成膜が改善されたフルオロポリマー水性ハイブリッド組成物
本発明は、シード乳化重合法により製造された、改善された成膜特性を有する水性フルオロポリマーハイブリッド組成物に関する。シードは、フルオロポリマー分散である。シードされた分散に対して順次、少なくとも２つの異なるモノマー組成物が添加される。これらのモノマー組成物は好ましくは、アクリルモノマーを含む。第１のモノマー組成物は、フルオロポリマー分散との混和性を理由として選択される。第２のモノマー組成物は、３０℃未満のガラス転移温度（Ｔｇ）を有するように選択される。最終組成物は、５℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）および５０ｇ／リットルの最大ＶＯＣを有するコーティングを製造するように調合できる。組成物は、コーティングおよび膜用として特に有用である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シード乳化重合法により製造された、改善された成膜特性を有する水性フルオロポリマーハイブリッド組成物に関する。シードは、フルオロポリマー分散である。シードされた分散に対して順次、少なくとも２つの異なるモノマー組成物が添加される。これらのモノマー組成物は好ましくは、アクリルモノマーを含む。第１のモノマー組成物は、フルオロポリマー分散との混和性を理由として選択される。第２のモノマー組成物は、３０℃未満のガラス転移温度（Ｔｇ）を有するように選択される。最終組成物は、５℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）および５０ｇ／リットルの最大ＶＯＣを有するコーティングを製造するように調合できる。組成物は、コーティングおよび膜用として有用である。
【背景技術】
【０００２】
フルオロポリマー系コーティングおよび膜は、卓越した特性をもつことから広く使用されている。例えば７０〜８０％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂をベースとし、残りが選択されたアクリル樹脂であるコーティングおよび膜は、その卓越した屋外耐候性ならびに、耐薬品性および成形性などのその他の特性のため周知である。さまざまなフッ素化アクリルモノマーをベースとする別の部類のフルオロポリマー系コーティングは、その落書き防止性および耐汚染性で知られている。
【０００３】
これらの優れた特性を維持しながら、より環境に無害な方法で作ることのできるフルオロポリマー系コーティングおよび膜に対する必要性が存在する。例えば、ＰＶＤＦベースの塗料は一般に、ＰＶＤＦ樹脂を溶解させるかまたは分散させるために使用される有機溶剤を高いレベルで含んでいる。これらの有機溶剤は、典型的に揮発性有機化合物（ＶＯＣ）として分類されその用途が規制されている。ＰＶＤＦ系コーティングおよび膜へのその他の一部のルートには、溶剤は関与しないかもしれないが、エネルギー集約型の高温焼成または溶融加工ステップが関与する。
【０００４】
ＰＶＤＦベースの水性組成物は、溶剤ベースの系に比べて環境に無害である。このようなハイブリッド組成物（すなわち２つ以上のタイプのポリマーを含む組成物）は例えば米国特許第５，８０４，６５０号明細書中に示されている。特開２００３２３１７２２号公報は、分子量が異なる２つのフッ素コポリマーと単一のアクリルモノマー組成物が関与する３層コアーシェル組成物について記述している。米国特許第５，３４９，００３号明細書および米国特許第５，６４６，２０１号明細書は、フッ化ビニリデン／アクリル組成物について記述している。米国特許第６，６８０，３５７号明細書および米国特許出願公開第２００６２６４５６３号明細書は、異なる形態を作り上げる目的で２つ以上の異なるアクリルモノマー組成物を使用する可能性に言及している。相の性質についての説明もマルチフィードシステムの例も一切記されていない。
【０００５】
これらのハイブリッド組成物は分散がニートな形態で連続膜を形成する最低温度である最低成膜温度（ＭＦＦＴ）により特徴づけできる。ＭＦＦＴは、ニート分散および調合後分散の両方の物理特性であり、「ＭＦＦＴバー」（Ｐａｕｌ Ｇａｒｄｎｅｒ Ｉｎｃ．）などのグラジエント温度計器上で測定可能である。分散で作られたコーティングまたは塗料を塗布する場合、完全に乾燥した塗膜を達成するためには、調合後のＭＦＦＴが、コーティングまたは塗料が乾燥する温度よりも低いことが必要である。したがって、コーティングおよび塗料調合物に成膜助剤（ｃｏａｌｅｓｃｅｎｔ）とも呼ばれる成膜溶剤を添加して、調合物のＭＦＦＴを意図された乾燥温度よりも低い温度まで低下させるのが一般的な実践方法である。屋外塗装（ｆｉｅｌｄ ｐａｉｎｔｉｎｇ）用塗料の場合、乾燥温度は多くの場合制御不可能であることから、調合後のＭＦＦＴが５℃未満さらには０℃未満となるように塗料を調合して、低温成膜特性（例えば約４℃、すなわち４０°Ｆでの成膜特性）が得られるようにするのが一般的な実践方法である。優れた成膜助剤を（ポリマー固体に対して）１％加えると、分散のＭＦＦＴを約２℃低下させることができるというのが一般的な経験則である。こうして、３０℃のニートＭＦＦＴを有する分散には通常、調合後ＭＦＦＴを約０℃にするためにポリマー固体に対して約１５％の成膜助剤が必要である。成膜溶剤は、調合後のＶＯＣに影響を及ぼす。ＥＰＡ方法２４により測定されるように、５０ｇ／（１リットル未満の水）のＶＯＣレベルを超過することなく、（調合物の顔料含有量に応じて）ポリマー固体に対して５〜７％以下の成膜助剤を付加することが通常可能である。したがって、ポリマー固体に対して約１５％の成膜助剤を含む３０℃のニートＭＦＦＴを有する分散から作られた調合後の屋外用塗料またはコーティングは、典型的に、５０ｇ／（１リットル未満の水）をはるかに上回るＶＯＣレベルを有する。
【０００６】
特開平０１−０７２８１９Ａ公報および特開２００３２３１７２２公報などのさまざまな特許中の実施例は、高性能コーティングを作るために使用可能である、３０〜６０℃範囲内のニートＭＦＦＴを有するＰＶＤＦベースのハイブリッド分散について記述している。同様にして、近年、例えば４０〜６０℃の範囲のＭＦＦＴを有するダイキン工業株式会社製の水性フルオロポリマーエマルジョンのＺｅｆｆｌｅ ＳＥTMシリーズなどの幾つかの市販製品が入手可能になっている。これらの材料に基づく調合物を用いて５℃という低い温度で成膜させるためには、ポリマー固体に対して１０％またはそれ以上という高い成膜助剤レベルが必要とされる。このような調合物についてのＶＯＣレベルは、１００〜２５０ｇ／（１リットルの水）の範囲内にあり、これは、溶剤系コーティングのアプローチに比べ環境に対する影響の観点からみて著しい改善である。しかしながらこれらの材料を用いて、耐候性および耐汚染性などの主要な特性を犠牲にせずに約１００ｇ／（１リットルの水）より低いＶＯＣレベルを達成することは困難である。このことはすなわち、規則によりＶＯＣが５０ｇ／（１リットルの水）以下に制限される数多くの屋外利用分野においてこれらを将来使用することができないかもしれないということを意味している。その結果、耐候性または耐汚染性を著しく喪失することなく５０ｇ／リットルの最大ＶＯＣで５℃以下のＭＦＦＴを有する安定した塗料およびコーティングを達成するために調合可能である、新しいフルオロポリマーハイブリッド分散が求められている。この目的を達成するためには、ハイブリッド組成物は、２０℃以下、好ましくは１５℃以下のニートＭＦＦＴを有していなければならない。
【０００７】
２０℃未満のＭＦＦＴを有する一部の水性フルオロポリマーハイブリッド組成物が、米国特許第５６４６２０１号実施例中に記載されている。これらは、５０％のメタクリル酸メチル、５０％のアクリル酸エチルという組成の単一のアクリル組成物を用いて生産され約２６ＣのＴｇを有している。しかしながら、実際には、この要領で作られた低ＭＦＦＴのハイブリッド分散から、５０ｇ／（１リットルの水）未満のＶＯＣと特性のバランスが取れた安定した塗料調合物を調合することは困難である。これらのハイブリッド分散に見られる調合安定性の問題には２種類ある。すなわち、アクリル組成物が共重合された酸モノマーをほとんどまたは全く含んでいない場合（典型的には合計モノマーの重量に基づいて約２ｗｔ％未満）、調合物は、調合プロセス中またはその後の保管時点でフロキュレーションの問題を呈する。一方、アクリル組成物が、約７〜１０の典型的な水性コーティングのｐＨまで塩基を用いて中和された後水性フルオロポリマー分散のフロキュレーション問題を最小限におさえるために充分な共重合された酸モノマーを含んでいる場合には、中和された水性フルオロポリマー組成物のＭＦＦＴは経時的に上昇し、より高レベルの成膜助剤が必要となり、かつ不利な粒子形態に起因して耐候性などの特性が失われることになる。ＭＦＦＴ上昇の現象は、約１０℃未満の非常に低いＴｇを有するアクリル組成物を選択することによって最小限におさえることができるが、その場合、耐汚染性などのその他の特性が損なわれる。
【０００８】
一部のフルオロポリマー系材料が有する別の環境問題は、それらが多くの場合フルオロ界面活性剤で作られ、ペルフルオロアルカノエート残渣または化学的に分解してペルフルオロアルカノエートまたはペルフルオロアルカン酸を含有し得る種を含んでいるかもしれないという点にある。これらのペルフルオロアルカノエートの多くは、環境中で非常に長い寿命を有し、生物濃縮することが見出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，８０４，６５０号明細書
【特許文献２】特開２００３−２３１７２２号公報
【特許文献３】米国特許第５，３４９，００３号明細書
【特許文献４】米国特許第５，６４６，２０１号明細書
【特許文献５】米国特許第６，６８０，３５７号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００６−２６４５６３号明細書
【特許文献７】特開平０１−０７２８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、最大ＶＯＣが５０ｇ／リットルである安定した高性能塗料およびコーティングを製造するために調合可能な２０℃以下のＭＦＦＴを有するフルオロポリマーベースの分散に対する必要性が存在する。理想的には、この分散はフルオロ界面活性剤を含まない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
意外にも、少なくとも２つの異なるエチレン不飽和モノマー組成物を用いたフルオロポリマーシード法を調整して、２０℃以下のＭＦＦＴ、好ましくは１５℃以下のＭＦＦＴを有し、周囲温度の乾燥条件向けの安定した高性能コーティングにすることのできる水性フルオロポリマーハイブリッド組成物を提供することができる、ということが見出された。これは、第１のモノマー組成物をフルオロポリマー分散との混和性を理由として選択し、第２のモノマー組成物を３０℃未満のガラス転移温度（Ｔｇ）を有するように選択することによって行なわれる。
【００１２】
水性フルオロポリマーハイブリッド組成物は、最大ＶＯＣを５０ｇ／リットルとして５℃以下のＭＦＦＴを有するコーティング組成物の形に調合可能である。
【００１３】
本発明は、安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物において、
ａ） フルオロポリマーと；
ｂ） 前記フルオロポリマーと混和可能である第１のビニルポリマーと；
ｃ） 前記第１のビニルポリマーと異なる組成を有し、かつ３０℃未満のＴｇを有する第２のビニルポリマーと；
ｄ） 任意にはその他のビニルポリマーと、
を有する組成物であって、前記フルオロポリマー分散が、２０℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）を有する組成物に関する。
【００１４】
本発明は同様に、環境に無害なフルオロポリマーハイブリッド組成物を形成するための方法において；
ａ） フルオロポリマー粒子が３００ｎｍ未満の粒径を有する、水性フルオロポリマーシード分散の形成ステップと；
ｂ） 前記フルオロポリマーの存在下で少なくとも２つの異なるビニルモノマー組成物を順次重合させて安定したフルオロポリマー組成物を形成するステップと、
を含む方法であって、第１のビニルモノマー組成物が前記フルオロポリマーと混和可能なポリマーを形成し、第２のビニルモノマー組成物が３０℃未満のＴｇを有するポリマーを形成し、かつ前記フルオロポリマー組成物が２０℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）を有する、プロセスにも関する。
【００１５】
本発明はさらに、（ａ）フルオロポリマーと；（ｂ）前記フルオロポリマーと混和可能である第１のビニルポリマーと；（ｃ）前記第１のビニルポリマーと異なる組成を有し、かつ３０℃未満のＴｇを有する第２のビニルポリマーと；（ｄ）任意にはその他のビニルポリマーと、をそのポリマー構成要素として有するコーティング組成物において、５℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）および５０ｇ／（１リットルの水）未満のＶＯＣを有する組成物に関する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、フルオロポリマー分散の存在下で少なくとも２つの異なるエチレン不飽和モノマー組成物を順次重合することによって作られた水性フルオロポリマー組成物に関する。
【００１７】
本発明の組成物は、フルオロポリマーシード分散を用いて形成される。本明細書中で使用される「フルオロモノマー」という用語または「フッ素化モノマー」という表現は、重合するアルケンの二重結合に対して付着した少なくとも１つのフッ素原子、フルオロアルキル基、またはフルオロアルコキシ基を含む重合可能なアルケンを意味する。本明細書中で使用される「フルオロポリマー」という用語は、少なくとも１つのフルオロモノマーの重合により形成されたポリマーを意味し、これにはホモポリマー、コポリマー、ターポリマーおよびより高次のポリマーが含まれ、これらは本来熱可塑性である、つまり成形および押出し加工プロセスにおいて行なわれるように熱を加えた時点で流動することで有用な部品に整形可能である。熱可塑性ポリマーは典型的には結晶融点を示す。
【００１８】
本発明のためのシード粒子として使用可能なフルオロポリマーとしては、フッ化ビニリデン（ＶＦ2）ホモポリマー（Ｉ）、ならびにフッ素を含むエチレン不飽和化合物（例えばトリフルオロクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ビニルフルオリド、ペルフルオロアクリル酸）、ジエン化合物（例えばブタジエン、イソプレン、クロロプレン）、非フッ素化エチレン不飽和化合物（例えばシクロヘキシルビニルエーテル）である（ＩＩ）と（Ｉ）とのコポリマーが含まれる。好ましいフルオロポリマー組成物は、５０〜１００重量部好ましくは７０〜１００部のフッ化ビニリデンホモポリマー；０〜３０重量部のヘキサフルオロプロピレン；および０〜３０重量部の（ＩＩ）として前述したその他の任意のモノマーを含む。好ましくは、フルオロポリマーは３０Ｊ／ｇ未満（示差走査熱量計により測定されたもの、第２熱）の結晶化度を有する。
【００１９】
