JP2000501776A - 水ベースの反応性ポリマー分散液におけるエポキシシランエマルジョン添加剤組成物およびそれらの製造法 - Google Patents

水ベースの反応性ポリマー分散液におけるエポキシシランエマルジョン添加剤組成物およびそれらの製造法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、安定なエポキシシランエマルジョンであって、(I)水不溶性または僅かに水溶性のエポキシシラン;(II)乳化剤;(III)水;および(IV)活性水素を含む官能基を含有する水分散性ポリマーを含む上記安定なエポキシシランエマルジョンおよびその製造方法を提供する。更に、成分(I)〜(III)を含むエポキシシランエマルジョンを混合し、そして成分(I)〜(III)の使用時に成分(IV)を加えることができるような二部分系を提供する。更に、触媒およびpH緩衝剤などの追加の成分(V)を加えることができる。前記組成物は、特に、コーティング、接着剤およびシーラントに用いることができる。本明細書中で用いるための水分散性または僅かに水溶性のエポキシ官能性シランは、一般的構造R1 a2 bSi(OR34-a-b(式中、R1は、エポキシで置換されたアルキル基またはアラルキル基であり、但し、そのアルキルは、4〜30個の炭素原子を有していてよく、R3は、2〜10個の炭素原子を有するアルキル基若しくはアルコキシで置換されたアルキル基、アリール基またはアラルキル基であり、R2は、1〜10個の炭素原子を有するアルキル基若しくはアルコキシで置換されたアルキル基、アリール基またはアラルキル基であり、aは1〜3であり、そしてbは0〜2であり、但し、a+bは1、2または3であることを条件とする)を有する。基R1、R2およびR3は、環状、分岐状または直鎖状であってよい。

Description

【発明の詳細な説明】 水べースの反応性ポリマー分散液におけるエポキシシランエマルジョン 添加物組成物およびそれらの製造法 発明の背景 従来の有機溶媒ベースのポリマー組成物は、環境汚染、資源の保存、及び安全 な作業環境の提供等に関連した様々な問題のために使用されなくなってきた。こ れに代わって、水溶液または分散液タイプの塗料組成物(coating composition )が代替物として提唱されている。特に、改良された特性(例えば、耐水性や耐 溶剤性)が容易に得られることから、反応性ポリマーのエマルジョンと分散液に 対して多くの関心が寄せられている。 ポリマー、水性のエマルジョンと分散液(ラテックス)、およびエポキシ樹脂 もしくはエポキシコンパウンドを組み合わせて使用することは、当業界において よく知られている。例えば、Longによる米国特許第4,049,869号は、多孔質無機 支持体を保護するのに使用するための、アクリル酸含量の多いラテックス(5〜 20重量%)、架橋剤(1〜10%)、および紫外線吸収剤を含んだ組成物を開示し ている。架橋剤はエポキシ樹脂を含んでいてもよい。 ラテックス系における添加剤としての水溶性シランも、従来技術において開示 されている。例えば、Bredowによる米国特許第5,017,632号は、ポルトランドセ メントや金属のための塗料組成物を開示している。この塗料組成物は、一対の貯 蔵安定性成分(すなわち、微細粒径の充填剤、エポキシ樹脂、および必要に応じ て粗大凝集体を含むドライブレンド;ならびにポリマーラテックス、アミン官能 基を有するエポキシ硬化剤、および水溶性のエポキシシランもしくはアミノシラ ンを含むウェットブレンド)を混合して製造される。 Ponsによる米国特許第5,100,955号は、1種以上のオレフィン性不飽和モノマ ーの付加ポリマー、乳化安定剤および/または乳化剤、ならびに水溶性エポキシ シランを含んだ水性分散液をベースとする塗料組成物と接着剤組成物を開示して いる。水溶性エポキシシランは、付加ポリマーの重合後に加えるのが好ましい。 しかしながら、このような組成物の保存寿命はわずか2〜3日である。 Hahnによるヨーロッパ特許第401,496号は、カルボン酸基、アミド基、及びス ルホン酸基を含有するエマルジョンコポリマーの分散液をエポキシシランで処理 することによる、接着剤としてのシリコン変性プラスチック水性分散液(aqueou ssilicon-modified plastic dispersions)を開示している。式R1234S iで示される水溶性のエポキシシランが開示されており、このときR1は反応性 のオキシラン基を有する(シクロ)アルキルであり;R2は(シクロ)アルコキ シ、(シクロ)アルキル、アリール、またはアラルキルであり:そしてR3とR4 は(シクロ)アルコキシまたはOHである。しかしながら、合成ラテックスの組 成は特異的である。さらに、ニートのエポキシシランをポリマーに直接加えてい る。 こうした塗料技術のほかに、トリアルコキシシランのエマルジョンが防水剤と して使われていることが報告されている。例えば、米国特許第4,877,654号と第5 ,393,330号には、緩衝剤で処理された水性シランエマルジョンが開示されている 。米国特許第5,226,954号では、撥水性を付与すべく、アルキルアルコキシシラ ンがノニオン性乳化剤やアニオン性乳化剤で乳化されている。発明の要約 本発明は、水不溶性もしくは幾分水溶性のエポキシシラン、乳化剤、および活 性水素を有する官能基を含有する水分散性もしくは水乳化性の有機ポリマー、を 含む保存性の良い組成物を提供する。本発明による、保存性の良い組成物を製造 する方法は、(a)乳化剤により水不溶性または幾分水溶性のエポキシシラン化 合物を水溶液中に分散させて水性エマルジョンを得る工程、および(b)活性水 素を有する官能基を含有する水分散または水乳化した有機ポリマーに前記シラン エマルジョンを加える工程、を含む。本発明の他の態様は、物品に反応性の水性 分散液を塗被し、そしてこの分散液を硬化させることである。本発明の組成物は 、少なくとも約6ヶ月は安定である。さらに、本発明の組成物を使用すると、改 良された特性(例えば耐溶剤性、接着性、平滑性、硬度、および表面摩耗抵抗) が達成される。