JP5664680B2 - 水系プライマーおよび水系プライマー組成物 - Google Patents
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Description
現在、プライマーは有機溶剤を含有するものが一般的である。しかしながら、環境汚染をできるだけ少なくし、作業者への安全衛生をより一層向上させるために水系プライマーの開発が求められている(例えば、特許文献1等参照)。
このようなアクリル系エマルジョンを水系プライマーとして被着体に塗布し、乾燥させた場合、耐水性(耐水接着性)に劣ることがある。この理由は、次のように考えられる。すなわち、乾燥後の水系プライマーにおいては、アクリル粒子が密集して塗膜を形成しているところ、この塗膜を水に浸漬させると、アクリル粒子表面に付着していた乳化剤が溶け出して、その部分が空隙となり、塗膜に水が浸入しやすくなるためと考えられる。
そこで、本発明は、耐水接着性に優れた水系プライマーおよび水系プライマー組成物を提供することを目的とする。
(1)アクリル粒子を含有する、アクリル系エマルジョンであって、上記アクリル粒子の平均粒子径が、0.6μm以下であり、上記アクリル粒子が、(メタ)アクリロイル基を有する重合性モノマー(A)を重合開始剤である過硫酸塩(B)の存在下で重合させて得られるポリマーの粒子であり、上記重合性モノマー(A)が、(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)と、ヒドロキシ基を有するヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)とを含み、上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対する上記過硫酸塩(B)のモル比(B/A1)が、0.007以上であり、上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対する上記ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)が有するヒドロキシ基(OH)のモル比(OH/A1)が、0.05以上であり、固形分が15質量%以上40質量%未満である、アクリル系エマルジョンからなるシーリング材用水系プライマー。
(2)上記ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)が、炭素原子に結合したヒドロキシ基を有するアルコール基含有重合性モノマー(A21)と、ケイ素原子に結合したヒドロキシ基を有するシラノール基含有重合性モノマー(A22)と、を含む、上記(1)に記載のシーリング材用水系プライマー。
(3)上記アクリル粒子が、炭素原子に結合したヒドロキシ基と、ケイ素原子に結合したヒドロキシ基とを有する、上記(1)または(2)に記載のシーリング材用水系プライマー。
(4)アクリル粒子を含有する、アクリル系エマルジョンであって、上記アクリル粒子の平均粒子径が、0.6μm以下であり、上記アクリル粒子が、(メタ)アクリロイル基を有する重合性モノマー(A)を重合開始剤である過硫酸塩(B)の存在下で重合させて得られるポリマーの粒子であり、上記重合性モノマー(A)が、(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)と、ヒドロキシ基を有するヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)とを含み、上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対する上記過硫酸塩(B)のモル比(B/A1)が、0.007以上であり、上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対する上記ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)が有するヒドロキシ基(OH)のモル比(OH/A1)が、0.05以上であり、固形分が15質量%以上40質量%未満である、アクリル系エマルジョンを含有するシーリング材用水系プライマー組成物。
(5)上記ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)が、炭素原子に結合したヒドロキシ基を有するアルコール基含有重合性モノマー(A21)と、ケイ素原子に結合したヒドロキシ基を有するシラノール基含有重合性モノマー(A22)と、を含む、上記(4)に記載のシーリング材用水系プライマー組成物。
(6)上記アクリル粒子が、炭素原子に結合したヒドロキシ基と、ケイ素原子に結合したヒドロキシ基とを有する、上記(4)または(5)に記載のシーリング材用水系プライマー組成物。
