乳液组合物

申请号 CN200480042000.2 申请日 2004-12-14 公开(公告)号 CN1918238A 公开(公告)日 2007-02-21
申请人 JSR株式会社; 发明人 田守功二; 茂木武志; 曾根卓男; 西川昭;
摘要 本 发明 提供可以提高磺酸基含量,此外还可以保持足够的耐 水 性,并提高低 电阻 性、成膜性等功能的乳液组合物,其是含有(A)水性 溶剂 、(B) 有机溶剂 、(C)溶解于前述(A)成分的具有磺酸基的 聚合物 以及(D)溶解于前述(B)成分、而不溶解于水的聚合物的乳液组合物。该乳液组合物可以提高低电阻性功能,此外还具有充分的耐水性、成膜性。
权利要求

1.乳液组合物,其含有:(A)溶剂、(B)有机溶剂、(C)溶解于前述(A)成分的具有磺酸基的聚合物、以及(D)溶解于前述(B)成分、而不溶解于水的聚合物。
2.根据权利要求1所述的乳液组合物,其中,前述(D)成分是具有基的聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的乳液组合物,其中,前述乳液组合物是W/O型(油包水型)乳液,前述(B)成分至少在某一温度Td1下具有高于前述(A)成分蒸气压的蒸气压。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的乳液组合物,其中,前述乳液组合物是W/O型(油包水型)乳液,前述(C)成分的体积大于前述(D)成分的体积。
5.根据权利要求1或2所述的乳液组合物,其中,前述乳液组合物是O/W型(水包油型)乳液,前述(B)成分至少在某一温度Td2下具有低于前述(A)成分蒸气压的蒸气压。
6.根据权利要求1、2或5所述的乳液组合物,其中,前述乳液组合物是O/W型(水包油型)乳液,前述(C)成分的体积小于前述(D)成分的体积。
7.根据权利要求1~6中任意一项所述的乳液组合物,其中,干燥后的体积电阻率是10-2~103Ω·cm。
8.涂布材料,其含有权利要求1~7中任意一项所述的乳液组合物。
9.薄膜,其含有从权利要求1~7中任意一项所述的乳液组合物中除去(A)成分和(B)成分得到的物质。
10.高分子固体电解质,其含有从权利要求1~7中任意一项所述的乳液组合物中除去(A)成分和(B)成分得到的物质。
11.过滤器,其含有从权利要求1~7中任意一项所述的乳液组合物中除去(A)成分和(B)成分得到的物质。

说明书全文

乳液组合物

技术领域

发明涉及含有分子中具有磺酸基的溶性聚合物和疏水性聚合物的乳液组合物,更详细地是涉及可用于粘合剂、涂布材料、薄膜电池隔板的涂布材料,优选用于电池用电解质、燃料电池用高分子固体电解质过滤器、固体电容器、离子交换膜、可用于各种传感器等的导电膜的乳液组合物。

背景技术

过去具有磺酸基的聚合物就被人们熟知,并且用于表面活性剂、乳化剂、分散剂、高分子固体电解质、离子交换树脂等。而近年来,利用这种亲水性基团的分散性、亲水性、离子捕捉性、低体积电阻率(以下有时称为低电阻性)、对基材的附着性等特性,正在开展在粘合剂树脂、涂布材料、表面处理剂、电池用电解质的应用研究。例如专利文献1、专利文献2中提出了共聚丙烯酰胺磺酸得到的聚合物在离子交换膜或燃料电池用高分子电解质方面的应用。
专利文献1:特开平11-302410号公报专利文献2:特开2002-343381号公报但是含有磺酸基的聚合物,在其亲水性基团所具有的亲水性,换言之在水溶性这一性质上,当亲水性基团的含量高到某种程度或某种程度以上时,对水的耐性会大大降低,例如当作为膜材料、粘合剂材料或涂布材料使用时,在水存在下会明显膨胀,结果存在着使膜的机械强度大幅度降低,或者很容易从基材剥离,使耐久性降低的问题。因此磺酸基的含量受到限制,以至于不能充分发挥低电阻性、亲水性的特征。