当業者であれば、出発材料として詳細に示された特定のフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンポリマーラテックスに加えて、本発明では等価物として、上述の反応中でシードポリマーとして代用できるその他の公知のフッ化ビニリデンコポリマー（例えば米国特許第５，０９３，４２７号明細書およびＰＣＴ出願国際公開第９８／３８２４２号パンフレットを参照）およびフッ化ビニリデンホモポリマー（米国特許第３，４７５，３９６号明細書および同第３，８５７，８２７号明細書を参照）が企図されているということを理解する。
【００２０】
本発明は同様に、ＰＣＴ出願国際公開第９８／４６６５７号パンフレットおよび国際公開第９８／４６６５８号パンフレットに記述されているタイプのフッ化ビニルポリマーを適切なシードポリマーとして企図している。
【００２１】
水性フルオロポリマー分散は、フルオロポリマー粒径が３００ｎｍ未満、より好ましくは２００ｎｍ未満にとどまるかぎり、従来のあらゆるエマルジョン重合方法によって生産可能である。水性フルオロポリマー分散は、例えば、界面活性剤、開始剤、連鎖移動剤およびｐＨ調整剤の存在下で、水性媒質中のモノマー（Ｉ）または（Ｉ）および（ＩＩ）の乳化重合などによって、調製可能である。フルオロポリマー分散は好ましくは、遊離ラジカル開始を用いて合成される。フルオロポリマー乳化プロセス中で典型的に使用される連鎖移動剤、緩衝剤、除汚剤およびその他の添加剤も同様に存在してよい。
【００２２】
水性フルオロポリマー分散を調製するために使用可能であるかまたはその後製造プロセスの後半のステップ中に分散に添加可能である界面活性剤としては、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、非イオン界面活性剤および両性界面活性剤が含まれる。これらは別々にまたは２つ以上の組合せの形で使用可能である。通常使用される界面活性剤の量は、合計フルオロポリマー粒子１００重量部あたり０．０５〜５重量部である。
【００２３】
フルオロポリマーを形成するにあたりフルオロ界面活性剤を使用してもよいが、環境上の理由から非フッ素化界面活性剤が好ましい。有用な非フッ素化界面活性剤としては、カチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、両性界面活性剤ならびに反応性乳化剤が含まれる。一部の有用な界面活性剤としては、高級アルコールサルフェート（例えばアルキルスルホン酸のナトリウム塩、アルキルベンゼンスルホン酸のナトリウム塩、コハク酸のナトリウム塩、コハク酸ジアルキルエステルスルホン酸のナトリウム塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸のナトリウム塩）のエステル；アルキルピリジニウムクロリド；アルキルアンモニウムクロリド；ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、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エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエステルグリセロールエステル、ソルビタンアルキルエステル、およびそれらの誘導体；ラウリルベタイン；スチレンスルホン酸ナトリウム、アルキルスルホン酸ナトリウムおよびアリールアルキルスルホン酸ナトリウム；ポリビニルホスホン酸、ポリアクリル酸、ポリビニルスルホン酸、およびそれらの塩；ブロックポリマーを含む、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコールおよび／またはポリプロピレングリコールセグメントを有する乳化剤が含まれるが、これらに限定されない。
【００２４】
本発明の水性フルオロポリマーハイブリッド組成物は、フルオロポリマーシード分散の存在下で順次少なくとも２つの異なるモノマー組成物を重合することによって形成される。各々のモノマー組成物は、１つ以上のモノマーで構成されている。モノマー組成物は、別々のホモポリマーまたはコポリマーを形成する。本明細書中で使用される「コポリマー」という用語は、２つ以上の化学的に全く異なるモノマー種で形成されたポリマーを意味するものとして用いられ、ターポリマーおよび４種以上の異なるモノマーを伴うポリマーを含むことができる。２種以上のモノマーがモノマー組成物中に存在する場合、モノマー組成物は、反応装置へのモノマー組成物の添加全体を通して均質であってよく、またはモノマー組成物は均質でなくグラジエントコポリマーを生産してもよい。グラジエントコポリマーは、当該技術分野において公知の通り、タンクから反応装置まで１つのモノマーを補給し同時に同じタンク内に第２のモノマーを補給することなど、複数の方法で形成されてよく、したがって反応装置に対するモノマーの比率は持続的に変動する。グラジエントポリマーはまた、例えばＲＡＦＴまたは窒素酸化物作用物質を用いてポリマーのアーキテクチャを制御することなどによって、制御型ラジカル重合プロセスを使用して形成されてもよい。
【００２５】
モノマー組成物の少なくとも１つは、フルオロポリマーとの混和性を理由として選択される。モノマー組成物の少なくとも１つは、３０℃未満のガラス転移温度を有するように選択される。２つの異なるモノマー組成物の比率は、１０：９０から９０：１０まで、好ましくは２５：７５から７５：２５までの範囲であり得る。モノマー組成物は、単一のエチレン不飽和モノマーで構成され得るが、より好ましくは２つ以上の異なるモノマーを含む。当業者であれば、モノマー混合物を調整して、Ｔｇ、耐候性、引張り強度および耐薬品性などの異なる（コ）ポリマー特性を生成してよいということを認識するものである。モノマー組成物は全て非−（メト）アクリルモノマーであり得るものの、組成物が少なくとも１つのアクリルモノマーを含むこと、そして一つの好ましい実施形態においては全てのモノマーがアクリルモノマーであることが好ましい。
【００２６】
モノマー組成物中で有用なエチレン不飽和（ビニル）モノマーは、アクリル酸アルキルエステル（ａ）および／またはメタクリル酸アルキルエステル（ｂ）、官能基を伴う共重合可能なモノマー（ｃ）、そしてアクリル酸エステル以外の非官能性モノマー（ｄ）を含み、一部の場合においてメタクリル酸エステルを添加することができる。
【００２７】
有用なアクリル酸エステル（ａ）モノマーには；アクリル酸エチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸アミル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ヘキシルが含まれるが、これらに限定されない。有用なメタクリル酸エステル（ｂ）モノマーにはメタクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸アミル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸ヘキシル、およびメタクリル酸トリフルオロエチルが含まれるが、これらに限定されない。有用な官能性共重合可能なモノマー（ｃ）にはα，β不飽和カルボン酸（例えば、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸）；ビニルホスホン酸およびビニルスルホン酸、ビニルエステル化合物、アミド化合物（例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチルメタクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルメタミド、Ｎ−ジアルキルメタクリルアミド、Ｎ−ジアルキルアクリルアミド）；ヒドロキシル基を含むモノマー（例えば、メタクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリル酸ジエチレングリコールエチルエーテル）；エポキシ基を含むモノマー（例えば、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル）、シラノール類を含むモノマー（例えば、メタクリル酸γ−トリメトキシシラン、メタクリル酸γ−トリエトキシシラン）；アルデヒド類を含むモノマー（例えば、アクロレイン）、アルケニルシアン化物類（例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル）、およびその他のタイプの官能性モノマー、例えばメタクリル酸アセトアセトキシエチルが含まれるが、これらに限定されず；有用な非官能性モノマー（ｄ）には共役ジエン（例えば１，３−ブタジエン、イソプレン）、アクリル酸フルオロアルキル類、メタクリル酸フルオロアルキル類、芳香族アルケニル化合物（例えば、スチレン、α−メチルスチレン、スチレンハロゲン化物）、およびジビニル炭化水素化合物（ジビニルベンゼン）が含まれるが、これらに限定されない。
【００２８】
第１のビニルモノマー組成物は、フルオロポリマー組成物との混和性を理由として選択される。本明細書中で用いられる「混和性」という用語は、ポリマー配合物が、ニート成分ポリマーのガラス転移温度からの中間温度で示差走査熱量計測による単一のガラス転移を示すことを意味する。好ましい第１のモノマー組成物は、少なくとも５０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも７０％の以下の７種のビニルモノマーすなわち酢酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸アセトアセトキシエチルおよびアクリロニトリル、そして約１０ｗｔ％以下のヒドロキシ官能性モノマー、酸性官能性モノマー、スチレンまたはアルファメチルスチレンを含み、これらは全て、フルオロポリマー組成物との相溶性がきわめて低い。この範囲外の第１のモノマー組成物が使用される場合、組成物の耐候性能は低下する。
【００２９】
第２のビニルモノマー組成物は３０℃未満のガラス転移温度（Ｔｇ）を有するように選択される。これは、当該技術分野において周知の通り、適切な比率で高いＴｇと低いＴｇのモノマーを組合せることによって達成可能である。このようにして得たコポリマー組成物の結果としてのＴｇの値は、フォックス方程式を用いて計算してよい。特に好ましいのは、約０°〜２０℃の間のＴｇを有する組成物である。Ｔｇが約０℃未満である場合、材料の耐汚染性特性が劣る。Ｔｇが約２０℃より高い場合材料は、高レベルの成膜助剤を用いずに低温で成膜することができない。
【００３０】
第２のモノマー組成物を、異なるタイプの粒子形態を作り上げるように選択することも同様に可能である。第２のモノマー組成物がフルオロポリマーシードおよび第１のモノマー組成物の両方と相溶性／混和性を有するように選択される場合、比較的均質な相互貫入ポリマー網状組織（ＩＰＮ）タイプの形態が形成するものと予測される。第２のモノマー組成物が、フルオロポリマーシードとの相溶性／混和性を有するものの第１のモノマー組成物とは非相溶性であるように選択される場合には、２領域形態が予測され、ここでフルオロポリマーはそれでもなお２つの領域間に分布している。考えられる２領域形態の例は、Ｄｏｎａｌｄ Ｓｕｎｄｂｅｒｇ博士と共働者によるさまざまな論評の中で論述されており、コア−シェル形態、「ラズベリー」型形態、および「ドングリ」形態が含まれる。第２のモノマー組成物がフルオロポリマーシードおよび第１のモノマー組成物と非相溶性であるように選択されている場合、最終的形態は、一方の領域にはフルオロポリマーが全く無い状態で２−領域構造を有するものと予測される。最適な２−領域形態は、利用分野の必要性により左右される。例えば、低ＶＯＣで高耐候性のコーティングの場合には、最適な形態は、コア領域とシェル領域の間にフルオロポリマーが分布したハードコア−ソフトシェル構造であると考えられている。
【００３１】
第１および第２のモノマー組成物に加えて、第３、第４またはそれ以上のモノマー組成物を、順序付けした形で付加してよい。ビニルモノマー組成物の１つ以上が、後続する反応を受けて架橋または合成後修飾反応をもたらすことのできる官能性モノマーも同様に含んでいてよい。モノマー組成物の１つ以上が同様に、耐薬品性を改良するために、フルオロ（メト）アクリレートまたはメタクリル酸トリフルオロエチルなどのフッ素含有モノマーも含んでいてよい。
【００３２】
モノマー混合物の合計数量は、１００重量部のフルオロポリマーあたり２０〜３００重量部、好ましくは４０〜２００、最も好ましくは６０〜１５０重量部でなくてはならない。合計モノマー数量が１００重量部のシード粒子あたり２０重量部未満である場合には、基板に対する優れた接着力、優れた機械的特性、そして低温での成膜能力を含む数多くの特性が損なわれる。合計モノマー数量が、１００重量部のシード粒子あたり１００重量部超、特に２００重量部超である場合、最終的材料の耐候性、ならびに耐汚染性などのその他の幾つかの有益な特性が低下する。
【００３３】
シード重合は、従来の乳化重合と同じ条件下で実施可能である。シードラテックスに対して、界面活性剤、重合開始剤、連鎖移動剤、ｐＨ調節剤、そして最終的に溶剤およびキレート剤が添加され、反応は、大気圧で０．５〜６時間、２０〜１５０℃、好ましくは２０〜９０℃の温度で実施される。シードとしてフルオロポリマーを用いた乳化重合は、標準的方法すなわち、モノマー混合物全体を最初から水性フルオロポリマー分散中に添加するバッチ重合；モノマー混合物の一部を最初に補給し、反応させ、次に残りのモノマー混合物を連続的にまたはバッチ式に補給する半連続重合；そしてモノマー混合物を反応中水性フルオロポリマー分散中に連続的にまたはバッチ式に補給する連続重合、にしたがって実施可能である。
【００３４】
第２のモノマー組成物は、順次添加される。好ましい実施形態においては、フルオロポリマーシードと相溶性あるモノマー混合物が最初に添加され、ひとたび反応した時点で、第２のモノマー補給物が添加される。第２のモノマー補給物がフルオロポリマーシードと非相溶性である場合、モノマー混合物は、いずれの順序で添加してもよい。４つ以上の異なるモノマー組成物を添加しなければならない場合、第３以降の組成物は、順次添加される。
【００３５】
２０℃〜１００℃の温度について、水性媒質中の遊離ラジカル重合に適したラジカルを生成するあらゆる種類の開始剤を重合開始剤として使用することができる。開始剤は、単独でまたは還元剤（例えばヒドロゲノ亜硫酸水素ナトリウム、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ヒドロゲノ亜硫酸ナトリウム）と組合せた形で使用してよい。例えば、水溶性開始剤として、過硫酸塩または過酸化水素を使用でき、油溶性開始剤としてクメンヒドロペルオキシド，ジイソプロピルペルオキシドカルボネート、ベンゾイルペルオキシド、２，２’アゾビスメチルブタンニトリル、２，２’アゾビスイソブチロニトリル、１，１’アゾビスシクロヘキサン−１−カルボニトリル、イソプロピルベンゼンヒドロペルオキシドを使用することができる。好ましい開始剤は２，２’アゾビスメチルブタンニトリル、および１，１’アゾビスシクロヘキサン−１−カルボニトリルである。油溶性開始剤は好ましくは、モノマー混合物中または少量の溶剤中に溶解される。使用される開始剤の量は一般に、１００重量部の添加モノマー混合物あたり、０．１〜２重量部である。
【００３６】
反応を著しく減速させるのでないかぎり、使用可能な連鎖移動剤のタイプに制限は一切ない。使用可能な連鎖移動剤としては、例えばメルカプタン（例えばドデシルメルカプタン、オクチルメルカプタン）、ハロゲン化炭化水素（例えば四塩化炭素、クロロホルム）、キサントゲン（例えば二硫化ジメチルキサントゲン）が含まれる。使用される連鎖移動剤の数量は、１００重量部の添加モノマー混合物あたり、通常０〜５重量部である。
