JP5890061B1 - 塗料用エマルション樹脂の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
塗料用エマルション樹脂の製造方法であって、
上記方法は、
スチレンモノマー(a)20〜50質量%、および(a)と共重合可能なα,β−エチレン性不飽和モノマー(b)50〜80質量%からなるモノマー混合物を含むプレエマルション溶液を調製する、プレエマルション溶液調製工程、および
上記モノマー混合物を乳化重合させてエマルション樹脂を形成させる、エマルション樹脂形成工程、
を包含し、
上記製造方法によって得られる塗料用エマルション樹脂は、数平均粒子径が500nm以下であり、固形分濃度が50質量%以上であり、
上記α,β−エチレン性不飽和モノマー(b)は、スチレンとのモノマー反応性比r1が0.7以下である(メタ)アクリルモノマー(b1)を含み、
上記モノマー混合物中における、上記(メタ)アクリルモノマー(b1)の含有量は、10〜60質量%であり、
上記エマルション樹脂形成工程において、上記モノマー混合物の重合率が45%〜90%の範囲となった後に、界面活性剤を、複数回に分けて添加する、
塗料用エマルション樹脂の製造方法。
[2]
上記エマルション樹脂形成工程における界面活性剤の複数回の添加は、後の界面活性剤添加において、その前の界面活性剤の添加量に対して20質量%以上増加した量で添加するのが好ましい。
[3]
上記モノマー(b)は、酸基を有するα,β−エチレン性不飽和モノマーを含み、
上記プレエマルション溶液における、モノマー混合物(b)の中和率は、1.5〜30%であるのが好ましい。
[4]
上記製造方法によって得られる塗料用エマルション樹脂は、残存モノマー濃度が1000ppm未満であるのが好ましい。
[5]
上記エマルション樹脂形成工程の後に、
油溶性重合開始剤を添加した後、さらに還元剤を添加して、残存モノマーを重合させる、残存モノマー重合工程、
をさらに包含する態様が挙げられる。
[6]
上記油溶性重合開始剤は、20℃における水への溶解度が、1g/L以下であるのが好ましい。
[7]
上記エマルション樹脂形成工程において添加される界面活性剤の総量は、上記塗料用エマルション樹脂の製造方法において用いられる界面活性剤の全量に対して、10〜40質量%であるのが好ましい。
本発明に至った経緯を説明する。本発明者らは、水性塗料組成物の調製おいて、塗料用エマルション樹脂中に含まれるスチレン含有量を高くすることによって、得られる塗料組成物の耐アルカリ性などの性能を改善することができることを見いだした。一方で、エマルション樹脂の製造において、調製に用いられるモノマー混合物中のスチレンモノマー含有量が高い場合は、エマルション樹脂の製造が困難となること、特に高固形分である塗料用エマルション樹脂を製造することが非常に困難となること、が実験により判明した。乳化重合による共重合においては、一般に、モノマー混合物は、まず水へ分散・溶解した後、重合反応の場であるミセルまたは粒子中に吸収されるプロセスを経て、モノマーの共重合が起こる。スチレンモノマーは一般に、水に対する溶解度が低いため、スチレンモノマーの含有量が高い場合、水分量が少ない条件での共重合においては、モノマー混合物の水への分散・溶解が生じ難くなり、重合反応の場であるミセルまたは粒子中へのモノマー混合物の吸収量が著しく低くなる。そのため、共重合反応が進行せず、安定なエマルション樹脂を得ることが困難となることが判明した。より具体的には、高固形分である塗料用エマルション樹脂を製造する際において、スチレンモノマー含有量が高いモノマー混合物を用いる場合は、ゲル化してしまう不具合が生じることがあることが分かった。
本発明の塗料用エマルション樹脂の製造方法は、
スチレンモノマー(a)20〜50質量%、および(a)と共重合可能なα,β−エチレン性不飽和モノマー(b)50〜80質量%からなるモノマー混合物を含むプレエマルション溶液を調製する、プレエマルション溶液調製工程、および
上記モノマー混合物を乳化重合させてエマルション樹脂を形成させる、エマルション樹脂形成工程、
を包含する。そしてこの方法において、上記α,β−エチレン性不飽和モノマー(b)は、スチレンとのモノマー反応性比r1が0.7以下である(メタ)アクリルモノマー(b1)を含み、そして、上記モノマー混合物中における、上記(メタ)アクリルモノマー(b1)の含有量は、10〜60質量%である。さらに上記エマルション樹脂形成工程において、上記モノマー混合物の重合率が45%〜90%の範囲となった後に、界面活性剤を、複数回に分けて添加することを特徴とする。
上記プレエマルション溶液調製工程においては、モノマー混合物を含むプレエマルション溶液を調製する。なお本明細書において「プレエマルション溶液」とは、エマルション樹脂の調製に用いられる、上記モノマー混合物を含む溶液を意味する。このプレエマルション溶液は、上記モノマー混合物、溶媒、そして必要に応じた中和剤、界面活性剤などの添加剤を混合することによって調製することができる。
