CN117777391A - 水系组合物及其使用 - Google Patents

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Abstract

水系组合物及其使用。[课题]提供一种能够缩短干燥工序,并能够兼顾固化物的薄膜化、柔软性及高耐久性的水系组合物。[解决手段]包含下述(A)成分和下述(B)成分的水系组合物。(A)成分:具有亲水性结构的水分散性多元醇,其具有下述式(I)所示的碳酸酯结构,羟值为5~700mgKOH/g;(B)成分:具有亲水基团的水系聚氨酯。(式(I)中,R表示任选含有杂原子的直链状脂肪族烃基、任选含有杂原子的支链状脂肪族烃基、任选含有杂原子的环状脂肪族烃基、任选含有杂原子的芳香族烃基或它们的组合。)

Description

水系组合物及其使用
技术领域
本发明涉及水系组合物及其使用。
背景技术
以往,聚氨酯树脂被用于合成皮革、人造皮革、粘接剂、家具用涂料、汽车用涂料等广泛领域中。在聚氨酯树脂的原料之中,作为与异氰酸酯发生反应的多元醇成分,使用聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇。已知的是:一般而言,与使用聚醚多元醇、聚酯多元醇的聚氨酯树脂相比,使用聚碳酸酯多元醇作为多元醇成分的聚氨酯树脂的耐热性、耐湿热性、耐化学药品性、耐损伤性等耐久性优异。
近年来,作为可持续材料,在水中可分散的聚碳酸酯多元醇的需求日益高涨。例如专利文献1中公开了一种水稀释性优异的聚碳酸酯二醇组合物。另外,例如专利文献2中公开了一种水稀释性优异并可作为水系组合物使用的水系组合物用聚碳酸酯/聚氧乙烯嵌段聚合物。另外,例如专利文献3中公开了一种能够形成耐污染性和耐化学药品性优异的涂膜的聚碳酸酯二醇组合物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-80530号公报
专利文献2:国际公开第2015/170374号
专利文献3:日本特开2009-210314号公报
专利文献4:日本专利第7114163号
发明内容
发明要解决的问题
为了实现碳中和,需要强化温室效应气体的排出量的削减。作为温室效应气体的排出量的削减对策,例如有:削减利用缩短干燥工序、固化物的薄膜化等进行制造时的温室效应气体的排出量等。另外,例如有:削减由对产品的长寿命周期做出贡献的高耐久性材料所造成的温室效应气体的排出量等。
然而,专利文献1、专利文献2、专利文献3和专利文献4没有记载在使用可水分散的聚碳酸酯多元醇时可兼顾干燥工序的缩短、固化物的薄膜化和高耐久性,具有进一步改善的余地。
因此,本发明的目的在于,提供一种能够缩短干燥工序,并能够兼顾固化物的薄膜化、柔软性及高耐久性的水系组合物。
用于解决问题的方案
本发明人为了解决上述课题反复进行了深入研究,结果得到如下见解:包含具有特定结构的水分散性多元醇和具有特定结构的水系聚氨酯的水系组合物发挥了干燥工序的缩短以及固化物的薄膜化、柔软性及高耐久性,从而完成了本发明。
即,本发明的构成如下。
[1]
一种水系组合物,其包含下述(A)成分和下述(B)成分。
(A)成分:具有亲水性结构的水分散性多元醇,其具有下述式(I)所示的碳酸酯结构,羟值为5~700mgKOH/g;
(B)成分:具有亲水基团的水系聚氨酯。
(式(I)中,R表示任选含有杂原子的直链状脂肪族烃基、任选含有杂原子的支链状脂肪族烃基、任选含有杂原子的环状脂肪族烃基、任选含有杂原子的芳香族烃基或它们的组合。)
[2]
根据[1]所述的水系组合物,其中,相对于前述(A)成分与前述(B)成分的树脂成分的总质量,(A)成分为2~98质量%,(B)成分为2~98质量%。
[3]
根据[1]或[2]所述的水系组合物,其中,前述(A)成分的数均分子量为200~5000。
[4]
根据[1]~[3]中任一项所述的水系组合物,其中,前述亲水性结构具有非离子系结构。
[5]
根据[1]~[3]中任一项所述的水系组合物,其中,前述亲水性结构具有阴离子系结构。
[6]
根据[1]~[5]中任一项所述的水系组合物,其中,前述(B)成分具有环状结构。
[7]
