JP6058843B1 - アクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特開平5−194911号公報(特許文献3)には、特定のマクロモノマーを5〜90重量%およびPDMS(ポリジメチルシリコーン)を95〜10重量%の割合で含むアクリル酸エステル系共重合エマルジョンを含有することを特徴とするトップコート剤が記載されている。
特開2005−336436号公報(特許文献4)には、ラジカル重合性単量体〔A〕、シリコーンオリゴマー〔B〕、重合開始剤〔E〕および乳化剤〔D〕からなるプレ乳化液に、加水分解性シラン〔C〕を混合した後、水性媒体中において重合することを特徴とする高耐久性エマルジョンの製造方法が記載されている。
特開2001−302920号公報(特許文献5)には、(A)オルガノシラン、該オルガノシランの加水分解物および該オルガノシランの縮合物から選ばれる少なくとも1種と(B)ラジカル重合性ビニルモノマーを含有する混合物を、乳化状態で、加水分解・縮合反応およびラジカル重合して得られる水系分散体が記載されている。
特開2002−226507号公報(特許文献6)には、(A)オルガノシラン、(B)ラジカル重合性モノマー、(C)乳化剤、(D)水および(E)加水分解触媒を混合してエマルジョン化するとともに、(A)成分の加水分解を進めたのち、エマルジョンの平均粒子径を0.5μm以下に微細化し、次いで、(F)ラジカル重合開始剤を加えて、ラジカル重合を行なうことを特徴とする水系分散体の製造方法を記載されている。
[1]
アクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法であって、下記工程;
水性媒体に塩基成分を加えて、水性媒体のpHを10以上に調整する、第一pH調整工程;
シリコーンオリゴマー(A)、加水分解性シラン化合物(B)およびラジカル重合性不飽和単量体(C)の混合物、乳化剤(D)および水性媒体を混合して、反応前乳化混合物を調製する、反応前乳化混合物調製工程;
得られた反応前乳化混合物および重合開始剤(E)を、上記第一pH調整工程で得られた水性媒体中で混合して、乳化重合する、乳化重合工程;および
上記乳化重合工程後、得られた乳化重合物の温度が50℃以上である条件下において、塩基成分を加えて、乳化重合物のpHを8〜10に調整する、第二pH調整工程;
を包含し、
上記シリコーンオリゴマー(A)および加水分解性シラン化合物(B)の合計質量と、ラジカル重合性不飽和単量体(C)の質量の質量比が、((A)+(B))/(C)=5/5〜9.5/0.5である、
アクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法。
[2]
上記反応前乳化混合物調製工程で得られた反応前乳化混合物の平均粒子径(Lp)が200〜2,000nmであるのが好ましい。
[3]
上記製造方法によって得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションの平均粒子径(Lm)が70〜200nmであるのが好ましい。
[4]
反応前乳化混合物の平均粒子径(Lp)および上記製造方法によって得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションの平均粒子径(Lm)が、下記式
Lm/Lp=0.1〜0.5
を満たすのが好ましい。
[5]
上記第二pH調整工程の後に、さらに、生成したアルコール化合物の少なくとも一部を除去する、アルコール除去工程を包含する態様が挙げられる。
[6]
上記第二pH調整工程において、上記乳化重合工程後、10分〜3時間の間に、塩基成分を加えるのが好ましい。
[7]
本発明はさらに、
コアシェル型アクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法であって、下記工程;
上記製造方法によって得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションに、第2反応前乳化混合物を滴下して、コアシェル型アクリルシリコーン樹脂エマルションを調製する工程;
を包含する、
コアシェル型アクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法、も提供する。
本発明に至った経緯を説明する。上記特許文献1〜6に示されるように、従来から、アクリルシリコーン樹脂エマルションの調製などにおいて種々の検討が行われてきた。しかしながら、本発明者らが検討を行ったところ、これらの従来技術は、次のような課題があることが判明した。
特許文献1、2、3、5、6に記載されるエマルションの製造方法においては、乳化重合に先だって、微細な粒子径を有する反応前乳化混合物を調製する必要がある。微細な粒子径を有する反応前乳化混合物の調製においては、高圧ホモジナイザーを用いた微粒子化工程が必要とされるため製造設備面での負担が大きい。
