KR20030040467A

KR20030040467A - 극성 단량체 및 다가 양이온을 포함하는 조성물 및 그제조방법

Info

Publication number: KR20030040467A
Application number: KR20037003930A
Authority: KR
Inventors: 슬론로버트빅터
Original assignee: 롬 앤드 하스 캄파니
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2003-05-22
Also published as: WO2002024757A2; US20020055581A1; US6838507B2; BR0114001A; KR20030040472A; KR20030040476A; KR20030048405A; WO2002024757A3; US6646086B2; AU2001289119B2; EP1325037A2; US6759463B2; CN1317328C; KR20030040479A; WO2002024760A2; CN1622959A; DE60124940T2; TWI231304B; US20020086908A1; TW584638B

Abstract

본 발명은, 부분적으로, 개선된 중합체 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 일구현에 있어서, 중합체 제조방법이 제공되며, 이 방법은 최소 하나의 극성 단량체의 일부분 및 최소 하나의 다가 양이온을 포함하는 반응 혼합물을 제공하는 단계; 그 반응 혼합물에 나머지 부분의 극성 단량체를 첨가하는 단계; 및 중합체를 제조하기 위해 상기 단량체를 중합하는 단계를 포함한다. 특정 구현에 있어서, 상기 제공 단계에서 반응 혼합물은 다가 양이온 1몰 당량에 대하여 극성 단량체 총량의 최소 2몰 당량을 포함한다.

Description

극성 단량체 및 다가 양이온을 포함하는 조성물 및 그 제조방법{Compositions Involving Polar Monomers and Multivalent Cations and Processes for Preparing the Same}

에멀젼에 첨가되는 다양한 금속염을 포함하는 복합체 혹은 극성 단량체를 함유하는 분산물이 기술분야에 알려져 있다. 참고문헌 Roma-Luciow등의 "Complexes of Poly(Acrylic Acid) with Some Divalent, Trivalent and Tetravalent Metal Ions", E. Polymer J., 37(2001), pp 1741-45("Roma-Luicow")에서는 크롬, 철, 알루미늄, 비스무스, 바나듐, 우라늄, 니켈, 구리, 아연, 코발트, 칼슘, 바륨, 세륨, 란탄, 및 네오다이늄과 같은 다양한 금속염을 갖는 폴리(아크릴산) 혹은 PAA의 금속 복합체가 개시된다. Roma-Luciow에 개시된 복합체는 특히 세라믹의 동화작용에서 전구체로 사용될 수 있다. 상기 Roma-Luciow 아티클은 물 및 다른 금속염을 갖는 복합체의 카르복실 리간드의 교환 속도를 비교하고, 분류하였다.

다가 양이온은 조성물의 물리적 혹은 화학적 특성을 증진시키기 위하여 극성 단량체로부터 중합된 중합체 혹은 공중합체에 종종 첨가된다. 예를 들어, 다가 양이온은 중합체 혹은 공중합체가 중합체 사슬에 존재하는 다양한 작용기를 개질하도록 형성된 후에 첨가될 수 있다. 메타크릴산("MAA")을 함유하는 중합체 혹은 공중합체에서, 카르복시산은 염이 제조되도록 양이온을 첨가하여 완전히 혹은 부분적으로 중화될 수 있다. 양이온의 첨가는 중합체 혹은 공중합체 내에서 음전하를 갖는 산소 이온과 함께 이온 결합을 형성할 수 있는 것으로 여겨진다. 이러한 이온 결합은 중합체 혹은 공중합체 사슬의 가교를 형성할 수 있다. 이에 대하여, 2가 양이온으로 형성된 염은 두개의 공중합체 사슬 사이에서 이온성 "가-교"를 촉진할 수 있다. 상기 결과 중합체 조성물은 이러한 이온성 "가-교"의 결과로 인해 더욱 강해질 수 있다. 그러나, 시스템 내에 너무 많은 양이온이 존재하는 경우, 중합체 라텍스를 불안정화할 수 있다. 나아가, 후-중합을 형성하는 이온성 가-교는 상기 이온성 가-교를 형성하기 위하여 중합체 사슬의 확산을 요구할 수 있다. 이러한 요구는 이온성 가-교에 동역학적 차단물을 발생시키며 주어진 양의 다가 양이온으로부터 허용가능한 가교의 최대수를 형성하기 위한 시스템이 실패할 수 있다.

Owens 등("Owens")의 미국 특허 제 5,149,745에서는 가교된 중합체를 제조하기 위하여 중합체의 Tg이상 온도에서 먼저 형성된 산-작용성 중합체와 전이금속 화합물의 반응 단계가 개시된다. Owens은 상기 화합물이 용액에서 초과량의 다가 양이온을 형성하는 것을 방지하도록, 전이금속 화합물이 물에 상대적으로 불용성이어야 한다고 가르친다. 높은 수준의 다가 양이온은 중합체의 다가 양이온 불안정성으로 인하여 에멀젼 혹은 수성 분산물의 외부에 응집되는 산 함유 중합체의 분산물 혹은 에멀젼을 일으킬 수 있다.

또한 다가 양이온은 중합체 물질 내에 구별되는 무기상을 제공함으로써 중합체 조성물의 물리적 혹은 화학적 특성을 변경하기 위하여 첨가될 수 있다. Senkus등("Senkus")의 미국 특허 제 5,952,420에서는 비 3차 알콜의 아크릴산 에스테르, 극성 단량체, 스티렌 술포네이트염 및 임계 마이셀 농도 이상의 계면활성제의 양을 포함하는 수성 혼합물의 서스펜션 중합으로 얻어지는 압력-감응 접착성 폴리아크릴레이트 미입자성 복합체가 개시된다. 비 수용성의 금속 산화물 염의 형태에서 금속 양이온은 서스펜션 안정화제 조절제로서 수성 혼합물에 첨가된다. Senkus에 의해 제조된 결과 복합체는 무기 물질 전체에 있어서 압력-감응 접착성 미입자성 물질과 함께 결합되는 활성 탄소, 실리카겔 혹은 알루미나 과립과 같은 구별되는 무기물질의 상을 포함한다. 이러한 다중-상 혹은 비동질 중합체-무기 복합체는 보다 우수한 수감도(water sensitivity), 수 백색화(water whitening), 및 압력 감응 접착제와 같은 특정 적용에 결점이 될 수 있는 불량한 필름 외관을 나타낼 수 있다. 게다가, 상기 Senkus의 복합체는 주어진 양의 다가 양이온으로부터 최대수의 가교를 얻기 어려울 수 있다.

또한 Young 등("Young")의 WO 01/36505에서는 중합 복합체의 물리적 및 화학적 특성을 개질하기 위한 비수용성 염의 형태로 다가 양이온의 첨가가 개시된다. Young은 유기 입자-충전된 접착제를 제조하기 위해 함께 혼화되는 중합체 매트릭스를 개질하는 무기 입자상으로 구성된 서스펜션 중합체 복합체를 개시한다. Senkus와 같이, 결과 중합체-무기 복합체는 하나 이상의 상으로 구성되며, 여러가지 동일한 문제에 처한다.

본 발명은 중합 후에 다가 양이온을 첨가하지 않으면서 개선된 물성을 갖는 중합체 조성물을 제공한다. 대신, 본 발명은 중합 전에 및/혹은 도중에 극성 단량체 부분을 갖는 위치에(in-situ) 복합체를 형성하기 위하여 다가 양이온, 바람직하게는 수용성 양이온을 사용한다. 나아가, 본 발명은 다중 무기상을 형성하지 않으면서 증진된 물성을 갖는 중합체 조성물을 제공한다. 극성 단량체를 갖는 중합체 조성물의 물성은 중합 전에 및/혹은 도중에 가용성 양이온 염, 전형적으로 다가 양이온의 첨가 및 극성 단량체의 단계적인(staged) 첨가를 통해 증진될 수 있다. 상기 극성 단량체의 단계적인 첨가 및 양이온의 첨가는 중합체 혹은 중합체 라텍스 안정성에 대한 문제없이 높은 정도의 이온성 가-교 를 갖는 중합체 혹은 중합체 라텍스를 제조할 수 있다. 게다가, 본 발명은 다가 양이온의 첨가로 종종 일어나는 겔화 및 그릿 문제점이 회피된다.

본 발명은 일반적으로 극성 단량체 및 다가 양이온을 포함하는 중합체 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 중합전에 다가 양이온을 첨가하여 증진된 물성을 나타내는 극성 단량체를 포함하는 단일상 조성물에 관한 것이다. 또한 본 발명은 예를 들어, 코팅, 광택제, 실란트, 코오크, 접착제, 및 플라스틱 첨가제로써 증진된 조성물의 용도에 관한 것이다.

부분적으로, 본 발명은 증진된 중합체 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 특별히, 일구현에 있어서, 중합체의 제조방법이 제공되며, 이 방법은: 최소 하나의 극성 단량체의 일부분(portion) 및 최소 하나의 다가 양이온을 포함하는 반응 혼합물을 제공하는 단계; 잔여분의 극성 단량체를 포함하는 혼합물을 상기 반응 혼합물에 첨가하는 단계; 및 중합체를 제조하기 위하여 상기 단량체를 중합하는 단계를 포함한다. 특정한 구현에 있어서, 상기 제공 단계에서 반응 혼합물은 다가 양이온 1몰 당량에 대하여 극성 단량체 총량의 최소 2몰 당량 이상을 포함한다.

본 발명의 다른 구현에 있어서, 중합체의 제조방법이 제공되며, 이 방법은: 최소 하나의 극성 단량체, 최소 하나의 다가 양이온, 및 임의로 최소 하나의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 반응 혼합물을 제공하는 단계; 최소 하나의 극성 단량체 및 임의로 최소 하나의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 단량체 혼합물을 제공하는 단계; 상기 반응 혼합물에 상기 단량체 혼합물을 첨가하는 단계; 및 중합체를 제조하기 위하여 상기 단량체를 중합하는 단계를 포함한다.

