(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
水溶解度が0.5g/水100g未満の重合性単量体95質量%以上と、アルコキシシラン基含有重合性単量体0.1質量%以上1.0質量%未満と、反応性界面活性剤と、を含む重合性単量体混合物を乳化重合して得られる重合体を含み、
前記重合性単量体混合物100質量%に対し、水溶解度0.5g/水100g未満の重合性単量体として、メタクリル酸シクロヘキシルを40質量%以上含み、
最低成膜温度が5℃以下であり、
20℃で液体であり、かつ、沸点が160℃以上である成分を、前記重合体100質量部に対し0質量部超5質量部以下で含有する、又は、当該成分を含有しない、上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明はその要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
【0013】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体は、水溶解度が0.5g/水100g未満の重合性単量体95質量%以上と、アルコキシシラン基含有重合性単量体0.1質量%以上1.0質量%未満と、反応性界面活性剤とを含む重合性単量体混合物を乳化重合して得られる重合体(以下、「重合体(A)」、「成分(A)」ともいう。)を含み、最低成膜温度が5℃以下である。さらに、本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体は、20℃で液体であり、かつ、沸点が160℃以上である成分を、前記重合体100質量部に対し5質量部以下で含有する。このように構成されているため、本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体は、既設の上下水道の補修に用いた際の施工性、成膜性、耐水性、耐硫酸性に優れる。なお、本実施形態における「水性樹脂分散体」とは、樹脂成分が水中で分散状態を維持しているものを意味する。
【0014】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体は、溶解度が0.5g/水100g未満の重合性単量体を95質量%以上含む。そのため、塗膜自体に優れた耐水性を付与することができ、既設の上下水道の補修に用いた際に優れた耐硫酸性を実現することができる。なお、上記溶解度は25℃下で測定される値である。
【0015】
本実施形態における水溶解度が0.5g/水100g未満の重合性単量体としては、以下に限定されないが、例えば、スチレン(0.03g)、メタクリル酸シクロヘキシル(0.01g以下)、メタクリル酸n−ブチル(0.04g)、メタクリル酸t−ブチル(0.05g)、メタクリル酸i−ブチル(0.04g)、メタクリル酸2−エチルヘキシル(0.01以下)、メタクリル酸ラウリル(0.01g以下)、アクリル酸n−ブチル(0.20g)、アクリル酸2−エチルヘキシル(0.01g)などが挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。耐水性及び種々の耐薬品性の観点から、重合性単量体としてメタクリル酸シクロヘキシルを含むことが好ましく、メタクリル酸シクロヘキシルとアクリル酸2−エチルヘキシルの双方を含むことがより好ましい。なお、重合性単量体混合物100質量%に対するメタクリル酸シクロヘキシルの含有量は、耐水性の観点から、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましい。さらに、成膜性の観点から、60質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがより好ましい。
【0016】
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体の乳化重合に用いられる重合性単量体混合物の総量(100質量%)に対する、アルコキシシラン基含有重合性単量体の含有割合は、塗膜の耐水性、耐硫酸性の観点から、0.1質量%以上1.0質量%未満であり、好ましくは0.5質量%以上1.0質量%未満であり、より好ましくは0.7質量%以上1.0質量%未満である。アルコキシシラン基含有重合性単量体の含有割合が1.0質量%未満であることで、上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体の架橋度を適度な範囲に調整することができ成膜性が良好となる。したがって、塗膜中に欠陥ができることを防止し、既設の上下水道の補修に用いた際に優れた耐硫酸性を実現することができる。
【0017】
本実施形態におけるアルコキシシラン基含有重合性単量体としては、アルコキシシラン基を含有する重合性単量体であれば特に限定されないが、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、ビニルメチルジメトキシシラン、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メチルジメトキシシラン、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メチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシランが挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも好ましくは、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メチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシランである。これらの中でより好ましくは、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である。
【0018】
本実施形態において、重合性単量体混合物は、水溶解度が0.5g/水100g未満の重合性単量体やアルコキシシラン基含有重合性単量体と共重合可能な他の重合性単量体を含んでいてもよい。他の重合性単量体としては、以下のものに限定されないが、例えば、(メタ)アクリル酸エステル、ヒドロキシル基含有重合性単量体、カルボン酸基含有重合性単量体、これら以外の重合性単量体が挙げられる。
【0019】
本実施形態における(メタ)アクリル酸エステルとしては、以下のものに限定されないが、例えば、炭素数1〜18のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル、1〜100のエチレンオキサイド基を有する(ポリ)オキシエチレンモノ(メタ)アクリレート、1〜100のプロピレンオキサイド基を有する(ポリ)オキシプロピレンモノ(メタ)アクリレート、炭素数1〜18のアルキル基を有する(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)アクリレートが挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0020】
