献1の実施例では、高軟化点樹脂をエマルション化する方法として、トルエンに溶解した後に乳化剤水溶液を添加し、高圧乳化機でエマルション化してから溶剤を除去する方法が行われているが(第4頁の実施例1参照)、この方法では完全に溶剤を取り除くことが困難であり、上記VOCや環境保全の問題を解消できない。
この粘着剤は、上記特許文献1とは異なり、有機溶剤を使用しないで粘着性付与のための高軟化点樹脂を水性媒体中で重合するものであり、環境保全などには有効であるが、デヒドロアビエチン酸量が低減するとポリマーの重合度が低下する問題があり、使用できる粘着付与剤樹脂が制限されてしまう。
上記特許文献3には、塊状重合により得られた高分子量アクリル系重合体であって、アクリル酸、アクリル酸アルキルエステル等のアクリル酸系単量体単位を主成分とし、架橋性官能基を所定割合で有し、且つ、数平均分子量、ガラス転移温度並びに分子量分布(Mw/Mn)を特定化することにより、界面活性剤を含まず、重合体組成の制限が少なく、平均分子量付近の成分の量が多くて、凝集性、耐水性、耐熱性などに優れる感圧接着剤が開示されている(請求項4〜5、段落39〜41参照)。この場合、上記高分子量アクリル系重合体の数平均分子量は、請求項1では1万〜100万である。また、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、石油系樹脂などの粘着付与剤樹脂を配合可能なことが開示されている(段落19参照)。
この点を詳述すると、高軟化点樹脂を転相乳化法で乳化するには、軟化点以上の温度で樹脂を保持し、液状化させる必要があり、その際、安定して転相乳化させるために、樹脂の軟化点より約30〜50℃以上に加温させることが一般に行われている。
その一方、当該転相乳化は、溶融した樹脂中に任意の乳化剤を溶かし込んでおき、水(一般的には温水)を徐々に滴下していき、W/O(油中水)型エマルションからO/W(水中油)型エマルションに相反転させることを基本原理とするため、いうまでもなく、滴下する水が沸騰することを抑制する必要があり、樹脂温度が100℃(厳密にいうと90℃程度)以上になるような場合には、反応容器を加圧する必要がある。
従って、例えば、樹脂軟化点が120℃であれば反応容器の温度は約170℃とする必要があり、その場合の反応容器内の圧力は約1MPa(10kg/cm2)で良いが、樹脂軟化点が120℃を越えると容器内圧力を1MPa以上に保持する必要があり、圧力容器のパッキンや配管等に対する耐圧性の付与を考慮すると、装置が高価になってしまう。
本発明は、環境保全や労働衛生に資する見地から、ロジン系樹脂などの粘着付与剤樹脂に有機溶剤を用いない方法、特に転相乳化法を適用するに際して、高軟化点樹脂であっても、生産コストの上昇を抑えながら円滑に水性エマルション化することを技術的課題とする。
即ち、従来のベースポリマーに汎用される数十万以上の高分子量のアクリル系ポリマー、或は、上記特許文献3〜5に示されたアクリル系共重合体とは異なり、特定の低分子量を有するアクリル系オリゴマー(中でも連続塊状重合で得られたもの)を補助成分として共存させると、ロジン系樹脂などの粘着付与剤樹脂の軟化点が高い場合であっても、無溶剤方式である転相乳化法により、高圧を要しない簡便な設備で効率良く容易に水性エマルション化できることを見い出して、本発明を完成した。
本発明では、転相乳化などの無溶剤乳化に際して、高軟化点(120〜190℃)の粘着付与剤樹脂を特定の低分子量を有するアクリル系オリゴマーを共存させて乳化するため、反応容器内を低い圧力に保持しても容易に水性エマルション化でき、転相乳化においては、170℃以下で且つ1MPa以下の反応容器であっても充分に流動性のある状態で乳化分散物を得ることができる。従って、高軟化点の粘着付与剤樹脂に無溶剤の乳化方式を適用しても、高圧を要しない簡便な設備で生産コストの上昇を抑えながら、高軟化点樹脂を効率良く円滑にエマルション化できる。
また、この際に使用されるアクリル系オリゴマーは、粘着剤のベースポリマーに汎用されるアクリル系共重合体に属するため、当該オリゴマーを共存させても粘着付与剤樹脂エマルションの特性に支障を来すことはない。
これに対して、本発明は無溶剤型の高軟化点樹脂エマルションであり、製造工程中で溶剤除去のための消泡剤を必要としないため、水性エマルションに消泡剤を含まず、最終の粘着剤を塗布する際のハジキの問題を解消して、粘着剤を均質、良好に塗布できる。
上記ロジン系樹脂はロジン類及びロジン誘導体を単用又は併用できる。当該ロジン類は、トールロジン、ガムロジン、ウッドロジンであり、また、不均斉化ロジン、重合ロジン、水素化ロジン、或いはその他の化学的に修飾されたロジン、又はこれらの精製物を含む概念である。
