JP4781694B2 - 水性エマルジョン - Google Patents
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Description
通常、PVAを分散剤とする水性エマルジョンでは、各種界面活性剤(乳化剤)を用いたエマルジョンに比べて固形分濃度が低いことは良く知られているところである。これは別の観点から言えば低固形分濃度でありながらエマルジョン粘度が高いことを意味しており、PVAを分散剤とした水性エマルジョンの特徴の一つとされてきた点である。
これら水性エマルジョンを接着剤などに用いる場合などにおいては、当然のことながら水性エマルジョン中に含まれる水の蒸発などによる除去が接着剤処理でのセッティングスピードに影響を与え、水性エマルジョン中の水分が少ないこと、すなわち固形分濃度が高いことが、セッティングスピードの向上という点において極めて重要なこととなる。接着剤以外の用途においても水性エマルジョン中の水分を出来るだけ少なくすることは最終製品の製造工程における省エネルギー化の必要性が高まっている昨今にあってますます重要な課題となっており、これに応える意味においてもエマルジョンの高固形分濃度化に関する技術開発が待たれるところである。
しかしながら、通常、PVAを分散剤とした場合においては、水性エマルジョンの固形分濃度を高めようと種々努力してみてもエマルジョンの粘度が高くなり過ぎる為、固形分濃度40〜50%程度のものしか得られない。
また、PVAの重合度を20〜300の低重合度とすることで、高固形分濃度のエマルジョンを得る方法(特許文献1)もあるが、この方法は重合中の安定性および、水性エマルジョンを乾燥して得られる皮膜の強度の点において不十分であった。
また、ビニルエステル系単位を有する重合体(A)を分散質とし、1,2−グリコール結合を1.9モル%以上有するPVA(B)を分散剤とする水性エマルジョン(特許文献2〜3)も知られているが、ここには固形分濃度を55%以上で、粘度が2000mPa・s以下の水性エマルジョンについて開示されていない。
上記エチレン性不飽和単量体の重合体としては、特にビニルエステル系(共)重合体、たとえばビニルエステル系重合体、エチレンとビニルエステルとの共重合体が好適である。
固形分濃度の上限値については65重量%以下であることが好適であり、また、粘度の下限値については500mPa・s以上であることが好適である。なお、固形分濃度とは水と分散質と分散剤の合計量に対する分散質と分散剤との合計量の重量%を表す。
水性エマルジョンを0.2%の濃度に希釈し、動的光散乱法により平均粒子径の測定を行った(大塚電子(株)製;レーザーデータ電位系ELS−8000)
水性エマルジョン約3gをアルミ皿にとり、精秤後、105℃の乾燥機で24時間乾燥し、水分を揮発させた。その後の乾燥物の重量を測定し、重量比から固形分濃度を算出した。
(粘度)
B型粘度計により、30℃,20rpmの粘度を測定した。
(沈降安定性)
水性エマルジョンを、直径22mmの試験管へ150mmの高さまで充填し密栓し、これを20℃の雰囲気下で4週間静置後、液面上部10mm,下部10mmの位置よりエマルジョンをスポイドにて採取し、固形分濃度を測定し、上部固形分濃度/下部固形分濃度の比にて、沈降安定性を評価した。
(機械的安定性)
水性エマルジョンを、マロン式機械的安定性測定機を用い、20℃、荷重0.5kg/cm2、1000rpmの条件で10分間試験を行った後、60メッシュ(ASTM式標準フルイ)ステンレス製金網を用いてろ過し、エマルジョンの固形分重量に対するろ過残渣重量の割合(%)を測定した。ろ過残渣重量の割合が少ないほど機械的安定性が優れていることを示す。
なお、固形分濃度およびろ過残渣重量の測定は次のとおりである。
*ろ過残渣重量の測定法
ろ過残渣を105℃の乾燥機で24時間乾燥し、水分を揮発させ、乾燥物の重量をろ過残渣重量とした。
(耐皮張り性)
20℃、65%RH雰囲気下で、ガラス板上に水性エマルジョンを幅約50mm、長さ約150mm程度で1mm厚に塗布し、一定時間毎に千枚通しの針先でガラス板の表面が露出する深度で幅50mmを約1秒かけて完全に横断させて軌跡をつけ、部分的に微小な皮張りが完全に軌跡周辺に認められるまでの時間を測定した。
