JP2005336436A - High durability emulsion and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】 耐候性、耐汚染性、耐水性、耐クラック性に優れた塗膜を形成し、且つ重合安定性に優れた高耐久性エマルジョンの製造において、凝集物の発生を抑制でき、工業的な設備負荷が小さく処理工程の少ない製造方法を提供すること。
【解決手段】 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〕及び乳化剤〔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。
【選択図】 なしPROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the generation of aggregates in the production of a highly durable emulsion having excellent weather resistance, stain resistance, water resistance and crack resistance and excellent polymerization stability, and industrial To provide a manufacturing method with a small equipment load and a small number of processing steps.
SOLUTION: A hydrolyzable silane [C] is mixed with a pre-emulsion liquid comprising a radical polymerizable monomer [A], a silicone oligomer [B], a polymerization initiator [E] and an emulsifier [D], and then an aqueous solution. A method for producing a highly durable emulsion, comprising polymerizing in a medium.
[Selection figure] None
Description
本発明は、耐汚染性、柔軟性、耐水性、耐候性、耐久性、顔料分散性、光沢保持性、密着性、防錆性、耐透水性に優れた塗膜を形成し得る高耐久性アクリル系エマルジョンに関する。具体的には、塗料、建材の下地処理材または仕上げ材、接着剤、紙加工剤、または織布、不織布の仕上げ材として有用であり、特に、コンクリート、セメントモルタル、スレート板、ケイカル板、石膏ボード、押し出し成形板、発泡性コンクリートなどの無機建材、織布あるいは不織布を基材とした建材、金属建材などの各種下地に対する塗料または建築仕上げ材として、複層仕上げ塗材用の主材およびトップコート、薄付け仕上塗材、厚付け仕上塗材、石材調仕上げ材、グロスペイントなどの合成樹脂エマルジョンペイントとして、金属用塗料、木部塗料、瓦用塗料として有用な高耐久性エマルジョンに関する。 The present invention is highly durable capable of forming a coating film excellent in stain resistance, flexibility, water resistance, weather resistance, durability, pigment dispersibility, gloss retention, adhesion, rust resistance, and water resistance. It relates to an acrylic emulsion. Specifically, it is useful as a finishing material for paints, building materials, surface treatments or finishing materials, adhesives, paper processing agents, woven fabrics, and non-woven fabrics, and in particular, concrete, cement mortar, slate plates, calcium plates, plaster. Main materials and tops for multi-layer finishing coating materials as paints or building finishing materials for various substrates such as boards, extruded plates, inorganic building materials such as expandable concrete, building materials based on woven or non-woven fabric, and metal building materials The present invention relates to a highly durable emulsion useful as a metal paint, a wood paint, and a tile paint as a synthetic resin emulsion paint such as a coat, a thin finish paint, a thick finish paint, a stone finish finish, and a gloss paint.
乳化重合により得られる水性エマルジョンは、常温あるいは加熱下で乾燥形成した被膜が比較的良好な耐久性を示すことから、水性塗料用の樹脂として多く用いられているが、屋外や紫外線に長期間曝露された場合には、艶の低下、変色、膨れなど変質の問題がある。そのため長期の耐久性が必要とされる場合には、溶剤系アクリルシリコーン樹脂などの溶剤系塗料が使用されてきた(たとえば、特許文献1)。しかし最近の環境衛生性、作業安全性や低臭気などの重視から、これら溶剤系塗料に代わり得る高耐久性の水系塗料の出現が切望されるようになった。
本願発明者らは、先に、特許文献2、特許文献3及び特許文献4に開示されたごとく、乳化剤にスルホン酸基、スルホネート基または硫酸エステル基を有するエチレン性不飽和単量体を用いて改良された耐水性を付与し、また特定のシリコーン構造を有する変性剤を用いてシリコーン変性した高耐久性のアクリル系エマルジョンを提案した。そしてこの新規なエマルジョンは、従来のアクリル系エマルジョンに比べて大幅に耐久性が改善されたものである。
Water-based emulsions obtained by emulsion polymerization are often used as resins for water-based paints because the film formed by drying at room temperature or under heating exhibits relatively good durability. In such a case, there is a problem of deterioration such as loss of gloss, discoloration, and swelling. Therefore, when long-term durability is required, solvent-based paints such as solvent-based acrylic silicone resins have been used (for example, Patent Document 1). However, with the recent emphasis on environmental hygiene, work safety, and low odor, the advent of highly durable water-based paints that can replace these solvent-based paints has become eager.
The inventors of the present application previously used an ethylenically unsaturated monomer having a sulfonic acid group, a sulfonate group, or a sulfate ester group as an emulsifier, as disclosed in Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4. A highly durable acrylic emulsion has been proposed which is modified with a silicone using a modifier having a specific silicone structure that imparts improved water resistance. And this new emulsion has the durability improved significantly compared with the conventional acrylic emulsion.
しかし、より耐久性能を向上させるためには、アルコキシラン、ポリアルコキシシロキサン、アルコキシシリル基含有単量体等によるシリコーン変性量を増加させる技術があるが、ポリアルコキシシロキサンは、一般的に行われる乳化重合では水媒体中での安定性が不充分であり、乳化重合によりエマルジョン粒子中に導入することは困難であった。その解決法として例えば、特許文献5には、ポリジメチルシロキサンを含有した水溶液を高圧ホモジナイザーで乳化させ重合する方法を、また特許文献6ではポリアルコキシポリシロキサンを含む水溶液を高圧ホモジナイザーで乳化させて重合する方法が開示されている。
またエマルジョンの放置安定性及び塗膜の耐候性等を向上させるために、特許文献7ではポリアルコキシポリシロキサンを該ポリアルコキシポリシロキサンと反応可能な官能基を有する化合物と反応させてポリアルコキシポリシロキサン化合物を得てから、シリコーンオリゴマー及びラジカル重合性単量体と反応せしめて組成物を得る方法が開示されている。
However, in order to further improve the durability performance, there is a technique for increasing the amount of silicone modification by alkoxylane, polyalkoxysiloxane, alkoxysilyl group-containing monomer, etc., but polyalkoxysiloxane is generally used for emulsification. In polymerization, stability in an aqueous medium is insufficient, and it was difficult to introduce into emulsion particles by emulsion polymerization. For example, Patent Document 5 discloses a method in which an aqueous solution containing polydimethylsiloxane is emulsified with a high-pressure homogenizer, and Patent Document 6 discloses a method in which an aqueous solution containing polyalkoxypolysiloxane is emulsified with a high-pressure homogenizer. A method is disclosed.
In order to improve the standing stability of the emulsion, the weather resistance of the coating film, etc., in Patent Document 7, polyalkoxypolysiloxane is reacted with a compound having a functional group capable of reacting with the polyalkoxypolysiloxane. A method is disclosed in which a compound is obtained and then reacted with a silicone oligomer and a radical polymerizable monomer to obtain a composition.
また特許文献8ではオルガノシラン(加水分解性シラン)とラジカル重合性単量体を含有する混合物を、乳化状態で、加水分解・縮合反応及びラジカル重合する製造方法が開示され、特許文献9ではオルガノシラン(加水分解性シラン)とラジカル重合性単量体と加水分解触媒を混合して、乳化状態で、加水分解を進めたのち、エマルジョン粒子径を0.5μm以下に微細化して、ラジカル重合開始剤を加えてラジカル重合する製造方法が開示されている。
しかしながら、ラジカル重合性単量体に対し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等を多量に加えた系での重縮合は、加水分解性シラン化合物及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、乳化液が破壊されるあるいは破壊されやすい状態となる。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、エマルジョン中に多くの凝集物を発生し易く、対策が必要とされた。そのため、一度加水分解性シラン化合物の重縮合を行った後にアルコールを除去するための蒸留処理を施し、さらにラジカル重合性単量体と重合せしめ目的とするエマルジョン樹脂を得るという複数の処理工程を重ねるなど、簡便なものではなかった。
Patent Document 8 discloses a production method in which a mixture containing an organosilane (hydrolyzable silane) and a radical polymerizable monomer is hydrolyzed / condensed and radically polymerized in an emulsified state. After mixing silane (hydrolyzable silane), radical polymerizable monomer and hydrolysis catalyst, proceeding with hydrolysis in the emulsified state, the emulsion particle size is reduced to 0.5μm or less, and radical polymerization is started. A manufacturing method for radical polymerization by adding an agent is disclosed.
However, polycondensation in a system in which a large amount of a hydrolyzable silane compound, polyalkoxypolysiloxane, etc. is added to the radical polymerizable monomer is a large amount of alcohol from the alkoxy group of the hydrolyzable silane compound and polyalkoxypolysiloxane. Is produced as a by-product, and the emulsion is broken or easily broken. In the method in which the mixed liquid in such a state is introduced into an aqueous medium and emulsion polymerization is performed, many aggregates are easily generated in the emulsion, and countermeasures are required. For this reason, after performing polycondensation of the hydrolyzable silane compound once, a distillation treatment for removing the alcohol is performed, and further, a plurality of treatment steps are obtained by polymerizing with the radical polymerizable monomer to obtain the target emulsion resin. It was not easy.
またこれらのラジカル重合性単量体と加水分解性シラン化合物に加えて、加水分解性触媒を一括して乳化する方法では、加水分解が急速に進み、その際に生じる加水分解熱により乳化液中の重合開始剤が解離して反応が乳化液中で進行する危険が伴うため、乳化液を冷却した後に重合開始剤を追添するという工程が必要であった。従って工業的には、加水分解熱に対する冷却設備が必須となり、前記の副生アルコールの処理に加えて工業的設備の負荷が大きくなる上、重合開始剤の追添加という工程追加も必要となる。
また副生アルコール量及び発生する加水分解熱を低減できるポリアルコキシポリシロキサン及びその化合物にシリケートオリゴマーを反応せしめる方法では、シリコーン成分を増量できるものの、シリコーン成分がブロックポリマー化し、ミクロ的には不均一となる。
また副生アルコールの対策に加えて、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等を多量に加えた系での重縮合では、アルコキシ基が加水分解して生じるシラノール基が全て縮合せずに、その一部がラテックス粒子内および水相中に残存し、貯蔵安定性や機械的安定性を低下させるという問題があった。
In addition to the radically polymerizable monomer and the hydrolyzable silane compound, the method of emulsifying the hydrolyzable catalyst all at once, the hydrolysis proceeds rapidly, and the heat of hydrolysis generated in the emulsion causes There is a risk that the polymerization initiator dissociates and the reaction proceeds in the emulsion, so that a step of adding the polymerization initiator after cooling the emulsion is necessary. Therefore, industrially, a cooling facility against the heat of hydrolysis is essential, and in addition to the treatment of the by-product alcohol, the load on the industrial facility is increased, and an additional step of adding a polymerization initiator is also required.
In addition, the polyalkoxypolysiloxane that can reduce the amount of by-product alcohol and heat of hydrolysis and the method of reacting a silicate oligomer with the compound can increase the silicone component, but the silicone component becomes a block polymer and is not microscopically uniform. It becomes.
In addition to countermeasures for by-product alcohol, polycondensation in a system in which a large amount of a hydrolyzable silane compound, polyalkoxypolysiloxane, etc. is added, the silanol groups generated by hydrolysis of the alkoxy groups are not completely condensed. Some of them remain in the latex particles and in the aqueous phase, resulting in a problem that storage stability and mechanical stability are lowered.
本発明は、耐候性、耐汚染性、耐水性、耐クラック性に優れた塗膜を形成し、且つ重合安定性に優れた高耐久性エマルジョンの製造において、凝集物の発生を抑制でき、工業的な設備負荷が小さく処理工程の少ない製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention can form a coating film excellent in weather resistance, stain resistance, water resistance and crack resistance, and can suppress the generation of aggregates in the production of a highly durable emulsion excellent in polymerization stability. It is an object of the present invention to provide a production method with a small equipment load and a small number of processing steps.
本発明者は、上記のような問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の第1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〕及び乳化剤〔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である。
発明の第2は、プレ乳化液が、ラジカル重合性単量体〔A〕及びシリコーンオリゴマー〔B〕を混合溶解した溶解液、水性媒体、重合開始剤〔E〕及び乳化剤〔D〕とからなることを特徴とする発明の第1に記載の高耐久性エマルジョンの製造方法である。
発明の第3は、プレ乳化液に加水分解性シラン〔C〕を連続的または間欠的に混合しながら、水性媒体中において重合することを特徴とする発明の第1または発明の第2に記載の高耐久性エマルジョンの製造方法である。
発明の第4は、プレ乳化液のpHが4.0以下であることを特徴とする発明の第1〜3のいずれか1つに記載の高耐久性エマルジョンの製造方法である。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have completed the present invention.
That is, the first of the present invention is that a hydrolyzable silane [C] is added to a pre-emulsion liquid comprising a radical polymerizable monomer [A], a silicone oligomer [B], a polymerization initiator [E] and an emulsifier [D]. And then polymerizing in an aqueous medium.
In the second aspect of the invention, the pre-emulsion comprises a solution obtained by mixing and dissolving the radical polymerizable monomer [A] and the silicone oligomer [B], an aqueous medium, a polymerization initiator [E], and an emulsifier [D]. A method for producing a highly durable emulsion according to the first aspect of the invention.
A third aspect of the invention is the first aspect of the invention or the second aspect of the invention, wherein the hydrolyzable silane [C] is polymerized in an aqueous medium while continuously or intermittently mixed with the pre-emulsion. This is a method for producing a highly durable emulsion.
A fourth aspect of the present invention is the method for producing a highly durable emulsion according to any one of the first to third aspects, wherein the pH of the pre-emulsion is 4.0 or less.
発明の第5は、プレ乳化液の油滴粒子径が1.0μm以下であることを特徴とする発明の第1〜4のいずれか1つに記載の高耐久性エマルジョンの製造方法である。
発明の第6は、シリコーンオリゴマー〔B〕が下記式(a)で表される加水分解性シラン化合物の縮合物であり、シリコーンオリゴマー〔B〕1分子当りのアルコキシ基量が0.1〜50%を有することを特徴とする発明の第1〜5のいずれか1つに記載の高耐久性エマルジョンの製造方法である。
(R1 )n −Si−(R2 )4-n ・・・(a)
(式中、nは0〜3の整数であり、各R1 はそれぞれ、独立して水素、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、炭素数1〜10のアクリル酸アルキル基又は炭素数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又はハロゲン原子から選ばれ、少なくとも1つはアルコキシ基である。)
A fifth aspect of the invention is the method for producing a highly durable emulsion according to any one of the first to fourth aspects, wherein the oil droplet diameter of the pre-emulsion liquid is 1.0 μm or less.
A sixth aspect of the invention is a condensate of a hydrolyzable silane compound in which the silicone oligomer [B] is represented by the following formula (a), and the amount of alkoxy groups per molecule of the silicone oligomer [B] is 0.1-50. %. The method for producing a highly durable emulsion according to any one of the first to fifth aspects of the invention.
(R 1 ) n —Si— (R 2 ) 4-n (a)
(In the formula, n is an integer of 0 to 3, and each R 1 is independently hydrogen, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 16 carbon atoms, an aryl group having 5 to 10 carbon atoms, or 5 to 5 carbon atoms. 6 cycloalkyl groups, a vinyl group, a phenyl group, an alkyl acrylate group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and each R 2 is independently selected from 1 to 1 carbon atoms. 8 is selected from an alkoxy group, an acetoxy group, a hydroxyl group, an epoxy group, an ethylene oxide group, or a halogen atom, and at least one is an alkoxy group.)
発明の第7は、シリコーンオリゴマー〔B〕が下記式(1)、(2)及び(3)で表され、シリコーンオリゴマー〔B〕1分子当りのアルコキシ基量が0.1〜50%を有することを特徴とする発明の第1〜6のいずれか1つに記載の高耐久性エマルジョンの製造方法である。
発明の第8は、シリコーンオリゴマー〔B〕と加水分解性シラン化合物〔C〕の合計質量に対するシリコーンオリゴマー〔B〕の質量比率が、5%〜95%であることを特徴とする発明の第1〜7のいずれか1つに記載の高耐久性エマルジョンの製造方法である。
発明の第9は、ラジカル重合性単量体〔A〕の5質量%以上が、シクロアルキル基を有する(メタ)アクリレート系単量体からなる群から選ばれる1種または2種以上の単量体からなることを特徴とする発明の第1〜8のいずれか1つに記載の高耐久性エマルジョンの製造方法である。
発明の第10は、発明の第1〜9のいずれか1つに記載の製造方法によって得られることを特徴とする高耐久性エマルジョンである。
According to an eighth aspect of the invention, the mass ratio of the silicone oligomer [B] to the total mass of the silicone oligomer [B] and the hydrolyzable silane compound [C] is 5% to 95%. It is a manufacturing method of the highly durable emulsion as described in any one of -7.
A ninth aspect of the invention is that the radically polymerizable monomer [A] is 5% by mass or more selected from the group consisting of (meth) acrylate monomers having a cycloalkyl group. It is a manufacturing method of the highly durable emulsion as described in any one of 1st-8th of the invention characterized by consisting of a body.
A tenth aspect of the present invention is a highly durable emulsion obtained by the production method according to any one of the first to ninth aspects of the present invention.
本発明のエマルジョン製造方法は、従来のシリコーン成分を増加させた際に重合安定性が低下し、安定に製造できなかった製造方法に対し、凝集物の発生を抑制し且つ簡便で工業的な設備負荷が小さい製造方法を提供できる。また本発明のエマルジョン製造方法は、耐候性、耐汚染性、耐水性、耐クラック性に優れた塗膜を形成できる水性シリコーン変性アクリレート重合体エマルジョンを提供できる。 The emulsion production method of the present invention is a simple and industrial facility that suppresses the generation of aggregates and is less likely to produce a stable product than the production method in which the polymerization stability decreases when the conventional silicone component is increased. A manufacturing method with a small load can be provided. The emulsion production method of the present invention can provide an aqueous silicone-modified acrylate polymer emulsion capable of forming a coating film excellent in weather resistance, stain resistance, water resistance and crack resistance.