発明の詳細な説明 本発明は、(I)水不溶性もしくは幾分水溶性のエポキシシラン;(II)乳化 剤;(III)水;および(IV)活性水素を有する官能基を含有する水分散性もしく は水乳化性のポリマー;を含む安定なエポキシシラン含有組成物、ならびに前記 組成物の製造法を提供する。さらに、成分(I)〜(III)を含むエポキシシラ ンエマルジョンが調製されていて、このエマルジョンを使用するときに成分(IV )を加える、という二液系も提供される。さらに、追加の成分(V)(例えば、 触媒やpH緩衝剤)を加えることもできる。上記組成物を製造する上で重要なのは シラン(I)と乳化剤(IV)である。 本発明は、貯蔵中に種を生じたりゲル化したりすることのない、高度に安定な エポキシシラン含有組成物を提供する。これらの組成物は、一般には少なくとも 2〜3週間安定であり、さらに好ましくは2〜3ヶ月にわたって安定である。実 際、20重量%未満のエポキシシランを含有する組成物は6ヶ月以上の貯蔵に耐え る。この点は、2〜3週間後に接着性等の特性が失われるか、あるいはゲル化す ることさえある従来技術のシラン/ポリマー組成物と比較して有利である。 (I) シラン 本発明において使用するための水不溶性もしくは幾分水溶性のエポキシ官能性 シランはR1 a2 bSi(OR34-a-bという一般式で表され、このときR1はエ ポキシ置換のアルキル基またはアラルキル基であって、前記アルキルは4〜30個 の炭素原子を有してよく、R3は、2〜10個の炭素原子を有するアルキル基、ア ルコキシ置換アルキル基、アリール基、またはアラルキル基であり、R2は、1 〜10個の炭素原子を有するアルキル基、アルコキシ置換アルキル基、アリール基 、またはアラルキル基であり、そしてa+bが1、2、または3であるという条 件にて、aは1〜3であり、bは0〜2である。各R基は、環式であっても、枝 分かれ鎖状であっても、あるいは直鎖状であってもよい。水不溶性または幾分水 溶性のシランとしては、水中0.1〜8.0重量%の溶解度を有するシランが含まれる 。好ましいのは水不溶性のエポキシシランである。しかしながら、特に水溶性シ ランはこれらのシランから除外される。なぜなら、このようなシランを使用して 製造された組成物は、長期間(すなわち、周囲条件にて2〜3日以上)にわたっ て安定ではないからである。 好ましいエポキシ官能性シランとしては、 があり、このとき Rは(CH2mであって、mは0〜6の値を有し; R2は、アルキル基、アルコキシ置換アルキル基、アリール基、またはアラル キル基であって、前記基のそれぞれが1〜10個の炭素原子を有し; R3は、アルキル基、アルコキシ置換アルキル基、アリール基、またはアラル キル基であって、前記基のそれぞれが2〜10個の炭素原子を有し; R4、R5、R6、またはR7はそれぞれ、水素または1〜6個の炭素原子を有す るアルキル基であり; R8は、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基、または6〜10個の炭素原子 を有するアラルキル基もしくはアリール基であり; c、d、およびeは、それぞれ0または1の値を有し;そして fは、0、1、または2の値を有する。 さらに詳細に言えば、R2は、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、イ ソブチル基、およびオクチル基)、アルケニルニ基(例えば、ビニル基やアリル 基)、 アリール基(例えば、フェニル基、トリル基、およびナフチル基)、およびアラ ルキル基(例えば、ベンジル基や2−フェニルエチル基)等の置換もしくは非置 換の一価炭化水素基、ならびに上記炭化水素基中の炭素原子の1つ以上を、イオ ウや酸素を含めた種々の原子および/または基で置き換えることによって得られ る、および/または上記炭化水素中の水素原子の1つ以上を、ハロゲン原子、エ ポキシ基、メタクリルオキシ基、アクリルオキシ基、カルボキシル基、エステル 基、シアノ基、およびポリオキシアルキレン基を含めた(これらに限定されない )種々の基で置き換えることによって得られる置換された基を示している。 R3は、エチル、n−プロピル、n−ブチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、 n−オクチル、n−ノニル、およびn−デシル等のアルキル基、アルコキシアル キル基、アリール基、またはアラルキル基、ならびにシクロペンチル、シクロヘ キシル、シクロヘプチル、およびシクロオクチル等の環式基である。R2に対す る適切な枝分かれ鎖状炭化水素基は、イソプロピル、イソブチル、sec−ブチル 、イソブチル、sec−アミル、および4−メチル−2−ペンチル等のアルキル基 である。代表的なアルコキシアルキル基は、n−ブトキシエチルやメトキシプロ ピルである。代表的なアリール基はフェニルであり、代表的なアラルキル基はベ ンジルやエチルフェニルである。 R4、R5、R6、またはR7は、水索原子、または1〜6個の炭素原子を有する 一価の炭化水素基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基 、n−ブチル基、およびイソブチル基等のアルキル基;例えば、ビニル基やアリ ル基等のアルケニル基;ならびに例えばフェニル基等のアリール基)である。こ れらの炭化水素基は、水素原子の一部または全部が、ハロゲン原子およびシアノ やエポキシを含めた官能基で置き換わっていてもよい。 本発明にしたがって使用されるエポキシ官能性シランの例としては、Briston とLefortによるフランス特許第1,526,231号に記載のシランがある(但し、これ らに限定されない)。特定の例は、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチ ルトリエトキシシラン、4−(メチルジエトキシシリル)−1,2−エポキシシ クロヘキサン、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリ(イソブト キシ)シラン、3−(2,3−エポキシブトキシ)プロピルトリエトキシシラン、 および [2.2.1]ビシクロヘプタン−2,3−エポキシ−5−(2−トリエトキシシ リル)エチルである。 