【００３７】
シード粒子がモノマーにより膨潤されるのを助長し（したがって分子レベルでの混合を増大させ）て成膜を改善するため、反応中に少量の溶剤を添加することができる。添加する溶剤の数量は、加工性、環境安全性、生産安全性、火災危険防止が損なわれないような範囲内に入っていなくてはならない。使用する溶剤には、例えばアセトン、メチルエチルケトン、Ｎ−メチルピロリドン、トルエン、ジメチルスルホキシド、またはトリプロピレングリコールモノメチルエーテルが含まれる。
【００３８】
使用されるｐＨ調整剤（例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、ヒドロゲノ炭酸ナトリウム）およびキレート剤（例えばエチレンジアミン四酢酸、グリシン、アラニン）の数量は、それぞれ、１００重量部の使用モノマー混合物あたり０〜２重量部および０〜０．１重量部である。
【００３９】
残留アクリルモノマーは、適正なチェイサー（ｃｈａｓｅｒ）化合物を応用して処理される。本発明においてチェイサーとして、アクリル樹脂に対する高い親和性を有するモノマーを含む数多くの異なる化学物質、選択された反応温度で活性ラジカルを生成できるあらゆる化合物そして上述の化合物の組合せを使用することができる。チェイサーとして使用される潜在的モノマーとしてはスチレン、およびその他の相溶性あるビニルモノマーが含まれるが、これらに限定されない。最高のラジカル生成化学物質は、例えば、過硫酸ナトリウム、カリウムまたはアンモニウムなどを含む無機過酸化物塩；例えばジ−ｔ−ブチルペルオキシド（ＤＴＢＰ）を含むジアルキルぺルオキシド類；ジアルキルペルオキシジカルボネート類、例えばジイソプロピル−ペルオキシジカルボネート（ＩＰＰ）、ジ−Ｎ−プロピル−ペルオキシジカルボネート（ＮＰＰ）、ジ−ｓｅｃ−ブチル−ペルオキシジカルボネート（ＤＢＰ）；ｔ−アルキルペルオキシベンゾエート類；例えばｔ−ブチルおよびｔ−アミルペルピバレートを含むｔ−アルキルペルオキシピバレート類；アセチルシクロヘキサンスルホニルペルオキシド；ジベンゾイルペルオキシド；ジクミルペルオキシドから選択され得る。酸化還元系には、任意にはナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート、メタビスルファイトまたはアスコルビン酸などの活性剤と組合せた、過酸化水素、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシドまたは過硫酸塩などの酸化剤、および還元金属塩（鉄（ＩＩ）塩が詳細例である）などの還元剤の組合せが含まれる。
【００４０】
例えばアンモニア水、有機アミンまたは無機塩基例えば水酸化カリウムなどのその他のｐＨ調整剤を、反応完了後に添加して最終ｐＨを調合および利用分野に適した範囲内、多くの場合７〜１０の範囲内のｐＨにしてもよい。
【００４１】
結果として得たフルオロポリマー分散は、３つ以上の別個のポリマー−フルオロポリマーシードおよび各々の別個のビニルモノマー組成物によって形成されたポリマーの「配合物」である。フルオロポリマーシードと第１の（混和性）ビニルポリマーは緊密な配合物を形成し、これが１つのタイプの相互貫入ポリマー網状組織（ＩＰＮ）を形成してよい。３０℃未満のＴｇを有する第２のビニルポリマー組成物は、フルオロポリマーシードとの混和性を有し結果として比較的均質で緊密な配合物かまたは３つ以上のポリマーのＩＰＮをもたらすように選択されてもよいし、またはフルオロポリマーシードとは混和せずその結果相分離をもたらすように選択されてもよい。
【００４２】
一実施形態においては、第２のポリマー組成物としてフルオロアクリルコポリマーが形成され、これは、フルオロポリマーシードと非相溶性である。この組成物を含むコーティングは、優れた耐汚染性を示す。
【００４３】
フルオロポリマーハイブリッド組成物を、例えば噴霧乾燥、ドラム乾燥、凍結乾燥などによる当該技術分野において公知の手段により、精製、単離してよい。
【００４４】
水性フルオロポリマーハイブリッド組成物ならびにそれから調合される組成物の重要な特性は、それらが優れた安定性を示すということにある。所望の安定性特性としては、分散のコロイド安定性（せん断中の耐凝固性を含む）と同様に、経時的な物理的特性の安定性、例えばＭＦＦＴの経時的変化が非常に低いことが含まれる。
【００４５】
本発明のフルオロポリマーハイブリッド組成物は、溶剤分散、溶剤溶液、水性分散または粉末コーティングとして調合可能である。結果として得られるフルオロポリマー水性ハイブリッド組成物は、環境に無害な成膜組成物であり、形成される膜またはコーティングは、優れた物理的特性および低いＶＯＣを有する。本発明のフルオロポリマーハイブリッド組成物は、屋外塗装および工場塗装コーティングおよび塗料、コーキング、シーラントおよび接着剤、インキおよびワニス、シーラント、セメントおよびモルタル用改質樹脂、圧密剤および染色液の構成成分として有用である。
【００４６】
本発明のフルオロポリマーハイブリッド組成物を含む有用な屋外コーティング組成物は、５０ｇ／リットルの最大ＶＯＣで５℃未満のＭＦＦＴを有するコーティング組成物に調合できる。コーティング組成物は、ｐＨ調整剤、ＵＶ安定剤、着色剤、染料、充填材、水溶性樹脂、レオロジー制御剤および増粘剤、そして顔料および顔料増量剤を含む（ただしこれらに限定されない）、コーティング中で使用するための典型的な添加剤を含んでいてよい。
【００４７】
当業者は同様に、本発明の１つ以上の成分組成物中に官能性モノマーが含まれている場合、調合物中に補足的外部架橋剤を添加することにより、本発明のフルオロポリマーハイブリッド組成物を含む有用なコーティング組成物を得ることができるということも想像できると思われる。このような補足的架橋化学反応の例は、例えば参照により本明細書に援用されている米国特許第６６８０３５７号明細書の中で記述されている。
【００４８】
提供された情報および実施例に基づき、当業者は、本発明の組成物のその他の多くの用途を想像することができると思われる。
【実施例】
【００４９】
実施例１（比較例−単一ビニルモノマー組成物）
フルオロポリマーラテックス（樹脂組成物は７５／２５ｗｔ％のＶＦ２／２５ＨＦＰを有し、ラテックスは３６．７重量パーセントの固形分を有する、４５０ｇ）、ＶＡＺＯ（登録商標）−６７（Ｄｕｐｏｎｔ）、ＰＯＬＹＳＴＥＰ Ｂ７ラウリル硫酸アンモニウム（Ｓｔｅｐａｎ、３０ｗｔ％水溶液）をそのままの状態で使用する。メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸、およびアクリル酸エチルはＡｌｄｒｉｃｈ製であり、受入れたままの状態でこれを使用する。
【００５０】
別の容器内で、メタクリル酸メチル（５９ｇ）、アクリル酸エチル（９８．０ｇ）、メタクリル酸（３．３ｇ）、ＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４（３．３）、ラウリル硫酸アンモニウム（１０ｇ）および水（４０ｇ）からモノマープレエマルジョンを調製する。開始剤溶液を１．０ｇのＶＡＺＯ−６７（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）およびトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（４．０ｇ）から調製する。モノマープレエマルジョンのポリマーのフォックス方程式に基づいた計算上のＴｇは１６℃である。
【００５１】
凝縮器、高純度アルゴンおよびモノマーの注入口および機械式撹拌機が備わった反応釜の中にフルオロポリマーラテックスを投入する。反応装置およびその初期内容物を洗い流し１０分間パージした後、モノマープレエマルジョンの初期投入量（４３．０ｇ）および開始剤溶液を反応装置内に導入する。その後、混合物を周囲圧力および温度でアルゴン下で４０分間撹拌する。反応装置およびその内容物を７５℃まで加熱した。３０分後、残りのモノマープレエマルジョンを１８０ｇ／時の速度で補給した。全てのモノマー混合物を添加した後、さらに３０分間反応温度を７５℃に維持することにより、残留モノマーを消費した。その後１％過硫酸カリウム水溶液２ｇを反応装置に加えて、残留モノマーをチェース（chase）する。その後、反応をさらに３０分間７５℃に維持する。次に反応混合物を周囲温度まで冷却し、放出し、反応により生成されたラテックスをチーズクロスを通して濾過する。ラテックスの最終的固形分含有量を重量法により測定し、それは４８．５重量パーセントであった。
【００５２】
実施例２（発明）
フルオロポリマーラテックス（樹脂組成物は７５／２５ｗｔ％のＶＦ２／２５ＨＦＰを有し、ラテックスは４０重量パーセントの固形分を有する、１２００ｇ）、ＶＡＺＯ（登録商標）−６７（Ｄｕｐｏｎｔ）、ＰＯＬＹＳＴＥＰ Ｂ７ラウリル硫酸アンモニウム（Ｓｔｅｐａｎ、３０ｗｔ％水溶液）を受入れたままの状態で使用する。Ａｒｋｅｍａ製のＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４は、メタクリル酸メチル中５０％溶液であり、これを、受入れたままの状態で使用した。メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸、およびアクリル酸エチルはＡｌｄｒｉｃｈ製であり、受入れたままの状態でこれを使用した。
【００５３】
別の容器内で、メタクリル酸メチル（９６ｇ）、アクリル酸ブチル（３８．５ｇ）、アクリル酸エチル（２４．０ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（７ｇ）および水（３９ｇ）からモノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＡと呼ぶ）を調製する。
【００５４】
もう１つの別の容器内で、メタクリル酸メチル（１３７ｇ）、アクリル酸ブチル（７２ｇ）、アクリル酸エチル（８６．５ｇ）、メタクリル酸（１２ｇ）、ＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４（７ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（１３ｇ）および水（７８ｇ）から、モノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＢと呼ぶ）を調製する。プレエマルジョンＢのポリマーの計算上のＴｇは１６℃である。
【００５５】
開始剤溶液を、３．０ｇＶＡＺＯ−６７（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）およびトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（１５．０ｇ）から調製する。
【００５６】
凝縮器、高純度アルゴンおよびモノマーの注入口および機械式撹拌機が備わった反応釜の中にフルオロポリマーラテックスを投入する。反応装置およびその初期内容物を洗い流し１０分間パージした後、プレエマルジョンＡを４００ｇ／時の速度で反応装置内に導入する。その後開始剤溶液を添加する。その後、混合物を周囲圧力および温度でアルゴン下にて４０分間撹拌する。反応装置およびその内容物を７５℃まで加熱した。３０分後、プレエマルジョンＢを３００ｇ／時の速度で補給した。全てのモノマー混合物を添加した後、さらに３０分間反応温度を７５Ｃに維持することにより、残留モノマーを消費した。その後１％過硫酸カリウム水溶液５ｇを反応装置に加えて、残留モノマーをチェースする。その後、反応をさらに３０分間７５℃で維持する。次に反応混合物を周囲温度まで冷却し、放出し、反応により生成されたラテックスをチーズクロスを通して濾過する。ラテックスの最終的固形分含有量を重量法により測定し、それは５２．５重量パーセントであった。
【００５７】
実施例３（本発明の例）
フルオロポリマーラテックス（樹脂組成物は７５／２５ｗｔ％のＶＦ２／２５ＨＦＰを有し、ラテックスは４３．５重量パーセントの固形分を有する、１１００ｇ）、ＶＡＺＯ（登録商標）−６７（Ｄｕｐｏｎｔ）、ＰＯＬＹＳＴＥＰ Ｂ７ラウリル硫酸アンモニウム（Ｓｔｅｐａｎ、３０ｗｔ％水溶液）を受入れたままの状態で使用する。Ａｒｋｅｍａ製のＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４は、メタクリル酸メチル中５０％溶液であり、これを、受入れたままの状態で使用した。メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸、およびアクリル酸エチルはＡｌｄｒｉｃｈ製であり、受入れたままの状態でこれを使用した。
【００５８】
別の容器内で、メタクリル酸メチル（８０ｇ）、アクリル酸ブチル（３５ｇ）、アクリル酸エチル（４７ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（５ｇ）および水（３９ｇ）からモノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＡと呼ぶ）を調製する。
【００５９】
もう１つの別の容器内で、メタクリル酸メチル（１３７ｇ）、アクリル酸ブチル（７２ｇ）、アクリル酸エチル（８６．５ｇ）、メタクリル酸（１２ｇ）、ＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４（７ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（１３ｇ）および水（７８ｇ）から、モノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＢと呼ぶ）を調製する。プレエマルジョンＢのポリマーの計算上のＴｇは１９℃である。
【００６０】
開始剤溶液を、３．５ｇＶＡＺＯ−６７（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）およびトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（１５．０ｇ）から調製する。
【００６１】
凝縮器、高純度アルゴンおよびモノマーの注入口および機械式撹拌機が備わった反応釜の中にフルオロポリマーラテックスを投入する。反応装置およびその初期内容物を洗い流し１０分間パージした後、プレエマルジョンＡを４００ｇ／時の速度で反応装置内に導入する。その後開始剤溶液を添加する。その後、混合物を周囲圧力および温度でアルゴン下で４０分間撹拌する。反応装置およびその内容物を７５℃まで加熱した。３０分後、プレエマルジョンＢを３００ｇ／時の速度で補給した。全てのモノマー混合物を添加した後、さらに３０分間反応温度を７５℃に維持することにより、残留モノマーを消費した。その後１％過硫酸カリウム水溶液５ｇを反応装置に加えて、残留モノマーをさらにチェースする。その後、反応をさらに３０分間７５℃で維持する。次に反応混合物を周囲温度まで冷却し、放出し、反応により生成されたラテックスをチーズクロスを通して濾過する。ラテックスの最終的固形分含有量を重量法により測定し、それは５２．０重量パーセントであった。
【００６２】
実施例４（比較例−２つのビニルモノマー、ただし第２のモノマーのＴｇは３０℃超）
