JP5615172B2 - 活性剤を含むエマルジョンポリマー、その製造法、および二成分または多成分系におけるその使用 - Google Patents
活性剤を含むエマルジョンポリマー、その製造法、および二成分または多成分系におけるその使用 Download PDFInfo
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Description
a)5〜99.9質量%の、20℃で<2質量%の水中溶解度を有し、単官能性(メタ)アクリレートモノマー、スチレンおよびビニルエステルからなる群から選択される1つ以上のモノマー;
b)0〜70質量%のモノマーa)と共重合できる1つ以上のモノマー;
c)0〜20質量%の、1つ以上の二重または多重ビニル性不飽和化合物;
d)0〜20質量%の、20℃で>2質量%の水中溶解度を有する1つ以上の極性モノマー;および
e)0.1〜95質量%の少なくとも1つの活性剤
(構成成分a)〜e)を合計すると100質量%の混合物の重合性構成成分となる)を含む混合物の重合によって得ることができ、ここで
e1)活性剤は式I
−R1は、水素またはメチルであり;
−Xは、1〜18個の炭素原子を有し、ヒドロキシル基および/またはC1−C4アルコキシ基により一置換もしくは多置換されていてもよい直鎖もしくは分岐アルカンジイル基であり;
−R2は、水素、または1〜12個の炭素原子を有し、ヒドロキシル基もしくはC1−C4アルコキシ基によって一置換または多置換されていてもよい直鎖もしくは分岐アルキル基であり、ここでR2中のヒドロキシル基を(メタ)アクリル酸で部分エステル化することができる;
−R3、R4、R5、R6およびR7は、それぞれ互いに独立して、水素、または1〜8個の炭素原子を有し、ヒドロキシル基で一置換もしくは多置換することができる直鎖もしくは分岐アルキルまたはアルコキシ基であり;
ここで、基R3〜R7のうちの2つは互いに結合して、5〜7員環を形成することができ、フェニル基を用いて縮合芳香族環系を形成することができる]の少なくとも1つの活性剤であり;そして、
e2)活性剤e)がエマルジョンポリマーに共有結合する、新規エマルジョンポリマーによって達成される。
A)0.8〜69.94質量%の本発明のエマルジョンポリマー;
B)30〜99.14質量%の1つ以上のエチレン性不飽和モノマー;
C)0.05〜10質量%のペルオキシド;場合により、
D)0〜60質量%のオリゴマーもしくはポリマー;
E)0.01〜2質量%の重合抑制剤;および場合により、
F)0〜800質量部の助剤および添加剤
(ここで、構成成分A)+B)+C)+D)+E)の合計は100質量%になり、F)の量は、A)+B)+C)+D)+E)の合計100質量部に基づく)を含む二成分もしくは多成分系によって達成される。一般に、成分B)、D)、E)およびF)は貯蔵可能な混合物として存在し、一方、成分A)およびC)は、使用前にこの混合物中に混合される。
成分Aは
a)5〜99.9質量%の、20℃で<2質量%の水中溶解度を有し、単官能性(メタ)アクリレートモノマー、スチレンおよびビニルエステルからなる群から選択される1つ以上のモノマー;
b)0〜70質量%の、モノマーa)と共重合できる1つ以上のモノマー;
c)0〜20質量%の、1つ以上の二重もしくは多重ビニル性不飽和化合物;
d)0〜20質量%の、20℃で>2質量%の水中溶解度を有する1つ以上の極性モノマー;および
e)0.1〜95質量%の少なくとも1つの活性剤
(構成成分a)〜e)を合計すると100質量%の混合物の重合性構成成分となる)を含む混合物の重合によって得ることができ、結果として、エマルジョンポリマー=成分Aが得られ、
ここで、
e1)活性剤は式I
R1は、水素またはメチルであり;
Xは、1〜18個の炭素原子を有し、ヒドロキシル基および/またはC1−C4アルコキシ基によって一置換もしくは多置換されていてもよい直鎖もしくは分岐アルカンジイル基であり;
R2は、水素、または1〜12個の炭素原子を有し、ヒドロキシル基もしくはC1−C4アルコキシ基によって一置換もしくは多置換されていてもよい直鎖もしくは分岐アルキル基であり;
R3、R4、R5、R6およびR7は、それぞれ互いに独立して、水素、または1〜8個の炭素原子を有し、ヒドロキシル基によって一置換もしくは多置換されていてもよい直鎖もしくは分岐アルキルもしくはアルコキシ基であり、ヒドロキシル基は、(メタ)アクリル酸によって部分エステル化することができ;基R3〜R7のうちの2つは互いに結合して、5〜7員環を形成し、フェニル基と縮合芳香族環系を形成することができる]の化合物であり;そして