上記ロジンエステル類は、上記ロジン類と多価アルコールを公知のエステル化法により製造したものをいう。エステル化反応の条件としては、ロジン類と多価アルコールの仕込比率はロジンのカルボキシル基当量に対してアルコールの水酸基当量比換算でCOOH/OH=1/(0.2〜2.0)程度、反応温度は150〜300℃程度、反応時間は2〜30時間程度が夫々適当である。
上記多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等の2価アルコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、トリエチロールエタン等の3価アルコール、ペンタエリスリトール、ジグリセリン等の4価アルコール、ジペンタエリスリトール等の6価アルコール、或いは、トリエタノールアミン、トリプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N−イソブチルジエタノールアミン、N−ノルマルブチルジエタノールアミン等のアミノアルコールなどが挙げられる。
上記α,β−不飽和カルボン酸類としては、フマル酸、(無水)マレイン酸、イタコン酸、(無水)シトラコン酸、アクリル酸、メタクリル酸などが挙げられる。
多価アルコールとのエステル化反応、α,β−不飽和カルボン酸類との強化反応は前述の通りである。
上記石油系樹脂としては、脂肪族(C5)系樹脂、芳香族(C9)系樹脂、共重合(C5/C9)系樹脂、クマロン樹脂及びクマロン−インデン樹脂、ジシクロペンタジエン系石油樹脂、水素添加石油樹脂、スチレン系などのピュアーモノマー系石油樹脂などが挙げられる。
軟化点が120℃未満では、オレフィン基材への密着性や耐熱性が不足し、また、軟化点が190℃を越えるとタックなどが低下する恐れがあるうえ、190℃を越える樹脂を製造するのは実質上容易でない。
一般に、樹脂の分子量が増大すると樹脂軟化点は高くなる傾向があるため、例えば、ロジン系樹脂を粘着付与剤樹脂とする場合、不均斉化ロジンや重合ロジンを不飽和カルボン酸で変性し、又は多価アルコールでエステル化し、或は変性化とエステル化を組み合わせることなどにより、高軟化点樹脂が得られる。
分子量が5万を越えると、高軟化点の粘着付与剤樹脂を転相乳化などでエマルション化することが難しくなり、水性エマルションを得るという本発明の本来の目的が達成できない。分子量が500より小さいと、オリゴマー自体が揮発性を有して、VOCなどの問題を引き起こし、環境保全や労働衛生に資するという本発明の所期の目的に反する恐れがある。
また、当該アクリル系オリゴマーのガラス転移温度は0℃以下が適当であり、好ましくは−10℃〜−80℃である。ガラス転移温度が0℃より高いと、粘着剤にした場合にベースポリマーとの相溶性が低下する恐れがある。
上記アクリル系オリゴマーは、塊状重合、乳化重合、懸濁重合などの公知の重合方法で得ることができるが、共重合体の分子量分布及び組成分布を狭くする見地から、重合方法は連続塊状重合が選択される。従って、環境保全や労働衛生などに資するという本発明の目的から、有機溶剤を使用する溶液重合法は本発明方法から排除される。
また、連続塊状重合法でアクリル系オリゴマーを得る場合、基本的に溶剤は用いないか、ごく少量である。さらに、重合開始剤は用いないか、ごく少量であり、ジ−t−ブチル−ペルオキシド、ベンゾイルパーオキシド、2,2′−アゾビス−イソブチロニトリルなどの公知のラジカル重合開始剤が使用できる。連鎖移動剤は使用しない方が好ましく、反応温度は高温であり、反応時間はごく短時間であることが好ましい。
上記アクリル系オリゴマーの組成に特に制限はなく、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステルを主要な構成モノマーとして、必要に応じて、マレイン酸、スチレン、ビニルエステルなどのビニルモノマーが使用できることはいうまでもなく、すべてのモノマーを(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステルで構成したオールアクリル系オリゴマーや、アクリル/スチレン系のオリゴマーなどが挙げられる。
当該アクリル系オリゴマーの市販品としては、ARUFONシリーズ(東亞合成化学工業社製)がある。
高軟化点樹脂が80重量部より多くアクリル系オリゴマーが少なくなると、高軟化点樹脂を無溶剤でエマルション化することが難しくなり、また、高軟化点樹脂が20重量部より少なくアクリル系オリゴマーが多くなると、対オレフィン密着性や耐熱性が充分でなくなる。