フルオロポリマーラテックス（樹脂組成物は７５／２５ｗｔ％のＶＦ２／２５ＨＦＰを有し、ラテックスは３６．７重量パーセントの固形分を有する、１１００ｇ）、ＶＡＺＯ（登録商標）−６７（Ｄｕｐｏｎｔ）、およびＰＯＬＹＳＴＥＰ Ｂ７ラウリル硫酸アンモニウム（Ｓｔｅｐａｎ、３０ｗｔ％水溶液）を受入れたままの状態で使用する。Ａｒｋｅｍａ製のＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４は、メタクリル酸メチル中５０％溶液であり、これを、受入れたままの状態で使用した。メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、およびメタクリル酸はＡｌｄｒｉｃｈ製であり、受入れたままの状態でこれを使用した。
【００６３】
別の容器内で、メタクリル酸メチル（１００ｇ）、アクリル酸ブチル（３２ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（６ｇ）および水（３０ｇ）からモノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＡと呼ぶ）を調製する。
【００６４】
もう１つの別の容器内で、メタクリル酸メチル（９７ｇ）、アクリル酸ブチル（３１ｇ）、メタクリル酸（３．０ｇ）、ＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４（３．０ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（５．０ｇ）および水（３３ｇ）から、モノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＢと呼ぶ）を調製する。プレエマルジョンＢのポリマーの計算上のＴｇは５１℃である。
【００６５】
開始剤溶液を、１．０ｇＶＡＺＯ−６７（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）およびトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（４．０ｇ）から調製する。
【００６６】
凝縮器、高純度アルゴンおよびモノマーの注入口および機械式撹拌機が備わった反応釜の中にフルオロポリマーラテックスを投入する。反応装置およびその初期内容物を洗い流し１０分間パージした後、プレエマルジョンＡ３３ｇを反応装置内に導入する。その後開始剤溶液を添加する。その後、混合物を周囲圧力および温度でアルゴン下で４０分間撹拌する。反応装置およびその内容物を７５℃まで加熱した。３０分後、プレエマルジョンＢを１８０ｇ／時の速度で補給した。全てのモノマー混合物を添加した後、さらに３０分間反応温度を７５℃に維持することにより、残留モノマーを消費した。その後１％過硫酸カリウム水溶液２ｇを反応装置に加えて、残留モノマーをさらにチェースする。その後、反応をさらに３０分間７５℃で維持する。次に反応混合物を周囲温度まで冷却し、放出し、反応により生成されたラテックスをチーズクロスを通して濾過する。ラテックスの最終的固形分含有量を重量法により測定し、それは４７．０重量パーセントであった。
【００６７】
実施例１〜４についてのＭＦＦＴデータおよび特性データ
実施例１〜４のラテックス試料を、２８％のアンモニア水または有機アミン（Ａｎｇｕｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製のＡＭＰ−９５、またはＴｒａｍｉｎｃｏ製Ｖａｎｔｅｘ（登録商標）Ｔ）を用いて、８〜９の間のｐＨに中和した。これらの中和した試料のＭＦＦＴを測定し、塗料の調合にこの試料を使用した。ギャップ５０ミクロンのドローダウンアプリケータ（ｄｒａｗ ｄｏｗｎ ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ）キューブを用いてＭＦＦＴバー（Ｐａｕｌ Ｇａｒｄｎｅｒ Ｉｎｃ．）の表面にラテックスの薄膜を塗布し、１時間コーティングを乾燥させ、次に、ラテックスが透明な亀裂の無い膜を形成する最低温度を書き留めることにより、ＭＦＦＴを測定した。
【００６８】
さらに、以下の通りにカーボンブラック汚染試験（デルタＥ色変化）を実施した。すなわち、方法２４で測定した場合に２３ｇ／（１リットル未満の水）という計算上のＶＯＣを有する以下の単純な調合物を用いて、白色コーティング調合物を調製した：
【００６９】
【表１】
【００７０】
ドローダウンアプリケータを用いて金属基板に調合物を塗布し、考慮対象のコーティングのタイプに適した条件下（例えば空気乾燥型コーティングの場合は周囲湿度および温度で４日間または１週間）で乾燥させた。規定の乾燥期間が終了した時点で、穏やかに力を加えながらコーティングの被験領域上にカーボンブラック粉末（ランプブラックグレード、例えばＣｏｌｕｍｂｉａ＃２２）を一塗りし、被験部域が均一に灰色または黒色になるまでこのプロセスを３回反復する。（あるいは、カーボンブラック粉末の代りに、褐色または黒色酸化鉄顔料粉末をベースとする水性スラリーを使用してもよい）。コーティングを９０分間放置し、その後水道水の流水下で湿ったペーパタオルを用いて穏やかに圧力を加えてコーティングをこすって、可能なかぎり多くの汚染剤を除去するよう試みる。その後、（１９７６ＣＩＥＬ*ａ*ｂ*にしたがって測定されるような）試験前後のカラーデルタＥ*の差異として、比色計を用いて耐吸塵性を測定する。４日間の乾燥時後の５未満の汚染デルタＥ*を有するコーティングは、耐汚れ性（ｄｉｒｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の観点からみて優、５〜１０＝きわめて良好、１０〜１５＝良、１５〜３０＝中、そして３０超は不良、とみなすことができる。
【００７１】
【表２】
【００７２】
実施例５〜８
以下の手順は、モノマー混合物Ａおよびモノマー混合物Ｂについて以下のビニルモノマー組成物を用いて実施例５〜８を調製するために用いられた一般的方法を網羅している（表２）。
【００７３】
フルオロポリマーラテックス（樹脂組成物は７５／２５ｗｔ％のＶＦ２／２５ＨＦＰを有し、ラテックスは４１．０重量パーセントの固形分を有する、１１７０ｇ）、ＶＡＺＯ−６７（Ｄｕｐｏｎｔ）、ＰＯＬＹＳＴＥＰ Ｂ７ラウリル硫酸アンモニウム（Ｓｔｅｐａｎ、３０ｗｔ％水溶液）を受入れたままの状態で使用する。ラテックスの体積平均粒径は、１３２ｎｍであった。
【００７４】
Ａｒｋｅｍａ製のＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４は、メタクリル酸メチル中５０％溶液であり、これを、受入れたままの状態で使用した。メタクリル酸トリフロオロエチルも同様にＡｒｋｅｍａの製品で受入れたままの状態で使用した。メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸、アクリル酸エチル、アクリル酸メチル、メルカプトプロピオン酸イソオクチル（ＩＯＭＰ）およびアクリロニトリルはＡｌｄｒｉｃｈ製であり、受入れたままの状態でこれを使用した。
【００７５】
別の容器内で、メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸エチル、場合によって第４のモノマーおよびＩＯＭＰ（詳細には表２を参照のこと）からモノマー混合物（モノマー混合物Ａと呼ぶ）を調製する。
【００７６】
もう１つの別の容器内で、メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸、ＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４（７ｇ）、場合によっては第６のモノマーおよびＩＯＭＰ（詳細は表２を参照）から、モノマー混合物（モノマー混合物Ｂと呼ぶ）を調製する。開始剤溶液を、３．０ｇＶＡＺＯ−６７（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）およびトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（１５．０ｇ）から調製する。
【００７７】
凝縮器、高純度アルゴンおよびモノマーの注入口および機械式撹拌機が備わった反応釜の中にフルオロポリマーラテックスを投入する。反応装置およびその初期内容物を洗い流し１０分間パージした後、モノマー混合物Ａを６００ｇ／時の速度で反応装置内に導入する。その後開始剤溶液を添加する。その後、混合物を周囲圧力および温度でアルゴン下で３０分間撹拌する。反応装置およびその内容物を７５℃まで加熱した。３０分後、モノマー混合物Ｂを３００ｇ／時の速度で補給した。全てのモノマー混合物を添加した後、反応温度を８１Ｃまで上昇させ、さらに１５分間反応装置をこの温度に保つことにより、残留モノマーを消費した。その後４．３ｇのスチレンモノマーと６．８ｇのレドックス開始剤パッケージ（ｔ−ブチルヒドロペルオキシドおよびナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート）の組合せを加えて、残留モノマーをさらにチェースした。その後、反応をさらに３０分間８１℃で維持する。次に反応混合物を周囲温度まで冷却し、放出し、反応により生成されたラテックスをチーズクロスを通して濾過する。ラテックスの最終的固形分含有量を重量法により測定し、それは表２に報告されている。
【００７８】
【表３】
【００７９】
これらの実施例のラテックス試料を、実施例１〜４の場合と同様に中和し、その後、先の通り、ＭＦＦＴを測定し、以下の配合表にしたがって調合物を作製し、褐色酸化鉄水性スラリーを用いて耐汚れ性について測定した。耐汚れ性試験については、２つの白色の市販塗料試料も比較例として試験した。
【００８０】
【表４】
【００８１】
【表５】
【００８２】
実施例９〜１６
実施例９〜１６を、プレエマルジョンＡおよびプレエマルジョンＢについて以下のビニルモノマー組成物を用いて、実施例２の一般的方法にしたがって調製した。全ての数量はグラム単位である。
【００８３】
【表６】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シード乳化重合法により製造された、改善された成膜特性を有する水性フルオロポリマーハイブリッド組成物に関する。シードは、フルオロポリマー分散である。シードされた分散に対して順次、少なくとも２つの異なるモノマー組成物が添加される。これらのモノマー組成物は好ましくは、アクリルモノマーを含む。第１のモノマー組成物は、フルオロポリマー分散との混和性を理由として選択される。第２のモノマー組成物は、３０℃未満のガラス転移温度（Ｔｇ）を有するように選択される。最終組成物は、５℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）および５０ｇ／リットルの最大ＶＯＣを有するコーティングを製造するように調合できる。組成物は、コーティングおよび膜用として有用である。
【背景技術】
【０００２】
フルオロポリマー系コーティングおよび膜は、卓越した特性をもつことから広く使用されている。例えば７０〜８０％のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂をベースとし、残りが選択されたアクリル樹脂であるコーティングおよび膜は、その卓越した屋外耐候性ならびに、耐薬品性および成形性などのその他の特性のため周知である。さまざまなフッ素化アクリルモノマーをベースとする別の部類のフルオロポリマー系コーティングは、その落書き防止性および耐汚染性で知られている。
【０００３】
これらの優れた特性を維持しながら、より環境に無害な方法で作ることのできるフルオロポリマー系コーティングおよび膜に対する必要性が存在する。例えば、ＰＶＤＦベースの塗料は一般に、ＰＶＤＦ樹脂を溶解させるかまたは分散させるために使用される有機溶剤を高いレベルで含んでいる。これらの有機溶剤は、典型的に揮発性有機化合物（ＶＯＣ）として分類されその用途が規制されている。ＰＶＤＦ系コーティングおよび膜へのその他の一部のルートには、溶剤は関与しないかもしれないが、エネルギー集約型の高温焼成または溶融加工ステップが関与する。
【０００４】
ＰＶＤＦベースの水性組成物は、溶剤ベースの系に比べて環境に無害である。このようなハイブリッド組成物（すなわち２つ以上のタイプのポリマーを含む組成物）は例えば米国特許第５，８０４，６５０号明細書中に示されている。特開２００３２３１７２２号公報は、分子量が異なる２つのフッ素コポリマーと単一のアクリルモノマー組成物が関与する３層コアーシェル組成物について記述している。米国特許第５，３４９，００３号明細書および米国特許第５，６４６，２０１号明細書は、フッ化ビニリデン／アクリル組成物について記述している。米国特許第６，６８０，３５７号明細書および米国特許出願公開第２００６２６４５６３号明細書は、異なる形態を作り上げる目的で２つ以上の異なるアクリルモノマー組成物を使用する可能性に言及している。相の性質についての説明もマルチフィードシステムの例も一切記されていない。
【０００５】
これらのハイブリッド組成物は分散がニートな形態で連続膜を形成する最低温度である最低成膜温度（ＭＦＦＴ）により特徴づけできる。ＭＦＦＴは、ニート分散および調合後分散の両方の物理特性であり、「ＭＦＦＴバー」（Ｐａｕｌ Ｇａｒｄｎｅｒ Ｉｎｃ．）などのグラジエント温度計器上で測定可能である。分散で作られたコーティングまたは塗料を塗布する場合、完全に乾燥した塗膜を達成するためには、調合後のＭＦＦＴが、コーティングまたは塗料が乾燥する温度よりも低いことが必要である。したがって、コーティングおよび塗料調合物に成膜助剤（ｃｏａｌｅｓｃｅｎｔ）とも呼ばれる成膜溶剤を添加して、調合物のＭＦＦＴを意図された乾燥温度よりも低い温度まで低下させるのが一般的な実践方法である。屋外塗装（ｆｉｅｌｄ ｐａｉｎｔｉｎｇ）用塗料の場合、乾燥温度は多くの場合制御不可能であることから、調合後のＭＦＦＴが５℃未満さらには０℃未満となるように塗料を調合して、低温成膜特性（例えば約４℃、すなわち４０°Ｆでの成膜特性）が得られるようにするのが一般的な実践方法である。優れた成膜助剤を（ポリマー固体に対して）１％加えると、分散のＭＦＦＴを約２℃低下させることができるというのが一般的な経験則である。こうして、３０℃のニートＭＦＦＴを有する分散には通常、調合後ＭＦＦＴを約０℃にするためにポリマー固体に対して約１５％の成膜助剤が必要である。成膜溶剤は、調合後のＶＯＣに影響を及ぼす。ＥＰＡ方法２４により測定されるように、５０ｇ／（１リットル未満の水）のＶＯＣレベルを超過することなく、（調合物の顔料含有量に応じて）ポリマー固体に対して５〜７％以下の成膜助剤を付加することが通常可能である。したがって、ポリマー固体に対して約１５％の成膜助剤を含む３０℃のニートＭＦＦＴを有する分散から作られた調合後の屋外用塗料またはコーティングは、典型的に、５０ｇ／（１リットル未満の水）をはるかに上回るＶＯＣレベルを有する。
【０００６】