本実施形態における炭素数1〜18のアルキル基を有する水溶解度が0.5g/水100g以上の(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、以下のものに限定されないが、例えば、メタクリル酸メチル(1.72g)、アクリル酸エチル(1.50g)などが挙げられる。
【0021】
本実施形態におけるヒドロキシル基含有重合性単量体としては、以下のものに限定されないが、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレートが挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも好ましくは、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートである。
【0022】
本実施形態におけるカルボン酸基含有重合性単量体としては、以下のものに限定されないが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸等が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、アクリル酸、メタクリル酸が好ましい。
【0023】
本実施形態における他の重合性単量体において、上記した(メタ)アクリル酸エステル、ヒドロキシル基含有重合性単量体及びカルボン酸基含有重合性単量体以外の重合性単量体としては、これら以外の重合性単量体であり、かつ、水溶解度が0.5g/水100g未満の重合性単量体やアルコキシシラン基含有重合性単量体と重合可能な重合性単量体を挙げることができ、特に限定されない。その具体例としては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、パーチサック酸ビニル等のビニルエステル類;(メタ)アクリロニトリル等のシアン化ビニル類;塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン化ビニル類;エチレン等のオレフィン類が挙げられる。さらに、(メタ)アクリルアミド、ビニルピロリドン、(メタ)アクリル酸グリシジル、N−メチロールアクリルアミド、N−ブトキシメチルアクリルアミド、ジビニルベンゼンの種々の官能性単量体も挙げられる。上記したもの1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0024】
本実施形態における反応性界面活性剤としては、重合活性を有する界面活性剤であれば特に限定されず、例えば、反応性アニオン性界面活性剤、反応性ノニオン性界面活性剤を使用できる。反応性アニオン性界面活性剤の具体例としては、以下に限定されないが、「アデカリアソープSE−1025A」、「アデカリアソープSR−1025」、「アデカリアソープSR−3025」(ADEKA社製)、「アクアロンKH−1025」、「アクアロンHS−1025」、「アクアロンBC−1025」、「アクアロンBC−2020」(第一工業製薬社製)、「ラテムルPD−104」(花王社製)、「エレミノールJS−20」、「エレミノールRS−3000」(三洋化成社製)などが挙げられる。反応性ノニオン性界面活性剤の具体例としては、以下に限定されないが、「アデカリアソープER−10」、「アデカリアソープER−20」、「アデカリアソープER−30」、「アデカリアソープER−40」、「アデカリアソープNE−10」、「アデカリアソープNE−20」、「アデカリアソープNE−30」(ADEKA社製)、「アクアロンRN−20」、「アクアロンRN−30」、「アクアロンRN−50」(第一工業製薬社製)などが挙げられる。
【0025】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体は、最低成膜温度が5℃以下である。最低成膜温度が5℃以下であることで、ライニング材塗料としての成膜性が良好な状態に維持され、塗膜にクラックが発生し劣化することを防止することができる。
最低成膜温度は例えば、以下の方法によって調整可能である。重合体(A)のガラス転移温度を下げることで、最低成膜温度を下げることができる。また、粒子構造をコアシェル構造にすることにより、樹脂分散体全体のガラス転移温度が同じであっても、シェル部分を構成する単量体成分のガラス転移温度を下げることにより、最低成膜温度を下げることができる。また、アルコキシシラン基含有重合性単量体の含有量を少なくすることにより、最低成膜温度を下げることができる等、種々の方法により最低成膜温度をコントロールすることができる。この中でも、調整効果の点から、重合体(A)のガラス転移温度を調整することが好ましい。
【0026】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体は、最低成膜温度を好ましい範囲に調整する観点から、重合体(A)の計算ガラス転移温度が−30℃以上10℃以下であることが好ましい。計算ガラス転移温度が10℃以下であることで、最低成膜温度を好ましい範囲に調整でき、ライニング材の成膜性がより良好な状態に維持される傾向にある。また、計算ガラス転移温度が−30℃以上であることで、ライニング材の耐水性の低下がより抑制される傾向にある。本実施形態において、「計算ガラス転移温度」とは、各単量体のホモ重合体のガラス転移温度と共重合比率より、下記式によって決定されるものである。なお、アルコキシシラン基含有重合性単量体は、架橋性があること、使用量が少ないことから計算ガラス転移温度の計算には含めない。また、反応性界面活性剤についても、計算ガラス転移温度の計算には含めない。
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+・・・
(Tg:単量体1、2・・・よりなる共重合体の計算ガラス転移温度(K);W1、W2・・・:単量体1、単量体2、・・・の共重合体中の質量分率(W1+W2+・・・=1);Tg1、Tg2・・・:単量体1、単量体2、・・・のホモ重合体のガラス転移温度(K))
【0027】
上記の式に使用するホモ重合体のTg(K)は、例えば、ポリマーハンドブック(Jhon Willey & Sons)に記載されている。本実施形態に使用される数値を次に例示する。カッコ内の値がホモ重合体のTgを示す。ポリスチレン(373K)、ポリメタクリル酸メチル(378K)、ポリアクリル酸n−ブチル(228K)、ポリアクリル酸2−エチルヘキシル(218K)、ポリアクリル酸(360K)、ポリメタクリル酸(417K)、ポリアクリロニトリル(369K)、ポリアクリル酸2−ヒドロキシエチル(258K)、ポリメタクリル酸2−ヒドロキシエチル(328K)。
共重合比率が未知である場合、計算ガラス転移温度は、熱分解−GCMS、NMRで共重合比率を求めた後、上記式にて計算する。
【0028】
表1に代表的な重合性単量体の水溶解度とホモ重合体のTgを示す。
