特許第5653353号(P5653353)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許5653353水性樹脂エマルジョンおよびフロアポリッシュ組成物
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5653353
(24)【登録日】2014年11月28日
(45)【発行日】2015年1月14日
(54)【発明の名称】水性樹脂エマルジョンおよびフロアポリッシュ組成物
(51)【国際特許分類】
   C08L 33/16 20060101AFI20141218BHJP
   C09G 1/10 20060101ALI20141218BHJP
   C09G 1/04 20060101ALI20141218BHJP
   C08L 29/12 20060101ALI20141218BHJP
【FI】
   C08L33/16
   C09G1/10
   C09G1/04
   C08L29/12
【請求項の数】9
【全頁数】29
(21)【出願番号】特願2011-520775(P2011-520775)
(86)(22)【出願日】2010年6月25日
(86)【国際出願番号】JP2010004231
(87)【国際公開番号】WO2011001650
(87)【国際公開日】20110106
【審査請求日】2013年3月8日
(31)【優先権主張番号】特願2009-159056(P2009-159056)
(32)【優先日】2009年7月3日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000108030
【氏名又は名称】AGCセイミケミカル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
(74)【代理人】
【識別番号】100108578
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 詔男
(74)【代理人】
【識別番号】100089037
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 隆
(74)【代理人】
【識別番号】100094400
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 三義
(74)【代理人】
【識別番号】100107836
【弁理士】
【氏名又は名称】西 和哉
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(72)【発明者】
【氏名】三橋 雅人
【審査官】 小森 勇
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2008/136436(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08L 33/16
C08L 29/12
C09G 1/04
C09G 1/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記界面活性剤(A)、下記含フッ素重合体(B)、水系媒体(C)および樹脂(D)を含有する水性樹脂エマルジョン。
界面活性剤(A):主鎖の炭素数が6直鎖状のパーフルオロアルキル基の水素原子の1以上がフッ素原子で置換された含フッ素脂肪族炭化水素基を含有し、0.01質量%水溶液としたときの静的表面張力が30mN/m以下であり、かつ分子量が2500未満の界面活性剤。
含フッ素重合体(B):下式(b1)で表される化合物に由来する重合単位と、下式(b2)で表される化合物に由来する重合単位とを含有し、下記条件(i)〜(iii)を全て満たす、質量平均分子量が2500以上の含フッ素重合体。
CH=CRb1−CO−Qb1−Rfb1 (b1)
CH=CRb2−COO−Qb2−Qb3−Rb3 (b2)
(ただし、式中、Rfb1は主鎖の炭素数が6のパーフルオロアルキル基であり、Rb1およびRb2は相互に独立して水素原子またはメチル基であり、Rb3は水素原子または炭素数1〜3のアルキル基である。Qb1およびQb2は相互に独立して単結合、またはフッ素原子を有さない2価の連結基である。ただし、Qb1およびQb2は、Qb3に含まれるアルキレンオキシド基を含まない。Qb3は、1以上のエチレンオキシド基、または1以上のエチレンオキシド基と1以上のエチレンオキシド基以外のアルキレンオキシド基からなる2価の基であり、Qb3中における前記エチレンオキシド基の質量割合が、前記エチレンオキシド基以外のアルキレンオキシド基の合計の質量割合よりも大きい。)
条件(i):重合体100質量%中のフッ素原子の含有量が30質量%以下である。
条件(ii):重合体100質量%中のエチレンオキシド基およびヒドロキシ基の合計含有量が35質量%以上である。
条件(iii):重合体中にエチレンオキシド基以外のアルキレンオキシド基が存在する場合、重合体に含有される全エチレンオキシド基の質量割合がエチレンオキシド基以外の全アルキレンオキシド基の質量割合よりも大きい。
【請求項2】
前記Qb1およびQb2が、相互に独立して単結合、またはエチレンオキシド基とプロピレンオキシド基以外でフッ素原子を有さない2価の連結基であって、前記Qb3及び条件(iii)のエチレンオキシド基以外のアルキレンオキシド基がプロピレンオキシド基である請求項1に記載の水溶樹脂エマルジョン。
【請求項3】
前記界面活性剤(A)および前記含フッ素重合体(B)の合計含有量が0.1質量%以下であり、さらに炭化水素系界面活性剤(E)を含有する請求項1又は2に記載の水性樹脂エマルジョン。
【請求項4】
前記界面活性剤(A)がエチレンオキシド基を含有するノニオン性界面活性剤である請求項1〜3のいずれかに記載の水性樹脂エマルジョン。
【請求項5】
前記界面活性剤(A)として、下式(A1)で表される界面活性剤(A1)または下式(A2)で表される界面活性剤(A2)を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の水性樹脂エマルジョン。
【化1】
(ただし、式(A1)中、Ra1〜Ra4は相互に独立して水素原子またはRfa1−Qa1−で表される基であり、Ra1〜Ra4の1個以上がRfa1−Qa1−で表される基であり、Rfa1は主鎖の炭素数が6直鎖状のパーフルオロアルキル基であり、Qa1は単結合、−(CHj1−CH(OH)−(CHl1−、−(CHj2−O−(CH−CH(OH)−(CHl2−、または−(CHj3−CO−のいずれかであり、j1〜j3、k、l1およびl2は相互に独立して0〜10の整数であり、e〜hは相互に独立して0〜10の整数であり、e〜hの合計が1以上である。また、式(A2)中、Rfa2は主鎖の炭素数が6直鎖状のパーフルオロアルキル基であり、Qa2およびQa3は相互に独立して単結合、またはアルキレンオキシド基以外で、かつフッ素原子を含んでいない2価の連結基であり、iは1〜45の整数であり、Ra5は水素原子、炭素数1〜3のアルキル基または主鎖の炭素数が6直鎖状のパーフルオロアルキル基である。)
【請求項6】
前記界面活性剤(A)がヒドロキシ基を有する請求項1〜5のいずれかに記載の水性樹脂エマルジョン。
【請求項7】
前記含フッ素重合体(B)がヒドロキシ基を有する請求項1〜6のいずれかに記載の水性樹脂エマルジョン。
【請求項8】
前記条件(i)のフッ素原子の含有量が20質量%以下であり、かつ、前記条件(ii)のエチレンオキシド基およびヒドロキシ基の合計含有量が50〜70質量%である請求項1〜7のいずれかに記載の水性樹脂エマルジョン。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれかに記載の水性樹脂エマルジョンを用いたフロアポリッシュ組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水性樹脂エマルジョンおよびフロアポリッシュ組成物に関する。
本願は、2009年7月3日に、日本に出願された特願2009−159056号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【0002】
水性樹脂エマルジョン、特にフロアポリッシュ組成物には、レベリング剤としてパーフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)、パーフルオロオクタン酸(PFOA)等のフッ素系界面活性剤が広く使用されている。PFOSはパーフルオロアルキル基にスルホニル基が直結した構造であり、PFOAはパーフルオロアルキル基にカルボキシ基が直結した構造である。フッ素系界面活性剤としてのPFOSおよびPFOAは、フロアポリッシュ組成物に優れたレベリング性を与える点から、鎖長が8以上のパーフルオロアルキル基を有するものが好んで使用されている(特許文献1)。
【0003】
しかし、PFOSおよびPFOAは極めて分解されにくく、また生物蓄積性も高いことから、近年は地球規模での環境汚染が懸念されている。このPFOS・PFOA問題では、鎖長が8以上のパーフルオロアルキル基を有する化合物が問題とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−204156号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