根据[1]~[6]中任一项所述的水系组合物,其中,前述(B)成分具有脂环式结构。
[8]
根据[1]~[7]中任一项所述的水系组合物,其中,前述(B)成分的重均分子量为10000~300000。
[9]
根据[1]~[8]中任一项所述的水系组合物,其中,前述(B)成分包含选自由醚基、酯基和碳酸酯基组成的组中的至少1种。
[10]
根据[1]~[9]中任一项所述的水系组合物,其还包含固化剂作为(C)成分。
[11]
根据[10]所述的水系组合物,其中,前述(C)成分为异氰酸酯化合物。
[12]
根据[10]或[11]的水系组合物,其中,前述(C)成分具有环状结构。
[13]
根据[10]~[12]任一项所述的水系组合物,其中,前述(C)成分具有异氰脲酸酯环。
[14]
一种固化性组合物,其包含[1]~[13]中任一项所述的水系组合物。
[15]
一种氨基甲酸酯固化物,其为[14]所述的固化性组合物的固化物。
发明的效果
根据本发明,可以提供一种能够缩短干燥工序,并能够兼顾固化物的薄膜化、柔软性及高耐久性的水系组合物。
具体实施方式
下面,对用于实施本发明的方式(以下称为“本实施方式”)进行详细说明。需要说明的是,本发明并不限定于以下的记载,能够在其主旨的范围内进行各种变形来实施。
[水系组合物]
本实施方式的水系组合物是包含下述(A)成分和下述(B)成分的水系组合物。
(A)成分:具有亲水性结构的水分散性多元醇,其具有下述式(I)所示的碳酸酯结构,羟值为5~700mgKOH/g;
(B)成分:具有亲水基团的水系聚氨酯。
(式(I)中,R表示任选含有杂原子的直链状脂肪族烃基、任选含有杂原子的支链状脂肪族烃基、任选含有杂原子的环状脂肪族烃基、任选含有杂原子的芳香族烃基或它们的组合。)
本实施方式的水系组合物通过具有上述构成,能够缩短干燥工序,并能够兼顾固化物的薄膜化、柔软性及高耐久性。
对于本实施方式的水系组合物中的(A)成分和(B)成分的含量,相对于(A)成分和(B)成分的树脂成分的总质量,优选(A)成分为2~98质量%、(B)成分为2~98质量%;更优选(A)成分为5~95质量%、(B)成分为5~95质量%;进一步优选(A)成分为10~90质量%、(B)成分为10~90质量%;更进一步优选(A)成分为15~85质量%、(B)成分为15~85质量%;特别优选(A)成分为20~80质量%、(B)成分为20~80质量%;更加特别优选(A)成分为25~75质量%、(B)成分为25~75质量%;极其优选(A)成分为30~70质量%、(B)成分为30~70质量%;最优选(A)成分为35~65质量%、(B)成分为35~65质量%。
例如,在使用成分(A)的水分散性多元醇(固体成分100%)10g、成分(B)的水系聚氨酯(固体成分为30%)50g来制备水系组合物时,相对于(A)成分和(B)成分的树脂成分的总质量,(A)成分为[10/(10+50×0.3)]=40质量%,成分(B)为[(50×0.3)/(10+50×0.3)]=60质量%。
通过使水系组合物中的(A)成分与(B)成分的含量为前述范围内,包含水系组合物的固化性组合物的干燥性、以及使用该水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的柔软性以及耐久性有变得更良好的倾向。
[(A)成分:水分散性多元醇]
本实施方式的水分散性多元醇具有下述式(I)所示的碳酸酯结构,羟值为5~700mgKOH/g,具有亲水性结构。
(式(I)中,R表示任选含有杂原子的直链状脂肪族烃基、任选含有杂原子的支链状脂肪族烃基、任选含有杂原子的环状脂肪族烃基、任选含有杂原子的芳香族烃基或它们的组合。)
本说明书中的“水分散性多元醇”是多元醇的混合物,各多元醇具有上述式(I)所示的碳酸酯结构。其中,水分散性多元醇“具有亲水性结构”是指,构成水分散性多元醇的多个多元醇的全部或一部分具有亲水性结构。需要说明的是,不具有亲水性结构的多元醇通常不是水分散性的,因此在水分散性多元醇中包含不具有亲水性结构的多元醇的情况下,其量被限定成水分散性多元醇整体足以维持水分散性这一性质的量(换言之,水分散性多元醇以整体可形成水分散性的量包含具有亲水性结构的多元醇。)。