以下、本発明について詳細に説明する。
ラジカル重合性単量体〔A〕
本発明におけるラジカル重合性単量体〔A〕には、(メタ)アクリル酸エステル(本願において、アクリル酸およびメタアクリル酸を合わせて(メタ)アクリル酸と標記する)に代表される(メタ)アクリレート単量体を含む必要がある。(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、アルキル部の炭素数が1〜18の(メタ)アクリル酸アルキルエステル、エチレンオキサイド基の数が1〜100個の(ポリ)オキシエチレンモノ(メタ)アクリレート、(ポリ)オキシプロピレンモノ(メタ)アクリレート、アルキル部の炭素数が1〜18の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、エチレンオキサイド基の数が1〜100個の(ポリ)オキシエチレンジ(メタ)アクリレートなどがある。(メタ)アクリル酸アルキルエステルの具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−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2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステルなどが挙げられる。(ポリ)オキシエチレンモノ(メタ)アクリレートの具体例としては、(メタ)アクリル酸エチレングリコール、メトキシ(メタ)アクリル酸エチレングリコール、(メタ)アクリル酸ジエチレングリコール、メトキシ(メタ)アクリル酸ジエチレングリコール、(メタ)アクリル酸テトラエチレングリコール、メトキシ(メタ)アクリル酸テトラエチレングリコールなどが挙げられる。(ポリ)オキシプロピレンモノ(メタ)アクリレートの具体例としては、(メタ)アクリル酸プロピレングリコール、メトキシ(メタ)アクリル酸プロピレングリコール、(メタ)アクリル酸ジプロピレングリコール、メトキシ(メタ)アクリル酸ジプロピレングリコール、(メタ)アクリル酸テトラプロピレングリコール、メトキシ(メタ)アクリル酸テトラプロピレングリコールなどが挙げられる。(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの具体例としては、(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などが挙げられる。又、(ポリ)オキシエチレンジ(メタ)アクリレートの具体例としては、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸ジエチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸トリエチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸テトラエチレングリコールなどが挙げられる。また、上記以外の具体例としては、(メタ)アクリル酸グリシジル、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。(メタ)アクリレート単量体は、ラジカル重合性単量体〔A〕の質量に対して好ましくは80〜100質量%、より好ましくは90質量%〜100質量%用いることが好ましい。さらに本発明において、ラジカル重合性単量体〔A〕として(メタ)アクリレート単量体と混合して使用できる単量体には、ラジカル重合性カルボン酸単量体、アクリルアミド単量体、メタクリルアミド単量体、ビニル単量体から選ばれる、(メタ)アクリレート単量体と共重合可能な少なくとも1種のコモノマーが挙げられる。好ましくは、ラジカル重合性カルボン酸単量体であり、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸およびそのモノエステル、フマル酸およびそのモノエステル、並びにマレイン酸およびそのモノエステルからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが特に好ましい。これらラジカル重合性カルボン酸単量体は、加水分解性シランの加水分解反応および縮合反応を促進させる触媒としても作用するからである。アクリルアミド単量体またはメタクリルアミド単量体としては、(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミドなどがあり、ビニル系単量体としては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、ビニルピロリドン、メチルビニルケトンなどがあり、又、シアン化ビニル単量体の例としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどが挙げられる。 さらにラジカル重合性単量体〔A〕として(メタ)アクリレート単量体と混合して使用できる単量体としては、ビニルトルエン、スチレン、α−メチルスチレンなどの芳香族単量体、塩化ビニル、塩化ビニリデンなどのハロゲン化ビニル、ブタジエン、エチレンなども挙げられる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Radical polymerizable monomer [A]
The radical polymerizable monomer [A] in the present invention is represented by (meth) acrylic acid ester (in this application, acrylic acid and methacrylic acid are collectively referred to as (meth) acrylic acid). It is necessary to include an acrylate monomer. Specific examples of (meth) acrylic acid esters include (meth) acrylic acid alkyl esters having 1 to 18 carbon atoms in the alkyl moiety, and (poly) oxyethylene mono (meth) having 1 to 100 ethylene oxide groups. Acrylate, (poly) oxypropylene mono (meth) acrylate, (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester having 1 to 18 carbon atoms in the alkyl portion, and (poly) oxyethylene di (1) having 1 to 100 ethylene oxide groups And (meth) acrylate. Specific examples of the (meth) acrylic acid alkyl ester include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, and (meth) acrylic acid t-. Examples include butyl, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, and (meth) acrylic acid cycloalkyl ester. Specific examples of (poly) oxyethylene mono (meth) acrylate include ethylene glycol (meth) acrylate, ethylene glycol methoxy (meth) acrylate, diethylene glycol (meth) acrylate, diethylene glycol methoxy (meth) acrylate, (meta ) Tetraethylene glycol acrylate, tetraethylene glycol methoxy (meth) acrylate, and the like. Specific examples of (poly) oxypropylene mono (meth) acrylate include propylene glycol (meth) acrylate, propylene glycol methoxy (meth) acrylate, dipropylene glycol (meth) acrylate, dipropylene methoxy (meth) acrylate Examples include glycol, tetrapropylene glycol (meth) acrylate, and tetrapropylene glycol methoxy (meth) acrylate. Specific examples of the (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate and 2-hydroxypropyl (meth) acrylate. Specific examples of (poly) oxyethylene di (meth) acrylate include ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, and di (meth) acryl. Examples include acid tetraethylene glycol. Specific examples other than the above include glycidyl (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, and the like. The (meth) acrylate monomer is preferably used in an amount of 80 to 100 mass%, more preferably 90 to 100 mass%, based on the mass of the radical polymerizable monomer [A]. Furthermore, in the present invention, the monomer that can be used as a radical polymerizable monomer [A] mixed with a (meth) acrylate monomer includes a radical polymerizable carboxylic acid monomer, an acrylamide monomer, and methacrylamide. Examples thereof include at least one comonomer that can be copolymerized with a (meth) acrylate monomer selected from monomers and vinyl monomers. Preferably, it is a radically polymerizable carboxylic acid monomer and is at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid and monoesters thereof, fumaric acid and monoesters thereof, and maleic acid and monoesters thereof. It is particularly preferred that This is because these radical polymerizable carboxylic acid monomers also act as a catalyst for promoting the hydrolysis reaction and condensation reaction of the hydrolyzable silane. Examples of acrylamide monomers or methacrylamide monomers include (meth) acrylamide, diacetone (meth) acrylamide, N-methylol (meth) acrylamide, N-butoxymethyl (meth) acrylamide, and vinyl monomers. Examples thereof include vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl versatate, vinyl pyrrolidone, methyl vinyl ketone, and examples of vinyl cyanide monomers include acrylonitrile and methacrylonitrile. Furthermore, as a monomer that can be used as a radical polymerizable monomer [A] by mixing with a (meth) acrylate monomer, aromatic monomers such as vinyltoluene, styrene, α-methylstyrene, vinyl chloride, Examples thereof include vinyl halides such as vinylidene chloride, butadiene, and ethylene.
本発明においては、ラジカル重合性単量体〔A〕としてシクロアルキル基を有する(メタ)アクリレート系単量体を含むことが、特に耐久性に優れるため好ましい。シクロアルキル基の水素原子の一部が炭素数1〜6のアルキル基、水酸基又はエポキシ基に置換されていても良い。ラジカル重合性単量体〔A〕の5質量%以上、より好ましくは5質量%以上99質量%以下、さらに好ましくは5質量%以上80質量%以下が、シクロアルキル基を有する(メタ)アクリレート系単量体、或いはそれらの混合物であることが好ましい。シクロアルキル基を有する(メタ)アクリレート系単量体、或いはそれらの混合物がラジカル重合性単量体〔A〕の5質量%以上で耐久性に優れ、80質量%以下で成膜性が良い。シクロアルキル基を有する(メタ)アクリレート系単量体としては、(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステルが挙げられる。(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステルとしては、炭素数5〜12のシクロアルキル基のエステルが好ましく、該シクロアルキルエステルは、シクロアルキル基の水素原子の一部が炭素数1〜6のアルキル基、水酸基又はエポキシ基に置換されていても良い。シクロアルキル基を有する(メタ)アクリレート系単量体の例として下記式(4)で表される化合物が挙げられる。 In the present invention, it is preferable to include a (meth) acrylate monomer having a cycloalkyl group as the radical polymerizable monomer [A] because it is particularly excellent in durability. A part of hydrogen atoms of the cycloalkyl group may be substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxyl group or an epoxy group. 5% by mass or more, more preferably 5% by mass or more and 99% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 80% by mass or less of the radical polymerizable monomer [A] has a cycloalkyl group. It is preferably a monomer or a mixture thereof. A (meth) acrylate monomer having a cycloalkyl group or a mixture thereof is excellent in durability when it is 5% by mass or more of the radical polymerizable monomer [A], and has good film formability when it is 80% by mass or less. Examples of the (meth) acrylate monomer having a cycloalkyl group include (meth) acrylic acid cycloalkyl ester. As the (meth) acrylic acid cycloalkyl ester, an ester of a cycloalkyl group having 5 to 12 carbon atoms is preferable, and the cycloalkyl ester is an alkyl group in which a part of hydrogen atoms of the cycloalkyl group has 1 to 6 carbon atoms, It may be substituted with a hydroxyl group or an epoxy group. Examples of the (meth) acrylate monomer having a cycloalkyl group include a compound represented by the following formula (4).
その具体例としては、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2,3シクロヘキセンオキサイドなどを挙げることができる。
Specific examples thereof include cyclohexyl (meth) acrylate, 2-hydroxycyclohexyl (meth) acrylate, methyl cyclohexyl (meth) acrylate, 2,3 cyclohexene oxide (meth) acrylate, and the like.
シリコーンオリゴマー〔B〕
本発明で用いるシリコーンオリゴマー〔B〕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)
(式中、各R1 はそれぞれ、独立して水素、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、炭素数1〜10のアクリル酸アルキル基又は炭素数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又はハロゲン原子から選ばれ、少なくとも1つはアルコキシ基である。)
Silicone oligomer [B]
The silicone oligomer [B] used in the present invention is not particularly limited as long as it is a hydrolyzable silane condensate represented by the following formula (a).
(R 1 ) n —Si— (R 2 ) 4-n (a)
(In the formula, each R 1 is independently hydrogen, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 16 carbon atoms, an aryl group having 5 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 6 carbon atoms, a vinyl group, or phenyl. Group, an alkyl acrylate group having 1 to 10 carbon atoms or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and each R 2 is independently an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, an acetoxy group, a hydroxyl group, (It is selected from an epoxy group, an ethylene oxide group or a halogen atom, and at least one is an alkoxy group.)
本発明で用いるシリコーンオリゴマー〔B〕のより好ましいものは、下記式(1)、(2)及び(3)で表されるものである。
またこのシリコーンオリゴマーは、直鎖状でも、分岐を持つ構造のものでもよく、好ましいmは水相中での分散性が上がる2〜50であり、さらに好ましくは2〜20である。該シリコーンオリゴマーのアルコキシ基量は2〜50%が好ましく、より好ましくは2〜30%で、50%以上では副生するアルコールが多量に発生し、重合安定性が損なわれ、2%以下ではシリコーン成分の架橋度が低下し、耐候性向上への寄与が低下する。該シリコーンオリゴマーは市販されているものを用いてもよく、もしくは加水分解性シラン化合物を加水分解縮合して得られる化合物を用いてもよいが、その際は重合安定性を阻害するアルコールの除去処理が必要となる。
シリコーンオリゴマーの具体的な市販品としては例えば、KC−89、KR−500、X−40−9225、X−40−9246、X−40−9250等のメチルメトキシ基系、KR−217等のフェニルメトキシ基系、KR−9218、KR213、KR510、X−40−9227、X−40−9247等のメチル/フェニルメトキシ系(以上信越化学製 製品名) やMSE−100等のメチルメトキシ系(以上シリコーンワッカー社製 製品名) 等があげられ、これらのシリコーンオリゴマーは単独で用いても、複数用いることもできる。
Further, the silicone oligomer may be linear or have a branched structure, and preferable m is 2 to 50, more preferably 2 to 20 which increases dispersibility in the aqueous phase. The amount of alkoxy groups in the silicone oligomer is preferably 2 to 50%, more preferably 2 to 30%. When the amount is 50% or more, a large amount of alcohol is generated as a by-product, and the polymerization stability is impaired. The degree of crosslinking of the components decreases, and the contribution to improving weather resistance decreases. Commercially available silicone oligomers may be used, or compounds obtained by hydrolytic condensation of hydrolyzable silane compounds may be used. In this case, alcohol removal treatment that inhibits polymerization stability is used. Is required.
Specific examples of commercially available silicone oligomers include methyl methoxy groups such as KC-89, KR-500, X-40-9225, X-40-9246, and X-40-9250, and phenyl such as KR-217. Methyl group such as methoxy group, KR-9218, KR213, KR510, X-40-9227, X-40-9247, etc. (named product name manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and methylmethoxy type such as MSE-100 (above silicone) The product name) manufactured by Wacker Co., etc. can be used, and these silicone oligomers can be used alone or in combination.
本発明の製造方法において、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〕及び乳化剤〔D〕からなるプレ乳化液に加水分解性シラン〔C〕と混合した後、水性媒体中において重合することにより高耐久性エマルジョンを得ることができる。
重合方法としては、乳化重合、懸濁重合、塊状重合、ミニエマルション重合が挙げられるが、平均粒子径が10nm〜1μm程度の分散安定性の良好なエマルジョンを安定的に製造する方法としては、乳化重合が好ましい。
さらに本発明の製造方法において、ラジカル重合性単量体〔A〕とシリコーンオリゴマー〔B〕を乳化する前に混合溶解した溶解液とする方法は肝要である。
In the production method of the present invention, a hydrolyzable silane [C] was mixed with a pre-emulsion liquid comprising a radical polymerizable monomer [A], a silicone oligomer [B], a polymerization initiator [E] and an emulsifier [D]. Thereafter, a highly durable emulsion can be obtained by polymerization in an aqueous medium.
Examples of the polymerization method include emulsion polymerization, suspension polymerization, bulk polymerization, and miniemulsion polymerization. As a method for stably producing an emulsion having an average particle size of about 10 nm to 1 μm and excellent dispersion stability, emulsification is possible. Polymerization is preferred.
Furthermore, in the production method of the present invention, it is important to prepare a solution obtained by mixing and dissolving the radical polymerizable monomer [A] and the silicone oligomer [B] before emulsification.
単にラジカル重合性単量体〔A〕とシリコーンオリゴマー〔B〕、乳化剤〔D〕、重合開始剤〔E〕及び水性媒体とを混合し、ホモミキサー等により乳化した場合は、ラジカル重合性単量体濃度が高いモノマー油滴とシリコーンオリゴマー濃度が高く、粒子径が20μm以上の油滴を生じるため、結果としてミクロ的に不均一な組成のエマルジョン粒子を形成し、さらには、成膜して得られる塗膜もミクロ的に不均一な構造となる。またシリコーンオリゴマーの分子量が大きい場合、または添加量が多い場合には、組成の不均一化がより大きく、重合中に多量の凝集物を発生することとなる。このラジカル重合性単量体〔A〕とシリコーンオリゴマー〔B〕とのミクロ的な不均一化を抑制し、均一構造とするため、本発明の製造方法においては、ラジカル重合性単量体〔A〕とシリコーンオリゴマー〔B〕を乳化する前に混合溶解した溶解液を得ることが肝要である。この溶解液中において、シリコーンオリゴマー〔B〕はラジカル重合性単量体〔A〕と均一に相溶としており、また加水分解は進行していない。この該溶解液と水性媒体、ラジカル重合性カルボン酸単量体〔A〕、重合開始剤〔E〕及び乳化剤〔D〕を加えてホモミキサー等により乳化し、プレ乳化液を得る。このプレ乳化液ではラジカル重合性カルボン酸単量体〔A〕が加水分解触媒として作用するため、シリコーンオリゴマー〔B〕の加水分解が進行する。しかるに、本発明において用いるシリコーンオリゴマー〔B〕として、該シリコーンオリゴマーのアルコキシ基量は2〜50%が好ましく、加水分解熱量を抑制させる上で2〜30%がより好ましく、50%以上では加水分解熱量が抑制できず、また副生するアルコールが多量に発生し、重合安定性が損なわれる。またシリコーンオリゴマー〔B〕として、ラジカル重合性単量体〔A〕に溶解するメチルアルコキシ系オリゴマーや、メチルフェニルアルコキシ系オリゴマーが好ましく、相溶性の高いメチルフェニルアルコキシ系オリゴマーがより好ましい。またせん断力の高い高圧ホモジナイザー等を用いて、さらに粒子径が1μm以下の微細な油滴に乳化することで、ミクロ的な濃度均一化を促進することがより好ましい。 When radically polymerizable monomer [A] and silicone oligomer [B], emulsifier [D], polymerization initiator [E], and aqueous medium are mixed and emulsified with a homomixer or the like, the radical polymerizable monomer Monomer oil droplets with a high body concentration and silicone oligomer concentrations are high, and oil droplets with a particle diameter of 20 μm or more are generated. As a result, emulsion particles having a micro-uniform composition are formed, and further, formed into a film. The resulting coating also has a microscopically non-uniform structure. In addition, when the molecular weight of the silicone oligomer is large or when the addition amount is large, the composition becomes more non-uniform and a large amount of aggregates are generated during the polymerization. In order to suppress microscopic heterogeneity between the radically polymerizable monomer [A] and the silicone oligomer [B] and to obtain a uniform structure, in the production method of the present invention, the radically polymerizable monomer [A] It is important to obtain a solution in which the solution is mixed and dissolved before emulsifying the silicone oligomer [B]. In this solution, the silicone oligomer [B] is uniformly compatible with the radical polymerizable monomer [A], and hydrolysis does not proceed. The solution, aqueous medium, radical polymerizable carboxylic acid monomer [A], polymerization initiator [E] and emulsifier [D] are added and emulsified with a homomixer or the like to obtain a pre-emulsion. In this pre-emulsion, since the radical polymerizable carboxylic acid monomer [A] acts as a hydrolysis catalyst, hydrolysis of the silicone oligomer [B] proceeds. However, as the silicone oligomer [B] used in the present invention, the amount of alkoxy groups of the silicone oligomer is preferably 2 to 50%, more preferably 2 to 30% in terms of suppressing the heat of hydrolysis, and hydrolysis of 50% or more. The amount of heat cannot be suppressed, and a large amount of by-produced alcohol is generated, so that the polymerization stability is impaired. Moreover, as a silicone oligomer [B], the methyl alkoxy oligomer and methyl phenyl alkoxy oligomer which melt | dissolve in a radically polymerizable monomer [A] are preferable, and a methyl phenyl alkoxy oligomer with high compatibility is more preferable. Further, it is more preferable to promote uniform microscopic concentration by emulsifying into fine oil droplets having a particle diameter of 1 μm or less using a high-pressure homogenizer having a high shearing force.
