(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
オレフィン成分がプロピレン成分(A)とブテン成分(B)のみからなり、質量比(A/B)が60/40〜95/5の範囲であると共に、オレフィン成分の総量(A+B)100質量部に対し不飽和カルボン酸単位を0.5〜15質量部含有するポリオレフィン樹脂と、水性媒体とを含有する水性分散体であって、水性分散体中における前記ポリオレフィン樹脂の重量平均粒子径が0.10μm以下であり、かつ、粒子径分布にかかる分散度が1.5以下であり、不揮発性水性化助剤を実質的に含有しないことを特徴とするポリオレフィン樹脂水性分散体。
ポリオレフィン樹脂、塩基性化合物、有機溶剤及び水を密閉容器中で80〜240℃の温度下で加熱、攪拌した後、塩基性化合物、有機溶剤及び水の少なくとも1種を加え密閉容器中で80〜240℃の温度下で加熱、攪拌することを特徴とする請求項1記載のポリオレフィン樹脂水性分散体の製造方法。
ポリオレフィン樹脂、塩基性化合物、有機溶剤及び水を密閉容器中で80〜240℃の温度下で加熱、攪拌した後、塩基性化合物、有機溶剤及び水の少なくとも1種を加え密閉容器中で80〜240℃の温度下で加熱、攪拌し、その後、有機溶剤の少なくとも一部を除去することを特徴とする請求項1記載のポリオレフィン樹脂水性分散体の製造方法。
【発明を実施するための形態】
【0017】
まず、ポリオレフィン樹脂について説明する。
【0018】
本発明におけるポリオレフィン樹脂は、オレフィン成分としてプロピレン成分(A)とプロピレン成分以外のオレフィン成分(B)とを質量比(A/B)60/40〜95/5の範囲で含有するものである。分散粒子径を小さくする観点、及び塗膜のポリプロピレン(PP)製基材への接着性を向上させる観点から、プロピレン成分(A)とプロピレン成分以外のオレフィン成分(B)との質量比(A/B)は、60/40〜95/5の範囲にあることが必要であり、60/40〜80/20の範囲にあることが好ましい。プロピレン成分の割合が60質量%未満になると、PP製基材への接着性が低下し、95質量%を超えると、分散粒子径が大きくなり、樹脂の水性分散化が困難となることがある。
【0019】
プロピレン成分以外のオレフィン成分(B)としては、エチレン、1−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、ノルボルネン類等のアルケン類やブタジエンやイソプレン等のジエン類が挙げられる。中でも、樹脂の製造のし易さ、水性化のし易さ、各種材料に対する接着性、特にPP製基材に対する接着性、ブロッキング性等の点から、ブテン成分(1−ブテン、イソブテンなど)が好適である。
【0020】
上記のポリオレフィン樹脂において、各成分の共重合形態は限定されず、ランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合等が挙げられるが、重合のし易さの点から、ランダム共重合されていることが好ましい。また、必要に応じて複数種のポリオレフィン樹脂を混合使用してもよい。
【0021】
本発明におけるポリオレフィン樹脂には、必要に応じて上記以外の成分が含まれていてもよい。他の成分としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル等の(メタ)アクリル酸エステル類、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル等のマレイン酸エステル類、(メタ)アクリル酸アミド類、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテルなどのアルキルビニルエーテル類、ぎ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサチック酸ビニル等のビニルエステル類並びにビニルエステル類を塩基性化合物等でケン化して得られるビニルアルコール、2−ヒドロキシエチルアクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、スチレン、置換スチレン、ハロゲン化ビニル類、ハロゲン化ビリニデン類、一酸化炭素、二酸化硫黄、などが挙げられ、これらの混合物を用いてもよい。
【0022】
他の成分の含有量(質量比)としては、一般にポリオレフィン樹脂全体の10質量%以下が好ましい。
【0023】
本発明では、ポリオレフィン樹脂として市販のものを用いてもよい。一例として、住友化学社製のエクセレン、タフセレンシリーズ、三井化学社製のタフマーシリーズ、REXtac社製のAPAOシリーズ(非晶性ポリアルファオレフィン)、クラリアント社製のリコセンPPシリーズ、エボニック・デグサ社製のベストプラストなどが挙げられる。なお、市販のもので酸変性されていないポリオレフィン樹脂を用いる際には、別途公知の方法で不飽和カルボン酸単位を導入すればよい。
