JPH08283587A

JPH08283587A - 硬化性エマルジョン組成物

Info

Publication number: JPH08283587A
Application number: JP10997895A
Authority: JP
Inventors: Takenao Hattori; 武尚服部; Mitsutaka Hasegawa; 三高長谷川
Original assignee: Toagosei Co Ltd
Current assignee: Toagosei Co Ltd
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 1996-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】加水分解性シリル基を有する硬化性重合体か
らなり、耐水性および耐溶剤性に優れる塗膜が得られ、
かつ貯蔵安定性に優れる硬化性エマルジョン組成物の提
供。【構成】加水分解性シリル基を有する重合体からなる
水性エマルジョンと酸性基を有する重合体からなる水性
エマルジョンとを混合してなる硬化性エマルジョン組成
物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加水分解性シリル基を
有する硬化性重合体からなる硬化性エマルジョン組成物
に関するものであり、本発明のエマルジョン組成物は、
塗料または接着剤などの用途に好ましく使用できる。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】アルコキシシリル基に
代表される加水分解性シリル基を有する硬化性重合体
は、有機溶剤に溶解された溶剤型製品として、従来から
接着剤、シーリング材、塗料またはコーティング剤など
の用途に広く使用されている。しかしながら、これらの
用途分野においては、有機溶剤による環境汚染等の回避
のために、有機溶剤を使用しない水性型の材料が求めら
れており、加水分解性シリル基を有する硬化性重合体
（以下シリル系硬化性重合体という）についても、水性
エマルジョン化の検討が行われている。

【０００３】シリル系硬化性重合体は、加水分解しなが
ら架橋するという性質を本来有しているために、安定な
水性エマルジョンで得ることは容易ではなく、水性エマ
ルジョン化に関して様々な手段の検討がされている。一
例として安定な水性エマルジョンを得ることができて
も、硬化性に劣るものもあり、そのような場合には、硬
化促進剤として有機スズ化合物を使用して硬化させる方
法が提案されている（特開平３−２２７３１２号公
報）。

【０００４】しかしながら、シリル系硬化性重合体から
なる水性エマルジョンと有機スズ化合物を混合した組成
物は保存安定性が悪く、混合後は常温でも短時間しか使
用できなかった。この点を改良する手段として、界面活
性剤で乳化された有機金属化合物を硬化促進剤として添
加する方法も提案されている（特開平６−２２８３６７
号公報）。上記公報記載の方法によれば、シリル系硬化
性重合体からなる水性エマルジョンの常温における安定
性はかなり改善されたが、高温ではやはり短期間しか使
用できず、より保存安定性に優れるものが求められてい
るのが現状である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明は、加水分解性シリル基を
有する重合体からなる水性エマルジョンと酸性基を有す
る重合体からなる水性エマルジョンとを混合してなる硬
化性エマルジョン組成物である。

【０００６】以下、本発明についてさらに詳しく説明す
る。本発明における加水分解性シリル基を有する重合体
すなわちシリル系硬化性重合体としては、該加水分解性
シリル基を有するラジカル重合性単量体と他のラジカル
重合性単量体を共重合して得られる重合体が好ましい。
加水分解性シリル基としては、アルコキシシリル基が好
ましく、該アルコキシシリル基を有するラジカル重合性
単量体〔以下単量体（Ａ）という〕としては、ビニルメ
チルジメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビ
ニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシ
エトキシ）シラン、γ−メタクリロキシプロピルメチル
ジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエ
トキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエ
トキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシ
シラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシ
ランおよびγ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラ
ン等が挙げられる。アルコキシシリル基以外の加水分解
性シリル基としては、ハロゲノシリル基、アシロキシシ
リル基、アミドシリル基およびアミノシリル基等が挙げ
られる。