对于本实施方式的水分散性多元醇中的前述式(I)所示的碳酸酯结构的比例,相对于水分散性多元醇的树脂总计100质量%,前述碳酸酯结构的比例优选为20~99质量%、更优选为30~98质量%、进一步优选为40~97质量%、更进一步优选为45~96质量%、特别优选为50~95质量%。
需要说明的是,在本实施方式中,前述式(I)所示的碳酸酯结构的比例可以通过使用原料的投料量、水分散性多元醇和/或水分散性多元醇的水解物的NMR测定、FT-IR测定、GC-MS测定、LC-MS、MALDI-TOFMS测定等来确认。
(羟值)
对于本实施方式的水分散性多元醇的羟值,下限为5mgKOH/g以上,优选为10mgKOH/g以上、更优选为15mgKOH/g以上、进一步优选为20mgKOH/g以上、更进一步优选为25mgKOH/g以上、特别优选为30mgKOH/g以上、极其优选为35mgKOH/g以上、更加极其优选为40mgKOH/g以上。另外,上限为700mgKOH/g以下,优选为600mgKOH/g以下、更优选为500mgKOH/g以下、进一步优选为400mgKOH/g以下、更进一步优选为350mgKOH/g以下、特别优选为250mgKOH/g以下、极其优选为200mgKOH/g以下、更加极其优选为150mgKOH/g以下。可以适当组合前述下限和上限来限定数值范围。例如,羟值的范围可以设为5~700mgKOH/g、10~600mgKOH/g、15~500mgKOH/g、20~400mgKOH/g、25~350mgKOH/g、30~250mgKOH/g、35~200mgKOH/g、或40~150mgKOH/g。通过使水分散性多元醇的羟基为前述范围内,包含水分散性多元醇的固化性组合物的干燥性、以及使用包含该水分散性多元醇的水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的耐久性有变得更良好的倾向。
作为将本实施方式的水分散性多元醇的羟值控制在前述范围的方法,没有特别限定,例如可举出:在制造本实施方式的水分散性多元醇时,以羟值达到前述范围的方式投入原料的聚碳酸酯多元醇和具有亲水性结构的多元羟基化合物的方法;在制造水分散性多元醇时,通过添加和/或取出多元羟基化合物进行控制的方法。
需要说明的是,在本实施方式中,羟值可以使用后述实施例所记载的方法来算出。
(亲水性结构)
作为本实施方式的水分散性多元醇的亲水性结构,没有特别限定,例如可举出:非离子系结构、阴离子系结构、阳离子系结构等。其中,从通用性的观点出发,优选非离子系结构和阴离子系结构。作为非离子系结构,没有特别限定,具体而言,例如可举出:氧乙烯结构、聚氧乙烯结构等。另外,作为阴离子系结构,没有特别限定,具体而言,例如可举出:磺酸结构、羧基结构等。
作为水分散性多元醇中的亲水性结构的含量,下限没有特别限定,但优选在后述实施例所记载的水分散性评价中达到B或A的方式含有亲水性结构、更优选在后述实施例所记载的水分散性评价中达到A方式含有亲水性结构。上限优选为50摩尔%以下、更优选为35摩尔%以下、进一步优选为30摩尔%以下、更进一步优选为25摩尔%以下、特别优选为20摩尔%以下、更加特别优选为15摩尔%以下、极其优选为10摩尔%以下。
通过使水分散性多元醇中的亲水性结构的含量为前述范围内,存在水分散性多元醇的水分散性、以及由包含该水分散性多元醇的水系组合物得到的固化物的耐久性优异的倾向。
(水分散性)
本实施方式的水分散性多元醇可分散于水中。在本实施方式的水分散性多元醇可分散于水中时,包含该水分散性多元醇的水系组合物的稳定性存在变好的倾向。
需要说明的是,关于是否为水分散性,可以通过后述实施例所记载的水分散性进行判断。
(R)
式(I)中,R为任选含有杂原子的2价直链状、支链状或环状脂肪族烃基、任选含有杂原子的2价芳香族烃基、或它们的组合。
在R为任选含有杂原子的2价直链状脂肪族烃基的情况下,R的分子量的下限优选为20以上、更优选为30以上、进一步优选为40以上。另外,R的分子量的上限优选为3000以下、更优选为2500以下、进一步优选为2200以下。
例如,R为亚乙基(-CH2-CH2-)时,R的分子量为(12+1×2)+(12+1×2)=28。