本発明に用いるアクリル系エマルジョン(以下、「本発明のアクリル系エマルジョン」ともいう)は、アクリル粒子を含有する、アクリル系エマルジョンであって、上記アクリル粒子の平均粒子径が、0.6μm以下であり、上記アクリル粒子が、(メタ)アクリロイル基を有する重合性モノマー(A)を重合開始剤である過硫酸塩(B)の存在下で重合させて得られるポリマーの粒子であり、上記重合性モノマー(A)が、(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)と、ヒドロキシ基を有するヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)とを含み、上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対する上記過硫酸塩(B)のモル比(B/A1)が、0.007以上であり、上記(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対する上記ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)が有するヒドロキシ基(OH)のモル比(OH/A1)が、0.05以上であり、固形分が15質量%以上40質量%未満である、アクリル系エマルジョンである。
すなわち、一般的には、液相である分散媒に液相である分散質が分散した系を「エマルジョン」といい、液相である分散媒に固相である分散質が分散した系を「サスペンション」というが、本発明においては、「エマルジョン」は「サスペンション」を含む概念とする。
また、上述したように、従来のアクリル系エマルジョンにおいて、乾燥後の塗膜を水に浸漬させると、アクリル粒子表面の乳化剤が溶け出して空隙が形成され、水が浸入しやすくなるが、本発明のアクリル系エマルジョンは、ラウリル硫酸ナトリウムなどの乳化剤を用いることなく得られるものであるため、乾燥後の塗膜を水に浸漬しても空隙が形成されることがなくなり、耐水性(耐水接着性)にも優れるものと考えられる。
なお、以下の説明において、(メタ)アクリレートとは、アクリレートおよび/またはメタクリレートを意味し、(メタ)アクリルとは、アクリルおよび/またはメタアクリルを意味し、(メタ)アクリロイルとは、アクリロイルおよび/またはメタクリロイルを意味するものとする。
本発明のアクリル系エマルジョンが含有するアクリル粒子は、水等の分散媒中に分散質として分散(懸濁)しているものであり、概略的には、後述する(メタ)アクリロイル基を有する重合性モノマー(A)を、後述する過硫酸塩(B)の存在下で重合させて得られるポリマーの粒子である。
一方、アクリル粒子の平均粒子径の下限値としては、耐水性の観点から、0μm超が好ましく、0.01μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましい。
なお、アクリル粒子の平均粒子径は、粒度径分布測定機(Nanotrac UPA−EX150、日機装社製)を用いて測定した値である。
なお、アクリル粒子の重量平均分子量(Mw)は、テトラヒドロフランを溶媒とするゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によりポリスチレン換算で表わされる重量平均分子量である。
本発明に用いられる重合性モノマー(A)は、少なくとも、(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)と、ヒドロキシ基(OH)を有するヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)と、を含む。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)としては、例えば、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、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、sec−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、へキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、t−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、シクロオクチル(メタ)アクリレート、n−ノニル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、n−デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、n−ドデシル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、n−トリデシル(メタ)アクリレート、n−テトラデシル(メタ)アクリレートなどがあげられる。なかでも、エチル(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、sec−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)は、(メタ)アクリロイル基およびヒドロキシ基を有するモノマーである。
本発明において、ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)の配合量は、上述した(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対して、ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)が有するヒドロキシ基(OH)のモル比(OH/A1)が、0.05以上となる量である。
