JP2011046777A - ポリオレフィン系複合樹脂水性分散体及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】多量の界面活性剤を使用することなく、分散安定なポリオレフィン系複合樹脂水性分散体を得ることを目的とする。
【解決手段】コア/シェル構造を有する複合樹脂粒子が水に分散されてなるポリオレフィン系複合樹脂水性分散体であって、該複合樹脂粒子のシェル(外側)がポリオレフィン系樹脂(A)を主成分として含み、コア(内側)がオレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を重合してなる重合体(B1)を主成分として含んでなり、かつ、該複合樹脂粒子中のコア:シェルの重量比が95:5〜5:95であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリオレフィン系樹脂と(メタ)アクリル酸エステルに代表されるラジカル重合性単量体から得られる重合体を含む複合樹脂水性分散体およびその製造方法に関する。
プロピレン重合体やプロピレン−α−オレフィン共重合体などのポリオレフィンは安価であり、しかも、機械的物性、耐熱性、耐薬品性、耐水性などに優れていることから、広い分野で使用されている。しかしながら、このようなポリオレフィンは、分子中に極性基を持たないため極性が低く、塗装や接着が困難な場合が多く、改善が望まれていた。
これに関して、ポリオレフィンの成形体の表面を薬剤などで化学的に処理すること、コロナ放電処理、プラズマ処理、火炎処理などの手法で成形体表面を酸化処理する等の種々の手法が試みられてきている。しかるに、これらの方法では、特殊な装置が必要であるばかりでなく、塗装性や接着性の改良効果が必ずしも十分ではなかった。
また、比較的簡便な方法でポリオレフィン、例えばプロピレン系重合体に良好な塗装性や接着性を付与するための工夫として、いわゆる塩素化ポリプロピレンや酸変性プロピレン−α−オレフィン共重合体、酸変性塩素化ポリプロピレン等の変性ポリオレフィンを、ポリオレフィンの成形体表面に表面処理剤、接着剤或いは塗料等として塗布する方法が知られている。変性ポリオレフィンは通常、有機溶媒の溶液、又は水への分散体などの形態で塗布されるが、安全衛生及び環境汚染の面から通常、水分散体が好ましく用いられる。
この変性ポリオレフィンの水分散体の例としては、酸変性塩素化ポリプロピレンを界面活性剤と塩基性物質を使用して水に分散させた樹脂分散体(特許文献1)や、酸変性ポリオレフィンを界面活性剤と塩基性物質を使用して水に分散させた樹脂分散体(特許文献2)等が知られている。
また、ポリオレフィン系樹脂を接着剤や、塗料として用いる場合には、ポリオレフィンだけの物性では不十分であり、アクリル樹脂などの他の樹脂を併用する例が多い。この例として、ポリオレフィン樹脂にアクリル樹脂を配合する方法(特許文献3)、ポリオレフィンを(メタ)アクリル酸エステルで変性した後に水性樹脂とする手法(特許文献4、5、8)、塩素化ポリオレフィン、又はポリオレフィンの水性樹脂組成物の存在下にラジカル重合性モノマーを乳化重合して水性樹脂組成物を得る方法(特許文献6,7)等が知られている。
特開平10−231402号公報 特開平06−256592号公報 特開2004−115712号公報 特開2005−126482号公報 特開2006−036920号公報 特開2002−308921号公報 特開2004−091559号公報 特開2008−138090号公報
しかしながら、特許文献1,2に記載の方法では、分散粒子径を細かくするために、界面活性剤を大量に添加する必要がある。結果として、このような水性分散体を用いた塗料は、耐水性や耐薬品性に乏しいという課題があった。さらに、塗布後に界面活性剤が塗装表面へブリードアウトして外観不良が起こる場合もあり、さらなる改善が望まれていた。
また、特許文献3〜8に記載の方法では、ポリオレフィン水性樹脂組成物に大量の界面活性剤が含まれるなどの問題があり、十分なものではなかった。
そこで、本発明は、多量の界面活性剤を使用することなく、安定な分散状態が得られるポリオレフィン系複合樹脂水性分散体を得ることを目的とする。
本発明者は、前記目的を達成するため鋭意検討した結果、コア/シェル構造を有する複合樹脂粒子が水に分散されてなるポリオレフィン系複合樹脂水性分散体であって、該複合樹脂粒子のシェル(外側)がポリオレフィン系樹脂(A)を主成分として含み、コア(内側)がオレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を重合してなる重合体(B1)を主成分として含んでなり、かつ、該複合樹脂粒子中のコア:シェルの重量比が95:5〜5:95であることを特徴とするポリオレフィン系複合樹脂水性分散体を用いることにより、前記目的を達成することができることを見出した。
さらに、ポリオレフィン系樹脂(A)、及びオレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を重合してなる重合体を含む複合樹脂粒子が水に分散されてなるポリオレフィン系複合樹脂水性分散体であって、ポリオレフィン系樹脂(A)として、自己乳化性オレフィン系重合体(E)を用い、この自己乳化性オレフィン系重合体(E)の水性分散液中で、オレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を乳化重合して得られる前記複合樹脂粒子が水に分散されてなることを特徴とするポリオレフィン系複合樹脂水性分散体を用いることができる。
また、前記ポリオレフィン系樹脂(A)として、オレフィン系重合体(A1)に親水性高分子(C)を(A1):(C)=100:1〜100:300(重量比)の割合で結合させてなるオレフィン系重合体−親水性高分子共重合体(D)を用いたり、前記自己乳化性オレフィン系重合体(E)として、オレフィン系重合体(A1)に親水性高分子(C)を(A1):(C)=100:1〜100:300(重量比)の割合で結合させてなるオレフィン系重合体−親水性高分子共重合体(D)を用いたりすることができる。
さらにまた、前記ラジカル重合性単量体(B)として、(メタ)アクリル酸エステルを含む単量体を用いることができる。
また、前記ポリオレフィン系樹脂(A)を構成するオレフィン系重合体(A1)として、プロピレン含有率が50モル%以上、分子量分布[Mw/Mn]が4.0以下、及び融点[Tm]が125℃以下という全ての特徴を有するプロピレン系重合体を用いることができる。
さらに、前記オレフィン系重合体−親水性高分子共重合体(D)として、オレフィン系重合体(A1)に親水性高分子(C)をグラフト結合させたグラフト共重合体を用いることができる。
さらにまた、前記親水性高分子(C)として、ポリエーテル樹脂を用いることができる。
また、前記複合樹脂粒子として、分散粒子径が0.5μm以下のものを用いて、水に分散させることができる。
さらにまた、得られるポリオレフィン系複合樹脂水性分散体を塗料、プライマー、インク及び接着剤として用いることができる。
また、ポリオレフィン系複合樹脂水性分散体の製造方法として、オレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を溶媒に混合分散して混合液を得、次いで該混合液を、ポリオレフィン系樹脂(A)とラジカル重合性単量体(B)との重量比が95:5〜5:95となるように、自己乳化性オレフィン系重合体(E)からなるポリオレフィン系樹脂(A)の水性分散液に添加し、次いで、ラジカル重合性単量体(B)を乳化重合することを特徴とする方法を採用することができる。
さらにまた、熱可塑性樹脂成形体(F)上に、得られるポリオレフィン系複合樹脂水性分散体を用いて形成される樹脂層を形成させた積層体を得ることができる。
本発明にかかるコア/シェル構造を有する複合樹脂粒子は、水への分散性に優れるので、少ない界面活性剤の添加で、或いは実質的に界面活性剤を添加することなく、分散粒子径の細かい安定性に優れた樹脂水性分散体が得られる。したがって、本発明にかかるポリオレフィン系複合樹脂水性分散体は、問題となっていた界面活性剤によるブリードアウトが抑制できる利点があり、ひいては優れた塗装外観の成形品を得ることができる。
また、この分散体を塗布して得られた塗装膜は、耐水性、耐湿性、耐油性、耐薬品性に優れる。このため1回のみの塗装で仕上げる、例えばラッカー型塗料のような塗装方法にも好適である。
さらに、得られる塗膜は、ポリオレフィン素材、もしくはポリオレフィン等を含有する樹脂素材に対して良好な密着性を示し、特に通常塗装や接着が困難な未処理ポリプロピレンのような難接着性の基材上にも形成することができる。
さらにまた、ポリオレフィンとは異なる(メタ)アクリル酸エステルなどのラジカル重合性単量体を構成単位として含む樹脂水性分散体であるため、物性値の向上、具体的には塗膜の強度、耐水性、耐候性、耐擦性、耐溶剤性、ポリオレフィンとは異なる異種材料との接着性、相溶性などを向上させることができる。
したがって、本発明のポリオレフィン系複合樹脂水性分散体は、結晶性を有するオレフィン系重合体に対する表面処理剤、プライマー、塗料、インク、接着剤、相溶化剤等として極めて有用である。なお本発明においては必ずしもすべての効果を発現しなくても、前記した一つ以上の効果があればよいものとする。
実施例6−2で得られた超薄切片についての透過型電子顕微鏡写真を示す。
以下に、本発明にかかるポリオレフィン系複合樹脂水性分散体の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はこれらの内容に限定されない。
本発明のポリオレフィン系複合樹脂水性分散体(以下、「複合樹脂分散体」と称することもある。)は、ポリオレフィン系樹脂(A)(以下、「樹脂(A)」と称することがある。)、及びオレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を重合してなる重合体(B1)(以下、「重合体(B1)」と称することがある。)を含む複合樹脂粒子が水に分散されてなる。
[複合樹脂粒子]
前記の複合樹脂粒子とは、樹脂(A)、及びオレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)(以下、単に「ラジカル重合性単量体(B)」と称することがある。)を重合してなる重合体(B1)が複合された粒子である。この複合樹脂粒子は、内側のコアの外側に表皮層たるシェルが形成された二層構造(コア/シェル構造)からなるものが好ましい。このとき、シェルとして、樹脂(A)を主成分として含み、一方、コアとして、重合体(B1)を主成分として含む。なお、「主成分」とは、50重量%以上、好ましくは70重量%以上含有する成分をいう。
前記複合樹脂粒子中の重合体(B1)と樹脂(A)との重量比は、(B1):(A)(コア/シェルの二層構造を有する場合は、コア:シェル)で、95:5〜5:95であり、90:10〜10:90が好ましく、80:20〜20:80がより好ましく、70:30〜30:70がさらに好ましい。樹脂(A)(又はシェル)の量が5重量%未満では、ポリオレフィン系基材に対する密着性が不十分となる傾向がある。一方、樹脂(A)(又はシェル)の量が95重量%より多いと、このような複合樹脂分散体から得られる塗膜の物性、具体的には塗膜の強度、耐水性、耐候性、耐擦性、耐溶剤性などが不十分となる傾向がある。
[ポリオレフィン系樹脂(A)(樹脂(A))]
前記ポリオレフィン系樹脂(A)(樹脂(A))とは、オレフィンを主な単量体とする重合体をいい、オレフィンの単独重合体や共重合体等のオレフィン系重合体(A1)(以下、「重合体(A1)」と称することがある。)や、この重合体(A1)に自己乳化性を付与した自己乳化性オレフィン系重合体(E)(以下、「自己乳化性重合体(E)」と称することがある。)等を示す。
[オレフィン系重合体(A1)(重合体(A1))]