【0030】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体は、20℃で液体であり、かつ、沸点が160℃以上である成分を、重合体(A)100質量部に対し5質量部以下で含有する。このことにより、既設の上下水道の補修に用いる等、加熱工程を行うことが困難な用途において、上下水道ライニング材塗料にこのような成分が残留し、上下水道の使用中、水に溶出し水質を低下させることを防止できる。上記成分の含有量は、4質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることがより好ましく、上記成分を含まなくてもよい。
【0031】
20℃で液体であり、かつ、沸点が160℃以上である成分としては、以下のものに限定されないが、例えば、成膜助剤、凍結防止剤等が挙げられる。
本実施形態における成膜助剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、2,2,4−トリメチル−1,3−ブタンジオールイソブチレート、グルタル酸ジイソプロピル、プロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール1−イソブチラート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、フタル酸ジブチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジイソブチルが挙げられる。
本実施形態における凍結防止剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、プロピレングリコール、エチレングリコールが挙げられる。
【0032】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体は、水溶解度0.5g/水100g未満の重合性単量体と、アルコキシシラン基含有重合性単量体、必要に応じてその他重合性単量体とを、乳化重合して得られる。乳化重合の態様としては、特に限定されず、従来公知の手法を用いることができる。
【0033】
本実施形態における上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体は、上述した反応性界面活性剤以外の界面活性剤を含んでもよい。そのような界面活性剤としては、例えば、ノニオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、高分子界面活性剤が挙げられる。
【0034】
本実施形態におけるノニオン性界面活性剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマーが挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも好ましくは、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテルである。
【0035】
本実施形態におけるアニオン性界面活性剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム等の脂肪酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸塩、ポリオキシノニルフェニルエーテルスルホン酸塩、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレングリコールエーテル硫酸塩が挙げられる。
【0036】
本実施形態におけるカチオン性界面活性剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩が挙げられる。
【0037】
本実施形態における両性界面活性剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、アルキルベタイン、アルキルアミンオキサイドが挙げられる。
【0038】
本実施形態における高分子界面活性剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、(変性)ポリビニルアルコールが挙げられる。
【0039】
上記した種々の界面活性剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0040】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体においては、無機物との接着性を向上させる観点から、重合体(A)がSiを含有する化合物(以下、「Si含有化合物」ともいう。)によって変性されていることが好ましい。上記と同様の観点から、変性に用いられるSi含有化合物としては、下記の一般式(1)で表される化合物がより好ましい。
(R
1)
n−Si−(R
2)
(4-n) (1)
(式(1)中、nは、0以上3以下の整数である。R
1は、水素、炭素数1以上16以下のアルキル基、炭素数6以上10以下のアリール基、又は炭素数5以上6以下のシクロアルキル基を表す。なお、n個のR
1は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。R
2は、炭素数1以上8以下のアルコキシ基、アセトキシ基、又は水酸基を表す。(4−n)個のR
2は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
【0041】
式(1)におけるR
1としては、各々独立に、メチル基、フェニル基であることが好ましい。R
2としては、各々独立に、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、水酸基であることが好ましい。
【0042】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体においては、上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体の重合安定性の観点から、上記式(1)において、nが1以上3以下の整数であるSi含有化合物によって重合体(A)が変性されていることがより好ましい。
【0043】
本実施形態におけるSi含有化合物としては、上記式(1)においてn=0であるシラン化合物(I)及び上記式(1)においてn=1であるシラン化合物(II)の少なくとも1種を含むことがより好ましく、上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体を得る際の重合安定性の観点から、シラン化合物(II)を含むことがさらに好ましい。
【0044】
シラン化合物(I)の式(1)におけるR
2としては、各々独立に、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、水酸基であることが好ましい。シラン化合物(I)の好ましい具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランが挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0045】
シラン化合物(II)の式(1)におけるR