加水分解性シラン化合物〔C〕
本発明においては、シリコーン構造の架橋密度及び可撓性を付与するために加水分解性シラン化合物を用いることが好ましい。加水分解性シラン化合物〔C〕は、下記式(a)で表される、シリコーン構造を有するシラン(I)の少なくとも1種を含んでいることが好ましい。
(R1 )n −Si−(R2 )4-n (a)
(式中、nは0〜3の整数であり、各R1 は水素原子、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、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る。n個のR1 は同一であっても、異なっても良い。各R2 は炭素数1〜8のアルコキシ基、アセトキシ基または水酸基から選ばれる。4−n個のR2 は同一であっても、異なっても良い。)
Hydrolyzable silane compound [C]
In the present invention, it is preferable to use a hydrolyzable silane compound in order to impart a crosslinking density and flexibility of the silicone structure. The hydrolyzable silane compound [C] preferably contains at least one silane (I) having a silicone structure represented by the following formula (a).
(R 1) n -Si- (R 2) 4-n (a)
(In the formula, n is an integer of 0 to 3, and each R 1 is a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 16 carbon atoms, an aryl group having 5 to 10 carbon atoms, or a cycloalkyl having 5 to 6 carbon atoms. Selected from a group, a vinyl group, a phenyl group, an alkyl acrylate group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkyl methacrylate group having 1 to 10 carbon atoms, and n R 1 s may be the same or different. Each R 2 is selected from an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, an acetoxy group or a hydroxyl group, and 4-n R 2 may be the same or different.
特に、加水分解性シラン化合物〔C〕には、式(a)においてn=1とおいたシラン(II)の少なくとも1種を含んでいることが好ましい。シラン(II)のR1 としてはメチル基、フェニル基、ビニル基、γ−(メタ)アクリロキシプロピル基が好ましく、R2 はそれぞれ独立して、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、メトキシエトキシ基、水酸基が好ましい。シラン(II)の好ましい具体例としては、メチルトリメトシキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ビニルエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランなどがあり、またこれらの二種以上を含んでいてもよい。 In particular, the hydrolyzable silane compound [C] preferably contains at least one silane (II) having n = 1 in the formula (a). As R 1 of silane (II), a methyl group, a phenyl group, a vinyl group, and a γ- (meth) acryloxypropyl group are preferable, and R 2 each independently represents a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, A methoxyethoxy group and a hydroxyl group are preferred. Preferable specific examples of silane (II) include methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, phenyltriethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, vinylethoxysilane, γ-acryloxypropyltrimethoxysilane, There are γ-acryloxypropyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, and the like, and two or more of these may be included.
また、本発明において、加水分解性シラン化合物〔C〕は、環状シラン及び式(a)においてn=2とおいて得られるシラン(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。これは、上記シラン(III)及び/又は環状シランを用いることにより、該シラン化合物〔C〕が形成するシリコーン重合体の架橋密度を低くし、重合体の構造が複雑になるのを防ぐことができ、これによって、高耐久性エマルジョンから提供される塗膜に可撓性を付与することができるためである。シラン(III)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が挙げられる。また環状シランとしては、オクタメチルシクロテトラシロキサン、オクタフェニルシクロシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサンなども用いることができる。 In the present invention, the hydrolyzable silane compound [C] preferably contains at least one selected from the group consisting of cyclic silane and silane (III) obtained by setting n = 2 in the formula (a). This is because the use of the silane (III) and / or cyclic silane lowers the crosslink density of the silicone polymer formed by the silane compound [C] and prevents the polymer structure from becoming complicated. This is because flexibility can be imparted to the coating film provided from the highly durable emulsion. Specific examples of silane (III) include dimethyldimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, methylphenylsilane, and γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane. As the cyclic silane, octamethylcyclotetrasiloxane, octaphenylcyclosiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane, and the like can also be used.
加水分解性シラン化合物〔C〕において、シラン(II)単独では、塗膜柔軟性に問題があるときは、上記の環状シラン類及びシラン(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種を併用することが好ましい。その量は、上記の環状シラン類及びシラン(III)からなる群より選ばれる少なくとも1種に対するシラン(II)のモル比が100/1〜10/100であることが好ましく、100/1〜35/100であることがより好ましい。シラン(II)が10/100以上でシランの重合性に問題が無く、シランの低分子量物の残留は実質的に問題ない。
さらに、加水分解性シラン化合物〔C〕には、式(a)においてn=0または3とおいて得られるシラン(IV)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含んでも良い。加水分解性シラン化合物〔C〕において、シラン(II)単独では、塗膜柔軟性に問題があるときは、シラン(IV)からなる群より選ばれる少なくとも1種を併用することが好ましい。その量は、シラン(II)の上記のシラン(IV)からなる群より選ばれる少なくとも1種に対するモル比が100/1〜10/100であることが好ましく、100/1〜35/100であることがより好ましい。シラン(II)が10/100以上でシランの重合性に問題が無く、シランの低分子量物の残留は実質的に問題ない。
In the hydrolyzable silane compound [C], when silane (II) alone has a problem in film flexibility, at least one selected from the group consisting of the above cyclic silanes and silane (III) is used in combination. It is preferable. The amount is preferably such that the molar ratio of silane (II) to at least one selected from the group consisting of the above cyclic silanes and silane (III) is from 100/1 to 10/100, and from 100/1 to 35. / 100 is more preferable. When the silane (II) is 10/100 or more, there is no problem in the polymerizability of the silane, and there is substantially no problem in the residual low molecular weight silane.
Further, the hydrolyzable silane compound [C] may contain at least one selected from the group consisting of silane (IV) obtained by setting n = 0 or 3 in the formula (a). In the hydrolyzable silane compound [C], when silane (II) alone has a problem in coating film flexibility, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of silane (IV) in combination. The amount is preferably such that the molar ratio of silane (II) to at least one selected from the group consisting of silane (IV) is 100/1 to 10/100, and is 100/1 to 35/100. It is more preferable. When the silane (II) is 10/100 or more, there is no problem in the polymerizability of the silane, and there is substantially no problem in the residual low molecular weight silane.
シラン(IV)の具体例として、フェニルトリエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、テトラエトキシシランなどが挙げられる。シラン(III)またはシラン(IV)において、R1 としてはメチル基、フェニル基が特に好ましく、R2 としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、メトキシエトキシ基、水酸基が特に好ましい。
加水分解性シラン化合物〔C〕は、上記したシラン(III)又はシラン(IV)から選ばれる少なくとも1種の化合物に加え、クロロシラン、例えばメチルクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルクロロシラン、ビニルクロルシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリクロロシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジクロロメチルシランを含むことができる。
Specific examples of silane (IV) include phenyltriethoxysilane, trimethylmethoxysilane, and tetraethoxysilane. In silane (III) or silane (IV), R 1 is particularly preferably a methyl group or a phenyl group, and R 2 is particularly preferably a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, a methoxyethoxy group or a hydroxyl group.
The hydrolyzable silane compound [C] is a chlorosilane such as methylchlorosilane, methyldichlorosilane, dimethyldichlorosilane, trimethylchlorosilane, phenyl in addition to at least one compound selected from silane (III) or silane (IV). Trichlorosilane, diphenylchlorosilane, vinylchlorosilane, γ- (meth) acryloxypropyltrichlorosilane, and γ- (meth) acryloxypropyldichloromethylsilane can be included.
本発明は、加水分解性シラン化合物〔C〕を用いることによって、高耐久性エマルジョンより得られるフィルムの屋外などに長期曝露における光沢保持性を改善し、始めて高度な耐候性を示すフィルムを得ることができる。上記したシラン縮合物の存在は、29SiNMR(29Si核磁気共鳴スペクトル)または1 HNMR(プロトン核磁気共鳴スペクトル)によって知ることができる。例えば、シラン(II)の縮合物は、29SiNMRのケミカルシフトが−40〜−80PPMにピークを示すことで同定することができる。また、シラン(IV)あるいは環状シランの縮合物は29SiNMRのケミカルシフトが−16〜−26PPMにピークを示すことで同定することができる。 In the present invention, by using a hydrolyzable silane compound [C], it is possible to improve the gloss retention in a long-term exposure of a film obtained from a highly durable emulsion, for example, outdoors, and to obtain a film exhibiting high weather resistance for the first time. Can do. The presence of the above-mentioned silane condensate can be known by 29 SiNMR ( 29 Si nuclear magnetic resonance spectrum) or 1 HNMR (proton nuclear magnetic resonance spectrum). For example, a condensate of silane (II) can be identified by 29SiNMR chemical shift showing a peak at -40 to -80PPM. Silane (IV) or condensate of cyclic silane can be identified by 29Si NMR chemical shift showing a peak at -16 to -26 PPM.
本発明におけるラジカル重合性単量体〔A〕、シリコーンオリゴマー〔B〕及び加水分解性シラン化合物化合物〔C〕の好ましい使用量は、ラジカル重合性単量体〔A〕成分の合計100質量部に対し、シリコーンオリゴマー〔B〕は5〜200質量部で、5質量部以上では耐候性が向上し、200質量部以下で重合安定性が良く、また得られる塗膜の伸度が充分でクラックが生じ難く、より好ましくは5〜100質量部である。加水分解性シラン化合物〔C〕は好ましくは1〜200質量部で、1質量部以上では耐候性が向上し、200質量部以下で重合安定性が良く、より好ましくは1〜100質量部で、さらに好ましくは5〜50質量部である。50質量部以下では、副生メタノールの発生による重合安定性の低下が少ない。
さらに重合安定性を確保し、且つエマルジョンから得られる樹脂の最低造膜温度、架橋度及び可撓性を付与し、耐候性に優れ、クラックが生じ難くする上で、シリコーンオリゴマー〔B〕、及び加水分解性シラン化合物〔C〕を組み合わせて用いる場合、シリコーンオリゴマー〔B〕と加水分解性シラン化合物〔C〕の合計質量に対するシリコーンオリゴマー〔B〕質量比率が、5%から95%であることが好ましく、5%以上では加水分解性シラン化合物〔C〕による架橋度及び可撓性の付与が容易で、95%以下では重合安定性に優れ、より好ましくは5〜80%である。
In the present invention, the radically polymerizable monomer [A], the silicone oligomer [B] and the hydrolyzable silane compound compound [C] are preferably used in a total amount of 100 parts by mass of the radically polymerizable monomer [A] component. On the other hand, the silicone oligomer [B] is 5 to 200 parts by mass, the weather resistance is improved at 5 parts by mass or more, the polymerization stability is good at 200 parts by mass or less, and the obtained coating film has sufficient elongation and cracks. It is hard to produce, More preferably, it is 5-100 mass parts. The hydrolyzable silane compound [C] is preferably 1 to 200 parts by mass, the weather resistance is improved at 1 part by mass or more, the polymerization stability is good at 200 parts by mass or less, more preferably 1 to 100 parts by mass, More preferably, it is 5-50 mass parts. When the amount is 50 parts by mass or less, a decrease in polymerization stability due to generation of by-product methanol is small.
Furthermore, in order to ensure the polymerization stability and to give the minimum film-forming temperature, crosslinking degree and flexibility of the resin obtained from the emulsion, it is excellent in weather resistance and hardly causes cracking, the silicone oligomer [B], and When the hydrolyzable silane compound [C] is used in combination, the mass ratio of the silicone oligomer [B] to the total mass of the silicone oligomer [B] and the hydrolyzable silane compound [C] is 5% to 95%. Preferably, if it is 5% or more, it is easy to impart the degree of crosslinking and flexibility with the hydrolyzable silane compound [C], and if it is 95% or less, the polymerization stability is excellent, and more preferably 5 to 80%.
乳化剤〔D〕
本発明において、乳化重合に用いる乳化剤〔D〕には、スルホン酸基又はスルホネート基を有するエチレン性不飽和単量体、硫酸エステル基を有するエチレン性不飽和単量体のうち、少なくともいずれか一を含むことが、高度な耐水性を達成するために好ましい。ここにいうスルホン酸基又はスルホネート基を有するエチレン性不飽和単量体としては、ラジカル重合性の二重結合を有し、かつフリーのスルホン酸基、又はそのアンモニウム塩かアルカリ金属塩である基(アンモニウムスルホネート基、又はアルカリ金属スルホネート基)を有する化合物であることが好ましい。たとえば、スルホン酸基のアンモニウム塩、ナトリウム塩またはカリウム塩である基により一部が置換された、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜4のアルキルエーテル基、炭素2〜4のポリアルキルエーテル基、炭素数6または10のアリール基およびコハク酸基からなる群より選ばれる置換基を有する化合物であるか、スルホン酸基のアンモニウム塩、ナトリウム塩またはカリウム塩である基に結合しているビニル基を有するビニルスルホネート化合物が好ましい。
Emulsifier [D]
In the present invention, the emulsifier [D] used for emulsion polymerization is at least one of an ethylenically unsaturated monomer having a sulfonic acid group or a sulfonate group and an ethylenically unsaturated monomer having a sulfate group. In order to achieve a high level of water resistance, it is preferable. The ethylenically unsaturated monomer having a sulfonic acid group or a sulfonate group mentioned here has a radically polymerizable double bond and is a free sulfonic acid group, or an ammonium salt or an alkali metal salt thereof. A compound having (ammonium sulfonate group or alkali metal sulfonate group) is preferable. For example, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl ether group having 2 to 4 carbon atoms, a polycarbon having 2 to 4 carbon atoms, which is partially substituted with a group that is an ammonium salt, sodium salt or potassium salt of a sulfonic acid group. It is a compound having a substituent selected from the group consisting of an alkyl ether group, an aryl group having 6 or 10 carbon atoms and a succinic acid group, or bonded to a group which is an ammonium salt, sodium salt or potassium salt of a sulfonic acid group. Preferred are vinyl sulfonate compounds having a vinyl group.
本発明におけるスルホン酸基のアンモニウム塩、ナトリウム塩またはカリウム塩である基により一部が置換されたコハク酸化合物の具体例として、アリルスルホコハク酸塩、たとえば、下記式(5)、(6)、(7)、(8)で表される化合物が挙げられる。
(式中、R1 は水素またはメチル基、R2 は炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルケニル基、炭素数5〜12のシクロアルキル基、炭素数6〜19のアラルキル基等の炭化水素基、又はその一部が水酸基、カルボン酸基等で置換されたもの、もしくはポリオキシエチレンアルキルエーテル基(アルキル部分の炭素数が0〜20、およびアルキレン部分の炭素が2〜4)、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル基(アルキル部分の炭素数が0〜20、およびアルキレン部分の炭素数が2〜4)等のアルキレンオキサイド化合物を含む有機基であり、Aは炭素数2〜4個のアルキレン基または一部が置換されたアルキレン基であり、nは0〜200の整数であり、Mはアンモニウム、ナトリウムまたはカリウムである。)
上記式(5)及び(6)を含むものとして、例えば、エレミノールJS−2、JS−5(製品名、三洋化成(株)製)があり、上記式(7)及び(8)を含むものとして、例えば、ラテムルS−120、S−180A、S−180(製品名、花王(株)製)がある。
Wherein R 1 is hydrogen or a methyl group, R 2 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 12 carbon atoms, or an aralkyl having 6 to 19 carbon atoms. A hydrocarbon group such as a group, or a group in which a part thereof is substituted with a hydroxyl group, a carboxylic acid group, or the like, or a polyoxyethylene alkyl ether group (wherein the alkyl moiety has 0 to 20 carbon atoms and the alkylene moiety has 2 to 2 carbon atoms) 4), an organic group containing an alkylene oxide compound such as a polyoxyalkylene alkylphenyl ether group (wherein the alkyl moiety has 0 to 20 carbon atoms and the alkylene moiety has 2 to 4 carbon atoms), and A is 2 to 2 carbon atoms. 4 alkylene groups or a partially substituted alkylene group, n is an integer from 0 to 200, and M is ammonium, sodium or potassium.)
Examples of those containing the above formulas (5) and (6) include Eleminol JS-2 and JS-5 (product names, manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd.), and those containing the above formulas (7) and (8). As, for example, there are Latemuru S-120, S-180A, S-180 (product name, manufactured by Kao Corporation).
また、スルホン酸基のアンモニウム塩、ナトリウム塩又はカリウム塩である基により一部が置換された炭素数2〜4のアルキルエーテル基又は炭素数2〜4のポリアルキルエーテル基を有する化合物の例として、下記式(9)〜(11)で表される化合物が挙げられる。
上記式(9)で表されるアルキルフェノールエーテル系化合物として、例えばアクアロンHS−10(製品名、第一工業製薬(株)製)等があり、上記式(10)で表される化合物として、例えばアデカリアソープSE−1025A、SR−10N、SR−20N(製品名、旭電化工業(株)製)、上記式(11)で表される化合物として、例えばアクアロンKH−10,KH−05がある。
その他、スルホネート基により一部が置換されたアリール基を有する化合物の具体例として、p−スチレンスルホン酸アンモニウム塩、ナトリウム塩およびカリウム塩が挙げられる。スルホネート基により一部が置換されたアルキル基を有する化合物の具体例として、メチルプロパンスルホン酸アクリルアミドのアンモニウム塩、ナトリウム塩およびカリウム塩、アクリル酸スルホアルキルエステルのアンモニウム塩、ナトリウム塩およびカリウム塩、メタアクリル酸スルホアルキルエステルのアンモニウム塩、ナトリウム塩およびカリウム塩が挙げられる。
Examples of the alkylphenol ether compound represented by the above formula (9) include Aqualon HS-10 (product name, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.). Examples of the compound represented by the above formula (10) include Examples of compounds represented by ADEKA rear soap SE-1025A, SR-10N, SR-20N (product names, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.) and the above formula (11) include Aqualon KH-10 and KH-05. .
