JPH01152102A - カルボキシメチルにより疎水化されたヒドロキシエチルセルロースおよびこれを使用した保護塗料組成物 - Google Patents

カルボキシメチルにより疎水化されたヒドロキシエチルセルロースおよびこれを使用した保護塗料組成物

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JPH01152102A
JPH01152102A JP63233369A JP23336988A JPH01152102A JP H01152102 A JPH01152102 A JP H01152102A JP 63233369 A JP63233369 A JP 63233369A JP 23336988 A JP23336988 A JP 23336988A JP H01152102 A JPH01152102 A JP H01152102A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水性保護塗料のような水性組成物中の増粘剤
として有用なセルロースエーテルの水溶性組成物、及び
増粘剤と保護コロイドとしてセルロース誘導体を含む水
性組成物に関する。
通常セルロースエーテル誘導体を用いる水性保護塗料に
は、ラテックスペイント、分散系ペイントがあり、これ
らの主成分は例えばスチレン−ブタジェンコポリマー、
酢酸ビニルポリマーとコポリマー、及びアクリルポリマ
ーとコポリマーのようなフィルム形成性ラテックスであ
る。これらは典型的に不透明顔料、分散剤及び水溶性保
護コロイドを含み、これらの成分の割合は組成物全体の
重量に基づいて、ラテンクス約lθ〜50部、不透明顔
料約10〜約50部、分散剤約0.1〜約2部及び水溶
性保護コロイド約0.1〜約2部である。
ラテックスペイントの製造に(ラテックスを安定化し、
塗布面積のウェットエツジを使用中長く維持するために
)通常用いる水溶性保護コロイドには、カゼイン、メチ
ルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース(IIEc
)、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、ポリビニ
ルアルコール、澱粉及びナトリウムポリアクリレートが
ある。これらのコロイドは次のような欠点を有する: セルロースエーテルのような天然型コロイドは生物学的
分解を受けやすく、しばしば不充分な流動性とレベリン
グ性を与え、また例えばポリビニルアルコールのような
合成物質は垂れ下り抵抗を維持するために充分な増粘効
率をしばしば有さない。
HECの増粘効率はその分子量を高めることによって上
昇するが、このためには−船釣な木材チップの代りにコ
ツトンリンターのような高価なセルロース組成物が必要
であり、高分子1i1HEcを含むラテックスペイント
ははね散りやすい、長鎖アルキル基(疎水性)を付着さ
せることによって疎水性に改質された非イオン性水溶性
セルロースエーテル誘導体が対応する非改質型よりも大
きい増粘効率を有することが知られているので(例えば
、米国特許第4.228,277号から)、少量を用い
て同じ粘度を得ることができ、高分子量非改質セルロー
スエーテル誘導体の代りに低分子量改質セルロースエー
テル誘導体を用いることができる。
また、低分子量セルロースエーテル誘導体、特に低分子
量の疎水性に改質されたヒドロキシエチルセルロース(
HMHEC)ははね敗り問題を解消または軽減すること
ができる。しかし、例えば0.7〜1.0重量%のオー
ダーのeta疎水性基または4重量%のC1,疎水性基
のような、高レベルの改質疎水性基を有するII M 
II [! Cは大きいせん断を受けたとき、暗い色合
いを生じがちであり、これは疎水性基と顔料との間の相
互作用の結果であると考えられる。また、疎水性基含量
が1.0χより大きい場合には、このようなHMHEC
は不溶性になる傾向がある、従って、市販のHMHEC
は通常的0.4〜約0.6重量%の00疎水性基を用い
て製造される。しかしこれにより高レベルの疎水性基を
有するHMHECはより効果的であり、疎水性基含量を
このような狭い範囲内に維持する必要性は製造上の問題
を招来する。
従って、製造が容易であり、生物学的分解に対して高い
耐性を有する効果的な増粘剤または粘度上昇剤であり、
変色を伴うことなく良好人波動性及びレベリング性を有
するラテックスペイントを形成する保護コロイドが必要
とされている。
本発明による、疎水性改質剤として長鎖アルキル基を取
付けた水溶性セルロースエーテル誘導体は、セ/L、ロ
ースエーテル誘導体が陰イオン性カルボキシメチルヒド
ロキシエチル誘導体であり、カルボキシメチル置換度が
約0.05〜約1未満であり、長鎖アルキル基が炭素数
8〜25の長鎖アルキル、α−ヒドロキシアルキルまた
はアシル基であり、ポリマー構造中の総セルロースポリ
マーの重量割合が約0.10〜約4.0χであることを
特徴とする。
「長鎖炭化水素基」なる用語は一般に、単なる長鎖アル
キルのみでなく、炭素数8〜25の置換したα−ヒドロ
キシアルキル基とアシル基をも含むように用いる、この
理由は基の炭化水素部分の大きさと影響が置換基の影響
を実質的におおい隠すからである。
本発明のポリマーはカルボキシメチル基、ヒドロキシエ
チル基及び長鎖疎水性改質剤を含み、カルボキシメチル
疎水性改質ヒドロキシエチルセルロース(CMHMHE
C)としばしば呼ばれる。
カルボキシメチル置換基(C,M、口、S)はセルロー
ス分子の1無水グルコ一ス単位あたりのカルボキシメチ
ル基の平均数である0本発明のポリマーは好ましくは約
0,05〜約0.9、より好ましく約0.05〜約0.