前記オレフィン系重合体(A1)(重合体(A1))としては、反応性基を有さないオレフィン系重合体(A11)(以下、「重合体(A11)」と称することがある。)や、反応性基を有する変性オレフィン系重合体(A12)(以下、「重合体(A12)」と称することがある。)等があげられる。
この重合体(A1)の好ましい態様としては、下記の(1)〜(3)を満たすプロピレン系重合体があげられる。
(1)プロピレン含有率が50モル%以上、より好ましくは60モル%以上であり、最も好ましくは70モル%以上。
(2)分子量分布[Mw/Mn]が4.0以下、さらに好ましくは3.0以下。
(3)融点[Tm]が125℃以下、より好ましくは100℃以下、さらに好ましくは90℃以下。さらにまた、Tmの下限は、好ましくは60℃以上。
[反応性基を有さないオレフィン系重合体(A11)(重合体(A11))]
前記反応性基を有さないオレフィン系重合体(A11)(重合体(A11))としては、公知の各種オレフィン系重合体及びオレフィン系共重合体を用いることができる。この例としては、特に限定されないが、エチレン又はプロピレンの単独重合体;エチレン及びプロピレンの共重合体;エチレン又は/及びプロピレンとその他のコモノマー、例えば、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1、ヘプテン−1、オクテン−1、シクロペンテン、シクロヘキセン、及びノルボルネンなどの炭素数2以上のα−オレフィンコモノマーとの共重合体、もしくはこれらコモノマーの2種類以上の共重合体;α−オレフィンモノマーと酢酸ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルなどのコモノマーとの共重合体;芳香族ビニルモノマーなどのコモノマーとの共重合体又はその水素添加体;共役ジエンブロック共重合体又はその水素添加物等があげられる。
前記のα−オレフィンコモノマーとして好ましくは、炭素数2〜4のα−オレフィンコモノマーがあげられる。
なお、単に共重合体という場合はランダム共重合体であってもブロック共重合体であってもよい。更に、これらポリオレフィンを塩素化した塩素化ポリオレフィンも使用しうる。塩素化ポリオレフィンの塩素化度は通常5重量%以上、好ましくは10重量%以上であり、また塩素化度は通常40重量%以下であり、好ましくは30重量%以下である。
前記重合体(A11)の具体例としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-ブテン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体、プロピレン−ヘキセン共重合体、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、塩素化エチレン−プロピレン共重合体、塩素化プロピレン−ブテン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の水素添加物(SEBS)、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体の水素添加物(SEPS)などがあげられる。
前記重合体(A11)として好ましいものは、プロピレン単独重合体又はプロピレンと他のα−オレフィンとの共重合体であり、これらは塩素化されていてもよい。より好ましくは、プロピレン単独重合体、エチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体、塩素化ポリプロピレン、塩素化エチレン−プロピレン共重合体、又は塩素化プロピレン−ブテン共重合体である。最も好ましいものは、塩素を含まないプロピレン単独重合体、エチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体である。
これらの重合体(A11)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記重合体(A11)は、その構成成分としてプロピレンを含有するプロピレン系重合体が好ましい。このプロピレン系重合体中のプロピレンの含有率は、50モル%以上であり、より好ましくは60モル%以上であり、最も好ましくは70モル%以上である。通常、プロピレンの含量が高いほどポリプロピレン基材への密着性が増す傾向がある。
好ましいプロピレン系重合体としては、全体または部分的にアイソタクチック構造を有するものがあげられる。例えば、特開2003−231714号公報やUS4,522,982号公報に記載されているような、アイソタクチックブロックとアタクチックブロックとを有するステレオブロックポリプロピレンの単独重合体又は共重合体である。最も好ましくは、アイソタクチックブロックとアタクチックブロックとを有するステレオブロックポリプロピレン重合体である。
アイソタクチック立体規則性を有するプロピレン系重合体において、アイソタクチック立体規則性を示す[mmmm]ペンタッドの好ましい範囲は、10%〜90%の範囲がよい。下限値の好ましい値は20%、より好ましくは40%である。上限値の好ましい値は80%、さらに好ましくは70%、より好ましくは60%である。ペンタッドの比率の測定方法は特開2003−231714号公報に記載の方法を用いることができる。下限値より高いほどべたつき度合いが小さくなる傾向があり、また上限値より低いほど結晶化度が低くなり複合樹脂分散体の調製が容易になる傾向がある。
前記重合体(A11)の重量平均分子量Mwは、GPC(Gel Permeation Chromatography)で測定し、各々のポリオレフィンの検量線で換算して、5,000〜500,000であることが好ましい。下限値のより好ましい値は10,000、さらに好ましくは20,000、特に好ましくは30,000である。上限値のより好ましい値は300,000、さらに好ましくは200,000、特に好ましくは150,000である。Mwが下限値より高いほどべたつき度合いが小さくなり基材への密着性が増す傾向があり、また上限値より低いほど粘度が低くなり複合樹脂分散体の調製が容易になる傾向がある。
前記重合体(A11)の重量平均分子量Mw/数平均分子量Mnで表される分子量分布Mw/Mnは、4.0以下が好ましく、さらに好ましくは3.0以下である。分子量分布が狭くて均一であると分散時の粒径の制御がしやすく、粒径が小さくなり、粒径分布が狭くなる。また、得られた複合樹脂粒子を塗料や接着剤に用いた場合に高い性能が得られる。なお、数平均分子量Mnの測定は、重量平均分子量Mwの測定と同様に、例えばGPCを用いて行うことができる。
ところで、GPC測定は、オルトジクロロベンゼンなどを溶媒として、市販の装置を用いて従来公知の方法で行われる。
また、前記オレフィン系重合体(A11)の融点Tmは、125℃以下が好ましい。下限値のより好ましい値は60℃以上であり、上限値のより好ましい値は100℃以下、さらに好ましい値は90℃以下である。融点が下限値より低いと樹脂にベタツキがあり塗料として用いるのに適さず、上限値より高いと乾燥、焼付けに高い温度が必要となるために好ましくない。
前記オレフィン系重合体(A11)の製法については、本発明の要件を満たす重合体を製造できれば特に限定されず、いかなる製法であってもよい。例えばラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、配位重合などが挙げられ、それぞれリビング重合的であってもよい。
また配位重合の場合は、例えばチーグラー・ナッタ触媒により重合する方法、シングルサイト触媒により重合する方法が挙げられる。好ましい製法としては、シングルサイト触媒による製造方法を挙げることができる。この理由としては、一般にシングルサイト触媒が配位子のデザインにより分子量分布や立体規則性分布をシャープにすることができる点が挙げられる。またシングルサイト触媒としては、例えばメタロセン触媒、ブルックハート型触媒を用いうる。メタロセン触媒ではC対称型、C対称型、C2V対称型、C対称型など、重合するポリオレフィンの立体規則性に応じて適切な触媒を選択すればよい。
また、重合は溶液重合、スラリー重合、バルク重合、気相重合などいずれの重合形態でもよい。溶液重合やスラリー重合の場合、溶媒としては、例えばトルエン、キシレン等の芳香族系炭化水素、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族系炭化水素、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エステル類、ケトン類、エーテル類などが挙げられる。なかでも、芳香族系炭化水素、脂肪族系炭化水素、及び脂環式炭化水素が好ましく、より好ましくはトルエン、キシレン、ヘプタン、及びシクロヘキサンである。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なおオレフィン系重合体(A11)は直鎖状であっても分岐状であってもよい。
[反応性基を有する変性オレフィン系重合体(A12)(重合体(A12))]
前記の反応性基を有する変性オレフィン系重合体(A12)としては、重合時にオレフィンと反応性基を有する不飽和化合物とを共重合した共重合体(A12a)、反応性基を有するラジカル重合性不飽和化合物をオレフィン系重合体にグラフト重合したグラフト重合体(A12b)等があげられる。
前記共重合体(A12a)は、オレフィンと、反応性基を有する不飽和化合物とを共重合して得られ、反応性基を有する不飽和化合物が主鎖に挿入された共重合体である。例えば、エチレン、プロピレン、ブテン等のα−オレフィンと、アクリル酸、無水マレイン酸等のα、β−不飽和カルボン酸又は無水物とを共重合したものがあげられる。共重合体(A12a)の具体例としては、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸共重合体などが使用できる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。製造方法は(A11)で述べた方法を同様に用いることができる。
グラフト重合体(A12b)は、オレフィン系重合体に、反応性基を有するラジカル重合性不飽和化合物をグラフト重合することにより得られる。反応性基としては、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、イソシアナト基、スルホニル基、水酸基などがあげられる。中でも好ましい反応性基は、カルボキシル基およびその無水物であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンに(メタ)アクリル酸、フマル酸、マレイン酸又はその無水物、イタコン酸又はその無水物、クロトン酸、等をグラフトした重合体があげられる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお(メタ)アクリル酸とはアクリル酸とメタクリル酸の総称であり、他もこれに準ずる。
このグラフト重合体(A12b)に用いられるオレフィン系重合体としては、上述の重合体(A11)を使用することができる。このグラフト重合体(A12b)の具体例としては、無水マレイン酸変性ポリプロピレン及びその塩素化物、無水マレイン酸変性エチレン−プロピレン共重合体及びその塩素化物、無水マレイン酸変性プロピレン−ブテン共重合体、アクリル酸変性ポリプロピレン及びその塩素化物、アクリル酸変性エチレン−プロピレン共重合体及びその塩素化物、アクリル酸変性プロピレン−ブテン共重合体などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
