JP6011612B2 - 変性ポリオレフィン水性分散組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)(2)の工程を含む変性ポリオレフィン水性分散組成物の製造方法。
(1)変性ポリオレフィン、有機溶剤、塩基化合物、および水を原料として変性ポリオレフィン水性分散体を得る工程1
(2)前記変性ポリオレフィン水性分散体に界面活性剤を変性ポリオレフィンに対し0.1〜10重量%配合する工程2
(項2)
前記の変性ポリオレフィンが、酸変性ポリオレフィンおよび/または酸変性塩素化ポリオレフィンである項1に記載の製造方法。
(項3)
前記の変性ポリオレフィンの酸価が5〜50KOHmg/gである項1または2に記載の製造方法。
(項4)
前記の酸変性塩素化ポリオレフィンの塩素含有率が10〜35重量%である項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
(項5)
前記の変性ポリオレフィンの重量平均分子量が10000〜150000である項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
(項6)
前記の変性ポリオレフィンがプロピレン−α−オレフィン共重合体を酸変性または酸変性後に塩素化したものであり、該プロピレン−α−オレフィン共重合体に含まれるプロピレン成分が60〜97モル%である項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
(項7)
前記のプロピレン−α−オレフィン共重合体がメタロセン系触媒を用いて合成されるプロピレン−α−オレフィン共重合体である項6に記載の製造方法。
(項8)
前記の有機溶剤がエーテル系溶剤を少なくとも含むものであることを特徴とする項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。
(項9)
前記の界面活性剤がHLB9以上の非イオン性界面活性剤であることを特徴とする項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法。
(項10)
HLBが9以上の非イオン性界面活性剤が、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル型、ポリオキシアルキレンスチレン化フェニルエーテル型、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル型、ポリオキシアルキレンアルキルアミン型、ポリオキシアルキレンアミン型、ポリオキシアルキレンアルキルアミド型、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル型、酸化エチレン酸化プロピレンブロック重合型、酸化エチレン酸化プロピレンランダム重合型、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル型からなる群より選択される少なくとも1種である項9に記載の製造方法。
使用する有機溶剤は、分子内にエーテル結合を有する有機溶剤が好ましい。具体的には、特に限定されないが、少なくとも、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等の1種類以上を使用することが好ましい。より好ましくは、テトラヒドロフラン、プロピレングリコールモノn−プロピルエーテルである。前記有機溶媒を2種以上併用すると、変性ポリオレフィンの極性成分量の変動により、変性ポリオレフィンへの溶解性をコントロールすることができるという点で、より好ましい。その他、必要に応じて、トルエン等の芳香族炭化水素、n−ヘプタン等の脂肪族炭化水素、メチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素、メチルエチルケトン等のケトン系、酢酸エチル等のエステル系溶剤、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶剤を、前記エーテル系溶剤と共に使用することができる。
その他の方法としては、特に限定されないが、変性ポリオレフィン、有機溶剤に加えて、塩基化合物および水も初期に配合して樹脂を水分散させた後に脱溶剤処理を行い、変性ポリオレフィン水性分散体を製造する方法や、変性ポリオレフィン、有機溶剤および水を仕込んで溶解させた後、塩基化合物を配合し、その後に脱溶剤処理を行う製造方法等が挙げられる。
使用する界面活性剤は、特に限定されないが、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤が挙げられる。この中でも、非イオン性界面活性剤が好ましい。また、HLBが9以上の非イオン性界面活性剤は長期の保存安定性に優れていることから特に好ましい。HLBは界面活性剤の親水性と親油性のバランスを表した指標(Hydrophile-Lipophphile Balanceの頭文字)であり、HLBの値が大きくなるほど、親水性は増していく、グリフィン氏が創案した方式である。工程2において、使用する非イオン性界面活性剤のHLBが9未満の場合、界面活性剤の親油性が強すぎることにより、変性ポリオレフィン水性分散物の保存安定性向上の効果が小さく、場合によっては界面活性剤を含有しない酸変性ポリオレフィン水性分散組成物よりも保存安定性が悪くなる場合がある。非イオン性界面活性剤のより好ましいHLBは12以上である。HLBの上限は特に限定されないが、通常は20であり、より好ましくは19、さらに好ましくは18である。