シランは、組成物〔(I)〜(IV)〕総重量の0.1〜30重量%にて存在する。 好ましい濃度は組成物総重量の約0.1〜10%である。成分(I)〜(III)を含む エポキシシランエマルジョン前駆体を作製する場合、シランは0.1〜60重量%に て存在する。 (II) 乳化剤 本発明において使用するための乳化剤としては、ノニオン界面活性剤、アニオ ン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤とアニオン界面活性剤 との混合物、およびノニオン界面活性剤とカチオン界面活性剤との混合物がある 。ノニオン界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポ リオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステ ル、ソルビタン脂肪酸エステル、およびポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エ ステルなどがある。アニオン界面活性剤の例としては、脂肪酸塩、硫酸アルキル エステル塩、ベンゼンスルホン酸アルキル、リン酸アルキル、硫酸アルキルアリ ルエステル塩、およびポリオキシエチレンリン酸アルキルエステルなどがある。 カチオン界面活性剤の例としては、長鎖アルキルトリメチルアンモニウム塩、長 鎖アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩、及びジ(長鎖アルキル)ジメチル アンモニウム塩等の第四アンモニウム塩がある。本発明において有用な他の界面 活性剤は、“McCutcheon's Vol.2:Functional Materials,North American Edi tion(The Manufacturing Confectioner Publishing Co.,Glen Rock) 1994” (本文献を参照のこと)に記載の界面活性剤である。 乳化剤は、(I)〜(IV)を含んだ組成物全体の重量を基準として0.05〜30重 量%の範囲で存在しなければならず、組成物全体の0.2〜20重量%の範囲で存在 するのが好ましい。エポキシシランエマルジョン前駆体においては、乳化剤は、 エボキシシラン(I)の0.1〜50重量%にて存在しなければならない。 界面活性剤の適切なHLB(親水親油バランス)は、乳化される特定のエポキ シシランのHLBに対応するよう選定される。ある物質に対する最適HLBを選 定する方法は当業者によく知られており、ICIアメリカズ社(ICI Americas Inc. ) による“The HLB Systems”に説明されている。 成分(II)〜(IV)から得られる反応性ポリマーエマルジョンはエポキシシラ ンエマルジョン前駆体を加える前に作製されるので、これらの組成物前駆体を作 製する際に上記タイプの乳化剤を使用することができる。この場合も、乳化され る特定の反応性ポリマーのHLBに対応すべく適切なHLBが選定されるよう乳 化剤が選定される(但し、反応性ポリマーを乳化するよう選定される乳化剤は、 エポキシシランエマルジョン前駆体を作製するのに使用される乳化剤に対して相 溶性がある)。反応性ポリマーエマルジョン前駆体においては、乳化剤は、反応 性ポリマーの1〜50重量%の量にて存在しなければならない。 (III) 水 水は、組成物全体(I)〜(IV)の29.85〜99.75重量%の量にて存在してよい 。ポリマーなしでシランエマルジョン前駆体を作製する場合は、約39〜99.75% の水が存在しなければならない。 (IV) ポリマー 本発明の反応性ポリマーは、活性水素を、好ましくはカルボキシル基の形で有 するポリマーである。このようなポリマーの代表的なものは、末端もしくは側鎖 のカルボキシル基(−COOH)を含むポリマーであり、このときカルボキシル 基の一部が、中和された塩の形(例えば、−COOK)であってもよい。これら の反応性ポリマーは500〜103g/モルの分子量を有する。好ましい反応性ポリマ ーは、カルボン酸基を、1〜780(好ましくは10〜280)の酸価(ASTM D669にし たがって測定)を有するに足る量にて含有する。ポリマーは、乳化剤を含まない 形の分散液として加えてもよいし、あるいは乳化剤を含んだ形のエマルジョンと して加えてもよい。 本発明において使用できる反応性ポリマーの例としては、ポリエチレン、ポリ プロピレン、ポリエチレンプロピレンコポリマー、ウレタン、エポキシポリマー 、ポリスチレン、およびウレタンアクリルポリマーのカルボン酸変性ポリマーが ある。さらに、アクリルホモポリマー、ビニルアクリルポリマー、メタクリルポ リマー、スチレンアクリルコポリマー、およびポリエステルも有用である。これ らの反応性ポリマーは、ヒドロキシル、アミド、ビニル、およびハロゲンを含め た 他の有機官能基をさらに含有してもよく、これらのポリマーも反応性ポリマーの 範囲内と考えられる。 本発明にしたがって使用できる好ましい反応性ポリマーの特定の例としては、 JONCRYLR554,JONCRYL554,JONCRYL77,JONCRYL95,及び SCX2500〔いずれもウィ スコンシン州ラシンの SC ジョンソンポリマー社(SC Johnson Polymer)から市 販〕等の、市販のスチレンアクリルエマルジョンポリマーがある。本発明におい て使用することのできる市販の好ましい反応性ポリマー物質の他の特定の例とし ては、NEOCRYLRアクリルエマルジョン、NEOREZR水搬送ウレタンポリマー(water -borne urethane polymer)、および NE0PACR水搬送ウレタンアクリルコポリマ ー(マサチューセッツ州ウィルミントンのゼネカレジン社から市販)、ならびに UCARRアクリルラテックスとUCARRビニルアクリルラテックス(コネチカット州ダ ンバリーのユニオンカーバイド社から市販)などがある。 本発明においては、乳化剤を含有していないポリマー分散液も使用することが できる。ポリマーは、組成物全体の0.1〜70重量%の量にて存在しなければなら ない。 (V) 任意の成分 本発明の組成物はさらに、架橋剤(例えば、メチロール化および/またはアル コキシ化された尿素樹脂やメラミン樹脂、エポキシ樹脂、アジリジン、およびカ ルボジイミド等)を含有してもよい。このような架橋剤は、貯蔵中に組成物を不 安定にしない限り、組成物全体の0.1〜20重量%の量にて存在することができる 。 本発明の組成物は、硬化状態を調節するために、加水分解安定性で水溶性/乳 化性/分散性の硬化触媒を必要に応じて含んでもよい。このような触媒の例とし ては、有機チタネート、有機スズ、キレート化チタン化合物、キレート化アルミ ニウム化合物、キレート化ジルコニウム化合物、およびこれらの組合せ物などが ある。キレート化チタネートの例としては、ジヒドロキシビス[2−ヒドロキシ プロパナート(2−)−O1,O2](2−)チタネート、混合チタンオルトエステル 錯体、アセチルアセトナートキレート、ビス[エチル−3−オキソブタノラート −O1,O3]ビス(2−プロパノラート)チタン、イソプロポキシ(トリエタノ ールアミナート)チタン、およびチタンのアルカノールアミン錯体などがある。 有機 スズ触媒の例としては、FOMREZRUL-1,UL-22,および UL-32(コネチカット州グ リーンウィッチのウィトコ社から市販)、ならびにジブチル錫ビス(1−チオグ リセロール)などがある。 触媒は、反応性ポリマー成分(IV)の重量を基準として0.01〜20%(好ましく は0.1〜10部)の量にて使用することができる。 組成物全体としてのpHが組成物の加水分解安定性に影響を及ぼすことがある。 組成物の高いアルカリ性または高い酸性が、エポキシシランのアルコキシシリル 基の加水分解と縮合を触媒する。組成物のpHが中性(pH=7)に近づくほど、エ マルジョンの安定性が良くなる。したがって、組成物全体のpHの好ましい範囲は 5.5〜8.5である。pHを調節ずるのに使用できる物質は、酢酸ナトリウム、クエン 酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リ ン酸二水素ナトリウム、および対応するカリウム塩を含めた有機もしくは無機緩 衝剤である。 組み込むことのできる他の任意の成分は、当業界において普通に知られていて 一般的に使用されているような充填剤、チキソトロープ、顔料、可塑剤、凝集剤 、殺生物剤、および殺真菌剤である。製造法と使用法 本発明のエポキシシランエマルジョン前駆体は、先ず乳化剤(II)とエポキシ 官能性シラン(I)とを混合することによって作製する。水(III)を加え、混 合物を攪拌して白色の乳状エマルジョンを得る。必要に応じて、エマルジョンの pHを7.0±1.5に調節する。 このエポキシシランエマルジョン前駆体を、反応性ポリマー(IV)または反応 性ポリマーエマルジョン〔成分(II)〜(IV)〕に加えて、安定な組成物を得る 。これらの成分を混合するのに使用される方法は重要なポイントではなく、普通 に使用されるいかなる低剪断装置(例えば、ブレード攪拌機や櫂形攪拌機)も適 切である。任意の成分(V)はどの段階で加えてもよいが、幾つかの場合では触 媒は最後に加えなければならない。 本発明のエマルジョヨンは、二成分系〔すなわち、成分(I)〜(III)と成分 (IV)〕として使用することができ、この場合は使用前に短時間混合する。しか しながら、一成分系として使用すべく混合しても充分な安定性を有する。成分( I)〜(IV)を含んだ組成物は、均一な水性分散液または水性エマルジョンを形 成する。これら組成物の用途の多くは、周囲条件下での乾燥、あるいは高温での 乾燥(例えばベーキング)を必要とする。こうして得られる乾燥した物質は、優 れた耐溶剤性、耐薬品性、硬度、表面摩耗抵抗、接着性、耐水性、耐久性、また は耐候性を有する。 本発明にしたがって製造される組成物は、工業用・建築用の塗料、シーラント 、木材用塗料、接着剤、およびマスチックとして(すなわち、一般にポリマーが 使用される用途において)使用することができる。本発明の組成物は、例えば織 布プリント用ペーストとして、耐クロッキング性を有する色彩堅牢用途をもたら す。木材用塗料においては、本発明の組成物は、歪み抵抗、表面摩耗抵抗、およ び貯蔵時におけるラテックス表面間のブロッキング抵抗を付与する。建築用塗料 に関しては、本発明の組成物は、耐スクラビング性および他の改良された特性を 付与する。シーラントにおいては、本発明の組成物は無機表面への接着性を付与 する。当業者にとっては明らかなことであるが、本発明の組成物は、塗料、シー ラント、接着剤、石工事用シーラー、ガラス繊維用のバインダーとサイズ剤、イ ンキ、および他の水搬送ポリマー系等の多くの用途を有する。実施例1. 5%の界面活性剤を含んだβ−(3.4−エポキシシクロヘキシル )エチルトリエトキシシラン(シランA)の40%エマルジョンの 作製 3.85gのSPANR60界面活性剤(ICIアメリカズ社)と3.36gのTWEENR40界面活性剤 (ICIアメリカズ社)を温水浴中で一緒に混合加熱して溶融し、これをビーカー に加えた。60.OgのシランAを加え、機械的攪拌機で混合物を攪拌した。82.5gの 水を加え、混合物を約5分間激しく攪拌して、40重量%のシランAを含有する白 色の安定なエマルジョンを得た。実施例2. 5%の界面活性剤を含んだシランAの20%エマルジョンの作製 3.5gのSPANR60と1.5gのTWEENR40界面活性剤を温水浴中で一緒に混合加熱して 溶融し、これをビーカーに加えた。20.0gのシランAを加え、機械的攪拌機で混 合物を攪拌した。75.0gの水を加え、混合物を約5分間激しく攪拌して、20重量 %のシランAを含有する白色の安定なエマルジョンを得た。実施例3. 8%の界面活性剤を含んだシランAの40%エマルジョンの作製 2.18gのSPANR80界面活性剤(ICIアメリカ)と2.22gのTWEENR40界面活性剤を一 緒に混合し、これをビーカーに加えた。この界面活性剤混合物に22.0gのシラン Aを加え、機械的攪拌機で混合物を攪拌した。28.6gの水を加え、混合物を約5 分問激しく攪拌して、40重量%のシランAを含有する白色の安定なエマルジョン を得た。