JP4857237B2 - 水性ポリマー分散液 - Google Patents
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Description
一般的に言うと、これら有機乳化剤は、1nm未満のサイズ、10、000g/mol未満のモル質量、元素分析により決定可能である炭素含有量が50重量%より大きく、1未満のモース硬度を有する。
同時に、本発明の分散液が実質的に使用していない乳化剤は、通常20℃、外気圧、即ち、900〜1100hPaの圧力下で、均一的又はミセルの形態で、1重量%以上水への溶解性を有する。
Ra(OR1)bXcSiO(4-a-b-c)/2 (I)
前記一般式(I)において、
Rは、同一又は異なったSiC結合を有する炭化水素基であり、炭素原子を1〜18個有し、ハロゲン原子、アミノ基、エーテル基、エステル基、エポキシ基、メルカプト基、シアノ基、グリコール基、又はポリグリコール基で置換されることがあり、該ポリグリコール基はオキシエチレン及び/又はオキシプロピレン単位からなる。
R1は、同一であっても、異なっていてもよく、水素原子、又は、非置換若しくは酸素原子を含む置換の炭化水素基であり、Xは、同一であってもよいし、異なっていてもよく、ハロゲン原子、擬ハロゲン基、Si-N結合を有するアミン基、アミド基、オキシム基、アミノキシ基又はアシルオキシ基であり、
a+b+cは、4以下であり、
aは、0〜3の整数を表し、1〜2が好ましく、
bは、0〜3の整数を表し、0〜2が好ましく、
cは、0〜3の整数を表すし、0〜1が好ましく、0がより好ましい。
表面エネルギーの分散成分であるGAMMA−s−Dは、例えば、「逆相ガスクロマトグラフィー」−「ポリマー及びその他の物質の特徴付け」 D R Lloyd, Th C Ward, H P Schreiber,Chapter 18, pp 248−261, ACS, Washington DC 1989, ISBN 0−8412−1610−X.にあるような方法で測定される。
(i)下記の一般式(II)を有するオルガノシラン又は、オルガノシラザン
R2 dSiY4-d (II)
及び/又はそれらの部分的加水分解産物であり、
前記一般式(II)において、
R2は、同一でも異なっていてもよく、一価であり、非置換又は置換の炭化水素基であり、1から24個の炭素原子を有し、酸素原子によって割り込まれてもよく、dは1,2又は3のいずれかであり、Yは同一でも異なっていてもよく、ハロゲン原子、一価のSi-N結合した窒素ラジカルであり、さらにシリル基を付加してもよく、−OR3又は−OC(O)OR3であり、R3は水素原子又は一価、非置換又は置換炭化水素基であり、酸素原子によって割り込まれてもよい。
又は、
(ii)下記の一般式(III)の単位からなる直鎖、分岐又は環状オルガノシロキサン
R4 e(OR5)fSiO(4-e-f)/2 (III)
前記一般式(III)において、
R4は同一でも異なっていてもよく、R2に関して上記で述べた定義の一つにあてはまり、
R5は同一でも異なっていてもよく、R1関して述べた定義の一つを有し、
和e+fが3以下という条件付きで、
eは0〜3の整数を表し、
fは0〜3の整数を表す。
又は、(i)及び(ii)の混合物。
精製温度は、100〜400℃の範囲が好ましい。
(a)一般式(I)の単位を含む有機ケイ素化合物、
(B)部分的に水溶性である粒子、
(C)水、
必要に応じて
(D)塩基性窒素を含む化合物、
必要に応じて
(E)充填剤、
必要に応じて
(F)染料、殺カビ剤、レオロジー助剤及び触媒などの添加剤、
及び必要に応じて
(G)架橋触媒
HO-[SiR2O]n-H (IV)
前記一般式(IV)において、
Rは同一でも異なっていてもよく、上記で述べた定義の一つを有し、nは少なくとも10である整数であり、少なくとも30が好ましく、少なくとも100がより好ましい。
(R1O)gRhSiO(4-g−h)/2 (V)