【0024】
本発明におけるポリオレフィン樹脂は、分散性の観点から、ポリオレフィン樹脂に含まれるオレフィン成分の総量(A+B)
100質量部に対し、不飽和カルボン酸単位を0.5〜15質量
部含有している必要がある。好ましくは0.5〜10質量
部であり、より好ましくは0.5〜8質量
部であり、さらに好ましくは1〜7質量
部であり、最も好ましくは1.5〜7質量
部である。不飽和カルボン酸単位が0.5質量
部未満の場合は、ポリオレフィン樹脂を水性化することが困難となり、一方、15質量
部を超える場合は、樹脂の水性化は容易になるが、PP製基材への接着性が低下することがある。
【0025】
不飽和カルボン酸単位としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、アコニット酸、無水アコニット酸、フマル酸、クロトン酸、シトラコン酸、メサコン酸、アリルコハク酸等のほか、不飽和ジカルボン酸のハーフエステル、ハーフアミド等のように、分子内(モノマー単位内)に少なくとも1個のカルボキシル基又は酸無水物基を有する化合物も用いることができる。中でも未変性ポリオレフィン樹脂への導入のし易さの点から、無水マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸が好ましく、無水マレイン酸がより好ましい。そうすると、本発明では、上述のようにプロピレン以外のオレフィン成分(B)としてブテン成分が好適であることから、ポリオレフィン樹脂として、プロピレン/ブテン/無水マレイン酸三元共重合体が好ましく使用されるということになる。
【0026】
不飽和カルボン酸単位は、ポリオレフィン樹脂中に共重合されていればよく、その形態は限定されるものではない。例えば、ランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合等が挙げられる。なお、ポリオレフィン樹脂に導入された酸無水物単位は、乾燥状態では酸無水物構造を取りやすく、後述する塩基性化合物を含有する水性媒体中ではその一部又は全部が開環し、カルボン酸又はその塩となる傾向がある。
【0027】
不飽和カルボン酸単位を未変性ポリオレフィン樹脂へ導入する方法は特に限定されないが、例えば、ラジカル発生剤存在下、未変性ポリオレフィン樹脂と不飽和カルボン酸とを未変性ポリオレフィン樹脂の融点以上に加熱溶融して反応させる方法や、未変性ポリオレフィン樹脂を有機溶剤に溶解させた後、ラジカル発生剤の存在下で加熱、攪拌して反応させる方法等により未変性ポリオレフィン樹脂に不飽和カルボン酸単位をグラフト共重合する方法が挙げられる。操作が簡便である点から前者の方法が好ましい。グラフト共重合に使用するラジカル発生剤としては、例えば、ジ−tert−ブチルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、tert−ブチルヒドロパーオキシド、tert−ブチルクミルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、ジラウリルパーオキシド、クメンハイドロパーオキシド、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、エチルエチルケトンパーオキシド、ジ−tert−ブチルジパーフタレート等の有機過酸化物類やアゾビスイソブチロニトリル等のアゾニトリル類が挙げられる。これらは反応温度によって適宜、選択して使用すればよい。
【0028】
本発明におけるポリオレフィン樹脂の重量平均分子量としては、5000〜200000であることが好ましく、10000〜150000であることがより好ましく、20000〜120000であることがさらに好ましく、30000〜100000であることが特に好ましく、35000〜80000であることが最も好ましい。重量平均分子量が5000未満の場合は、基材との接着性が低下したり、得られる塗膜が硬くてもろくなる傾向がある。一方、重量平均分子量が200000を超える場合は、樹脂の水性化が困難になる傾向がある。なお、樹脂の重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いてポリスチレン樹脂を標準として求めることができる。
【0029】
本発明の水性分散体では、上記のポリオレフィン樹脂が水性媒体中に分散もしくは溶解されている。ここで、水性媒体とは、水を主成分とする液体であり、後述する有機溶剤や塩基性化合物を含有していてもよい。
【0030】
本発明の水性分散体中に分散しているポリオレフィン樹脂粒子の粒子径は、重量平均粒子径が0.15μm以下である。さらに、低温造膜性の観点から重量平均粒子径が0.12μm以下が好ましく、0.10μm以下がより好ましく、0.001〜0.10μmがさらに好ましい。数平均粒子径が0.15μmを超えると低温造膜性が悪化したり、他材料との混合安定性が低下したりする。
【0031】