このモル比(OH/A1)が0.05未満であると、得られるアクリル粒子の平均粒子径が0.6μmを超えて被着体に対する接着性が劣るが、0.05以上であれば、アクリル粒子の平均粒子径が0.6μm以下となって被着体に対する浸透性が良好になり、接着性に優れる。
モル比(OH/A1)は、接着性がより優れるという理由から、0.05〜0.15が好ましく、0.05〜0.10がより好ましい。
アルコール基含有重合性モノマー(A21)としては、(メタ)アクリロイル基および炭素原子に結合したヒドロキシ基(便宜的に「アルコール基」ともいう)を有するモノマーであれば特に限定されないが、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、6−ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、8−ヒドロキシオクチル(メタ)アクリレート、10−ヒドロキシデシル(メタ)アクリレート、12−ヒドロキシラウリル(メタ)アクリレート、(4−ヒドロキシメチルシクロへキシル)メチルアクリレート、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシ(メタ)アクリルアミド、ビニルアルコール、アリルアルコール、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらのうち、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが好ましく用いられる。
シラノール基含有重合性モノマー(A22)としては、(メタ)アクリロイル基およびケイ素原子に結合したヒドロキシ基(「シラノール基」ともいう)を有するモノマーであれば特に限定されない。
このようなシラノール基含有重合性モノマー(A22)としては、(メタ)アクリロイル基およびアルコキシシリル基を有するアルコキシシリル基含有重合性モノマーを用いてもよい。該モノマーを用いて本発明のアクリル系エマルジョンを得るときに、アルコキシシリル基は加水分解する。
これらのうち、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシランが好ましく用いられる。
本発明に用いる重合性モノマー(A)としては、上述した(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)およびヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)のほかに、例えば、カルボキシ基含有重合性モノマー(A3)が挙げられる。
カルボキシ基含有重合性モノマー(A3)としては、(メタ)アクリロイル基およびカルボキシ基を有するものであれば特に限定されず、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、カルボキシエチル(メタ)アクリレート、カルボキシペンチル(メタ)アクリレート、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらのうち、アクリル酸、メタクリル酸が好ましく用いられる。
このようなカルボキシ基含有重合性モノマー(A3)を用いる場合、その配合量は、上述した(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対して、2.5〜20モル%が好ましく、2.5〜15モル%がより好ましい。
本発明に用いられる重合開始剤(ラジカル重合開始剤)は、過硫酸塩(B)であり、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等が挙げられる。
重合開始剤として過硫酸塩(B)を用いることで、ラウリル硫酸ナトリウムなどの乳化剤(界面活性剤)を用いることなく、重合開始剤のイオン性だけで、水溶媒中で機械的安定性を有するアクリル粒子を得ることができる。
本発明において、過硫酸塩(B)の配合量は、上述した(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対する過硫酸塩(B)のモル比(B/A1)が、0.007以上となる量である。
このモル比(B/A1)が0.007未満であると、得られるアクリル粒子の平均粒子径が0.6μmを超えて被着体に対する接着性が劣るが、0.007以上であれば、アクリル粒子の平均粒子径が0.6μm以下となって被着体に対する浸透性が良好になり、接着性に優れる。
モル比(B/A1)は、接着性がより優れるという理由から、0.007〜0.05が好ましく、0.007〜0.04がより好ましい。
このとき、使用する重合性モノマー(A)中、ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)およびカルボキシ基含有重合性モノマー(A3)の合計の割合が、3〜20モル%であるのが好ましく、5〜15モル%であるのがより好ましい。この範囲であれば、本発明のアクリル系エマルジョンを用いた水系プライマーのモルタル等の被着体に対する接着性がより良好となる。
還元剤の配合量は特に限定されないが、過酸化物でもある過硫酸塩(B)に対して、0.05〜3当量が好ましく、0.1〜2当量がより好ましく、0.3〜1.5当量がさらに好ましい。
連鎖移動剤の配合量は、分子量を調整するために適宜選択されるため、特に限定されないが、例えば、重合性モノマーの合計に対して、0.01〜10モル%が好ましく、0.1〜8モル%がより好ましい。