水性エマルションを得るには、転相乳化法、高圧無溶剤型乳化法、或はその他の任意の無溶剤乳化法が適用できるが、設備の簡易性や生産コストの低減に鑑みて、転相乳化法が選択される。
上記転相乳化法は、加圧下で粘着付与剤樹脂を加熱溶融した後、乳化剤と水を混合溶解した乳化水を撹拌しながら徐々に加えることにより、或は、溶融樹脂に乳化剤を添加し、次いで水を徐々に加えることにより、油中水型エマルションを、樹脂分が水中に分散した水中油型エマルションに相反転させる方法である。
ちなみに、上記高圧無溶剤乳化法は、加圧下で溶融した粘着付与剤樹脂と乳化水を予備混合し、粗粒子の水性エマルションを調製した後、各種ミキサー、コロイドミル、高圧乳化機、高圧吐出型乳化機などの各種乳化機を用いて微細乳化させる方法である。
尚、本発明では、無溶剤下で粘着付与剤樹脂エマルションを得ることを目的とするため、粘着付与剤樹脂を有機溶剤に溶解させ、乳化水を予備混合して粗乳化した後、微細乳化し、常圧或は減圧下で加熱して上記有機溶剤を除去する溶剤型乳化法は、本発明の水性エマルションを得る方法から排除されることはいうまでもない。
一方、本発明3は、粘着付与剤樹脂エマルションを製造する際に、上述の通り、アクリル系オリゴマーの重合方法を連続塊状重合に、粘着付与剤樹脂とアクリル系オリゴマーの配合比を適正な範囲に、また、エマルションの製法を転相乳化法に夫々特定化したもので、具体的には、連続塊状重合で得られた重量平均分子量が500〜5万のアクリル系オリゴマーと軟化点が120〜190℃の粘着付与剤樹脂とを、固形分換算でアクリル系オリゴマー/粘着付与剤樹脂=20〜80重量部/80〜20重量部の割合で溶融混合し、上記溶融樹脂中に乳化剤の存在下で水を添加することにより、油中水型エマルションを水中油型エマルションに相反転させる粘着付与剤樹脂エマルションの製造方法である。
(1)ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルアリールスルホン酸塩類。
(2)ラウリル硫酸ナトリウム、オレイル硫酸ナトリウムなどのアルキル(又はアルケニル)硫酸エステル塩類
(3)ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンオレイルエーテル硫酸ナトリウムなどのポリオキシエチレンアルキル(又はアルケニル)エーテル硫酸エステル塩類。
(4)ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル硫酸ナトリウムなどのポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル硫酸エステル塩類。
(5)モノオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルスルホコハク酸2ナトリウムなどのアルキルスルホコハク酸エステル塩並びにその誘導体類。
(6)アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムなどのアルキルジアリールエーテルジスルホン酸塩並びにその誘導体類。
(1)ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキル(又はアルケニル)エーテル類。
(2)ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類。
(3)ソルビタンモノラウレート、ソルビタントリオレエートなどのソルビタン高級脂肪酸エステル類。
(4)ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートなどのポリオキシエチレンソルビタン高級脂肪酸エステル類。
(5)ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノオレエートなどのポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル類。
(6)オレイン酸モノグリセライド、ステアリン酸モノグリセライドなどのグリセリン高級脂肪酸エステル類。
(7)ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン・ブロックコポリマー。