グラフト重合に用いるラジカル重合開始剤としては、通常のラジカル重合開始剤から適宜選択して使用することができ、例えば有機過酸化物、アゾニトリル等を挙げることができる。前記有機過酸化物としては、ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサンなどのパーオキシケタール類、クメンハイドロパーオキシドなどのハイドロパーオキシド類、ジ(t−ブチル)パーオキシドなどのジアルキルパーオキシド類、ベンゾイルパーオキシドなどのジアシルパーオキシド類、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートなどのパーオキシエステル類等をあげることができる。前記アゾニトリルとしてはアゾビスブチロニトリル、アゾビスイソプロピルニトリル等が挙げられる。なかでもベンゾイルパーオキシド及びt−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートが特に好ましい。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ラジカル重合開始剤とグラフト共重合単位の使用割合は、通常、ラジカル重合開始剤:グラフト共重合単位=1:100〜2:1(モル比)の範囲であり、好ましくは1:20〜1:1の範囲である。反応温度は、通常50℃以上であり、好ましくは80〜200℃の範囲が好適である。反応時間は、通常2〜20時間程度である。
重合体(A12b)の製法については、本発明の要件を満たす重合体を製造できれば特に限定されず、いかなる製法であってもよい。例えば、溶液中で加熱攪拌して反応する方法、無溶媒で溶融加熱攪拌して反応する方法、押し出し機で加熱混練して反応する方法等が挙げられる。溶液中で製造する場合の溶媒としては、前記重合体(A11)で説明した溶媒を同様に用いることができる。
前記重合体(A12)中の反応性基の含有量は、オレフィン系重合体1g当たり0.01〜1mmol、即ち0.01〜1mmol/gの範囲にある事が好ましい。より好ましい下限値は0.05mmol/gであり、さらに好ましくは0.1mmol/gである。より好ましい上限値は0.5mmol/gであり、更に好ましくは0.3mmol/gである。下限値より高いほど、親水性が増すため分散粒子径が小さくなる傾向にあり、上限値より低いほど、基材である結晶性のポリオレフィンに対する密着性が増す傾向にある。
前記重合体(A12)の反応性基が、カルボキシル基またはその無水物、スルホニル基のような酸性基であった場合、この酸性基を塩基性化合物で中和することにより、前記自己乳化性重合体(E)の一種として使用することができる。この塩基性物質として例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機塩基、アンモニア、トリエチルアミン、ジエチルアミン、エタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、2−メチル−2−アミノ−プロパノール、トリエタノールアミン、モルフォリン、ピリジン等が挙げられる。塩基性化合物による中和率は水への分散性が得られれば1〜100モル%の範囲で特に限定はされないが、好ましくは50モル%以上である。中和率が低いと水への分散性が低下する。
[自己乳化性オレフィン系重合体(E)]
前記自己乳化性オレフィン系重合体(E)(以下、「自己乳化性重合体(E)」と称することがある。)は、樹脂(A)のうち、親水性基を有するポリオレフィン系樹脂であり、界面活性剤10重量%以下で水に分散させることが可能な共重合体をいう。
この自己乳化性重合体(E)としては、前記した重合体(A12)の中和物や、前記重合体(A1)に親水性高分子(C)を結合させたオレフィン系重合体−親水性高分子共重合体(D)(以下、「共重合体(D)」と称することがある。)等をあげることができる。
自己乳化性重合体(E)として、重合体(A12)の中和物を用い、その重合体(A12)がグラフト重合で製造される場合、すなわち、グラフト重合体(A12b)を用いる場合、グラフト化率は、3重量%以上がよく、5重量%以上が好ましい。3重量%未満だと、自己乳化性が不十分となる場合がある。一方、グラフト化率の上限は、20重量%が好ましく、10重量%がより好ましい。20重量%より大きいと、耐水性やポリオレフィンへの密着性が低下する場合がある。
[オレフィン系重合体−親水性高分子共重合体(D)]
前記自己乳化性重合体(E)の一種である共重合体(D)は、前記の通り、前記重合体(A1)に親水性高分子(C)を結合させることにより得ることができる。
前記重合体(A1)に結合させる親水性高分子(C)の量は、重合体(A1)1g当たり0.01〜1mmol、即ち0.01〜1mmol/gの範囲にある事が好ましい。より好ましい下限値は0.05mmol/gであり、さらに好ましくは0.1mmol/gである。より好ましい上限値は0.5mmol/gであり、更に好ましくは0.3mmol/gである。下限値より高いほど親水性高分子(C)の親水性が増し、分散粒子径が小さくなり安定に分散する傾向にあり、上限値より低いほど、基材である結晶性のポリオレフィンに対する密着性が増す傾向にある。
前記重合体(A1)と親水性高分子(C)との結合比は、重量比で、(A1):(C)=100:1〜100:300がよく、100:5〜100:50が好ましい。(A1):(C)が100:1より大きいと、自己乳化性が不十分となる場合がある。一方、(A1):(C)が100:300より小さいと、耐水性やポリオレフィンへの密着性が低下する場合がある。
[親水性高分子(C)]
前記親水性高分子(C)とは、25℃の水に10重量%の濃度で溶解させたときに、不溶分が1重量%以下の高分子を言う。この親水性高分子(C)としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に限定なく用いることができ、合成高分子、半合成高分子、天然高分子のいずれも用いることができる。通常、数平均分子量Mnは300以上が好ましい。
前記合成高分子としては、特に限定されないが、例えばポリエーテル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂等が使用できる。前記天然高分子としては、特に限定されないが、例えばデンプン、アラビアゴム、トラガントゴム、カゼイン、ゼラチン、デキストリン等が使用できる。前記半合成高分子としては、特に限定されないが、例えばカルボキシル化デンプン、カチオン化デンプン、デキストリン、エチルセルロース、カルボキシル化メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カチオン化セルロース等が使用できる。
なかでも好ましくは、親水性の程度を制御しやすく、特性も安定している合成高分子である。より好ましくは、ポリビニルアルコール樹脂、及びポリビニルピロリドン樹脂、ポリエーテル樹脂である。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、親水性の高いポリエーテル樹脂が最も好ましい。
この末端に反応性基を有する親水性高分子(C)は、開始剤や連鎖移動剤として反応性基を有する化合物を用いて親水性モノマーを重合することで得られる。もしくはエポキシ化合物等の親水性開環重合モノマーを開環重合することによっても得られる。
また、前記ポリエーテル樹脂は、通常、環状アルキレンオキサイドまたは環状アルキレンイミンを開環重合することで得られる。
本発明に用いる親水性高分子(C)は、重合体(A1)と結合させるので、重合体(A1)と反応しうる反応性基を1以上有しているのが好ましい。反応性基としては、例えばカルボン酸基、ジカルボン酸無水物基、及びジカルボン酸無水物モノエステル基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基などが挙げられるが、好ましくはアミノ基を有する。アミノ基はカルボン酸基、無水カルボン酸基、エポキシ基、イソシアナト基など多種の反応性基と反応性が高いのでポリオレフィンと親水性高分子を結合させることが容易である。アミノ基は1級、2級、3級のいずれでもよいが、より好ましくは1級アミノ基である。
反応性基は1以上あればよいが、より好ましくは反応性基を1つのみ有するものである。反応性基が2以上あると、重合体(A1)と結合させる際に3次元網目構造となりゲル化してしまう可能性がある。ただし反応性基を複数有していても、他より反応性の高い反応性基が1つのみであればよい。例えば複数の水酸基と、それより反応性の高い1つのアミノ基を有する親水性高分子は好ましい例である。
このような親水性高分子(C)としては、ポリエーテルアミン、ポリエーテルポリオール、ポリアルキレンオキサイド、ポリアルキレンイミン、ポリエーテルアミン等があげられる。
前記ポリエーテルアミンは、ポリエーテル骨格を有する樹脂の片末端又は両末端に、反応性基としての1級アミノ基を有する化合物である。また、前記ポリエーテルポリオールはポリエーテル骨格を有する樹脂の両末端に、反応性基としての水酸基を有する化合物である。
さらに、親水性を示す前記ポリアルキレンオキサイドや前記ポリアルキレンイミンとして好ましくは、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミンが挙げられる。さらにまた、前記ポリエーテルアミンとしては、ハンツマン社製ジェファーミンMシリーズ、Dシリーズ、EDシリーズ、サーフォナミンLシリーズなどを使用してもよい。
前記親水性高分子(C)は、GPCで測定しポリスチレンの検量線で換算した重量平均分子量Mwが200〜100,000であることが好ましい。下限値のより好ましい値は300、さらに好ましくは500である。上限値のより好ましい値は50,000であり、さらに好ましくは10,000である。Mwが下限値より高いほど親水性高分子(C)の親水性が増し、分散粒子径が小さくなり安定に分散する傾向にあり、また上限値より低いほど粘度が低く、複合樹脂分散体を調製しやすい傾向にある。なおGPC測定は、THFなどを溶媒として、市販の装置を用いて従来公知の方法で行われる。
[共重合体(D)の製造方法]
重合体(A1)と親水性高分子(C)を結合させ、共重合体(D)を製造する方法としては、例えば、重合体(A1)の存在下で親水性モノマーを重合して親水性高分子(C)を形成して共重合体(D)を製造する方法(R−1)、又は予め形成された親水性高分子(C)を重合体(A1)に結合させて共重合体(D)を製造する方法(R−2)等があげられる。
[共重合体(D)の製造方法1(R−1)]
重合体(A1)存在下で、親水性モノマーを重合して共重合体(D)を製造する方法(R−1)において、親水性モノマーの重合方法は、例えば付加重合、縮合重合、開環重合などを用い得る。このとき重合後に親水性高分子を形成しうる範囲であれば疎水性モノマーを共重合させてもよい。具体的には、例えば、親水性ラジカル重合性不飽和化合物をラジカル重合開始剤の存在下で重合して親水性高分子(C)を形成するとともに重合体(A1)に結合させる方法がある。この親水性ラジカル重合性不飽和化合物としては、特に限定されないが、例えば(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸メトキシポリエチレングリコール、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル四級化物、ビニルピロリドンなどが挙げられる。
また、前記重合体(A12)を用い、この重合体(A12)の反応性基を開始末端として、親水性ラジカル重合性不飽和化合物や親水性開環重合モノマー等を重合して親水性高分子(C)を得る方法がある。この親水性ラジカル重合性不飽和化合物としては、上述のものを同様に用い得る。また、親水性開環重合モノマーとしてはエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、エチレンイミンなどが挙げられる。共重合可能な疎水性モノマーとしては、トリメチレンオキサイド、テトラヒドロフラン、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトンなどが挙げられる。
