JPS6044322B2 - 乳化重合法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は乳化重合法の改良に関する。

更に詳しくは、通常の乳化剤を使用することなく、特定
の不飽和ジカルボン酸のマレイン化物の中和物を使用し
て、被覆材料の調製に有用な均一安定な重合体水性分散
液を得ることができる乳化重合法の改良に関する。 従
来、重合性単量体を水性媒体中、乳化剤の存在下に重合
させることは公知である。

その際に通常使用される乳化剤としては、アニオン系界
面活性剤（例えばアルキルベンゼンスルホン酸塩、アル
キル硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩、脂肪
族酸塩）、ノニオン系界面活性剤（例えばポリオキシエ
チレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキル
フェノールエーテル、ゾルビタン脂肪酸エステル、ポリ
オキシエチレンゾルビタン脂肪族酸エステル）、カチオ
ン系界面活性剤（例えばアルキルアミン塩）および両性
イオン系界面活性剤（例えばアルキルベタイン）が挙げ
られる。しカルて、重合性単量体としてアクリル酸、メ
タクリル酸、イタコン酸などのエチレン性不飽和カルボ
ン酸を使用すれば、カルボキシル基を有する重合体のラ
テックスが得られる。ところで、このような重合系のｐ
Ｈは酸性域、多くの場合５以下であることが望ましいと
され、そのため得られるラテックスを安定に保つには多
量のアニオン系活性剤やノニオン系活性剤を使用しなけ
ればならない。従つて、かかる活性剤の親水性の影響を
受け、ラテックスから得られる被膜は耐水性に劣るもの
であつた。また、かかるラテックスを凝集させて固形重
合体として使用する場合も、上記活性剤はそのまま重合
体中に混入し、被膜物性面での悪影響は同様に免れ得な
かつた。これに対し、通常の乳化剤を使用せず、炭素数
８以上のアルコール（例えばラリウルアルコール）とα
、β一不飽和ジカルボン酸（例えばマレイン酸）とのモ
ノエステル化物を使用して重合を行う発明が提供されて
いる（特公昭４４−２０６３時参照）。これによれば、
安定なラテックスを得ることができるが、その安定性は
ラテックスの使用条件によつては必ずしも満足できるも
のではなく、例えばこのラテックスに顔料、架橋剤、表
面調節剤、塩類等の多種多様の物質を添加して塗料を製
造した場合、塗料の貯蔵安定性や機械的安定性に不充分
な面があつた。 本発明らは、均一安定で且つ特に被覆
材料として有用なラテックスを得るため、通常の乳化剤
に代わる剤について鋭意研究を進めた結果、炭素数１６
〜２０の脂肪族鎖を有する不飽和ジカルボン酸のマレイ
ン化物の中和物が有用であることを見出し、本発明を完
成するに至つた。

本発明の要旨は、α，β一エチレン性不飽和単量体から
選ばれる重合性単量体の一種以上を乳化剤の存在下水性
媒体中で重合させるに当り、該乳化剤として、炭素数１
６〜２０の脂肪族鎖を有する不飽和ジカルボン酸のマレ
イン化物の中和物を使用することを特徴とする乳化剤重
合法に存する。

本発明における長鎖不飽和ジカルボン酸としては、例え
ば８，１２−エイコサジエンニ酸、１２−ビニルー８−
オクタデセンニ酸、８−ヘキサデセンニ酸および７−ビ
ニルテトラデカンニ酸が挙げられる。このマレイン化物
は常法に従つて得ることができる。例えば、上記長鎖不
飽和ジカルボン酸とマレイン化剤（例えばマレイン酸、
無水マレイン酸およびマレイン酸モノエステル（マレイ
ン酸モノブチルエステル、マレイン酸モノラウリルエス
テルなど））を要すれば適当な溶剤（キシレン、トルエ
ンなど）の存在下、不活性ガス雰囲気中で温度１５０〜
２５０゜Ｃにおいて付加反応させればよい。マレイン化
の程度は、当該マレイン化物の酸価が約３４０〜７５０
、好ましくは３４０〜６５０の範囲になるように設定す
ればよい。