Other specific examples of the compound having an aryl group partially substituted with a sulfonate group include p-styrenesulfonic acid ammonium salt, sodium salt and potassium salt. Specific examples of the compound having an alkyl group partially substituted with a sulfonate group include ammonium salt, sodium salt and potassium salt of methylpropanesulfonic acid acrylamide, ammonium salt of acrylic acid sulfoalkyl ester, sodium salt and potassium salt, Ammonium salts, sodium salts and potassium salts of acrylic acid sulfoalkylesters can be mentioned.
また上記以外のスルホネート基を有する化合物の具体例として、スルホン酸基のアンモニウム塩、ナトリウム塩またはカリウム塩である基が結合しているビニル基を有するビニルスルホネート化合物が挙げられる。
硫酸エステル基を有するエチレン性不飽和単量体とは、ラジカル重合性の二重結合を有し、かつ硫酸エステル基又はそのアンモニウム塩かアルカリ金属塩である基を有する化合物をいう。これらのうち、硫酸エステル基のアンモニウム塩、ナトリウム塩またはカリウム塩である基により一部が置換された、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜4のアルキルエーテル基、炭素数2〜4のポリアルキルエーテル基および炭素数6または10のアリール基からなる群より選ばれる基を有する化合物が好ましい。硫酸エステル基のアンモニウム塩、ナトリウム塩又はカリウム塩により一部が置換された、炭素数2〜4のアルキルエーテル基または炭素数2〜4のポリアルキルエーテル基を有する化合物の例としては、例えば上記式(9)と(10)で表される、スルホネート基により一部が置換されたアルキルエーテル基を有する化合物がある。
Specific examples of the compound having a sulfonate group other than the above include vinyl sulfonate compounds having a vinyl group to which a group which is an ammonium salt, sodium salt or potassium salt of a sulfonic acid group is bonded.
The ethylenically unsaturated monomer having a sulfate ester group refers to a compound having a radical polymerizable double bond and a sulfate ester group or a group that is an ammonium salt or an alkali metal salt thereof. Among these, a C1-C20 alkyl group, a C2-C4 alkyl ether group, a C2-C2 partly substituted by the group which is an ammonium salt of a sulfate ester group, sodium salt, or potassium salt. A compound having a group selected from the group consisting of 4 polyalkyl ether groups and aryl groups having 6 or 10 carbon atoms is preferred. Examples of the compound having a C2-C4 alkyl ether group or a C2-C4 polyalkyl ether group partially substituted with an ammonium salt, sodium salt or potassium salt of a sulfate ester group include, for example, There are compounds represented by formulas (9) and (10) having an alkyl ether group partially substituted with a sulfonate group.
これらの乳化剤〔D〕として用いられるエチレン性不飽和単量体は、エマルジョン中に、エマルジョン粒子にラジカル重合した共重合物として存在するか、未反応物としてエマルジョン粒子へ吸着、あるいはエマルジョン水相中に存在するか、または、水溶性単量体との共重合物あるいは乳化剤として用いられるエチレン性不飽和単量体どうしの共重合物としてエマルジョン粒子へ吸着、あるいはエマルジョン水相中に存在している。とくにエマルジョン粒子にラジカル重合した共重合物の状態で存在する比率を高めることによって、エマルジョンより得られるフィルムの耐水性を高度なものとすることができる。
乳化剤として用いられるエチレン性不飽和単量体は、エマルジョンより得られるフィルムの熱分解ガスクロマトグラム質量分析(Py−GC−MS)により、各物質を同定することができる。他の方法として、エマルジョンの水相成分を分離した後、高速原子衝撃質量分析(FABマススペクトル)によって同定することも可能である。
本発明において、乳化剤〔D〕は、ラジカル重合性単量体〔A〕の質量に対して0.05質量%〜10質量%用いられ、好ましくは0.1質量%〜5質量%用いる。
These ethylenically unsaturated monomers used as the emulsifier [D] exist in the emulsion as a copolymer obtained by radical polymerization on the emulsion particles, or adsorb to the emulsion particles as unreacted materials, or in the emulsion aqueous phase. Or adsorbed to emulsion particles as a copolymer with water-soluble monomers or as a copolymer of ethylenically unsaturated monomers used as an emulsifier, or present in the emulsion aqueous phase . In particular, the water resistance of the film obtained from the emulsion can be enhanced by increasing the ratio of the emulsion particles in the state of radically polymerized copolymer.
The ethylenically unsaturated monomer used as the emulsifier can identify each substance by pyrolysis gas chromatogram mass spectrometry (Py-GC-MS) of a film obtained from the emulsion. As another method, the aqueous phase component of the emulsion can be separated and then identified by fast atom bombardment mass spectrometry (FAB mass spectrum).
In the present invention, the emulsifier [D] is used in an amount of 0.05 to 10% by mass, preferably 0.1 to 5% by mass, based on the mass of the radical polymerizable monomer [A].
本発明では、スルホン酸基またはスルホネート基、あるいは硫酸エステル基を有するエチレン性不飽和単量体を含む乳化剤〔D〕以外に、通常の界面活性剤を併用することもできる。例えば、脂肪酸石鹸、アルキルスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸塩などのアニオン型界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、オキシエチレンオキシプロピレンブロックコポリマーなどの非反応性ノニオン型界面活性剤、アデカリアソープNE−20、NE−30、NE−40(製品名、旭電化工業(株)製)などの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、またはアクアロンRN−10、RN−20、RN−30、RN−50(製品名、第一工業製薬(株)製)などのポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテルなどの反応性ノニオン型界面活性剤といわれる、エチレン性不飽和単量体と共重合可能なノニオン型界面活性剤などを併用することができる。
上記の界面活性剤の使用量は、ラジカル重合性単量体〔A〕の質量に対して、アニオン型界面活性剤については好ましくは0.5質量%以下、より好ましくは0.25質量%以下であり、非反応性ノニオン型界面活性剤および反応性ノニオン型界面活性剤については、2.0質量%以下、好ましくは1.0質量%以下である。この範囲で使用すると、耐水性良好なフィルムが形成される。
In the present invention, in addition to the emulsifier [D] containing an ethylenically unsaturated monomer having a sulfonic acid group, a sulfonate group, or a sulfate ester group, a normal surfactant may be used in combination. For example, anionic surfactants such as fatty acid soaps, alkyl sulfonates, alkyl sulfosuccinates, polyoxyethylene alkyl sulfates, polyoxyethylene alkyl aryl sulfates, polyoxyethylene alkyl aryl ethers, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters , Non-reactive nonionic surfactants such as oxyethyleneoxypropylene block copolymers, α- [1] such as ADEKA rear soap NE-20, NE-30, NE-40 (product name, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.) -[(Allyloxy) methyl] -2- (nonylphenoxy) ethyl] -ω-hydroxypolyoxyethylene, or Aqualon RN-10, RN-20, RN-30, RN-50 (product name, Daiichi Kogyo Seiyaku ( Polyoxyethylene alkyl propeny etc.) A nonionic surfactant that can be copolymerized with an ethylenically unsaturated monomer, which is called a reactive nonionic surfactant such as ruphenyl ether, can be used in combination.
The amount of the surfactant used is preferably 0.5% by mass or less, more preferably 0.25% by mass or less for the anionic surfactant with respect to the mass of the radical polymerizable monomer [A]. The non-reactive nonionic surfactant and the reactive nonionic surfactant are 2.0% by mass or less, preferably 1.0% by mass or less. When used in this range, a film with good water resistance is formed.
重合開始剤〔E〕
本発明における乳化重合は、ラジカル重合開始剤として、熱または還元性物質などによってラジカル分解してエチレン性不飽和単量体の付加重合を起こさせることができ、水溶性または油溶性の過硫酸塩、過酸化物、アゾビス化合物などを有利に使用することができる。その例としては、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、t−ブチルハイドロパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、2,2−アゾビスイソブチロニトリル、2,2−アゾビス(2−ジアミノプロパン)ハイドロクロライド、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)など挙げることができるが、加水分解性シランの加水分解反応および縮合反応を促進させるための触媒としても効果のある過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムを用いることが好ましい。ラジカル重合開始剤の量としては、ラジカル重合性単量体〔A〕の質量に対して通常0.05質量%〜1質量%を用いることができる。
Polymerization initiator [E]
The emulsion polymerization in the present invention is a radical polymerization initiator that can be radically decomposed by heat or a reducing substance to cause addition polymerization of an ethylenically unsaturated monomer, and is a water-soluble or oil-soluble persulfate. Peroxides, azobis compounds and the like can be advantageously used. Examples include potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium persulfate, hydrogen peroxide, t-butyl hydroperoxide, t-butyl peroxybenzoate, 2,2-azobisisobutyronitrile, 2,2-azobis. (2-diaminopropane) hydrochloride, 2,2-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) can be mentioned, but it is also effective as a catalyst for promoting the hydrolysis reaction and condensation reaction of hydrolyzable silane. It is preferable to use potassium persulfate, sodium persulfate or ammonium persulfate. As a quantity of a radical polymerization initiator, 0.05 mass%-1 mass% can be normally used with respect to the mass of a radically polymerizable monomer [A].
本発明において、エマルジョン製造中の凝集物を少なく抑えるための乳化方法として、以下の2つの方法を挙げることができるが、ただしこれらに限定されるものではない。
第1の乳化方法として、ラジカル重合性単量体〔A〕、及びシリコーンオリゴマー〔B〕とを混合溶解した溶解液とし、該溶解液、水性媒体、重合開始剤〔E〕及び乳化剤〔D〕とからなる混合液をホモミキサー等によりプレ乳化液(a)とすることが好ましい。
第1の乳化方法と比較して、ラジカル重合性単量体〔A〕、シリコーンオリゴマー〔B〕、水性媒体、重合開始剤〔E〕及び乳化剤〔D〕とを同時に、または逐次添加して混合した後に乳化する場合は、ホモミキサー等による乳化では、特にシリコーンオリゴマー〔B〕の分散性が低く、エマルジョン製造中に多量の凝集物を生じてしまう。
本発明の技術の特徴であるラジカル重合性単量体〔A〕、及びシリコーンオリゴマー〔B〕を混合溶解した溶解液とした後、該溶解液、水性媒体、重合開始剤〔E〕及び乳化剤〔D〕とからなる混合液を乳化することで、シリコーンオリゴマー〔B〕の分散性を飛躍的に向上することが可能となり、エマルジョン製造中の凝集物を少なく抑えることができる。
In the present invention, the following two methods can be exemplified as an emulsification method for suppressing the amount of aggregates during the production of the emulsion, but is not limited thereto.
As the first emulsification method, a radically polymerizable monomer [A] and a silicone oligomer [B] are mixed and dissolved, and the solution, aqueous medium, polymerization initiator [E] and emulsifier [D] It is preferable that the mixed liquid consisting of is pre-emulsified liquid (a) using a homomixer or the like.
Compared with the first emulsification method, radically polymerizable monomer [A], silicone oligomer [B], aqueous medium, polymerization initiator [E] and emulsifier [D] are added simultaneously or sequentially and mixed. In the case of emulsification after this, emulsification with a homomixer or the like has a particularly low dispersibility of the silicone oligomer [B], and a large amount of aggregates are produced during the production of the emulsion.
After preparing a solution obtained by mixing and dissolving the radically polymerizable monomer [A] and the silicone oligomer [B], which are the characteristics of the technology of the present invention, the solution, an aqueous medium, a polymerization initiator [E] and an emulsifier [ By emulsifying the mixed solution consisting of D], the dispersibility of the silicone oligomer [B] can be dramatically improved, and aggregates during the production of the emulsion can be suppressed to a small amount.
第2の乳化方法として、ラジカル重合性単量体〔A〕、及びシリコーンオリゴマー〔B〕とを混合溶解した溶解液とし、該溶解液、水性媒体、重合開始剤〔E〕及び乳化剤〔D〕とからなる混合液を、高圧ホモジナイザー等の高せん断力のかかる撹拌機によりプレ乳化液(a)とするのが好ましい。この第1の方法に加えてさらに高せん断力のかかる撹拌機による乳化のため、乳化液滴径は1μm以下となり、ラジカル重合性単量体〔A〕、及びシリコーンオリゴマー〔B〕をより均一に分散することができ、エマルジョン製造中の凝集物を少なく抑えることができる。また本発明において、乳化処理によるプレ乳化液(a)の温度上昇を抑制することは、肝要である。プレ乳化液(a)は、重合開始剤〔E〕を含むため液温が50℃を超えた場合、重合開始剤〔E〕の分解を生じ、重合反応が開始し、その反応熱によりプレ乳化液(a)の液温がさらに上昇し、反応が暴走を生じてしまう恐れがある。従ってプレ乳化液の高せん断力のかかる撹拌機としては、分散乳化処理における熱発生量の小さい高圧ホモジナイザーが好ましい。 As a second emulsification method, a radically polymerizable monomer [A] and a silicone oligomer [B] are mixed and dissolved, and the solution, aqueous medium, polymerization initiator [E] and emulsifier [D] It is preferable that the mixed liquid consisting of the above is used as the pre-emulsion liquid (a) by a stirrer with high shearing force such as a high-pressure homogenizer. In addition to this first method, emulsification by a stirrer with higher shearing force results in an emulsion droplet diameter of 1 μm or less, and the radical polymerizable monomer [A] and the silicone oligomer [B] are more uniformly distributed. It can disperse | distribute and can suppress the aggregate in the emulsion manufacture small. Moreover, in this invention, it is important to suppress the temperature rise of the pre-emulsion liquid (a) by an emulsification process. Since the pre-emulsified liquid (a) contains the polymerization initiator [E], when the liquid temperature exceeds 50 ° C., the polymerization initiator [E] is decomposed to initiate the polymerization reaction, and the pre-emulsification is caused by the reaction heat. There is a possibility that the liquid temperature of the liquid (a) further rises and the reaction may run out of control. Therefore, a high-pressure homogenizer with a small amount of heat generation in the dispersion emulsification process is preferable as the stirrer of the pre-emulsion liquid to which high shear force is applied.
プレ乳化液を超音波ホモジナイザー等でバッチ処理する場合は、分散乳化処理における発生熱量によって重合開始剤〔E〕の分解温度に達する恐れがあるため、冷却設備等の対策が必須となり、本技術の有効性を発揮し難い。よって超音波ホモジナイザー等の乳化分散時の熱発生量の大きい攪拌機を用いる場合は、多段式による連続処理を行うなどして、プレ乳化液(a)の温度上昇を抑制する必要がある。
高圧ホモジナイザーとしては、EmulsiFlex(製品名、AVESTIN 製)、H3シリーズ、HC3 シリーズ、HC5 シリーズ(製品名、三丸機械工業(株)製)等が挙げられ、超音波ホモジナイザーとしては、SONIFEIRシリーズ(製品名、BRANSON 製)、USシリーズ、RUS シリーズ(製品名、日本精機製作所(株)製)等が挙げられる。
この第1及び第2の乳化方法では、ラジカル重合性単量体〔A〕、及びシリコーンオリゴマー〔B〕を混合溶解した溶解液とし、該溶解液、水性媒体、重合開始剤〔E〕及び乳化剤〔D〕からなる混合液が、ホモミキサーまたは高圧ホモジナイザーにより乳化して得られるプレ乳化液(a)は、シリコーンオリゴマー〔B〕由来のアルコキシ基の加水分解のみで、アルコールの副生も少ないため、プレ乳化液(a)の安定性は損なわれず、かつ発生する加水分解熱量も少ないためプレ乳化液(a)の昇温対策も不要となる。
When batch-processing pre-emulsified liquid with an ultrasonic homogenizer, etc., there is a risk of reaching the decomposition temperature of the polymerization initiator [E] due to the amount of heat generated in the dispersion emulsification process. It is difficult to demonstrate effectiveness. Therefore, when using a stirrer that generates a large amount of heat during emulsification dispersion, such as an ultrasonic homogenizer, it is necessary to suppress the temperature rise of the pre-emulsified liquid (a) by performing a multi-stage continuous treatment.
Examples of high-pressure homogenizers include EmulsiFlex (product name, manufactured by AVESTIN), H3 series, HC3 series, HC5 series (product name, manufactured by Sanmaru Kikai Kogyo Co., Ltd.), and so on. Name, manufactured by BRANSON), US series, RUS series (product name, manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.).
In the first and second emulsification methods, a solution obtained by mixing and dissolving the radical polymerizable monomer [A] and the silicone oligomer [B] is used as the solution, the aqueous medium, the polymerization initiator [E], and the emulsifier. The pre-emulsion liquid (a) obtained by emulsifying the mixed liquid consisting of [D] with a homomixer or a high-pressure homogenizer is only hydrolysis of the alkoxy group derived from the silicone oligomer [B], and there is little by-product of alcohol. The stability of the pre-emulsion liquid (a) is not impaired, and since the amount of heat of hydrolysis generated is small, it is not necessary to take measures for increasing the temperature of the pre-emulsion liquid (a).
