JPWO2018062550A1 - 塗料用水性樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

塗料用などとして有用な組成物を提供する。組成物を、エマルション粒子(A)と、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)との複合粒子(B)とで構成する。エマルション粒子(A)は、例えば、アクリル系エマルション粒子であってもよい。また、水溶性ポリマー(B1)は、ビニルアルコール系樹脂、ビニルラクタム系樹脂、オキシアルキレン系樹脂、アクリル酸系樹脂、水性ポリオール、アクリルアミド系樹脂などであってもよい。エマルション粒子(A)と複合粒子(B)とは架橋剤(C)を介して架橋構造を形成可能であってもよい。

Description

本発明は、塗料用などとして有用な組成物に関する。
建築・外装用塗料には、塗膜の低汚染性(耐汚染性)が要求されるが、このような技術として、例えば、水溶性ポリマーにより塗膜表面を親水化し、雨水を塗膜と汚染物質との界面に到達しやすくすることで、汚れの洗浄を促す技術が知られている。
特開2001−72928号公報(特許文献1)には、(a)有機合成樹脂のエマルション、(b)カップリング剤、および(c)前記有機合成樹脂、(a)以外でかつ前記カップリング剤(b)と反応し得る基を有する親水化用有機化合物からなる低汚染型水性塗料用樹脂組成物が開示されている。
また、国際公開第2008/102816号パンフレット(特許文献2)には、乳化重合によって得られる(メタ)アクリルエマルション(A)と、水溶性樹脂(B)とを必須として構成され、(メタ)アクリルエマルション(A)と水溶性樹脂(B)とが架橋構造を形成し得る塗料用水性樹脂組成物が開示されている。
このような中、水溶性ポリマーを利用したさらなる塗料の低汚染化技術が望まれている。
なお、特開2008−239779号公報(特許文献3)には、(A)水性樹脂組成物、及び、(B)平均粒子径4〜100nmの水分散型無機粒子(固形分)1〜300質量部を乳化安定化剤として、1種又は2種以上のα,β−エチレン性不飽和単量体100質量部を乳化重合して得られる水性分散体を含有する低汚染性水性被覆組成物が開示されている。
この文献の技術は、コロイダルシリカのような水分散型無機粒子を塗膜の親水化に利用するものであり、水溶性ポリマーによる親水化技術とは全く異なるものである。
特開2001−72928号公報(特許請求の範囲、実施例) 国際公開第2008/102816号パンフレット(請求の範囲、実施例) 特開2008−239779号公報(特許請求の範囲、実施例)
本発明の目的は、塗料用などとして有用な組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、長期にわたって塗膜の低汚染性(親水性)を維持できる組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、耐水性、耐候性、伸長性、密着性などに優れた塗膜を形成できる組成物を提供することにある。
本発明の別の目的は、高光沢の塗膜を形成できる組成物を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、良好な取扱性を有する組成物を提供することにある。
本発明者らは、水溶性ポリマーを利用した低汚染化技術を検討したところ、塗膜の親水性が徐々に低下することを見出した。
そして、このような知見に基づいて、特許文献2の技術のように、エマルションと水溶性ポリマーとで架橋構造を形成する技術を検討したが、水溶性ポリマーの脱落抑制効果が十分でない場合があり、さらに改善の余地があることがわかった。
また、特許文献3のように、水分散型無機粒子を塗膜の親水化に利用する技術では、塗膜の伸びや光沢の点で十分でない場合があることがわかった。
このような中、本発明者らは、上記課題を解決するためさらに鋭意研究を重ねた結果、水溶性ポリマーと、特許文献3のように水溶性ポリマーと同様に塗膜の親水化材料として知られる無機粒子(コロイダルシリカなど)とを複合化して、エマルション粒子と組み合わせることで、水溶性ポリマーの脱落が促進される可能性があるとの予想に反して、極めて意外なことに、水溶性ポリマーの脱落をより一層効率よく抑制でき、塗膜の低汚染化効果(親水化効果)を長期にわたって維持できる組成物が得られることを見出した。
本発明者らは、上記以外にも種々の新知見を得て、さらに鋭意検討を重ねて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の組成物は、エマルション粒子(A)と、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)との複合粒子(B)とを含む。
このような組成物において、エマルション粒子(A)は、例えば、アクリル系エマルション粒子であってもよい。また、エマルション粒子(A)は、多層構造を有していてもよい。
複合粒子(B)では、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とが複合(コンポジット)化している。このような複合粒子(B)は、例えば、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とを加熱下(例えば、40℃以上の温度)で混合することで得ることができる。
複合粒子(B)において、水溶性ポリマー(B1)は、例えば、ビニルアルコール系樹脂、ビニルラクタム系樹脂、オキシアルキレン系樹脂、アクリル酸系樹脂、水性ポリオール、及びアクリルアミド系樹脂から選択された少なくとも1種であってもよい。
また、水溶性ポリマー(B1)の重量平均分子量は、5万〜20万程度の比較的高分子量であってもよい。
複合粒子(B)において、無機粒子(B2)は、無機酸化物粒子であってもよい。また、無機粒子(B2)の平均粒子径は、1〜500nm程度であってもよい。
代表的には、無機粒子(B2)が、無機酸化物粒子(例えば、酸化ケイ素(シリカ)粒子、酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、酸化鉄粒子、酸化亜鉛粒子及び酸化アルミニウム粒子から選択された少なくとも1種など、特に、シリカ粒子)であってもよい。
複合粒子(B)において、無機粒子(B2)(又は無機粒子(B2)の表面)は官能基(例えば、ヒドロキシル基など)を有してもよく、特に、この官能基は水溶性ポリマー(B1)と親和性を有していてもよい。代表的には、水溶性ポリマー(B1)がN−ビニル環状ラクタム系ポリマーであり、無機粒子(B2)が官能基(例えば、ヒドロキシル基)を有するシリカ粒子であり、N−ビニル環状ラクタム系ポリマー(例えば、N−ビニルピロリドン骨格)とシリカ粒子の官能基とで結合を形成していてもよい。代表的な態様では、N−ビニル環状ラクタム系ポリマー(ポリビニルピロリドンなど)である水溶性ポリマー(B1)中の(アミド)カルボニル基が水素結合受容基となり、水酸基を有するシリカ粒子である無機粒子(B2)の水酸基(シラノール基)と水素結合を形成することにより複合化されている。
複合粒子(B)において、無機粒子(B2)の割合は、水溶性ポリマー(B1)100質量部に対して10〜1000質量部程度であってもよい。
本発明の組成物において、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)との割合は、例えば、前者/後者(重量比)=99.5/0.5〜40/60程度であってもよい。
また、本発明の組成物において、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)とは結合(又は架橋構造)を形成可能であってもよく、実際に、結合又は架橋していてもよい。例えば、エマルション粒子(A)が官能基αを有する単量体を含む単量体成分(a)を重合成分とする樹脂で構成され、水溶性ポリマー(B1)が、官能基αと架橋構造を形成しうる官能基βを有する単量体を含む単量体成分(b)を重合成分とするポリマーで構成されていてもよく、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが結合(又は架橋構造)を形成可能であってもよい。なお、このような態様では、特に組成物中では架橋を形成しないが、乾燥し塗膜になったときに架橋を形成してもよい。
エマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが結合又は架橋構造を形成可能(又は結合又は架橋構造を形成する)する態様において、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)とは、架橋剤(C)を介して結合又は架橋構造を形成可能であって(結合又は架橋構造を形成して)もよい。特に、本発明の組成物は、さらに、官能基αと官能基βとの間で反応して結合(又は架橋構造)を形成可能(官能基α及び官能基βの双方と反応して結合又は架橋構造を形成可能)な架橋剤(C)を含有してもよい。
代表的な態様では、官能基αを有する単量体がカルボニル基含有単量体を含み、官能基βを有するモノマーがカルボニル基含有単量体を含み、ヒドラジン系架橋剤(C1)を介してエマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが架橋構造(又は結合)を形成可能である、及び/又は
官能基αを有する単量体がカルボキシル基含有単量体を含み、官能基βを有するモノマーがカルボキシル基含有単量体を含み、オキサゾリン系架橋剤(C1)を介してエマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが架橋構造(又は結合)を形成可能であってもよい。
なお、このような態様では、特に組成物中では架橋を形成しないが、乾燥し塗膜になったときに架橋を形成してもよい。
また、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが結合する態様において、単量体成分(a)における官能基αを有する単量体の割合が0.01〜10質量%程度であってもよく、単量体成分(b)における官能基βを有する単量体の割合が0.01〜25質量%程度であってもよい。
さらに、単量体成分(a)及び単量体成分(b)の総量に対して、官能基αを有する単量体及び官能基βを有する単量体の総量の割合が、0.05〜30質量%程度であってもよい。
さらにまた、官能基αを有する単量体と官能基βを有する単量体との割合は、前者/後者(質量比)=0.5/1〜500/1程度であってもよい。
本発明の組成物は、溶媒(特に水性溶媒)を含む組成物であってもよく、塗料用の組成物であってもよい。代表的には、本発明の組成物は、エマルション粒子(A)及び複合粒子(B)が水性溶媒中に分散した、塗料用水性組成物であってもよい。
特に、本発明の組成物は、トップコート用(特に、外装材のトップコート用)であってもよい。
本発明には、前記組成物で形成された塗膜(被膜)も含まれる。また、本発明には、基材(ベース基材)とこの基材上に形成された前記塗膜(被膜)とで構成された基材(コート基材)も含まれる。
本発明では、エマルション粒子(A)に対して、複合粒子(B)を組み合わせることで、塗膜の低汚染性(親水性)を維持でき、塗膜(被膜)に対する汚れの付着を抑制又は防止できる。
そのため、本発明には、エマルション粒子(A)を含む組成物で形成された塗膜に対する汚れの付着を抑制又は防止するための剤であって、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)との複合粒子(B)で構成された汚れ付着防止剤も含まれる。
また、本発明では、エマルション粒子(A)に対して、単に水溶性ポリマー(B1)を組み合わせるのではなく、水溶性ポリマー(B1)を無機粒子(B2)と複合化させて組み合わせることで、水溶性ポリマー(B1)の脱落を抑制又は防止でき、そのため、汚れの付着(又は長期親水性)を長期にわたって維持できる。
そのため、本発明には、エマルション粒子(A)及び水溶性ポリマー(B1)を含む組成物で形成された塗膜からの水溶性ポリマー(B1)の脱落又は流出を抑制又は防止する方法であって、水溶性ポリマー(B1)を無機粒子(B2)と複合化した複合粒子(B)の形態で組成物に含有させる方法も含まれる。
本発明の新規な組成物(特に水性樹脂組成物)は、塗料用などとして有用である。
このような組成物は、塗膜からの水溶性ポリマーの脱落を抑制できるためか、特に、長期にわたって塗膜の低汚染性(親水性)を維持できる。
また、本発明の組成物は、塗膜物性(例えば、耐水性、耐候性、伸長性、密着性など)において優れた塗膜を形成できる。
さらに、本発明の組成物によれば、高光沢の塗膜(又はつやが強い塗膜)を形成することもできる。
さらにまた、本発明の組成物は、良好な取扱性(例えば、優れた貯蔵安定性)を有している。
特に、本発明の組成物は、これらの優れた効果をバランス良く組み合わせて奏することもでき、塗料などとしての有用性が極めて高いものである。
<組成物>
本発明の組成物(樹脂組成物)は、エマルション粒子(A)と、特定の複合粒子(B)(複合材料、コンポジット)とを含む。
[エマルション粒子(A)]
エマルション粒子(A)(樹脂エマルション(A))を構成する樹脂(重合体、ポリマー)としては、特に限定されず、例えば、付加重合系樹脂[例えば、アクリル系樹脂、ビニルアルコール系樹脂(例えば、ポリビニルアルコールなど)、フッ素系樹脂など]、縮合系樹脂[例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂など]、熱又は光硬化性樹脂(例えば、アルキド樹脂、エポキシ樹脂など)などが挙げられる。
これらの樹脂(ポリマー、重合体)は、単独で又は2種以上組み合わせてエマルション粒子(A)を構成してもよい。また、エマルション粒子(A)は、単独で使用してもよく、又は2種以上のエマルション粒子を組み合わせてもよい。
以下、代表的な樹脂を説明する。
樹脂(ポリマー、重合体)は、通常、単量体成分(a)を重合成分とする。単量体成分(a)は、通常、付加重合性モノマー(又はラジカル重合性モノマー、エチレン性不飽和結合を有する単量体など)であってもよい。
単量体成分(a)としては、例えば、脂肪族(メタ)アクリレート、脂環族単量体(脂環構造を有する単量体)、水酸基含有(メタ)アクリレート、芳香族系単量体、カルボキシル基含有単量体、ケイ素原子含有単量体、フッ素原子含有単量体、窒素原子含有単量体、エポキシ基含有単量体、紫外線吸収性単量体、紫外線安定性単量体などが挙げられる。
単量体成分(a)は単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
特に、エマルション粒子(A)は、塗膜物性などの観点から、アクリル系(アクリル系樹脂)エマルション粒子、例えば、単量体成分(a)として、少なくとも脂肪族(メタ)アクリレート(特にアルキル(メタ)アクリレート)を含有する樹脂のエマルション粒子であってもよい。
代表的なアクリル系エマルション粒子には、少なくともアルキル(メタ)アクリレートおよび脂環構造を有する単量体を含有する樹脂のエマルション粒子が含まれ、好ましくは少なくともアルキル(メタ)アクリレート、脂環構造を有する単量体および水酸基含有(メタ)アクリレートを含有する樹脂のエマルション粒子が含まれ、さらに好ましくは少なくともアルキル(メタ)アクリレート、脂環構造を有する単量体、水酸基含有(メタ)アクリレートおよび芳香族系単量体を含有する樹脂のエマルション粒子が含まれる。
(脂肪族(メタ)アクリレート)
脂肪族(メタ)アクリレートとしては、例えば、アルキル(メタ)アクリレート[例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)アクリレート、アミル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、n−ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどのC1−20アルキル(メタ)アクリレート]、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート[例えば、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート(例えば、2−メトキシエチル(メタ)アクリレートのC1−12アルコキシC1−12アルキルメタクリレートなど)など]などが挙げられる。
脂肪族(メタ)アクリレートは、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
これらの脂肪族(メタ)アクリレートの中でも、メチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレートなどのC1−12アルキル(メタ)アクリレート(例えば、C1−8アルキル(メタ)アクリレート)が好ましい。
単量体成分(a)が脂肪族(メタ)アクリレートを含有する場合、単量体成分(a)における脂肪族(メタ)アクリレートの含有割合(含有率)は、例えば、10〜90質量%、好ましくは20〜90質量%、さらに好ましくは25〜80質量%、特に好ましくは30〜80質量%程度であってもよい。
(脂環構造を有する単量体)
脂環構造を有する単量体としては、脂環構造(例えば、炭素数が4〜20のシクロアルキル基、好ましくは炭素数が4〜10のシクロアルキル基)を有する単量体が挙げられる。具体的な脂環構造を有する単量体としては、例えば、脂環式(メタ)アクリレート[例えば、シクロアルキル(メタ)アクリレート(例えば、シクロヘキシル(メタ)アクリレートなどのC4−20シクロアルキル(メタ)アクリレート、好ましくはC4−10シクロアルキル(メタ)アクリレート)、シクロアルキルアルキル(メタ)アクリレート(例えば、シクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルプロピル(メタ)アクリレート、4−メチルシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレートなどのC4−10シクロアルキルC1−4アルキル(メタ)アクリレート)、架橋環式(メタ)アクリレート(例えば、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレートなど)など]などが挙げられる。
なお、脂環構造を有する単量体は、置換基(例えば、メチル基、tert−ブチル基などのアルキル基、ニトロ基、ニトリル基、アルコキシル基、アシル基、スルホン基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子など)を有していてもよい。
脂環構造を有する単量体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
脂環構造を有する単量体の中でも、C4−20シクロアルキル(メタ)アクリレートが好ましく、C4−10シクロアルキル(メタ)アクリレートがより好ましく、イソボルニル(メタ)アクリレートおよびシクロヘキシル(メタ)アクリレートがさらに好ましい。
単量体成分(a)が脂環構造を有する単量体を含有する場合、単量体成分(a)における脂環構造を有する単量体の含有割合(含有率)は、例えば、5〜80質量%、好ましくは10〜70質量%、さらに好ましくは15〜65質量%、特に好ましくは20〜60質量%程度であってもよい。
また、単量体成分(a)が脂肪族(メタ)アクリレート及び脂環構造を有する単量体を含有する場合、これらの割合は、脂肪族(メタ)アクリレート/脂環構造を有する単量体(質量比)=95/5〜5/95(例えば、90/10〜10/90)、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは80/20〜40/60程度であってもよい。
さらに、単量体成分(a)が脂肪族(メタ)アクリレート及び脂環構造を有する単量体を含有する場合、単量体成分(a)における、脂肪族(メタ)アクリレート及び脂環構造を有する単量体の総量の割合は、例えば、10質量%以上(例えば、15〜99.5質量%)、好ましくは20質量%以上(例えば、25〜99質量%)、さらに好ましくは30質量%以上(例えば、40〜98質量%)、特に好ましくは50質量%以上(例えば、60〜97質量%)程度であってもよく、通常70質量%以上(例えば、75〜95質量%)であってもよい。
(水酸基含有(メタ)アクリレート)