e2)活性剤e)は共有結合によってエマルジョンポリマー中に組み入れられる。
20℃で<2質量%の水中溶解度を有する単官能性メタクリレートおよびアクリレートモノマー(成分Aa))の例は、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、フェニルエチル(メタ)アクリレート、3,3,5−トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレートである。有機化合物の水中溶解度を決定する方法は、当業者に周知である。
成分Ab)の例は、無水マレイン酸、無水イタコン酸、ならびにイタコン酸およびマレイン酸のエステルである。エマルジョンポリマー中のこれらの割合は、70質量%までであり、0〜30質量%、特に、0〜10質量%が好ましい。成分Ab)を除外するのが特に好ましい。
比較的高率の二不飽和および/または多不飽和モノマー(クロスリンカー)を組み入れることによって、配合物において達成可能な膨潤度が制限され、ナノスケールレベルでの不均一なポリマーになる可能性がある。これは、あらゆる場合において不利であるわけではないが、好ましくは求めない。このために、多不飽和モノマーの含有量は、成分A)に対して、20質量%に制限され、さらに好ましくは10質量%未満、特に好ましくは2質量%未満、特に0.5質量%未満であるか、または多不飽和モノマーを完全に除外する。
耐膨潤性は、極性モノマー、例えばメタクリルアミドまたはメタクリル酸をエマルジョンポリマー中に配合することによって調節することもできる。耐膨潤性は、メタクリルアミドまたはメタクリル酸の量が増加するにつれて増大する。
本発明の目的に関して有効に使用できる成分Ae)は、前記一般式Iに対応する。
成分A、B、C、D、EおよびF)を含む配合物の可使時間は、成分B中で使用されるモノマーの膨潤能によって影響を受ける可能性がある。メチル(メタ)アクリレートは高い膨潤能を有し、したがって可使時間が比較的短くなるが、さらに疎水性が高いモノマー、例えば1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、および高分子量を有するモノマー、例えばエチルトリグリコール(メタ)アクリレートは、一般的に可使時間を増大させる。
ペルオキシドは、レドックス系において活性剤のパートナーである。その割合は、一般的に、0.05〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%である。0.5〜5質量%の割合が通常選択され、好ましくは0.5〜3質量%、特に、0.5〜2質量%が選択される。ペルオキシドの割合を選択する際に重要な因子は、目的の用途では、完全な硬化が所望の時間で起こること、および硬化した系が用途に適切な特性を有することである。
オリゴマーとして、不飽和ポリエステル、およびポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、またはポリカーボネートジオールに基づくポリウレタン(メタ)アクリレート、ならびにこれらの混合物を使用することが可能である。さらに、アクリロニトリルおよびブタジエンに基づくビニル末端プレポリマーを使用できる。エポキシド(メタ)アクリレートならびに、例えば(メタ)アクリレートの多官能性メルカプタンの存在下での重合によって得られるような星状コポリマーを使用することも可能である。
重合抑制剤は、成分B)、D)、E)およびF)の混合物の十分な貯蔵安定性を保証するために必要とされる。抑制剤の作用様式は、通常、これらが重合中に発生するフリーラジカルのフリーラジカルスカベンジャーとして作用することである。さらなる詳細は、関連する専門文献、特に、Roempp−Lexikon Chemie;Editors:J.Falbe,M.Regitz;Stuttgart,New York;10th Edition(1996);keyword"Antioxidantien"、およびこの文献で言及される文献で見いだすことができる。
記載する成分に加えて、配合物は、通常の粒状フィラー、例えば二酸化チタン、カーボンブラックまたは二酸化ケイ素、ガラス、ガラスビーズ、ガラス粉末、セメント、ケイ砂、石英粉、砂、コランダム、ストーンウェア、クリンカー、バライト、マグネシア、炭酸カルシウム、粉砕大理石または水酸化アルミニウム、無機または有機顔料および助剤を含むことができる。
