JP5566865B2 - Method for producing polymer emulsion - Google Patents
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Description
本発明は、ポリマーエマルションの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a polymer emulsion.
酢酸ビニル、アクリル酸エステル等のビニル系モノマーの乳化重合によって得られるポリマーエマルションは、そのまま塗料、粘・接着剤、紙加工、繊維加工等の分野に、あるいは重合体が分離されてプラスチック、ゴムとして広く工業的に使用されている。乳化重合には乳化剤として、直鎖アルキル硫酸エステル塩、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩等の陰イオン界面活性剤、及びポリオキシエチレン直鎖アルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等の非イオン界面活性剤が、それぞれ単独で或いは陰イオン−非イオン界面活性剤の混合系で使用されている。 Polymer emulsions obtained by emulsion polymerization of vinyl monomers such as vinyl acetate and acrylic esters can be used as they are in the fields of paints, adhesives, adhesives, paper processing, fiber processing, etc. Widely used industrially. In the emulsion polymerization, as an emulsifier, an anionic surfactant such as a linear alkyl sulfate, a linear alkyl benzene sulfonate, a polyoxyethylene alkyl ether sulfate, a polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate, and a polyoxy Nonionic surfactants such as ethylene linear alkyl ether and polyoxyethylene alkylphenyl ether are used alone or in a mixed system of anionic and nonionic surfactants.
乳化重合における乳化剤は、重合の開始反応、生長反応に影響を及ぼすのみでなく、重合中のポリマーエマルションの安定性(重合安定性)、さらに生成したポリマーエマルションの機械的安定性、化学的安定性、凍結安定性、貯蔵安定性に大きな影響を及ぼす。しかし、重合安定性や機械的安定性、塗膜の耐水性において、まだ十分に満足できるものではなかった。 Emulsifiers in emulsion polymerization not only affect the initiation and growth reactions of polymerization, but also the stability of the polymer emulsion during polymerization (polymerization stability), and the mechanical and chemical stability of the resulting polymer emulsion. It has a great influence on freezing stability and storage stability. However, the polymerization stability, mechanical stability, and water resistance of the coating film are still not fully satisfactory.
これら乳化重合用界面活性剤に要求される性能は、重合安定性、生成したポリマーエマルションの機械的安定性、及び化学的安定性が良好で、エマルションの粒径が小さく、粘度が低く、さらには環境問題が発生しないこと等である。これらの性能を満足させるために、各種モノマーと共重合可能な反応性基を有する、反応性界面活性剤が数多く提案されてきた(特許文献1〜3)。 The performance required for these surfactants for emulsion polymerization is that the polymerization stability, the mechanical stability and chemical stability of the resulting polymer emulsion are good, the emulsion particle size is small, the viscosity is low, and There are no environmental problems. In order to satisfy these performances, many reactive surfactants having reactive groups copolymerizable with various monomers have been proposed (Patent Documents 1 to 3).
しかしながら、現在の乳化重合においては、さらなる塗膜の耐水性の向上が求められている。そこで、本発明は、重合安定性及びエマルション粒径が良好なことに加えて、塗膜の耐水性に優れるポリマーエマルションの製造方法を提供する。 However, in the current emulsion polymerization, further improvement in water resistance of the coating film is required. Therefore, the present invention provides a method for producing a polymer emulsion having excellent water resistance of a coating film in addition to good polymerization stability and emulsion particle size.
即ち、本発明は、反応性アニオン性界面活性剤(a)と、臨界ミセル濃度(CMC)が0.30重量%以下の非反応性アニオン性界面活性剤(b)とを使用してビニル系モノマーを含むモノマー(A)を乳化重合することを含むポリマーエマルションの製造方法であって、工程I: 前記反応性アニオン性界面活性剤(a)及び前記非反応性アニオン性界面活性剤(b)の存在重量比[b/(a+b)]が0.40〜1.00を満たす条件下で前記モノマー(A)を重合すること、並びに、工程II: 工程Iで得られた反応液にさらに前記反応性アニオン性界面活性剤(a)及び前記モノマー(A)を添加して前記モノマー(A)を重合すること、を含み、上記工程I及びIIにおいて使用する前記反応性アニオン性界面活性剤(a)の総量と前記非反応性アニオン性界面活性剤(b)の総量の重量比[b/(a+b)]が0.01〜0.30であるポリマーエマルションの製造方法に関する。 That is, the present invention uses a reactive anionic surfactant (a) and a non-reactive anionic surfactant (b) having a critical micelle concentration (CMC) of 0.30% by weight or less. A method for producing a polymer emulsion comprising emulsion-polymerizing a monomer (A) containing a monomer, comprising the step I: the reactive anionic surfactant (a) and the non-reactive anionic surfactant (b) The monomer (A) is polymerized under the condition that the existing weight ratio [b / (a + b)] satisfies 0.40 to 1.00, and Step II: The reaction solution obtained in Step I is further added to the reaction solution. Adding the reactive anionic surfactant (a) and the monomer (A) to polymerize the monomer (A), the reactive anionic surfactant used in Steps I and II above ( Total amount of a) The method for producing a nonreactive anionic surfactant weight ratio of the total amount of (b) [b / (a + b)] is a polymer emulsion is 0.01 to 0.30.
本発明によれば、重合安定性及びエマルション粒径が良好なポリマーエマルションであって、塗膜の耐水性に優れるポリマーエマルションを製造できる。 According to the present invention, it is possible to produce a polymer emulsion having good polymerization stability and emulsion particle size, and excellent in water resistance of the coating film.
本発明は、乳化重合反応において、反応性アニオン性界面活性剤(a)とCMCが0.30重量%以下の非反応性アニオン性界面活性剤(b)とを併用すること、及び、該乳化重合反応の初期(例えば、種重合反応時)において、成分(b)を所定量使用する反応を行うことにより、重合安定性及びエマルション粒径が良好なことに加えて、塗膜の耐水性に優れたポリマーエマルションが得られ、とりわけ、塗膜の耐水性が向上するという知見に基づく。 In the emulsion polymerization reaction, the present invention uses, in combination, a reactive anionic surfactant (a) and a non-reactive anionic surfactant (b) having a CMC of 0.30% by weight or less, and the emulsification. In the initial stage of the polymerization reaction (for example, during the seed polymerization reaction), by performing a reaction using a predetermined amount of component (b), in addition to good polymerization stability and emulsion particle size, the water resistance of the coating film is improved. Excellent polymer emulsions are obtained, especially based on the finding that the water resistance of the coating is improved.