上記酸価が約３４０に達しない場合は、重合時の系安定
性および得られる分散液の安定性性が劣り、また約７５
０を越えるような場合は、得られる重合体の被膜の耐水
性が劣る傾向にある。かかるマレイン化物はその酸価で
上記範囲内であれば有効に使用できるが、一般に酸価が
高いと低い場合に比してその乳化剤的作用が大きいので
、その使用量は少なくてすむ。上記マレイン化物の中和
物は常法に従つて、例えばマレイン化物に中和剤を作用
させることにより得ることができる。

中和剤としては通常のものを使用でき、例えばアルカリ
金属の水酸化物（力．セイカｌ八カセイソーダなど）、
炭酸塩（炭酸カリ、炭酸ソーダなど）、重炭酸塩（重炭
酸カリ、重炭酸アンモンなど）、アンモニア、および有
機アミン類（トリエチルアミン、ジメチルエタノールア
ミン、エタノールアミン、モルホリンなど），が挙げら
れ、これらの少なくとも１種を使用に供する。中和率は
通常１０％以上であることが好ましい。なお、マレイン
化剤として無水マレイン酸を使用した場合は、その無水
カルボキシル基を水、アルコールまたはアミンで開環せ
しめてジカルボン酸、半エステルまたは半アミドとし、
そのカルボキシル基を中和すればよい。このようにして
得られる長鎖不飽和ジカルボン酸のマレイン化物の中和
物を使用する乳化剤重合は、該中和物を上述の通常の乳
化剤に代えて使用する以外は、通常の乳化重合法に従つ
て実施されてよい。

かかる中和物の使用量は特に制限されるものではないが
、目的とする分散液の安定性およ・びこれを使用して形
成される被膜の耐水性よりして、通常目的とする分散液
における全固形分の酸価が約５〜１２０１好ましくは１
０〜７５の範囲になるように設定されることが望ましい
。本発明にあつては必要に応じて、被膜成分として有用
な高分子保護コロイド（例えば水溶性もしくは水分散性
アルキド樹脂、および水溶性もしくは水分散性ビニル重
合体）を併用してもよい。これにより、目的とする分散
液の安定性をよソー層向上させることができる。更に、
被膜性能を悪くしない範囲内で通常の乳化剤剤や他の保
護コロイドを併用してもよい。上記乳化重合は、ラジカ
ル重合開始剤の存在下、４水性媒体中上記中和物の重合
性単量体をエマルジョン化して重合する方法、＠水性媒
体中上記中和物を乳化剤した後、重合性単量体を滴下し
て重合する方法、または（ハ）水性媒体中に上記中和物
と重合性単量体との混合物を滴下して重合する方法等の
いずれが採用されてもよい。

上記ラジカル重合開始剤としては、自体公知の水溶性お
よび油溶性のいずれも使用することができ、例えば有機
もしくは無機過酸化物、スルフィド類、スルフィン類、
スルフイル酸類、スルホン類、アゾ化合物、ジアゾ化合
物、過硫酸化合物、および水溶性もしくは油溶性のレド
ックス開始剤が挙げられる。重合温度は通常重合系の氷
点以上沸点以下、好ましくは１０〜８０℃の範囲を採用
する。また、上記の如く熱による重合に代えまたは加え
て、紫外線や電子線による重合が採用されてよい。上記
重合性単量体としては、乳化重合に供されているもので
あればいずれも使用可能であり、次に示すα，β一エチ
レン性不飽和単量体が代表的である。

１式 〔式中、Ｒ１は水素原子またはメチル基、およびＲ２は
炭素数１〜１８のアルキル基を示す。

〕で表わされる重合性単量体（例えばエチルアクリレー
ト、ｎ−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート
、ｔ−ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリ
レート、ドデシルアクリレート、メチルメタクリレート
、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、
イソブチルメタクリレート、ｔ−ブチルメタクリレート
、２−エチレンヘキシルメタクリレートおよびラウリル
メタクリレート）。かかる単量体の少なくとも１種を通
常、全重合性単量体中約３０〜１０哩量％の範囲で使用
すればよく、透明性、耐候性、化学的抵抗性等に優れた
被覆を与える重合体を得ることができる。２ヒドロキシ
ル基を有する重合性単量体（例えば２−ヒドロキシエチ
ルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、２
−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピ
ルメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタ
クリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレー
トおよび３−クロロー２−ヒドロキシプロピルメタクリ
レート）。