作为R中的任选含有杂原子的2价直链状脂肪族烃基,没有特别限定,例如可举出:亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、亚庚基、亚辛基、亚壬基、亚癸基、氧亚乙基、氧四亚甲基、聚氧亚乙基、聚氧四亚甲基、氟烷基、全氟烷基等。其中,从通用性的观点出发,优选亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、亚壬基、亚癸基、氧四亚甲基、聚氧四亚甲基。
在R为任选含有杂原子的2价支链状脂肪族烃基的情况下,R的分子量的下限优选为20以上、更优选为30以上、进一步优选为40以上。另外,R的分子量的上限优选为3000以下、更优选为2500以下、进一步优选为2200以下。
作为R中的任选含有杂原子的2价支链状脂肪族烃基,没有特别限定,例如可举出:亚异丙基、亚异丁基、亚叔丁基、亚异戊基、2,2-二甲基三亚甲基、亚异己基、亚异庚基、亚异辛基、氧基-1-甲基亚乙基、氧基-2,2-二甲基三亚甲基、聚氧-1-甲基亚乙基等。其中,从通用性的观点出发,优选亚异丙基、亚异丁基、亚异戊基、2,2-二甲基三亚甲基或亚异己基、氧基-1-甲基亚乙基、聚氧-1-甲基亚乙基。
在R为任选含有杂原子的2价环状脂肪族烃基的情况下,R的分子量的下限优选为20以上、更优选为30以上、进一步优选为40以上。另外,R的分子量的上限优选为3000以下、更优选为2500以下、进一步优选为2200以下。
作为R中的任选含有杂原子的2价环状脂肪族烃基,没有特别限定,例如可举出:亚环丁基、亚环戊基、亚环己基、亚环庚基等。
在R为任选含有杂原子的2价芳香族烃基的情况下,R的分子量的下限优选为20以上、更优选为30以上、进一步优选为40以上。另外,R的分子量的上限优选为3000以下、更优选为2500以下、进一步优选为2200以下。
作为R中的任选含有杂原子的2价芳香族烃基,没有特别限定,例如可举出:亚苯基、亚萘基等。
其中,R优选为R的分子量的下限为20以上的任选含有杂原子的2价直链状、支链状或环状的脂肪族烃基;更优选为R的分子量的下限为30以上的任选含有杂原子的2价直链状脂肪族烃基、或者R的分子量的下限为30以上的任选含有杂原子的2价支链状脂肪族烃基;进一步优选为R的分子量为40以上的任选含有杂原子的2价直链状脂肪族烃基。另外,R优选为R的分子量的上限为3000以下的任选含有杂原子的2价直链状、支链状或环状的脂肪族烃基;更优选为R的分子量的上限为2500以下的任选含有杂原子的2价直链状脂肪族烃基、或者R的分子量的上限为2500以下的任选含有杂原子的2价支链状脂肪族烃基;进一步优选为R的分子量的上限为2200以下的任选含有杂原子的2价直链状脂肪族烃基。
(数均分子量(Mn))
本实施方式的水分散性多元醇的数均分子量(Mn)的下限优选为200以上、更优选为300以上、进一步优选为400以上、更进一步优选为500以上、特别优选为600以上、更加特别优选为700以上、极其优选为800以上。另外,本实施方式的水分散性多元醇的数均分子量(Mn)的上限优选为5000以下、更优选为4500以下、进一步优选为4000以下、更进一步优选为3800以下、特别优选为3500以下、更加特别优选为3300以下、极其优选为3000以下、最优选为2500以下。可以适当组合前述下限和上限来限定数值范围。例如,数均分子量(Mn)的范围可以设为200~5000、300~4500、400~4000、500~3800、600~3500、700~3000、800~2500。
通过使数均分子量(Mn)为前述范围内,本实施方式的水分散性多元醇存在二丙二醇单甲基醚(以下有时简称为“DPM”)的相容性和水分散性优异的倾向,另外,包含该水分散性多元醇的固化性组合物的干燥性、以及使用包含该水分散性多元醇的水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的耐久性存在更加优异的倾向。
作为将本实施方式的水分散性多元醇的数均分子量(Mn)控制在前述范围的方法,没有特别限定,例如可举出:在制造该水分散性多元醇时,以数均分子量(Mn)达到前述范围的方式投入原料的聚碳酸酯多元醇和具有亲水性结构的多元羟基化合物的方法;在制造水分散性多元醇时,通过添加和/或取出多元羟基化合物进行控制的方法。