PFOS・PFOA問題の解決方法としては、フッ素系界面活性剤として鎖長が8よりも短いパーフルオロアルキル基を有する化合物を用いる方法が挙げられる。しかし、パーフルオロアルキル基の鎖長が短いとレベリング性が低下する。そのため、フロアポリッシュ組成物等の水性樹脂エマルジョンの塗布が困難となり、優れた外観を有する皮膜を形成することが難しくなる。
【0006】
本発明は、PFOS・PFOA問題の要因となる鎖長8以上のパーフルオロアルキル基を有さず環境負荷の低いフッ素系界面活性剤を用いるにも関わらず、優れたレベリング性を有すると共に、基材への塗布が容易で優れた外観を有する皮膜を形成できる水性樹脂エマルジョン、および該水性樹脂エマルジョンを用いたフロアポリッシュ組成物の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の水性樹脂エマルジョンは、下記界面活性剤(A)、下記含フッ素重合体(B)、水系媒体(C)および樹脂(D)を含有する。
界面活性剤(A):主鎖の炭素数が1〜6の1価の脂肪族炭化水素基の水素原子の1以上がフッ素原子で置換された含フッ素脂肪族炭化水素基を含有し、0.01質量%水溶液としたときの静的表面張力が30mN/m以下であり、かつ分子量が2500未満の界面活性剤。
含フッ素重合体(B):下式(b1)で表される化合物に由来する重合単位と、下式(b2)で表される化合物に由来する重合単位とを含有し、下記条件(i)〜(iii)を全て満たす、質量平均分子量が2500以上の含フッ素重合体。
CH=CRb1−CO−Qb1−Rfb1 (b1)
CH=CRb2−COO−Qb2−Qb3−Rb3 (b2)
(ただし、式中、Rfb1は主鎖の炭素数が1〜6のパーフルオロアルキル基であり、Rb1およびRb2は相互に独立して水素原子またはメチル基であり、Rb3は水素原子または炭素数1〜3のアルキル基である。Qb1およびQb2は相互に独立して単結合、またはフッ素原子を有さない2価の連結基である。ただし、Qb1およびQb2は、Qb3に含まれるアルキレンオキシド基を含まない。Qb3は、1以上のエチレンオキシド基、または1以上のエチレンオキシド基と1以上のエチレンオキシド基以外のアルキレンオキシド基からなる2価の基であり、Qb3中における前記エチレンオキシド基の質量割合が、前記エチレンオキシド基以外のアルキレンオキシド基の合計の質量割合よりも大きい。)
条件(i):重合体100質量%中のフッ素原子の含有量が30質量%以下である。
条件(ii):重合体100質量%中のエチレンオキシド基およびヒドロキシ基の合計含有量が35質量%以上である。
条件(iii):重合体中にエチレンオキシド基以外のアルキレンオキシド基が存在する場合、重合体に含有される全エチレンオキシド基の質量割合がエチレンオキシド基以外の全アルキレンオキシド基の質量割合よりも大きい。
【0008】
本発明の水性樹脂エマルジョンは、前記Qb1およびQb2が、相互に独立して単結合、またはエチレンオキシド基とプロピレンオキシド基以外でフッ素原子を有さない2価の連結基であって、前記Qb3及び条件(iii)のエチレンオキシド基以外のアルキレンオキシド基がプロピレンオキシド基であることが好ましい。
【0009】
本発明の水性樹脂エマルジョンは、前記界面活性剤(A)および前記含フッ素重合体(B)の合計含有量が0.1質量%以下であり、さらに炭化水素系界面活性剤(E)を含有することが好ましい。
また、前記界面活性剤(A)は、エチレンオキシド基を含有するノニオン性界面活性剤であることが好ましい。
また、前記界面活性剤(A)として、下式(A1)で表される界面活性剤(A1)または下式(A2)で表される界面活性剤(A2)を含有することが好ましい。
【0010】
【化1】
【0011】
(ただし、式(A1)中、Ra1〜Ra4は相互に独立して水素原子またはRfa1−Qa1−で表される基であり、Ra1〜Ra4の1個以上がRfa1−Qa1−で表される基であり、Rfa1は主鎖の炭素数が1〜6のパーフルオロアルキル基であり、Qa1は単結合、−(CHj1−CH(OH)−(CHl1−、−(CHj2−O−(CH−CH(OH)−(CHl2−、または−(CHj3−CO−のいずれかであり、j1、〜j3、k、l1およびl2は相互に独立して0〜10の整数であり、e〜hは相互に独立して0〜10の整数であり、e〜hの合計が1以上である。また、式(A2)中、Rfa2は主鎖の炭素数が1〜6のパーフルオロアルキル基であり、Qa2およびQa3は相互に独立して単結合、またはアルキレンオキシド基以外で、かつフッ素原子を含んでいない2価の連結基であり、iは1〜45の整数であり、Ra5は水素原子、炭素数1〜3のアルキル基または主鎖の炭素数が1〜6のパーフルオロアルキル基である。)
【0012】
また、前記界面活性剤(A)がヒドロキシ基を有することが好ましい。
また、前記含フッ素重合体(B)がヒドロキシ基を有することが好ましい。
また、前記条件(i)のフッ素原子の含有量が20質量%以下であり、かつ、前記条件(ii)のエチレンオキシド基およびヒドロキシ基の合計含有量が50〜70質量%であることが好ましい。
【0013】
本発明のフロアポリッシュ組成物は、前記いずれかの水性樹脂エマルジョンを用いた組成物である。
【発明の効果】
【0014】
本発明の水性樹脂エマルジョンは、PFOS・PFOA問題の要因となる鎖長8以上のパーフルオロアルキル基を有さず環境負荷の低いフッ素系界面活性剤を用いているにも関わらず、優れたレベリング性を有すると共に、基材への塗布が容易で優れた外観を有する皮膜を形成できる。
また、本発明のフロアポリッシュ組成物は、本発明の水性樹脂エマルジョンを用いているため環境負荷が低く、また塗布が容易で床に優れた外観を付与できる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本明細書において、エチレンオキシド基とは、−(CO)−で表される基を意味し、プロピレンオキシド基とは、−(CO)−で表される基を意味し、ブチレンオキシド基とは、−(CO)−で表される基を意味する。また、アルキレンオキシド基とは、エチレンオキシド基、プロピレンオキシド基およびブチレンオキシド基を総称した基を意味する。また、これらの基の向きは、式中の右側に酸素原子「O」が存在するものとする。
【0016】
[水性樹脂エマルジョン]
本発明の水性樹脂エマルジョン(以下、「本樹脂エマルジョン」という。)は、後述する界面活性剤(A)、含フッ素重合体(B)(以下、「重合体(B)」という。)、水系媒体(C)および樹脂(D)を含む。
(界面活性剤(A))
界面活性剤(A)は、主鎖の炭素数が1〜6の1価の脂肪族炭化水素基の水素原子の1以上がフッ素原子で置換された含フッ素脂肪族炭化水素基(以下、「含フッ素炭化水素基(α)」という。)を含有し、0.01質量%水溶液としたときの静的表面張力が30mN/m以下であり、かつ分子量が2500未満の界面活性剤である。
【0017】
含フッ素炭化水素基(α)としては、フルオロアルキル基、フルオロアルケニル基が挙げられる。また、基中の水素原子が全てフッ素原子で置換された基として、パーフルオロアルキル基(以下、「Rf基」という。)、パーフルオロアルケニル基が挙げられる。
本発明における含フッ素炭化水素基(α)は、フッ素原子が結合している炭素原子を全て含み、かつ該基に含まれる炭素数が最小になるように決めるものとする。
例えば、「CFH−CH−CFH−CH−CH(OH)−CH−」で表される基の場合、含フッ素炭化水素基(α)が「CFH−CH−CHF−」であり、該含フッ素炭化水素基(α)が「−CH−CH(OH)−CH−」で表される2価の基と連結しているものとする。また、「CF−CF−CF−CH−CH(OH)−CH−」で表される基の場合、含フッ素炭化水素基(α)が「CF−CF−CF−」であり、該含フッ素炭化水素基(α)が「−CH−CH(OH)−CH−」で表される2価の基と連結しているものとする。
【0018】
また、含フッ素炭化水素基(α)の主鎖の炭素数は1〜6である。ここで、主鎖とは、基中の最長の炭素原子鎖を意味する。すなわち、含フッ素炭化水素基(α)は、基中の最長の炭素原子鎖の炭素数が1〜6である。含フッ素炭化水素基(α)は、直鎖状でもあってもよく、分岐鎖状であってもよく、直鎖状が好ましい。含フッ素炭化水素基(α)が分岐鎖状であれば、全炭素数は3〜9が好ましい。
【0019】
含フッ素炭化水素基(α)としては、優れたレベリング性が得られやすく、また撥水性の発現を抑えやすく、重ね塗りが容易になる点から、炭素数1〜6の直鎖状のRf基が好ましく、炭素数が4〜6の直鎖状のRf基がより好ましく、炭素数が4または6の直鎖状のRf基が特に好ましい。
【0020】
界面活性剤(A)は、界面活性剤であればイオン性は特に制限されず、アニオン性またはノニオン性が好ましく、ノニオン性が特に好ましい。
界面活性剤(A)がノニオン性界面活性剤である場合は、親水基としてエチレンオキシド基(以下、「EO基」という。)を有していることが好ましい。また、優れた親水性が得られやすい点から、分子中にヒドロキシ基(以下、「OH基」という。)を有することが好ましく、分子中に2以上のOH基を有することがより好ましい。
【0021】
本樹脂エマルジョンは、界面活性剤(A)として、下式(A1)で表される界面活性剤(A1)または下式(A2)で表される界面活性剤(A2)を含有することが好ましい。