另外,经过使溶剂从聚合物溶液中挥发的工序时,存在着起泡而成为干燥后缺陷的成膜性问题。

发明内容

本发明的目的在于提供可以提高磺酸基含量、除此之外还保持充分的耐水性、提高低电阻性、成膜性等功能的乳液组合物。
本发明提供乳液组合物,其含有(A)水性溶剂、(B)有机溶剂、(C)溶解于前述(A)成分的具有磺酸基的聚合物以及(D)溶解于前述(B)成分、而不溶解于水的聚合物。
本发明的乳液组合物中,优选(D)成分是具有基的聚合物。
另外当本发明的乳液组合物是W/O型(油包水型)乳液时,优选至少在某一温度Td1下,(B)成分具有高于(A)成分蒸气压的蒸气压;而且当本发明的乳液组合物是W/O型(油包水型)乳液时,优选(C)成分的体积大于上述(D)成分的体积。
另一方面,当本发明的乳液组合物是O/W型(水包油型)乳液时,优选至少在某一温度Td2下,(B)成分具有低于(A)成分蒸气压的蒸气压;而且当本发明的乳液组合物是O/W型(水包油型)乳液时,优选(C)成分的体积小于(D)成分的体积。
另外还优选本发明的乳液组合物在其干燥后的体积电阻率为10-2~103Ω·cm。
根据本发明的乳液组合物,可以发挥提高磺酸基含量,并且提高低电阻性的功能,此外还可以发挥具有充分耐水性、成膜性的优异效果。

具体实施方式

以下详细说明本发明的乳液组合物。
<水性溶剂>
(A)水性溶剂[在本说明书中有时称为(A)成分]是以水为主的溶剂。水性溶剂只要不妨碍乳液组合物的稳定性,也可以含有水溶性有机溶剂。
作为这样的水溶性有机溶剂,没有特别限定,可以列举如甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇等醇类;乳酸甲酯、乳酸乙酯等乳酸酯类;丙二醇一甲醚乙酸酯、丙二醇一乙醚乙酸酯、丙二醇一丙醚乙酸酯、丙二醇一丁醚乙酸酯等丙二醇一烷基醚乙酸酯类;乙基溶纤剂、丁基溶纤剂等溶纤剂类;丁基卡必醇等卡必醇类;N-二甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷等酰胺类;γ-丁内酯等内酯类;四氢呋喃等杂环类;二甲基亚砜等含硫溶剂类。
从乳液组合物的稳定性考虑,在(A)成分100重量%中,(A)成分中所含的水溶性有机溶剂优选为50重量%或50重量%以下,更优选为30重量%或30重量%以下。
相对于[(A)+(B)]100重量%,(A)水性溶剂的含量通常为1~98重量%,优选为5~95重量%。相对于[(A)+(B)]100重量%,(A)水性溶剂的含量随乳液组合物的种类不同而异,当其为W/O型乳液时,通常为1~70重量%,优选为5~50重量%;当其为O/W型乳液时,通常为30~98重量%,优选为50~95重量%。如果水性溶剂的含量为1重量%或1重量%以下,则(C)成分的含量受到限制,结果电阻增大;如果水性溶剂的含量超过98重量%,则(D)成分的含量受到限制,结果耐水性差。
<有机溶剂>
作为(B)有机溶剂[在本说明书中有时称为(B)成分],并没有特别限定,例如可以列举原子数为6至12的直链脂肪族、支链脂肪族烃、环状脂肪族烃;碳原子数为1至8的卤代烃;甲苯、二甲苯等芳香族烃类;2-庚酮、3-庚酮、4-庚酮、环己酮等酮类;乳酸正丙酯、乳酸异丙酯等乳酸酯类;乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯、丙酸异丙酯、丙酸正丁酯、丙酸异丁酯等脂肪族羧酸脂类;3-甲基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯等酯类;丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、丙二醇二丙醚、丙二醇二丁醚等丙二醇二烷基醚类;乙二醇一甲醚乙酸酯、乙二醇一乙醚乙酸酯等乙二醇一烷基醚乙酸酯类;丙二醇一甲醚、丙二醇一乙醚、丙二醇一丙醚、丙二醇一丁醚等丙二醇一烷基醚类;正己醇等醇类。
