JPS5817827A - 水性分散液 - Google Patents

水性分散液

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JPS5817827A
JPS5817827A JP56115962A JP11596281A JPS5817827A JP S5817827 A JPS5817827 A JP S5817827A JP 56115962 A JP56115962 A JP 56115962A JP 11596281 A JP11596281 A JP 11596281A JP S5817827 A JPS5817827 A JP S5817827A
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Tohei Moriya
森谷 東平
Junnosuke Yamauchi
山内 淳之介
Makoto Shiraishi
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明社水性分散液に関し、特に、分子内にカブ−オン
基を含む変性ポリビニルアルコールにより疎水性低分子
物質を水性媒体中に分散せしめてなる水性分散液に関す
る。本発明の水性分散液はパルプ、無機物、合成樹脂な
ど多くの物質Kfiして吸着、接着性に優れていること
にその有用性があるが、その性能発現にあたって蝶カチ
オン変性ポリビニルアルコール(以下でポリビニルアル
コールをPVAと略記する。)を使用していること分散
体粒子がカチオン性を有することが重要な役割を演じて
いるものと考えられる。
従来より、油脂類、ロジン等の疎水性物質を適尚な乳化
剤を用いて水性分散液とする仁とは公知であるが、公知
の方法で製造した水性分散液紘各種物質に対する吸着、
接着性能が充分ではなかった。パルプ、無機物など多く
の物質はその表面がアニオン性に帯電していることが多
く、電気化学的作用により吸着、接着性能を向上させる
目的をもって、カチオン性の界面活性剤を使用して、カ
チオン性を有する水性分散液を作成することも可能であ
るが、こうして作成された水性分散液は多くの場合安定
性が不良で、かつ毒性の観点からも実用に耐え得るもの
ではない。
こうして、本発明者ら祉、疎水性物質のカチオン性水性
分散液を得る方法を検討した結果、分子内にカチオン基
を含有する変性PVAを分散剤として使用したとき社、
安定性に優れたカチオン性水性分散液が得られ−これら
を無機物粉末の内添剤あるいは紙用のサイズ剤として応
用した時優れた性能を発現せしめることができることを
見出し本発明を完成したものである0 ″ 従来、分子内にカチオン基を含有する変性PVAを分散
安定剤として疎水性物質を乳化分散する思想は全く知ら
れていない。これは、PVAK単にカチオン基を導入す
る方法はこれまでにもいくつか提唱されているもののい
ずれも変性方法K11l1点があり工業的に製造するこ
とが困難であったためカチオン基変性Pv人を疎水性物
質の乳化分散に使用することは考えられなかったためと
推定される0 以下、本発明を更に詳しく説明する。本発明に使用され
る変性PVA中に含まれるカチオン基とは一級アミン、
二級アミン、三級ア建ン、la級アンモニウム塩、ピリ
ジン、ピリジニウム、イミダゾール、イミダゾリニウム
、スルホニウム、ホスホニウムなど水溶液中で解離して
正電荷に帯電する化学構造単位を意味している。従来報
告されているカチオン変性PVAの製造法としてはビニ
ルピリジンと酢酸ビニルを共重合後クン化する方法、N
−ビニルフタルイミドあるいはN−ビニルコハクイミド
と酢酸ビニルを共重合後ケン化し、更にアルカリあるい
はヒト2ジンでイ建ド基を分解する方法、PVAを酸触
媒のもとにアミノアセタール化あるい嬬アミノベンズア
セタール化する方法、PVAKアルコキシジメチルアミ
ン、グリシジルトリメチルアンモニウム塩酸塩あるいは