1としては、メチル基、フェニル基が好ましく、R
2としては、各々独立に、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。シラン化合物(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が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でより好ましくは、メチルトリメトシキシシランである。
【0046】
本実施形態における上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体は、塗料とした際の機械特性を向上させる観点から、Si含有化合物として、環状シラン化合物及び上記式(1)においてn=2であるシラン化合物(III)の少なくとも1種を含むことが好ましい。より好ましくは、環状シラン及びシラン化合物(III)の少なくとも1種と、シラン化合物(I)及びシラン化合物(II)の少なくとも1種と、を含むことであり、さらに好ましくは、環状シラン化合物及びシラン化合物(III)の少なくとも1種と、シラン化合物(II)と、を含むことである。特に、環状シラン化合物及びシラン化合物(III)のいずれか1種と、シラン化合物(II)とを併用することにより、重合体である成分(A)の架橋密度を低く制御することができる傾向にある。その結果、後述する本実施形態の上下水道ライニング材塗料が成膜した塗膜の機械特性を一層向上させることができる傾向にある。
【0047】
本実施形態における環状シラン化合物の具体例としては、以下のものに限定されないが、例えば、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が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0048】
シラン化合物(III)の具体例としては、以下のものに限定されないが、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシランが挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でより好ましくは、ジメチルジメトシキシシランである。
【0049】
Si含有化合物としては、加水分解基を有する線状シロキサン、アルコキシシランオリゴマー、及び上記式(1)においてn=3であるシラン化合物(IV)からなる群より選ばれる少なくとも1種をさらに含んでもよい。
【0050】
本実施形態における加水分解基を有する線状シロキサンとしては、以下のものに限定されないが、例えば、下記の一般式(i)、(ii)、(iii)で表される化合物が挙げられる。
【0053】
【化3】
(式(i)〜(iii)中、R
3は、各々独立に、水素、炭素数1以上16以下のアルキル基、炭素数6以上10以下のアリール基、炭素数5以上6以下のシクロアルキル基、炭素数1以上10以下のアクリル酸アルキル基、又は炭素数1以上10以下のメタクリル酸アルキル基を表す。R
4は、各々独立に、炭素数1以上8以下のアルコキシ基、アセトキシ基、水酸基、エポキシ基、アルキレンオキサイド基、又はポリアルキレンオキサイド基を表す。mは、1以上999以下の整数である。)
【0054】
シラン化合物(IV)の式(1)におけるR
1としては、メチル基、フェニル基であることが好ましい。シラン化合物(IV)の式(1)におけるR
2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、水酸基であることが好ましい。
【0055】
本実施形態におけるシラン化合物(IV)の好ましい具体例としては、トリフェニルエトキシシラン、トリメチルメトキシシランが挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0056】
本実施形態におけるSi含有化合物は、上記したシラン化合物以外の他のシラン化合物として、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等のクロロシラン化合物をさらに含むことができる。
【0057】
本実施形態において、Si含有化合物によって変性された重合体(A)を含む上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体を用いることで、無機物との接着性、耐水性、耐硫酸性を一層改善することができる傾向にある。Si含有化合物によって変性された重合体(A)を含む上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体の存在は、
29Si−NMR(
29Si核磁気共鳴スペクトル)及び/又は
1H−NMR(プロトン核磁気共鳴スペクトル)によって確認することができる。例えば、シラン化合物(II)の縮合物は、通常、
29Si−NMRのケミカルシフトにおいて−40ppm〜−80ppmにシグナルが現れる。
【0058】
本実施形態において、Si含有化合物は、変性前の重合体(A)の総量(100質量部)に対して、0.1質量部以上10.0質量部以下を用いることが好ましい。上記範囲である場合、より安定な上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体が得られる傾向にある。またSi含有化合物を使用すると、上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体の架橋度の調整が容易になり、成膜性の調整も可能となる。
【0059】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体の平均粒子径は、特に限定されないが、好ましくは30nm以上500nm以下である。水性樹脂分散体の平均粒子径は、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。
【0060】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体の固形分含有量は、特に限定されないが、好ましくは30質量%以上65質量%以下である。固形分含有量は、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。
【0061】
本実施形態における上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体の製造方法としては、上述したように、乳化重合法を採用する。乳化重合の反応条件等の方法については、以下のものに限定されないが、好ましい方法としては、水中にて、乳化剤及び重合開始剤等の存在下で、pHが4以下であり、通常60℃以上90℃以下で、重合性単量体を乳化重合する方法が挙げられる。乳化重合では、この乳化重合する工程を1回又は複数段回繰り返し行う方法が挙げられる。
【0062】
