JP2007056120A - 樹脂組成物の水性分散体の製造方法及び樹脂組成物の水性分散体 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明はポリアミド樹脂以外の樹脂(C)とラジカル重合性不飽和モノマー(A)の重合体との相分離が起こりにくく、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)が有する各種特性と、特に(メタ)アクリル酸誘導体系重合体の有する耐候性、耐加水分解性、高光沢、低コストなどの特性を併せ持つ複合樹脂エマルジヨンを提供することを目的とする。
【解決手段】 ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の塩基性水性分散体の存在下に、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)及び両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)を用い、ラジカル重合性不飽和モノマー(A)を水性媒体中で重合することを特徴とする樹脂組成物の水性分散体の製造方法。
【選択図】なし
【解決手段】 ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の塩基性水性分散体の存在下に、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)及び両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)を用い、ラジカル重合性不飽和モノマー(A)を水性媒体中で重合することを特徴とする樹脂組成物の水性分散体の製造方法。
【選択図】なし
Description
本発明は、樹脂組成物の水性分散体の製造方法に関する。詳しくは、前記樹脂組成物は、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)とアクリル系共重合体とがこん然一体化した状態にあり、複合樹脂と換言できるものである。
従来より、エチレン性不飽和モノマーからなる重合体、特に(メタ)アクリル酸誘導体をその主たる構成モノマーとするアクリル系共重合体と、アクリル系以外の樹脂が複合化されたエマルジョンを得る試みがなされてきている。
その中で、(メタ)アクリル酸誘導体系重合体が有する耐候性、耐加水分解性、低コストなどの特性とポリウレタン樹脂が有する強度、耐摩耗性、耐溶剤性などのなどの特性を併せ持つ複合樹脂を得る目的で、ポリウレタン系エマルジヨンの存在下にエチレン性不飽和モノマーを乳化重合して複合樹脂エマルジヨンを製造すること(特許文献1〜4)が提案されている。
しかしながら、ポリウレタンエマルジヨンの存在下にエチレン性不飽和モノマーを乳化重合する上記の製造法による場合は、乳化重合時の重合安定性に欠ける場合があり、しかも得られる複合樹脂エマルジヨンではポリウレタンとエチレン性不飽和モノマー重合体との複合化が緊密になされておらず、該複合樹脂エマルジヨンを乾燥して得られる皮膜は耐溶剤性および耐寒性に劣っている。
その中で、(メタ)アクリル酸誘導体系重合体が有する耐候性、耐加水分解性、低コストなどの特性とポリウレタン樹脂が有する強度、耐摩耗性、耐溶剤性などのなどの特性を併せ持つ複合樹脂を得る目的で、ポリウレタン系エマルジヨンの存在下にエチレン性不飽和モノマーを乳化重合して複合樹脂エマルジヨンを製造すること(特許文献1〜4)が提案されている。
しかしながら、ポリウレタンエマルジヨンの存在下にエチレン性不飽和モノマーを乳化重合する上記の製造法による場合は、乳化重合時の重合安定性に欠ける場合があり、しかも得られる複合樹脂エマルジヨンではポリウレタンとエチレン性不飽和モノマー重合体との複合化が緊密になされておらず、該複合樹脂エマルジヨンを乾燥して得られる皮膜は耐溶剤性および耐寒性に劣っている。
また、ポリエステルの存在下にエチレン性不飽和モノマーを乳化重合する方法が提案されている(特許文献5)が、この方法ではエチレン性不飽和モノマーよりも相対的に多量のポリエステル樹脂を複合化しようとした場合には重合安定性に欠けてしまう。
一般に各種樹脂の水性分散体は、例えばその樹脂構造中に存在するカルボン酸等の酸基を、アンモニアやアミン等の塩基にて中和することにより、水に対する親和性が付与されている。そしてそれらの分散体の安定性を確保するため、水性分散体のpHが7を超える塩基性とされることが多い。これにより、ラジカル重合性モノマーからなる共重合体との複合化、すなわち各種樹脂の水性分散体の存在下におけるモノマーの、安定なラジカル重合をおこなうことが困難となっている。
特開昭62−241902号公報
特開平5−320299号公報
特開平10−30057号公報
特開2000−281705公報
特開2005−060460号公報
本発明の目的は、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)とラジカル重合性不飽和モノマー(A)の重合体との相分離が起こりにくく、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂などのポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の各特性と特に(メタ)アクリル酸誘導体系重合体の有する耐候性、耐加水分解性、高光沢、低コストなどの特性を併せ持つ、一種の複合樹脂の水性分散体を提供することである。
上記課題に対し、本発明者らが研究を重ねた結果、特定のラジカル重合性開始剤を必須成分とすることにより重合安定性が良好で各々の樹脂の特性を併せ持つ複合樹脂エマルジヨンが得られることを見出し、本発明を完成した。
即ち、第1の発明は、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の塩基性水性分散体の存在下に、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)及び両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)を用い、ラジカル重合性不飽和モノマー(A)を水性媒体中で重合することを特徴とする樹脂組成物の水性分散体の製造方法に関する。
また、第2の発明は、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)が、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、及びポリオレフィン樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする第1の発明の樹脂組成物の水性分散体の製造方法に関する。
また、第3の発明は、ラジカル重合性不飽和モノマー(A)とポリアミド樹脂以外の樹脂(C)との割合が、(A)/(C)=95〜5/5〜95(重量比)であることを特徴とする第1又は第2の発明の樹脂組成物の水性分散体の製造方法に関する。
また、第4の発明は、ラジカル重合性不飽和モノマー(A)100重量部に対して、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)及び両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)の合計量が0.01〜1重量部であることを特徴とする第1ないし第3いずれかの発明の樹脂組成物の水性分散体の製造方法に関する。
また、第5の発明は、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)と両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)との割合が、(b1)/(b2)=95〜5/5〜95(重量比)であることを特徴とする第1ないし第4いずれかの発明の樹脂組成物の水性分散体の製造方法に関する。
さらにまた、第6の発明は、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の塩基性水性分散体の存在下に、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)及び両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)を用い、ラジカル重合性不飽和モノマー(A)を水性媒体中で重合してなる樹脂組成物の水性分散体に関する。
本発明により、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂などのポリアミド樹脂以外の樹脂(C)とラジカル重合性不飽和モノマー(A)の重合体との相分離が起こりにくく、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂などのポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の各特性と特に(メタ)アクリル酸誘導体系重合体の有する耐候性、耐加水分解性、高光沢、低コストなどの特性を併せ持つ複合樹脂エマルジヨンを提供できるようになった。
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明で用いられる、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)としては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ロジンエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビリニデン、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸エステル−無水マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂、ブタジエン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン樹脂、ポリ(メタ)アクリロニトリル樹脂、(メタ)アクリルアミド樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩素化ポリプロピレン樹脂等が挙げられるが、これらの中でもポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
本発明で用いられる、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の塩基性水性分散体は以下に例示するような方法で得られる。
本発明で用いられる、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)としては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ロジンエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビリニデン、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸エステル−無水マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂、ブタジエン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン樹脂、ポリ(メタ)アクリロニトリル樹脂、(メタ)アクリルアミド樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩素化ポリプロピレン樹脂等が挙げられるが、これらの中でもポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
本発明で用いられる、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の塩基性水性分散体は以下に例示するような方法で得られる。
本発明において用いられるポリエステル樹脂は、公知の各種のものであって特に限定されるものではないが、好ましくはジカルボン酸とグリコールとの重縮合反応により得られる、融点が70〜200℃の共重合ポリエステル樹脂である。
このような好ましい共重合ポリエステル樹脂を製造するために用いられるジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸およびジフェン酸等の芳香族ジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸およびドデカンジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸、並びにシクロヘキサンジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸等が挙げられる。このうち、耐熱性が良く、抗張力の高いポリエステル樹脂が得られる点から芳香族ジカルボン酸、特に、テレフタル酸、イソフタル酸およびオルソフタル酸が好ましい。このようなジカルボン酸は、2種以上のものが併用されてもよい。