【０００７】上記単量体（Ａ）と共重合可能なラジカル
重合性単量体〔以下単量体（Ｂ）という〕としては、
（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ｎ−ブチル、（メタ）アクリル
酸イソブチル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、
（メタ）アクリル酸２ーエチルヘキシル、（メタ）アク
リル酸ラウリル、（メタ）アクリル酸ステアリル等の
（メタ）アクリル酸アルキル；（メタ）アクリル酸２−
メトキシエチル、（メタ）アクリル酸２−エトキシエチ
ル、（メタ）アクリル酸２−メトキシプロピル、（メ
タ）アクリル酸２−エトキシプロピル、（メタ）アクリ
ル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸２ーヒ
ドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸パーフルオロア
ルキル、グリシジルメタクリレート、（メタ）アクリル
酸Ｎ，Ｎージエチルアミノエチル等の（メタ）アクリル
酸エステル類；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、スチ
レン、αーメチルスチレンなどが挙げられる。

【０００８】シリル系硬化性重合体における好ましい単
量体単位の割合は、全単量体単位の合計量を基準にし
て、単量体（Ａ）単位0.５〜５０重量％、炭素数１〜８
個のアルキル基を有する（メタ）アクリル酸アルキル単
量体〔以下単量体（Ｂ１）という〕単位５０〜９9.５重
量％およびその他のラジカル重合性単量体単位０〜３０
重量％であり、さらに好ましい割合は、単量体（Ａ）単
位１〜３０重量％、単量体（Ｂ１）単位７０〜９０重量
％およびその他のラジカル重合性単量体単位０〜２０重
量％である。単量体（Ａ）単位の割合が、0.５重量％未
満であると、得られる硬化性エマルジョン組成物から形
成される皮膜の表面硬度が不足し易く、一方５０重量％
を越えるとエマルジョン組成物の安定性が低下する。単
量体（Ｂ１）単位の割合が、５０重量％未満であると、
得られる塗膜の耐候性が低下し易い。その他のラジカル
重合性単量体単位の割合が、３０重量％を越える場合
も、同様に塗膜の耐候性が低下し易い。

【０００９】上記シリル系硬化性重合体からなる水性エ
マルジョンは、水性エマルジョンの合成法として一般的
に採用される乳化重合法、または以下に概要を説明する
ミクロ懸濁重合法によって製造できる。すなわち、ミク
ロ懸濁重合法においては、２，２’−アゾビスイソブチ
ロニトリル、ｔ−ブチルハイドロパーオキシドまたはｔ
−ブチルパーオキシピバレート等の油溶性ラジカル重合
開始剤を使用し、かかる油溶性ラジカル重合開始剤を溶
解した単量体混合液を水および乳化剤の存在下に、１μ
以下または0.５μ以下の分散粒子に乳化分散させた後
に、重合を開始させる。

【００１０】乳化剤としては、ラウリル硫酸ナトリウ
ム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ジアル
キルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレンア
ルキルフェニルエーテル硫酸ナトリウム等のアニオン性
界面活性剤、およびポリオキシエチレンノニルフェニル
エーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリ
オキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシ
エチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン性界面
活性剤などが使用できる。

【００１１】重合開始剤の使用量は、単量体の合計量に
対して、０．１〜１０重量％が好ましく、０．５〜５重
量％がより好ましい。また、乳化剤の使用量は、単量体
の合計量に対して、0.５〜５重量％程度である。重合操
作としては、重合媒体の水の一部を予め重合器に仕込ん
でおき、攪拌下にその重合器中に、滴下ロートから重合
開始剤を内在する単量体混合液の水性乳化分散体を徐々
に滴下させながら、重合を進行させることが好ましい。
重合温度は、用いる重合開始剤によって異なるが、通常
４０〜１００℃程度である。