5、さらに好ましくは約o、05〜約0.2 (7)C
M、D、S、を有する。
ヒドロキシエチルモル置換度(H,E、M、S、)はセ
ルロース分子の1無水グルコ一ス単位あたりのヒドロキ
シエチル基の平均モル数を意味する。本発明のポリマー
は好ましくは約1.8〜約5.0、特に好ましくは約2
.5〜約4.5の11.E、M、sを有する。
本発明の長鎖炭化水素基は炭素数8〜18であることが
好ましく、完全に置換したセルロースポリマーの重量割
合は約0.2〜2.5χである。
本発明のセルロースエーテル誘導体は、ブルックフィー
ルド シンクロ−レフトリックモデル(Broockf
ield 5ynchro−Lectric Mode
l)LVF粘度計を6 rpmで用いて簡便に測定して
、1重量%溶液で約5〜約60,000センチポーズの
範囲内のブルックフィールドLVF ’粘度を有するこ
とが好ましい。
本発明のセルロースエーテル誘導体は容易に入手可能な
すなわちセルロース組成物から直接入手可能な、非イオ
ン性水溶性ヒドロキシエチルセルロースポリマーから製
造可能である。非イオン性ヒドロキシエチル置換基の量
は、エーテルが水溶性であることを保証するために充分
な量であるかぎり、重要ではないように思われる。ヒド
ロキシエチルセルロース基体は約so、ooo〜400
.000の分子量を有するのが好ましい。
この基体は、アルカリ性媒質中で木材チップまたは化学
綿をアルキレンオキシドで処理するというような、公知
の方法でセルロース組成物を処理することによって製造
することができる。セルロース組成物は典型的に約13
00〜約2300の重合度(P、D、)を有する0本発
明のセルロースエーテルはセルロース組成物を置換基に
よっていずれの順序においても改質することによって製
造することできる。この合成は最初にセルロース組成物
をヒドロキシアルキル化し、次に疎水性改質剤を付着さ
せ、最後に生成物をカルボキシメチル化することによっ
て実施することが好ましい。
疎水性に改質したヒドロキシエチルセルロースのような
水溶性セルロースエーテルの製造方法は、例えば米国特
許第4.228,277号から公知である。
非イオン性セルロースエーテル例えば低級脂肪族アルコ
ール、ケトンまたは炭化水素のような、不活性有機溶媒
中でスラリー化し、このスラリーに例えば10〜35℃
のような低温において水酸化アルカリ金属の水溶性を加
える。エーテルがアルカリによって完全に濡れて膨潤し
た後に、例えば適当な炭素数のハライド、ハロヒドライ
ド、エポキシドまたは酸無水物もしくはアシルクロライ
ドを用いて、炭化水素改質剤を結合させる。改質剤は、
結合方法によって、それぞれ単純な長鎖アルキル基、α
−ヒドロキシアルキル基またはアシル基であり、エステ
ル結合を形成する。エポキシドによるエーテル結合を用
いることが好ましい0反応が完成するまで、攪拌しなが
ら反応を続ける0次に残留アルカリを中和し、生成物を
回収し、不活性希釈剤によって洗浄し、乾燥させる。
本発明によると、ハライドもしくはハロヒドリド、エポ
キシド、または酸無水物もしくはアシルクロリド反応体
群を含む長鎖アルキル基をヒドロキシエチルセルロース
エーテルと反応させる水溶性ヒドロキシエチルセルロー
スエーテル誘導体の製造方法は、アルキル基の炭素数が
8〜25であること、反応生成物をカルボキシメチル置
換度が約0.05〜0.5になるまでカルボキシメチル
化することを特徴とする。カルボキシメチル化はカルボ
キシメチル置換度約0.05〜0.5になるまで実施す
ることが好ましい。
セルロースエーテルのカルボキシメチル化方法は例えば
米国特許第2.517,577号またはハイボリマーズ
(High Polymers)第2巻、937〜94
9頁〔イー・オツド(E、0tto)等編集、第2版、
1954)から周知である。
本発明の水溶性セルロースエーテル誘導体の製造を次の
製造例で説明する。
盟−遣一貫 この例はカルボキシメチル疎水性改質ヒドロキシエチル
セルロースの製造を示し、本発明のセルロースエーテル
誘導体の全ての製造を代表的な例である。
多重孔を有するステンレス鋼ヘッドとスターラー・アセ
ンブリとを備えた、500 dガラス反応器に、化学綿
(17,4g) 、水酸化ナトリウム(6,9g。
0.173モル)、水(28g)、 t−ブタノール(
145g)及びアセトン(9g)を装入した。真空/窒