3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモ
ニウム塩酸塩を反応させる方法、PVAにアクリルアミ
ドをマイクル付加した後ホフマン分解によりアミノ基を
導入せしめる方法などが知られている。
これ%の方法で合成したカチオン変性PVAt本発明の
水性分散液の製造に使用し得るが上述したカチオン変性
PVAの製造法は工業的に実施するにはカチオン化する
工程自体に樫々の困難な問題があり、ま水乳化性能の高
い品質のものを得ることが困難であり次。
これに対して、下記の一般式(1)、(…) 、 (1
) T。
るいは(IV)で示される共重合単位を含む変性PVA
はカチオン活性を示すことは勿論、工業的にカチオン基
の導入および目的に応じ九ケン化度を得る方法が共に安
定かつト易に実施可能である。
(ここで、、R’、R”、R’  は水素原子または低
級アルR6社水素原子またLアルキル基(置換基管含ん
でもよい)%X″″紘アニオン、AはB中の窒素原子と
アミド基の窒素原子と連結する基をそれぞれ意味してい
る。) (ζこで、 +t’、R8,R’  は水素原子、低級
アルキル基またはフェニル基 11Gはアルキル基(置
換基を含んでもよい)、X−はアニオン、をそれぞれ意
味している。) lは水素原子またはアルキル基(置換基を含んでもよい
)、X−はアニオン、DはB中の窒素原子と一−テ〜基
の酸素原子とを連結する脂肪−〇基・をそれぞれ意味し
ている。) 上記一般式(1)〜(IV)で示された共重合単位を含
む変性PVAの製造はビニルエステルとりわけ酢酸ビニ
ルと次式(イ)〜(ニ) CH2千CH 也 CH2−CH−0−D−B         (ニ)(
ココテ、R’ 〜R’、R’〜R10,X”−$At 
Be D )意味ハ前述のものと同一である。)で示さ
れる重合性単量体とをラジカル重合開始剤の存在下に共
重合させ、しかる後に該共重合体のアルコール溶[Kア
ルカリあるいは酸触媒を作用させて、共重合□体中のビ
ニルエステル単位を目的に応じて部分的にあるいは高度
にケン化せしめ・てビニルアルコール単位とすることに
より有効かつ簡便に製造される。
一般式(イ)で示される単量体において11 、♂紘水
素原゛子また祉低級アルキル基で′あるが、通常水嵩原
子またはメチル基が好ましい。R3もまた水素原子1+
は低級アルキル基であるが通常水素原子♂、♂は水素原
子又は置換基を含んでもよいアルキル基を、X−aアニ
オンを示してiる。R4,R’、R’杜通常の目的で社
すべてメチル基が好ましいが、特殊な目的にはエチル基
、プロピル基等の低級アルキル基あるいれ反応性を付与
する目的でメチロール基、あるいはカチオン基の密度を
向上させる目的でアミノアルキル基など置換基を含有し
たアルキル基も用いられる。Xとしては塩素、シュウ素
、ヨウ素などのハロゲン原子またはCHIosoaある
いFi CHsCsH*80mが好ましいが、とりわけ
塩素原子が、経済上、安全上、あるいは変性PVAの物
性上好ましい。Bit四級アンモニクム塩の形である場
合、変性PVAの製造の取扱い易さにおいて好ましいが
一級〜三級アミンでも本発明の効果を発現させ得る。ア
ミノ基B中の窒素原子とアンド基の窪素原子とを連結す
る基であるAは安定な結合を含む基であれば何れも用い
られるが、通常直鎖状また線分岐した脂肪族の基が用い
られる0上記一般式(イ)で示される単量体のうち三級
アミンの形のもの(04体例として次のものが挙げられ
る。N−(2−ジメチルアミノエチル)アクリルアぐド
、N−(2−ジメチルアミノエチル)メタクリルアミド
、N−(3−ジメチルアミノプロピル)アクリルアミド
、N−(3−ジエチルアミノプロピル)アクリルアミド
、N−(3−ジメチルアミノプロピル)メタクリルアミ
ド、N−(3−ジエチルアミノプロピル)メタクリルア
ミド。
N−(1,1−ジメチル−3−ジメチルアミノプロピル
)アクリルアミド、N−(1,1−ジメチル−3−ジメ