実施例4. 10 %の界面活性剤を含んだシランAの40%エマルジョンの作製 2.73gのSPANR80と2.77gのTWEENR40を一緒に混合し、これをビーカーに加えた 。この界面活性剤混合物に22.0gのシランAを加え、機械的攪拌機で混合物を攪 拌した。27.5gの水を加え、混合物を約5分間激しく攪拌して、40重量%のシラ ンAを含有する白色の安定なエマルジョンを得た。実施例5. 8%の界面活性剤を含んだγ−グリシドキシプロピルメチルジエト キシシラン(シランB)の40%エマルジョンの作製 1.93gのSPANR60界面活性剤(ICIアメリカズ社)と2.87gのMyrjRR52S界面活性 剤(ICIアメリカズ社)をビーカー中で一緒に混合し、温水浴で加熱してこれら の固体物質を溶融させた。24.0gのシランBを加え、機械的攪拌機で混合物を攪 拌した。31.2gの水を加え、混合物を約30分間激しく攪拌して、40重量%のシラ ンBを含有する白色のエマルジョンを得た。得られたエポキシシランエマルジョ ンは準安定であり、1ヶ月以内にゲル化した。実施例6. 6%の界面活性剤を含んだγ−グリシドキシプロピルトリー(イソ ブトキシ)シラン(シランD)の40%エマルジョンの作製 2.72gのSPANR60界面活性剤と1.18gのTWEENR40をビーカー中で一緒に混合し、 温水浴で加熱してこれらの固体物質を溶融させた。26.0gのシランDを加え、バ ーハート・ミキサー(Barhart Mixer)で20分攪拌した。35.1gの水を加え、混合 物を約30分間攪拌して、40重量%のシランDを含有する白色の安定なエマルジョ ンを得た。実施例7. 6%の界面活性剤を含んだβ−(3,4−エポキシシクロヘキシル (エチルトリー(イソブトキシ)シラン(シランE)の40%エマル ジョンの作製 2.36gのSPANR60と1.04gのTWEENR40をビーカー中で一緒に混合し、温水浴で加 熱してこれらの固体物質を溶融させた。26.0gのシランEを加え、機械的攪拌機 で混合物を10分攪拌した。35.1gの水を加え、混合物を約10分激しく攪拌した。G iv-Gard DXN(Givaudan-Roure)(保存剤)を加えた。実施例8〜33. 安定なポキシシラン含有組成物の作製 実施例1〜7に記載の手順にしたがって作製した種々の量のエポキシシランエ マルジョン前駆体(すなわち、成分I〜III)を、種々の量の酸変性ポリマー分 散液(成分III−IV)もしくはエマルジョン(成分II−IV)に加えることによっ て、安定なエポキシシラン含有組成物を作製した。エポキシシランエマルジョン 前駆体と酸変性ポリマー分散液もしくはエマルジョンとの混合物を約10分攪拌し た。安定なエポキシシラン含有組成物の各成分の説明と量が表1に記載されてい る。比較例I〜XLIV. 種々の量のエポキシシランA〜EおよびZと、種々の量の市販の酸変性ポリマ ー分散液もしくはエマルジョンとを混合することによって、エポキシシラン酸変 性ポリマー分散液もしくはエマルジョンを比較例として作製した(シランの定義 に関しては表1を参照のこと)。アルキルシランU〜Wおよびジエポキシ樹脂X を使用した比較例は、実施例1〜7に記載の手順に類似の手順にしたがってアル キルシランまたはジエポキシ樹脂のエマルジョンを作製し、次いで種々の量のア ルキルシランエマルジョンまたはジエポキシ樹脂エマルジョンと、種々の量の市 販の酸変性ポリマー分散液またはエマルジョンとを混合することによって作製し た。例えば、ジエポキシ樹脂エマルジョン前駆体は、2.44gのSPANR60と0.91gのM YRJR52Sをビーカー中に仕込むことによって作製した。攪拌しながら温水浴中で 加熱することによって、固体を溶融させた。混合物に18.2gの水を加え、激しく 攪拌した。3.5gの3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシク ロヘキシルカルボキシレート(ユニオンカーバイド ERL-4221)を加え、混合物 を激しく攪拌して粘稠なペーストを得た。28.7gの水を加え、15分攪拌を続けて 白色のエマルジョンを得た。各比較例の説明と量が表1に記載されている。 A=(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン B=3−グリシドキシプロピルジエトキシメチルシラン C=3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン D=3−グリシドキシプロピルトリ−(イソブトキシ)シラン E=(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリ−(イソブトキシ)シラン U=オクチルトリエトキシシラン V=1−トリエトキシシリル−2−メチルジエトキシシリルエタン W=アミルトリエトキシシラン X=(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキシル カルボキシレート Z=3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン1 市販の酸変性ポリマーエマルジョン中に存在しているかも知れない界面活性剤 を含まない。2 ポリマーの重量は、市販製品中の固体の重量を基準としている。実施例34〜84. 貯蔵寿命安定性 酸変性ポリマー分散液またはエマルジョンを含有する安定なエポキシシランエ マルジョン(成分I〜IV)と比較例の貯蔵寿命安定性(shelf Iife stability) を、作製後の種々の時間における組成物の粘度を測定することによって調べた。 粘度は、組成物を含有している瓶を前後に傾けて流動性を観察することによって 、あるいはブルックフィールド粘度計を使用して25℃での組成物の粘度を測定す ることによって調べた。組成物の安定性を表IIに示す。 これらの実施例から、組成物のpHがほぼ中性であれば、酸変性ポリマーを含有 する安定なエポキシエマルジョン(成分I〜IV)は、12週間以上の期間にわたっ て貯蔵安定性が良好であることがわかる。