(57)【要約】  （ａ）桐油誘導体構造を有する架橋性官能基および疎水性尾部と、（ｂ）親水性頭部としてのポリアルキレンオキシドまたはポリグリセリン部分と、を含む、乳化重合組成物を調製するのに有用な架橋性界面活性剤、架橋性界面活性剤を使用する乳化重合プロセス、乳化重合組成物、および乳化重合組成物を製造するための方法。【選択図】図１
2019528335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）桐油酸と、（ｂ）桐油誘導体を形成する少なくとも１つのアルキレンオキシドとの反応生成物を含む、架橋性界面活性剤。
【請求項２】
前記アルキレンオキシドが、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の架橋性界面活性剤。
【請求項３】
アルキレンオキシドが、スチレン−アクリル酸ブチルである、請求項１に記載の架橋性界面活性剤。
【請求項４】
前記桐油誘導体が、下記の化学構造式（ＩＩ）または構造式（ＩＩＩ）、
【化１】
2019528335.tif 000016
（式中、Ｒが水素、ＳＯ３−、もしくはＰＯ３−であり、Ｒ’が水素もしくはＣ１−Ｃ６アルキル基であり、ｎが０〜約１５の数値である）、または
【化２】
2019528335.tif 000017
（式中、Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、Ｃ１〜約Ｃ１０の炭素原子を有するアルキル、Ｃ５〜約Ｃ１０の炭素原子を有するアリール、ポリオール、ポリオールエステル、水素、ＳＯ３−、もしくはＰＯ３−であり、Ｒ１およびＲ２は同一でも異なっていてもよい）、を有する、請求項１に記載の架橋性界面活性剤。
【請求項５】
前記桐油誘導体が、桐油構造として架橋性官能基と疎水性鎖との組み合わせを有する、請求項１に記載の架橋性界面活性剤。
【請求項６】
前記桐油誘導体が、ポリアルキレンオキシドグリコール誘導体またはポリグリセリン誘導体を有する親水性鎖を持つ、請求項１に記載の架橋性界面活性剤。
【請求項７】
前記桐油誘導体が、イオン形態または非イオン形態である、請求項１に記載の架橋性界面活性剤。
【請求項８】
（ａ）請求項１に記載の桐油誘導体と、（ｂ）少なくとも１つのモノマーと、（ｃ）水と、のプレエマルションを含む、モノマーエマルション組成物。
【請求項９】
前記少なくとも１つのモノマーが、スチレン、アクリル酸ブチル、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項８に記載のモノマーエマルション組成物。
【請求項１０】
（ａ）請求項８に記載のプレエマルションと、（ｂ）少なくとも１つの開始剤と、を含む、乳化重合組成物。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの開始剤が、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化ベンゾイル、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１０に記載の乳化重合組成物。
【請求項１２】
請求項１０に記載の乳化重合組成物から作製された、重合反応生成物。
【請求項１３】
前記反応生成物が、フィルムまたはコーティングである、請求項１２に記載の重合反応生成物。
【請求項１４】
前記フィルムまたはコーティングが、約４５〜約４８の耐水白化性特性を示す、請求項１３に記載のフィルムまたはコーティング。
【請求項１５】
（ａ）桐油酸と、（ｂ）桐油誘導体を形成する少なくとも１つのアルキレンオキシドとを反応させることを含む、架橋性界面活性剤を調製するための方法。
【請求項１６】
（ａ）請求項１に記載の桐油誘導体と、（ｂ）少なくとも１つのモノマーと、（ｃ）水とを混合することを含む、モノマーエマルション組成物を調製するための方法。
【請求項１７】
（ａ）請求項８に記載のプレエマルションと、（ｂ）少なくとも１つの開始剤とを混合することを含む、乳化重合組成物を調製するための方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の乳化重合組成物を反応させることを含む、重合反応生成物を調製するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、架橋性界面活性剤、架橋性界面活性剤を含有する組成物または配合物、ならびに乳化重合および他の用途における架橋性界面活性剤の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクリル系、ビニル系、またはスチレン系モノマーなどのモノマーの乳化重合は、当技術分野において既知である。乳化重合を実施する際には、典型的には、重合レシピに界面活性剤を添加する。界面活性剤は、重合中にモノマーを乳化し、かつ沈殿を防止するために、得られるポリマー粒子の粒子径およびエマルションの安定性（例えば、貯蔵安定性および凍結／解凍安定性）の両方を制御するために使用される。既知のフィルム用途において、既知の界面活性剤の小分子は、時間とともに、フィルムがバインダーポリマーで形成された後にフィルムの表面に向かって移動することが既知である。一旦移動した界面活性剤がコーティング層の表面上に堆積すると、水がコーティングの表面に適用されるときに、界面活性剤分子はコーティング層の表面から洗い流されやすくなる。
【０００３】
従来の有機界面活性剤分子は、フィルムの表面特性を変化させ得るか、または相分離時にフィルム内に親水性ドメインを形成し得、上記の移動現象は、フィルムの性能に一連の問題を引き起こし得る。接着性、硬度、汚れの捕捉耐性（ＤＰＵＲ）、耐水性、および耐水白化性などのフィルム特性は、フィルム表面の界面活性剤分子の影響を受け得る。例えば、水に浸漬した後に水が乾燥エマルションフィルムと基材との間に侵入すると、粒子間の隙間に捕捉された界面活性剤および塩が水によってより大きなサイズに膨潤するため、水白化が起こる。次いで、界面活性剤および塩は十分に大きく、ポリマーとは異なる屈折率を示すので、界面活性剤および塩は光を散乱させて白化作用を提供する。さらに、水白化もまた耐水性を表し得る。したがって、フィルム層と基材との間の接着が、フィルムコーティング層と基材表面との間の水侵入を防ぐのに十分に強度があるとき、フィルムのより少ない白化作用（したがってより大きな耐水性）が示され得る。
【０００４】
乳化重合に使用される界面活性剤分子の移動を最小にするために、これまで、乳化重合レシピにおいて従来の界面活性剤が架橋性界面活性剤（「反応性界面活性剤」とも呼ばれる）に置き換えられてきた。しかしながら、乳化重合調製中に、既知の反応性界面活性剤または架橋性界面活性剤のいくつかは、ポリマー鎖に完全には重合しないことがあり得、したがって、従来の界面活性剤と同様に、時間の経過とともに、非重合界面活性剤がエマルション中に残存し、ポリマー中に残存するそのような非重合界面活性剤は、乳化重合組成物を使用して作製されたコーティング層の表面に移動し得る。
【０００５】