また、本発明では、ポリオレフィン樹脂の粒子径分布にかかる分散度が2.6以下であることが好ましい。特に塗膜の平滑性の観点から、分散度は2.0以下が好ましく、1.5以下がより好ましく、1.3以下がさらに好ましい。分散度が2.6を超えると、塗膜の平滑性、密着性が低下する傾向にある。
【0032】
本発明の水性分散体における樹脂含有率としては、製膜条件や塗膜の厚さ、性能等に応じて適宜選択でき、特に限定されるものでないが、水性分散体の粘性を適度に保ち、かつ良好な塗膜形成能を発現させる点で、1〜60質量%が好ましく、3〜55質量%がより好ましく、5〜50質量%がさらに好ましく、10〜45質量%が特に好ましい。
【0033】
本発明の水性分散体は、不揮発性の水性化助剤を実質的に含有しないことが好ましい。本発明は、不揮発性水性化助剤の使用を排除するものではないが、水性化助剤を用いずとも、ポリオレフィン樹脂を重量平均粒子径0.15μm以下の範囲で水性媒体中に安定的に分散することができる。このため、低温乾燥における塗膜特性、特に耐水性、基材との接着性、ヒートシール性が優れており、これらの性能は長期的にもほとんど変化しない。
【0034】
ここで、「水性化助剤」とは、水性分散体の製造において、水性化促進や水性分散体の安定化の目的で添加される薬剤や化合物のことであり、「不揮発性」とは、常圧での沸点を有さないか、もしくは常圧で高沸点(例えば300℃以上)であることを指す。
【0035】
「不揮発性水性化助剤を実質的に含有しない」とは、こうした助剤を製造時(樹脂の水性化時)に用いず、得られる分散体が結果的にこの助剤を含有しないことを意味する。したがって、こうした水性化助剤は、含有量がゼロであることが特に好ましいが、本発明の効果を損ねない範囲で、ポリオレフィン樹脂成分に対して5質量%以下、好ましくは2質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%未満程度含まれていても差し支えない。
【0036】
本発明でいう不揮発性水性化助剤としては、例えば、後述する乳化剤、保護コロイド作用を有する化合物、変性ワックス類、高酸価の酸変性化合物、水溶性高分子などが挙げられる。
【0037】
乳化剤としては、カチオン性乳化剤、アニオン性乳化剤、ノニオン性乳化剤、あるいは両性乳化剤が挙げられ、一般に乳化重合に用いられるもののほか、界面活性剤類も含まれる。例えば、アニオン性乳化剤としては、高級アルコールの硫酸エステル塩、高級アルキルスルホン酸塩、高級カルボン酸塩、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サルフェート塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルサルフェート塩、ビニルスルホサクシネート等が挙げられ、ノニオン性乳化剤としては、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アルキルフェニルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、エチレンオキサイドプロピレンオキサイドブロック共重合体、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体などのポリオキシエチレン構造を有する化合物やポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどのソルビタン誘導体等が挙げられ、両性乳化剤としては、ラウリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド等が挙げられる。
【0038】
保護コロイド作用を有する化合物、変性ワックス類、高酸価の酸変性化合物、水溶性高分子としては、ポリビニルアルコール、カルボキシル基変性ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、変性デンプン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸及びその塩、カルボキシル基含有ポリエチレンワックス、カルボキシル基含有ポリプロピレンワックス、カルボキシル基含有ポリエチレン−プロピレンワックスなどの数平均分子量が通常5000以下の酸変性ポリオレフィンワックス類及びその塩、アクリル酸−無水マレイン酸共重合体及びその塩、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、イソブチレン−無水マレイン酸交互共重合体、(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリル酸エステル共重合体等の不飽和カルボン酸含有量が10質量%以上のカルボキシル基含有ポリマー及びその塩、ポリイタコン酸及びその塩、アミノ基を有する水溶性アクリル系共重合体、ゼラチン、アラビアゴム、カゼイン等、一般に微粒子の分散安定剤として用いられている化合物等が挙げられる。