본 발명의 부가적인 구현에 있어서, 중합체의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은: 최소 하나의 극성 단량체, 용매에 가용성인 최소 하나의 다가 양이온, 및 임의로 최소 하나의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 반응 혼합물을 제공하는 단계; 최소 하나의 극성 단량체를 포함하는 단량체 혼합물을 제공하는 단계; 중합체 시드(seed)를 제조하기 위하여 상기 반응 혼합물에 상기 단량체 혼합물의 일부를 첨가하는 단계; 점진적으로 반응 혼합물에 잔여의 단량체 혼합물을 첨가하는 단계를 포함한다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 중합 전에 및/혹은 도중에 그안에 함유된 음전하 극성 단량체와 양전하 양이온의 부분 사이에서 가교된 사이트를 증진시켜 중합체 조성물, 바람직하게는 수성 중합체 라텍스 조성물의 물성을 증진하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 중합체 조성물은 종래 기술의 방법으로 제조된 중합체 조성물과 비교하여 증진된 성질의 균형을 이롭게 나타낼 수 있다. 특히, 본 발명의 중합체 조성물은 바람직하게, 중합후에 추가의 처리단계를 초래하지 않으며, 조성물내에 구별되는 무기상을 형성하지 않으면서 증가된 강도를 나타낼 수 있다. 또한 본 발명은 다가 양이온의 첨가 및 단계적인 극성 단량체의 첨가를 통하여 에멀젼, 용액, 서스펜션, 용매, 벌크 혹은 다른 중합 방법으로 제조된 다양한 중합체 조성물, 바람직하게는 수성 중합체 조성물의 개선된 방법을 제공한다. 예를 들어 복합체를 제조하기 위하여 상기 극성 단량체 및 상기 다가 양이온의 혼합물을 중합 전 및/혹은 도중의 어떠한 시점에서 사용할 수 있다.

잔여 극성 단량체의 첨가 및 단량체의 중합 전에 극성 단량체를 갖는 복합체를 형성하기 위하여 양이온, 전형적으로 금속 양이온의 첨가는 극성 단량체 내의 음전하 작용기와 다가 양이온 사이의 인력을 증가시킬 수 있는 것으로 발견되었다. 상기 극성 단량체와 양이온 사이의 증가된 인력으로 인해 증가된 인장 강도와 같이 개선된 물성을 갖는 중합체 라텍스가 결과된다. 본 발명은 에멀젼 기초-중합체 혹은 수성 중합체 라텍스 분산물에 관한 것은 아니나, 본 발명의 방법은 이에 제한하는 것은 아니나 용액 혹은 서스펜션 중합 기술과 같은 다양한 중합 기술에 적합한 것으로 이해된다. 사실, 본 발명은 부분적으로 혹은 완전히 음전하인 단량체, 올리고머 혹은 안정화제가 다가 양이온의 양전하에 이끌리며 중합시 침전될 수 있는 어떠한 중합 기술에 적합하다.

본 발명의 특정한 구현에 있어서, 상기 중합체는 수성 중합체 라텍스 분산물을 제조하기 위하여 에멀젼-기초 중합 기술로 제조된다. 에틸렌계 불포화 단량체로부터 중합체 라텍스 입자의 수성 분산물을 제조하는 어떠한 통상적인 에멀젼 중합 기술은 단일 혹은 다중 샷 배치 공정 및 연속 공정으로 사용될 수 있다. 중합체 라텍스의 제조는 일반적으로, R. G. Gilbert,Emulsion Polymerization: A Mechanistic Approach, Academic Press, NY(1^stEdition, 1995) 및 El-Aasser,Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers, John Wiley and Sons, NY(1997)에 논의된다. 아크릴 중합체 라텍스의 제조는 예를 들어, Emulsion Polymerization of Acrylic Polymers, Bulletin, Rohm and Haas Company, Philadelphia.에 개시된다. 몇몇의 구현에 있어서, 제 1수성 반응 혼합물 및 제 2수성 반응 혼합물과 같은 두개의 분리 반응 혼합물 혹은 단량체 혼합물은 초기에 반응 혼합물 내의 단량체 다-단계 에멀젼 중합으로 제조될 수 있다. 본 출원은 주로 두단계에 의한 다-단계 중합을 논의하며, 두 단계 이상의 단량체 중합이 부가적으로 구상되는 것으로 이해된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "단계", "다-단계", 및 "코어쉘"은 미국 특허 제 3,793,402, 3,971,835, 5,534,594, 및 5,599,854에서 의미하는 바와 같이 가능한 가장 넓은 의미를 포함하며, 상기 특허에서는 "단계적인" 및 "다-단계적인" 및 코어쉘 중합체를 달성하는 다양한 수단을 개시한다. 제 1반응 혼합물은 전형적으로 다가 양이온 공급원의 배합물, 복합체, 혹은 혼합물 및 극성 단량체의 일부분, 계면활성제 및/혹은 에멀젼화제, 및 임의로 하나 이상의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하며, 제 2반응 혼합물은 잔여의 극성 단량체 및 임의로 하나 이상의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함한다. 선택적인 구현에 있어서, 상기 잔여의 극성 단량체는 제 1수성 반응 혼합물에 니트(neat)하게 첨가될 수 있다. 수성 중합체 라텍스 분산물의 최종 용도에 따라, 단량체 에멀젼의 제 1수성 반응 혼합물 및 제 2수성 반응 혼합물에서 극성 단량체는 동일하거나 혹은 다를 수 있다. 용어 "수성 중합체 라텍스 분산물"은 나아가 수성 혹은 수상을 포함하는 중합체 라텍스를 칭한다.

상기 수성 중합체 라텍스 분산물은 최소 일종류의 에틸렌계 불포화 단량체로부터 유도되는 중합 유니트를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "~로부터 유도되는 유니트"는 알려진 중합 기술에 따라 합성되는 중합체 분자를 칭하며, 이때 중합체는 이의 구성 단량체 "로부터 유도되는 유니트"를 포함한다. 바람직하게, 상기 에틸렌계 불포화 단량체는 수성 중합체 라텍스 분산물내의 중합 유니트가 비수용성 즉, 물 용해도가 낮거나 혹은 없는 것으로 부터 선택된다.

전형적으로 단량체 혼합물의 제조는 최소 하나의 에틸렌계 불포화 단량체와 물 및 임의의 에멀젼화제를 격렬하게 혼합하는 것을 포함한다. 본 발명의 다른 구현에 있어서, 상기 단량체는 "니트"하게 첨가되며 즉, 물없이 첨가될 수 있다. 상기 단량체 혼합물에서 단량체, 물, 및 에멀젼화제의 양은 예를 들어, 특정한 단량체 및/혹은 선택되는 에멀젼화제, 의도되는 최종-용도, 중합 기술등에 따라 변화될 수 있다. 특정한 구현에 있어서, 상기 단량체 혼합물에서 상기 단량체의 양의 범위는 25~100중량%, 바람직하게는 40-90중량%, 보다 더 바람직하게는 60-80중량%이다. 수성 기초인 경우, 상기 단량체 혼합물에서 물의 양은 에멀젼화된 단량체 혼합물(단량체, 에멀젼화제, 및 물)의 총 중량을 기준으로 0.1~75중량%, 보다 바람직하게는 10~60중량%, 및 보다 더 바람직하게는 20~40중량%이다. 단량체 혼합물에 에멀젼이 첨가되는 경우, 그 양은 0.01~10중량%, 바람직하게는 0.05~2중량%, 및 보다 더 바람직하게는 0.1~1중량%이다.

중합될 수 있는 단량체는 The Polymer Handbook, 3^rdEdition, Brandrup and Immergut, Eds., Wiley Intersience, Chapter 2(1989)에 열거된 바와 같이 일반적으로 기술분야에서 알려진 어떠한 에틸렌계 불포화 단량체를 포함한다. 적합한 에틸렌계 불포화 단량체로는 예를 들어, C₁-C₁₈알킬(메트)아크릴레이트 단량체(예를 들어, 메틸-, 에틸-, 프로필-, n-부틸-, sec-부틸-, tert-부틸-, 펜틸-, 이소보닐-, 헥실-, 헵틸-, n-옥틸-, 2-에틸헥실-, 데실-, 운데실-, 도데실-, 라우릴, 세틸, 및 스테아릴-(메트)아크릴레이트등); 비닐 방향족 단량체(예를 들어, 스티렌, 알파-메틸 스티렌, 파라-메틸 스티렌, 클로로스티렌, 비닐 톨루엔, 디브로모스티렌, 트리브로모스티렌, 비닐 나프탈렌, 이소프로페닐 나프탈렌, 디비닐벤젠등); 비닐 에스테르(예를 들어, 비닐 아세테이트; 비닐 버사테이트;등); 비닐-불포화 카르복시산 단량체(예를 들어, 메타크릴산, 아크릴산, 말레산, 이타콘산); 질소-함유 비닐 불포화 단량체(예를 들어, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 및 C₁-C₁₈알킬(메트)아크릴아미드등); 디엔(예를 들어, 부타디엔 및 이소프렌); 에틸렌, 하이드록시에틸(메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필(메트)아크릴레이트등을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "알킬(메트)아크릴레이트는 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트 모두의 에스테르를 칭한다.

바람직한 내후성(resistance to weathering)을 갖는 수성 중합체 라텍스 조성물의 제조에 있어서, 알킬(메트)아크릴레이트의 종류로부터 선택되는 단량체를 사용하는 것이 바람직하다. 저비용의 상업적으로 이용가능한 수성 중합체 라텍스 분산물의 제공에 있어서, 에틸렌계 불포화 단량체는 C₁-C₁₈알킬 메타크릴레이트, C₁-C₁₈알킬 아크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 부타디엔, 비닐방향족 단량체 등으로 구성되는 그룹으로 부터 선택되는 것이 바람직하다. 코팅 및 접착제의 제조에 수성 중합체 라텍스 분산물의 사용에 있어서, C₁-C₁₈알킬(메트)아크릴레이트 단량체; 아크릴산; 메타크릴산; 이타콘산; 비닐아세테이트; 비닐버사테이트; 비닐방향족 당량체등을 사용하는 것이 바람직하다. 상대적인 저비용 및 상업적 이용 가능성으로 인하여 다양하게 적용되는 수성 중합체 라텍스 분산물을 제공함에 있어서, n-부틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 스티렌, 부타디엔, 아크릴산, 및 메타크릴산 단량체를 사용하는 것이 바람직하다.