3LのSUS製オートクレーブ反応缶中に、メタロセン触媒を用いて製造されたプロピレン−エチレン共重合体(プロピレン:エチレン=93:7 モル比、融点75℃、180℃における溶融粘度:1500mPa・s)750g、無水マレイン酸90g、ジクミルパーオキサイド15g、トルエン1100gを入れ密閉した。オートクレーブ中を窒素で置換した後、加温して缶内温度140℃で5時間反応した。反応液を110℃に冷却し、メチルエチルケトン(以下、「MEK」ともいう)3500gの入った10LのSUS製容器中に入れ、反応液から樹脂を析出させた後に、固液分離を行い、更に固液分離した樹脂を1000gのMEKに入れ、再度固液分離をする洗浄を3回繰り返した後に、樹脂を乾燥した。得られた無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体の酸価は26KOHmg/g、重量平均分子量は34000であった。
製造例1において、無水マレイン酸量を23gに変更した以外は製造例1と同じ操作を行った。得られた無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体の酸価は11 KOHmg/g、重量平均分子量は40000であった。
製造例1において、ポリオレフィン樹脂をメタロセン触媒を用いて合成されたプロピレン−1−ブテン共重合体(プロピレン:1−ブテン=78:22 モル比、融点85℃、230℃におけるMFR:7g/10分)に変更した以外は製造例1と同じ操作を行った。得られた無水マレイン酸変性プロピレン−1−ブテン共重合体の酸価は18 KOHmg/g、重量平均分子量は68000であった。
製造例1において、アイソタクチックポリプロピレン(180℃における溶融粘度:1500mPa・s)に変更した以外は製造例1と同じ操作を行った。
製造例3において、ジクミルパーオキサイドをt−ブチルパーオキシベンゾエイトに変更し、反応条件を120℃で5時間に変更した以外は製造例3と同じ操作を行った。得られた無水マレイン酸変性プロピレン−1−ブテン共重合体の酸価は23KOHmg/g、重量平均分子量は117000であった。
5Lのグラスライニング製反応缶中に、製造例4により得られた無水マレイン酸変性ポリプロピレン500g、クロロホルム8500gを入れ密閉し、反応缶中の液を攪拌して分散しながら反応缶内を加温し、缶内温度120℃で1時間溶解した。缶内温度を110℃まで冷却した後に、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエートを2.5g添加し、速やかに塩素を120g/時間の速度で導入し、缶内温度を100〜120℃で保持した。反応缶内の圧力は上限0.4MPaとして、圧力が上限に達した時には、系内のガスを系外の水および水酸化ナトリウム水溶液のトラップに排出した。塩素導入開始から2時間50分経過時の塩素348g導入した段階において塩素の導入を止め、10分間液の攪拌を続けた後に、缶内温度60℃まで冷却し、缶内温度35〜60℃、減圧度0.05〜0.08MPaの条件下でクロロホルム7000を留去した。得られた反応液に安定剤としてp−t−ブチルフェニルグリシジルエーテルを18g添加し、乾燥することにより、無水マレイン酸変性塩素化ポリプロピレンを得た。得られた無水マレイン酸変性塩素化ポリプロピレンの塩素含有率は23重量%、酸価は16KOHmg/g、重量平均分子量は42000であった。
製造例6において、無水マレイン酸変性ポリプロピレンを製造例2により得られた樹脂に変更し、塩素導入量を237gに変更した以外は製造例6と同じ操作を行った。得られた無水マレイン酸変性塩素化ポリプロピレンの塩素含有率は17重量%、酸価は10KOHmg/g、重量平均分子量は38000であった。
製造例6において、無水マレイン酸変性ポリプロピレンを製造例1により得られた樹脂に変更し、塩素導入量を186gに変更した以外は製造例1と同じ操作を行った。得られた無水マレイン酸変性塩素化プロピレンエチレン共重合体の塩素含有率は14重量%、酸価は19KOHmg/g、重量平均分子量は75000であった。
製造例6において、塩素導入量を389gに変更した以外は製造例6と同じ操作を行った。得られた無水マレイン酸変性塩素化プロピレンエチレン共重合体の塩素含有率は25重量%、酸価は22KOHmg/g、重量平均分子量は118000であった。
3Lの攪拌機付きフラスコに製造例1により得られた無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体350g、テトラヒドロフラン585g、およびプロピレングリコールモノプロピルエーテル65gを入れ、65℃に加熱して溶解させた。次いで、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールの50重量%水溶液22gを添加し、温度を65℃に保ちながら、60℃のイオン交換水を少量ずつ滴下した。1時間かけてイオン交換水1000gを滴下した後に、絶対圧力93kPaでテトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテルを1.5時間で留去した。テトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテルの合計残留量は無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体に対して、1重量%以下であった。次いで、固形分が30重量%になるようイオン交換水を添加し、乳白色の変性ポリオレフィン水性分散体を得た。得られた変性ポリオレフィン水性分散体の組成は、無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体:2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール:水=30:1:69(重量比)であり、体積基準の平均粒子径は50nmであった。