【００１２】本発明におけるシリル系硬化性重合体から
なる水性エマルジョンには、水性媒体のｐＨを６〜１０
に保持するｐＨ緩衝剤が添加されていることが好まし
い。ｐＨを６〜１０に保持するｐＨ緩衝剤としては、炭
酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素アンモ
ニウム、リン酸ーナトリウム、リン酸ーカリウム、リン
酸一アンモニウム、リン酸二ナトリウム、リン酸二カリ
ウムおよびリン酸二アンモニウム等が挙げられる。ｐＨ
緩衝剤の好ましい使用量は、エマルジョン中の水媒体に
対して、０．０１〜５重量％である。ｐＨ緩衝剤は、前
記単量体の重合時にあらかじめ水性媒体中に添加してお
いても良いし、また重合終了後に得られた水性エマルジ
ョンに添加しても良い。

【００１３】次に、酸性基を有する重合体からなる水性
エマルジョンについて説明する。本発明における重合体
中の酸性基としては、カルボキシル基またはリン酸基が
好ましく、酸性基を有する重合体（以下酸性重合体とい
う）としては、かかる酸性基を有するラジカル重合性単
量体と他のラジカル重合性単量体を共重合して得られる
重合体が好ましい。酸性基を有するラジカル重合性単量
体〔以下単量体（Ｃ）という〕としては、（メタ）アク
リル酸、２−（メタ）アクリロイルオキシエチルコハク
酸、２−（メタ）アクリロイルオキシエチルフタル酸な
どのカルボキシル基含有単量体；モノ（２−アクリロイ
ルオキシエチル）アシッドホスフェート、モノ（２−メ
タクリロイルオキシエチル）アシッドホスフェートなど
のリン酸基含有単量体等が挙げられ、好ましくは、カル
ボキシル基含有単量体である。

【００１４】上記酸性基含有ラジカル重合性単量体と共
重合させるラジカル重合性単量体としては、前記シリル
系硬化性重合体に関する説明で述べたラジカル重合性単
量体（Ｂ）と同様な単量体が使用できる。さらに、該単
量体（Ｂ）とともに、ジビニルベンゼン、ジアリルフタ
レート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、
ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレートおよびテ
トラメチレングリコールジ（メタ）アクリレートのよう
な架橋性単量体を併用することが好ましい。

【００１５】酸性重合体における好ましい単量体単位の
割合は、全単量体単位の合計量を基準にして、単量体
（Ｃ）単位0.５〜２０重量％、前記単量体（Ｂ１）単位
５０〜９9.５重量％およびその他の単量体単位０〜３０
重量％であり、さらに好ましくは、単量体（Ｃ）単位１
〜１０重量％、前記単量体（Ｂ１）単位５０〜９０重量
％およびその他の単量体単位０〜２０重量％である。架
橋性単量体が併用される場合に、該単量体単位の好まし
い割合は、0.１〜１重量％である。単量体（Ｃ）単位の
量が、0.５重量％未満であるとエマルジョン組成物から
得られる塗膜の機械的強度が低く、一方２０重量％を越
えるとエマルジョン組成物の安定性が低下し易い。架橋
性単量体単位の割合が、0.１重量％未満であると得られ
る塗膜の表面硬度が低く、一方１重量％を越えると表面
の平滑な塗膜が得られ難い。酸性重合体からなる水性エ
マルジョンは、前記した各種の単量体を公知の乳化重合
法によって共重合させることによって製造できるし、イ
ソプロピルアルコールなどの親水性溶剤を用いた溶液重
合によって得た共重合体を有機アミンなどの塩基性物質
で中和し、次いで水中に乳化分散させることによっても
得られる。さらに前記の加水分解性シリル基を有する重
合体エマルジョンを得たのと同様にミクロ懸濁重合法を
採用しても良い。