チルアミノ、プロピル)メタクリルアミド。
N−(1,1−ジエチル−3−ジメチルアミノブチル)
アクリルアミド、N−(1−メチル−1,3−ジフェニ
ル−3−ジエチルアミノプロピル)メタクリルアミド、
N−(3−ジメチルアミノヘキシル)アクリルアミド、
N−(3−メチルエチルアミノプロピル)メタクリルア
ミド、N−メチル−N−(3−ジメチルアミノプロピル
)アクリルアミド、N−(2,2−ジメチル−3−ジメ
チルアミノプロピル)アクリルアミド、N−(2,2−
ジメチル−3−ジメチルアミノプロピル)メタクリルア
ミドt N−1,2−ジメチル−3−ジエチルアミノプ
ロピル)クロトン酸ア電ド、N−(3,3−ジメチル−
4−ジメチルアミノブチル)アクリルアミド、N−(3
,3−ジメチル−4−ジメチルアミノブチル)メタクリ
ルアミド、N−(3,3−ジメチル−4−ジメチルアミ
ツブナル)クロトン酸ア建 ド。
上記一般式(イ)で示される単量体のうち四級アンモニ
ウムの形のもの線上述した三級アミン鳳単量体を次のよ
うな全知の四級化剤で四級化することにより容易に得る
ことができる。硫酸ジアルキル、例えばジメチル硫酸、
ジエチル硫酸、ジプロピル硫酸、アルキルま九はアリー
ルスルホン酸のC1〜Ca−エステル、例えはメタンス
ルホン酸−ベンゼンスルホン酸まタハトルエンスルホン
11&とツメチル−、エチル−、プロピル−また社ブチ
ルエステル、ハロゲン化ベンシル、 1FlltハjJ
l化ヘンシルまたは臭化ベンジル、ハロゲン化アルキル
例えは塩化メチル、A化エチル、Wつ化メチル。
塩化エチル、臭化エチルまた14=sつ化エチルなどで
ある。
上記一般式(イ)で示される単量体として上述しえ各種
の例の9ち次の4種類の単量体。
N−(1,1−ジメチル−3−ジエチルアミノプロピル
)アクリルアミド トリメチル−(3−アクリルアミド−3,3−ジメチル
プロピルノアンモニウムクロリド N−(3−ジエチルアミノプロピル)メタクリルアきド トリメチル−(3−メタクリルア建ドーグロビル)アン
モニウムクロリド が本発明の変性PVAを製造する上で、重合速度。
アミド基の安定性、単量体製造時の経済性の観点から優
れている。
また、上記(ロ)で示される単量体として紘例えば、1
−ビニルイCダゾール、1−ビニル−2−メチルイミ/
 /−ルm、 1−ビニル−2−エチルイミタソール、
1−ビニル−2−フェニルイミタソール、1−ビニル−
2,4,5−)リメチルイミダゾールなどがあげられる
◇また上記一般式(ハ)で示される単量体社上記一般式
(ロ)で示される単量体に1前述した四級化剤で四級化
することにより容易に得ることができる。
また上記一般式(ニ)で示される単量体としては例えば
ジメチルアミノエチルビニルエーテル、ジメチルアミノ
プロピルビニルエーテルあるいハコれらの四級化物ある
いはビニロキシエチルアミン勢が挙げられる。
また、変性PVA中のカチオン基が下記一般式(V)あ
るいは(■)で示される共重合単位であるものも本発明
にとって有効である@ (ζζでb R”g Ba”、R”は水素原子オた紘低
級アルキル基、R14はアルキル基、 X−aアニオン
をそれぞれ意味している。) これまでPVA分子中にビニルアンン共重合単位を含有
せしめることは予想以上Kall!であり未だ有効な方
法が知られてぃなかったが、本発明者ラバ、ビニールエ
ステル、特に酢酸ビニルとN−ビニルアル中ルアミド特
にN−ビニルアセドアミド。
N−ビニル−N−メチルアセドア建ドあるいはN−ビニ
ル−N−メチルホルムアミドあるい紘メチルーN−ビニ
ルヵルパメ−)、  エチル−N−ビニルカルパメー)
 、  tart −フチルーN−ビニルカルAメ−)
、)fk−N−イングロベニルヵルパメ一ト、エチル−
N−イソプロペニルカルバ* −ト。
tert −7’チル−N−イソプロペニルカルバ/−
)などの不飽和カルバメート化合物などとをラジカル1
合開始剤の存在下に共重合させ、しかる後に絨共重合体
を加水分解することにより、N−ビニルアルキルアミド
