JPH0323087B2 - - Google Patents
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- JPH0323087B2 JPH0323087B2 JP59140114A JP14011484A JPH0323087B2 JP H0323087 B2 JPH0323087 B2 JP H0323087B2 JP 59140114 A JP59140114 A JP 59140114A JP 14011484 A JP14011484 A JP 14011484A JP H0323087 B2 JPH0323087 B2 JP H0323087B2
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- resin particles
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Description
本発明は、樹脂粒子を水性媒体中で安定に分散
させた状態で用いるための樹脂水性エマルジヨン
に関し、詳しくは、その製造時には重合安定性に
すぐれると共に、得られる樹脂微粒子が水性媒体
中で安定な分散状態を保持し、特に、緩衝液、生
理食塩水、高分子溶質を含む水溶液等に分散させ
た場合にも、分散安定性にすぐれるアクリル酸ア
ルキルエステル樹脂水性エマルジヨンに関する。
従来の代表的な樹脂水性エマルジヨンは、乳化
剤及び水溶性ラジカル重合開始剤の存在下に、例
えばスチレンのような水難溶性ラジカル重合性単
量体を乳化共重合させて製造されている。ここ
に、上記乳化剤は、乳化共重合時における重合安
定性を確保すると共に、得られる樹脂水性エマル
ジヨンの安定化にも寄与している。このエマルジ
ヨンの安定化作用については、必ずしも明らかで
はないが、一般には、乳化剤の一部がエマルジヨ
ン粒子に吸着されており、残余はエマルジヨン中
に遊離の状態で存在し、このようにエマルジヨン
中において、これら樹脂粒子に吸着された乳化剤
と遊離の乳化剤との間に吸着脱着平衡が存在し、
かかる平衡の結果として、エマルジヨンの安定化
が達成されるとされている。従つて、このように
乳化剤を含む水性エマルジヨンは、これを緩衝液
や生理食塩水中に分散させたとき、樹脂エマルジ
ヨン中の乳化剤の前記したような吸着脱着平衡が
くずれる結果、樹脂エマルジヨンの安定性が損な
われて、樹脂粒子が凝集し、又は沈降しやすい。
更に、ポリスチレンエマルジヨンは、樹脂粒子が
疎水性であるために、これを有機質の溶質を含有
する緩衝液や生理食塩水に分散させた場合に、容
易に凝集を生じる。
また、水溶性ラジカル重合開始剤を用いてメタ
クリル酸エステルを親水性のメタクリル酸、2−
ヒドロキシエチルメタクリレート及び内部架橋用
多官能性単量体と共に、乳化剤の存在下に乳化共
重合させて、樹脂水性エマルジヨンを得る方法も
既に知られているが、(Polymer,Vol.19,
August,867−871(1978)、この方法により得ら
れるエマルジヨンも乳化剤を含有するために、上
記と同様の問題を有し、更に、得られる共重合体
粒子が水酸基を有するので、特に、緩衝液等に分
散させたときに、樹脂粒子が容易に凝集する傾向
がみられる。
そのために、近年、乳化剤の不存在下にアクリ
ル酸エステルエマルジヨンを得る方法が提案され
ているが(化学技術研究所報告第75巻第8号341
頁(1980)、この方法による樹脂エマルジヨンも
分散安定性が十分でなく、特に、機械的な剪断応
力下に容易に凝集する。
本発明は上記した問題を解決するためになされ
たものであつて、その製造において、特に乳化剤
を用いずとも、乳化重合時の重合安定性にすぐれ
ると共に、得られる樹脂粒子が水性媒体中で安定
な分散状態を保持し、従つて、樹脂粒子を水性媒
体中で安定に分散させた状態で好適に用いること
ができるアクリル酸エステル誘導体及びアクリル
酸誘導体を単量体主成分とする樹脂水性エマルジ
ヨンに関する。
本発明による樹脂粒子を水性媒体中で安定に分
散させた状態で用いるための樹脂水性エマルジヨ
ンは、
(a) 一般式
CH2=CR1COOR2
(但し、R1は水素又は低級アルキル基を
示し、R2は炭素数が1〜8のアルキル基を示
す。)
で表わされるアクリル酸アルキルエステル誘導
体30〜98.8重量%、
(b) 一般式
R3CH=CR4COOH
(但し、R3は水素、低級アルキル基又はカ
ルボキシル基を示し、R4は水素又は低級アル
キル基を示し、R3が水素又は低級アルキル基
のときは、R4はカルボ低級アルコキシ基であ
つてもよい。)
で表わされるアクリル酸誘導体0.1〜30重量%、
(c) スルホン酸基を有するビニル単量体0.1〜20
重量%
(d) 多官能性内部架橋用単量体1〜20重量%、及
び、
(e) アクリロニトリル又はメタクリロニトリル40
重量%以下、
からなる単量体混合物を水性媒体中で乳化共重合
させてなる樹脂粒子を含有し、この樹脂粒子が平
均粒子径0.05〜2μmを有すると共に、カルボキシ
ル基を密度0.7×10-6〜60×10-6モル/m2にて有
することを特徴とする。
本発明において、アクリル酸アルキルエステル
誘導体は、一般式
CH2=CR1COOR2
(但し、R1は水素又は低級アルキル基、好まし
くは水素又はメチル基を示し、R2は炭素数が1
〜8のアルキル基を示す。)
で表わされ、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、
(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プ
ロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アク