すなわち、本発明は、一態様において、反応性アニオン性界面活性剤(a)と、臨界ミセル濃度(CMC)が0.30重量%以下の非反応性アニオン性界面活性剤(b)とを使用してビニル系モノマーを含むモノマー(A)を乳化重合することを含むポリマーエマルションの製造方法であって、工程I:前記反応性アニオン性界面活性剤(a)及び前記非反応性アニオン性界面活性剤(b)の存在重量比[b/(a+b)]が0.40〜1.00を満たす条件下で前記モノマー(A)を重合すること、並びに、工程II:工程Iで得られた反応液にさらに前記反応性アニオン性界面活性剤(a)及び前記モノマー(A)を添加して前記モノマー(A)を重合すること、を含み、上記工程I及びIIにおいて使用する前記反応性アニオン性界面活性剤(a)の総量と前記非反応性アニオン性界面活性剤(b)の総量の重量比[b/(a+b)]が0.01〜0.30であるポリマーエマルションの製造方法(以下、「本発明の製造方法」ともいう。)に関する。 That is, in one aspect, the present invention uses a reactive anionic surfactant (a) and a non-reactive anionic surfactant (b) having a critical micelle concentration (CMC) of 0.30% by weight or less. A method for producing a polymer emulsion comprising emulsion polymerization of a monomer (A) containing a vinyl monomer, wherein the reactive anionic surfactant (a) and the non-reactive anionic surfactant Polymerization of the monomer (A) under the condition that the existing weight ratio [b / (a + b)] of the agent (b) satisfies 0.40 to 1.00, and Step II: Reaction obtained in Step I And further adding the reactive anionic surfactant (a) and the monomer (A) to the liquid to polymerize the monomer (A), and the reactive anionic property used in the above steps I and II. Surface activity A method for producing a polymer emulsion in which the weight ratio [b / (a + b)] of the total amount of the surfactant (a) and the total amount of the non-reactive anionic surfactant (b) is 0.01 to 0.30 (hereinafter referred to as Also referred to as “production method of the present invention”.
本発明の製造方法において、重合安定性及びエマルション粒径が良好なことに加えて、塗膜の耐水性に優れたポリマーエマルションが得られる。本発明では、一定量以上の非反応性アニオン活性剤(b)成分を工程Iでの重合に使用することで、エマルジョン
粒径が小さくなるとともに、(b)成分がエマルジョン内部に閉じ込められ、エマルジョンの粒子表面近傍での(b)成分の存在確率が小さくなり、耐水性が向上すると考えられる。但し、本発明はこのメカニズムに限定されなくてもよい。
In the production method of the present invention, in addition to good polymerization stability and emulsion particle size, a polymer emulsion excellent in water resistance of the coating film can be obtained. In the present invention, by using a certain amount or more of the non-reactive anion activator (b) component in the polymerization in Step I, the emulsion particle size is reduced and the component (b) is confined inside the emulsion. It is considered that the existence probability of the component (b) in the vicinity of the particle surface is reduced, and the water resistance is improved. However, the present invention need not be limited to this mechanism.
本明細書において、重合安定性が良好なこととは、製造されたエマルション中に凝集物が少ないことをいう。重合安定性は、具体的には実施例に記載される方法で評価することができる。 In the present specification, good polymerization stability means that there are few aggregates in the produced emulsion. Specifically, the polymerization stability can be evaluated by the method described in Examples.
本明細書において、エマルション粒径が良好なこととは、製造されたエマルションの平均粒径が大きくならないこと、すなわち、小さいことをいい、具体的には、平均粒径が100〜150nm、好ましくは110〜130nmであることをいう。本明細書において、エマルションの平均粒径は、動的光散乱法において検出角90度で測定される散乱強度分布に基づく平均粒径をいい、具体的には実施例に記載される方法で測定できる。 In this specification, that the emulsion particle size is good means that the average particle size of the produced emulsion does not become large, that is, it is small. Specifically, the average particle size is 100 to 150 nm, preferably It means 110-130 nm. In this specification, the average particle diameter of the emulsion refers to the average particle diameter based on the scattering intensity distribution measured at a detection angle of 90 degrees in the dynamic light scattering method, and specifically measured by the method described in the examples. it can.
本明細書において、塗膜の耐水性が優れるとは、製造されたエマルションの塗膜の耐水性が優れることをいい、具体的には、該塗膜の耐温水白化性が優れるこという。耐温水白化性は、実施例に記載される方法で評価できる。 In the present specification, the excellent water resistance of the coating film means that the water resistance of the coating film of the produced emulsion is excellent, and specifically, the hot water whitening resistance of the coating film is excellent. The hot water whitening resistance can be evaluated by the method described in Examples.
[成分(a)]
本明細書において、成分(a)とは、反応性アニオン性界面活性剤(a)を指す。成分(a)としては、分子中に反応性二重結合を有する反応性アニオン性界面活性剤が挙げられ、とりわけ、従来、乳化重合反応に使用されている公知の反応性アニオン性界面活性剤が挙げられる。
[Component (a)]
In the present specification, the component (a) refers to a reactive anionic surfactant (a). Examples of the component (a) include reactive anionic surfactants having a reactive double bond in the molecule, and particularly known reactive anionic surfactants conventionally used in emulsion polymerization reactions. Can be mentioned.
成分(a)としては、反応性二重結合を有する炭化水素基とアニオン性基とを有する化合物が好ましく挙げられる。 The component (a) is preferably a compound having a hydrocarbon group having a reactive double bond and an anionic group.
反応性二重結合を有する炭化水素基としては、好ましくは炭素数3〜18、より好ましくは炭素数3〜12の直鎖又は分岐鎖のアルケニル基であり、反応性を高めて塗膜の耐水性を向上させる観点から、末端に反応性二重結合を有するアルケニル基がより好ましく、具体的には、アリル基、3−メチル−3−ブテニル基が挙げられる。 The hydrocarbon group having a reactive double bond is preferably a straight chain or branched chain alkenyl group having 3 to 18 carbon atoms, more preferably 3 to 12 carbon atoms. From the viewpoint of improving the properties, an alkenyl group having a reactive double bond at the terminal is more preferable, and specific examples include an allyl group and a 3-methyl-3-butenyl group.
アニオン性基としては、カルボキシ基、スルホン酸基、硫酸基、リン酸基が使用できるが、界面活性能を高めて塗膜の耐水性を向上させる観点から、硫酸基が好ましい。中和のために使用する塩基としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、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、トリメチルアミン、トリエタノールアミン、トリブチルアミン等が挙げられる。 As the anionic group, a carboxy group, a sulfonic acid group, a sulfuric acid group, and a phosphoric acid group can be used. From the viewpoint of improving the surface activity and improving the water resistance of the coating film, a sulfuric acid group is preferable. Examples of the base used for neutralization include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, trimethylamine, triethanolamine, and tributylamine.
成分(a)は、さらに、界面活性能を高めて塗膜の耐水性を向上させる観点から、1以上の疎水性基を有することが好ましい。疎水性基としては、炭素数8〜22の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、又はアルキレン基の炭素数が3〜18のオキシアルキレン基が挙げられる。アルキル基としては、例えば、オクチル基、2−エチルヘキシル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、ベヘニル基等が挙げられる。オキシアルキレン基は、炭素数4〜18のものが好ましく、オキシブチレン基がより好ましい。オキシアルキレン基の平均付加モル数は、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜15、さらに好ましくは1〜10である。 The component (a) preferably further has one or more hydrophobic groups from the viewpoint of enhancing the surface activity and improving the water resistance of the coating film. Examples of the hydrophobic group include a linear or branched alkyl group having 8 to 22 carbon atoms, or an oxyalkylene group having 3 to 18 carbon atoms in an alkylene group. Examples of the alkyl group include octyl group, 2-ethylhexyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group, hexadecyl group, octadecyl group, and behenyl group. The oxyalkylene group preferably has 4 to 18 carbon atoms, and more preferably an oxybutylene group. The average added mole number of the oxyalkylene group is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 15, and still more preferably 1 to 10.