这些(B)有机溶剂可以单独使用1种,或者也可以混合2种或2种以上使用。
作为(B)有机溶剂,从乳液组合物稳定性的观点考虑,优选脂肪族烃等疏水性有机溶剂,另外优选与(A)成分的水性溶剂不相溶。根据后面将要叙述的(D)成分种类,从与(D)成分的溶解性观点考虑,有时也优选酯类、酮类等极性溶剂。
相对于[(A)+(B)]100重量%,(B)成分有机溶剂的含量通常为2~99重量%,优选为5~95重量%。相对于[(A)+(B)]100重量%,(B)有机溶剂的含量随乳液组合物的种类不同而异,当其是W/O型乳液时,通常为30~99重量%,优选为50~95重量%;当其是O/W型乳液时,通常为2~70重量%,优选为5~50重量%。如果(B)有机溶剂的含量为2重量%或2重量%以下,则(D)成分的含量受到限制,结果耐水性差;如果(B)有机溶剂的含量超过98重量%,则(C)成分的含量受到限制,结果电阻变大。
<含有磺酸基的聚合物>
作为本发明的(C)含有磺酸基的聚合物(在本说明书中有时称为(C)成分),只要是溶解于(A)成分的水性溶剂,则没有特别限制,例如可以列举聚丁二烯的磺化物、聚异戊二烯的磺化物等共轭二烯(共)聚合物的磺化物;聚苯乙烯的磺化物、苯乙烯·丁二烯共聚物的磺化物、加氢苯乙烯·丁二烯共聚物的磺化物、苯乙烯·来酸共聚物的磺化物、苯乙烯·丙烯酸共聚物的磺化物、苯乙酮类酮树脂的磺化物、芳香族聚酰亚胺树脂的磺化物、聚醚砜树脂的磺化物等芳香族系(共)聚合物的磺化物;异戊二烯磺酸、丙烯酰胺2-甲基丙磺酸等含磺酸基单体的(共)聚合物;以杜邦公司制的NAFION为代表的具有磺酸基的氟系聚合物。
相对于[(C)+(D)]100重量%,优选共存10~90重量%(C)含有磺酸基聚合物,更优选共存20~80重量%(C)含有磺酸基聚合物。如果(C)含有磺酸基聚合物的共存量低于10重量%,则体积电阻率增大;而如果超过90重量%,则耐水性不足。
(C)含有磺酸基聚合物的分子量优选为2000或2000以上,更优选为2000~50万。
(C)含有磺酸基聚合物的磺酸基量越多,可增加得到具有相同磺酸基量的组合物所必需的(D)成分,因此具有基于(D)成分的耐水性容易表达的优点。(C)含有磺酸基聚合物的磺酸基量优选为1mmol/g或1mmol/g以上,更优选为2mmol/g或2mmol/g以上,最优选为3mmol/g或3mmol/g以上。
乳液组合物中所含的磺酸基量越多,干燥后组合物的体积电阻率越小,但是从与耐水性等其它性能的综合性能考虑,乳液组合物干燥后的优选磺酸基量为0.2~4mmol/g,进一步优选的磺酸基量为0.5~3mmol/g。
<不溶解于水、而溶解于(B)有机溶剂的聚合物>
作为本发明的(D)“不溶解于水、而溶解于(B)有机溶剂的聚合物”[在本说明书中有时称为(D)成分],没有特别限制,可以列举聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚丁二烯、聚丁烯、聚苯乙烯、聚二甲苯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩乙、聚丙烯酸酯、聚乙烯咔唑、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氨酯、尼龙、芳香族聚酰亚胺、芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、氟聚合物、氧烷聚合物;以及它们的共聚物、嵌段共聚物、接枝聚合物;还有它们的改性聚合物、加氢聚合物等。特别是成膜后需要柔软性时,优选加氢苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物等二烯系聚合物的加氢物、乙丙橡胶、氟聚合物、硅氧烷聚合物等。这些聚合物只要是不溶解于水、而溶解于(B)有机溶剂,还可以具有磺基。