混合比は、目的の用途に依存する。これは、使用する成分A〜Fの量を決定する。使用する成分の混合比は、好ましくは、所与の系の完全な重合が達成されるように選択される。特に、十分な量のレドックス開始剤系が利用可能であることが有利であり、活性剤は、少なくとも主にエマルジョンポリマー(成分A)の形態で利用可能にされる。
A)0.8〜69.94質量%の、ポリマーに固定された活性剤成分を有する前述のポリマー
B)30〜99.14質量%の1つ以上のエチレン性不飽和モノマー;
C)0.05〜10質量%のペルオキシド;場合により
D)0〜60質量%のオリゴマー;
E)0.01〜2質量%の重合抑制剤;および場合により
F)0〜800質量部の助剤および添加剤;
(ここで、構成成分A)+B)+C)+D)+E)の合計は100質量%になり、F)の量は、A)+B)+C)+D)+E)の合計100質量部に基づく)を含む。
40〜94.89質量%の成分B)、
0.1〜5質量%の成分C)、
0〜30%質量%の成分D)、
0.01〜2質量%の成分E)
および
0〜800質量部の成分F)
(ここで、構成成分A)+B)+C)+D)+E)の合計は100質量%になり、F)の量は、A)+B)+C)+D)+E)の合計100質量部に基づく)を含む系も好ましい。
50〜94.50質量%成分B)、
0.5〜5質量%成分C)、
0質量%の成分D)、
および
0〜800質量部の成分F)
(ここで、構成成分A)+B)+C)+D)+E)の合計は100質量%になり、F)の量は、A)+B)+C)+D)+E)の合計100質量部に基づく)を含む系がなお一層好ましい。
系は、原則として、接着剤、注型用樹脂、フロアコーティングおよび他の反応性コーティング、シーリング組成物、含浸組成物、包埋組成物、反応性ペグ、歯科用組成物、人工大理石もしくは他の人造石の製造、セラミック物品用多孔性プラスチック型および類似の用途などのあらゆる二成分系に適している。不飽和ポリエステル樹脂およびこれらの典型的な用途における使用にも適している。
全てのエマルジョンポリマーを、フィード流れ方法によって製造した。
MMA:メチルメタクリレート
MAS:メタクリル酸
FG:固形分
モノマー/ポリマー混合物の製造および膨潤時間の測定
20g(=40%質量%)の各ポリマー(成分A)をビーカー(0.2l)に入れた。30g(=60質量%)のエチレン性不飽和モノマーまたはモノマー混合物(成分B)を添加し、混合物がもはや処理可能でなくなるまで、木製スパチュラで撹拌する。この時間を膨潤時間または可使時間として記録する。
装置の説明:
GELNORM Gel Timerは、DIN16945、パート1およびDIN16916に基づく方法によって反応性樹脂のゲル化時間を測定するための自動装置である。
クランプホルダー、刻み付スクリュー、測定パンチ、マイクロスイッチ、保持バネ、試験管、試験管ホルダー
手順:
5gの粉末および7.5gのモノマーの混合物を次いで製造した。混合物を木製スパチュラで約1分間撹拌し、直径160mm×16mmの試験管(風袋:約10g)中に導入した。試験管と試験混合物の合計質量は、測定結果の良好な再現性を保証するためには、常に22gでなければならない。保持バネおよび試験混合物を含む試験管を測定ヘッドのホルダー中に入れ、保持バネを同時にマイクロスイッチ上に引っ掛けた。測定パンチを続いて混合物中に浸し、クランプホルダーで固定した。実験を次いで室温で開始した。
MMA:メチルメタクリレート
MAS:メタクリル酸
MAA:メタクリルアミド
THFMA:テトラヒドロフルフリルメタクリレート
1,4−BDDMA:1,4−ブタンジオールジメタクリレート
HPMA:ヒドロキシプロピルメタクリレート
薄膜の硬化
手順:
5gの各ポリマー(成分A)をビーカー(0.2l)中に入れ、様々な量のMMAと混合する。混合物をそれぞれの場合、1.3gのBP−50−FTと混合した。
重合法:過酸化ベンゾイルBP−50−FT(BP−50−FTは、50質量%の過酸化ジベンゾイルを含む白色自由流動性粉末であり、フタル酸エステルで安定化されている)を、活性剤に対して等モル量で、モノマーBおよび成分Aと混合する。全ての重合を、可使時間の測定について上記したのと同じ混合比で行った。
Claims (22)
- a)5〜99.9質量%の、20℃で2質量%未満の水中溶解度を有し、単官能性(メタ)アクリレートモノマー、スチレンおよびビニルエステルからなる群から選択される1つ以上のモノマー;