素パージをくり返すことによって酸素を除去した。生成
したアルカリセルロースを25℃において45分間攪拌
した。
次にエチレンオキシド(9,0g、0.204モル)を
加え、温度を30分間かけて55°Cに上げ、55°C
に45分間維持した。エチレンオキシド第2回分(13
,5g、0.295モル)とセチルプロミド(4,3g
、0.0142モル)を加え、温度を30分間かけて5
5℃から70℃に上げ、70℃に45分間維持した0次
に温度を95℃に上げ、95°Cに150分間維持した
0反応物を70″Cに冷却し、t−ブタノール10dに
溶かしたモノクロロ酢酸(4,1g、0.043モル)
を加えた。温度を70°Cに60分間維持した0次に混
合物を25℃に冷却し、ステンレス鋼ビーカーに注入し
た。7重量%硝酸7.8gと酢酸0.5gとを加えるこ
とによって中和を行い、スラリーpH8〜9を得た。ス
ラリーを濾過し、15重量%アセトン水溶液550dず
つで6回洗浄し、100%アセトンで2回洗浄した。生
成物を回転蒸発器上で乾燥させ、次の分析値を有する微
細な白色粉末としてCMHMHIIC29,8gを得た
: H,I!、M、S、 =2.7゜C0門、D、S、
 =0.2. C+Jff、=0.7重世%(総HMl
l[ICの重量%を基準にする)、ブルックフィールド
LVF粘度はブルックフィールドシンクローレクトリッ
クモデルLVF粘度計によって6 rpmにおいて測定
した。
本発明のセルロースエーテルは、上記米国特許第4.2
28,277号に疎水性改質セルロースエーテルの使用
に関連して述べられた方法と本質的に同じ方法で、増粘
剤として用いられる。
CMIIMHfICの粘度上昇効果は使用バックボーン
、分子量、C,M、D、S、、 H,E、M、S、、疎
水性基の長さ、疎水性基の量等に依存する。さらに、C
1’1lll’1llBC使用量が粘度を決定する。C
MHMHECは粘度を望ましい度合いに改質するために
充分な量で加えられる。
CMHMHECの総量は保護塗料例えばラテックスペイ
ントの全体の重量に基づいて約0.1〜約2.0χ、特
には0.5χ〜1.0χの範囲であることが好ましい。
分子量は一般に直接粘度上昇効果に直接関係し、高分子
量CMHMHECは低分子量CMIIMHECよりも大
きい粘度を与える0分子量は重合度を補作することによ
って算出することができる。 CMHMHECの分子量
をヒドロキシエチル、カルボキシメチル及び疎水性基と
の置換前または後のいずれでも過酸化物による処理のよ
うな慣習的な手段による分解または解重合によって変え
て、望ましい分子量を得ることができる。
溶液の粘度は界面活性剤の使用によって、さらに調節す
ることができる。中和または非イオン界面活性剤は疎水
基と相互作用して、溶液の粘度を高めることができる。
陽イオン界面活性剤は陰イオンカルボキシメチル基と相
互作用して高分子量錯体(イオン錯体)を形成して、溶
液粘度を高める。
次の実施例によって、さらに本発明を説明する。
%等は全て、他の指示しないかぎり、重量によるもので
ある。
一貫土二創一 本発明の使用を実証するために、例1〜30を実施した
。例1,5,9,13.1?、21,26.28及び3
0は非カルボキシメチル化セルロース誘導体すなわちH
MHECの使用を対象とする比較例である0例23は非
疎水性改質カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロー
ス(CMHEC)を対象とする比較例である。
11MHEc、 CMIIMHEC及びCMHECを純
粋な水及びNa塩溶液中に分散させ、それらの粘度を6
 rpmと1%ポリマー濃度においてブルックフィール
ドシンクローレクトリックモデルLVF粘度計を用いて
測定した。
数滴を加えるだけで望ましいpH値に達するような充分
に高濃度の酸性または塩基性溶液を加えることによって
、pHを変化させた。従って、pnは溶液中のセルロー
スエーテル誘導体の濃度に有意な影響を与えることなく
、変化した。
結果を第1表に示す。
本発明の生成物は予想外の多くの効果を付随する。水溶
液の挙動はポリマーの疎水性基とカルボキシメチル含量
の両方に依存する。一連のlIMH[IC(CMレベル
が異なる)を媒質中に完全に溶解すると、サンプルのカ
ルボキシメチル化はC,M、D、S、に比例した粘度低
下を招来する。一方では、疎水性基レベル及び塩レベル