アクリルモノマー、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n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸t−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタジエニル、(メタ)アクリル酸ジヒドロジシクロペンタジエニル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチルなどの(メタ)アクリル酸エステル、および、アクリル酸、メタクリル酸など;
上記アクリルモノマーとε−カプロラクトンとの付加物など;
酸基を有するα,β−エチレン性不飽和モノマー、例えば、2−アクリロイルオキシエチルフタル酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、ω−カルボキシ−ポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、イソクロトン酸、α−ハイドロ−ω−((1−オキソ−2−プロペニル)オキシ)ポリ(オキシ(1−オキソ−1,6−ヘキサンジイル))、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、3−ビニルサリチル酸、3−ビニルアセチルサリチル酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸など;
水酸基を有するα,β−エチレン性不飽和モノマー、例えば、アリルアルコール、メタリルアルコールなど;
重合性アミド化合物、例えば、(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジブチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジオクチル(メタ)アクリルアミド、N−モノブチル(メタ)アクリルアミド、N−モノオクチル(メタ)アクリルアミド 2,4−ジヒドロキシ−4’−ビニルベンゾフェノン、N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)メタクリルアミドなど;
重合性芳香族化合物、例えば、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン、ビニルナフタレン、2−ビニルピリジンおよび4−ビニルピリジンなど;
重合性ニトリル、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなど;
重合性アルキレンオキシド化合物、例えば、(メタ)アクリル酸(ポリ)オキシエチレン、(メタ)アクリル酸(ポリ)プロピレングリコールなど;
多官能ビニル化合物、例えば、(メタ)アクリル酸アリル、(ポリ)オキシエチレンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートなど;
重合性アミン化合物、例えば、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチルなど;
α−オレフィン、例えば、エチレン、プロピレンなど;
ビニルエステル、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサチック酸ビニルなど;
ジエン類、例えば、ブタジエン、イソプレンなど;
ハロゲン化ビニル、例えば、塩化ビニル、塩化ビニリデンなど;
重合性カルボニル化合物、例えば、アクロレイン、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、ホルミルスチロール、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソブチルケトン、アクリルオキシアルキルプロパナール類、メタクリルオキシアルキルプロパナール類、ジアセトンアクリレート、ジアセトンメタクリレート、アセトニルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレートアセチルアセテート、ブタンジオールアクリレートアセチルアセテートなど;
重合性アセトアセトキシ化合物、例えば、アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート、アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレートなど;
重合性アルコキシシリル化合物、例えば、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、トリメトキシシリルスチレン、ジメトキシメチルシリルスチレン、トリエトキシシリルスチレン、ジエトキシメチルシリルスチレンなど;
を挙げることができる。上記α,β−エチレン性不飽和モノマーは目的に併せて、必要に応じて種々選択することができる。なお本明細書において(メタ)アクリル酸エステルとはアクリル酸エステルとメタアクリル酸エステルとの両方を意味するものとする
これらの(メタ)アクリルモノマー(b1)の中でも、メタクリル酸、アクリル酸、メチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレートなどが、スチレンとの共重合性が高いこと、得られる塗膜のTg設計が容易であること、材料入手の容易であること、製品価格の面などから、より好ましい。(メタ)アクリルモノマー(b1)は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本明細書において、モノマー混合物(b)の中和率は、モノマー混合物中に含まれる、酸基を有するα,β−エチレン性不飽和モノマーの量、および上記中和剤(塩基性物質)の量(モル比)から算出することによって求めることができる。