例えば、ＳＲ−１０は、Ａｄｅｋａ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている既知の反応性界面活性剤である。アリル基は、ＳＲ−１０中に反応性官能基として存在する。しかしながら、ＳＲ−１０の１つの不利な点は、ＳＲ−１０中のアリル基の反応性の欠如であり、したがって、ＳＲ−１０は、乳化重合プロセスにおいて部分的にしか反応することができないため（例えば、ＳＲ−１０中のアリル基はスチレン−アクリレート乳化重合プロセスにおいて６０％未満の反応性である）、ＳＲ−１０は、追跡プロセスにおいて乏しい結合能力を有する。ＳＲ−１０中のアリル基による未反応遊離界面活性剤を伴うさらなる架橋は起こらず、したがって、ＳＲ−１０を使用して直面する問題は、従来の界面活性剤を使用した場合の上述した問題と同じである。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、乳化重合組成物中で使用したときの既知の界面活性剤の移行問題に対する技術的解決策を開発することを対象とする。本発明によれば、特定の架橋性官能基（複数可）を界面活性剤分子中に導入して架橋性界面活性剤を形成する。次いで、架橋性界面活性剤は、モノマーエマルション組成物中で使用され得る。モノマーエマルション組成物は、フィルムまたはコーティングを調製するために乳化重合プロセスにかけられ得る。架橋性界面活性剤中に組み込まれた官能基（複数可）は、追跡プロセスの間だけでなく、適用条件でのフィルム形成プロセスの間にも、ポリマー主鎖と反応し得るか、あるいは架橋性界面活性剤中に組み込まれた官能基（複数可）は、それ自身と反応し得る。上記の２つの反応のいずれかの結果として、界面活性剤分子の移動効果は、架橋性界面活性剤を中に組み込んだポリマーの性能が改善されるようなレベルまで排除されるかまたは少なくとも最小にされ得る。
【０００７】
本発明の一実施形態は、架橋性界面活性剤を対象とする。架橋性界面活性剤は、（ａ）桐油酸と、（ｂ）少なくとも１つのアルキレンオキシドとの反応生成物を含む。上記の反応生成物は、架橋特徴を有する修飾桐油酸（または、本明細書では桐油誘導体とも呼ばれる）をもたらす。例えば、桐油酸は、親水性官能基（複数可）で修飾され得、次いで、修飾桐油酸分子は、新規の架橋性界面活性剤としてモノマーエマルション配合物に添加され得、それは、今度は乳化重合によるフィルムまたはコーティングの調製に有用である。
【０００８】
成分（ａ）の桐油酸の構造は、例えば、以下の有益な特徴を含むいくつかの利点を有する。
（１）桐油酸の構造中のＣ＝Ｃ結合は、ラジカル重合プロセス中に重合することができる。桐油酸構造のこのＣ＝Ｃ結合の重合の特徴は、桐油誘導体が反応性界面活性剤中に反応性官能基を有するという基本的要件を含むことを示し、
（２）桐油酸の構造中の共役Ｃ＝Ｃ結合は、空気下で酸化され得、高度に架橋された構造を形成する。桐油酸の構造のこの共役Ｃ＝Ｃ結合の酸化の特徴は、重合プロセス中に桐油誘導体分子が完全に架橋できない場合でも、分子が空気中に置かれると、分子がそれら自体とさらに反応して、系内の遊離界面活性剤の量をさらに低減し得ることを示す。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、（ａ）上述の修飾桐油酸架橋性界面活性剤と、（ｂ）スチレン、アクリル酸ブチル等の様々なモノマーから選択されるモノマーと、（ｃ）水と、を含むモノマーエマルション組成物または配合物（または、プレエマルションもしくは前駆体エマルション溶液とも呼ばれる）を対象とする。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態は、（ａ）上述のモノマーエマルション配合物と、（ｂ）活性化剤と、を含む乳化重合組成物または配合物（または、重合性エマルション溶液とも呼ばれる）を対象とする。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態は、上述の乳化重合配合物から作製されたフィルムまたはコーティングなどの重合反応生成物を対象とする。
【００１２】
本発明の他の実施形態は、上述の架橋性界面活性剤を調製するための方法、上述のモノマーエマルション配合物を調製するための方法、上述の乳化重合配合物を調製するための方法、および重合反応生成物を調製するための方法、および重合反応生成物を使用して、例えば、フィルムまたはコーティングを生成するための方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明を例示するために、図面は、現在好ましい本発明の形態を示す。したがって、以下の図面は、本発明の非限定的な実施形態を例示する。
【００１４】
【図１】架橋性界面活性剤を使用したとき（プロセスＡ）の界面活性剤の移動の発生と既知の界面活性剤を使用したとき（プロセスＢ）の界面活性剤の移動の発生を示す概略フロー図である。
【図２】ＴＯＡ−１０の化学構造を示す桐油酸−１０（ＴＯＡ−１０）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル図である。
【図３】ＴＯＡ−１０の成分を示す液体クロマトグラフィー−質量分光計分析のスペクトル図である。
【図４】ＴＯＡ−７の化学構造を示す桐油酸−７（ＴＯＡ−７）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル図である。
【図５】ＴＯＡ−７の化学構造を示すＴＯＡ−７の１３Ｃ  ＮＭＲスペクトル図である。
【図６】ＳＴＯＡ−１０の化学構造を示す桐油酸−１０の硫酸塩（ＳＴＯＡ−１０）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル図である。
【図７】ＳＴＯＡ−７の化学構造を示す桐油酸−７の硫酸塩（ＳＴＯＡ−７）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
桐油、および桐油酸などの桐油の誘導体は、自己架橋能力を示すことができる天然生成物である。例えば、通常、酸素の存在下での桐油の自己架橋作用は、大気中および室温で暴露されたとき、約３〜約７日かかる。桐油を含有する配合物の硬化プロセスは、触媒で加速または減速され得、したがって、桐油の硬化は、いくつかの用途において制御され得る。例えば、桐油の自己架橋能力のために、桐油は、木材仕上げ、水性紙傘製造、プリント回路板製造などの用途、および他の最終使用用途における使用が見出される。
【００１６】
本発明は、架橋性界面活性剤が修飾桐油酸（本明細書では桐油誘導体とも呼ばれる）を含む架橋性界面活性剤を対象とする。修飾桐油酸は、（ａ）桐油酸と、（ｂ）少なくとも１つのアルキレンオキシドとの反応生成物を含み、本発明の架橋性界面活性剤を形成する。本発明の目的は、界面活性剤を乳化重合プロセスで使用して、例えば、フィルムを生成するとき、界面活性剤が該乳化重合配合物から形成されたフィルムの表面に向かって移動しないように、または少なくともフィルムの表面への界面活性剤の移動を最小にするように、架橋性界面活性剤を製造することである。そのような架橋性界面活性剤は、乳化重合産業に有益であろう。
【００１７】
桐油酸の化学構造は、構造式（Ｉ）として示される以下の化学式で示される。
【００１８】
【化１】
2019528335.tif 000003