かかる単量体の少なくとも１種を通常、全重合性単量体
中約２５重量％以下の範囲で使用すればよく、得られる
重合体に親水性を与えてその分散液の安定性を向上させ
ることができる。また、これらの単量体が導入された重
合体に対して、アミノブラスト樹脂、ポリイソシアナー
ト化合物、ブロックイソシアナート化合物等の架橋剤を
併用することにより、より強靭な架橋被膜を形成するこ
とができる。上記使用量が２５重量％を越えると、重合
体による被膜の耐水性が低下する傾向にある。３カルボ
キシル基を有する重合性単量体（例えばアクリル酸、メ
タクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、フマール酸、マ
レイン酸、イタコン酸モノブチルエステル、イタコン酸
モノー２ーエチルヘキシルエステル、マレイン酸モノブ
チルエステル、マレイン酸モノー２−エチルヘキシルエ
ステルおよびマレイン酸モノラウリルエステル）。

かかる単量体の少なくとも１種を通常、全重合性単量体
中約１鍾量％以下の範囲で使用すればよく、得られる重
合体に親水性を与えてその分散液の安定性を向上させる
ことができる。なお、かかる単量体を上述の中和剤で中
和して使用すれば、上記安定性をよソー層向上できる。
また、これら単量体が導入された重合体と、エポキシ樹
脂、アミノブラスト樹脂、ブロックイソシアナート化合
物等の架嬌剤を組合わせることにより、熱硬化型の組成
物を得ることができる。Ｏスチレンおよびその誘導体（
例えばα−メチルスチレン、ビニルトルエンおよびｐ−
ｔ−ブチルスチレン）。

かかる単量体の少なくとも１種を通常、全重合性単量体
中約５喧量％以下の範囲で使用すればよく、これらは他
の重合性単量体との共重合性に富み、また目的とする重
合体の被膜に優れた光沢を与えることができる。上記使
用量が５唾量％を越えると、重合体の被膜の耐候性が低
下する傾向にある。）アクリロニトリルおよびメタクリ
ロニトリル。

かかる単量体の少なくとも１種を通常、全重合性単量体
中約２唾量％以下の範囲で使用すればよく、これらの単
量体は重合に際し、二重結合との反応や活性水素への連
鎖移動効果に優れていることから、重合効率向上の改善
効果を有し均一な重合体を得ることができる。上記使用
量が２呼量％を越えると、重合体を着色化する傾向にあ
る。） グリシジル基を有する重合性単量体（例えばグ
リシジルアクリレート、メチルグリシジルアクリレート
、グリシジルメタクリレートおよびメチルグリシジルメ
タクリレート）。

かかる単量体の少なくとも１種を通常、全重合性単量体
中約５〜４唾量％の範囲で使用すればよい。これらの単
量体が導入された重合体は、架橋剤として多価カルボン
酸（アジピン酸、トリメリット酸、無水トリメリット酸
など）と組合わせることにより、熱硬化型組成物として
使用できる。上記使用量が５重量％未満であると、重合
体の架橋密度が小さくなるので、重合体の被膜の機械的
強度、耐溶剤性、化学的抵抗性等が劣る傾向にあり、ま
た４唾量％を越えると、架橋密度が大きすぎるので、重
合体の被膜がもろくなつたり、未反応のグリシジル基が
残留すると耐候性に悪影響を及ぼす。なお、これらの単
量体と共に上記３のカルボキシル基を有する重合性単量
体を重合体に導入することにより、該重合体を自己硬化
型にすることができる。７アクリルアミド、メタクリル
アミドおよびこれらの誘導体（例えばＮ−メチロールア
クリルアミド、Ｎ−アルコキシメチルアクリルアミド、
ジアセトンアクリルアミド、ヒドロキシメチルジアセト
ンアクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミドお
よびＮ−アルコキシメチルメタクリルアミド）。