合成高分子系乳化剤とは、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、(メタ)アクリル酸エステル類、アクリルアマイド、酢酸ビニル、スチレンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸などの重合性モノマーを2種以上重合させて得られる重合体を水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどのアルカリ類で塩形成させて水に分散又は可溶化させた水分散性重合体である。また、上記モノマーの他にも、重合可能なモノマー類を限定されることなく使用でき、重合方法も特に制約されることはない。
また、本発明6は、上記本発明1〜5で特定された方法で製造された粘着付与剤樹脂エマルションである。
尚、本発明は下記の実施例、試験例などに拘束されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意の変形をなし得ることは勿論である。
製造例1〜3のうち、製造例1は軟化点120℃のアクリル酸変性不均斉化ロジンエステルの例、製造例2は軟化点166℃のアクリル酸変性重合ロジンエステルの例、製造例3は軟化点185℃のアクリル酸・無水マレイン酸変性重合ロジンエステルの例である。
攪拌装置、冷却器、温度計及び窒素導入管を備えた反応容器に、ガムロジン100部を仕込んだ後、窒素ガスを吹き込みながら加熱溶融させた。その後、攪拌を開始して160℃で98%アクリル酸4.8部を滴下しながら加えた。添加後190℃まで昇温して2時間反応させた。
次いで、不均斉化触媒として5%パラジウムカーボン0.07部を添加し、260℃まで昇温して不均斉化反応を行った。反応終了後、触媒を濾過して容器より排出し、アクリル酸変性不均斉化ロジンを得た。得られた樹脂の性状は、酸価186.5、軟化点98℃であった。
続いて、上記アクリル酸変性不均斉化ロジン100部を再度反応容器に仕込み、窒素ガスを吹き込みながら加熱溶融した後、190℃まで昇温してペンタエリスリトール14.4部を加えた。次いで、280℃まで昇温して同温度下で8時間脱水縮合反応させた。
得られたアクリル酸変性不均斉化ロジンエステルの軟化点は120℃、酸価は12.5であった。
攪拌装置、冷却器、温度計及び窒素導入管を備えた反応容器に、重合ロジン(重合部66.0%、酸価150.1、軟化点133℃)100部を仕込んだ後、窒素ガスを吹き込みながら加熱溶融させた。その後、攪拌を開始して160℃で98%アクリル酸2.6部を 滴下しながら加えた。添加後190℃まで昇温して2時間反応させた後、容器より排出し、アクリル酸変性重合ロジンを得た。得られた樹脂の性状は、酸価160.9、軟化点143℃であった。
続いて、上記アクリル酸変性重合ロジン100部を再度反応容器に仕込み、窒素ガスを吹き込みながら加熱溶融した後、190℃まで昇温してペンタエリスリトール12.2部を加えた。次いで、280℃まで昇温して同温度下で8時間脱水縮合反応させた。
得られたアクリル酸変性重合ロジンエステルの軟化点は166℃、酸価は15.6であった。
攪拌装置、冷却器、温度計及び窒素導入管を備えた反応容器に、重合ロジン(重合部66.0%、酸価150.1、軟化点133℃)100部を仕込んだ後、窒素ガスを吹き込みながら加熱溶融させた。その後、攪拌を開始して160℃で無水マレイン酸3.0部を仕込んだ後、98%アクリル酸4.0部を滴下しながら加えた。添加後190℃まで昇温して2時間反応させた後、容器より排出し、アクリル酸・無水マレイン酸変性重合ロジンを得た。得られた樹脂の性状は、酸価175.0、軟化点148℃であった。
続いて、当該アクリル酸・無水マレイン酸変性重合ロジン100部を再度反応容器に仕込み、窒素ガスを吹き込みながら加熱溶融した後、190℃まで昇温してペンタエリスリトール14.4部を加えた。次いで、280℃まで昇温して同温度下で8時間脱水縮合反応させた。
得られたアクリル酸・無水マレイン酸変性重合ロジンエステルの軟化点は185℃、酸価は18.7であった。
そこで、上記製造例1〜3で得られた高軟化点の各ロジン系樹脂を特定の低分子量を有するアクリル系オリゴマーの共存下で無溶剤転相乳化して、粘着付与剤樹脂エマルションを製造した。
