JP5824754B2 - エマルション型樹脂組成物およびその製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、重合開始剤や乳化剤の量が非常に少ない。そのため、開始剤や乳化剤の計量精度によって仕上がり状態が変化しやすく、安定な生産は難しい。また、エマルションの機械的な安定性も十分でない。
前記沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物は、モノマーと共重合しない化合物であり、
前記ポリマー含有エマルションの粒子全体に占める、粒子径0.05μm以上0.6μm未満の小粒径粒子の占める割合が2〜75体積%であり、粒子径0.6μm以上5μm以下の大粒径粒子の占める割合が25〜98体積%であり、かつ、ポリマー含有エマルション全体の平均粒子径(D50平均粒子径)が0.2μm〜2μmである。
前記ポリマー含有エマルションは、その粒子全体に占める、粒子径0.05μm以上0.6μm未満の小粒径粒子の占める割合が2〜75体積%であり、粒子径0.6μm以上5μm以下の大粒径粒子の占める割合が25〜98体積%であり、かつ、ポリマー含有エマルション全体の平均粒子径(D50平均粒子径)が0.2μm〜2μmであることを特徴とする。
本発明のエマルション型樹脂組成物は、塗料や粘着剤等の用途に好ましく使用できる。
本発明のエマルション型樹脂組成物の第一の実施態様を説明する。
第一の実施態様に係る本発明のエマルション型樹脂組成物は、沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物(乳化剤を除く)の存在下に、モノマーを、乳化剤、水、および重合開始剤を用いて重合してなるポリマー含有エマルションを含み、前記沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物は、モノマーと共重合しない化合物であり、
前記ポリマー含有エマルションの粒子全体に占める、粒子径0.05μm以上0.6μm未満の小粒径粒子の占める割合が2〜75体積%であり、粒子径0.6μm以上5μm以下の大粒径粒子の占める割合が25〜98体積%であり、かつ、ポリマー含有エマルション全体の平均粒子径(D50平均粒子径)が0.2μm〜2μmである。
沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物(以下、非イオン性水溶性化合物という)は、金属イオンの影響を低減する化合物であり、カルボニル基を有する化合物、水酸基を有する化合物、およびキレート剤等が好ましい。なお、沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物は、モノマーとは共重合せず、乳化剤ではない。乳化剤とは、モノマーと共に攪拌するとミセルを形成できる化合物である。
本発明に用いられる非イオン性水溶性化合物としては、25℃で水に溶解し、かつ重合反応中に揮発しない程度の沸点を有するものが好ましい。また、本発明に用いられる非イオン性水溶性化合物は、25℃で水に溶解する性質を有していればよく、本発明の実施において、その沸点の上限を考慮する必要はない。
ケトンは、例えばメチルイソブチルケトン、2,3−ペンタンジオン、および2,4−ペンタンジオン等のジケトンが挙げられる。
カルボン酸としては、例えば酢酸、乳酸、クエン酸等が挙げられる。
酸無水物としては、例えば無水酢酸等が挙げられる。
本発明におけるモノマーは、アルキル基の炭素数が1〜14の(メタ)アクリル酸アルキルエステルおよびカルボキシル基含有モノマーが好ましい。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルは、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸iso−プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸iso−ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル等の直鎖または分岐脂肪族アルコールのアクリル酸エステルおよび対応するメタクリル酸エステル等が挙げられる。これらは単独で、または複数種を組み合わせて使用することができる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルは、乳化重合に使用するモノマー混合物100重量%中に1〜98.9重量%含むことが好ましい。また粘着剤用途に使用する場合、50〜99.9重量%が好ましい。
カルボキシル基含有モノマーは、乳化重合に使用するモノマー混合物100重量%中に、0.1〜20重量%含有することが好ましく、0.2〜5重量%含有することがより好ましく、0.2〜2重量%含有することがさらに好ましい。カルボキシル基含有モノマーを0.1〜20重量%含有することで乳化重合が容易に進行し、機械安定性が向上し、平滑な被膜が得易くなる。