本発明において、エマルジョン製造中の凝集物を少なく抑え、且つ重合安定性に優れたエマルジョンを得るためのプレ乳化液(a)と加水分解性シラン〔C〕とを混合した後の水性媒体中において重合している反応系への添加方法として、以下の2つの方法を挙げることができるが、ただしこれらに限定されるものではない。
第1の添加方法として、加水分解性シラン〔C〕は、第1及び第2の乳化方法により得られるプレ乳化液(a)とは別に、加水分解性シラン〔C〕と水性媒体及び乳化剤〔D〕の一部とを使用し、ホモミキサー等の撹拌機により乳化したプレ乳化液(b)とすることができる。プレ乳化液(b)は中性であるため、加水分解性シラン化合物〔C〕が加水分解を起こし難く、副生アルコールは殆ど生じないが、加水分解性シラン化合物自体が乳化状態を破壊するため、1時間程度この乳化液状態を保つのが難しい。
従ってプレ乳化液(b)は、反応系への導入の直前に乳化しながら、反応系へ導入する方法が挙げられる。
このプレ乳化液(a)と(b)を混合すると加水分解が進行し、副生アルコールを生じ、乳化状態を破壊するため、1時間程度この乳化液状態を保つのが難しい。
従ってプレ乳化液(a)及び(b)の反応系への導入方法は特に限定されないが、水性媒体中において重合している反応系へ添加する直前に乳化及び混合することが好ましく、水性媒体中において重合している反応系へ連続的または間欠的に、逐次添加することがさらに好ましい。
In the present invention, in the aqueous medium after mixing the pre-emulsified liquid (a) and the hydrolyzable silane [C] for obtaining an emulsion that suppresses agglomerates during the production of the emulsion and is excellent in polymerization stability. The following two methods can be given as addition methods to the polymerization reaction system, but are not limited thereto.
As a first addition method, the hydrolyzable silane [C] is separated from the pre-emulsified liquid (a) obtained by the first and second emulsification methods. D] and a pre-emulsified liquid (b) emulsified with a stirrer such as a homomixer. Since the pre-emulsion liquid (b) is neutral, the hydrolyzable silane compound [C] hardly undergoes hydrolysis, and almost no by-product alcohol is produced, but the hydrolyzable silane compound itself destroys the emulsified state. It is difficult to maintain this emulsion state for about 1 hour.
Therefore, the pre-emulsified liquid (b) may be introduced into the reaction system while emulsifying immediately before introduction into the reaction system.
When the pre-emulsified liquids (a) and (b) are mixed, hydrolysis proceeds to produce by-product alcohol, which destroys the emulsified state, and it is difficult to maintain this emulsified liquid state for about 1 hour.
Therefore, the method for introducing the pre-emulsified liquids (a) and (b) into the reaction system is not particularly limited, but it is preferable to emulsify and mix immediately before adding to the reaction system polymerized in the aqueous medium. It is more preferable to add continuously or intermittently to the reaction system polymerized in step (b).
第2の添加方法として、第1及び第2の乳化方法により得られるプレ乳化液(a)と加水分解性シラン化合物〔C〕を混合した後の水性媒体中において重合している反応系への添加方法は特に限定されないが、水性媒体中において、重合されている反応系へ連続的または間欠的に逐次添加することが好ましい。
加水分解性シラン化合物〔C〕を別の位置から混合せずに、水性媒体中で重合されている反応系へ導入された場合、加水分解性シラン化合物〔C〕は重合中の高分子化されたエマルジョンへ直接作用し、エマルジョンの一部を凝集させてしまい、多量の凝集物を発生させてしまう。
プレ乳化液(a)と加水分解性シラン化合物〔C〕を、水性媒体中で重合されている反応系へ導入する直前に混合した後、上記反応系へ導入すると、加水分解性シラン化合物〔C〕がプレ乳化液(a)とともに上記反応系へ拡散し、加水分解も混合後から開始し、副生アルコールの発生も平行して生じるため、水性媒体中での急激なアルコールの増加は起こらないため、エマルジョン中に凝集物を発生させないと考えられる。
As a second addition method, the pre-emulsified liquid (a) obtained by the first and second emulsification methods and the hydrolyzable silane compound [C] are mixed to the reaction system polymerized in the aqueous medium. The addition method is not particularly limited, but it is preferable to add continuously or intermittently in an aqueous medium continuously or intermittently.
When the hydrolyzable silane compound [C] is introduced into the reaction system polymerized in an aqueous medium without mixing from another position, the hydrolyzable silane compound [C] is polymerized during polymerization. Directly acting on the emulsion, a part of the emulsion is aggregated, and a large amount of aggregate is generated.
When the pre-emulsion (a) and the hydrolyzable silane compound [C] are mixed immediately before being introduced into the reaction system polymerized in an aqueous medium, and then introduced into the reaction system, the hydrolyzable silane compound [C] ] Diffuses into the reaction system together with the pre-emulsified liquid (a), hydrolysis starts after mixing, and the generation of by-product alcohol also occurs in parallel, so there is no sudden increase in alcohol in the aqueous medium. Therefore, it is considered that no aggregate is generated in the emulsion.
本発明において、エマルジョン製造中の凝集物を少なく抑え、且つ重合安定性に優れたエマルジョンを得るためのプレ乳化液(a)と加水分解性シラン〔C〕の混合方法として、以下の方法を挙げることができるが、ただしこれらに限定されるものではない。
第1及び第2の乳化方法により得られるプレ乳化液(a)と加水分解性シラン〔C〕を激しく混合すると、加水分解性シラン〔C〕とプレ乳化液(a)が同一液滴粒子化し、さらに均一組成の液滴粒子化することで、加水分解性シラン〔C〕が急激に加水分解し、アルコール等の発生によりプレ乳化液(a)の乳化状態が破壊されてしまう。また加水分解性シラン〔C〕も乳化液の表面張力を低下させ、乳化状態を破壊してしまう。
従って混合時、プレ乳化液(a)と加水分解性シラン〔C〕の混合方法としては緩やかな攪拌とすることが好ましく、具体的には加水分解性シラン〔C〕は、平均粒径で10μm以上の乳化状態が好ましく、さらに好ましくは加水分解性シラン〔C〕の平均粒径で100μm以上の乳化状態に留めることがさらに好ましい。
In the present invention, as a mixing method of the pre-emulsified liquid (a) and the hydrolyzable silane [C] for obtaining an emulsion that suppresses agglomerates during the production of the emulsion and is excellent in polymerization stability, the following method is exemplified. However, it is not limited to these.
When the pre-emulsified liquid (a) obtained by the first and second emulsification methods and the hydrolyzable silane [C] are vigorously mixed, the hydrolyzable silane [C] and the pre-emulsified liquid (a) are formed into the same droplet particles. Further, by forming droplet particles having a uniform composition, the hydrolyzable silane [C] is rapidly hydrolyzed, and the emulsified state of the pre-emulsion liquid (a) is destroyed due to generation of alcohol or the like. Hydrolyzable silane [C] also lowers the surface tension of the emulsion and destroys the emulsified state.
Therefore, at the time of mixing, the mixing method of the pre-emulsion liquid (a) and the hydrolyzable silane [C] is preferably gentle stirring. Specifically, the hydrolyzable silane [C] has an average particle size of 10 μm. The above emulsified state is preferable, and more preferably, the average particle size of the hydrolyzable silane [C] is more preferably 100 μm or more.
本発明においてプレ乳化液(a)と加水分解性シラン〔C〕の具体的な混合方法としては、スタティックミキサー、連続密閉式分散・乳化機等が挙げられ、またY字管の出口末端へ金属網を通過させて混合してもよい。例えばスタティックミキサーとしては、スタティックミキサーN10シリーズ、N16シリーズ、N60シリーズ(製品名、ノリタケ(株)製)等が挙げられ、連続密閉式分散・乳化機としては、125L、275L(製品名、Silverson Machines,Inc. 製)、T.K.パイプラインホモミキサー(製品名、特殊機化工業(株)製)、T.K.ホモミックラインミキサー(製品名、特殊機化工業(株)製)等が挙げられ、これらを利用する場合は、撹拌回転数をできるだけ抑えて使用することも可能である。またその他混合方法としては、他Y字管の出口末端へ金属網、ラシヒリングあるいは沸石等を充填する方法が挙げられる。混合方法としては連続密閉式分散・乳化機、Y字管の出口末端へ金属網、ラシヒリングあるいは沸石等を充填する方法が好ましい。混合時の温度としては60℃以下、好ましくは50℃以下、さらに好ましくは40℃以下である。前記条件を満たさない場合には、ラジカル重合性単量体乳化液の酸性あるいは塩基性によって多くの加水分解性シラン化合物が加水分解を起こし、乳化液を破壊し、乳化液は単量体層部と水層部とに分離を生じてしまう。その結果、重合中の反応系では多くの凝集物を発生してしまう。 In the present invention, a specific mixing method of the pre-emulsified liquid (a) and the hydrolyzable silane [C] includes a static mixer, a continuous hermetic dispersing / emulsifying machine, and the like. You may mix through a net | network. For example, static mixers include static mixers N10 series, N16 series, N60 series (product names, manufactured by Noritake Co., Ltd.) and the like, and 125 L and 275 L (product names, Silverson Machines) as continuous hermetic dispersers / emulsifiers. , Inc.), T.M. K. Pipeline homomixer (product name, manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) K. A homomic line mixer (product name, manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) and the like can be mentioned, and when these are used, it is possible to suppress the number of rotations of stirring as much as possible. Other mixing methods include a method of filling the outlet end of another Y-shaped tube with a metal net, Raschig ring or zeolite. As the mixing method, a continuous hermetic disperser / emulsifier, a method of filling a metal net, Raschig ring, zeolite, or the like at the outlet end of the Y-shaped tube is preferable. The mixing temperature is 60 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or lower. When the above conditions are not satisfied, many hydrolyzable silane compounds are hydrolyzed due to the acidity or basicity of the radical polymerizable monomer emulsion, and the emulsion is destroyed. And separation in the water layer. As a result, many aggregates are generated in the reaction system during the polymerization.
本発明のエマルジョンは、例えば、乳化重合、すなわちラジカル重合性単量体のラジカル重合による乳化重合と、加水分解性シラン化合物の加水分解・縮合反応による乳化重合を同時に水性媒体中で行うことにより得られる。ここにいう水性媒体としては、反応系へ導入されるものであって、主に水が用いられるが、炭素数1〜3の低級アルコールまたはアセトンなどの水に可溶な溶媒を水に添加したものも含む。この際添加する水以外の溶媒の量はエマルジョン中に20質量%以下であることが好ましい。ここでは乳化液へ使用する水性媒体は、水に可溶な溶媒量は好ましくは水性媒体の5質量%以下であり、より好ましくは2質量%以下であり、さらに好ましくは水だけである。この量を超えると、プレ乳化液(a)の乳化状態が破壊され、重合安定が不良となってしまう。
本発明において、第1及び第2の乳化方法により得られるプレ乳化液(a)と加水分解性シラン〔C〕またはプレ乳化液(b)を混合した後の反応系のpHは限定されるものでないがpH4.0以下で重合を実施することにより、加水分解性シランの縮合反応が速やかに起こり、乳化重合後に縮合反応が進むことを抑制できるため、製品としての貯蔵安定性が良く、反応系のpHが4.0以下であることが好ましく、より好ましくはpH1.5以上3.0以下で実施される。
The emulsion of the present invention can be obtained, for example, by performing emulsion polymerization, that is, emulsion polymerization by radical polymerization of a radical polymerizable monomer and emulsion polymerization by hydrolysis / condensation reaction of a hydrolyzable silane compound simultaneously in an aqueous medium. It is done. The aqueous medium referred to here is one that is introduced into the reaction system, and water is mainly used, but a water-soluble solvent such as a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms or acetone is added to water. Including things. The amount of the solvent other than water added at this time is preferably 20% by mass or less in the emulsion. Here, the amount of the solvent soluble in water is preferably 5% by mass or less, more preferably 2% by mass or less, and even more preferably water alone. When this amount is exceeded, the emulsified state of the pre-emulsified liquid (a) is destroyed and the polymerization stability becomes poor.
In the present invention, the pH of the reaction system after mixing the pre-emulsified liquid (a) obtained by the first and second emulsification methods with the hydrolyzable silane [C] or the pre-emulsified liquid (b) is limited. However, by carrying out the polymerization at a pH of 4.0 or less, the condensation reaction of the hydrolyzable silane occurs rapidly, and the condensation reaction can be prevented from proceeding after the emulsion polymerization, so the storage stability as a product is good and the reaction system The pH is preferably 4.0 or less, more preferably from 1.5 to 3.0.
本発明において、紫外線吸収剤および/または光安定剤をエマルジョン中に含有させることは、高耐候性を付与する上で好ましく、エマルジョンに含有させる方法としては、紫外線吸収剤及び/または光安定剤を乳化重合時に存在させることが好ましい。紫外線吸収剤および/または光安定剤を成膜助剤などと混合して後添加した場合、分散性に劣り、得られた塗膜の粒子界面に集中して存在するため、降雨などにより溶出し、長期の耐久性の向上が認められない。紫外線吸収剤および/または光安定剤は、ラジカル重合性単量体〔A〕の質量に対して0.1質量%〜5質量%用いることが好ましい。又、紫外線吸収剤として、分子内にラジカル重合性の二重結合を有するラジカル重合性のもの、光安定剤として、分子内にラジカル重合性の二重結合を有するラジカル重合性のものを用いることもできる。また、紫外線吸収剤と光安定剤を併用すると、その高耐久性エマルジョンを用いて皮膜を形成した際に、皮膜が特に耐候性に優れるため好ましい。 In the present invention, it is preferable to include an ultraviolet absorber and / or a light stabilizer in the emulsion in order to impart high weather resistance. As a method for adding the ultraviolet absorber and / or the light stabilizer to the emulsion, It is preferable to make it exist at the time of emulsion polymerization. When UV absorbers and / or light stabilizers are added after being mixed with film-forming aids, etc., they are inferior in dispersibility and are concentrated at the particle interface of the resulting coating film. Long-term durability is not improved. It is preferable to use 0.1 mass%-5 mass% of ultraviolet absorbers and / or light stabilizers with respect to the mass of the radical polymerizable monomer [A]. Also, use a radical polymerizable compound having a radical polymerizable double bond in the molecule as an ultraviolet absorber, and a radical polymerizable compound having a radical polymerizable double bond in the molecule as a light stabilizer. You can also. Further, it is preferable to use an ultraviolet absorber and a light stabilizer in combination because the film is particularly excellent in weather resistance when the film is formed using the highly durable emulsion.
本発明における紫外線吸収剤は、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系から選ばれる少なくとも1種、光安定剤として、ヒンダードアミン系から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。耐久性の優れたシリコーン変性アクリル系エマルジョンと紫外線吸収能が高い、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系光安定剤と組み合わせることで、相乗効果により卓越した耐久性を示す。ベンゾフェノン系の紫外線吸収剤としては、具体的には、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン−5−スルホン酸、2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−n−ドデシルオキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−ベンジルオキシベンゾフェノン、ビス(5−ベンゾイル−4−ヒドロキシ−2−メトキシフェニル)メタン、2,2’−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’ジメトキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、4−ドデシルオキシ−2−ヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−2’−カルボキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−ステアリルオキシベンゾフェノンなどがある。ラジカル重合性ベンゾフェノン系の紫外線吸収剤として具体的には、2−ヒドロキシ−4−アクリロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メタクリロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−5−アクリロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−5−メタクリロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(アクリロキシ−エトキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(メタクリロキシ−エトキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(メタクリロキシ−ジエトキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(アクリロキシ−トリエトキシ)ベンゾフェノンなどがある。本発明において使用できるベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤として具体的には、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−5’−tert−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−tert−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−5−tert−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−3’,5’−ビス(α,α’−ジメチルベンジル)フェニル〕ベンゾトリアゾール)、メチル−3−〔3−tert−ブチル−5−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−ヒドロキシフェニル〕プロピオネートとポリエチレングリコール(分子量300)との縮合物(日本チバガイギー(株)製、製品名:TINUVIN1130)、イソオクチル−3−〔3−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−5−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル〕プロピオネート(日本チバガイギー(株)製、製品名:TINUVIN384)、2−(3−ドデシル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール(日本チバガイギー(株)製、製品名:TINUVIN571)、2−(2’−ヒドロキシ−3’−tert−ブチル−5’−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−tert−アミルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−4’−オクトキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−3’−(3’’,4’’,5’’,6’’−テトラヒドロフタルイミドメチル)−5’−メチルフェニル〕ベンゾトリアゾール、2,2−メチレンビス〔4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール〕、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4,6−ビス(1−メチル−1−フェニルエチル)フェノール(日本チバガイギー(株)製、製品名:TINUVIN900)などがある。ラジカル重合性ベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤として具体的には、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メタクリロキシエチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール(大塚化学(株)製、製品名:RUVA−93)、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メタクリロキシエチル−3−tert−ブチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メタクリリルオキシプロピル−3−tert−ブチルフェニル)−5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール、3−メタクリロイル−2−ヒドロキシプロピル−3−〔3’−(2’’−ベンゾトリアゾリル)−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチル〕フェニルプロピオネート(日本チバガイギー(株)製、製品名:CGL−104)などがある。 In the present invention, it is preferable to use at least one selected from benzophenone, benzotriazole, and triazine as the ultraviolet absorber, and at least one selected from hindered amines as the light stabilizer. Combined with a silicone-modified acrylic emulsion with excellent durability and a high benzophenone-based, benzotriazole-based, triazine-based UV absorber, and a hindered amine light stabilizer with high UV-absorbing ability, it exhibits excellent durability due to a synergistic effect. Specific examples of the benzophenone-based ultraviolet absorber include 2,4-dihydroxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone-5-sulfonic acid, and 2-hydroxy-4- n-octoxybenzophenone, 2-hydroxy-4-n-dodecyloxybenzophenone, 2-hydroxy-4-benzyloxybenzophenone, bis (5-benzoyl-4-hydroxy-2-methoxyphenyl) methane, 2,2′- Dihydroxy-4-methoxybenzophenone, 2,2′-dihydroxy-4,4′dimethoxybenzophenone, 2,2 ′, 4,4′-tetrahydroxybenzophenone, 4-dodecyloxy-2-hydroxybenzophenone, 2-hydroxy-4 -Methoxy-2'-cal Carboxymethyl benzophenone, and the like 2-hydroxy-4-stearyloxy benzophenone. Specific examples of radical polymerizable benzophenone-based UV absorbers include 2-hydroxy-4-acryloxybenzophenone, 2-hydroxy-4-methacryloxybenzophenone, 2-hydroxy-5-acryloxybenzophenone, and 2-hydroxy-5. -Methacryloxybenzophenone, 2-hydroxy-4- (acryloxy-ethoxy) benzophenone, 2-hydroxy-4- (methacryloxy-ethoxy) benzophenone, 2-hydroxy-4- (methacryloxy-diethoxy) benzophenone, 2-hydroxy-4- (Acryloxy-triethoxy) benzophenone. Specific examples of benzotriazole-based UV absorbers that can be used in the present invention include 2- (2′-hydroxy-5′-methylphenyl) benzotriazole and 2- (2′-hydroxy-5′-tert-butylphenyl). ) Benzotriazole, 2- (2'-hydroxy-3 ', 5'-di-tert-butylphenyl) benzotriazole, 2- (2-hydroxy-5-tert-octylphenyl) benzotriazole, 2- (2- Hydroxy-3,5-di-tert-octylphenyl) benzotriazole, 2- [2′-hydroxy-3 ′, 5′-bis (α, α′-dimethylbenzyl) phenyl] benzotriazole), methyl-3- [3-tert-butyl-5- (2H-benzotriazol-2-yl) -4-hydroxyphenyl] Condensation product of lopionate and polyethylene glycol (molecular weight 300) (product name: TINUVIN 1130, manufactured by Ciba-Geigy Corp.), isooctyl-3- [3- (2H-benzotriazol-2-yl) -5-tert-butyl- 4-hydroxyphenyl] propionate (manufactured by Ciba Geigy Japan, product name: TINUVIN 384), 2- (3-dodecyl-5-methyl-2-hydroxyphenyl) benzotriazole (manufactured by Ciba Geigy Japan, product name: TINUVIN 571) ), 2- (2′-hydroxy-3′-tert-butyl-5′-methylphenyl) -5-chlorobenzotriazole, 2- (2′-hydroxy-3 ′, 5′-di-tert-amylphenyl) ) Benzotriazole, 2- (2′-hydroxy-4′-oct) Ciphenyl) benzotriazole, 2- [2′-hydroxy-3 ′-(3 ″, 4 ″, 5 ″, 6 ″ -tetrahydrophthalimidomethyl) -5′-methylphenyl] benzotriazole, 2,2 -Methylenebis [4- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) -6- (2H-benzotriazol-2-yl) phenol], 2- (2H-benzotriazol-2-yl) -4,6 -Bis (1-methyl-1-phenylethyl) phenol (Nippon Ciba-Geigy Co., Ltd., product name: TINUVIN900). Specific examples of radically polymerizable benzotriazole-based UV absorbers include 2- (2′-hydroxy-5′-methacryloxyethylphenyl) -2H-benzotriazole (manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., product name: RUVA- 93), 2- (2′-hydroxy-5′-methacryloxyethyl-3-tert-butylphenyl) -2H-benzotriazole, 2- (2′-hydroxy-5′-methacrylyloxypropyl-3-tert) -Butylphenyl) -5-chloro-2H-benzotriazole, 3-methacryloyl-2-hydroxypropyl-3- [3 '-(2 "-benzotriazolyl) -4-hydroxy-5-tert-butyl] Phenyl propionate (manufactured by Nippon Ciba-Geigy Co., Ltd., product name: CGL-104).