本実施形態における乳化重合の重合方法の具体例としては、以下のものに限定されないが、重合性単量体を一括して仕込む単量体一括仕込み法;重合性単量体を連続的に滴下する単量体滴下法;重合性単量体と水と乳化剤とを予め混合乳化しておき、これらを滴下するプレエマルジョン法;これらを組み合わせた方法が挙げられる。重合開始剤の使用方法については、特に限定されるものではない。また、上記したSi含有化合物を用いる場合、その使用方法としては、加水分解性を有するSi含有化合物(以下、「加水分解性シラン」ともいう。)の縮合反応と不飽和基を有する重合性単量体(以下、「不飽和単量体」ともいう。)のラジカル重合を同時に、又は加水分解性シランの縮合反応を先行させた後に不飽和単量体のラジカル重合を進行させる、乳化重合方法;不飽和単量体のラジカル重合を進行させた後に加水分解性シランの縮合反応を進行させる方法が用いられる。
【0063】
本実施形態における重合開始剤としては、以下のものに限定されないが、一般に用いられるラジカル開始剤を用いることができる。ラジカル重合開始剤は、熱、還元性物質等によってラジカルを生成して重合性単量体の付加重合を起こさせるものである。ラジカル重合開始剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、水溶性又は油溶性の過硫酸塩、過酸化物、アゾビス化合物が挙げられる。より具体的には、以下に限定されないが、例えば、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、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、tert−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)が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、水溶性であるものが好ましい。なお、重合速度の促進又は低温での反応を一層望む場合には、重亜硫酸ナトリウム、塩化第一鉄、アスコルビン酸、ホルムアルデヒドスルホキシレート塩等の還元剤を、ラジカル重合開始剤と組み合わせて用いることが好ましい。
【0064】
本実施形態における乳化重合に際して、必要に応じて分子量調整剤を使用することができる。分子量調整剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、ドデシルメルカプタン、ブチルメルカプタンが挙げられる。分子量調整剤の使用割合は、特に限定されないが、重合性単量体の総量(100質量%)に対して、2質量%以下であることが好ましい。
本実施形態においては、長期の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体の長期の分散安定性を一層向上させる観点から、上記重合後のpHを5以上10以下の範囲に制御することが好ましい。具体的には、アンモニア、ジメチルアミノエタノール等のアミン類等のような塩基性有機化合物;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属塩等のような塩基性無機化合物等といった、塩基性物質を、重合後に用いることにより、pHを5以上10以下の範囲に調整することができる。
【0065】
本実施形態における乳化重合が終了した後に用いられうる成膜時の硬化用触媒としては、以下のものに限定されないが、例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、オクチル酸錫、ラウリン酸錫、オクチル酸鉄、オクチル酸鉛、テトラブチルチタネート等の有機酸の金属塩;n−ヘキシルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデセン等のアミン化合物が挙げられる。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、硬化用触媒を乳化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。
【0066】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料は、本実施形態の上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体を含む。上下水道ライニング材塗料は、その効果の範囲内において、通常の水性樹脂分散体等に添加配合される他の成分をさらに含んでもよい。このような他の成分としては、以下のものに限定されないが、例えば、増粘剤、消泡剤、染料、防腐剤が挙げられる。これらの他の成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0067】
本実施形態における増粘剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール(部分鹸化ポリ酢酸ビニル等を含む)、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルピロリドン等の高分子分散安定剤等、その他ポリエーテル系、ポリカルボン酸系増粘剤が挙げられる。
【0068】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料は、さらに充填剤と、添加剤と、を含むことができる。この場合、本実施形態の上下水道ライニング材塗料は上下水道ライニング材として好適に使用することができ、優れた耐水性、耐硫酸性及び接着性を発現することができる。
【0069】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料に用いられる充填剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、無機又は有機の顔料も挙げられる。例えば、上記無機の顔料としては、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、バリウム、チタン、アルミニウム、アンチモン、鉛等の各種金属酸化物;水酸化物、硫化物、炭酸塩、硫酸塩又は珪酸化合物が挙げられる。具体的な化合物として、例えば、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、シリカ、石膏、バライト粉、アルミナホワイト、サチンホワイトが挙げられる。有機の顔料としては、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等の固体高分子微粉末が挙げられる。
【0070】
本実施形態の上下水道ライニング材塗料に用いられる添加剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、減水剤及び流動化剤(例えば、ポリカルボン酸系、メラミンスルホン酸系、ナフタリンスルホン酸系、リグニンスルホン酸系)、収縮低減剤(例えば、グリコールエーテル系、ポリエーテル系)、耐寒剤(例えば、塩化カルシウム、珪酸塩)、防水剤(例えば、ステアリン酸、シリコン系)、防錆剤(例えば、リン酸塩、亜硝酸塩)、粘度調整剤(例えば、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール)、凝結調整剤(例えば、リン酸塩)、膨張剤(例えば、エトリンガイト系、石灰系)、着色剤(例えば、酸化鉄、酸化クロム)、消泡剤(例えば、シリコン系、鉱油系)、補強材(例えば、鋼繊維、ガラス繊維、合成繊維)、界面活性剤(例えば、アニオン、ノニオン、カチオン系)、増粘剤、レベリング剤、成膜助剤、溶剤、可塑剤、分散剤、耐水化剤、潤滑剤が挙げられる。