N−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド、N―アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミド、メチロール化アクリルアミド、N−(1,1−ジメチル−3オキソブチル)アクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド等の(メタ)アクリルアミドモノマー;
燐酸基含有ビニルモノマーや酢酸ビニル、スチレン、ブタジエン等のビニル系モノマー;およびアセトアセトキシエチルメタクリレート、アルコキシシリル基含有モノマー;
イソボニルアクリレート;
他のモノマーは、乳化重合に使用するモノマー混合物100重量%中に1〜98.9重量%の割合で用いることができる。
前記他のモノマーは、1種または2種以上を使用できる。
非反応性乳化剤のうちアニオン乳化剤は、上記非イオン性乳化剤を変性した硫酸エステル、またはそのアンモニウム塩、またはその金属塩等が好ましい。
水溶性重合開始剤は、過硫酸塩、水溶性アゾ開始剤および過酸化物が好ましい。
水溶性アゾ開始剤としては、例えば4,4’−アゾビス−4−シアノバレリン酸のアンモニウム塩、2,2’−アゾビス(2−メチルアミドオキシム)ジヒドロクロライド、2,2’−アゾビス(2−メチルブタンアミドオキシム)ジヒドロクロライドテトラヒドレート、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−〔1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル〕−プロピオンアミド}、および2,2’−アゾビス〔2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−プロピオンアミド〕等が挙げられる。
重合開始剤としては、重合開始剤と還元剤を組み合わせた開始剤(レドックス開始剤)も好ましい。レドックス開始剤を使用することでより低い温度で乳化重合が可能になる。
レドックス開始剤の組合せとしては、例えば過酸化物として過酸化水素、t−ブチルハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等と、還元剤としてロンガリットおよびメタ重亜硫酸ナトリウム等の組合せ;、
過硫酸ナトリウムおよび過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩と、ロンガリットおよびチオ硫酸ナトリウム等の組み合わせ、過酸化水素水とアスコルビン酸との組み合わせ;等が好ましい。
重合開始剤の使用量は、モノマー混合物100重量部に対して、0.02〜3重量部使用することが好ましく、0.1〜1重量部であることがより好ましい。
連鎖移動剤は、モノマー混合物100重量部に対して0.001〜2重量部程度が好ましい。
ロジン系樹脂としては、例えば天然ロジン、ロジンエステル、水添ロジン、水添ロジンエステル、重合ロジン、重合ロジンエステル、不均化ロジン、不均化ロジンエステル等が挙げられる。
テルペン系樹脂としては、例えばα−ピネン樹脂、β−ピネン樹脂、テルペンフェノール樹脂、水添テルペンフェノール樹脂等が挙げられる。
芳香族系石油樹脂としては、例えばスチレンオリゴマー、α−メチルスチレン/スチレン共重合体等が挙げられる。
粘着付与樹脂は、モノマーに溶解可能なことが好ましいが、乳化剤で乳化した粘着付与樹脂エマルションとして使用することもできる。
粘着付与樹脂は、上段で説明した粘着付与樹脂エマルションを配合することが好ましい。
架橋剤としては、例えば、ヒドラジド化合物、セミカルバジド誘導体、イソシアネート系化合物、カルボジイミド系化合物、アジリジン系化合物、エポキシ系化合物、錯形成可能な金属系化合物等が挙げられる。
本発明のエマルション型樹脂組成物の第二の実施態様を説明する。
前記沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物は、前記モノマーとは共重合しない化合物であり、
アクリル系ポリマー含有エマルションの粒子全体に占める、0.05μm以上0.6μm未満の小粒径粒子の占める割合が2〜75体積%であり、0.6μm以上5μm以下の大粒径粒子の占める割合が25〜98体積%であり、かつ、アクリル系ポリマー含有エマルションの平均粒子径(D50平均粒子径)が0.2μm〜2μmであることを特徴とする。
エマルション型樹脂組成物の製造方法は、下記の工程(1)〜(2)を具備する。
(1)ラジカル重合性不飽和モノマーと共重合しない、沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物(乳化剤を除く)の存在下、ラジカル重合性不飽和モノマーを、乳化剤、水および重合開始剤を用いて乳化重合することにより、粒子径が0.6μm以上5μm以下のポリマー含有エマルション(a)を得る工程。
ただし、前記沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物は、既に説明した通り、前記モノマーとは共重合しない化合物である。