【0022】
【化2】
【0023】
界面活性剤(A1)におけるRa1〜Ra4は、相互に独立して水素原子またはRfa1−Qa1−で表される基であり、Ra1〜Ra4の1個以上がRfa1−Qa1−で表される基である。
Rfa1は、主鎖の炭素数が1〜6のRf基である。Rfa1は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよく、直鎖状が好ましい。Rfa1が分岐鎖状であれば、全炭素数は3〜9が好ましい。
Rfa1としては、合成の容易さおよび表面張力低下能力が良好である点から、炭素数4〜6の直鎖状のRf基が好ましく、炭素数4または6の直鎖状のRf基がより好ましく、炭素数6の直鎖状のRf基が特に好ましい。
【0024】
a1は単結合、−(CHj1−CH(OH)−(CHl1−、−(CHj2−O−(CH−CH(OH)−(CHl2−、または−(CHj3−CO−のいずれかである。j1〜j3、k、l1およびl2は、相互に独立して0〜10の整数である。
a1としては、合成の容易さおよび表面張力低下能力が良好である点から、−(CHj1−CH(OH)−(CHl1−、または−(CHj2−O−(CH−CH(OH)−(CHl2−が好ましく、−(CHj1−CH(OH)−(CHl1−が特に好ましい。j1およびl1は、いずれも1であることが好ましい。また、j2およびl2は、いずれも1であることが好ましい。kは1であることが好ましい。
【0025】
界面活性剤(A1)は、Rfa1−Qa1−で表される基の数が、1〜3であることが好ましく、2〜3であることがより好ましい。前記基の数が1以上であれば、優れたレベリング性が得られる。前記基の数が3以下であれば、優れた親水性が得られやすい。
【0026】
界面活性剤(A1)におけるe〜hは、相互に独立して0〜10の整数である。e〜hの合計は1以上である。e〜hの合計は、水溶性が良好である点から、4〜40であることが好ましく、10〜30であることがより好ましい。
【0027】
界面活性剤(A1)の具体例としては、例えば、国際公開第2007/032480号パンフレットに記載された化合物、Ra1〜Ra4のうちの1〜3個がCF−(CF−CH−CH(OH)−CH−基、残りが水素原子であり、e〜hの合計が1〜40である化合物、Ra1〜Ra4のうちの1個がCF−(CF−CH−O−CH−CH(OH)−CH−基、残り3個が水素原子であり、e〜hの合計が1〜40である化合物が挙げられる。
特に好ましい界面活性剤(A1)は、Ra1〜Ra4のうちの1個または2個が水素原子で、残りがCF−(CF−CH−CH(OH)−CH−基であり、e〜hの合計が10〜30の化合物である。
界面活性剤(A1)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0028】
界面活性剤(A1)は、合成の都合上、通常は2種以上の混合物となる。
本樹脂エマルジョンに含有される界面活性剤(A1)の全体としては、例えば、Ra1〜Ra4の平均1個がCF−(CF−CH−CH(OH)−CH−基、残りが水素原子であり、e〜hの合計が各々1〜40である化合物群、Ra1〜Ra4の平均2.5個がCF−(CF−CH−CH(OH)−CH−基、残りが水素原子であり、e〜hの合計が各々1〜40である化合物群、Ra1〜Ra4の平均3個がCF−(CF−CH−CH(OH)−CH−基、残りが水素原子であり、e〜hの合計が1〜40である化合物群、またはRa1〜Ra4の平均1個がCF−(CF−CH−O−CH−CH(OH)−CH−基、残りが水素原子であり、e〜hの合計が各々1〜40である化合物群が挙げられる。
界面活性剤(A1)全体としての前記化合物群においては、e〜hの合計が平均15〜25であることが好ましい。
【0029】
界面活性剤(A2)におけるRfa2は、主鎖の炭素数が1〜6のRf基である。Rfa2は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよく、直鎖状が好ましい。Rfa2が分岐鎖状であれば、全炭素数は3〜9が好ましい。
Rfa2としては、合成の容易さおよび表面張力低下能力が良好である点から、炭素数4〜6の直鎖状のRf基が好ましく、炭素数4または6の直鎖状のRf基がより好ましく、炭素数6の直鎖状のRf基が特に好ましい。
【0030】
a2およびQa3は、相互に独立して単結合、またはアルキレンオキシド基以外で、かつフッ素原子を含んでいない2価の連結基である。2価の連結基は原子量の合計が500以下の連結基であることが好ましい。
aaを、炭素数が1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基、または炭素数が2〜10のアルケニレン基、6員環芳香族基、4〜6員環の飽和もしくは不飽和の脂肪族基、5〜6員環の複素環基、または、それらが複数組み合わされ、もしくは縮合された基とする。
中でも、合成の容易さおよび表面張力低下能力が良好である点から、炭素数が1〜10の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基または炭素数が2〜10のアルケニレン基であることが好ましい。
また、Qabを、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−SO−、−SO−、−N(R)−、−N(R)−COO−、−N(R)−CO−、−N(R)−SO−、−N(R)−SO−(ただし、Rは水素原子または炭素数1〜3のアルキル基である。)とする。また、この連結基は、前記した連結基の逆向き(例えば−CO−N(R)−)の基であってもよい。
a2の2価の連結基としては、上記QaaとQabの連結基の内少なくとも1つの連結基であり、たとえば、−Qaa−Qab−、−Qab−Qaa−、または、−Qaa−Qab−Qaa−というように交互に組み合わせたものであってもよい。
a3の2価の連結基としては、上記Qaaのみか、QaaにQabを連結した−Qaa−Qab−、さらにそれらを組み合わせた−Qaa−Qab−Qaa−、または、−Qaa−Qab−Qaa−Qab−などであってもよい。
これら2価の連結基は、上記のように2種以上が組み合わされていてもよく、複数の環基が縮合している連結基であってもよい。また、2価の連結基はフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。置換基としては、OH基が好ましい。
【0031】
a2およびQa3としては、合成の容易さおよび表面張力低下能力が良好である点から、単結合、炭素数1〜5の直鎖状のアルキレン基、またはOH基を有する炭素数1〜5の直鎖状のアルキレン基が好ましい。OH基を有する炭素数1〜5の直鎖状のアルキレン基としては、例えば、−CH−CH(OH)−CH−が挙げられる。
【0032】
a5は、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基または主鎖の炭素数が1〜6のRf基である。該Rf基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよく、直鎖状が好ましい。Rfa2が分岐鎖状のRf基であれば、該Rf基の全炭素数は3〜9が好ましい。
a5としては、合成の容易さおよび表面張力低下能力が良好である点から、水素原子、メチル基または炭素数4〜6の直鎖状のRf基が好ましく、水素原子または炭素数4〜6の直鎖状のRf基がより好ましく、水素原子が特に好ましい。
iは、1〜45の整数であり、1〜30が好ましく、1〜20がより好ましい。
【0033】
界面活性剤(A2)としては、例えば、下記界面活性剤(A21)〜(A23)が挙げられる。
界面活性剤(A21):CF−(CF−CHCH(OH)CH−O−(CO)−H
界面活性剤(A22):CF−(CF−C−O−(CO)−H
界面活性剤(A23):CF−(CF−CHCH(OH)CH−O−(CO)−CH
界面活性剤(A21)〜(A23)におけるiは1〜45の整数であり、1〜20であることが好ましい。また、界面活性剤(A21)については、iが4、6、9、13の化合物が特に好ましい。
界面活性剤(A2)としては、合成の容易さや表面張力低下能力が良好であることから、Qa2がOH基を有する炭素数1〜5の直鎖状のアルキレン基であり、Qa3が単結合であり、Ra5が水素原子である化合物が好ましく、界面活性剤(A21)、界面活性剤(A22)がより好ましい。
【0034】
界面活性剤(A2)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。界面活性剤(A2)は、合成の都合上、通常は2種以上の混合物となる。
本樹脂エマルジョンに含有される界面活性剤(A2)の全体としては、iが平均1〜20であることが好ましい。また、界面活性剤(A21)の全体としては、iの平均が4、6、9、13のいずれかであることが特に好ましい。
【0035】
界面活性剤(A)は、0.01質量%の水溶液とした時の該水溶液の静的表面張力が30mN/m以下である。水性樹脂エマルジョン、なかでも樹脂ワックスは、フッ素系界面活性剤未添加の状態で30mN/m程度の表面張力を有していることが多い。そのため、それよりも表面張力を低くできる界面活性剤を添加すれば、大きな濡れ性の向上効果が得られると考えられる。