【００１６】本発明の硬化性エマルジョン組成物は、前
記シリル系硬化性重合体エマルジョンと酸性重合体エマ
ルジョンを混合して得られるが、それらのエマルジョン
の好ましい混合割合は、シリル系硬化性重合体と酸性重
合体の重量比で、シリル系硬化性重合体８０〜６０重量
％および酸性重合体２０〜４０重量％である。シリル系
硬化性重合体として、単量体（Ａ）単位１〜３０重量
％、単量体（Ｂ１）単位７０〜９０重量％およびその他
のラジカル重合性単量体単位０〜２０重量％の構成の重
合体を用い、かつ酸性重合体として、単量体（Ｃ）単位
１〜１０重量％、単量体（Ｂ１）単位５０〜９０重量％
およびその他の単量体単位０〜２０重量％の構成の酸性
重合体を用いる場合に、上記重合体の混合割合は、特に
好ましい。酸性重合体の割合が、２０重量％未満である
と硬化のための架橋反応が不十分になりやすく、一方４
０重量％を越えると相対的にシリル系硬化性重合体の割
合が低くなり、いずれの場合にも得られる塗膜の機械的
強度が低下する。

【００１７】本発明の硬化性エマルジョン組成物は、エ
マルジョン中に別個に存在するシリル系硬化性重合体粒
子と酸性重合体粒子とが、成膜する時に初めて接触し、
シリル基による硬化反応を酸性基が促進させる、という
特徴を有しており、そのため後記した実施例からも明ら
かなとおり、温度６０℃で２ケ月間放置されても安定な
エマルジョン状態を維持し、しかも優れた硬化性能を保
持している。本発明においては、上記のようにシリル系
硬化性重合体のエマルジョンと酸性重合体のエマルジョ
ンが混合されるが、加水分解性シリル基と酸性基の両方
を有する重合体では、本発明によって奏されるような優
れた効果は得られない。すなわち、比較例３で具体的に
示したとおり、加水分解性シリル基と酸性基の両方を有
する重合体の水性エマルジョンは、貯蔵中に加水分解し
やすく、製造後しばらくしたものでは、良好な硬化塗膜
が得られない。

【００１８】硬化性エマルジョン組成物を使用する際に
は、必要によって、使用前に硬化触媒を配合しても良い
し、また無機酸を加えてエマルジョンのｐＨを１〜５、
好ましくは３〜５程度に調整すると、一層機械的強度に
優れる皮膜を得ることができる。硬化触媒としては、イ
ソプロピルトリイソステアロイルチタルート、イソプロ
ピルトリ（ジオクチルピロホスフェート）チタネート等
の有機チタネート化合物、ジオクチル酸錫、ジブチル錫
ジラウレート、ジブチル錫マレート等の有機錫化合物お
よびパラトルエンスルフォン酸等が挙げられる。

【００１９】硬化性エマルジョン組成物は、被覆剤とし
て特に好適であり、例えばガラス、スレート、金属、木
材、またはプラスチック等からなる建材用の塗料、耐酸
性雨用塗料、防汚性塗料、無機建材用溌水剤、電気電子
部品の防湿コーティング剤、磁気テープのバックコート
剤および繊維用の硬化仕上げ剤・溌水剤等に用いること
ができる。

【００２０】

【実施例】以下、参考例、実施例および比較例を挙げ
て、本発明をさらに具体的に説明する。各例における
「部」は「重量部」である。＜参考例１＞（シリル系硬化性重合体エマルジョンの製造）以下の単
量体を使用して、その混合溶液中に重合開始剤を溶解さ
せた溶液と、以下の水性媒体をホモミキサーで混合し、
さらにホモジナイザー（ゴーリン製）で処理し、ｐＨ
８．５の単量体エマルジョンを得た。（ａ）単量体：ｎ−ブチルメタクリレート４３部ｎ−ブチルアクリレート２０部シクロヘキシルメタクリレート１０部メチルメタクリレート１０部２−ヒドロキシエチルメタクリレート５部 γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン１２部開始剤：２，２’−アゾビスイソブチロニトリル１部（ｂ）水性媒体：脱イオン水１００部界面活性剤：ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウム３部ｐＨ緩衝剤：炭酸水素ナトリウム０．３部