リル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル等
を例示することができる。
本発明においては、水性媒体中での分散安定性
にすぐれるアクリル酸エステル誘導体の乳化共重
合体エマルジヨンを得るために、単量体成分とし
て、アクリル酸エステル誘導体に加えて、カルボ
キシル基を有するアクリル酸誘導体及びスルホン
酸基を有するビニル単量体を用いると共に、多官
能性内部架橋用単量体を用いる。かかる単量体成
分の所定の割合の混合物を乳化共重合させること
により、凝集物の発生なしに安定に乳化共重合さ
せると共に、水性媒体中で分散状態が安定に保持
され、例えば、トリス緩衝液を用いてPH8.0であ
るアルカリ性に維持した場合にも経時的に安定で
あり、且つ、非汚染性、非膨潤性である樹脂水性
エマルジヨンを得ることができるのである。
上記アクリル酸誘導体は、一般式
R3CH=CR4COOH
(但し、R3は水素、低級アルキル基又はカル
ボキシル基、好ましくは水素又はメチル基を示
し、R4は水素又は低級アルキル基、好ましくは
水素又はメチル基を示し、R3が水素又は低級ア
ルキル基のときは、R4はカルボ低級アルコキシ
基であつてもよい。)
で表わされ、例えば、(メタ)アクリル酸、イタ
コン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、モ
ノアルキルマレイン酸、モレアルキルフマル酸、
モノアルキルイタコン酸等を好ましい例として挙
げることができるが、特に、(メタ)アクリル酸
及びイタコン酸の1種又は2種以上の混合物が好
ましく用いられる。
次に、本発明において、スルホン酸基を有する
ビニル単量体としては、ビニルスルホン酸、その
金属塩やアンモニウム塩、一般式
CH2=CH5COOR6SO3M
(但し、R5は水素又は低級アルキル基、好ま
しくは水素又はメチル基を示し、R6は炭素数1
〜6のアルキレン基、好ましくは炭素数2〜3の
アルキレン基を示し、Mは水素、アルカリ金属又
はアンモニウムを示す。)
で表わされるスルホアルキルアクリレート、例え
ば、スルホプロピル(メタ)アクリレートやその
アルキル金属塩、一般式
(但し、R7は水素又は低級アルキル基、好ま
しくは水素又はメチル基を示し、Mは前記と同じ
である。)
で表わされるスチレンスルホン酸、その誘導体、
これらのアルキル金属塩、例えば、スチレンスル
ホン酸ナトリウム、一般式
CH2=CR8CONH−R9−SO3M
(但し、R8は水素又は低級アルキル基、好ま
しくは水素又はメチル基を示し、R9は炭素数1
〜6のアルキレン基、好ましくは炭素数3〜4の
アルキレン基を示し、Mは前記と同じである。)
で表わされる2−アクリルアミドアルカンスルホ
ン酸、その誘導体及びこれらのアルキル金属塩、
例えば、2−アクリルアミド−2−メチルプロパ
ンスルホン酸等が用いられる。
内部架橋用多官能性単量体は、特に樹脂粒子を
非膨潤化して、得られる樹脂粒子の水性媒体中で
の分散安定性を高めるのに効果がある。かかる多
官能性内部架橋用単量体としては、例えば、脂肪
族多価アルコールのポリ(メタ)アクリレートが
好ましく用いられる。具体例として、例えば、エ
チレングリコールジメタクリレート、ジエチレン
グリコールジメタクリレート、トリエチレングリ
コールジメタクリレート、ジプロピレングリコー
ルジメタクリレート、1,3−ブチレングリコー
ルジメタクリレート、トリエチレングリコールジ
アクリレート、トリメチロールプロパントリメタ
クリレート、トリメチロールプロパントリアクリ
レート、テトラメチロールメタンテトラアクリレ
ート等が好ましく用いられる。また、ジビニルベ
ンゼンやN−N′−メチレンビスアクリルアミド
等も多官能性内部架橋用単量体として用いること
ができる。
本発明による樹脂水性エマルジヨンの製造に際
しては、乳化共重合のための単量体組成は、アク
リル酸アルキルエステル誘導体30〜98.8重量%、
好ましくは50〜98重量%、アクリル酸誘導体0.1
〜30重量%、好ましくは0.5〜20重量%、スルホ
ン酸基を有するビニル単量体0.1〜20重量%、好
ましくは0.5〜15重量%、内部架橋用多官能性単
量体1〜20重量%、好ましくは1〜15重量%であ
る。
上記アクリル酸誘導体及びスルホン酸基を有す
るビニル単量体は、共にアクリル酸アルキルエス
テルの乳化共重合時の重合安定性と、得られるエ
マルジヨンの安定性に必須の単量体であり、これ
らの効果を有効に発現させるために、単量体組成
において、それぞれ少なくとも0.1重量%を必要
とする。しかし、過多に共重合単量体成分として
用いるときは、却つて重合安定性と、得られるエ
マルジヨンの安定性を損なうので、それぞれ30重
量%及び20重量%以下の範囲で用いる。
また、内部架橋用多官能性単量体も、前記した
ように、重合を安定に進行させ、また、得られる
樹脂粒子の安定な分散状態を保持すると共に、樹
脂粒子を非膨潤性とするために必要な単量体であ
り、単量体組成において少なくとも1重量%が必
要であるが、しかし、過多に使用することは、却
つて重合安定性とエマルジヨンの安定性を損なう
ので好ましくない。
更に、本発明においては、上記単量体混合物の
乳化共重合時の重合安定性と、得られる樹脂粒子
の水分散安定性を一層高めるために、(メタ)ア
クリロニトリルを単量体成分として用いる。その
好適な使用量は単量体組成に基づいて40重量%ま
でであり、これよりも多量に使用すると、却つて
重合安定性を損ない、また、得られる樹脂粒子の
水分散安定性が劣るようになる。有効量の下限は
特に制限されないが、通常、単量体組成に基づい
て1重量%である。特に好ましい使用量は、5〜
20重量%の範囲である。