本発明における静的表面張力とは、25℃で測定した値を意味する。
界面活性剤(A)の前記静的表面張力は、パーフルオロアルキル基の炭素数を増やすことにより、小さくなる傾向がある。
【0036】
界面活性剤(A)の分子量は、2500未満である。分子量が2500未満であれば、界面活性剤(A)が本樹脂エマルジョン中を自由に移動でき、形成される皮膜表面に露出することで優れたレベリング性が得られる。また、界面活性剤(A)の分子量は、含フッ素炭化水素基(α)に加えて親水基が存在するという、界面活性剤としての最低限の構造を確保する点から、250超であることが好ましい。
本発明の界面活性剤(A)の分子量は構造から求められる。例えば、「CF−(CF−CHCH(OH)CH−S−C−COONH」で表される化合物の場合は、C12SF13・NHとして計算できる。
また、前記界面活性剤(A1)の場合は、「原料となるポリエチレングリコールジグリセリルエーテルの分子量」と、「付加したRf基含有化合物の分子量に平均付加モル数を乗じた値」との合計である。同様に、前記界面活性剤(A2)の場合も、「原料となるポリエチレングリコールの分子量」と、「付加したRf基含有化合物の分子量に平均付加モル数を乗じた値」との合計である。
【0037】
界面活性剤(A)100質量%中のフッ素原子の含有量は、50質量%以下が好ましく、35質量%以下がより好ましい。フッ素原子の含有量が50質量%以下であれば、コストおよび環境負荷低減の点で好ましく、優れた親水性が得られやすい。また、界面活性剤(A)中の前記フッ素原子の含有量は、レベリング性が向上する点から、10質量%以上であることが好ましい。
【0038】
前記界面活性剤(A)中のフッ素原子の含有量とは、界面活性剤(A)中のフッ素原子の質量割合を意味する。すなわち、界面活性剤(A)中のフッ素原子の含有量は、下式(1)で表される計算式により算出される。
A(F)=V/W×100 (1)
ただし、式(1)中、MA(F)は界面活性剤(A)中のフッ素原子の含有量、Vは界面活性剤(A)中のフッ素原子の原子量の合計、Wは界面活性剤(A)の分子量である。
【0039】
界面活性剤(A)は、主鎖の炭素数が1〜6のRf基等の含フッ素炭化水素基(α)を有する原料を用いることを特徴とし、従来のフッ素系界面活性剤の製造方法と同様の方法で製造できる。例えば、界面活性剤(A1)は、国際公開第2007/032480号パンフレットに記載の方法を使用できる。
【0040】
(重合体(B))
重合体(B)は、下式(b1)で表される重合性化合物(以下、「化合物(b1)」という。)に由来する重合単位(以下、「重合単位(β1)」という。)と、下式(b2)で表される重合性化合物(以下、「化合物(b2)」という。)に由来する重合単位(以下、「重合単位(β2)」という。)とを含有し、後述する条件(i)〜(iii)を満たす質量平均分子量2500以上の含フッ素重合体である。
CH=CRb1−CO−Qb1−Rfb1 (b1)
CH=CRb2−COO−Qb2−Qb3−Rb3 (b2)
【0041】
化合物(b1)におけるRfb1は、主鎖の炭素数が1〜6のRf基である。Rfb1は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよく、直鎖状が好ましい。Rfb1が分岐鎖状であれば、全炭素数は3〜9が好ましい。
Rfb1としては、合成の容易さおよび表面張力低下能力が良好であり、また皮膜への表面配向性の付与および親水性の発現が容易である点から、炭素数4〜6の直鎖状のRf基が好ましく、炭素数4または6の直鎖状のRf基がより好ましく、炭素数6の直鎖状のRf基が特に好ましい。
b1は、水素原子またはメチル基である。
【0042】
b1は、単結合、または、フッ素原子を含んでいない2価の連結基である。ただし、前記2価の連結基は、Qb3に含まれるアルキレンオキシド基を含まない。Qb1の2価の連結基としては、Qa2およびQa3で定義したQaa、Qabと、下記Qbbを組み合わせた、単独の−Qaa−、−Qbb−Qaa−、−Qaa−Qab−、またはこれらの組み合わせをした連結基が挙げられる。
なお、Qbbは、−O−、−S−、−N(R)−、−N(R)−COO−、−N(R)−CO−、−N(R)−SO−、−N(R)−SO−(ただし、Rは水素原子または炭素数1〜3のアルキル基である。)である。
なお、Qb1としては、−O−(CH−、または−NRb4−(CH−で表される基が好ましく、−O−(CH−が特に好ましい。ただし、oおよびpは相互に独立して1〜3の整数であり、Rb4は水素原子またはメチル基である。
【0043】
化合物(b1)としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
CH=CH−CO−O−C−(CF−F
CH=CH−CO−O−C−(CF−F
CH=C(CH)−CO−O−C−(CF−F
CH=C(CH)−CO−O−C−(CF−F
化合物(b1)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0044】
化合物(b2)におけるRb2は、水素原子またはメチル基である。
b3は、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基である。Rb3としては、水溶性が良好である点から、水素原子またはメチル基が好ましく、水素原子が特に好ましい。
【0045】
b2は、単結合、または、フッ素原子を含んでいない2価の連結基である。ただし、前記2価の連結基は、Qb3に含まれるアルキレンオキシド基を含まない。Qb2の2価の連結基としては、Qa3で挙げた連結基と同じ連結基が挙げられる。Qb2としては、単結合が好ましい。
【0046】
b3は、1以上のEO基が連結した2価の基であるか、または1以上のEO基と1以上のEO基以外のアルキレンオキシド基が連結した2価の基である。また、Qb3においては、Qb3中のEO基の質量割合が、EO基以外のアルキレンオキシド基の合計の質量割合よりも大きい。EO基以外のアルキレンオキシド基としては、プロピレンオキシド基とブチレンオキシド基が挙げられ、プロピレンオキシド基が好ましい。また、Qb3が複数のEO基と、複数のEO基以外のアルキレンオキシド基が連結した2価の基である場合、EO基とEO基以外のアルキレンオキシド基はランダムに結合していてもよく、EO基とEO基以外のアルキレンオキシド基がブロック状に連結していてもよい。
b3としては、−(CO)−、−(CO)−(CO)−、−(CO)−(CO)−(CO)が好ましい。ただし、qは1〜100の整数である。また、rは1〜100の整数であり、sは1〜75の整数であり、r/s≧1.32である。また、tは1〜99の整数であり、uは1〜75の整数であり、vは1〜99の整数であり、(t+v)/u≧1.32である。r/s≧1.32、(t+v)/u≧1.32を満たせば、Qb3中のEO基の質量割合がPO基の質量割合よりも大きくなる。
b3としては、−(CO)−が好ましい。qは、1〜30が好ましく、1〜10がより好ましい。
b3は、1以上のエチレンオキシド基が連結した2価の基であるか、または1以上のエチレンオキシド基と1以上のプロピレンオキシド基が連結した2価の基であり、Qb1およびQb2は、相互に独立して単結合、または、エチレンオキシド基とプロピレンオキシド基以外でフッ素原子を有さない2価の連結基であることが好ましい。
【0047】
化合物(b2)としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
CH=CH−COO−(CO)−H
CH=C(CH)−COO−(CO)−H
CH=CH−COO−(CO)−CH
CH=C(CH)−COO−(CO)−CH
CH=CH−COO−(CO)−C
CH=C(CH)−COO−(CO)−C
CH=CH−COO−(CO)−(CO)−H
CH=CH−COO−(CO)−(CO)−(CO)−H(ただし、式中、qは1〜100の整数であり、rは1〜100の整数であり、sは1〜75の整数であり、r/s≧1.32である。また、tは1〜99の整数であり、uは1〜75の整数であり、vは1〜99の整数であり、(t+v)/u≧1.32である。)
化合物(b2)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0048】
重合体(B)は、化合物(b1)に由来する重合単位(β1)および化合物(b2)に由来する重合単位(β2)を含有するため、良好な水溶性を有している。重合体(B)における「良好な水溶性」とは、25℃において1質量%の水溶液を調製したときに該水溶液が透明であることを意味する。また、「透明」とは、目視で確認したものを意味する。
【0049】
重合体(B)は、化合物(b1)と化合物(b2)のみを共重合した共重合体であってもよく、化合物(b1)と化合物(b2)に加えて、さらにビニル基を有する他の重合性化合物(以下、化合物(b3)という。)を共重合させた共重合体であってもよい。また、化合物(b3)に由来する重合単位を重合単位(β3)という。
化合物(b3)としては、例えば、以下の化合物(b31)〜(b35)が挙げられる。
化合物(b31):アルキル(メタ)アクリレート。
化合物(b32):アルキルジ(メタ)アクリレート。
化合物(b33):化合物(b2)以外のポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート。