【0039】
他方、塩基性化合物としては、アンモニア、トリエチルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、イソプロピルアミン、アミノエタノール、ジメチルアミノエタノール、ジエチルアミノエタノール、エチルアミン、ジエチルアミン、イソブチルアミン、ジプロピルアミン、3−エトキシプロピルアミン、3−ジエチルアミノプロピルアミン、sec−ブチルアミン、プロピルアミン、n−ブチルアミン、2−メトキシエチルアミン、3−メトキシプロピルアミン、2,2−ジメトキシエチルアミン、モノエタノールアミン、モルホリン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、ピロール、ピリジン等を挙げることができる。塩基性化合物の配合量は、ポリオレフィン樹脂中のカルボキシル基に対して0.5〜10倍当量であることが好ましく、0.8〜5倍当量がより好ましく、0.9〜3.0倍当量が特に好ましい。0.5倍当量未満では、塩基性化合物の添加効果が認められず、10倍当量を超えると塗膜形成時の乾燥時間が長くなったり、水性分散体の安定性が低下する場合がある。
【0040】
本発明においては、ポリオレフィン樹脂の水性化を促進し、分散粒子径を小さくするために、水性化の際に有機溶剤を配合することが好ましい。有機溶剤の含有量としては、水性媒体全体に対し50質量%以下が好ましく、1〜45質量%であることがより好ましく、2〜40質量%がさらに好ましく、3〜35質量%が特に好ましい。有機溶剤の含有量が50質量%を超える場合には、実質的に水性媒体と見なせなくなり、本発明の目的のひとつ(環境保護)を逸脱するだけでなく、使用する有機溶剤によっては水性分散体の安定性が低下してしまう場合がある。
【0041】
有機溶剤としては、分散安定性良好な水性分散体を得るという点から、20℃の水に対する溶解性が10g/L以上のものが好ましく、20g/L以上がより好ましく、50g/L以上のものがさらに好ましい。
【0042】
有機溶剤としては、製膜の過程で効率よく塗膜から除去させる観点から、沸点が150℃以下のものが好ましい。沸点が150℃を超える有機溶剤は、塗膜から乾燥により飛散させることが困難となる傾向にあり、特に低温乾燥時の塗膜の耐水性や基材との接着性等が悪化する場合がある。好ましい有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−アミルアルコール、イソアミルアルコール、sec−アミルアルコール、tert−アミルアルコール、1−エチル−1−プロパノール、2−メチル−1−ブタノール、n−ヘキサノール、シクロヘキサノール等のアルコール類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−sec−ブチル、酢酸−3−メトキシブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル等のエステル類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、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エチルエーテルアセテート等のグリコール誘導体、さらには、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール、メトキシブタノール、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジアセトンアルコール、アセト酢酸エチル、1,2−ジメチルグリセリン、1,3−ジメチルグリセリン、トリメチルグリセリン等が挙げられる。本発明では、これらの有機溶剤を複数混合して使用してもよい。
【0043】
上記の有機溶剤の中でも、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、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モノメチルエーテルが樹脂の水性化促進により効果的であり、好ましい。
【0044】
次に、ポリオレフィン樹脂水性分散体の製造方法について、一例を説明する。
【0045】
本発明のポリオレフィン樹脂水性分散体を得るための方法は特に限定されないが、既述の各成分、すなわち、ポリオレフィン樹脂、水性媒体、必要に応じて有機溶剤、塩基性化合物等を、密閉可能な容器中で加熱、攪拌する方法が採用でき、この方法が最も好ましい。
【0046】
容器としては、固/液撹拌装置や乳化機として広く当業者に知られている装置を使用することができ、0.1MPa以上の加圧が可能な装置を使用することが好ましい。撹拌の方法、撹拌の回転速度は特に限定されないが、樹脂が水性媒体中で浮遊状態となる程度の低速の撹拌でよい。したがって、高速撹拌(例えば1000rpm以上)は必須ではなく、簡便な装置でも水性分散体の製造が可能である。