b)0〜70質量%の、モノマーa)と共重合できる、無水マレイン酸、無水イタコン酸、ならびにイタコン酸またはマレイン酸のエステルからなる群から選択される1つ以上のモノマー;
c)0〜20質量%の、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、およびこれらの高級同族体、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、エトキシル化トリメチロールプロパンの(メタ)アクリレート、トリアリルシアヌレートおよびアリル(メタ)アクリレートからなる群から選択される1つ以上の二重または多重ビニル性不飽和化合物;
d)0〜20質量%の、20℃で2質量%超の水中溶解度を有する、メタクリルアミド、メタクリル酸、アクリル酸、アクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、イタコン酸、マレイン酸、N−メタクリロイルオキシエチルエチレン尿素、N−メタクリロイルアミドエチルエチレン尿素、N−メチロールアクリルアミドまたはN−メチロールメタクリルアミドおよびこれらのエーテル、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、アルコキシポリエチレングリコールメタクリレートの同族体、アルコキシポリプロピレングリコールメタクリレートの同族体、メタクリロイルオキシポリエチレングリコールまたはメタクリロイルオキシポリプロピレングリコールの同族体、ならびにビニルオキシポリエチレングリコールまたはビニルオキシポリプロピレングリコールの同族体からなる群から選択される1つ以上の極性モノマー;および
e)0.1〜95質量%の少なくとも1つの活性剤
(構成成分a)〜e)を合計すると混合物の重合性構成成分は100質量%となる)を含む混合物の重合によって得ることができる、コア−シェルタイプのエマルジョンポリマーであって、
e1)活性剤は式I
−R1は、水素またはメチルであり;
−Xは、1〜18個の炭素原子を有し、ヒドロキシル基および/またはC1−C4アルコキシ基により一置換もしくは多置換されていてもよい直鎖もしくは分岐アルカンジイル基であり;
−R2は、水素、または1〜12個の炭素原子を有し、ヒドロキシル基もしくはC1−C4アルコキシ基によって一置換または多置換されていてもよい直鎖もしくは分岐アルキル基であり、ここでヒドロキシル基は(メタ)アクリル酸で部分エステル化されていることができる;
−R3、R4、R5、R6およびR7は、それぞれ互いに独立して、水素、または1〜8個の炭素原子を有し、ヒドロキシル基で一置換もしくは多置換されていることができる直鎖もしくは分岐アルキル基またはアルコキシ基であり;
ここで、基R3〜R7のうちの2つは互いに結合して、5〜7員環を形成していてもよく、フェニル基と共に縮合芳香族環構造を形成することができる]の化合物であり;そして、
e2)活性剤e)がエマルジョンポリマーに共有結合を介して組み込まれており、構成成分a)〜e)はコア−シェルポリマーのコアとして、および構成成分a)〜d)はコア−シェルポリマーのシェルとして使用されるものであるエマルジョンポリマー。 - R1がメチルである、請求項1に記載のポリマー。
- Xが、エチレン基−CH2−CH2−または2−ヒドロキシプロピレン基−CH2−CH(OH)−CH2−である、請求項1または2に記載のポリマー。
- R2が、メチル、エチルおよび2−ヒドロキシエチルからなる群から選択される、請求項1から3までのいずれか1項に記載のポリマー。
- 基R3〜R7のうちの1つが、メチルであり、残りの4つの基がそれぞれ水素であるか、または基R3〜R7のうちの2つがメチルであり、残りの3つの基がそれぞれ水素である、請求項1から4までのいずれか1項に記載のポリマー。
- a)が、1つ以上のメタクリレートモノマーおよび/またはアクリレートモノマーからなる、請求項1から5までのいずれか1項に記載のポリマー。
- e)が、10〜60質量%の量で存在する、請求項1から6までのいずれか1項に記載のポリマー。
- a)が、メチルメタクリレートである、請求項6に記載のポリマー。
- コア−シェル重合の手法で、請求項1から8までのいずれか1項に記載の構成成分a)〜e)が第1段において水性エマルジョン中でコアとして重合され、構成成分a)〜d)の混合物が次に少なくとも1つのさらなる段階でシェルとして重合される、エマルジョンポリマーの製造方法。