水酸基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート[例えば、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)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシC2−10アルキル(メタ)アクリレート、好ましくはC2−6アルキル(メタ)アクリレート、さらに好ましくはC2−4アルキル(メタ)アクリレートなど]、3以上のヒドロキシル基を有するポリオールの(メタ)アクリレート[例えば、グリセリンモノ(メタ)アクリレートなどのトリ乃至ヘキサヒドロキシC3−10ポリオールの(メタ)アクリレート]などが挙げられる。
水酸基含有(メタ)アクリレートは、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
水酸基含有(メタ)アクリレートの中でも、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートおよびグリセリンモノ(メタ)アクリレートが好ましく、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートがより好ましい。
単量体成分(a)が水酸基含有(メタ)アクリレートを含有する場合、単量体成分(a)における水酸基含有(メタ)アクリレートの含有割合(含有率)は、例えば、0.1〜20質量%、好ましくは0.3〜10質量%、さらに好ましくは0.5〜8質量%、特に好ましくは1〜5質量%程度であってもよい。
また、単量体成分(a)が脂肪族(メタ)アクリレート及び/又は脂環構造を有する単量体、並びに水酸基含有(メタ)アクリレートを含有する場合、水酸基含有(メタ)アクリレートの含有割合(含有率)は、脂肪族(メタ)アクリレート及び/又は脂環構造を有する単量体100質量部に対して、例えば、0.1〜20質量部、好ましくは0.3〜15質量部、さらに好ましくは0.5〜10質量部、特に好ましくは1〜8質量部程度であってもよい。
(芳香族系単量体)
芳香族系単量体としては、例えば、スチレン系モノマー[例えば、スチレン、α−アルキルスチレン(例えば、α−メチルスチレンなどのα−C1−4アルキルスチレン)、アルキルスチレン(例えば、ビニルトルエンなどのC1−4アルキルスチレン)、ハロスチレン(例えば、クロロスチレンなど)など]、芳香族(メタ)アクリレート[例えば、アリール(メタ)アクリレート(例えば、フェニル(メタ)アクリレートなどのC6−10アリール(メタ)アクリレート)、アラルキル(メタ)アクリレート(例えば、ベンジル(メタ)アクリレート、フェネチル(メタ)アクリレートなどのC6−10アリールC1−4アルキル(メタ)アクリレート)、アリールオキシアルキルメタクリレート(例えば、フェノキシエチルメタクリレートなどのC6−10アリールオキシC1−4アルキルメタクリレート)など]などが挙げられる。
芳香族系単量体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
単量体成分(a)が芳香族系単量体を含有する場合、単量体成分(a)における芳香族系単量体の含有割合(含有率)は、例えば、0.1〜30質量%、好ましくは0.5〜20質量%、さらに好ましくは1〜15質量%程度であってもよい。
(カルボキシル基含有単量体)
カルボキシ基含有単量体としては、例えば、不飽和モノカルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などの脂肪族不飽和モノカルボン酸)、不飽和ジカルボン酸(例えば、マレイン酸、フマル酸などの脂肪族不飽和モノカルボン酸)などが挙げられる。
カルボキシル基含有単量体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
代表的なカルボキシ基含有単量体には、アクリル酸、メタクリル酸が含まれる。
単量体成分(a)がカルボキシル基含有単量体を含有する場合、単量体成分(a)におけるカルボキシル基含有単量体の含有割合(含有率)は、例えば、0.01〜10質量%、好ましくは0.02〜5質量%、さらに好ましくは0.05〜3質量%程度であってもよい。
(ケイ素原子含有単量体)
ケイ素原子含有単量体としては、例えば、ビニル基含有シラン[例えば、ビニル基を有するハロシラン(例えば、ビニルトリクロロシランなどのビニルモノ乃至トリハロシラン)、ビニル基を有するアルコキシシラン[ビニルアルコキシシラン(例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどのビニルモノ乃至トリアルコキシシラン、好ましくはビニルモノ乃至トリC1−4アルコキシシラン)、ビニルアルコキシアルコキシシラン(例えば、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シランなどのビニルモノ乃至トリ(C1−4アルコキシC1−4アルコキシ)シランなど)など]、(メタ)アクリロイル基含有シラン[例えば、(メタ)アクリロイル基を有するアルコキシシラン(例えば、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランなどの(メタ)アクリロイルオキシアルキルモノ乃至トリアルコキシシラン、好ましくは(メタ)アクリロイルオキシC2−4アルキルモノ乃至トリC1−4アルコキシシラン)、トリアルキルシロキシアルキル(メタ)アクリレート(例えば、トリメチルシロキシエチル(メタ)アクリレートなどのトリC1−4アルキルシロキシC2−4アルキル(メタ)アクリレートなど)など]などが挙げられる。
ケイ素原子含有単量体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
代表的なケイ素原子含有単量体には、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランなどの(メタ)アクリロイル基を有するアルコキシシランなどが含まれる。
単量体成分(a)がケイ素原子含有単量体を含有する場合、単量体成分(a)におけるケイ素原子含有単量体の含有割合(含有率)は、例えば、0.01〜10質量%、好ましくは0.02〜5質量%、さらに好ましくは0.03〜3質量%程度であってもよい。
(フッ素原子含有単量体)
フッ素原子含有単量体としては、例えば、フッ素原子含有アクリル系単量体[例えば、フルオロアルキル(メタ)アクリレート(例えば、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレートなどのフルオロC1−10アルキル(メタ)アクリレート、好ましくはフルオロC2−6アルキル(メタ)アクリレートなど)など]などが挙げられる。
フッ素原子含有単量体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
単量体成分(a)がフッ素原子含有単量体を含有する場合、単量体成分(a)におけるフッ素原子含有単量体の含有割合(含有率)は、例えば、0.01〜10質量%、好ましくは0.02〜5質量%、さらに好ましくは0.03〜3質量%程度であってもよい。
(窒素原子含有単量体)
窒素原子含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリルアミド系化合物{例えば、(メタ)アクリルアミド、N−置換(メタ)アクリルアミド[例えば、N−アルキル(メタ)アクリルアミド(例えば、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミドなどのN,N−ジC1−4アルキル(メタ)アクリルアミド;N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドなど)など]など}、窒素原子含有(メタ)アクリレート化合物{例えば、N−置換アミノアルキル(メタ)アクリレート[例えば、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどのN,N−ジC1−4アルキルアミノC2−4アルキル(メタ)アクリレート]など}などが挙げられる。
窒素原子含有単量体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
単量体成分(a)が窒素原子含有単量体を含有する場合、単量体成分(a)における窒素原子含有単量体の含有割合(含有率)は、例えば、0.01〜10質量%、好ましくは0.02〜5質量%、さらに好ましくは0.03〜3質量%程度であってもよい。
(エポキシ基含有単量体)
エポキシ基含有単量体としては、例えば、エポキシ基含有(メタ)アクリレート[例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルオキシアルキル(メタ)アクリレート(例えば、2−グリシジルオキシエチル(メタ)アクリレートなどのグリシジルオキシC2−4アルキル(メタ)アクリレート)など]、アリルグリシジルエーテルなどが挙げられる。
エポキシ基含有単量体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
単量体成分(a)がエポキシ基含有単量体を含有する場合、単量体成分(a)におけるエポキシ基含有単量体の含有割合(含有率)は、例えば、0.01〜10質量%、好ましくは0.02〜5質量%、さらに好ましくは0.03〜3質量%程度であってもよい。
(紫外線吸収性単量体)
紫外線吸収性単量体(紫外線吸収性基を有する単量体)としては、例えば、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収性単量体、ベンゾフェノン系紫外線吸収性単量体などが挙げられる。
ベンゾトリアゾール系紫外線吸収性単量体としては、重合性基(例えば、(メタ)アクリロイル基)を有するベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、例えば、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシメチルフェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシメチルフェニル〕−5−tert−ブチル−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキ シ−5’−(メタ)アクリロイルアミノメチル−5’−tert−オクチルフェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシプロピルフェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシヘキシルフェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−3’−tert−ブチル−5’−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−3’−tert−ブチル−5’−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル〕−5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−tert−ブチル−3’−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル〕−5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル〕−5−シアノ−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル〕−5−tert−ブチル−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(β−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)−3’−tert−ブチルフェニル〕−4−tert−ブチル−2H−ベンゾトリアゾールなどが挙げられる。
ベンゾフェノン系紫外線吸収性単量体としては、重合性基(例えば、(メタ)アクリロイル基)を有するベンゾフェノン系紫外線吸収剤、例えば、2−ヒドロキシ−4−(メタ)アクリロイルオキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−〔2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイルオキシ〕プロポキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−〔2−(メタ)アクリロイルオキシ〕エトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−〔3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ〕ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−3−tert−ブチル−4−〔2−(メタ)アクリロイルオキシ〕ブトキシベンゾフェノンなどが挙げられる。
紫外線吸収性単量体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
単量体成分(a)が紫外線吸収性単量体を含有する場合、単量体成分(a)における紫外線吸収性単量体の含有割合(含有率)は、例えば、0.01〜10質量%、好ましくは0.02〜5質量%、さらに好ましくは0.03〜3質量%程度であってもよい。
(紫外線安定性単量体)
紫外線安定性単量体(重合性基を有する光安定剤、光安定性を有する単量体)としては、重合性基(例えば、(メタ)アクリロイル基、クロトノイル基など)を有する光安定剤(HALS)、例えば、4−(メタ)アクリロイルオキシ−2,2,6 ,6−テトラメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テ トラメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタ メチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイル−1−メトキシ−2,2,6,6−テトラ メチルピペリジン、4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テ トラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルアミノ−2,2,6,6− テトラメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルアミノ−1,2,2,6,6−ペン タメチルピペリジン、4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6− テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペ リジン、1−(メタ)アクリロイル−4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−クロトノイル−4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンなどのピペリジン(特に2,2,6,6−テトラメチルピペリジン)骨格を有する重合性不飽和化合物が挙げられる。
紫外線安定性単量体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
単量体成分(a)が紫外線安定性単量体を含有する場合、単量体成分(a)における紫外線安定性単量体の含有割合(含有率)は、例えば、0.01〜20質量%、好ましくは0.05〜10質量%、さらに好ましくは0.1〜5質量%程度であってもよい。
(官能基αを有する単量体)
単量体成分(a)は、官能基(官能基αという)を有する単量体を含んでいてもよい。
エマルション粒子(A)が、このような官能基αを有する単量体(又はそれ由来の構造単位)を有することで、水溶性ポリマー(B1)又は複合粒子(B)が有する官能基(後述の官能基β)の選択により、エマルション粒子(A)と水溶性ポリマー(B1)又は複合粒子(B)との間での結合を効率よく形成できる。
官能基αとしては、官能基βとの組み合わせ等により適宜選択でき、例えば、カルボニル基(又はカルボニル基含有基、例えば、ケトン基、アルデヒド基、アシル基など)、カルボキシル基、酸無水物基、酸ハライド基、カーボネート基、イソシアネート基、オキサゾリン基、オキサゾリジン基、ヒドラジノ基、エポキシ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基などが挙げられる。
官能基αを有する単量体は、これらの官能基を単独で又は2種以上組み合わせて有していてもよい。
これらの官能基の中でも、塗膜物性等の観点から、カルボニル基、カルボキシル基、オキサゾリン基、ヒドラジノ基、ヒドロキシル基などが好ましく、特にカルボニル基、カルボキシル基が好ましい。
具体的な官能基αを有する単量体としては、例えば、カルボニル基含有単量体、カルボキシル基含有単量体、オキサゾリン基含有単量体、ヒドロキシル基含有単量体などが含まれる。
カルボニル基含有単量体としては、例えば、不飽和アルデヒド[例えば、アルケナール(例えば、アクロレイン、メタクロレインなどのC3−10アルケナール)、(メタ)アクリロキシアルキルアルケナール(例えば、アクリルオキシアルキルプロペナール、メタクリルオキシアルキルプロペナール)、ホルミルスチロールなど]、不飽和ケトン[例えば、アルケノン(例えば、メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、ビニルブチルケトンなど)、(メタ)アクリロイルオキシアルカノン(例えば、アセトニルアクリレート、アセトニルメタクリレートなど)、N−(メタ)アクリロイルアミノアルカノン(例えば、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミドなど)、アルカンジオール(メタ)アクリレートアセチルアセテート(例えば、2−ヒドロキシプロピルアクリレートアセチルアセテート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレートアセチルアセテート、ブタンジオール−1,4−アクリレートアセチルアセテートなどのC2−6アルカンジオール(メタ)アクリレートアセチルアセテート)、アセトアセトキシアルキル(メタ)アクリレート(例えば、2−(アセトアセトキシ)エチルアクリレート、2−(アセトアセトキシ)エチルメタクリレート)など]などが挙げられる。
カルボキシル基含有単量体としては、前記例示の単量体、例えば、不飽和モノカルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などの脂肪族不飽和モノカルボン酸)、不飽和ジカルボン酸(例えば、マレイン酸、フマル酸などの脂肪族不飽和モノカルボン酸)などが挙げられる。
オキサゾリン基含有単量体としては、例えば、アルケニルオキサゾリン(例えば、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリンなどのC2−6アルケニルオキサゾリン、好ましくはビニル又はイソプロペニルオキサゾリン)、アルケニル−アルキルオキサゾリン(例えば、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロぺニル−5−エチル−2−オキサゾリンなどのC2−6アルケニル−C1−10アルキルオキサゾリン、好ましくはビニル又はイソプロペニル−C1−4アルキルオキサゾリンなど)などが挙げられる。
ヒドロキシル基含有単量体としては、前記例示の単量体(例えば、水酸基含有(メタ)アクリレート)などが挙げられる。
官能基αを有する単量体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、特に、カルボニル基含有単量体、不飽和モノカルボン酸(アクリル酸など)などが好ましく、特にカルボニル基含有単量体(中でも、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド)が好ましい。
単量体成分(a)が官能基αを有する単量体を含有する場合、単量体成分(a)における官能基αを有する単量体の含有割合(含有率)は、30質量%以下(例えば、20質量%以下)程度範囲から選択でき、例えば、0.01〜10質量%、好ましくは0.02〜5質量%、さらに好ましくは0.05〜3質量%程度であってもよく、0.1〜10質量%(例えば、0.1〜5質量%)程度であってもよい。