前記一般式(V)において、
互いに独立であるR及びR1は、同一であっても異なっていてもよく、上記で述べられた定義の一つを有し、g+hが3以下であるという条件のもとで、
hは、0〜3の整数を表し、gは、0〜3の整数を表す。
NR6 3 (VI)
前記一般式(VI)において、
R6は同一でも異なっていてもよく、水素原子又は炭化水素基であり、非置換又は水酸基、ハロゲン原子、アミノ基、エーテル基、エステル基、エポキシ基、メルカプト基、シアノ基又は(ポリ)グリコールラジカルによって置換されており、該(ポリ)グリコールラジカルはオキシエチレン及び/又はオキシプロピレン単位からなる。ただし、一般式(VI)において多くても2個のR6基は水素原子、ピペリジン及びモルホリンのような脂肪族環状アミン、並びに塩基性窒素を含み、以下の一般式(VII)からなる有機基を少なくとも一つ有する有機ケイ素化合物であるという条件がある。
R7 kAlSi(OR8)mO(4-k-l-m)/2 (VII)
前記一般式(VII)において、
R7は、同一でも異なっていてもよく、塩基性窒素をもたない、一価の、SiC結合を有する有機基を意味し、R8は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、アルカリ金属カチオン、アンモニウム又はホスホニウム基を意味し、Aは、同一でも異なっていてもよく、塩基性窒素を含む一価の、SiC結合を有する基を意味し、
kは、0〜3の整数を表し、lは、0〜4の整数を表し、mは、0〜3の整数を表す。ただし、k+l+mは4以下であり、分子当たり少なくとも一つの基Aが存在するという条件がある。
+NR9 4 (VII)
又は
+PR9 4 (IX)
前記一般式(IX)において、
R9は、同一でも異なっていてもよく、1〜6個の炭素原子を有する炭化水素基を意味する。
R10 2NR11− (X)
前記一般式(X)において、
R10は、同一でも異なっていてもよく、水素、アルキル、シクロアルキル又はアミノアルキル基を意味し、R11は、二価の炭化水素基を意味する。
を100重量部に対して、0.1〜200重量部が好ましく、0.5〜100重量部がより好ましい。用いられる前記(E)充填剤の量は、広範囲で変えることができ、本発明の水性分散液の個々の使用意図によって決められる。
破壊強度 DIN 5304 S2
破断伸び DIN 5304 S2
係数 DIN 5304 S2
突っ張り A 硬度 DIN 53505
DIN66131及びDIN66132に従って測定された、200m2/gのBET比表面積を有する100グラムの発熱性シリカ(ワッカー−ケミ GmbH(ドイツ−ミュンヘン)社製ワッカー HDK(登録商標)N20として入手可能)を攪拌しながら(直径が12.5cmの攪拌機パドルを用いて1000rpmで)流動化し、15分間窒素ガスにさらし、不活性化し、その後窒素ガス流を再び止めた。次に2流体ノズルを用いて、約25℃、1013hPaの雰囲気圧で、2gのエアロゾル状のジメチルジクロロシランを流動化されたシリカ中に噴霧した。さらに30分攪拌した後、次にそのように処置されたシリカを、1000l/hの穏やかな窒素ガス流の下、100l容量のオーブン中で300℃、2時間の熱処理をする。その結果、以下の特性を有する白い粉末状のシリカが得られる:
−シリカはやや水溶性であり、完全な水溶性ではない;このことは、以下の事実から明らかである。ウルトラツラックス(Ultraturrax)を用いると、12重量%のシリカだけが水に取り込まれ、一日安定な液体を形成した。これに対し、同条件及び同粘度において、完全水溶性である、出発物質シリカ(ワッカー HDK(登録商標)N20)は24重量%水に取り込まれる。
−シリカの更なる特性は表1にまとめられている。