특정한 구현에 있어서, 제 1 및/혹은 제 2수성 반응 혼합물에서 상기 단량체 혼합물은 에멀젼화될 수 있다. 이러한 구현에 있어서, 적합한 에멀젼화제로는 이에 제한하는 것은 아니나 알킬-, 아릴-, 아랄킬-, 알카릴- 술페이트 혹은 술포네페이트의 염; 알킬-, 아릴-, 아랄킬-, 알카릴-폴리(알콕시알킬)에테르; 알킬-, 아릴-, 아랄킬-, 알카릴- 폴리(알콕시알킬) 술페이트; 포타슘 올레이트, 전형적으로 알킬 디페닐옥사이드 디술포네이트와 같은 긴-사슬 지방산의 알칼리염;등과 같은 에멀젼 중합에 통상적으로 사용되는 것들이 포함될 수 있다. 바람직한 에멀젼화제로는 예를 들어, 도데실벤젠 술포네이트 및 디옥틸 술포숙시네이트를 포함할 수 있다. 부가적인 에멀젼화제로는 예를 들어, 에틸옥실레이트된 알콜과 같은 비-이온성 계면활성제를 포함한다.

중합체를 공유결합 가교하거나 및/혹은 다단계 중합체를 그라프트 링크(graft link)하는 것이 바람직한 경우, 가교제 및/혹은 그라프트링커가 단량체 혼합물에 또한 포함될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "가교제"는 동일한 종류의 중합체 분자 사이에서 둘 이상의 공유 결합을 형성할 수 있는 다-작용성 단량체를 칭한다. 본 발명에서 사용되는 용어 "그라프트 링커"는 다른 종류의 중합체 분자를 갖는 일종류의 중합체 분자 사이에서 둘이상의 공유결합을 형성할 수 있는 다-작용성 단량체를 칭한다. 적합한 가교제 혹은 그라프트링커(graftlinker)로는 예를 들어, 디 비닐벤젠, 부틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 올리고에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 올리고에틸렌 글리콜 디메트-아크릴레이트, 트리메틸올-프로판 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 디메트-아크릴레이트, 트리메틸올-프로판 트리아크릴레이트("TMPTA") 혹은 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 및 알릴아크릴레이트, 디알릴말레이트, 및 일반적인 알릴메타크릴레이트등과 같은 불포화 카르복시산 알릴에스테르와 같은 알칸폴리올-폴리아크릴레이트 혹은 알칸폴리올-폴리메타크릴레이트를 포함한다.

반응 혼합물내에서 최소 하나의 단량체는 극성 단량체이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "극성 단량체"는 부분적으로 혹은 완전히 음전하를 갖는 단량체를 칭한다. 이러한 단량체의 예로는 이에 제한하는 것은 아니나, 카르복시산, 포스페이트 혹은 술페이트 작용기를 함유하는 단량체를 포함한다. 나아가 극성 단량체의 추가적인 예로는 하이드록실, 에스테르, 에테르, 알데히드 및 케톤 작용기를 포함하는 단량체이다. 바람직하게, 상기 극성 단량체는 카르복시산 함유 단량체이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "산 함유 단량체"란, 하나 이상의 산 작용기 혹은 무수물 예를 들어, 메타크릴산무수물, 말레산무수물 혹은 이타콘산무수물과 같은 산을 형성할 수 있는 작용기를 함유하는 어떠한 에틸렌계 불포화 단량체를 칭한다. 산함유 단량체의 예로는 예를 들어, 아크릴산("AA"), 메타크릴산("MAA"), 이타콘산("IA"), 말레산 및 퓨마르산; 아크릴옥시프로피온산 및 (메트)아크릴옥시프로피온산;과 같은 카르복시산 함유 에틸렌계 불포화 단량체; 스티렌 술폰산, 소디움 비닐 술포네이트 술포에틸 아크릴레이트, 술포에틸 메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트-2-술폰산 혹은 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산과 같은 술폰산 함유 단량체; 포스포에틸메타크릴레이트("PEM"); 상기 산 함유 단량체에 상응하는염; 혹은 이들의 혼합물을 포함한다. 이러한 구현에 있어서, 상기 시스템내의 산 함유 단량체의 총량의 범위는 0.01~100중량%, 바람직하게 0.1~20중량%, 보다 더 바람직하게는 0.1~5중량%이다.

본 발명의 다른 구현에 있어서, 상기 극성 단량체는 부분적으로 혹은 완전히 음전하를 갖는 삼합체와 같은 극성 올리고머 혹은 불포화 올리고머에 관한 것이며, 이는 종말 불포화도와 같은 하나 이상의 불포화점을 갖는다. 본 발명의 특정한 구현에 있어서, 상기 극성 단량체는 염기에 가용성일 수 있는(즉, 많은 CO₂H기를 함유하며, 알칼리 가용성인) 저분자량 중합체 안정화제에 관한 것이다. 이러한 극성 중합체 안정화제의 비-제한 예에 있어서, Rohm and Haas, Inc, Philadelphia, PA로부터 제조되는 MOREZ^TM101 혹은 TAMOL^TM731 모두를 포함한다. 이러한 구현에 있어서, 상기 시스템에서 극성 안정화제의 양은 1~50중량%, 보다 바람직하게는 15~50중량%일 수 있다.

특정한 바람직한 구현에 있어서, 상기 제 1수성 반응 혼합물은 최소 하나의 극성 단량체 및 상기 다가 양이온의 단량체 혼합물을 포함하는 복합체를 포함한다. 바람직하게, 상기 극성 단량체는 산 함유 단량체이다. 이러한 구현에 있어서, 상기 전체 조성물에서 상기 극성 단량체의 일부분은 예를 들어, 상기 단량체 및 상기 양이온 사이에서 복합체를 형성하기 위하여 다가 양이온을 함유하는 제 1수성 반응 혼합물에 첨가되며, 잔여의 극성 단량체는 제 2수성 반응 혼합물에 첨가되거나 혹은 니트하게 첨가된다. 상기 제 1수성 반응 혼합물에 첨가되는 극성 단량체의 양은 상기 반응 혼합물내에서 다가 양이온 1몰 당량 대 최소 2몰 당량이다. 산-함유 단량체를 포함하는 구현에 있어서, 산 작용기를 상기 양이온에 결합되도록 하며 중합 공정 도중에 그안에 남아 있는 것으로 여겨진다. 이러한 극성 단량체 첨가의 단계적 방법은 제 2수성 반응 혼합물 혹은 단량체 에멀젼에 계속하여 극성 단량체 전부(straight)를 첨가하는 것과 비교하여 물성이 증가될 수 있다.

산-함유 단량체가 단계적인(staged) 경우의 구현에 있어서, 상기 다가 양이온을 함유하는 제 1수성 반응 혼합물에서 단계적인 산의 양은 수성 중합체 라텍스 분산물내에 장입된 총산의 0~100%일 수 있다. 상기 제 2수성 반응 혼합물 혹은 제 1 수성 반응 혼합물에 첨가된 극성 단량체의 잔여분은 수성 중합체 라텍스 분산물내의 잔여 산 함유 단량체의 1~100%, 바람직하게는 1~50%, 보다 바람직하게는 5~25%, 그리고 보다 더 바람직하게는 5~15%를 함유할 수 있다.

산 함유 단량체의 최적 양은 반응 혼합물의 조성물 및 산 종류에 따라서 변화되나, 산 함유 단량체의 양은 일반적으로 제 1수성 반응 혼합물에 첨가된 2가(혹은 보다 높은 원자가) 이온의 몰양보다 2배이상인 수준일 것이다. 이에 대하여, 상기 시스템에 첨가되는 극성 단량체의 양은 상기 시스템내의 다가 양이온 전하를 중화시키기에 충분한 양이다. 본 명세서에서 사용된 용어 "중화"는 양전하와 음전하의 균형을 의미한다. 예를 들어, 산 함유 단량체와 2가 양이온 사이에서 다가 양이온 전하를 중화시키는 최적량은 산 함유 단량체 최소 2몰 당량 대 2가 양이온 1몰 당량을 함유할 것이다. 이에 따라, 2개의 산 그룹 대 1개의 2가 양이온의 복합체가될 수 있다. 마찬가지로, 3가 양이온을 첨가하는 경우에, 3가 양이온의 양에 대한 산 함유 단량체의 양은 1몰 당량의 3가 양이온에 대하여 최소 2몰 당량, 바람직하게는 3몰 당량을 포함할 것이다. 따라서, 복합체 내의 산 함유 단량체 및 양이온의 최적량은 산 함유 단량체 대 양이온의 전하를 중화시키는 제 1 수성반응 혼합물에 필요한 만큼의 산 함유 단량체만을 사용할 수 있으며; 그 후, 제 2수성 반응 혼합물내에 잔여의 산 함유 단량체는 중합체 라텍스 입자 성장 안정화를 도울 수 있다.

양이온, 바람직하게는 다가 양이온, 보다 바람직하게는 최소 하나의 2가 혹은 3가 양이온, 그리고 보다 더 바람직하게는 최소 하나의 2가 혹은 3가 금속 양이온을 상기 제 1반응 혼합물에 첨가한다. 상기 극성 단량체의 일부분을 함유하는 상기 반응 혼합물에 양이온을 첨가하여, 예를 들어, 상기 반응 혼합물내에 원위치 복합체가 형성된다. 상기 양이온은 바람직하게 가용성이며, 즉, 모든 양이온이 용매에 용해될 수 있는 수준으로 존재한다. 바람직한 구현에 있어서, 상기 용매는 물이며 상기 양이온은 수용성이다. 바람직하게 상기 양이온은 슬러리 혹은 용액의 형태로 상기 반응 혼합물에 첨가될 수 있다. 본 발명의 특정한 구현에 있어서, 상기 양이온은 최소 하나의 2가 및/혹은 3가 양이온을 포함하는 금속 염을 함유하는 용액의 형태로 첨가된다. 바람직하게, 상기 금속염은 물 혹은 다른 용매에 용해된다. 이러한 염의 예로는 이에 제한하는 것은 아니나, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂, 혹은 Mg(SO₄)를 포함한다. 나아가, 2가 혹은 3가 양이온을 포함하는 금속염의 비제한 예가 미국 특허 제 5,998,538에 제공된다. 상기 양이온의 선택은 중합체 혹은 중합체 라텍스의최종 용도에 영향을 주며, 금속 염에서 음이온의 선택은 용해도 및 라텍스 안정성에 영향을 미친다. 예를 들어, Cl과 같은 할라이드 음이온은 상기 중합체 라텍스를 불안정화할 수 있다. 상기된 바와 같이, 상기 양이온은 예를 들어, 상기 양이온을 중화하기 위하여 반응 혼합물에서 극성 단량체의 일부분을 갖는 원위치 복합체를 제조하기에 충분한 양이 존재한다. 본 발명의 특정한 구현에 있어서, 반응 혼합물에 첨가되는 상기 양이온의 양은 상기 중합체 혹은 수성 중합체 라텍스 분산물내의 단량체의 건조 중량 및 극성 단량체의 양을 기준으로 0.001~10중량%, 보다 바람직하게는 0.01~5중량%, 그리고 보다 더 바람직하게는 0.1~1중량%이다.