実施例1〜12のうち、実施例1は後述のアクリル系オリゴマー1の共存下で上記製造例1のロジン系樹脂をエマルション化した例、実施例2はアクリル系オリゴマー1の共存下で上記製造例2のロジン系樹脂をエマルション化した例、実施例3〜6はアクリル系オリゴマー1の共存下で上記製造例3のロジン系樹脂をエマルション化した例、実施例7は後述のアクリル系オリゴマー2の共存下で製造例3のロジン系樹脂をエマルション化した例、実施例8は後述のアクリル系オリゴマー3の共存下で製造例3のロジン系樹脂をエマルション化した例、実施例11は後述のアクリル系オリゴマー4の共存下で製造例1のロジン系樹脂をエマルション化した例、実施例12はアクリル系オリゴマー1の共存下で製造例3のロジン系樹脂をエマルション化した例である。実施例11は重量平均分子量1.1万の上記アクリル系オリゴマー4を使用した例、他の実施例は重量平均分子量が1千〜5千の範囲内のアクリル系オリゴマー1〜3を使用した例である。実施例3はロジン系樹脂とアクリル系オリゴマーの混合量がアクリル系オリゴマー:ロジン系樹脂=20%:80%の例、実施例5はアクリル系オリゴマー:ロジン系樹脂=50%:50%の例、実施例6はアクリル系オリゴマー:ロジン系樹脂=70%:30%の例、その他の実施例はアクリル系オリゴマー:ロジン系樹脂=30%:70%の例である。実施例12は転相乳化の際の水を添加する行程で、ディスクタービンの回転数を他の実施例より低減した例である。実施例9はロジン系樹脂(製造例1と3)を併用した例、実施例10はアクリル系オリゴマー(オリゴマー1と2)を併用した例、他の実施例はロジン系樹脂とアクリル系オリゴマーを夫々単用した例である。
一方、比較例1〜2のうち、比較例1はアクリル系オリゴマーを共存させず、ロジン系樹脂のみを使用して転相乳化したブランク例である。比較例2はアクリル系オリゴマーを共存させながら、粘着付与剤樹脂を転相乳化ではなく溶剤乳化法でエマルション化した例である。
(a)ロジン系樹脂
上記製造例1で得られたロジン系樹脂
(b)アクリル系オリゴマー1
東亞合成株式会社製のARUFON UP−1041
(重量平均分子量:1,800、ガラス転移温度:−25℃(DSC法))
上記(a)のロジン系樹脂(製造例1)と上記(b)のアクリル系オリゴマー1を、製造例1:アクリル系オリゴマー1=70%:30%の割合で含有した混合物の合計100部を、反応容器(T.K.タービンミクサー:特殊機化工業株式会社製)に入れ、約0.85MPaの加圧下にて約170℃で加熱し、溶融させた。当該反応容器はダブルメカニカルシールで軸封された回転軸にディスクタービンを具備した攪拌装置を有するとともに、耐久圧力は0.88MPaである。
そして、同圧力(約0.85MPa)に保持された滴下用容器に、予め乳化剤(ソフタノール MES−9:日本触媒株式会社製(有効成分24%))を20部入れておき、溶融した樹脂が入った上記反応容器中に、ディスクタービンの回転数を500rpmとして攪拌しながら徐々に添加していった。
次いで、同圧力(約0.85MPa)に保持された滴下用容器に予め水80部を入れておき、内温を約170℃に保持し、且つ、ディスクタービンの回転数を1,500rpmとして攪拌しながら、乳化剤が添加された上記樹脂中に約1時間かけて水を徐々に添加することにより、油中水型を水中油型エマルションに相反転して粘着付与剤樹脂エマルションを得た。その後、得られた粘着付与剤樹脂エマルションにトリエタノールアミンを添加し、pHを7.5に調整した。また、固形分も適量の水を添加することにより50%に調整した。
上記実施例1を基本として、ロジン系樹脂を製造例1から前記製造例2のものに変更し、その他の条件を実施例1と同様に操作して、粘着付与剤樹脂エマルションを得た。
前記実施例1を基本として、ロジン系樹脂を製造例1から前記製造例3のものに変更し、ロジン系樹脂とアクリル系オリゴマーの混合量をロジン系樹脂:アクリル系オリゴマー=80%:20%の割合に変更し、その他の条件を実施例1と同様に操作して、粘着付与剤樹脂エマルションを得た。
前記実施例1を基本として、ロジン系樹脂を製造例1から前記製造例3のものに変更し、その他の条件を実施例1と同様に操作して、粘着付与剤樹脂エマルションを得た。
前記実施例1を基本として、ロジン系樹脂を製造例1から前記製造例3のものに変更し、ロジン系樹脂とアクリル系オリゴマーの混合量をロジン系樹脂:アクリル系オリゴマー=50%:50%の割合に変更し、その他の条件を実施例1と同様に操作して、粘着付与剤樹脂エマルションを得た。
前記実施例1を基本として、ロジン系樹脂を製造例1から前記製造例3のものに変更し、ロジン系樹脂とアクリル系オリゴマーの混合量をロジン系樹脂:アクリル系オリゴマー=30%:70%の割合に変更し、その他の条件を実施例1と同様に操作して、粘着付与剤樹脂エマルションを得た。
前記実施例1を基本として、ロジン系樹脂を製造例1から前記製造例3のものに変更し、アクリル系オリゴマーをオリゴマー1から下記のアクリル系オリゴマー2に変更し、その他の条件を実施例1と同様に操作して、粘着付与剤樹脂エマルションを得た。