特に、官能基αを有する単量体として、カルボニル基含有単量体及び/又はカルボキシル基含有単量体を使用する場合、単量体成分(a)におけるカルボニル基含有単量体及び/又はカルボキシル基含有単量体の含有割合(含有率)は、3質量%以下(例えば、0.01〜2.5質量%)、好ましくは2質量%以下(例えば、0.1〜2質量%)、さらに好ましくは1.8質量%以下(例えば、0.3〜1.6質量%)、特に1.5質量%以下(例えば、0.5〜1.2質量%)であってもよい。
また、単量体成分(a)が、脂肪族(メタ)アクリレート及び/又は脂環構造を有する単量体、並びに官能基αを有する単量体を含有する場合、官能基αを有する単量体の含有割合(含有率)は、脂肪族(メタ)アクリレート及び/又は脂環構造を有する単量体100質量部に対して、例えば、10質量部以下(例えば、0.01〜10質量部)、好ましくは5質量部以下(例えば、0.2〜5質量部)、さらに好ましくは3質量部以下(例えば、0.3〜3質量部)程度であってもよく、特に2質量部以下(例えば、0.05〜1.5質量部)であってもよい。
(エマルション粒子(A)及びその製造方法)
エマルション粒子(A)は、エマルション状態にある樹脂粒子、例えば、単量体成分(a)を重合成分とする樹脂(樹脂粒子)(又は当該樹脂(又は樹脂粒子)が溶媒中に分散したもの)である。そのため、エマルション粒子(A)は、樹脂粒子と分散剤(樹脂粒子を被覆する分散剤)とで構成されていてもよい。
このようなエマルション粒子(A)は、通常、溶媒中で、単量体成分(a)を乳化重合することにより得てもよい。
溶媒としては、通常、水、水を含む溶媒[水とアルコール(メタノール、エタノールなどのC1−4アルコールなど)との混合溶媒など]などの水性溶媒が挙げられる。
単量体成分(a)を乳化重合させる方法としては、例えば、乳化剤(分散剤、界面活性剤)を含む溶媒(溶液)に、単量体成分(a)(および重合開始剤)を混合(滴下など)して重合する方法、予め乳化させておいた単量体成分(a)を溶媒に混合(滴下など)して重合する方法などが挙げられるが、本発明は、かかる方法のみに限定されるものではない。
なお、溶媒(媒体)の量は、得られる樹脂エマルションに含まれる不揮発分量等を考慮して適宜設定すればよい。
乳化剤(分散剤、界面活性剤)としては、例えば、アニオン性乳化剤、ノニオン性乳化剤、カチオン性乳化剤(例えば、デシルアンモニウムクロライドなどのアルキルアンモニウム塩)、両性乳化剤(例えば、ベタインエステル型乳化剤)、高分子乳化剤などが挙げられる。
アニオン性乳化剤としては、例えば、アンモニウムドデシルサルフェート、ナトリウムドデシルサルフェートなどのアルキルサルフェート塩;アンモニウムドデシルスルホネート、ナトリウムドデシルスルホネートなどのアルキルスルホネート塩;アンモニウムドデシルベンゼンスルホネート、ナトリウムドデシルナフタレンスルホネートなどのアルキルアリールスルホネート塩;ポリオキシエチレンアルキルサルフェート塩;ポリオキシエチレンアルキルアリールサルフェート塩;ジアルキルスルホコハク酸塩;アリールスルホン酸−ホルマリン縮合物;アンモニウムラウリレート、ナトリウムステアリレートなどの脂肪酸塩などが挙げられる。
ノニオン性乳化剤としては、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アリールエーテル、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの縮合体、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセライド、エチレンオキサイドと脂肪族アミンとの縮合体などが挙げられる。
高分子乳化剤としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムなどのポリ(メタ)アクリル酸塩;ポリビニルアルコール;ポリビニルピロリドン;ポリヒドロキシエチルアクリレートなどのポリヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;これらの重合体を構成する単量体のうちの1種類以上の単量体を共重合成分とする重合体などが挙げられる。
また、乳化剤としては、塗膜物性などの観点から、反応性基を有する乳化剤、すなわち、いわゆる反応性乳化剤を好適に使用してもよい。このような反応性乳化剤の中でも、特に、環境保護などの観点から、非ノニルフェニル型の乳化剤を好適に使用してもよい。
反応性乳化剤としては、例えば、プロペニル−アルキルスルホコハク酸エステル塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンスルホネート塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンホスフォネート塩〔例えば、三洋化成工業(株)製、商品名:エレミノールRS−30など〕、ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテルスルホネート塩〔例えば、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンHS−10など〕、アリルオキシメチルアルキルオキシポリオキシエチレンのスルホネート塩〔例えば、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンKH−10など〕、アリルオキシメチルノニルフェノキシエチルヒドロキシポリオキシエチレンのスルホネート塩〔例えば、(株)ADEKA製、商品名 :アデカリアソープSE−10など〕、アリルオキシメチルアルコキシエチルヒドロキシポリオキシエチレン硫酸エステル塩〔例えば、(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10、SR−30など〕、ビス(ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル)メタクリレート化スルホネート塩〔例えば、日本乳化剤(株)製、商品名:アントックスMS−60など〕、アリルオキシメチルアルコキシエチルヒドロキシポリオキシエチレン〔例えば、(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープER−20など〕、ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル〔例えば、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンRN−20など〕、アリルオキシメチルノニルフェノキシエチルヒドロキシポリオキシエチレン〔例えば、(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープNE−10など〕などが挙げられる。
乳化剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
単量体成分(a)100質量部あたりの乳化剤の量は、重合安定性等の観点から、好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上であり、塗膜物性等の観点から、好ましくは10質量部以下、より好ましくは7質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下であってもよい。
重合は、通常、重合開始剤の存在下で行ってもよい。
重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、2,2−アゾビス(2− メチルブチロニトリル)、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2, 2−アゾビス(2―ジアミノプロパン)ハイドロクロライド、4,4−アゾビス(4−シ アノ吉草酸)、2,2−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)などのアゾ化合物;過硫酸カリウムなどの過硫酸塩;過酸化水素、ベンゾイルパーオキサイド、パラクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、過酸化アンモニウムなどの過酸化物などが挙げられる。
これらの重合開始剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
単量体成分(a)100質量部あたりの重合開始剤の量は、重合速度を高め、未反応の単量体成分の残存量を低減させる等の観点から、好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上であり、塗膜物性等の観点から、好ましくは1質量部以下、さらに好ましくは0.5質量部以下である。
重合開始剤の添加方法は、特に限定されない。その添加方法としては、例えば、一括仕込み、分割仕込み、連続滴下などが挙げられる。また、重合反応の終了時期を早める等の観点から、単量体成分(a)を反応系内に添加する終了前またはその終了後に、重合開始剤の一部を反応容器内に添加してもよい。
なお、重合開始剤の分解を促進するために、例えば、亜硫酸水素ナトリウムなどの還元剤、硫酸第一鉄などの遷移金属塩などの重合開始剤の分解剤を反応系内に適量で添加してもよい。
また、反応系内には、必要により、例えば、チオール基を有する化合物(tert−ドデシルメルカプタンなど)などの連鎖移動剤、pH緩衝剤、キレート剤、造膜助剤などの添加剤を存在させてもよい。
単量体成分(a)100質量部あたりの添加剤の量は、その種類によって異なるので一概には決定することができないが、例えば、0.01〜5質量部、好ましくは0.1〜3質量部であってもよい。
単量体成分(a)を乳化重合させる際の雰囲気は、特に限定されないが、重合効率などの観点から、窒素ガスなどの不活性ガスであってもよい。
単量体成分(a)を乳化重合させる際の重合温度は、特に限定がないが、例えば、50〜100℃、好ましくは60〜95℃であってもよい。重合温度は、一定であってもよく、重合反応の途中で変化させてもよい。
単量体成分(a)を乳化重合させる重合時間は、特に限定がなく、重合反応の進行状況に応じて適宜設定すればよいが、通常、1時間以上(例えば、1〜24時間)、好ましくは2〜12時間(例えば、2〜9時間)程度であってもよい。
エマルション粒子(A)は、単層構造であっても(1層のみで構成されていても)よく、多層構造(又はコアシェル構造)であっても(内層が構成されていても、外層(最外層)と内層とで構成されていても)よい。多層構造(コアシェル構造)であることで、塗膜の物性等の点で有利になる場合がある。
エマルション粒子(A)が多層構造である場合、層の数は2以上であればよく、例えば、2〜6、好ましくは2〜5、さらに好ましくは2〜4(例えば、2〜3)であってもよく、特に3であってもよい。
エマルション粒子(A)が多層構造である場合、外層(シェル)及び内層(コア)は、それぞれ、前記例示の単量体成分(a)を重合成分とする樹脂で構成する限り、異なる樹脂であってもよい。
例えば、単量体成分(a)を重合成分とする限り、多層構造を、硬質層(ハード層)と軟質層(ソフト層)とで構成(相対的に構成)してもよい。このような場合、外層及び内層のいずれをハード層としてもよく、すなわち、外層がハード層及び内層がソフト層の層構成であってもよく、外層がソフト層及び内層がハード層の層構成であってもよい。また、内層が複数の層で構成されている場合、複数の内層間で、ハード層及びソフト層を構成してもよい。
また、多層構造を有するエマルション粒子(A)が官能基αを有する単量体を含む単量体成分(a)のポリマーで構成される場合、通常、官能基αを有する単量体を含む単量体成分(a)のポリマーは、通常、少なくとも外層を構成する場合が多く、外層及び内層を構成してもよい。
このように多層構造のエマルション粒子(A)は、それぞれの層が独立して単量体成分(a)を重合成分とする樹脂で構成されていればよく、各層の樹脂の組成などは前記と同様の範囲から選択できる。
エマルション粒子(A)が内層を有する場合、塗膜物性等の観点から、例えば、内層を構成する樹脂の原料である単量体成分(a)において、アルキル(メタ)アクリレートの含有率は、好ましくは5〜25質量%、より好ましくは10〜20質量%であり、脂環構造含有単量体の含有率は、好ましくは55〜80質量%、より好ましくは60〜75質量%であり、水酸基含有(メタ)アクリレートの含有率は、好ましくは0.5〜5質量%、より好ましくは1〜3質量%であり、芳香族系単量体の含有率は、好ましくは0〜20質量%、より好ましくは5〜15質量%であり、ケイ素原子含有単量体の含有率は、好ましくは0〜5質量%、より好ましくは1〜3質量%であり、カルボキシル基含有単量体の含有率は、好ましくは0〜5質量%であり、紫外線安定性単量体の含有率は、好ましくは0〜5質量%であり、カルボニル基含有単量体の含有率は、好ましくは0〜5質量%、より好ましくは0〜3質量%であってもよい。
外層を構成する樹脂の溶解パラメーター(SP値)は、内層を構成する樹脂のSP値よりも高いことが、塗膜の可撓性および造膜性を向上させる等の観点から好ましい。また、内層を構成する樹脂のSP値と外層を構成する樹脂のSP値の差(絶対値)は、エマルション粒子内で層分離構造を形成させる観点から、大きいことが好ましい。
なお、SP値は、ヒルデブラント(Hildebrand)によって導入された正則溶液論により定義される値であり、2成分系溶液の溶解度の目安にもなっている。一般に、SP値が近い物質同士は互いに混ざりやすい傾向がある。したがって、SP値は、溶質と溶媒との混ざりやすさを判断する目安にもなっている。
内層を構成する重合体(樹脂、ポリマー)と外層を構成する重合体(樹脂、ポリマー)との質量比(内層を構成する重合体/外層を構成する重合体)は、塗膜強度および塗膜の耐透水性を向上させる等の観点から、例えば、95/5〜5/95(例えば、90/10〜10/90)、好ましくは88/12〜12/88(例えば、85/15〜15/85)であってもよく、95/5〜20/80(例えば、90/10〜30/70、好ましくは88/12〜40/60)であってもよい。
また、特に、エマルション粒子(A)が3層構造である場合、エマルション粒子(A)全体に対して、1段目の層の割合は10〜25質量%、2段目の層の割合は40〜55質量%、3段目の層の割合は20〜45質量%程度であってもよい。
なお、内層を形成させる際の乳化重合の方法および重合条件は、前記樹脂エマルション を製造する際の方法および重合条件と同様であればよい。
エマルション粒子(A)を構成する樹脂(重合体)は、架橋構造を有していてもよい。
エマルション粒子(A)を構成する樹脂の重量平均分子量は、塗膜の耐透水性を向上させる等の観点から、例えば、10万以上、好ましくは30万以上、さらに好ましくは55万以上、特に好ましくは60万以上であってもよい。
また、エマルション粒子(A)を構成する樹脂の重量平均分子量の上限値は、架橋構造を有する場合、その重量平均分子量を測定することが困難なため、特に限定されないが、例えば、架橋構造を有しない樹脂である場合には、造膜性を向上させる等の観点から、500万以下であることが好ましい。
重量平均分子量は、例えば、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー〔例えば、東ソー(株)製、品番:HLC−8120GPC、カラム:TSKgel G−5000HXLとTSKgel GMHXL−Lとを直列に使用〕を用いて測定できる重量平均分子量(ポリスチレン換算)であってもよい。
エマルション粒子(A)(多層構造のエマルション粒子である場合には、粒子全体)のガラス転移温度は、塗膜物性等の観点から、好ましくは−20℃以上、より好ましくは−10℃以上、さらに好ましくは0℃以上であってもよく、塗膜物性等の観点から、好ましくは50℃以下、より好ましくは40℃以下、さらに好ましくは30℃以下、さらに一層好ましくは20℃以下であってもよい。
エマルション粒子(A)が、多層構造を有する場合、内層と外層とで異なるガラス転移温度であってもよく、例えば、高ガラス転移温度の層と低ガラス転移温度の層とで多層構造を形成してもよい。
例えば、高ガラス転移温度の層(例えば、内層又は外層)を構成する樹脂のガラス転移温度は、塗膜物性等の等の観点から、好ましくは55℃以上、より好ましくは60℃以上、さらに好ましくは65℃以上であり、塗膜物性等の観点から、好ましくは120℃以下、より好ましくは110℃以下、さらに好ましくは100℃以下であってもよい。
また、低ガラス転移温度の層(例えば、外層又は内層)を構成する樹脂のガラス転移温度は、塗膜強度を高める等の観点から、好ましくは−70℃以上、より好ましくは−60℃以上であり、耐水クラック性を向上させる等の観点から、好ましくは0℃以下、より好ましくは−10℃以下、さらに好ましくは−20℃以下であってもよい。
なお、内層が複数の層で構成されている場合、すべての層を低ガラス転移温度の層又は高ガラス転移温度の層としてもよく、内層を高ガラス転移温度の層と低ガラス転移温度の層とで構成してもよい。
なお、本明細書において、樹脂のガラス転移温度は、当該樹脂(重合体)を構成する単量体成分に使用されている単量体の単独重合体のガラス転移温度を用いて、
式(I): 1/Tg=Σ(Wm/Tgm)/100 (I)
〔式中、Wmは重合体を構成する単量体成分における単量体mの含有率(質量%)、Tgmは単量体mの単独重合体のガラス転移温度(絶対温度:K)を示す〕
で表されるフォックス(Fox)の式に基づいて求められた温度を意味してもよい。
本明細書においては、エマルション粒子(A)を構成する重合体のガラス転移温度は、特に断りがない限り、式(I)に基づいて求められたガラス転移温度を意味してもよい。
例えば、多層構造を有するエマルション粒子(A)を構成する重合体全体のガラス転移温度は、多段乳化重合の際に用いられたすべての単量体成分における各単量体の質量分率とこれに対応する単量体の単独重合体のガラス転移温度から求められたガラス転移温度を意味する。なお、特殊単量体、多官能単量体などのようにガラス転移温度が不明の単量体については、単量体成分における当該ガラス転移温度が不明の単量体の合計量が質量分率で10質量%以下である場合、ガラス転移温度が判明している単量体のみを用いてガラス転移温度が求められる。
単量体成分におけるガラス転移温度が不明の単量体の合計量が質量分率で10質量%を超える場合には、重合体のガラス転移温度は、示差走査熱量分析(DSC)、示差熱量分析(DTA)、熱機械分析(TMA)などによって求められる。
重合体のガラス転移温度は、単量体成分の組成を調整することにより、容易に調節することができる。エマルション粒子(A)を構成する重合体のガラス転移温度を考慮して、当該エマルション粒子(A)を構成する重合体の原料として用いられる単量体成分の組成を決定することができる。
重合体のガラス転移温度は、例えば、2−エチルヘキシルアクリレートの単独重合体では−70℃、シクロヘキシルメタクリレートの単独重合体では83℃、スチレンの単独重合体では100℃、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの単独重合体では70℃、2−ヒドロキシエチルメタクリレートの単独重合体では55℃、メチルメタクリレートの単独重合体では105℃、メタクリル酸の単独重合体では130℃、tert−ブチルメタクリレートの単独重合体では107℃、1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジルメタクリレートの単独重合体では約130℃、ダイアセトンアクリルアミドの単独重合体では77℃、グリセリンモノメタクリレートの単独重合体では55℃、n−ブチルメタクリレートの単独重合体では20℃、n−ブチルアクリレートの単独重合体では−56℃である。
エマルション粒子(A)の平均粒子径は、エマルション粒子(A)自体の機械的安定性等の観点から、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上であってもよく、塗膜物性等の観点から、好ましくは300nm以下、より好ましくは200nm以下であってもよい。エマルション粒子(A)の平均粒子径は、代表的には、50〜300nm(例えば、60〜250nm)、好ましくは80〜200nm、さらに好ましくは100〜180nm程度であってもよい。
なお、本明細書において、エマルション粒子(A)の平均粒子径は、動的光散乱法による粒度分布測定器〔パーティクル・サイジング・システムズ(Particle Sizing Systems)社製、商品名:NICOMP Model 380〕を用いて測定された体積平均粒子径を意味する。
エマルション粒子(A)における樹脂の含有率(多層構造である場合には、内層及び外層を構成する樹脂の合計の含有率)は、塗膜物性等の観点から、例えば、20質量%以上(例えば、25〜100質量%)、好ましくは30質量%以上(例えば、35〜90質量%)、さらに好ましくは40質量%以上(例えば、45〜85質量%)であってもよい。