成分(a)は、さらに、界面活性能を高めて塗膜の耐水性を向上させる観点から、オキシエチレン基を有していてもよく、前記疎水性基とアニオン性基との間に結合基として用いることが好ましい。オキシエチレン基の平均付加モル数は、好ましくは1〜100、さらに好ましくは4〜80、より好ましくは4〜50である。 Component (a) may further have an oxyethylene group from the viewpoint of enhancing the surface activity and improving the water resistance of the coating film, and a bonding group between the hydrophobic group and the anionic group. It is preferable to use as. The average added mole number of the oxyethylene group is preferably 1 to 100, more preferably 4 to 80, and more preferably 4 to 50.
好ましい成分(a)としては、重合安定性及びエマルション粒径が良好で、塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸エステル塩が好ましく、ポリオキシブチレンポリオキシエチレンアルケニルエーテル硫酸エステル塩がより好ましい。上記アルキレン基としては、炭素数が2〜4のものが好ましく、前記アルケニル基としては、3−メチルー3−ブテニル基又はアリル基が好ましい。ポリオキシブチレン基の平均付加モル数、ポリオキシエチレン基の平均付加モル数は前述のものが好ましい。塩を形成するための塩基としては、前述のものが挙げられ、ナトリウム塩、アンモニウム塩が好ましい。 As the preferred component (a), polyoxyalkylene alkenyl ether sulfate ester salt is preferable from the viewpoint of obtaining an emulsion having good polymerization stability and emulsion particle size and excellent water resistance of the coating film, and polyoxybutylene polyoxyethylene alkenyl. Ether sulfate ester salts are more preferred. The alkylene group preferably has 2 to 4 carbon atoms, and the alkenyl group is preferably a 3-methyl-3-butenyl group or an allyl group. The average addition mole number of the polyoxybutylene group and the average addition mole number of the polyoxyethylene group are preferably as described above. Examples of the base for forming the salt include those described above, and sodium salts and ammonium salts are preferable.
ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸エステル塩の具体例としては、特開2002−80506及び特開2003−261605に開示される反応性界面活性剤(ポリオキシブチレンポリオキシエチレンアルケニルエーテル硫酸エステル塩 商品名:ラテムルPD−104(花王社製))が挙げられる。 Specific examples of the polyoxyalkylene alkenyl ether sulfate salt include reactive surfactants disclosed in JP 2002-80506 and JP 2003-261605 (polyoxybutylene polyoxyethylene alkenyl ether sulfate ester trade name: Latemul PD-104 (manufactured by Kao Corporation)).
成分(a)の分子量としては、塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、好ましくは250〜6000、より好ましくは500〜3000である。 The molecular weight of component (a) is preferably 250 to 6000, more preferably 500 to 3000, from the viewpoint of obtaining an emulsion excellent in water resistance of the coating film.
[成分(b)]
本明細書において、成分(b)とは、CMCが0.30重量%以下の非反応性アニオン性界面活性剤(b)を指す。ここで、CMCは、臨界ミセル濃度をいい、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。成分(b)としては、重合安定性及びエマルション粒径が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、スルホン酸基又は硫酸基を有するアニオン性界面活性剤が好ましく、好ましくは炭素数11〜22、より好ましくは炭素数11〜18の炭化水素基を有するものが好ましい。具体的には、LAS(リニアアルキルベンゼンスルホン酸塩)、アルカンスルホン酸塩(SAS)、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩が好ましく、LASがより好ましい。塩を形成するための塩基としては、前述のものが挙げられ、塩としてはナトリウム塩、アンモニウム塩が好ましい。
[Component (b)]
In the present specification, the component (b) refers to a non-reactive anionic surfactant (b) having a CMC of 0.30% by weight or less. Here, CMC refers to the critical micelle concentration, and specifically can be measured by the method described in the Examples. As the component (b), an anionic surfactant having a sulfonic acid group or a sulfuric acid group is preferable from the viewpoint of obtaining an emulsion having good polymerization stability and emulsion particle size and excellent water resistance of the coating film. Those having a hydrocarbon group of 11 to 22, more preferably 11 to 18 carbon atoms are preferred. Specifically, LAS (linear alkyl benzene sulfonate), alkane sulfonate (SAS), and polyoxyethylene alkyl ether sulfate salt are preferable, and LAS is more preferable. Examples of the base for forming the salt include those described above, and the salt is preferably a sodium salt or an ammonium salt.
成分(b)のCMCは、0.30重量%以下であるが、エマルションの小粒径化及び塗膜の耐水性向上の観点から0.20重量%以下が好ましい。また、CMCは、過度の小粒径化の抑制及び重合安定性の観点から、0.01重量%以上が好ましい。したがって、これらの観点から、成分(b)のCMCは、0.01〜0.30重量%が好ましく、0.01〜0.20重量%であることがより好ましい。なお、CMCの値が前記範囲となる非反応性アニオン性界面活性剤は、例えば、市販品などとして入手可能である。 The CMC of component (b) is 0.30% by weight or less, but is preferably 0.20% by weight or less from the viewpoint of reducing the particle size of the emulsion and improving the water resistance of the coating film. Further, CMC is preferably 0.01% by weight or more from the viewpoint of suppressing excessive reduction in particle size and polymerization stability. Therefore, from these viewpoints, the CMC of the component (b) is preferably 0.01 to 0.30% by weight, and more preferably 0.01 to 0.20% by weight. In addition, the non-reactive anionic surfactant in which the CMC value falls within the above range is available as, for example, a commercial product.
これらの中で、塗膜の耐水性向上の観点から、成分(a)がポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸エステル塩を含有し、成分(b)がリニアアルキルベンゼンスルホン酸塩を含有することが好ましい。 Among these, from the viewpoint of improving the water resistance of the coating film, it is preferable that the component (a) contains a polyoxyalkylene alkenyl ether sulfate ester salt and the component (b) contains a linear alkylbenzene sulfonate salt.
[モノマー(A)]
本明細書において、モノマー(A)とは、本発明の製造方法において乳化重合する対象のモノマーを指す。モノマー(A)は、単一種類のモノマーからなるものであってもよく、2種類以上のモノマーを含む組成物若しくは混合物であってもよい。モノマー(A)は、重合安定性及びエマルション粒径が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、ビニル系モノマーを含む。モノマー(A)中、塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、ビニル系モノマーは50重量%以上が好ましく、80重量%以上がより好ましく、90重量%以上が、よりさらに好ましい。
[Monomer (A)]
In the present specification, the monomer (A) refers to a monomer to be subjected to emulsion polymerization in the production method of the present invention. Monomer (A) may consist of a single type of monomer, or may be a composition or mixture containing two or more types of monomers. The monomer (A) contains a vinyl monomer from the viewpoint of obtaining an emulsion having good polymerization stability and emulsion particle size and excellent water resistance of the coating film. From the viewpoint of obtaining an emulsion excellent in water resistance of the coating film in the monomer (A), the vinyl monomer is preferably 50% by weight or more, more preferably 80% by weight or more, and still more preferably 90% by weight or more.