本発明において使用できるトリアジン系紫外線吸収剤として具体的には、TINUVIN400(製品名、日本チバガイギー(株)製)などがある。本発明において使用できるヒンダードアミン系光安定剤としては、塩基性が低いものが好ましく、具体的には塩基定数(pKb)が8以上のものが好ましい。具体的には、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)サクシネート、ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジル)セバケート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)2−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2−ブチルマロネート、1−〔2−〔3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピニルオキシ〕エチル〕−4−〔3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピニルオキシ〕−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケートとメチル−1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル−セバケートの混合物(日本チバガイギー(株)製、製品名:TINUVIN292)、ビス(1−オクトキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、TINUVIN123(製品名、日本チバガイギー(株)製)などがある。ラジカル重合性ヒンダードアミン系光安定剤として具体的には、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルメタクリレート、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルアクリレート、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルメタクリレート、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルアクリレート、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−イミノピペリジルメタクリレート、2,2,6,6,−テトラメチル−4−イミノピペリジルメタクリレート、4−シアノ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルメタクリレート、4−シアノ−1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルメタクリレートなどがある。 Specific examples of triazine-based ultraviolet absorbers that can be used in the present invention include TINUVIN400 (product name, manufactured by Nippon Ciba-Geigy Co., Ltd.). As the hindered amine light stabilizer that can be used in the present invention, those having a low basicity are preferable, and specifically, those having a base constant (pKb) of 8 or more are preferable. Specifically, bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) succinate, bis (2,2,6,6-tetramethylpiperidyl) sebacate, bis (1,2,2,6, 6-pentamethyl-4-piperidyl) 2- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl) -2-butylmalonate, 1- [2- [3- (3,5-di-tert- Butyl-4-hydroxyphenyl) propynyloxy] ethyl] -4- [3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propynyloxy] -2,2,6,6-tetramethylpiperidine, A mixture of bis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) sebacate and methyl-1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl-sebacate (Nippon Ciba Geigy ( ), Product name: TINUVIN292), bis (1-octyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, TINUVIN123 (product name, manufactured by Nihon Ciba-Geigy Corporation), and the like. Specific examples of the radical polymerizable hindered amine light stabilizer include 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl methacrylate, 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl acrylate, 2, 2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl methacrylate, 2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl acrylate, 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-iminopiperidyl methacrylate, 2, 2,6,6, -tetramethyl-4-iminopiperidyl methacrylate, 4-cyano-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl methacrylate, 4-cyano-1,2,2,6,6- Examples include pentamethyl-4-piperidyl methacrylate.
通常、重合反応は常圧下、65〜90℃の重合温度で行うことが好ましいが、モノマーの重合温度における蒸気圧などの特性に合わせ、高圧下でも実施することができる。重合時間としては、導入時間と、導入後の熟成(cooking)時間がある。導入時間は、各種原料を反応系へ同時に導入する場合は通常数分であり、各種原料を反応系へ逐次導入する場合は重合による発熱が除熱可能な範囲で反応系へ逐次導入するため、最終的に得られるエマルジョン中の重合体濃度によっても異なるが、通常10分以上である。導入後の熟成(cooking)時間としては、少なくとも10分以上であることが好ましい。この重合時間以下では、各原料がそのまま残留したり、加水分解性シランが縮合せずに加水分解物のまま残留してしまう恐れがある。なお、重合速度の促進、および70℃以下での低温での重合が望まれるときには、例えば重亜硫酸ナトリウム、塩化第一鉄、アスコルビン酸塩、ロンガリットなどの還元剤をラジカル重合触媒と組み合わせて用いると有利である。さらに、分子量を調整するために、ドデシルメルカプタンなどの連鎖移動剤を任意に添加することも可能である。 Usually, the polymerization reaction is preferably carried out at a polymerization temperature of 65 to 90 ° C. under normal pressure, but can also be carried out under high pressure in accordance with the characteristics such as vapor pressure at the polymerization temperature of the monomer. The polymerization time includes introduction time and aging time after introduction. The introduction time is usually several minutes when various raw materials are simultaneously introduced into the reaction system, and when sequentially introducing various raw materials into the reaction system, the heat is gradually introduced into the reaction system in a range where heat generated by polymerization can be removed. Although it depends on the polymer concentration in the finally obtained emulsion, it is usually 10 minutes or longer. The aging time after the introduction is preferably at least 10 minutes or more. Below this polymerization time, the raw materials may remain as they are, or the hydrolyzable silane may not be condensed and may remain as a hydrolyzate. When acceleration of the polymerization rate and polymerization at a low temperature of 70 ° C. or lower are desired, for example, a reducing agent such as sodium bisulfite, ferrous chloride, ascorbate, or longalite may be used in combination with the radical polymerization catalyst. It is advantageous. Furthermore, a chain transfer agent such as dodecyl mercaptan can be optionally added to adjust the molecular weight.
本発明におけるシリコーン変性では、乳化重合終了後、成膜時の硬化触媒として、例えばジブチルすずジラウレート、ジオクチルすずジラウレート、ジブチルすずジアセテート、オクチル酸すず、ラウリン酸すず、オクチル酸鉄、オクチル酸鉛、テトラブチルチタネートなどの有機酸の金属塩、n−ヘキシルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデセンなどのアミン化合物を、本発明の高耐久性エマルジョンへ添加することができる。
なおこれらの硬化用触媒が水溶性でない場合には、その使用に際して、界面活性剤と水を用いてエマルジョン化しておくことが好ましい。本発明の高耐久性エマルジョンは、エマルジョンの長期の分散安定性を保つため、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ジメチルアミノエタノールなどのアミン類を用いてpH5〜10の範囲に調整することが好ましい。
本発明によって製造されるアクリル系エマルジョンは、分散質の平均粒子径として、10〜1000nmであることが好ましい。得られたエマルジョン中の分散質(固形分)と分散媒としての水性媒体との質量比は70/30以下、好ましくは30/70以上65/35以下である。
In the silicone modification in the present invention, after completion of emulsion polymerization, as a curing catalyst during film formation, for example, dibutyltin dilaurate, dioctyltin dilaurate, dibutyltin diacetate, tin octylate, tin laurate, iron octylate, lead octylate, An amine compound such as a metal salt of an organic acid such as tetrabutyl titanate, n-hexylamine, or 1,8-diazabicyclo [5,4,0] -7-undecene may be added to the highly durable emulsion of the present invention. it can.
When these curing catalysts are not water-soluble, they are preferably emulsified with a surfactant and water when used. In order to maintain long-term dispersion stability of the emulsion, the highly durable emulsion of the present invention can be adjusted to a pH range of 5 to 10 using amines such as ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and dimethylaminoethanol. preferable.
The acrylic emulsion produced according to the present invention preferably has an average particle size of the dispersoid of 10 to 1000 nm. The mass ratio of the dispersoid (solid content) in the obtained emulsion to the aqueous medium as the dispersion medium is 70/30 or less, preferably 30/70 or more and 65/35 or less.
本発明の高耐久性エマルジョンは、塗料、建材の下地処理材または仕上げ材、接着剤、紙加工剤、または織布、不織布の仕上げ材として有用であり、とくに塗料用、建材の仕上げ材として具体的には、コンクリート、セメントモルタル、スレート板、ケイカル板、石膏ボード、押し出し成形板、発泡性コンクリートなどの無機建材、織布あるいは不織布を基材とした建材、金属建材などの各種下地に対する塗料または建築仕上げ材として、複層仕上げ塗材用の主材およびトップコート、薄付け仕上塗材、厚付け仕上塗材、石材調仕上げ材、グロスペイントなどの合成樹脂エマルジョンペイント、金属用塗料、木部塗料、瓦用塗料として有用である。
本発明の高耐久性エマルジョンには、通常水系塗料などに添加配合される成分、例えば成膜助剤、増粘剤、消泡剤、顔料、分散剤、染料、防腐剤などを任意に配合することができる。
The highly durable emulsion of the present invention is useful as a finishing material for paints, building materials, or as finishing agents for adhesives, paper processing agents, woven fabrics, and non-woven fabrics. Specifically, it can be applied to various foundations such as concrete, cement mortar, slate plate, calcium plate, gypsum board, extruded plate, foamed concrete, building materials based on woven or non-woven fabric, metal building materials, etc. Architectural finishing materials: Main materials and top coats for multi-layer finish coating materials, thin finish coating materials, thick finish coating materials, stone-like finish materials, gloss paint, synthetic resin emulsion paints, metal paints, wood parts It is useful as a paint and roofing paint.
In the highly durable emulsion of the present invention, components that are usually added to and blended with water-based paints, such as film forming aids, thickeners, antifoaming agents, pigments, dispersants, dyes, preservatives, etc., are optionally blended. be able to.
本発明の好ましい1つの実施態様は、ラジカル重合性単量体〔A〕がアクリル酸エステル系単量体を含みかつ互いに同じか異なった〔A1〕および〔A2〕よりなり、シリコーンオリゴマー〔B〕が、2〜30%のアルコキシ基量を有し、かつ互いに同じか異なった〔B1〕および〔B2〕からなり、乳化剤〔D〕が、スルホン酸基またはスルホネート基を有するエチレン性不飽和単量体、硫酸エステル基を有するエチレン性不飽和単量体およびそれらの混合物よりなる群から選ばれかつ互いに同じか異なった乳化剤〔D1〕および〔D2〕よりなり、上記乳化重合をステップ〔1〕、ステップ〔2〕の順で行い、ステップ〔1〕においてはラジカル重合性単量体〔A1〕とシリコーンオリゴマー〔B1〕と乳化剤〔D1〕及び重合開始剤〔E1〕と、必要に応じて水性媒体とからなる乳化液を、水性媒体中において乳化重合に付すことにより、ステップ〔1〕エマルジョンを得、ステップ〔2〕においては、水性媒体中、ラジカル重合性単量体〔A2〕とシリコーンオリゴマー〔B2〕と乳化剤〔D2〕及び重合開始剤〔E2〕と、および必要に応じて水性媒体とからなる乳化液と、加水分解性シラン化合物〔C〕を混合しながら、ステップ〔1〕エマルジョンに添加することによって、乳化重合を行い最終的な所望エマルジョンを得、また紫外線吸収剤および/または光安定剤を乳化重合中に存在させることも可能である。 In one preferred embodiment of the present invention, the radically polymerizable monomer [A] comprises an acrylate monomer and consists of [A1] and [A2] which are the same or different from each other, and comprises a silicone oligomer [B] Having an alkoxy group content of 2 to 30% and consisting of [B1] and [B2] different from each other, and the emulsifier [D] is an ethylenically unsaturated monomer having a sulfonic acid group or a sulfonate group Body, an ethylenically unsaturated monomer having a sulfate ester group, and a mixture thereof and consisting of emulsifiers [D1] and [D2] which are the same or different from each other, and the emulsion polymerization is performed in step [1], Step [2] is performed in this order. In step [1], the radical polymerizable monomer [A1], the silicone oligomer [B1], the emulsifier [D1], and the polymerization initiator [ 1] and, if necessary, an emulsion containing an aqueous medium, emulsion polymerization is carried out in the aqueous medium to obtain step [1] emulsion. In step [2], radical polymerization is performed in the aqueous medium. Mixing an emulsion comprising a monomer [A2], a silicone oligomer [B2], an emulsifier [D2], a polymerization initiator [E2], and, if necessary, an aqueous medium, and a hydrolyzable silane compound [C] However, by adding the emulsion to step [1] emulsion, the final desired emulsion can be obtained, and it is also possible to have an ultraviolet absorber and / or a light stabilizer present during the emulsion polymerization.
また、本発明の好ましいもう1つの実施態様によれば、ラジカル重合性単量体〔A〕がアクリル酸エステル系単量体を含みかつ互いに同じか異なった〔A1〕、〔A2〕および〔A3〕よりなり、シリコーンオリゴマー〔B〕が、2〜30%のアルコキシ基量を有し、かつ互いに同じか異なった〔B1〕、〔B2〕からなり、乳化剤〔D〕が、スルホン酸基またはスルホネート基を有するエチレン性不飽和単量体、硫酸エステル基を有するエチレン性不飽和単量体およびそれらの混合物よりなる群から選ばれかつ互いに同じか異なった乳化剤〔D1〕、〔D2〕および〔D3〕よりなり、上記乳化重合をステップ〔1〕、ステップ〔2〕、ステップ〔3〕の順で行い、ステップ〔1〕においてはラジカル重合性単量体〔A1〕とシリコーンオリゴマー〔B1〕と乳化剤〔D1〕及び重合開始剤〔E1〕と水性媒体とからなるプレ乳化液を、水性媒体中において乳化重合に付すことにより、ステップ〔1〕エマルジョンを得、ステップ〔2〕においては、ラジカル重合性単量体〔A2〕と、乳化剤〔D2〕と及び重合開始剤〔E2〕と水性媒体とからなるプレ乳化液を水性媒体中においてステップ〔1〕エマルジョンに添加することによって、乳化重合を行いステップ〔2〕エマルジョンを得、ステップ〔3〕においては、ラジカル重合性単量体〔A3〕とシリコーンオリゴマー〔B2〕と乳化剤〔D3〕及び重合開始剤〔E 3〕を、必要に応じて水性媒体とからなる乳化液を、ステップ〔2〕エマルジョンに添加することによって、乳化重合を行い最終的な所望エマルジョンを得、および必要に応じて該乳化液と加水分解性シラン化合物〔C〕を混合しながら乳化重合中にシリコーン変性し、また紫外線吸収剤および/または光安定剤を乳化重合中に存在させてなる高耐久性エマルジョンが提供される。上記ステップ〔1〕、ステップ〔2〕および/またはステップ〔3〕における乳化液と加水分解性シラン化合物〔C〕を混合しながら、乳化重合中にシリコーン変性を行うことができる。 According to another preferred embodiment of the present invention, the radical polymerizable monomer [A] contains an acrylate monomer and is the same or different from each other [A1], [A2] and [A3 The silicone oligomer [B] has an alkoxy group content of 2 to 30% and is the same or different from each other [B1] and [B2], and the emulsifier [D] is a sulfonic acid group or sulfonate. Emulsifier [D1], [D2] and [D3] selected from the group consisting of an ethylenically unsaturated monomer having a group, an ethylenically unsaturated monomer having a sulfate ester group, and a mixture thereof. The emulsion polymerization is carried out in the order of step [1], step [2] and step [3]. In step [1], the radical polymerizable monomer [A1] and silicone A step [1] emulsion is obtained by subjecting a pre-emulsion comprising a gormer [B1], an emulsifier [D1], a polymerization initiator [E1], and an aqueous medium to emulsion polymerization in an aqueous medium, thereby obtaining a step [2]. In step [1], by adding a pre-emulsion comprising a radical polymerizable monomer [A2], an emulsifier [D2], a polymerization initiator [E2] and an aqueous medium to the step [1] emulsion. In step [3], emulsion polymerization is carried out to obtain an emulsion. In step [3], a radically polymerizable monomer [A3], a silicone oligomer [B2], an emulsifier [D3] and a polymerization initiator [E3] are obtained. If necessary, an emulsion composed of an aqueous medium is added to the step [2] emulsion to carry out emulsion polymerization to obtain a final desired emulsion. In addition, the emulsion is modified with silicone during emulsion polymerization while mixing the emulsion and the hydrolyzable silane compound [C], and a high durability obtained by allowing an ultraviolet absorber and / or a light stabilizer to be present during emulsion polymerization. An emulsion is provided. Silicone modification can be performed during emulsion polymerization while mixing the emulsion in step [1], step [2] and / or step [3] with the hydrolyzable silane compound [C].