これらはいずれも、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。反応方法については、本発明の要件を満たす重合体を製造できれば特に限定されず、いかなる方法であってもよい。例えば、溶液中で加熱攪拌して反応する方法、無溶媒で溶融加熱攪拌して反応する方法、押し出し機で加熱混練して反応する方法等が挙げられる。反応温度は、通常0〜200℃の範囲であり、好ましくは30〜150℃の範囲である。溶液中で製造する場合の溶媒としては、前記の重合体(A11)で挙げた溶媒を同様に用いることができる。
[共重合体(D)の製造方法2(R−2)]
予め形成された親水性高分子(C)を重合体(A1)に結合させて製造する方法において、親水性高分子(C)としては前記の親水性高分子(C)について詳述した項であげる高分子を用いることができる。
そして、結合方法としては、例えば、まず親水性モノマーを重合して親水性高分子とする際に分子内に不飽和二重結合を残しておき、次いでラジカル重合性開始剤を用いて重合体(A1)にグラフト共重合させる方法や、重合体(A1)の片末端又は両末端に親水性高分子(C)が結合した状態のもののように、重合体(A1)と親水性高分子(C)とをブロック共重合させる方法等があげられる。これらの中でも、親水性高分子(C)の含有量を制御しやすく、また、親水性高分子(C)の含有量をより上げやすい点から、ブロック共重合による方法より、グラフト共重合による方法の方が好ましい。
前記グラフト共重合を行う場合、例えば、親水性高分子(C)として、前記ポリエーテル樹脂を用い、反応性基を有するポリオレフィン中で環状アルキレンオキサイドを開環重合する方法、開環重合等により得られたポリエーテルアミンやポリエーテルポリオールなどの反応性基を有する親水性高分子を、反応性基を有するポリオレフィンと反応する方法等が挙げられる。
前記グラフト共重合において、使用される重合体(A1)としては、重合体(A11)を用い得るが、通常は重合体(A12)が用いられる。
前記グラフト共重合を行う場合、その結合の反応形態として、ラジカルグラフト反応や反応性基を利用した反応等の種々の反応形態をあげることができる。ラジカルグラフト反応によれば、炭素−炭素共有結合による結合が形成される。反応性基を利用した反応は、重合体(A1)と親水性高分子(C)の双方に反応性基を有していて、それらを反応させて結合させるものであり、共有結合又はイオン結合が形成される。この反応としては、例えばカルボン酸基とヒドロキシル基のエステル化反応、カルボン酸基とエポキシ基との開環反応、1級又は2級アミノ基とエポキシ基との開環反応、カルボン酸基と1級又は2級アミノ基のアミド化反応、カルボン酸基と3級アミノ基の4級アンモニウム化反応、カルボン酸基とイソシアナート基のウレタン化反応、1級又は2級アミノ基とイソシアナート基のウレタン化反応等が挙げられる。各反応の反応率は1〜100%の間で任意に選べばよく、好ましくは50〜100%、さらに好ましくは70〜100%である。カルボン酸基が二塩基酸もしくはその無水物である場合は、二塩基酸もしくはその無水物一当量に対し、一当量反応させても二当量反応させてもよい。
この製造方法においては、親水性高分子(C)として、上記の親水性高分子(C)について詳述した項であげる高分子を用いることができるが、親水性モノマーとしては、(R−1)で挙げた各種親水性モノマーを同様に用いることができる。これらはいずれも、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。反応方法については、本発明の要件を満たす重合体を製造できれば特に限定されず、いかなる方法であってもよい。例えば、溶液中で加熱攪拌して反応する方法、無溶媒で溶融加熱攪拌して反応する方法、押し出し機で加熱混練して反応する方法等が挙げられる。反応温度は、通常0〜200℃の範囲であり、好ましくは30〜150℃の範囲である。溶液中で製造する場合の溶媒としては、重合体(A11)で挙げた溶媒を同様に用いることができる。
[自己乳化性重合体(E)の水性分散液]
前述の方法により得られた自己乳化性重合体(E)を水に分散させて、水性分散液を得る方法としては、自己乳化性重合体(E)に水以外の溶媒を加え、必要に応じ加熱して溶解させた後に水を添加して水性分散液とする方法等が挙げられる。
水以外の溶媒を加え、必要に応じ加熱して溶解させた後に水を添加する方法においては、粒径の細かい水性分散液が作りやすい。溶媒への溶解時、又は水の添加時の温度は、通常30〜150℃であり、好ましくは50℃〜100℃である。また水以外の溶媒に一旦溶解する場合は、水を添加した後に溶媒を留去してもよい。
水性分散液における水以外の溶媒の比率は、最終的には通常50重量%以下とし、好ましくは20重量%以下とし、さらに好ましくは10重量%以下とし、特に好ましくは1重量%以下とする。溶媒としては前述の溶媒を使用することができるが、なかでも水に1重量%以上溶解する溶媒が好ましく、さらに好ましくは5重量%以上溶解するものであり、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、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、t−ブタノール、シクロヘキサノール、テトラヒドロフラン、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−メトキシプロパノール、2−エトキシプロパノールが好ましい。
溶媒へ溶解した後、水を添加し水性分散液を製造する装置としては、特に限定されないが、例えば、撹拌装置付き反応釜、一軸または二軸の混練機などが使用できる。その際の攪拌速度は装置の選択に伴い多少異なるが、通常、10〜1000rpmの範囲である。
前記の親水性高分子(C)は、水への分散性に非常に優れるので、自己乳化性重合体(E)として共重合体(D)を用いる場合、本発明の複合樹脂分散体は分散粒子径が細かく、かつ樹脂が安定に分散している利点がある。従ってこれを用いると優れた外観の塗布品が得られる。
このように前記共重合体(D)は、前記親水性高分子(C)を重合体(A1)に結合させることにより、重合体(A1)に親水性を付与し、界面活性剤を実質上用いることなく水分散が可能となる。また、親水性高分子(C)を用いずに、カルボン酸基を直接塩基性物質によって中和して水分散させる製造法に比べて、カルボン酸のグラフト量がより少なくすむため、ポリオレフィン基材への密着性、耐水性などが優れるという利点がある。
なお、本発明において分散とは、分散粒子が極めて小さく単分子で分散している状態、実質的には溶解と言えるような状態まで含む概念である。従って、分散粒子径の下限値については特に制限はなく、0μmでもよい。本発明で用いられる自己乳化性重合体(E)の水性分散液は、全体に対して固形分は、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上、さらに好ましくは20重量%以上である。また好ましくは70重量%以下であり、より好ましくは60重量%以下であり、更に好ましくは50重量%以下である。固形分の量が少ないほど粘度が低く種々の塗布方法に適用でき使用しやすく、また水性分散液としての安定性も高い傾向にある。ただし、例えばプライマーや接着剤として使用する際に、塗布後の水の乾燥にあまり多量のエネルギーと時間をかけないためには固形分が多い方が好ましい。
前記の自己乳化性重合体(E)の水性分散液における重合体(樹脂)の分散粒子径は、通常、50%粒子径で3μm以下であり、好ましくは1μm以下である。本発明によれば、50%粒子径が0.5μm以下とすることができ、より好ましくは0.2μm以下とすることができる。更に好ましくは90%粒子径を1μm以下とすることができ、特に好ましくは0.5μm以下とすることができる。分散粒子径を小さくすることで、分散安定性を向上させ、凝集が起きにくく、より安定に分散できる。なお、分散粒子径は、動的光散乱法/レーザードップラー法等により測定できる。
以上のように、自己乳化性重合体(E)では、界面活性剤を用いることなく水性分散液を得ることができ、従って従来界面活性剤によって引き起こされていたブリードアウトを抑制できるのが利点の一つである。ただし、他の目的、用途等に応じて必要により界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤としては例えばカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、反応性界面活性剤などを使用することができる。自己乳化性重合体(E)100重量部に対する界面活性剤の比率は、10重量部未満であり、好ましくは5重量部以下である。界面活性剤を実質的に含まないこともできる。実質的に界面活性剤を含まないとは自己乳化性重合体(E)100重量部に対して1重量部未満であることを言う。界面活性剤を全く含まないことが最も好ましい。
本発明で用いられる自己乳化性重合体(E)の水性分散液には、必要に応じて酸性物質や塩基性物質を添加することができる。酸性物質としては例えば塩酸、硫酸などの無機酸、酢酸などの有機酸が挙げられる。塩基性物質として例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機塩基、アンモニア、トリエチルアミン、ジエチルアミン、エタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、2−メチル−2−アミノ−プロパノール、トリエタノールアミン、モルフォリン、ピリジン等が挙げられる。
[オレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)]
オレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)(ラジカル重合性単量体(B))としては、特に限定されず、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステルなどの(メタ)アクリル系単量体;スチレンやα−メチルスチレンなどの芳香族系単量体;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサチック酸ビニルなどのビニル系単量体;(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミドなどのアミド系単量体;(メタ)アクリロニトリル等が挙げられる。なかでも(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。
前記の(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、炭素原子数1〜18のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル系単量体、例えば(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)アクリル酸イソプロピル、(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−t−ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル等、又は、炭素原子数6〜12のアリール基またはアラルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル、例えば(メタ)アクリル酸ベンジル等が挙げられる。