一方、上述の好ましい共重合ポリエステル樹脂を製造するために用いられるグリコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコールおよびジプロピレングリコール等の脂肪族グリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、スピログリコールおよび水添ビスフェノールA等の脂環族グリコール、並びにポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等のエーテル結合含有グリコール等が挙げられる。このうち、目的とするポリエステル樹脂の融点の調整が容易であり、また、抗張力の高いポリエステル樹脂が得られる点から脂肪族グリコール、特に、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオールおよび1,6−ヘキサンジオールが好ましい。このようなグリコールは、2種以上のものが併用されてもよい。
上述の好ましい共重合ポリエステル樹脂の具体例としては、テレフタル酸−イソフタル酸−エチレングリコール共重合ポリエステル樹脂、テレフタル酸−イソフタル酸−エチレングリコール−1,4−ブタンジオール共重合ポリエステル樹脂、テレフタル酸−イソフタル酸−1,4−ブタンジオール共重合ポリエステル樹脂、テレフタル酸−イソフタル酸−エチレングリコール−1,3−プロパンジオール−1,4−ブタンジオール共重合ポリエステル樹脂、テレフタル酸−イソフタル酸−1,3−プロパンジオール−1,4−ブタンジオール共重合ポリエステル樹脂、テレフタル酸−イソフタル酸−エチレングリコール−1,3−プロパンジオール共重合ポリエステル樹脂およびテレフタル酸−イソフタル酸−1,3−プロパンジオール共重合ポリエステル樹脂等が挙げられる。このうち、テレフタル酸−イソフタル酸−エチレングリコール−1,4−ブタンジオール共重合ポリエステル樹脂、テレフタル酸−イソフタル酸−エチレングリコール共重合ポリエステル樹脂およびテレフタル酸−イソフタル酸−1,4−ブタンジオール共重合ポリエステル樹脂が好ましい。これらのポリエステル樹脂は、それぞれ単独で使用されてもよいし、2種以上を混合した混合物として使用されてもよい。
上記のポリエステル樹脂を水性媒体中に分散することにより、本発明で用いる水性分散体が得られるのであるが、樹脂の分散性を向上させるため、水性媒体中には重量平均分子量が4000〜30000のエチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体が含まれていることが好ましい。
さらには、分散粒子の粒子系をより小さくし、静置安定性を向上する目的で、ノニオン系界面活性剤が含まれていることが好ましい。
ノニオン系界面活性剤としては特に限定されるものではないが、
ポリオキシエチレンデシルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等の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オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル等の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ソルビタンラウリン酸モノエステル、ポリオキシエチレンソルビタンステアリン酸モノエステル、ポリオキシエチレンソルビタンオレイン酸モノエステル等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸モノエステル等が好ましく、これらは2種類以上を併用してもよい。
ノニオン系界面活性剤としては特に限定されるものではないが、
ポリオキシエチレンデシルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等の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オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル等の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ソルビタンラウリン酸モノエステル、ポリオキシエチレンソルビタンステアリン酸モノエステル、ポリオキシエチレンソルビタンオレイン酸モノエステル等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸モノエステル等が好ましく、これらは2種類以上を併用してもよい。
水性媒体中にポリエステル樹脂を分散させる方法としては、例えば以下のような方法によることができる。
(1)分散槽中に水、ポリエステル樹脂および必要に応じてエチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体、ノニオン系界面活性剤を仕込み、ポリエステル樹脂が軟化する温度以上まで昇温し、攪拌等の手段によってポリエステル樹脂を強制分散させる方法。
(2)分散槽を、ポリエステル樹脂が水性媒体中で軟化する温度以上にあらかじめ加熱、加圧しておき、攪拌しながら、溶融されたポリエステル樹脂及び必要に応じて、溶融されたエチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体と、必要に応じノニオン系界面活性剤を含む水を圧入し、温度を保持しながらポリエステル樹脂を強制分散させる方法。
(3)分散槽を、ポリエステル樹脂が水性媒体中で軟化する温度以上にあらかじめ加熱、加圧しておき、攪拌しながら、溶融されたポリエステル樹脂及び必要に応じエチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体を含む水と必要に応じノニオン系界面活性剤を含む水を圧入し、温度を保持しながらポリエステル樹脂を強制分散させる方法。
(1)分散槽中に水、ポリエステル樹脂および必要に応じてエチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体、ノニオン系界面活性剤を仕込み、ポリエステル樹脂が軟化する温度以上まで昇温し、攪拌等の手段によってポリエステル樹脂を強制分散させる方法。
(2)分散槽を、ポリエステル樹脂が水性媒体中で軟化する温度以上にあらかじめ加熱、加圧しておき、攪拌しながら、溶融されたポリエステル樹脂及び必要に応じて、溶融されたエチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体と、必要に応じノニオン系界面活性剤を含む水を圧入し、温度を保持しながらポリエステル樹脂を強制分散させる方法。
(3)分散槽を、ポリエステル樹脂が水性媒体中で軟化する温度以上にあらかじめ加熱、加圧しておき、攪拌しながら、溶融されたポリエステル樹脂及び必要に応じエチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体を含む水と必要に応じノニオン系界面活性剤を含む水を圧入し、温度を保持しながらポリエステル樹脂を強制分散させる方法。
上記いずれの工程による場合でも、分散工程の任意の時点で塩基性化合物を加えることにより、塩基性の水性分散体とすることができる。
ポリエステル樹脂の水性分散体の重量平均粒子径は0.1〜5μmであることが好ましく、0.5〜3μmであることがより好ましい。
本発明で用いられ得るポリエステル樹脂の塩基性水性分散体としては住友精化(株)製のセポルジョンES−900(pH9.0)等がある。
次にポリウレタン樹脂の水性分散体について説明する。
ポリウレタン樹脂の水性分散体は、水性液体中にポリウレタン系重合体が安定に乳化分散しているポリウレタン系の水性分散体であればいずれでもよく、水性分散体中のポリウレタンの種類やその製造法、水性分散体の製造法などは特に制限されない。ポリウレタン系の水性分散体は、例えば、ポリウレタン骨格中に乳化促進用の親水性基を多く有する自己乳化性ポリウレタンの水性分散体であっても、または乳化性の低いポリウレタンを界面活性剤などの乳化剤を用いて水性液体中に強制乳化したポリウレタン系の水性分散体であってもよい。
ポリウレタン樹脂の水性分散体は、水性液体中にポリウレタン系重合体が安定に乳化分散しているポリウレタン系の水性分散体であればいずれでもよく、水性分散体中のポリウレタンの種類やその製造法、水性分散体の製造法などは特に制限されない。ポリウレタン系の水性分散体は、例えば、ポリウレタン骨格中に乳化促進用の親水性基を多く有する自己乳化性ポリウレタンの水性分散体であっても、または乳化性の低いポリウレタンを界面活性剤などの乳化剤を用いて水性液体中に強制乳化したポリウレタン系の水性分散体であってもよい。
そのうちでも、本発明では、ポリウレタン系の水性分散体として、高分子ポリオールを主体とするポリオール系化合物(ポリオール系混合物)に有機ポリイソシアネートを反応させて得られるイソシアネート末端ウレタンプレポリマー(以下単に「ウレタンプレポリマー」ということがある)に、鎖伸長剤を反応させて得られるポリウレタンが水性液体中に乳化分散しているポリウレタン系の水性分散体が好ましく用いられる。ウレタンプレポリマーの製造に用いる前記ポリオール系化合物は、高分子ポリオールのみからなっていても、または高分子ポリオールとイソシアネート反応性基を2個以上有する低分子化合物との混合物(ポリオール混合物)であってもよい。ポリウレタン系の水性分散体の製造に当たっては、界面活性剤の存在下または不存在下に、ウレタンプレポリマーを水性液体中に乳化分散させると同時にまたは乳化分散させた後に鎖伸長剤と反応させることができる。その際に、ウレタンプレポリマーを水性液体に乳化分散し易くするために、ウレタンプレポリマーをアセトン、メチルエチルケトン、トルエン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミドなどの有機溶媒で希釈して水性液体中に乳化分散させてもよい。また、場合によっては、鎖伸長剤の一部または全部をウレタンプレポリマーに反応させてポリウレタンを製造してから、そのポリウレタンを水性液中に乳化分散させてもよい。
ポリウレタン系の水性分散体を製造するためのウレタンプレポリマーの製造に用いる上記した高分子ポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリカーボネートポリオール、ポリエーテルポリオールなどを挙げることができ、これらのうちの1種または2種以上を使用することができる。そのうちでも、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールおよびポリエーテルポリオールの1種または2種以上が好ましく用いられる。
上記のポリエステルポリオールは、常法にしたがって、例えば、ポリカルボン酸、そのエステル、無水物などのエステル形成性誘導体などのポリカルボン酸成分とポリオール成分を直接エステル化反応させるかまたはエステル交換反応することにより、或いはポリオールを開始剤としてラクトンを開環重合することにより製造することができる。
ウレタンプレポリマー製造用のポリエステルポリオールの製造に用い得るポリカルボン酸成分としては、ポリエステルポリオールの製造において一般的に使用されているポリカルボン酸成分を使用でき、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、2−メチルコハク酸、2−メチルアジピン酸、3−メチルペンタン二酸、2−メチルオクタン二酸、3,8−ジメチルデカン二酸、3,7−ジメチルデカン二酸などの脂肪族ジカルボン酸;イソフタル酸、テレフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸;1,4−シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸;トリメリット酸、トリメシン酸などのトリカルボン酸;それらのエステル形成性誘導体などを挙げることができ、これらの1種または2種以上を用いることができる。そのうちでも、ポリエステルポリオールは、ポリカルボン酸成分として、脂肪族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体から主としてなり、場合により少量の3官能以上のポリカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体を含むものを用いて製造されたものであることが好ましい。