本发明的(D)“不溶解于水、而溶解于(B)有机溶剂的聚合物”可以在末端和/或侧链上具有各种官能团。从乳液组合物稳定性的观点考虑,特别优选优选导入氨基作为官能团的。优选的氨基量是乳液组合物中磺酸基量的10%或10%以下,更优选2%或2%以下。相对于[(C)+(D)]100重量%,优选共存10~90重量%的(D)成分,更优选共存20~80重量%的(D)成分。如果(D)成分的共存量低于10重量%,则耐水性不足;而如果超过90重量%,则电阻增大。
(D)成分的分子量优选为5000或5000以上,更优选为1万~20万。
对于本发明的上述(C)成分和(D)成分,“溶解”是将聚合物1重量份和溶剂100重量份通过加热、搅拌等方法进行混合,并将其在25℃下静置时,通过目视观察为均匀液体的情况。
<乳液>
本发明的组合物是乳液。毕竟能够同时溶解(C)成分“溶解于(A)成分的具有磺酸基的聚合物”和(D)成分“不溶解于水、而溶解于(B)有机溶剂的聚合物”的溶剂是有限的,另外如果要形成溶液,则(C)成分和(D)成分的选择范围变窄。不将组合物制成溶液而制成乳液,则(C)成分和(D)成分的选择范围变宽,还可以防止干燥中(C)成分和(D)成分分离,结果能够表达耐水性和低电阻。
作为本发明的乳液组合物的种类,既可以是W/O型乳液(油包水型乳液),也可以是O/W型乳液(水包油型乳液)。还可以是W/O/W型(水包油型,在油滴中还分散有水的类型)乳液、O/W/O型(油包水型,在水滴中还分散有油的类型)乳液、微乳。本发明中,把W/O/W型乳液视为O/W型,把O/W/O型乳液视为W/O型乳液。从耐水性观点考虑,优选W/O型乳液;从低电阻性观点考虑,优选O/W型乳液。W/O型、O/W型可通过乳液在水中的分散性试验辨别,分离时为W/O型,分散时为O/W型。
本发明的乳液组合物中分散滴的大小通常为10nm~100μm,优选为50nm~10μm。
对于本发明的乳液组合物,通过满足以下条件(1)或(2),可以抑制干燥中的起泡,从而可得到缺陷少的薄膜。
(1)为W/O型乳液,其中(B)成分至少在某一温度Td1下具有高于(A)成分蒸气压的蒸气压。
(2)为O/W型乳液,其中(B)成分至少在某一温度Td2下具有低于(A)成分蒸气压的蒸气压。
(A)成分和(B)成分在各种温度下的蒸气压,在日本化学会编的《化学便览》基础编II,p.708~731中有记载。另外,混合溶剂时的蒸气压可以由各溶剂的摩尔比和分压通过道尔顿定律计算。
本发明的乳液组合物是上述(1)时,通过在温度Td1下进行干燥,或者本发明的乳液组合物是上述(2)时,通过在温度Td2下进行干燥,可以得到缺陷特别少的薄膜。
对于本发明的乳液组合物,通过满足以下条件(3)或(4),可以得到兼备耐水性和低电阻的薄膜。
(3)为W/O型乳液,(C)成分的体积大于(D)成分的体积。
(4)为O/W型乳液,(C)成分的体积小于(D)成分的体积。
这里(C)成分、(D)成分的体积可以通过用密度除以各成分的重量计算。
本发明的乳液组合物的制造,可以将(A)~(D)各成分、根据需要还有分散剂等进行混合,通过使用搅拌桨、带式桨、マツクス掺混桨等的搅拌、使用均质混合器、声波分散机、高压均化器、クレアミツクス(エムテクニツク公司)、フイルミツクス(特殊机化工业公司)等的乳化进行。