かかる単量体の少なくとも１種を通常、全重合性単量体
中約５〜４０重量％の範囲で使用すればよい。８ブロッ
クされたイソシアナート基を有する重合性単量体（例え
ばポリイソシアナート化合物（ヘキサメチレンジイソシ
アナート、トルエンジイソシアナート、イソホロンジイ
ソシアナート、ポリイソシアナート付加物など）を公知
のブロック剤（フェノール類、ラクタム類、−活性メチ
レン基含有化合物、アルコール類、アミン類、オキシム
類など）で部分的にブロックせしめ、次いで遊離のイソ
シアナート基に活性水素を有する重合性単量体（２−ヒ
ドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメ
タクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ア
クリル酸、メタクリル酸、Ｎ−メチロールアクリルアミ
ビなど）を付加反応させたもの、およびイソシアナート
基を有する重合性単量体（ビニルイソシアナートなど）
のイソシアナート基を全ブロックしたもの）。

かかる単量体の少なくとも１種を通常、全重合性単量体
中約５〜４唾量％の範囲で使用すればよい。かかる単量
体と共に上記２のヒドロキシル基を有する重合性単量体
を重合体に導入することにより、得られる重合体を自己
硬化型とすることができる。また、このように上記２の
単量体を併用しなくとも、ヒドロキシル基を有する重合
体と組合わせることによつて熱硬化性組成物とすること
ができる。以上の如くして得られる重合体水性分散液は
、そのままで熱可塑性または熱硬化性の被覆材料（塗料
、接着剤など）として有利に使用することができ、また
必要に応じて通常の樹脂、架橋剤もしくは改質剤をブレ
ンドすることにより、形成される被膜の性質、例えば外
観、光沢、肉持ち感、耐水性、耐アルカリ性、耐酸性、
耐溶剤性、耐候性、強度等を改良することができる。

ブレンドは、乳化重合前に上記添加剤を重合性単量体に
溶解もしくは分散させることにより実施してもよく、あ
るいは乳化重合途中もしくは重合後に適当な水分散物の
形状で混入させることにより実施してもよい。かかる添
加剤の具体例および使用量は以下の通りである。５セロ
ース誘導体（例えばセロースアセテートブチレートおよ
びセロースアセテートプロピオネート）。

これらは、被膜の光沢、色および光沢保持性、耐候性、
熱安定性、熱フロー性、硬度等の優れた性質を付与する
ことができる。上記例示以外に、ニトロセルロースも有
利に用いられるものの一つである。５アクリル樹脂およ
びアルキド樹脂。

通常重合体１０鍾量部に対して１５唾量部以下で使用す
ればよい。［Ｆ］ アミノブラスト樹脂、ブロックされ
たポリイソシアナート化合物、２個以上のカルボキシル
基もしくはその酸無水物を有する化合物などの架橋剤。

かかる架橋剤は、被膜の外観、光沢、物理的化学性質の
改良に寄与することがてきる。上記アミノブラスト樹脂
としては、例えば尿素、メラミン、グアナミン類などの
アミノ化合物とホルムアルデヒドの縮合物、およびその
アルコールエーテル化物が挙げられ、これらは重合体１
０唾量部に対して５〜４０重量部で使用すればよく、焼
付温度は８０〜２００′Ｃが望ましい。上記ブロックさ
れたポリイソシアナート化合物としては、例えばジイソ
シアナート類もしくはポリイソシアナート類とブロック
剤（フェノール類、アルコール類、ラクタム類、活性メ
チレン化合物、アミン類、オキシム類など）との付加生
成物が挙げられ、これらは重合体１００重量部に対して
５〜６０重量部で使用すればよい。使用にあつては、塩
基（トリエチルアミン、、Ｎ−メチルモルホリンなど）
や金属化合物（ジブチルチンジラウレイト、第１塩化錫
など）のような解難触媒を併用することが好ましい。焼
付温度は１２０〜２２０℃が望ましい。上記２個以上の
カルボキシル基もしくはその酸無水物を有する化合物と
しては、例えばポリカルボン酸（アジピン酸、セバシン
酸、フタール酸、トリメリット酸など）、およびそれら
の酸無水物（無水フタール酸、トリメリット酸無水物、
過剰のポリカルボン酸等とポリオールの縮合反応により
得られるポリエステル樹脂など）が挙げられ、これらは
重合体１００重量部に対して３〜５呼量部で使用すれば
よい。なお、当該重合体中のエポキシ基とかかる架橋剤
中のカルボキシル基との当量比が０．８〜１．２に調整
することが好ましい。焼付温度は１２０〜２２０℃が望
ましい。４エポキシ化合物（例えばトリグリシジルイソ
シアヌナート、グリシジルアクリレート、グリシジルメ
タクリレート、メチルグリシジルアクリレート、メチル
グリシジルメタクリレート等と他の共重合モノマーとの
共重合物、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとの
縮合物、ノボラックとエピクロルヒドリンとの縮合物、
ポリアルキルエーテル鎖構造を有するジエポキシ化合物
、および脂環式エポキシ化合物）。