実施例及び比較例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものでない。尚、実施例及び比較例中の部及び%はそれぞれ質量部、及び質量%を表す。重合安定性の評価及び得られた水性シリコーン変性アクリレート重合体エマルジョンの物性試験については、該エマルジョンを用いて下記に示す評価及び試験方法に従って実施した。
<プレ乳化液温度の測定>
実施例及び比較例において、乳化処理した各プレ乳化液の液温をデジタル式温度計にて測定した。
<重合安定性の評価>
乳化重合後に得られた水性シリコーン変性アクリレート重合体エマルジョンを100メッシュの濾布で濾過し、その濾過残渣質量を水性シリコーン変性アクリレート重合体エマルジョン質量で割り、残渣率とした。
(判断基準) ◎ :残渣率が20ppm未満
○ :残渣率が20ppm以上100ppm未満
△ :残渣率が100ppm以上
× :多量の凝集物が発生
The present invention will be described in detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the part and% in an Example and a comparative example represent a mass part and the mass%, respectively. The evaluation of the polymerization stability and the physical property test of the obtained aqueous silicone-modified acrylate polymer emulsion were carried out using the emulsion according to the following evaluation and test methods.
<Measurement of pre-emulsion temperature>
In Examples and Comparative Examples, the liquid temperature of each emulsified pre-emulsified liquid was measured with a digital thermometer.
<Evaluation of polymerization stability>
The aqueous silicone-modified acrylate polymer emulsion obtained after the emulsion polymerization was filtered through a 100-mesh filter cloth, and the mass of the filtration residue was divided by the mass of the aqueous silicone-modified acrylate polymer emulsion to obtain the residue rate.
(Judgment criteria) A: Residue rate is less than 20 ppm
○: Residue rate is 20 ppm or more and less than 100 ppm
Δ: Residue rate is 100 ppm or more
×: A large amount of aggregate is generated
<ろ過性の評価>
乳化重合後に得られた水性シリコーン変性アクリレート重合体エマルジョンを100メッシュの濾布で濾過し、濾過が終了するまでに要する時間で評価した。
(判断基準) ○ :濾過時間が30秒未満
△ :濾過時間が30秒以上60秒未満
× :濾過時間が60秒以上
<粒子径の測定>
得られた水性シリコーン変性アクリレート重合体エマルジョンの平均粒子径を、リーズ&ノースラップ社製のマイクロトラック粒度分布計にて測定した。
<Evaluation of filterability>
The aqueous silicone-modified acrylate polymer emulsion obtained after the emulsion polymerization was filtered through a 100 mesh filter cloth, and the time required for completing the filtration was evaluated.
(Judgment criteria) ○: Filtration time is less than 30 seconds
Δ: Filtration time of 30 seconds or more and less than 60 seconds
X: Filtration time of 60 seconds or more <Measurement of particle diameter>
The average particle size of the obtained aqueous silicone-modified acrylate polymer emulsion was measured with a Microtrac particle size distribution meter manufactured by Leeds & Northrup.
<耐候性の評価>
乳化重合後に得られた水性シリコーン変性アクリレート重合体エマルジョンに対して下記に示す配合組成でエナメル塗料を調整し、サンシャインウェザーメーターで2500時間照射試験を実施し、塗膜の外観(クラック、はがれなど)を目視にて観察した。また同時に光沢保持率の評価も行った。
(判断基準) ○ :外観に変化無し
× :クラック、はがれあり
エナメル塗料配合物の調整
各実施例のエマルジョン(固形分40%換算) 250部
エチレングリコールモノブチルエーテル 20部
エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル 40部
酸化チタン 130部
増粘剤 0.1部
<Evaluation of weather resistance>
An enamel paint is prepared with the following composition for the aqueous silicone-modified acrylate polymer emulsion obtained after emulsion polymerization, an irradiation test is conducted for 2500 hours with a sunshine weather meter, and the appearance of the coating film (cracks, peeling, etc.) Was visually observed. At the same time, the gloss retention rate was also evaluated.
(Judgment criteria) ○: No change in appearance
×: Cracking and peeling off Adjustment of enamel coating composition Emulsion of each example (solid content 40% conversion) 250 parts Ethylene glycol monobutyl ether 20 parts Ethylene glycol mono 2-ethylhexyl ether 40 parts Titanium oxide 130 parts Thickener 0. 1 copy
[実施例1]
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340部、エチレン性不飽和単量体と共重合可能な二重結合を分子中に持つスルホコハク酸ジエステルアンモニウム塩(製品名:ラムテルS−180A、花王(株)製)の20%水溶液5部を入れ、温度を80℃に上げてから、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を10部添加した5分後に、メタクリル酸メチル88部、メタクリル酸シクロヘキシル50部及びアクリル酸ブチル110部と、メチルフェニルメトキシシリコーンオリゴマー(製品名:KR510、信越化学(株)製)135部とを溶解させ、次にラテムルS−180Aの20%水溶液30部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液15部、水313部を混合し、該混合液をホモミキサーにより乳化し、プレ乳化液1を得た。このプレ乳化液の温度は、24℃から27℃の上昇に留まった。
[Example 1]
Sulfosuccinic acid diester ammonium salt having a double bond copolymerizable with 340 parts of water and ethylenically unsaturated monomer in a reaction vessel equipped with a stirrer, reflux condenser, dropping tank and thermometer (product) Name: Ramtel S-180A, manufactured by Kao Corporation), 5 parts of 20% aqueous solution was added, the temperature was raised to 80 ° C., and 5 minutes after adding 10 parts of 2% aqueous solution of ammonium persulfate, methyl methacrylate 88 was added. Parts, 50 parts of cyclohexyl methacrylate and 110 parts of butyl acrylate, and 135 parts of methylphenylmethoxysilicone oligomer (product name: KR510, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and then a 20% aqueous solution of LATEMUL S-180A 30 parts, 15 parts of a 2% aqueous solution of ammonium persulfate and 313 parts of water are mixed, and the mixture is emulsified with a homomixer and pre-emulsified. 1 was obtained. The temperature of this pre-emulsion remained at a rise from 24 ° C to 27 ° C.
得られたプレ乳化液1とγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン3.3部、ジメチルジメトキシシラン67部、メチルトリメトキシシラン17部の混合液とメタクリル酸の10%水溶液30部とを、Y字管〔Y字管の出口には100メッシュの金網を詰め3つ滴下槽の液が混じり合うところまで、モレキュラシーブス3A(製品名:和光純薬(株)製)を充填し、ラジカル重合性単量体とシリコーンオリゴマーを含むプレ乳化液1と加水分解性シラン化合物の緩やかな混合ができるように調整した。〕を介して反応容器中へ滴下槽より1時間かけて流入させた。この際、Y字管の混合部における加水分解性シラン化合物の加水分解による発熱は認められなかった。流入中は反応容器中の温度を80℃に保った。流入が終了してから反応容器中の温度を80℃にして30分保った。
次に水70部、メタクリル酸メチル65部、メタクリル酸シクロヘキシル20部及びアクリル酸ブチル15部、メタクリル酸2部、ラテムルS−180Aの20%水溶液6部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液5部の混合液をホモミキサーにより乳化し、得られたプレ乳化液2を反応容器中へ滴下槽より1時間かけて流入させた。流入中は反応容器中の温度を80℃に保った。流入が終了してから反応容器中の温度を80℃にして30分保った。
The pre-emulsion 1 obtained, 3.3 parts of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 67 parts of dimethyldimethoxysilane, 17 parts of methyltrimethoxysilane and 30 parts of a 10% aqueous solution of methacrylic acid Tube [Molecular sieve 3A (product name: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)] is filled to the point where the outlet of the Y-shaped tube is filled with 100 mesh wire mesh and the liquid in the three dripping tanks is mixed. The pre-emulsion 1 containing the monomer and the silicone oligomer and the hydrolyzable silane compound were adjusted so as to be gently mixed. ] Was allowed to flow into the reaction vessel from the dropping tank over 1 hour. At this time, heat generation due to hydrolysis of the hydrolyzable silane compound in the mixing portion of the Y-shaped tube was not observed. During the inflow, the temperature in the reaction vessel was kept at 80 ° C. After the inflow was completed, the temperature in the reaction vessel was raised to 80 ° C. and kept for 30 minutes.
Next, 70 parts of water, 65 parts of methyl methacrylate, 20 parts of cyclohexyl methacrylate and 15 parts of butyl acrylate, 2 parts of methacrylic acid, 6 parts of 20% aqueous solution of Latemul S-180A, and 5 parts of 2% aqueous solution of ammonium persulfate The liquid was emulsified with a homomixer, and the resulting pre-emulsion liquid 2 was allowed to flow into the reaction vessel from the dropping tank over 1 hour. During the inflow, the temperature in the reaction vessel was kept at 80 ° C. After the inflow was completed, the temperature in the reaction vessel was raised to 80 ° C. and kept for 30 minutes.
次にメタクリル酸メチル65部、メタクリル酸シクロヘキシル30部及びアクリル酸ブチル53部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(製品名TINUVIN384、日本チバガイギー(株)製)5部、ヒンダードアミン系光安定剤(製品名TINUVIN123、日本チバガイギー(株)製)2.5部、KR510:67部とを溶解させ、次にラテムルS−180Aの20%水溶液10部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液8部、水173部の混合液を作製し、該混合液をホモミキサーにより乳化した。このプレ乳化液3の温度は、24℃から26℃の上昇に留まった。
得られたプレ乳化液3とγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン1.7部、ジメチルジメトキシシラン33部、メチルトリメトキシシラン8部の混合液とメタクリル酸の10%水溶液30部とを、Y字管内の金属メッシュで混合しながら反応容器中へ滴下槽より1時間かけて流入させた。この際、Y字管の混合部における加水分解性シラン化合物の加水分解による発熱は認められなかった。 流入中は反応容器中の温度を80℃に保った。流入が終了してから反応容器中の温度を80℃にして120分保った。
室温まで冷却した後、水素イオン濃度を測定したところpH2.9であった。 上記の混合液に25%アンモニア水溶液を添加してpH8に調整してから100メッシュの金網でろ過した。
ろ過された凝集物の乾燥質量は得られた固形分質量に対して18ppmとわずかで、また反応容器内壁及び攪拌羽根への付着物もわずかであった。
得られたエマルジョンの固形分は40.3%、平均粒子径109nmであった。
このエマルジョンの性状の結果及び副生メタノールの計算値を表1に示す。
Next, 65 parts of methyl methacrylate, 30 parts of cyclohexyl methacrylate and 53 parts of butyl acrylate, 5 parts of benzotriazole ultraviolet absorber (product name TINUVIN 384, manufactured by Ciba Geigy Japan), hindered amine light stabilizer (product name TINUVIN 123) , Nippon Ciba-Geigy Co., Ltd.) 2.5 parts, KR510: 67 parts, and then mixed with 10 parts of 20% aqueous solution of Latemul S-180A, 8 parts of 2% aqueous solution of ammonium persulfate, and 173 parts of water And the mixture was emulsified with a homomixer. The temperature of the pre-emulsified liquid 3 remained at an increase from 24 ° C. to 26 ° C.
The pre-emulsion 3 obtained, 1.7 parts of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 33 parts of dimethyldimethoxysilane, 8 parts of methyltrimethoxysilane and 30 parts of a 10% aqueous solution of methacrylic acid While mixing with a metal mesh in the tube, it was allowed to flow into the reaction vessel from the dropping tank over 1 hour. At this time, heat generation due to hydrolysis of the hydrolyzable silane compound in the mixing portion of the Y-shaped tube was not observed. During the inflow, the temperature in the reaction vessel was kept at 80 ° C. After the inflow was completed, the temperature in the reaction vessel was raised to 80 ° C. and kept for 120 minutes.
After cooling to room temperature, the hydrogen ion concentration was measured and found to be 2.9. A 25% aqueous ammonia solution was added to the above mixture to adjust the pH to 8, and then filtered through a 100 mesh wire mesh.
The dry mass of the filtered agglomerate was as small as 18 ppm with respect to the obtained solid content mass, and there was also a small amount of deposits on the inner wall of the reaction vessel and the stirring blade.
The obtained emulsion had a solid content of 40.3% and an average particle size of 109 nm.
The results of the properties of this emulsion and the calculated values of byproduct methanol are shown in Table 1.
[実施例2]
実施例1のプレ乳化液1及びプレ乳化液3について、さらに高圧ホモジナイザー(製品名:EmulsiFlex、AVESTIN 製)にて5000barで1回パス乳化処理を施し、プレ乳化液1及びプレ乳化液3を得た以外は、実施例1と同一の処理を実施した。この際、プレ乳化液1の温度は、24℃から37℃の上昇に留まり、プレ乳化液3の温度は、24℃から35℃の上昇に留まった。
またプレ乳化液1及びプレ乳化液3と加水分解性シラン化合物との混合におけるY字管混合部での発熱は認められなかった。
ろ過された凝集物の乾燥質量は得られた固形分質量に対して9ppm未満と非常にわずかで、また反応容器内壁及び攪拌羽根への付着物もわずかであった。
得られたエマルジョンの固形分は40.4%、平均粒子径102nmであった。
このエマルジョンの性状の結果及び副生メタノールの計算値を表1に示す。
[Example 2]
The pre-emulsified liquid 1 and the pre-emulsified liquid 3 of Example 1 were further subjected to a one-pass emulsification treatment at 5000 bar with a high-pressure homogenizer (product name: EmulsiFlex, manufactured by AVESTIN) to obtain the pre-emulsified liquid 1 and the pre-emulsified liquid 3. Except for the above, the same processing as in Example 1 was performed. At this time, the temperature of the pre-emulsion liquid 1 remained at a rise from 24 ° C. to 37 ° C., and the temperature of the pre-emulsion liquid 3 remained at a rise from 24 ° C. to 35 ° C.
Further, no heat was generated at the Y-tube mixing part in the mixing of the pre-emulsified liquid 1 and 3 and the hydrolyzable silane compound.
The dry mass of the filtered agglomerate was very small, less than 9 ppm with respect to the obtained solid content mass, and the deposits on the inner wall of the reaction vessel and the stirring blade were also slight.
The obtained emulsion had a solid content of 40.4% and an average particle size of 102 nm.
The results of the properties of this emulsion and the calculated values of byproduct methanol are shown in Table 1.
[比較例1]
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340部、エチレン性不飽和単量体と共重合可能な二重結合を分子中に持つスルホコハク酸ジエステルアンモニウム塩(製品名:ラムテルS−180A、花王(株)製)の20%水溶液5部を入れ、温度を80℃に上げてから、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を10部添加した。
その5分後に、メタクリル酸メチル88部、メタクリル酸シクロヘキシル50部及びアクリル酸ブチル110部、メタクリル酸3部、ラテムルS−180Aの20%水溶液30部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液15部、水340部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン3.3部、ジメチルジメトキシシラン100部、メチルトリメトキシシラン200部の混合液を作製し、該混合液をホモミキサーにより乳化し、プレ乳化液1を得た。このプレ乳化液1の温度は、24℃から55℃に上昇したため、プレ乳化液1の入った容器を氷水にて20℃まで冷却した。
得られたプレ乳化液1を反応容器中へ滴下槽より1時間かけて流入させた。流入中は反応容器中の温度を80℃に保った。流入が終了してから反応容器中の温度を80℃にして30分保った。
次に、水70部、メタクリル酸メチル65部、メタクリル酸シクロヘキシル20部及びアクリル酸ブチル15部、メタクリル酸2部、ラテムルS−180Aの20%水溶液6部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液5部の混合液をホモミキサーにより乳化し、プレ乳化液2を得た。
得られたプレ乳化液2を反応容器中へ滴下槽より1時間かけて流入させた。流入中は反応容器中の温度を80℃に保った。流入が終了してから反応容器中の温度を80℃にして30分保った。
[Comparative Example 1]
Sulfosuccinic acid diester ammonium salt having a double bond copolymerizable with 340 parts of water and ethylenically unsaturated monomer in a reaction vessel equipped with a stirrer, reflux condenser, dropping tank and thermometer (product) 5 parts of 20% aqueous solution of name: Ramtel S-180A, manufactured by Kao Corporation) was added, the temperature was raised to 80 ° C., and then 10 parts of 2% aqueous solution of ammonium persulfate was added.
5 minutes later, 88 parts of methyl methacrylate, 50 parts of cyclohexyl methacrylate and 110 parts of butyl acrylate, 3 parts of methacrylic acid, 30 parts of 20% aqueous solution of Latemul S-180A, 15 parts of 2% aqueous solution of ammonium persulfate, water 340 Part, 3.3 parts of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 100 parts of dimethyldimethoxysilane, and 200 parts of methyltrimethoxysilane were prepared, and the mixture was emulsified with a homomixer to obtain pre-emulsion liquid 1. It was. Since the temperature of the pre-emulsion liquid 1 rose from 24 ° C. to 55 ° C., the container containing the pre-emulsion liquid 1 was cooled to 20 ° C. with ice water.
The obtained pre-emulsion liquid 1 was allowed to flow into the reaction vessel from the dropping tank over 1 hour. During the inflow, the temperature in the reaction vessel was kept at 80 ° C. After the inflow was completed, the temperature in the reaction vessel was raised to 80 ° C. and kept for 30 minutes.