상기 양이온은 상기 시스템에서 음전하 극성 단량체 및 양이온 사이의 인력을 촉진하며 상기 중합체의 물성을 증진시키는 중합 공정 도중에 어떠한 시점에서 반응에 첨가될 수 있다. 상기 양이온의 첨가 전에, 중합되는 단량체의 퍼센트는 0~90%, 보다 바람직하게는 0~50%이다. 바람직하게, 상기 양이온은 중합체를 제조하기 위한 단량체의 중합전에 혹은 중합 단계 전에 반응에 첨가될 수 있다. 전형적으로 이러한 첨가 모드는 중합후에 양이온을 첨가하는 것과 비교하여 중합체의 물성이 보다 개선된다.

본 발명의 일구현의 제 3단계에 있어서, 제 1 및 제 2수성 반응 혼합물 혹은 반응 혼합물 및 잔여 극성 단량체는 다-단계 에멀젼 중합된다. 이러한 다-단계 에멀젼 중합은 바람직하게 둘이상의 단량체 혼합물의 연속적인 중합을 포함하며, 이 때, 상기 제 1단량체 혼합물을 중합체 입자 분산물을 형성하기 위하여 전환의 정도가 80%이상, 바람직하게 90%이상, 그리고 보다 더 바람직하게는 95%이상으로 중합된다. 이러한 중합은 중합체 입자를 포함할 수 있는 (예를 들어, 중합체 입자내에서 중합체 쉘 둘레 혹은 도메인)부가 중합체를 제조하기 위해 및/혹은 코어쉘 중합체와 같은 부가 중합체 입자를 형성하기 위해 중합체 입자 분산물의 존재하에서 잔여 극성 단량체를 함유하는 제 2단량체 혼합물의 중합에 의해 바람직하게 수행된다.

상기 에멀젼 중합 단계는 반응물(단량체, 개시제, 임의의 에멀젼화제, 다가 양이온, 및 임의의 사슬 전달제)이 수성 매질에서 적합하게 결합되고, 혼합되고 반응되며, 열이 반응기로 내로 그리고 밖으로 전달될 수 있는 적합한 반응기에서 전형적으로 수행된다. 바람직하게 상기 반응물은 반응기내로 시간동안 천천히(세미-배치 공정처럼 단계적으로)연속적으로 첨가되거나 혹은 "샷(배치 와이즈)"처럼 빠르게 첨가된다. 전형적으로, 상기 반응물은 상기 반응기에 단계적으로 첨가된다("그래드-첨가(grad-add)").

본 발명의 다른 구현에 있어서, 본 발명의 중합체 조성물은 에멀젼 중합이 아닌 기술로 제조될 수 있다. 예를 들어, 이러한 조성물은 벌크 중합 기술 즉, 용매 혹은 물을 첨가하지 않는 중합으로 중합될 수 있다. 다른 구현에 있어서, 용액 중합 기술은 단량체 중합의 열 혹은 중합체의 점도가 매우 큰 경우에 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 중합은 수성 매질에서 일어나거나 다른 매질 혹은 용매가 사용될 수 있다. 그러나, 용액 중합으로 인한 몇몇 결점은 분자량을 제한할 수 있는 용매를 포함하는 반응 혹은 사슬 전달 반응의 완료시에 용매의 제거일 수 있다.

본 발명의 다른 구현에 있어서, 상기 중합체 라텍스 내의 단량체는 서스펜션중합으로 중합될 수 있다. 이러한 구현에 있어서, 상기 단량체는 액상 매질에 기계적으로 분산되며, 소적(droplets)으로 중합된다. 상기 액상 매질은 바람직하게 물이나, 퍼플루오로카본과 같은 다른 매질이 또한 사용될 수 있다. 기계적 교반과 함께 하나 이상의 안정화제를 서스펜션에 첨가하는 것은 단량체 소적의 응집을 방지하는 데 도움이 된다. 부가적인 서스펜션 중합의 비-제한 예는 George Odian, Principles of Polymerization, 2nd ed. John Wiley and Sons, NY(1981), pp 287-288에 제공된다.

본 발명의 부가적인 구현에 있어서, 본 발명의 중합체 콜로이드는 미니-에멀젼 중합 기술로 제조될 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "콜로이드"는 0.05~1㎛의 수평균 입자 크기를 갖는 입자를 칭한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "미니-에멀젼 중합"은 일반적으로 안정한 서브미크론 수중유 분산물을 포함하는 방법에 관한 것이며, 이 때 분산물내의 단량체 소적 크기는 0.05~1㎛일 수 있다. 미니-에멀젼 중합 기술의 추가 논의는 E.D Sudol등의 "Mini-emulsion Polymerization", Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers, John Wiley and Sons, NY(1997), pp.700-722에 제공된다. 참고문헌, Erdem등의 "Encapsulation of Inorganic Particles via Mini-emulsion Polymerization", Proc. Am. Chem. Soc.(Div Polym Master Sci Eng) 1999, 80, 583 및 Erdem 등의 "Encapsulation of Inorganic Paticles via Mini-emulsion Polymerization. Ⅲ. Characterization of Encapsulation", Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 38, 4441-4450(2000)에서는 미니-에멀젼 중합의 몇몇 예시적인 방법을 제공한다.상기 분산물은 전형적으로 오일, 물, 계면활성제, 및 임의의 공-계면활성제를 포함하는 시스템을 시어링(shearing)하여 얻어진다. 수성 분산물의 작은 소적 크기로 인해, 상기 미니-에멀젼내의 단량체 소적은 입자 핵형성을 위한 우세한 사이트가 될 수 있다.

상기 미니-에멀젼내의 단량체 소적의 안정성은 임의의 공안정화제와 함께 안정화제를 사용하여 나타날 수 있다. 상기 안정화제로는 예를 들어, 본 명세서에 언급된 어떠한 계면활성제를 포함할 수 있다. 공안정화제(costabilizer)가 사용되는 구현에 있어서, 바람직하게 상기 공안정화제는 저분자량의 예를 들어, 세틸알콜, 헥산, 혹은 헥사데카놀과 같은 물불용성 화합물이다. 상기 혼합물에 첨가될 수 있는 상기 계면활성제의 양은 상기 혼합물내의 단량체 중량을 기준으로, 0.1~10중량%, 바람직하게는 0.5~5중량%, 보다 바람직하게는 1~4중량%이다. 상기 혼합물에 공-계면활성제(co-surfactant)가 첨가되는 경우, 그 양은 혼합물내의 단량체 중량을 기준으로 0.1~15중량%, 바람직하게는 1~10중량%, 보다 바람직하게는 2~8중량%이다.

다양한 개시제 시스템이 자유 라디칼 개시의 기술분야에 알려져 있으며 본 명세서에 개시된 방법으로 사용될 수 있다. 상기 개시제 시스템의 선택은 사용되는 중합 기술에 따라 변화될 수 있다. 이에 제한하는 것은 아니나 퍼술페이트염과 같은 열개시제가 사용될 수 있다. 선택적으로, 자유 라디칼 레독스 개시제 시스템이 또한 사용될 수 있다. 이러한 시스템의 예로는 예를 들어, 퍼술페이트, 아조, 퍼옥사이드(예를 들어, 하이드로겐 퍼옥사이드, t-부틸 하이드로퍼옥사이드, t-아밀하이드로퍼옥사이드)등과 같은 산화 작용제 혹은 산화제 및 소디움 메타바이술파이트, 소디움 바이술파이트, 소디움 술폭실레이트 포름알데히드, 소디움 디티오나이트, 이소아스코르브산, 소디움 하이드로술파이트, 2-하이드록시-2-술피나토아세트산, 2-하이드록시술포나토아세트산등과 같은 환원 작용제 혹은 환원제를 포함한다. 본 발명에서 비-이온성 계면활성제의 존재는 상전이 촉매로 역할을 할 수 있으며 극성 단량체 내에서 다가 양이온의 극성기로의 전달을 보조할 수 있다.

본 발명의 공정의 다양한 단계에서 전형적으로 사용되는 자유-라디칼 개시제는 10~100℃, 바람직하게는 20~95℃, 그리고 보다 바람직하게는 55~90℃의 온도범위에서 수행되는 자유-라디칼 레독스 중합에 통상적으로 사용되는 것이다. 100℃ 보다 높은 온도에서는 상승된 압력을 위해 고안된 장치를 사용하는 것이 가능하다. 레독스 개시를 포함하는 몇몇 구현에 있어서, 개시 온도는 바람직하게 85℃이하, 보다 바람직하게는 55℃이하로 유지된다. 퍼술페이트 염을 포함하는 열개시의 구현에 있어서, 80~90℃의 온도가 사용된다.

본 발명의 일구현에 있어서, 상기 단량체는 시간에 걸쳐 반응기내로 배치-와이즈("샷")으로 첨가될 수 있거나 혹은 연속적으로 혹은 단계적으로 공급될 수 있다. 반응기로의 수성 반응 혼합물의 단계적인 첨가에 의한 연속적인 공급 시간은 0.5~18시간, 바람직하게는 1~12시간, 그리고 보다 더 바람직하게는 2~6시간이며, 반응 온도의 제어에 유용하다.