- コアの構成成分a)〜e)およびシェルの構成成分a)〜d)が、結果として得られるポリマーにおいて、少なくとも1つのシェルのガラス転移温度TGSが、コアのガラス転移温度TGCよりも高くなるように選択され、その際、ガラス転移温度TGはEN ISO11357にしたがって測定されるものである、請求項9に記載の方法。
- シェルの構成成分a)〜d)が、結果として得られるポリマーにおいて、少なくとも1つのシェルのガラス転移温度TGSが、100℃よりも高くなるように選択され、その際、ガラス転移温度TGSはEN ISO11357にしたがって測定されるものである、請求項10に記載の方法。
- A)請求項1から8までのいずれか1項に記載のポリマーまたは請求項9から11までのいずれか1項に記載の方法により得たポリマー、B)1つ以上のエチレン性不飽和モノマー、C)ペルオキシド、およびE)重合抑制剤を含み、レドックス開始剤系によって硬化し、調節可能な可使時間を有する、二成分系または多成分系。
- 0.8〜69.94質量%の成分A);
30〜99.14質量%の成分B);
0.05〜10質量%の成分C);場合により
0〜60質量%の不飽和オリゴマーD);
0.01〜2質量%の成分E);および場合により
0〜800質量部の助剤および添加剤F);
(ここで、構成成分A)+B)+C)+D)+E)の合計は100質量%になり、F)の量は、A)+B)+C)+D)+E)の合計100質量部に基づく)を含む、請求項12に記載の二成分系または多成分系。 - 5〜45質量%の成分A)、
40〜94.89質量%の成分B)、
0.1〜5質量%の成分C)、
0〜30%質量%の成分D)、
0.01〜0.2質量%の成分E)、および
0〜800質量部の成分F)
(構成成分A)+B)+C)+D)+E)の合計は100質量%になり、F)の量は、A)+B)+C)+D)+E)の合計100質量部に基づく)を含む、請求項13に記載の系。 - 5〜45質量%の成分A)、
50〜94.50質量%の成分B)、
0.5〜5質量%の成分C)、
0質量%の成分D)、および
0〜800質量部の成分F)
(構成成分A)+B)+C)+D)+E)の合計は100質量%になり、F)の量は、A)+B)+C)+D)+E)の合計100質量部に基づく)を含む、請求項13に記載の系。 - 成分A)および成分C)を一緒に貯蔵し、成分B)の少なくとも1つの構成成分を、系が使用されるまで成分A)およびC)とは別に貯蔵し、別に貯蔵される成分B)の構成成分の、ポリマーA)についての膨潤能は、ポリマーA)にポリマー固定された活性剤が成分C)と反応できるほど高い、請求項12から15までのいずれか1項に記載の系。
- 成分A)、成分B)の一部、および成分C)を一緒に貯蔵し、成分B)の割合は、成分B)の構成成分の、ポリマーA)についての膨潤能が、ポリマーA)にポリマー固定された活性剤が成分C)と反応できないほど低くなるように選択される、請求項12から15までのいずれか1項に記載の系。
- 成分A)および成分B)の一部を一緒に貯蔵し、成分B)の割合は、成分B)の構成成分の、ポリマーA)についての膨潤能が、粘度において望ましくない増加が起こらないほど低くなるように選択される、請求項12から15までのいずれか1項に記載の系。
- 成分B)が、メチルトリグリコールメタクリレートもしくはエチルトリグリコールメタクリレート、ブチルジグリコールメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、3〜10モルのエチレンオキシドを含むエトキシル化トリメチロールプロパンのトリメタクリレート、2〜10モルのエチレンオキシドを含むエトキシル化ビスフェノールAのジメタクリレートおよび/または1〜10個のエチレンオキシド単位を含むポリエチレングリコールジメタクリレートからなる群から選択される1つ以上の化合物である、請求項13に記載の系。
- 成分C)が、過酸化ジベンゾイルおよび/またはジラウリルペルオキシドを含む、請求項13に記載の系。
- 接着剤、注型用樹脂、フロアコーティングまたは他の反応性コーティング、シーリング組成物、含浸組成物、包埋組成物、人工大理石または他の人造石を製造するための組成物、反応性ペグ用組成物、歯科用組成物、またはセラミック物品用多孔性プラスチック型における、請求項12から20までのいずれか1項に記載の二成分系または多成分系の使用。
- 不飽和ポリエステル樹脂またはビニルエステル樹脂における請求項12から20までのいずれか1項に記載の二成分系もしくは多成分系の使用。
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