中和剤としては、酸性基を中和できるものであれば特に限定されず、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、トリメチルアミン、ジメチルアミノエタノール、2−メチル−2−アミノ−1−プロパノール、トリエチルアミン、アンモニア水等が挙げられる。これらの中和剤は、例えば、中和後のpHが7〜10程度となる量で用いるのが好ましい。
本発明のアクリル系エマルジョンは、上述したアクリル粒子を分散質とするエマルジョンであり、分散媒である水溶媒は蒸留水であるのが好ましいが、その固形分は15質量%以上40質量%未満である。
固形分が15質量%未満である場合、有効成分の濃度が低すぎるため乾燥後において被着体に対して十分な接着性が得られない。一方、固形分が40質量%以上である場合、粘度が高く、被着体に対する塗布が困難になり、また、塗布できたとしても非常に不均一な塗膜となるため、やはり、接着性は不十分である。
しかしながら、本発明のアクリル系エマルジョンの固形分が上記範囲内であれば、被着体に対する接着性、とりわけ耐水接着性が優れ、この効果がより優れるという理由から、固形分は、15〜35質量%が好ましく、15〜30質量%がより好ましい。
本発明のアクリル系エマルジョンの20℃における粘度は、特に限定されないが、200〜900mPa・sが好ましく、300〜800mPa・sがより好ましい。粘度がこの範囲であれば、被着体に対する濡れが優れる。
なお、粘度は、JIS K 7117−2:1991に記載の方法に従い、BL形粘度計(No.4ロータ、6rpm)を用いて20℃で測定した、20℃における粘度である(単位:mPa・s)。
本発明のシーリング材用水系プライマー(以下、「本発明の水系プライマー」と略す。)は、上述した本発明のアクリル系エマルジョンからなる水系プライマーであり、上述したように、モルタル等の被着体に対する接着性、とりわけ耐水接着性に優れる。
ここで、本発明の水系プライマー組成物は、上述した本発明のアクリル系エマルジョン以外に、本発明の目的および効果を損なわない範囲で、必要に応じてさらに添加剤を含有することができる。添加剤としては、例えば、充填剤、顔料、ブロッキング防止剤、分散安定剤、揺変剤、粘度調節剤、レベリング剤、ゲル化防止剤、光安定剤、老化防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、帯電防止剤、補強材、難燃剤、触媒、消泡剤、増粘剤、分散剤、有機溶剤が挙げられ、その量は、特に限定されない。
本発明のプライマーの使用方法としては、例えば、上述した被着体に本発明のプライマーを塗布し、任意で乾燥し、その上にシーリング材組成物を塗布した後、本発明のプライマーおよびシーリング材組成物を乾燥させて硬化させる方法が挙げられる。
反応容器に、下記第1表に示す成分を同表に示すモル比で投入し、固形分が下記第1表に示す濃度(単位:質量%)となるように蒸留水を添加して、80℃まで加温した後、5時間攪拌することで重合を行なった。これにより、アクリル系ポリマーが分散し、微粒子化されたアクリル粒子を分散質とするアクリル系エマルジョンを得た。
なお、配合例10〜12では、エマルジョンが得られなかった(乳化しなかった)が、便宜的に、得られた生成物をアクリル系エマルジョンと呼ぶ。
・MMA:メチルメタクリレート(分子量:100)
・2EHA:2−エチルヘキシルアクリレート(分子量:184)
・BA:ブチルアクリレート(分子量:128)
・MAA:メタクリル酸(分子量:87)
・HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート(分子量:130)
・Si(OH)3:γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(分子量:290)
・Si(OH)2:γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン(分子量:274)
・APS:過硫酸アンモニウム(分子量:228)
・SBS:亜硫酸水素ナトリウム(分子量:104)
・TBHP:t−ブチルヒドロペルオキシド(分子量:90.12)
・TEPA:テトラエチレンペンタミン(分子量:189.30)
・SH:ラウリルメルカプタン(分子量:202)
・AIBN:2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(分子量:164)
・SLS:ラウリル硫酸ナトリウム(分子量:288.4)
得られた配合例1〜17のアクリル系エマルジョンが含有するアクリル粒子について、重量平均分子量(Mw)および平均粒子径(単位:μm)を、上述した方法により測定した。結果を下記第1表に示す。
なお、エマルジョンが得られなかった配合例10〜13については、平均粒子径を測定しなかったので、下記第1表には「−」を記載した。
得られたアクリル系エマルジョンの接着性および耐水接着性を評価するため、下記試験を行なった。結果を下記第1表に示す。なお、評価を行わなかった場合には下記第1表に「−」を記載した。
配合例1〜17のアクリル系エマルジョンを、被着体であるモルタル(50mm×50mm、パルテック社製)上に、刷毛を用いて、50g/m2の膜厚となるように塗布し、25℃で3時間乾燥させて、試験体を作製した。
