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JP4536251B2 - 乳化重合用界面活性剤組成物 - Google Patents

乳化重合用界面活性剤組成物 Download PDF

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emulsion polymerization
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重合安定性及び機械的安定性が良好なビニル系ポリマーエマルションを与える乳化重合用界面活性剤組成物、及びビニル系モノマーの乳化重合方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
酢酸ビニル、アクリル酸エステル、スチレン等のビニル系モノマーの乳化重合によって得られるポリマーエマルションは、そのまま配合されて塗料、接着剤、紙加工剤、繊維加工剤等の分野に、あるいは重合体が分離されてプラスチック、ゴム原料として広く工業的に利用されている。乳化重合には乳化剤として、直鎖アルキル硫酸エステル塩、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩等の陰イオン界面活性剤、及びポリオキシエチレン直鎖アルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等の非イオン界面活性剤がそれぞれ単独に、あるいは陰イオン−非イオン界面活性剤の混合系で用いられている。
【0003】
乳化重合における乳化剤は、重合の開始反応、成長反応に影響を及ぼすのみでなく、重合中のポリマーエマルションの安定性、さらには生成したポリマーエマルションの機械的安定性、化学的安定性、凍結安定性、貯蔵安定性に大きな影響を及ぼす。特開昭52−3676号には、ポリオキシエチレン分岐アルキルエーテルをビニル系モノマーの乳化重合用の界面活性剤として用いた発明が開示されているが、重合中のポリマーエマルションの安定性、あるいは生成したポリマーエマルションの機械的安定性が十分とは言えなかった。
【0004】
本発明の課題は、重合中のポリマーエマルションの安定性、あるいは生成したポリマーエマルションの機械的安定性が良好な乳化重合用界面活性剤組成物、及びビニル系モノマーの乳化重合方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、式(I)で表される化合物(以下化合物(I)と略記する)を必須成分とする乳化重合用界面活性剤組成物、及びこの乳化重合用界面活性剤組成物を用いるビニル系モノマーの乳化重合方法である。
【0006】
RCH2O−(EO)n−H (I)
(式中、Rは炭素数10のアルキル基の割合が70重量%以上であり、平均メチル基数が3以上のアルキル基を示し、EOはオキシエチレン基、nはオキシエチレン基の平均付加モル数を示す6以上、15未満の数である。)
【0007】
【発明の実施の形態】
式(I)において、アルキル基Rは、ポリマーエマルションの重合中及び機械的な安定性の観点から、炭素数10のアルキル基の割合が70重量%以上、好ましくは80重量%以上である。またアルキル基Rの平均メチル基数は3以上、好ましくは3〜5、特に好ましくは3〜4である。nはオキシエチレン基の平均付加モル数を示す数で、ポリマーエマルションの安定性の観点から6以上15未満、好ましくは7〜12である。なお、アルキル基Rの平均メチル基数は、1H−NMRを用いて求めることが出来る。
【0008】
化合物(I)は、公知の方法を用いて製造することができ、例えばプロピレンとブテンのオリゴマー化で得られるオレフィンをオキソ反応することによって製造されるアルコールで、炭素数11のものを70重量%以上含有するアルコールにエチレンオキサイドを付加することにより得ることができる。具体的には、酸性イオン交換樹脂や、アルキルアルミニウムを触媒として、プロピレン2モルとブテン1モルをオリゴマー化させて平均炭素数10のオレフィンを合成し、このものをオキソ反応−水素添加することによって、炭素数11のアルコールを70重量%以上含有するオキソアルコールを製造し、さらにこのオキソアルコールにエチレンオキサイドを付加することにより得られる。エチレンオキサイドの付加は通常のアルカリ金属化合物(水酸化カリウム、ナトリウムメトキシド等)を使用することができる。
【0009】
本発明の界面活性剤組成物中の化合物(I)の含有量は10〜100重量%が好ましく、特に20〜85重量%が好ましい。
【0010】
本発明の界面活性剤組成物は、陰イオン界面活性剤及び/又は化合物(I)以外のHLB16以上の非イオン界面活性剤を含有するのが好ましい。陰イオン界面活性剤の含有量は、重合安定性の観点から15〜70重量%が好ましく、15〜40重量%が特に好ましい。化合物(I)以外のHLB16以上の非イオン界面活性剤はポリマーエマルションの化学的安定性の向上に特に有効で、その含有量は、好ましくは15〜60重量%である。また、より好ましいHLBの範囲は17〜19である。ここでHLBはグリフィンの方法で求めたものである。
【0011】
さらに、本発明の界面活性剤組成物としては、(a)化合物(I)を20〜85重量%、(b)陰イオン界面活性剤を15〜40重量%、及び(c)化合物(I)以外のHLB16以上の非イオン界面活性剤を(a)/(c)(重量比)が100/0〜40/60となる割合で含有するものが特に好適である。
【0012】
本発明で用いられる陰イオン界面活性剤としては、直鎖アルキル硫酸エステル塩、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩等を例示できる。
【0013】
本発明で用いられる、化合物(I)以外のHLB16以上の非イオン界面活性剤としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル(EO付加モル数17以上)等のポリオキシエチレンアルキルエーテル(HLB16以上)、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル(EO付加モル数20以上)等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル(HLB16以上)、ジスチレン化フェノールエトキシレート(HLB16以上)、トリベンジル化フェノールエトキシレート(HLB16以上)等が挙げられるが、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(HLB16以上)が好ましい。また式(I)で表される化合物でnが15以上のものを用いてもよい。