これらは重合体１０踵量部に対して５〜４０重量部で使
用すればよい。使用にあたつては、要すればルイス酸（
ポ狛ントリフロライドなど）、塩基（ベンジルジメチル
アミン、２−エチルー５−メチルイミダゾール、トリエ
チレンアミン、Ｎ−メチルモルホリンなど）、塩（ボロ
ントリフロライドーモノエチルアミン錯塩など）のよう
な硬化促進触媒を併用してもよい。焼付温度は１４０〜
２２０′Ｃが望ましい。６その他エステルガム、マレイ
ン酸樹脂およびフェノール樹脂。

以上の如くして得られる被覆用組成物は、通常、塗料の
着色に用いられる有機顔料（例えばフタロシアニンブル
ーおよびフタロシアニングリーン）や無機顔料（例えば
カーボンブラック、チタンオキサイドおよびアルミニウ
ムフレーク）で着色することができる。

かかる顔料は、上記乳化剤重合に際し、水中または重合
性単量体中に添加させて使用に供してもよい。更に、通
常の湿潤剤、被膜表面調節剤、硬化助剤、酸化防止剤な
どの添加剤も併せて使用できる。以上の構成から成る本
発明方法によれば、乳化重合において、乳化剤として長
鎖不飽和ジカルボン酸のマレイン化物の中和物を使用す
るので、該中和物と重合性単量体を構成成分とするカル
ボキシル基含有重合体の水性分散液を得ることができて
、通常の乳化剤の使用によつて起生する問題点を解消で
きると共に、均一安定で且つ各種の被覆材料として有利
に使用できる組成物を提供できる。

次に、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説
明する。

なお、例文中１部ョおよび１％ョとあるは１重量部ョお
よび０重量％ョを意味する。実施例１ 攪拌機、温度計、冷却器、不活性ガス導入管を備えた１
ｅの反応容器に、８，１２−エイコサジエンニ酸４１％
、１２−ビニルー８−オクタデセンニ酸６％、８−ヘキ
サデセンニ酸１７％、７−ビニルテトラデカンニ酸６％
およびドデカンニ酸３％から成る長鎖不飽和ジカルボン
酸含有混合物３２２部と、無水マレイン酸９８部を仕込
み窒素ガス気流下、温度２００℃に保持せしめ４時間攪
拌することにより、酸価３８１の反応生成物を得た。

次に、攪拌機、温度計、冷却器、不活性ガス導入管、滴
下装置を備えた１ｅの反応容器に、脱イオン水２１１．
４部を仕込み窒素ガス気流下、攪拌しながら温度７０′
Ｃに保持せしめ、これに上記反応生成物加部、トリエチ
ルアミン１４．６部、メチルメタクリレート印部、スチ
レン旬部およびｎ−ブチルアクリレート８傭から成る混
合溶液と、脱イオン水叩部および過硫酸カリ２部から成
る混合溶液とを各々３時間要して同時滴下し、滴下終了
後３時・間反応させて、下揮発分３９。