化合物(b34):ポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート。
化合物(b35):その他の重合性化合物。
【0050】
化合物(b31)としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
CH=CHCOOC2n+1 (n=1〜22)
CH=C(CH)COOC2n+1 (n=1〜22)
化合物(b32)としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
CH=CHCOOC2nOCOCH=CH (n=1〜22)
CH=C(CH)COOC2nOCOC(CH)=CH (n=1〜22)
化合物(b33)としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
CH=CHCOO(CO)H (n=1〜35)
CH=C(CH)COO(CO)H (n=1〜35)
CH=C(CH)COO(CO)(CO)H (n=1〜20、m=1〜10)
化合物(b34)としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
CH=C(CH)COO(CO)COC(CH)=CH (n=1〜45)
CH=CHCOO(CO)COCH=CH (n=1〜45)
化合物(b35)としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、スチレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、ビニルスルホン酸が挙げられる。
化合物(b3)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0051】
重合体(B)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
また、重合体(B)は、以下に示す条件(i)〜(iii)を満たす。重合体(B)が2種以上である場合、その各々の重合体(B)がそれぞれ条件(i)〜(iii)を満たす。
条件(i):重合体(B)100質量%中のフッ素原子の含有量が30質量%以下である。
重合体(B)中のフッ素原子の含有量が30質量%以下であれば、優れた親水性が得られる。また、親水性の発現がさらに容易になる点から、重合体(B)中のフッ素原子の含有量は、20質量%以下であることが好ましい。なお、重合体(B)の親水性が良好であると、水性樹脂エマルジョンの基材への塗布が容易になるため好ましい。また、重合体(B)中の前記フッ素原子の含有量は、レベリング性が向上する点から、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましい。
【0052】
前記重合体(B)中のフッ素原子の含有量とは、該重合体中のフッ素原子の質量割合である。重合体(B)中のフッ素原子の含有量は、下式(2)で表される計算式で算出される。
B(F)=V/W×X/(Y+Z)×100 (2)
ただし、式(2)中、MB(F)は重合体(B)中のフッ素原子の含有量、Vは化合物(b1)中のフッ素原子の原子量の合計、Wは化合物(b1)の分子量、Xは化合物(b1)の仕込み量(質量部)、Yは化合物(b1)〜(b3)の仕込み量(質量部)の合計、Zは重合量調整剤の仕込み量(質量部)である。前記仕込み量(質量部)は、重合時の各重合性化合物の仕込み量の相対値である(以下、同じ。)。
【0053】
条件(ii):重合体(B)100質量%中のEO基およびOH基を合計した含有量が35質量%以上である。すなわち、重合単位(β2)のRb3が全て炭素数1〜3のアルキル基であり、重合体(B)にOH基が含有されていなければ、重合体100質量%中のEO基の含有量MB(EO)が35質量%以上である。また、重合体(B)が、OH基を含有していれば、EO基およびOH基を合計した含有量MB(EO+OH)が35質量%以上である。
重合体(B)は、OH基を有することが好ましい。重合体(B)がOH基を有していれば、重合体(B)の水溶性が向上する。
なお、式(b2)において、Rb3が水素原子である場合、「−Qb3−Rb3」は、「−(CO)−H」等の構造になる。この場合、末端はOH構造となるため、式(b2)はOH基を有する構造である。
【0054】
含有量MB(EO)は、35質量%以上であり、50〜70質量%であることが好ましい。前記含有量MB(EO)が35質量%以上であれば、優れた親水性が得られ、50質量%以上であれば親水性がさらに向上する。また、前記含有量MB(EO)が70質量%以下であれば、本樹脂エマルジョンにより形成される皮膜表面に重合体(B)が露出しやすくなり、レベリング性が向上する。
同様に、含有量MB(EO+OH)は、35質量%以上であり、50〜70質量%であることが好ましい。
【0055】
含有量MB(EO)は、下式(3)で表される計算式で算出される。
B(EO)=V/W×X/(Y+Z)×100 (3)
ただし、式(3)中、VはEO基含有重合性化合物中の全EO基における原子量の合計、WはEO基含有重合性化合物の分子量、XはEO基含有重合性化合物の仕込み量(質量部)、Yは全重合性化合物の仕込み量(質量部)の合計、Zは重合量調整剤の仕込み量(質量部)である。
前記EO基含有重合性化合物とは、OH基を含有せず、かつEO基を含有する重合性化合物である。例えば、化合物(b2)のRb3が炭素数1〜3のアルキル基である化合物、化合物(b3)においてEO基を含有する前記化合物等が挙げられる。
また、式(3)は、EO基含有重合性化合物が1種の場合の計算式であり、EO基含有重合性化合物が2種以上含有されている場合は、それら各々について式(3)により算出した値を合計すればよい。
【0056】
同様に、含有量MB(EO+OH)は、下式(4)で表される計算式で算出される。
B(EO+OH)=V/W×X/(Y+Z)×100 (4)
ただし、式(4)中、VはEO基OH基含有化合物中の全EO基およびOH基における原子量の合計、WはEO基OH基含有化合物の分子量、XはEO基OH基含有化合物の仕込み量(質量部)、Yは全重合性化合物の仕込み量(質量部)の合計、Zは重合量調整剤の仕込み量(質量部)である。
前記EO基OH基含有化合物とは、OH基を含有せず、かつEO基を含有する重合性化合物、EO基を含有せず、かつOH基を含有する重合性化合物、EO基とOH基を併有する重合性化合物、またはOH基を含有する重合量調整剤である。
また、式(4)は、EO基OH基含有化合物が1種の場合の計算式であり、EO基OH基含有化合物が2種以上含有されている場合は、それら各々について式(4)により算出した値を合計すればよい。
【0057】
なお、前記のとおり、式(b2)において、Rb3が水素原子である場合、末端はOH構造となり、式(b2)はOH基を有する構造であることになる。このような構造の場合、この末端OH基の酸素原子は、Qb3の一部でもあるため、含有量MB(EO+OH)を計算する際には、Vの定義のうち、「全EO基およびOH基における原子量の合計」を、「全EO基およびOH基における原子量の合計。ただし、OH基の原子量の合計の内、EO基と重複する酸素原子については含まないものとする。」に変更する。
つまり、EO基やOH基を持つ構造が「−(CO)−H」だけの場合は、「(CO)の原子量にqを乗じた値」と、「末端の水素原子の原子量」とを足したものが、Vとなる。
重合体(B)が、他の重合性化合物として、前記化合物(b33)で3番目に例示した化合物を共重合させた場合も同様である。」
【0058】
条件(iii):重合体中にEO基以外のアルキレンオキシド基が存在する場合、重合体に含有される全EO基の質量割合が、EO基以外の全アルキレンオキシド基の質量割合よりも大きい。
EO基以外のアルキレンオキシド基としてはプロピレンオキシド基(以下、「PO基」という。)が好ましい。
全EO基の質量割合をEO基以外の全アルキレンオキシド基の質量割合よりも大きくすることにより、充分な親水性を有する重合体(B)が得られる。
以下、EO基以外のアルキレンオキシド基としてPO基を例に挙げて説明する。
化合物(b2)は、化合物(b2)中においてEO基の質量割合がPO基の質量割合よりも大きい。そのため、重合体(B)が、化合物(b1)と、EO基およびPO基を併有している化合物(b2)を共重合体した重合体であれば、重合体(B)全体におけるEO基の質量割合がPO基の質量割合よりも大きくなる。また、重合体(B)が、化合物(b1)および化合物(b2)に加えて、PO基、またはPO基およびEO基を有する化合物(b3)を共重合した重合体であれば、化合物(b2)と化合物(b3)が有する全てのPO基とEO基を考慮して、重合体(B)全体におけるEO基の質量割合がPO基の質量割合よりも大きくなるようにする。
【0059】
重合体(B)は、前記条件(i)〜(iii)において、条件(i)の含有量MB(F)が20質量%以下であり、かつ条件(ii)の含有量MB(EO)またはMB(EO+OH)が50〜70質量%の条件を満たすことが好ましい。
【0060】
重合体(B)における重合単位(β1)および重合単位(β2)の含有量は、前記条件(i)〜(iii)を満たす範囲であればよい。