特開平０１−０７２８１９Ａ公報および特開２００３２３１７２２公報などのさまざまな特許中の実施例は、高性能コーティングを作るために使用可能である、３０〜６０℃範囲内のニートＭＦＦＴを有するＰＶＤＦベースのハイブリッド分散について記述している。同様にして、近年、例えば４０〜６０℃の範囲のＭＦＦＴを有するダイキン工業株式会社製の水性フルオロポリマーエマルジョンのＺｅｆｆｌｅ ＳＥTMシリーズなどの幾つかの市販製品が入手可能になっている。これらの材料に基づく調合物を用いて５℃という低い温度で成膜させるためには、ポリマー固体に対して１０％またはそれ以上という高い成膜助剤レベルが必要とされる。このような調合物についてのＶＯＣレベルは、１００〜２５０ｇ／（１リットルの水）の範囲内にあり、これは、溶剤系コーティングのアプローチに比べ環境に対する影響の観点からみて著しい改善である。しかしながらこれらの材料を用いて、耐候性および耐汚染性などの主要な特性を犠牲にせずに約１００ｇ／（１リットルの水）より低いＶＯＣレベルを達成することは困難である。このことはすなわち、規則によりＶＯＣが５０ｇ／（１リットルの水）以下に制限される数多くの屋外利用分野においてこれらを将来使用することができないかもしれないということを意味している。その結果、耐候性または耐汚染性を著しく喪失することなく５０ｇ／リットルの最大ＶＯＣで５℃以下のＭＦＦＴを有する安定した塗料およびコーティングを達成するために調合可能である、新しいフルオロポリマーハイブリッド分散が求められている。この目的を達成するためには、ハイブリッド組成物は、２０℃以下、好ましくは１５℃以下のニートＭＦＦＴを有していなければならない。
【０００７】
２０℃未満のＭＦＦＴを有する一部の水性フルオロポリマーハイブリッド組成物が、米国特許第５６４６２０１号実施例中に記載されている。これらは、５０％のメタクリル酸メチル、５０％のアクリル酸エチルという組成の単一のアクリル組成物を用いて生産され約２６ＣのＴｇを有している。しかしながら、実際には、この要領で作られた低ＭＦＦＴのハイブリッド分散から、５０ｇ／（１リットルの水）未満のＶＯＣと特性のバランスが取れた安定した塗料調合物を調合することは困難である。これらのハイブリッド分散に見られる調合安定性の問題には２種類ある。すなわち、アクリル組成物が共重合された酸モノマーをほとんどまたは全く含んでいない場合（典型的には合計モノマーの重量に基づいて約２ｗｔ％未満）、調合物は、調合プロセス中またはその後の保管時点でフロキュレーションの問題を呈する。一方、アクリル組成物が、約７〜１０の典型的な水性コーティングのｐＨまで塩基を用いて中和された後水性フルオロポリマー分散のフロキュレーション問題を最小限におさえるために充分な共重合された酸モノマーを含んでいる場合には、中和された水性フルオロポリマー組成物のＭＦＦＴは経時的に上昇し、より高レベルの成膜助剤が必要となり、かつ不利な粒子形態に起因して耐候性などの特性が失われることになる。ＭＦＦＴ上昇の現象は、約１０℃未満の非常に低いＴｇを有するアクリル組成物を選択することによって最小限におさえることができるが、その場合、耐汚染性などのその他の特性が損なわれる。
【０００８】
一部のフルオロポリマー系材料が有する別の環境問題は、それらが多くの場合フルオロ界面活性剤で作られ、ペルフルオロアルカノエート残渣または化学的に分解してペルフルオロアルカノエートまたはペルフルオロアルカン酸を含有し得る種を含んでいるかもしれないという点にある。これらのペルフルオロアルカノエートの多くは、環境中で非常に長い寿命を有し、生物濃縮することが見出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，８０４，６５０号明細書
【特許文献２】特開２００３−２３１７２２号公報
【特許文献３】米国特許第５，３４９，００３号明細書
【特許文献４】米国特許第５，６４６，２０１号明細書
【特許文献５】米国特許第６，６８０，３５７号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００６−２６４５６３号明細書
【特許文献７】特開平０１−０７２８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、最大ＶＯＣが５０ｇ／リットルである安定した高性能塗料およびコーティングを製造するために調合可能な２０℃以下のＭＦＦＴを有するフルオロポリマーベースの分散に対する必要性が存在する。理想的には、この分散はフルオロ界面活性剤を含まない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
意外にも、少なくとも２つの異なるエチレン不飽和モノマー組成物を用いたフルオロポリマーシード法を調整して、２０℃以下のＭＦＦＴ、好ましくは１５℃以下のＭＦＦＴを有し、周囲温度の乾燥条件向けの安定した高性能コーティングにすることのできる水性フルオロポリマーハイブリッド組成物を提供することができる、ということが見出された。これは、第１のモノマー組成物をフルオロポリマー分散との混和性を理由として選択し、第２のモノマー組成物を３０℃未満のガラス転移温度（Ｔｇ）を有するように選択することによって行なわれる。
【００１２】
水性フルオロポリマーハイブリッド組成物は、最大ＶＯＣを５０ｇ／リットルとして５℃以下のＭＦＦＴを有するコーティング組成物の形に調合可能である。
【００１３】
本発明は、安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物において、
ａ） フルオロポリマーと；
ｂ） 前記フルオロポリマーと混和可能である第１のビニルポリマーと；
ｃ） 前記第１のビニルポリマーと異なる組成を有し、かつ３０℃未満のＴｇを有する第２のビニルポリマーと；
ｄ） 任意にはその他のビニルポリマーと、
を有する組成物であって、前記フルオロポリマー分散が、２０℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）を有する組成物に関する。
【００１４】
本発明は同様に、環境に無害なフルオロポリマーハイブリッド組成物を形成するための方法において；
ａ） フルオロポリマー粒子が３００ｎｍ未満の粒径を有する、水性フルオロポリマーシード分散の形成ステップと；
ｂ） 前記フルオロポリマーの存在下で少なくとも２つの異なるビニルモノマー組成物を順次重合させて安定したフルオロポリマー組成物を形成するステップと、
を含む方法であって、第１のビニルモノマー組成物が前記フルオロポリマーと混和可能なポリマーを形成し、第２のビニルモノマー組成物が３０℃未満のＴｇを有するポリマーを形成し、かつ前記フルオロポリマー組成物が２０℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）を有する、プロセスにも関する。
【００１５】
本発明はさらに、（ａ）フルオロポリマーと；（ｂ）前記フルオロポリマーと混和可能である第１のビニルポリマーと；（ｃ）前記第１のビニルポリマーと異なる組成を有し、かつ３０℃未満のＴｇを有する第２のビニルポリマーと；（ｄ）任意にはその他のビニルポリマーと、をそのポリマー構成要素として有するコーティング組成物において、５℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）および５０ｇ／（１リットルの水）未満のＶＯＣを有する組成物に関する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、フルオロポリマー分散の存在下で少なくとも２つの異なるエチレン不飽和モノマー組成物を順次重合することによって作られた水性フルオロポリマー組成物に関する。
【００１７】
本発明の組成物は、フルオロポリマーシード分散を用いて形成される。本明細書中で使用される「フルオロモノマー」という用語または「フッ素化モノマー」という表現は、重合するアルケンの二重結合に対して付着した少なくとも１つのフッ素原子、フルオロアルキル基、またはフルオロアルコキシ基を含む重合可能なアルケンを意味する。本明細書中で使用される「フルオロポリマー」という用語は、少なくとも１つのフルオロモノマーの重合により形成されたポリマーを意味し、これにはホモポリマー、コポリマー、ターポリマーおよびより高次のポリマーが含まれ、これらは本来熱可塑性である、つまり成形および押出し加工プロセスにおいて行なわれるように熱を加えた時点で流動することで有用な部品に整形可能である。熱可塑性ポリマーは典型的には結晶融点を示す。
【００１８】
本発明のためのシード粒子として使用可能なフルオロポリマーとしては、フッ化ビニリデン（ＶＦ2）ホモポリマー（Ｉ）、ならびにフッ素を含むエチレン不飽和化合物（例えばトリフルオロクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ビニルフルオリド、ペルフルオロアクリル酸）、ジエン化合物（例えばブタジエン、イソプレン、クロロプレン）、非フッ素化エチレン不飽和化合物（例えばシクロヘキシルビニルエーテル）である（ＩＩ）と（Ｉ）とのコポリマーが含まれる。好ましいフルオロポリマー組成物は、５０〜１００重量部好ましくは７０〜１００部のフッ化ビニリデンホモポリマー；０〜３０重量部のヘキサフルオロプロピレン；および０〜３０重量部の（ＩＩ）として前述したその他の任意のモノマーを含む。好ましくは、フルオロポリマーは３０Ｊ／ｇ未満（示差走査熱量計により測定されたもの、第２熱）の結晶化度を有する。
【００１９】
当業者であれば、出発材料として詳細に示された特定のフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンポリマーラテックスに加えて、本発明では等価物として、上述の反応中でシードポリマーとして代用できるその他の公知のフッ化ビニリデンコポリマー（例えば米国特許第５，０９３，４２７号明細書およびＰＣＴ出願国際公開第９８／３８２４２号パンフレットを参照）およびフッ化ビニリデンホモポリマー（米国特許第３，４７５，３９６号明細書および同第３，８５７，８２７号明細書を参照）が企図されているということを理解する。
【００２０】
本発明は同様に、ＰＣＴ出願国際公開第９８／４６６５７号パンフレットおよび国際公開第９８／４６６５８号パンフレットに記述されているタイプのフッ化ビニルポリマーを適切なシードポリマーとして企図している。
【００２１】
水性フルオロポリマー分散は、フルオロポリマー粒径が３００ｎｍ未満、より好ましくは２００ｎｍ未満にとどまるかぎり、従来のあらゆるエマルジョン重合方法によって生産可能である。水性フルオロポリマー分散は、例えば、界面活性剤、開始剤、連鎖移動剤およびｐＨ調整剤の存在下で、水性媒質中のモノマー（Ｉ）または（Ｉ）および（ＩＩ）の乳化重合などによって、調製可能である。フルオロポリマー分散は好ましくは、遊離ラジカル開始を用いて合成される。フルオロポリマー乳化プロセス中で典型的に使用される連鎖移動剤、緩衝剤、除汚剤およびその他の添加剤も同様に存在してよい。
【００２２】
水性フルオロポリマー分散を調製するために使用可能であるかまたはその後製造プロセスの後半のステップ中に分散に添加可能である界面活性剤としては、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、非イオン界面活性剤および両性界面活性剤が含まれる。これらは別々にまたは２つ以上の組合せの形で使用可能である。通常使用される界面活性剤の量は、合計フルオロポリマー粒子１００重量部あたり０．０５〜５重量部である。
【００２３】
フルオロポリマーを形成するにあたりフルオロ界面活性剤を使用してもよいが、環境上の理由から非フッ素化界面活性剤が好ましい。有用な非フッ素化界面活性剤としては、カチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、両性界面活性剤ならびに反応性乳化剤が含まれる。一部の有用な界面活性剤としては、高級アルコールサルフェート（例えばアルキルスルホン酸のナトリウム塩、アルキルベンゼンスルホン酸のナトリウム塩、コハク酸のナトリウム塩、コハク酸ジアルキルエステルスルホン酸のナトリウム塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸のナトリウム塩）のエステル；アルキルピリジニウムクロリド；アルキルアンモニウムクロリド；ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、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エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエステルグリセロールエステル、ソルビタンアルキルエステル、およびそれらの誘導体；ラウリルベタイン；スチレンスルホン酸ナトリウム、アルキルスルホン酸ナトリウムおよびアリールアルキルスルホン酸ナトリウム；ポリビニルホスホン酸、ポリアクリル酸、ポリビニルスルホン酸、およびそれらの塩；ブロックポリマーを含む、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコールおよび／またはポリプロピレングリコールセグメントを有する乳化剤が含まれるが、これらに限定されない。
【００２４】
本発明の水性フルオロポリマーハイブリッド組成物は、フルオロポリマーシード分散の存在下で順次少なくとも２つの異なるモノマー組成物を重合することによって形成される。各々のモノマー組成物は、１つ以上のモノマーで構成されている。モノマー組成物は、別々のホモポリマーまたはコポリマーを形成する。本明細書中で使用される「コポリマー」という用語は、２つ以上の化学的に全く異なるモノマー種で形成されたポリマーを意味するものとして用いられ、ターポリマーおよび４種以上の異なるモノマーを伴うポリマーを含むことができる。２種以上のモノマーがモノマー組成物中に存在する場合、モノマー組成物は、反応装置へのモノマー組成物の添加全体を通して均質であってよく、またはモノマー組成物は均質でなくグラジエントコポリマーを生産してもよい。グラジエントコポリマーは、当該技術分野において公知の通り、タンクから反応装置まで１つのモノマーを補給し同時に同じタンク内に第２のモノマーを補給することなど、複数の方法で形成されてよく、したがって反応装置に対するモノマーの比率は持続的に変動する。グラジエントポリマーはまた、例えばＲＡＦＴまたは窒素酸化物作用物質を用いてポリマーのアーキテクチャを制御することなどによって、制御型ラジカル重合プロセスを使用して形成されてもよい。
【００２５】
モノマー組成物の少なくとも１つは、フルオロポリマーとの混和性を理由として選択される。モノマー組成物の少なくとも１つは、３０℃未満のガラス転移温度を有するように選択される。２つの異なるモノマー組成物の比率は、１０：９０から９０：１０まで、好ましくは２５：７５から７５：２５までの範囲であり得る。モノマー組成物は、単一のエチレン不飽和モノマーで構成され得るが、より好ましくは２つ以上の異なるモノマーを含む。当業者であれば、モノマー混合物を調整して、Ｔｇ、耐候性、引張り強度および耐薬品性などの異なる（コ）ポリマー特性を生成してよいということを認識するものである。モノマー組成物は全て非−（メト）アクリルモノマーであり得るものの、組成物が少なくとも１つのアクリルモノマーを含むこと、そして一つの好ましい実施形態においては全てのモノマーがアクリルモノマーであることが好ましい。
【００２６】
モノマー組成物中で有用なエチレン不飽和（ビニル）モノマーは、アクリル酸アルキルエステル（ａ）および／またはメタクリル酸アルキルエステル（ｂ）、官能基を伴う共重合可能なモノマー（ｃ）、そしてアクリル酸エステル以外の非官能性モノマー（ｄ）を含み、一部の場合においてメタクリル酸エステルを添加することができる。
【００２７】