単位中のアミド基又は不飽和カルバネート単位中のカル
バメート基はすべて加水分解すれl’=ルアミン単位と
することができ、こうしてビニルア建ン単位を任意な量
を含有する変性PVAを製造し得ることをも併せ見出し
ている。
本発明の水性分散液0IlI造に使用するカチオン基変
性PvA中のカチオン基の量、ケン化度あるいは変性P
VAの重合度は目的に応じて適宜選択され特に制限は無
いが、安定性の高い水性分散液を製造する上でこれらの
三つの要素を上手に組合わせることが重要である。多く
の目的に対して紘カチオン基の量は0.01〜10モル
−、ケン化直紘50−100モルー1重合度は100〜
4000の範囲から選はれる。一般に社、完全ケン化物
より適度なケン化度の部分ケン化物が良好で、50〜9
6モルチのケン化度の範囲がとりわけ好ましい。
本発明の水性分散液を製造する際に用いる前述し九カチ
オン基変性PVAの使用量a41に制@紘無いが、一般
に紘疎水性物質100部に対して1〜100部の範囲が
適尚である〇 次に、本発明に使用する疎水性低分子物質としては水に
JlllWI性あるいは不溶性のものであれはいすnも
応用可能であり、例として、スピンドル油。
ギヤ油などの鉱物油、パラフィンワックス、#l励パラ
フィン、アスファルトなどの合成油、ジオクチルセバケ
ート、ジブチルフタレート、ジプテルデジペートなどの
可履剤、クレオンート油、コールタールなどのタールl
l11 テレピン油、トール油。
ロジン、変性ロジンなどの天然物あるいはその変性物、
大豆油、とマシ油などの植物油、ベン(ン。
トルエン、キシレンなどの芳書族員化水素、脂肪族炭化
水素、ハロゲン化員化水素、メチルn−ア電ルケトン、
ジ−n−プロピルケトyなどのケトン、エーテル、キシ
リレンジイソシアネート、トリメチロールプロパンート
リレンジイソシアネートアダクツなどのインシアネート
、カプロン酸。
リルイン陵などの高級脂肪酸、およびそれらの無水物、
セチルケテンダイマ、−,ステアリルケテンダイマーな
どのアルキルケテンダイマー類、ドデセニル無水コハク
酸、ヘキサデセニル無水コハク酸なとのアルケニル無水
コハク酸、N−2ウリルカーボモイルクロリド、N−セ
チルカーホモイルクロリドなどのアルキルカーホモイル
1114体、オレイルアルコール、セチルアルコ−ルナ
トノ高級アルコール類を挙げることができる。
これらの疎水性物質を乳化分散する場合、前述のカチオ
ン基変性PVAを含む水溶液に単に攪拌混合せしめれは
よく、この場合目的によって一般流体攪拌機、高速回転
強せん断灘攪拌分散機、コロイドミル、加圧ニーダ−9
加圧ノズル式乳化機。
スクリュー押出機、超音波式乳化機、ホモミキサーなど
の混合攪拌装置が任意に採用される。疎水性物質が固体
である場合は有機溶剤に溶解後分散させ必要であ五は有
機溶剤を蒸発除去せしめてもよく、また有機溶剤を使用
することなく固体状疎水性物質とカチオン基変性PVA
を水の存在下で加圧ニーダ−、コロイドミル勢を使用し
て混練してペースト状物とした後頁に水を加えて混線攪
拌して水性分散液とする方法も採用される。
また、本発明の水性分散液を製造するに際して必要に応
じてノニオン系、アニオン系あるいはカチオン系の界面
活性剤を併用すること゛もさしつかえない。しかしなが
ら、界面活性剤を多量に使用すると、水性分散体を各種
用途に使用したとき耐水性の低下、接着力の低下などの
欠点を引起し易いので目的あるいは用途によっては注意
が必要である。
本発明の水性分散液はその応用範囲が広く、成形用無機
物粉末に対する添加剤、寥水剤、防水剤、絶縁剤、皮膜
形成剤、紙用内添剤、サイズ剤などにおいて優れた特徴
を発揮する。特に、疎水性物質としてロジンを用いた場
合に得られる水性分散液はカチオン性を有しているため
硫酸パン土などを併用することなく抄紙工程でパルプに
定着することが可能であり、その工業的意義が大きい。
以下に実施例をもって本発明を更に具体的に説明する。