樹脂エマルションにおける粒子(又は固形分)の固形分(不揮発分)量は、生産性等の観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上であり、取り扱い性を向上させる等の観点から、好ましくは70質量%以下、より好ましくは60質量%以下であってもよい。
なお、エマルションにおける不揮発分量は、例えば、樹脂エマルション1gを秤量し、熱風乾燥機で110℃の温度で1時間乾燥させ、得られた残渣を不揮発分とし、
式:〔樹脂エマルションにおける不揮発分量(質量%)〕=(〔残渣の質量〕÷〔樹脂エマルション1g〕)×100
に基づいて求めることができる。
また、エマルションの最低造膜温度は、造膜性を向上させる等の観点から、好ましくは10℃以下、より好ましくは0℃以下である。エマルションの最低造膜温度は、例えば、エマルション粒子全体のガラス転移温度や最外層のガラス転移温度を調節することによって調整することができる。
なお、本明細書において、エマルションの最低造膜温度は、例えば、熱勾配試験機の上に置いたガラス板上に樹脂エマルションを厚さが0.2mmとなるようにアプリケーターで塗工し、クラックが生じたときの温度などとして求めることができる。
なお、本発明の組成物は、エマルション粒子(A)を含んでいればよく、エマルション粒子(A)を、溶媒(又は媒体)を含むエマルション(エマルション粒子(A)が溶媒に分散したエマルション)として含んでいてもよい。
[複合粒子(B)]
本発明の複合粒子(複合材料、コンポジット)(B)は、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とが複合化した粒子(複合材料、コンポジット)である。
(水溶性ポリマー(B1))
水溶性ポリマー(B1)としては、特に限定されず、例えば、ビニルアルコール系樹脂(例えば、ポリビニルアルコールなどのビニルアルコール単位を有する樹脂)、ビニルラクタム系樹脂[例えば、ポリビニルピロリドンなどのビニルラクタム(N−ビニルラクタム)を重合成分とする樹脂(ビニルラクタム系樹脂、ビニルラクタム系ポリマー、N−ビニル環状ラクタム系ポリマー)]、オキシアルキレン系樹脂(例えば、ポリエチレングリコールなどのオキシエチレン単位を有する樹脂など)、アクリル酸系樹脂(例えば、ポリアクリル酸などの(メタ)アクリル酸を重合成分とする樹脂など)、水性ポリオール[例えば、アクリルポリオール(例えば、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートなどの前記例示の水酸基含有(メタ)アクリレートと(メタ)アクリル酸とを重合成分とするポリマーなど)]、アクリルアミド系樹脂(例えば、ポリアクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミド系モノマーを重合成分とする樹脂)、ウレタン系樹脂(水溶性ウレタン系樹脂)、ポリエステル系樹脂(水溶性ポリエステル系樹脂)、セルロース系樹脂(又は水性セルロース系樹脂、例えば、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロースエーテルなど)などが挙げられる。
これらの水溶性ポリマー(B1)は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
代表的な水溶性ポリマー(B1)には、ビニルアルコール系樹脂、ビニルラクタム系樹脂、オキシアルキレン系樹脂、アクリル酸系樹脂、水性ポリオール、アクリルアミド系樹脂などが含まれ、中でも、ビニルラクタム系樹脂[例えば、N−ビニル環状ラクタム系ポリマー(例えば、N−ビニルピロリドン系ポリマー)]が好ましい。
水溶性ポリマー(B1)は、単量体成分(b)のポリマー(単量体成分(b)を重合成分とするポリマー)であってもよい。
単量体成分(b)は、ポリマーに水溶性を付与できる限り特に限定されないが、特に、水溶性を付与できるモノマー(水溶性モノマー)を含んでいてもよい。
(水溶性モノマー)
水溶性を付与できるモノマー(水溶性モノマー)としては、ヒドロキシル基(水酸基)を有するモノマー(例えば、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートなどの前記例示の水酸基含有(メタ)アクリレートなど)、カルボキシル基を有するモノマー(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などの前記例示のカルボキシル基含有単量体など)、ラクタム系モノマー(例えば、ビニルピロリドン(N−ビニルピロリドン)、ビニルカプロラクタム(N−ビニルカプロラクタム)など)などが挙げられる。
また、種類によっては、後述の官能基βを有する単量体を、水溶性モノマー(官能基βを有する水溶性モノマー)として使用することもできる。
これらの中でも、水溶性モノマーは、ラクタム系モノマー(特に、ビニルピロリドンなどのN−ビニル環状ラクタム系モノマー)を好適に含んでいてもよい。このようなラクタム系モノマーを含む単量体成分(b)を重合成分とするポリマー、すなわち、ラクタム系ポリマー(特にビニルピロリドン系ポリマー)は、塗膜物性などの点で総合的に優れている場合が多く、好適である。
水溶性モノマーは、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
単量体成分(b)が水溶性モノマー(例えば、ラクタム系モノマー)を含有する場合、単量体成分(b)における水溶性モノマーの含有割合(含有率)は、水溶性モノマーの種類に応じて適宜選択でき、例えば、20質量%以上、好ましくは30質量%以上、さらに好ましくは50質量%以上、特に80質量%以上、特に好ましくは85質量%以上であってもよい。
なお、単量体成分(b)が、水溶性モノマー及び他のモノマーを含む場合、単量体成分(b)における水溶性モノマーの割合(上限割合)は、例えば、99質量%以下、好ましくは98.5質量%以下、さらに好ましくは98質量%以下であってもよい。
(官能基βを有する単量体)
単量体成分(b)は、官能基(官能基βという)を有する単量体を含んでいてもよい。
官能基βとしては、前記官能基αと同様の官能基、例えば、カルボニル基(又はカルボニル基含有基、例えば、ケトン基、アルデヒド基、アシル基など)、カルボキシル基、酸無水物基、酸ハライド基、カーボネート基、イソシアネート基、オキサゾリン基、オキサゾリジン基、ヒドラジノ基、エポキシ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基などが挙げられる。
官能基βを有する単量体は、これらの官能基を単独で又は2種以上組み合わせて有していてもよい。
これらの官能基の中でも、導入のしやすさ等の観点から、カルボニル基、カルボキシル基、オキサゾリン基、ヒドラジノ基、ヒドロキシル基などが好ましく、特にカルボニル基、カルボキシル基が好ましい。
また、官能基βは、官能基α(官能基αを有する単量体)との組み合わせにおいて、架橋構造(又は結合)を形成しうる官能基であってもよい。このような架橋構造(又は結合)は、官能基αと官能基βとの直接的な反応により形成してもよく、後述のように、架橋剤を介して官能基αと官能基βとが架橋構造を形成してもよい。
具体的な官能基βを有する単量体としては、例えば、カルボニル基含有単量体、カルボキシル基含有単量体、ヒドロキシル基含有単量体などが含まれる。
カルボニル基含有単量体としては、例えば、不飽和アルデヒド[例えば、アルケナール(例えば、アクロレイン、メタクロレインなどのC3−10アルケナール)、(メタ)アクリロキシアルキルアルケナール(例えば、アクリルオキシアルキルプロペナール、メタクリルオキシアルキルプロペナール)、ホルミルスチロールなど]、不飽和ケトン[例えば、アルケノン(例えば、メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、ビニルブチルケトンなど)、(メタ)アクリロイルオキシアルカノン(例えば、アセトニルアクリレート、アセトニルメタクリレートなど)、N−(メタ)アクリロイルアミノアルカノン(例えば、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミドなど)、アルカンジオール(メタ)アクリレートアセチルアセテート(例えば、2−ヒドロキシプロピルアクリレートアセチルアセテート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレートアセチルアセテート、ブタンジオール−1,4−アクリレートアセチルアセテートなどのC2−6アルカンジオール(メタ)アクリレートアセチルアセテート)、アセトアセトキシアルキル(メタ)アクリレート(例えば、2−(アセトアセトキシ)エチルアクリレート、2−(アセトアセトキシ)エチルメタクリレート)など]などが挙げられる。
カルボキシル基含有単量体としては、前記例示の単量体、例えば、不飽和モノカルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などの脂肪族不飽和モノカルボン酸)、不飽和ジカルボン酸(例えば、マレイン酸、フマル酸などの脂肪族不飽和モノカルボン酸)などが挙げられる。
オキサゾリン基含有単量体としては、例えば、アルケニルオキサゾリン(例えば、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリンなどのC2−6アルケニルオキサゾリン、好ましくはビニル又はイソプロペニルオキサゾリン)、アルケニル−アルキルオキサゾリン(例えば、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロぺニル−5−エチル−2−オキサゾリンなどのC2−6アルケニル−C1−10アルキルオキサゾリン、好ましくはビニル又はイソプロペニル−C1−4アルキルオキサゾリンなど)などが挙げられる。
ヒドロキシル基含有単量体としては、前記例示の単量体(例えば、水酸基含有(メタ)アクリレート)などが挙げられる。
官能基βを有する単量体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、特に、カルボニル基含有単量体、不飽和モノカルボン酸(アクリル酸など)などが好ましく、特にカルボニル基含有単量体(中でも、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド)が好ましい。
単量体成分(b)が官能基βを有する単量体を含有する場合、単量体成分(b)における官能基βを有する単量体の含有割合(含有率)は、例えば、30質量%以下(例えば、0.01〜25質量%)、好ましくは20質量%以下(例えば、0.05〜15質量%)、さらに好ましくは10質量%以下(例えば、0.1〜8質量%)、特に5質量%以下(例えば、0.2〜4質量%)程度であってもよい。
特に、官能基βを有する単量体として、カルボニル基含有単量体及び/又はカルボキシル基含有単量体を使用する場合、単量体成分(b)における含有割合(含有率)は、20質量%以下(例えば、0.01〜18質量%)、好ましくは15質量%以下(例えば、0.1〜12質量%)、さらに好ましくは10質量%以下(例えば、0.3〜8質量%)、特に5質量%以下(例えば、0.5〜4質量%)であってもよい。
また、単量体成分(b)が、水溶性モノマー(官能基βを有しない水溶性モノマー、例えば、ビニルピロリドンなどのラクタム系モノマー)及び官能基βを有する単量体を含む場合、水溶性モノマー100質量部に対する官能基βを有する単量体の割合は、例えば、30質量部以下(例えば、0.01〜25質量部)、好ましくは20質量部以下(例えば、0.05〜15質量部)、さらに好ましくは10質量部以下(例えば、0.1〜8質量部)、特に5質量部以下(例えば、0.2〜4質量部)程度であってもよい。
なお、単量体成分(b)は、ポリマーに水溶性を付与する限り、他のモノマーを含んでいてもよい。他のモノマーとしては、例えば、単量体成分(a)の項で例示の単量体(例えば、アルキル(メタ)アクリレート、芳香族系単量体、ケイ素原子含有単量体、フッ素原子含有単量体、エポキシ基含有単量体、紫外線吸収性単量体、紫外線安定性単量体など)などが挙げられるが、特に限定されない。
他のモノマーは、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
単量体成分(b)が他のモノマー(官能基βを有しない非水溶性又は疎水性モノマー)を含む場合、単量体成分(b)における他のモノマーの割合は、水溶性モノマーの種類等に応じて適宜選択でき、例えば、20質量%以下(例えば、0.01〜18質量%)、好ましくは15質量%以下(例えば、0.1〜12質量%)、さらに好ましくは10質量%以下(例えば、0.3〜5質量%)であってもよい。
なお、水溶性ポリマー(B1)が共重合体である場合(例えば、ラクタム系モノマー及び官能基βを有する単量体を含む単量体成分(b)を重合成分とするポリマーである場合など)、共重合体は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体などのいずれであってもよいが、長期親水性等の塗膜物性等の観点から、ブロック共重合体やグラフト共重合体(特に、グラフト共重合体)であるのが好ましい。
水溶性ポリマー(B1)の重量平均分子量は、ポリマーの種類に応じて適宜選択でき、特に限定されないが、塗膜物性等の観点から、例えば、1000〜300万、より好ましくは3000〜100万、さらに好ましくは5000〜50万、特に7000〜30万、特に好ましくは1万〜20万であってもよい。特に、水溶性ポリマー(B1)を、比較的高分子量[例えば、重量平均分子量5万以上(例えば、5.5万〜50万)、好ましくは6万以上(例えば、6.5万〜30万)、さらに好ましくは7万以上(例えば、7.5万〜20万)、特に8万以上(例えば、8.5万〜18万)、通常5万〜20万]とすることで、長期親水性などの点で有利になる場合がある。
なお、重量平均分子量は、例えば、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー〔例えば、東ソー(株)製、品番:HLC−8120GPC、カラム:TSKgel G−5000HXLとTSKgel GMHXL−Lとを直列に使用〕を用いて測定できる重量平均分子量(ポリスチレン換算)であってもよい。
なお、水溶性ポリマーは、市販品を使用してもよく、例えば、溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法、沈殿重合法などの重合方法によって調製してもよい。これらの重合方法のなかでは、溶液重合法が好ましく、溶媒として水を用いた溶液重合法がより好ましい。
水溶性ポリマーを溶液重合法によって調製する場合、溶媒が用いられる。溶媒としては 、例えば、水、アルコール、エーテル、ケトン、エステル、アミド、スルホキシド、炭化水素化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。好適な溶媒としては、例えば、水、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピル アルコール、イソプロピルアルコール、tert−ブチルアルコール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、トルエン、酢酸エチルなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
これらの溶媒は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
なお、前記溶媒には、必要により、有機アミン化合物、アンモニア、アルカリ金属水酸化物などが適量で含まれていてもよい。
水溶性ポリマーを調製する際の重合温度は、特に限定されないが、通常、好ましくは0〜100℃、より好ましくは50〜80℃である。また、重合反応の際の圧力は、常圧であってもよく、減圧であってもよく、あるいは加圧であってもよい。重合反応の際の雰囲気は、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素ガスなどの不活性ガスであることが好ましい。
重合の際には、重合開始剤を用いることができる。重合開始剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩;過酸化水素;メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイドなどのケトンパーオキサイド;tert−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、p−メンタンハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイドなどのハイドロパーオキサイド;ジtert−ブチルパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、α,α’−ビス(tert−ブチルパーオキシ)p−ジイソプロピルヘキシンなどのジアルキルパーオキサイド;tert−ブチルパーオキシアセテート、tert−ブチルパーオキシラウレート、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、ジtert−ブチルパーオキシイソフタレート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、tert−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネートなどのパーオキシエステル;n−ブチル−4,4−ビス(tert−ブチルパーオキシ)バレエート、2,2−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ブタンなどのパーオキシケタール;ジベンゾイルパーオキサイドなどのジアシルパーオキサイドなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
これらの重合開始剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。重合に供する単量体成分(b)100質量部あたりの重合開始剤の量は、特に限定されないが、通常、0.01〜10質量部程度であることが好ましい。なお、重合開始剤は、重合反応の開始時に一括で仕込んでもよく、重合反応中に逐次添加してもよい。
前記重合開始剤は、適量の還元剤と併用することができる。還元剤としては、例えば、鉄(II)塩、亜ジチオン酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウム、アスコルビン酸などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
(無機粒子(B2))
無機粒子(B2)[又は無機粒子(B2)を構成する無機物(無機成分)]としては、特に限定されず、例えば、金属又は非金属の単体や合金(例えば、金、パラジウム、黒鉛など)、無機化合物[例えば、酸化物、水酸化物、無機酸塩(炭酸カルシウムなどの炭酸塩;リン酸カルシウム、リン酸チタンなどのリン酸塩;マイカ、珪酸カルシウム、ベントナイト、ゼオライトなどのケイ酸塩;タングステン酸カルシウムなどのタングステン酸塩;チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、チタン酸アルミニウムなどのチタン酸塩など)、窒化物(窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化チタンなど)、炭化物(炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステンなど)、ホウ化物(ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウムなど)など]などが挙げられる。
酸化物(無機酸化物)としては、金属酸化物又は非金属酸化物、例えば、周期表第1族元素(例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウムなど)、周期表第2族元素(例えば、カルシウム、バリウムなど)、遷移金属元素[例えば、周期表第3族元素(例えば、イットリウム、セリウムなど)、周期表第4族元素(例えば、チタン、ジルコニウム、ハフニウムなど)、周期表第5族元素(例えば、ニオブ、タンタルなど)、周期表第6族元素(例えば、タングステンなど)、周期表第8〜10族元素(例えば、鉄、コバルト、ニッケルなど)、周期表第11族元素(例えば、銅、銀など)など]、周期表第12族元素(例えば、亜鉛など)、周期表第13族元素(例えば、アルミニウム、インジウムなど)、周期表第14族元素(例えば、ケイ素、ゲルマニウム、スズなど)、周期表第15族元素(例えば、アンチモン、ビスマスなど)などの金属又は非金属元素の酸化物が挙げられる。