また、ヘテロ原子を含有する炭素原子数1〜20のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル類、例えば(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸−2−アミノエチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−4−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸−2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸−3−メトキシプロピル、(メタ)アクリル酸とポリエチレンオキサイドの付加物等、フッ素原子を含有する炭素原子数1〜20のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル類、例えば(メタ)アクリル酸トリフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−トリフルオロメチルエチル、(メタ)アクリル酸−2−パ−フルオロエチルエチル等を挙げることができる。これらの中でも、アクリル酸ブチル、メタアクリル酸メチルが好ましい。
前記ラジカル重合性単量体(B)を重合してなる重合体(B1)の数平均分子量は、1,000以上1,000,000以下が好ましい。数平均分子量の下限値はより好ましくは5,000以上さらに好ましくは20,000以上である。数平均分子量の上限値は1,000,000以下が好ましく、より好ましくは500,000以下である。数平均分子量が下限値以下であると、基材への密着力が低下する傾向にあり、上限値以上であると乳化がしにくくなる。
また、重合体(B1)のガラス転移温度(Tg)は、塗料、接着剤、インク、粘着剤など、その目的とする用途に応じてラジカル重合性単量体の種類を変えることで、任意の範囲を得ることが出来る。ガラス転移温度(Tg)に特に制限はないが、一般的には−100℃〜100℃の範囲であり、好ましくは−60℃〜80℃の範囲である。一般にガラス転移温度の低い単量体を用いれば、最低造膜温度(MFT)を低くすることができ、粘着剤などの用途に適応できるし、ガラス転移温度の高い単量体を用いれば、最低造膜温度(MFT)を高くすることができ、表面タックやブロッキングのない塗膜を得ることが出来る。
なお、上記の重合体(B1)のガラス転移温度(Tg)は公知の方法で決定することができる。例えば、JIS K7121に従って示差走査熱量計(DSC)にて測定する方法や、オレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)の各単量体成分により形成されるホモポリマーのガラス転移温度から、次式により算出する方法などが挙げられる。
1/Tg=W/Tg+W/Tg+・・・+W/Tg
但し、Tg:重合体(B1)のガラス転移温度(絶対温度)、W〜W:単量体(B)の成分1〜nの重量分率、Tg〜Tg:単量体(B)の成分1〜nのホモポリマーのガラス転移温度(絶対温度)
ここで、ホモポリマーのTgの例を挙げると、以下の通りである。アクリル酸メチル:8℃、アクリル酸エチル:−22℃、アクリル酸ブチル:−52℃、アクリル酸2−エチルヘキシル:−70℃、アクリル酸2−メトキシエチル:−45℃、アクリル酸2−エトキシエチル:−50℃、メタクリル酸メチル:105℃、スチレン:100℃、酢酸ビニル:30℃、アクリロニトリル:105℃、アクリル酸:106℃、メタクリル酸185℃。
ところで、一般に水性分散液(エマルジョン)を塗料や接着剤等のコーティング剤として用いた場合は、溶液系のコーティング剤と比べると塗膜の形成が劣ることが多く、一定以上の温度に加熱しないと造膜しない。
これは、溶液系では樹脂成分が溶媒に溶解しているため、溶媒が揮発して乾燥が進むにつれて、樹脂の分子が相互に接近して絡み合いを生じる形で皮膜が形成される。従って、溶媒が揮発すれば造膜は自ずから進行するので、温度は溶媒の揮発速度、即ち造膜速度に影響することはあっても、造膜の可否には影響しない。
一方、水性分散液においては、樹脂は粒子構造を有しており、皮膜を形成するためには粒子同士が融着し一体化する必要がある。そのためには粒子相互が融着できるような柔軟性が必要であり、樹脂のガラス転移点(Tg)や融点等と塗膜形成のための温度条件との関係が重要となる。即ち、水性分散液においては、加熱温度によって皮膜が形成可能かどうかが決まることになる。この水性分散液から皮膜を形成するために必要な「一定以上の温度」が最低造膜温度(MFT)である。また、このMFTを低くするためには、共重合等によるTgの調整やテキサノールイソブチレート、DBE(アジピン酸ジブチル等の混合エステル)等の可塑剤成分の添加などの方法が用いられる。
後述する実施例をみてもわかるように、アクリルと複合化することによりエマルションのMFTを下げることができる。これは複合化により低い温度で成膜できる事を示している。また、一般にアクリルエマルションの場合は、MFTはそのガラス転移点(Tg)よりも高くなる(比較例1)。ところが、実施例5〜8ではMTFがアクリル成分のTgよりも下がっており、特に実施例6〜8ではアクリル成分のTg(58℃、21℃、21℃)よりもかなり低いMFT(38℃、1℃、1℃)を示している。よって複合化することによりそれぞれ単独のエマルションよりもMFTを下げることができ、より低温で成膜が可能となる特徴を発揮することができる。
このようにMFTをアクリル成分のガラス転移点(Tg)よりも低くするためには、分散液中の樹脂粒子の表面層に分散媒と親和力が高い成分又はTgの低い成分を分布させることにより、粒子相互の融着が起こりやすいような粒子設計を行うことが効果的である。
[ポリオレフィン系複合樹脂水性分散体(複合樹脂分散体)]
この発明にかかる複合樹脂分散体は、前記の通り、複合樹脂粒子を水に分散したものである。
複合樹脂粒子における前記樹脂(A)と重合体(B1)との混合比は、重量比で95:5〜5:95である。すなわち、ポリオレフィン系樹脂成分とポリオレフィン以外の単量体との合計量を100重量部として、樹脂(A)の量が5重量部以上であり、95重量部以下である。樹脂(A)の量が5重量部未満では、ポリオレフィン系基材に対する密着性が不十分となる傾向がある。好ましくは20重量部以上であり、より好ましくは30重量部以上である。一方、樹脂(A)の量が95重量部より大きいと、このような複合樹脂分散体から得られる塗膜の物性、具体的には塗膜の強度、耐水性、耐候性、耐擦性、耐溶剤性などが不十分となってしまう。好ましくは80重量部以下であり、より好ましくは70重量部以下である。
本発明の複合樹脂分散体の固形分量は、全体に対し、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上、さらに好ましくは20重量%以上である。また、好ましくは70重量%以下であり、より好ましくは60重量%以下であり、更に好ましくは50重量%以下である。固形分の量が少ないほど粘度が低く種々の塗布方法に適用でき使用しやすく、また分散体としての安定性も高い傾向にある。ただし、例えばプライマーや接着剤として使用する際に、塗布後の水の乾燥にあまり多量のエネルギーと時間をかけないためには固形分が多い方が好ましい。
複合樹脂分散体における重合体(樹脂)の分散粒子径は、通常、平均粒子径として3μm以下であり、好ましくは1μm以下である。本発明によれば、平均粒子径が0.5μm以下とすることができ、より好ましくは0.3μm以下とすることができる。分散粒子径を小さくすることで、分散安定性を向上させ、凝集が起きにくく、より安定に分散できる。なお、分散粒子径は動的光散乱法などで測定することができる。
本発明によれば、界面活性剤を用いることなく複合樹脂分散体を得ることができ、従って従来界面活性剤によって引き起こされていたブリードアウトを抑制できるのが利点の一つである。ただし、他の目的、用途等に応じて必要により界面活性剤を含有させてもよい。この界面活性剤としては例えばカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、反応性界面活性剤などを使用することができる。
他の目的、用途等に応じて必要により界面活性剤が使用される場合、複合樹脂粒子100重量部、又はその他の樹脂を含む場合には複合樹脂粒子とその他の樹脂の合計100重量部に対する界面活性剤の比率は、通常10重量部以下であり、好ましくは5重量部以下である。界面活性剤を実質的に含まないこともできる。実質的に界面活性剤を含まないとは複合樹脂粒子100重量部、又はその他の樹脂を含む場合には複合樹脂粒子とその他の樹脂の合計100重量部に対して、使用量が1重量部未満の場合をいう。
[複合樹脂粒子及び複合樹脂分散体の製造方法]
前記複合樹脂粒子及び複合樹脂分散体の製造方法には特に制限はないが、例えば、樹脂(A)(共重合体(D)等の自己乳化性重合体(E)を含む)の水性分散体中で、前記のオレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を、ラジカル重合開始剤を使って乳化重合する方法、前記水性分散体に予め乳化したオレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を一括、分割又は連続して添加し、ラジカル重合開始剤を用いて乳化重合する方法、或いは、樹脂(A)とオレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)とを予め混合・乳化した分散液を一括、分割又は連続して添加して水性媒体中に添加し、ラジカル重合開始剤を使って乳化重合する方法等があげられる。
この方法では、(メタ)アクリル酸エステルの一部が樹脂(A)にグラフト重合するために、単に樹脂(A)と(メタ)アクリル系重合体を混合するよりも好ましい複合樹脂粒子を得ることができる。重合に使用することができるラジカル重合開始剤は、前記重合体(A12)で挙げたようなものを、同様に用い得る。
[複合樹脂分散体の構造]
前記の複合樹脂分散体は、その組成や製造方法によって様々な粒子構造をとることができるが、一般に親水性の高い自己乳化性重合体(E)の存在下に、ラジカル重合性単量体(B)として疎水性単量体を重合した場合、親水性の高い重合体がシェル(外側)に、疎水性の重合体がコア(内側)になったコアシェル構造の粒子が得られる。これらの構造は粒子断面を電子顕微鏡で観察することにより確認できる。このため、本発明においては、ラジカル重合性単量体(B)を、共重合体(D)より疎水性を高くすることにより、本発明の目的である複合樹脂粒子を得ることができる。
[その他の配合樹脂]
本発明の複合樹脂分散体には、その目的に応じて他の種類の樹脂を含むことができる。例えば、(メタ)アクリル酸エステルの重合の際に形成される、(メタ)アクリル系重合体からなる樹脂が含まれていてもよい。また、添加することで、併用して用いられるその他の樹脂としては、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂などから選ばれる少なくとも1種の樹脂の水分散体を併用することができる。特に、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、及びポリエステル樹脂は、耐候性、耐磨耗性、経済性の理由で好ましい。これらの樹脂の水性分散体を得る方法は、特に制限がなく、公知の手法を用いることができる。例えば、界面活性剤の存在下に乳化重合を行う方法、あらかじめ得られた樹脂に界面活性剤を用いて機械的に強制乳化する方法、樹脂中に含まれるカルボン酸基等の親水性基を塩基中和して水性媒体に分散させる方法などがある。
[その他の添加剤]
本発明の複合樹脂分散体には、本発明の効果を著しく損なわない範囲で、必要に応じて種々の添加剤を含有させることができる。例えば、紫外線吸収剤、酸化防止剤、耐候安定剤、耐熱防止剤等の各種安定剤;カーボンブラック、フェライト等の導電性付与剤、染料、顔料分散剤、レべリング剤、消泡剤、増粘剤、防腐剤、防かび剤、防錆剤、濡れ剤等の各種添加剤を配合使用してもよい。