重合体(B)における各重合単位の含有量(質量比率)とは、重合に使用した原料がすべて重合単位を構成するとみなし、各重合性化合物の質量割合から算出される値である。例えば、重合体(B)における重合単位(β2)の含有量(全重合単位に対する重合単位(β2)の質量の百分率)は、重合に使用した全原料の合計質量に対する化合物(b2)の質量割合として算出される。
【0061】
重合単位(β1)の含有量は、5〜50質量%が好ましく、10〜30質量%がより好ましい。重合単位(β1)が5質量%以上であれば、レベリング性が向上する。重合単位(β1)の含有量が50質量%以下であれば、親水性が向上する。
重合単位(β2)の含有量は50〜95質量%が好ましく、70〜90質量%がより好ましい。重合単位(β2)の含有量が50質量%以上であれば、親水性が向上する。重合単位(β2)の含有量が95質量%以下であれば、レベリング性が向上する。
【0062】
重合単位(β3)の含有量は、化合物(b3)が親水性の高い化合物、すなわち、アルキレンオキシド基、OH基、あるいはアニオン性界面活性剤の親水基となりうるカルボキシ基、スルホニル基等を含む化合物であれば、重合単位(β2)の含有量よりも少ないことが好ましい。また、重合単位(β3)の含有量は、化合物(b3)が前記化合物以外の親水性の低い化合物であれば、重合単位(β1)の含有量よりも少ないことが好ましい。
【0063】
重合体(B)の質量平均分子量(以下、「Mw」という。)は、2500以上であり、2500〜100000が好ましく、3000〜20000がより好ましい。重合体(B)のMwが前記範囲内であれば、良好な親水性が得られやすく、また得られる皮膜に表面配向性が発現しやすい。
本発明におけるMwとは、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、カラム充填剤:スチレンジビニルベンゼン共重合体、移動相:テトラヒドロフラン)により測定されるポリメチルメタクリレート(標準物質)換算分子量である。
【0064】
重合体(B)は、公知の方法で化合物(b1)、化合物(b2)、および必要に応じて化合物(b3)を重合開始源下で共重合させることにより得られる。重合方法は、特に限定されず、溶液重合、懸濁重合、乳化重合等が挙げられる。
重合開始源としては、重合反応をラジカル的に進行させるものであれば特に限定されず、例えば、過酸化物、アゾ化合物、過硫酸塩等の重合開始剤、光、電離放射線が挙げられ、重合開始剤が好ましい。
また、重合には、重合体(B)の分子量を調整する重合量調整剤を用いることが好ましい。重合量調整剤としては、例えば、メルカプトエタノール、オクタンチオール等が挙げられる。
【0065】
また、重合体(B)にOH基を導入する方法としては、化合物(b2)および/または化合物(b3)としてOH基を含有する重合性化合物とを共重合に用いる方法、EO基およびOH基を併有する化合物(b2)を共重合に用いる方法、またはOH基を含有する重合量調整剤を共重合に用いる方法が挙げられる。特に、化合物(b2)および化合物(b3)の重合性化合物にも重合量調整剤にもOH基を有するものを使用する方法が好ましい。
【0066】
本樹脂エマルジョン中の界面活性剤(A)の含有量は、0.002〜0.05質量%が好ましく、0.004〜0.05質量%がより好ましく、0.008〜0.05質量%が特に好ましい。界面活性剤(A)の含有量が0.002質量%以上であれば、レベリング性を発現しやすい。界面活性剤(A)の含有量が0.05質量%以下であれば、他の構成成分の発現する機能に悪影響を与えにくい。
本樹脂エマルジョン中の重合体(B)の含有量は、0.003〜0.05質量%が好ましく、0.005〜0.05質量%が特に好ましい。重合物(B)の含有量が0.003質量%以上あれば、レベリング性を発現しやすい。重合物(B)の含有量が0.05質量%以下であれば、他の構成成分の発現する機能に悪影響を与えにくい。
【0067】
本樹脂エマルジョン(100質量%)中の界面活性剤(A)および重合体(B)を合計した含有量は、0.1質量%以下が好ましく、0.005〜0.05質量%がより好ましく、0.007〜0.05質量%がさらに好ましく、0.013〜0.05質量%が特に好ましい。前記含有量が0.005質量%以上であれば、レベリング性が発現しやすい。前記含有量が0.1質量%以下であれば、他の構成成分の発現する機能に悪影響を与えにくい。
【0068】
水系媒体(C)は、水または、水と水溶性有機溶媒との混合溶媒である。水溶性有機溶媒としては、例えば、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、グリコール系溶媒が挙げられる。中でもグリコール系溶媒が好ましい。グリコール系溶媒とは、OH基と、エーテル結合あるいはエステル結合とが合わせて2つ以上有する溶媒を指す。
グリコール系溶媒としては、下記溶媒(c1)〜(c4)が挙げられる。
溶媒(c1):OH基を有するグリコール溶媒。
溶媒(c2):モノアルキルグリコールエーテル系溶媒。
溶媒(c3):ジアルキルグリコールエーテル系溶媒。
溶媒(c4):モノアルキルグリコールエーテルアセテート系溶媒。
【0069】
溶媒(c1)としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールが挙げられる。
溶媒(c2)としては、例えば、メチルグリコール、メチルジグリコール、メチルトリグリコール、イソプロピルグリコール、ブチルグリコール、ブチルジグリコール、ヘキシルグリコール、ヘキシルジグリコール、メチルプロピレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルが挙げられる。
溶媒(c3)としては、例えば、ジメチルグリコール、ジメチルジグリコール、メチルエチルジグリコール、ジエチルグリコール、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。
溶媒(c4)としては、例えば、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートが挙げられる。
【0070】
溶媒(c1)〜(c4)の中でも、ジエチレングリコールのアルキルエーテル、およびジプロピレングリコールのアルキルエーテルが好ましく、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテルがより好ましい。
水系媒体(C)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0071】
本樹脂エマルジョン(100質量%)中の水系媒体(C)の含有量は、界面活性剤(A)、重合体(B)、および後述する樹脂(D)以外の成分量、つまりそれら各成分を所定の濃度範囲する残部の量である。また、後述する炭化水素系界面活性剤(E)およびその他の成分が存在する場合についても同様に、水系媒体(C)の含有量はそれら各成分を所定の濃度範囲とする残部の量となる。
【0072】
水系媒体(C)が水と水溶性有機溶媒との混合溶媒である場合、水溶性有機溶媒の含有量は、エマルジョンの安定性等の点から、樹脂(D)100質量部に対して0〜150質量部が好ましく、5〜100質量部がより好ましい。水溶性有機溶媒を2種類以上併用する場合は、その合計量が前記範囲であることが好ましい。
【0073】
樹脂(D)は、水性樹脂エマルジョンに通常用いられる樹脂であれば特に限定されない。例えば、(メタ)アクリル系、スチレン系、ウレタン系の樹脂が挙げられる。これらの樹脂は単独の重合体であってもよく、アクリル−スチレン共重合体等の複数種の組み合わせによる共重合体であってもよい。
また、樹脂(D)として市販の水性樹脂エマルジョンを用い、界面活性剤(A)、重合体(B)および水系媒体(C)を添加して本樹脂エマルジョンとしてもよい。
市販の樹脂エマルジョンとしては、例えば、デュラプラス2、プライマルE−2409、プライマルB−924、デュラプラス3L0、プライマルJP−308(いずれもロームアンドハース社製)、AE−610H、AE−945H、AE−981H(いずれもJSR社製)が挙げられる。
【0074】
また、樹脂(D)としては、アルカリ可溶性樹脂を使用してもよい。
アルカリ可溶性樹脂としては、例えば、プライマルB−644、プライマル1531B(いずれもロームアンドハース社製)が挙げられる。
【0075】
本樹脂エマルジョン(100質量%)中の樹脂(D)の含有量は、5〜40質量%が好ましく、10〜35質量%がより好ましい。
【0076】
本樹脂エマルジョンは、界面活性剤(A)、重合体(B)、水系媒体(C)、および樹脂(D)と共に、炭化水素系界面活性剤(E)(以下、「界面活性剤(E)」という。)を含有することが好ましい。
界面活性剤(E)の構造は特に限定されず、アニオン性またはノニオン性の界面活性剤が好ましく、浸透性、湿潤性に優れるものが特に好ましい。例えば、EO基数が5以下のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、HLB値が8〜15のポリオキシエチレンアルキルエーテルが挙げられる。
【0077】
本樹脂エマルジョン(100質量%)中の界面活性剤(E)の含有量は、樹脂(D)のエマルジョン作成時の乳化剤等として使用されている界面活性剤を除いて、1質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以下がより好ましい。