酸化物は、単一の金属又は非金属元素を含む酸化物であってもよく、2種以上の金属又は非金属元素を含む酸化物(又は複酸化物)であってもよい。
これらのうち、代表的な無機粒子は、無機酸化物粒子(無機酸化物で構成された粒子)であり、中でも、酸化ケイ素(シリカ)粒子、酸化チタン粒子(チタニア粒子)、酸化ジルコニウム粒子(ジルコニア粒子)、酸化鉄粒子、酸化亜鉛粒子、酸化アルミニウム粒子(アルミナ粒子)などが好ましく、特にシリカ粒子が好ましい。
なお、酸化ケイ素(シリカ)粒子は、二酸化ケイ素(SiO)を含んでいればよく、他の元素(例えば、アルミニウムなど)やその酸化物を一部に含んでいてもよい。
無機粒子は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
なお、無機粒子(金属又は非金属酸化物など)は、天然物などであってもよく、対応する加水分解縮合性化合物(すなわち、加水分解縮合性金属化合物、例えば、金属アルコキシド)の加水分解により得られた加水分解縮合物(いわゆる、ゾルゲル法により得られた金属又は非金属酸化物)などであってもよい。
無機粒子(又は無機粒子の表面)は、官能基(金属又は非金属原子に直接結合したヒドロキシル基、アルコキシ基などの加水分解縮合性基などのゾルゲル反応の原料由来の官能基など)を有していてもよい。
また、このような官能基は、水溶性ポリマー(B1)と親和性を有していてもよく、特に、水溶性ポリマーと結合を形成してもよい。例えば、水溶性ポリマーと無機粒子との組み合わせが、N−ビニル環状ラクタム系ポリマー(例えば、ビニルピロリドン系ポリマー)と、官能基を有するシリカ粒子との組み合わせであり、シリカ粒子の官能基と、N−ビニル環状ラクタム系ポリマー(例えば、N−ビニルピロリドン骨格)とで結合を形成していてもよい。代表的な態様では、N−ビニル環状ラクタム系ポリマー(ポリビニルピロリドンなど)である水溶性ポリマー(B1)中の(アミド)カルボニル基が水素結合受容基となり、水酸基を有するシリカ粒子である無機粒子(B2)の水酸基(シラノール基)と水素結合を形成することにより複合化されている。
無機粒子(又は無機粒子の表面)は、中性、アニオン性、カチオン性などのいずれであってもよい。また、無機粒子(又は無機粒子の表面)は、表面処理されていてもよい。表面処理としては、特に限定されず、金属又は金属酸化物(アルミナなどの金属酸化物)による処理、酸処理(例えば、酢酸などのカルボン酸による表面処理)などであってもよい。
好ましい無機粒子には、中性又はカチオン性の無機粒子(シリカ粒子)、金属酸化物により表面処理された無機粒子、酸により表面処理された無機粒子などが挙げられ、更に好ましい無機粒子には、中性又はカチオン性の無機粒子が含まれる。
なお、無機粒子は、コロイド状又はコロイド粒子(コロイダルシリカなど)であってもよい。
無機粒子(B2)の平均粒子径(一次粒子径)は、無機粒子の種類などに応じて適宜選択でき、例えば、1000nm以下(例えば、800nm以下)、好ましくは700nm以下(例えば、1〜500nm)、さらに好ましくは500nm以下(例えば、3〜500nm)、さらに好ましくは400nm以下(例えば、5〜350nm)程度であってもよく、特に100nm以下(例えば、1〜80nm、好ましくは2〜50nm、さらに好ましくは3〜30nm程度)であってもよい。
(複合粒子(コンポジット粒子)及びその製造方法)
前記のように、複合粒子(B)は、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とが複合化した粒子(コンポジット)である。
すなわち、本発明の組成物において、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とは単に混在(共存)しているだけではなく、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とが複合化した複合粒子(B)として存在している。
なお、複合粒子(B)において、水溶性ポリマー(B1)及び無機粒子(B2)の存在の形態は、これらが複合化されていればよい。例えば、無機粒子(B2)を水溶性ポリマー(B1)が被覆(又は無機粒子(B2)の表面に水溶性ポリマー(B1)が存在)していてもよく、水溶性ポリマー(B1)表面を無機粒子(B2)が被覆していてもよい。
複合粒子(B)は、一方の成分(例えば、無機粒子(B2))をコア、他方の成分(例えば、水溶性ポリマー(B1))をシェルとするコアシェル粒子であってもよい。
また、複合粒子(B)において、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とは反応により結合[例えば、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)が有する官能基(例えば、ヒドロキシル基など)とが反応して結合]を形成してもよい。
すなわち、後述のように、本発明の組成物が溶媒(水性溶媒など)を含む場合であっても、通常、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とは複合化状態を保持している[例えば、一方の成分(例えば、水溶性ポリマー(B1))が他の成分(例えば、無機粒子(B2))の表面に偏在している]。
なお、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)との複合(コンポジット)状態は、X線回折や赤外分光法(IR)などの慣用の手法により確認してもよい。
複合粒子(B)において、無機粒子(B2)の割合は適宜選択できるが、例えば、水溶性ポリマー(B1)100質量部に対して、無機粒子(B2)1〜10000質量部、好ましくは5〜5000質量部(例えば、10〜3000質量部)、さらに好ましくは10〜1000質量部(例えば、20〜800質量部)程度であってもよく、200質量部以下(例えば、5〜180質量部、好ましくは10〜150質量部、さらに好ましくは20〜100質量部)程度であってもよい。
なお、複合粒子(B)の平均粒子径(一次粒子径)は、前記無機粒子(B2)と同様の範囲から選択できる。
複合粒子(B)は、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とを複合化できる限り特に限定されないが、代表的には、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とを混合する(接触させる)ことで製造できる。
混合は、溶媒の存在下(溶媒中)で行ってもよい。溶媒としては、前記例示の溶媒と同様の溶媒を使用できる。好ましい溶媒は、水、水を含む溶媒(水性溶媒)である。
なお、水溶性ポリマー(B1)を溶媒を含む系で合成する場合、水溶性ポリマー(B1)及び溶媒を含む反応液を、無機粒子(B2)との混合に供してもよい。
また、混合は、好ましくは加熱(加温)下で行ってもよい。加熱温度(混合温度)としては、溶媒の種類などに応じて選択でき、特に限定されないが、例えば、40℃以上(例えば、45〜150℃)、好ましくは50℃以上(例えば、55〜130℃)、さらに好ましくは60℃以上(例えば、65〜120℃)、特に70℃以上(例えば、75〜110℃)程度であってもよい。
混合時間(接触時間)は、例えば、10分以上(例えば、20分〜48時間)、好ましくは30分以上(例えば、40分〜24時間)、さらに好ましくは1時間以上(例えば、1.5〜18時間)、特に2時間以上(例えば、3〜12時間)であってもよい。
なお、混合(接触)は撹拌下で行ってもよい。また、混合(接触)は、溶媒を除去しつつ行ってもよい。溶媒を除去(分離)しつつ接触させることで、効率よく複合化しやすい。
溶媒を除去しつつ混合する方法としては特に限定されないが、例えば、開放系で加熱することで、溶媒(水など)を除去しつつ混合できる。
(組成物)
本発明の組成物は、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)(又はコンポジット(B))とを含む。
エマルション粒子(A)と複合粒子(B)との割合は、例えば、前者/後者(質量比)=99.99/0.01〜15/85(例えば、99.97/0.03〜18/82)程度の範囲から選択でき、99.9/0.1〜20/80(例えば、99.8/0.2〜30/70)、好ましくは99.5/0.5〜40/60(例えば、99.2/0.8〜50/50)、さらに好ましくは99/1〜60/40(例えば、98.5/1.5〜70/30)、特に98/2〜80/20(例えば、97/3〜85/15)程度であってもよく、99.5/0.5〜90/10であってもよい。
このような組成物において、エマルション粒子(A)及び複合粒子(B)の存在形態は、特に限定されないが、互いに分離していてもよく、互いに結合(架橋)していてもよい。なお、結合する場合、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが、少なくとも一部において、結合していればよい。
なお、組成物においては、結合(又は架橋構造)していなくても、事後的に又は経時的に(例えば、塗膜等において)結合又は架橋構造を形成してもよい。そのため、本発明の組成物において、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが、結合(又は架橋構造)を形成可能であってもよい。
結合している(又は結合形成可能である)場合、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)との結合形態としては、特に限定されず、(i)エマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが直接的に結合(架橋構造を形成)した形態、(ii)エマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが架橋剤(C)を介して結合(架橋構造を形成)した形態、(iii)これらを組み合わせた形態などが挙げられる。
形態(i)としては、例えば、エマルション粒子(A)が、官能基αを有する単量体を含む単量体成分(a)を重合成分とする樹脂で構成され、複合粒子(B)を構成する水溶性ポリマー(B1)が、官能基β(官能基αと反応して結合しうる官能基β)を有する単量体を含む単量体成分(a)を重合成分とするポリマーで構成され、官能基αと官能基βとの間で反応して結合(又は架橋構造)を形成している(又は結合又は架橋構造を取り得る)態様などが含まれる。
また、形態(ii)としては、エマルション粒子(A)が官能基αを有する単量体を含む単量体成分(a)を重合成分とする樹脂で構成され、複合粒子(B)を構成する水溶性ポリマー(B1)が、官能基β(官能基αと架橋剤(C)を介して架橋構造を形成しうる官能基β)を有する単量体を含む単量体成分(b)を重合成分とするポリマーで構成され、官能基α及び官能基βが架橋剤(C)と反応して結合(又は架橋構造)を形成している(又は結合又は架橋構造を取り得る)態様などが含まれる。
このような形態(i)及び形態(ii)において、官能基αと官能基βとの組み合わせ、官能基α及び官能基βと架橋剤が有する官能基(官能基γ)との組み合わせとしては、特に限定されず、例えば、エポキシ基と水酸基、エポキシ基とカルボキシル基、エポキシ基とカルボキシル基、エポキシ基とアミノ基、エポキシ基とアミノ基、カーボネート基とカルボキシル基、水酸基とアルコキシカルボニル基、水酸基とイソシアネート基、水酸基とカルボン酸無水物基、アセトアセトキシ基とイソシアネート基、オキサゾリン基とカルボキシル基、水酸基とカルボン酸無水基、オキサゾリジン基とイソシアネート基又はカルボン酸無水物基、ヒドラジノ基とカルボニル基などが挙げられる。これらは1又は2以上組み合わせてもよい。
形態(i)において、代表的な官能基αと官能基βとの組み合わせとしては、互いに反応により架橋構造又は結合を形成可能な組み合わせであれば特に限定されず、例えば、カルボキシル基とオキサゾリン基との組み合わせ、カルボニル基とヒドラジノ基との組み合わせ、イソシアナート基とヒドロキシ基、カルボキシル基、アミノ基などとの組み合わせなどが挙げられる。
また、形態(ii)において、代表的な官能基αと官能基βとの組み合わせとしては、架橋剤(C)の種類に応じて適宜選択でき、同じ官能基であってもよい。このような組み合わせとしては、例えば、官能基α及び官能基βがいずれもカルボキシル基又はカルボニル基である組み合わせなどが含まれる。なお、このような組み合わせでは、架橋剤(C)として、後述のヒドラジン系架橋剤やオキサゾリン系架橋剤を好適に使用できる。
架橋剤(C)としては、官能基αと官能基βとの間で反応して結合(又は架橋構造)を形成可能(官能基α及び官能基βの双方と結合又は架橋構造を形成可能)な架橋剤(C)であれば特に限定されず、官能基α及び官能基βの種類等に応じて適宜選択できるが、通常、多官能性化合物(官能基(γ)を複数有する多官能性化合物)であってもよい。官能基γとしては、官能基α及び官能基βで例示した官能基が挙げられ、例えば、カルボキシル基、ヒドラジノ基、オキサゾリン基、エポキシ基、イソシアネート基、アミノ基などが挙げられる。
多官能性化合物は、同一又は異なる官能基を有していてもよい。なお、多官能性化合物において、官能基(官能基γ)の数は、2以上であればよく、例えば、低分子型(非ポリマー型又は非樹脂型)の多官能性化合物などの場合では、2〜10、好ましくは2〜6、さらに好ましくは2〜4であり、特に2である。
代表的な架橋剤(C)としては、ヒドラジン系架橋剤(ヒドラジノ基を複数有する化合物)、オキサゾリン系架橋剤、イソシアネート系架橋剤、アミン系架橋剤、エポキシ系架橋剤などが挙げられる。
ヒドラジン系架橋剤としては、例えば、ジカルボン酸ジヒドラジド[例えば、アルカンジカルボン酸ジヒドラジド(例えば、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカン酸ジヒドラジドなどのC2−20アルカンジカルボン酸ジヒドラジド、好ましくはC2−10アルカンジカルボン酸ジヒドラジド)、アルケンジカルボン酸ジヒドラジド(例えば、マレイン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、イタコン酸ジヒドラジドなどのC2−10アルケンジカルボン酸ジヒドラジド)などの脂肪族ジカルボン酸ジヒドラジド;イソフタル酸ジヒドラジドなどの芳香族ジカルボン酸ヒドラジドなど]、ジヒドラジン類[例えば、エチレン−1,2−ジヒドラジン、プロピレン−1,3−ジヒドラジン、ブチレン−1,4−ジヒドラジンなどの脂肪族ジヒドラジン、好ましくはC2−4脂肪族ジヒドラジン]などが挙げられる。
オキサゾリン系架橋剤としては、例えば、オキサゾリン基含有単量体を重合成分とするポリマーなどが挙げられる。このようなポリマーとしては、例えば、オキサゾリン基含有単量体の単独又は共重合体、オキサゾリン基含有単量体と他の共重合性単量体との共重合体などが挙げられる。
オキサゾリン基含有単量体としては、前記例示の単量体、例えば、アルケニルオキサゾリン(例えば、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリンなどのC2−6アルケニルオキサゾリン、好ましくはビニル又はイソプロペニルオキサゾリン)、アルケニル−アルキルオキサゾリン(例えば、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロぺニル−5−エチル−2−オキサゾリンなどのC2−6アルケニル−C1−10アルキルオキサゾリン、好ましくはビニル又はイソプロペニル−C1−4アルキルオキサゾリンなど)などが挙げられる。
また、他の共重合性単量体としては、オキサゾリン基と反応しない共重合可能な単量体であれば特に限定されず、例えば、(メタ)アクリル酸エステル[例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチルなどの前記例示のアルキル(メタ)アクリレート;ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートなどの前記例示のヒドロキシ基含有(メタ)アクリレートなど]、(メタ)アクリル酸アミド、酢酸ビニル、芳香族系単量体(例えば、スチレン、α−メチルスチレンなどの前記例示のスチレン系モノマーなど)などが挙げられる。
オキサゾリン系架橋剤において、オキサゾリン基当量は、例えば、200〜5000g/当量、好ましくは250〜4000g/当量、さらに好ましくは300〜3000g/当量程度であってもよい。
このようなオキサゾリン系架橋剤は、日本触媒(株)製のエポクロスシリーズ(例えば、エポクロスK−2010E、K−2020E、K−2030E、WS−500など)などとして入手することもできる。
イソシアネート系架橋剤としては、ポリイソシアネート[例えば、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンイソシアネートなどの脂肪族ポリイソシアネート類;1,3−ジイソシアネートシクロヘキサン、1,4−ジイソシアネートシクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネートなどの脂環族ポリイソシアネート類;キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、4,4−ビス(イソシアネートメチル)ジフェニルメタンなどの芳香脂肪族ポリイソシアネート類など]、ポリイソシアネートとポリオールとの反応物などが挙げられる。
アミン系架橋剤としては、尿素系樹脂(例えば、尿素樹脂、チオ尿素樹脂など)、トリアジン系樹脂(例えば、メラミン樹脂、イソメラミン樹脂、ペンゾグアナミン樹脂、アセトグアナミン樹脂、グアニルメラミン樹脂など)などが挙げられる。
エポキシ系架橋剤としては、例えば、ポリグリシジルエーテル、エポキシ樹脂(例えば、ノボラック型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂など)などが挙げられる。
架橋剤(C)は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
代表的な形態(ii)には、下記(ii−1)及び(ii−2)の形態などが含まれる。
(ii−1)エマルション粒子(A)が、官能基αを有する単量体としてカルボニル基含有単量体を含む単量体成分(a)のポリマーで構成され、水溶性ポリマー(B1)が、官能基βを有する単量体としてカルボニル基含有単量体を含む単量体成分(b)のポリマーで構成され、ヒドラジン系架橋剤(C1)を介してエマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが結合している(又は結合可能な)形態
(ii−2)エマルション粒子(A)が、官能基αを有する単量体としてカルボキシル含有単量体を含む単量体成分(a)のポリマーで構成され、水溶性ポリマー(B1)が、官能基βを有する単量体としてカルボキシル基含有単量体を含む単量体成分(b)のポリマーで構成され、オキサゾリン系架橋剤(C2)を介してエマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが結合している(又は結合可能な)形態
形態(i)及び(ii)において、官能基αを有する単量体と官能基βを有する単量体との割合は、例えば、前者/後者(質量比)=0.1/1〜1000/1、好ましくは0.5/1〜500/1、さらに好ましくは1/1〜300/1(例えば、1/1〜240/1)程度であってもよい。
また、単量体成分(a)及び単量体成分(b)の総量に対して、官能基αを有する単量体及び官能基βを有する単量体の総量の割合は、例えば、0.01〜40質量%、好ましくは0.05〜30質量%、さらに好ましくは0.1〜20質量%程度であってもよい。
形態(ii)において、架橋剤(C)の割合は、例えば、官能基αを有する単量体及び官能基βを有する単量体の総量100質量部に対して、例えば、0.01〜500質量部、好ましくは0.1〜300質量部、さらに好ましくは1〜100質量部程度であってもよい。
なお、複合粒子(B)は前記のように水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とがコンポジット化した粒子であるが、本発明の組成物において、通常、そのようなコンポジット化状態を維持している。