또한, 버퍼가 에멀젼 중합 도중에 반응 혼합물에 존재할 수 있다. 일반적으로 버퍼는 이에 제한하는 것은 아니나, 소디움 바이카보네이트, 소디움 카보네이트혹은 소디움 아세테이트와 같은 약산염이다. 반응 혼합물에 첨가되는 경우, 존재할 수 있는 버퍼의 양은 중합에 사용되는 총 단량체를 기준으로 0.01~5중량%일 수 있다. 일반적으로, 암모니아 혹은 소디움 하이드록사이드와 같은 강염기의 보다 낮은 수준이 중합의 pH를 조절하기 위하여 또한 사용될 수 있다. 이러한 작용제는 중합 단계의 전, 도중 혹은 후의 어떠한 시점에서 첨가될 수 있다. 나아가, 버퍼는 특정한 단량체의 가수분해를 제어할 수 있으며, 중합 도중 조기 가교의 정도에 영향을 미치며(N-메틸올아크릴아미드 단량체가 사용되는 경우), 개시제의 분해 속도에 영향을 미치며 및/혹은 콜로이달 안정성을 조절하는 산 단량체 및 계면활성제의 분해 정도에 영향을 미친다.

임의로, 최소 하나의 사슬 전달제가 상기 중합체의 분자량을 조절하기 위해 중합 도중에 편입될 수 있다. 사슬 전달제의 예로는 이에 제한하는 것은 아니나, 메르캅탄, 폴리메르캅탄 및 폴리할로겐 화합물을 포함한다. 나아가 사슬 전달제의 비-제한 예로는 에틸 메르캅탄, n-프로필 메르캅탄, n-부틸 메르캅탄, 이소부틸 메르캅탄, t-부틸 메르캅탄, n-아밀 메르캅탄, 이소아밀 메르캅탄, t-아밀 메르캅탄, n-헥실 메르캅탄, 시클로헥실 메르캅탄, n-옥틸 메르캅탄, n-데실 메르캅탄, n-도데실 메르캅탄과 같은 알킬 메르캅탄; 메틸 메르캅토프로피오네이트 및 3-메르캅토프로피온산과 같은 메르캅토 카르복시산 및 이들의 에스테르; 이소프로판올, 이소부탄올, 라우릴 알콜 및 t-옥틸 알콜과 같은 알콜; 및 카본 테트라클로라이드, 테트라클로로에틸렌 및 트리클로로-브로모에탄과 같은 할로겐화 화합물을 포함한다. 일반적으로, 상기 단량체 혼합물의 중량을 기준으로 0~10중량%가 사용될 수 있다.또한 상기 중합체 분자량은 개시제 대 단량체의 비율을 선택하는 것과 같이 다른 기술로 제어될 수 있다.

안정화 계면활성제는 중합체 라텍스 입자의 응집을 방지하기 위하여 상기 반응 혼합물에 첨가할 수 있다. 일반적으로, 상기 라텍스 입자 성장은 음이온성 혹은 비이온성 계면활성제 혹은 이들의 혼합물과 같은 하나 이상의 계면활성제에 의하여 에멀젼 중합 도중에 안정화된다. 에멀젼 중합에 적합한 계면활성제의 예는 연간 발행되는McCutcheon's Detergents and Emulsifiers(MC Publishing Co., Glen Rock, N.J.)에 제공된다. 보호(protective) 콜로이드와 같은 다른 안정화제가 사용될 수 있다.

상기 반응 혼합물은 원하는 입자 크기로 제어하기 위하여 예비-형성된 중합체 분산물("시드" 라텍스)의 존재하에서 중합될 수 있다. 또한 시드는 결과 중합체의 구조 및/혹은 형태 제어에 사용된다. 상기 "시드" 라텍스는 평균 직경 200nm미만, 바람직하게는 100nm 미만, 보다 더 바람직하게는 65nm 미만을 갖는 소입자를 포함할 수 있다. 전형적인 시드 라텍스 입자는 다단계 중합체 라텍스의 제 1단계 혹은 시드된 단일 단계 중합체 라텍스 중합체의 제 1단계의 제조에 사용되는 단량체 조성물과 유사한 혹은 다른 조성물을 가질 수 있다. 상기 예비-제조된 중합체 분산물은 고무성 물질의 중합체 입자를 포함할 수 있으며 코어 중합체로의 조성물과 같거나 혹은 다를 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "고무성(rubbery)"은 이의 유리전이 온도 이상의 중합체의 열역학적 상태를 의미한다. 선택적으로, 상기 시드는 경질의 비-고무성 중합체 입자(예를 들어, 폴리스티렌 혹은 폴리메틸 메타크릴레이트)를 포함하며, Myers등의 미국 특허 제 3,971,835에서 가르친 바와 같이 굴절율 조절에 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 방법은 양이온을 하나 이상의 에멀젼 중합체 시드에 첨가하여 중합되는 최소 하나의 극성 단량체를 함유하는 수성 분산물의 단계적인 첨가 및 중합을 포함한다. 상기 에멀젼 중합체 시드는 상기 단량체가 분리 반응기 용기에서 중합되거나 혹은 제조되며 후속적으로 상기 단량체가 중합되는 반응기 용기로 도입되는 동일한 반응기 용기에서 제조될 수 있다. 이러한 공정에 있어서, 상기 에멀젼 중합체 시드는 바람직하게 20~500nm, 보다 바람직하게는 30~400nm, 보다 더 바람직하게는 40~300nm의 입자 직경을 갖는다. 상기 에멀젼 중합체 시드는 상기 중합체 라텍스 분산물에서 총 중합체 중량의 건조 중량을 기준으로 0.1~10%, 바람직하게는 0.5~8%, 보다 더 바람직하게는 1~5%이다. 이러한 공정에서 상기 수성 분산물은 최소 하나의 에틸렌계 불포화 단량체의 중합체 라텍스 분산물에서 총 건조 중합체의 건조 중량을 기준으로 80~99.95%, 바람직하게는 85~99.9%, 그리고 보다 더 바람직하게는 90~99.9%이다. 각 단계의 중합 후에, 상기 단량체의 중량을 기준으로 최소 95%, 바람직하게는 최소 97%, 그리고 보다 더 바람직하게는 최소 99%가 후속적인 중합 단계가 시작되기 전에 반응기에서 중합된다.

또한 본 발명의 수성 중합체 라텍스 분산물은 역 에멀젼 중합을 사용하여 제조될 수 있다. 상기 방법은 예를 들어, 미국 특허 제 3,284,393, 3,826,771, 4,745,154 및 그 참고문헌에 개시되며, 예를 들어, 산 함유 중합체(고 혹은 저수준의 산)를 제조하기 위해 사용되는 경우, 다가의 양이온 및 극성 단량체 복합체를이러한 중합의 수성상으로 편입시킬 수 있다. 역 에멀젼 중합 방법은 수용성 단량체 및 이들로 구성되는 혼합물을 기준으로 고분자량 중합체 혹은 공중합체를 얻을 수 있다. 이러한 단량체의 수용액은 수중유 에멀젼화제에 의해 오일상으로 분산될 수 있으며 후속적으로 자유 라디칼 형성 조건에서 중합될 수 있다.

본 발명의 수성 중합체 라텍스 분산물은 예를 들어, 코팅, 광택제, 실란트(sealants), 코오크(caulks), 접착제 및 플라스틱 첨가제로서 유용할 수 있다. 수성 중합체 라텍스 분산물을 포함하는 코팅 조성물은 차단, 인쇄 및 내 더트 픽업성(dirt pick-up resistance), 증진된 차단성, 내스크럽성, 강도, 시어(sheer) 강도, 및 내마모성같은 증진된 특성을 나타낼 수 있다. 본 발명의 코팅 조성물에 적합한 적용은 건축용 코팅(특히 반-광택 및 광택을 위한 낮은 VOC 적용); 공장 적용 코팅(금속 및 목재, 열가소성 및 열경화성); 보수 코팅(예를 들어, 오버 메탈); 자동차 코팅; 콘크리트 지붕 타일 코팅; 탄성 지붕 코팅; 탄성 벽 코팅; 외부 절연 최종 시스템; 및 잉크를 포함한다. 본 발명의 수성 중합체 라텍스 분산물은 접착제, 분산제, 알칼리 가용성 수지, 산 작용성 농화제로서 유용할 수 있다. 나아가 수성 중합체 라텍스 분산물이 첨가제로서 코팅 적용에 제공되는 경우, 경도를 부여할 수 있는 것으로 이해된다. 나아가, 수성 중합체 라텍스 분산물 적용의 비-제한 예로는 광택제; 바인더(비직물용 바인더, 종이 코팅, 안료 인쇄 혹은 잉크젯과 같은); 접착제(압력 감응 접착제, 플로킹 접착제, 혹은 다른 물 기초 접착제와 같은); 플라스틱 첨가제; 이온 교환 수지; 헤어 고정액; 코오크 및 실란트를 포함한다. 상기 수성 중합체 라텍스 분산물은 상기 언급된 적용에 강도 및 인성을 부여할 수 있다. 나아가, 수성 중합체 라텍스 분산물을 포함하는 광택제 조성물은 내용매성 및 스트립성과 같은 증진된 특성을 나타낼 수 있다. 부가적으로, 수성 중합체 라텍스 분산물을 포함하는 압력 감응 접착제 조성물은 최적의 투명도 및 방수성과 같은 증진된 특성을 나타낼 수 있다.

본 발명의 일구현에 있어서, 상기 수성 중합체 라텍스 분산물은 건조에 따라 필름을 형성할 수 있다(예를 들어, 코팅 및 접착제). 이러한 구현에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 중합체는 -80~50℃의 유리전이 온도를 갖는 것이 바람직하다. 유리전이 온도는 Fox 방정식(T.G. Fox, Bull. Am. Physics Soc., Vol. 1, Issue No. 3, page 123(1956)을 참고)을 사용하여 계산할 수 있다.

본 발명의 부가적인 구현은 수성 중합체 라텍스 분산물을 함유하는 코팅 조성물의 제조가 평가된다. 본 발명의 코팅 조성물은 예를 들어, 건축용 코팅, 보수 코팅, 공장-적용되는 코팅, 자동차 코팅, 탄성벽 혹은 지붕 코팅, 외부 절연 최종 시스템 코팅, 종이 혹은 종이판 코팅, 오버 프린트 바니쉬, 직물 코팅 및 백코팅, 가죽 코팅, 시멘트 지붕 타일 코팅, 및 교통 페인트로서 기술분야에 개시될 수 있는 코팅 혹은 페인트 조성물을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 코팅 혹은 페인트 조성물은 투명한 코팅, 플랫 코팅, 사틴 코팅, 반-광택 코팅, 광택 코팅, 프리머, 텍스쳐 코팅등으로 개시될 수 있다. 이러한 구현에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 중합체는 유리전이온도가 0~70℃인 것이 바람직하다.