５％、気泡粘度Ａ一１、固形分酸価３５．４．ＰＨ７．
５の乳濁液を得た。

かかる乳濁液を６０℃の恒温室で１ケ月間貯蔵したが、
何ら異常は認められなかつた。比較例１ 実施例１の乳濁液の製造において、酸化３８１の反応生
成物加部の代わりに、ラウリルマレエートｗ部およびト
リエチルアミン３部を使用する以外は、同様な配合およ
び条件で乳化重合を行つた所、不揮発分３８％、気泡粘
度Ａ−１、固形分酸価）１。

５．ｐＨ７６３の乳濁液が得られた。

かかる乳濁液を５０゜Ｃの恒温室に２日間貯蔵した所、
著しく増粘した。実施例２実施例１と同様の１′の反応
容器に、脱イオン水２１５部を仕込み窒素ガス気流下、
攪拌しながら温度６５゜Ｃに保持せしめ、実施例１と同
様の操作で得た酸価３８１の反応生成物坐部、ジメチル
エタノールアミン１５部、メチルメタクリレート（代）
部、スチレン３？、２−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト（資）部、メタクリル酸６部、アクリロニトリル１０
部およびｎ−ブトキシメチルメタクリルアミド６０部か
ら成る混合溶液と、脱イオン水ａ部および過硫酸カリ２
部から成る混合溶液とを各々３時間要して同時滴下し、
滴下終了後５時間反応させて、不揮発分３９．１％、気
泡粘度Ｂ１固形分酸価５０．４、ＰＨ７．４の乳濁液を
得た。

かかる乳濁液４０℃の恒湿室で１ケ月間貯蔵したが、何
ら異常は認められなかつた。実施例３ 実施例１と同様の１′の反応容器に、実施例１と同様の
操作で得た酸価３８１の反応生成物２６部をトリエチル
アミン１５部で中和し脱イオン水２１５部に溶解させた
溶液を仕込み、窒素ガス気流下、攪拌さながら温度７０
℃に保持せしめ、メチルメタクーリレート４４部、スチ
レン旬部、ｎ−ブチルアクリレート旬部、メタクリル酸
ｗ部およびグリシジルメタクリレート恥部から成る混合
溶液と脱イオン水（１）部および過硫酸カリ３部から成
る混合溶液とを各々３時間要して同時滴下し、滴下終了
後３時，間反応させて、不揮発分３８．５％、気泡粘度
Ａ１固形分酸価８２、ＰＨ６．５の乳濁液を得た。

かかる乳濁液を４０℃の恒温室で１ケ月間貯蔵したが、
何ら認められなかつた。実施例４ 実施例１と同様の１ｅの反応容器に、メチルメタクリレ
ート３４部、ｎ−ブチルアクリレート２０部、イソホロ
ンジイソシアナート５１．６部および力プロラクタム１
３２部を仕込みみみ、攪拌しながら５０℃に保持して４
時間反応後、更にヒドロキシプロピルアクリレート５５
２部を仕込み、４時間反応させてイソシアナート基の存
在しないことを確認後室温に冷却して、ブロックされた
イソシアナート基を有する重合性単量体を形成した。

更にこれに実施例１と同様の操作で得た酸化３８１の反
応生成物２６部およびトリエチレンアミン１９部を仕込
み、混合溶液を準備する。実施例１と同様の別の１ｅの
反応容器に、脱イオン水２１５部を仕込み、窒素ガスス
気流下攪拌しながら温度６５℃に保持せしめ、上記準備
した混合溶液と脱イオン水ａ部および過硫酸カリ２部か
ら成る混合溶液とを各々３時間要して同時滴下し、滴下
終了後３時間反応させて、不揮発分３８．１％、気泡粘
度Ａ−１、固形分酸価４９．飄ＰＨ７．５の乳濁液を得
た。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ α，β−エチレン性不飽和単量体から選ばれる重合
   性単量体の一種以上を乳剤の存在下水性媒体中で重合さ
   せるに当り、該乳化剤として、炭素数１６〜２０の脂肪
   族鎖を有有する不飽和ジカルボン酸のマレイン化物の中
   和物を使用することを特徴とする乳化重合法。