有用なアクリル酸エステル（ａ）モノマーには；アクリル酸エチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸アミル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ヘキシルが含まれるが、これらに限定されない。有用なメタクリル酸エステル（ｂ）モノマーにはメタクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸アミル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸ヘキシル、およびメタクリル酸トリフルオロエチルが含まれるが、これらに限定されない。有用な官能性共重合可能なモノマー（ｃ）にはα，β不飽和カルボン酸（例えば、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸）；ビニルホスホン酸およびビニルスルホン酸、ビニルエステル化合物、アミド化合物（例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチルメタクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ−アルキルアクリルメタミド、Ｎ−ジアルキルメタクリルアミド、Ｎ−ジアルキルアクリルアミド）；ヒドロキシル基を含むモノマー（例えば、メタクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリル酸ジエチレングリコールエチルエーテル）；エポキシ基を含むモノマー（例えば、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル）、シラノール類を含むモノマー（例えば、メタクリル酸γ−トリメトキシシラン、メタクリル酸γ−トリエトキシシラン）；アルデヒド類を含むモノマー（例えば、アクロレイン）、アルケニルシアン化物類（例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル）、およびその他のタイプの官能性モノマー、例えばメタクリル酸アセトアセトキシエチルが含まれるが、これらに限定されず；有用な非官能性モノマー（ｄ）には共役ジエン（例えば１，３−ブタジエン、イソプレン）、アクリル酸フルオロアルキル類、メタクリル酸フルオロアルキル類、芳香族アルケニル化合物（例えば、スチレン、α−メチルスチレン、スチレンハロゲン化物）、およびジビニル炭化水素化合物（ジビニルベンゼン）が含まれるが、これらに限定されない。
【００２８】
第１のビニルモノマー組成物は、フルオロポリマー組成物との混和性を理由として選択される。本明細書中で用いられる「混和性」という用語は、ポリマー配合物が、ニート成分ポリマーのガラス転移温度からの中間温度で示差走査熱量計測による単一のガラス転移を示すことを意味する。好ましい第１のモノマー組成物は、少なくとも５０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも７０％の以下の７種のビニルモノマーすなわち酢酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸アセトアセトキシエチルおよびアクリロニトリル、そして約１０ｗｔ％以下のヒドロキシ官能性モノマー、酸性官能性モノマー、スチレンまたはアルファメチルスチレンを含み、これらは全て、フルオロポリマー組成物との相溶性がきわめて低い。この範囲外の第１のモノマー組成物が使用される場合、組成物の耐候性能は低下する。
【００２９】
第２のビニルモノマー組成物は３０℃未満のガラス転移温度（Ｔｇ）を有するように選択される。これは、当該技術分野において周知の通り、適切な比率で高いＴｇと低いＴｇのモノマーを組合せることによって達成可能である。このようにして得たコポリマー組成物の結果としてのＴｇの値は、フォックス方程式を用いて計算してよい。特に好ましいのは、約０°〜２０℃の間のＴｇを有する組成物である。Ｔｇが約０℃未満である場合、材料の耐汚染性特性が劣る。Ｔｇが約２０℃より高い場合材料は、高レベルの成膜助剤を用いずに低温で成膜することができない。
【００３０】
第２のモノマー組成物を、異なるタイプの粒子形態を作り上げるように選択することも同様に可能である。第２のモノマー組成物がフルオロポリマーシードおよび第１のモノマー組成物の両方と相溶性／混和性を有するように選択される場合、比較的均質な相互貫入ポリマー網状組織（ＩＰＮ）タイプの形態が形成するものと予測される。第２のモノマー組成物が、フルオロポリマーシードとの相溶性／混和性を有するものの第１のモノマー組成物とは非相溶性であるように選択される場合には、２領域形態が予測され、ここでフルオロポリマーはそれでもなお２つの領域間に分布している。考えられる２領域形態の例は、Ｄｏｎａｌｄ Ｓｕｎｄｂｅｒｇ博士と共働者によるさまざまな論評の中で論述されており、コア−シェル形態、「ラズベリー」型形態、および「ドングリ」形態が含まれる。第２のモノマー組成物がフルオロポリマーシードおよび第１のモノマー組成物と非相溶性であるように選択されている場合、最終的形態は、一方の領域にはフルオロポリマーが全く無い状態で２−領域構造を有するものと予測される。最適な２−領域形態は、利用分野の必要性により左右される。例えば、低ＶＯＣで高耐候性のコーティングの場合には、最適な形態は、コア領域とシェル領域の間にフルオロポリマーが分布したハードコア−ソフトシェル構造であると考えられている。
【００３１】
第１および第２のモノマー組成物に加えて、第３、第４またはそれ以上のモノマー組成物を、順序付けした形で付加してよい。ビニルモノマー組成物の１つ以上が、後続する反応を受けて架橋または合成後修飾反応をもたらすことのできる官能性モノマーも同様に含んでいてよい。モノマー組成物の１つ以上が同様に、耐薬品性を改良するために、フルオロ（メト）アクリレートまたはメタクリル酸トリフルオロエチルなどのフッ素含有モノマーも含んでいてよい。
【００３２】
モノマー混合物の合計数量は、１００重量部のフルオロポリマーあたり２０〜３００重量部、好ましくは４０〜２００、最も好ましくは６０〜１５０重量部でなくてはならない。合計モノマー数量が１００重量部のシード粒子あたり２０重量部未満である場合には、基板に対する優れた接着力、優れた機械的特性、そして低温での成膜能力を含む数多くの特性が損なわれる。合計モノマー数量が、１００重量部のシード粒子あたり１００重量部超、特に２００重量部超である場合、最終的材料の耐候性、ならびに耐汚染性などのその他の幾つかの有益な特性が低下する。
【００３３】
シード重合は、従来の乳化重合と同じ条件下で実施可能である。シードラテックスに対して、界面活性剤、重合開始剤、連鎖移動剤、ｐＨ調節剤、そして最終的に溶剤およびキレート剤が添加され、反応は、大気圧で０．５〜６時間、２０〜１５０℃、好ましくは２０〜９０℃の温度で実施される。シードとしてフルオロポリマーを用いた乳化重合は、標準的方法すなわち、モノマー混合物全体を最初から水性フルオロポリマー分散中に添加するバッチ重合；モノマー混合物の一部を最初に補給し、反応させ、次に残りのモノマー混合物を連続的にまたはバッチ式に補給する半連続重合；そしてモノマー混合物を反応中水性フルオロポリマー分散中に連続的にまたはバッチ式に補給する連続重合、にしたがって実施可能である。
【００３４】
第２のモノマー組成物は、順次添加される。好ましい実施形態においては、フルオロポリマーシードと相溶性あるモノマー混合物が最初に添加され、ひとたび反応した時点で、第２のモノマー補給物が添加される。第２のモノマー補給物がフルオロポリマーシードと非相溶性である場合、モノマー混合物は、いずれの順序で添加してもよい。４つ以上の異なるモノマー組成物を添加しなければならない場合、第３以降の組成物は、順次添加される。
【００３５】
２０℃〜１００℃の温度について、水性媒質中の遊離ラジカル重合に適したラジカルを生成するあらゆる種類の開始剤を重合開始剤として使用することができる。開始剤は、単独でまたは還元剤（例えばヒドロゲノ亜硫酸水素ナトリウム、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ヒドロゲノ亜硫酸ナトリウム）と組合せた形で使用してよい。例えば、水溶性開始剤として、過硫酸塩または過酸化水素を使用でき、油溶性開始剤としてクメンヒドロペルオキシド，ジイソプロピルペルオキシドカルボネート、ベンゾイルペルオキシド、２，２’アゾビスメチルブタンニトリル、２，２’アゾビスイソブチロニトリル、１，１’アゾビスシクロヘキサン−１−カルボニトリル、イソプロピルベンゼンヒドロペルオキシドを使用することができる。好ましい開始剤は２，２’アゾビスメチルブタンニトリル、および１，１’アゾビスシクロヘキサン−１−カルボニトリルである。油溶性開始剤は好ましくは、モノマー混合物中または少量の溶剤中に溶解される。使用される開始剤の量は一般に、１００重量部の添加モノマー混合物あたり、０．１〜２重量部である。
【００３６】
反応を著しく減速させるのでないかぎり、使用可能な連鎖移動剤のタイプに制限は一切ない。使用可能な連鎖移動剤としては、例えばメルカプタン（例えばドデシルメルカプタン、オクチルメルカプタン）、ハロゲン化炭化水素（例えば四塩化炭素、クロロホルム）、キサントゲン（例えば二硫化ジメチルキサントゲン）が含まれる。使用される連鎖移動剤の数量は、１００重量部の添加モノマー混合物あたり、通常０〜５重量部である。
【００３７】
シード粒子がモノマーにより膨潤されるのを助長し（したがって分子レベルでの混合を増大させ）て成膜を改善するため、反応中に少量の溶剤を添加することができる。添加する溶剤の数量は、加工性、環境安全性、生産安全性、火災危険防止が損なわれないような範囲内に入っていなくてはならない。使用する溶剤には、例えばアセトン、メチルエチルケトン、Ｎ−メチルピロリドン、トルエン、ジメチルスルホキシド、またはトリプロピレングリコールモノメチルエーテルが含まれる。
【００３８】
使用されるｐＨ調整剤（例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、ヒドロゲノ炭酸ナトリウム）およびキレート剤（例えばエチレンジアミン四酢酸、グリシン、アラニン）の数量は、それぞれ、１００重量部の使用モノマー混合物あたり０〜２重量部および０〜０．１重量部である。
【００３９】
残留アクリルモノマーは、適正なチェイサー（ｃｈａｓｅｒ）化合物を応用して処理される。本発明においてチェイサーとして、アクリル樹脂に対する高い親和性を有するモノマーを含む数多くの異なる化学物質、選択された反応温度で活性ラジカルを生成できるあらゆる化合物そして上述の化合物の組合せを使用することができる。チェイサーとして使用される潜在的モノマーとしてはスチレン、およびその他の相溶性あるビニルモノマーが含まれるが、これらに限定されない。最高のラジカル生成化学物質は、例えば、過硫酸ナトリウム、カリウムまたはアンモニウムなどを含む無機過酸化物塩；例えばジ−ｔ−ブチルペルオキシド（ＤＴＢＰ）を含むジアルキルぺルオキシド類；ジアルキルペルオキシジカルボネート類、例えばジイソプロピル−ペルオキシジカルボネート（ＩＰＰ）、ジ−Ｎ−プロピル−ペルオキシジカルボネート（ＮＰＰ）、ジ−ｓｅｃ−ブチル−ペルオキシジカルボネート（ＤＢＰ）；ｔ−アルキルペルオキシベンゾエート類；例えばｔ−ブチルおよびｔ−アミルペルピバレートを含むｔ−アルキルペルオキシピバレート類；アセチルシクロヘキサンスルホニルペルオキシド；ジベンゾイルペルオキシド；ジクミルペルオキシドから選択され得る。酸化還元系には、任意にはナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート、メタビスルファイトまたはアスコルビン酸などの活性剤と組合せた、過酸化水素、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシドまたは過硫酸塩などの酸化剤、および還元金属塩（鉄（ＩＩ）塩が詳細例である）などの還元剤の組合せが含まれる。
【００４０】
例えばアンモニア水、有機アミンまたは無機塩基例えば水酸化カリウムなどのその他のｐＨ調整剤を、反応完了後に添加して最終ｐＨを調合および利用分野に適した範囲内、多くの場合７〜１０の範囲内のｐＨにしてもよい。
【００４１】
結果として得たフルオロポリマー分散は、３つ以上の別個のポリマー−フルオロポリマーシードおよび各々の別個のビニルモノマー組成物によって形成されたポリマーの「配合物」である。フルオロポリマーシードと第１の（混和性）ビニルポリマーは緊密な配合物を形成し、これが１つのタイプの相互貫入ポリマー網状組織（ＩＰＮ）を形成してよい。３０℃未満のＴｇを有する第２のビニルポリマー組成物は、フルオロポリマーシードとの混和性を有し結果として比較的均質で緊密な配合物かまたは３つ以上のポリマーのＩＰＮをもたらすように選択されてもよいし、またはフルオロポリマーシードとは混和せずその結果相分離をもたらすように選択されてもよい。
【００４２】
一実施形態においては、第２のポリマー組成物としてフルオロアクリルコポリマーが形成され、これは、フルオロポリマーシードと非相溶性である。この組成物を含むコーティングは、優れた耐汚染性を示す。
【００４３】
フルオロポリマーハイブリッド組成物を、例えば噴霧乾燥、ドラム乾燥、凍結乾燥などによる当該技術分野において公知の手段により、精製、単離してよい。
【００４４】
水性フルオロポリマーハイブリッド組成物ならびにそれから調合される組成物の重要な特性は、それらが優れた安定性を示すということにある。所望の安定性特性としては、分散のコロイド安定性（せん断中の耐凝固性を含む）と同様に、経時的な物理的特性の安定性、例えばＭＦＦＴの経時的変化が非常に低いことが含まれる。
【００４５】
本発明のフルオロポリマーハイブリッド組成物は、溶剤分散、溶剤溶液、水性分散または粉末コーティングとして調合可能である。結果として得られるフルオロポリマー水性ハイブリッド組成物は、環境に無害な成膜組成物であり、形成される膜またはコーティングは、優れた物理的特性および低いＶＯＣを有する。本発明のフルオロポリマーハイブリッド組成物は、屋外塗装および工場塗装コーティングおよび塗料、コーキング、シーラントおよび接着剤、インキおよびワニス、シーラント、セメントおよびモルタル用改質樹脂、圧密剤および染色液の構成成分として有用である。
【００４６】
本発明のフルオロポリマーハイブリッド組成物を含む有用な屋外コーティング組成物は、５０ｇ／リットルの最大ＶＯＣで５℃未満のＭＦＦＴを有するコーティング組成物に調合できる。コーティング組成物は、ｐＨ調整剤、ＵＶ安定剤、着色剤、染料、充填材、水溶性樹脂、レオロジー制御剤および増粘剤、そして顔料および顔料増量剤を含む（ただしこれらに限定されない）、コーティング中で使用するための典型的な添加剤を含んでいてよい。
【００４７】
当業者は同様に、本発明の１つ以上の成分組成物中に官能性モノマーが含まれている場合、調合物中に補足的外部架橋剤を添加することにより、本発明のフルオロポリマーハイブリッド組成物を含む有用なコーティング組成物を得ることができるということも想像できると思われる。このような補足的架橋化学反応の例は、例えば参照により本明細書に援用されている米国特許第６６８０３５７号明細書の中で記述されている。
【００４８】
提供された情報および実施例に基づき、当業者は、本発明の組成物のその他の多くの用途を想像することができると思われる。
【実施例】
【００４９】
実施例１（比較例−単一ビニルモノマー組成物）