なお、「部」L重量部を意味している0実施例1゛ トリメチル−(3−アクリルアミド−3,3−ジメチル
グロビル)アンモニウムクロリドと酢酸ビニルとの共重
合体をケン化して、カチオン基としてトリメチル−(3
−アクリルアミド−3,3−ジメチルグロビル)アンモ
ニウムクロリド単位を2モルチ含有し、酢酸ビニル単位
のケン化度が85モル−14%水溶液の20℃における
粘度(B!!1粘度計による。以下同様)が29.0(
!P(センチボイズ)のカチオン基波、性PVAを′得
たOこの変性PVAを92部含む水溶液1120部に機
械油500部を加え、ホモミキサーを用いて10分間混
合攪拌し淡黄色の乳化分散液を得た。分散液の粒子會ユ
粒径0.5〜1μの真球型状を示しており、ゼータ−メ
ータによりそのゼータ−電位は+30.2inV のカ
チオン性を示した。分散液の粘度は30℃、60rpm
で4280cP であり、セラミックス粉末スラリーの
添加剤として有用で良好な内部潤滑作用と成形性を有し
ていた。
比較例1 実施例1において、カチオン変性PVAに代叉て変性し
ていないPVA(ケン化度88モル優。
4%水溶液の201℃における粘度が26cP)を使用
した以外は実施例1と全く同様にして機械油の水性分散
液を得た0この分散液の粒子は粒径0.7〜2μの真球
形状で、ゼータ−電位は−20,0mV’のアニオン性
を示した。分散液の粘度は30℃、60 rpmで41
30cPであり、これをセラミックス粉末スラリーの添
加剤とし°C使用した場合、混合状態が不良で焼結成形
時に内部に気孔が発生し札実施例2〜10 実・施例1のカチオン基変性PVAに代えて酢酸ビニル
と6種の共i含率J1体との共重合体をケン化して得た
第1表に示すカチオン基変性PVAを使用した他は実施
例1と同様にして機械油の水性分散液をw4製し、その
構成粒子のゼータ−電位を測定した。結果を第1表に示
す。
第  1  表 (注1)  tert−ブチル−N−ビニルカルバメー
トと酢酸ビ÷ルとの共重合体に硫酸を作用させてカルバ
メート基を分解し、更に背柱ソーダにより酢酸ビニル単
位をケン化してビニルアミン単位を含有せしめたPVA
とし友。
(注2)  N−ビニルアセトアミドと酢酸ビニルとの
共重合体をケン化し、更にケン化物の水溶液に苛性ソー
ダを100℃にて作用させ、アミド基を分解してビニル
アミン単位とせしめた。
実施例11 。
実施例1で使用したものと同一のカチオン変性PVAを
42部、ロジン420部および水70部を加圧ニーグー
に仕込み150℃で30分間搗練し、クリーム状の均一
混合物とした後90′CFc冷却後水を加えて更に攪拌
して固形牲含量50憾のロジンの水性々散液を得た。こ
のロジン水性分散液は放置安定性に優れており、その構
成粒子のゼータ−電位a + 31.2 mV のカチ
オン性を示し喪。参考までにこの水性分散液をパルプに
内添して抄紙したところ、優れたサイズ度を有す基紙を
製造することができた。
比較例2 実施例11においてカチオン基変性PVAに代えて変性
していないPVA(ケン化188%ル%。
411水溶液の20℃における粘度が26 aP)を使
用した以外は実施例11と全く同様にしてロジンの水性
分散液を得た。この分散液の構成粒子のゼータ−電位は
−18,7mVのアニオン性を示した。
参考例 前記実施例11および比較例2で得られた水性分散液を
製紙用サイズ剤として使用し評価した。
ン、ナディアンスタンダードフリーネス450d の・
叩解度のパルプ(LBKP)の1sの水性スラリーに対
パルプ乾燥重量基準で0.5−の水性分散液を添加混合
した後TAPPI  スタンダード・シート・マシンを
用いて秤量60脇となるように抄紙した。5(−で3分
間プレス後105℃で1分間乾燥し九後20℃、65嘩
尺H6で48時間調湿した後ステキヒトサイズ度(JI
S P 8122 )を測定し喪。結果を第2表に示し
た。
館2表 本発明品である実施例11の楊合扛高いサイズ度を発現