上記エマルション樹脂形成工程においては、上記モノマー混合物を乳化重合させてエマルション樹脂を形成させる。上記モノマー混合物を乳化重合させる方法として、例えば、上記モノマー混合物を含むプレエマルション溶液を、重合反応容器中に順次滴下する方法が挙げられる。
過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩重合開始剤、
2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]2硫酸塩2水和物、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]水和物、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、2,2’−アゾビス(1−イミノ−1−ピロリジノ−2−メチルプロパン)ジヒドロクロリド、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]などの水溶性アゾ重合開始剤、
t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシイソノナノエート、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジ−t−アミルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、t−アミルハイドロパーオキサイドなどの有機過酸化物、および
過酸化水素、
などが挙げられる。
これらの重合開始剤は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
油溶性重合開始剤を添加した後、さらに還元剤を添加して、残存モノマーを重合させる、残存モノマー重合工程、
を包含する態様が、より好ましい。この工程を含むことによって、上記モノマー混合物に由来する残存モノマーの量を低減することができ、例えば臭気などの問題を解決することができる。得られたエマルション樹脂に含まれる残存モノマーの濃度は、1000ppm未満であるのが好ましく、900ppm未満であるのがより好ましい。なお本明細書において、残存モノマーの濃度の測定は、液体クロマトグラフ/質量分析計を用いて測定することができる。
t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルハイドロパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、ジ−t−ブチルパーオキサイドなどの有機過酸化物、および、
2,2’−アゾビス[N−(2−プロペニル)−2−メチルプロピオンアミド]、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)などの油用性アゾ重合開始剤、
などが挙げられる。
これらの油溶性重合開始剤は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
L−アスコルビン酸、L−アスコルビン酸塩(アスコルビン酸ナトリウムなど)、酒石酸、クエン酸、ブドウ糖、ホルムアルデヒドスルホキシラート金属塩などの、還元性有機化合物、および
チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、酸性亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム、塩化第一鉄などの、還元性無機化合物、
などが挙げられる。
これらの還元剤は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の製造方法では、上記成分などに加えて、必要に応じた添加剤を、いずれの工程において用いてもよい。添加剤として、例えば、連鎖移動剤、バッファーなどの重合調整剤が挙げられる。重合調整剤は、プレエマルション溶液調製工程において予めプレエマルション溶液中に加えてもよく、また、エマルション樹脂形成工程において任意の手順によって加えてもよい。
連鎖移動剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、アセトフェノン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、n−ブチルアルデヒド、フルフラール、ベンズアルデヒド等の炭素数2〜8のカルボン酸類;および、ドデシルメルカプタン、ラウリルメルカプタン、ノルマルメルカプタン、チオグリコール酸、チオグリコール酸オクチル、チオグリセロール等のメルカプタン類などが挙げられる。これらは、2種以上を併用してもよい。
バッファーとしては、例えば、酢酸ソーダ、酢酸アンモニウム、第二リン酸ソーダなどが挙げられる。これらは、2種以上を併用してもよい。