【0047】
例えば、上記の装置にポリオレフィン樹脂、水性媒体等の原料を投入し、好ましくは40℃以下の温度で攪拌混合しておく。次いで、槽内の温度を80〜240℃、好ましくは100〜220℃、さらに好ましくは110〜200℃、特に好ましくは100〜190℃の温度に保ちつつ、好ましくは粗大粒子が無くなるまで(例えば、5〜300分間)攪拌を続ける。その後、さらに系内に塩基性化合物、有機溶剤及び水から選ばれる少なくとも1種を加え密閉容器中で再度、80〜240℃の温度下で加熱、攪拌する。こうすることで、ポリオレフィン樹脂の重量平均粒子径を0.15μm以下の範囲にすることができる。また、このように2段階の工程によって樹脂を水性化することは、粒子径分布にかかる分散度を好ましい範囲に調整するうえでも好ましい。
【0048】
なお、追加配合する塩基性化合物、有機溶剤又は水の割合は、所望する固形分濃度、粒子径、分散度等に応じて適宜決めればよい。塩基性化合物、有機溶剤又は水を追加配合する方法は特に限定されないが、ギヤポンプを用いて加圧下で配合する方法や、一旦系内温度を下げた後、開封して配合する方法などがある。追配合する塩基性化合物、有機溶剤又は水の総量は、配合した後の固形分濃度が1〜50質量%となるよう調整することが好ましく、2〜45質量%となる量がより好ましく、3〜40質量%となる量が特に好ましい。
【0049】
上記工程において、槽内の温度が80℃未満になると、ポリオレフィン樹脂の水性化が進行し難くなる。一方、槽内の温度が240℃を超えると、ポリオレフィン樹脂の分子量が低下する恐れがある。
【0050】
水性分散体の製造時に上記の有機溶剤を用いた場合には、樹脂の水性化の後に、その一部を、一般に「ストリッピング」と呼ばれる脱溶剤処理によって系外へ留去させ、有機溶剤の含有量を低減させてもよい。ストリッピングにより、水性分散体中の有機溶剤含有量は、10質量%以下とすることができ、5質量%以下とすれば、環境上好ましい。ストリッピングの工程では、水性化に使用した有機溶剤を実質的に全て留去することもできるが、装置の減圧度を高めたり、操業時間を長くしたりする必要があるため、こうした生産性を考慮した場合、有機溶剤含有量の下限は0.01質量%程度が好ましい。しかし、0.01質量%未満であっても、特に性能面での影響はなく、使用には何ら問題はない。
【0051】
ストリッピングの方法としては、常圧又は減圧下で水性分散体を攪拌しながら加熱し、有機溶剤を留去する方法を挙げることができる。また、水性媒体が留去されることにより、固形分濃度が高くなるため、例えば、粘度が上昇し作業性が悪くなるような場合には、予め水性分散体に水を添加しておいてもよい。
【0052】
このようにして得られた水性分散体の固形分濃度の調整方法としては、例えば、所望の固形分濃度となるように水性媒体を留去したり、水により希釈したりする方法が挙げられる。
【0053】
本発明の製造方法を採用することで、ポリオレフィン樹脂が水性媒体中に効率よく分散又は溶解され、均一な液状に調製することが可能となる。ここで、均一な液状であるとは、外観上、水性分散体中に沈殿、相分離あるいは皮張りといった、固形分濃度が局部的に他の部分と相違する部分が見いだされない状態にあることをいう。
【0054】
本発明の水性分散体から得られる塗膜は、様々な基材、例えば、金属、ガラス、プラスチック材料、フィルム、合成紙、紙等との接着性に優れるため、当該水性分散体は、様々な基材へのコーティング剤、塗料、インキ、接着剤として好適である。
【0055】
本発明の水性分散体には、目的に応じて性能をさらに向上させるために、他の重合体、粘着付与剤、無機粒子、架橋剤、顔料、染料等を添加することができる。
【0056】
他の重合体、粘着付与剤としては、特に限定されない。例えば、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビリニデン、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸エステル−無水マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂、ブタジエン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン樹脂、ポリ(メタ)アクリロニトリル樹脂、(メタ)アクリルアミド樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩素化ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、変性ナイロン樹脂、ウレタン樹脂、ロジンなどの粘着付与樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、必要に応じて複数のものを混合使用してもよい。なお、これらの重合体は、固形状のままで使用に供してもよいが、水性分散体の安定性維持の点では、水性分散体に加工したものを用いることが好ましい。
