JPS60170604A - 超微粒子既架橋ポリマ−ラテツクスの製造方法 - Google Patents

超微粒子既架橋ポリマ−ラテツクスの製造方法

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JPS60170604A
JPS60170604A JP59027452A JP2745284A JPS60170604A JP S60170604 A JPS60170604 A JP S60170604A JP 59027452 A JP59027452 A JP 59027452A JP 2745284 A JP2745284 A JP 2745284A JP S60170604 A JPS60170604 A JP S60170604A
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JP
Japan
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polymer latex
polymerization
monomer
ultrafine
particles
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Shinsuke Yamazaki
山崎 信助
Hiroshi Suzuki
洋 鈴木
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Polymerization Catalysts (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

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、エチレン性二重結合を有する単量体およびそ
れと共重合し得る官能性単量体を含む各種単量体とを水
媒体中で乳化重合もしくは乳化共重合することによって
粒子イイが0.05μm以下の超微粒子でかつ粒子内に
3次元網目構造を有する高濃度で安定な高性能なポリマ
ーラテックスを製造する方法に関する。
本発明によって製造される超微粒子の既架橋ポリマーラ
テックスは、外観、は、通常のポリマーラテックスとは
異なり反射光に対し青白色で、透過光に対しては黄赤色
に見える透明性のやや粘稠を帯びたもので、それ自体で
高性能な塗料用ビヒクルとして、また浸透性の良いバイ
ンダーとして用いラレる。また2−ヒドロキシ−エチル
アクリレート、アクリル酸、アクリル酸アミドなどの官
能性単量体を共重合させた反応性タイプの超微粒子既架
橋ポリマーラテックスはへキサキスメトキ;ンメチロー
ルメラミンなどの架橋剤の添加によって粒子間架橋が可
能で焼付は硬化によって一層性能を向上させることがで
きる。近年、大気汚染、作業環境などの公害問題の認識
の高まりとともに有機溶剤型の塗料から水系塗料、ハイ
ソリッド塗料、粉体塗料などへの転換が大きな課題と々
っているが、中でも水系塗料が経隣性と安全性から有望
視されている。
水系塗料には水溶液型と水分散型があるが、水分散型の
ポリマーラテックスが本命とされ一帯期待されている。
しかし、工業用分野では、既存のポリマーラテックスで
は性能が不十分であるという点が普及上の阻害点となっ
ており、今恢有機溶剤型塗料および接着剤の代替には、
より面性能のポリマーラテックスノ開発が不可欠である
ポリマーラテックスの高性能化として期待される新しい
技術方法の1つは、ポリマーラテックスの超微粒子化で
ある。
ポリマーラテックスの場合、本質的に粒子の充てん融着
によって皮膜が形成さオするので有機溶剤型の塗膜と同
程度の性能を保持させるためには、ポリマーラテックス
の粒子径を可及的に微小化することが望ましく、超微粒
子化によって融着性、皮膜の平滑性、光沢性、金属面な
ど微細な凹凸面に対する密着性、浸透性などを改善する
ことができる。また有機溶剤型塗料の場合には焼付架橋
など塗膜の性能向上にはポリマーと架橋剤(硬化剤)が
均一に混合されているのに対し、ポリマーラテックス系
の場合は粒子の充てん、融着によって皮膜が形成される
ためにポリマーと硬化剤の混合が均一にならない。した
がってポリマーラテックス系に固有な皮膜の不均一性を
できるだけ少くするためKはラテックス粒子を超微粒子
化することが非常に重要である。
ポリマーラテックス高性能化の第2の方法として、ポリ
マーラテックス粒子内部とポリマーラテックス粒子間の
3次元網目構造導入による性能の改善がある。最近の学
説によると耐久性のある塗膜、たとえばウルシ膜や不飽
和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂膜などは、架橋密