【実施例】
【0071】
以下、具体的な実施例及び比較例により本実施形態を詳細に説明するが、本実施形態はその要旨を超えない限り、これらの実施例及び比較例によって何ら限定されるものでない。なお、特に断りがない限り、実施例及び比較例中の「部」及び「%」は、質量基準に基づくものである。実施例及び比較例における、各種の物性及び評価は、以下のとおり測定及び評価した。
【0072】
<重合安定性>
重合反応において、重合安定性は、重合反応後に、目視により凝集物の有無を確認し、凝集物がない場合を良好と判断した。
【0073】
<計算ガラス転移温度>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体について、含まれる重合体(A)の計算ガラス転移温度(表2中では「計算Tg」と表記)を、単量体のホモ重合体のガラス転移温度及び共重合比率に基づき、次式によって算出した。
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+・・・
(Tg:単量体1、2・・・よりなる共重合体の計算ガラス転移温度(K);W1、W2・・・:単量体1、単量体2、・・・の共重合体中の質量分率(W1+W2+・・・=1);Tg1、Tg2・・・:単量体1、単量体2、・・・のホモ重合体のガラス転移温度(K))
【0074】
<平均粒子径>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体を試料として、レーザー回折式の粒度分布計(リーズ・アンド・ノースラップ社製、マイクロトラック粒度分布計「UPA150」)にて測定した体積平均粒子径を、水性樹脂分散体の平均粒子径(nm)とした。
【0075】
<固形分率>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体を試料として、アルミ皿に水性樹脂分散体1gを正確に秤量し、恒温乾燥機で105℃にて3時間乾燥させ、シリカゲルを入れたデシケーター中で30分間放冷した後に精秤した。乾燥後質量を乾燥前質量で除した割合を固形分率(%)とした。
【0076】
<最低成膜温度(MFT)>
熱勾配試験機の上に置いたアルミ板上に0.1mmのアプリケーターで上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体を塗工、乾燥し、その塗膜にクラックの生じた最高の温度を最低成膜温度(MFT)とした。
【0077】
<上下水道ライニング材塗料>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体 100.00質量部
BYK−420(増粘剤:BYK社製) 0.06質量部
BYK−425(増粘剤:BYK社製) 0.06質量部
BYK−028(消泡剤:BYK社製) 0.06質量部
上記配合物を均一になるまで攪拌して上下水道ライニング材塗料を得た。
【0078】
<塗膜の質量変化率>
上下水道ライニング材塗料を、ガラス板上に250μmの厚みとなるように塗工し、室温にて成膜させた後、5cm×5cmに切り取り、50℃にて1週間更に静置したものを試験体として用いた。得られた試験体の質量を計測した。また、試験体を室温の水、又は10%硫酸水溶液に7日間浸漬し、その後試験体表面の水を拭き取ったものについても質量を測定した。以下の式に基づき、浸漬前後の吸水率(塗膜の重量変化率)を算出した。
吸水率(%)=(水浸漬後の試験体質量−浸漬前の試験体質量)/浸漬前の試験体質量×100
【0079】
<耐硫酸性の測定>
JIS K−5600に規定する70mm×70mm×20mmのモルタル板の全面に、上下水道ライニング材塗料を刷毛塗りで400質量部/m
2塗工を2回行い、室温にて1週間養生した。その後、10%硫酸水溶液に4週間浸漬し、外観観察を行った。評価は以下の基準で行った。
◎:変化なし
○:ほとんど変化ないが、エッジ部などに異常あり
△:部分的に異常あり
×:異常あり
【0080】
<上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体1>
攪拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取り付けた反応容器に、水377.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」(ADEKA社製;反応性アニオン性界面活性剤)8.0質量部を投入し、反応容器中の温度を80℃に昇温させて、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を15質量部添加した。その5分後に、メタクリル酸シクロヘキシル480.0質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル500.0質量部、メタクリル酸20.0質量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン10.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」40.0質量部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液50.0質量部、水520.0質量部の乳化混合液を、240分かけて反応容器に流入させた。流入中は反応容器の温度を80℃に維持した。流入終了後、反応容器の温度を80℃にて60分間維持した後冷却し、25質量%アンモニア水でpH7.5に調整した後、水で固形分率50.0質量%に調整した。得られた上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体1の平均粒子径131nm、MFTは3℃以下であった。凝集物などの発生もなく、重合安定性良好であった。
【0081】
<上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体2>