【0057】
また、無機粒子としては、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化すず等の金属酸化物、炭酸カルシウム、シリカ等の無機粒子や、バーミキュライト、モンモリロナイト、ヘクトライト、ハイドロタルサイト、合成雲母等の層状無機化合物等が使用できる。これらの無機粒子の平均粒子径は、水性分散体の安定性の面から0.005〜10μmが好ましく、より好ましくは0.005〜5μmである。なお、無機粒子も複数のものを混合して使用してもよい。ここで、酸化亜鉛は紫外線遮蔽、酸化すずは帯電防止の目的にそれぞれ使用できる。
【0058】
架橋剤としては、自己架橋性を有する架橋剤、カルボキシル基と反応する官能基を分子内に複数個有する化合物、多価の配位座を有する金属等を用いることができる。具体的には、イソシアネート化合物、メラミン化合物、尿素化合物、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物、オキサゾリン基含有化合物、ジルコニウム塩化合物、シランカップリング剤等が好ましい。また、これらの架橋剤も複数同時に使用してもよい。
【0059】
架橋剤の使用量としては、塗膜の耐水性や耐溶剤性等を向上させる観点から、樹脂100質量部に対し0.01〜80質量部、好ましくは0.1〜50質量部、より好ましくは0.5〜30質量部添加するのがよい。架橋剤の使用量が0.01質量部未満の場合には、塗膜性能の向上が見込めなくなる傾向にあり、80質量部を超える場合には、加工性等の性能が低下してしまう。
【0060】
顔料、染料としては、酸化チタン、亜鉛華、カーボンブラック等が挙げられ、分散染料、酸性染料、カチオン染料、反応染料等何れのものも使用可能である。
【0061】
本発明の水性分散体には、さらに必要に応じて、レベリング剤、消泡剤、ワキ防止剤、顔料分散剤、紫外線吸収剤、増粘剤、耐候剤、難燃剤等の各種薬剤を添加することも可能である。
【0062】
次に、本発明のポリオレフィン樹脂水性分散体の使用方法について説明する。
【0063】
本発明の水性分散体は、塗膜形成能に優れている。製膜には、公知の方法、例えばグラビアロールコーティング、リバースロールコーティング、ワイヤーバーコーティング、リップコーティング、エアナイフコーティング、カーテンフローコーティング、スプレーコーティング、浸漬コーティング、はけ塗り法等が採用できる。具体的には、各種基材表面に水性分散体を均一に塗布し、必要に応じて室温付近でセッティングした後、乾燥又は乾燥と焼き付けのための加熱処理に供することにより、均一な塗膜を各種基材表面に接着させて形成することができる。このときの加熱装置としては、通常の熱風循環型のオーブンや赤外線ヒーター等を使用すればよい。また、加熱温度や加熱時間としては、被塗布物である基材の特性や水性分散体中に任意に配合しうる前述の各種材料の添加具合により適宜選択されるものであるが、経済性を考慮し、加熱温度としては、30〜250℃が好ましく、60〜230℃がより好ましく、80〜210℃が特に好ましい。一方、加熱時間としては、1秒〜20分が好ましく、5秒〜15分がより好ましく、5秒〜10分が特に好ましい。なお、架橋剤を添加した場合は、ポリオレフィン樹脂中のカルボキシル基と架橋剤との反応を十分進行させるために、加熱温度及び時間は架橋剤の種類によって適宜選定することが望ましい。
【0064】
また、本発明の水性分散体の塗布量としては、その用途によって適宜選択されるものであるが、乾燥後の塗布量として0.01〜100g/m2が好ましく、0.1〜50g/m
2がより好ましく、0.2〜30g/m
2が特に好ましい。0.01〜100g/m
2の範囲となるよう製膜すれば、均一性に優れる塗膜が得られる。
【0065】
なお、塗布量を調節するためには、塗布に用いる装置やその使用条件を適宜選択することに加えて、目的とする塗膜の厚さに応じて濃度調整された水性分散体を使用することが好ましい。このときの濃度としては、調製時の仕込み組成により調節することが可能である。また、一旦調製した水性分散体を適宜希釈、あるいは濃縮して調節してもよい。
【0066】
本発明のポリオレフィン樹脂水性分散体は、コーティング剤、プライマー、塗料、インキ及び接着剤等として好適に使用できるものである。
【実施例】
【0067】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0068】
なお、各種の特性は以下の方法により測定又は評価した。
【0069】
1.ポリオレフィン樹脂
(1)不飽和カルボン酸単位の含有量
赤外吸収スペクトル分析(Perkin Elmer System−2000 フーリエ変換赤外分光光度計、分解能4cm
-1)により求めた。