度の低いポリーマー中に架橋密度の昼い部分のはめ込め
られた様な輪かく構造をもった不均一な網目構造をもっ
ていると考えられているので、上述の超微粒子化された
ポリマーラテックス粒子内を架橋によって3次従来、粒
子間の架橋にはポリマーラテックス粒子表面に反応性の
官能基を付与したいわゆる反応性ポリマーラテックスが
公知であり、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミン
基、アミド基、グリシジル基などの官能基を有する単量
体を少量共重合したポリマーラテックスに、ヘキサメト
キシメチルメラミンなどのアミノプラスト樹脂などの架
橋剤や官能基相互の自己架橋などによって粒子間の架橋
を行なって皮膜の強度、耐水性などの改善が行なわれて
きた。しかし、ポリマーラテックスの粒子間架橋だけで
なくポリマーラテックス粒子内部にまで3次元網目構造
を導入できるならば、塗膜となった場合にウルシ膜など
のような輪かく構造をもった不均一な網目構造となり耐
久性と熱安定性、衝撃強度の優れた皮膜が得られる。し
がし、ポリマーラテックスの合成過程において全体をゲ
ル化させることなく、微小なポリマーラテックス粒子内
部にまで3次元網目構造を導入することは非常に困難で
あって超微粒子′の既架倫ポリマーラテックスは実用化
されていない。従来、既架橋ポリマーラテックスの製法
として公知の方法は、放射線照射による架゛橋やジビニ
ルベンゼン、フタル酸ジアリル、ジメタクリル酸エチレ
ングリコール、トリアクリル酸エステルなどの4官能性
以上の架橋性単量体を重合もしくは共重合する方法が知
られているが、これらの多官能性(架橋性)単量体を用
いた場合には、硫酸ドデシルナトリウムなどの界面活性
剤を乳化剤として著しく多量に使用しないと超微粒子の
ポリマーラテックスを生成し得ないだけでなく、多量の
界面活性剤が存在するにもかかわらず重合安定性が著し
く悪いという欠点を有する。これは多官能性の単量体を
用いるためにペンダントビニル基が残存してポリマーラ
テックス粒子表面が反応性に富むため重合過程でアグロ
メリゼーションを生じて系全体がゲル化したり、多量の
凝集塊を生じるためで、ポリマー濃度は固形分で8〜1
6%くらいの低濃度で1合を止めなければ々らない欠点
があって、実用上必要な30条以上の高濃歴の既架橋ポ
リマーラテックスを生成させることは非常に困難であっ
た。
また、重合速度も著しく遅く乳化剤も多量に用いるため
乳化剤の副作用が大きな問題となるなど工業的用途への
実用化には大きな問題があった。
本発明者らは、従来の方法はジビニルベンゼンなどの多
官能性単量体を重合もしくは共重合する方法であるため
反応性に富むペンダント会ニル基がポリマーラテックス
粒子の凝集を生じることから、多官能性単量体を用いな
いでもポリマーラテックス粒子内に架橋構造を導入する
方法はないものかと鋭意研究を進めた結果特定の界面活
性剤が重合の過程でポリマーラテックス粒子内に3次元
網目構造を生じることを発見した。本発BAは、この知
見に基すいており、ポリマー固形分濃度が30〜50%
という高濃度でも凝集することなく粒子経が0.05μ
m以下の透明性のある超微粒子で、粒子内が3次元網目
構造となっている新規な高性能ポリマーラテックスを実
用的Kn造する方法を提供する。
すなわち、本発明はアクリル酸ないしメタクリル酸の低
級アルキルエステルの中から選ばれる単量体あるいはこ
れらの単量体と共重合可能な他の重合性の単量体との混
合物からなる単量体を水媒体中で乳化重合するに当り、
公知の過硫酸塩と還元性ノスルホキシ化合物からなるレ
ドックス重合触媒に、微量の遷移金属イオン例えば2価
の銅イオンを促進剤として添加した重合開始剤を用い、
かつ、乳化剤として、N=(1,2−ジカルボキシエチ
ル)−N−アルキルスルホコハク酸モノアミドナトリウ
ム塩、例えばN−(1,2−ジカルボキシエチル)−N
−オクタデシルスルホコハク厳モノアミドテトラナトリ
ウム等と一般に乳化重合に用いられているアニオン界面
活性剤たとえばポ]ノオキシエチレンアルキルエーテル
硫酸エステル塩より望ましくは共重合性の乳化剤のジ(
メタクリル酸長鎖アルキルエステル)リン酸塩などと組
み合せた界面活性剤の混合系の存在下で、かきまぜなが
ら重合を行なうことによって実質的に粒子独が0.01
〜0.05μmの透明性のある分散安定性の良い均一な
粒子経の超微粒子離架橋ポリマーラテックスを形成させ
ることを特徴とするポリマーラテックスの製造方法であ
る。
本発明において用いられる重合開始剤は10×10 〜
1.0XIOrnoユ/lの等モル濃度からなる過硫噺
カリウムとチオ硫酸ナトリウムなどの公知のレドックス