更に、得られる樹脂水性エマルジヨンの用途に
もよるが、個々の単量体の具体的な種類は、得ら
れる共重合体のガラス転移点が0℃以上、好まし
くは室温以上となるように選ばれる。樹脂粒子の
ガラス転移点が0℃よりも低いときは、樹脂粒子
の相互の融着や凝集が生じやすく、エマルジヨン
の分散安定性が低下する傾向があるからである。
本発明においては、以上のような各単量体を水
性媒体中にて、水溶性のラジカル重合開始剤を用
いて、通常の方法にて乳化共重合させることによ
り、水不溶性のアクリル酸エステル共重合体樹脂
水性エマルジヨンを得ることができるが、得られ
る水性エマルジヨン中に乳化剤が遊離の状態で、
或いは樹脂粒子に吸着された状態にて存在すると
き、前述したように、特に、その使用に際して
種々の有害な影響が現れることがあるので、乳化
共重合に際しては乳化剤を用いないのが好まし
い。本発明による上記単量体組成によれば、特に
乳化剤を用いずして安定に共重合させることがで
きると共に、得られる樹脂エマルジヨンの分散状
態が安定に保持されるのが大きい特徴をなす。し
かし、前述したように、緩衝液や生理食塩水に分
散させた場合にも、エマルジヨン粒子の凝集や沈
降が起こらない範囲において乳化剤を用いること
は何ら妨げられず、また、用途によつて乳化剤が
有害な影響を与えないときは、必要に応じて、乳
化剤を用いてもよい。
また、本発明による乳化共重合において、単量
体成分混合物の水性媒体中での濃度は、得られる
エマルジヨンにおける樹脂粒子の平均粒径とも関
連するが、通常、0.1〜40重量%の範囲である。
重合開始剤としては、水溶性ラジカル重合開始
剤が用いられる。通常、過硫酸カリウム、過硫酸
ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩
や、これら過硫酸塩とチオ硫酸ナトリウム、チオ
硫酸カリウム、チオ硫酸水素ナトリウム等のよう
なチオ硫酸塩、又は亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カ
リウム、亜硫酸水素ナトリウム等のような亜硫酸
塩とのレドツクス系重合開始剤が好ましく用いら
れるが、これらに限定されるものではない。これ
ら重合開始剤の使用量は、単量体混合物に対して
0.01〜1重量%の範囲が好適である。重合の雰囲
気も、特に制限されないが、好ましくは酸素を除
いた不活性ガス雰囲気が用いられる。また、重合
温度は、特に制限されないが、通常、20〜100℃、
好ましくは50〜90℃の範囲である。
本発明による樹脂水性エマルジヨンにおいて、
樹脂粒子の平均粒径は、0.05μ〜2μmの範囲にあ
ることが必要であり、好ましくは0.1〜1μmの範
囲にある。粒径が小さすぎると、これを使用した
後、回収するような場合に困難を生じるようにな
り、一方、粒径が大きすぎると、安定な分散状態
を保持させるのが困難となるからである。
また、樹脂粒子の比重は0.9〜1.3の範囲にある
ことが好ましい。比重が0.9よりも小さいときは、
樹脂粒子がエマルジヨン水性媒体表面に浮遊し、
分散安定性に劣るようになり、一方、1.3より大
きいときは、樹脂粒子がエマルジヨン水性媒体中
に沈降し、同様に凝集を生じやすくなるからであ
る。
更に、本発明においては、樹脂粒子はカルボキ
シル基を0.7×10-6〜60×10-6モル/m2の範囲の
密度で有することが必要である。樹脂粒子の有す
るカルボキシル基が0.7×10-6モル/m2よりも少
ないときは、水分散安定性が十分でなく、一方、
60×10-6モル/m2よりも多いときは、樹脂粒子が
特にアルカリ水溶液中で膨潤性を有するようにな
り、水分散性に劣る傾向を生じるからである。
以上のように、本発明によれば、特に、乳化剤
を用いることなく、重合安定性を確保しつつ、ア
クリル酸アルキルエステル誘導体の乳化共重合を
行なうことができ、且つ、得られる共重合体粒子
は非膨潤性、非汚染性であつて、しかも、水性媒
体中で安定にその分散状態を保持するのみなら
ず、緩衝液や生理食塩水に分散させた場合におい
ても、安定な分散状態を保持し、従つて、本発明
による樹脂水性エマルジヨンは、樹脂粒子が水性
媒体中で安定に分散された状態を保持することが
要求される用途に好適に用いることができる。
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本
発明はこれら実施例により限定されるものではな
い。
実施例 1
メチルメタクリレート38.3重量%、イソブチル
メタクリレート38.3重量%、アクリル酸5重量
%、スルホプロピルアクリレートナトリウム塩
0.5重量%、トリエチレングリコールジメタクリ
レート3.7重量%及びメタクリロニトリル14.2重
量%よりなる単量体混合物60gを蒸留水330gに
加え、過硫酸カリウム0.3gを水10mlに溶解した
重合開始剤水溶液を75℃の温度で窒素気流下に加
え、120ppmで撹拌しつつ6時間重合させて、重
合率98.8%にて平均粒径0.28μmの樹脂粒子の水性
エマルジヨンを得た。重合は非常に安定に行われ
て、凝集物は皆無であつた。
このエマルジヨンを遠心分離し、樹脂を0.01N
塩酸で酸型とした後、蒸留水で洗浄し、蒸留水に
分散させた。このエマルジヨンを0.05N水酸化カ
リウム水溶液にて電導度滴定してカルボキシル基
量を求めた。別にエマルジヨン粒子の粒径を電子
顕微鏡にて測定し、これらから樹脂粒子の有する
カルボキシル基量を求めたところ、4.4×10-6モ
ル/m2であつた。
また、上で得たエマルジヨンを遠心分離し、蒸
留水にて洗浄した後、蒸留水に再分散させ、
0.01N水酸化ナトリウム水溶液にてPH7.0に調整し
た固形分5%の樹脂エマルジヨン1mlを1M塩化