モノマー(A)として使用できるビニル系モノマーの具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン等のスチレン系モノマー;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等の好ましくは炭素数1〜22、より好ましくは1〜12、さらに好ましくは1〜6のアルキル基を有する、アクリル酸エステル;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等の好ましくは炭素数1〜22、より好ましくは1〜12、さらに好ましくは1〜6のアルキル基を有するメタクリル酸エステル; アクリル酸、メタクリル酸等の(メタ)アクリル酸(アクリル酸、メタクリル酸又はそれらの混合物を指す);塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン化ビニル及びハロゲン化ビニリデン; 酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル等が挙げられる。 Specific examples of vinyl monomers that can be used as the monomer (A) include styrene monomers such as styrene, α-methylstyrene, and chlorostyrene; preferably 1 to 1 carbon atoms such as methyl acrylate, ethyl acrylate, and butyl acrylate. 22, more preferably 1-12, more preferably 1-6 acrylates having an alkyl group; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, etc., preferably 1-22 carbon atoms, more preferably 1-12, further Preferably a methacrylic acid ester having 1 to 6 alkyl groups; (meth) acrylic acid such as acrylic acid and methacrylic acid (referring to acrylic acid, methacrylic acid or a mixture thereof); vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride, etc. Of vinyl halides and vinylidene halides; vinyl acetate, propion Vinyl esters such as vinyl and the like.
その他のモノマーとしては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル類;ブタジエン、イソプレン等の共役ジエン類等が挙げられる。上述のとおり、これらのモノマーは単独で重合させても、2種以上を併用して共重合させてもよい。 Other monomers include nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile; conjugated dienes such as butadiene and isoprene. As described above, these monomers may be polymerized alone or in combination of two or more.
これらの中でモノマー(A)として好ましいのは、重合安定性及びエマルション粒径が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、スチレン系モノマー、アクリル酸エステル、及びメタクリル酸エステルからなる群から選ばれる1種以上を含有する疎水性モノマーと(メタ)アクリル酸とを含むことがより好ましい。 Among these, the monomer (A) is preferably composed of a styrene monomer, an acrylate ester, and a methacrylate ester from the viewpoint of obtaining an emulsion having good polymerization stability and emulsion particle size and excellent water resistance of the coating film. More preferably, it comprises a hydrophobic monomer containing at least one selected from the group and (meth) acrylic acid.
上記疎水性モノマーと、(メタ)アクリル酸との重量比(疎水性モノマー/(メタ)アクリル酸)は、前記の観点から、90/10〜99.5/0.5が好ましく、95/5〜99.5/0.5がより好ましく、95/5〜99/1がさらに好ましい。 From the above viewpoint, the weight ratio of the hydrophobic monomer to (meth) acrylic acid (hydrophobic monomer / (meth) acrylic acid) is preferably 90/10 to 99.5 / 0.5, and 95/5. ˜99.5 / 0.5 is more preferred, and 95/5 to 99/1 is even more preferred.
本発明の製造方法は、下記2つの工程を含む。
工程I: 前記反応性アニオン性界面活性剤(a)及び前記非反応性アニオン性界面活性剤(b)の存在重量比[b/(a+b)]が0.40〜1.00を満たす条件下で前記モノマー(A)を重合する工程。
工程II: 工程Iで得られた反応液にさらに前記反応性アニオン性界面活性剤(a)及び前記モノマー(A)を添加して前記モノマー(A)を重合し、ポリマーエマルションを得る工程。
The production method of the present invention includes the following two steps.
Step I: Conditions where the existing weight ratio [b / (a + b)] of the reactive anionic surfactant (a) and the non-reactive anionic surfactant (b) satisfies 0.40 to 1.00 And a step of polymerizing the monomer (A).
Step II: A step of adding the reactive anionic surfactant (a) and the monomer (A) to the reaction solution obtained in Step I to polymerize the monomer (A) to obtain a polymer emulsion.
工程Iにおいて、存在重量比[b/(a+b)]は、重合安定性及びエマルション粒径が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、好ましくは0.60以上、より好ましくは0.70以上、さらに好ましくは0.80以上であり、成分(a)で後述するプレエマルションを作製する生産性の観点から、1以下であり、1未満が好ましい。これらの観点から、存在重量比[b/(a+b)]は、好ましくは0.60〜1、より好ましくは0.70〜1であり、さらにより好ましくは0.70以上1未満であり、さらにより好ましくは0.80以上1未満である。 In Step I, the existing weight ratio [b / (a + b)] is preferably 0.60 or more, more preferably 0, from the viewpoint of obtaining an emulsion having good polymerization stability and emulsion particle size and excellent water resistance of the coating film. .70 or more, more preferably 0.80 or more, and from the viewpoint of productivity for producing a pre-emulsion described later with the component (a), it is 1 or less, and preferably less than 1. From these viewpoints, the existing weight ratio [b / (a + b)] is preferably 0.60 to 1, more preferably 0.70 to 1, still more preferably 0.70 to less than 1, More preferably, it is 0.80 or more and less than 1.
工程IIでは、成分(a)及びモノマー(A)に加えて、成分(b)をさらに添加することが好ましい。その場合、成分(a)及びモノマー(A)、好ましくはさらに成分(b)を予め混合した後、系内に添加する方法(プレエマルション法)が製造上の簡便性の観点から好ましい。 In Step II, it is preferable to further add component (b) in addition to component (a) and monomer (A). In that case, the method of adding component (a) and monomer (A), preferably further component (b) in advance and then adding them to the system (pre-emulsion method) is preferred from the viewpoint of simplicity in production.
前記工程I及びIIにおいて使用する成分(a)の総量と成分(b)の総量の重量比[b/(a+b)]は、エマルション粒径が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、0.01以上であって、0.05以上が好ましく、0.13以上がさらに好ましく、重合安定性が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、0.30以下であって、0.25以下が好ましく、0.23以下がさらに好ましく、これらの観点から、0.01〜0.30であって、0.05〜0.25が好ましく、0.13〜0.23が好ましい。 The weight ratio [b / (a + b)] of the total amount of the component (a) and the total amount of the component (b) used in the steps I and II is a viewpoint of obtaining an emulsion having a good emulsion particle size and excellent water resistance of the coating film. From the viewpoint of obtaining an emulsion having 0.01 or more, preferably 0.05 or more, more preferably 0.13 or more, and good polymerization stability and excellent water resistance of the coating film, it was 0.30 or less. 0.25 or less is preferable, 0.23 or less is more preferable. From these viewpoints, 0.01 to 0.30, 0.05 to 0.25 is preferable, and 0.13 to 0.23. Is preferred.
工程I及び工程IIを通じて使用する成分(a)の総量と成分(b)の総量の総重量比[(a)/(b)]は、重合安定性及びエマルション粒径が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から好ましくは99/1〜70/30、より好ましくは90/10〜75/25である。 The total weight ratio [(a) / (b)] of the total amount of the component (a) and the total amount of the component (b) used through the steps I and II is excellent in the polymerization stability and emulsion particle size, and the water resistance of the coating film. From the viewpoint of obtaining an emulsion having excellent properties, it is preferably 99/1 to 70/30, more preferably 90/10 to 75/25.