(分散剂)本发明的乳液组合物可以含有分散剂。作为分散剂,可以使用如烷基硫酸酯(盐)、烷基芳基硫酸酯(盐)、烷基磷酸酯(盐)、脂肪酸(盐)等阴离子型表面活性剂;烷基胺盐、烷基季胺盐等阳离子型表面活性剂;聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基芳基醚、嵌段型聚醚等非离子型表面活性剂;羧酸型(例如氨基酸、内铵盐酸型等)、磺酸型等两性表面活性剂;商品名为ラテムルS-180A、PD-104[花王公司制]、エレミノ一ルJS-2[三洋化成公司制]、アクアロンHS-10、KH-10[第一工业制药公司制]、アデカリアソ一プSE-10N、SR-10[旭电化工业公司制]、Antox MS-60[日本乳化剂公司制]等反应性乳化剂等的任意一种。本发明的乳液组合物中,从乳液的稳定性观点考虑,优选阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂的混合体系。相对于[(C)+(D)]100重量%,分散剂的含量优选为0.1~10重量%。
(交联剂)在本发明中,可以使用能够与(C)成分和/或(D)成分反应形成固化物的化合物作为交联剂。
作为这样的交联剂,可以列举如(聚)羟甲基化三聚氰胺、(聚)羟甲基化甘脲、(聚)羟甲基化苯胍胺、(聚)羟甲基化脲等全部或部分活性羟甲基被烷基醚化的含氮化合物;酚醛清漆树脂、聚羟基苯乙烯及其共聚物、低分子酚化合物等酚醛树脂;线型酚醛清漆环氧树脂、甲酚线型酚醛环氧树脂、脂环式环氧树脂、脂肪族环氧树脂等环氧化合物等。
当(C)成分和/或(D)成分中导入羰基时,可以使用己二酸二酰肼等多元酰肼化合物作为交联剂。
相对于[(C)+(D)]100重量%,通常使用0.1~50重量%的交联剂,优选使用1~40重量%的交联剂。
(添加剂)本发明的乳液组合物可以含有无机或有机粒子、附着助剂、增感剂、流平剂着色剂等添加剂。
作为无机粒子,可以列举含有SrTiO3、FeTiO3、WO3、SnO2、Bi2O3、In2O3、ZnO、Fe2O3、RuO2、CdO、CdS、CdSe、GaP、GaAs、CdFeO3、MoS2、LaRhO3、GaN、CdP、ZnS、ZnSe、ZnTe、Nb2O5、ZrO2、InP、GaAsP、InGaAlP、AlGaAs、PbS、InAs、PbSe、InSb、SiO2、Al2O3、AlGaAs、Al(OH)3、Sb2O5、Si3N4、Sn-In2O3、Sb-In2O3、MgF、CeF3、CeO2、3Al2O3·2SiO2、BeO、SiC、AlN、Fe、Co、Co-FeOx、CrO2、Fe4N、BaTiO3、BaO-Al2O3-SiO2、Ba氧体、SmCO5、YCO5、CeCO5、PrCO5、Sm2CO17、Nd2Fe14B、Al4O3、α-Si、SiN4、CoO、Sb-SnO2、MnO2、MnB、Co3O4、Co3B、LiTaO3、MgO、MgAl2O4、BeAl2O4、ZrSiO4、ZnSb、PbTe、GeSi、FeSi2、CrSi2、CoSi2、MnSi1.73、Mg2Si、β-B、BaC、BP、TiB2、ZrB2、HfB2、Ru2Si3、TiO2(金红石型,锐矿型)、TiO3、PbTiO3、Al2TiO5、Zn2SiO4、Zr2SiO4、2MgO2-Al2O3-5SiO2、Nb2O5、Li2O-Al2O3-4SiO2、Mg铁氧体、Ni铁氧体、Ni-Zn铁氧体、Li铁氧体、Sr铁氧体、Pt、Au、Ag、Fe、Cu等的粒子。