(2)ポリマー含有エマルション(a)の存在下に、モノマーを、乳化剤、水および重合開始剤を用いて乳化重合することにより、粒子径が0.05μm以上0.6μm未満のポリマー含有エマルション(b)を得る工程。
そして、上記工程で得られたエマルション型組成物中の前記ポリマー含有エマルションのD50平均粒子径は0.2μm以上2μm以下であり、かつ、上記工程で得られたエマルション型組成物は、粒子径が0.6μm以上5μm以下のポリマー含有エマルション(a)および粒子径が0.05μm以上0.6μm未満のポリマー含有エマルション(b)を含む。
被膜の厚さは、5〜100μmが好ましく、10〜60μmがより好ましい。
加熱装置、撹拌機、還流冷却装置、温度計、窒素導入管および3つの滴下槽を備えた重合用容器において、まず第一の滴下槽にモノマーとしてアクリル酸2−エチルヘキシル:45部、アクリル酸ブチル:45部、アクリル酸メチル:6部、メタクリル酸メチル:3部、アクリル酸:1部の混合物を仕込んだ。FOX式で求めたガラス転移温度は−54.3℃である。
次に重合用容器を窒素雰囲気下、純水:43部と、イソプロピルアルコール:0.1部を仕込み、撹拌しながら内温80℃まで昇温させて、3%過硫酸カリウム水溶液を不揮発分として0.075部加えた。その10分後に、第一の滴下槽からモノマー混合物、第二の滴下層から3%過硫酸カリウム水溶液(不揮発分として0.225部)、第三の滴下槽からポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウムの混合物を、それぞれ4時間かけて滴下して、乳化重合を行った。滴下終了後、30分間80℃に保ち、次いで30分かけて内温を60〜65℃に設定し、t−ブチルハイドロパーオキサイド:0.1部とロンガリット:0.12部を10分おきに3回に分けて添加した。更に撹拌しながら1時間反応させた後、アンモニア水でpHが7.5になるように中和し、濾過を行ないポリマーと含有エマルションを得た。このポリマー含有エマルションの不揮発分は65.1%、粘度は80mPa・sであった。なお粘度は、B型粘度計を用いて、25℃で#2ロータ/60rpmの条件で測定した(以下同じ)。不揮発分は、電気オーブンで150℃、20分乾燥後の重量の、乾燥前の重量に対する重量比から求めた。
このポリマー含有エマルションを、マロン機械的安定度試験機にてエマルションの機械的安定性を評価したところ(荷重15kg、回転数1000rpm、10分)(以下同じ)、凝集物量は、ポリマー含有エマルション100重量部に対して0.03重量%であった。
加熱装置、撹拌機、還流冷却装置、温度計、窒素導入管および3つの滴下槽を備えた重合用容器において、まず第一の滴下槽にアクリル酸2−エチルヘキシル:45部、アクリル酸ブチル:45部、アクリル酸メチル:6部、メタクリル酸メチル:3部、アクリル酸:1部の混合物を得た。この混合物に、さらに水溶性の非反応性乳化剤であるポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム:1部と純水25部を加え、撹拌し、プレ乳化物を得た。上記モノマーの組成から得られるポリマーの、FOX式で求めたガラス転移温度は−54.3℃である。
次に重合用容器を窒素雰囲気下、純水:18部と、イソプロピルアルコール:0.1部を仕込み、撹拌しながら内温80℃まで昇温させた。そして3%過硫酸カリウム水溶液を不揮発分として0.075部加えた。その10分後に、第一の滴下槽からプレ乳化物、第二の滴下槽から3%過硫酸カリウム水溶液(不揮発分として0.225部)を、それぞれ4時間かけて滴下して、乳化重合を行った。
滴下終了後、30分間80℃に保ち、次いで30分かけて内温を60〜65℃に設定し、t−ブチルハイドロパーオキサイド:0.1部とロンガリット:0.12部を10分おきに3回に分けて添加した。更に撹拌しながら1時間反応させた後、アンモニア水でpHが7.5になるように中和し、濾過を行ないポリマー含有エマルションを得た。このポリマー含有エマルションの不揮発分は65.2%、粘度は75mPa・sであった。
以下実施例3〜7においても、同様に粘度測定したが、いずれも200mPa・s以下であった。
実施例2で使用したイソプロピルアルコールをエチレンジアミン四酢酸に置き換えた以外は実施例2と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
実施例2で使用したイソプロピルアルコールをグリセリンに置き換えた以外は実施例2と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
実施例4で使用したポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウムを反応性乳化剤であるポリオキシエチレン−1−(アリルオキシメチル)アルキルエーテル硫酸アンモニウムに置き換えた以外は実施例4と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