前記工程I及びIIを通じて使用する、成分(a)の総量と成分(b)の総量との合計量のモノマー(A)の総量に対する重量比[(a+b)/モノマー(A)]は、重合安定性及びエマルション粒径が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、好ましくは0.001〜0.2、より好ましくは0.005〜0.05である。 The weight ratio [(a + b) / monomer (A)] of the total amount of the component (a) and the total amount of the component (b) to the total amount of the monomer (A) used through the steps I and II is the polymerization stability. From the viewpoint of obtaining an emulsion having good properties and emulsion particle size and excellent water resistance of the coating film, it is preferably 0.001 to 0.2, more preferably 0.005 to 0.05.
前記工程I及びIIを通じて使用する、成分(a)の総量のモノマー(A)の総量に対する重量比[(a)/モノマー(A)]は、重合安定性及びエマルション粒径が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、好ましくは0.001〜0.1、より好ましくは0.005〜0.05であり、成分(b)の総量のモノマー(A)の総量に対する重量比[(b)/モノマー(A)]は、重合安定性及びエマルション粒径が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、好ましくは0.0005〜0.05、より好ましくは0.001〜0.01である。 The weight ratio [(a) / monomer (A)] of the total amount of component (a) to the total amount of monomer (A) used through the steps I and II is good in polymerization stability and emulsion particle size. From the viewpoint of obtaining an emulsion having excellent water resistance, it is preferably 0.001 to 0.1, more preferably 0.005 to 0.05, and the weight ratio of the total amount of component (b) to the total amount of monomers (A) [ (B) / monomer (A)] is preferably 0.0005 to 0.05, more preferably 0.001 from the viewpoint of obtaining an emulsion having good polymerization stability and emulsion particle size and excellent water resistance of the coating film. ~ 0.01.
成分(a)について、工程I及びIIでそれぞれ使用する重量比(工程I/工程II)は、成分(a)を工程IIで主に使用し、エマルション粒径が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、0〜0.40が好ましく、0を超え0.40以下がより好ましく、0.01〜0.30がより好ましく、0.03〜0.13がよりさらに好ましい。 Regarding the component (a), the weight ratio used in each of the steps I and II (step I / step II) is that the component (a) is mainly used in the step II, the emulsion particle size is good, and the water resistance of the coating film is improved. From the viewpoint of obtaining an excellent emulsion, 0 to 0.40 is preferable, more than 0 and 0.40 or less is more preferable, 0.01 to 0.30 is more preferable, and 0.03 to 0.13 is even more preferable.
成分(b)について、工程I及びIIでそれぞれ使用する重量比(工程II/工程I)は、成分(b)を工程Iで主に使用し、重合安定性及びエマルション粒径が良好で塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、0〜0.50が好ましく、0〜0.30がより好ましく、0〜0.20がさらに好ましい。 Regarding the component (b), the weight ratio (step II / step I) used in each of the steps I and II is mainly the component (b) in the step I, and has good polymerization stability and emulsion particle size. From the viewpoint of obtaining an emulsion having excellent water resistance, 0 to 0.50 is preferable, 0 to 0.30 is more preferable, and 0 to 0.20 is more preferable.
モノマー(A)について、工程I及びIIでそれぞれ使用する重量比(工程I/工程II)は、工程Iの重合で粒径の小さいエマルションを製造するとともに、工程IIで
塗膜の耐水性に優れるエマルションを得る観点から、1/99〜15/85が好ましく、3/97〜10/90がより好ましい。
Regarding the monomer (A), the weight ratio used in each of the steps I and II (step I / step II) is to produce an emulsion having a small particle diameter by the polymerization of the step I and to be excellent in water resistance of the coating film in the step II. From the viewpoint of obtaining an emulsion, 1/99 to 15/85 is preferable, and 3/97 to 10/90 is more preferable.
本発明の製造方法におけるモノマーの添加方法は、モノマー滴下法、モノマー一括仕込み法、又はプレエマルション法等を用いることができる。重合安定性からプレエマルション法が好ましい。 As the monomer addition method in the production method of the present invention, a monomer dropping method, a monomer batch charging method, a pre-emulsion method, or the like can be used. The pre-emulsion method is preferred from the viewpoint of polymerization stability.
本発明の製造方法は、一実施形態において、下記の工程(i)〜(iv)を含む製造方法とすることができる。
工程(i):成分(a)を含む水相を調製する。
工程(ii):工程(i)の水相を用いてモノマー(A)のエマルションを調製する。
工程(iii):工程(ii)のエマルションの一部、重合開始剤、成分(b)、さらに必要に応じて成分(a)を混合仕込み、重合を行い、種ポリマーを生成する。
工程(iv):前記工程(iii)で重合した種ポリマーに、工程(ii)のエマルションの残部を滴下して乳化重合を完了し、ポリマーエマルションを製造する。
In one embodiment, the production method of the present invention can be a production method including the following steps (i) to (iv).
Step (i): An aqueous phase containing component (a) is prepared.
Step (ii): An emulsion of monomer (A) is prepared using the aqueous phase of step (i).
Step (iii): A part of the emulsion of step (ii), a polymerization initiator, component (b), and further component (a) as necessary are mixed and polymerized to produce a seed polymer.
Step (iv): The remaining part of the emulsion of step (ii) is added dropwise to the seed polymer polymerized in step (iii) to complete the emulsion polymerization to produce a polymer emulsion.
本実施形態における工程(i)〜(iii)は、本発明の製造方法の工程Iに該当し、工程(iv)は工程IIに該当する。 Steps (i) to (iii) in this embodiment correspond to step I of the production method of the present invention, and step (iv) corresponds to step II.
本発明の製造方法に用いる重合開始剤としては、通常の乳化重合に用いられるものであればいずれも使用できる。具体的には、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、過酸化水素、t−ブチルハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物、アゾビスジイソブチロニトリル、2,2−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジハイドロクロライド等のアゾ系開始剤等が挙げられる。これらの中でも過硫酸塩が好ましい。さらに過酸化物に亜硫酸ナトリウム、ロンガリット、アスコルビン酸等の還元剤を組み合わせたレドックス系の開始剤も使用できる。 As the polymerization initiator used in the production method of the present invention, any polymerization initiator can be used as long as it is used in ordinary emulsion polymerization. Specifically, persulfates such as potassium persulfate and ammonium persulfate, organic peroxides such as hydrogen peroxide, t-butyl hydroperoxide, benzoyl peroxide, cumene hydroperoxide, azobisdiisobutyronitrile, 2 Azo initiators such as 2-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride. Among these, persulfate is preferable. Furthermore, redox initiators in which a reducing agent such as sodium sulfite, Rongalite, ascorbic acid or the like is combined with peroxide can also be used.