また、特許文献2に記載される樹脂組成物の調製においては、ポリアルコキシポリシロキサン(a1)と、このポリシロキサン(a1)と反応可能な官能基を有する高分子化合物(a2)とを反応させて得られる、ポリアルコキシポリシロキサン系化合物(A)が用いられている。しかし、このようなポリシロキサン(a1)と高分子化合物(a2)とを予め反応させる方法においては、シリコーン構造の割合を大きく高めることが困難である。
特許文献4に記載される高耐久性エマルジョンの製造方法においては、プレ乳化液中に重合開始剤〔E〕が含まれる。そのため、プレ乳化液の調製段階から混合温度などの調製条件を厳密に管理する必要があり、さらにプレ乳化液の調製段階から可使時間を考慮する必要があるため、調製に多大な手順が必要とされる。また、ラジカル重合性単量体〔A〕に対して、加水分解性シラン化合物、ポリアルコキシポリシロキサンなどを多量に加えた反応系での重縮合は、加水分解性シラン化合物およびポリアルコキシポリシロキサンのアルコキシ基から多量のアルコールが副生され、乳化混合物が破壊されるまたは破壊されやすい状態となる。そのため、このような状態の混合液を、水性媒体中へ導入し乳化重合する方法では、エマルション中に多くの凝集物が発生し易くなるという課題がある。
特許文献5に記載される水系分散体の調製方法においては、加水分解・縮合反応が氷冷または室温で行われる。そのため、反応が十分に進行せず、得られる分散体が経時変化を起こしてしまい、品質安定性の確保が難しい。
本発明の方法は、アクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法であって、下記工程を包含する:
水性媒体に塩基成分を加えて、水性媒体のpHを10以上に調整する、第一pH調整工程;
シリコーンオリゴマー(A)、加水分解性シラン化合物(B)およびラジカル重合性不飽和単量体(C)の混合物、乳化剤(D)および水性媒体を混合して、反応前乳化混合物を調製する、反応前乳化混合物調製工程;
得られた反応前乳化混合物および重合開始剤(E)を、上記第一pH調整工程で得られた水性媒体中で混合して、乳化重合する、乳化重合工程;および
上記乳化重合工程後、得られた乳化重合物の温度が50℃以上である条件下において、塩基成分を加えて、乳化重合物のpHを8〜10に調整する、第二pH調整工程。
ここで、上記シリコーンオリゴマー(A)および加水分解性シラン化合物(B)の合計質量と、ラジカル重合性不飽和単量体(C)の質量の質量比が、((A)+(B))/(C)=5/5〜9.5/0.5であることを条件とする。
第一pH調整工程は、後の乳化重合工程で用いる水性媒体に塩基成分を加えることによって、上記水性媒体のpHを10以上に調整する工程である。pHの調整に用いることができる塩基成分として、例えば、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノールなどのアミン類;および、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物;などが挙げられる。塩基成分として、アンモニア、トリエチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルアミノエタノールなどを用いるのがより好ましい。また、これらの塩基成分は、水溶液の形態で用いてもよい。
反応前乳化混合物調製工程は、シリコーンオリゴマー(A)、加水分解性シラン化合物(B)およびラジカル重合性不飽和単量体(C)の混合物、乳化剤(D)および水性媒体を混合して、反応前乳化混合物を調製する工程である。なお、本発明の方法において、上記第一pH調整工程および反応前乳化混合物調製工程については、工程を行う順序は任意の順序を選択することができる。そのため、第一pH調整工程に次いで反応前乳化混合物調製工程を行ってもよく、また、第一pH調整工程の前に反応前乳化混合物調製工程を行ってもよい。
本発明で用いられるシリコーンオリゴマー(A)は、下記式(a)で示される加水分解性シランの縮合物であれば特に限定されない。
(R1)n −Si−(R2)4-n・・・(a)
上記式(a)中、各R1は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜10のアリール基、炭素数5〜6のシクロアルキル基、ビニル基、フェニル基、エポキシ基、アミノ基、メルカプト基、炭素数1〜10のアクリル酸アルキル基または炭素数1〜10のメタクリル酸アルキル基から選ばれ、
各R2は、それぞれ独立して、炭素数1〜8のアルコキシ基、アセトキシ基、水酸基、エポキシ基、エチレンオキサイド基またはハロゲン原子から選ばれ、ただし、R2の少なくとも1つはアルコキシ基であることを条件とし、
nは0〜3の整数である。
nが2または3である場合において、各R1は同一であってもよく、それぞれ異なってもよい。また、nが0または1である場合において、各R2は同一であってもよく、それぞれ異なってもよい。
各R1は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜10のアリール基、炭素数5〜6のシクロアルキル基、ビニル基、フェニル基、エポキシ基、アミノ基、メルカプト基、炭素数1〜10のアクリル酸アルキル基または炭素数1〜10のメタクリル酸アルキル基から選ばれ、