通过使用这样的金属氧化物粒子或金属离子,可以控制乳液组合物固化得到的固化膜的折射率等光学特性、介电常数、绝缘性、导电性等电特性。这些粒子可以单独使用,也可以担载在炭黑、碳酸等粒子上。
对于这些粒子,优选使用粒径为10nm~100μm的粒子,例如当需要透明性时,优选10~200nm,特别优选10~100nm。另外,虽然因用途而异,但相对于乳液组合物[(A)+(B)]100重量分,优选添加5~80重量份。
本发明的乳液组合物干燥后的体积电阻率小,优选具有10-2~103Ω·cm的体积电阻率,更优选具有10-2~102Ω·cm的体积电阻率。要测定体积电阻率的干燥物只要是固体薄膜状,也可以含有水。另外在本发明的乳液组合物中,其磺酸基的含量高于规定量或规定量以上,具体优选磺酸基含量为0.2~4mmol/g,更优选磺酸基含量为0.5~3mmol/g。
本发明的乳液组合物可以应用于涂布材料,特别是电池隔板用无纺布的涂布材料或粘合剂树脂、高分子固体电解质膜等各种用途。另外,当应用于各种用途时,为了改进物性等,还可以并用其它聚合物。作为其它聚合物,可以列举如聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚氧化烯、聚醚、聚苯乙烯、聚酯酰胺、聚碳酸酯、聚氯乙烯、SBR或NBR等二烯系聚合物等公知物质。
本发明的乳液组合物可以采用一般的流延薄膜成型等成型方法,得到精度好的薄膜,可适合用于如离子交换膜等。本发明中制作薄膜时,该薄膜是以从乳液组合物中除去(A)成分和(B)成分的溶剂得到的成分作为构成成分。同样,高分子固体电解质膜和过滤器也是以从乳液组合物中除去(A)成分和(B)成分的溶剂得到的成分作为构成成分。但是这些薄膜、高分子固体电解质膜和过滤器只有具有它们的形状,也可以含有水。
本发明的乳液组合物通常可以作为单品或添加各种添加物得到的配合物使用。作为涂布材料使用时,对于涂布方法没有特别限制,可以使用刷涂、喷涂、辊涂机、流涂机、棒涂机、浸涂机等。涂布膜的厚度视用途不同而异,以干燥膜厚计通常为0.01~1,000μm,优选为0.05~500μm。
另外对于所使用的基材没有特别限制,可以列举如聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、ABS树脂、聚酯树脂、聚乙烯、聚丙烯、尼龙等高分子材料;、硬铝等非铁金属;不锈、铁等钢板;玻璃、木材、纸、石膏、氧化铝、无机质硬化体等。对于基材的形状没有特别限制,可使用平面状材料到无纺布等多孔材料等。
本发明的乳液组合物作为干燥膜,可用作燃料电池等的高分子固体电解质、基材表面的改性剂。例如通过涂布于疏水性表面,可以表达或保持亲水性、吸湿性。另外可以防止由静电引起的污染、尘埃附着。当涂布于无纺布等多孔质材料上时,例如还显示捕捉存在于空气中或水中的氨、胺等弱、或离子性物质的作用。另外通过对电池用隔板的表面进行涂布处理,可以提高与电池用电解质的亲和性,并且还可以期待提高自身放电特性等电池特性的效果。除此之外,使前述各种粒子高度分散也是特征之一,还具有可以充分发挥粒子所具有的功能性的特征。
实施例以下通过实施例说明本发明,但是本发明不受这些实施例的任何限定。以下实施例和比较例中的“份”和“%”只要没有特别说明,则表示重量份和重量%。另外实施例中的各种评价、测定按下述方法实施。
<评价方法>
(磺酸基量的测定)对于所得的溶液,通过以酚酞作为指试剂,以氢氧化乙醇溶液作为碱的酸碱滴定测定磺酸基量。
(密度的测定)使(C)成分的水溶液、(D)成分的环己烷溶液流入到四氟乙烯聚合物(注册商标:テフロン)制的框中,使干燥后的膜厚为约0.2mm,在25℃下放置24小时使溶剂挥发。接着在150℃下加热处理1小时后,裁切成5cm见方的正方形,测定该薄膜的重量和膜厚,由其体积和重量计算密度。