が高く、溶解がしばしば不完全である場合には、カルボ
キシメチル・レベルの上昇は溶解度上昇、従って高粘性
をもたらす。
多(の水に不溶なHM)IECがごく少量のC,M、I
l、S、によって完全に水溶性になり、高度に粘度上昇
を示すので、このことは重要である0例えば、例17〜
19と21〜22を比較すること0例において実証され
るように、通常は水性系で殆んど有用でない疎水性基レ
バルの高い物質はカルボキシメチル化によって水溶性に
なる。
上記例は、これらの物質の水溶液粘度がpl+依存性で
あり、ポリマーの疎水性基とカルボキシメチル・レベル
の両方に依存することをも示す、完全な水溶性物質は低
pnにおいて高い粘度を有するが(例13〜14)、低
い溶解性は高pHにおいて高い粘度を示す(例14.1
5.18及び22)。
さらに、塩(塩化ナトリウム)1度の増加は、物質が完
全に溶解性であるかぎり、粘度上昇をもたらす、しかし
、高い塩濃度は高疎水性物質の溶解度を滅じ、このよう
な場合には粘度低下が生ずる。
11uしぢ臣− これらの例は本発明の疎水性改質ヒドロキシエチルセル
ロースポリマーによって製造したラテックス−ペイント
と種々な慣習的ペイント混合物とを比較する。
アクリルペイント〔ロームアンドハース社(Rohm&
 1laas Co、)(ペンシルバニア州フィラデル
フィア)からのロープレックス”(Rhoplex”)
AC−417アクリルラテツクスを主成分とする半光沢
内部用白色ペイント〕を次のように製造した。
次の成分を高速度〔カウル(Cowles) )で20
分間粉砕した。
−隻一一一−n−里i止  −止駅一 プロピレングリコール   80.0   −タモール
(Ta+wol)SG−18,5分散剤(ロームアンド
ハース社) シリカ(Silica) 1160    25.0 
  −次に、生成スラリーをレットダウン タンク(l
et−down tank)に送給し、次の物質を加え
、生成したスラリーを低速度で20分間混合した。
−急一一一−1−1ju1. −庄l−水      
           24.5    −ディーホ4
95        2.7   消泡剤プロピレング
リコール   10.0   −テックス 続いて、各増粘剤の5%水溶液を後から添加することに
よってペイントを増粘化し、必要に応じて、ペイントを
一定粘度(100クレブス単位粘度)にするために充分
な量で純水を加える。溶液と添加水(用いた場合)の合
計量は150重■部(ペイント全体は1065.8重量
部の合計量であった)であった、非着色増粘化白色ペイ
ントが得られた。
次に、各サンプルを4部に分け、非着色ペイント50g
に着色剤1gを加え、ペイント・シェーカー上で10分
間振とうすることによってフィンガーラブ−アップ(F
inger rup−uP)法を用いて、発色を評価し
た。各ペイントに関して、5m1l(湿った)フィルム
をレネタ フオームIBペノバックチャート(Lene
ta Form In Penopac Chart)
上に流延成形した。湿ったフィルムを触わると粘着する
まで指でこすった(下塗りしない基体上で30秒間乾燥
させた後及び下塗りした基体上で5分間乾燥させた後)
「発色」なる用語は、異なるせん断速度下(すなわちロ
ーラー塗り対はけ塗り)で塗布した場合に、着色ラテッ
クスの同じカンからの特定の色の好ましくないシューデ
ィング(Shading)を意味するように用いる。
次の第2表は上記サンプルについて得られた発色値を示
す、0(摩擦復色の変化なし)から5(色の変化最大)
までの相対値を評価した。負または正の印はそれぞれ明
色化または暗色化(フィルムの非摩擦部分に比べて)を
示す。従って、θ値は良好な発色性(すなわち、色コン
トラストまたはシェーディングを生じない)を示すが、
5の値(正または負)は最も悪い発色性(シューディン
グまたは色コントラストが最大)を表す。
第2表から分るように、CMIIMHECはHMIIE
Cを凌駕する画期的に改良された発色性を示す、CMH
MHECによって得られた結果は、工業標準値であるH
ECによって得られた結果に実際に匹敵する。これらの
利点は、疎水性改質水溶性ポリマーが増粘剤としてラテ
ックスペイントに与える耐はね散り性のような、他の利
点を全く犠牲にすることなく与えられ、高いせん断粘度
を改良する。
CMHMHECはHECと同じ光沢性及びI(MHEC
よりもすぐれた光沢性を生ずる。
