JP5847177B2 - 保護コロイドで安定化したエマルション重合体を有する減音材 - Google Patents

保護コロイドで安定化したエマルション重合体を有する減音材 Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
本発明は、減音材の製造のためのポリマー分散物の使用であって、前記ポリマー分散物は、両親媒性グラフトコポリマーである保護コロイド少なくとも1の存在下でのラジカル重合可能なモノマーのエマルション重合によって得られる使用に関する。本発明は、前記ポリマー分散物を含有する相応する減音材並びに車両の部材のバイブレーション又は振動を減衰させるための方法にも関する。
機械又は車両の部材のバイブレーション又は振動によって、不所望な騒音が生じる。騒音減少には、いわゆる減音材、LASD材料(Liquid Applied Sound Damping)とも呼ばれる、を部材に備えることができる。振動減衰性材料は、例えば、Journal of Materials Science 36 (2001)5733−5737、US 2004/0033354及びUS 6502821に記載されている。幾何学的に複雑な三次元部材の装備は、水性分散物の形にある減音材の吹付けによって行うことができる。この種の分散物は、通常は、分散した、粘弾性ポリマー及び無機充填剤を含む。水ベースのポリマー分散物及び無機充填剤並びに更なる助剤を基礎とする振動減衰性組成物は、EP 1520865及びWO 2007/034933から知られている。減音材の品質は、ISO 6721−1及びISO 6721−3に応じた共鳴曲線経過における曲げ振動の測定によって測定されることができる。振動減衰作用の尺度は、損失係数tan δである。粘弾性ポリマーを基礎とする減音材の使用では、損失係数は温度依存性である。第一に、機械又は車両が通常運転される温度範囲、例えば0〜40℃において可能な限り大きな損失係数を生じる材料が所望される。本発明の課題は、良好な又は改善された振動減衰特性を有する更なる材料を提供することであった。
ポリマー分散物を基礎とする既知の減音材においてポリマーの安定化のために含まれる乳化剤は、振動減衰特性に不利に作用することがあること、そして、ポリマーの安定化のために水性分散物において所定の保護コロイドが使用される場合に、減音材の有効性が高められることができることが見出された。
したがって、本発明の主題は、減音材の製造のためのポリマー分散物の使用であって、前記ポリマー分散物は、両親媒性グラフトコポリマーである保護コロイド少なくとも1の存在下でのラジカル重合可能なモノマーのエマルション重合によって得られる使用である。好ましい使用は、車両のボディ部品の振動減衰のための本発明の減音材の使用である。
本発明の主題は、
(a)ラジカル重合可能なモノマーのエマルション重合により得られる、水中分散したポリマー少なくとも1、及び、両親媒性グラフトコポリマーである保護コロイド少なくとも1、を含むポリマー分散物、及び
(b)無機充填剤
を含む減音材でもある。
両親媒性コポリマーは、親水性領域も疎水性領域も含むポリマーである。親水性領域は、基礎となる親水性モノマー単位が、疎水性領域の基礎となる疎水性モノマー単位よりも、より良好な水溶性を有するポリマー領域である。グラフトコポリマーは、主鎖と、少なくとも1、好ましくは複数の、主鎖上にグラフトさせた側鎖とを有するポリマーである。グラフトコポリマーの平均グラフト度は、主鎖のモノマー単位50個あたり、好ましくは少なくとも0.05、特に少なくとも0.1のグラフト箇所である。保護コロイドは、溶媒和で多量の水に結合し、かつ、水不溶性ポリマーの分散物を安定化することができるポリマー化合物である。保護コロイドは、好ましくは、重合すべきモノマー100質量部に対して、0.5〜60質量部又は1〜30質量部、特に好ましくは7〜30質量%の量で使用される(特に、本発明の組成物の全固形物含有量が50質量%超である場合に)。
好ましいグラフトコポリマーは、水溶性ポリアルキレンオキシド単位を有する主鎖と、ポリビニルエステル単位を有する側鎖を有する。ポリアルキレンオキシド単位は、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド又はその混合物、特にエチレンオキシド/プロピレンオキシドブロックコポリマーである。特に好ましくはポリエチレンオキシドである。ビニルエステルは、例えば、酢酸ビニル及びプロピオン酸ビニルである。特に好ましくは酢酸ビニルである。好ましい両親媒性保護コロイドは、ポリエチレンオキシド単位を有する主鎖と、ポリ酢酸ビニル単位を有する側鎖を有する。ポリアルキレンオキシド及び酢酸ビニルを基礎とする好適なグラフトコポリマー及びその製造は、WO 2007/138053、DE 1077430及びGB 922457に記載されている。
グラフトコポリマーの重量平均分子量Mwは、好ましくは500〜100000、特に1000〜60000、又は1500〜20000である。
好ましい両親媒性グラフトコポリマーは、10〜50質量%、好ましくは20〜45質量%又は30〜40質量%の水溶性ポリアルキレンオキシド、好ましくはポリエチレンオキシドを主鎖として、そして50〜90質量%、好ましくは55〜80質量%又は60〜70質量%のラジカル重合により形成された側鎖を有し、その際、この側鎖は好ましくは70〜100質量%が、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル又はその混合物から、そして、0〜30質量%が更なる、これとは異なるエチレン性不飽和モノマーから形成されている。好ましくは、ビニルエステル単位に対するポリアルキレンオキシドの質量比は、少なくとも20/80又は少なくとも30/70、好ましくは80/20まで、40/60まで、50/50まで又は45/55までである。