各R2は、それぞれ独立して、炭素数1〜8のアルコキシ基、アセトキシ基、水酸基、エポキシ基、エチレンオキサイド基またはハロゲン原子から選ばれ、ただし、R2の少なくとも1つはアルコキシ基であることを条件とし、
mは1〜999の整数を表す。
上記各R2は、それぞれ独立して、炭素数1〜8のアルコキシ基、アセトキシ基、水酸基から選ばれ、ただし、R2の少なくとも1つはアルコキシ基であることを条件とする、のが好ましい。
KC−89、KR−500、X−40−9225、X−40−9246、X−40−9250などのメチルメトキシ基系オリゴマー、
KR−217などのフェニルメトキシ基系オリゴマー、
KR−9218、KR−213、KR−510、X−40−9227、X−40−9247、KR−401Nなどのメチル/フェニルメトキシ系オリゴマー(何れも、信越化学社製)、
MSE−100などのメチルメトキシ系オリゴマー(シリコーンワッカー社製) などが挙げられる。
これらのシリコーンオリゴマーは1種のみを用いてもよく、2種またはそれ以上を併用してもよい。
本発明の方法においては、上記シリコーンオリゴマー(A)に加えて、加水分解性シラン化合物(B)を用いる。この加水分解性シラン化合物(B)は、シリコーン構造の架橋密度などを付与する成分として機能しうる成分である。
(R1)n−Si−(R3)4−n (b)
上記式(b)中、各R1は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜10のアリール基、炭素数5〜6のシクロアルキル基、ビニル基、フェニル基、エポキシ基、アミノ基、メルカプト基、炭素数1〜10のアクリル酸アルキル基、または炭素数1〜10のメタクリル酸アルキル基から選ばれ、
各R3は、それぞれ独立して、炭素数1〜8のアルコキシ基、または水酸基から選ばれ、
nは0〜3の整数である。
nが2または3である場合において、各R1は同一であってもよく、それぞれ異なってもよい。また、nが0または1である場合において、各R3は同一であってもよく、それぞれ異なってもよい。
上記式(b)においてn=2であるシラン化合物の具体例として、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシランなどが挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種またはそれ以上を併用してもよい。
上記式(b)においてn=0であるシラン化合物の具体例として、テトラエトキシシランなどが挙げられる。
ラジカル重合性不飽和単量体(C)とは、分子中にビニル基などのラジカル重合性不飽和結合を少なくとも1つ有する単量体をいい、(メタ)アクリル酸およびこれらの誘導体が含まれる。ただし、本明細書において、上記ラジカル重合性シラン化合物は、ラジカル重合性不飽和単量体(C)ではなく、加水分解性シラン化合物(B)として分類するものとする。
(メタ)アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸などのエチレン系不飽和カルボン酸単量体;
(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−ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシルなどのエチレン系不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体;
(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸t−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシメチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロオクチル、(メタ)アクリル酸シクロデシル、(メタ)アクリル酸シクロドデシルなどの、エチレン系不飽和カルボン酸シクロアルキルエステル単量体;
マレイン酸エチル、マレイン酸ブチル、イタコン酸エチル、イタコン酸ブチルなどのエチレン系不飽和ジカルボン酸のモノエステル単量体;
(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチルとε−カプロラクトンとの反応物などのヒドロキシル基含有エチレン系不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体;
(メタ)アクリル酸アミノエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ブチルアミノエチルなどのエチレン系不飽和カルボン酸アミノアルキルエステル単量体;
アミノエチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノメチル(メタ)アクリルアミド、メチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドなどのエチレン系不飽和カルボン酸アミノアルキルアミド単量体;
アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、メトキシブチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドなどのその他のアミド基含有エチレン系不飽和カルボン酸単量体;
アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジルなどの不飽和脂肪酸グリシジルエステル単量体;
(メタ)アクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリルなどのシアン化ビニル系単量体;
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどの飽和脂肪族カルボン酸ビニルエステル単量体;
スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどのスチレン系単量体;
などを挙げることができる。
本発明において、反応前乳化混合物は、上記成分(A)〜(C)に加えて、乳化剤(DD)および水性媒体を用いて調製される。乳化剤(D)としては、特に限定されず、通常用いられる乳化剤、例えば、分子中にビニル基などの重合性の不飽和結合を有しない非反応性乳化剤、および/または、分子中にビニル基などの重合性の不飽和結合を有する反応性乳化剤を用いることができる。
乳化剤(D)の具体例として、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ジフェニルエーテルスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエステルなど、および、市販品である、アクアロンHS−10などのアクアロンHSシリーズ(第一工業製薬社製);アクアロンRNシリーズ(第一工業製薬社製);エレミノールJS−2(三洋化成工業社製);ラテムルS−120、S−180A、PD−104などのラテムルシリーズ、およびエマルゲン109Pなどのエマルゲンシリーズ(花王社製);ニューコール706、707SNなどの、ニューコールシリーズ(日本乳化剤製);アントックス(Antox)MS−2N(2−ソジウムスルホエチルメタクリレート)などの、アントックスシリーズ(日本乳化剤社製);アデカリアソープNE−10(α−[1−[(アリルオキシ)メチル]−2−(ノニルフェノキシ)エチル]−ω−ヒドロキシポリオキシエチレン)などの、アデカリアソープシリーズ(ADEKA社製);などを挙げることができる。
これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
乳化重合工程は、上記反応前乳化混合物調製工程で得られた反応前乳化混合物および重合開始剤(E)を、上記第一pH調整工程で得られた水性媒体中で混合して、乳化重合する工程である。
重合開始剤(E)は、熱または還元性物質などによりラジカルを生成して単量体を付加重合させるものであり、水溶性重合開始剤または油溶性重合開始剤を使用することができる。上記水溶性重合開始剤としては特に限定されず、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩系開始剤、または、過酸化水素などの無機系開始剤などを挙げることができる。上記油溶性重合開始剤としては特に限定されず、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルハイドロパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ(2−エチルヘキサノエート)、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、ジ−t−ブチルパーオキサイドなどの有機過酸化物、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1’−アゾビス−シクロヘキサン−1−カルボニトリルなどのアゾビス化合物などを挙げることができる。これらは1種のみを用いてもよく、または2種またはそれ以上を併用してもよい。
第二pH調整工程は、上記乳化重合工程後、得られた乳化重合物の温度が50℃以上である条件下において、塩基成分を加えて、乳化重合物のpHを8〜10に調整する工程である。乳化重合物のpHを8〜10に調整することによって、乳化重合物の有する加水分解性基の加水分解が促進され、脱水・縮合反応が促進される。重合反応物のpHが8未満の場合、乳化重合物の有する加水分解性基の加水分解が進行しにくくなるおそれがある。
Lm/Lp=0.1〜0.5
を満たすのが好ましい。
Lm/Lpの値に示されるように、本発明の製造方法においては、反応前乳化混合物の平均粒子径(Lp)と比較して、得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションの平均粒子径(Lm)の方が小さくなるのが好ましく、そしてこれは本発明の特徴の1つである。そしてこのように、アクリルシリコーン樹脂エマルションの平均粒子径(Lm)の方が、反応前乳化混合物の平均粒子径(Lp)と比較して、上記範囲のように小さくなることによって、得られるアクリルシリコーン樹脂エマルションの保存安定性が向上することとなる。