触媒が使用されるが、透明性のある超微粒子ポリマーラ
テックスの生成のためには重合促進剤として2.5X1
0 ’ 〜7.5X10 ’mol/7の2価の銅イオ
ンなどの遷移金属イオンの添加が不可欠である。重合温
度は重合触媒を活性化させる温度範囲で使用が可能であ
るが、80°C以上では生成ポリマーラテックスの安定
性が悪くなる他、開始剤の失活がおこるので重合温度を
コントロールするために単量体は少量づつ連続的に滴下
しながら重合を行なう必要がある。
本発明で用いられる乳化剤は、通常乳化重合に用いられ
る公知のアニオン性界面活性剤、例えば長鎖α−オレフ
ィンスルホン敞す) リウム、ポリオキシエチレンアル
キルアリルエーテル硫酸エステル塩、アルキルジフェニ
ルオキシドスルホン酸ジナトリウム、ジ、(メタクリル
酸アルキルエステル)リン酸などとN−(1,2−ジカ
ルボキシメチル)−N−オクタデシルスルホコハク酸モ
ノアミドナトリウム塩例えばN−(1,2−ジカルボキ
シエチル)−’N−オクタデシルスルホコハク酸モノア
ミドテトラナトリウム、N−オクタデシルスルホコハク
酸モノアミドジナトリウム等との組合せであり、その重
量組成比としては、1:3〜3:1の割合にするのが好
ましく、また、この混合乳化剤の製置は水媒体に対し1
〜10%、望捷しくけ2〜5重%1%の範囲で用いるの
がよいっこのような混合乳化剤を用いる時には、ポリマ
ーラテックス粒子は3次元網目構造を形成する。混合乳
化剤中のN−(1,2−ジカルボキシエチル) −I’
J−オクタデシルスルホコノ・り酸アミドナトリウムの
量が多くなるほど架橋密度が増加して粒子は相互に合着
融合し難くなる。
生成皮膜はベンゼンに不溶で24時間ソックスレー抽出
からめたゲル含有率は乳化剤混合物中のN−(1,2−
ジカルボキシエチル)−N−オクタデシルスルホコハク
酸モノアミドナトリウムの含有率に依存し、架橋度が自
由にコントロールされる。
本発明で使用される単量体としては、重合性のエチレン
結合を有するアクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、
アクリル酸−2−エチル°ヘキシル、メタクリル酸ブチ
ルなどのエステル類、アクリロニトリル、酢酸ビニル、
スチレン、塩化ビニル、塩化ビニリデンなどがあり、上
記単量体と共重合し得る官能性単量体としては、2−ヒ
ドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ
プロピル(メタ)アクリレ−ト、ポリエチレングリコー
ル(メタ)アクリレート、N−メチロールアクリルアミ
ド、グリシジル(メタ)アクリレート、アクリル酸、無
水マレイン酸、イタコン厳、アクリルアミド、ジメチル
アミノエチル(メタ)アクリレートなどが例示できる。
本発明によって製造される超微粒子離架橋ポリマーテッ
クスは、架橋度および架橋密度の低い場合は相互に融着
して連続皮膜を形成し、初期モジュラス値の大きい弾力
性に富んだ強靭な皮膜を形成する。寸だ、架橋度が高く
、架橋密度も低くな′い場合は、ラテックス粒子は相互
に融着しないため粉体塗料に添加してブロッキング性お
よび塗膜物性の向上に有用である。とくに超微粒子で既
架橋ポリマーラテックスであるだけでなく、ラテックス
粒子表面にカルボキシル基、水酸基、アミン基などの官
能基を有する反応性タイプのポリブーラテックスの場合
は、重合性単量体あるいは有機溶媒に再分散して、いわ
ゆる溶剤量の少ないノ・イソリッド系の塗料素材として
有用である。その他既存の粉体塗料、溶媒型塗料、ノ・
イソリッド系塗料、水系塗料に混合して当該塗料の性能
を向上させるのに使用できる。
次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
実施例1゜ ガス導入管、還流冷却器、pH測定用複合ガラス電極お
よびかきまぜ装置を備えた1 000.mlの4つロセ
パラブルフラスコを用い、蒸留水400m1中に、乳化
剤として、N−(1,2−ジカルボキシエチル)−N−
オクタデシルスルホコハク酸モノアミドテトラナトリウ
ムの36%水溶液226Iおよび共重合性乳化剤として
のジ(メタクリル酸長鎖アルキルエステル)リン酸(第
1工業裂薬NewfrontierA−229B) 4
 p Q溶かし、60〜70℃にする。重合は、最初ア
クリル酸エチル−メタクリル酸メチル(組成比7:3)
の混合モノマーを50m1分散させ、一定のかきまぜ状
態に保ちながら、硫酸銅(系中濃度2.5X10 ’m
ol/、d)を促進剤とした過硫酸カリウム−チオ硫酸
ナトリウムの等モル量がう7にるレドックス開始剤(系
中濃度3.0xlO’mol/7) テ、60〜70℃
、I)H’4〜7で重合を開始させた後、ついで残りの