攪拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取り付けた反応容器に、水377.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」(ADEKA社製;反応性アニオン性界面活性剤)8.0質量部を投入し、反応容器中の温度を80℃に昇温させて、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を15質量部添加した。その5分後に、スチレン400.0質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル580.0質量部、メタクリル酸20.0質量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン10.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」40.0質量部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液50.0質量部、水520.0質量部の乳化混合液を、240分かけて反応容器に流入させた。流入中は反応容器の温度を80℃に維持した。流入終了後、反応容器の温度を80℃にて60分間維持した後冷却し、25質量%アンモニア水でpH7.5に調整した後、水で固形分率50.0質量%に調整した。得られた上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体2の平均粒子径128nm、MFTは3℃以下であった。凝集物などの発生もなく、重合安定性良好であった。
【0082】
<上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体3>
攪拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取り付けた反応容器に、水377.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」(ADEKA社製;反応性アニオン性界面活性剤)8.0質量部を投入し、反応容器中の温度を80℃に昇温させて、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を15質量部添加した。その5分後に、メタクリル酸シクロヘキシル480.0質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル500.0質量部、メタクリル酸20.0質量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン10.0質量部、メチルトリメトキシシラン10.0質量部、ジメチルジメトキシシラン10.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」40.0質量部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液50.0質量部、水520.0質量部の乳化混合液を、240分かけて反応容器に流入させた。流入中は反応容器の温度を80℃に維持した。流入終了後、反応容器の温度を80℃にて60分間維持した後冷却し、25質量%アンモニア水でpH7.5に調整した後、水で固形分率50.0質量%に調整した。得られた上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体3の平均粒子径132nm、MFTは3℃以下であった。凝集物などの発生もなく、重合安定性良好であった。
【0083】
<上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体4>
攪拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取り付けた反応容器に、水377.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」(ADEKA社製;反応性アニオン性界面活性剤)8.0質量部を投入し、反応容器中の温度を80℃に昇温させて、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を15質量部添加した。その5分後に、メタクリル酸シクロヘキシル480.0質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル500.0質量部、メタクリル酸20.0質量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン5.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」40.0質量部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液50.0質量部、水520.0質量部の乳化混合液を、240分かけて反応容器に流入させた。流入中は反応容器の温度を80℃に維持した。流入終了後、反応容器の温度を80℃にて60分間維持した後冷却し、25質量%アンモニア水でpH7.5に調整した後、水で固形分率50.0質量%に調整した。得られた上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体4の平均粒子径129nm、MFTは3℃以下であった。凝集物などの発生もなく、重合安定性良好であった。
【0084】
<上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体5>
攪拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取り付けた反応容器に、水377.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」(ADEKA社製;反応性アニオン性界面活性剤)8.0質量部を投入し、反応容器中の温度を80℃に昇温させて、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を15質量部添加した。その5分後に、メタクリル酸シクロヘキシル600.0質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル380.0質量部、メタクリル酸20.0質量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン10.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」40.0質量部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液50.0質量部、水520.0質量部の乳化混合液を、240分かけて反応容器に流入させた。流入中は反応容器の温度を80℃に維持した。流入終了後、反応容器の温度を80℃にて60分間維持した後冷却し、25質量%アンモニア水でpH7.5に調整した後、水で固形分率50.0質量%に調整した。得られた上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体5の平均粒子径130nm、MFTは20℃であった。凝集物などの発生もなく、重合安定性良好であった。
【0085】
<上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体6>