本発明の改質セルロースエーテルは上記のように、エマ
ルジョン重合の安定剤として、コスメテイック及びシャ
ンプーの増粘剤として、鉱物処理の際の凝集剤として有
用である0本発明の低分子量改質セルローズエーテルの
ごく少量が慣習的な高分子量セルロースエーテルの多量
よりも性能がすぐれている。
本発明を特定の実施態様に関して説明してきたが、本発
明がこれらに限定されるわけでなく、本発明の範囲から
逸脱することなく多くの変蔓及び改良が可能であること
を理解すべきである。
(外4名) 手続補正f!f(風 1.事件の表示 昭和63年特許願第233369号 2、発明の名称 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住所 名 称 アクアロン・カンパニー 4、代理人 住所 東京都千代m区人手町二丁目2番1号新大手町ビ
ル 206区

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、疎水性改質剤として長鎖アルキル基を結合させた水
    溶性セルロースエーテル誘導体において、セルロースエ
    ーテル誘導体が陰イオン性カルボキシメチルヒドロキシ
    エチル誘導体であり、カルボキシメチル置換度が約0.
    05〜1未満であり、長鎖アルキル基が炭素数8〜25
    の長鎖アルキル基、α−ヒドロキシアルキル基またはア
    シル基であり、 ポリマー構造中に総セルロース・ポリマーの重量割合の
    約0.10〜約4.0%あることを特徴とする水溶性セ
    ルロースエーテル誘導体。 2、カルボキシメチル置換度が約0.05〜約0.9で
    あることをさらに特徴とする請求項1記載の水溶性セル
    ロースエーテル誘導体。 3、カルボキシメチル置換度が約0.05〜約0.5で
    あることをさらに特徴とする請求項2記載の水溶性セル
    ロース誘導体。 4、カルボキシメチル置換度が約0.05〜約0.2で
    あることをさらに特徴とする請求項3記載の水溶性セル
    ロースエーテル誘導体。 5、ヒドロキシエチルモル置換度が約1.8〜約5.0
    であることをさらに特徴とする請求項1〜4のいずれか
    に記載の水溶性セルロースエーテル誘導体。 6、ヒドロキシエチルモル置換度が約2.5〜約4.5
    であることをさらに特徴とする請求項5に記載の水溶性
    セルロースエーテル誘導体。 7、長鎖炭化水素基の炭素数が8〜18であり、完全に
    置換された総セルロースポリマーの約0.2から2.5
    重量%であることをさらに特徴とする請求項1〜6のい
    ずれかに記載の水溶性セルロースエーテル誘導体。 8、1重量%溶液中6rpmにおいて約5〜約60,0
    00センチポーズのブルックフィールドLVF粘度を有
    することをさらに特徴とする請求項1〜7のいずれかに
    記載の水溶性セルロースエーテル誘導体。 9、ハライド又はハロヒドリド、エポキシドまたは酸無
    水物もしくはアシルクロライド反応体群を含む長鎖アル
    キル基をヒドロキシエチルセルロースエーテルと反応さ
    せる、請求項1記載の水溶性ヒドロキシエチルセルロー
    スエーテル誘導体の製造法において、 該アルキル基の炭素数が8〜25であり、 反応生成物をカルボキシメチル置換度が約0.05〜1
    未満になるようにカルボキシメチル化することを特徴と
    する製造法。 10、請求項1記載の水溶性セルロースエーテル誘導体
    の水性保護塗料への使用法において、水性保護塗料がセ
    ルロースエーテル誘導体を約0.1〜約2.0%含有す
    る使用法。 11、セルロース組成物をアルカリ性反応媒質中でアル
    キレンオキシド、ヒドロキシエチル化基及びハライドも
    しくはハロヒドリド、エポキシド、酸無水物またはアシ
    ルクロリド反応体群を含む長鎖アルキル基と反応させる
    水溶性セルロースエーテル誘導体の製造法において、 アルキル基の炭素数が8〜25であり、セルロース組成
    物をカルボキシメチル化基ともカルボキシメチル置換度
    が約0.05〜1未満になるように反応させることから
    成る製造法。
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