カルシウム水溶液(PH7.0)10mlに分散させたと
ころ、1か月後にも安定な分散状態を保持してい
た。
尚、以下においても、このようなエマルジヨン
1mlを1M塩化カルシウム水溶液10mlに分散させ
た場合、1か月後にも安定な分散状態を保つとき
を分散性が良好であるとし、数時間以内に樹脂粒
子が凝集沈降するときを分散性が不良であるとす
る。
実施例 2〜8
表に示す組成の単量体混合物を用いて、実施例
1と同様に乳化共重合した。結果を表に示す。
比較例1及び2
表に示すように、アクリル酸を含まない単量体
混合物を用いて、実施例1と同様に乳化共重合し
た。結果を表に示す。
比較例 3
表に示すように、スルホプロピルアクリレート
ナトリウム塩を含まない単量体混合物を用いて、
実施例1と同様に乳化共重合した。結果を表に示
す。
比較例4及び5
表に示すように、アクリロニトリル又はスルホ
プロピルアクリレートナトリウム塩を過多に含む
単量体混合物を用いて、実施例1と同様に乳化共
重合した。結果を表に示す。
比較例 6〜8
表に示すように、スチレン又は2−ヒドロキシ
エチルメタクリレートを含む単量体混合物を用い
て、実施例1と同様に乳化共重合した。結果を表
に示す。
比較例 9
表に示すように、(メタ)アクリル酸エステル
に代えてスチレンを単量体成分とする単量体混合
物を用いて、実施例1と同様に乳化共重合した。
結果を表に示す。
尚、表において、単量体を示す略号は以下を意
味する。
MMA メチルメタクリレート
IBMA イソブチルメタクリレート
St スチレン
HEMA 2−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト
SP スルホプロピルアクリレートナトリウム
塩
The present invention relates to an aqueous resin emulsion that is used in a state in which resin particles are stably dispersed in an aqueous medium. Specifically, the present invention relates to an aqueous resin emulsion that is used in a state in which resin particles are stably dispersed in an aqueous medium. The present invention relates to an aqueous acrylic acid alkyl ester resin emulsion that maintains a stable dispersion state and exhibits excellent dispersion stability, especially when dispersed in buffer solutions, physiological saline, aqueous solutions containing polymeric solutes, etc. A typical conventional aqueous resin emulsion is produced by emulsion copolymerization of a sparingly water-soluble radically polymerizable monomer such as styrene in the presence of an emulsifier and a water-soluble radical polymerization initiator. Here, the emulsifier ensures polymerization stability during emulsion copolymerization and also contributes to stabilizing the resulting aqueous resin emulsion. The stabilizing effect of this emulsion is not necessarily clear, but in general, a part of the emulsifier is adsorbed to the emulsion particles, and the rest exists in the emulsion in a free state. An adsorption-desorption equilibrium exists between the emulsifier adsorbed on these resin particles and the free emulsifier,
As a result of such equilibrium, emulsion stabilization is said to be achieved. Therefore, when an aqueous emulsion containing an emulsifier is dispersed in a buffer solution or physiological saline, the adsorption/desorption equilibrium of the emulsifier in the resin emulsion is disrupted, resulting in a decrease in the stability of the resin emulsion. damaged, resin particles tend to aggregate or settle.