3Lの攪拌機付きフラスコに製造例2により得られた無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体350g、テトラヒドロフラン520g、およびプロピレングリコールモノプロピルエーテル130g、イオン交換水1000gを入れ、65℃に加熱して溶解させた。次いで、2−ジメチルアミノエタノールの50重量%水溶液16gを添加し、温度を65℃で1時間保持した。その後、絶対圧力93kPaでテトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテルを1.5時間で留去した。テトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテル合計残留量は無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体に対して、1重量%以下であった。次いで、固形分が30重量%になるようイオン交換水を添加し、乳白色の変性ポリオレフィン水性分散体を得た。得られた変性ポリオレフィン水性分散体の組成は、無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体:2−ジメチルアミノエタノール:水=30:1:69(重量比)であり、体積基準の平均粒子径は140nmであった。
製造例5において、無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体を製造例3により得られたプロピレン−1−ブテン共重合体に変更し、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールの50重量%水溶液量を15gに変更した以外は製造例5と同じ操作を行った。得られた変性ポリオレフィン水性分散体の体積基準の平均粒子径は90nmであった。
製造例5において、無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体を製造例4により得られたプロピレン−1−ブテン共重合体に変更し、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールの50重量%水溶液量を19gに変更した以外は製造例5と同じ操作を行った。得られた変性ポリオレフィン水性分散体の体積基準の平均粒子径は160nmであった。
3Lの攪拌機付きフラスコに製造例6により得られた無水マレイン酸変性塩素化ポリプロピレン350g、テトラヒドロフラン520g、およびプロピレングリコールモノプロピルエーテル130gを入れ、65℃に加熱して溶解させた。次いで、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールの50重量%水溶液13gを添加し、温度を65℃に保ちながら、60℃のイオン交換水を少量ずつ滴下した。1時間かけてイオン交換水1000gを滴下した後に、絶対圧力93kPaでテトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテルを1.5時間で留去した。テトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテル合計残留量は無水マレイン酸変性塩素化プロピレンに対して、1重量%以下であった。次いで、固形分が30重量%になるようイオン交換水を添加し、乳白色の変性ポリオレフィン水性分散体を得た。得られた変性ポリオレフィン水性分散体の組成は、無水マレイン酸変性塩素化ポリプロピレン:2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール:水=30:1:69(重量比)であり、体積基準の平均粒子径は70nmであった。
3Lの攪拌機付きフラスコに製造例7により得られた無水マレイン酸変性塩素化ポリプロピレン350g、テトラヒドロフラン520g、およびプロピレングリコールモノプロピルエーテル130g、イオン交換水1000gを入れ、65℃に加熱して溶解させた。次いで、2−ジメチルアミノエタノールの50重量%水溶液17gを添加し、温度を65℃で1時間保持した。その後、絶対圧力93kPaでテトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテルを1.5時間で留去した。テトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテル合計残留量は無水マレイン酸変性塩素化プロピレンに対して、1重量%以下であった。次いで、固形分が30重量%になるようイオン交換水を添加し、乳白色の変性ポリオレフィン水性分散体を得た。得られた変性ポリオレフィン水性分散体の組成は、無水マレイン酸変性塩素化ポリプロピレン:2−ジメチルアミノエタノール:水=30:1:69(重量比)であり、体積基準の平均粒子径は180nmであった。