−非シリル化シリカシラノール基の残量は、上記で述べられたように調製されたシリカの中の非シリル化シリカシラノール基の量を未処理の出発物質シリカ(ワッカー HDK(登録商標)N20)のシリカシラノール基の量で割ることによって得られる;シリカシラノール基の量は酸−塩基滴定によって決定される(G.W.Sears,Anal.Chem.28 (12),(1950),1981)。方法:水/メタノール=50:50中での懸濁状態のシリカの酸−塩基滴定;等電点のpH範囲以上及びシリカの溶解pH範囲以下の領域での滴定;100%SiOH(シリカ表面シラノール基) を有する未処理のシリカ:SiOH−phil=1.8SiOH/nm2;シリル化シリカ:SiOH−silyl;非シリル化シリカシラノール基の残量:%SiOH=SiOH−silyl/SiOH−phil*100%。
−炭素含量(%C):炭素の元素分析によって決められる;O2流中、1000℃以上でサンプルの燃焼、得られたCO2のIRによる同定及び定量化;機器LECO244;
−メタノール数は次のように測定される:水-エタノール混合物への可溶度(水中のメタネールの体積%)=メタノール数(MN):等体積のシリカを等体積の水/メタノール混合液と振る;0%メタノールから始める;水溶性でない場合、シリカは浮く:MeOH含有量が5体積%より高い混合液を使うことができる;水溶性の場合、シリカは沈む:水中でのMeOHの割合(%)がメタノール数(MN)を与える。
−接触角(THETA):方法1 水に対する接触角は以下のように測定される:粒子の接触角は慣例的な方法で、シリカの成形体を注意深く用意し、続いて水に対する接触角を決定することで得られる。この場合、一滴の二重蒸留水が表面に横たえ、空中でデジタル映像による評価を行う。
接触角θは気相(g)中の液体(l)及び固体(s)の表面張力と表面エネルギーγの比を以下のように定義する。
cos(θ)=(γ(sl)-γ(sg))/γ(lg)
[J]=[N*m]であるので、固体の表面エネルギー(mJ/m2)は、次元において、液体の表面張力(mN/m)に等しい。
−接触角(THETA):方法2 対水 インビビション法により測定される。既知の表面張力と共に、既知及び定義される液体の内向きの吸引に基づいて、求めようとする蓄積量が得られる。例えば、この場合、圧縮度が低く、0.25より大きな多孔度を有し、孔径がrであるシリカの成形体に対して、ルーカス-ウォッシュバーンの等式を用いる。上方吸引率dh/dt、時間tに対する粒子の蓄積に際しての質量の増加から計算される吸引による液柱の高さh、吸引された液体の粘度η、吸引された液体の表面張力γに、既知の粒径rが与えられ、ルーカス-ウォッシュバーンの等式(Washburn,E.W.,PHYs.Rev.17,273(1921)and R.Lucas,Colloid Z.23,15(1918))を用いるとθのコサインの値(cos(θ))を決めることができ、それ故粒子表面に対する液体の接触角θを決めることができる;J.Schoelkopfら,J.Colloid.Interf.Sci.227,119−131(2000)参照。
既知の表面張力を有する液体として、メタノール/水の混合物が以下の比率で使用される。(メタノールの体積対水の体積):0:100、5:95、10:90、15:85、20:80、25:75、30:70、35:65、40:60、45:55、50:50、55:45、60:40、65:35、70:30、75:25、80:20,85:15、90:10、95:5、100:0。
dh/dt=r*γ*cos(θ)/(4*η)
及び
h2=r*γ*t*cos(θ)/(2*η)
t=A・m2 : ウォッシュバーンの等式
ここで、t:時間
m:吸引によって吸い込まれる液体の質量
ρ:液体の密度
γ:液体の表面張力
θ:液体/粉末 接触角
C:粉末及びサンプルチューブの幾何学的特性にのみ依存する係数
測定方法の説明は図1a及び1bにある。
−表面エネルギー(GAMMA)は、粒子に対して臨界表面エネルギー(GAMMA−crit)の形で決めることができ、それはZismanプロットを用いて可能であり、図2に与えられているように、上記でインビビション法により決定された定義される液体に対するシリカの接触角(THETA)をそれぞれ、個々の液体の接触角に対して、プロットする。