ウレタンプレポリマー製造用のポリエステルポリオールの製造に用い得るポリオール成分としては、ポリエステルポリオールの製造において一般的に使用されているものを用いることができ、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオールなどの脂肪族ジオール;シクロヘキサンジメタノール、シクロヘキサンジオールなどの脂環式ジオール;グリセリン、トリメチロールプロパン、ブタントリオール、ヘキサントリオール、トリメチロールブタン、トリメチロールペンタン、ペンタエリスリトールなどの3官能以上のポリオール挙げることができ、これらのうちの1種または2種以上を用いることができる。そのうちでも、ポリエステルポリオールは、ポリオール成分として、脂肪族ジオールからなり、場合により少量の3官能以上のポリオールを含むポリオール成分を用いて製造されたものであることが好ましい。
ウレタンプレポリマー製造用のポリエステルポリオールの製造に用い得る前記のラクトンとしては、ε−カプロラクトン、β−メチル−δ−バレロラクトンなどを挙げることができる。
ウレタンプレポリマーの製造に用い得るポリカーボネートポリオールとしては、例えば、ポリオールとジアルキルカーボネート、アルキレンカーボネート、ジアリールカーボネートなどのカーボネート化合物との反応により得られるものを挙げることができる。ポリカーボネートポリオールを構成するポリオールとしては、ポリエステルポリオールの構成成分として先に例示したポリオールを用いることができる。また、ジアルキルカーボネートとしてはジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどを、アルキレンカーボネートとしてはエチレンカーボネートなどを、ジアリールカーボネートとしてはジフェニルカーボネートなどを挙げることができる。
ウレタンプレポリマーの製造に用い得るポリエステルポリカーボネートポリオールとしては、例えば、ポリオール、ポリカルボン酸およびカーボネート化合物を同時に反応させて得られたもの、予め製造しておいたポリエステルポリオールおよびカーボネート化合物を反応させて得られたもの、予め製造しておいたポリカーボネートポリオールとポリオールおよびポリカルボン酸とを反応させて得られたもの、予め製造しておいたポリエステルポリオールおよびポリカーボネートポリオールを反応させて得られたものなどを挙げることができる。
ウレタンプレポリマーの製造に用い得るポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどを挙げることができ、これらの1種または2種以上を用いることができる。
ウレタンプレポリマーの製造に用いる高分子ポリオールは、製造の容易性などの点から、その数平均分子量が500〜10,000であることが好ましく、700〜5,000であることがより好ましく、750〜4,000であることがさらに好ましい。また、ウレタンプレポリマーの製造に用いる高分子ポリオールは、1分子当たりの水酸基数fが、1.0≦f≦4.0の範囲内であることが好ましく、2.0≦f≦3.0の範囲内であることがより好ましい。
ウレタンプレポリマーの製造に用いる有機ポリイソシアネートとしては、ポリウレタン系の水性分散体の製造に従来から用いられている有機ポリイソシアネートのいずれもが使用できるが、分子量500以下の脂環式ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネートのうちの1種または2種以上が好ましく使用される。そのような有機ジイソシアネートの例としては、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネートなどを挙げることができ、これらのうちの1種または2種以上を用いることができる。
ウレタンプレポリマーに反応させる鎖伸長剤としては、ポリウレタン系の水性分散体の製造に従来から使用されている鎖伸長剤のいずれもが使用できるが、イソシアネート基と反応性の活性水素原子を分子中に2個以上有する分子量300以下の低分子化合物が好ましく用いられる。好ましく用いられる鎖伸長剤の具体例としては、ヒドラジン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、キシリレンジアミン、イソホロンジアミン、ピペラジンおよびその誘導体、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、アジピン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジドなどのジアミン類;ジエチレントリアミンなどのトリアミン類;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ビス(β−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,4−シクロヘキサンジオール、ビス(β−ヒドロキシエチル)テレフタレート、キシリレングリコールなどのジオール類;トリメチロールプロパンなどのトリオール類;ペンタエリスリトールなどのペンタオール類;アミノエチルアルコール、アミノプロピルアルコールなどのアミノアルコール類などを挙げることができ、これらのうちの1種または2種以上を用いることができる。
鎖伸長剤の使用量は、[プレポリマー中のイソシアネート基]:[鎖伸長剤中のイソシアネート基と反応性の活性水素原子]のモル比が、1:0.5〜2の範囲となる量であることが好ましく、1:0.7〜1.5の範囲となる量であることがより好ましい。また、ウレタンプレポリマーに鎖伸長剤を反応させるに当たっては、鎖伸長剤をそのまま単独でウレタンプレポリマーと反応させてもよいが、鎖伸長剤を水に溶解するか、または水と親水性有機溶媒との混合溶媒中に溶解してウレタンプレポリマーの水性分散体に添加する方法が好ましく採用され、その場合はウレタンプレポリマーと鎖伸長剤との反応が良好に進行してポリウレタン系の水性分散体を円滑に製造することができる。
本発明では、ポリウレタン系の水性分散体として、ポリウレタン骨格中にポリウレタン100g当たり中和されたカルボキシル基および/または中和されたスルホン酸基を3〜30mmolの割合で有し、pHが7を超える塩基性とされたポリウレタン系の水性分散体が、ラジカル重合性不飽和モノマー(A)を乳化重合する際の安定性に優れることから好ましく用いられる。中和されたカルボキシル基および/またはスルホン酸基をポリウレタン骨格中に前記した割合で有するポリウレタン系の水性分散体は、例えば、(i)(a)高分子ポリオールを主体とし、カルボキシル基および/またはスルホン酸基を有し且つイソシアネート反応性基を1個以上有する化合物を含有するポリオール混合物に有機ポリイソシアネートを反応させて骨格中にカルボキシル基および/またはスルホン酸基を有するウレタンプレポリマーを製造するか、或いは(b)分子骨格中にカルボキシル基および/またはスルホン酸基を有する高分子ポリオールに有機ポリイソシアネートを反応させて骨格中にカルボキシル基および/またはスルホン酸基を有するウレタンプレポリマーを製造した後、(ii)それにより得られたウレタンプレポリマー中のカルボキシル基および/またはスルホン酸基を、例えばトリエチルアミン、トリメチルアミンなどの三級アミン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物などの塩基性化合物で中和処理し、次いで(iii)該中和されたウレタンプレポリマーを水性液体中に乳化後、鎖伸長剤を反応させることにより製造することができる。
前記の工程(i)の(a)で用いる骨格中にカルボキシル基および/またはスルホン酸基を有し且つイソシアネート反応性基を1個以上有する化合物としては、例えば、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)酪酸、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)吉草酸などのカルボキシル基含有化合物およびこれらの誘導体;1,3−フェニレンジアミン−4,6−ジスルホン酸、2,4−ジアミノトルエン−5−スルホン酸などのスルホン酸基含有化合物などを挙げることができ、これらの1種または2種以上を用いることができる。 また、上記工程(i)の(b)で用いる分子骨格中にカルボキシル基および/またはスルホン酸基を有する高分子ポリオールとしては、例えば、ポリエステルポリオールの製造時にポリカルボン酸成分と反応させるポリオール成分の一部として、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)酪酸、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)吉草酸などのカルボキシル基含有ポリオールまたはその誘導体を用いて製造したポリエステルポリオールなどを挙げることができる。
また、本発明で用いるポリウレタン系の水性分散体は、前記した特性(すなわちポリウレタン骨格中にポリウレタン100g当たり中和されたカルボキシル基および/またはスルホン酸基を3〜30mmolの割合で有する点)と共に、水性分散体中のポリウレタン100g当たり、界面活性剤を0.5〜10gの割合で含有していることが好ましい。その場合には、ポリウレタン系の水性分散体の存在下でラジカル重合性不飽和モノマー(A)を安定に乳化重合することができ、しかも得られる複合樹脂の性能が向上する。ポリウレタン系の水性分散体に用いる界面活性剤としては、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレントリデシルエーテル酢酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、ジ(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体などのノニオン性界面活性剤などを挙げることができ、これらの1種または2種以上を用いることができる。そのうちでも、界面活性剤の少なくとも一部がアニオン性界面活性剤からなることが、ラジカル重合性不飽和モノマー(A)を乳化重合する際の重合安定性の点から好ましく、界面活性剤の全部がアニオン性界面活性剤であることがより好ましい。特に、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレントリデシルエーテル酢酸ナトリウムの1種または2種以上がさらに好ましい。
ポリウレタン系の水性分散体では、エマルジヨン中に含まれる粒子の平均粒径が、動的光散乱法により測定し且つキュムラント法で解析して求めたときに、500nm以下であることが複合樹脂エマルジヨンの製造安定性などの点から好ましく、400nm以下であることがより好ましく、300nm以下であることが更に好ましい。ポリウレタン系の水性分散体中の粒子の平均粒径が500nmを超えると、ポリウレタン系の水性分散体の存在下でラジカル重合性不飽和モノマー(A)を乳化重合する際に系のゲル化が生じ易くなる。
本発明で用いるポリエステル樹脂の塩基性水性分散体としては住化バイエルウレタン(株)製のディスパコールU−53(pH7.5)、Hauthaway社製のHD−8208(pH8.0)、HD−8209(pH8.0)、HD−8217(pH8.0)、HD−8261(pH9.0)、HD−8284(pH8.0)、HD−8308(pH7.5)、HD−8507(pH8.0)、HD−8509(pH8.0)、HD−8510(pH8.0)、HD−8518(pH9.0)、HD−8533(pH8.0)、HD−8588(pH9.0)、HD−8615(pH8.0)、HD−8635(pH8.0)、HD−8690(pH8.0)等がある。
次にポリオレフィン樹脂の水性分散体について説明する。
ポリオレフィン樹脂は、モノマー単位として炭素数3〜6の不飽和炭化水素の含有量が50〜98質量%、好ましくは60〜98質量%、より好ましくは70〜98質量%、特に好ましくは75〜95質量%のポリオレフィン樹脂である。炭素数3〜6の不飽和炭化水素の含有量が50質量%未満ではポリプロピレン等のポリオレフィン材料に対する接着性が低下し、98質量%を超えると、相対的に後述する不飽和カルボン酸単位の含有量が低下してしまうため、樹脂の水性化が困難になる。炭素数3〜6の不飽和炭化水素としては、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン等のアルケン類やブタジエンやイソプレン等のジエン類が挙げられ、樹脂の製造のし易さ、水性化のし易さ、各種材料に対する接着性、ブロッキング性等の点から、プロピレン成分またはブテン成分(1−ブテン、イソブテンなど)であることが好ましく、両者を併用することもできる。本発明に用いるポリオレフィン樹脂としては、上記した炭素数3〜6の不飽和炭化水素以外にさらにエチレン成分を2〜50質量%含有していることが好ましい。エチレン成分を含有することで樹脂の水性化や塗膜性能が向上する。