【００１９】
構造式（Ｉ）において、共役シス炭素−炭素二重結合は９位に位置され、トランス炭素−炭素二重結合は１１位および１３位に位置される。
【００２０】
本発明に従って上記の桐油酸を修飾すると、乳化重合に有用な有効である架橋性界面活性剤が生成され得る。一実施形態では、例えば、本発明の架橋性界面活性剤は、構造式（ＩＩ）として示される以下の一般化学式を有する界面活性剤を含み得、
【００２１】
【化２】
2019528335.tif 000004
【００２２】
式中、Ｒは水素、ＳＯ３−、またはＰＯ３−であり得、Ｒ’は水素またはＣ１〜約Ｃ６の炭素原子を有するアルキル基であり得、ｎは０〜約５０の整数であり得る。
【００２３】
別の実施形態では、本発明の架橋性界面活性剤は、例えば、構造式（ＩＩＩ）として示される以下の一般化学式を含み得、
【００２４】
【化３】
2019528335.tif 000005
【００２５】
式中、Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、かつ別々に、Ｃ１〜約Ｃ１０の炭素原子を有するアルキル、Ｃ５〜約Ｃ１０の炭素原子を有するアリール、ポリオール、ポリオールエステル、水素、ＳＯ３−、またはＰＯ３−であり得、Ｒ１およびＲ２は同一でも異なっていてもよい。
【００２６】
前述のように、桐油誘導体は、（ａ）桐油酸と、（ｂ）少なくとも１つのアルキレンオキシドとの反応生成物を含み、本発明の架橋性界面活性剤を形成する。本発明の架橋性界面活性剤を作製するのに有用なアルキレン化合物の一般的な例には、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、およびそれらの混合物からなる群から選択される１つ以上のアルキレンオキシド化合物が含まれる。好ましい一実施形態では、本発明の架橋性界面活性剤は、エチレンオキシドを含む。
【００２７】
一実施形態では、本発明の架橋性界面活性剤生成物には、例えば、非イオン性界面活性剤である桐油酸−７（ＴＯＡ−７）、非イオン性界面活性剤である桐油酸−１０（ＴＯＡ−１０）、エトキシル化桐油酸−７の硫酸塩（ＳＴＯＡ−７）、エトキシル化桐油酸−１０の硫酸塩（ＳＴＯＡ−１０）、およびそれらの混合物などのエトキシル化桐油酸が含まれ得る。
【００２８】
架橋性界面活性剤生成物の平均分子量は、アルキレンオキシド単位の数に依存し得る。典型的には、架橋性界面活性剤の平均分子量は、一般的な一実施形態では、約５００〜約３，０００であり得る。
【００２９】
本発明の一実施形態は、修飾桐油が架橋性界面活性剤として有用であるように、桐油の構造を一連の親水性鎖で修飾することを含む。架橋性界面活性剤としての本発明の両親媒性桐油誘導体は、容易に生成され得、低い表面張力、低い臨界ミセル濃度（ＣＭＣ）、良好なＣａ２＋安定性、およびエマルション粒子径制御能力を有する。飽和Ｃ１８脂肪酸から調製された対照界面活性剤と比較したとき、桐油誘導体界面活性剤はスチレン−アクリレート乳化重合系における耐水白化性を著しく改善し得ることが見出され、これは、界面活性剤の架橋能力を示し、これらの官能基が、重合中だけでなくフィルム形成プロセス中にも反応し得るという本明細書の仮説を支持する。本明細書の実施例に記載されるように、本発明の新規の修飾桐油は５０℃で１．５ヶ月を超えて（＞）安定したままであることができ、これは、本発明の新規の修飾桐油およびその誘導体が良好な保存安定性を提供し得ることを示す。
【００３０】
一般に、一実施形態では、本発明の架橋性界面活性剤を調製する方法は、例えば、
（ａ）桐油酸をアルコキシル化するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）からのアルコキシル化化合物を硫酸化して反応生成物を形成するステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）からの反応生成物を水などの媒体で中和および希釈するステップ、とを含む。
【００３１】
例えば、桐油酸は、アルカリ触媒の存在下で桐油酸をアルキレンオキシド化合物と反応させることによってアルコキシル化され得る。本発明において有用な様々なアルキレンオキシド化合物は、例えば、ＥＯ、ＰＯ、およびＢＯ、ならびにそれらの混合物を含み得る。本発明において有用なアルカリ触媒には、例えば、ＫＯＨが含まれ得る。このアルコキシル化ステップ（ａ）は、例えば、「ＴＯＡ−７」および「ＴＯＡ−１０」と呼ばれる架橋性界面活性剤を生成するために使用される。
【００３２】
例えば、ＴＯＡアルコキシレートは、ＴＯＡアルコキシレートをスルファミン酸化合物で、任意に尿素などの活性剤の存在下で処理することによって、スルファミン酸（ＮＨ２ＳＯ３Ｈ）プロセスを通して硫酸化され得る。この硫酸化ステップは、例えば、ＳＴＯＡ−７およびＳＴＯＡ−１０を生成するために使用される。本発明において有用な硫酸塩化合物を調製するための別の方法には、例えば、ＳＯ３プロセス、それに続く塩基中和ステップが含まれ得る。このＳＯ３プロセスにおいて有用な様々な塩基には、例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、アンモニア、およびそれらの混合物が含まれ得る。
【００３３】
ステップ（ｂ）の反応生成物は、水、溶媒、またはそれらの混合物などの媒体で希釈され、本発明の架橋性界面活性剤生成物を提供し得る。次いで、架橋性界面活性剤生成物を続いて使用して、モノマーエマルション配合物を形成することができる。希釈媒体が水成分であるとき、本発明において有用な水は、例えば、脱イオン水、水道水、蒸留水、およびそれらの混合物を含み得る。本発明において有用な様々な溶媒化合物には、例えば、エタノール、イソプロパノール、およびそれらの混合物などのアルコールが含まれ得る。
【００３４】
界面活性剤が示す他の有益な特性に加えて、より有益な特性の１つは、界面活性剤の安定性であり、これはＣａ２＋安定性によって表され得る。１つの一般的な実施形態では、界面活性剤の安定性は、例えば、約３０％〜約５０％、そして別の実施形態では約３５％〜約４５％であり得る。
【００３５】
乳化重合のプロセスは、通常、モノマーエマルション配合物から始まるフリーラジカル重合である。したがって、本発明の一つの広範な実施形態は、（ａ）上述の架橋性界面活性剤と、（ｂ）少なくとも１つのモノマーと、（ｃ）水と、を含むモノマーエマルション配合物を含む。
【００３６】
一般に、モノマーエマルションを重合にかける前のモノマーエマルション配合物は、（ａ）上述の架橋性界面活性剤と、（ｂ）少なくとも１つのモノマーと、（ｃ）水との混合物を含む。モノマーエマルション配合物は、最初に架橋性界面活性剤を水に溶解することによって調製され得る。エマルション中に形成されたミセルの内部は、重合に必要な部位を提供する。
【００３７】
本発明のモノマーエマルション配合物を調製する際に、第１に必要な成分（ａ）は、上述の架橋性界面活性剤であり、一実施形態では、架橋性界面活性剤は、上記構造式（ＩＩ）および（ＩＩＩ）に例示される界面活性剤であり得る。一実施形態では、架橋性界面活性剤の例には、硫酸化桐油酸エトキシレートが含まれる。
【００３８】