【0014】
本発明のビニル系モノマーの乳化重合方法は、本発明に係わる界面活性剤組成物を用い、ビニル系モノマーを乳化重合する方法である。乳化重合において、界面活性剤組成物の使用量は、ビニル系モノマーの総量に対して0.1〜10重量%が好ましい。
【0015】
本発明に用いられるビニル系モノマーとしては、スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン等の芳香族ビニルモノマー;エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン等のオレフィンモノマー;ブタジエン、イソプレン等の共役ジエン;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル等の(メタ)アクリル酸エステル;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン化ビニル及びハロゲン化ビニリデン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、分岐カルボン酸ビニル(シェルジャパン社製ベオバ11等)等のビニルエステル類;(メタ)アクリロニトリル等のニトリル類等が挙げられる。これらのモノマーは単独で重合させても共重合させてもよい。必要によりアクリル酸(塩)、メタクリル酸(塩)、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル等の水溶性モノマーや、官能基をもったモノマーを改質のため共重合させてもよい。ビニル系モノマーの使用量は、全系に対して40〜60重量%が好ましい。
【0016】
本発明の乳化重合に用いる開始剤は過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩が好ましい。
【0017】
モノマーの添加方法は、モノマー滴下法、あるいはプレエマルション法を用いることができるが、重合安定性からプレエマルション法が好ましい。滴下時間は1〜8時間、熟成時間は1〜5時間が好ましい。重合温度は、開始剤の分解温度により調整されるが、過硫酸塩の場合は70〜80℃が好ましい。
【0018】
本発明の界面活性剤組成物以外の重合安定化剤として、ポリビニルアルコール、2−ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルピロリドン、水溶性ポリウレタン化合物等の保護コロイドを併用してもよい。
【0019】
【実施例】
例中の%は特記しない限り重量%である。
【0020】
実施例1〜5及び比較例1〜7
化合物(I)として表1のA−1、A−2、比較の非イオン界面活性剤として表1のB−1〜B−6、これらと併用する陰イオン界面活性剤と化合物(I)以外のHLB16以上の非イオン界面活性剤として表2のC−1〜C−5を用い、表3に示す割合で配合して、本発明及び比較の界面活性剤組成物を調製した。この界面活性剤組成物を用い、下記に示す方法で乳化重合を行い、性能を評価した。結果を表3に示す。
【0021】
<乳化重合法>
アクリル酸2.5g、アクリル酸ブチル123.75g、メタクリル酸メチル123.75gを混合し、モノマー混合物を調製した。イオン交換水107.1gに界面活性剤組成物5.0g、過硫酸カリウム0.50gを溶解し、上記のモノマー混合物とホモミキサー(T.K.HOMO MIXER:特殊機化工業製)にて5000回転/分で10分間混合し、均一なモノマー乳化物を得た。
【0022】
セパラブルフラスコにイオン交換水138gと上記のモノマー乳化物39gを仕込み、窒素気流下で攪拌しながら水浴で20分間で80℃まで昇温した。次に残りのモノマー乳化物316gを3時間かけて滴下した。この間フラスコ内の温度は80℃に保った。滴下終了後2時間80℃に保ち重合を完結させたのち、室温まで冷却して、ポリマーエマルションを得た。
【0023】
<性能評価法>
(1)重合安定性
上記のポリマーエマルションを200メッシュのステンレス製金網で濾過し、重合後の反応器の器壁や、攪拌羽根等に付着した凝集物も集めて同様に濾過した。水洗後26.6kPa、105℃で2時間乾燥、秤量して、凝集物の量を測定した。使用したモノマーの総量に対する凝集物の重量%で、重合安定性を表した。
【0024】
(2)機械的安定性
上記の濾過した、ポリマーエマルションをアンモニア水で中和しpH8.5に調整した。中和したポリマーエマルション50gをとり、マロン式安定性試験機で荷重10kg、1000回転/分、5分間の条件にて攪拌した。生成した凝集物をステンレス製金網で濾過して集め、水洗後に26.6kPa、105℃で乾燥、秤量した。ポリマーに対する凝集物の重量%で機械的安定性を表示した。
【0025】
(3)平均粒径
上記の中和したポリマーエマルションについてコールター社の動的光散乱法による粒径測定装置N−4PLUSを使用して平均粒径を測定した。
【0026】
【表1】
Figure 0004536251
【0027】
【表2】
Figure 0004536251
【0028】
【表3】
Figure 0004536251
【0029】
【発明の効果】
本発明の界面活性剤組成物を乳化重合に用いると、重合安定性が良好で、機械的安定性にも優れたポリマーエマルションが得られる。

Claims (3)

  1. 式(I)で表される化合物を必須成分とする乳化重合用界面活性剤組成物。
    RCH2O−(EO)n−H (I)
    (式中、Rは炭素数10のアルキル基の割合が70重量%以上であり、平均メチル基数が3以上のアルキル基を示し、EOはオキシエチレン基、nはオキシエチレン基の平均付加モル数を示す6以上、15未満の数である。)
  2. 式(I)で表される化合物が、プロピレンとブテンのオリゴマー化で得られるオレフィンをオキソ反応することによって製造されるアルコールで、炭素数11のものを70%以上含有するアルコールにエチレンオキサイドを付加して得られる化合物である請求項1記載の界面活性剤組成物。
  3. 請求項1又は2記載の界面活性剤組成物を用いるビニル系モノマーの乳化重合方法。
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