ポリオレフィン樹脂は、モノマー単位として炭素数3〜6の不飽和炭化水素の含有量が50〜98質量%、好ましくは60〜98質量%、より好ましくは70〜98質量%、特に好ましくは75〜95質量%のポリオレフィン樹脂である。炭素数3〜6の不飽和炭化水素の含有量が50質量%未満ではポリプロピレン等のポリオレフィン材料に対する接着性が低下し、98質量%を超えると、相対的に後述する不飽和カルボン酸単位の含有量が低下してしまうため、樹脂の水性化が困難になる。炭素数3〜6の不飽和炭化水素としては、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン等のアルケン類やブタジエンやイソプレン等のジエン類が挙げられ、樹脂の製造のし易さ、水性化のし易さ、各種材料に対する接着性、ブロッキング性等の点から、プロピレン成分またはブテン成分(1−ブテン、イソブテンなど)であることが好ましく、両者を併用することもできる。本発明に用いるポリオレフィン樹脂としては、上記した炭素数3〜6の不飽和炭化水素以外にさらにエチレン成分を2〜50質量%含有していることが好ましい。エチレン成分を含有することで樹脂の水性化や塗膜性能が向上する。
本発明に用いるポリオレフィン樹脂として特に好ましい構成は、プロピレン成分、ブテン成分、エチレン成分の3成分をモノマー単位として含有するものであり、その構成比率は、この3成分の総和を100質量部としたとき、プロピレン成分8〜90質量部、ブテン成分8〜90質量部、エチレン成分2〜50質量部である。
上記のポリオレフィン樹脂において、各成分の共重合形態は限定されず、ランダム共重合、ブロック共重合等が挙げられるが、重合のし易さの点から、ランダム共重合されていることが好ましい。また、本発明の構成成分比率となるように2種以上のポリオレフィン樹脂を混合してもよい。
ポリオレフィン樹脂の酸価は、不飽和カルボン酸単位を導入することで付与することができる。不飽和カルボン酸単位は、不飽和カルボン酸や、その無水物により導入され、具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、アコニット酸、無水アコニット酸、フマル酸、クロトン酸、シトラコン酸、メサコン酸、アリルコハク酸等のほか、不飽和ジカルボン酸のハーフエステル、ハーフアミド等のように、分子内(モノマー単位内)に少なくとも1個のカルボキシル基または酸無水物基を有する化合物を用いることができる。中でもポリオレフィン樹脂への導入のし易さの点から無水マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸が好ましく、無水マレイン酸がより好ましい。不飽和カルボン酸単位は、ポリオレフィン樹脂中に共重合されていれば良く、その形態は限定されるものではなく、例えばランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合等が挙げられる。なお、ポリオレフィン樹脂に導入された酸無水物単位は、乾燥状態では酸無水物構造を取りやすく、前述した塩基性化合物を含有する水性媒体中ではその一部または全部が開環してカルボン酸またはその塩の構造となる傾向がある。
不飽和カルボン酸は、ポリオレフィン樹脂中に共重合されていれば良く、その形態は限定されるものではなく、例えばランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合等が挙げられる。例えば、グラフト共重合する場合、例えば、ラジカル発生剤存在下、ポリオレフィン樹脂と不飽和カルボン酸とをポリオレフィン樹脂の融点以上に加熱溶融して反応させる方法や、ポリオレフィン樹脂を有機溶剤に溶解させた後、ラジカル発生剤の存在下で加熱、攪拌して反応させる方法等によりポリオレフィン樹脂に不飽和カルボン酸単位をグラフト共重合する方法が挙げられる。グラフト共重合に使用するラジカル発生剤としては、例えば、ジ−tert−ブチルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、tert−ブチルヒドロパーオキシド、tert−ブチルクミルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、ジラウリルパーオキシド、クメンハイドロパーオキシド、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、エチルエチルケトンパーオキシド、ジ−tert−ブチルジパーフタレート等の有機過酸化物類やアゾビスイソブチロニトリル等のアゾニトリル類が挙げられる。これらは反応温度によって適宜、選択して使用すればよい。
ポリオレフィン樹脂の重量平均分子量は5,000〜150,000であることが好ましく、20,000〜120,000であることがより好ましく、30,000〜100,000であることがさらに好ましく、35,000〜90,000であることが特に好ましく、40,000〜80,000であることが最も好ましい。重量平均分子量が5,000未満の場合は、基材との接着性が低下したり、得られる塗膜が硬くてもろくなる傾向がある。重量平均分子量が150,000を超える場合は、樹脂の水性化が困難になる傾向がある。なお、樹脂の重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いてポリスチレン樹脂を標準として求めることができる。
本発明の水性分散体は、上記のポリオレフィン樹脂が水性媒体中に分散もしくは溶解されている。水性分散体中に分散しているポリオレフィン樹脂粒子の数平均粒子径は、1μm以下である。さらに、低温造膜性の観点から0.5μm以下が好ましく、0.3μm以下がより好ましく、0.2μm以下がさらに好ましい。数平均粒子径が1μmを超えると低温造膜性が著しく悪化したり、水性分散体の保存安定性が低下したりする。また、体積平均粒子径に関しても、低温造膜性や保存安定性の点から、2μm以下が好ましく、1μm以下がより好ましく、0.5μm以下がさらに好ましく、0.3μm以下が特に好ましい。数平均粒子径、体積平均粒子径の好ましい下限としては0.01μmである。粒子径が0.01μm未満の場合、水性分散体の固形分濃度を上げると粘度が高くなる場合がある。
本発明の水性分散体には、塩基性化合物が含まれている必要がある。塩基性化合物はポリオレフィン樹脂中のカルボキシル基を中和し、中和によって生成したカルボキシルアニオンが、その電気反発力によって樹脂微粒子間の凝集を防ぎ、水性分散体のpHが7を超える塩基性とすることにより水性分散体に安定性が付与される。水性分散体に含まれる塩基性化合物はカルボキシル基を中和できるものであればよい。塩基性化合物は、本発明の効果を損なわないために、揮発性(例えば沸点300℃以下)のものを用いることが好ましい。
塩基性化合物としては、被膜形成時に揮発するアンモニアまたは沸点が30〜250℃の有機アミン化合物が被膜の耐水性の面から好ましく、中でも50〜200℃の有機アミン化合物がより好ましい。
有機アミン化合物の具体例としては、トリエチルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、イソプロピルアミン、アミノエタノール、ジメチルアミノエタノール、ジエチルアミノエタノール、エチルアミン、ジエチルアミン、イソブチルアミン、ジプロピルアミン、3−エトキシプロピルアミン、3−ジエチルアミノプロピルアミン、sec−ブチルアミン、プロピルアミン、n−ブチルアミン、2−メトキシエチルアミン、3−メトキシプロピルアミン、2,2−ジメトキシエチルアミン、モノエタノールアミン、モルホリン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、ピロール、ピリジン等を挙げることができる。
本発明の水性分散体の製造の際には、後述のように、ポリオレフィン樹脂の水性化を促進し、分散粒子径を小さくするために、不揮発性水性化助剤または有機溶剤を使用する必要があるので、得られる水性分散体には、これらが含まれる場合がある。不揮発性水性化助剤と有機溶剤は組み合わせて用いてもよい。
なお、「水性化助剤」とは、水性分散体の製造において、水性化促進や水性分散体の安定化の目的で添加される薬剤や化合物のことであり、「不揮発性」とは、常圧での沸点を有さないか、もしくは、常圧で高沸点(例えば300℃以上)であることを指す。
なお、「水性化助剤」とは、水性分散体の製造において、水性化促進や水性分散体の安定化の目的で添加される薬剤や化合物のことであり、「不揮発性」とは、常圧での沸点を有さないか、もしくは、常圧で高沸点(例えば300℃以上)であることを指す。
一方、水性分散体の製造時に有機溶剤を使用した場合には、不揮発性水性化助剤を必ずしも使用する必要がないため、不揮発性水性化助剤を実質的に含まない水性分散体を製造することができる。さらに用いた有機溶剤が揮発性(例えば沸点300℃未満)であれば、水性分散体に含まれていても使用時に被膜に残存しないため、物性に与える影響はほとんどない。さらに、後述のように製造工程の一部にストリッピング操作を行うことによって実質的に用いた有機溶剤のすべてを除去して有機溶剤を含まない水性分散体を得ることもできる。
本発明でいう不揮発性水性化助剤としては、例えば、後述する界面活性剤、保護コロイド作用を有する化合物、変性ワックス類、高酸価の酸変性化合物、水溶性高分子などが挙げられる。
界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、ノニオン性(非イオン性)界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素系界面活性剤、反応性界面活性剤等が挙げられる。
保護コロイド作用を有する化合物、変性ワックス類、高酸価の酸変性化合物、水溶性高分子、としては、ポリビニルアルコール、カルボキシル基変性ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、変性デンプン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸およびその塩、カルボキシル基含有ポリエチレンワックス、カルボキシル基含有ポリプロピレンワックス、カルボキシル基含有ポリエチレン−プロピレンワックス等の重量平均分子量が通常は5,000以下の酸変性ポリオレフィンワックス類およびその塩、アクリル酸−無水マレイン酸共重合体およびその塩、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、イソブチレン−無水マレイン酸交互共重合体、(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリル酸エステル共重合体等の不飽和カルボン酸含有量が17質量%以上のカルボキシル基含有ポリマーおよびその塩、ポリイタコン酸およびその塩、アミノ基を有する水溶性アクリル系共重合体、ゼラチン、アラビアゴム、カゼイン等、一般に微粒子の分散安定剤として用いられている化合物が挙げられる。
また、有機溶剤は、塗膜から除去し易い点から沸点が250℃以下のものが好ましく、50〜200℃のものがより好ましく、50〜185℃のものが特に好ましい。沸点が250℃を超える有機溶剤は樹脂塗膜から乾燥によって飛散させることが困難であり、特に低温乾燥時の塗膜の耐水性や基材との接着性等が悪化する場合がある。使用される有機溶剤の具体例としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−アミルアルコール、イソアミルアルコール、sec−アミルアルコール、tert−アミルアルコール、1−エチル−1−プロパノール、2−メチル−1−ブタノール、n−ヘキサノール、シクロヘキサノール等のアルコール類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−sec−ブチル、酢酸−3−メトキシブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル等のエステル類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート等のグリコール誘導体、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール、メトキシブタノール、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジアセトンアルコール、アセト酢酸エチル、1,2−ジメチルグリセリン、1,3−ジメチルグリセリン、トリメチルグリセリン等が挙げられる。これらの有機溶剤は2種以上を混合して使用してもよい。
上記の有機溶剤の中でも、樹脂の水性化促進に効果が高いという点から、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルが好ましく、これらの中でも水酸基を分子内に1つ有する有機溶剤がより好ましい。中でも、少量の添加で樹脂を水性化できる点からエチレングリコールアルキルエーテル類がさらに好ましく、また、後述するストリッピングがし易い点から、n−プロパノール、イソプロパノールがさらに好ましい。
水性分散体の製造時に上記の有機溶剤を用いた場合には、樹脂の水性化の後に、その一部を、一般に「ストリッピング」と呼ばれる脱溶剤処理によって系外へ留去させ、有機溶剤量の低減を図ることができる。ストリッピングにより、水性分散体中の有機溶剤含有量は、10質量%以下とすることができ、5質量%以下とすれば、環境上好ましい。