例えば実施例27は、10重量%のシラン Aと UCARラテックス100を含有し、pH=6においては、室温にて12週間貯蔵後に1 300cPの粘度を有する。比較例XXXIIIとXXXVの組成物(単に、10%のシランAとU CARラテックス100とを混合しただけ)は、それぞれ実施例38と39において示され ているように粘度の増大を示した。比較例XXXIIIは、室温で12週間貯蔵後におい て、粘度が3000cPに増大した。比較例XXXVは12週間以内にゲル化した。 エポキシエマルジョンの貯蔵寿命が長いことは、最終用途において特性を保持 する上で重要なことである。例えば、実施例24に記截の組成物は、12週間にわた って安定であり、実施例67に示すように乾燥すると、平滑な表面を有するフィル ムを形成した。比較例XXVIIIは、12週間後において粘度の変化を示さなかったが 、実施例68に示すように低品質のフィルムを生成した。このフィルムは、亀裂の 入った表面とフィッシュアイを有していた。表面欠陥の原因は、エポキシシラン が加水分解および縮合してミクロゲルやオイルを形成することにあった。 組成物のpHは、組成物の安定性に顕著な影響を及ぼすことがある。例えば、実 施例22に記載の組成物は粘度が徐々に増大し、実施例75に示すように最終的には 24週間後にゲル化した。粘度が増大したのは、組成物がアルカリ性であったため である。組成物のpHは8.6であった。これらの組成物は、長い可使時間が必要と される場合は、二成分系として使用するのが有用である。 実施例32の安定性は、実施例53に示すように良くないことがわかった。シラン Bは水に対して幾分水溶性であり、シランのこうした水溶性により、安定なエポ キシエマルジョン前駆体の作製が困難となる。実施例3に記載のエポキシシラン エマルジョン前駆体は、1ヶ月以内にゲル化した。ケイ素原子に結合しているア ルコキシ基を変えることによってシランBの水溶性を低下させることにより、エ ポキシシランエマルジョン前駆体の安定性を大幅に改良することができた。例え ば、実施例6に記載のシランエマルジョン前駆体は安定であった。シランDは水 に対して不溶性であることに留意しなければならない。 表II 本発明の組成物(I〜IV)が、酸変性ポリマーの水性エマルジョンまたは 水性分散液にエポキシシランもしくは添加剤を単に加えて得られるものよ りも安定な混合物を形成し、良好なフィルム特性を生成することを示して いるデータ。本表はさらに、本発明の組成物の安定性に及ぼすpHの影響を 示している。 実施例85〜11. 耐溶剤性 酸変性ポリマーを含有する安定なエポキシシランエマルジョンを使用すると、 キャストしたフィルムの耐溶剤性が改良される。耐溶剤性は、メチルエチルケト ン(MEK)ダブルラブ(double rubs)によって決定した。この試験は、ASTM D47 52-87 にしたがって行った。フィルムは、23℃で50%相対湿度にて7日間キュア ーするか、あるいは121℃で20分キュアーし、次いで23℃で50%相対湿度にて7 日間キュアーした。耐溶剤性の結果を表IIIに示す。 本発明の組成物からキャストされたフィルムの耐溶剤性は、酸変性ポリマー単 独からキャストしたフィルムより大幅に良好であった。例えば、実施例16にて説 明されていて実施例90にて示されている組成物からキャストし、121℃で20分キ ュアーしたフィルムのMEKダブルラブの数は130ラブであった。実施例91に示され ているように、比較例III(J0NCRYL77のフィルム)は MEKの11ラブしか耐えなか った。シランAとJ0NCRYL77との単なる混合物(比較例VIII)は 34ラブしか耐え な かった。幾つかの場合においては、エポキシシランとポリマーとの単なるブレン ド(例えば比較例XI)は、実施例94に示されているような耐溶剤性フィルムを生 成するが、これらの組成物の貯蔵寿命は良くない。例えば、実施例56に示されて いるように、比較例XIは2週間でゲル化した。 表III 本発明の組成物が改良された耐溶剤性を有することを示しているデータ (MEKダブルラブにより測定) 1.フィルムにはクレーターが認められた。実施例112〜115 . 表面摩耗抵抗 本発明の組成物をフィルムとしてキャストすると、得られたフィルムは改良さ れた表面摩耗抵抗を有する。AATCC摩擦試験機〔アトラス・エレクトリック・デ バイス社(Atlas Electric Devices Company) ,モデルCM-5〕を使用して表面摩 耗抵抗を測定した。ドロー・ダウン・バー (draw down bar)を使用して、ボン デライト処理した冷間圧延鋼板中にフィルムをキャストし、121℃にて20分、次 いで23℃にて50%相対湿度で7日間キュアーした。光沢度は、ASTM D523にした がって測定した。これらフィルムの表面摩擦抵抗の結果を表IVに示す。本発明の 組成物からキャストしたフィルムでは、新たに作製し6ヶ月エージングした組成 物(実施例112と113)に対する表面摩耗抵抗が、比較例XLIVとIV(実施例114と1 15)からの組成物と比較して改良されていることがわかった。 表IV.本発明の組成物から流延された塗膜の表面摩耗抵抗が、エポキシシラン および酸変性ポリマーの単純混合物より優れていることを示すデータ実施例番号 組成物期光沢度(60゜) 10 サイクル後光沢度 減少% 112 14 96 32 67 113 14 100 50 50 114 XLIV 98 26 73 115 IV 103 24 77 組成物製造直後に流延された塗膜 組成物製造から6か月後に流延された塗膜 116〜125.硬度−本発明の組成物から流延された塗膜は、硬度が増加した と同時に、表Vで示されたように、光沢度などの他の塗膜特性および密着性を維 持した。鉛筆硬度は、ASTM D 3363-74 にしたがって測定された。光沢度 は、ASTM-D 523 にしたがって測定された。横断テープ密着性は、ASTM 3359-90 にしたがって測定された。Eコート鋼パネルに対する塗膜の湿潤密着 性は、米連邦標準試験法141Bの方法6301 にしたがって測定された。塗膜は、ド ローバーを用いて製造された。乾燥塗膜厚みは2ミルであった。