実施例4で使用したポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウムを非反応性乳化剤であるポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル硫酸アンモニウムに置き換えた以外は実施例4と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
実施例6で使用したポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル硫酸アンモニウムの使用量を2.0重量%に変更した以外は実施例6と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
加熱装置、撹拌機、還流冷却装置、温度計、窒素導入管および3つの滴下槽を備えた重合用容器において、まずアクリル酸2−エチルヘキシル:45部、アクリル酸ブチル:45部、アクリル酸メチル:6部、メタクリル酸メチル:3部、アクリル酸:1部、粘着付与樹脂としてロジン系樹脂である「パインクリスタルKE100」(荒川化学(株)製):5部を混合し、モノマーに接着付与樹脂を溶解し、混合物を得た。この混合物に、水溶性の非反応性乳化剤であるポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル硫酸アンモニウム:1部と純水41部を加え、撹拌し、更にホモミキサーを使用して、平均粒子径(D50平均粒子径)が3μmのプレ乳化物を得た。得られたプレ乳化物を第一の滴下槽に仕込んだ。
次に重合用容器を窒素雰囲気下、純水:18部と、グリセリン:0.1部を仕込み、撹拌ながら内温80℃まで昇温させて、3%過硫酸カリウム水溶液を不揮発分として0.075部加えた。10分後に、第一の滴下槽からプレ乳化物を、第二の滴下槽から3%過硫酸カリウム水溶液(不揮発分として0.225部)を、それぞれ4時間かけて滴下して、乳化重合を行った。
加熱装置、撹拌機、還流冷却装置、温度計、窒素導入管および3つの滴下槽を備えた重合用容器において、まず第一の滴下槽にアクリル酸2−エチルヘキシル:45部、アクリル酸ブチル:45部、アクリル酸メチル:6部、メタクリル酸メチル:3部、アクリル酸:1部の混合物を得た。この混合物に、さらに水溶性の非反応性乳化剤であるポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル硫酸アンモニウム:1部と純水25部を加え、撹拌し、プレ乳化物を得た。上記モノマーの組成から得られるポリマーの、FOX式で求めたガラス転移温度は−54.3℃である。
次に重合用容器を窒素雰囲気下、純水:18部と、グリセリン:0.05部を仕込み、撹拌しながら内温80℃まで昇温させた。そして3%過硫酸カリウム水溶液を不揮発分として0.075部加えた。その10分後に、第一の滴下槽からプレ乳化物、第二の滴下槽から3%過硫酸カリウム水溶液(不揮発分として0.225部)を、それぞれ4時間かけて滴下して、乳化重合を行った。
滴下終了後、30分間80℃に保ち、次いで30分かけて内温を60〜65℃に設定し、t−ブチルハイドロパーオキサイド:0.1部とロンガリット:0.12部を10分おきに3回に分けて添加した。更に撹拌しながら1時間反応させた後、アンモニア水でpHが7.5になるように中和し、濾過を行ないポリマー含有エマルションを得た。このポリマー含有エマルションの不揮発分は65.1%、粘度は72mPa・sであった。
実施例9で使用したグリセリンの量を0.02部に変更したこと以外は実施例9と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
実施例9で使用したグリセリンの量を0.003部に変更したこと以外は実施例9と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
実施例9で使用したグリセリンの量を0.15部に変更したこと以外は実施例9と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
実施例9で使用したグリセリンを2,4−ペンタンジオンに変更したこと以外は実施例9と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
実施例9で使用したグリセリンをエチレングリコールに変更したこと以外は実施例9と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
実施例9で使用したグリセリンをペンタエリスリトールに変更したこと以外は実施例9と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
実施例2で使用したイソプロピルアルコールを使用しなかったこと以外は、実施例2と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得た。
加熱装置、撹拌機、還流冷却装置、温度計、窒素導入管および滴下槽を備えた重合用容器において、まずアクリル酸ブチル:132部、酢酸ビニル:15部、アクリル酸:3部の混合物を得た。