一実施態様において、両親媒性保護コロイドは、
(A)主鎖として水溶性ポリアルキレンオキシド、ポリマー全体に対して10〜50質量%、及び
(B)
(B1)酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル及びその混合物から選択されるビニルエステル、側鎖に対して70〜100質量%、及び
(B2)更なるエチレン性不飽和のラジカル重合可能なモノマー、側鎖に対して0〜30質量%
のラジカル重合により形成された側鎖、ポリマー全体に対して50〜90質量%
を有する。
適した水溶性ポリアルキレンオキシドは、特にC2〜C4−アルキレンオキシドであり、これは少なくとも50質量%、好ましくは少なくとも60質量%、少なくとも75質量%又は100質量%のエチレンオキシドを重合した形で含有する。ポリアルキレンオキシド主鎖は、OH基又は1又は2のエーテル末端基、例えばC1〜C25−アルキル−、フェニル−又はC1〜C14-アルキルフェニルエーテルを有することができる。
主鎖として適している水溶性ポリアルキレンオキシドは、例えば数平均分子量Mn好ましくは1500〜20000又は2500〜15000を有するポリエチレングリコール(その際、この末端基はC1〜C25−アルキル基でないか、又は1の又は両方の末端基はC1〜C25−アルキル基であってよい);エチレンオキシド、プロピレンオキシド及び/又はブチレンオキシドのコポリマーであってエチレンオキシド含有量少なくとも50質量%と、数平均分子量Mn好ましくは1500〜20000又は2500〜15000を有するもの(その際、この末端基はC1〜C25−アルキル基でないか、又は1の又は両方の末端基はC1〜C25−アルキル基であってよい);ポリエステル又はポリウレタンであって数平均分子量Mn好ましくは2500〜20000を有し、C2〜C12−ジカルボン酸又はC6〜C18ジイソシアナート及び数平均分子量Mn好ましくは200〜5000を有するポリアルキレングリコール(Polyalkylenkykolen)から形成されたもの、その際、このポリアルキレングリコールは、ポリエチレングリコール及びエチレンオキシド、プロピレンオキシド及び/又はブチレンオキシドの、エチレンオキシド含有量少なくとも50質量%を有するコポリマーから選択されている。特に好ましくはポリエチレングリコールである。
側鎖は、好ましくは、ポリアルキレンオキシドの存在下でのビニルエステルの重合により形成されている。好ましいビニルエステルは、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル及びその混合物である。好ましくは酢酸ビニルである。側鎖は、しかし、酢酸ビニル及び/又はプロピオン酸ビニル及び少なくとも1の更なる、これとは異なるエチレン性不飽和コモノマーの共重合によって形成されていてもよい。更なるコモノマーの割合は、好ましくは0〜30質量%、例えば0.5〜25質量%(側鎖形成に使用されるモノマーの合計に対して)又は0〜24質量%、例えば0.4〜20質量%、1〜15質量%又は2〜10質量%(グラフトコポリマーに対して)である。
以下では、称呼「(メタ)アクリル・・・」及び類似の称呼は、「アクリル・・・又はメタクリル・・・」の簡略した書き方として使用される。
更なるコモノマーとして適しているのは、例えば、モノエチレン性不飽和モノ−及びジカルボン酸及びその誘導体並びにスチレンである。適した酸誘導体は、例えばエステル、アミド及び無水物である。これらの更なるコモノマーは、単独で又は混合して使用されることができる。特別な例は次のとおりである:(メタ)アクリル酸、C1〜C12−(メタ)アクリラート、C2〜C12−ヒドロキシアルキル−(メタ)アクリラート、(メタ)アクリルアミド、N−C1〜C12−アルキル−(メタ)アクリルアミド、N,N−ジ(C1〜C12−アルキル)−(メタ)アクリルアミド、マレイン酸、無水マレイン酸及びマレイン酸のモノ−C1〜C12−アルキルエステル。好ましい更なるコモノマーは、C1〜C8−アルキル(メタ)アクリラート及びヒドロキシエチルアクリラート、特にC1〜C4−アルキル(メタ)アクリラートである。特に好ましくはメチルアクリラート、エチルアクリラート及びn−ブチルアクリラートである。
本発明のポリマー分散物は、水性媒体中のポリマーの分散物である。この場合に、これは例えば、水だけであってもよいが、或いは、水及び水と混合可能な溶媒、例えばメタノール、エタノール又はテトラヒドロフランとからの混合物であってもよい。好ましくは有機溶媒が使用されない。分散物の固形物含有量は、好ましくは、15〜75質量%、好ましくは40〜60質量%、特に50質量%超である。この固形物含有量は、例えば、エマルション重合の際に使用される水量及び/又はモノマー量の相応する調節により行われることができる。水性分散物中に分散したポリマー粒子の平均粒径は、好ましくは400nm未満、特に300nm未満である。特に好ましくはこの平均粒径は140〜250nmである。平均粒径とは、ここでは、粒径分布のd50値、即ち、全粒子の総質量の50質量%が、d50値よりも小さい粒径を有することが理解される。この粒径分布は、既知の方式で、分析超遠心によって測定されることができる(W.Maechtle,Makromolekulare Chemie 185(1984),1025〜1039頁)。ポリマー分散物のpH値は、好ましくはpH4超に、特にpH値5〜9に調整される。