塗膜は、121 ℃で20分間および23℃および50%相対湿度で7日間硬化させた。 表V.本発明の組成物が、121℃で2分間および23℃7日間硬化させた後に 充分にバランスのとれた塗膜特性を与えることを示すデータ 実施例 組成物 光沢度値 鉛筆硬度 テープ密着性 湿潤密着性 20゜ 60゜ 116 16 84 97 HB 5B 10 117 17 78 99 H 5B 10 118 XII 64 92 F 5B 10 119 VI 80 99 B 5B 10 120 III 89 105 B 5B 10 121 18 80 94 2H 5B 10 122 19 64 92 F 5B 10 123 XX 80 99 HB 5B 10 124 XXI 80 99 HB 5B 10 125 V 96 107 B 5B 10 本発明の組成物の有用性の印象的な例を、充填剤入りラテックスシーラントに ついて示す。シーラント配合物は表VIで示される。シーラントは、UCAR ラテ ックスポリマー105および TRITON X-405 を混合容器中に入れ且つ5分間撹拌す ることによって製造された。NU0CEPT 95 防腐剤、TRIT0N X-405 界面活性剤およ び水の溶液を混合容器に加え且つ5分間撹拌した。エチレングリコール、TEMOL8 50 分散助剤、ASE 60 増粘剤、KTPP トリポリリン酸カリウムおよび SANTICISER 160 可塑剤を加え且つ高速混合プロペラを用いて混合した。ミネラルスピリッ ト、前駆体エポキシシランエマルジョンまたはシリコーン添加剤および水酸化ア ンモニウムを加え且つスパチュラを用いて混合した。MOLTINI PLANAMAX ミキサ ーを用いて混合物を窒素雰囲気下で20分間撹拌した。Ti02およびDIIDEE( 2,2−ジモルホリノジエチルエーテル)触媒を加え且つ5分間混合した。その 混合物を減圧下で5分間ガス抜きした。シーラントをプラスチックシーラントチ ューブ中で貯蔵した。 シーラントを、環境室中において23℃および50%相対湿度で3週間並びに 周囲条件で1週間硬化させた。硬化したシーラントの物理的性質は、ASTMD 412C(伸び率%、引張強さおよび弾性率)、ASTM 624(引裂強さ)、C-6 61(ショアーA硬度およびC-794(剥離密着性にしたがって測定された。 シーラントを50℃で4週間加熱老化させた。シーラントの物理的性質を表V Iで報告する。本発明の組成物は、充填剤入りアクリルラテックス中に充分に配 合された場合(実施例129)、特に、50℃で4週間老化させた後に、優れた 密着性を有すると同時に、高い伸び率および低い弾性率を維持した。比較例12 6〜28、130〜31は、加熱老化後に不十分な密着性を有するかまたは伸び 率%を劇的に減少させた。 充填剤入りアクリルラテックスシーラント配合物の物理的性質a (a)認可されたASTM試験規格によって得られた物理的性質測定値; (b)試料を50℃で4週間(4)老化させた。 A=(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルメトキシシラン T=水中の3−アミノプロピルシロキサン Z=3−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン 実施例1.実施例1で製造された前駆体エポキシシランエマルジョン W=アミルトリエトキシシラン(シランは、40グラムのアミルトリエトキシシ ラン、4.11グラムのスパン60および3.87グラムのトゥイーン40、お び52グラムの水を混合することによって製造されたエマルジョンとして加えら れた。)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チェン,ミン・ジェイ アメリカ合衆国ニューヨーク州10923,ガ ーナーヴィル,ポプラー・ロード 41 (72)発明者 チェイヴス,アントニオ アメリカ合衆国ニューヨーク州10605,ホ ワイト・プレインズ,ブライアント・アベ ニュー 27

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 安定なエマルジョンであって、水不溶性または僅かに水溶性のエポキシ シラン、水、および少なくとも2か月間貯蔵安定性である乳化剤を含む上記エマ ルジョン。 2. エポキシシランが、式:R1 a2 bSi(OR34-a-b(式中、R1は、 エポキシで置換されたアルキル基またはアラルキル基であり、但し、そのアルキ ルは、4〜30個の炭素原子を有していてよく、R3は、2〜10個の炭素原子 を有するアルキル基若しくはアルコキシで置換されたアルキル基、アリール基ま たはアラルキル基であり、R2は、1〜10個の炭素原子を有するアルキル基若 しくはアルコキシで置換されたアルキル基、アリール基またはアラルキル基であ り、aは1〜3であり、そしてbは0〜2であり、但し、a+bは1、2または 3であることを条件とする)を有する請求項1に記載のエマルジョン。 3. エポキシシランが、 (式中、Rは(CH2mであり、但し、mは0〜6の値を有し; R2は、アルキル基、アルコキシで置換されたアルキル基、アリール基または アラルキル基であり、前記基はそれぞれ、1〜10個の炭素原子を有し; R3は、アルキル基、アルコキシで置換されたアルキル基、アリール基または アラルキル基であり、前記基はそれぞれ、2〜10個の炭素原子を有し; R4、R5、R6またはR7はそれぞれ、水素、または1〜6個の炭素原子を有す るアルキル基であり: R8は、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基または6〜10個の炭素原子 を有するアラルキル基若しくはアリール基であり; であり、nは0、1または2の値を有し; c、dおよびeはそれぞれ、0または1の値を有し;そして fは0、1または2の値を有する) から成る群より選択される請求項2に記載のエマルジョン。 4. 