フルオロポリマーラテックス（樹脂組成物は７５／２５ｗｔ％のＶＦ２／２５ＨＦＰを有し、ラテックスは３６．７重量パーセントの固形分を有する、４５０ｇ）、ＶＡＺＯ（登録商標）−６７（Ｄｕｐｏｎｔ）、ＰＯＬＹＳＴＥＰ Ｂ７ラウリル硫酸アンモニウム（Ｓｔｅｐａｎ、３０ｗｔ％水溶液）をそのままの状態で使用する。メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸、およびアクリル酸エチルはＡｌｄｒｉｃｈ製であり、受入れたままの状態でこれを使用する。
【００５０】
別の容器内で、メタクリル酸メチル（５９ｇ）、アクリル酸エチル（９８．０ｇ）、メタクリル酸（３．３ｇ）、ＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４（３．３）、ラウリル硫酸アンモニウム（１０ｇ）および水（４０ｇ）からモノマープレエマルジョンを調製する。開始剤溶液を１．０ｇのＶＡＺＯ−６７（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）およびトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（４．０ｇ）から調製する。モノマープレエマルジョンのポリマーのフォックス方程式に基づいた計算上のＴｇは１６℃である。
【００５１】
凝縮器、高純度アルゴンおよびモノマーの注入口および機械式撹拌機が備わった反応釜の中にフルオロポリマーラテックスを投入する。反応装置およびその初期内容物を洗い流し１０分間パージした後、モノマープレエマルジョンの初期投入量（４３．０ｇ）および開始剤溶液を反応装置内に導入する。その後、混合物を周囲圧力および温度でアルゴン下で４０分間撹拌する。反応装置およびその内容物を７５℃まで加熱した。３０分後、残りのモノマープレエマルジョンを１８０ｇ／時の速度で補給した。全てのモノマー混合物を添加した後、さらに３０分間反応温度を７５℃に維持することにより、残留モノマーを消費した。その後１％過硫酸カリウム水溶液２ｇを反応装置に加えて、残留モノマーをチェース（chase）する。その後、反応をさらに３０分間７５℃に維持する。次に反応混合物を周囲温度まで冷却し、放出し、反応により生成されたラテックスをチーズクロスを通して濾過する。ラテックスの最終的固形分含有量を重量法により測定し、それは４８．５重量パーセントであった。
【００５２】
実施例２（発明）
フルオロポリマーラテックス（樹脂組成物は７５／２５ｗｔ％のＶＦ２／２５ＨＦＰを有し、ラテックスは４０重量パーセントの固形分を有する、１２００ｇ）、ＶＡＺＯ（登録商標）−６７（Ｄｕｐｏｎｔ）、ＰＯＬＹＳＴＥＰ Ｂ７ラウリル硫酸アンモニウム（Ｓｔｅｐａｎ、３０ｗｔ％水溶液）を受入れたままの状態で使用する。Ａｒｋｅｍａ製のＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４は、メタクリル酸メチル中５０％溶液であり、これを、受入れたままの状態で使用した。メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸、およびアクリル酸エチルはＡｌｄｒｉｃｈ製であり、受入れたままの状態でこれを使用した。
【００５３】
別の容器内で、メタクリル酸メチル（９６ｇ）、アクリル酸ブチル（３８．５ｇ）、アクリル酸エチル（２４．０ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（７ｇ）および水（３９ｇ）からモノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＡと呼ぶ）を調製する。
【００５４】
もう１つの別の容器内で、メタクリル酸メチル（１３７ｇ）、アクリル酸ブチル（７２ｇ）、アクリル酸エチル（８６．５ｇ）、メタクリル酸（１２ｇ）、ＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４（７ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（１３ｇ）および水（７８ｇ）から、モノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＢと呼ぶ）を調製する。プレエマルジョンＢのポリマーの計算上のＴｇは１６℃である。
【００５５】
開始剤溶液を、３．０ｇＶＡＺＯ−６７（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）およびトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（１５．０ｇ）から調製する。
【００５６】
凝縮器、高純度アルゴンおよびモノマーの注入口および機械式撹拌機が備わった反応釜の中にフルオロポリマーラテックスを投入する。反応装置およびその初期内容物を洗い流し１０分間パージした後、プレエマルジョンＡを４００ｇ／時の速度で反応装置内に導入する。その後開始剤溶液を添加する。その後、混合物を周囲圧力および温度でアルゴン下にて４０分間撹拌する。反応装置およびその内容物を７５℃まで加熱した。３０分後、プレエマルジョンＢを３００ｇ／時の速度で補給した。全てのモノマー混合物を添加した後、さらに３０分間反応温度を７５Ｃに維持することにより、残留モノマーを消費した。その後１％過硫酸カリウム水溶液５ｇを反応装置に加えて、残留モノマーをチェースする。その後、反応をさらに３０分間７５℃で維持する。次に反応混合物を周囲温度まで冷却し、放出し、反応により生成されたラテックスをチーズクロスを通して濾過する。ラテックスの最終的固形分含有量を重量法により測定し、それは５２．５重量パーセントであった。
【００５７】
実施例３（本発明の例）
フルオロポリマーラテックス（樹脂組成物は７５／２５ｗｔ％のＶＦ２／２５ＨＦＰを有し、ラテックスは４３．５重量パーセントの固形分を有する、１１００ｇ）、ＶＡＺＯ（登録商標）−６７（Ｄｕｐｏｎｔ）、ＰＯＬＹＳＴＥＰ Ｂ７ラウリル硫酸アンモニウム（Ｓｔｅｐａｎ、３０ｗｔ％水溶液）を受入れたままの状態で使用する。Ａｒｋｅｍａ製のＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４は、メタクリル酸メチル中５０％溶液であり、これを、受入れたままの状態で使用した。メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸、およびアクリル酸エチルはＡｌｄｒｉｃｈ製であり、受入れたままの状態でこれを使用した。
【００５８】
別の容器内で、メタクリル酸メチル（８０ｇ）、アクリル酸ブチル（３５ｇ）、アクリル酸エチル（４７ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（５ｇ）および水（３９ｇ）からモノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＡと呼ぶ）を調製する。
【００５９】
もう１つの別の容器内で、メタクリル酸メチル（１３７ｇ）、アクリル酸ブチル（７２ｇ）、アクリル酸エチル（８６．５ｇ）、メタクリル酸（１２ｇ）、ＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４（７ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（１３ｇ）および水（７８ｇ）から、モノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＢと呼ぶ）を調製する。プレエマルジョンＢのポリマーの計算上のＴｇは１９℃である。
【００６０】
開始剤溶液を、３．５ｇＶＡＺＯ−６７（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）およびトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（１５．０ｇ）から調製する。
【００６１】
凝縮器、高純度アルゴンおよびモノマーの注入口および機械式撹拌機が備わった反応釜の中にフルオロポリマーラテックスを投入する。反応装置およびその初期内容物を洗い流し１０分間パージした後、プレエマルジョンＡを４００ｇ／時の速度で反応装置内に導入する。その後開始剤溶液を添加する。その後、混合物を周囲圧力および温度でアルゴン下で４０分間撹拌する。反応装置およびその内容物を７５℃まで加熱した。３０分後、プレエマルジョンＢを３００ｇ／時の速度で補給した。全てのモノマー混合物を添加した後、さらに３０分間反応温度を７５℃に維持することにより、残留モノマーを消費した。その後１％過硫酸カリウム水溶液５ｇを反応装置に加えて、残留モノマーをさらにチェースする。その後、反応をさらに３０分間７５℃で維持する。次に反応混合物を周囲温度まで冷却し、放出し、反応により生成されたラテックスをチーズクロスを通して濾過する。ラテックスの最終的固形分含有量を重量法により測定し、それは５２．０重量パーセントであった。
【００６２】
実施例４（比較例−２つのビニルモノマー、ただし第２のモノマーのＴｇは３０℃超）
フルオロポリマーラテックス（樹脂組成物は７５／２５ｗｔ％のＶＦ２／２５ＨＦＰを有し、ラテックスは３６．７重量パーセントの固形分を有する、１１００ｇ）、ＶＡＺＯ（登録商標）−６７（Ｄｕｐｏｎｔ）、およびＰＯＬＹＳＴＥＰ Ｂ７ラウリル硫酸アンモニウム（Ｓｔｅｐａｎ、３０ｗｔ％水溶液）を受入れたままの状態で使用する。Ａｒｋｅｍａ製のＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４は、メタクリル酸メチル中５０％溶液であり、これを、受入れたままの状態で使用した。メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、およびメタクリル酸はＡｌｄｒｉｃｈ製であり、受入れたままの状態でこれを使用した。
【００６３】
別の容器内で、メタクリル酸メチル（１００ｇ）、アクリル酸ブチル（３２ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（６ｇ）および水（３０ｇ）からモノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＡと呼ぶ）を調製する。
【００６４】
もう１つの別の容器内で、メタクリル酸メチル（９７ｇ）、アクリル酸ブチル（３１ｇ）、メタクリル酸（３．０ｇ）、ＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４（３．０ｇ）、ラウリル硫酸アンモニウム（５．０ｇ）および水（３３ｇ）から、モノマープレエマルジョン（プレエマルジョンＢと呼ぶ）を調製する。プレエマルジョンＢのポリマーの計算上のＴｇは５１℃である。
【００６５】
開始剤溶液を、１．０ｇＶＡＺＯ−６７（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）およびトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（４．０ｇ）から調製する。
【００６６】
凝縮器、高純度アルゴンおよびモノマーの注入口および機械式撹拌機が備わった反応釜の中にフルオロポリマーラテックスを投入する。反応装置およびその初期内容物を洗い流し１０分間パージした後、プレエマルジョンＡ３３ｇを反応装置内に導入する。その後開始剤溶液を添加する。その後、混合物を周囲圧力および温度でアルゴン下で４０分間撹拌する。反応装置およびその内容物を７５℃まで加熱した。３０分後、プレエマルジョンＢを１８０ｇ／時の速度で補給した。全てのモノマー混合物を添加した後、さらに３０分間反応温度を７５℃に維持することにより、残留モノマーを消費した。その後１％過硫酸カリウム水溶液２ｇを反応装置に加えて、残留モノマーをさらにチェースする。その後、反応をさらに３０分間７５℃で維持する。次に反応混合物を周囲温度まで冷却し、放出し、反応により生成されたラテックスをチーズクロスを通して濾過する。ラテックスの最終的固形分含有量を重量法により測定し、それは４７．０重量パーセントであった。
【００６７】
実施例１〜４についてのＭＦＦＴデータおよび特性データ
実施例１〜４のラテックス試料を、２８％のアンモニア水または有機アミン（Ａｎｇｕｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製のＡＭＰ−９５、またはＴｒａｍｉｎｃｏ製Ｖａｎｔｅｘ（登録商標）Ｔ）を用いて、８〜９の間のｐＨに中和した。これらの中和した試料のＭＦＦＴを測定し、塗料の調合にこの試料を使用した。ギャップ５０ミクロンのドローダウンアプリケータ（ｄｒａｗ ｄｏｗｎ ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ）キューブを用いてＭＦＦＴバー（Ｐａｕｌ Ｇａｒｄｎｅｒ Ｉｎｃ．）の表面にラテックスの薄膜を塗布し、１時間コーティングを乾燥させ、次に、ラテックスが透明な亀裂の無い膜を形成する最低温度を書き留めることにより、ＭＦＦＴを測定した。
【００６８】
さらに、以下の通りにカーボンブラック汚染試験（デルタＥ色変化）を実施した。すなわち、方法２４で測定した場合に２３ｇ／（１リットル未満の水）という計算上のＶＯＣを有する以下の単純な調合物を用いて、白色コーティング調合物を調製した：
【００６９】
【表１】
【００７０】
ドローダウンアプリケータを用いて金属基板に調合物を塗布し、考慮対象のコーティングのタイプに適した条件下（例えば空気乾燥型コーティングの場合は周囲湿度および温度で４日間または１週間）で乾燥させた。規定の乾燥期間が終了した時点で、穏やかに力を加えながらコーティングの被験領域上にカーボンブラック粉末（ランプブラックグレード、例えばＣｏｌｕｍｂｉａ＃２２）を一塗りし、被験部域が均一に灰色または黒色になるまでこのプロセスを３回反復する。（あるいは、カーボンブラック粉末の代りに、褐色または黒色酸化鉄顔料粉末をベースとする水性スラリーを使用してもよい）。コーティングを９０分間放置し、その後水道水の流水下で湿ったペーパタオルを用いて穏やかに圧力を加えてコーティングをこすって、可能なかぎり多くの汚染剤を除去するよう試みる。その後、（１９７６ＣＩＥＬ*ａ*ｂ*にしたがって測定されるような）試験前後のカラーデルタＥ*の差異として、比色計を用いて耐吸塵性を測定する。４日間の乾燥時後の５未満の汚染デルタＥ*を有するコーティングは、耐汚れ性（ｄｉｒｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の観点からみて優、５〜１０＝きわめて良好、１０〜１５＝良、１５〜３０＝中、そして３０超は不良、とみなすことができる。
【００７１】
【表２】
【００７２】
実施例５〜８
以下の手順は、モノマー混合物Ａおよびモノマー混合物Ｂについて以下のビニルモノマー組成物を用いて実施例５〜８を調製するために用いられた一般的方法を網羅している（表２）。
【００７３】
フルオロポリマーラテックス（樹脂組成物は７５／２５ｗｔ％のＶＦ２／２５ＨＦＰを有し、ラテックスは４１．０重量パーセントの固形分を有する、１１７０ｇ）、ＶＡＺＯ−６７（Ｄｕｐｏｎｔ）、ＰＯＬＹＳＴＥＰ Ｂ７ラウリル硫酸アンモニウム（Ｓｔｅｐａｎ、３０ｗｔ％水溶液）を受入れたままの状態で使用する。ラテックスの体積平均粒径は、１３２ｎｍであった。
【００７４】