工程(i)では、成分(a)と水とを混合して、成分(a)を含む水相を調製する。さらに必要に応じて重合開始剤を添加してもよい。水相中、成分(a)の含有量は、0.5〜20重量%が好ましく、1〜10重量%がさらに好ましい。
工程(ii)では、工程(i)の水相とモノマー(A)とを混合して、エマルションを調製する。混合する温度は、5〜40℃が好ましい。エマルション中、モノマー(A)の含有量は、30〜80重量%が好ましく、40〜70重量%がより好ましい。
工程(iii)では、工程(ii)のエマルションの一部、重合開始剤、成分(b)、さらに必要に応じて成分(a)を混合仕込み、重合を開始して種ポリマーを生成する。
混合仕込み中のモノマー(A)の含有量は、1〜30重量%が好ましく、2〜20重量%がより好ましい。
In step (i), component (a) and water are mixed to prepare an aqueous phase containing component (a). Furthermore, you may add a polymerization initiator as needed. In the aqueous phase, the content of the component (a) is preferably 0.5 to 20% by weight, more preferably 1 to 10% by weight.
In step (ii), the aqueous phase of step (i) and monomer (A) are mixed to prepare an emulsion. The mixing temperature is preferably 5 to 40 ° C. In the emulsion, the content of the monomer (A) is preferably 30 to 80% by weight, and more preferably 40 to 70% by weight.
In step (iii), a part of the emulsion of step (ii), a polymerization initiator, component (b), and further component (a) as necessary are mixed and charged, and polymerization is started to produce a seed polymer.
The content of the monomer (A) during mixing preparation is preferably 1 to 30% by weight, and more preferably 2 to 20% by weight.
工程Iの重合温度は、開始剤の分解温度により調整されるが、50〜90℃が好ましく、過硫酸塩の場合は70〜85℃が好ましい。重合時間は、10分〜2時間程度が好ましく、30分〜1時間程度がより好ましい。 The polymerization temperature in Step I is adjusted by the decomposition temperature of the initiator, but is preferably 50 to 90 ° C, and in the case of persulfate, 70 to 85 ° C is preferable. The polymerization time is preferably about 10 minutes to 2 hours, more preferably about 30 minutes to 1 hour.
工程Iの重合反応の終点は、工程Iで添加したモノマー(A)の重合反応率が95重量%以上であることが好ましい。重合反応率は、未反応モノマー量をガスクロマトグラフィー等により測定することで求めることができる。 The end point of the polymerization reaction in Step I is preferably such that the polymerization reaction rate of the monomer (A) added in Step I is 95% by weight or more. The polymerization reaction rate can be determined by measuring the amount of unreacted monomer by gas chromatography or the like.
工程(iv)では、前記工程(iii)で重合した種ポリマーに、工程(ii)のエマルションの残部を滴下して乳化重合を完了し、ポリマーエマルションを製造する。 In the step (iv), the remainder of the emulsion of the step (ii) is dropped on the seed polymer polymerized in the step (iii) to complete the emulsion polymerization to produce a polymer emulsion.
上記実施形態において、工程(iv)におけるモノマー(A)エマルションの滴下時間は1〜8時間が好ましく、熟成時間は1〜5時間が好ましい。重合温度は、工程Iと同じである。 In the above embodiment, the dropping time of the monomer (A) emulsion in the step (iv) is preferably 1 to 8 hours, and the aging time is preferably 1 to 5 hours. The polymerization temperature is the same as in step I.
本発明の製造方法により製造されたポリマーエマルションによるポリマー塗膜は、耐水性に優れ、塗料、特に水性塗料分野や、粘着製品分野に好ましく用いることができる。したがって、本発明は、その他の態様として、ポリマー塗膜の製造方法であって、本発明の製造方法によりポリマーエマルションを製造すること、及び、前記ポリマーエマルションの塗膜を形成することを含むポリマー塗膜の製造方法に関する。 The polymer coating film made of the polymer emulsion produced by the production method of the present invention is excellent in water resistance, and can be preferably used in the field of paints, particularly the water-based paint field and the adhesive product field. Accordingly, the present invention provides, as another aspect, a method for producing a polymer coating film, which comprises producing a polymer emulsion by the production method of the present invention and forming a coating film of the polymer emulsion. The present invention relates to a film manufacturing method.
本発明のポリマー塗膜の製造方法は用途に応じた実施形態とすることができる。例えば、粘着用途では、本発明の製造方法によって、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸n−ブチル等のポリマーTg(ガラス転移温度)の低いポリマーエマルションを製造する。このポリマーエマルションに必要に応じて増粘剤、粘着付与剤等を配合したものを紙やフィルム等の基材に塗工し、熱風乾燥して厚さ20μm程度のポリマー塗膜を形成させると耐水性、及び粘着性能に優れた粘着製品を得ることができる。 The manufacturing method of the polymer coating film of this invention can be made into embodiment according to a use. For example, in an adhesive application, a polymer emulsion having a low polymer Tg (glass transition temperature) such as 2-ethylhexyl acrylate and n-butyl acrylate is produced by the production method of the present invention. If this polymer emulsion is blended with a thickener, tackifier, etc., if necessary, it is applied to a substrate such as paper or film, and dried with hot air to form a polymer coating having a thickness of about 20 μm. A pressure-sensitive adhesive product having excellent properties and adhesive performance can be obtained.
あるいは、塗料用途では、本発明の製造方法によって、アクリル酸n−ブチル/メタクリル酸メチル共重合体等のポリマーエマルションを製造する。このポリマーエマルションに必要に応じて成膜助剤、顔料等を配合したものを建築壁材等に乾燥膜厚が100μm程度になるように塗工し、これを自然乾燥、又は熱風乾燥することにより、耐水性、耐候性に優れた塗膜を得ることができる。 Alternatively, in coating applications, a polymer emulsion such as n-butyl acrylate / methyl methacrylate copolymer is produced by the production method of the present invention. By coating this polymer emulsion with a film-forming aid, pigment, etc., as necessary, on a building wall material, etc., so that the dry film thickness is about 100 μm, and then drying it naturally or hot air A coating film excellent in water resistance and weather resistance can be obtained.
下記に示す反応性アニオン性界面活性剤(a)、非反応性アニオン性界面活性剤(b)及び(c)、並びに、モノマー混合物(A)を用いて、下記乳化重合方法によりポリマーエマルション組成物(実施例1〜10、比較例1〜8)を製造し、下記に示す方法により、重合安定性、エマルション粒径、及び、ポリマーエマルション塗膜の耐温水白化性を評価した。なお、下記において、%は特記しない限り重量%(wt%)である。 Polymer emulsion composition by the following emulsion polymerization method using the reactive anionic surfactant (a), non-reactive anionic surfactants (b) and (c), and monomer mixture (A) shown below. (Examples 1 to 10, Comparative Examples 1 to 8) were produced, and the polymerization stability, emulsion particle size, and hot water whitening resistance of the polymer emulsion coating film were evaluated by the methods described below. In the following description, “%” means “wt%” unless otherwise specified.
反応性アニオン性界面活性剤(a)(以下、単に「成分(a)」ともいう。)として、下記の(a−1)及び(a−2)を使用した。
(a−1):ポリオキシブチレンポリオキシエチレンアルケニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(商品名:ラテムルPD−104、花王社製)
(a−2):ポリオキシエチレン2−アリルオキシ−1−アルコキシメチルエチルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(商品名:リアソープSR−1025、アデカ社製)
The following (a-1) and (a-2) were used as the reactive anionic surfactant (a) (hereinafter also simply referred to as “component (a)”).