好ましくは、本発明のポリマー分散物は、乳化剤が乏しく、即ち、乳化剤(重合混合物に添加される、ポリマーでない、両親媒性の界面活性物質)を好ましくは3質量%未満又は1質量%未満の量で含有する。特に好ましくは乳化剤不含系である。したがって、本発明の一実施態様において、保護コロイドの存在下で行われるエマルション重合は、乳化剤不含、即ち、乳化剤の添加なしで行われる。
エマルション重合で製造されるポリマーは、エチレン性不飽和化合物(モノマー)のラジカル重合により入手されるポリマーである。このポリマーは、好ましくは少なくとも40質量%又は少なくとも60質量%が、又は少なくとも80質量%、特に好ましくは少なくとも90質量%又は100質量%が、1又は複数の以下記載の主モノマーからなる。主モノマーは、好ましくは、C1〜C20アルキル(メタ)アクリラート、20個までのC原子を含むカルボン酸のビニルエステル、20個までのC原子を有するビニル芳香族化合物、エチレン性不飽和ニトリル、ビニルハロゲン化物、1〜10個のC原子を含むアルコールのビニルエーテル、2〜8個のC原子及び1又は2個の二重結合を有する脂肪族炭化水素又は前記モノマーの混合物から選択されている。
モノマーの種類及び量は好ましくは、エマルション重合によって製造されたポリマーのガラス転移温度が−60℃から70℃以下の範囲、又は、−30℃から60℃以下の範囲、特に好ましくは−15〜50℃の範囲にあるようにある。ガラス転移温度は、示差走査熱量測定によって測定される(ASTM D 3418−08、いわゆる「midpoint temperature」)。
適したモノマーは、例えば、C1〜C10−アルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル、例えばメチルメタクリラート、メチルアクリラート、n−ブチルアクリラート、エチルアクリラート及び2−エチルヘキシルアクリラートである。特に、(メタ)アクリル酸アルキルエステルの混合物も適する。1〜20個のC原子を有するカルボン酸のビニルエステルは、例えば、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサチック酸ビニルエステル及び酢酸ビニルである。ビニル芳香族化合物としては、ビニルトルエン、アルファ−及びパラ−メチルスチレン、アルファ−ブチルスチレン、4−n−ブチルスチレン、4−n−デシルスチレン及び好ましくはスチレンが考慮される。ニトリルの例は、アクリルニトリル及びメタクリルニトリルである。ビニルハロゲン化物は、塩素、フッ素又は臭素で置換したエチレン性不飽和化合物、好ましくは塩化ビニル及び塩化ビニリデンである。ビニルエーテルとして、例えば、ビニルメチルエーテル又はビニルイソブチルエーテルを挙げることができる。好ましくは1〜4個のC原子を含むアルコールのビニルエーテルである。4〜8個のC原子及び2個のオレフィン性二重結合を有する適した炭化水素は、例えば、ブタジエン、イソプレン及びクロロプレンである。
主モノマーとして好ましくは、C1〜C10−アルキルアクリラート及びC1〜C10−アルキルメタクリラート、特にC1〜C8−アルキルアクリラート及び−メタクリラート及びビニル芳香族化合物、特にスチレン及びその混合物である。特にとりわけ好ましくは、メチルアクリラート、メチルメタクリラート、エチルアクリラート、n−ブチルアクリラート、n−ヘキシルアクリラート、オクチルアクリラート及び2−エチルヘキシルアクリラート、2−プロピルヘプチルアクリラート、スチレン並びに前述のモノマーの混合物である。特に、このポリマーは少なくとも60質量%が、特に好ましくは少なくとも80質量%が、特にとりわけ好ましくは少なくとも90質量%又は少なくとも95質量%が、C1〜C10−アルキル(メタ)アクリラートから構築されている。
主モノマーの他に、このポリマーは更なるモノマー、例えばエチレン性不飽和モノマーであってカルボン酸基、スルホン酸基又はホスホン酸基を有するものを含むことができる(酸モノマー)。好ましくはカルボン酸基である。例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸又はフマル酸を挙げてよい。好ましくは、エマルション重合によって製造されるポリマーであるが、しかし、酸基不含である。
更なるモノマーは、例えば、ヒドロキシル基含有モノマー、特にC1〜C10−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリラート又は(メタ)アクリルアミドでもある。更なるモノマーとして、さらに、フェニルオキシエチルグリコールモノ−(メタ)アクリラート、グリシジル(メタ)アクリラート、アミノアルキル(メタ)アクリラート、例えば2−アミノエチル−(メタ)アクリラートを挙げてよい。アルキル基は好ましくは1〜20個のC原子を有する。更なるモノマーとして、架橋性モノマーも挙げてよい。
特に、このポリマーは少なくとも60質量%が、特に好ましくは少なくとも80質量%が、例えば60〜100質量%が、特にとりわけ好ましくは少なくとも95質量%又は100質量%が、少なくとも1のC1〜C20−アルキルアクリラート、少なくとも1のC1〜C20−アルキルメタクリラート、その混合物又はスチレンとのその混合物から構築されている。
ポリマーの製造は、エマルション重合によって行うことができ、こうしてこれは、エマルション重合体である。エマルション重合では、通常は、イオン性及び/又は非イオン性の乳化剤及び/又は保護コロイド又は安定化剤を界面活性化合物として使用し、これは、水性媒体中のモノマーの分散を支援するためである。本発明では、1又は複数の上述の保護コロイドが、唯一の分散剤として使用されることができ、即ち、乳化剤の添加なしである。所望の場合には、しかし、少量の乳化剤も併用できる。好ましくは、エマルション重合は少なくとも1の保護コロイドの存在下で、非ポリマー乳化剤の添加なしに行われる。