している一方、比較例2ではその効果杜極めて低い。こ
れ轄実施例の水性分散液がカチオン性を有しており、パ
ルプに対する定着性が萬いのに対し、比較例2では実質
的に定着していないことによるものと考えられる。
実施何重2 実施例2で使用したものと同一のカチオン変性PVA4
G部を水1,000部と混合し941−95℃で約1時
間加熱溶解した。次いで75’CK冷却し、ステアリル
ケテンダイマー400部を加えホモきキサ−を用いて1
0分間混合攪拌しホモジナイズした。これに水を加え、
ステアリルケテンダイマー含有率が30−になるように
希釈した。見られた分散液の粒子のゼータ−電位は+2
9.5mV のカチオン性を示した0ま九装置安定性に
優れ、1遍間放置しても層分離しなかつえ。
比較例3 実施例12においてカチオン基変性PVAに代えて、カ
チオン性ポリマーであるカチオン化澱粉(3−クロa−
2−とドロキシプロビルトリメチルアンモニクムクロリ
ドを水酸化ナトリクム存在下に澱粉と反応させてえ九窒
素含量0.25’36のカチオン化澱粉)を使用する以
外は、実施例12と同様にしてステアリルケテンダイマ
ーの水性分散液を得た。この分散液の構成粒子のゼータ
−電位は+ 25.5 mV でカチオン性を示し九が
放置安定性が十分でなく放置2日目で層分離し九〇 この比較例と実施例12との対比より本発明のカチオン
変性PVAは分散剤として従来使用されているカチオン
化澱粉よりすぐれた分散安定性を有することがわかった
特許出願人 株式会社 り ラ し 代理人弁理士本多 瓢

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  分子内にカチオン基な含む変性ポリビニルア
    ルコールにより疎水性低分子物質を水性媒体中に分散せ
    しめてなる水性分散液0 (2)分子内にカチオン基を含む変性ポリビニルアルコ
    ールが下記一般式(1)で示される共重合単位を含む変
    性ポリビニルアルコールである特許請求の範囲第1項に
    記載の水性分散液011 OR” (ζζで、R’、R″、R1は水素原子また紘低級アR
    ’、R’a水素原子また社アルキル基(置換基を含んで
    もよい)、rはアニオン、ムdB中の窒素原子とア建ド
    基の窒素原子を連結する基を各々意味している。 (−)分子内にカチオン基を含む変性ポリビニルアルコ
    ールが下記一般式(1)まえは(厘)で示される共重合
    単位を含む変性ポリビニルアルコールである特許請求の
    範囲第1項に記載の水性分散液。 (こζで、 R’、R’、R’  14水素原子、低級
    アル中ル基また拡フェニル基、炉拡アルキル基(置換基
    な含んでもよい)%X−はアニオンをそれぞれ意味して
    いる◇) 神) 分子内にカチオン基を含む変性ポリビニルアルコ
    ールが下記一般式(W)で示される共重合単位を含む変
    性ポリビニルアルコールである特許晴求の範囲第1項に
    記載の水性分散液。 ♂16は水素原子またはアルキル基(置換基を含んでも
    よいLx−はアニオン、DはB中の窒素原子と酸素原子
    と連結する脂肪族の基、をそれぞれ意味している。) ts>  分子内にカチオン基を含む変性ポリビニルア
    ルコールが下記一般式(V)または(Vl)で示される
    共重合単位を含む変性ポリビニルアルコールである特許
    請求の範囲第1項に記載の水性分散液。 u (−CH,−C−)−(V) /\ L2RLa (ここで、R13,R12,H1s線水素原子を九嬬低
    級アルキル基、R14はアルキル基(置換基を含んで、
     もよい)、X−はアニオンをそれぞれ意味している。 ) (6)疎水性低分子物質がロジンあるい紘変性ロジンで
    ある特許請求の範囲第1項〜第5項の水性分散体。
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