すなわち、組成物は、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)とを含むが、組成物において、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)とが分離することなく複合状態(例えば、無機粒子(B2)を水溶性ポリマー(B1)が被覆した状態)を維持している。
例えば、後述のように溶媒を含む組成物では、通常、エマルション粒子(A)及び複合粒子(B)が溶媒中に分散(架橋構造を形成した状態及び/又は分離した状態で分散)しているが、そのような分散状態においても、水溶性ポリマー(B1)は無機粒子(B2)との複合状態(例えば、無機粒子(B2)の表面を水溶性ポリマー(B1)が被覆した状態)を維持している。
本発明の組成物は、溶媒を含む組成物であってもよい。特に、本発明の組成物は、エマルション粒子(A)及び複合粒子(B)が溶媒中に分散(又は溶解)した組成物であってもよい。
溶媒としては、前記例示の溶媒と同様の溶媒を使用できる。好ましい溶媒は、水、水を含む溶媒[例えば、水とアルコール(メタノール、エタノールなどの低級アルコール)とを含む混合溶媒]などの水性溶媒である。特に、本発明の組成物は、エマルション粒子(A)及び複合粒子(B)が水性溶媒中に分散(又は溶解)した組成物(水性組成物)であってもよい。
溶媒を含む組成物において、エマルション粒子(A)及び複合粒子(B)の総量の割合は、用途等に応じて適宜選択できるが、例えば、0.1〜95質量%、好ましくは1〜90質量%、さらに好ましくは3〜80質量%程度であってもよい。
なお、本発明の組成物は、用途等に応じて、他の成分を含んでいてもよい。
本発明の組成物の製造方法は、特に限定されず、例えば、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)と(さらに必要に応じて溶媒や他の成分と)を混合することで製造できる。
エマルション粒子(A)と複合粒子(B)との間で架橋構造を形成させる場合には、適当な架橋条件下で混合すればよい。例えば、溶媒中(例えば、前記水性溶媒中)で、エマルション粒子(A)と複合粒子(B)と架橋剤(C)とを混合し、架橋させてもよい。
本発明の組成物(例えば、水性組成物)は、特に、塗料用(塗装用)として好適である。このような塗料用組成物(特に、塗料用水性組成物)は、例えば、各種素材(例えば、金属、ガラス、磁器、コンクリート、サイディングボード、樹脂など)で形成された基材の表面仕上げ等に使用してもよい。
本発明の組成物は、中でも、トップコート(又は上塗り材、例えば、外装材(建材)のトップコート)に好適に使用することができる。
外装材としては、例えば、各種建材(例えば、フレキシブルボード、珪酸カルシウム板、石膏スラグパーライト板、木片セメント板、プレキャストコンクリート板、ALC板、石膏ボードなどの無機質建材;例えば、瓦、外壁材などの窯業系建材など)などが挙げられる。窯業系建材は、例えば、無機質硬化体の原料となる水硬性膠着材に無機充填剤、繊維質材料などを添加し、得られた混合物を成形し、得られた成形体を養生し、硬化させることによって得られる。
このような外装材(建材)の表面には、通常、所望の意匠を付与する等のために、上塗り材(水性塗料)が塗布されている。本発明の組成物は、このトップコート用又は上塗り材(水性塗料)として好適に使用することができる。
本発明の組成物は、塗料(塗装)に使用する場合、それ単独で1層で塗工してもよく、2層以上に重ね塗りすることによって塗工してもよい。2層以上に重ね塗りすることによって塗工する場合、その一部の層のみが本発明の組成物によって形成されてもよく、全部の層が本発明の組成物で形成されてもよい。重ね塗りは、例えば、プライマー処理やシーラー処理などを施した被塗物に、第1層(例えば、下塗り層)用塗料を塗布して乾燥させた後 、第2層(例えば、上塗り層)用塗料を上塗りし、乾燥させる方法などが挙げられるが、本発明はかかる方法によって限定されるものではない。塗料を塗布する際には、例えば、スプレー、ローラー、ハケ、コテなどを用いることができる。
次に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。なお、以下の実施例において、「部」は「質量部」を意味する。
(製造例A1)
滴下ロート、撹拌機、窒素導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に脱イオン水573部を仕込んだ。
滴下ロートに脱イオン水163部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液80部、2−エチルヘキシルアクリレート300部、シクロヘキシルメタクリレート400部、スチレン150部、アクリル酸15部、ヒドロキシエチルメタクリレート20部、tert−ブチルメタクリレート20部およびメチルメタクリレート95部からなる滴下用プレエマルションを調製し、そのうちの74部をフラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、過硫酸カリウムの5%水溶液10部をフラスコ内に添加することにより、重合を開始した。
次に、滴下用プレエマルションの残部と過硫酸カリウムの5%水溶液10部と2.5%亜硫酸水素ナトリウム水溶液20部を120分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、25%アンモニア水をフラスコ内に添加し、pHを9に調整し、重合反応を終了した。
得られた反応液を室温まで冷却した後、300メッシュ(JISメッシュ、以下同じ)の金網で濾過することにより、不揮発分含量が49質量%である水性樹脂分散体を得た。得られた水性樹脂分散体に含まれるエマルション粒子は、平均粒子径が150nmの1層構造を有し、エマルション粒子全体のガラス転移温度は18.7℃であった。
(製造例A2)
滴下ロート、撹拌機、窒素導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に脱イオン水573部を仕込んだ。
滴下ロートに脱イオン水163部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液80部、2−エチルヘキシルアクリレート300部、シクロヘキシルメタクリレート400部、スチレン150部、メチルメタクリレート85部、tert−ブチルメタクリレート20部、ダイアセトンアクリルアミド10部、1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジルメタクリレート15部、ヒドロキシエチルメタクリレート20部、tert−ブチルメタクリレート20部およびスチレン15部からなる1段目滴下用プレエマルションを調製し、そのうちの74部をフラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、過硫酸カリウムの5%水溶液20部を添加し重合を開始した。
次に、滴下用プレエマルションの残部と過硫酸カリウムの5%水溶液10部と2.5%亜硫酸水素ナトリウム水溶液10部を120分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。滴下終了後、80℃で60分間フラスコの内容物を維持した。25%アンモニア水をフラスコ内に添加し、pHを9に調整することにより、重合反応を終了した。
得られた反応液を室温まで冷却した後、300メッシュの金網で濾過することにより、不揮発分含量が49質量%である水性樹脂分散体を得た。得られた水性樹脂分散体に含まれるエマルション粒子は、平均粒子径が150nmの1層構造を有し、エマルション粒子全体のガラス転移温度は18.7℃であった。
(製造例A3)
滴下ロート、撹拌機、窒素導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に脱イオン水573部を仕込んだ。
滴下ロートに脱イオン水163部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液80部、2−エチルヘキシルアクリレート10部、シクロヘキシルメタクリレート250部、メチルメタクリレート220部、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン5部、アクリル酸10部およびヒドロキシエチルメタクリレート5部からなる1段目滴下用プレエマルションを調製し、そのうちの74部をフラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、過硫酸カリウムの5%水溶液20部をフラスコ内に添加することにより、重合を開始した。
次に、滴下用プレエマルションの残部と過硫酸カリウムの5%水溶液10部と2.5%亜硫酸水素ナトリウム水溶液10部を120分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。滴下終了後、80℃で60分間フラスコの内容物を維持し、25%アンモニア水5部を添加した。
引き続いて、脱イオン水163部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液80部、2−エチルヘキシルアクリレート225部、ブチルアクリレート140部、シクロヘキシルメタクリレート105部、ヒドロキシエチルメタクリレート10部、1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジルメタクリレート10部、およびダイアセトンアクリルアミド10部からなる2段目滴下用プレエマルションと過硫酸カリウムの5%水溶液10部と2.5%亜硫酸水素ナトリウム水溶液10部を120分間にわたってフラスコ内に均一に滴下した。滴下終了後、80℃で60分間フラスコの内容物を維持し、25%アンモニア水を添加し、pHを9に調整することにより、重合反応を終了した。
得られた反応液を室温まで冷却した後、300メッシュの金網で濾過することにより、不揮発分含量が49質量%である水性樹脂分散体を得た。得られた水性樹脂分散体に含まれるエマルション粒子は、平均粒子径が150nmの2層構造を有し、内層のガラス転移温度は86.6℃、外層のガラス転移温度は−38.6℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は10.8℃であった。
(製造例A4)
滴下ロート、撹拌機、窒素導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に脱イオン水573部を仕込んだ。
滴下ロ−トに脱イオン水163部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液80部、2−エチルヘキシルアクリレート350部、シクロヘキシルメタクリレート50部、スチレン50部、メチルメタクリレート20部、tert−ブチルメタクリレート15部、アクリル酸10部およびヒドロキシエチルメタクリレート5部からなる1段目滴下用プレエマルションを調製し、そのうちの74部をフラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、過硫酸カリウムの5%水溶液20部をフラスコ内に添加することにより、重合反応を開始した。
次に、滴下用プレエマルションの残部と過硫酸カリウムの5%水溶液10部と2.5%亜硫酸水素ナトリウム水溶液10部を120分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。滴下終了後、80℃で60分間フラスコの内容物を維持し、25%アンモニア水5部を添加した。
引き続いて、脱イオン水163部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液80部、2−エチルヘキシルアクリレート50部、ブチルアクリレート15部、メチルメタクリレート150部、tert−ブチルメタクリレート100部、シクロヘキシルメタクリレート150部、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン5部、ヒドロキエチルメタクリレート10部、1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジルメタクリレート10部、およびダイアセトンアクリルアミド10部からなる2段目滴下用プレエマルションと過硫酸カリウムの5%水溶液10部と2.5%亜硫酸水素ナトリウム水溶液10部を120分間にわたってフラスコ内に均一に滴下した。滴下終了後、80℃で60分間フラスコの内容物を維持し、25%アンモニア水を添加し、pHを9に調整することにより、重合反応を終了した。
得られた反応液を室温まで冷却した後、300メッシュの金網で濾過することにより、不揮発分含量が49質量%である水性樹脂分散体を得た。得られた水性樹脂分散体に含まれるエマルション粒子は、平均粒子径が150nmの2層構造を有し、内層のガラス転移温度は−39.3℃、外層のガラス転移温度は61.2℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は2.0℃であった。
(製造例A5)
滴下ロート、撹拌機、窒素導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に脱イオン水573部を仕込んだ。
滴下ロ−トに脱イオン水163部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液80部、2−エチルヘキシルアクリレート15部、スチレン120部、メチルメタクリレート310部、アクリル酸10部、ブチルアクリレート40部およびヒドロキシエチルメタクリレート5部からなる1段目滴下用プレエマルションを調製し、そのうちの74部をフラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、過硫酸カリウムの5%水溶液20部をフラスコ内に添加することにより、重合反応を開始した。
次に、滴下用プレエマルションの残部と過硫酸カリウムの5%水溶液10部と2.5%亜硫酸水素ナトリウム水溶液10部を120分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。滴下終了後、80℃で60分間フラスコの内容物を維持し、25%アンモニア水5部を添加した。
引き続いて、脱イオン水163部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液80部、2−エチルヘキシルアクリレート200部、ブチルアクリレート200部、メチルメタクリレート80部、1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジルメタクリレート10部、およびダイアセトンアクリルアミド10部からなる2段目滴下用プレエマルションと過硫酸カリウムの5%水溶液10部と2.5%亜硫酸水素ナトリウム水溶液10部を120分間にわたってフラスコ内に均一に滴下した。滴下終了後、80℃で60分間フラスコの内容物を維持し、25%アンモニア水を添加し、pHを9に調整することにより、重合反応を終了した。
得られた反応液を室温まで冷却した後、300メッシュの金網で濾過することにより、不揮発分含量が49質量%である水性樹脂分散体を得た。得られた水性樹脂分散体に含まれるエマルション粒子は、平均粒子径が150nmの2層構造を有し、内層のガラス転移温度は73.6℃、外層のガラス転移温度は−42.9℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は3.6℃であった。
(製造例B1)
冷却管、窒素導入ラインおよび温度計を設置した重合容器内に脱イオン水600部を仕込んだ。フラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素ガス雰囲気にした。重合容器内の内容物を室温下で撹拌しながら、0.02%硫酸銅水溶液1.7部をフラスコ内に添加した。
滴下ロートA内に脱イオン水186.6部およびN−ビニルピロリドン1053部を添加し、プレミックスを調製した。滴下ロートB内に脱イオン水74.4部および35%過酸化水素水21.3部を添加した。滴下ロートC内に脱イオン水68.9部および25%アンモニア水溶液3.3部を添加した。
滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCの各内容物をそれぞれ3時間かけて均一に重合容器内に滴下し、重合反応を開始した。重合容器内の温度が重合熱によって上昇した後、60℃の温度で3時間撹拌した。
次に、滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCをそれぞれ脱イオン水30.4部で洗浄し、得られた洗浄液を重合容器内に添加した。25%アンモニア水溶液2.2部および30%過酸化水素水溶液10部を重合容器内に添加し、脱イオン水45.7部で洗浄した後、60℃の温度で1時間撹拌することにより、水溶性ポリマー溶液を得た。得られた水溶性ポリマー溶液の不揮発分含量は50.0質量%であり、得られたポリマーの重量平均分子量は30000であった。
次に得られた水溶性ポリマー溶液120部に10〜15nmのシリカ粒子(日産化学 スノーテックスAK、不揮発分20.0%)300部を加え90℃で6時間加熱撹拌を行い、ポリビニルピロリドン(PVP)とシリカとの複合粒子B1を得た。得られた複合粒子の不揮発分含量は29.0質量%であった。
(製造例B2)
冷却管、窒素導入ラインおよび温度計を設置した重合容器内に脱イオン水600部を仕込んだ。フラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素ガス雰囲気にした。重合容器内の内容物を室温下で撹拌しながら、0.02%硫酸銅水溶液1.7部をフラスコ内に添加した。
滴下ロートA内に脱イオン水181.6部、N−ビニルピロリドン1021.4部、ダイアセトンアクリルアミド10.5部、アクリル酸10.5部、ヒドロキエチルメタクリレート10.5部および25%アンモニア水5.0部を添加し、プレミックスを調製した。滴下ロートB内に脱イオン水74.4部および35%過酸化水素水21.3部を添加した。滴下ロートC内に脱イオン水68.9部および25%アンモニア水溶液3.3部を添加した。
滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCの各内容物をそれぞれ3時間かけて均一に重合容器内に滴下し、重合反応を開始した。重合容器内の温度が重合熱によって上昇した後、60℃の温度で3時間撹拌した。
次に、滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCをそれぞれ脱イオン水30.4部で洗浄し、得られた洗浄液を重合容器内に添加した。25%アンモニア水溶液2.2部および30%過酸化水素水溶液10部を重合容器内に添加し、脱イオン水45.7部で洗浄した後、60℃の温度で1時間撹拌することにより、水溶性ポリマー溶液を得た。得られた水溶性ポリマー溶液の不揮発分含量は50.0質量%であり、得られたポリマーの重量平均分子量は30000であった。
次に得られた水溶性ポリマー溶液120部に10〜15nmのシリカ粒子(日産化学 スノーテックスAK、不揮発分20.0%)300部を加え90℃で6時間加熱撹拌を行い、複合粒子B2を得た。得られた複合粒子の不揮発分含量は29.0質量%であった。
(製造例B3)
冷却管、窒素導入ラインおよび温度計を設置した重合容器内に脱イオン水600部を仕込んだ。フラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素ガス雰囲気にした。重合容器内の内容物を室温下で撹拌しながら、0.02%硫酸銅水溶液1.7部をフラスコ内に添加した。
滴下ロートA内に脱イオン水186.6部およびN−ビニルピロリドン1053部を添加し、プレミックスを調製した。滴下ロートB内に脱イオン水74.4部および35%過酸化水素水21.3部を添加した。滴下ロートC内に脱イオン水68.9部および25%アンモニア水溶液3.3部を添加した。
滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCの各内容物をそれぞれ3時間かけて均一に重合容器内に滴下し、重合反応を開始した。重合容器内の温度が重合熱によって上昇した後、60℃の温度で3時間撹拌した。