【0078】
本樹脂エマルジョンは、レベリングが向上することから、エマルジョン中のフッ素原子含有量が、15〜500ppmであることが好ましい。また、レベリング性を維持しつつフッ素原子含有量を減らす必要がある場合は、15〜150ppmが好ましく、25〜100ppmがより好ましい。
【0079】
(製造方法)
本樹脂エマルジョンの製造方法は、界面活性剤(A)、重合体(B)、水系媒体(C)および樹脂(D)、ならびに必要に応じて界面活性剤(E)等の他の成分を充分に混合できる方法であれば特に限定されない。
界面活性剤(A)、重合体(B)、界面活性剤(E)については、混合する前に予め0.5〜10質量%の水溶液とした後に混合することが好ましい。
【0080】
本樹脂エマルジョンの用途は特に限定されず、例えば、水性塗料、フロアポリッシュ組成物等として使用でき、中でもフロアポリッシュ組成物として用いることが好ましい。
また、本樹脂エマルジョンは、必要に応じて、界面活性剤(A)、重合体(B)、水系媒体(C)、樹脂(D)および界面活性剤(E)の他に、他の成分を含有していてもよい。他の成分については、後述するフロアポリッシュ組成物の項で説明する。
【0081】
以上説明した本樹脂エマルジョンは、PFOS・PFOA問題の要因となる鎖長8以上のパーフルオロアルキル基を有さない界面活性剤(A)を用いているために、環境負荷が低減できる。また、界面活性剤(A)と重合体(B)を併用することで、優れたレベリング性も達成されている。
【0082】
[フロアポリッシュ組成物]
本発明のフロアポリッシュ組成物(以下、「本組成物」という。)は、前述の本樹脂エマルジョンを用いた組成物である。
本組成物は、樹脂(D)として、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ウレタン樹脂、または、アクリル−スチレン樹脂等の前記樹脂を組み合わせた樹脂が含有されていることが好ましい。また、樹脂(D)として前記樹脂とアルカリ可溶性樹脂が含有され、さらにポリオレフィンワックスが含有されていることがより好ましい。
ポリオレフィンワックスとしては、例えば、ハイテックE−4B、ハイテックE−8000(いずれも東邦化学工業社製)が挙げられる。
以下、アクリル樹脂等とアルカリ可溶性樹脂を含む樹脂(D)およびポリオレフィンワックスを合わせて便宜上「成分(P)」という。
【0083】
本組成物(100質量%)中の成分(P)の含有量は、5〜40質量%が好ましく、10〜35質量%がより好ましい。成分(P)の含有量が5質量%以上であれば、耐水性、光沢度といったフロアポリッシュ組成物に求められる機能を発現しやすい。成分(P)の含有量が40質量%以下であれば、床等への塗布が容易になる。
【0084】
また、本組成物は、可塑剤、レベリング助剤、防腐剤、消泡剤を含有することが好ましい。
可塑剤としては、例えば、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、クエン酸トリブチル、アセチルクエン酸トリブチル、2,2,4−トリブチル、1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールジイソブチレート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール モノイソブチレートが挙げられる。中でも、フタル酸系以外のものが好ましい。
レベリング助剤としては、例えば、トリブトキシエチルフォスフェートが挙げられる。
防腐剤としては、例えば、ケーソンCG(ロームアンドハース社製)が挙げられる。
消泡剤としては、例えば、FS−アンチフォーム013A、FS−アンチフォーム1277(いずれも東レダウコーニング社製)、SE−21、SE−39(旭化成ワッカーシリコーン社製)が挙げられる。
その他、紫外線吸収剤、色素、香料、殺ダニ剤、pH調整剤等が含有されていてもよい。
【0085】
また、本組成物は、本樹脂エマルジョンの水系媒体(C)として前記グリコール系溶媒を含有することが好ましい。グリコール系溶媒の含有量は、成分(P)100質量部に対して、0〜150質量部が好ましく、5〜75質量部がより好ましい。グリコール系溶媒を2種類以上併用する場合は、その合計量が前記範囲であることが好ましい。
【実施例】
【0086】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。
[界面活性剤(A)の静的表面張力の測定]
各製造例で得られた界面活性剤(A)の0.01質量%水溶液を調製し、(自動表面張力計CBVP−A3型、協和界面科学社製)により25℃で測定した。
【0087】
[Mwの測定]
本実施例で用いる重合体(B)、他の重合体(F)のMwは、GPC−101(昭和電工社製)(カラム充填剤:スチレンジビニルベンゼン共重合体、移動相:テトラヒドロフラン、和光純薬工業社製)によるGPC分析により、ポリメチルメタクリレート(標準物質)換算分子量として測定した。
【0088】
本実施例において用いた各成分を以下に示す。
[界面活性剤(A)]
(製造例1:界面活性剤A1−1)
界面活性剤A1−1:式(A1)におけるRa1〜Ra4の平均1箇所がCF−(CF−CHCH(OH)CH−基であり、残りが水素原子である化合物。
国際公開第2007/32480号パンフレットに記載の方法に従い、下式(5)で表される化合物(以下、「化合物(5)」という。)3.76g、下式(6)で表される化合物(以下、「化合物(6)」という。)10.67g、および三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体0.04gを使用して界面活性剤A1−1を得た。
【0089】
【化3】
【0090】
【化4】
(e+f+g+h=20.5(平均)、Mw=1067、阪本薬品工業社製)
【0091】
(製造例2:界面活性剤A1−2)
界面活性剤A1−2:式(A1)におけるRa1〜Ra4の平均2.5箇所がCF−(CF−CHCH(OH)CH−基であり、残りが水素原子である化合物。
化合物(5)9.45g、化合物(6)10.67g、および三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体0.09gを使用した以外は、製造例1と同様にして界面活性剤A1−2を得た。
【0092】
(製造例3:界面活性剤A1−3)
界面活性剤A1−3:式(a1)におけるRa1〜Ra4の平均3箇所がCF−(CF−CHCH(OH)CH−基であり、残りが水素原子である化合物。
化合物(5)11.4g、化合物(6)10.67g、および三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体0.11gを使用した以外は、製造例1と同様にして界面活性剤A1−3を得た。
【0093】
(製造例4:界面活性剤A2−1)
界面活性剤A2−1:CF−(CF−CHCH(OH)CH−O−(CO)−H
PEG−200(商品名、ポリエチレングリコール、分子量199、日油社製)10.0g、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体0.19gを50mL三口フラスコに投入し、60℃まで加熱して保持し、化合物(5)18.8gを2時間かけて滴下した。その後、60℃で1時間熟成させた後、ガスクロマトグラフにて化合物(5)の消失を確認した。その後、60℃、667Paで副生物を留去することにより界面活性剤A2−1を得た。
【0094】
(製造例5:界面活性剤A2−2)
界面活性剤A2−2:CF−(CF−CHCH(OH)CH−O−(CO)13−H
PEG−200の代わりにPEG−600(商品名、ポリエチレングリコール、分子量587、日油社製)14.68g、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体0.10g、化合物(5)10.0gを使用した以外は、製造例4と同様にして界面活性剤A2−2を得た。
【0095】
(製造例6:界面活性剤A2−3)
界面活性剤A2−3:CF−(CF−CHCH(OH)CH−O−(CO)22−H
PEG−200の代わりにPEG−1000(商品名、ポリエチレングリコール、分子量1020、日油社製)27.13g、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体0.10g、化合物(5)10.0gを使用した以外は、製造例4と同様にして界面活性剤A2−3を得た。
【0096】
(製造例7:界面活性剤A3−1)
界面活性剤A3−1:CF−(CF−CHCH(OH)CH−S−C−COONH
メルカプトプロピオン酸4.83g、イソプロピルアルコール9.66g、水4.83g、25%アンモニア水3.93gを100mL四つ口フラスコに投入し、60℃まで加熱した。そこに化合物(5)19.1gを1時間かけて加えた後、7時間熟成させ、界面活性剤A3−1の溶液を得た。
界面活性剤A1−1〜A3−1のフッ素原子含有量(F含有量)、静的表面張力、分子量を表1に示す。
【0097】
【表1】
【0098】
[重合体(B)]
表2に記載の仕込み量で原料を100mL耐圧瓶に投入し、70℃で16時間反応させることで重合させて重合体B1〜B6を得た。
【0099】
[他の重合体(F)]