나아가 상기 코팅 조성물은 예를 들어, 이산화 티타늄, 산화철, 산화아연, 마그네슘 실리케이트, 칼슘 카보네이트, 유기 및 무기 착색 안료 및 점토와 같은안료 및/혹은 충전제를 포함할 수 있다. 이러한 착색 코팅 조성물은 바람직하게 부피 기준으로 3~70% 안료, 보다 바람직하게는 부피를 기준으로 15~60% 이산화 티타늄을 함유한다.

본 발명의 코팅 조성물은 코팅 기술분야에 잘 알려진 다양한 기술로 제조될 수 있다. 특정한 구현에 있어서, 최소 하나의 안료가 COWLES^TM혼합기와 같은 고전단 혼합하의 수성 매질에서 분산되며, 선택적으로, 최소 하나의 예비 분산된 안료가 사용될 수 있다. 그 후, 상기 수성 중합체 라텍스 분산물은 필요하다면 저전단 교반하에서 다른 코팅 보조제와 함께 수성 안료 혼합물에 첨가된다. 선택적으로, 상기 수성 중합체 라텍스 분산물은 임의의 안료 분산 단계에 포함될 수 있다. 또한, 상기 코팅 조성물은 예를 들어, 태키파이어(tackifier), 에멀젼화제, 합착제, 가소제, 버퍼, 중화제, 농화제 혹은 리올로지 개질제, 보습제, 열-, 수분-, 광-, 및 다른 화학적 혹은 에너지- 경화제를 포함하는 가교제, 습윤제, 살생물제, 가소제, 항거품제, 착색제, 왁스, 물 기피제, 슬립 혹은 흠집 보조제, 항-산화제등과 같은 통상적인 코팅 보조제를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 상기 코팅 조성물 뿐만 아니라 수성 중합체 라텍스 분산물은 최소 하나 이상의 부가 중합체를 또한 함유할 수 있다. 이러한 부가적인 중합체는 고체 혹은 공동(hollow) 중합체 안료를 포함하는 필름-형성 및 비-필름-형성 에멀젼 중합체로부터 선택되는 에멀젼 중합체가 바람직하며, 상기 중합체 라텍스 분산물에서 총 건조 중합체 중량의 건조 중량을 기준으로 0~200%의 수준으로 존재할 수 있다.

상기 코팅 조성물의 고체 함량은 10부피%~약 70부피%일 수 있다. 상기 코팅 조성물의 점도는 Brookfield 점도계로 측정하여 0.05~100 파스칼초(Pa.s), 혹은 50~100,000 센티포이스(cP)일 수 있다. 상기 코팅 조성물의 점도는 코팅 적용의 방법에 따라 변화될 수 있다.

상기 코팅 조성물은 예를 들어, 롤코팅, 닥터-블레이드 적용, 인쇄방법, 공기(air-atomized) 분무, 공기-보조 분무(air-assisted), 무공기 분무(airless), 고체적 저압력 분무, 공기-보조 무공기(air-assisted airless) 분무, 공기 나이프 코팅, 트레일링 블레이드 코팅, 커튼 코팅 및 압출과 같은 브러싱 및 분무방법과 같은 통상적인 적용 방법으로 적용될 수 있다.

상기 코팅 조성물은 예를 들어, 종이 혹은 종이판; 압밀된 목재 생산물; 유리; 플라스틱; 목재; 금속; 프라임된 혹은 미리 인쇄된 표면; 풍화된 표면; 지방족 기질; 세라믹; 가죽; 및 "그린" 혹은 경화된 형태, 콘크리트, 석고 및 도장물질에서 시멘트와 같은 수경성 기질과 같은 기질에 적용될 수 있다. 상기 기질에 적용되는 코팅 조성물은 전형적으로 10~95℃의 온도에서 건조되거나 혹은 건조시킨다.

본 발명의 다른 구현에 있어서, 수성 중합체 라텍스 분산물을 함유하는 접착제 조성물이 제공된다. 상기된 코팅 조성물의 다양한 성분, 공정 및 용도는 이러한 중합체 라텍스-함유 접착제 조성물에 바람직하게 적용가능하다.

본 발명의 다른 구현에 있어서, 수성 중합체 라텍스 분산물을 함유하는 코오킹 및 실란트 조성물이 제공된다. 상기된 코팅 조성물의 다양한 성분, 공정 및 용도가 이러한 중합체 라텍스-함유 코오킹 및 실란트 조성물에 바람직하게 적용가능하다. 게다가, 코오킹 및 실란트 조성물은 바람직하게, 페이스트-형 혹은 겔-형 경점성을 가지며, 바람직하게는 코팅을 하는 것보다 높은 점도를 갖는다. 따라서, 코오크 및 실란트는 에멀젼 중합체로부터 코오크 및 실란트를 제조하는 기술분야에 알려진 일반적인 배합에 따라 본 발명의 수성 중합체 라텍스 분산물을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 구현에 있어서, 코오크 및 실란트는 기술분야에 알려진 방법에 따라 수성 중합체 라텍스 분산물과 함께 충전제를 혼합하여 제조할 수 있다.

본 발명의 몇몇 구현에 있어서, 상기 수성 중합체 라텍스 분산물은 가소제 혹은 합착제의 첨가 혹은 첨가없이 건조에 따라 필름을 바람직하게 형성한다(예를 들어, 코팅 및 접착제). 이러한 구현에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 중합체는 -80~50℃의 유리 전이 온도를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 구현에 있어서, 수성 중합체 라텍스 분산물을 함유하는 접착제 조성물이 평가된다. 상기 접착제 조성물은 예를 들어, 압력 감응 접착제, 라미네이팅 접착제, 패키징(packing) 접착제, 고온 용융 접착제, 반응성 접착제, 플로킹(flocking) 접착제 및 가요성 혹은 경성 산업용 접착제로서 기술분야에 알려진 것을 포함할 수 있다. 이러한 구현에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 중합체는 -80~80℃의 유리전이 온도를 갖는다. 전형적으로, 상기 접착제는 임의의 안료 및 코팅 보조제로서 본 발명에 열거된 임의의 보조제를 혼합하여 제조한다. 전형적으로 상기 접착제 조성물은 필름, 시이트, 및 강화된 플라스틱 복합체와 같은 플라스틱 복합체; 금속 호일; 직물; 금속; 유리; 시멘트성 기질; 및 목재 혹은 목재 복합체를 포함하는 기질에 적용된다. 전형적으로 기질에 적용하는 것은 트랜스퍼 롤 코우터, 혹은 예를 들어, 수동 적용 장치에 의한 기계에 영향을 받는다.

본 발명의 또 다른 구현에 있어서, 수성 중합체 라텍스 분산물을 함유하는 코오크 혹은 실란트 조성물이 평가된다. 이러한 구현에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 중합체는 -80~0℃의 유리전이 온도를 갖는다. 코오크 혹은 실란트 조성물은 안료 및 코팅 보조제로서 적합한 상기 열거된 임의의 보조제를 혼합하여 전형적으로 제조된다. 상기 코오크 및 실란트 조성물은 70wt%의 높은 고형분 함량 수준에서 제조되며, 최종적으로 건조시 수축을 최소화가기 위하여 겔-형 혹은 페이스트-형 점도를 가질 수 있다. 전형적으로 코오크 및 실란트 조성물은 금속; 유리; 시멘트성 기질; 목재 혹은 목재 복합체; 및 이들의 조합을 포함하는 기질의 채우거나 및/혹은 밀봉 접합하기 위해 적용되며, 전형적으로 주위 조건에서 건조시킨다.

본 발명의 다른 구현에 있어서, 수성 중합체 라텍스 분산물을 함유하는 잉크 조성물이 평가된다. 상기 잉크 조성물은 예를 들어, 플렉서 잉크, 그랴비아 잉크, 잉크젯 잉크, 및 안료 인쇄 페이스트로서 이 기술분야에 알려진 것을 포함할 수 있다. 이러한 구현에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 상기 중합체는 -50~50℃의 유리전이온도를 갖는다. 전형적으로, 상기 잉크는 임의의 안료, 예비 분산된 안료 혹은 염료 및 상기 코팅 보조제로 열거된 임의의 보조제를 혼합하여 제조된다. 전형적으로 상기 잉크 조성물은 필름, 시이트 및 강화된 플라스틱 복합체와 같은 플라스틱 복합체; 종이 혹은 종이판; 금속 호일; 직물; 금속; 유리; 의류; 및 목재 혹은 목재 복합체를 포함하는 기질에 적용된다. 전형적으로 기질에 적용은 플렉서 블랭킷, 그랴비야 롤, 실크 스크린에 의한 기계에 영향을 받는다.

본 발명의 부가적인 견지에 있어서, 수성 중합체 라텍스 분산물 및/혹은 중합체 라텍스 입자를 편입하는 디지탈 이미징 조성물이 평가된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "디지탈 이미징(imaging)"은 기질상에 이미지를 재생시키는 조성물에 관한 것이다. 디지탈 이미징 조성물에 적합한 적용은 잉크 젯 프린터 혹은 유사한 적용을 위한 제로그라피 혹은 조성물과 같은 전자 사진용 토너를 포함한다. 디지탈 이미징 조성물용 Tg 및 입자 크기는 이의 사용 방법 혹은 사용 시스템에 따라 변화된다. 일반적으로, 잉크젯용 디지탈 이미징 조성물은 전자 사진 적용의 디지탈 이미징 조성물용 입자크기 및 Tg에 비하여 보다 낮은 입자 크기 및 Tg를 가질 수 있다. 예를 들어, 전형적인 잉크젯용 Tg값은 45~60℃이며, 전자 사진용 Tg 값은 55~85℃의 범위일 수 있다. 나아가, 디지탈 이미징 조성물의 점도, 표면 장력, 및 pH와 같은 비-제한적 변수는 상기 조성물의 최종 용도에 따라 조정될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현에 있어서, 수성 중합체 라텍스 분산물을 함유하는 비직물 패브릭 바인더가 평가된다. 상기 비직물 바인더 조성물은 예를 들어, 이 기술분야에 알려진 와이프 및 인터라이닝과 같은 소비자 및 산업용 비직물용 바인더, 파이버필(fiberfill) 및 파이버글라스와 같은 절연 비직물용 바인더 및 오일 필터 종이와 같은 비직물 및 종이용 바인더/강화제와 같은 것을 포함할 수 있다. 이러한 구현에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 중합체는 -60~50℃의 유리전이 온도를 갖는 것이 바람직하다. 전형적으로 상기 비직물 패브릭 바인더는 임의의 안료 및 본 발명에 열거된 적합한 코팅 보조제로 임의의 보조제를 혼합하여 제조한다. 상기 비직물 패브릭 바인더 조성물은 종이 및 레이온과 같은 셀룰로오스 섬유; 폴리에스테르, 아라미드 및 나일론과 같은 합성 섬유; 유리섬유 및 이들의 혼합물로부터 제조되는 비직물을 포함하는 기질에 전형적으로 적용된다. 기질 적용은 포화 배스, 롤 코우터, 스프레이등에 의한 기계에 전형적으로 영향을 받는다.