アクリル系オリゴマー2:東亞合成株式会社製のARUFON UP−1000
(重量平均分子量:3,000、ガラス転移温度:−77℃(DSC法))
前記実施例1を基本として、ロジン系樹脂を製造例1から前記製造例3のものに変更し、アクリル系オリゴマーをオリゴマー1から下記のアクリル系オリゴマー3に変更し、その他の条件を実施例1と同様に操作して、粘着付与剤樹脂エマルションを得た。
アクリル系オリゴマー3:東亞合成株式会社製のARUFON UP−3900
(重量平均分子量:4,600、ガラス転移温度:60℃(DSC法))
前記実施例7を基本として、ロジン系樹脂を製造例3の単用から製造例1と製造例3の併用に変更し、ロジン系樹脂とアクリル系オリゴマーの混合量を製造例1:製造例3:アクリル系オリゴマー=35%:35%:30%の割合に変更し、その他の条件を実施例7と同様に操作して、粘着付与剤樹脂エマルションを得た。
前記実施例7を基本として、アクリル系オリゴマーをオリゴマー2の単用からオリゴマー1とオリゴマー2の併用に変更し、ロジン系樹脂とアクリル系オリゴマーの混合量を製造例3:アクリル系オリゴマー1:アクリル系オリゴマー2=70%:15%:15%の割合に変更し、その他の条件を実施例7と同様に操作して、粘着付与剤樹脂エマルションを得た。
前記実施例1を基本として、アクリル系オリゴマーをオリゴマー1から下記のアクリル系オリゴマー4に変更し、その他の条件を実施例1と同様に操作して、粘着付与剤樹脂エマルションを得た。
アクリル系オリゴマー4:東亞合成株式会社製のARUFON UH−2000
(重量平均分子量:11,000、ガラス転移温度:−55℃(DSC法))
前記実施例1を基本として、ロジン系樹脂とアクリル系オリゴマーとの混合物を無溶剤転相乳化するに際して、水を添加していく相反転の工程でのディスクタービンの回転数を1,500rpmから1,000rpmに低減し、その他の条件を実施例1と同様に操作して、粘着付与剤樹脂エマルションを得た。
前記実施例4を基本として、アクリル系オリゴマーを共存させず、製造例3のロジン系樹脂のみを使用し(従って、製造例3:アクリル系オリゴマー1=100%:0%である)、その他の条件を実施例4と同様に操作して粘着付与剤樹脂エマルションを得ようとしたが、水を滴下していく段階で水の沸騰を抑制できなくなり、製造を中止した。
アクリル系オリゴマー1の共存下で、製造例3のロジン系樹脂を転相乳化に替えて溶剤乳化法でエマルション化したものである。
即ち、製造例3のロジン系樹脂とアクリル系オリゴマー1を、ロジン系樹脂:アクリル系オリゴマー=70%:30%の割合にて含有する混合物の合計100部をトルエン100部に溶解させてトルエン溶液を得た。
次いで、乳化剤(ソフタノール MES−9:日本触媒株式会社製(有効成分24%))20部を水110部に希釈溶解して乳化水溶液を調整し、この乳化水溶液を上記トルエン溶液に添加した後、攪拌混合して予備乳化を行った。
得られた予備乳化物を高圧乳化機(マウントガウリン社製)によって300kg/cm2の圧力で乳化し、乳化物を得た。
この乳化物を蒸留時の発泡を抑制するため、消泡剤(アデカネートB−940:旭電化工業株式会社製)を0.1部添加し、110mmHgの条件下で加熱減圧蒸留してトルエンを除去した後、トリエタノールアミンを添加し、pHを7.5に調整した。また、固形分も適量の水を添加することにより50%に調整した。
そこで、上記実施例1〜12及び比較例2で得られた各粘着付与剤樹脂エマルションについて、下記に示す通り、エマルションの貯蔵安定性及び機械安定性、平均粒子径、塗布時のハジキ抑制度合、VOC放散速度の各種評価試験を行った。
尚、前述したように、比較例1においては製造を途中で中止したために、試験は行わなかった。
先ず、実施例及び比較例で得られた製造直後の各粘着付与剤樹脂エマルションについて、予め赤外線式固形分測定装置にて固形分を測定し、その測定値を初期値Aとした。
次いで、内径が40mmで長さが1mの透明ポリカーボネート管の一端をゴム栓で封印し、上記各エマルション1kgを挿入した後、他端についてもゴム栓で封印し、23℃の恒温室内でポリカーボネート管を直立させて1ヶ月間放置した。
放置後の粘着付与剤樹脂エマルションを上部液面より約5cmのところからスポイトで採取し、初期と同様に赤外線式固形分測定装置にて固形分を測定し、測定値Bとした。
そして、初期値Aより測定値Bを差し引いた値を貯蔵安定性指標値として、この指標値に基づいて、次の基準により貯蔵安定性を評価した。