一般に、モノマーエマルション配合物中の架橋性界面活性剤の量は、モノマーエマルション配合物中の成分に基づいて、一実施形態では約０．０１重量％〜約２０．０重量％、別の実施形態では約０．１重量％〜約１０．０重量％、およびさらに別の実施形態では、約０．２重量％〜約５．０重量％の範囲であり得る。
【００３９】
本発明のモノマーエマルション配合物を調製する際に必要な成分（ｂ）は、少なくとも１つのモノマー化合物を含む。一般に、成分（ｂ）のモノマー化合物は、スチレンモノマー、例えば、スチレン；アクリレートモノマー、例えば、アクリル酸、アクリル酸ブチル、およびアクリルアミド；ならびにそれらの混合物の１つ以上を含み得る。一実施形態では、架橋性界面活性剤は、スチレンアクリル酸ブチル（Ｓｔ−ＢＡ）配合物などの配合物に添加され得る。
【００４０】
本発明のモノマーエマルション配合物は、媒体である成分（ｃ）、例えば、水、溶媒、またはそれらの混合物を含む。本発明のモノマーエマルション配合物を調製するのに有用な媒体が水成分であるとき、本発明に有用な水には、例えば、脱イオン水、水道水、蒸留水、およびそれらの混合物が含まれ得る。本発明において有用な様々な溶媒化合物には、例えば、エタノール、イソプロパノール、およびそれらの混合物などのアルコールが含まれ得る。
【００４１】
架橋性界面活性剤およびモノマー化合物に加えて、本発明のモノマーエマルション配合物は、他の任意の添加剤を含む。他の任意の添加剤には、例えば、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、湿潤剤、分散剤、およびそれらの混合物が含まれ得る。モノマーエマルション配合物の架橋性界面活性剤および／またはモノマー化合物はまた、例えば、非イオン性界面活性剤、分散剤、およびそれらの混合物を含む、最終モノマーエマルション配合物を構成する前に他の成分と混合され得る。
【００４２】
広範な実施形態では、本発明のモノマーエマルション配合物を調製する方法は、（ａ）上述の架橋性界面活性剤と、（ｂ）少なくとも１つのモノマーと、（ｃ）水とを、モノマーエマルション配合物を形成するためのプロセス条件下で混合することを含む。
【００４３】
本発明のモノマーエマルション配合物を調製するために使用される機器のプロセスおよび型は、当該技術分野で既知の混合機器または容器において上記の成分をブレンドまたは混合することを含む。例えば、本発明のモノマーエマルション配合物の調製は、既知の混合機器中でブレンドすることによって達成される。本発明のモノマーエマルション配合物の調製、および／またはそのステップのいずれかは、一実施形態ではバッチプロセスであり得る。
【００４４】
好ましい一実施形態では、本発明のモノマーエマルション配合物を調製する方法は、例えば、（ａ）反応性界面活性剤の水溶液を調製することと、（ｂ）１つ以上のモノマーを水溶液中に添加することと、（ｃ）目視検査によって決定されるように、混合物の粘度が増加するように見えるまで、ステップ（ｂ）から得られた混合物を攪拌することと、を含む。
【００４５】
本発明の別の広範な実施形態は、乳化重合配合物または組成物（または、本明細書では重合性エマルション溶液もしくはポリマーエマルションとも呼ばれる）を含む。一般に、乳化重合組成物が重合にかけられる前の乳化重合組成物は、（ａ）上述のモノマーエマルション配合物と、（ｂ）活性化剤または開始剤と呼ばれる、重合反応を活性化するように機能する少なくとも１つの化合物との混合物を含む。
【００４６】
本発明のポリマーエマルション組成物を調製する際に、最初に必要な成分（ａ）は、上述のモノマーエマルション配合物である。一般に、ポリマーエマルション組成物中のモノマーエマルション配合物である成分（ａ）の量は、ポリマーエマルション組成物中の成分に基づいて、一実施形態では約３０重量％〜約７０重量％、別の実施形態では約４０重量％〜約６０重量％、さらに別の実施形態では約４５重量％〜約５０重量％の範囲であり得る。
【００４７】
本発明のポリマーエマルション組成物を調製する際に、必要な成分（ｂ）は、少なくとも１つの開始剤化合物を含む。一般に、成分（ｂ）の開始剤化合物には、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化ベンゾイルの１つ以上、およびそれらの混合物が含まれ得る。
【００４８】
本発明の乳化重合組成物中に含まれる開始剤化合物である成分（ｂ）の濃度は、一般に、ポリマーエマルション組成物中の成分に基づいて、一実施形態では約０．０１重量％〜約５．０重量％、別の実施形態では約０．０５重量％〜約２．０重量％、さらに別の実施形態では約０．１重量％〜約１．０重量％の範囲であり得る。
【００４９】
ポリマーエマルション組成物は、他の任意の添加剤を含み得る。例えば、ポリマーエマルション組成物に有用な任意の添加剤には、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、湿潤剤、分散剤、およびそれらの混合物が含まれ得る。
【００５０】
広範な実施形態では、ポリマーエマルションは、（ａ）上述のモノマーエマルション配合物、および（ｂ）上述の少なくとも１つの開始剤を混合し、次いで、上記混合物を、加熱することなどによるポリマーエマルションを形成するためのプロセス条件にかけることによって調製され得る。上記混合物を混合および加熱して、ポリマーエマルションを形成することは、一般に、容器中で連続的かつ同時に行われる。ポリマーエマルションを調製するために使用されるプロセスおよび機器の種類には、当該分野で既知の混合および加熱機器および容器が含まれる。例えば、本発明のポリマーエマルション組成物の調製は、モノマーエマルション配合物と少なくとも１つの開始剤とを既知の混合機器中でブレンドおよび加熱し、その混合物を同じ容器中で加熱することによって達成される。
【００５１】
一実施形態では、本発明のポリマーエマルションを調製するための方法は、（ａ）界面活性剤組成物の第１の部分（成分ａ）を重炭酸ナトリウム、水、および上述のモノマーをフラスコ内で予備乳化しながら、混合物を室温（約２５℃）で約３０分間（分）撹拌することによってモノマーエマルションを調製することと、（ｂ）界面活性剤組成物の第２の部分（成分ａ）および水を反応容器に添加することと、（ｃ）反応器内容物を約８０℃〜約９０℃の範囲の温度に加熱することと、（ｄ）過硫酸アンモニウムの第１の部分を反応器に添加することと、（ｅ）約３時間（時間）の間にわたってプレエマルションを過硫酸アンモニウムの第２の部分とともに滴下しながら添加することと、（ｆ）ステップ（ｅ）で添加した後、乳化重合を実施してポリマーエマルションを形成するように反応混合物を同じ温度で１時間維持することと、（ｇ）ポリマーエマルションを約６５℃に冷却することと、（ｈ）ポリマーエマルションを６５℃に冷却すると、追加量のｒｅ−ｄｏｘ開始剤をポリマーエマルションに添加して、任意の残留モノマーをさらに消費させ、ポリマーエマルションを６５℃で３０分間反応させることと、（ｉ）ポリマーエマルションを約４０℃に冷却することと、（ｊ）ポリマーエマルションを４０℃に冷却し、ポリマーエマルションのｐＨをアンモニア水で調整することと、（ｋ）ポリマーエマルションを濾過して、ポリマーエマルション組成物を反応プロセスにかけてフィルムまたはコーティング生成物を形成する前に調製される、ポリマーエマルション生成物、すなわち、重合することができるポリマーエマルション組成物を得ることと、を含む。