乳化剤が追加的な界面活性物質として使用される場合には、これは好ましくはアニオン性又は非イオン性の乳化剤である。適した乳化剤は、例えば、エトキシル化C8〜C36−又はC12〜C18−脂肪アルコールであってエトキシル化度3〜50又は4〜30を有するもの、エトキシル化モノ、ジ及びトリ−C4〜C12−又はC4〜C9−アルキルフェノ−ルであってエトキシル化度3〜50を有するもの、スルホンコハク酸のジアルキルエステルのアルカリ金属塩、C8〜C12−アルキルスルファートのアルカリ金属塩及びアンモニウム塩、C12〜C18−アルキルスルホン酸のアルカリ金属塩及びアンモニウム塩、及び、C9〜C18−アルキルアリールスルホン酸のアルカリ金属塩及びアンモニウム塩である。カチオン活性乳化剤は、例えば、少なくとも1のアミノ基又はアンモニウム基及び少なくとも1のC8〜C22−アルキル基を有する化合物である。更なる適した乳化剤は、一般式
Figure 0005847177
[式中、R5及びR6は水素又はC4〜C14−アルキルを意味し、同時に水素でなく、そして、X及びYはアルカリ金属イオン及び/又はアンモニウムイオンであってよい。]の化合物である。好ましくは、R5、R6は、6〜18個のC原子を有する鎖状又は分枝状アルキル基又は水素であり、特に6、12及び16個のC原子を有し、その際、R5及びR6は両者が同時に水素でない。X及びYは、好ましくはナトリウム、カリウム又はアンモニウムイオンであり、その際、ナトリウムが特に好ましい。特に好ましくは、化合物II[式中、X及びYはナトリウム、R5は12個のC原子を有する分枝状アルキル基、R6は水素又はR5である]である。しばしば、50〜90質量%のモノアルキル化生成物、例えばDowfax(登録商標)2A1(Dow Chemical Companyの商品名)の含分を有する工業的混合物が使用される。適した乳化剤は、Houben−Weyl、Methoden der organischen Chemie、14/1巻, Makromolekulare Stoffe、Georg Thieme Verlag、Stuttgart、1961、192〜208頁にも見出される。乳化剤の商品名は、例えば、Dowfax(登録商標)2 A1、Emulan(登録商標) NP 50、Dextrol(登録商標)OC 50、Emulgator 825、Emulgator 825 S、Emulan(登録商標) OG、Texapon(登録商標) NSO、Nekanil(登録商標) 904 S、Lumiten(登録商標) I−RA、Lumiten(登録商標) E 3065、Disponil(登録商標) FES 77、Lutensol(登録商標) AT 18、Steinapol(登録商標) VSL、Emulphor(登録商標) NPS 25である。適しているのは、ラジカル重合可能なエチレン性不飽和二重結合を含む共重合可能な乳化剤、例えば反応性アニオン性乳化剤、例えばAdeka(登録商標) Resoap SR−10でもある。
エマルション重合は、通常は、30〜130℃、好ましくは50〜90℃で行われる。重合媒体は、水のみからなるか、又は水及び水と混合可能な液体、例えばメタノールからの混合物からなってもよい。好ましくは、水のみが使用される。エマルション重合は、バッチプロセスとしても、供給方法(段階運転又は勾配運転を含む)の形でも実施することができる。
好ましくは、重合バッチの一部を装入し、重合温度に加熱し、重合させ、引き続き、重合バッチの残りを、通常は複数の空間的に別個のフィード(このうちの1又は複数はモノマーを純粋な又は乳化した形で含む)を介して、連続的に、段階的に又は濃度勾配の重ね合わせ下で重合維持下で、重合区域に供する、供給方法である。重合では、例えば、粒径のより良好な調節のために、ポリマーシードが装入されることもできる。
エマルション重合は少なくとも1の保護コロイドの存在下で実施される。このことは、保護コロイドを装入するか、又はモノマーと一緒に重合容器に供給することを意味する。これらは好ましくはエマルション重合の際に装入され、その一方、場合によって付加的に使用される乳化剤はモノマーと一緒に重合の進行中でも供給されることができる。
エマルション重合では、通常かつ既知の助剤、例えば水溶性開始剤及び調節剤が使用されることができる。エマルション重合のための水溶性開始剤は、例えば、ペルオキシ二硫酸のアンモニウム塩及びアルカリ金属塩、例えばナトリウムペルオキソジスルファート、過酸化水素又は有機ペルオキシド、例えばtert−ブチルヒドロペルオキシドである。適しているのは、いわゆる還元−酸化(Red−Ox)開始剤系でもある。レドックス開始剤系は、少なくとも1の大抵は無機の還元剤及び無機又は有機の酸化剤からなる。酸化成分は、例えば、エマルション重合のための既に上で挙げた開始剤である。還元成分は、例えば、亜硫酸のアルカリ金属塩、例えばナトリウムスルフィット、ナトリウムヒドロゲンスルフィット、二亜硫酸のアルカリ金属塩、例えばナトリウムジスルフィット、脂肪族アルデヒド及びケトンのビスルフィット付加化合物、例えばアセトンビスルフィット又は還元剤、例えばヒドロキシメタンスルフィン酸及びその塩、又はアスコルビン酸である。レドックス開始剤系は、金属成分が複数の原子価段階で発生しうる溶解性金属化合物の併用下で使用されることができる。