次に、滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCをそれぞれ脱イオン水30.4部で洗浄し、得られた洗浄液を重合容器内に添加した。25%アンモニア水溶液2.2部および30%過酸化水素水溶液10部を重合容器内に添加し、脱イオン水45.7部で洗浄した後、60℃の温度で1時間撹拌することにより、水溶性ポリマー溶液を得た。得られた水溶性ポリマー溶液の不揮発分含量は50.0質量%であり、得られたポリマーの重量平均分子量は30000であった。
次に得られた水溶性ポリマー溶液120部に平均粒子径300nmのシリカ粒子(日本触媒 シーホスターKE−W30、不揮発分20.0%)300部を加え90℃で6時間加熱撹拌を行い、複合粒子B3を得た。得られた複合粒子の不揮発分含量は29.0質量%であった。
(製造例B4)
冷却管、窒素導入ラインおよび温度計を設置した重合容器内に脱イオン水600部を仕込んだ。フラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素ガス雰囲気にした。重合容器内の内容物を室温下で撹拌しながら、0.02%硫酸銅水溶液1.7部をフラスコ内に添加した。
滴下ロートA内に脱イオン水186.6部およびN−ビニルピロリドン1053部を添加し、プレミックスを調製した。滴下ロートB内に脱イオン水74.4部および35%過酸化水素水21.3部を添加した。滴下ロートC内に脱イオン水68.9部および25%アンモニア水溶液3.3部を添加した。
滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCの各内容物をそれぞれ3時間かけて均一に重合容器内に滴下し、重合反応を開始した。重合容器内の温度が重合熱によって上昇した後、60℃の温度で3時間撹拌した。
次に、滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCをそれぞれ脱イオン水30.4部で洗浄し、得られた洗浄液を重合容器内に添加した。25%アンモニア水溶液2.2部および30%過酸化水素水溶液10部を重合容器内に添加し、脱イオン水45.7部で洗浄した後、60℃の温度で1時間撹拌することにより、水溶性ポリマー溶液を得た。得られた水溶性ポリマー溶液の不揮発分含量は50.0質量%であり、得られたポリマーの重量平均分子量は30000であった。
次に得られた水溶性ポリマー溶液120部に脱イオン水150部、平均粒子径60nmの酸化亜鉛粒子(堺化学 FINEX−25:不揮発分100%)60部を加え90℃で6時間加熱撹拌を行い、複合粒子B4を得た。得られた複合粒子の不揮発分含量は36.6質量%であった。
(製造例B5)
冷却管、窒素導入ラインおよび温度計を設置した重合容器内に脱イオン水290部を仕込み、窒素ガスを導入することにより、重合容器内を窒素ガス雰囲気とした。室温下で重合容器内の内容物を攪拌しながら0.02%の硫酸銅水溶液1.7部添加した。
滴下ロートAに脱イオン水182部、N−ビニルピロリドン1021.4部を添加し、ダイアセトンアクリルアミド10.5部、アクリル酸10.5部、ヒドロキエチルメタクリレート10.5部および25%アンモニア水5.0部を添加し、プレミックスを調製した。滴下ロートBに脱イオン水81部および35%過酸化水素水10.6部を添加した。滴下ロートCに脱イオン水70部および25%アンモニア水溶液1.7部を添加した。滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCの各内容物を3時間かけて均一に重合容器内に滴下し、重合反応を開始した。重合容器の内温が重合熱によって上昇した後、60℃で3時間、重合容器内の内容物を撹拌した。
次に、脱イオン水320部で滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCをそれぞれ洗浄し、得られた洗浄液を重合容器内に添加した。さらに25%アンモニア水溶液2.2部および30%過酸化水素水溶液10部を重合容器内に添加した後、1時間かけて60℃で重合容器内の内容物を撹拌することにより、ポリマー溶液を得た。得られたポリマー溶液の不揮発含量は50.0質量%であり、当該ポリマー溶液に含まれているポリマーの重量平均分子量は100000であった。
次に得られた水溶性ポリマー溶液120部に10〜15nmのシリカ粒子(日産化学 スノーテックスAK、不揮発分20.0%)300部を加え90℃で6時間加熱撹拌を行い、複合粒子B5を得た。得られた複合粒子の不揮発分含量は29.0質量%であった。
(製造例B6)
冷却管、窒素導入ラインおよび温度計を設置した重合容器内に脱イオン水600部を仕込んだ。フラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素ガス雰囲気にした。重合容器内の内容物を室温下で撹拌しながら、0.02%硫酸銅水溶液1.7部をフラスコ内に添加した。
滴下ロートA内に脱イオン水186.6部およびN−ビニルピロリドン1053部を添加し、プレミックスを調製した。滴下ロートB内に脱イオン水74.4部および35%過酸化水素水21.3部を添加した。滴下ロートC内に脱イオン水68.9部および25%アンモニア水溶液3.3部を添加した。
滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCの各内容物をそれぞれ3時間かけて均一に重合容器内に滴下し、重合反応を開始した。重合容器内の温度が重合熱によって上昇した後、60℃の温度で3時間撹拌した。
次に、滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCをそれぞれ脱イオン水30.4部で洗浄し、得られた洗浄液を重合容器内に添加した。25%アンモニア水溶液2.2部および30%過酸化水素水溶液10部を重合容器内に添加し、脱イオン水45.7部で洗浄した後、60℃の温度で1時間撹拌することにより、水溶性ポリマー溶液を得た。得られた水溶性ポリマー溶液の不揮発分含量は50.0質量%であり、得られたポリマーの重量平均分子量は30000であった。
次に得られた水溶性ポリマー溶液120部に10〜15nmのシリカ粒子(日産化学 スノーテックスO、不揮発分20.0%)300部を加え90℃で6時間加熱撹拌を行い、ポリビニルピロリドン(PVP)とシリカとの複合粒子B6を得た。得られた複合粒子の不揮発分含量は29.0質量%であった。
(製造例B7)
冷却管、窒素導入ラインおよび温度計を設置した重合容器内に脱イオン水600部を仕込んだ。フラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素ガス雰囲気にした。重合容器内の内容物を室温下で撹拌しながら、0.02%硫酸銅水溶液1.7部をフラスコ内に添加した。
滴下ロートA内に脱イオン水186.6部およびN−ビニルピロリドン1053部を添加し、プレミックスを調製した。滴下ロートB内に脱イオン水74.4部および35%過酸化水素水21.3部を添加した。滴下ロートC内に脱イオン水68.9部および25%アンモニア水溶液3.3部を添加した。
滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCの各内容物をそれぞれ3時間かけて均一に重合容器内に滴下し、重合反応を開始した。重合容器内の温度が重合熱によって上昇した後、60℃の温度で3時間撹拌した。
次に、滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCをそれぞれ脱イオン水30.4部で洗浄し、得られた洗浄液を重合容器内に添加した。25%アンモニア水溶液2.2部および30%過酸化水素水溶液10部を重合容器内に添加し、脱イオン水45.7部で洗浄した後、60℃の温度で1時間撹拌することにより、水溶性ポリマー溶液を得た。得られた水溶性ポリマー溶液の不揮発分含量は50.0質量%であり、得られたポリマーの重量平均分子量は30000であった。
次に得られた水溶性ポリマー溶液120部に10〜15nmのシリカ粒子(日産化学 スノーテックスC、不揮発分20.0%)300部を加え90℃で6時間加熱撹拌を行い、ポリビニルピロリドン(PVP)とシリカとの複合粒子B7を得た。得られた複合粒子の不揮発分含量は29.0質量%であった。
(製造例B8)
冷却管、窒素導入ラインおよび温度計を設置した重合容器内に脱イオン水600部を仕込んだ。フラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素ガス雰囲気にした。重合容器内の内容物を室温下で撹拌しながら、0.02%硫酸銅水溶液1.7部をフラスコ内に添加した。
滴下ロートA内に脱イオン水186.6部およびN−ビニルピロリドン1053部を添加し、プレミックスを調製した。滴下ロートB内に脱イオン水74.4部および35%過酸化水素水21.3部を添加した。滴下ロートC内に脱イオン水68.9部および25%アンモニア水溶液3.3部を添加した。
滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCの各内容物をそれぞれ3時間かけて均一に重合容器内に滴下し、重合反応を開始した。重合容器内の温度が重合熱によって上昇した後、60℃の温度で3時間撹拌した。
次に、滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCをそれぞれ脱イオン水30.4部で洗浄し、得られた洗浄液を重合容器内に添加した。25%アンモニア水溶液2.2部および30%過酸化水素水溶液10部を重合容器内に添加し、脱イオン水45.7部で洗浄した後、60℃の温度で1時間撹拌することにより、水溶性ポリマー溶液B6を得た。得られた水溶性ポリマー溶液B8の不揮発分含量は50.0質量%であり、得られたポリマーB6の重量平均分子量は30000であった。
(製造例B9)
冷却管、窒素導入ラインおよび温度計を設置した重合容器内に脱イオン水600部を仕込んだ。フラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素ガス雰囲気にした。重合容器内の内容物を室温下で撹拌しながら、0.02%硫酸銅水溶液1.7部をフラスコ内に添加した。
滴下ロートA内に脱イオン水181.6部、N−ビニルピロリドン1021.4部、ダイアセトンアクリルアミド10.5部、アクリル酸10.5部、ヒドロキエチルメタクリレート10.5部および25%アンモニア水5.0部を添加し、プレミックスを調製した。滴下ロートB内に脱イオン水74.4部および35%過酸化水素水21.3部を添加した。滴下ロートC内に脱イオン水68.9部および25%アンモニア水溶液3.3部を添加した。
滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCの各内容物をそれぞれ3時間かけて均一に重合容器内に滴下し、重合反応を開始した。重合容器内の温度が重合熱によって上昇した後、60℃の温度で3時間撹拌した。
次に、滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCをそれぞれ脱イオン水30.4部で洗浄し、得られた洗浄液を重合容器内に添加した。25%アンモニア水溶液2.2部および30%過酸化水素水溶液10部を重合容器内に添加し、脱イオン水45.7部で洗浄した後、60℃の温度で1時間撹拌することにより、水溶性ポリマー溶液B7を得た。得られた水溶性ポリマー溶液B9の不揮発分含量は50.0質量%であり、得られたポリマーB7の重量平均分子量は30000であった。
(製造例B10)
ポリビニルアルコール(PVOH)(日本合成化学工業 ゴーセネックスLW−200、不揮発分40%)150部に、10〜15nmのシリカ粒子(日産化学 スノーテックスAK、不揮発分20.0%)300部を加え90℃で6時間加熱撹拌を行い、複合粒子B2を得た。得られた複合粒子の不揮発分含量は29.0質量%であった。
(製造例B11)
冷却管、窒素導入ラインおよび温度計を設置した重合容器内に脱イオン水600部を仕込んだ。フラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素ガス雰囲気にした。重合容器内の内容物を室温下で撹拌しながら、0.02%硫酸銅水溶液1.7部をフラスコ内に添加した。
滴下ロートA内に脱イオン水186.6部およびN−ビニルピロリドン1053部を添加し、プレミックスを調製した。滴下ロートB内に脱イオン水74.4部および35%過酸化水素水21.3部を添加した。滴下ロートC内に脱イオン水68.9部および25%アンモニア水溶液3.3部を添加した。
滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCの各内容物をそれぞれ3時間かけて均一に重合容器内に滴下し、重合反応を開始した。重合容器内の温度が重合熱によって上昇した後、60℃の温度で3時間撹拌した。
次に、滴下ロートA、滴下ロートBおよび滴下ロートCをそれぞれ脱イオン水30.4部で洗浄し、得られた洗浄液を重合容器内に添加した。25%アンモニア水溶液2.2部および30%過酸化水素水溶液10部を重合容器内に添加し、脱イオン水45.7部で洗浄した後、60℃の温度で1時間撹拌することにより、水溶性ポリマー溶液を得た。得られた水溶性ポリマー溶液の不揮発分含量は50.0質量%であり、得られたポリマーの重量平均分子量は30000であった。
次に得られた水溶性ポリマー溶液240部に10〜15nmのシリカ粒子(日産化学 スノーテックスAK、不揮発分20.0%)300部を加え90℃で6時間加熱撹拌を行い、ポリビニルピロリドン(PVP)とシリカとの複合粒子B11を得た。得られた複合粒子の不揮発分含量は33.5質量%であった。
(実施例1)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体(エマルション粒子)A1に製造例B1で得られた複合粒子B1を両者の固形分の質量比(A1/B4)が95/5となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
(実施例2)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体A1に製造例B2で得られた複合粒子B2を両者の固形分の質量比(A1/B2)が95/5となるように添加し、得られた混合物100部に架橋剤としてオキサゾリン系架橋剤(エポクロスWS−500〔(株)日本触媒製〕)4部を添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
(実施例3)
製造例A2で得られた水性樹脂分散体A2に製造例B2で得られた複合粒子B2を両者の固形分の質量比(A2/B2)が95/5となるように添加し、得られた混合物100部に架橋剤として5%のヒドラジン系架橋剤(アジピン酸ジヒドラジド)水溶液10部を添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
(実施例4)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体A1に製造例B3で得られた複合粒子B3を両者の固形分の質量比(A1/B3)が95/5となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
(実施例5)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体A1に製造例B4で得られた複合粒子B4を両者の固形分の質量比(A1/B4)が95/5となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
(実施例6)
製造例A3で得られた水性樹脂分散体A3に製造例B5で得られた複合粒子B5を両者の固形分の質量比(A3/B5)が95/5となるように添加し、得られた混合物100部に架橋剤としてオキサゾリン系架橋剤(エポクロスWS−500〔(株)日本触媒製〕)4部、5%のヒドラジン系架橋剤(アジピン酸ジヒドラジド)水溶液10部を添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
(実施例7)
製造例A4で得られた水性樹脂分散体A4に製造例B5で得られた複合粒子B5を両者の固形分の質量比(A4/B5)が95/5となるように添加し、得られた混合物100部に架橋剤としてオキサゾリン系架橋剤(エポクロスWS−500〔(株)日本触媒製〕)4部、5%のヒドラジン系架橋剤(アジピン酸ジヒドラジド)水溶液10部を添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
(実施例8)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体(エマルション粒子)A1に製造例B6で得られた複合粒子B6を両者の固形分の質量比(A1/B6)が95/5となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
(実施例9)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体(エマルション粒子)A1に製造例B7で得られた複合粒子B7を両者の固形分の質量比(A1/B7)が95/5となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
(実施例10)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体(エマルション粒子)A1に製造例B1で得られた複合粒子B1を両者の固形分の質量比(A1/B1)が90/10となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
(実施例11)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体(エマルション粒子)A1に製造例B10で得られた複合粒子B1を両者の固形分の質量比(A1/B10)が95/5となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
(実施例12)
製造例A5で得られた水性樹脂分散体(エマルション粒子)A5に製造例B2で得られた複合粒子B2を両者の固形分の質量比(A5/B2)が95/5となるように添加し、得られた混合物100部に架橋剤としてオキサゾリン系架橋剤(エポクロスWS−500〔(株)日本触媒製〕)4部を添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
(実施例13)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体(エマルション粒子)A1に製造例B1で得られた複合粒子B1を両者の固形分の質量比(A1/B1)が98/2となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
(実施例14)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体(エマルション粒子)A1に製造例B11で得られた複合粒子B11を両者の固形分の質量比(A1/B11)が95/5となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
(実施例15)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体(エマルション粒子)A1に製造例B1で得られた複合粒子B1を両者の固形分の質量比(A1/B1)が99.95/0.05となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
(比較例1)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体A1に製造例B8で得られた水溶性樹脂B8を両者の固形分の質量比(A1/B8)が95/5となるように添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
(比較例2)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体A1に製造例B9で得られた水溶性樹脂B9を両者の固形分の質量比(A1/B9)が95/5となるように添加し、得られた混合物100部に架橋剤としてオキサゾリン系架橋剤(エポクロスWS−500〔(株)日本触媒製〕)4部を添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
(比較例3)
製造例A2で得られた水性樹脂分散体A2に製造例B9で得られた水溶性樹脂B9を両者の固形分の質量比(A2/B9)が95/5となるように添加し、得られた混合物100部に架橋剤として5%のヒドラジン系架橋剤(アジピン酸ジヒドラジド)水溶液10部を添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