ストリッピングの方法としては、常圧または減圧下で水性分散体を攪拌しながら加熱し、有機溶剤を留去する方法を挙げることができる。また、水性媒体が留去されることにより、固形分濃度が高くなるために、例えば、粘度が上昇し作業性が悪くなるような場合には、予め水性分散体に水を添加しておいてもよい。
次に、ポリオレフィン樹脂水性分散体の製造方法について説明する。
ポリオレフィン樹脂水性分散体を得るためには、既述の各成分、すなわち、ポリオレフィン樹脂、塩基性化合物、水性媒体に加えて、不揮発性水性化助剤または/および有機溶剤を用いる必要がある。これらを密閉可能な容器中で加熱、攪拌することにより、本発明の水性分散体を得ることができる。
容器としては、固/液撹拌装置や乳化機として広く当業者に知られている装置を使用することができ、0.1MPa以上の加圧が可能な装置を使用することが好ましい。撹拌の方法、撹拌の回転速度は特に限定されないが、樹脂が水性媒体中で浮遊状態となる程度の低速の撹拌でよい。したがって、高速撹拌(例えば1,000rpm以上)は必須ではなく、簡便な装置でも水性分散体の製造が可能である。
上記の装置に原料を投入し、好ましくは40℃以下の温度で攪拌混合しておく。次いで、槽内の温度を60〜220℃、好ましくは80〜200℃、さらに好ましくは100〜190℃、特に好ましくは100〜180℃の温度に保ちつつ、好ましくは粗大粒子が無くなるまで(例えば、5〜120分間)攪拌を続けることによりポリオレフィン樹脂を十分に水性化させ、その後、好ましくは攪拌下で40℃以下に冷却することにより、水性分散体を得ることができる。槽内の温度が60℃未満の場合は、ポリオレフィン樹脂の水性化が困難になる。槽内の温度が220℃を超える場合は、ポリオレフィン樹脂の分子量が低下する恐れがある。
このようにして得られた水性分散体の固形分濃度の調整方法としては、例えば、所望の固形分濃度となるように水性媒体を留去したり、水により希釈したりする方法が挙げられる。
本発明で用いるポリオレフィン樹脂の水性分散体としては中央理科工業(株)アクアテックスHA−1100、三井化学(株)製ケミパールM−200(pH9.0)V−100(pH8.0)、V−200(pH8.0)、V−300(pH8.0),W−100(pH9.0)、W−200(pH9.0)、W−300(pH9.0)、W−400(pH9.0)、W−500(pH9.0)、住友精化(株)製 ザイクセン−A(pH8.0)、ザイクセン−AC(pH8.0)等がある。
本発明で用いられる、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の塩基性水性分散体はpHが7.0を超えた状態において分散安定性が良好に維持でき、pH7.0以下では分散安定性が不良になり樹脂の沈降や凝集が発生しやすい。従って、ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の塩基性水性分散体のpHは7.0より高いことが好ましく、7.5〜11.0であることがより好ましい。
本発明で用いられるラジカル重合性不飽和モノマー(A)とポリアミド樹脂以外の樹脂(C)との割合は、好ましくは(A)/(C)=95〜5/5〜95(重量比)であり、より好ましくは90〜10/10〜90、さらに好ましくは80〜20/20〜80である。ラジカル重合性不飽和モノマー(A)あるいはポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の割合が5%以下だとそれぞれを生かした複合樹脂としての特性が得られない。
次に、ラジカル重合性モノマー(A)の重合体とポリアミド樹脂以外の樹脂(C)との複合化、即ちラジカル重合性モノマー(A)を水性媒体中で重合する際に用いられる重合開始剤について説明する。
重合開始剤としては水溶性重合開始剤等が挙げられ、ラジカル重合を開始する能力を有するものとしてはアゾ系開始剤、過酸化物系開始剤等がある。
過硫酸アンモニウムや過硫酸カリウムなどの過酸化物系の重合開始剤は、乳化重合において一般的に用いられるものである。しかし、これら過酸化物系の重合開始剤を使用すると、乳化重合時のpHが2.0〜3.0になるので、重合の際ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の分散安定性を損ない、重合中に凝集してしまい安定な水性分散体が得られない。
従って本発明においては、アゾ系の開始剤を使用することが必要であり、本発明においては、アゾ系開始剤のうち、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)と両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)とを併用することが重合安定性の観点からさらに必要である。
重合開始剤としては水溶性重合開始剤等が挙げられ、ラジカル重合を開始する能力を有するものとしてはアゾ系開始剤、過酸化物系開始剤等がある。
過硫酸アンモニウムや過硫酸カリウムなどの過酸化物系の重合開始剤は、乳化重合において一般的に用いられるものである。しかし、これら過酸化物系の重合開始剤を使用すると、乳化重合時のpHが2.0〜3.0になるので、重合の際ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の分散安定性を損ない、重合中に凝集してしまい安定な水性分散体が得られない。
従って本発明においては、アゾ系の開始剤を使用することが必要であり、本発明においては、アゾ系開始剤のうち、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)と両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)とを併用することが重合安定性の観点からさらに必要である。
ここに、「カチオン性」とは、水中において分子構造中にカチオン部分のみが生成し得る性質をいう(例えば、分子中にアミノ基を有しているなど)。
また、「両性イオン性」とは、水中において分子構造中にカチオン部分とアニオン部分の両方が生成し得る性質をいう(例えば、アミノ酸に代表されるように、カルボン酸基とアミノ基の両方を有しているなど)。
また、「両性イオン性」とは、水中において分子構造中にカチオン部分とアニオン部分の両方が生成し得る性質をいう(例えば、アミノ酸に代表されるように、カルボン酸基とアミノ基の両方を有しているなど)。
本発明において、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)としては、例えば、2,2'−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド(V−50、和光純薬製)、2,2'−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド(VA−044、和光純薬製)、2,2'−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジサルフェイト ジハイドレイト(VA−046B、和光純薬製)、2,2'−アゾビス[2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン]ジヒドロクロリド(VA−060、和光純薬製)、2,2'−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン](VA−061、和光純薬製)、2,2'−アゾビス(1−イミノ−1−ピロロジリノ−2−エチルプロパン) ジヒドロクロリド(VA−067、和光純薬製)などの水溶性重合開始剤を好適に使用することができる。
本発明において、両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)としては、例えば、2,2'−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン] ハイドレイト(VA−057、和光純薬製)などの水溶性重合開始剤を好適に使用することができる。
これら水溶性重合開始剤は、熱分解系重合開始剤としてそれぞれ単独では使用することは安定な水性分散体が得られないので好ましくなく、カチオン性および両性イオン性のラジカル重合開始剤を併用する必要がある。
これら水溶性重合開始剤は、熱分解系重合開始剤としてそれぞれ単独では使用することは安定な水性分散体が得られないので好ましくなく、カチオン性および両性イオン性のラジカル重合開始剤を併用する必要がある。
カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)と両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)との割合は好ましくは(b1)/(b2)=95〜5/5〜95(重量比)、より好ましくは80〜20/20〜80、さらに好ましくは60〜40/40〜60である。
また、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)と両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)との合計量は、全ラジカル重合性不飽和モノマー(A)100重量部に対して、1重量部以下用いることが好ましく、0.01〜1重量部程度の量を用いるのがより好ましい。両開始剤の合計量が1重量部より過量の場合、得られる樹脂組成物の水性分散体から形成される膜の耐温水性が低下する傾向にあり、膜が白化しやすくなり、好ましくない。一方、両開始剤の合計量が0.01重量部未満だと反応が完結せずに未反応モノマーが残留する可能性がある。
また、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)と両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)との合計量は、全ラジカル重合性不飽和モノマー(A)100重量部に対して、1重量部以下用いることが好ましく、0.01〜1重量部程度の量を用いるのがより好ましい。両開始剤の合計量が1重量部より過量の場合、得られる樹脂組成物の水性分散体から形成される膜の耐温水性が低下する傾向にあり、膜が白化しやすくなり、好ましくない。一方、両開始剤の合計量が0.01重量部未満だと反応が完結せずに未反応モノマーが残留する可能性がある。
また、本発明では乳化重合を行うに際して、上記アゾ系の両重合開始剤を酸化剤とし、これらとともに還元剤を併用し、レドックス系重合とすることも可能である。これにより、乳化重合速度を促進したり、低温における乳化重合をしたりすることが容易になる。
レドックス系重合の際に使用される還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、酒石酸、クエン酸、ブドウ糖、ホルムアルデヒドスルホキシラートなどの金属塩等の還元性有機化合物、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム等の還元性無機化合物、塩化第一鉄、ロンガリット、二酸化チオ尿素などを例示できる。
酸化剤及び還元剤は、全ラジカル重合性不飽和モノマー(A)100重量部に対して、それぞれ0.01〜1重量部、および0.01〜2重量部程度の量を用いるのが好ましい。 なお、レドックス系重合の場合、上記アゾ系開始剤のみを使用する場合に比べてより高分子量の複合樹脂が生成するために、耐熱性、耐水性の点で好ましい。
レドックス系重合の際に使用される還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、酒石酸、クエン酸、ブドウ糖、ホルムアルデヒドスルホキシラートなどの金属塩等の還元性有機化合物、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム等の還元性無機化合物、塩化第一鉄、ロンガリット、二酸化チオ尿素などを例示できる。
酸化剤及び還元剤は、全ラジカル重合性不飽和モノマー(A)100重量部に対して、それぞれ0.01〜1重量部、および0.01〜2重量部程度の量を用いるのが好ましい。 なお、レドックス系重合の場合、上記アゾ系開始剤のみを使用する場合に比べてより高分子量の複合樹脂が生成するために、耐熱性、耐水性の点で好ましい。
重合温度は、使用する重合開始剤によっても異なり、例えば、2,2'−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド(V−50、和光純薬製)では、通常60℃程度とすればよい。重合時間は特に制限されないが、通常2〜24時間である。
また、重合時安定及び分散安定性の観点から重合中も重合後もpHは8.0以上であることが好ましく、8.5〜12.0であることがより好ましい。
また、重合時安定及び分散安定性の観点から重合中も重合後もpHは8.0以上であることが好ましく、8.5〜12.0であることがより好ましい。
本発明で用いられるラジカル重合性不飽和モノマー(A)としては、従来公知であるアクリル酸、メタクリル酸あるいはそれらのアルキルエステル又は誘導体及びビニル系単量体の中の1種又は2種以上から選択することができる。より具体的には以下のように例示できる。