(2)不飽和カルボン酸単位以外の樹脂の構成
オルトジクロロベンゼン(d
4)中、120℃にて
1H−NMR、
13C−NMR分析(バリアン社製、300MHz)を行い求めた。
13C−NMR分析では定量性を考慮したゲート付きデカップリング法に基づき測定した。
(3)樹脂の重量平均分子量
重量平均分子量は、GPC分析(東ソー社製HLC−8020、カラムはTSK−GEL)を行い、試料をテトラヒドロフランに溶解して40℃の条件で測定し、ポリスチレン標準試料で作製した検量線から重量平均分子量を求めた。テトラヒドロフランに溶解し難い場合はオルトジクロロベンゼンを用いた。
【0070】
2.水性分散体
(1)ポリオレフィン樹脂粒子の数平均粒子径及び重量平均粒子径、並びに分散度
日機装社製、マイクロトラック粒度分布計UPA150(MODEL No.9340)を用いて、数平均粒子径(mn)及び重量平均粒子径(mw)を測定した。なお、樹脂
の屈折率は1.5とした。
分散度は、分散度=重量平均粒子径(mw)/数平均粒子径(mn)なる式に基づき算出した。
(2)ポットライフ
水性分散体を室温で90日放置したときの外観を、下記3段階で評価した。
○:外観に変化なし。
△:増粘がみられる。
×:固化、凝集や沈殿物の発生が見られる。
なお、外観の評価が「○」の場合には、数平均粒子径を上記方法に基づき測定した。
(3)混合安定性
ポリオレフィン樹脂水性分散体と、顔料としてカーボンブラックを含有する水性分散体(ライオン社製、ライオンペーストW−376R)とを、ポリオレフィン樹脂の固形分100質量部に対しカーボンブラックが固形分換算で80質量部となるように配合し、プロペラ攪拌して水性塗料を作製した。得られた塗料を40℃下で30日放置して塗料の状態を目視で観察し、下記3段階で評価した。
○:凝集物や相分離なし
△:相分離はないが少量の凝集物あり
×:多量の凝集物あり、または相分離あり
【0071】
3.塗膜
(1)耐水性
延伸ポリプロピレンフィルム(東セロ社製、OP U−1、厚み20μm)の未処理面上に、水性分散体を乾燥後の塗布量が約2g/m
2になるようにメイヤーバーを用いて塗布し、60℃で3日、乾燥させた。このようにして作製したコートフィルムを40℃の温水中に24時間浸漬した後、塗布面の状態を目視で観察し、下記3段階で評価した。
○:外観に変化なし。
△:塗膜が白化する。
×:塗布層が溶解、あるいは剥離する。
(2)PP製基材に対する密着性
水性分散体をPP成形片(PPは日本ポリプロピレン社製、ノバテックPP MA3)上に乾燥後の塗布量が約2g/m
2になるようにメイヤーバーを用いて塗布し、130℃で10分間乾燥した。その後、塗膜面に粘着テープ(ニチバン社製TF−12)を貼り付け、勢いよくテープを剥離した。塗膜面の状態を目視で観察し、下記3段階で評価した。
○:全く剥がれがなかった。
△:一部に剥がれが生じた。
×:全て剥がれた。
【0072】
(製造例1:ポリオレフィン樹脂P−1の製造)
プロピレン−ブテン共重合体(質量比:プロピレン/ブテン=80/20)280gを4つ口フラスコ中、窒素雰囲気下で加熱溶融させた後、系内温度を170℃に保って攪拌下、不飽和カルボン酸として無水マレイン酸25.0gとラジカル発生剤としてジクミルパーオキサイド6.0gをそれぞれ1時間かけて加え、その後1時間反応させることによりポリオレフィン樹脂P−1を得た。得られた樹脂の特性を表1に示す。
【0073】
(製造例2、4、5:ポリオレフィン樹脂P−2、P−4、P−5の製造)
プロピレン/ブテンの質量比をプロピレン/ブテン=65/35(P−2)、97/3(P−4)、50/50(P−5)にそれぞれ変更した以外は、製造例1と同様の方法でポリオレフィン樹脂P−2、P−4及びP−5を得た。
【0074】
(製造例3:ポリオレフィン樹脂P−3の製造)
プロピレン−ブテン共重合体に代えて、プロピレン−エチレン共重合体(質量比:プロピレン/エチレン=92/8)を用いた以外は、製造例1と同様の方法でポリオレフィン樹脂P−3を得た。
【0075】
(製造例6:ポリオレフィン樹脂P−6の製造)
無水マレイン酸の添加量を25.0gに代えて3.0gとすること、並びにジクミルパーオキサイドの添加量を6.0gに代えて2.0gとすること以外は、製造例1と同様の方法でポリオレフィン樹脂P−6を得た。
【0076】
以上で得られたポリオレフィン樹脂P−2〜6の特性を表1に示す。
【0077】
【表1】
【0078】
(
参考例2)