(比較例4)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体A1に、10〜15nmのシリカ粒子(日産化学 スノーテックスAK)を両者の固形分の質量比(A1/スノーテックスAK)が95/5となるように添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
(比較例5)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体A1に、10〜15nmのシリカ粒子(日産化学 スノーテックスAK)、水溶性樹脂B8を3者の固形分の質量比(A1/スノーテックスAK/B6)が95/2.5/2.5となるように添加することにより、水性樹脂組成物を得た。
次に、水性樹脂組成物の物性を以下の方法に基づいて調べた。
〔塗膜の光沢〕
(1)評価用試料の調製
水性樹脂組成物100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールイソブチレート〔チッソ(株)製、品番:CS−12〕とブチルセロソルブを等質量で混合することによって得られた混合溶液10部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500回/分にて10分間撹拌した後、白色ペースト30部及び消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:ノプコ8034L〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が80KUになるように増粘剤〔(株)日本触媒製、商品名:アクリセットWR−503A〕を添加し、その状態で30分間撹拌することにより、試料を調製した。
なお、白色ペーストは、脱イオン水210部、分散剤〔花王(株)製、商品名:デモールEP〕60部、分散剤〔第一工業製薬(株)製、商品名:ディスコートN−14〕50部、湿潤剤〔花王(株)製、商品名:エマルゲンLS−106〕10部、プロピレングリコール60部、酸化チタン〔石原産業(株)製、品番:CR−95〕1000部およびガラスビーズ(直径:1mm)200部をホモディスパーで回転速度3000回/分にて60分間分散させることによって調製した。
(2)評価用塗膜の作製および試験
スレート板〔日本テストパネル(株)製、縦:70mm、横:150mm、厚さ:6mm〕にシーラー〔エスケー化研(株)製、商品名:EXシーラー〕をエアスプレーで150g/mの塗布量で均一に塗布し、23℃で1週間乾燥させた。
次に上記試料を10milアプリケーターで塗布し、常温で1日間乾燥させた。試料が塗布された面の60゜鏡面光沢を光沢計〔日本電色工業(株)製、品番:VG−7000〕で光沢を測定し、以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
○:光沢が80以上
△:光沢が70以上80未満
×:光沢が70未満
〔耐候性〕
(1)評価用試料の調製
水性樹脂組成物100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕とブチルセロソルブを等量で混合することによって得られた混合溶液10部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500回/分にて10分間撹拌した後、白色ペースト30部および消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:ノプコ8034L〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が80KUとなるように増粘剤〔(株)日本触媒製、商品名:アクリセットWR−503A〕を添加し、その状態で30分間撹拌することにより、試料を調製した。
なお、白色ペーストは、脱イオン水210部、分散剤〔花王(株)製、商品名:デモールEP〕60部、分散剤〔第一工業製薬(株)製、商品名:ディスコートN−14〕50部、湿潤剤〔花王(株)製、商品名:エマルゲンLS−106〕10部、プロピレングリコール60部、酸化チタン〔石原産業(株)製、品番:CR−95〕1000部およびガラスビーズ(直径:1mm)200部をホモディスパーで回転速度3000回/分にて60分間分散させることによって調製した。
(2)評価用被膜の作製および試験
スレート板〔日本テストパネル(株)製、縦:70mm、横:150mm、厚さ:6mm〕にシーラー〔エスケー化研(株)製、商品名:EXシーラー〕をエアスプレーで150g/mの塗布量で均一に塗布し、23℃で1週間乾燥させた。
次に、試料を10milアプリケーターでスレートの被膜上に塗布し、23℃にて1週間乾燥させた後、当該試料が塗布されたスレート板の側面および背面をアルミニウムテープでシールし、試料が塗布された面の60°鏡面光沢を光沢計〔日本電色工業(株)製、品番:VG-7000〕で測定し、さらに以下の条件にて1000時間耐候性試験を行ない、前記光沢計で当該スレート板の塗装面の光沢を測定し、式:
[光沢保持率(%)]=
〔[耐候性試験後の光沢]÷[耐候性試験前の光沢]〕×100
に基づいて光沢保持率を求め、以下の評価基準に基づいて耐候性を評価した。
(耐候性試験の試験条件)
・試験機:メタルウェザー〔ダイプラ・ウィンテス(株)製、品番:KU−R4〕
・照射:気温65℃で相対湿度50%の雰囲気中で4時間照射(照射強度:80mW/cm
・湿潤:気温35℃で相対湿度98%の雰囲気中で4時間暴露
・シャワー:湿潤前後に各30秒間シャワー
(評価基準)
○:光沢保持率が80%以上
△:光沢保持率が60%以上80%未満
×:光沢保持率が60%未満または測定不可能
〔高温での保存安定性〕
(1)評価用試料の調整
水性樹脂組成物100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕とブチルセロソルブを等質量で混合することによって得られた混合溶液10部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500回/分にて10分間攪拌した後、白色ペースト30部および消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:ノプコ8034L〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が80KUになるように増粘剤〔(株)日本触媒製、商品名:アクリセットWR−503A〕を添加し、その状態で30分間攪拌することにより、試料を調製した。
なお、白色ペーストは、脱イオン水210部、分散剤〔花王(株)製、商品名:デモールEP〕60部、分散剤〔第一工業製薬(株)製、商品名:ディスコートN−14〕50部、湿潤剤〔花王(株)製、商品名:エマルゲンLS−106〕10部、プロピレングリコール60部、酸化チタン〔石原産業(株)製、品番:CR−95〕1000部およびガラスビーズ(直径:1mm)200部をホモディスパーで回転速度3000回/分にて60分間分散させることによって調製した。
(2)試験
前記で得られた試料を密閉容器内に入れ、室温で1日間養生させた後、BM粘度計(東機産業製TVB−10M)を用い、回転速度60rpmでの25℃における初期粘度を測定した。
次に、密閉容器に入れた状態で前記試料を50℃で1ヵ月間養生させた後、BM粘度計〔東機産業(株)製、品番:TVB−10M〕を用い、回転速度60rpmでの25℃における養生後粘度を測定した。
前記初期粘度および養生後粘度に基づき、粘度変化率を式:
[粘度変化率(%)]={[養生後粘度]−[初期粘度]}×100
に従って求め、以下の評価基準に基づいて高温での保存安定性を評価した。
(評価基準)
○:粘度変化率が10%未満
△:粘度変化率が10%以上30%未満
×:粘度変化率が30%以上
〔被膜の伸長性〕
(1)評価用試料の調製
水性樹脂組成物100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕とブチルセロソルブを等質量で混合することによって得られた混合溶液10部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500回/分にて10分間撹拌した後、消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:ノプコ8034L〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が60KUになるように増粘剤〔(株)日本触媒製、商品名:アクリセットWR−503A〕を添加し、その状態で30分間撹拌することにより、試料を調製した。
(2)評価用フィルムの作製および試験
ポリプロピレン製の樹脂板(縦:70mm、横:150mm、厚さ:2mm)に前記で得られた試料を20milアプリケーターで塗布し、室温で24時間乾燥させた後、形成された被膜(縦:1cm、横:7cm)を基材から剥離させ、0℃に調温した恒温槽内で3時間入れた後、引っ張り試験機〔(株)島津製作所製、商品名:オートグラフAGS−100D〕を用いて初期標線間距離50mm、引っ張り速度200mm/minの条件で引っ張り試験を行ない、被膜の伸張率を式:
[被膜の伸張率(%)]={[破断時の伸び−50mm]÷[50mm]}×100
に基づいて調べ、以下の評価基準に基づいて被膜の伸長性を評価した。
(評価基準)
○:被膜の伸張率が30%以上
△:被膜の伸張率が20%以上30%未満
×:被膜の伸張率が20%未満または測定不可能
〔耐水白化性〕
(1)評価用試料の調製
水性樹脂組成物100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチルー1,3−ペンタンジオールイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕とブチルセロソルブを等質量で混合することによって得られた混合溶液10部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500回/分にて10分間攪拌した後、消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:ノプコ8034L〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が60KUになるように増粘剤〔(株)日本触媒製、商品名:アクリセットWR−503A〕を添加し、その状態で30分間攪拌することにより、試料を調製した。
(2)評価用被膜の作製および試験
スレート板〔日本テストパネル(株)製、縦:70mm、横:150mm、厚さ:6mm〕にシーラー〔エスケー化研(株)製、商品名:EXシーラー]をエアスプレーで150g/mの塗布量で均一に塗布し、23℃で1週間乾燥させた。
次に、前記で得られた試料を6mi1アプリケーターでスレート板の被膜上に塗布し、23℃にて1週間乾燥させた。
試験板のL値(L)を色差計〔日本電色工業(株)製、品番:ZE−6000〕で測定し、さらにこの試験板を23℃の水に24時間浸漬させた後、水から引き上げ、キムタオル〔日本製紙クレシア(株)製〕で水分を拭き取り、1分間以内に前記色差計でL値(L)を測定した。
次に、L値の変化値を式:
ΔL=(L)−(L
に基づいて求め、以下の評価基準に基づいて評価した。
[評価基準]
○:ΔLが5未満
△:ΔLが5以上10未満
×:ΔLが10以上
〔塗膜溶出率〕
(1)評価用試料の調製
水性樹脂組成物100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕とブチルセロソルブを等質量で混合することによって得られた混合溶液10部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500回/分にて10分間撹拌した後、消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:ノプコ8034L〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が60KUになるように増粘剤〔(株)日本触媒製、商品名:アクリセットWR−503A〕を添加し、その状態で30分間撹拌することにより、試料を調製した。
(2)評価用フィルムの作製および試験
ポリプロピレン製の樹脂板(縦:70mm、横:150mm、厚さ:2mm)に前記で得られた試料を20milアプリケーターで塗布し、室温で24時間乾燥させた後、形成されたフィルム(縦:4cm、横:4cm)を基材から3枚剥離させ、3枚のフィルム(F、F、F)を得た。3枚の初期のフィルム重量(WA−0、WB−0、WC−0)をそれぞれ測定した。3枚のフィルムの内1枚(FC)を塗膜の残存助剤率計測用に150℃で2時間乾燥させ、重量(WC−1)を測定した。
塗膜の残存助剤率Xは次式で示される。
X=(WC−0−WC−1)×100÷WC−0
塗膜全溶出率を測定する為フィルム2枚(F、F)を25℃の水に24時間浸漬後、150℃で2時間乾燥後に重量(WA−1、WB−1)を測定した。
フィルム(F、F)の塗膜全溶出率(Y、Y)は次式で示される。
=(WA−0−WA−1)×100÷WA−0
=(WB−0−WB−1)×100÷WB−0
塗膜の溶出率Zは次式について基づいて求め、以下の評価基準で評価した。
Z=[(Y−X)+(Y−X)]÷2
[評価基準]
○:Zが2未満
△:Zが2以上5未満
×:Zが5以上
〔長期親水性〕
(1)評価用試料の調製
水性樹脂組成物100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕とブチルセロソルブを等質量で混合することによって得られた混合溶液10部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500回/分にて10分間撹拌した後、白色ペースト30部および消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:ノプコ8034L〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が80KUとなるように増粘剤〔(株)日本触媒製、商品名:アクリセットWR−503A〕を添加し、その状態で30分間撹拌することにより、試料を調製した。
なお、白色ペーストは、脱イオン水210部、分散剤〔花王(株)製、商品名:デモールEP〕60部、分散剤〔第一工業製薬(株)製、商品名:ディスコートN−14〕50部、湿潤剤〔花王(株)製、商品名:エマルゲンLS−106〕10部、プロピレングリコール60部、酸化チタン〔石原産業(株)製、品番:CR−95〕1000部およびガラスビーズ(直径:1mm)200部をホモディスパーで回転速度3000回/分にて60分間分散させることによって調製した。
(2)評価用被膜の作製および試験
スレート板〔日本テストパネル(株)製、縦:70mm、横:150mm、厚さ:6mm〕にシーラー〔エスケー化研(株)製、商品名:EXシーラー]をエアスプレーで150g/mの塗布量で均一に塗布し、23℃で1週間乾燥させた。
次に、前記で得られた試料を10mi1アプリケーターでスレート板の被膜上に塗布し、23℃にて1週間乾燥させた。
(試験方法)
試験板にシャワーで60秒間散水した後、室温で1日間乾燥させる一連の操作を1サイクルとして5サイクル試験を行ない、5サイクル終了後にさらに10秒間散水し、10秒間経過した時点で、試験板の被膜表面の状態を以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
○:被膜のほぼ全面が水で濡れている。
△:被膜の一部が水をはじいている。
×:被膜全面が水をはじいている。
〔総合評価〕
前記各物性の評価において、○の評価を20点、△の評価を10点、×の評価を0点とし、各得点を合計することにより、総合得点を求めた。
結果を表1〜表3に示す。なお、表において、「AA」とはアクリル酸、「DAAM」とはダイアセトンアクリルアミド、「OX」とはエポクロスWS−500(オキサゾリン系架橋剤)、「ADH」とはアジピン酸ジヒドラジド(ヒドラジン系架橋剤)を、それぞれ示す。
上記表の結果などから明らかなように、本発明の組成物によれば、長期親水性や低塗膜溶出性をはじめとして、優れた塗膜性能を実現できた。また、組成物の安定性にも優れていた。
特に、実施例と比較例5との対比から明らかなように、単に、エマルション粒子、水溶性ポリマーと無機粒子を混合するだけでは、所望の性能が得られず、本発明の構成である、エマルション粒子に、水溶性ポリマーと無機粒子との複合粒子を組み合わせることで、優れた性能が得られることがわかった。
(実施例16)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体(エマルション粒子)A1に製造例B1で得られた複合粒子B1を両者の固形分の質量比(A1/B1)が80/20となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
得られた水性樹脂組成物の「塗膜溶出率」及び「長期親水性」を、前記と同じ方法にて調べたところ、「塗膜溶出率」の評価は「△」、「長期親水性」の評価は「〇」であった。
(実施例17)
製造例A1で得られた水性樹脂分散体(エマルション粒子)A1に製造例B1で得られた複合粒子B1を両者の固形分の質量比(A1/B1)が70/30となるように添加し、水性樹脂組成物を得た。
得られた水性樹脂組成物の「塗膜溶出率」及び「長期親水性」を、前記と同じ方法にて調べたところ、「塗膜溶出率」の評価は「△」、「長期親水性」の評価は「△」であった。
本発明は、塗料用などとして有用な組成物を提供できる。

Claims (12)

  1. エマルション粒子(A)と、水溶性ポリマー(B1)と無機粒子(B2)との複合粒子(B)とを含む組成物。
  2. エマルション粒子(A)がアクリル系エマルション粒子である請求項1記載の組成物。
  3. エマルション粒子(A)が多層構造を有する請求項1又は2記載の組成物。
  4. 水溶性ポリマー(B1)が、ビニルアルコール系樹脂、ビニルラクタム系樹脂、オキシアルキレン系樹脂、アクリル酸系樹脂、水性ポリオール、及びアクリルアミド系樹脂から選択された少なくとも1種である請求項1〜3のいずれかに記載の組成物。
  5. 無機粒子(B2)が、シリカ粒子、酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、酸化鉄粒子、酸化亜鉛粒子及び酸化アルミニウム粒子から選択された少なくとも1種である請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
  6. エマルション粒子(A)が、官能基αを有する単量体を含む単量体成分(a)を重合成分とする樹脂で構成され、水溶性ポリマー(B1)が、官能基αと架橋構造を形成しうる官能基βを有する単量体を含む単量体成分(b)を重合成分とするポリマーで構成されている請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
  7. さらに、官能基αと官能基βとの間で反応して結合を形成可能な架橋剤(C)を含有する請求項6記載の組成物。
  8. 官能基αを有する単量体がカルボニル基含有単量体を含み、官能基βを有するモノマーがカルボニル基含有単量体を含み、ヒドラジン系架橋剤(C1)を介してエマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが架橋構造を形成可能である、及び/又は
    官能基αを有する単量体がカルボキシル基含有単量体を含み、官能基βを有するモノマーがカルボキシル基含有単量体を含み、オキサゾリン系架橋剤(C1)を介してエマルション粒子(A)と複合粒子(B)とが架橋構造を形成可能である、請求項6又は7に記載の組成物。
  9. エマルション粒子(A)及び複合粒子(B)が水性溶媒中に分散した、塗料用水性組成物である請求項1〜8のいずれかに記載の組成物。
  10. 請求項1〜9のいずれかに記載の組成物で形成された塗膜。
  11. 基材とこの基材上に形成された請求項10に記載の塗膜とで構成されたコート基材。
  12. エマルション粒子(A)及び水溶性ポリマー(B1)を含む組成物で形成された塗膜からの水溶性ポリマー(B1)の脱落又は流出を抑制又は防止する方法であって、水溶性ポリマー(B1)を無機粒子(B2)と複合化した複合粒子(B)の形態で組成物に含有させる方法。
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