【００５２】
本発明の上記方法によって調製されるポリマーエマルション組成物は、いくつかの予想外かつ独特の特性を示し、ポリマーエマルションのいくつかの特性は、ポリマーエマルションに有益な特性を付与する上述の架橋性界面活性剤の使用によるものである。例えば、ポリマーエマルション組成物の重要な特性には、改善された重合安定性、機械的安定性、および耐水性が含まれ得る。
【００５３】
一般に、ポリマーエマルション組成物は、重合残留物を含有し得、これは凝集ポリマーであると理解される。本発明の架橋性界面活性剤を用いて調製されたポリマーエマルションの重合残留物は、一実施形態では２，０００ｐｐｍ未満、別の実施形態では１，２００ｐｐｍ未満、さらに別の実施形態では６００ｐｐｍ未満であり得る。ポリマーエマルション安定性は、本明細書の実施例のエマルション試験方法に記載の手順によって測定され得る。
【００５４】
ポリマーエマルション組成物が示す別の特性は、配合物の安定性である。配合物の安定性は、Ｃａ２＋安定性によって表され得る。Ｃａ２＋安定性は、ポリマーエマルションに塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）水溶液を添加し、次いで、得られた混合物の外観を調べることによって測定される。ポリマーエマルション中のＣａＣｌ２％（１０重量％水溶液）は、一実施形態では５重量％を超え、別の実施形態では１０重量％を超え、さらに別の実施形態では１４重量％を超えてもよい。Ｃａ２＋安定性は、本明細書の実施例のエマルション試験方法に記載の手順を使用して決定され得る。
【００５５】
広範な実施形態では、ポリマー生成物または物品を調製するための方法は、最初にポリマーエマルションを調製し、次いで、基材をポリマーエマルションでコーティングすること、すなわち、基材をポリマーエマルション組成物にさらすことを含む。例えば、一実施形態では、反応プロセスは、（ａ）ポリマーエマルション組成物を基材に塗布することと、（ｂ）例えば、室温での蒸発によってポリマーエマルションがフィルムまたはコーティングなどのポリマー生成物を形成することを可能にすることを含み得る。塗布ステップ（ａ）は、ロール、はけ塗り、噴霧などの任意の既知の手段によって実施され得る。一実施形態では、ステップ（ｂ）は、約０℃〜約１００℃の温度で実施され得る。
【００５６】
ポリマーエマルション組成物によって示される改善された安定性、改善された耐水性、および移動の減少などの有益な特性のために、本発明のポリマーエマルション組成物は、例えば、建築用コーティングおよび接着剤を含む様々な用途に有利に使用される。
【００５７】
本発明の一実施形態では、架橋性界面活性剤を含有するポリマーエマルション組成物は、コーティング用途に使用され得る。例えば、図１には、図１に示すようなコーティングフィルム層を乾燥した後の、界面活性剤の移動を示すための略図である、“経路Ａ”と示される方法および“経路Ｂ”と示される方法である２つの方法の一般的な概略図が示されている。
【００５８】
本発明の方法（経路Ａ）においては、図１において数字１０で一般的に示されるポリマーエマルションは、液体媒体１３中のバインダー１２上に界面活性剤１１を含む。図１において、ポリマーエマルション１０は、基材１４に湿潤塗布されて示されている。ポリマーエマルションから液体媒体を乾燥させた後、数字２０で一般的に示されるコーティングフィルムが形成され、これは界面活性剤１１およびバインダー１２、または別の実施形態では界面活性剤１１自体を含む。コーティングフィルム２０を重合すると、架橋性界面活性剤がバインダーと反応し、界面活性剤１１がバインダーポリマー主鎖に結合し、コーティング層３０に埋め込まれた界面活性剤１１を有する、数字３０で一般的に示される均一なコーティング層が形成される。界面活性剤はポリマー主鎖と反応するため、界面活性剤のコーティングフィルム層の表面への移動は著しく低減する。架橋性界面活性剤は、追跡プロセスおよび／またはフィルム形成プロセスなどの様々なプロセスにおいてポリマー主鎖と反応する。本発明の架橋性界面活性剤を使用すると、移動が減少するか、または移動がなくなる。
【００５９】
再び図１を参照すると、経路Ｂ（比較例）として示される手法が示されている。経路Ｂにおいて、数字４０で一般的に示されるポリマーエマルションは、液体媒体１３中のバインダー１２上に非架橋性界面活性剤４１を含む。液体媒体を蒸発させるかまたは乾燥させた後、数字５０で一般的に示されるコーティングが形成される。コーティング５０を重合すると、非架橋性界面活性剤４１は、バインダー１２と反応せず、したがって、非架橋性界面活性剤４１は、基材１４と数字６０で一般的に示されるコーティングとの間の界面、および／またはコーティング６０の表面に自由に移動し得る。界面の界面活性剤は、コーティングの基材への接着力の低下を引き起こす可能性がある。非架橋性界面活性剤の使用によって有害な影響を受け得る他の特性は、他の特性の中でも、次の特性の硬度、ＤＰＵＲ、耐水性、および耐水白化性特性のうちの１つ以上の低減を含み得る。
【００６０】
一方、本発明のエマルションポリマー組成物によって作製された本発明のフィルムは、いくつかの性能特性を示す。例えば、本発明の架橋性界面活性剤の使用によって、架橋性界面活性剤がエマルションポリマー組成物中で使用されるとき、界面活性剤の分子のフィルム表面への移動が少なくなるか、全くなくなる可能性がある。さらに、界面活性剤は本組成物の界面に移動しないため、フィルムの硬度、ＤＰＵＲ、耐水性、および耐水白化性特性の増加に加えて、フィルムの基材への接着性が増加する。
【００６１】
耐水性は、本発明のエマルションポリマー組成物から作製されたエマルションフィルムの有益な特性である。フィルムの耐水特性は、水白化の測定によって決定され、色測定システムは、当該技術分野において既知のＬａｂ色モデルによって表される。「Ｌ」は、０〜１００の範囲の光度を意味し、光度のスケール「Ｌ」において、「０」の値は黒を意味し、「１００」の値は白を意味する。本発明のフィルムの「Ｌ」値は、一実施形態では約２５〜約１００、別の実施形態では約２５〜約８０、さらに別の実施形態では約２５〜約６０の範囲であり得る。フィルムの耐水特性は、本明細書の実施例のエマルション試験方法に記載の手順を使用して決定され得る。
【００６２】
架橋性界面活性剤が使用されるとき、上述のコーティングまたはフィルムの耐水白化性は、一般的に低い。目視検査によって、架橋性界面活性剤が使用されるとき、対照界面活性剤が使用されるときのフィルムと比較して、フィルムの白化が少ないことが観察され得る。
【００６３】
本発明の架橋性界面活性剤を使用したコーティングまたはフィルムの安定性は、別の有益な特性である。フィルムの安定性の程度は、貯蔵条件下で未反応のままの桐油酸誘導体中の二重結合の数によって示され得る。桐油酸中の二重結合は空気の存在下で重合を受けやすいため、桐油酸誘導体の二重結合が反応することが重要である。
【００６４】