また耐水性、耐溶剤性などの各種の塗膜性能をさらに向上させるために。架橋剤を分散体中の樹脂100重量部に対して0.01〜100重量部添加することができる。架橋剤としては自己架橋性を有する架橋剤、カルボキシル基と反応する官能基を分子内に複数固有する化合物、多価の配位座を有する金属錯体等を用いることができ、このうちイソシアネート化合物、メラミン化合物、尿素化合物、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物、オキサゾリン基含有化合物、ジルコニウム塩化合物、シランカップリング剤等が好ましい。またこれらの架橋剤を組み合わせて使用してもよい。
本発明の複合樹脂分散体をプライマー、塗料、インキ等の用途に使用した場合、乾燥速度を上げたり、或いは仕上がり感の良好な表面を得る目的で、水以外の親水性有機溶媒を配合することができる。親水性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコール類及びそのエーテル類等が挙げられる。
[顔料]
本発明の複合樹脂分散体には、必要に応じて顔料を加えることができる。顔料を含む複合樹脂分散体は、塗料として好適である。使用しうる顔料は特に限定されないが、例えば、酸化チタン、カーボンブラック、酸化鉄、酸化クロム、紺青、ベンガラ、黄鉛、黄色酸化鉄等の無機顔料やアゾ系顔料、アントラセン系顔料、ペリノン系顔料、ペリレン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノン系顔料、インジゴ系顔料、フタロシアニン系顔料等の有機顔料等の着色顔料;タルク、炭酸カルシウム、クレイ、カオリン、シリカ、沈降性硫酸バリウム等の体質顔料;導電カーボン、アンチモンドープの酸化スズをコートしたウイスカー等の導電顔料;アルミニウム、銅、亜鉛、ニッケル、スズ、酸化アルミニウム等の金属または合金等の無着色或いは着色された金属製光輝材などを挙げることができ、1種または2種以上を併用してもよい。
本発明の複合樹脂分散体に対する顔料の添加量は、重量比で樹脂100重量部(固形分)に対して、10重量部以上が好ましい。より好ましくは20重量部以上とする。但し、200重量部以下が好ましく、より好ましくは100重量部以下である。下限値より添加量が多いほど発色性、隠蔽性が高くなる傾向にあり、上限値より少ないほど密着性、耐湿性、耐油性が高くなる傾向にある。
このとき、顔料分散剤を用いてもよい。例えば、ジョンソンポリマー社製のジョンクリルレジン等の水性アクリル系樹脂;ビックケミー社製のBYK−190等の酸性ブロック共重合体;スチレン−マレイン酸共重合体;エアプロダクツ社(エアープロダクト社)製のサーフィノールT324等のアセチレンジオール誘導体;イーストマンケミカル社製のCMCAB−641−0.5等の水溶性カルボキシメチルアセテートブチレート等を挙げることができる。これらの顔料分散剤を用いることで、安定な顔料ペーストを調製することが出来る。また、本発明の樹脂組成物には消泡剤を添加してもよい。例えばエアープロダクト社製のサーフィノール104PA及びサーフィノール440等が挙げられる。
[用途]
本発明の複合樹脂分散体は、プライマー、塗料、接着剤、インキバインダー、ポリオレフィンと異種材料の相溶化剤等に用いることができ、特に塗料、インク、接着剤に有用に用いることができる。用途としては自動車内装用・外装用等の自動車用塗料、携帯電話・パソコン等の家電用塗料、建築材料用塗料、ヒートシール剤等に用いることが出来る。
[塗料]
本発明における塗料とは、顔料又は染料を含んだ液体で、対象物を保護・美装する目的、または、錆止めや、撥水など独自な機能を付与するために、その表面に塗り付ける材料のことであり、特に塗料の種類は限定されない。具体的な例としては、自動車内装用塗料、外装用のプライマー、電着塗料、中塗り塗料、ベース塗料、クリア塗料等の自動車用塗料、携帯電話・パソコン等の家電用塗料、建築材料用塗料、錆止め塗料、防食塗料等に用いることが出来る。
[インク]
本発明におけるインク(インキ)とは顔料または、染料を含んだ液体で、文字を書いたり、表面に色付けするために用いられるものであり、特にインクの種類は限定されない。具体的な例としては、グラビア印刷インク、フレキソ印刷インク、スクリーン印刷インク、オフセット印刷インク、インクジェットインクなどが挙げられる。
[接着剤]
本発明における接着剤とは、内部および界面の結束性によって被接着体同士を結びつけることのできる物質のことであり、特に接着剤の種類は限定されない。自動車、家電、建築材料、食品包装材料向けの各種接着剤、ドライラミ、押し出しラミ(ECラミ)などのラミネーション用接着剤、ヒートシール剤などに使用することが出来る。
[積層体]
本発明の複合樹脂分散体、又はこれを用いた塗料を、熱可塑性樹脂成形体(F)に塗布、加熱して樹脂層を形成し、積層体として用いることができる。これにより熱可塑性樹脂成形体(F)上に複合樹脂分散体からなる層が形成された積層体が得られる。積層の方法としては、特に限定されることなく公知の方法が使用しうるが、例えば、複合樹脂分散体又は塗料をスプレーで塗布する方法、ローラーで塗布する方法、刷毛で塗布する方法などが挙げられる。
積層される複合樹脂分散体からなる層の膜厚は、成形品の材質、形状、使用する塗料の組成等によって適宜選びうるが、通常0.1μm以上であり、好ましくは1μm以上、更に好ましくは5μm以上である。但し、通常500μm以下であり、好ましくは300μm以下、更に好ましくは100μm以下である。
[熱可塑性樹脂成形体(F)]
前記熱可塑性樹脂成形体(F)としては、特に限定されるものではないが、例えばポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂等からなる成形体である。なかでも本発明はポリオレフィン樹脂からなる熱可塑性樹脂成形体(F)に適用すると好ましい。
前記ポリオレフィン樹脂成形体は、結晶性ポリオレフィン樹脂の成形体であり、エチレンもしくはプロピレンの単独重合体、又はエチレンもしくはプロピレンとその他のコモノマー例えばブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1、ヘプテン−1、オクテン−1、シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボルネンなどの炭素数2以上、好ましくは2〜6のα−オレフィンコモノマーとのランダム共重合体又はブロック共重合体又はこれらコモノマーの2種類以上の共重合体、もしくは酢酸ビニル、(メタ)アクリル酸エステルなどのコモノマーとの共重合体、もしくは芳香族ビニルモノマー・共役ジエンブロック共重合体またはその水素添加物が使用される。これらは用途に合わせて、単独でも混合物としても使用できる。
[無機フィラー成分]
本発明に用いられる熱可塑性樹脂成形体(F)は、無機フィラー成分を含有することができる。結晶性ポリプロピレンに無機フィラー成分を配合することにより成形体の曲げ弾性率、剛性などの機械的性質を向上させることができる。具体的には、タルク、マイカ、モンモリロナイト等の板状フィラー、短繊維ガラス繊維、長繊維ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維等の繊維状フィラー、チタン酸カリウム、マグネシウムオキシサルフェート、窒化珪素、塩基性硫酸マグネシウム、酸化亜鉛、ワラストナイト、炭酸カルシウム、炭化珪素等の針状(ウイスカー)フィラー、沈降性炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の粒状フィラー、亜鉛華、チタン白、硫酸マグネシウム等の無機充填剤や顔料も使用できる。その中でも、物性・コスト面のバランスより、タルク、マイカ、ガラス繊維、ウイスカーが好ましい。
[エラストマー成分]
更に本発明に用いられる熱可塑性樹脂成形体(F)が結晶性プロピレン(F−1)である場合、エラストマー成分を含有することができる。結晶性ポリプロピレンにエラストマー成分を配合することにより、成形体の耐衝撃強度を向上させることができる。このエラストマー成分としては、エチレン−α−オレフィンランダム共重合ゴム、エチレン・α−オレフィン−非共役ジエン共重合体ゴム、スチレン含有熱可塑性エラストマー等が挙げられる。具体例としては、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、エチレン−1−ブテン共重合体ゴム、エチレン−1−ヘキセン共重合体ゴム、エチレン−1−オクテン共重合体ゴム等の、エチレン−α−オレフィン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−エチリデンノルボルネン共重合体ゴム(EPDM)等の、エチレン−α−オレフィン・非共役ジエン共重合体ゴム、スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック体の水素添加物(SEBS)、スチレン−イソプレン−スチレントリブロック体の水素添加物(SEPS)等のスチレン含有熱可塑性エラストマーを例示できる。
[その他の成分]
また熱可塑性樹脂成形体(F)は、前記以外に、本発明の効果を著しく損なわない範囲で、任意の添加剤や配合成分を含有することができる。具体的には、着色するための顔料、フェノール系、イオウ系、リン系などの酸化防止剤、帯電防止剤、ヒンダードアミン等の光安定剤、紫外線吸収剤、有機アルミ・タルク等の各種核剤、分散剤、中和剤、発泡剤、銅害防止剤、滑剤、難燃剤、前記プロピレン系ブロック共重合体以外の各種樹脂、例えばポリエチレン樹脂、等の配合材を挙げることができる。
[ポリオレフィン樹脂成形体の製造法]
本発明中の熱可塑性樹脂成形体(F)を構成するポリオレフィン樹脂成形体を構成する組成物の製造方法は、特に限定されず、従来公知の方法で、必要に応じて、前記配合成分をプロピレン系樹脂へ配合し、混合及び溶融混練することにより製造することができる。本発明においては、上述した必須成分、すなわち、ポリオレフィン樹脂並びに必要に応じて用いられる任意成分等を、前記配合割合で配合して、一軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、ロールミキサー、ブラベンダープラストグラフ、ニーダー等の通常の混練機を用いて混練・造粒することによって、本発明の熱可塑性樹脂成形体(F)を構成する熱可塑性樹脂組成物が得られる。
[熱可塑性樹脂成形体(F)の製造及びその用途]
本発明の基材である熱可塑性樹脂成形体(F)は、前記熱可塑性樹脂成形体(F)を使用し、公知の各種方法による成形により得ることができる。例えば射出成形(ガス射出成形も含む)、圧縮成形、射出圧縮成形(プレスインジェクション)、押出成形、中空成形、回転成形、カレンダー成形、インフレーション成形、一軸延伸フィルム成形、二軸延伸フィルム成形等にて成形することによって各種成形体を得ることができる。このうち、生産性や使用目的等を考慮すると射出成形、圧縮成形、射出圧縮成形、延伸フィルム成形による成形体が好ましい。
本発明のプロピレン系樹脂塗装成形体は、各種工業部品分野、特に薄肉化、高機能化、大型化された各種成形品、例えばバンパー、インストルメントパネル、トリム、ガーニッシュなどの自動車部品、テレビケース、洗濯機槽、冷蔵庫部品、エアコン部品、掃除機部品などの家電機器部品、便座、便座蓋、水タンクなどのトイレタリー周りの部品、浴槽、浴室の壁、天井などの部品、排水パンなどの浴室周りの部品などの各種工業部品用成形材料、食品包装容器、各種シート、フィルム、合成紙等として、実用に十分な性能を有している。
次に本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に制限されるものでは無い。特にことわらない限り、%は重量%を表す。