(乳液种类的判定)对于所得的乳液组合物,把1滴乳液组合物滴入到10g水中,乳液滴与水分离的判定为W/O型乳液,能够均匀分散在水中的判定为O/W型乳液。
(贮存稳定性的测定)把所得的组合物80g放到100cc的玻璃制螺纹管中,密闭,在25℃下静置3天之后通过目视观察体系的状态,根据以下标准判定贮存稳定性。
○:既未观察到分离,也未观察到粘度增加,保持初始的状态。
△:可以观察到少量分离或粘度增加。
×:分离成2相,或整个体系凝胶化。
(成膜性的评价)使所得到的组合物流入到四氟乙烯聚合物(注册商标:テフロン)制的框中,使干燥后的膜厚为0.2mm,在25℃下放置24小时使溶剂挥发。接着在150℃下加热处理1小时后,在温度25℃、60%相对湿度下熟化24小时。通过目视观察膜的均质性和膜中起泡的状态,根据以下标准进行评价。
○:均质膜,并且10cm见方的膜中,泡为1个或1个以下。
△:均质膜,并且10cm见方的膜中,泡为1~100个。
×:非均质膜或10cm见方的膜中,泡超过100个。
(耐水性的评价)使所得到的组合物流入到四氟乙烯聚合物(注册商标:テフロン)制的框中,使干燥后的膜厚为0.2mm,在25℃下放置24小时使溶剂挥发。接着在150℃下加热处理1小时后,在温度25℃、60%相对湿度下熟化24小时。把得到的膜在95℃的热水中浸渍2小时,然后干燥,由浸渍前后的重量变化测定膜残存率,根据以下标准进行评价。
○:膜残存率超过95%。
△:膜残存率为50%或50%以上、95%或95%以下。
×:膜残存率低于50%。
(体积电阻率的测定)使所得到的组合物流入到四氟乙烯聚合物(注册商标:テフロン)制的框中,使干燥后的膜厚为0.2mm,在25℃下放置24小时使溶剂挥发。接着在150℃下加热处理1小时,然后在温度25℃、60%相对湿度下熟化24小时。把所得的膜在25℃下在水中浸渍2小时后,夹在2带有铂箔的ラフロン制块之间,并固定四制作测定池。在该铂电极上连接阻抗计,用1kHz频率测定两铂电极之间的交流阻抗,计算该薄膜的体积电阻率。
<含有磺酸基的聚合物(C)的合成>
(合成例1)在具有水浴、温度计、机械搅拌器、氮导入管的1升四口可分离烧瓶中加入水190份、过硫酸钾3份,一边搅拌一边用氮气置换气相,然后升温,当达到70℃时,用2小时向前述可分离烧瓶中滴入用其它容器调制的水120份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸70份、双丙酮丙烯酰胺10份、甲基丙烯酸羟基乙基酯120份的混合物。滴加完毕后,再使液温达到80℃,再继续搅拌1小时,完成聚合,得到含有(A)成分=水75%、具有磺酸基的聚合物(C1)25%的聚合物水溶液。磺酸基量为3.4mmol/g,密度为1.1g/cm3。
(合成例2)把聚醚砜(住友化学公司制スミカエクセルPES5003P)30g和浓硫酸300g加入到内容积为1升的三颈瓶中溶解,在室温下搅拌24小时溶解后,滴加氯磺酸15g,进行磺化。通过沉淀纯化从生成物中除去溶剂和未反应的硫酸,然后进行真空干燥,将其溶解于水得到含有(A)成分=水75%、具有磺酸基的聚合物(C2)25%的聚合物水溶液。磺酸基量为3.7mmol/g,密度为1.4g/cm3。
<不溶解于水、而溶解于(B)有机溶剂的聚合物(D)>
根据特开2003-246817号公报中记载的方法,将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的氢化物(苯乙烯含量50%,分子量10万,末端没有氨基)聚合,纯化,得到聚合物(D1)。密度为0.9g/cm3。