ヒーター付きの密閉できる耐圧1L容ガラス容器を備えた撹拌機を用いて、60.0gのポリオレフィン樹脂(P−1)、45.0gのエチレングリコール−n−ブチルエーテル(和光純薬社製)、8.0gのN,N−ジメチルエタノールアミン及び137.0gの蒸留水をガラス容器内に仕込み、撹拌翼の回転速度を300rpmとして撹拌したところ、容器底部には樹脂の沈澱は認められず、浮遊状態となっていることが確認された。そこでこの状態を保ちつつ、10分後にヒーターの電源を入れ加熱した。そして系内温度を160℃に保ってさらに60分間撹拌した。その後、空冷にて内温が80℃になるまで冷却し、開封して、45.0gのテトラヒドロフラン(和光純薬社製)、5.0gのN,N−ジメチルエタノールアミン及び30.0gの蒸留水を添加した。その後、密閉し、撹拌翼の回転速度を300rpmとして系内温度を140℃に保ってさらに60分間撹拌した。そして、空冷にて回転速度300rpmのまま攪拌しつつ室温(約25℃)まで冷却した後、300メッシュのステンレス製フィルター(線径0.035mm、平織)で加圧濾過(空気圧0.2MPa)し、微白濁の水性分散体を得た。この際、フィルター上に樹脂はほとんど残っていなかった。水性分散体とそれから得られた塗膜の各種特性を、表2に示す。
【0079】
(実施例2、
参考例3、比較例1、2)
ポリオレフィン樹脂としてP−2(実施例2)、P−3(
参考例3)、P−4(比較例1)又はP−5(比較例2)を用いた以外は、
参考例2と同様の方法で水性分散体を得た。
【0080】
(
参考例4)
参考例2で得られた水性分散体250g、蒸留水120gを0.5Lの2口丸底フラスコに仕込み、メカニカルスターラーとリービッヒ型冷却器とを設置し、フラスコをオイルバスで加熱していき、水性媒体を留去した。約120gの水性媒体を留去したところで、加熱を終了し、室温まで冷却した。冷却後、フラスコ内の液状成分を300メッシュのステンレス製フィルター(線径0.035mm、平織)で加圧濾過(空気圧0.2MPa)し、乳白色の均一なポリオレフィン樹脂水性分散体を得た。
【0081】
(比較例3)
ポリオレフィン樹脂としてP−6を用いた以外は
参考例2と同様の方法で分散を行った。結果、フィルター上において多量の樹脂を確認した。これにより、実質的に分散は進行しなかったと認められる。
【0082】
(比較例4)
参考例2において全ての原料を1度に仕込み、水性分散体を得た。すなわち、ヒーター付きの密閉できる耐圧1L容ガラス容器を備えた撹拌機を用いて、60.0gのポリオレフィン樹脂(P−1)、45.0gのエチレングリコール−n−ブチルエーテル(和光純薬社製)、45.0gのテトラヒドロフラン(和光純薬社製)、13.0gのN,N−ジメチルエタノールアミン及び167.0gの蒸留水をガラス容器内に仕込み、撹拌翼の回転速度を300rpmとして撹拌したところ、容器底部には樹脂の沈澱は認められず、浮遊状態となっていることが確認された。そこでこの状態を保ちつつ、10分後にヒーターの電源を入れ加熱した。そして系内温度を160℃に保ってさらに120分間撹拌した。その後、空冷にて回転速度300rpmのまま攪拌しつつ室温(約25℃)まで冷却し、300メッシュのステンレス製フィルター(線径0.035mm、平織)で加圧濾過(空気圧0.2MPa)した。結果、フィルター上に多量の樹脂を確認した。これにより、実質的に分散は進行しなかったと認められる。
【0083】
(参考例1)
参考例2において、不揮発性の水性化助剤であるノイゲンEA−190D(第一工業製薬社製、ノニオン性界面活性剤)をポリオレフィン樹脂成分全質量に対して3質量%となるように添加した以外は、
参考例2に準じた方法で樹脂の水性化を行い、水性分散体を得た。
【0084】
以上で得られた実施例2
、参考例3〜4、比較例1〜2及び参考例1にかかる水性分散体とそれから得られた塗膜の各種特性を、表2に示す。
【0085】
【表2】
【0086】
実施例
2にかかる水性分散体は、低温で得られた塗膜の耐水性やPP製基材に対する密着性は良好であった。しかも、カーボンブラック分散体との混合安定性も良好であった。
【0087】
これに対し、比較例1では、ポリオレフィン樹脂の組成が本発明の構成を満足しなかった(プロピレン成分が多い)ため、粒子径が大きくなる傾向が認められ、そのため粒子径の範囲が本発明で規定する範囲を外れてしまった。加えて、低温で造膜した塗膜の耐水性も劣る結果となった。さらに、カーボンブラック分散体との混合安定性にも劣るものであった。一方、比較例2でもポリオレフィン樹脂の組成が本発明の構成を満足しなかった(プロピレン成分が少ない)ため、PP製基材に対する密着性が劣る結果となった。
【0088】
また、比較例3では、不飽和カルボン酸成分の含有量が本発明で規定する範囲を外れていたため、樹脂の水性化が困難なものとなった。
【0089】
さらに、比較例4では、製造方法を変えて実施したが、所望の水性分散体は得られなかった。最終的な仕込み量が同じでも、全ての原料を一度に仕込んだ場合は、分散が効率よく進行しないことが確認できた。すなわち、本発明の製造方法を採用することで、水性分散化が大きく進行したことがわかり、微細な粒子径を有するポリオレフィン樹脂分散体が得られることが実証できた。
【0090】
参考例1では、樹脂組成や粒子径が実施例1の場合とほぼ同じであり、水性分散体として安定性には特に問題ないものの、不揮発性水性化助剤を用いたために、塗膜の耐水性やPP製基材との密着性が低下した。