表2に記載の仕込み量で原料を100mL耐圧瓶に投入し、70℃で16時間反応させることで重合させて重合体F1〜F4を得た。ただし、重合体F2およびF3については、重合後に70℃、667Paの条件で溶媒を留去し、白色の粉末を得た。また、重合体F2およびF3については測定溶媒に溶解しなかったため、Mwは測定しなかった。
重合体B1〜B6および重合体F1〜F4のEO基の含有量、プロピレンオキシドの含有量、フッ素原子の含有量を表2に示す。ただし、表2中、「EO含有量」はEO基の含有量、「PO含有量」はプロピレンオキシド基の含有量、「F含有量」はフッ素原子の含有量を意味する。また、表2中の各原料の仕込み量の単位は「質量部」である。
【0100】
【表2】
【0101】
ただし、表2に示した原料およびその略称は以下のとおりである。
C6FMA:2−(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート(ダイキン化成品販売社製)
C6FA:2−(パーフルオロヘキシル)エチルアクリレート(ダイキン化成品販売社製)
PE−90:ブレンマーPE−90(商品名、下式(b21)でn≒2である化合物、日油社製)
PE−200:ブレンマーPE−200(商品名、下式(b21)でn≒4.5である化合物、日油社製)
CH=C(CH)−COO−(CO)−H (b21)
PEPOPE:下式(b22)で表される化合物と下式(b34−1)で表される化合物の質量比2:1の混合物(日本乳化剤社製)
CH=C(CH)−COO−(CO)10−(CO)20−(CO)10−H (b22)
CH=C(CH)−COO−(CO)10−(CO)20−(CO)−C−OCO−C(CH)=CH (b34−1)
AA:アクリル酸(和光純薬工業社製)
LA:ラウリルアクリレート(日油社製)
ME:メルカプトエタノール(和光純薬工業社製)
OT:オクタンチオール(和光純薬工業社製)
V−65:2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(和光純薬工業社製)
V−601:ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製)
EA:酢酸エチル(和光純薬工業社製)
MEK:メチルエチルケトン(和光純薬工業社製)
IPA:イソプロピルアルコール(和光純薬工業社製)
【0102】
[水系媒体(C)]
水系媒体C1:水
水系媒体C2:ジエチレングリコールモノエチルエーテル(和光純薬工業社製)
水系媒体C3:ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(和光純薬工業社製)
【0103】
[樹脂(D)]
樹脂D1:プライマル1531B(商品名、アクリル樹脂エマルジョン、固形分38質量%、ロームアンドハース社製)
樹脂D2:デュラプラス2(商品名、アクリル樹脂エマルジョン、固形分38質量%、ロームアンドハース社製)
樹脂D3:プライマルJP−308(商品名、アクリル樹脂エマルジョン、固形分39質量%、ロームアンドハース社製)
【0104】
[界面活性剤(E)]
界面活性剤E1:ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム(アルドリッチ社製)
界面活性剤E2:エマルゲン108(商品名、炭化水素系ノニオン性界面活性剤、花王社製)
【0105】
[その他の成分]
ワックス:ハイテックE−4000(商品名、ポリエチレンワックス、固形分40質量%、東邦化学工業社製)
可塑剤:テキサノール(商品名、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート、イーストマンケミカル社製)
助剤(レベリング助剤):トリブトキシエチルフォスフェート(大八化学工業社製)
【0106】
以下、実施例および比較例について説明する。前記原料を用いて水性樹脂エマルジョンを用いたフロアポリッシュ組成物を調製し、レベリング性を評価した。
[実施例1〜18]
表3および表4に示す組成で各成分を混合してフロアポリッシュ組成物を調製した。ただし、界面活性剤A1−1〜A3−1、界面活性剤E1、E2および重合体B1〜B6については、それぞれ濃度1質量%の水溶液を調製した後、表3および表4に示す量を満たすように混合した。
【0107】
[比較例1〜12]
表5に示す組成に変更した以外は、実施例1〜18と同様にしてフロアポリッシュ組成物を調製した。ただし、重合体F1、F4については、それぞれ濃度1質量%の水溶液を調製した後、表5に示す量を満たすように混合した。また、重合体F2および重合体F3については、それぞれカルボキシ基の量の1.05倍モルの25質量%アンモニア水を加え、濃度1質量%の水溶液を調製した後、表5に示す量を満たすように混合した。
【0108】
[参考例1および2]
表5に示す組成に変更した以外は、実施例1〜18と同様にしてフロアポリッシュ組成物を調製した。
実施例、比較例および参考例における各成分の組成、得られたフロアポリッシュ組成物の評価結果を表3〜5に示す。ただし、表3〜5中、「F含有量」はフッ素原子の含有量を意味し、各原料の仕込み量の単位は「質量部」である。
【0109】
【表3】
【0110】
【表4】
【0111】
【表5】
【0112】
本実施例におけるフロアポリッシュ組成物のレベリング性の評価方法を以下に示す。
[レベリング性の評価]
JIS K−3920に準じてレベリング性試験を行った。なお、塗布用具は絵筆を使用し、床タイルにはホモジニアスビニル床タイル(商品名「MS−5608」、東リ社製)を使用した。また、試験は5℃、湿度60%の条件下で行った。性能評価は下記基準で行った。なお、レベリング性が良好であるフロアポリッシュ組成物は、平滑性が良好で、塗布した床タイルが優れた外観を有する。
◎:塗りスジおよびムラが全く見られなかった。
○:塗りスジおよびムラのどちらかもしくは両方がわずかに確認された。
△:塗りスジおよびムラのどちらかもしくは両方がはっきりと確認された。
×:ブランクと比べて外観に有意な差が見られるが、著しい塗りスジおよびムラが確認された。
××:外観がブランクと同等であった。
なお、「ブランク」とは、界面活性剤(A)および重合体(B)を共に含まない組成の参考例を意味する。参考例1は、樹脂D1および樹脂D3を含む実施例1〜9および比較例1〜6との比較対象のブランクである。参考例2は、樹脂D1および樹脂D2を含む実施例10〜18および比較例7〜10との比較対象のブランクである。
参考例1および参考例2の樹脂エマルジョンでは、乾燥後に著しい塗りムラが残り、塗膜の凹凸および濡れていない部分が目視ではっきりと確認できる状態であった。
【0113】
表3および4に示すように、界面活性剤(A)と重合体(B)を併用した実施例1〜18では、参考例1および2に比べてレベリング性に優れており、優れた外観を有する皮膜が得られた。
また、アニオン性界面活性剤である界面活性剤A3−1と、ノニオン性界面活性剤である界面活性剤A1−2、A1−3を同等の条件で用いた実施例2と実施例5および6の比較から、界面活性剤(A)としてノニオン性界面活性剤を用いることで、より優れたレベリング性が得られることがわかった。
また、実施例10および12と実施例11の比較から、フッ素原子の含有量が5質量%以上の重合体(B)を用いることで、より優れたレベリング性が得られることがわかった。
また、実施例10および12と実施例15の比較から、EO含有量が50〜70質量%の重合体(B)を用いることで、より優れたレベリング性が得られることがわかった。
また、実施例10および12と実施例13の比較から、フッ素原子の含有量が20質量%以下で、かつEO含有量が50〜70質量%の重合体(B)を用いることで、より優れたレベリング性が得られることがわかった。
【0114】
一方、重合体(B)を欠く比較例1、2および11、12では、実施例に比べてレベリング性が劣っており、得られる床タイルの外観が劣っていた。
また、PO基の質量割合がEO基の質量割合よりも大きい以外は重合体(B)とほぼ同等である重合体F1を用いた比較例3でも、実施例に比べてレベリング性が劣っており、得られる床タイルの外観が劣っていた。
また、重合体(B)の代わりに、化合物(b1)と化合物(b2)のいずれか一方を欠く他の重合体(F)を用いた比較例4〜6でも、実施例に比べてレベリング性が劣っており、得られる床タイルの外観が劣っていた。
また、界面活性剤(A)と重合体(B)を共に欠く比較例7では、参考例2と同等のレベリング性であり、実施例に比べてレベリング性が著しく劣っており、得られる床タイルの外観が劣っていた。
また、界面活性剤(A)を欠く比較例8〜10についても、実施例に比べてレベリング性が著しく劣っており、得られる床タイルの外観が劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【0115】
本発明の水性樹脂エマルジョンは、PFOS・PFOA問題の要因となる鎖長8以上のパーフルオロアルキル基を有さず環境負荷の低いフッ素系界面活性剤を用いているにも関わらず、優れたレベリング性を有すると共に、基材への塗布が容易で優れた外観を有する皮膜を形成できる。
また、本発明のフロアポリッシュ組成物は、本発明の水性樹脂エマルジョンを用いているため環境負荷が低く、また塗布が容易で床に優れた外観を付与できる。