○:貯蔵安定性指標値が0.5%未満であった。
△:貯蔵安定性指標値が0.5%〜1.5%であった。
×:貯蔵安定性指標値が1.5%以上であった。
実施例及び比較例の各粘着付与剤樹脂エマルションを固形分50%に調整した後、荷重10kg、回転数1,000rpm、シェア時間5分間の条件でマーロン試験を行い、凝集物の重量を測定し、下式により凝集物の発生率を算出して、
凝集物の発生率(%)=(凝集物/初期固形分)×100
この発生率(%)から下記の基準により機械安定性を評価した。
○:凝集物の発生率が0.5%未満であった。
△:凝集物の発生率が0.5%〜5.0%であった。
×:凝集物の発生率が5.0%以上であった。
測定装置(LA−920;堀場製作所製)を用いて、タングステンランプの透過率(即ち、測定装置における透過率(H))で80〜85%になるように、実施例及び比較例の各粘着付与剤樹脂エマルションを蒸留水で希釈し、且つ、相対屈折率を1.2とする条件で測定し、その結果をコンピューター処理して、得られた算術平均径をエマルションの平均粒子径とした。
一般に、エマルション型粘着剤を剥離紙やフィルムに塗布する際にハジキが起こる現象は、エマルション型粘着剤を塗布する基材に対する濡れ性に大きく寄与しており、より速く濡れる場合には外的要因に左右されることがなくハジキが起こらないが、ゆっくりと濡れていく場合は、外的な要因に左右されてハジキが起こる。従って、後述する試験において、接触角が一定になるまでの平均時間を測定することで、このハジキの抑制度合を評価することができる。
そこで、ハジキ抑制度合の試験方法を述べると、先ず、表面をヘアライン加工したステンレス板(SUS304)を用意し、実施例及び比較例の各粘着付与剤樹脂エマルションを蒸留水で固形分が30%になるように希釈した試験サンプルを、このステンレス板にマイクロシリンジを用いて2μL着液させ、着液後10秒間隔でエマルション液滴の接触角を接触角計(Drop Master 500;協和界面科学製)にて測定した。
同様の操作を3回実施し、接触角が一定になるまでの時間の平均値を測定算出した。
そして、溶剤乳化法で得られた比較例2を標準値として、無溶剤下(即ち、転相乳化)で得られた実施例及び比較例の各エマルションについて、接触角が一定になるまでの平均時間を比較例2の標準値と対比することにより、ハジキの発生を抑制する度合の優劣を評価した。
○:比較例2に比べて、接触角が一定になる時間が速かった。
×:比較例2に比べて、接触角が一定となる時間が遅かった。
測定は、JIS A1901:2003「建築材料の揮発性有機化合物(VOC)、ホルムアルデヒド及び他のカルボニル化合物放散測定方法−小型チャンバー法」に準拠して行った。
先ず、20℃、相対湿度73%の恒温室内で80cm2のステンレス製シャーレに実施例及び比較例の各粘着付与剤樹脂エマルションを約2.4g採取し、へらで均一に塗布した後、60分間放置したものを試験試料とした。
次いで、20Lのチャンバーに試験試料を投入して、温度28±1℃、相対湿度50±5%、換気回数0.5±0.05回/hの条件で試験を行い、3日後のチャンバー内の空気を3.2L採取し、ガスクロマトグラフィー質量分析計にて、トルエン、キシレン、p−ジクロロベンゼン、エチルベンゼン、スチレン、テトラデカン、ノナナールの定量を行った。
この場合、データ分析も同様にJIS A1901:2003に準拠して行った。即ち、試験試料をチャンバーに入れてから測定を開始した経過時間(t)における単位面積当たりの放散速度(EFa)を下式により算出した。
EFa={(Ct−Ctb,t)×Q}/A
Ct :対象VOCの濃度
Ctb,t:経過時間tにおけるトラベルブランク濃度
Q :換気量(m3/h)
A :試験試料の表面積(m2)
そして、得られた対象VOCの3日後の放散速度について、下記の基準により揮発性有機化合物の揮散抑制度合の優劣を評価した。
○:対象VOCのいずれも放散速度が2μg/m2・h未満であった。
△:対象VOCのうち、少なくとも一種の放散速度が2μg/m2・h〜20μg/ m2・hであった。
×:対象VOCのうち、少なくとも一種の放散速度が20μg/m2・h以上であっ た。
同図1の比較例1では、高軟化点のロジン系樹脂(前記製造例3)をアクリル系オリゴマーを共存させないで無溶剤転相乳化でエマルション化しようとしたため、水の沸騰を抑制できなくなり、乳化が困難であった。
これに対して、実施例1〜10では、高軟化点のロジン系樹脂を特定の低分子量を有するアクリル系オリゴマーの共存下で無溶剤転相乳化したため、効率良く粘着付与剤樹脂エマルションを得ることができた。特に、比較例1と同様の高軟化点のロジン系樹脂(製造例3:軟化点185℃)を使用した実施例3〜10にあっても、円滑に同エマルションを得ることができた。