<物性測定方法及び評価方法>
(1)重量平均分子量[Mw]および分子量分布[Mw/Mn]
(1−1)ポリプロピレン換算での分子量の測定法
はじめに、試料20mgを30mlのバイアル瓶に採取し、安定剤としてBHT(3,5−ジブチル−4−ヒドロキシトルエン)を0.04重量%含有するオルトジクロロベンゼン20gを添加した。135℃に加熱したオイルバスを用いて試料を溶解させた後、孔径3μmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)フィルターにて熱濾過を行い、ポリマー濃度0.1重量%の試料溶液を調製した。
次に、カラムとしてTSKgel GM H−HT(30cm×4本)及びRI検出器を装着したウォーターズ(Waters)社製GPC150CVを使用し、GPC測定を行った。測定条件としては、試料溶液のインジェクション量:500μl、カラム温度:135℃、溶媒:オルトジクロロベンゼン、流量:1.0ml/minを採用した。
平均分子量の算出に際しては、標準試料として市販の単分散のポリスチレンを使用し、該ポリスチレン標準試料およびポリプロピレンの粘度式から、保持時間と平均分子量に関する校正曲線を作成し、プロピレン−α−オレフィン共重合体の分子量の算出を行った。
粘度式としては[η]=K・Mαを使用し、ポリスチレンに対しては、K=1.38E−4、α=0.70を、プロピレン−α−オレフィン共重合体に対してはK=1.03E−4、α=0.78を使用した。
また、得られた重量平均分子量Mw、数平均分子量Mnの値から分子量分布Mw/Mnを算出した。
(1−2)ポリスチレン換算での分子量の測定法
はじめに、試料5mgを10mlのバイアル瓶に採取し、安定剤としてBHT250ppm含有のテトラヒドロフランを5g添加し50℃で完全に溶解させる。室温に冷却後孔径0.45μmのフィルターでろ過し、ポリマー濃度0.1重量%の試料溶液を調製した。
次に、カラムとしてTSKgel GMHXL−L(30cm×2本)にガードカラムTSKguardcolumnHXL−Hを装着した東ソー(株)社製GPC HLC−8020を使用しGPC測定を行った。測定条件としては、試料溶液のインジェクション量:50μl、カラム温度:40℃、溶媒:テトラヒドロフラン、流量1.0ml/minを採用した。
分子量の算出に際しては、標準試料として市販の単分散のポリスチレン標準試料を測定し、標準試料の保持時間と分子量から検量線を作成し算出を行った。
(2)グラフト率
重合体200mgとクロロホルム4800mgを10mlのサンプル瓶に入れて50℃で30分加熱し完全に溶解させた。材質NaCl、光路長0.5mmの液体セルにクロロホルムを入れ、バックグラウンドとした。次に溶解した重合体溶液を液体セルにいれて、日本分光(株)製FT−IR460plusを用い、積算回数32回にて赤外線吸収スペクトルを測定した。無水マレイン酸のグラフト率は、無水マレイン酸をクロロホルムに溶解した溶液を測定し検量線を作成したものを用いて計算した。そしてカルボニル基の吸収ピーク(1780cm−1付近の極大ピーク、1750〜1813cm−1)の面積から、別途作成した検量線に基づき、重合体中の酸成分含有量を算出し、これをグラフト率(重量%)とした。
(3)立体規則性
ポリプロピレンの立体規則性[mmmm]は、NMR装置(日本電子(株)製、400MHz)にて13C−NMRスペクトル測定法により測定した。試料350〜500mgを、10mmφのNMR用サンプル管中で、約2.2mlのオルトジクロロベンゼンを用いて完全に溶解させた。次いで、ロック溶媒として約0.2mlの重水素化ベンゼンを加え、均一化させた後、130℃でプロトン完全デカップリング法により測定を行った。測定条件は、フリップアングル90°、パルス間隔5T1以上(T1は、メチル基のスピン格子緩和時間のうち最長の値)とした。プロピレン系重合体において、メチレン基及びメチン基のスピン格子緩和時間はメチル基のそれよりも短いので、この測定条件では、すべての炭素の磁化の回復は99%以上である。20時間以上の積算を行い測定した。
(4)重合体(B1)のガラス転移温度(Tg)
オレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)の各単量体成分により形成されるホモポリマーのガラス転移温度から、次式により重合体(B1)のガラス転移温度(Tg)を算出した。
1/Tg=W/Tg+W/Tg+・・・+W/Tg
但し、Tg:重合体(B1)のガラス転移温度(絶対温度)、W〜W:単量体(B)の成分1〜nの重量分率、Tg〜Tg:単量体(B)の成分1〜nのホモポリマーのガラス転移温度(絶対温度)
なお、アクリル酸ブチル(BA)のホモポリマーのTgは−52℃であり、メタアクリル酸メチル(MMA)のホモポリマーのTgは105℃である。
(5−1)ポリオレフィン系樹脂(A)水性分散体の分散粒子径
日機装(株)社製マイクロトラック UPA(モデル9340 バッチ型 動的光散乱法/レーザードップラー法)を用いて測定した。分散体の密度を0.87kg/m、形状を球形、分散媒を水として測定時間180秒にて測定し、体積換算として粒子が細かい方から累積で50%粒子径、90%粒子径を求めた。
(5−2)ポリオレフィン系複合樹脂水性分散体の分散粒子径
大塚電子(株)社製ELS−8000(動的光散乱法)を用いて測定した。液温25℃にて、フィルター値25%の濃度により測定し、算出される平均粒子径を求めた。
<塗料用プライマーとしての評価>
(6)密着性(接着力)
自動車外装用グレードのポリプロピレンを、70mm×150mm×3mmにインジェクション成型した基板(試験片)を作成し、基板表面をイソプロピルアルコールで清拭した。ここに、ポリオレフィン系複合樹脂水性分散体を塗布量(塗布後の乾燥重量)約5〜10g/mとなるように噴霧塗布した。次にこの塗布後の試験片をセーフベンドライヤー中80℃で5分乾燥した。次いでその塗膜の上からベースコートとしてアクリルポリオールウレタン塗料を、所定の硬化剤を配合した上、さらに専用シンナーで粘度調整を行い、乾燥塗布量が200〜300g/mになるように噴霧塗布し、90℃で30分焼き付けし、塗装板を得た。
得られた塗装板を23℃、65%RHにて一日保持後、塗膜の上からガムテープを貼り付け補強を行った。その後、塗膜に10mm幅に切れ目をいれ、FUDO社製レオメーターを用いて引っ張り速度50mm/minにて、180度方向に引張った時の剥離強度を測定し、剥離強度を1cmあたりに換算して、ピール強度を算出した。
(7)最低造膜温度(MFT)
熱勾配試験装置(日理商事(株)製ASTM D2354−65T)を使用して、ポリオレフィン系複合樹脂水性分散体を0.2mmアプリケーターで塗布したものを、JIS K6828−2に従い測定した。
(8)フィルムの伸度と強度
70℃のホットプレート上に15cm角のガラス板を置き、固形分を30%に調整した重合体7.5gを均一に流し込み、皮膜を作成した。作成した皮膜を室温に戻し、長さ60mm、幅5mmの短冊状に切断し、23℃,50%RHにて16時間以上養生を実施し試験片とした。これを、オートコムC型万能機((株)キーエスイー社製)を用いて、23℃、50%RHの測定雰囲気下、クロスヘッドスピード200mm/min、チャック間隔20mmの条件で、引張試験を行い、最大強度(MPa)及び最大伸度(%)を測定した。
<原材料>
[樹脂(A)関連]
・プロピレン−αオレフィン共重合体…メタロセン触媒によって重合、融点75℃、重量平均分子量(Mw)240,000(ポリプロピレン換算)、分子量分布(Mw/Mn)2.2
・無水マレイン酸…三菱化学(株)製
・t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート…日本油脂(株)製:パーブチルI、以下「パーブチルI」と称する。
・トルエン…三和化学産業(株)製
・メトキシポリ(オキシエチレン/オキシプロピレン)−2−プロピルアミン(数平均分子量1,000)…ハンツマン社製:ジェファーミンM−100(25℃の水に10重量%の濃度で溶解させたときに不溶分が1重量%以下。)
・イソプロパノール…三和化学産業(株)製、以下「IPA」と称する。
[ラジカル重合性単量体(B)関連]
・アクリル酸ブチル…三菱化学(株)製、以下「BA」と称する。
・メタアクリル酸メチル…三菱レイヨン(株)製、以下「MMA」と称する。
・α−スルホ−ω−(1−(アルコキシ)メチル−2−(2−プロペニルオキシ)エトキシ)−ポリ(オキシ−1,2−エタンジイル)のアモニウム塩…(株)アデカ製:商品名アデカリアソープSR−10
・乳化剤…ポリオキシエチレンアルキルエーテル、花王(株)製:商品名エマルゲン1118S−70
・t−ブチルハイドロパーオキサイド…化薬アクゾ(株)製:商品名カヤブチルH−70
・二硫化チオ尿素…(株)アデカ製:商品名テックライト
[製造例1:無水マレイン酸変性プロピレン共重合体の製造]
プロピレン−αオレフィン共重合体200kgと無水マレイン酸5kgをスーパーミキサーでドライブレンドした後、2軸押出機(日本製鋼所社製TEX54αII)を用い、プロピレン−αオレフィン共重合体100重量部に対し1重量部となるようにパーブチルIを液添ポンプで途中フィードしながら、ニーディング部のシリンダー温度200℃、スクリュー回転数125rpm、吐出量80kg/時間の条件下で混練し、ペレット状の製品(無水マレイン酸変性プロピレン−αオレフィン共重合体)を得た。
このようにして得られた無水マレイン酸変性プロピレン−αオレフィン共重合体の無水マレイン酸基の含量(グラフト率)は0.8重量%(無水マレイン酸基として0.08mmol/g、カルボン酸基として0.16mmol/g)であった。また重量平均分子量は156,000、数平均分子量は84,000(共にポリスチレン換算)であった。
[製造例2:無水マレイン酸およびポリアルキレングリコール変性プロピレン共重合体の水性分散液の製造]
還流冷却管、温度計、攪拌機のついたガラスフラスコ中に、製造例1で得られた無水マレイン酸変性プロピレン−αオレフィン共重合体100gとトルエン150gとを入れ、容器内を窒素ガスで置換し、110℃に昇温し、該共重合体を溶解した。該共重合体が溶解した後、無水マレイン酸を1.5g、パーブチルIを1.0g加え、7時間同温度で攪拌を続けて反応を行った。
反応終了後、無水マレイン酸由来の副生成物を洗浄して除去し、次いで、成分(C)であるメトキシポリ(オキシエチレン/オキシプロピレン)−2−プロピルアミン15g(15mmol;無水マレイン酸変性プロピレン共重合体100重量部に対し15重量部に相当)をIPA280gに溶解した溶液を滴下し70℃で1時間反応させた。さらにアミノメチルプロパノールを1.4g(15.6mmol)を添加した。その後、温度を70℃に保ち、攪拌しながら水280gを滴下し、減圧下にてトルエンとIPAを除くことにより、界面活性剤を使用せずに、樹脂固形分濃度が30重量%の乳白色の水性分散液(成分(A))を得た。
前記の(5−1)に記載の測定方法によって、分散粒子径を測定した結果、50%粒子径は0.106μm、90%粒子径は0.200μmであった。
なお、メトキシポリ(オキシエチレン/オキシプロピレン)−2−プロピルアミンを反応させる前の変性プロピレン共重合体にアセトンを加えて、沈殿したポリマーを濾別し、さらに得られたポリマーをアセトンで洗浄した。洗浄後に得られたポリマーを減圧乾燥することにより、白色粉末状の変性ポリマーが得られた。この変性ポリマーの赤外線吸収スペクトル測定を行った結果、無水マレイン酸基の含量(グラフト率)は、1.5重量%(0.15mモル/g)であった。
[製造例3:無水マレイン酸変性ポリプロピレンの製造]