エチレン系不飽和カルボン酸としては、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、クロトン酸などを例としてあげることができる。
芳香族ビニル化合物としてはスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどを例としてあげることができる。
エチレン系不飽和カルボン酸アルキルアミドとしては、アミノエチルアクリルアミド、ジメチルアミノメチルメタクリルアミド、メチルアミノプロピルメタクリルアミド、アミノアルキルアミド、(メタ)アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミドなどを例としてあげることができる。
エチレン系不飽和カルボン酸アミノアルキルエステルとしては、アミノエチルアクリレート、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、ブチルアミノエチルアクリレートなどを例としてあげることができる。
エチレン系不飽和カルボン酸アミノアルキルエステルとしては、アミノエチルアクリレート、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、ブチルアミノエチルアクリレートなどを例としてあげることができる。
不飽和脂肪族グリシジルエステルおよびエーテルとしては、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクレート、グリシジルビニルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルビニルエーテル、グリシジル(メタ)アリルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アリルエーテルなどを例としてあげることができる。
水酸基含有カルボン酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸ハイドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ハイドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチルなどを例としてあげることができる。
(メタ)アクリル酸エステルとしては、(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n−プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸tert−ブチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アルキル酸アルキレングリコール、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸イソボニル、(メタ)アクリル酸tert−アミル、(メタ)アクリル酸tert−ブチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸tert−ブチルエチル、(メタ)アクリル酸tert−ブチルアセチル、(メタ)アクリル酸tert−ブチルジメチルシリル、(メタ)アクリル酸tert−アミルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸tert−ブチルフェニル、(メタ)アクリル酸tert−ブチルベンジルなどを例としてあげることができる。
また、(メタ)アクリルニトリル、α−クロルアクリロニトリル等のシアン化ビニル系モノマーを使用することもできる。
また本発明において、分散体粒子内に架橋構造を導入して耐溶剤性を向上させるために、重合の際にアルコキシシリル基を有するラジカル重合性不飽和モノマーを使用することもできる。
アルコキシシリル基を有する重合性モノマーの具体例としては、ビニルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、トリメトキシシリルプロピルアリルアミン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)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等が挙げられる。これらは1種類のみを用いてもよく、2種類以上を適宜併用して用いてもよい。
アルコキシシリル基を有する重合性モノマーの具体例としては、ビニルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、トリメトキシシリルプロピルアリルアミン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)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等が挙げられる。これらは1種類のみを用いてもよく、2種類以上を適宜併用して用いてもよい。
前記アルコキシシリル基を有する重合性モノマーの含有率は、重合に供するモノマーの合計、即ちラジカル重合性不飽和モノマー(A)の合計100重量%中に、0.05〜5重量%、好ましくは0.1〜3重量%であるのがよい。アルコキシシリル基を有する重合性モノマーの含有率が、0.05重量%未満であると、架橋による効果が現れにくく、一方、5重量%を越えると、塗膜が脆くなりやすく、貯蔵中に物性が変化しやすくなるため、好ましくない。
前記アルコキシシリル基を有する重合性モノマーと同様に架橋構造を導入して耐溶剤性を向上させるためにジビニルベンゼン、ジアリルフタレート、エチレンジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、トリアリルイソシアヌレートなどの多官能ビニルモノマーおよび多官能アリルモノマーを使用する事が出来る。
前記多官能ビニルモノマーおよび多官能アリルモノマーの含有率は、重合に供するモノマーの合計、即ちラジカル重合性不飽和モノマー(A)の合計100重量%中に、0.05〜5重量%、好ましくは0.1〜3重量%であるのがよい。多官能ビニルモノマーおよび多官能アリルモノマーの含有率が、0.05重量%未満であると、架橋による効果が現れにくく、一方、5重量%を越えると、塗膜が脆くなりやすく、貯蔵中に物性が変化しやすくなるため、好ましくない。
これらラジカル重合性不飽和単量体(A)は物性を損なわない範囲において一種以上多種を任意に用いてもよい。
また本発明では、密着性を向上させる目的で分子量調節のために連鎖移動剤を重合反応中に使用することが出来る。
連鎖移動剤としては、ステアリルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、メルカプトプロピオン酸誘導体、チオグリコール酸誘導体などが使用出来る。
これら連鎖移動剤は、全ラジカル重合性不飽和モノマー(A)100重量部に対して、0.01〜1重量部程度が好ましく、0.05〜0.5重量部の量を用いるのがより好ましい。
連鎖移動剤としては、ステアリルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、メルカプトプロピオン酸誘導体、チオグリコール酸誘導体などが使用出来る。
これら連鎖移動剤は、全ラジカル重合性不飽和モノマー(A)100重量部に対して、0.01〜1重量部程度が好ましく、0.05〜0.5重量部の量を用いるのがより好ましい。
ラジカル重合性不飽和モノマー(A)を水性媒体中で重合する際に用いられる乳化剤としては、ラジカル重合可能な基を構造中に1個以上有する反応性乳化剤、および/または非反応性乳化剤など、従来公知のものを任意に使用することができる。
ラジカル重合可能な基を構造中に1個以上有する反応性乳化剤はさらに大別して、アニオン系、非イオン系のノニオン系のものが例示できる。このラジカル重合性不飽和基を1個以上有するアニオン系反応性乳化剤は、1種を単独で使用しても、複数種を混合して用いても良い。
アニオン系反応性乳化剤の一例として、以下にその具体例を例示するが、本願発明において使用可能とする乳化剤は、以下に記載するもののみを限定するものではない。
アルキルエーテル系(市販品としては、例えば第一工業製薬株式会社製アクアロンKH−05,KH−10,KH−20,旭電化工業株式会社製アデカリアソープSR−10N,SR−20N,花王株式会社製ラテムルPD−104等)やスルフォコハク酸エステル系(市販品としては、例えば花王株式会社製ラテムルS−120,S−120A,S−180P,S−180A,三洋化成株式会社製エレミノールJS−2等)がある。
さらに、アルキルフェニルエーテル系もしくはアルキルフェニルエステル系(市販品としては、例えば第一工業製薬株式会社製アクアロンH−2855A,H−3855B,H−3855C,H−3856,HS−05,HS−10,HS−20,HS−30,旭電化工業株式会社製アデカリアソープSDX−222,SDX−223,SDX−232,SDX−233,SDX−259,SE−10N,SE−20N等)がある。
さらにまた、(メタ)アクリレート硫酸エステル系(市販品としては、例えば日本乳化剤株式会社製アントックスMS−60,MS−2N,三洋化成工業株式会社製エレミノールRS−30等)やリン酸エステル系(市販品としては、例えば第一工業製薬株式会社製H−3330PL,旭電化工業株式会社製アデカリアソープPP−70等)がある。
本発明では、必要に応じて前記したアニオン系反応性乳化剤と共に、若しくは単独でノニオン系反応性乳化剤を使用することができる。
本発明で用いることのできるノニオン系反応性乳化剤としては、例えばアルキルエーテル系、アルキルフェニルエーテル系もしくはアルキルフェニルエステル系、(メタ)アクリレート硫酸エステル系等が挙げられる。
アルキルエーテル系の市販品としては、旭電化工業株式会社製アデカリアソープER−10,ER−20,ER−30,ER−40,花王株式会社製ラテムルPD−420,PD−430,PD−450等)がある。
アルキルフェニルエーテル系もしくはアルキルフェニルエステル系の市販品としては、例えば第一工業製薬株式会社製アクアロンRN−10,RN−20,RN−30,RN−50,旭電化工業株式会社製アデカリアソープNE−10,NE−20,NE−30,NE−40等)がある。
(メタ)アクリレート硫酸エステル系の市販品としては、例えば日本乳化剤株式会社製RMA−564,RMA−568,RMA−1114等)がある。
本発明で用いることのできるノニオン系反応性乳化剤としては、例えばアルキルエーテル系、アルキルフェニルエーテル系もしくはアルキルフェニルエステル系、(メタ)アクリレート硫酸エステル系等が挙げられる。
アルキルエーテル系の市販品としては、旭電化工業株式会社製アデカリアソープER−10,ER−20,ER−30,ER−40,花王株式会社製ラテムルPD−420,PD−430,PD−450等)がある。
アルキルフェニルエーテル系もしくはアルキルフェニルエステル系の市販品としては、例えば第一工業製薬株式会社製アクアロンRN−10,RN−20,RN−30,RN−50,旭電化工業株式会社製アデカリアソープNE−10,NE−20,NE−30,NE−40等)がある。
(メタ)アクリレート硫酸エステル系の市販品としては、例えば日本乳化剤株式会社製RMA−564,RMA−568,RMA−1114等)がある。
本発明の水性分散体を得る際には、得られる樹脂組成物の性能に悪影響を及ぼさない範囲において、前記したラジカル重合可能な基を1個以上有する反応性乳化剤とともに、必要に応じ非反応性乳化剤を併用することができる。
非反応性乳化剤は、ノニオン系、アニオン系に大別することができる。
非反応性ノニオン系乳化剤の例としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート等のソルビタン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート等のポリオキシエチレンソルビタン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノステアレート等のポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル類、オレイン酸モノグリセライド、ステアリン酸モノグリセライド等のグリセリン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン・ブロックコポリマー等を例示することができる。または、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルなどが挙げられる。