攪拌機、窒素導入口、開始剤導入口を備えた5L加圧反応槽に酢酸ビニル2940g、メタノール60g および酒石酸0.088gを仕込み、室温下に窒素ガスによるバブリングをしながら反応槽圧力を2.0MPaまで昇圧して10分間放置した後、放圧するという操作を3回繰り返して系中を窒素置換した。開始剤として2, 2' −アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)(V−40)をメタノールに溶解した濃度0.2g/L溶液を調製し、窒素ガスによるバブリングを行って窒素置換した。次いで上記の重合槽内温を120℃に昇温した。このときの反応槽圧力は0.5MPaであった。次いで、上記の開始剤溶液2.5mlを注入し重合を開始した。重合中は重合温度を120℃に維持し、上記の開始剤溶液を用いて10.0ml/hrでV−40を連続添加して重合を実施した。重合中の反応槽圧力は0.5MPaであった。3時間後に冷却して重合を停止した。このときの固形分濃度は24%であった。次いで、30℃減圧下にメタノールを時々添加しながら未反応酢酸ビニルモノマーの除去を行い、ポリ酢酸ビニルのメタノール溶液(濃度33%)を得た。得られた該ポリ酢酸ビニル溶液にメタノールを加えて濃度が25%となるように調整したポリ酢酸ビニルのメタノール溶液400g(溶液中のポリ酢酸ビニル100g)に、40℃で3.72g(ポリ酢酸ビニル中の酢酸ビニル単位に対してモル比(MR)0.008)のアルカリ溶液(NaOHの10%メタノール溶液)を添加してけん化を行った。アルカリ添加後約2分でゲル化したものを粉砕器にて粉砕し、1時間放置してけん化を進行させた後、酢酸メチル1000gを加えて残存するアルカリを中和した。フェノールフタレイン指示薬を用いて中和の終了を確認後、濾別して得られた白色固体のPVAにメタノール1000gを加えて室温で3時間放置洗浄した。上記洗浄操作を3回繰り返した後、遠心脱液して得られたPVAを乾燥機中70℃で2日間放置して乾燥PVA(PVA−1)を得た。得られたPVA(PVA−1)のけん化度は88モル%であった。また、重合後未反応酢酸ビニルモノマーを除去して得られたポリ酢酸ビニルのメタノール溶液をアルカリモル比0.5でけん化して、粉砕したものを60℃で5時間放置してけん化を進行させた後、メタノールによるソックスレー洗浄を3日間実施し、次いで80℃で3日間減圧乾燥を行って精製PVAを得た。該PVAの平均重合度を常法のJISK6726に準じて測定したところ1700であった。該精製PVAの1, 2−グリコール結合量を500MHzプロトンNMR(JEOL GX−500)装置による測定から求めたところ、2.2モル%であった。
PVA−1の製法において、アルカリ溶液の添加量を11.6gに変えた以外は同様にしてPVA−2を得た。これをPVA−1と同様に測定した結果、平均重合度は1700、けん化度98モル%、1, 2−グリコール結合量は2.2モル%であった。
攪拌機、窒素導入口、開始剤導入口を備えた入口を備えた5L加圧反応槽に酢酸ビニル2850g、メタノール150gおよび酒石酸0.086gを仕込み、室温下に窒素ガスによるバブリングをしながら反応槽圧力を2.0MPaまで昇圧して10分間放置した後、放圧するという操作を3回繰り返して系中を窒素置換した。開始剤として2, 2' −アゾビス(N- ブチル−2−メチルプロピオンアミド)をメタノールに溶解した濃度0.1g/L溶液を調製し、窒素ガスによるバブリングを行って窒素置換した。次いで上記の重合槽内温を150℃に昇温し、エチレンを導入し、反応槽圧力を20MPaとした。次いで、上記の開始剤溶液15.0mlを注入し重合を開始した。重合中は重合温度を150℃に維持し、上記の開始剤溶液を用いて15.8ml/hrで2, 2' −アゾビス(N- ブチル−2−メチルプロピオンアミド)を連続添加して重合を実施した。重合中の反応槽圧力は20MPaであった。4時間後に冷却して重合を停止した。このときの固形分濃度は35%であった。次いで、30℃減圧下にメタノールを時々添加しながら未反応酢酸ビニルモノマーの除去を行い、ポリ酢酸ビニルのメタノール溶液(濃度33%)を得た。得られた該ポリ酢酸ビニル溶液にメタノールを加えて濃度が25%となるように調整したポリ酢酸ビニルのメタノール溶液400g(溶液中のポリ酢酸ビニル100g)に、40℃で4.65g(ポリ酢酸ビニル中の酢酸ビニル単位に対してモル比(MR)0.01)のアルカリ溶液(NaOHの10%メタノール溶液)を添加してけん化を行った。アルカリ添加後約3分でゲル化したものを粉砕器にて粉砕し、1時間放置してけん化を進行させた後、酢酸メチル1000gを加えて残存するアルカリを中和した。