Next, 70 parts of water, 65 parts of methyl methacrylate, 20 parts of cyclohexyl methacrylate and 15 parts of butyl acrylate, 2 parts of methacrylic acid, 6 parts of 20% aqueous solution of Latemul S-180A, 5 parts of 2% aqueous solution of ammonium persulfate The mixed solution was emulsified with a homomixer to obtain a pre-emulsion solution 2.
The obtained pre-emulsion 2 was allowed to flow into the reaction vessel from the dropping tank over 1 hour. During the inflow, the temperature in the reaction vessel was kept at 80 ° C. After the inflow was completed, the temperature in the reaction vessel was raised to 80 ° C. and kept for 30 minutes.
次に、メタクリル酸メチル65部、メタクリル酸シクロヘキシル30部及びアクリル酸ブチル53部、メタクリル酸2部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(製品名TINUVIN384、日本チバガイギー(株)製)5部、ヒンダードアミン系光安定剤(製品名TINUVIN123、日本チバガイギー(株)製)2.5部とを混合溶解させ、次にラテムルS−180Aの20%水溶液10部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液8部、水190部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン1.7部、ジメチルジメトキシシラン50部、メチルトリメトキシシラン100部を混合し、該混合液をホモミキサーにより乳化し、プレ乳化液3を得た。このプレ乳化液3の温度は、24℃から53℃に上昇したため、プレ乳化液3の入った容器を氷水にて20℃まで冷却した。
得られたプレ乳化液3を反応容器中へ滴下槽より1時間かけて流入させた。流入中は反応容器中の温度を80℃に保った。流入が終了してから反応容器中の温度を80℃にして120分保った。
上記混合液に25%アンモニア水溶液を添加してpH8に調整してから100メッシュの金網でろ過した。
ろ過された凝集物の乾燥質量は得られた固形分質量に対して50%以上の大量の凝集物が発生した。
また反応容器内壁及び攪拌羽根への付着物も多かった。
このエマルジョンの性状の結果及び副生メタノールの計算値を表1に示す。
Next, 65 parts of methyl methacrylate, 30 parts of cyclohexyl methacrylate and 53 parts of butyl acrylate, 2 parts of methacrylic acid, 5 parts of benzotriazole ultraviolet absorber (product name TINUVIN 384, manufactured by Ciba-Geigy Japan), hindered amine light Stabilizer (product name TINUVIN123, manufactured by Nippon Ciba-Geigy Co., Ltd.) 2.5 parts is mixed and dissolved, then 10 parts of 20% aqueous solution of Latemul S-180A, 8 parts of 2% aqueous solution of ammonium persulfate, 190 parts of water, 1.7 parts of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 50 parts of dimethyldimethoxysilane, and 100 parts of methyltrimethoxysilane were mixed, and the mixture was emulsified with a homomixer to obtain pre-emulsion 3. Since the temperature of this pre-emulsion liquid 3 rose from 24 ° C. to 53 ° C., the container containing the pre-emulsion liquid 3 was cooled to 20 ° C. with ice water.
The obtained pre-emulsified liquid 3 was allowed to flow into the reaction vessel from the dropping tank over 1 hour. During the inflow, the temperature in the reaction vessel was kept at 80 ° C. After the inflow was completed, the temperature in the reaction vessel was raised to 80 ° C. and kept for 120 minutes.
A 25% aqueous ammonia solution was added to the mixed solution to adjust the pH to 8, followed by filtration through a 100 mesh wire net.
A large amount of agglomerates having a dry mass of the filtered aggregate of 50% or more with respect to the obtained solid content mass was generated.
There were also many deposits on the inner wall of the reaction vessel and the stirring blades.
The results of the properties of this emulsion and the calculated values of byproduct methanol are shown in Table 1.
[比較例2]
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340部、エチレン性不飽和単量体と共重合可能な二重結合を分子中に持つスルホコハク酸ジエステルアンモニウム塩(製品名:ラムテルS−180A、花王(株)製)の20%水溶液5部を入れ、温度を80℃に上げてから、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を10部添加した。
その5分後に、メタクリル酸メチル88部、メタクリル酸シクロヘキシル50部及びアクリル酸ブチル110部と、メチルフェニルメトキシシリコーンオリゴマー(製品名:KR510、信越化学(株)製)135部とを溶解させ、次にラテムルS−180Aの20%水溶液30部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液15部、水313部の混合液を作製し、該混合液をホモミキサーにより乳化した後、さらに超音波ホモジナイザー(製品名:SONIFEIR450、BRANSON 製)にて10分間、バッチ式にて乳化処理を施したプレ乳化液1を得た。このプレ乳化液1の液温は24℃から65℃に上昇したため、プレ乳化液1の入った容器を氷水にて20℃まで冷却した。
[Comparative Example 2]
Sulfosuccinic acid diester ammonium salt having a double bond copolymerizable with 340 parts of water and ethylenically unsaturated monomer in a reaction vessel equipped with a stirrer, reflux condenser, dropping tank and thermometer (product) 5 parts of 20% aqueous solution of name: Ramtel S-180A, manufactured by Kao Corporation) was added, the temperature was raised to 80 ° C., and then 10 parts of 2% aqueous solution of ammonium persulfate was added.
Five minutes later, 88 parts of methyl methacrylate, 50 parts of cyclohexyl methacrylate and 110 parts of butyl acrylate, and 135 parts of methylphenylmethoxysilicone oligomer (product name: KR510, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) were dissolved. Was prepared by mixing 30 parts of 20% aqueous solution of Latemul S-180A, 15 parts of 2% aqueous solution of ammonium persulfate and 313 parts of water, emulsifying the mixture with a homomixer, and further using an ultrasonic homogenizer (product name: SONIFEIR450 (manufactured by BRANSON) was used to obtain a pre-emulsion solution 1 that was emulsified in a batch system for 10 minutes. Since the liquid temperature of the pre-emulsion liquid 1 rose from 24 ° C. to 65 ° C., the container containing the pre-emulsion liquid 1 was cooled to 20 ° C. with ice water.
得られたプレ乳化液1とγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン3.3部、ジメチルジメトキシシラン67部、メチルトリメトキシシラン17部の混合液とメタクリル酸の10%水溶液30部とを、Y字管〔Y字管の出口には100メッシュの金網を詰め滴下槽の液が混じり合うところまで、モレキュラシーブス3A(製品名:和光純薬(株)製)を充填し、ラジカル重合性単量体とシリコーンオリゴマーを含むプレ乳化液1と加水分解性シラン化合物の緩やかな混合ができるように調整した。〕を介して反応容器中へ滴下槽より1時間かけて流入させた。この際、Y字管の混合部における加水分解性シラン化合物の加水分解による発熱は認められなかった。流入中は反応容器中の温度を80℃に保った。流入が終了してから反応容器中の温度を80℃にして30分保った。
次に、水70部、メタクリル酸メチル65部、メタクリル酸シクロヘキシル20部及びアクリル酸ブチル15部、メタクリル酸2部、ラテムルS−180Aの20%水溶液6部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液5部の混合液をホモミキサーにより乳化し、得られたプレ乳化液2を反応容器中へ滴下槽より1時間かけて流入させた。流入中は反応容器中の温度を80℃に保った。流入が終了してから反応容器中の温度を80℃にして30分保った。
The pre-emulsion 1 obtained, 3.3 parts of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 67 parts of dimethyldimethoxysilane, 17 parts of methyltrimethoxysilane and 30 parts of a 10% aqueous solution of methacrylic acid Tube [Molecular Sieves 3A (product name: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)] is filled up to the point where the outlet of the Y-shaped tube is filled with a 100-mesh wire mesh and the liquid in the dripping tank is mixed. And a pre-emulsion 1 containing a silicone oligomer and a hydrolyzable silane compound were adjusted so as to be gently mixed. ] Was allowed to flow into the reaction vessel from the dropping tank over 1 hour. At this time, heat generation due to hydrolysis of the hydrolyzable silane compound in the mixing portion of the Y-shaped tube was not observed. During the inflow, the temperature in the reaction vessel was kept at 80 ° C. After the inflow was completed, the temperature in the reaction vessel was raised to 80 ° C. and kept for 30 minutes.
Next, 70 parts of water, 65 parts of methyl methacrylate, 20 parts of cyclohexyl methacrylate and 15 parts of butyl acrylate, 2 parts of methacrylic acid, 6 parts of 20% aqueous solution of Latemule S-180A, 5 parts of 2% aqueous solution of ammonium persulfate The mixed solution was emulsified with a homomixer, and the obtained pre-emulsion solution 2 was allowed to flow into the reaction vessel from the dropping tank over 1 hour. During the inflow, the temperature in the reaction vessel was kept at 80 ° C. After the inflow was completed, the temperature in the reaction vessel was raised to 80 ° C. and kept for 30 minutes.
次にメタクリル酸メチル65部、メタクリル酸シクロヘキシル30部及びアクリル酸ブチル53部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤(製品名TINUVIN384、日本チバガイギー(株)製)5部、ヒンダードアミン系光安定剤(製品名TINUVIN123、日本チバガイギー(株)製)2.5部、KR510:67部とを溶解させ、次にこれにラテムルS−180Aの20%水溶液10部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液8部、水173部を混合し、該混合液をホモミキサーにより乳化した後、さらに超音波ホモジナイザー(製品名:SONIFEIR450、BRANSON 製)にて10分間乳化処理を施したプレ乳化液3を得た。このプレ乳化液3の液温は24℃から67℃に上昇したため、プレ乳化液3の入った容器を氷水にて20℃まで冷却した。
得られたプレ乳化液3とγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン1.7部、ジメチルジメトキシシラン33部、メチルトリメトキシシラン8部の混合液とメタクリル酸の10%水溶液30部とを、Y字管内の金属メッシュで混合しながら反応容器中へ滴下槽より1時間かけて流入させた。この際、Y字管の混合部における加水分解性シラン化合物の加水分解による発熱は認められなかった。 流入中は反応容器中の温度を80℃に保った。流入が終了してから反応容器中の温度を80℃にして120分保った。
室温まで冷却した後、水素イオン濃度を測定したところpH2.9であった。 上記の混合液に25%アンモニア水溶液を添加してpH8に調整してから1
00メッシュの金網でろ過した。
ろ過された凝集物の乾燥質量は得られた固形分質量に対して15ppmとわずかで、また反応容器内壁及び攪拌羽根への付着物もわずかであった。
得られたエマルジョンの固形分は40.2%、平均粒子径106nmであった。
このエマルジョンの性状の結果及び副生メタノールの計算値を表1に示す。
Next, 65 parts of methyl methacrylate, 30 parts of cyclohexyl methacrylate and 53 parts of butyl acrylate, 5 parts of benzotriazole ultraviolet absorber (product name TINUVIN 384, manufactured by Ciba Geigy Japan), hindered amine light stabilizer (product name TINUVIN 123) , Manufactured by Nippon Ciba-Geigy Co., Ltd.) 2.5 parts, KR510: 67 parts, then 10 parts of 20% aqueous solution of Latemul S-180A, 8 parts of 2% aqueous solution of ammonium persulfate, and 173 parts of water After mixing and emulsifying the mixed solution with a homomixer, a pre-emulsion solution 3 was further obtained which was subjected to an emulsification treatment with an ultrasonic homogenizer (product name: SONIFEIR450, manufactured by BRANSON) for 10 minutes. Since the liquid temperature of this pre-emulsion liquid 3 rose from 24 ° C. to 67 ° C., the container containing the pre-emulsion liquid 3 was cooled to 20 ° C. with ice water.
The pre-emulsion 3 obtained, 1.7 parts of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 33 parts of dimethyldimethoxysilane, 8 parts of methyltrimethoxysilane and 30 parts of a 10% aqueous solution of methacrylic acid While mixing with a metal mesh in the tube, it was allowed to flow into the reaction vessel from the dropping tank over 1 hour. At this time, heat generation due to hydrolysis of the hydrolyzable silane compound in the mixing portion of the Y-shaped tube was not observed. During the inflow, the temperature in the reaction vessel was kept at 80 ° C. After the inflow was completed, the temperature in the reaction vessel was raised to 80 ° C. and kept for 120 minutes.
After cooling to room temperature, the hydrogen ion concentration was measured and found to be 2.9. After adjusting the pH to 8 by adding 25% aqueous ammonia solution to the above mixture, 1
Filtration through a 00 mesh wire mesh.
The dry mass of the filtered agglomerate was as small as 15 ppm with respect to the obtained solid content mass, and there was also a small amount of deposits on the inner wall of the reaction vessel and the stirring blade.
The obtained emulsion had a solid content of 40.2% and an average particle size of 106 nm.
The results of the properties of this emulsion and the calculated values of byproduct methanol are shown in Table 1.
表1から明らかなように、シリコーンオリゴマーを使用せずにアルコキシシランを使用した比較例1では、加水分解熱の発生量が大きく、乳化液温度が上昇してしまい、乳化液の冷却工程が必要となった。また副生アルコール量も多く、多量の重合残渣を生じる結果となった。
また、比較例2では、シリコーンオリゴマー〔B〕を使用したものの、乳化処理にバッチ式の超音波ホモジナイザーを使用したため、乳化液温度が上昇してしまい、乳化液の冷却工程が必要となった。
これらの比較例1及び比較例2に対し、実施例の方がいずれも乳化液の温度上昇は小さく、冷却工程は不要であった。また副生アルコール量も少なかったため、重合安定性は良好で重合残渣が少ない結果となった。
これはシリコーンオリゴマー〔B〕を使用したため、加水分解反応熱量を抑制できたこと及び副生アルコール濃度を低減できたこと、さらに高圧ホモジナイザーによる乳化処理時の温度上昇が小さかったことによるものである。
また実施例1及び2、比較例2の耐候性試験の結果では、いずれも高い光沢保持率を維持し、且つクラックも発生していない。
従って本発明により、極めて重合安定性に優れた高耐久エマルジョンを設備負荷が小さく処理工程の少ない製造方法により提供することができる。
As is clear from Table 1, in Comparative Example 1 in which alkoxysilane was used without using a silicone oligomer, the amount of heat of hydrolysis was large, the temperature of the emulsion increased, and a cooling step for the emulsion was required. It became. Also, the amount of by-product alcohol was large, resulting in a large amount of polymerization residue.
Moreover, in Comparative Example 2, although the silicone oligomer [B] was used, since the batch type ultrasonic homogenizer was used for the emulsification process, the temperature of the emulsified liquid increased, and the emulsion liquid cooling step was required.
Compared to Comparative Example 1 and Comparative Example 2, both the Examples showed a smaller increase in the temperature of the emulsion, and the cooling step was unnecessary. Moreover, since the amount of by-product alcohol was small, the polymerization stability was good and the polymerization residue was small.
This is because the silicone oligomer [B] was used, so that the amount of hydrolysis reaction heat could be suppressed, the concentration of by-product alcohol could be reduced, and the temperature increase during the emulsification treatment by the high-pressure homogenizer was small.
In addition, in the results of the weather resistance test of Examples 1 and 2 and Comparative Example 2, both maintain a high gloss retention and no cracks are generated.
Therefore, according to the present invention, a highly durable emulsion having extremely excellent polymerization stability can be provided by a production method with a small equipment load and few processing steps.
本発明は、耐汚染性、柔軟性、耐水性、耐候性、耐久性、顔料分散性、光沢保持性、密着性、防錆性、耐透水性に優れた塗膜を形成し得る高耐久性アクリル系エマルジョンを提供することができる。
具体的には、塗料、建材の下地処理材または仕上げ材、接着剤、紙加工剤、または織布、不織布の仕上げ材として有用であり、特に、コンクリート、セメントモルタル、スレート板、ケイカル板、石膏ボード、押し出し成形板、発泡性コンクリートなどの無機建材、織布あるいは不織布を基材とした建材、金属建材などの各種下地に対する塗料または建築仕上げ材として、複層仕上げ塗材用の主材およびトップコート、薄付け仕上塗材、厚付け仕上塗材、石材調仕上げ材、グロスペイントなどの合成樹脂エマルジョンペイントとして、金属用塗料、木部塗料、瓦用塗料として有用な高耐久性エマルジョンを提供することができる。
The present invention is highly durable capable of forming a coating film excellent in stain resistance, flexibility, water resistance, weather resistance, durability, pigment dispersibility, gloss retention, adhesion, rust resistance, and water resistance. An acrylic emulsion can be provided.
Specifically, it is useful as a finishing material for paints, building materials, surface treatments or finishing materials, adhesives, paper processing agents, woven fabrics, and non-woven fabrics, and in particular, concrete, cement mortar, slate plates, calcium plates, plaster. Main materials and tops for multi-layer finishing coating materials as paints or building finishing materials for various substrates such as boards, extruded plates, inorganic building materials such as expandable concrete, building materials based on woven or non-woven fabric, and metal building materials As a synthetic resin emulsion paint for coatings, thin finish coating materials, thick finish coating materials, stone-like finish materials, gloss paints, etc., it provides highly durable emulsions useful as metal paints, wood paints, and tile paints. be able to.
Claims (10)
(R1 )n −Si−(R2 )4-n ・・・(a)
(式中、nは0〜3の整数であり、各R1 はそれぞれ、独立して水素、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、炭素数1〜10のアクリル酸アルキル基又は炭素数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又はハロゲン原子から選ばれ、少なくとも1つはアルコキシ基である。) The silicone oligomer [B] is a condensate of a hydrolyzable silane compound represented by the following formula (a), and the silicone oligomer [B] has an alkoxy group content of 0.1 to 50% per molecule. The method for producing a highly durable emulsion according to any one of claims 1 to 5.
(R 1 ) n —Si— (R 2 ) 4-n (a)
(In the formula, n is an integer of 0 to 3, and each R 1 is independently hydrogen, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 16 carbon atoms, an aryl group having 5 to 10 carbon atoms, or 5 to 5 carbon atoms. 6 cycloalkyl groups, a vinyl group, a phenyl group, an alkyl acrylate group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and each R 2 is independently selected from 1 to 1 carbon atoms. 8 is selected from an alkoxy group, an acetoxy group, a hydroxyl group, an epoxy group, an ethylene oxide group, or a halogen atom, and at least one is an alkoxy group.)
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