上記製造方法によって得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションを用いて、コアシェル型アクリルシリコーンエマルションを製造することができる。コアシェル型アクリルシリコーン樹脂エマルションの製造は、下記工程;
上記製造方法によって得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションに、第2反応前乳化混合物を滴下して、コアシェル型アクリルシリコーン樹脂エマルションを調製する工程;
を包含する。
上記方法によって得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションおよび上記方法によって得られたコアシェル型アクリルシリコーン樹脂エマルションからなる群から選択される少なくとも1種は、塗料分野において通常用いられる顔料などと混合することによって、水性塗料組成物を調製することができる。上記顔料は特に限定されるものではなく、例えば、体質顔料、無機着色顔料、有機着色顔料などが挙げられる。顔料は、塗料組成物の樹脂固形分に対する顔料質量濃度(PWC)が、5〜60質量%となる範囲内で用いるのが好ましい。
シリコーンオリゴマー(A)として、メチルフェニルメトキシシリコーンオリゴマーである、KR−510(信越化学社製)22部およびKR−9218(信越化学社製)10部、加水分解性シラン化合物(B)として、ジメチルジメトキシシラン24.5部、メチルトリメトキシシラン23部、フェニルトリメトキシシラン9.4部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン1.1部、ラジカル重合性不飽和単量体(C)として、メタクリル酸メチル3部、メタクリル酸シクロヘキシル2部、アクリル酸ブチル4.8部およびメタクリル酸0.2部;を撹拌混合後、乳化剤(D)としてスルホコハク酸ジエステルアンモニウム塩(ラテムルS−180A、花王社製)25部、水55部を添加し、ホモミキサーを用いて、室温で15分間撹拌し、反応前乳化混合物180部を得た(反応前乳化混合物調製工程)。得られた反応前乳化混合物の平均粒子径は、625nmであった。
撹拌機、還流冷却器、滴下槽および温度計を取りつけた反応容器に、水35部を入れ、表中に記載された量の25%アンモニア水を加えて、pHを11.0に調整した(第一pH調整工程)。
第一pH調整工程で得られた、pH調整した水を含む反応容器の温度を80℃に上げてから、上記反応前乳化混合物180部と、過硫酸アンモニウムの1.5%水溶液11部を、別々の滴下層から同時に2時間かけて滴下した。滴下が終了してから反応容器中の温度を80℃で1時間維持した。
次に、25%アンモニア水を加え、反応場のpHを9.75に調整した後、84℃まで昇温し、5時間かけて縮合反応を進行させた。
さらに、得られたエマルション水溶液を40℃まで冷却し、水14部を添加した後、減圧条件下において、副生したメタノールを水とともに留去し、アクリルシリコーン樹脂エマルション184.1部を得た。得られたエマルションは、固形分39.3%、平均粒子径150nmであった。
反応前乳化混合物の調製に用いる原料種および/または量を、下記表に記載のものに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、アクリルシリコーン樹脂エマルションを調製した。反応前乳化混合物およびアクリルシリコーン樹脂エマルションの平均粒子径についても、実施例1と同様にして測定した。
反応前乳化混合物の調製に用いる原料種および/または量を、下記表に記載のものに変更し、そして反応前乳化混合物および過硫酸アンモニウムの滴下が終了してから反応容器中の温度を80℃で1時間保った後に、25%アンモニア水を加えたこと以外は、実施例1と同様にして、アクリルシリコーン樹脂エマルションを調製した。反応前乳化混合物およびアクリルシリコーン樹脂エマルションの平均粒子径についても、実施例1と同様にして測定した。
シリコーンオリゴマー(A)として、メチルフェニルメトキシシリコーンオリゴマー(KR−510、信越化学社製)13部、メチルフェニルメトキシシリコーンオリゴマー(KR−9218、信越化学社製)7部;加水分解性シラン化合物(B)として、ジメチルジメトキシシラン15部、メチルトリメトキシシラン15部、フェニルトリメトキシシラン9.5部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.5部;ラジカル重合性不飽和単量体(C)として、メタクリル酸メチル16部、メタクリル酸シクロヘキシル2部、アクリル酸ブチル21部、メタクリル酸1部;を撹拌混合後、乳化剤(D)としてニューコール−707SN(ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸エステルナトリウム塩の30%水溶液、日本乳化剤社製)13.3部、水55部を添加し、ホモミキサーを用いて、室温で15分間撹拌し、反応前乳化混合物168.3部を得た。得られた反応前乳化混合物の平均粒子径は、850nmであった(反応前乳化混合物調製工程)。