製造例14において、無水マレイン酸変性ポリプロピレンを製造例8により得られた樹脂に変更し、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールの50重量%水溶液量を15gに変更した以外は製造例14と同じ操作を行った。得られた変性ポリオレフィン水性分散体の体積基準の平均粒子径は90nmであった。
製造例14において、無水マレイン酸変性ポリプロピレンを製造例9により得られた樹脂に変更し、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールの50重量%水溶液量を21gに変更した以外は製造例14と同じ操作を行った。得られた変性ポリオレフィン水性分散体の体積基準の平均粒子径は130nmであった。
製造例5で得られた3Lの攪拌機付きフラスコ内の無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体水性分散体に、ポリオキシエチレンラウリルエーテル(HLB15.4)の30重量%水溶液11.7g(無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体樹脂に対し1重量%)を添加し、混合することにより変性ポリオレフィン水性分散組成物を得た。得られた変性ポリオレフィン水性分散組成物の体積基準の平均粒子径は50nmであった。
実施例1において、製造例5〜8の無水マレイン酸変性プロピレン−α−オレフィン共重合体水性分散体を使用し、界面活性剤の種類と量を変更した表1の配合により、それぞれ変性ポリオレフィン水性分散組成物を得た。
実施例1において、製造例5の無水マレイン酸変性プロピレン−α−オレフィン共重合体水性分散体を使用し、界面活性剤の種類と量を変更した表1の配合により、それぞれ変性ポリオレフィン水性分散組成物を得た。
3Lの攪拌機付きフラスコに製造例1により得られた無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体350g、テトラヒドロフラン520g、プロピレングリコールモノプロピルエーテル130g、およびポリオキシエチレンラウリルエーテル(HLB15.4)10.5gを入れ、65℃に加熱して溶解させた。次いで、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールの50重量%水溶液13gを添加し、温度を65℃に保ちながら、60℃のイオン交換水を少量ずつ滴下した。1時間かけてイオン交換水1000gを滴下した後に、絶対圧力93kPaでテトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテルを留去したが、泡立ちが激しいために、泡立ちを抑え、圧力をコントロール(93kPa〜常圧)しながら行った。そのため、所要時間は7.5時間掛かり、製造例10〜13の5倍の時間を要した。テトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテル合計残留量は無水マレイン酸変性プロピレン−エチレン共重合体に対して、1重量%以下であった。次いで、固形分が30重量%になるようイオン交換水を添加し、変性ポリオレフィン水性分散組成物を得た。得られた乳白色の変性ポリオレフィン水性分散組成物の体積基準の平均粒子径は60nmであった。
オキシエチレンラウリルエーテル(HLB15.4)の配合量を変更した以外は比較例4と同じ操作を行った。溶剤留去の所要時間は6時間であり、得られた変性ポリオレフィン水性分散組成物の体積基準の平均粒子径は60nmであった。
製造例14で得られた3Lの攪拌機付きフラスコ内の無水マレイン酸変性塩素化ポリオレフィン水性分散体に、ポリオキシエチレンラウリルエーテル(HLB16.1)の30重量%水溶液11.7g(無水マレイン酸変性塩素化ポリオレフィン樹脂に対し1重量%)を添加し、混合することにより変性ポリオレフィン水性分散組成物を得た。得られた変性ポリオレフィン水性分散組成物の体積基準の平均粒子径は70nmであった。
実施例13において、製造例14〜17の無水マレイン酸変性塩素化ポリオレフィン水性分散体を使用し、界面活性剤の種類と量を変更した表2の配合により、それぞれ変性ポリオレフィン水性分散組成物を得た。
実施例13において、製造例14の無水マレイン酸変性塩素化ポリオレフィン水性分散物を使用し、界面活性剤の種類と量を変更した表2の配合により、それぞれ変性ポリオレフィン水性分散組成物を得た。