−物質密度dmd>1g/mlである一次粒子からなる凝集塊で、かさ密度の値dbがdbd<<1g/mlである凝集塊を形成する発熱シリカに関しては、表面張力が異なっている液体への振動組み込み法を使用することが可能である:非濡れ性の場合には、粒子凝集体が浮遊する。濡れ性の場合、凝集物中の空気は置換され、粒子凝集体は沈む。粒子凝集体が沈む場合には、表面張力の異なる別々の液体を用いると、液体の表面張力が正確に決定できる。これは粒子の表面エネルギーγの指標として臨界表面エネルギーγcritを提供する。その方法はまた、メタノール、エタノール又はイソプロパノールを加えることによって、水の表面張力(72.5mN/m)を下げることで単純化される。一般に、水を入れ、水面上に決められた量の(浮遊している)粒子凝集体を置き、かき混ぜながらアルコール中で滴定することができる。粒子凝集体が沈むときの水対アルコール比が記録され、別の実験で標準法を用いて、この水:アルコール比での表面張力が正確に決められる(リング法、ウィルヘルミ法)。より効果的には、ここで行われるように、定められた水とメタノールの混合物が調製され、これら混合物の表面張力が決められる。それとは別に、これら水:メタノールの混合物を定められた量の粒子凝集体(例えば、1:1の体積比)で覆い、定められた条件(例えば、手又はタンブルミキサーを用いて1分間穏やかに振る)下で振盪する。粒子凝集体がちょうど沈まない水:メタノールの混合比及びそれより高い水:メタノールの混合比で粒子凝集体がちょうど沈む時の混合比が決定される。後者の水:メタノール混合物の表面張力が、表1に与えられている、粒子の表面エネルギーγの指標としての臨界表面エネルギーγcritを与える。
−表面エネルギーの分散成分(gamma−s−D)は、「逆相ガスクロマトグラフィー」−「ポリマー及びその他の物質の特徴付け」 D R Lloyd, Th C Ward, H P Schreiber,Chapter 18, pp 248−261, ACS, Washington DC 1989, ISBN 0−8412−1610−X.に従って、アルカンをプローブにした逆相ガスクロマトグラフィーによって決定される。
80,000mPasの粘度を有する長鎖OH−末端ポリジメチルシロキサン(ワッカー−ケミ GmbH(ドイツ−ミュンヘン)社製「ポリマーFD80」として市販)を75g、平均した化学式が[(CH3)2SiO]0.2[(CH3)SiO3/2]0.8であり、平均分子量3000、樹脂分子に対する平均残留エポキシ含量2.6重量%、及び110,000mPasの粘度を有するメチルシリコーン樹脂を4g、並びに、平均した化学式が[(CH3)3SiO1/2]1.1[SiO2]であり、平均分子量が2000及び樹脂分子に対する平均残留エポキシ含量が2.1重量%であるMQ樹脂を4g及び重質炭酸カルシウム60g(Omya(ドイツ−ケルン)社製、OMYACARB(商標登録)5−GU名で市販)の混合物をプラネタリーミキサー中で分散させた。調製法を実施例1で述べた粒子状固体B1の5g及び水(完全に脱塩化された;FD)10gの混合物15gを、PCレイバーシステム社製ラボ−トッププラネタリー溶解機中において、分散によって高粘度である先ほどの混合物中に取り込み、続いて1.5時間かき混ぜた。これにより室温で閉鎖系において少なくとも12ヶ月保存安定性を有する高粘度、流動抵抗を有する、白い水中油型エマルジョンが得られる。