【００２１】次に攪拌機、滴下ロート、窒素ガス導入
管、温度計および冷却器を備えたフラスコに、ポリオキ
シエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウムが１
０重量％の濃度で溶解された脱イオン水４０部を仕込
み、窒素ガスを導入しつつ液温を８５℃に昇温した。つ
いで、フラスコ内の水性媒体を高速で攪拌しながら、前
記単量体エマルジョンを４時間かけて滴下した。滴下終
了後、２時間８５℃に維持した後、室温まで冷却した。
重合期間中、フラスコ内壁に凝集物がわずかに付着した
以外、液分離またはブロッキングは起こらず、重合は安
定に行われた。上記重合により、固形分濃度が４０重量
％で、重合体粒子の平均粒径が０．１３μｍで、エマル
ジョンのｐＨが8.５の重合体エマルジョンを得た。得ら
れたエマルジョンにおけるグリッドの含有量は（該エマ
ルジョンを２００メッシュのネットで濾過した時の未通
過物）は0.１重量％以下であった。

【００２２】＜参考例２〜５＞（シリル系硬化性重合体エマルジョンの製造）参考例１
と同様の方法で、表１に示す単量体を用いて、重合体エ
マルジョンを製造した。

【００２３】

【表１】

【００２４】＜参考例イ＞（酸性重合体エマルジョンの製造）攪拌機、滴下ロー
ト、窒素ガス導入管、温度計および冷却器を備えたフラ
スコに、脱イオン水４０部を仕込み、窒素ガスを導入し
つつ液温を５０℃に昇温し、ｔ−ブチルハイドロパーオ
キサイド１部を仕込んだ後、下記成分からなるプレエマ
ルジョンを連続的に４時間かけて滴下した。滴下終了
後、７０℃に昇温し２時間維持した後、室温まで冷却し
ｐＨが７．０で固型分濃度が４０％になるように、アン
モニア水と脱イオン水を添加して調整し、重合体エマル
ジョン（イ）を得た。得られたエマルジョンの平均粒子
径は、0.１２μｍであった。プレエマルジョン：ｎ−ブチルメタクリレート３６部ｎ−ブチルアクリレート３２部シクロヘキシルメタクリレート１０部メチルメタクリレート１０部メタクリル酸５部ジビニルベンゼン 0.５部ロンガリット 0.７部脱イオン水１００部ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウム７部

【００２５】＜参考例ロ〜ニ＞（酸性重合体エマルジョンの製造）参考例イと同様の方
法で、表２に示す単量体を用いて、重合体エマルジョン
を製造した。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【実施例１〜６】表３に示す割合で、参考例１〜５で得
られたシリル系硬化性重合体エマルジョンと参考例イ〜
ニ得られた酸性重合体エマルジョンを混合することによ
り、硬化性エマルジョン組成物を得た。得られた硬化性
エマルジョン組成物について、以下の方法により、エマ
ルジョンとしての安定性および塗膜物性を評価した。そ
の結果は表３に併記した。なお、塗膜の耐水性について
は、各実施例とも良好であった。塗膜の耐溶剤性；硬化性エマルジョン組成物を剥離紙
に塗布して、常温１０日間放置乾燥することにより０．
５ｍｍ程度の塗膜を作製した。得られた乾燥塗膜を常温
のアセトンに２４時間日浸漬し、その皮膜の膨潤率（線
膨張率）と、ゲル分率（乾燥後の重量を測定し、初めの
重量に対する割合）を測定した。塗膜の耐水性；上記で作製した乾燥塗膜を常温の水
に７日間浸漬し、その後の塗膜の透明度を目視によって
評価した。エマルジョンの安定性；硬化性エマルジョン組成物を
密封容器に入れて、２ケ月間６０℃に保持した後、シリ
ル基が加水分解して生成するメタノールまたはエタノー
ル量の定量分析を行い、シリル基の加水分解率を求め
た。