通常のレドックス開始剤系は、例えば、アスコルビン酸/硫酸鉄(II)/ペルオキシジスルファートナトリウム、tert−ブチルヒドロペルオキシド/ナトリウムジスルフィット、tert−ブチルヒドロペルオキシド/Na−ヒドロキシメタンスルフィン酸又はtert−ブチルヒドロペルオキシド/アスコルビン酸である。個々の成分、例えば還元成分は、混合物、例えば、ヒドロキシメタンスルフィン酸のナトリウム塩とナトリウムジスルフィットからの混合物であってもよい。前述の化合物は大抵は、水溶液の形で使用され、その際、この下方濃度は、分散物中で可能な水量によって、そして、この上方濃度は、当該化合物の水中での溶解性によって決定されている。一般に、濃度は、溶液に対して0.1〜30質量%、好ましくは0.5〜20質量%、特に好ましくは1.0〜10質量%である。開始剤の濃度は一般に、重合すべきモノマーに対して0.1〜10質量%、好ましくは0.5〜5質量%である。複数の異なる開始剤を、エマルション重合で使用することもできる。残留モノマーの除去のために、通常は、本来のエマルション重合の終了後にも開始剤が添加される。
重合では、分子量調節剤が、例えば、重合すべきモノマー100質量部に対して0〜0.8質量部の量で使用されることができ、これによって、モル質量が低下される。適しているのは、例えば、チオール基を有する化合物、例えばtert−ブチルメルカプタン、チオグリコール酸エステル、例えば2−エチルヘキシルチオグリコラート、メルカプトエタノール、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、n−ドデシルメルカプタン又はtert−ドデシルメルカプタンである。さらに、チオール基なしの調節剤が使用されることができ、これは例えば、水素引き抜き反応でペンタジエニルラジカルを形成するC6〜C20−炭化水素、例えばテルピノールである。好ましい一実施態様において、モノマー量に対して、少なくとも1の分子量調節剤0.05〜0.5質量%の使用下で、エマルション重合体が製造されている。
エマルション重合では、ポリマーの水性分散物は、通常は、固形物含有量15〜75質量%、好ましくは40〜75質量%でもって得られる。反応器の高い空間/時間収量のためには、可能な限り高い固形物含有量を有する分散物が好ましい。固形物含有量>60質量%を達成することができるためには、二峰性又は多峰性の粒径を調節することが望ましく、というのもさもなければ、粘度は高すぎ、そして、分散物はもはやハンドリング可能でないためである。新規粒子世代の作成は、例えば、シードの添加によって(EP 81083)、過剰の乳化剤量の添加によって又はミニエマルションの添加によって行うことができる。高い固形物含有量で低い粘度を伴う更なる利点は、高い固形物含有量での改善されたコーティング挙動である。新規の1又は複数の粒子世代の作成は、任意の時間点で行うことができる。これは、低粘度のために達成が試みられる粒径分布に指向される。
好ましい一実施態様において、ポリマーは、コア−シェル形態を有するか、又は、少なくとも二段階の重合により製造可能であり、その際、コア形成ポリマー(A)のガラス転移温度はシェル形成ポリマー(B)のガラス転移温度とは少なくとも10℃、好ましくは少なくとも15℃、又は少なくとも20℃、例えば10〜50℃異なり、又は、第1の重合段階で発生するポリマー(B)のガラス転移温度は第2の重合段階(A)で発生するポリマーのガラス転移温度とは少なくとも10℃、好ましくは少なくとも15℃又は少なくとも20℃、例えば10〜50℃異なる。この実施態様は、即ち、ポリマー粒子が少なくとも2の相互に異なるポリマー相(A)及び(B)(異なるガラス転移温度を有する)を有する、水性ポリマー分散物に関する。このことは、これによって製造される減音材が、より広い温度範囲において、振動減弱作用を有する利点を有する。好ましくは、コアのガラス転移温度は、シェルのガラス転移温度よりも高い。
コア−シェル粒子では、コアの表面は全部が又は少なくとも一部が、シェル形成ポリマーで覆われている。コア−シェル粒子は、好ましくは平均粒径10nm〜1マイクロメーター又は20nm〜500nmを有し、これは、動的光散乱光度計を用いて測定可能である。ポリマー(A)もこれとは異なるポリマー(B)も、好ましくはアクリラートコポリマーであり、その際、モノマーの種類及び量は、ガラス転移温度の最小差を保証している。少なくとも2相のポリマー粒子形成のための好適なアクリラートコポリマーは、例えば、WO 2007/034933、EP 1520865及びDE19954619に記載されている。
少なくとも2相のポリマー粒子を有するポリマー分散物は、好ましくは、以下工程を含む水性ラジカルエマルション重合により得られる:
a)第1のモノマーバッチM1を、理論ガラス転移温度Tg(1)(Foxに応じている)を有するポリマーP1へと重合する工程、及び
b)第2のモノマーバッチM2を、Tg(1)とは異なる理論ガラス転移温度Tg(2)(Foxに応じている)を有するポリマーP2へと、ポリマーP1の水性分散物において重合する工程、
その際、好ましくは、モノマーバッチM1の重合の際に又はモノマーバッチM2の重合の際に、少なくとも1の鎖移動剤が使用される。
理論ガラス転移温度とは、ここで及び以下では、Foxに応じてモノマーバッチM1又はモノマーバッチM2のモノマー組成物に基づいて算出されたガラス転移温度Tg(1)又はTg(2)が理解される。Foxによれば(T.G.Fox,Bull.Am.Phys.Soc.(Ser. II)1,123[1956]及びUllmann’s Enzyklopaedie der technischen Chemie,Weinheim(1980),17、18頁)、良好な近似において、大きなモル質量で共重合体のガラス転移温度が該当する:
Figure 0005847177
(式中、x1、x2...xnは、1、2...nの質量分率(Massenbrueche)、Tg(1)、Tg(2)...Tg(n)はそのつどモノマー1、2...nのみから構築されたポリマーのガラス転移温度(ケルビン度)を意味する)。後者のものは、例えば、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, VCH, Weinheim, Vol. A 21(1992)169頁から又はJ.Brandrup,E.H.Immergut,Polymer Handbook 3rd ed,J.Wiley,New York 1989から知られている。
本発明によれば、好ましくは、モノマーバッチM2は、生じるポリマー相P2の理論ガラス転移温度(Foxに応じて)が、最初に製造したポリマーP1の理論ガラス転移温度を超えるように選択される。好ましくは、こうしてモノマーバッチM2は、30℃を超える、好ましくは40℃を超える、特に50〜120℃の範囲にあるポリマー相P2の理論ガラス転移温度Tg(2)を生じる組成を有する。Tg(2)がTg(1)より高い場合には、モノマーバッチM1は好ましくは、−40〜+40℃の範囲にある、好ましくは−30℃〜+30℃の範囲にある、特に好ましくは−10〜+25℃の範囲にある発生するポリマー相P1の理論ガラス転移温度Tg(1)を生じるモノマー組成を有する。Tg(1)がTg(2)よりも高い場合には、ポリマー相P1の好ましいガラス転移温度については、Tg(2)がTg(1)より高い場合にP2に関して前もって前述したものが該当する。こうしてポリマー相P2のガラス転移温度に関して、相応してTg(1)に関して前述したものが該当する。
本発明のポリマー分散物においては、ポリマー相の質量比は互いに、20:1〜1:20、好ましくは9:1〜1:9の範囲にある。本発明によれば、低ガラス転移温度を有するポリマー相の割合が優勢であるポリマー分散物が好ましい。P1が、本発明により好ましい通り、より低いガラス転移温度を有する場合には、P1:P2の比は、特に1:1〜5:1、特に好ましくは2:1〜4:1の範囲にある。この場合に、ポリマー相P1及びP2の質量比は、近似的に、モノマーバッチM1及びM2の量比に相応する。Tg(1)がTg(2)より高い場合には、P1:P2の量比は、特に1:1〜1:5、特に好ましくは1:2〜1:4の範囲にある。
本発明の主題は、
(a)ラジカル重合可能なモノマーのエマルション重合により得られる、水中分散したポリマー少なくとも1、及び、両親媒性グラフトコポリマーである保護コロイド少なくとも1、を含む、上で詳説したポリマー分散物、及び
(b)無機充填剤
を含有する減音材でもある。
好ましくは、減音材は
(a)ポリマー分散物の固形物5〜50質量%、好ましくは5〜20質量%、
(b)無機充填剤40〜80質量%、好ましくは60〜70質量%、
(c)水10〜40質量%、好ましくは23〜28質量%及び
(d)助剤0〜10質量%又は0〜5質量%、好ましくは0.1〜3質量%
を含む。
適した無機充填剤は、例えば、炭酸カルシウム、カオリン、マイカ、シリカ、白亜、マイクロドロマイト、珪砂、雲母、タルク、粘土、硫酸バリウム、アルミナ、酸化鉄、二酸化チタン、ガラス粉末、ガラス鱗片、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、ベントナイト、フライアッシュ、珪藻土及びパールライトから選択されている。好ましくは、鱗片状充填剤、例えばマイカが使用され、これは単独で又は慣用の無機顔料、例えば、炭酸カルシウム、カオリン、シリカ又はタルクと組み合わせて使用される。
好ましくは、50〜700又は100〜550質量部の無機充填剤が、100質量部のポリマー分散物に対して使用され、その際、好ましくは30〜150又は40〜120質量部の鱗片状充填剤が、100質量部のポリマー分散物に対して使用される。
好ましくは少なくとも0.1質量%、例えば0.2〜5質量%が使用される助剤は、例えば、増粘剤、樹脂、可塑剤、有機及び無機の顔料、補助溶剤、安定化剤、湿潤剤、保存剤、泡抑制剤、ガラス又はプラスチックのパール、ガラス又はプラスチックの中空体、凍結保護剤、分散剤、酸化防止剤、UV吸収剤及び帯電防止剤である。助剤のうち、1、2又は複数のものが組み合わせて使用されることができる。適した補助溶剤は、例えば、エチレングリコール、エチレングリコールアルキルエーテル(例えば、Cellosolve(登録商標)タイプ)、ジエチレングリコールアルキルエーテル(例えば、Carbitol(登録商標)タイプ)、カルビトールアセタート、ブチルカルビトールアセタート又はその混合物である。増粘剤は、例えば、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体又はポリアクリル酸であり、例えば100質量部の固形物質に対して0.01〜4又は0.05〜1.5又は0.1〜1質量部の量である。分散剤は、例えば、ナトリウムヘキサメタホスファート、ナトリウムポリホスファート、又はポリカルボン酸、凍結保護剤は、例えばエチレングリコール又はプロピレングリコールである。泡抑制剤は、例えばシリコーンである。安定化剤は、例えば多価金属化合物、例えば酸化亜鉛、塩化亜鉛又は硫酸亜鉛である。
損失係数tan δの極大は、本発明の減音材では、好ましくは−30〜60℃の範囲にあるコア−シェル粒子の又は多相粒子構造を有する他の粒子の使用の場合には(異なるポリマー相は異なるガラス転移温度を有する)、通常は、少なくとも2の異なる温度で、損失係数の少なくとも2の極大が存在する。この場合には、好ましくは損失係数の全ての極大は−30〜60℃の範囲にある。