另外,根据特开2003-246817号公报中记载的方法,将末端具有氨基的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的氢化物(苯乙烯含量50%,分子量10万)进行聚合,纯化,得到聚合物(D2)。密度为0.9g/cm3。
<乳液组合物的制备和评价>
(实施例1)向上述合成例1得到的聚合物(C1)的25%水溶液280g(水的重量为210g,C1的重量为70g)中再添加水410g,作为分散剂溶解十二烷基苯磺酸10g、聚氧乙烯烷基醚(花王公司制エマルゲン147)10g,作为交联剂溶解己二酸二酰肼1.5g。把上述聚合物(D1)30g溶解在(B)有机溶剂环己烷280g中,制成环己烷溶液,将该溶液添加到前述聚合物(C1)的配合液中,对其进行15分钟超声波处理。将制作的乳液组合物的评价结果示于表1。
(实施例2~7)将(A)~(D)各成分的种类和量按照表1所示进行配合,除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到乳液组合物。把制作的乳液组合物的评价结果出示在表1、2中。但是实施例7中没有添加己二酸二酰肼。
(比较例1)将上述合成例1得到的聚合物(C1)的25%水溶液280g在80℃下干燥24小时,得到聚合物(C1)的干燥物70g。不使用水,作为(C)成分使用聚合物(C1)的干燥物,作为(B)成分使用丁基溶纤剂400g和四氢呋喃500g的混合溶剂,除此之外,进行与实施例1相同的操作,得到透明均匀的溶液。把该溶液的评价结果示于表2。
[表1]
*1:在42℃下的蒸气压[表2]
*1:在42℃下的蒸气压*2:在54℃下的蒸气压*3:丁基溶纤剂400g和四氢呋喃500g的混物溶剂产业实用性本发明的乳液组合物可适用于涂布材料,特别是电池隔板用无纺布的涂布材料或粘合剂树脂、高分子固体电解质膜等各种用途之中。另外也可适用于薄膜,例如可适用于离子交换膜等。
本发明的乳液组合物作为干燥膜,可用作燃料电池等的高分子固体电解质、基材表面的改性剂。
本发明的乳液组合物还可以用于各种用途。当应用于多孔质材料等时,可以列举如纤维用阳离子染色助剂、吸水性无纺布、防污材料、离子交换膜、电池用隔板亲水化处理剂、用于除去氨、离子性物质等的空气清洁过滤器、水清洁过滤器等过滤器用途、用于除去白血球的过滤器、除去花粉症变应原的材料、水蒸汽透过材料、抗菌材料、除臭纤维、除臭涂料、除臭纸、防雾材料、防结露材料等调湿材料、防静电材料、防腐蚀材料、氧吸收剂、卫生用品、活性炭的表面改性等。另外也可应用于地板抛光用、遮蔽材料、纸用上浆材料、纸增强材料、粘合剂、卤化照相感光材料等照相材料等方面。
另外本发明的乳液组合物还可以通过组合各种功能性粒子应用于各种用途。例如可以列举普通涂料、电路衬底用涂料、导电性材料、固体电解质的粘合剂、或电极物质用的粘合剂等电池材料,电磁波屏蔽材料,防静电涂料,面状发热体、电化学反应电极板、电接点材料、摩擦材料、抗菌材料、滑动材料、研磨材料、磁记录介质、感热记录材料、电致色显示材料、光扩散薄膜、通信电缆用防水材料、遮光薄膜、隔音片、塑料磁石、X光增感屏、印刷油墨、农药粒剂、电子照相调色剂等。另外作为表面保护用涂布材料,还可用于如不锈钢、铝、铜等金属;水泥、石板等无机物;聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃;聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯等高分子材料;木材;纸。
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