撹拌機、還流冷却器、滴下ロートおよび温度計を取りつけた反応容器に、水35部を入れ、25%アンモニア水でpHを10.5に調整した(第一pH調整工程)。
第一pH調整工程で得られた、pH調整した水を含む反応容器の温度を50℃に上げてから、上記反応前乳化混合物180部と、過硫酸アンモニウムの1.5%水溶液11部を、別々の滴下ロートから同時に2時間かけて滴下した。滴下が終了してから反応容器中の温度を50℃に10分間維持した。
次に、25%アンモニア水を加え、反応場のpHを9.8に調整した後、84℃まで昇温し、5時間かけて縮合反応を実施した。
次に、得られたエマルション水溶液を40℃まで冷却し、水14部を添加後、減圧条件下において、副生したメタノールを水とともに留去し、アクリルシリコーン樹脂エマルション180部を得た。得られたエマルションは、固形分40.3%、平均粒子径120nmであった。
第一pH調整工程を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして、アクリルシリコーン樹脂エマルションを調製した。反応前乳化混合物およびアクリルシリコーン樹脂エマルションの平均粒子径についても、実施例1と同様にして測定した。得られたエマルションは、固形分29.4% 平均粒子径250nmであった。
乳化重合工程後に40℃までの冷却工程を加えたこと以外は実施例3と同様にして、アクリルシリコーン樹脂エマルションを調製しようとしたが、40℃まで冷却したところ反応液にゲル化物を生じたため、第二pH調整工程を実施せず、製造を中止した。
25%アンモニア水を加えず、第一および第二pH調製工程を行わなかったこと以外は、実施例3と同様にして、アクリルシリコーン樹脂エマルションを調製した。反応前乳化混合物およびアクリルシリコーン樹脂エマルションの平均粒子径について、実施例1と同様にして測定した。
上記実施例および比較例で得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションを200メッシュのフィルターで濾過し、その濾過残渣量を測定した。
上記濾過後、室温で3ヶ月間または40℃で1ヶ月間静置したアクリルシリコーン樹脂エマルションを、200メッシュのフィルターで濾過し、その濾過残渣量と平均粒子径を測定した。
この試験において、凝集物の生成に基づく新たな残渣発生が無く、かつ、静置後において平均粒子径に変化の無いものを、合格品とした。
実施例1〜6および比較例1、3で得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションの、室温または40℃での貯蔵安定性の評価結果を、下記表に示す。
KR−510:メチルフェニルメトキシシリコーンオリゴマー、信越化学社製
KR−9218:メチルフェニルメトキシシリコーンオリゴマー、信越化学社製
ラテムルS−180A:スルホコハク酸ジエステルアンモニウム塩の20%水溶液、花王社製
ニューコール−707SN:ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸エステルナトリウム塩の30%水溶液、日本乳化剤社製
比較例1は、第一pH調整工程を行わなかった例である。この例では、製造後の200メッシュ濾過における残渣量が、実施例と比較して非常に多かった。さらに、得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションの保存安定性が劣ることが確認された。これは、反応前乳化混合物中に含まれるシリコーンオリゴマー(A)および加水分解性シラン化合物(B)の合計質量が多いため、第二pH調整工程後に縮合反応が部分的かつ不均一に進み、アクリルシリコーン樹脂エマルションの分子量が幅広くなり、得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションの保存安定性が劣ることとなったと考えられる。
比較例2は、乳化重合工程後の乳化重合物の温度が50℃未満となった後に、塩基成分を加えて、乳化重合物のpHを調整しようとした例である。この場合は、乳化重合工程後の乳化重合物の温度が40℃となった時点で、反応系の一部がゲル化してしまい、樹脂エマルションを調製することができなかった。
比較例3は、25%アンモニア水を加えず、第一および第二pH調製工程を行わなかった例である。この例では、製造後の200メッシュ濾過における残渣量が、実施例と比較して非常に多かった。さらに、アクリルシリコーン樹脂エマルションの調製後、24時間以内に、ゲル化が生じてしまい、保存安定性が劣ることが確認された。
実施例3で得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションを用いて、コアシェル型アクリルシリコーン樹脂エマルションを、以下の手順で調製した。