非反応性ノニオン系乳化剤の例としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート等のソルビタン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート等のポリオキシエチレンソルビタン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノステアレート等のポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル類、オレイン酸モノグリセライド、ステアリン酸モノグリセライド等のグリセリン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン・ブロックコポリマー等を例示することができる。または、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルなどが挙げられる。
また非反応性アニオン系乳化剤の例としては、オレイン酸ナトリウム等の高級脂肪酸塩類、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルアリールスルホン酸塩類、ラウリル硫酸ナトリウム等のアルキル硫酸エステル塩類、ポリエキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム等のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩類、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウム等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル硫酸エステル塩類、モノオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルスルホコハク酸ナトリウム等のアルキルスルホコハク酸エステル塩及びその誘導体類等を例示することができる。または、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステル塩類が挙げられる。
本発明において用いられる乳化剤の使用量は、必ずしも限定されるものではなく、得られる水性分散体が最終的に使用される際に求められる物性に従って適宜選択できる。例えば、重合に供されるモノマー(A)の合計100重量部に対して、乳化剤は0.1〜30重量部であることが好ましく、0.3〜20重量部であることがより好ましく、0.5〜10重量部の範囲内であることがさらに好ましい。
本発明において水性分散体を得る際には、主として該水性分散体から構成されるコーティング膜や接着剤などの性能に悪影響を及ぼさない範囲において、水性媒体に対する親和性を増すために、水溶性保護コロイドを併用することもできる。
上記の水溶性保護コロイドとしては、例えば、部分ケン化ポリビニルアルコール、完全ケン化ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール等のポリビニルアルコール類;例えば、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース塩等のセルロース誘導体及びグアガムなどの天然多糖類などが挙げられ、これらは、単独でも複数種併用の態様でも利用できる。
水溶性保護コロイドの使用量としては、全ラジカル重合性不飽和モノマー(A)の合計100重量部当り0.1〜5重量部程度であり、さらに好ましくは0.5〜2重量部である。
水溶性保護コロイドの使用量としては、全ラジカル重合性不飽和モノマー(A)の合計100重量部当り0.1〜5重量部程度であり、さらに好ましくは0.5〜2重量部である。
また本発明では、得られる樹脂組成物から形成される膜の強度や密着性を向上させる目的で各種架橋剤を添加する事が出来る。
架橋剤としてはエポキシ化合物、イソシアネート化合物、オキサゾリン化合物、ヒドラジド化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、カルボジイミド化合物、アジリジン化合物、アルミニウム化合物および前記シラン化合物などがあり、少なくともこれら1種以上を使用することが出来る。
架橋剤としてはエポキシ化合物、イソシアネート化合物、オキサゾリン化合物、ヒドラジド化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、カルボジイミド化合物、アジリジン化合物、アルミニウム化合物および前記シラン化合物などがあり、少なくともこれら1種以上を使用することが出来る。
本発明に用いられるエポキシ化合物としては、例えば、グリセロールジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセロールジグリシジルエーテル、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)プロピレングリコールジグリシジルエーテル、グリシドール、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリンおよびα−メチルエピクロロヒドリン等が挙げられる。なお、本明細書において、「(ポリ)」とは、二量体、三量体等のオリゴマーも含む重合体を表す。
本発明に用いられるイソシアネート化合物としては、例えば、2,4−トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の芳香族、脂肪族および脂環属の有機ポリイソシアネートまたはこれらの混合物およびこれらの有機ポリイソシアネート化合物をブロック化剤でブロックしたブロックドイソシアネート等が挙げられる。
本発明に用いられるオキサゾリン化合物としては、例えば、1,2−エチレンビスオキサゾリン、2−シクロヘキシル−2−オキサゾリン、2−(2′−シクロヘキセニル)−2−オキサゾリン、2−オキサゾリン、2−メチル−2−オキサゾリン、2−エチル−2−オキサゾリン、2−イソプロピル−2−オキサゾリンおよび2−n−プロピル−2−オキサゾリン等またはこれらの混合物およびこれらの重合体等が挙げられる。
本発明に用いられるヒドラジド化合物としては、例えば、1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインおよび7,11−オクタデカジエン−1,18−ジカルボヒドラジドアジピン酸ジヒドラジド等が挙げられる。
本発明に用いられるチタン化合物としては、例えば、ジヒドロキシチタンビスラクテート、ジイソプロポキシチタンビス(トリエタノールアミネート)、テトラメトキシチタネート、ポリヒドロキシチタンステアレート、チタンアセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネートおよびテトライソプロピルチタネート等が挙げられる。
本発明に用いられるジルコニウム化合物としては、例えば、ジルコニウムアセテート、ジルコニウムトリブトキシモノステアレート、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムモノアセチルアセトネート、テトラn−プロポキシジルジルコニウム、テトラn−ブトキシジルジルコニウム、炭酸ジルコニウムアンモニウム、オキシ塩化ジルコニウムおよび硫酸ジルコニウム等が挙げられる。
本発明に用いられるカルボジイミド化合物としては、例えば、p−フェニレン(ポリ)カルボジイミド、ジシクロヘキシル(ポリ)カルボジイミド、ジイソプロピル(ポリ)カルボジイミド、ジメチル(ポリ)カルボジイミドおよびジイソブチル(ポリ)カルボジイミド等が挙げられる。
本発明に用いられるアジリジン化合物としては、例えば、ジフェニルメタン−ビス−4,4′−N,N′−ジエチレンウレアや、2,2−ビスヒドロキシメチル−ブタノール−トリス〔3−(1−アジリジニル)プロピオネート〕等が挙げられる。
本発明に用いられるアルミニウム化合物としては、例えば塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム等が挙げられる。
本発明において、前記エポキシ化合物、イソシアネート化合物、オキサゾリン化合物、ヒドラジド化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、シラン化合物、カルボジイミド化合物、アジリジン化合物およびアルミニウム化合物である架橋剤は、それぞれ単独でまたは2種以上を混合して用いてもよい。
本発明の樹脂組成物において、前記架橋剤の含有量は、膜の硬度および接着性の観点から、ポリアミド樹脂100重量部に対して、0.01〜40重量部であることが好ましく、より好ましくは0.1〜30重量部であることが望ましい。
本発明の樹脂組成物においては、該樹脂組成物から得られるコーティング膜または接着剤の性能に悪影響を及ぼさない範囲において、接着性を増すために、接着助剤を併用することもできる。
上記の接着助剤としては、例えばタッキファイヤ、塩化ビニル酢酸ビニル樹脂、SBRやNBR等が挙げられ、これらは、単独でも複数種併用の態様でも利用できる。
接着助剤の使用量としては、全ラジカル重合性不飽和モノマー(A)の合計100重量部当り1〜30重量部程度であり、さらに好ましくは5〜20重量部である。
接着助剤の使用量としては、全ラジカル重合性不飽和モノマー(A)の合計100重量部当り1〜30重量部程度であり、さらに好ましくは5〜20重量部である。
さらにまた、主として接着性を向上させる目的で、各種の有機粒子、無機粒子を添加してもよい。
有機粒子としては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、テフロン(登録商標)樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂等の樹脂を架橋、微粒子化せしめたものが挙げられる。
また、無機粒子としては、シリカ、タルク、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、天然マイカ、合成マイカ、水酸化アルミニウム、沈降性硫酸バリウム、沈降性炭酸バリウム、チタン酸バリウム、硫酸バリウム等が挙げられる。
上記粒子は、1種又は2種以上を混合して使用しても構わない。上記粒子は、平均粒径が10μm以下であることが好ましく、5μm以下の粒子であることがより好ましい。
有機粒子としては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、テフロン(登録商標)樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂等の樹脂を架橋、微粒子化せしめたものが挙げられる。
また、無機粒子としては、シリカ、タルク、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、天然マイカ、合成マイカ、水酸化アルミニウム、沈降性硫酸バリウム、沈降性炭酸バリウム、チタン酸バリウム、硫酸バリウム等が挙げられる。
上記粒子は、1種又は2種以上を混合して使用しても構わない。上記粒子は、平均粒径が10μm以下であることが好ましく、5μm以下の粒子であることがより好ましい。
以下、実施例によって本願発明の効果をさらに詳細に説明するが、本願発明はこれらに限定されるものではない。なお、例中、部とは重量部を、%とは重量%を示す。
[実施例1]
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器に、イオン交換水87.5とアニオン系反応性乳化剤としてアクアロンKH−10(第一工業製薬社製)1.9重量部、ポリエステル樹脂の水性分散体として住友精化(株)製のセポルジョンES−900(不揮発分:40%)622.6重量部および25%アンモニア水2.5重量部を仕込み、pH9.5の水性分散液を得た。
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器に、イオン交換水87.5とアニオン系反応性乳化剤としてアクアロンKH−10(第一工業製薬社製)1.9重量部、ポリエステル樹脂の水性分散体として住友精化(株)製のセポルジョンES−900(不揮発分:40%)622.6重量部および25%アンモニア水2.5重量部を仕込み、pH9.5の水性分散液を得た。
次に、ラジカル重合性不飽和モノマー(A)としてアクリロニトリル7.8重量部、メタクリル酸tert−ブチル33.1重量部、メタクリル酸グリシジル0.5重量部、スチレン5.7重量部、メタクリル酸メチル26.9重量部、アクリル酸0.5重量部、アクリル酸−2−エチルヘキシル30.5重量部、ジビニルベンゼン0.5重量部及び2−ヒドロキシエチルメタクリレート1.0重量部、イオン交換水58.3重量部、及びアニオン系反応性乳化剤としてアクアロンKH−10 3.3重量部をあらかじめ混合しておきプレエマルジョンを得た。
反応容器の内温を60℃に昇温し十分に窒素置換した後、カチオン性ラジカル開始剤(b1)として2,2'−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド(V−50)の5%水溶液3.7重量部と両性イオン性ラジカル開始剤(b2)として2,2'−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン] ハイドレイト(VA−057)の5%水溶液1.9重量部を添加した。