本発明の架橋性界面活性剤の移動性能特性は、一実施形態では約５０未満、別の実施形態では約４０〜５０、さらに別の実施形態では約４５〜４８であり得る。架橋性界面活性剤の移動性能特性は、実施例で使用されるエマルション試験方法に記載の手順によって測定され得る。
【実施例】
【００６５】
以下の実施例および比較例は、本発明をより詳細にさらに例示するが、その範囲を限定するものとは解釈されないものとする。
【００６６】
以下の実施例および比較例では、様々な用語および呼称が使用され、以下のとおりに説明される。
「ＴＯＡ」は、桐油酸を表す。
「ＮＭＲ」は、核磁気共鳴を表す。
「ＬＣ−ＭＳ」は、液体クロマトグラフィー−質量分光計を表す。
「ＳＴＯＡ」は、ＴＯＡの硫酸塩を表す。
「ＳＳＡ」は、ステアリン酸の硫酸塩を表す。
「ＣＭＣ」は、臨界ミセル濃度を表す。
【００６７】
実施例１−ＴＯＡ−１０の合成のための一般的な手順
この実施例で生成した生成物を本明細書では「ＴＯＡ−１０」と呼び、ＴＯＡ−１０を以下のように調製した。
桐油酸（２８２．３ｇ、１．０１ｍｏｌ）をエトキシル化反応器中で水酸化カリウム（ＫＯＨ）（５０重量％水溶液、１．８２ｇ）と混合した。次いで、反応器中の混合物を真空下で６０℃に加熱して混合物から水を除去した。反応器内容物から水を除去した後、反応器中で得られた混合物を１２０℃で連続的に加熱した。その後、圧力制御に基づいてエチレンオキシド（４５０ｇ、１０．２ｍｏｌ）を段階的に反応器に添加した。反応器内の圧力が反応器の初期圧力と同じ（例えば、通常０．０２ＭＰａ未満）に保たれると、添加されたＥＯは完全に消費されたとみなされ、反応器の加熱が停止された。以下は、上述の反応の化学スキームを表す。
【００６８】
【化４】
2019528335.tif 000006
【００６９】
ＴＯＡ−１０の特徴付け
上述の手順に従って生成した生成物ＴＯＡ−１０を、以下のように当該技術分野において既知の測定技術および機器を使用して特徴付けた。
【００７０】
（ａ）ＴＯＡ−１０混合物の１Ｈ  ＮＭＲ分析
クロロホルム−ｄ（ＣＤＣｌ３）溶媒中でＮＭＲ分析を行った。分析のためのＮＭＲグラフを図２に示す。図２において、ＮＭＲグラフは、例えば、ＣＤＣｌ３溶媒残留シグナルを示すピーク２１１、（ＣＨ２Ｏ）ｎ領域信号を示すピーク２１２、テトラメチルシラン（ＴＭＳ、内部標準）の残留ピークを示すピーク２１３、桐油部分信号中の（ＣＨ２）を示すピーク２１４および２１５、（ＣＨ＝Ｃ−ＣＨ＝Ｃ−ＣＨ＝Ｃ）領域信号を示すピーク２１６、ならびにＣＨ３信号を示すピーク２１７を含む、数字２００で一般的に示される一連のピークを示す。
【００７１】
（ｂ）最終生成物のＬＣ−ＭＳ分析
桐油酸は、表Ｉに記載の成分を有することが知られている混合物である。
【００７２】
【表Ｉ】
2019528335.tif 000007
【００７３】
したがって、最終生成物のＬＣ−ＭＳスペクトルにおいて、ターゲット、ターゲット＋２Ｈ、ターゲット＋４Ｈ、およびターゲット＋６Ｈ誘導体が観察され得る。表ＩＩに記載された特徴付けは、混合物構造が所望の生成物ＴＯＡ−１０の構造であることを確認する。図３は、最終ＴＯＡ−１０生成物のＬＣ−ＭＳスペクトルを示す。図３において、ＬＣ−ＭＳスペクトルは、例えば、ピーク３１１〜３１５を含む、数字３００で一般的に示される一連のピークを示し、そのようなピークの対応する構造は、以下のように表ＩＩに記載されている。
【００７４】
【表ＩＩ】
2019528335.tif 000008
【００７５】
実施例２−ＴＯＡ−７の合成のための一般的な手順
この実施例で生成した生成物を本明細書では「ＴＯＡ−７」と呼び、ＴＯＡ−７を以下のように調製した。
桐油酸（３０６．３ｇ、１．１０ｍｏｌ）をエトキシル化反応器中でＫＯＨ（５０重量％水溶液、１．９８ｇ）と混合した。次いで、反応器中の混合物を真空下で６０℃に加熱して水を除去した。水を除去した後、反応器中の混合物を１２０℃の温度に連続的に加熱した。その後、圧力制御に基づいてエチレンオキシド（３４０ｇ、７．７ｍｏｌ）を段階的に反応器に添加した。反応器内の圧力がその初期圧力（通常、０．０２ＭＰａ未満）と同じに保たれると、ＥＯは反応中に完全に消費されたとみなされ、加熱が停止された。ＴＯＡ−７分子は、異なるＥＯ繰り返し単位を有する混合物である。平均ＥＯ繰り返し単位は７であった。以下は、上述の反応の化学スキームを表す。
【００７６】
【化５】
2019528335.tif 000009
【００７７】
ＴＯＡ−７の特徴付け
上述の手順に従って生成された生成物ＴＯＡ−７を、以下のように従来の測定技術および機器を使用して特徴付けた。
【００７８】
（ａ）ＴＯＡ−７混合物の１Ｈ  ＮＭＲ分析：
１Ｈ  ＮＭＲ分析をジクロロメタン−ｄ２（ＣＤ２Ｃｌ２）溶媒中で行い、結果を図４のＮＭＲグラフに示す。図４において、ＮＭＲグラフは、例えば、（ＣＨ２Ｏ）ｎ基を示すピーク４１１ピーク、桐油脂肪族部分中にＣＨ２基を示すピーク４１２、ＣＨ２ＯＨ基を示すピーク４１３、およびＣＨ３基を示すピーク４１４を含む、数字４００で一般的に示される一連のピークを示す。
【００７９】
（ｂ）１３Ｃ  ＮＭＲ分析（Ｃ１３ｉｇ）：
１３Ｃ  ＮＭＲ分析をＣＤ２Ｃｌ２中で行い、図５のＮＭＲグラフに示す。図５において、ＮＭＲグラフは、例えば、Ｃ＝Ｏ基を示すピーク５１１、ＣＨ＝Ｃ−ＣＨ＝Ｃ−ＣＨ＝Ｃ領域を示すピーク５１２、（ＣＨ２Ｏ）ｎを示すピーク５１３、および桐油部分の脂肪族炭素を示すピーク５１４を含む、数字５００で一般的に示される一連のピークを示す。
【００８０】
実施例３−ＳＴＯＡ−１０の合成のための一般的な手順
この実施例で生成した生成物を本明細書では「ＳＴＯＡ−１０」と呼び、ＳＴＯＡ−１０を以下のように調製した。
窒素（Ｎ２）で保護した三口フラスコに、ＮＨ２ＳＯ３Ｈ（４．８５ｇ、５０ｍｍｏｌ）および抑制剤２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール（ＢＨＴ）（４０ｍｇ、抑制剤）を添加した。その後、ＴＯＡ−１０（３６ｇ、５０ｍｍｏｌ）を入れた。得られた混合物を８５℃で３日間機械的に攪拌しながら反応させた。反応が完了すると、高粘度混合物が形成された。水（１３３ｍＬ）を添加して反応をクエンチした。ＳＴＯＡ−１０水性液を３０％固形分含有量で得た。以下は、上述の反応の化学スキームを表す。
【００８１】
【化６】
2019528335.tif 000010
【００８２】
ＳＴＯＡ−１０の特徴付け
上記で調製したＳＴＯＡ−１０を重水）としても既知の重水素オキシド（Ｄ２Ｏ）に溶解し、１Ｈ  ＮＭＲ分析によって特徴付け、これを図６のＮＭＲグラフに示す。図６において、ＮＭＲグラフは、例えば、Ｄ２Ｏ溶媒残留を示すピーク６１１、（ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＯＳＯ３ＮＨ４を示すピーク６１２、桐油部分にＣＨ２基を示すピーク６１３、ＣＨ＝Ｃ−ＣＨ＝Ｃ−ＣＨ＝Ｃ領域を示すピーク６１４、およびＣＨ３基を示すピーク６１５を含む、数字６００で一般的に示される一連のピークを示す。
【００８３】
実施例４−ＳＴＯＡ−７の合成のための一般的な手順
この実施例で生成した生成物を本明細書では「ＳＴＯＡ−７」と呼び、ＳＴＯＡ−７を以下のように調製した。