メタクリル酸メチル25.4部、アクリル酸ブチル0.6部、メタクリル酸ブチル34.3部、アクリル酸エチルヘキシル6.8部および、メタクリル酸1部を撹拌混合後、乳化剤として、スルホコハク酸ジエステルアンモニウム塩(ラテムルS−180A、花王製)5.0部と水26.7部を添加し、ホモミキサーを用いて、室温で15分撹拌し、第2反応前乳化混合物を得た。
撹拌機、還流冷却器、滴下ロートおよび温度計を取り付けた反応容器に、実施例1で得られたアクリルシリコーン樹脂エマルション185部と水65.3部を入れ、温度80℃に上げてから、上記第2反応前乳化混合物99.8部と、過硫酸アンモニウムの1.5%水溶液13部を別々の滴下ロートから、同時に2時間かけて滴下した。滴下が終了してから反応容器中の温度を80℃で1時間維持した後、30℃まで冷却し、コアシェル型アクリルシリコーン樹脂エマルション363.1部を得た。得られたエマルションは、固形分39.3%、平均粒子径175nmであった。
Claims (7)
- アクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法であって、下記工程;
水性媒体に塩基成分を加えて、水性媒体のpHを10以上に調整する、第一pH調整工程;
シリコーンオリゴマー(A)、加水分解性シラン化合物(B)およびラジカル重合性不飽和単量体(C)の混合物、乳化剤(D)および水性媒体を混合して、反応前乳化混合物を調製する、反応前乳化混合物調製工程;
得られた反応前乳化混合物および重合開始剤(E)を、前記第一pH調整工程で得られた水性媒体中で混合して、乳化重合する、乳化重合工程;および
前記乳化重合工程後、得られた乳化重合物の温度が50℃以上である条件下において、塩基成分を加えて、乳化重合物のpHを8〜10に調整する、第二pH調整工程;
を包含し、
前記シリコーンオリゴマー(A)は、下記式(a)
(R 1 ) n −Si−(R 2 ) 4-n ・・・(a)
[前記式(a)中、各R 1 は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜16の脂肪族炭化水素基、炭素数5〜10のアリール基、炭素数5〜6のシクロアルキル基、ビニル基、フェニル基、エポキシ基、アミノ基、メルカプト基、炭素数1〜10のアクリル酸アルキル基または炭素数1〜10のメタクリル酸アルキル基から選ばれ、
各R 2 は、それぞれ独立して、炭素数1〜8のアルコキシ基、アセトキシ基、水酸基、エポキシ基、エチレンオキサイド基またはハロゲン原子から選ばれ、ただし、R 2 の少なくとも1つはアルコキシ基であることを条件とし、
nは0〜3の整数である。]
で示される加水分解性シランの縮合物であり、
前記シリコーンオリゴマー(A)および加水分解性シラン化合物(B)の合計質量と、ラジカル重合性不飽和単量体(C)の質量の質量比が、((A)+(B))/(C)=5/5〜9.5/0.5である、
アクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法。 - 前記反応前乳化混合物調製工程で得られた反応前乳化混合物の平均粒子径(Lp)が200〜2,000nmである、請求項1記載のアクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法。
- 前記製造方法によって得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションの平均粒子径(Lm)が70〜200nmである、請求項1または2記載のアクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法。
- 反応前乳化混合物の平均粒子径(Lp)および前記製造方法によって得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションの平均粒子径(Lm)が、下記式
Lm/Lp=0.1〜0.5
を満たす、
請求項3記載のアクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法。 - 前記第二pH調整工程の後に、さらに、生成したアルコール化合物の少なくとも一部を除去する、アルコール除去工程を包含する、請求項1〜4いずれかに記載のアクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法。
- 前記第二pH調整工程において、前記乳化重合工程後、10分〜3時間の間に、塩基成分を加える、請求項1〜5いずれかに記載のアクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法。
- コアシェル型アクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法であって、下記工程;
請求項1〜6いずれかに記載の製造方法によって得られたアクリルシリコーン樹脂エマルションに、第2反応前乳化混合物を滴下して、コアシェル型アクリルシリコーン樹脂エマルションを調製する工程;
を包含する、
コアシェル型アクリルシリコーン樹脂エマルションの製造方法。
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