【００２８】

【表３】

【００２９】

【比較例１】参考例１で得られたシリル系硬化性重合体
エマルジョンそのものについて、実施例１と同様にエマ
ルジョンとしての安定性及び塗膜の物性を評価した。そ
の結果は、つぎのとおりであった。塗膜耐溶剤性──膨潤率１５０％，ゲル分率８５％。塗膜の耐水性──不良。エマルジョンの加水分解率──２％。

【００３０】

【比較例２】参考例１で得られたシリル系硬化性重合体
エマルジョン１００部に、ジブチルスズジラウレートを
１０重量％含有する下記乳化液を１０部添加し、室温で
１時間撹拌したエマルジョンについて、安定性及び塗膜
の物性を評価した。ジブチルスズジラウレートの乳化液
の製造：下記組成の液をホモミキサーで混合乳化し、ジ
ブチルスズジラウレートを１０重量％含有する乳化液を
得た。ジブチルスズジラウレート１０部ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル２部脱イオン水８８部評価結果は、つぎのとおりであった。塗膜耐溶剤性──膨潤率１０８％，ゲル分率９９％。塗膜の耐水性──良好。エマルジョンの加水分解率──８３％。

【００３１】

【比較例３】以下の単量体を使用して、参考例１と同様
な方法により、加水分解性シリル基と酸性基の両方を有
する１種の重合体からなる水性エマルジョンを製造し
た。（ａ）単量体：ｎ−ブチルメタクリレート３８部ｎ−ブチルアクリレート２０部シクロヘキシルメタクリレート１０部メチルメタクリレート１０部２−ヒドロキシエチルメタクリレート５部メタクリル酸５部 γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン１２部開始剤：２，２’−アゾビスイソブチロニトリル１部（ｂ）水性媒体：脱イオン水１００部界面活性剤：ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウム３部ｐＨ緩衝剤：炭酸水素ナトリウム０．３部得られた硬化性重合体エマルジョンは貯蔵安定性に劣
り、製造後室温で１週間経過したエマルジョンを用いて
得られた塗膜の物性は不良だった。

【００３２】

【発明の効果】本発明の硬化性エマルジョン組成物は、
加水分解性シリル基を有する重合体の水性エマルジョン
であるにも拘らず、貯蔵安定性に優れており、しかも基
材に塗布された場合に硬化性に優れ、架橋密度の高い硬
化皮膜を形成する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０９Ｄ 201/10 ＰＤＰＣ０９Ｄ 201/10 ＰＤＰＣ０９Ｊ 133/08 ＪＤＤＣ０９Ｊ 133/08 ＪＤＤ 201/08 ＪＢＣ 201/08 ＪＢＣ 201/10 ＪＢＣ 201/10 ＪＢＣ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加水分解性シリル基を有する重合体から
なる水性エマルジョンと酸性基を有する重合体からなる
水性エマルジョンとを混合してなる硬化性エマルジョン
組成物。
【請求項２】加水分解性シリル基を有する重合体を構
成する単量体単位の割合が、全単量体単位の合計量を基
準にして、加水分解性シリル基を有するラジカル重合性
単量体単位0.５〜５０重量％、炭素数１〜８個のアルキ
ル基を有する（メタ）アクリル酸アルキル単量体単位５
０〜９9.５重量％およびその他のラジカル重合性単量体
単位０〜３０重量％であり、また酸性基を有する重合体
を構成する単量体単位の割合が、全単量体単位の合計量
を基準にして、酸性基を有するラジカル重合性単量体単
位0.５〜２０重量％、炭素数１〜８個のアルキル基を有
する（メタ）アクリル酸アルキル単量体単位５０〜９9.
５重量％およびその他のラジカル重合性単量体単位０〜
３０重量％である請求項１記載の硬化性エマルジョン組
成物。
【請求項３】加水分解性シリル基を有する重合体と酸
性基を有する重合体の重量比が、加水分解性シリル基を
有する重合体８０〜６０重量％対酸性基を有する重合体
２０〜４０重量％である請求項１または請求項２記載の
硬化性エマルジョン組成物。