Ｎ２で保護した三口フラスコに、ＮＨ２ＳＯ３Ｈ（６．８ｇ、７０ｍｍｏｌ）、尿素（４．２ｇ、７０ｍｍｏｌ）、およびＢＨＴ（５０ｍｇ、抑制剤）を添加した。その後、ＴＯＡ−７（４１．０２ｇ、７０ｍｍｏｌ）を入れた。得られた混合物を８５℃で一晩機械的に攪拌しながら反応させた。反応が完了すると、高粘度混合物が形成された。水（１５９ｍＬ）を添加して反応をクエンチした。ＳＴＯＡ−７水性液を３０％固形分含有量で得た。以下は、上記反応の化学反応スキームである。
【００８４】
【化７】
2019528335.tif 000011
【００８５】
ＳＴＯＡ−７の特徴付け
ＳＴＯＡ−７をＤ２Ｏに溶解し、１Ｈ  ＮＭＲ分析によって特徴付けた。１Ｈ  ＮＭＲ分析のＮＭＲグラフを図７に示す。図７において、ＮＭＲグラフは、例えば、Ｄ２Ｏ溶媒残留を示すピーク７１１、（ＣＨ２Ｏ）ｎを示すピーク７１２、ＣＨ２ＯＳＯ３ＮＨ４ピークを示すピーク７１３、ＣＨ＝Ｃ−ＣＨ＝Ｃ−ＣＨ＝Ｃ領域を示すピーク７１４、およびＣＨ３基を示すピーク７１５を含む、数字７００で一般的に示される一連のピークを示す。
【００８６】
比較例Ａ−ＳＳＡ−１０（対照界面活性剤）の合成のための一般的な手順
この実施例で生成した生成物を本明細書では「ＳＳＡ−１０」と呼び、桐油誘導体中のＣ＝Ｃ結合の反応性を調べ、実験誤差を最小にするために、１つの対照界面活性剤を以下のプロセスに従って飽和Ｃ１８脂肪酸（ステアリン酸）を用いて調製した。
アルコキシル化反応器中で、脂肪酸（ステアリン酸、４９３．８ｇ）をＫＯＨ（５０重量％水溶液、１．９４ｇ）と混合した。次いで、反応器中の混合物を真空下で６０℃に加熱して混合物から水を除去した。反応器内容物から水を除去した後、反応器中で得られた混合物を１２０℃で連続的に加熱した。その後、圧力制御に基づいてエチレンオキシド（１０モル）を段階的に反応器に添加した。反応器内の圧力が反応器の初期圧力と同じ圧力（例えば、通常０．０２ＭＰａ未満）に維持されると、添加されたＥＯは完全に消費されたとみなされ、反応器の加熱が停止された。以下は、上述の反応の化学スキームを表す。
【００８７】
以下は、上記反応の化学反応スキームである。
【００８８】
【化８】
2019528335.tif 000012
【００８９】
界面活性剤特性の基本的な特徴付け
【００９０】
【表ＩＩＩ】
2019528335.tif 000013
【００９１】
表ＩＩＩの結果から、ＳＴＯＡ−７（実施例１）およびＳＴＯＡ−１０（実施例２）の両方が、固形分３０％の不透明な液体であることが観察された。しかしながら、同じ固形分含量を有するＳＳＡ−１０（比較例Ａ）は、非常に低い流動性を示した。ＳＳＡ−１０の流動性が悪いのは、立体障害が少なく、飽和Ｃ１８鎖が十分に充填されていることが原因と考えられる。さらに、表ＩＩＩの結果は、表面張力が３つの試料に関して比較的高いことを示している。さらに、３つの試料のＣＭＣは、乳化重合に使用するのに適切な範囲内にある。
【００９２】
実施例６および７、ならびに比較例Ｃ−乳化重合におけるＳＴＯＡ−７およびＳＴＯＡ−１０の適用
スチレン−アクリル酸ブチルエマルションの基本配合物１は、次のモノマーを含む：アクリル酸ブチル、スチレン、アクリルアミド、およびアクリル酸：過硫酸アンモニウムなどの開始剤：モノマー１００グラム当たり０．８３４（ｐｈｍ）であるアニオン界面活性剤。乳化重合におけるアニオン界面活性剤として、ＳＴＯＡ−７、ＳＴＯＡ−１０、またはＳＳＡ−１０を使用する。得られたエマルションのガラス転移温度（Ｔｇ）は、約２２℃である。
【００９３】
スチレン−アクリル酸ブチルエマルションの一般的な重合手順
ステップ（１）：アニオン性界面活性剤の第１の部分（０．５８０ｐｈｍ）、重炭酸ナトリウム、水、および上述のモノマーを有するモノマーエマルションを調製する。
ステップ（２）：アニオン性界面活性剤の第２の部分（０．２５４ｐｈｍ）および水を反応器に添加し、反応器を約８５℃の温度に加熱し始め、次いで、反応器に過硫酸アンモニウムの第１の部分（１．２ｇ）を添加する。
ステップ（３）：過硫酸アンモニウムの第２の部分の水溶液（８８ｇの水中１．８ｇ）とともに３時間かけてプレエマルションの滴下添加を開始する。
ステップ（４）：滴下添加後、エマルションを８５℃で１時間保つ。
ステップ（５）：６５℃に冷却した後、ｒｅ−ｄｏｘ開始剤を添加して、残留モノマーをさらに３０分間消費する。
ステップ（６）：４０℃に冷却し、アンモニア水を使用することによってｐＨを７〜８に調整し、濾過後にポリマーエマルションを得る。
【００９４】
エマルション試験方法
重合残留物
得られたエマルションを濾過し、反応凝集物をフィルター中に収集し、フィルターを水道水ですすぎ、それを周囲温度で乾燥し、収集した凝集物を秤量して重合残留物の量を決定する。エマルションの全重量に対する凝集体の重量の単位ｇ／ｋｇの比を、重合安定性を表すために使用する。値が低いほど、重合安定性が良好である。
【００９５】
粒子径および分布測定
ゼータ電位粒子径分析器（分散液および溶液中のナノ粒子およびミクロ粒子を特徴付けるための機器）（Ｍａｌｖｅｒｎ製）を使用することによって、エマルションの平均粒子径および分布を測定した。
【００９６】
Ｃａ２＋安定性試験
ＣａＣｌ２水溶液（濃度１０重量％）を２０ｍＬのエマルションに添加し、手動で混合した後、ＣａＣｌ２含有エマルションを室温で４８時間保った。エマルション中に任意の凝集または不均一性が見られる場合は、Ｃａ２＋安定性試験に不合格であることを示す。
【００９７】
泡高さ測定
プラスチックビーカーに２００ｇのエマルションを秤量し、ビーカーの端までのエマルション表面の高さを測定し、３０分間高速分散（４，０００ｒｐｍ）した後、ビーカーの端までの液体表面の高さを再度測定し、高さの変化は、本質的に、剪断効果の存在中に形成された泡から生じる。
【００９８】
機械的安定性試験
プラスチックビーカーに４００ｇのエマルションを秤量し、３０分間高速分散（４，０００ｒｐｍ）した後、エマルションを濾過し、フィルター内のすべての凝集体を収集し、凝集体を周囲温度で乾燥させた後、乾燥した凝集体を秤量する。凝集体の重量値が低いほど、エマルションの機械的安定性は良好である。
【００９９】
耐水白化性試験
エマルションに４重量％の合体剤を添加し、手動で混合した後、エマルションフィルムをガラス板表面に約１００マイクロメートル（μｍ）の厚さで広げた。フィルムを周囲温度で２４時間空気乾燥させ、次いで、エマルションフィルムを有するガラス板を水道水に浸した。これらのエマルションフィルムの耐水白化性の尺度として、フィルムの外観を２４時間後に調べた。エマルションフィルムと基材との間の水侵入は、白化の視覚的観察をもたらし、結果として、より少ない白化は、良好な耐水白化性を示す。
【０１００】
エマルション特性の比較
上述の方法に従って、３つのエマルションをそれぞれ３つの界面活性剤を用いて調製した。これら３つのエマルションの唯一の違いは、エマルション中に異なるアニオン界面活性剤を使用していることである。
【０１０１】
【表ＩＶ】
2019528335.tif 000014
【０１０２】
表ＩＶに記載されているように、結果は、実施例６および７の両方を有するエマルションが比較的低い重合残留物を有することを示し、これはより良好な重合安定性を示す。さらに、実施例６および７の２つのエマルションの粒子径は、ＳＳＡ−１０を有するエマルション（比較例Ｃ）よりもはるかに小さい。事実、ＳＳＡ−１０の不十分なエマルション力のために、ＳＳＡ−１０のプレエマルションは安定せず、これは、重合プロセス中の粒子安定性に影響を与えた。