この混合物に、水溶性の非反応性乳化剤であるドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ:0.5部と純水50部を加え、撹拌し、ホモミキサーで分散し、プレ乳化物を得た。このプレ乳化物を第一の滴下槽に仕込んだ。
実施例1で使用したイソプロピルアルコールを使用しなかったこと以外は、実施例1と同様に行ないエマルション型樹脂組成物を得たが、凝集物が非常に多かった。
得られたエマルション型樹脂組成物を剥離性シートに塗工、乾燥を行い厚さ50μmの被膜を得た。次いで被膜に厚さ50μmのPETフィルムを貼り合わせて試料とした。この試料を40℃の温水に投入し12時間放置した。その後試料を取り出し、23℃−50%雰囲気で多光源分光測色計(スガ試験機(株)製)を用いて試料のL*(明度)を測定した。なおL*の値が小さいほど白色度が低いため、緻密な被膜が形成できている。
Claims (7)
- 沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物(乳化剤を除く)の存在下に、アルキル基の炭素数が1〜14の(メタ)アクリル酸アルキルエステルと、カルボキシル基含有モノマーとを含有するモノマー混合物を、乳化剤、水、および重合開始剤を用いて乳化重合してなるポリマー含有エマルションと、中和剤とを含む、エマルション型樹脂組成物であって、
前記カルボキシル基含有モノマーを前記モノマー混合物100重量%中に0.1〜20重量%含有し、
前記沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物は、前記モノマーとは共重合しない化合物であり、
前記ポリマー含有エマルションの粒子全体に占める、粒子径が0.05μm以上0.6μm未満の小粒径粒子の占める割合が2〜75体積%であり、粒子径0.6μm以上5μm以下の大粒径粒子の占める割合が25〜98体積%であり、かつ、ポリマー含有エマルション全体のD50平均粒子径が0.2μm〜2μmである、
エマルション型樹脂組成物。 - 沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物(乳化剤を除く)の存在下に、アルキル基の炭素数が1〜14の(メタ)アクリル酸アルキルエステルを主成分とし、カルボキシル基含有モノマーを含有するモノマー混合物と、乳化剤と、水とを含むモノマー含有エマルションを、重合開始剤を用いて乳化重合してなるアクリル系ポリマー含有エマルションと、中和剤とを含む、エマルション型樹脂組成物であって、
前記カルボキシル基含有モノマーをモノマー混合物100重量%中に0.1〜20重量%含有し、
前記沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物は、前記モノマーとは共重合しない化合物であり、
アクリル系ポリマー含有エマルションの粒子全体に占める、粒子径が0.05μm以上0.6μm未満の小粒径粒子の占める割合が2〜75体積%であり、粒子径が0.6μm〜5μmの大粒径粒子の占める割合が25〜98体積%であり、かつ、アクリル系ポリマー含有エマルションのD50平均粒子径が0.2μm以上2μm以下である、
エマルション型樹脂組成物。 - 前記沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物が、カルボニル基を有する化合物、水酸基を有する化合物、およびキレート剤から選ばれる少なくとも1種である、請求項1または2記載のエマルション型樹脂組成物。
- 請求項1から3いずれか1項に記載のエマルション型樹脂組成物を含む粘着剤。
- 請求項1から3いずれか1項に記載のエマルション型樹脂組成物を含む塗料。
- 基材と、請求項1から3いずれか1項に記載のエマルション型樹脂組成物とから形成してなる被膜とを備えた塗工材。
- 粒子径が0.6μm以上5μm以下のポリマー含有エマルション(a)および粒子径が0.05μm以上0.6μm未満のポリマー含有エマルション(b)を含み、前記ポリマー含有エマルションのD50平均粒子径が0.2μm以上2μm以下である、エマルション型樹脂組成物の製造方法であって、
(1)ラジカル重合性不飽和モノマーと共重合しない、沸点が80℃以上の非イオン性水溶性化合物(乳化剤を除く)の存在下、ラジカル重合性不飽和モノマーを、乳化剤、水および重合開始剤を用いて乳化重合することにより、粒子径が0.6μm以上5μm以下のポリマー含有エマルション(a)を得る工程と、
(2)ポリマー含有エマルション(a)の存在下に、モノマーを、乳化剤、水および重合開始剤を用いて乳化重合を行い、中和剤を配合することにより、粒子径が0.05μm以上0.6μm未満のポリマー含有エマルション(b)を得る工程とを具備し、
前記モノマーは、アルキル基の炭素数が1〜14の(メタ)アクリル酸アルキルエステルと、カルボキシル基含有モノマーとを含むモノマー混合物であり、
前記カルボキシル基含有モノマーをモノマー混合物100重量%中に0.1〜20重量%含有する、エマルション型樹脂組成物の製造方法。
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