본 발명의 또 다른 구현에 있어서, 수성 중합체 라텍스 분산물을 함유하는 광택제가 평가된다. 상기 광택제 조성물은 예를 들어, 바닥 광택제, 가구 광택제, 및 자동차 광택제로서 이 기술분야에 알려진 것을 포함할 수 있다. 이러한 구현에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 중합체는 0~50℃의 유리전이 온도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 광택제는 임의의 안료 및 본 발명에 열거된 코팅 보조제로 적합한 임의의 보조제, 특히, 왁스를 혼합하여 전형적으로 제조된다. 상기 광택제 조성물은 목재, 비닐 혹은 폴리우레탄 플로어링, 세라믹 타일, 페인트된 금속등을 포함하는 기질에 전형적으로 적용된다. 기질 적용은 전형적으로 분무, 롤러, 모프등에 의해 영향을 받는다.

본 발명의 또 다른 구현에 있어서, 수성 중합체 라텍스 분산물을 함유하는 플라스틱 첨가제가 평가된다. 상기 플라스틱 첨가제 조성물은 예를 들어, 처리 보조제 및 충격 조절제로 기술분야에 알려진 것을 포함할 수 있다. 이러한 구현에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 중합체는 -50~50℃의 유리전이온도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 플라스틱 첨가제는 임의의 안료 및 본 발명에 열거된 코팅 보조제로 적합한 임의의 보조제를 혼합하고, 분말형태로 조성물을 건조시켜 전형적으로 제조된다. 상기 플라스틱 첨가제 조성물은 분쇄 혹은 압출로 예를 들어, 폴리비닐 클로라이드, 폴리메틸 메타크릴레이트 및 폴리프로필렌과 같은 플라스틱과 전형적으로혼합된다.

본 발명의 또 다른 견지에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 상기 에멀젼 중합체는 다단계 에멀젼 중합 공정에 의해 제조될 수 있으며, 조성물이 다른 최소 두개의 단계가 연속 방식으로 중합된다. 이러한 방법은 일반적으로 최소 두개의 상호 호환성이 없는 중합체 조성물을 형성하며, 중합체 입자 내에 최소 두개의 상이 형성된다. 이러한 입자는 예를 들어, 코어/쉘 혹은 코어/시이드 입자, 코어를 불완전하게 감싸는 쉘상을 갖는 코어/쉘 입자, 여러개의 코어를 갖는 코어/쉘 입자 및 관통 그물구조 입자와 같은 다양한 기하학의 둘 또는 그 이상의 상으로 구성된다. 이러한 모든 경우에 있어서, 상기 입자 표면적의 대부분은 최소 하나의 외부상으로 차지되며, 입자의 내부는 최소 하나의 내부상으로 차지될 것이다. 상기 다-단계 에멀젼 중합체의 각 단계는 상기 에멀젼 중합체를 위해 본 발명에 개시된 동일한 단량체, 계면활성제, 사슬 전달제등을 포함할 수 있다. 다-단계(multi-staged) 중합체 입자에 있어서, 본 발명의 목적을 위한 Tg는 단계 혹은 그 상의 수를 고려하지 않고 에멀젼 중합체의 전체 조성물을 사용하여 Fox 방정식으로 계산된다. 이러한 다단계 에멀젼 중합체의 제조에 사용되는 중합 기술은 예를 들어, 미국 특허 제 4,325,856; 4,654,397; 및 4,814,373에 개시된 바와 같이 잘 알려져 있다.

본 발명의 다른 견지에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 상기 에멀젼 중합체는 에멀젼 중합 방법으로 제조될 수 있으며, 바이모달 혹은 멀티모달 입자 크기 분포를 형성하기 위하여 미국 특허 제 4,247,438; 4,657,966;및 5,498,655에 가르친 바대로 실행되며, 바이모달 혹은 멀티모달 분자량 분포는 미국 특허 제 4,501,845 및5,990,228에 가르치고 있으며, 혹은 예를 들어 로드와 같은 비구형 입자는 미국 특허 제 5,369,163에 가르치고 있으며, 멀티로벌(multilobal) 입자는 미국 특허 제 4,791,151에서 가르치고 있다.

본 발명의 또 다른 견지에 있어서, 상기 중합체 라텍스의 상기 에멀젼 중합체는 바인더 작용성을 제공하는 단계 대신 혹은 첨가 방식으로 작용할 수 있는 입자를 생성하는 방법으로 제조될 수 있다. 알칼리-가용성, 산-가용성, 및 소수성-개질된 에멀젼 중합체와 같은 안료 분산제 혹은 농화제/리올로지 개질제로 작용하는 에멀젼 중합체가 평가된다.

본 발명의 특정한 견지에 있어서, 상기 수성 중합체 라텍스 분산물은 높은 수준의 산 작용성을 편입시키는 중합체 조성물에 사용될 수 있다. 이러한 중합체 조성물은 농화제(예를 들어, 미국 특허 제 4,421,902 및 그 참고문헌 참조), 분산제(예를 들어, 미국 특허 제 5,326,843 및 3,037,952 및 그 참고문헌 참조), 및 바인더(예를 들어, 미국 특허 제 5,326,843 및 미국 특허 4,876,313, 및 그 참고문헌 참조) 뿐만 아니라 코팅, 잉크, 접착제등으로 물 기초 시스템에서 첨가제로 유용하다. 본 발명의 방법에 따라 제조된 상기 중합체 라텍스 조성물이 고산도 중합체 조성물에 편입되는 경우, 상기 결과 중합체는 경도가 증가할 수 있다. 이는 페인트 조성물로 사용되는 경우, 증진된 내차단성(즉, 코팅이 그 자체 혹은 다른 물질에 점착성이 생기지 않음)과 같은 특성을 부여한다. 전체적으로 혹은 부분적으로 고산도 중합체로 구성되는 잉크 바인더는 상기 중합체 라텍스 조성물을 바인더 조성물에 첨가하는 경우, 증진된 내열밀폐성(상승된 온도에서 내차단성) 및 경도를 나타낼 것이다. 또 다른 구현에 있어서, 고산도 중합체를 사용하는 것은, 본 발명의 중합체 라텍스 조성물이 건조 분말 중합체 시멘트 개질제(예를 들어, EP0654454 및 그 참고문헌에 개시)로서 사용될 수 있다.

실시예 1(첨가순서 0.18% Ca(OH)₂/MAA/Na₂CO₃)

라텍스는 다음 방법으로 제조되었다: 비어있는 반응기 케틀에 탈이온수 612.00g, 및 음이온 계면활성제(30% 수용액) 5.08g를 장입하였다. 반응 혼합물을 85℃로 가열한 다음, DI 5.00g에 Ca(OH)₂1.84g을 함유하는 다가 이온 슬러리를 반응 혼합물에 첨가하였다. 그 후, 메타크릴산("MAA") 7.55g을 케틀에 장입한 다음, 소디움 카보네이트 3.10g을 장입하였다(거품이 관찰됨). 분리 용기에서, 물 426.60g, 음이온성 계면활성제(30% 수용액) 36.90g, 부틸아크릴레이트("BA") 662.00g, 메틸메타크릴레이트("MMA") 342.70g 및 메타크릴산("MAA") 7.55g을 함유하는 단량체 에멀젼을 제조하였다. 단량체 에멀젼의 양 55.80g을 반응 혼합물에 첨가하여 중합체 시드를 제조하였다. 그 후, 물 28g에 용해된 암모늄 퍼술페이트의 양 4.03g을 반응 혼합물에 첨가하여 중합을 개시하였다. 상기 단량체 에멀젼을 케틀에 공급하고 반응기 온도를 85℃로 유지하였다. 단량체 공급이 완료된 후에, 상기 배치를 65℃까지 냉각하였다. 페로스 술페이트(0.15% 수성) 5.58g을 반응기에 첨가하였다. 그 다음, 물 20.00g에 용해된 70% tert-부틸 하이드로퍼옥사이드1.12g을 물 20.0g에 용해된 이소아스코르브산 0.56g의 양과 함께 첨가하였다. 상기 온도를 45℃이하로 감소시켰다. 배치의 pH를 암모늄 하이드록사이드(28% 수성)를 이용하여 7.5로 올리고 박테리사이드(bactericide)(물 6.20g의 물을 포함하는 Kathon LX(1.4% 수성)4.77g)를 첨가하였다. 샘플을 100메쉬 스크린으로 여과시키고 어떠한 응고된 물질의 큰 조각을 제거하였다.

실시예 2(첨가순서 0.09% Ca(OH)₂/MAA/Na₂CO₃)

단량체 함량의 중량을 기준으로 0.09중량%의 칼슘 하이드록사이드가 사용되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 라텍스를 제조하였다.

실시예 3(첨가순서 0.05% Ca(OH)₂/MAA/Na₂CO₃)

단량체 함량의 중량을 기준으로 0.05중량%의 칼슘 하이드록사이드가 사용되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 라텍스를 제조하였다.

실시예 4 (첨가순서 0.07% Mg(OH)₂/MAA/Na₂CO₃)

단량체 함량의 중량을 기준으로 0.07중량%의 마그네슘 하이드록사이드(실시예 2에서 2가 이온 함량의 당량)가 사용되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 라텍스를 제조하였다.