フェノールフタレイン指示薬を用いて中和の終了を確認後、濾別して得られた白色固体のPVAにメタノール1000gを加えて室温で3時間放置洗浄した。上記洗浄操作を3回繰り返した後、遠心脱液して得られたPVAを乾燥機中70℃で2日間放置して乾燥PVA(PVA−3)を得た。得られたPVA(PVA−3)のけん化度は88モル%であった。また、重合後未反応酢酸ビニルモノマーを除去して得られたポリ酢酸ビニルのメタノール溶液をアルカリモル比0.5でけん化した後、粉砕したものを60℃で5時間放置してけん化を進行させた後、メタノールによるソックスレー洗浄を3日間実施し、次いで80℃で3日間減圧乾燥を行って精製PVAを得た。該PVAの平均重合度を常法のJISK6726に準じて測定したところ1000であった。該精製PVAの1, 2−グリコール結合量を500MHzプロトンNMR(JEOLGX−500)装置による測定から前述のとおり求めたところ、2.5モル%であった。また、エチレン単位の含有量は4.0モル%であった。
PVA−3の製法において、重合温度を制御してPVA−4を得た。これをPVA−3と同様に測定した結果、平均重合度は1000、けん化度88モル%、1, 2−グリコール結合量は1.6モル%であった。また、エチレン単位の含有量は4.0モル%であった。
(株)クラレ製 商品名:PVA−217(ケン化度88モル%、平均重合度1700、1,2−グリコール結合1.6モル%)
(株)クラレ製 商品名:PVA−117(ケン化度98モル%、平均重合度1700、1,2−グリコール結合1.6モル%)
実施例1においてPVA−1の使用量をPVA−5(重合度1700、けん化度88モル%、1, 2−グリコール結合量1.6モル%)に変えた以外は実施例1と同様に重合を行ったが、安定性不足の為、ブロック化した。
実施例1においてPVA−1をPVA−6(重合度1700、けん化度98モル%、1, 2−グリコール結合量1.6モル%)に変えた以外は実施例1と同様に重合を行ったが、安定性不足の為、ブロック化した。
実施例1においてPVA−1をPVA−4(重合度1700、けん化度88モル%、1, 2−グリコール結合量1.6モル%、エチレン含有量4.0モル%)に変えた以外は実施例1と同様に重合を行ったが、安定性不足の為、ブロック化した。
実施例1においてPVA−1の使用量を4.3gに変えた以外は実施例1と同様に重合を行ったが、安定性不足の為、ブロック化した。
実施例6においてPVA−1をPVA−5(重合度1700、けん化度88モル%、1, 2−グリコール結合量1.6モル%)に変えた以外は実施例6と同様にして重合を行い、固形分62.3%、粘度2500mPa・s、平均粒子径3.0μmのポリ(エチレンー酢酸ビニル)共重合体エマルジョンを得た。
実施例6においてPVA−1に変えてPVA−2(重合度1700、けん化度98モル%、1, 2−グリコール結合量2.2モル%)を27g用いたこと、並びにイオン交換水および酢酸ビニルをそれぞれ345gおよび280g用いたこと以外は実施例6と同様にして重合を行い、固形分50.1%、粘度20000mPa・s、平均粒子径径0.5μmのポリ(エチレンー酢酸ビニル)共重合体エマルジョンを得た。
実施例6において、PVA−1を15g、イオン交換水を315.5g、酢酸ビニルを315g用いた以外は実施例6と同様にして重合を行い、固形分54.4%、粘度3400mPa・s、平均粒子径径0.8μmのポリ(エチレンー酢酸ビニル)共重合体エマルジョンを得た。
実施例1において用いたPVA−1の使用量を16gに変えた以外は実施例1と同様にして重合を行い、固形分58.5%、粘度10000mPs・s、平均粒子径0.9μmのポリ酢酸ビニルエマルジョンを得た。
比較例5においてPVA−1をPVA−5(重合度1700、けん化度88モル%、1, 2−グリコール結合量1.6モル%)に変えた以外は比較例5と同様にして重合反応を行ったが、安定性不足の為、ブロック化した。
Claims (1)
- ポリ酢酸ビニル(A)を分散質とし、1,2−グリコール結合を1.9モル%以上有する、重合度300以上、けん化度が70モル%以上であるビニルアルコール系重合体(B)を分散剤とし、重量比(B)/(A)が1.3/100〜2.7/100であり、固形分濃度が59.1重量%以上、エマルジョン粘度が1850mPa・s以下、かつ平均粒子径が1〜2μmである水性エマルジョン。
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