Furthermore, since the resin particles of polystyrene emulsion are hydrophobic, they easily aggregate when dispersed in a buffer solution or physiological saline containing an organic solute. In addition, using a water-soluble radical polymerization initiator, methacrylic acid ester can be converted into hydrophilic methacrylic acid, 2-
A method of obtaining an aqueous resin emulsion by emulsion copolymerization with hydroxyethyl methacrylate and a polyfunctional monomer for internal crosslinking in the presence of an emulsifier is already known;
August, 867-871 (1978), emulsions obtained by this method also contain emulsifiers and therefore have the same problems as above, and furthermore, since the resulting copolymer particles have hydroxyl groups, it is especially difficult to use buffer solutions. There is a tendency for the resin particles to easily aggregate when dispersed in a liquid. To this end, in recent years a method has been proposed to obtain an acrylic ester emulsion in the absence of an emulsifier (Kagaku Technological Research Institute Report Vol. 75, No. 8, 341).
(1980), resin emulsions produced by this method also do not have sufficient dispersion stability and, in particular, easily aggregate under mechanical shear stress. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has excellent polymerization stability during emulsion polymerization without particularly using an emulsifier in its production, and the resulting resin particles can be produced in an aqueous medium. An aqueous resin emulsion containing an acrylic acid ester derivative and an acrylic acid derivative as main monomer components, which maintains a stable dispersion state and can therefore be suitably used in a state in which resin particles are stably dispersed in an aqueous medium. Regarding. The aqueous resin emulsion according to the present invention for use in a state in which resin particles are stably dispersed in an aqueous medium has the following formula: (a) General formula CH 2 = CR 1 COOR 2 (wherein R 1 represents hydrogen or a lower alkyl group) , R 2 represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.) 30 to 98.8% by weight of an acrylic acid alkyl ester derivative represented by (b) the general formula R 3 CH=CR 4 COOH (wherein R 3 is hydrogen , represents a lower alkyl group or a carboxyl group, R 4 represents hydrogen or a lower alkyl group, and when R 3 is hydrogen or a lower alkyl group, R 4 may be a carbo-lower alkoxy group.) Acrylic acid derivative 0.1-30% by weight, (c) Vinyl monomer having sulfonic acid group 0.1-20%
(d) 1 to 20% by weight of polyfunctional internal crosslinking monomer, and (e) Acrylonitrile or methacrylonitrile 40% by weight.
% by weight or less, contains resin particles obtained by emulsion copolymerizing a monomer mixture consisting of It is characterized by having a content of ~60×10 −6 mol/m 2 . In the present invention, the acrylic acid alkyl ester derivative has the general formula CH 2 = CR 1 COOR 2 (wherein R 1 represents hydrogen or a lower alkyl group, preferably hydrogen or a methyl group, and R 2 has a carbon number of 1).