本発明はまた、上記製造方法によって得られたエマルション樹脂を含む塗料組成物にも関する。塗料組成物として、例えば、上記エマルション樹脂、そして、必要に応じた、顔料、意匠材料(砂、硅砂、カラーサンド、ビーズ、カラーチップ、鉱物チップ、ガラスチップ、木質チップおよびカラービーズなど)、顔料分散剤、他の樹脂成分、増粘剤、pH調整剤、溶媒および添加剤などを含む塗料組成物が挙げられる。
ガラスコルベンに水15.0質量部(以下単に部ということもある)を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記表記載のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を、5時間に渡って一定速度で滴下した。
1時間(重合率50%):0.10部
2時間:0.17部
3時間:0.27部
4時間:0.33部
60℃になったところで、tーブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート 0.3部を添加してから30分間保持した。
続いてアスコルビン酸0.4部を水1部に溶解させた溶液を添加した後、60℃にて90分間保持した。
この後添加の操作を2回繰り返し後、冷却した。
得られたエマルションは固形分濃度69.3%、粘度3794mPas、pH1.8、平均粒子径248nmの安定なエマルションであった。
重合率(%)=[1−(質量減少量/揮発処理前の反応混合物質量)]×100
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率82%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率71%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
滴下終了後、製造実施例1と同様にして重合を行った。得られたエマルションは固形分濃度69.5%、粘度597mPas、pH5.0で平均粒子径314nmの安定なエマルションであった。
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率80%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
滴下終了後、製造実施例1と同様にして重合を行った。得られたエマルションは固形分濃度69.3%、粘度228mPas、pH5.1で平均粒子径339nmの安定なエマルションであった。
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率82%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
滴下終了後、製造実施例1と同様にして重合を行った。
得られたエマルションは固形分濃度69.0%、粘度1011mPas、pH5.0で平均粒子径265nmの安定なエマルションであった。
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率85%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
滴下終了後、製造実施例1と同様にして重合を行った。
得られたエマルションは固形分濃度69.8%、粘度821mPas、pH5.2で平均粒子径430nmの安定なエマルションであった。
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率80%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
滴下終了後、製造実施例1と同様にして重合を行った。
得られたエマルションは固形分濃度69.7%、粘度231mPas、pH5.1で平均粒子径360nmの安定なエマルションであった。
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率79%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
滴下終了後、製造実施例1と同様にして重合を行った。
得られたエマルションは固形分濃度69.0%、粘度940mPas、pH5.0で平均粒子径287nmの安定なエマルションであった。
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率82%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率82%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率39%):0.10部
2時間:0.17部
3時間:0.27部
4時間:0.33部
滴下終了後、製造実施例1と同様にして重合を行った。
得られたエマルションは固形分濃度58.8%、平均粒子径310nmのエマルションであった。得られたエマルションは、極めて粘度が高い状態であり、粘度を測定することができなかった。
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率51%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
