JP4013160B2 - アルコキシシリル基含有アクリル系エマルジョン - Google Patents
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Description
(1)アルキル基の炭素数が1〜18の(メタ)アクリル酸アルキルエステル及びモノアルケニルベンゼンから選択される単量体 80〜99重量%及び
(2)(a)γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシランから選択されるシランならびに(b)γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン及びγ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシランから選択されるシラン[ただし、(a)成分のシラン/(b)成分のシランの重量比が60/40〜10/90である]を合計で 1〜20重量%
からなる単量体及びシランの混合物を、反応性界面活性剤を使用して乳化重合させてなる、生成した共重合体の数平均分子量が5万以上のエマルジョンである。なお、本願明細書において、数平均分子量はGPCによる数平均分子量を意味する。
本発明における(1)成分はアクリル系共重合体の骨格を形成させるための主成分単量体であり、アルキル基の炭素数が1〜18の(メタ)アクリル酸アルキルエステル、すなわち炭素数が1〜18のアルキル基を有するアルコールのアクリル酸エステルや炭素数が1〜18のアルキル基を有するアルコールのメタクリル酸エステル、及びモノアルケニルベンゼンから選択されたものが使用される。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルにおける炭素数が1〜18のアルキル基の具体例としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ラウリル基、ステアリル基等が挙げられ、モノアルケニルベンゼンとしては例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等を挙げることができる。
(1)成分としてはこれらの(メタ)アクリル酸アルキルエステル及びモノアルケニルベンゼンよりなる群から選ばれる1種又は2種以上を使用することができる。なお、モノアルケニルベンゼンは一般にエマルジョンの造膜温度を高くするので、通常、(メタ)アクリル酸アルキルエステルと併用される。
この(1)成分の使用量は、アクリル系共重合体の特性を発揮させるために、単量体全量[(1)成分と(2)成分の合計量]の80〜99重量%とされるが好ましくは85〜95重量%である。
このうちの(a)成分単独では加水分解速度及び縮合速度が速く、エマルジョンの状態で共重合体粒子内あるいは粒子間の架橋が進み易く、そのままあるいは塗料として保管中にエマルジョンの最低造膜温度(以後MFTと略す)が上昇して、良好な塗膜が形成されにくくなり貯蔵安定性に劣ることになる。逆に(b)成分単独では加水分解速度及び縮合速度が遅く、共重合体粒子内あるいは粒子間の架橋が進みにくく、MFTの変化が少なくて貯蔵安定性には優れるものの架橋度が低く塗膜の耐久性が劣ることになる。
(a)、(b)各成分とも先に示したシランの中から1種のみ又は2種以上を組み合わせて用いることができるが、両者合計の(2)成分としての使用量は単量体全量[(1)成分と(2)成分の合計量]の1〜20重量%とされ、好ましくは5〜10重量%である。(2)成分の量が単量体全量の1重量%未満では形成された皮膜の架橋度が低く耐久性が不十分であるし、逆に、20重量%を超えるとMFTの上昇が大きく長期貯蔵後にはMFTが高くなり良好な塗膜が形成できなくなり、貯蔵安定性、塗膜の耐久性ともに不十分となる。
ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等も(b)成分として使用可能ではあるが、ラジカル重合性が(メタ)アクリル酸アルキルエステルより大巾に低いため重合効率が悪く好ましくない。
このような単量体としては具体的に、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等のカルボキシル基又はその無水物基含有単量体、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)アクリレート等のヒドロキシル基含有単量体、(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド等のアミド基含有単量体、メトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート等のアルコキシル基含有単量体、グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルアリルエーテル等のグリシジル基含有単量体、ジビニルベンゼン、アリル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等の1分子中にラジカル重合性不飽和基を2個以上有する単量体、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル単量体、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアン化ビニル単量体、塩化ビニル、臭化ビニル等のハロゲン化ビニル単量体などが例示され、これらの中から1種又は2種以上が選択して用いられ、その使用量は単量体全量[(1)成分及び(2)成分との合計量]の10重量%以下とされる。