1,000ml丸底フラスコに、脱塩水110ml、硫酸マグネシウム・7水和物22.2g及び硫酸18.2gを採取し、攪拌下に溶解させた。この溶液に、市販の造粒モンモリロナイト(水澤化学工業(株)製、ベンクレイSL)16.7gを分散させ、2時間かけて100℃まで昇温し、100℃で2時間攪拌を行った。その後、1時間かけて室温まで冷却し、得られたスラリーを濾過してウェットケーキを回収した。回収したケーキを1,000ml丸底フラスコにて、脱塩水500mlにて再度スラリー化し、濾過を行った。この操作を2回繰り返した。最終的に得られたケーキを、窒素雰囲気下110℃で終夜乾燥し、化学処理モンモリロナイト13.3gを得た。
得られた化学処理モンモリロナイト4.4gに、トリエチルアルミニウムのトルエン溶液(0.4mモル/ml)20mlを加え、室温で1時間攪拌した。この懸濁液にトルエン80mlを加え、攪拌後、上澄みを除いた。この操作を2回繰り返した後、トルエンを加えて、粘土スラリー(スラリー濃度:99mg粘土/ml)を得た。
別のフラスコに、トリイソブチルアルミニウム(東ソー・アクゾ社製)0.2mmolを採取し、ここで得られた粘土スラリー19ml及びジクロロ[ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(2,4−ジメチル−4H−5,6,7,8−テトラヒドロ−1−アズレニル)ハフニウム131mg(57μmol)のトルエン希釈液を加え、室温で10分間撹拌し、触媒スラリーを得た(触媒の製造方法については特開2004−002310号公報を参照した)。
次いで、内容積24リッターの誘導攪拌式オートクレーブ内に、トルエン11L、トリイソブチルアルミニウム3.5mmol及び液体プロピレン2.64Lを導入した。室温で、上記触媒スラリーを全量導入し、72℃まで昇温し重合時の全圧を0.7MPaで一定に保持しながら、同温度で2時間攪拌を継続した。攪拌終了後、未反応プロピレンをパージして重合を停止した。オートクレーブを開放してポリマーのトルエン溶液を全量回収し、溶媒ならびに粘土残渣を除去したところ、7.3重量%のプロピレン重合体トルエン溶液を1kg(0.73kgプロピレン重合体)得た。得られたポリプロピレンの重量平均分子量Mwは39,000(ポリプロピレン換算)、立体規則性[mmmm]は37.6%であった。DSCにて融点を測定したが、明確な融点を示さなかった。
還流冷却管、温度計、攪拌機のついたガラスフラスコ中に、上記で得られたポリプロピレン350gとトルエン650gとを入れ、容器内を窒素ガスで置換し、110℃に昇温した。昇温後無水マレイン酸17.5gを加え、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(日本油脂(株)製、パーブチルI)8.75gを加え、7時間同温度で攪拌を続けて反応を行った。反応終了後、系を室温付近まで冷却し、アセトンを加えて、沈殿したポリマーを濾別した。さらにアセトンで沈殿・濾別を繰り返し、最終的に得られたポリマーをアセトンで洗浄した。洗浄後に得られたポリマーを減圧乾燥することにより、白色粉末状の無水マレイン酸変性ポリプロピレンが得られた。この変性ポリマーの赤外線吸収スペクトル測定を行った結果、無水マレイン酸基の含量(グラフト率)は、1.5重量%(0.15mmol/g)であった。また重量平均分子量は35,000(ポリスチレン換算)であった。
[製造例4:ポリアルキレングリコール変性ポリプロピレンの水性分散液の製造]
還流冷却管、温度計、攪拌機のついたガラスフラスコ中に、製造例3で合成した無水マレイン酸変性ポリプロピレン100gとトルエン150gを加え、温度を110℃に昇温し完全に溶解した。次いでメトキシポリ(オキシエチレン/オキシプロピレン)−2−プロピルアミン(ハンツマン社製ポリエーテルアミン;ジェファーミンM−1000、分子量1000(公称値))15g(7.5mmol、無水マレイン酸変性ポリプロピレン100重量部に対し15重量部に相当)をIPA280gに溶解した溶液を加え70℃で1時間反応させた。以下製造例2と同様にして、樹脂固形分濃度26.8%の乳白色の水性分散液(成分(A))を得た。
前記の(5−1)に記載の測定方法にて分散粒子径を測定した結果、50%粒子径0.118μm、90%粒子径は0.240μmであった。
[参考例1]
製造例2で得られた変性プロピレン共重合体の水性分散液(成分(A))を用いて、前記の(5−2)に記載の測定方法にて分散粒子径を測定した結果、0.106μmであった。上記製造例2で得られた水性分散液の評価結果を表1に示す。
[参考例2]
製造例4で得られた変性ポリプロピレンの水性分散液(成分(A))を用いて、前記の(5−2)に記載の測定方法にて分散粒子径を測定した結果、0.118μmであった。上記製造例4で得られた水性分散液の評価結果を表1に示す。
[実施例1]ポリアルキレングリコール変性プロピレン共重合体と(メタ)アクリル酸エステルの複合樹脂水性分散体の製造
予め製造例2で得られた変性プロピレン共重合体の水性分散液70重量部(固形分)に、BA12重量部とMMA18gにα−スルホ−ω−(1−(アルコキシ)メチル−2−(2−プロペニルオキシ)エトキシ)−ポリ(オキシ−1,2−エタンジイル)のアンモニウム塩0.45gを溶解した混合液をプロペラ式撹拌翼を有するフラスコ中へ攪拌しながら添加し、混合分散液を作成した。還流冷却管、滴下漏斗、温度計、攪拌機のついたガラスフラスコ中に、水18gと乳化剤0.32gと予め作成した上記混合分散液26.37gを入れ、液温が65℃になるように調整した。そこへt−ブチルハイドロパーオキサイドを0.13g添加し、2%の二硫化チオ尿素水溶液2.30gを添加して(メタ)アクリル酸エステルの乳化重合を開始した。10分後、70℃にて残りの混合分散液を2.5時間かけて連続添加し、その後、70℃にて熟成反応を2時間実施し、複合樹脂分散体を得た。
前記の(5−2)に記載の測定方法にて分散粒子径を測定した結果、0.134μmであった。得られた複合樹脂分散体の評価結果を表1に示す。
[実施例2〜6]
製造例2で得られた変性プロピレン共重合体の水性分散液(成分(A))の使用量、及びMMA、BAの使用量を表1に記載の量とした以外は、実施例1に記載の方法にしたがって、複合樹脂分散体を得た。
前記の(5−2)に記載の測定方法にて分散粒子径を測定した結果を表1に示す。また、得られた複合樹脂分散体の評価結果を表1に示す。
[実施例7,8]
製造例2で得られた変性プロピレン共重合体の水性分散液の代わりに、製造例4で得られた変性ポリプロピレンの水性分散液を用い、その使用量及びMMA、BAの使用量を表1に記載の量とした以外は、実施例1に記載の方法にしたがって、複合樹脂分散体を得た。
前記の(5−2)に記載の測定方法にて分散粒子径を測定した結果を表1に示す。また、得られた複合樹脂分散体の評価結果を表1に示す。
[比較例1](メタ)アクリル樹脂水性分散体の製造
実施例1の変性プロピレン共重合体の水性分散体を使用せず、水18gを用いて混合分散液を作成した。その他は実施例1に従い実施した。
前記の(5−2)に記載の測定方法にて分散粒子径を測定した結果、0.135μmであった。得られた樹脂水性分散体の評価結果を表1に示す。
[実施例6−2]
前記の実施例6で得られた複合樹脂分散体を、常温にて減圧乾燥してフィルムを作成し、該フィルムにエポキシ樹脂にて包埋処理を行なった。さらに、該フィルムをRuO4にて染色し、厚さ80nmの超薄切片を作成した。
得られた超薄切片について、透過型電子顕微鏡JEM1230(日本電子社製)を用いて、加速電圧120KVにて観察を行なった。
観察した結果を図1に示した。図1の通り、複合樹脂粒子の内部(コア)がRuO4で染色されないアクリル成分を主成分として含み、粒子の外側(シェル)が染色されたポリプロピレン成分を主成分として含む、コア/シェル構造を有していることがわかる。

Claims (12)

  1. コア/シェル構造を有する複合樹脂粒子が水に分散されてなるポリオレフィン系複合樹脂水性分散体であって、
    該複合樹脂粒子のシェル(外側)がポリオレフィン系樹脂(A)を主成分として含み、コア(内側)がオレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を重合してなる重合体(B1)を主成分として含んでなり、かつ、該複合樹脂粒子中のコア:シェルの重量比が95:5〜5:95であることを特徴とする、ポリオレフィン系複合樹脂水性分散体。
  2. 前記ポリオレフィン系樹脂(A)が、オレフィン系重合体(A1)に親水性高分子(C)を(A1):(C)=100:1〜100:300(重量比)の割合で結合させてなるオレフィン系重合体−親水性高分子共重合体(D)である、請求項1に記載のポリオレフィン系複合樹脂水性分散体。
  3. ポリオレフィン系樹脂(A)、及びオレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を重合してなる重合体(B1)を含む複合樹脂粒子が水に分散されてなるポリオレフィン系複合樹脂水性分散体であって、
    ポリオレフィン系樹脂(A)として、自己乳化性オレフィン系重合体(E)を用い、この自己乳化性オレフィン系重合体(E)の水性分散液中で、オレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を乳化重合して得られる前記複合樹脂粒子が水に分散されてなることを特徴とするポリオレフィン系複合樹脂水性分散体。
  4. 前記自己乳化性オレフィン系重合体(E)が、オレフィン系重合体(A1)に親水性高分子(C)を(A1):(C)=100:1〜100:300(重量比)の割合で結合させてなるオレフィン系重合体−親水性高分子共重合体(D)である、請求項3に記載のポリオレフィン系複合樹脂水性分散体。
  5. 前記ラジカル重合性単量体(B)が(メタ)アクリル酸エステルを含む単量体である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のポリオレフィン系複合樹脂水性分散体。
  6. 前記ポリオレフィン系樹脂(A)を構成するオレフィン系重合体(A1)は、下記(1)〜(3)の全ての特徴を有するプロピレン系重合体である、請求項2,4及び5のいずれか1項に記載のポリオレフィン系複合樹脂水性分散体。
    (1)プロピレン含有率が50モル%以上
    (2)分子量分布[Mw/Mn]が4.0以下
    (3)融点[Tm]が125℃以下
  7. 前記オレフィン系重合体−親水性高分子共重合体(D)がオレフィン系重合体(A1)に親水性高分子(C)をグラフト結合させたグラフト共重合体である、請求項2,4乃至6のいずれか1項に記載のポリオレフィン系複合樹脂水性分散体。
  8. 前記親水性高分子(C)がポリエーテル樹脂である、請求項2、4乃至7のいずれか1項に記載のポリオレフィン系複合樹脂水性分散体。
  9. 前記複合樹脂粒子が分散粒子径0.5μm以下で水に分散されてなる、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のポリオレフィン系複合樹脂水性分散体。
  10. 塗料、プライマー、インク及び接着剤から選ばれる1種に使用される請求項1乃至9のいずれか1項に記載のポリオレフィン系複合樹脂水性分散体。
  11. オレフィン以外のラジカル重合性単量体(B)を溶媒に混合分散して混合液を得、次いで該混合液を、ポリオレフィン系樹脂(A)とラジカル重合性単量体(B)との重量比が95:5〜5:95となるように、自己乳化性オレフィン系重合体(E)からなるポリオレフィン系樹脂(A)の水性分散液に添加し、次いで、ラジカル重合性単量体(B)を乳化重合することを特徴とする、ポリオレフィン系複合樹脂水性分散体の製造方法。
  12. 熱可塑性樹脂成形体(F)上に、請求項1乃至10のいずれか1項に記載のポリオレフィン系複合樹脂水性分散体を用いて形成される樹脂層を有する積層体。
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