本発明の主題は、
(1)本発明のポリマー分散物含分を有する、上で詳説した減音材を準備し、かつ、
(2)前記減音材を車両の部材に設けかつ乾燥させる、
車両の部材のバイブレーション又は振動の減衰のための方法でもある。
この設置は、通常の手法で、例えばハケ塗り、ロール塗り又は吹付けによって行うことができる。設ける量は、好ましくは、乾燥後1〜7kg/m2又は2〜6kg/m2である。乾燥は、周囲温度で又は好ましくは加熱によって行うことができる。乾燥温度は、好ましくは80〜210℃又は90〜180℃又は120〜170℃である。
減音材は、例えば、全ての種類の車両において、特に道路用原動機付き車両、自動車、軌条車両において、しかし、船舶、航空機、電気機械、建設機械及び建造物においても適用されることができる。
本発明により減音材において使用されるポリマー分散物は、良好な塗布性及び良好な振動減衰特性に関して、良好な適用技術的特性を有する。
実施例
使用物質:
SK1:保護コロイド1:平均分子量約6000(DIN53240に応じてOH価から算出)のポリエチレングリコールからの主鎖(40質量部)及びポリビニルアセタートからの側鎖(60質量部)を有するグラフトコポリマー
SK2:保護コロイド2:平均分子量約6000(DIN53240に応じてOH価から算出)のポリエチレングリコールからの主鎖(30質量部)及びポリビニルアセタートからの側鎖(70質量部)を有するグラフトコポリマー
SK3:保護コロイド3:平均分子量約6000(DIN53240に応じてOH価から算出)のポリエチレングリコールからの主鎖(60質量部)及びポリビニルアセタートからの側鎖(40質量部)を有するグラフトコポリマー
SK4:保護コロイド4:平均分子量約6000(DIN53240に応じてOH価から算出)のポリエチレングリコールからの主鎖(80質量部)及びポリビニルアセタートからの側鎖(20質量部)を有するグラフトコポリマー
SK5:保護コロイド5:Sokalan(登録商標) CP10、ナトリウムポリアクリラートの45%水溶液
SK6:保護コロイド6:Acrodur(登録商標) 950L、改質したポリアクリル酸及び多価アルコールからの約50%の固形物含有量の、ホルムアルデヒド不含の、樹脂水溶液
PEG ポリエチレングリコール
VAc 酢酸ビニル
Rongalit(登録商標) C 還元剤;スルフィン酸誘導体
Disponil(登録商標) FES77 脂肪アルコールエーテルスルファートナトリウム塩(32〜34%の水溶液)
Dowfax(登録商標) 2A1 アルキルジフェニルオキシドジスルホナート(45%の水溶液)。
実施例1
錨型撹拌機及び加熱/冷却装置を備える2リットルの重合反応器中で、脱イオン水180.00g及び保護コロイドSK1(20%の水溶液)350gからの混合物を、窒素雰囲気下で90℃に加熱した。次いで、前述の温度で、部分量の17.59gのフィード1及び部分量の1.75gのフィード2を添加する。フィード1は、次のものから製造したモノマー混合物である:
1.75g tert−ドデシルメルカプタン、
84.80g n−ブチルアクリラート、
263.45g メチルアクリラート。
フィード2は、tert−ブチルヒドロペルオキシドの10質量%の水溶液17.50gである。フィード3は、Rongalit(登録商標) Cの10質量%の水溶液17.50gである。
10分後に、フィード1の残分を4.0時間にわたり均一に計量供給する。同時に、フィード2及び3を開始し、4.0時間にわたり均一に計量供給する。フィード1の終了後に、30分間後重合する。その後、12.20gの水を添加し、pH値をph=7に調節する。
実施例2
実施例1と同様にポリマー分散物を製造したが、保護コロイドSK2を保護コロイドSK1の代わりに使用するとの相違点を有する。
実施例3
実施例1と同様にポリマー分散物を製造したが、保護コロイドSK3を保護コロイドSK1の代わりに使用するとの相違点を有する。
実施例4
実施例1と同様にポリマー分散物を製造したが、保護コロイドSK4を保護コロイドSK1の代わりに使用するとの相違点を有する。
実施例5(比較例)
実施例1と同様にポリマー分散物を製造したが、保護コロイドSK5 135gを保護コロイドSK1の代わりに使用するとの相違点を有する。
実施例6(比較例)
実施例1と同様にポリマー分散物を製造したが、保護コロイドSK6 225gを保護コロイドSK1の代わりに使用するとの相違点を有する。
実施例7−保護コロイド不含の態様(比較例)
錨型撹拌機及び加熱/冷却装置を備える2リットルの重合反応器中で、脱イオン水115.00gを、窒素雰囲気下で55℃に加熱する。次いで、前述の温度で、部分量の24gのフィード1及び部分量の1.75gのフィード2及びフィード3を添加する。
フィード1は、次のものから製造したエマルションである:
114.00g 脱イオン水
10.90g Disponil(登録商標) FES77
1.94g Dowfax(登録商標) 2A1
1.75g tert−ドデシルメルカプタン
1.75g アクリル酸
84.80g n−ブチルアクリラート
263.45g メチルアクリラート。
フィード2は、過酸化水素の10質量%水溶液17.50gである。フィード3は、アスコルビン酸の10質量%水溶液17.50gである。
10分後に、フィード1の残分を4.0時間にわたり均一に計量供給する。同時に、フィード2及び3を開始し、4.0時間にわたり均一に計量供給する。フィード1の終了後に、30分間後重合する。その後、12.2gの水を添加し、pH値を10%の水酸化ナトリウム溶液を用いて30分間にわたり調節する。