次に、試験体の塗膜面に1mmの碁盤目100個(10×10)を作り、そしてその碁盤目の上に、セロハンテープ(ニチバン社製)を完全に付着させた後、直ちにテープの一端を塗膜面に対して約60°の角度に保ったままテープを剥がすことにより、完全に剥がれないで残った碁盤目の数を調べた。
実用上の観点から、常態クロスカット試験の結果が95以上であれば、接着性に優れるものとして評価できる。
上記と同様に作製した試験体を、25℃の水に一週間浸漬させた後、上記と同様にして、クロスカット試験を行ない、完全に剥がれないで残った碁盤目の数を調べた。
実用上の観点から、耐水クロスカット試験の結果が30以上であれば、耐水接着性に優れるものとして評価できる。
また、なかでも、ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)として、アルコール基含有重合性モノマー(A21)と、シラノール基含有重合性モノマー(A22)とを併用した配合例1〜6および9は、アルコール基含有重合性モノマー(A21)のみを使用した配合例13と比較して、耐水接着性がより優れていた。
また、過硫酸塩(B)を用いなかった配合例10〜12は、乳化しなかった。同様に過硫酸塩(B)を用いなかった配合例14は、乳化したものの、耐水接着性が劣っていた。
また、固形分が15質量%未満である配合例15、および、固形分が40質量%以上である配合例16は、接着性および耐水接着性が劣っていた。
また、乳化剤(界面活性剤)であるラウリル硫酸ナトリウム(SLS)を用いた配合例17は、接着性は良好であるものの、耐水接着性が劣っていた。
Claims (6)
- アクリル粒子を含有する、アクリル系エマルジョンであって、
前記アクリル粒子の平均粒子径が、0.6μm以下であり、
前記アクリル粒子が、(メタ)アクリロイル基を有する重合性モノマー(A)を重合開始剤である過硫酸塩(B)の存在下で重合させて得られるポリマーの粒子であり、
前記重合性モノマー(A)が、(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)と、ヒドロキシ基を有するヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)とを含み、
前記(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対する前記過硫酸塩(B)のモル比(B/A1)が、0.007以上であり、
前記(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対する前記ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)が有するヒドロキシ基(OH)のモル比(OH/A1)が、0.05以上であり、
固形分が15質量%以上40質量%未満である、アクリル系エマルジョンからなるシーリング材用水系プライマー。 - 前記ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)が、炭素原子に結合したヒドロキシ基を有するアルコール基含有重合性モノマー(A21)と、ケイ素原子に結合したヒドロキシ基を有するシラノール基含有重合性モノマー(A22)と、を含む、請求項1に記載のシーリング材用水系プライマー。
- 前記アクリル粒子が、炭素原子に結合したヒドロキシ基と、ケイ素原子に結合したヒドロキシ基とを有する、請求項1または2に記載のシーリング材用水系プライマー。
- アクリル粒子を含有する、アクリル系エマルジョンであって、
前記アクリル粒子の平均粒子径が、0.6μm以下であり、
前記アクリル粒子が、(メタ)アクリロイル基を有する重合性モノマー(A)を重合開始剤である過硫酸塩(B)の存在下で重合させて得られるポリマーの粒子であり、
前記重合性モノマー(A)が、(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)と、ヒドロキシ基を有するヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)とを含み、
前記(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対する前記過硫酸塩(B)のモル比(B/A1)が、0.007以上であり、
前記(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー(A1)に対する前記ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)が有するヒドロキシ基(OH)のモル比(OH/A1)が、0.05以上であり、
固形分が15質量%以上40質量%未満である、アクリル系エマルジョンを含有するシーリング材用水系プライマー組成物。 - 前記ヒドロキシ基含有重合性モノマー(A2)が、炭素原子に結合したヒドロキシ基を有するアルコール基含有重合性モノマー(A21)と、ケイ素原子に結合したヒドロキシ基を有するシラノール基含有重合性モノマー(A22)と、を含む、請求項4に記載のシーリング材用水系プライマー組成物。
- 前記アクリル粒子が、炭素原子に結合したヒドロキシ基と、ケイ素原子に結合したヒドロキシ基とを有する、請求項4または5に記載のシーリング材用水系プライマー組成物。
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