この反応性界面活性剤は1種のみ用いても2種以上を併用してもよいが、その量が少なすぎると製造したエマルジョンに凝塊物が多く発生するようになるし、得られる皮膜も良好な物性を示さないようになる。また、多すぎる場合にもエマルジョン粒子の粒径が細かくなってエマルジョンの粘度が上がりすぎるし、皮膜の耐水性も悪くなってくる。したがって、この反応性界面活性剤の使用量は全単量体の0.5〜15重量%が好ましく、特には1〜7重量%が好ましい。
これらの非反応性界面活性剤としてはアルキル又はアルキルアリル硫酸塩、アルキル又はアルキルアリルスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩等のアニオン性界面活性剤、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルアンモニウムクロライド等のカチオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、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カルボン酸エステル等の非イオン性界面活性剤などが例示される。
縮合反応触媒としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリ(ジオクチルピロホスフェート)チタネート等の有機チタネート系化合物、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等の有機アルミニウム系化合物、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫マレート、ジオクチル酸錫等のカルボン酸型錫化合物、ジブチル錫オキサイド、ジオクチル錫オキサイド等のジアルキル錫化合物、オクチル酸鉛、ナフテン酸コバルト等のカルボン酸金属塩、酸性リン酸エステル、カルボン酸及びその酸無水物、トリエチルアミン、ジブチルアミン−2−ヘキソエート等のアミン及びその塩などが例示される。
これらの触媒は、水溶性であればそのまま添加すれば良いが、油溶性のものは水分散体にして添加するのが好ましく、添加量は本発明のエマルジョンに対して0.01〜10重量%が好ましい。
また、工場ラインで塗装する塗料の場合は強制乾燥が可能であるから、その乾燥温度、時間で良好な皮膜を形成できる範囲内で高MFTのエマルジョンを使用した方が硬い塗膜が形成され、耐ブロッキング性、耐汚染性に優れたものが得られる。この場合も必要により皮膜形成助剤を使用しても差しつかえない。
a.最低造膜温度(MFT)
造膜しうる最低温度を理学工業社製の最低造膜温度測定機で測定した。
b.塗膜の耐久性
塗膜の耐久性の評価としては、重要度の高い、塗膜のゲル分率及び耐水性を下記の方法で測定した。
1)塗膜のゲル分率
アルミ箔に乾燥膜厚が約25μmになるようにエマルジョンを塗布し、23℃×68%RHの条件で7日間養生して得られた塗膜を細断し、これをメチルエチルケトンを用いて3時間ソックスレー抽出し、非抽出量からゲル分率を算出した。
2)塗膜の耐水性
ガラス板に乾燥膜厚が約25μmになるようにエマルジョンを塗布し、23℃×68%RHの条件で7日間養生したものについて、50℃の温水に5日間浸漬した後の表面状態を観察し、下記によって示した。
〇:異常なし、△:やや白化、×:白化、ブリスター発生
c.塗膜の粘着性
ガラス板に乾燥膜厚が約25μmになるようにエマルジョンを塗布し、25℃×68%RHの条件で7日間養生したものについて、塗膜表面のタックの有無を指触により判定した。
d.共重合体の平均分子量
重合直後のエマルジョンを凍結してゲル化させ、ゲル状物をメタノールで充分洗浄して水分を除いたものをテトラヒドロフランに溶解し、GPCにより数平均分子量を測定した。
攪拌機、コンデンサー、温度計及び窒素ガス導入口を備えた重合容器に、脱イオン水 100部及びpH緩衝剤として炭酸ソーダ0.03部、ホウ酸 0.3部を仕込み、攪拌しながら60℃に昇温させたのち窒素置換した。これにロンガリット0.15部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウムの1%水溶液0.09部、硫酸第1鉄の1%水溶液0.03部を添加すると同時に、メタクリル酸メチル37部、アクリル酸ブチル43部、スチレン10部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン2部、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン8部、下記構造式で示される反応性界面活性剤アクアロンRN−20(第一工業製薬社製商品名)3.2部、アクアロンHS−10(第一工業製薬社製商品名) 1.4部及びt−ブチルハイドロパーオキシド(純分69%) 0.3部の混合液 104.9部を内温を60℃に保持しながら攪拌下に3時間かけて均一に添加し、さらに60℃で1時間反応させて重合を終了した。得られたエマルジョンの固形分濃度は50.6%、pH7.2であった。