실시예 5 (첨가순서 0.04% Mg(OH)₂/MAA/Na₂CO₃)

단량체 함량의 중량을 기준으로 0.04중량%의 마그네슘 하이드록사이드(실시예 3에서 2가 이온 함량의 당량)가 사용되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 라텍스를 제조하였다.

실시예 6 (첨가순서 0.17% Mg(SO)₄·7H₂O/MAA/Na₂CO₃)

단량체 함량의 중량을 기준으로 0.04중량%의 마그네슘 술페이트 헵타하이드레이트(실시예 3 및 5에서 2가 이온 함량의 당량)가 사용되는 것을 제외하고 실시예 5와 동일한 방법으로 라텍스를 제조하였다.

비교예 7 (첨가순서 0.18% Ca(OH)₂/감소된 MAA 단계/Na₂CO₃)

반응 초기에 반응 케틀에 장입된 산 함유 단량체 혹은 MAA의 퍼센트가 50% 에서 14%로 감소된 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 라텍스를 제조하였다.

비교예 8 (첨가순서 0% Ca(OH)₂/MAA/Na₂CO₃)

어떠한 2가 이온이 장입되지 않았으며 반응 초기에 케틀에 장입된 산 함유 단량체의 퍼센트가 50%에서 0%로 감소되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 라텍스가 제조되었다.

비교예 9 (첨가순서 0.18% Ca(OH)₂/MAA/Na₂CO₃)

단량체의 중량을 기준으로 0.18중량% 칼슘 하이드록사이드의 양을 비교예 8에서 제조된 라텍스에 첨가하였다. 이 실시예는 이미 제조된, 이가 이온염을 갖는 산그룹 측쇄를 함유하는 중합체와 함께 접합되어 이온 가교를 형성하는 중요한 어프로치를 나타낸다.

인장강도 시험

실시예 1 내지 6 및 비교예 7 내지 9의 중합체를 배합되지 않은 코팅의 샘플 필름으로 제조하고, 최대 인장 강도의 인장성을 시험하였다. 각 필름의 시험 데이타는 Tinius Olsen Benchtop Universal Testing Machine(Tinius Olsen Testing Machine Company, Willow Grove, Pennsylvania에서 제조)으로 수집하였다. 상기 샘플 필름을 5.08cm/min의 속도로 당겼다. 상기 시험 기계는 각 샘플 필름의 필름 두께, 너비 및 중량을 측정하였다. 시험된 샘플이 유지하는 클램프 사이의 초기거리는 2.54cm이다. 시험은 온도가 22℃ 및 습도의 수준이 50%으로 제어된 환경 룸에서 수행되었다. 각 필름의 인장 측정은 표 1에 제공된다.

표 1의 결과로서, Ca 혹은 Mg를 함유하는 다가 이온 슬러리의 첨가는 다가 이온 슬러리를 첨가하지 않은 중합체 혹은 비교예 8와 비교하여 중합체의 전체적인 인장성을 증진시켰다. 또한, 보다 높은 인장 강도 측정은 산 함유 단량체를 스테이징(staging)하여 관찰하였다. 실시예 1과 같은 몇몇의 예에 있어서, 상기 결과 중합체의 인장 강도 측정은 다가 이온 슬러리 혹은 스테이지된 산 함유 단량체를 첨가하지 않은 중합체의 거의 4배이다. 나아가, 반응 케틀에 단량체 시드를 첨가하기 전에, 반응 케틀에서 보다 높은 퍼센트의 산 함유 단량체 혹은 MAA가 비교예 7에서 의 14%보다 실시예 1에서 50%를 갖는 것은, 증가된 인장 강도를 나타내었다. 마지막으로, 실시예 1에서와 같이 단량체의 중합 전에 반응기에 다가 이온 슬러리를 첨가하는 것은 비교예 9와 같이 중합 후에 다가 이온 슬러리를 첨가하는 것보다 높은 인장강도의 중합체가 결과된다.

표 1: 인장성 대 양이온 및 산 첨가의 방법

실시예 #	상세	2가 이온 및 수준	스테이지된 산¹	인장_max ²
1	예비-조성물	0.18% Ca(OH)₂	50% MAA	351psi
2	예비-조성물	0.09% Ca(OH)₂	50% MAA	206psi
3	예비-조성물	0.05% Ca(OH)₂	50% MAA	138psi
4	예비-조성물	0.09% Mg(OH)₂	50% MAA	199psi
5	예비-조성물	0.05% Mg(OH)₂	50% MAA	136psi
6	예비-조성물	0.05% Mg(SO₄)	50% MAA	182psi
7C	감소된 MAA 단계	0.18% Ca(OH)₂	14% MAA	110psi
8C	제어	없음	없음	88psi
9C	후-첨가	0.18% Ca(OH)₂	없음	98psi

¹이가 이온 이후에 바로 첨가되는 총 산전하의 퍼센트. 샘플의 전체 조성물은: 65.0 BA/ 33.5 MMA/ 1.5 MAA

²인장_max값은 +/-5psi이다.

Claims

최소 하나의 극성 단량체 일부분 및 최소 하나의 다가 양이온을 포함하는 반응 혼합물을 제공하는 단계;

상기 극성 단량체의 잔여 부분을 포함하는 혼합물을 상기 반응 혼합물에 첨가하는 단계; 및

중합체를 형성하기 위하여 상기 단량체를 중합하는 단계

를 포함하는 중합체 제조방법.
최소 하나의 극성 단량체, 최소 하나의 다가 양이온, 및 임의로 최소 하나의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 반응 혼합물을 제공하는 단계;

최소 하나의 극성 단량체 및 임의로 최소 하나의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 단량체 혼합물을 제공하는 단계;

상기 단량체 혼합물을 상기 반응 혼합물에 첨가하는 단계; 및

중합체를 제조하기 위하여 상기 단량체 혼합물을 중합하는 단계

를 포함하는 중합체 제조방법.
최소 하나의 극성 단량체, 용매에 가용성인 최소 하나의 다가 양이온, 및 임의로 최소 하나의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 반응 혼합물을 제공하는 단계;

최소 하나의 극성 단량체 및 임의로 최소 하나의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 단량체 혼합물을 제공하는 단계;

중합체 시드를 형성하기 위해 상기 단량체 혼합물의 일부분을 상기 반응 혼합물에 첨가하는 단계;

점진적으로 잔여 단량체 혼합물을 상기 반응 혼합물에 첨가하는 단계; 및

중합체를 제조하기 위하여 상기 단량체 혼합물을 중합하는 단계

를 포함하는 중합체 제조방법.
제 1, 2, 혹은 3항에 있어서, 상기 제공 단계에서의 반응 혼합물은 극성 단량체의 총량의 최소 25중량% 이상을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 4항에 있어서, 상기 제공 단계에서의 반응 혼합물은 극성 단량체의 총량의 최소 50중량% 이상을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2, 혹은 3항에 있어서, 상기 다가 양이온의 량에 대한 상기 극성 단량체의 량은 상기 극성 단량체의 최소 2몰 당량임을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 다가 양이온의 량에 대한 상기 극성 단량체의 량은 상기 다가 양이온의 전하를 중화하기에 충분함을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2 혹은 3항에 있어서, 상기 극성 단량체는 산함유 단량체를 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 8항에 있어서, 상기 산 함유 단량체는 메타크릴산 무수물, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 퓨마르산, 아크릴옥시프로피온산, (메트)아크릴옥시프로피온산, 스티렌 술폰산, 에틸메타크릴레이트-2-술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산; 포스포에틸메타크릴레이트; 상기 산 함유 단량체에 상응하는 염, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2, 혹은 3항에 있어서, 상기 극성 단량체는 극성 올리고머를 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2, 혹은 3항에 있어서, 상기 극성 단량체는 저분자량의 중합체 안정화제를 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2, 혹은 3항에 있어서, 상기 다가 양이온은 최소 하나의 2가 혹은 3가 양이온을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2, 혹은 3항에 있어서, 상기 반응 혼합물은 최소 하나의 에틸렌계 불포화 단량체를 부가적으로 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2, 혹은 3항에 있어서, 상기 최소 하나의 에틸렌계 불포화 단량체는: C₁-C₁₈알킬(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, 이소보닐(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 알릴(메트)아크릴레이트, 스테아릴(메트)아크릴레이트, 아크릴산, 이타콘산, 메타크릴산, 부타디엔, 비닐아세테이트, 비닐 버사테이트, 스티렌, 비닐 방향족 단량체, 디비닐벤젠, 디비닐피리딘, 디비닐톨루엔, 디알릴프탈레이트, 부틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 디비닐자일렌, 디비닐에틸벤젠, 디비닐술폰, 디비닐케톤, 디비닐술파이드, 디알릴 말레이트, 디알릴퓨마레이트, 디알릴 숙시네이트, 디알릴 카르보네이트, 디알릴 말로네이트, 디알릴 옥살레이트, 디알릴 아디페이트, 디알릴 세바케이트, 디비닐 세바케이트, 디알릴 타르트레이트, 디알릴 실리케이트, 트리알릴 트리카르발릴레이트, 트리알릴 아코니테이트, 트리알릴 시트레이트, 트리알릴 포스페이트, N,N-메틸렌 디메타크릴아미드, N,N-메틸렌 디메타크릴아미드, N,N-에틸렌디아크릴아미드, 트리비닐벤젠, 및 글리콜, 글리세롤, 펜타에리트리톨, 레조시놀, 글리콜의 모노티오 및 디티오 유도체의 폴리비닐 에테르 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로 부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2 혹은 3항에 있어서, 상기 중합단계는 에멀젼 중합을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2 혹은 3항에 있어서, 상기 중합 단계는 용액 중합을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2 혹은 3항에 있어서, 상기 중합 단계는 서스펜션 중합을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2, 혹은 3항에 있어서, 상기 중합 단계는 미니-에멀젼 중합을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2, 혹은 3항에 있어서, 상기 중합체의 유리전이 온도의 범위는 -80~50℃임을 특징으로 하는 방법.
제 1, 2, 혹은 3항에 있어서, 상기 중합체의 유리전이 온도의 범위는 -80~140℃임을 특징으로 하는 방법.
제 1 혹은 2항에 있어서, 상기 다가 양이온은 수용성임을 특징으로 하는 방법.
제 3항에 있어서, 상기 용매는 물을 포함함을 특징으로 하는 방법.