乳化剤が、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン アルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、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、脂肪酸塩、アル キル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、リン酸アルキル、アルキ ルアリル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、第四ア ンモニウム塩、アルキルトリメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルジメチル アンモニウム塩およびジアルキルジメチルアンモニウム塩からなる群より選択さ れる請求項3に記載のエマルジョン。 5. 活性水素を含む官能基を含有する水分散性ポリマーを更に含む請求項1 に記載のエマルジョン。 6. シランがシラン(I)であり且つn=2である請求項3に記載のエマル ジョン。 7. シランがシラン(III)であり且つn=2である請求項3に記載のエマ ルジョン。 8. エマルジョンであって、(I)0.1〜20重量%の水不溶性または僅 かに水溶性のエポキシシラン;(II)0.1〜25重量%の乳化剤;(III) 0〜80重量%の水;および(IV)25〜60重量%の活性水素を含む官能基 を含有するポリマーを含む上記エマルジョン。 9. シランが、式:R1 a2 bSi(OR34-a-b(式中、R1は、エポキシ で置換されたアルキル基またはアラルキル基であり、但し、そのアルキルは、4 〜30個の炭素原子を有していてよく、R3は、2〜10個の炭素原子を有する アルキル基若しくはアルコキシで置換されたアルキル基、アリール基またはアラ ルキル基であり、R2は、1〜10g個の炭素原子を有するアルキル基若しくはア ルコキシで置換されたアルキル基、アリール基またはアラルキル基であり、aは 1〜3であり、そしてbは0〜2であり、但し、a+bは1、2または3である ことを条件とする)を有する請求項8に記載のエマルジョン。 10. エポキシシランが、 (式中、Rは(CH2mであり、但し、mは0〜6の値を有し; R2は、アルキル基、アルコキシで置換されたアルキル基、アリール基または アラルキル基であり、前記基はそれぞれ、1〜10個の炭素原子を有し; R3は、アルキル基、アルコキシで置換されたアルキル基、アリール基または アラルキル基であり、前記基はそれぞれ、2〜10個の炭素原子を有し; R4、R5、R6またはR7はそれぞれ、水素、または1〜6個の炭素原子を有す るアルキル基であり; R8は、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基または6〜10個の炭素原子 を有するアラルキル基若しくはアリール基であり; であり、nは0、1または2の値を有し; c、dおよびeはそれぞれ、0または1の値を有し;そして fは0、1または2の値を有する: から成る群より選択される請求項8に記載のエマルジョン。 11.請求項8に記載のエマルジョンから製造されたコーティング。 12.pH緩衝液を更に含む請求煩8に記載のエマルジョン。 13.硬化触媒を更に含む請求項8に記載のエマルジョン。 14.ポリマーがカルボン酸側基を有する請求項8に記載のエマルジョン。 15.コーティングまたはシーラントを製造する方法であって、(I)0.0 5〜30重量%の水不溶性または僅かに水溶性のエポキシシラン;(II)0.0 5〜30重量%の乳化剤;(III)29.85〜99.75重量%の水;および (IV)0.1〜70重量%の活性水素を含む官能基を含有するポリマーを一緒 に混合することを含む上記方法。 16.表面をコーティングするための、水不溶性または僅かに水溶性のエポキ シシランの使用。 17.シランをエマルジョンで適用する請求項16に記載の方法。 18.エポキシシランが、 (式中、Rは(CH2mであり、但し、mは0〜6の値を有し; R2は、アルキル基、アルコキシで置換されたアルキル基、アリール基または アラルキル基であり、前記基はそれぞれ、1〜10個の炭素原子を有し; R3は、アルキル基、アルコキシで置換されたアルキル基、アリール基または アラルキル基であり、前記基はそれぞれ、2〜10個の炭素原子を有し; R4、R5、R6またはR7はそれぞれ、水素、または1〜6個の炭素原子を有す るアルキル基であり; R8は、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基または6〜10個の炭素原子 を有するアラルキル基若しくはアリール基であり; であり、nは0、1または2の値を有し; c、dおよびeはそれぞれ、0または1の値を有し;そして fは0、1または2の値を有する) から成る群より選択される請求項17に記載の方法。 19.シランがシラン(I)であり且つn=2である請求項18に記載の方法 。 20.シランがシラン(II)であり且つn=2である請求項18に記載の方法 。 21.シランがシラン(III)であり且つn=2である請求項18に記載の方 法。 22.貯蔵安定性エポキシシラン組成物を製造するための組成物であって、 (a)乳化剤;および (b)エポキシシランであって、 (式中、Rは(CH2mであり、但し、mは0〜6の値を有し; R2は、アルキル基、アルコキシで置換されたアルキル基、アリール基または アラルキル基であり、前記基はそれぞれ、1〜10個の炭素原子を有し; R3は、アルキル基、アルコキシで置換されたアルキル基、アリール基または アラルキル基であり、前記基はそれぞれ、2〜10個の炭素原子を有し; R4、R5、R6またはR7はそれぞれ、水素、または1〜6個の炭素原子を有す るアルキル基であり; R8は、1〜4個の炭素原子を有するアルキル基または6〜10個の炭素原子 を有するアラルキル基若しくはアリール基であり; であり、nは0、1または2の値を有し; c、dおよびeはそれぞれ、0または1の値を有し;そして fは0、1または2の値を有する) から成る群より選択されるもの を含む上記組成物。
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