20,000mPasの粘度を有する長鎖OH−末端ポリジメチルシロキサン(ワッカー−ケミ GmbH(ドイツ−ミュンヘン)社製「ポリマーFD80」として入手可能)を75g、平均した化学式が[(CH3)3SiO1/2]1.1[SiO2]であり、平均分子量が2000及び樹脂分子に対する平均残留エポキシ含量が2.1重量%であるMQ樹脂を4g並びに重質炭酸カルシウム60g(Omya(ドイツ−ケルン)社製、OMYACARB(商標登録)5−GU名で市販)の混合物をプラネタリーミキサー中に分散させた。調製法を実施例1で述べた粒子状固体B1の5g及び水(FD)10gの混合物15gを、PCレイバーシステム社製ラボ−トッププラネタリー溶解機中において、分散して高粘度である先ほどの混合物中に取り込み、続いて1.5時間かき混ぜた。これにより室温で閉鎖系において少なくとも12ヶ月保存安定性を有する高粘度、流動抵抗を有する、白い水中油型エマルジョンが得られる。
Claims (8)
- (A)有機ケイ素化合物、ポリウレタン、ポリオール、ポリウレタンの前駆化合物、架橋エポキシドの前駆化合物、架橋ポリエポキシドの前駆化合物、アミン、ポリアミン、アミドアミン、ポリアミドアミン、メルカプタン、ポリメルカプタン、カルボン酸、ポリカルボン酸、カルボン酸無水物、ポリカルボン酸無水物、アクリレート及びその前駆化合物、並びに、ポリスルフィド形成ポリマーからなる群より選択される有機化合物と、
(B)表面の一部がシリル化されており、部分的に水溶性であり、表面シラノール基の密集度が粒子表面1nm 2 当たり0.9〜1.7個であり、二酸化ケイ素表面上の非シリル化表面シラノール基の量が当初の二酸化ケイ素のシラノール基の量の95%〜50%である発熱性シリカ粒子と、
(C)水
を含み、前記発熱性シリカ粒子の平均粒径が1nm〜5000nmであることを特徴とする水性分散液。 - 室温、900〜1100hPaで、固体乃至液体で、かつ非粒子状の界面活性物質を実質的に含まない請求項1に記載の水性分散液。
- (A)有機化合物が、以下の一般式(I)の単位を含む有機ケイ素化合物を含む請求項1から2のいずれかに記載の水性分散液。
Ra(OR1)bXcSiO(4-a-b-c)/2 (I)
前記一般式(I)において、
Rは、同一又は異なったSiC結合を有する炭化水素基であり、炭素原子を1〜18個有し、ハロゲン原子、アミノ基、エーテル基、エステル基、エポキシ基、メルカプト基、シアノ基、グリコール基、又はポリグリコール基で置換されることがあり、該ポリグリコール基はオキシエチレン及び/又はオキシプロピレン単位からなる。
R1は、同一であっても、異なっていてもよく、水素原子、又は、非置換若しくは酸素原子を含む置換の炭化水素基であり、Xは、同一であってもよいし、異なっていてもよく、ハロゲン原子、擬ハロゲン基、Si-N結合を有するアミン基、アミド基、オキシム基、アミノキシ基又はアシルオキシ基であり、
a+b+cは、4以下であり、
aは、0〜3の整数を表し、
bは、0〜3の整数を表し、
cは、0〜3の整数を表す。 - (B)表面の一部がシリル化されており、部分的に水溶性であり、表面シラノール基の密集度が粒子表面1nm 2 当たり0.9〜1.7個であり、二酸化ケイ素表面上の非シリル化表面シラノール基の量が当初の二酸化ケイ素のシラノール基の量の95%〜50%である発熱性シリカ粒子の含有量が、全水性分散液100重量%に対して、0.1重量%から50重量%である成分(B)を含む請求項1から3のいずれかに記載の水性分散液。
- (a)一般式(I)の単位を含む有機ケイ素化合物、
(B)表面の一部がシリル化されており、部分的に水溶性であり、表面シラノール基の密集度が粒子表面1nm 2 当たり0.9〜1.7個であり、二酸化ケイ素表面上の非シリル化表面シラノール基の量が当初の二酸化ケイ素のシラノール基の量の95%〜50%である発熱性シリカ粒子及び
(C)水
を少なくとも用いて調製される請求項3に記載の水性分散液。 - (A)有機化合物が、縮合可能な基を含む有機ケイ素を少なくとも一部に含む請求項1から5のいずれかに記載の水性分散液。
- 更に(D)塩基性窒素を含む化合物を用いて調製される請求項1から6のいずれかに記載の水性分散液。
- 請求項6から7のいずれかに記載の水性分散液を架橋することによって製造されることを特徴とするモールディング。
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