(A-1): Polyoxybutylene polyoxyethylene alkenyl ether sulfate ammonium salt (trade name: Latemul PD-104, manufactured by Kao Corporation)
(A-2): Polyoxyethylene 2-allyloxy-1-alkoxymethyl ethyl ether sulfate ammonium salt (trade name: Rear Soap SR-1025, manufactured by Adeka)
非反応性アニオン性界面活性剤(b)(以下、単に「成分(b)」ともいう。)として、下記の(b−1)、(b−2)及び(b−3)を使用した。なお、臨界ミセル濃度(CMC)は下記のように測定した。
(b−1):リニアアルキルベンゼンスルホネートナトリウム塩(商品名:ネオペレックスG−25、花王社製、CMC=0.06wt%)
(b−2):アルカンスルホネートナトリウム塩(商品名:ラテムルPS、花王社製、CMC=0.07wt%)
(b−3):ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸エステルナトリウム塩(商品名:エマール20C、花王社製、CMC=0.10wt%)
The following (b-1), (b-2) and (b-3) were used as the non-reactive anionic surfactant (b) (hereinafter also simply referred to as “component (b)”). The critical micelle concentration (CMC) was measured as follows.
(B-1): Linear alkylbenzene sulfonate sodium salt (trade name: Neoperex G-25, manufactured by Kao Corporation, CMC = 0.06 wt%)
(B-2): Alkanesulfonate sodium salt (trade name: Latemul PS, manufactured by Kao Corporation, CMC = 0.07 wt%)
(B-3): Polyoxyethylene lauryl ether sulfate sodium salt (trade name: EMAL 20C, manufactured by Kao Corporation, CMC = 0.10 wt%)
成分(b)の比較成分である非反応性アニオン性界面活性剤(c)(以下、単に「(c)成分」ともいう。)として、下記の(c−1)及び(c−2)を使用した。なお、臨界ミセル濃度(CMC)は下記のように測定した。
(c−1):アルキルジフェニルエーテルジスルホネートナトリウム塩(商品名:ペレックスSS‐L、花王社製、CMC=0.70wt%)
(c−2):ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム塩(商品名:ラテムルE−118B、花王社製、CMC=0.55wt%)
The following (c-1) and (c-2) are used as the non-reactive anionic surfactant (c) (hereinafter also simply referred to as “component (c)”) which is a comparative component of component (b). used. The critical micelle concentration (CMC) was measured as follows.
(C-1): alkyl diphenyl ether disulfonate sodium salt (trade name: Perex SS-L, manufactured by Kao Corporation, CMC = 0.70 wt%)
(C-2): Polyoxyethylene alkyl ether sulfate sodium salt (trade name: Latemul E-118B, manufactured by Kao Corporation, CMC = 0.55 wt%)
CMCの測定方法
界面活性剤のCMCは次のように測定した。100mLの蒸留水をビーカーにとり、攪拌しながら電気伝導度を測定した(電気伝導度計は東亜電波工業(株)CM−20S型、セルCG−511B)。あらかじめ所定濃度に調整した界面活性剤溶液を0.2mLずつビーカー内に滴下し、滴下するごとに電気伝導度を読みとった。滴定液の界面活性剤濃度をxmolL-1、滴下した滴定液の量をymLとすると、ビーカー内の溶液中の界面活性剤濃度Cは、C=x・y/(100+y)となる。電気伝導度をCに対してプロットしたときの屈曲点がCMCである(温度25℃)。
CMC measurement method The CMC of the surfactant was measured as follows. 100 mL of distilled water was placed in a beaker and the electric conductivity was measured while stirring (electric conductivity meter was CM-20S type, cell CG-511B, manufactured by Toa Radio Industry Co., Ltd.). 0.2 mL of a surfactant solution adjusted to a predetermined concentration in advance was dropped into the beaker, and the electric conductivity was read each time the solution was dropped. When the surfactant concentration of the titrant is xmol L −1 and the amount of titrated titrant is ymL, the surfactant concentration C in the solution in the beaker is C = x · y / (100 + y). The inflection point when the electric conductivity is plotted against C is CMC (temperature 25 ° C.).
<乳化重合方法:実施例1のエマルションの製造>
実施例1のエマルションは、下記工程(i)〜(iv)に従って製造した。
工程(i):攪拌機、原料投入口を備えた1Lフラスコに、イオン交換水112.5g、重合開始剤として過硫酸カリウム0.36g、成分(a−1)3.6gを混合し、界面活性剤水溶液を調製した。
工程(ii):上記水溶液を500r/minで攪拌しながら、アクリル酸ブチル110.8g、メタクリル酸メチル110.8g、アクリル酸3.4gのモノマー混合物を約5分間かけて滴下し、30分間攪拌してモノマー乳化物滴下液(341.5g)を得た。
工程(iii):次に攪拌機、還流冷却器、原料投入口を備えた1Lセパラブルフラスコ内に、イオン交換水162.5g、重合開始剤として過硫酸カリウム0.09g、成分(b−1)0.90g、及び、上記モノマー乳化物滴下液の17.1g(5wt%量、成分(a)は0.18g)を仕込み、80℃に昇温し、30分間種重合を行なった。なお、工程(iii)において、全アニオン界面活性剤(成分(a)+(b))中の成分(b)の割合は83.3%であった。
工程(iv):残りの乳化物滴下液(324.4g)を3時間かけて滴下し、滴下終了後、さらに1時間熟成し、実施例1のポリマーエマルションを得た。工程(i)〜(iv)で使用した全アニオン界面活性剤(成分(a)+(b))中の成分(b)の割合は20.0%であった。
<Emulsion polymerization method: production of emulsion of Example 1>
The emulsion of Example 1 was produced according to the following steps (i) to (iv).
Step (i): In a 1 L flask equipped with a stirrer and a raw material inlet, 112.5 g of ion-exchanged water, 0.36 g of potassium persulfate as a polymerization initiator, and 3.6 g of component (a-1) are mixed to obtain surface activity. An aqueous agent solution was prepared.
Step (ii): While stirring the aqueous solution at 500 r / min, a monomer mixture of butyl acrylate 110.8 g, methyl methacrylate 110.8 g, and acrylic acid 3.4 g was added dropwise over about 5 minutes and stirred for 30 minutes. As a result, a monomer emulsion dropping liquid (341.5 g) was obtained.
Step (iii): Next, in a 1 L separable flask equipped with a stirrer, a reflux condenser, and a raw material charging port, 162.5 g of ion-exchanged water, 0.09 g of potassium persulfate as a polymerization initiator, component (b-1) 0.90 g and 17.1 g (5 wt% amount, 0.18 g of component (a)) of the monomer emulsion dropping solution were charged, heated to 80 ° C., and seed polymerization was performed for 30 minutes. In step (iii), the proportion of component (b) in the total anionic surfactant (component (a) + (b)) was 83.3%.
Step (iv): The remaining emulsion dropping solution (324.4 g) was added dropwise over 3 hours, and after completion of the addition, the mixture was further aged for 1 hour to obtain a polymer emulsion of Example 1. The proportion of component (b) in the total anionic surfactant (component (a) + (b)) used in steps (i) to (iv) was 20.0%.