実施例1と同様にして表1に示される単量体、界面活性剤の種類、量(部数)で重合を行い固形分濃度50.5%、pH 6.9のエマルジョンを得た。得られたエマルジョン及び塗膜の特性は表2に示すとおりであった。
攪拌機、コンデンサー、温度計及び窒素ガス導入口を備えた重合容器に、脱イオン水50部及びpH緩衝剤として炭酸ソーダ0.03部、ホウ酸 0.3部を仕込み、攪拌しながら60℃に昇温させたのち窒素置換した。これにロンガリット0.15部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウムの1%水溶液0.09部、硫酸第1鉄の1%水溶液0.03部を添加すると同時に、別途、メタクリル酸メチル39部、アクリル酸ブチル46部、スチレン10部、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン1部、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン4部及びt−ブチルハイドロパーオキシド(純分69%)0.3部の混合物を反応性界面活性剤アクアロンRN−20(前出) 3.2部、アクアロンHS−10(前出) 1.4部及び脱イオン水50部の溶液中に投入し、そしてホモミキサーで乳化した154.9部の乳化液の中から 7.7部を重合容器に加えて攪拌下に重合反応させ、発熱がおさまった後、残りの乳化液を器内温を60℃に保持しながら攪拌下に 2.5時間かけて均一に添加し、さらに60℃で1時間反応させてエマルジョンを得た。
得られたエマルジョンの固形分濃度は50.8%、pH 7.1であった。また、得られたエマルジョン及び塗膜の特性は表2に示すとおりであった。
実施例1と同様にして表1に示される単量体、界面活性剤の種類、量(部数)で重合を行い、固形分濃度50.5%、pH 7.1、MFT44℃のエマルジョンを得た。得られたエマルジョンの固形分100部に皮膜形成助剤としてブチルカルビトールアセテートを10部添加し調合したエマルジョン及び塗膜の特性は表2に示すとおりであった。
また、皮膜形成助剤を添加しないMFT44℃のままのエマルジョンをガラス板に乾燥膜厚が約25μmになるように塗布し、 105℃で30分間乾燥させたところ亀裂のない塗膜を形成した。これを50℃の温水に5日間浸漬した後の表面状態を観察し耐水性を評価したところ異常なかった。さらにアルミ箔に乾燥膜厚が約25μmになるように塗布し、105℃で30分間乾燥させた塗膜を細断し、これをメチルエチルケトンで3時間ソックスレー抽出し、非抽出量からゲル分率を算出したところ96%と高く、ライン塗装用の塗料用ベースエマルジョンとして有用であることが分った。
実施例1と同様にして表1に示される単量体、界面活性剤の種類、量(部数)で重合を行いエマルジョンを得た。得られたエマルジョン及び塗膜の特性は表2に示すとおりであった。なお、各エマルジョンは下記のようであった。
比較例1:固形分濃度50.5%、pH 7.1
比較例2:固形分濃度50.6%、pH 7.1
比較例3:固形分濃度50.4%、pH 7.0
攪拌機、コンデンサー、温度計及び窒素ガス導入口を備えた重合容器に、脱イオン水 100部及びpH緩衝剤として炭酸ソーダ0.03部、ホウ酸 0.3部を仕込み、攪拌しながら60℃に昇温させたのち窒素置換した。器内温を80℃にさらに上昇させた後、これにロンガリット0.15部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウムの1%水溶液0.09部、硫酸第1鉄の1%水溶液0.03部を添加すると同時に、メタクリル酸メチル39部、アクリル酸ブチル46部、スチレン10部、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン1部、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン4部、反応性界面活性剤アクアロンRN−20(前出)3.2部、アクアロンHS−10(前出) 1.4部、t−ブチルハイドロパーオキシド(純分69%) 0.3部及びドデシルメルカプタン1部の混合液 105.9部を内温を80℃に保持しながら攪拌下に3時間かけて均一に添加し、さらに80℃で1時間反応させて重合を終了した。得られたエマルジョンの固形分濃度は50.2%、pH6.9であった。また得られたエマルジョン及び塗膜の特性は表2に示すとおりであった。
Claims (1)
- (1)アルキル基の炭素数が1〜18の(メタ)アクリル酸アルキルエステル及びモノアルケニルベンゼンから選択される単量体 80〜99重量%及び
(2)(a)γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシランから選択されるシランならびに(b)γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン及びγ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシランから選択されるシラン[ただし、(a)成分のシラン/(b)成分のシランの重量比が60/40〜10/90である]のみを合計で 1〜20重量%
からなる単量体及びシランの混合物を、反応性界面活性剤を使用して乳化重合させてなる、生成した共重合体の数平均分子量が5万以上であるアルコキシシリル基含有アクリル系エマルジョン。
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