滴下終了後、製造実施例1と同様にして重合を行った。
得られたエマルションは固形分濃度55.8%、平均粒子径267nmのエマルションであった。得られたエマルションは、極めて粘度が高い状態であり、粘度を測定することができなかった。
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率84%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
滴下終了後、製造実施例1と同様にして重合を行った。
得られたエマルションは固形分濃度65.1%、平均粒子径323nmのエマルションであった。得られたエマルションは、極めて粘度が高い状態であり、粘度を測定することができなかった。
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率50%):0.17部
2時間:0.27部
3時間:0.33部
滴下終了後、製造実施例1と同様にして重合を行った。
得られたエマルションは固形分濃度54.3%、平均粒子径243nmのエマルションであった。得られたエマルションは、極めて粘度が高い状態であり、粘度を測定することができなかった。
製造実施例1の別口から添加する界面活性剤を予め先仕込して加えること以外は、全て製造実施例1と同様にして重合を行った。
得られたエマルションは固形分濃度58.6%、平均粒子径194nmのエマルションであった。得られたエマルションは、極めて粘度が高い状態であり、粘度を測定することができなかった。
製造実施例4の重合率41%となった時点から1時間毎に総量0.87部の上記と同一の界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸アンモニウム30%水溶液を合計4回に分割し、各回を以下の量にて一括添加した以外は全て製造実施例4と同様にして重合を行った。
1時間(重合率41%):0.10部
2時間:0.17部
3時間:0.27部
4時間:0.33部
得られたエマルションは固形分濃度61.0%、平均粒子径210nmのエマルションであった。得られたエマルションは、極めて粘度が高い状態であり、粘度を測定することができなかった。
製造実施例4の重合率93%となった時点から1時間毎に総量0.6部の上記と同一の界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸アンモニウム30%水溶液を合計2回に分割し、各回を以下の量にて一括添加した以外は全て製造実施例4と同様にして重合を行った。
1時間(重合率93%):0.27部
2時間:0.33部
得られたエマルションは固形分濃度63.3%、平均粒子径424nmのエマルションであった。得られたエマルションは、極めて粘度が高い状態であり、粘度を測定することができなかった。
ガラスコルベンに水15.0質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を水2部に溶解させた溶液を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
1時間(重合率65%):0.10部
2時間:0.17部
3時間:0.27部
4時間:0.33部
滴下終了後、製造実施例1と同様にして重合を行った。
得られたエマルションは固形分濃度69.4%、250mPas、pH5.1で平均粒子径301nmのエマルションであった。
ガラスコルベンに水23.5質量部を仕込み80℃まで加熱した。
温度を80℃に制御しながら、過硫酸アンモニウム0.5部を添加した後、下記の配合のモノマー乳化液(プレエマルション溶液)を5時間に渡って一定速度で添加した。
しかし、プレエマルション溶液の粘度が非常に高く、滴下することができなかった。
固形分はサンプルを2g採取し、ミニジェットオーブン(富山産業(株)製)中において、150℃で1時間乾燥させた後、乾燥前後の質量を用いて以下の式から算出した。
固形分(%)=(乾燥後の質量)/(乾燥前の質量)×100
粘度は、TVB10形粘度計(東機産業(株)製)を用いて、25℃、6rpmにて測定した。
エマルション樹脂の数平均粒子径は、ELS−Z(大塚電子(株)製)を用いて測定した。なお数平均粒子径の算出については、得られた拡散係数からキュムラント解析法にて算出した。
pHは、pHメーター(東亜−DKK(株)製)を用いて25℃にて測定した。
MAA:メタクリル酸
AA:アクリル酸
MMA:メタクリル酸メチル
nBMA:メタクリル酸n−ブチル
nBA:アクリル酸n−ブチル
2−EHA:アクリル酸2−エチルヘキシル
DAAm:ダイアセトンアクリルアマイド
また、各モノマーの括弧内の数値は、各モノマーのr1値(スチレンとのモノマー反応性比、POLYMER HANDBOOK 4th Editionより引用)である。
顔料ペーストの調製
イオン交換水6質量部、増粘剤(商品名「SP−600N」、ダイセル化学工業社製、ヒドロキシエチルセルロース系増粘剤)0.1質量部、顔料分散剤(商品名「Disperbyk−190」、ビックケミー社製)1.5質量部、二酸化チタン(商品名「TI−PURE R−706」、デュポン社製)22.2質量部、工業用防腐剤(商品名「ベストサイド201」、日本曹達社製)、0.1質量部、および消泡剤(商品名「BYK−018」、ビックケミー社製)、0.1質量部をステンレス容器に入れて混合後、ガラスビーズを投入し、ディスパーにて30分攪拌・分散させて、顔料ペーストを得た。