250m1のアクリル酸エチル−メタクリル酸メチル混
合モノマーを重合熱による著しい昇温を防ぎながら徐々
に滴下し重合を行なった。重合の経過とともに系の粘度
が上昇してきて単量体の分散や、かきまぜが困難となる
ので、重含系の粘度が上昇し始める前に2〜4 mlの
28%アンモニア水を滴下して添加するか、あらかじめ
重合開始前にO’、5g前後のリン酸ニアンモニウムを
添加しておく。重合は30〜40分くらいで完了し、反
射光に対し青白色、透過光では黄赤色に見える透明性の
あるポリマーラテックスが得られた。分光光度計s o
 o ’nmの光線透過率(ICrfLガラスセル使用
)は26q6であり、また、電子顕微鏡による粒子経は
430人であった。得られた超微粒子ポリマーラテック
スをガラス板上で自然乾燥して得られた皮膜の透明性は
非常に良く、JISK6714積分球式光線透′過率測
定装置によってめた皮膜の曇価(ヘイズ値は35%であ
った。またJIS Z8741による2O2鏡面光沢度
は95%以上あり光沢性は非常に良好である。自然乾燥
生成皮膜はベンゼンアセトンに膨潤するのみで殆ど不溶
であり、ベンゼン中に浸漬前と48時間後の皮膜の面積
比からめたベンゼンに対する膨潤度は81であった。
実施例28 実施例1と同様の方広、で乳化剤のN−(1,2ジカル
ボキシエチル)−N−オクタデシルスルホコハク酸モノ
アミドテトラナトリウムの使用量を実施例1の場合より
多い市販の36%溶液を34g(水媒体に対し3%)用
いた場合も同様に重合は35分以内に終了し、s o 
o nmの光線透過率21チの半透明性の超微粒子ポリ
マーラテックスが得られた。
ガラス板上で自然乾燥して得られた皮膜の透明性は良く
光沢性も良好であった。皮膜はベンゼンに不溶で形態を
保持した状態で膨潤する。ベンゼンに対する浸漬前後の
面積比からめた膨潤の度合は5.2であった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) アクリル酸またはメタクリル酸の低級アルキル
    エステルの中から選ばrL、る単量体あるいはこれらの
    単量体と共重合可能な他の重合性の単量体との混合物か
    らなる単量体を水媒体中で乳化重合するに当り、過硫酸
    塩と還元性のスルホキシ化合物からなるレドックス重合
    触媒に、微量の遷移金属イオンを促進剤として添加した
    重合開始剤を用い、かつ乳化剤として、N−(1,2−
    ジカルボキシエチル)−N−オクタデシルスルホコハク
    酸モノアミドナトリウム塩と、アニオン系界面活性剤と
    を組み合せた混合系の存在下、かきまぜながら重合を行
    なうことによって実質的に粒子拝が0.01〜005μ
    mの透明性のある分散安定性の良い均一な粒子経の超微
    粒子既架橋ポリマーラテックスを形成させること全特徴
    とする高性能ポリマーラテックスの製造方法。
JP59027452A 1984-02-16 1984-02-16 超微粒子既架橋ポリマ−ラテツクスの製造方法 Granted JPS60170604A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4943612A (en) * 1986-12-06 1990-07-24 Lion Corporation Ultra-fine particulated polymer latex and composition containing the same
US10590300B2 (en) * 2013-12-19 2020-03-17 Toray Films Europe Composition for coating polymer films, coating process and composite materials obtained

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4943612A (en) * 1986-12-06 1990-07-24 Lion Corporation Ultra-fine particulated polymer latex and composition containing the same
US10590300B2 (en) * 2013-12-19 2020-03-17 Toray Films Europe Composition for coating polymer films, coating process and composite materials obtained

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