ちなみに、上記実施例1〜10で得られた粘着付与剤樹脂エマルションの試験評価では、平均粒子径は0.20〜0.40μmの好ましい範囲内にあり、貯蔵安定性、機械安定性に優れ、ハジキの抑制評価も良くて優れた塗布性能を具備するとともに、VOCの問題もないことが認められた。
さらに、この実施例1〜10においては、(a)ロジン系樹脂の軟化点が120℃(製造例1)、166℃(製造例2)、185℃(製造例3)である場合を問わず、(b)アクリル系オリゴマーの分子量が1800(同オリゴマー1)、3000(同オリゴマー2)、4600(同オリゴマー3)である場合を問わず、(c)ロジン系樹脂の単用又は併用(実施例9)を問わず、(d)アクリル系オリゴマーの単用又は併用(実施例10)を問わず、また、(e)ロジン系樹脂とアクリル系オリゴマーの混合割合が様々に変化しても、夫々優れた総合評価を示した。尚、実施例3において、機械安定性の評価が△であったのは、ロジン系樹脂とアクリル系オリゴマーの混合量がロジン系樹脂:アクリル系オリゴマー=80%:20%であることに起因するものと推定される。
従って、高軟化点樹脂を無溶剤方式で水性エマルション化するには、アクリル系共重合体を補助成分として共存させることが重要であり、特にアクリル系共重合体の中でも特定の低分子量を有するアクリル系オリゴマーの共存が必要であることが判明した。
これに対して、無溶剤転相乳化で製造した実施例1〜10では、上述したように、VOCやハジキの評価に優れていた。
従って、高軟化点樹脂を効率良く水性エマルション化するには、アクリル系オリゴマーの共存が重要であるが、環境保全や良好な塗布性などを担保するには、無溶剤方式、特に転相乳化などで高軟化点樹脂をエマルション化することが必要である点が確認できた。
従って、高軟化点樹脂を効率良く水性エマルション化して、総合評価に優れた粘着付与剤樹脂エマルションを得るためには、5万以下の低分子量を有するアクリル系オリゴマーの共存が必要であり、特に同オリゴマーの重量平均分子量が1000〜5000であると、より優れた総合評価のエマルションが得られ、逆に、同分子量が5万を越えると、エマルション安定性などの面で問題が生じることが確認できた。
一方、アクリル系オリゴマーの重量平均分子量が1000より小さくなると、先述したように、当然ながら同オリゴマーの揮発性が増し、VOCなどの面で問題が生じる。
これに対して、粘着付与剤樹脂エマルションの平均粒子径が0.20〜0.40μmである実施例1〜10では、貯蔵安定性や機械安定性に優れることから、アクリル系オリゴマーを共存させて得られる粘着付与剤樹脂エマルションを安定化するには、同粒子径が0.10〜0.50μmであることが適当であり、さらにエマルションの安定性を増すには同粒子径を0.20〜0.40μmに調整することが好ましい点が確認できた。
Claims (6)
- 連続塊状重合で製造した重量平均分子量が500〜50,000のアクリル系オリゴマーと、軟化点が120〜190℃の粘着付与剤樹脂とを溶融混合し、
上記溶融樹脂中に乳化剤の存在下で水を添加して油中水型エマルションを水中油型エマルションに相反転させて、無溶剤且つ加圧条件にて樹脂分を水中に分散させたことを特徴とする粘着付与剤樹脂エマルションの製造方法。 - 加圧条件が1MPa以下であることを特徴とする請求項1に記載の粘着付与剤樹脂エマルションの製造方法。
- 粘着付与剤樹脂とアクリル系オリゴマーの混合割合が、固形分換算でアクリル系オリゴマー/粘着付与剤樹脂=20〜80重量部/80〜20重量部であることを特徴とする請求項1又は2に記載の粘着付与剤樹脂エマルションの製造方法。
- 粘着付与剤樹脂がロジン系樹脂、テルペン系樹脂、石油系樹脂の少なくとも一種であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の粘着付与剤樹脂エマルションの製造方法。
- 粘着付与剤樹脂エマルションの平均粒子径が0.10〜0.50μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の粘着付与剤樹脂エマルションの製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法で製造した粘着付与剤樹脂エマルション。
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