【０１０３】
エマルションのＣａ２＋安定性に関して、実施例６および７の性能は、各界面活性剤自体のＣａ２＋安定性と一致して良好である。
【０１０４】
驚くべきことに、たとえＳＴＯＡ−７およびＳＴＯＡ−１０が実際には低発泡性界面活性剤ではないとしても、３つのエマルション（実施例６および７、ならびに比較例Ｃ）は高速分散処理後の泡の高さは低かった。
【０１０５】
実施例８および９、ならびに比較例Ｄ
エマルションの耐水性の比較
耐水性は、顧客のエマルション評価において非常に重要な基準である。事実、多くの顧客は、本質的に耐水性の改善のために反応性界面活性剤を使用する。実験室での作業では、耐水白化性は、耐水性能を示すための単純化された試験として使用される。エマルションフィルムと基材との間の水侵入は、白化の視覚的観察をもたらし、結果として、より少ない白化は、良好な耐水白化性を意味する。
【０１０６】
この試験では、耐水白化性およびその架橋効率に対する界面活性剤の効果を増幅するために、１．２ｐｈｍの界面活性剤を意図的に調製したエマルションに後添加した。したがって、エマルション中の界面活性剤の最終量は、モノマー重量に基づいておよそ２．０ｐｈｍであった。
【０１０７】
２つのグループの耐水白化性試験を行った。グループＩでは、わずか４重量％の合体剤をエマルションと混合し、グループＩＩでは、同レベルの合体剤、ならびに６０ｐｐｍの２−エチルヘキサン酸セリウム、Ｃｅ（２−ＥＨＡ）２（レドックス触媒）をエマルションに導入した。
【０１０８】
実施例で使用される色測定システムは、当業者に既知の「Ｌａｂ」色モデルに基づいている。「Ｌａｂ」という用語は、「Ｌ」、「ａ」、および「ｂ」である３つの次元のＨｕｎｔｅｒ  １９４８色空間に由来する。これらの実施例において、「Ｌ」は、「０〜１００」の評価尺度による明度または光度を意味し、ここで、「０」は黒を意味し、「１００」は白を意味し、「ａ」は緑色からマゼンタ色を意味し、「ｂ」は青色から黄色を意味する。作業はブラックプレート上で行われるので、データ「Ｌ」は、本発明の方法を用いて白化作用を示すためにより重要である。
【０１０９】
【表Ｖ】
2019528335.tif 000015
【０１１０】
表Ｖのデータから、実施例８および９の両方の架橋性界面活性剤がグループＩにおけるＬに対してわずかにより有利であることが明らかに示されているが、一方、実施例８および９は、グループＩＩにおけるＬの正味の低減を示し、これは、各界面活性剤がより少ない白化効果を示したことを意味する。いくつかの架橋性界面活性剤がエマルション中に後添加されるため、これは大気中で２４時間の乾燥後、追加の界面活性剤はグループＩでは完全には架橋されなかったが、グループＩＩでは、わずか６０ｐｐｍのレドックス触媒の存在下で、架橋プロセスは加速され、それはグループＩＩにおけるＬのより一層の低減をもたらしたことを理解することができた。
【０１１１】
要約すると、本発明は、桐油酸誘導体構造を有する新しいタイプの架橋性界面活性剤（例えば、ＳＴＯＡ界面活性剤）を提供する。桐油酸誘導体構造の架橋は、重合プロセス中、フィルム形成プロセス中、または重合およびフィルム形成プロセスの両方の間に起こり得る。対照としての非架橋性界面活性剤（例えば、ＳＳＡ界面活性剤）と比較して、例えば、ＳＴＯＡ界面活性剤は、ＳＴＯＡ界面活性剤を使用して乳化重合によって生成されたフィルムの耐水白化性特性を有利に高めることができる。架橋ステップは、レドックス触媒をエマルションプロセスに添加することによって加速することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月19日(2019.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）桐油酸と、（ｂ）桐油誘導体を形成する少なくとも１つのアルキレンオキシドとの反応生成物を含む、架橋性界面活性剤。
【請求項２】
前記アルキレンオキシドが、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、およびそれらの混合物からなる群から選択されるか、または
アルキレンオキシドが、スチレン−アクリル酸ブチルであるか、または前記桐油誘導体が、以下の化学構造式（ＩＩ）もしくは構造式（ＩＩＩ）、
【化１】
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（式中、Ｒが水素、ＳＯ３−、もしくはＰＯ３−であり、Ｒ’が水素もしくはＣ１−Ｃ６アルキル基であり、ｎが０〜約１５の数値である）、もしくは
【化２】
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（式中、Ｒ１およびＲ２は、各々独立して、Ｃ１〜約Ｃ１０の炭素原子を有するアルキル、Ｃ５〜約Ｃ１０の炭素原子を有するアリール、ポリオール、ポリオールエステル、水素、ＳＯ３−、もしくはＰＯ３−であり、Ｒ１およびＲ２は同一でも異なっていてもよい）を有し、
前記桐油誘導体が、桐油構造として架橋性官能基と疎水性鎖との組み合わせを有するか、または
前記桐油誘導体が、ポリアルキレンオキシドグリコール誘導体もしくはポリグリセリン誘導体を有する親水性鎖を有するか、または
前記桐油誘導体が、イオン形態もしくは非イオン形態である、請求項１に記載の架橋性界面活性剤。
【請求項３】
（ａ）請求項１に記載の桐油誘導体と、（ｂ）少なくとも１つのモノマーと、（ｃ）水とのプレエマルションを含む、モノマーエマルション組成物。
【請求項４】
前記少なくとも１つのモノマーが、スチレン、アクリル酸ブチル、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項３に記載のモノマーエマルション組成物。
【請求項５】
（ａ）請求項４に記載のプレエマルションと、（ｂ）少なくとも１つの開始剤と、を含む、乳化重合組成物。
【請求項６】
前記少なくとも１つの開始剤が、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化ベンゾイル、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項５に記載の乳化重合組成物。
【請求項７】
請求項５に記載の乳化重合組成物から作製された、重合反応生成物。
【請求項８】
（ａ）桐油酸と、（ｂ）桐油誘導体を形成する少なくとも１つのアルキレンオキシドとを反応させることを含む、架橋性界面活性剤を調製するための方法。
【請求項９】
（ａ）請求項１に記載の桐油誘導体と、（ｂ）少なくとも１つのモノマーと、（ｃ）水とを混合することを含む、モノマーエマルション組成物を調製するための方法。
【請求項１０】
（ａ）請求項３に記載のプレエマルションと、（ｂ）少なくとも１つの開始剤とを混合することを含む、乳化重合組成物を調製するための方法。
【国際調査報告】
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