減音材A1〜A7の例
減音材を、次のものから製造する:
15.41g 水
21.86g 実施例1〜7に応じたポリマー分散物
22.64g Muskovitglimmer GHL 144
45.36g Omyacarb(登録商標) 20 BG(白亜)。
適用技術的検査
振動減衰挙動の評価のために、損失係数tan δを25℃で、WO 2007/034933に記載のように測定する(ISO 6721−1及びISO 6721−3と同様)。このために、30×300×1.6mmのサイズの鋼片からの試験体を試験すべき減音材でコーティングし、かつ、乾燥させる。
コーティング量は、1m2あたり約3.0kgである。
結果は、表1に挙げられている。
表1:損失係数tan δの測定結果
Figure 0005847177
この結果は、特別に高い損失係数が実施例1及び2で達成されること、及び、PEG/VAcを基礎としないイオン性保護コロイドではより低い損失係数が達成されること、を示している。

Claims (14)

  1. 水溶性ポリアルキレンオキシド単位を有する主鎖、及び、ポリビニルエステル単位を有する側鎖、を有する両親媒性グラフトコポリマーである保護コロイド少なくとも1の存在下でのラジカル重合可能なモノマーのエマルション重合によって得られるポリマー分散物の、減音材の製造のための使用。
  2. 両親媒性保護コロイドが、50個のアルキレンオキシド単位あたり少なくとも0.05のグラフト箇所の平均グラフト度を有することを特徴とする請求項記載の使用。
  3. ビニルエステル単位に対するポリアルキレンオキシド単位の比が10/90から80/20までであることを特徴とする請求項1又は2記載の使用。
  4. ビニルエステル単位に対するポリアルキレンオキシド単位の比が10/90から50/50までであることを特徴とする請求項3記載の使用。
  5. 両親媒性保護コロイドが、
    (A)主鎖として水溶性ポリアルキレンオキシド、ポリマー全体に対して10〜50質量%、及び、
    (B)
    (B1)酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル及びその混合物から選択されるビニルエステル、側鎖に対して70〜100質量%、及び
    (B2)更なるエチレン性不飽和のラジカル重合可能なモノマー、側鎖に対して0〜30質量%
    のラジカル重合により形成された側鎖、ポリマー全体に対して50〜90質量%
    を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の使用。
  6. 両親媒性保護コロイドが、ポリエチレンオキシド単位を有する主鎖、及び、ポリ酢酸ビニル単位を有する側鎖、を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の使用。
  7. エマルション重合により製造されるポリマーのガラス転移温度が−60℃から70℃以下の範囲であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項記載の使用。
  8. エマルション重合により製造されるポリマーが少なくとも60質量%が主モノマーから構築されており、前記主モノマーがC1〜C20アルキル(メタ)アクリラート、20個までのC原子を含むカルボン酸のビニルエステル、20個までのC原子を有するビニル芳香族化合物、エチレン性不飽和ニトリル、ビニルハロゲン化物、1〜10個のC原子を含むアルコールのビニルエーテル、2〜8個のC原子及び1又は2個の二重結合を有する脂肪族炭化水素又は前記モノマーの混合物から選択されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の使用。
  9. ポリマーが少なくとも60質量%が、C1〜C10アルキル(メタ)アクリラートから構築されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項記載の使用。
  10. 車両のボディ部品の振動減衰のための、請求項1からのいずれか1項記載の使用。
  11. (a)ラジカル重合可能なモノマーのエマルション重合により得られる、水中分散したポリマー少なくとも1、及び、水溶性ポリアルキレンオキシド単位を有する主鎖、及び、ポリビニルエステル単位を有する側鎖、を有する両親媒性グラフトコポリマーである保護コロイド少なくとも1、を含むポリマー分散物、及び
    (b)無機充填剤
    を含む減音材。
  12. (a)ポリマー分散物の固形物5〜20質量%、
    (b)無機充填剤40〜80質量%、
    (c)水10〜40質量%、及び
    (d)助剤0〜10質量%
    を含む請求項11記載の減音材。
  13. 無機充填剤が、カオリン、白亜、マイクロドロマイト、珪砂及び雲母から選択されており、かつ、助剤が少なくとも0.1質量%使用され、かつ、増粘剤、樹脂、可塑剤及び分散剤から選択されていることを特徴とする請求項11又は12記載の減音材。
  14. (1)請求項1からのいずれか1項に挙げた特徴部を有するポリマー分散物含分を有する減音材又は請求項11から13のいずれか1項に挙げた減音材を準備し、かつ、
    (2)前記減音材を車両の部材に設けかつ乾燥させる、
    車両の部材のバイブレーション又は振動の減衰のための方法。
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