<実施例3〜6、8〜10、参考例2、7及び比較例1〜8のエマルションの製造>
成分(a)として下記表1に示すものを使用し、成分(b)として下記表1に示す成分(b)又は成分(c)を使用した。また、実施例1の工程(i)の成分(a−1)3.6gにかえて下記表2の成分を添加し、実施例1の工程(iii)で仕込んだ成分(b−1)0.90gにかえて下記表2の成分を添加し、実施例3〜6、8〜10、参考例2、7及び比較例1〜8のエマルションを製造した。下記表3に、それぞれのエマルションを製造するために工程I及びIIで使用した成分及びその量を示す。なお、下記表3における工程Iは、上記乳化重合方法の工程(i)〜(iii)の種重合までの工程を指し、工程IIは、上記工程(iv)を指す。
<Production of emulsions of Examples 3 to 6, 8 to 10, Reference Examples 2 and 7, and Comparative Examples 1 to 8>
What was shown in following Table 1 was used as a component (a), and the component (b) or component (c) shown in following Table 1 was used as a component (b). Further, component (b-1) 0 charged in step (iii) of Example 1 was added in place of 3.6 g of component (a-1) of step (i) of Example 1 and the components shown in Table 2 below were added. In addition to 90 g, the components shown in Table 2 below were added to prepare emulsions of Examples 3 to 6, 8 to 10, Reference Examples 2 and 7, and Comparative Examples 1 to 8. Table 3 below shows the ingredients and amounts used in Steps I and II to make each emulsion. In addition, the process I in following Table 3 points out the process to the seed polymerization of the process (i)-(iii) of the said emulsion polymerization method, and the process II points out the said process (iv).
<性能評価方法>
製造した実施例1〜10及び比較例1〜8のエマルションについて下記に示す条件で、重合安定性、エマルション粒径、及び、塗膜の耐水性を評価した。その結果を下記表3に示す。
<Performance evaluation method>
With respect to the emulsions of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8 produced, the polymerization stability, the emulsion particle size, and the water resistance of the coating film were evaluated under the following conditions. The results are shown in Table 3 below.
(1)重合安定性
上記乳化重合の工程(iv)における1時間の熟成の後、得られたポリマーエマルションを30℃以下に冷却し、200メッシュステンレス金網でろ過し、エマルション中の凝集物を回収した。フラスコ内、及び攪拌羽根に付着した凝集物も回収した。回収した凝集物を水洗後26.6kPa、105℃で2時間乾燥・秤量して、凝集物量を求めた。使用したモノマーの総量に対する凝集物の重量%で、重合安定性を表した。
(1) Polymerization stability After aging for 1 hour in the above emulsion polymerization step (iv), the obtained polymer emulsion is cooled to 30 ° C. or lower, filtered through a 200 mesh stainless steel wire mesh, and aggregates in the emulsion are recovered. did. Aggregates adhered to the flask and the stirring blade were also collected. The collected aggregate was washed with water, dried and weighed at 26.6 kPa and 105 ° C. for 2 hours, and the amount of aggregate was determined. Polymerization stability was expressed in terms of the weight percent of aggregates relative to the total amount of monomers used.
(2)エマルション粒径
得られたポリマーエマルションを25%アンモニア水で中和してpH8〜9とし、動的光散乱法粒径測定装置(商品名:N4 Plus、ベックマン・コールター社製)を使用して、中和後のポリマーエマルション粒子の平均粒径を測定し、エマルション粒径とした。
(2) Emulsion particle size The obtained polymer emulsion is neutralized with 25% aqueous ammonia to adjust the pH to 8-9, and a dynamic light scattering particle size measurement device (trade name: N4 Plus, manufactured by Beckman Coulter, Inc.) is used. Then, the average particle diameter of the polymer emulsion particles after neutralization was measured and used as the emulsion particle diameter.
(3)塗膜の耐水性(ポリマーエマルション塗膜の耐温水白化性)
上記中和後のポリマーエマルションを、透明アクリル板上にアプリケーターを使用して、乾燥膜厚が50μmとなるよう塗工し、熱風乾燥機で100℃、10分間乾燥した。このアクリル板を60℃の温水に48時間浸漬した後、ヘイズメーターを使用して、塗膜のヘイズ値を測定した。耐温水白化性はヘイズ値が小さい程良好である。
(3) Water resistance of coating film (warm water whitening resistance of polymer emulsion coating film)
The neutralized polymer emulsion was coated on a transparent acrylic plate using an applicator so that the dry film thickness was 50 μm, and dried with a hot air dryer at 100 ° C. for 10 minutes. After this acrylic plate was immersed in warm water of 60 ° C. for 48 hours, the haze value of the coating film was measured using a haze meter. The hot water whitening resistance is better as the haze value is smaller.
上記表3の結果から明らかなように、実施例1〜10は、比較例1〜8と比べて、良好な重合安定性及び良好なエマルション粒径を維持しつつ、優れた塗膜の耐水性(耐温水白化性)を示した。 As is clear from the results of Table 3 above, Examples 1 to 10 are superior to Comparative Examples 1 to 8 in that the coating film has excellent water resistance while maintaining good polymerization stability and good emulsion particle size. (Warm water whitening resistance).
本発明のポリマーエマルションの製造方法は、例えば、塗料、接着剤、紙加工、繊維加工、プラスチック、ゴム等の分野に有用である。 The method for producing a polymer emulsion of the present invention is useful in the fields of paints, adhesives, paper processing, fiber processing, plastics, rubber and the like.
Claims (6)
工程I: 前記反応性アニオン性界面活性剤(a)及び前記非反応性アニオン性界面活性剤(b)の存在重量比[b/(a+b)]が0.60以上0.87以下を満たす条件下で前記モノマー(A)を重合すること、並びに、
工程II: 工程Iで得られた反応液にさらに前記反応性アニオン性界面活性剤(a)及び前記モノマー(A)を添加して前記モノマー(A)を重合すること、を含み、
上記工程I及びIIにおいて使用する前記反応性アニオン性界面活性剤(a)の総量と前記非反応性アニオン性界面活性剤(b)の総量の重量比[b/(a+b)]が0.01〜0.30である、ポリマーエマルションの製造方法。 A monomer containing a vinyl monomer using a reactive anionic surfactant (a) and a non-reactive anionic surfactant (b) having a critical micelle concentration (CMC) of 0.30% by weight or less (A) A method for producing a polymer emulsion comprising emulsion polymerization of
Step I: Conditions where the existing weight ratio [b / (a + b)] of the reactive anionic surfactant (a) and the non-reactive anionic surfactant (b) satisfies 0.60 or more and 0.87 or less. Polymerizing the monomer (A) below, and
Step II: further comprising adding the reactive anionic surfactant (a) and the monomer (A) to the reaction liquid obtained in Step I to polymerize the monomer (A),
The weight ratio [b / (a + b)] of the total amount of the reactive anionic surfactant (a) and the total amount of the non-reactive anionic surfactant (b) used in the steps I and II is 0.01. A process for producing a polymer emulsion, which is ˜0.30.
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