~8 alkyl group is shown. ), for example, methyl (meth)acrylate,
Examples include ethyl (meth)acrylate, propyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, hexyl (meth)acrylate, and octyl (meth)acrylate. In the present invention, in order to obtain an emulsion copolymer emulsion of an acrylic ester derivative having excellent dispersion stability in an aqueous medium, in addition to the acrylic ester derivative, an acrylic ester having a carboxyl group is added as a monomer component. A vinyl monomer having an acid derivative and a sulfonic acid group is used, as well as a polyfunctional internal crosslinking monomer. By emulsion copolymerizing a mixture of such monomer components at a predetermined ratio, the emulsion copolymerization is carried out stably without the generation of aggregates, and the dispersion state is stably maintained in an aqueous medium, such as Tris buffer. It is possible to obtain an aqueous resin emulsion that is stable over time, non-staining, and non-swellable even when maintained at an alkaline pH of 8.0. The above acrylic acid derivative has the general formula R 3 CH=CR 4 COOH (wherein R 3 represents hydrogen, a lower alkyl group or a carboxyl group, preferably hydrogen or a methyl group, and R 4 represents hydrogen or a lower alkyl group, preferably (represents hydrogen or a methyl group, and when R 3 is hydrogen or a lower alkyl group, R 4 may be a carbo-lower alkoxy group), for example, (meth)acrylic acid, itaconic acid, croton. acid, maleic acid, fumaric acid, monoalkyl maleic acid, morealkyl fumaric acid,
Preferred examples include monoalkyl itaconic acid, and in particular, one or a mixture of two or more of (meth)acrylic acid and itaconic acid is preferably used. Next, in the present invention, the vinyl monomer having a sulfonic acid group includes vinyl sulfonic acid, its metal salt or ammonium salt, and the general formula CH 2 = CH 5 COOR 6 SO 3 M (wherein R 5 is hydrogen or Represents a lower alkyl group, preferably hydrogen or a methyl group, R 6 has 1 carbon number
-6 alkylene group, preferably an alkylene group having 2 to 3 carbon atoms, and M represents hydrogen, an alkali metal or ammonium. ), such as sulfopropyl (meth)acrylate and its alkyl metal salts, with the general formula (However, R 7 represents hydrogen or a lower alkyl group, preferably hydrogen or a methyl group, and M is the same as above.) Styrene sulfonic acid, its derivatives,
These alkyl metal salts, such as sodium styrene sulfonate, have the general formula CH 2 = CR 8 CONH-R 9 -SO 3 M (where R 8 represents hydrogen or a lower alkyl group, preferably hydrogen or a methyl group, and R 9 is carbon number 1
-6 alkylene group, preferably an alkylene group having 3 to 4 carbon atoms, and M is the same as above. ) 2-acrylamidoalkanesulfonic acid, derivatives thereof and alkyl metal salts thereof,
For example, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and the like are used. The internal crosslinking polyfunctional monomer is particularly effective in non-swelling the resin particles and increasing the dispersion stability of the resulting resin particles in an aqueous medium. As such a polyfunctional internal crosslinking monomer, for example, poly(meth)acrylate of aliphatic polyhydric alcohol is preferably used. Specific examples include ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, dipropylene glycol dimethacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, and trimethylol. Propane triacrylate, tetramethylolmethanetetraacrylate, etc. are preferably used. Further, divinylbenzene, N-N'-methylenebisacrylamide, etc. can also be used as the polyfunctional internal crosslinking monomer. In producing the aqueous resin emulsion according to the present invention, the monomer composition for emulsion copolymerization is 30 to 98.8% by weight of an acrylic acid alkyl ester derivative;
Preferably 50-98% by weight, acrylic acid derivative 0.1
~30% by weight, preferably 0.5-20% by weight, vinyl monomers with sulfonic acid groups 0.1-20% by weight, preferably 0.5-15% by weight, polyfunctional monomers for internal crosslinking 1-20% by weight , preferably 1 to 15% by weight. Both the acrylic acid derivative and the vinyl monomer having a sulfonic acid group are essential monomers for the polymerization stability during emulsion copolymerization of acrylic acid alkyl ester and the stability of the resulting emulsion, and these effects In order to effectively express these, at least 0.1% by weight of each is required in the monomer composition. However, when used in excess as a copolymerization monomer component, the polymerization stability and the stability of the resulting emulsion are adversely affected, so they are used in the ranges of 30% by weight and 20% by weight or less, respectively. In addition, as described above, the internal crosslinking polyfunctional monomer is used to stably proceed the polymerization, maintain a stable dispersion state of the resulting resin particles, and make the resin particles non-swellable. It is a necessary monomer, and at least 1% by weight is required in the monomer composition. However, it is not preferable to use too much because it will actually impair polymerization stability and emulsion stability. Furthermore, in the present invention, (meth)acrylonitrile is used as a monomer component in order to further enhance the polymerization stability of the monomer mixture during emulsion copolymerization and the water dispersion stability of the resulting resin particles. The preferred amount to be used is up to 40% by weight based on the monomer composition; if it is used in an amount larger than this, the polymerization stability may be adversely affected, and the resulting resin particles may have poor water dispersion stability. become. The lower limit of the effective amount is not particularly limited, but is usually 1% by weight based on the monomer composition. A particularly preferable usage amount is 5 to
It is in the range of 20% by weight. Furthermore, although it depends on the use of the resulting aqueous resin emulsion, the specific types of individual monomers are selected so that the glass transition point of the resulting copolymer is 0° C. or higher, preferably room temperature or higher. . This is because when the glass transition point of the resin particles is lower than 0° C., mutual fusion and aggregation of the resin particles tend to occur, and the dispersion stability of the emulsion tends to decrease. In the present invention, a water-insoluble acrylic ester copolymer is obtained by emulsion copolymerizing each of the monomers described above in an aqueous medium using a water-soluble radical polymerization initiator in a conventional manner. An aqueous emulsion of a polymer resin can be obtained, but the emulsifier is free in the aqueous emulsion obtained.