上記開始剤添加終了後、反応系内を60℃で5分間保持した後、内温を60℃に保ちながら上記プレエマルジョンを反応容器内に3時間かけて滴下した。滴下終了後1時間後より30分毎にV−50の5%水溶液0.3重量部を4回添加し、更に1時間攪拌を継続した。なお乳化重合中重合反応液のpHは9.0に保った。反応終了後、温度を30℃まで冷却し、不揮発分濃度40.3%の複合樹脂の水性エマルジョンを得た。
尚、得られた複合樹脂の水性エマルジョン中のアクリル系共重合体部のガラス転移温度(計算値)は41℃、複合樹脂の水性エマルジョンの最低造膜温度(以下、MFTと略す。)は40℃であった。
尚、得られた複合樹脂の水性エマルジョン中のアクリル系共重合体部のガラス転移温度(計算値)は41℃、複合樹脂の水性エマルジョンの最低造膜温度(以下、MFTと略す。)は40℃であった。
次に、得られた水性エマルジョンを厚さ3mmのガラス板表面に10milのアプリケーターで塗工し100℃で5分乾燥し、コーティング膜を得た。
[実施例2]
セポルジョンES−900の代わりにポリウレタン樹脂の水性分散体として住化バイエルウレタン(株)製のディスパコールU−53(不揮発分:40%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして不揮発分濃度40.4%の複合樹脂の水性エマルジョンを得た。
尚、得られた複合樹脂の水性エマルジョン中のアクリル系共重合体部のガラス転移温度(計算値)は41℃、水性エマルジョンのMFTは40℃であった。
次に、得られた水性エマルジョンを用いて実施例1と同様の操作を行い、コーティング膜を得た。
セポルジョンES−900の代わりにポリウレタン樹脂の水性分散体として住化バイエルウレタン(株)製のディスパコールU−53(不揮発分:40%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして不揮発分濃度40.4%の複合樹脂の水性エマルジョンを得た。
尚、得られた複合樹脂の水性エマルジョン中のアクリル系共重合体部のガラス転移温度(計算値)は41℃、水性エマルジョンのMFTは40℃であった。
次に、得られた水性エマルジョンを用いて実施例1と同様の操作を行い、コーティング膜を得た。
[実施例3]
セポルジョンES−900の代わりにポリオレフィン樹脂の水性分散体として中央理科工業(株)製のアクアテックスHA−1100(不揮発分:45%) 553.4重量部を用い、反応容器中のイオン交換水の量を156.7重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして不揮発分濃度40.0%の複合樹脂の水性エマルジョンを得た。
尚、得られた複合樹脂の水性エマルジョン中のアクリル系共重合体部のガラス転移温度(計算値)は41℃、複合樹脂の水性エマルジョンのMFTは60℃であった。
次に、得られた水性エマルジョンを用いて実施例1と同様の操作を行い、コーティング膜を得た。
セポルジョンES−900の代わりにポリオレフィン樹脂の水性分散体として中央理科工業(株)製のアクアテックスHA−1100(不揮発分:45%) 553.4重量部を用い、反応容器中のイオン交換水の量を156.7重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして不揮発分濃度40.0%の複合樹脂の水性エマルジョンを得た。
尚、得られた複合樹脂の水性エマルジョン中のアクリル系共重合体部のガラス転移温度(計算値)は41℃、複合樹脂の水性エマルジョンのMFTは60℃であった。
次に、得られた水性エマルジョンを用いて実施例1と同様の操作を行い、コーティング膜を得た。
[実施例4]
セポルジョンES−900の代わりにポリオレフィン樹脂の水性分散体として三井化学(株)製のケミパールW−300(不揮発分:40%)622.6重量部を用いたこと以外は実施例1と同様にして不揮発分濃度40.1%の複合樹脂の水性エマルジョンを得た。
尚、得られた複合樹脂の水性エマルジョン中のアクリル系共重合体部のガラス転移温度(計算値)は41℃、水性エマルジョンのMFTは70℃であった。
次に、得られた水性エマルジョンを用いて実施例1と同様の操作を行い、コーティング膜を得た。
セポルジョンES−900の代わりにポリオレフィン樹脂の水性分散体として三井化学(株)製のケミパールW−300(不揮発分:40%)622.6重量部を用いたこと以外は実施例1と同様にして不揮発分濃度40.1%の複合樹脂の水性エマルジョンを得た。
尚、得られた複合樹脂の水性エマルジョン中のアクリル系共重合体部のガラス転移温度(計算値)は41℃、水性エマルジョンのMFTは70℃であった。
次に、得られた水性エマルジョンを用いて実施例1と同様の操作を行い、コーティング膜を得た。
[比較例1]
カチオン性ラジカル開始剤(b1)として2,2'−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド(V−50)の5%水溶液5.6重量部を用い、両性イオン性ラジカル開始剤を用いなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行ったが、反応系全体が増粘してしまい安定な水性エマルジョンを得られなかった。
カチオン性ラジカル開始剤(b1)として2,2'−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジヒドロクロリド(V−50)の5%水溶液5.6重量部を用い、両性イオン性ラジカル開始剤を用いなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行ったが、反応系全体が増粘してしまい安定な水性エマルジョンを得られなかった。
[比較例2]
両性イオン性ラジカル開始剤(b2)として2,2'−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン] ハイドレイト(VA−057)の5%水溶液5.6重量部を用い、カチオン性ラジカル開始剤を用いなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行ったが、反応系全体が増粘してしまい安定な水性エマルジョンを得られなかった。
両性イオン性ラジカル開始剤(b2)として2,2'−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン] ハイドレイト(VA−057)の5%水溶液5.6重量部を用い、カチオン性ラジカル開始剤を用いなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行ったが、反応系全体が増粘してしまい安定な水性エマルジョンを得られなかった。
[比較例3]
ラジカル開始剤として過硫酸カリウムの5%水溶液5.6重量部を用いたこと以外は実施例1と同様の操作を行ったが、反応系全体がゲル化してしまい安定な水性エマルジョンを得られなかった。
ラジカル開始剤として過硫酸カリウムの5%水溶液5.6重量部を用いたこと以外は実施例1と同様の操作を行ったが、反応系全体がゲル化してしまい安定な水性エマルジョンを得られなかった。
各実施例、比較例で得た水性エマルジョンおよびコーティング膜を以下の方法で評価をした。結果を表1、表2に示す。
<1>:重合安定性
反応終了後の反応容器への樹脂の付着量および、濾布で濾過後の凝集物の量を目視で評価した。なお、評価基準は次のとおりである。
◎:良好である。
○:実用上問題のないレベルである。
△:若干問題のあるレベルである。
×:不良である。
<1>:重合安定性
反応終了後の反応容器への樹脂の付着量および、濾布で濾過後の凝集物の量を目視で評価した。なお、評価基準は次のとおりである。
◎:良好である。
○:実用上問題のないレベルである。
△:若干問題のあるレベルである。
×:不良である。
<2>:膜の均一性
各実施例で得られたコーティング膜を目視で観察した場合の膜の均一性を評価した。
5:全くむらがない。
4:極わずかにむらが確認できる。
3:部分的にむらが確認できる。
2:むらが全体にある。
1:アクリル系共重合体と他の樹脂との領域が完全に分かれている。
各実施例で得られたコーティング膜を目視で観察した場合の膜の均一性を評価した。
5:全くむらがない。
4:極わずかにむらが確認できる。
3:部分的にむらが確認できる。
2:むらが全体にある。
1:アクリル系共重合体と他の樹脂との領域が完全に分かれている。
<3>:経時安定性
各実施例で得た水性エマルジョンを密閉したガラス容器にいれて50℃の恒温槽で30日間放置した時の粘度の変化を評価した。さらに、ガラス容器の底の凝集物について目視で評価した。なお、評価基準は次のとおりである。
5:粘度変化率の絶対値が10%未満であり、凝集物は認められない。
4:粘度変化率の絶対値が10%未満であり、凝集物がわずかに認められる。
3:粘度変化率の絶対値が10%以上30%未満、もしくは凝集物が多く認められ る。
2:粘度変化率の絶対値が30%以上、もしくは非常に多くの凝集物が認められる 。
1:水性エマルジョンがゲル化する。
なお、粘度変化率は下記式[I]により算出した。
粘度変化率(%)=(保管後の粘度−保管前の粘度)/保管前の粘度 ×100 [I]
各実施例で得た水性エマルジョンを密閉したガラス容器にいれて50℃の恒温槽で30日間放置した時の粘度の変化を評価した。さらに、ガラス容器の底の凝集物について目視で評価した。なお、評価基準は次のとおりである。
5:粘度変化率の絶対値が10%未満であり、凝集物は認められない。
4:粘度変化率の絶対値が10%未満であり、凝集物がわずかに認められる。
3:粘度変化率の絶対値が10%以上30%未満、もしくは凝集物が多く認められ る。
2:粘度変化率の絶対値が30%以上、もしくは非常に多くの凝集物が認められる 。
1:水性エマルジョンがゲル化する。
なお、粘度変化率は下記式[I]により算出した。
粘度変化率(%)=(保管後の粘度−保管前の粘度)/保管前の粘度 ×100 [I]
本発明の製造方法で得られる樹脂組成物の水性分散体は、水性インキ、繊維処理剤、繊維目止め剤、ガラス繊維集束剤、紙処理剤、各種塗料、潤滑剤、鋼板表面処理剤、表面改質剤、芯地接着剤等のホットメルト接着剤等の広範な用途に好ましく用いることが可能である。
Claims (6)
- ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の塩基性水性分散体の存在下に、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)及び両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)を用い、ラジカル重合性不飽和モノマー(A)を水性媒体中で重合することを特徴とする樹脂組成物の水性分散体の製造方法。
- ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)が、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリオレフィン樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物の水性分散体の製造方法。
- ラジカル重合性不飽和モノマー(A)とポリアミド樹脂以外の樹脂(C)との割合が、(A)/(C)=95〜5/5〜95(重量比)であることを特徴とする請求項1又は2記載の樹脂組成物の水性分散体の製造方法。
- ラジカル重合性不飽和モノマー(A)100重量部に対して、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)及び両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)の合計量が0.01〜1重量部であることを特徴とする請求項1ないし3いずれか記載の樹脂組成物の水性分散体の製造方法。
- カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)と両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)との割合が、(b1)/(b2)=95〜5/5〜95(重量比)であることを特徴とする請求項1ないし4いずれか記載の樹脂組成物の水性分散体の製造方法。
- ポリアミド樹脂以外の樹脂(C)の塩基性水性分散体の存在下に、カチオン性のラジカル重合開始剤(b1)及び両性イオン性のラジカル重合開始剤(b2)を用い、ラジカル重合性不飽和モノマー(A)を水性媒体中で重合してなる樹脂組成物の水性分散体。
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-
2005
- 2005-08-24 JP JP2005242002A patent/JP2007056120A/ja active Pending
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