製造実施例1で得られたエマルション樹脂100質量部、顔料ペースト30質量部、造膜助剤6質量部、エチレングリコール1質量部、pH調整剤0.1質量部、消泡剤0.6質量部、増粘剤1を0.2質量部、増粘剤2を0.4質量部、イオン交換水11.2質量部を充分混合することによって水性上塗り塗料組成物1を得た。
製造実施例1で得られたエマルション樹脂の代わりに、製造実施例2、4または7で得られたエマルション樹脂を用いたこと以外は、実施例1と同様に調製して、水性上塗り塗料組成物2〜4を得た。
実施例1で得られた水性上塗り塗料組成物の調製において用いたエマルション樹脂を、製造実施例1のものから、製造比較例8で得られたエマルション樹脂に変更したこと以外は、実施例1と同様に調製して、水性上塗り塗料組成物5を得た。
(造膜助剤)
造膜助剤:商品名「CS−12」、チッソ社製、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート
(pH調整剤)
pH調整剤:25%アンモニア水、和光純薬社製
(消泡剤)
消泡剤:商品名「BYK−024」、ビックケミー社製
(増粘剤1)
増粘剤1:商品名「アデカノールUH−420」、旭電化社製、ウレタン会合型増粘剤
(増粘剤2)
増粘剤2:商品名「プライマルTT−615」、ローム・アンド・ハース社製、アルカリ膨潤型増粘剤
フレキシブル板(JIS A 5430準拠)に、ニッペウルトラシーラーIII(日本ペイント社製、カルボキシル基を有するスチレン−アクリル樹脂系シーラー)を、塗付け量100g/m2で刷毛を用いて塗装し、16時間放置(温度23℃湿度50%)後、評価塗料を塗付け量100g/m2で刷毛を用いて、塗装間隔時間を3時間とり、2回塗り重ねて塗装した。その後、24時間放置した後評価(目視)した。
○:塗膜に異常が認められない
×:割れ、ちぢみ、ピンホールなどの異常が認められる
フレキシブル板(JIS A 5430準拠)に、ニッペウルトラシーラーIII(日本ペイント社製、カルボキシル基を有するスチレン−アクリル樹脂系シーラー)を塗付け量100g/m2で刷毛を用いて塗装し、16時間放置(温度23℃湿度50%)後、評価塗料を塗付け量100g/m2で刷毛を用いて、塗装間隔時間を3時間とり、2回塗り重ねて塗装した。その後、7日間乾燥養生して耐水性試験板を作成し、20℃の水に7日間浸漬した。浸漬後、取り出して水洗した後に、30分以内に塗膜表面の状態を観察し、評価した。
○:塗膜に、膨れ、割れ、はがれなどがない
△:塗膜に、局所的に、膨れ、割れ、はがれ等がある
×:塗膜全体において、膨れ、割れ、はがれなどがある
フレキシブル板(JIS A 5430準拠)に、ニッペウルトラシーラーIII(日本ペイント社製、カルボキシル基を有するスチレン−アクリル樹脂系シーラー)を塗付け量100g/m2で刷毛を用いて塗装し、16時間放置(温度23℃湿度50%)後、評価塗料を塗付け量100g/m2で刷毛を用いて、塗装間隔時間を3時間とり、2回塗り重ねて塗装した。その後、7日間乾燥養生して耐アルカリ性試験板を作成した。得られた試験板を、20℃の水酸化ナトリウム3%水溶液に7日間没水した。取り出して水洗した後に、30分以内に塗膜表面の状態を観察した。
○:塗膜に膨れ、割れ、はがれなどがない
△:塗膜に局所的に膨れ、割れ、はがれなどがある
×:塗膜に全体的に膨れ、割れ、はがれなどがある
装置:JIS K 5600−5−11の6.3の湿潤磨耗試験装置の機能を有しており、試験槽、石けん液槽、ブラシなどを有し、試験片の塗膜上をブラシが往復するもの。
試験片の作成:
硬質塩化ビニルシート(JIS K 6734に規定)に、評価塗料を、6milアプリケーターを用いて塗装し、7日間乾燥養生して耐洗浄性試験板を作成した。JIS K 5663 7.12に沿って実施した。
操作:
試験片を洗浄試験装置の試験槽の試験台に、塗面を上向きにして水平に固定した。0.5%石けん水溶液を十分に浸み込ましたブラシを試験片の塗面に載せ、こする面に0.5%石けん水溶液を滴下し、常にぬれた状態に保ちながら、塗面をブラシで500回往復させ、こすった。その後、試験片を取り出し水で洗い、乾燥させた後、目視によって評価を実施した。
○:ブラシの往復処理(回数500回)を行った後においても、こすった箇所に塗膜の破れ、磨耗による素地の露出が認められない
×:ブラシの往復処理(回数500回)を行った後において、こすった箇所に塗膜の破れ、磨耗による素地の露出が認められる
フレキシブル板(JIS A 5430準拠)に、ニッペウルトラシーラーIII(日本ペイント社製、カルボキシル基を有するスチレン−アクリル樹脂系シーラー)を塗付け量100g/m2で刷毛を用いて塗装し、16時間放置(温度23℃、湿度50%)後、評価塗料を塗付け量100g/m2で刷毛を用いて、塗装間隔時間を3時間とり、2回塗り重ねて塗装した。その後、7日間乾燥養生して促進耐候性試験板を作成、JIS K 5600−7−7(キセノンランプ法)に従い、照射240時間経過後に、試験体を取り出し、室内に1時間放置し、評価を実施した。