Alternatively, when it is present in a state adsorbed to resin particles, as mentioned above, various harmful effects may appear especially during its use, so it is preferable not to use an emulsifier during emulsion copolymerization. The monomer composition according to the present invention is characterized in that stable copolymerization can be carried out without particularly using an emulsifier, and the dispersion state of the resulting resin emulsion can be stably maintained. However, as mentioned above, even when dispersed in a buffer solution or physiological saline, it is possible to use an emulsifier as long as emulsion particles do not aggregate or settle. If necessary, an emulsifier may be used if it does not cause any harmful effects. In addition, in the emulsion copolymerization according to the present invention, the concentration of the monomer component mixture in the aqueous medium is related to the average particle size of the resin particles in the resulting emulsion, but is usually in the range of 0.1 to 40% by weight. . As the polymerization initiator, a water-soluble radical polymerization initiator is used. Usually, persulfates such as potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium persulfate, these persulfates and thiosulfates such as sodium thiosulfate, potassium thiosulfate, sodium hydrogen thiosulfate, etc., or sodium sulfite, potassium sulfite. A redox polymerization initiator with a sulfite salt such as , sodium bisulfite, etc. is preferably used, but is not limited thereto. The amount of these polymerization initiators to be used is based on the monomer mixture.
A range of 0.01 to 1% by weight is preferred. The atmosphere for polymerization is also not particularly limited, but preferably an inert gas atmosphere excluding oxygen is used. In addition, the polymerization temperature is not particularly limited, but is usually 20 to 100°C,
Preferably it is in the range of 50 to 90°C. In the resin aqueous emulsion according to the present invention,
The average particle size of the resin particles needs to be in the range of 0.05 μm to 2 μm, preferably in the range of 0.1 to 1 μm. If the particle size is too small, it will be difficult to recover it after use, while if the particle size is too large, it will be difficult to maintain a stable dispersion state. . Further, the specific gravity of the resin particles is preferably in the range of 0.9 to 1.3. When the specific gravity is less than 0.9,
Resin particles float on the surface of the emulsion aqueous medium,
This is because the dispersion stability becomes poor, and on the other hand, when it is larger than 1.3, the resin particles tend to settle in the emulsion aqueous medium and tend to cause aggregation as well. Furthermore, in the present invention, it is necessary that the resin particles have carboxyl groups at a density in the range of 0.7×10 −6 to 60×10 −6 mol/m 2 . When the carboxyl group possessed by the resin particles is less than 0.7×10 -6 mol/m 2 , water dispersion stability is insufficient;
This is because when the amount is more than 60×10 −6 mol/m 2 , the resin particles tend to have swelling properties especially in an alkaline aqueous solution, resulting in poor water dispersibility. As described above, according to the present invention, it is possible to perform emulsion copolymerization of an acrylic acid alkyl ester derivative while ensuring polymerization stability without using an emulsifier, and to obtain copolymer particles obtained. is non-swellable and non-staining, and not only maintains its dispersion state stably in aqueous media, but also maintains a stable dispersion state when dispersed in buffer solutions and physiological saline. Therefore, the aqueous resin emulsion according to the present invention can be suitably used in applications where resin particles are required to remain stably dispersed in an aqueous medium. The present invention will be described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Example 1 38.3% by weight of methyl methacrylate, 38.3% by weight of isobutyl methacrylate, 5% by weight of acrylic acid, sulfopropyl acrylate sodium salt
60 g of a monomer mixture consisting of 0.5% by weight, 3.7% by weight of triethylene glycol dimethacrylate, and 14.2% by weight of methacrylonitrile were added to 330g of distilled water, and an aqueous polymerization initiator solution containing 0.3g of potassium persulfate dissolved in 10ml of water was added to 75% of a polymerization initiator solution. C. under a nitrogen stream and polymerized for 6 hours while stirring at 120 ppm to obtain an aqueous emulsion of resin particles with a polymerization rate of 98.8% and an average particle size of 0.28 .mu.m. The polymerization was very stable and there were no aggregates. Centrifuge this emulsion and remove the resin at 0.01N.
After making it into an acid form with hydrochloric acid, it was washed with distilled water and dispersed in distilled water. This emulsion was subjected to conductivity titration with a 0.05N aqueous potassium hydroxide solution to determine the amount of carboxyl groups. Separately, the particle size of the emulsion particles was measured using an electron microscope, and the amount of carboxyl groups possessed by the resin particles was determined from these measurements, and was found to be 4.4×10 −6 mol/m 2 . In addition, the emulsion obtained above was centrifuged, washed with distilled water, and then redispersed in distilled water.