Ａｒｋｅｍａ製のＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４は、メタクリル酸メチル中５０％溶液であり、これを、受入れたままの状態で使用した。メタクリル酸トリフロオロエチルも同様にＡｒｋｅｍａの製品で受入れたままの状態で使用した。メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸、アクリル酸エチル、アクリル酸メチル、メルカプトプロピオン酸イソオクチル（ＩＯＭＰ）およびアクリロニトリルはＡｌｄｒｉｃｈ製であり、受入れたままの状態でこれを使用した。
【００７５】
別の容器内で、メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸エチル、場合によって第４のモノマーおよびＩＯＭＰ（詳細には表２を参照のこと）からモノマー混合物（モノマー混合物Ａと呼ぶ）を調製する。
【００７６】
もう１つの別の容器内で、メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸、ＮＯＲＳＯＣＲＹＬ１０４（７ｇ）、場合によっては第６のモノマーおよびＩＯＭＰ（詳細は表２を参照）から、モノマー混合物（モノマー混合物Ｂと呼ぶ）を調製する。開始剤溶液を、３．０ｇＶＡＺＯ−６７（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）およびトリプロピレングリコールモノメチルエーテル（１５．０ｇ）から調製する。
【００７７】
凝縮器、高純度アルゴンおよびモノマーの注入口および機械式撹拌機が備わった反応釜の中にフルオロポリマーラテックスを投入する。反応装置およびその初期内容物を洗い流し１０分間パージした後、モノマー混合物Ａを６００ｇ／時の速度で反応装置内に導入する。その後開始剤溶液を添加する。その後、混合物を周囲圧力および温度でアルゴン下で３０分間撹拌する。反応装置およびその内容物を７５℃まで加熱した。３０分後、モノマー混合物Ｂを３００ｇ／時の速度で補給した。全てのモノマー混合物を添加した後、反応温度を８１Ｃまで上昇させ、さらに１５分間反応装置をこの温度に保つことにより、残留モノマーを消費した。その後４．３ｇのスチレンモノマーと６．８ｇのレドックス開始剤パッケージ（ｔ−ブチルヒドロペルオキシドおよびナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート）の組合せを加えて、残留モノマーをさらにチェースした。その後、反応をさらに３０分間８１℃で維持する。次に反応混合物を周囲温度まで冷却し、放出し、反応により生成されたラテックスをチーズクロスを通して濾過する。ラテックスの最終的固形分含有量を重量法により測定し、それは表２に報告されている。
【００７８】
【表３】
【００７９】
これらの実施例のラテックス試料を、実施例１〜４の場合と同様に中和し、その後、先の通り、ＭＦＦＴを測定し、以下の配合表にしたがって調合物を作製し、褐色酸化鉄水性スラリーを用いて耐汚れ性について測定した。耐汚れ性試験については、２つの白色の市販塗料試料も比較例として試験した。
【００８０】
【表４】
【００８１】
【表５】
【００８２】
実施例９〜１６
実施例９〜１６を、プレエマルジョンＡおよびプレエマルジョンＢについて以下のビニルモノマー組成物を用いて、実施例２の一般的方法にしたがって調製した。全ての数量はグラム単位である。
【００８３】
【表６】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物において、
ａ） フルオロポリマーと；
ｂ） 前記フルオロポリマーと混和可能である第１のビニルポリマーと；
ｃ） 前記第１のビニルポリマーと異なる組成を有し、かつ３０℃未満のＴｇを有する第２のビニルポリマーと；
ｄ） 任意にはその他のビニルポリマーと、
を含む組成物であって、前記フルオロポリマー分散が、２０℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）を有する組成物。
【請求項２】
前記第１および第２のビニルポリマーの少なくとも１つがアクリル（コ）ポリマーを含む、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項３】
前記第１および第２の両方のビニルポリマーがアクリル（コ）ポリマーを含む、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項４】
前記第１および第２のビニルポリマーがアクリル（コ）ポリマーで構成されている、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項５】
前記フルオロポリマーが５０〜１００重量パーセントのフッ化ビニリデン単位、０〜３０重量パーセントのヘキサフルオロエチレン単位、およびフッ化ビニリデンと共重合可能な０〜３０重量部のビニルモノマー単位を含む、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項６】
７０〜１００重量パーセントのフッ化ビニリデン単位を含む、請求項５に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項７】
前記フルオロポリマーが３０Ｊ／ｇ未満の結晶化度を有する、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項８】
前記第１および第２のビニルポリマーが１０：９０〜９０：１０の比率で分散中に存在する、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項９】
前記第１および第２のビニルポリマーが２５：７５〜７５：２５の比率で分散中に存在する、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１０】
前記第１のビニルポリマーが、酢酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸アセトアセトキシエチルおよびアクリロニトリルからなる群から選択される少なくとも７０重量パーセントのモノマーと、１０ｗｔ％未満のヒドロキシ官能性モノマー、酸官能性モノマー、スチレンまたはアルファメチルスチレンとを含む、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１１】
前記第２のビニルポリマーが、−５０℃〜２０℃のＴｇを有する、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１２】
前記第２のビニルポリマーが、０℃〜２０℃のＴｇを有する、請求項１１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１３】
１００重量部のフルオロポリマーあたり２０〜３００重量部の合計ビニルモノマーを含む、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１４】
１００重量部のフルオロポリマーあたり６０〜１５０重量部の合計ビニルモノマーを含む、請求項１３に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１５】
前記ビニルポリマーの少なくとも１つがグラジエントコポリマーである、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１６】
環境に無害なフルオロポリマーハイブリッド組成物を形成する方法において；
ａ） 前記フルオロポリマー粒子が３００ｎｍ未満の粒径を有する、水性フルオロポリマーシード分散の形成ステップと；
ｂ） 前記フルオロポリマーの存在下で少なくとも２つの異なるビニルモノマー組成物を順次重合させて安定したフルオロポリマー組成物を形成するステップと、
を含む方法であって、前記第１のビニルモノマー組成物が前記フルオロポリマーと混和可能なポリマーを形成し、前記第２のビニルモノマー組成物が３０℃未満のＴｇを有するポリマーを形成し、かつ前記フルオロポリマー組成物が２０℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）を有する、方法。
【請求項１７】
２０℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）および５０ｇ／（１リットルの水）未満のＶＯＣを有する、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物を含むコーティング組成物。
【請求項１８】
ＵＶ安定化剤、ｐＨ調整剤、着色剤、染料、水溶性樹脂、レオロジー制御添加剤および増粘剤ならびに顔料および顔料増量剤そして充填材をさらに含む、請求項１７に記載のコーティング組成物。
【請求項１９】
外部架橋剤が最終調合物中に添加される、請求項１７に記載のコーティング組成物。
【請求項１】
安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物において、
ａ） フルオロポリマーと；
ｂ） 前記フルオロポリマーと混和可能である第１のビニルポリマーと；
ｃ） 前記第１のビニルポリマーと異なる組成を有し、かつ３０℃未満のＴｇを有する第２のビニルポリマーと；
ｄ） 任意にはその他のビニルポリマーと、
を含む組成物であって、前記フルオロポリマー分散が、２０℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）を有する組成物。
【請求項２】
前記第１および第２のビニルポリマーの少なくとも１つがアクリル（コ）ポリマーを含む、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項３】
前記第１および第２の両方のビニルポリマーがアクリル（コ）ポリマーを含む、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項４】
前記第１および第２のビニルポリマーがアクリル（コ）ポリマーで構成されている、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項５】
前記フルオロポリマーが５０〜１００重量パーセントのフッ化ビニリデン単位、０〜３０重量パーセントのヘキサフルオロエチレン単位、およびフッ化ビニリデンと共重合可能な０〜３０重量部のビニルモノマー単位を含む、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項６】
７０〜１００重量パーセントのフッ化ビニリデン単位を含む、請求項５に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項７】
前記フルオロポリマーが３０Ｊ／ｇ未満の結晶化度を有する、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項８】
前記第１および第２のビニルポリマーが１０：９０〜９０：１０の比率で分散中に存在する、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項９】
前記第１および第２のビニルポリマーが２５：７５〜７５：２５の比率で分散中に存在する、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１０】
前記第１のビニルポリマーが、酢酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸アセトアセトキシエチルおよびアクリロニトリルからなる群から選択される少なくとも７０重量パーセントのモノマーと、１０ｗｔ％未満のヒドロキシ官能性モノマー、酸官能性モノマー、スチレンまたはアルファメチルスチレンとを含む、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１１】
前記第２のビニルポリマーが、−５０℃〜２０℃のＴｇを有する、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１２】
前記第２のビニルポリマーが、０℃〜２０℃のＴｇを有する、請求項１１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１３】
１００重量部のフルオロポリマーあたり２０〜３００重量部の合計ビニルモノマーを含む、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１４】
１００重量部のフルオロポリマーあたり６０〜１５０重量部の合計ビニルモノマーを含む、請求項１３に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１５】
前記ビニルポリマーの少なくとも１つがグラジエントコポリマーである、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物。
【請求項１６】
環境に無害なフルオロポリマーハイブリッド組成物を形成する方法において；
ａ） 前記フルオロポリマー粒子が３００ｎｍ未満の粒径を有する、水性フルオロポリマーシード分散の形成ステップと；
ｂ） 前記フルオロポリマーの存在下で少なくとも２つの異なるビニルモノマー組成物を順次重合させて安定したフルオロポリマー組成物を形成するステップと、
を含む方法であって、前記第１のビニルモノマー組成物が前記フルオロポリマーと混和可能なポリマーを形成し、前記第２のビニルモノマー組成物が３０℃未満のＴｇを有するポリマーを形成し、かつ前記フルオロポリマー組成物が２０℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）を有する、方法。
【請求項１７】
２０℃未満の最低成膜温度（ＭＦＦＴ）および５０ｇ／（１リットルの水）未満のＶＯＣを有する、請求項１に記載の安定した水性フルオロポリマーハイブリッド組成物を含むコーティング組成物。
【請求項１８】
ＵＶ安定化剤、ｐＨ調整剤、着色剤、染料、水溶性樹脂、レオロジー制御添加剤および増粘剤ならびに顔料および顔料増量剤そして充填材をさらに含む、請求項１７に記載のコーティング組成物。
【請求項１９】
外部架橋剤が最終調合物中に添加される、請求項１７に記載のコーティング組成物。
【公表番号】特表２０１１−５２７３７４（Ｐ２０１１−５２７３７４Ａ）
【公表日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１７４５４（Ｐ２０１１−５１７４５４）
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４７７６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００５７５６
【国際公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（５００３０７３４０）アーケマ・インコーポレイテッド (119)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４７７６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００５７５６
【国際公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（５００３０７３４０）アーケマ・インコーポレイテッド (119)
【Ｆターム（参考）】
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