攪拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取り付けた反応容器に、水371.7質量部、「ニューコール707SF」(日本乳化剤社製;アニオン性界面活性剤)13.3質量部を投入し、反応容器中の温度を80℃に昇温させて、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を15質量部添加した。その5分後に、スチレン400.0質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル580.0質量部、メタクリル酸20.0質量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン10.0質量部、「ニューコール707SF」33.3質量部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液50.0質量部、水526.7質量部の乳化混合液を、240分かけて反応容器に流入させた。流入中は反応容器の温度を80℃に維持した。流入終了後、反応容器の温度を80℃にて60分間維持した後冷却し、25質量%アンモニア水でpH7.5に調整した後、水で固形分率50.0質量%に調整した。得られた上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体6の平均粒子径130nm、MFTは3℃以下であった。凝集物などの発生もなく、重合安定性良好であった。
【0086】
<上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体7>
攪拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取り付けた反応容器に、水377.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」(ADEKA社製;反応性アニオン性界面活性剤)8.0質量部を投入し、反応容器中の温度を80℃に昇温させて、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を15質量部添加した。その5分後に、メタクリル酸メチル430.0質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル550.0質量部、メタクリル酸20.0質量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン10.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」40.0質量部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液50.0質量部、水520.0質量部の乳化混合液を、240分かけて反応容器に流入させた。流入中は反応容器の温度を80℃に維持した。流入終了後、反応容器の温度を80℃にて60分間維持した後冷却し、25質量%アンモニア水でpH7.5に調整した後、水で固形分率50.0質量%に調整した。得られた上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体7の平均粒子径135nm、MFTは3℃以下であった。凝集物などの発生もなく、重合安定性良好であった。
【0087】
<上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体8>
攪拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取り付けた反応容器に、水377.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」(ADEKA社製;反応性アニオン性界面活性剤)8.0質量部を投入し、反応容器中の温度を80℃に昇温させて、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を15質量部添加した。その5分後に、メタクリル酸シクロヘキシル480.0質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル500.0質量部、メタクリル酸20.0質量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン20.0質量部、「アデカリアソープSR−1025」40.0質量部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液50.0質量部、水520.0質量部の乳化混合液を、240分かけて反応容器に流入させた。流入中は反応容器の温度を80℃に維持した。流入終了後、反応容器の温度を80℃にて60分間維持した後冷却し、25質量%アンモニア水でpH7.5に調整した後、水で固形分率50.0質量%に調整した。得られた上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体8の平均粒子径129nm、MFTは3℃以下であった。凝集物などの発生もなく、重合安定性良好であった。
【0088】
<実施例1>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体1を使用して、上記配合、試験によりライニング材塗料の物性を評価した。結果を表2に示す。
【0089】
<実施例2>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体2を使用して、上記配合、試験によりライニング材塗料の物性を評価した。結果を表2に示す。
【0090】
<実施例3>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体3を使用して、上記配合、試験によりライニング材塗料の物性を評価した。結果を表2に示す。
【0091】
<実施例4>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体4を使用して、上記配合、試験によりライニング材塗料の物性を評価した。結果を表2に示す。
【0092】
<比較例1>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体5を使用して、上記配合、試験によりライニング材塗料の物性を評価した。結果を表2に示す。
【0093】
<比較例2>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体6を使用して、上記配合、試験によりライニング材塗料の物性を評価した。結果を表2に示す。
【0094】
<比較例3>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体7を使用して、上記配合、試験によりライニング材塗料の物性を評価した。結果を表2に示す。
【0095】
<比較例4>
上下水道ライニング材塗料用水性樹脂分散体8を使用して、上記配合、試験によりライニング材塗料の物性を評価した。結果を表2に示す。
【0096】
【表2】
【0097】
なお、表2中、Stはスチレンを表し、MMAはメタクリル酸メチルを表し、CHMAはメタクリル酸シクロヘキシルを表し、2−EHAはアクリル酸−2−エチルヘキシルを表し、MAAはメタクリル酸を表す。