○:白亜化等級が1以下で膨れ、はがれ、割れ等なく、色の変化が見本板と比較して大きく変化がない
×:白亜化等級が2以上、もしくは、はがれ、割れが発生、もしくは色の変化が大きい
白亜化:JIS K 5600−8−6に準拠する。
一方で、製造比較例8によって得られたエマルション樹脂を用いて調製した、水性上塗り塗料組成物は、耐アルカリ性および耐洗浄性(耐磨耗性)が大きく劣り、また耐水性も劣ることが確認された。
実施例5
製造実施例3で得られたエマルション樹脂100質量部、造膜助剤8質量部、二酸化チタン14質量部、炭酸カルシウム97質量部、増粘剤1.6質量部および添加剤7.4質量部を充分混合することによって水性下塗り塗料組成物1を得た。
実施例5の水性下塗り塗料組成物のエマルション樹脂を製造実施例3のものから製造実施例5のものに変更した以外は実施例5と同じ方法で水性下塗り塗料組成物2を得た。
実施例5の水性下塗り塗料組成物のエマルション樹脂を製造実施例3のものから製造実施例6のものに変更した以外は実施例5と同じ方法で水性下塗り塗料組成物3を得た。
実施例5の水性下塗り塗料組成物のエマルション樹脂を製造実施例3のものから製造実施例8のものに変更した以外は実施例5と同じ方法で水性下塗り塗料組成物4を得た。
実施例5の水性下塗り塗料組成物のエマルション樹脂を製造実施例3のものから製造比較例8のものに変更した以外は実施例5と同じ方法で水性下塗り塗料組成物5を得た。
2液性ウレタン塗料を塗装量150mg/m2で塗装して下地調整した70×150mmのスレート板上に、上記水性下塗り塗料組成物1〜5を、それぞれ塗装量300mg/m2で塗装して、評価試験板を得た。得られた評価試験板に対して以下の各種試験を行い、評価を実施した。
得られた評価試験板を20℃の水酸化ナトリウム3%水溶液に7日間没水した。取り出して水洗した後に、30分以内に塗膜表面の状態を観察した。
○:塗膜に膨れ、割れ、はがれなどがない
△:塗膜に局所的に膨れ、割れ、はがれなどがある
×:塗膜に全体的に膨れ、割れ、はがれなどがある
得られた評価試験板を20℃の水に7日間没水した。取り出して水洗した後に、30分以内に塗膜表面の状態を観察、評価した。
○:塗膜に膨れ、割れ、はがれなどがない
△:塗膜に局所的に膨れ、割れ、はがれなどがある
×:塗膜に全体的に膨れ、割れ、はがれなどがある
得られた評価試験板を室温で16時間静置したのち、カッターナイフでスレート板まで達する深さのクロスカットを入れた。続いて、カット部分にガムテープを貼り付けた後、急激に引き剥がし、剥離状態を評価した。
○:塗膜にはがれを生じない
△:塗膜剥離面積が、ガムテープの貼付面積の75%未満
×:塗膜剥離面積が、ガムテープの貼付面積の75%以上
一方で、製造比較例8によって得られたエマルション樹脂を用いて調製した、水性下塗り塗料組成物は、耐アルカリ性および密着性が大きく劣り、また耐水性も劣ることが確認された。
Claims (7)
- 塗料用エマルション樹脂の製造方法であって、
前記方法は、
スチレンモノマー(a)20〜50質量%、および(a)と共重合可能なα,β−エチレン性不飽和モノマー(b)50〜80質量%からなるモノマー混合物を含むプレエマルション溶液を調製する、プレエマルション溶液調製工程、および
前記モノマー混合物を乳化重合させてエマルション樹脂を形成させる、エマルション樹脂形成工程、
を包含し、
前記製造方法によって得られる塗料用エマルション樹脂は、数平均粒子径が500nm以下であり、固形分濃度が50質量%以上であり、
前記α,β−エチレン性不飽和モノマー(b)は、スチレンとのモノマー反応性比r1が0.7以下である(メタ)アクリルモノマー(b1)を含み、
前記モノマー混合物中における、前記(メタ)アクリルモノマー(b1)の含有量は、10〜60質量%であり、
前記エマルション樹脂形成工程において、前記モノマー混合物の重合率が45%〜90%の範囲となった後に、界面活性剤を、複数回に分けて添加する、
塗料用エマルション樹脂の製造方法。 - 前記エマルション樹脂形成工程における界面活性剤の複数回の添加は、後の界面活性剤添加において、その前の界面活性剤の添加量に対して20質量%以上増加した量で添加する、請求項1記載の製造方法。
- 前記モノマー(b)は、酸基を有するα,β−エチレン性不飽和モノマーを含み、
前記プレエマルション溶液における、モノマー混合物(b)の中和率は、1.5〜30%である、
請求項1または2記載の製造方法。 - 前記製造方法によって得られる塗料用エマルション樹脂は、残存モノマー濃度が1000ppm未満である、請求項1〜3いずれかに記載の製造方法。
- 前記エマルション樹脂形成工程の後に、
油溶性重合開始剤を添加した後、さらに還元剤を添加して、残存モノマーを重合させる、残存モノマー重合工程、
をさらに包含する、請求項1〜4いずれかに記載の製造方法。 - 前記油溶性重合開始剤は、20℃における水への溶解度が、1g/L以下である、請求項5記載の製造方法。
- 前記エマルション樹脂形成工程において添加される界面活性剤の総量は、前記塗料用エマルション樹脂の製造方法において用いられる界面活性剤の全量に対して、10〜40質量%である、請求項1〜6いずれかに記載の製造方法。
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