3Lの攪拌機付きフラスコに製造例5により得られた無水マレイン酸変性塩素化ポリプロピレン350g、テトラヒドロフラン520g、プロピレングリコールモノプロピルエーテル130g、およびポリオキシエチレンラウリルエーテル(HLB16.1)15.75gを入れ、65℃に加熱して溶解させた。次いで、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールの50重量%水溶液13gを添加し、温度を65℃に保ちながら、60℃のイオン交換水を少量ずつ滴下した。1時間かけてイオン交換水1000gを滴下した後に、絶対圧力93kPaでテトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテルを留去したが、泡立ちが激しいために、泡立ちを抑え、圧力をコントロールしながら行った。そのため、所要時間は7.5時間掛かり、製造例14〜17の5倍の時間を要した。テトラヒドロフランとプロピレングリコールモノプロピルエーテル合計残留量は無水マレイン酸変性塩素化ポリプロピレンに対して、1重量%以下であった。次いで、固形分が30重量%になるようイオン交換水を添加し変性ポリオレフィン水性分散組成物を得た。得られた乳白色の変性ポリオレフィン水性分散組成物の体積基準の平均粒子径は60nmであった。
オキシエチレンラウリルエーテル(HLB16.1)の配合量を変更した以外は比較例9と同じ操作を行った。溶剤留去の所要時間は6時間であり、得られた変性ポリオレフィン水性分散組成物の体積基準の平均粒子径は60nmであった。
基材として、プライムポリマー製SP-280成型板(アイソタクチックポリプロピレンにエチレン−プロピレン−ジエンゴム成分が配合されたもの)およびHimont Basell製Profax SB823成型板(アイソタクチックポリプロピレン)を使用する。変性ポリオレフィン水性分散組成物を基材に乾燥後の塗布量が約5μmとなるようバーコーターでコーティングし、80℃で3分間乾燥し、続けて関西ペイント製ウレタン塗料レタン(登録商標)PG80を乾燥後の塗布量が約25μmとなるようエアスプレーガンで塗装し、80℃30分間乾燥する。塗装板を25℃で1日保管した後に、塗装面にカッターナイフで切れ目を入れて、1mm間隔で100個の碁盤目を作り、その上にニチバン製粘着テープLP-18を密着させて180°の方向に10回引き剥がした。10回剥離しても変化のなかった場合を10点とし、1回目で剥がれた場合を0点とした。好ましい密着性は5以上であり、より好ましくは7以上である。
密着性試験と同様の処理を行った塗装板を40℃の温水に10日間浸漬した後に、塗装面の水分を拭き取り、密着性試験と同様の剥離試験を行った。好ましい耐水性は5以上であり、より好ましくは7以上である。
ガラス瓶で密封した酸変性ポリオレフィン水性分散物を50℃と−5℃の雰囲気下で保管し、流動性がなくなり固化するまでの期間を最長1年まで調べた。50℃での好ましい保存安定性は6ヶ月以上であり、より好ましくは1年である。−5℃での好ましい保存安定性は3カ月以上であり、より好ましくは6ヶ月以上である。
前記、塗膜の密着性試験で、酸変性ポリオレフィン水性分散組成物を基材に塗布した際の濡れ性を目視で評価した。濡れ性良好な場合は評価「○」とし、濡れ性不良な場合は「×」とした。
Claims (8)
- (1)(2)の工程を含む変性ポリオレフィン水性分散組成物の製造方法であって、変性ポリオレフィンが、酸変性ポリオレフィンおよび/または酸変性塩素化ポリオレフィンであり、前記の変性ポリオレフィンの酸価が5〜50KOHmg/gであり、工程(1)及び工程(2)の間に、脱有機溶剤処理を行う、製造方法。
(1)変性ポリオレフィン、有機溶剤、塩基化合物、および水を原料として変性ポリオレフィン水性分散体を得る工程1
(2)前記変性ポリオレフィン水性分散体に界面活性剤を変性ポリオレフィンに対し0.1〜10重量%配合する工程2 - 前記の酸変性塩素化ポリオレフィンの塩素含有率が10〜35重量%である請求項1に記載の製造方法。
- 前記の変性ポリオレフィンの重量平均分子量が10000〜150000である請求項 1または2に記載の製造方法。
- 前記の変性ポリオレフィンがプロピレン−α−オレフィン共重合体を酸変性または酸変 性後に塩素化したものであり、該プロピレン−α−オレフィン共重合体に含まれるプロピ レン成分が60〜97モル%である請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記のプロピレン−α−オレフィン共重合体がメタロセン系触媒を用いて合成されるプ ロピレン−α−オレフィン共重合体である請求項4に記載の製造方法。
- 前記の有機溶剤がエーテル系溶剤を少なくとも含むものであることを特徴とする請求項 1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記の界面活性剤がHLB9以上の非イオン性界面活性剤であることを特徴とする請求 項1〜6のいずれか1項に記載の製造方法。
- HLBが9以上の非イオン性界面活性剤が、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル型、ポリオキシアルキレンスチレン化フェニルエーテル型、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル型、ポリオキシアルキレンアルキルアミン型、ポリオキシアルキレンアミン型、ポリオキシアルキレンアルキルアミド型、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル型、酸化エチレン酸化プロピレンブロック重合型、酸化エチレン酸化プロピレンランダム重合型、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル型からなる群より選択される少なくとも1種である請求項7に記載の製造方法。
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