When 1ml of a resin emulsion with a solid content of 5% adjusted to pH 7.0 with a 0.01N sodium hydroxide aqueous solution was dispersed in 10ml of a 1M calcium chloride aqueous solution (PH7.0), a stable dispersion state was maintained even after one month. Was. In the following, when 1 ml of such an emulsion is dispersed in 10 ml of a 1M calcium chloride aqueous solution, the dispersibility is considered to be good if the dispersion remains stable even after one month, and the resin particles are dispersed within a few hours. The dispersibility is considered to be poor when the particles coagulate and settle. Examples 2 to 8 Emulsion copolymerization was carried out in the same manner as in Example 1 using monomer mixtures having the compositions shown in the table. The results are shown in the table. Comparative Examples 1 and 2 As shown in the table, emulsion copolymerization was carried out in the same manner as in Example 1 using a monomer mixture that did not contain acrylic acid. The results are shown in the table. Comparative Example 3 As shown in the table, using a monomer mixture that does not contain sulfopropyl acrylate sodium salt,
Emulsion copolymerization was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in the table. Comparative Examples 4 and 5 As shown in the table, emulsion copolymerization was carried out in the same manner as in Example 1 using a monomer mixture containing an excessive amount of acrylonitrile or sulfopropyl acrylate sodium salt. The results are shown in the table. Comparative Examples 6 to 8 As shown in the table, emulsion copolymerization was carried out in the same manner as in Example 1 using a monomer mixture containing styrene or 2-hydroxyethyl methacrylate. The results are shown in the table. Comparative Example 9 As shown in the table, emulsion copolymerization was carried out in the same manner as in Example 1, using a monomer mixture containing styrene as a monomer component instead of (meth)acrylic acid ester.
The results are shown in the table. In addition, in the table, the abbreviations indicating monomers have the following meanings. MMA Methyl methacrylate IBMA Isobutyl methacrylate St Styrene HEMA 2-Hydroxyethyl methacrylate SP Sulfopropyl acrylate sodium salt
【表】【table】
【表】
SSS スチレンスルホン酸ナトリウム
AMPS 2−アクリルアミド−2−メチルプ
ロパンスルホン酸
TGM トリエチレングリコールジメタクリレ
ート
PGM ポリエチレングリコールジメタクリレ
ート
AA アクリル酸
MAA メタクリル酸
AN アクリロニトリル
MAN メタクリロニトリル[Table] SSS Sodium styrene sulfonate AMPS 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid TGM Triethylene glycol dimethacrylate PGM Polyethylene glycol dimethacrylate AA Acrylic acid MAA Methacrylic acid AN Acrylonitrile MAN Methacrylonitrile
Claims (1)
示し、R2は炭素数が1〜8のアルキル基を示
す。) で表わされるアクリル酸アルキルエステル誘導
体30〜98.8重量%、 (b) 一般式 R3CH=CR4COOH (但し、R3は水素、低級アルキル基又はカ
ルボキシル基を示し、R4は水素又は低級アル
キル基を示し、R3が水素又は低級アルキル基
のときは、R4はカルボ低級アルコキシ基であ
つてもよい。) で表わされるアクリル酸誘導体0.1〜30重量
%、 (c) スルホン酸基を有するビニル単量体0.1〜20
重量% (d) 多官能性内部架橋用単量体1〜20重量%、及
び、 (e) アクリロニトリル又はメタクリロニトリル40
重量%以下、 からなる単量体混合物を水性媒体中で乳化共重合
させてなる樹脂粒子を含有し、この樹脂粒子が来
均粒子径0.05〜2μmを有すると共に、カルボキシ
ル基を密度0.7×10-6〜60×10-6モル/m2にて有
すちることを特徴とする樹脂粒子を水性媒体中で
安定に分散させた状態で用いるための樹脂水性エ
マルジヨン。[Claims] 1 (a) General formula CH 2 = CR 1 COOR 2 (wherein R 1 represents hydrogen or a lower alkyl group, and R 2 represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms). 30 to 98.8% by weight of the represented acrylic acid alkyl ester derivative, (b) General formula R 3 CH=CR 4 COOH (However, R 3 represents hydrogen, a lower alkyl group, or a carboxyl group, and R 4 represents hydrogen or a lower alkyl group. and when R 3 is hydrogen or a lower alkyl group, R 4 may be a carbo-lower alkoxy group.) 0.1 to 30% by weight of an acrylic acid derivative represented by Monomer 0.1~20
(d) 1 to 20% by weight of polyfunctional internal crosslinking monomer, and (e) Acrylonitrile or methacrylonitrile 40% by weight.
% by weight or less, contains resin particles obtained by emulsion copolymerizing a monomer mixture consisting of An aqueous resin emulsion for use in a state in which resin particles are stably dispersed in an aqueous medium, characterized in that the resin particles have a content of 6 to 60×10 -6 mol/m 2 .
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