需要说明的是,在本实施方式中,水分散性多元醇的数均分子量(Mn)可以通过后述实施例所记载的GPC测定(THF)来算出。
(分子量分布(Mw/Mn))
本实施方式的水分散性多元醇的分子量分布(Mw/Mn)的下限优选为1.00以上、更优选为1.20以上、进一步优选为1.40以上、更进一步优选为1.50以上、特别优选为1.60以上、更加特别优选为1.70以上、极其优选为1.80以上、最优选为1.90以上。另外,上限优选为7.00以下、更优选为6.00以下、进一步优选为5.00以下、更进一步优选为4.50以下、特别优选为4.00以下、更加特别优选为3.70以下、极其优选为3.50以下、最优选为3.30以下。可以适当组合前述下限和上限来限定数值范围。例如,分子量分布(Mw/Mn)的范围可以设为1.00~7.00、1.20~6.00、1.40~5.00、1.50~4.50、1.60~4.00、1.70~3.70、1.80~3.50、1.90~3.00。
通过使分子量分布(Mw/Mn)为前述范围内,本实施方式的水分散性多元醇的DPM的相容性和水分散性优异,包含这种水分散性多元醇的固化性组合物的干燥性存在更加优异的倾向,另外,使用包含这种水分散性多元醇的水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的耐久性存在更加优异的倾向。
作为将本实施方式的水分散性多元醇的分子量分布(Mw/Mn)控制在前述范围的方法,没有特别限定,例如可举出:在制造该水分散性多元醇时,以分子量分布(Mw/Mn)达到前述范围的方式投入原料的聚碳酸酯多元醇和具有亲水性结构的多元羟基化合物的方法;在制造该水分散性多元醇时,通过添加和/或取出多元醇化合物进行控制的方法。
需要说明的是,在本实施方式中,水分散性多元醇的数均分子量(Mn)和重均分子量(Mw)可以通过后述实施例所记载的GPC测定(THF)来算出,可以根据算出的数均分子量(Mn)和重均分子量(Mw)并利用下述式(II)求出分子量分布(Mw/Mn)。
分子量分布(Mw/Mn)=重均分子量(Mw)/数均分子量(Mn)···(II)
[水分散性多元醇的制造方法]
本实施方式的水分散性多元醇可以通过例如使聚碳酸酯多元醇与具有亲水性结构的多元羟基化合物在后述的酯交换反应催化剂的存在下发生反应而得到。
若过多的催化剂残留在水分散性多元醇中,则有时水分散性多元醇发生白浊、或者容易因加热而着色。另外,有时在制造聚氨酯时会阻碍反应或者过度促进反应。若催化剂过少,则存在反应的进行变慢的倾向,因此不优选。
因此,水分散性多元醇中残留的催化剂量没有特别限定,以催化剂金属换算的含量计,下限优选为0.00001质量%以上、更优选为0.00005质量%以上、进一步优选为0.0001质量%以上、更进一步优选为0.0005质量%以上。另外,上限优选为0.1质量%以下、更优选为0.05质量%以下、进一步优选为0.03质量%以下、更进一步优选为0.02质量%以下、特别优选为0.015质量%以下、更加特别优选为0.01质量%以下、极其优选为0.005质量%以下。
作为制造本实施方式的水分散性多元醇时使用的原料的色度(APHA),优选为100以下、更优选为80以下、进一步优选为50以下、更进一步优选为30以下、特别优选为20以下。若原料的APHA为前述值以下,则存在所得到的水分散性多元醇的色度、以及使用包含该水分散性多元醇的水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的设计性更加优异的倾向。
(具有亲水性结构的多元羟基化合物)
作为制造本实施方式的水分散性多元醇时使用的具有亲水性结构的多元羟基化合物,没有特别限定,作为具有非离子系结构的多元羟基化合物,可举出:二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、七乙二醇、六乙二醇、富士胶片和光纯药株式会社制的“聚乙二醇”系列等。作为具有离子性结构的多元羟基化合物,可举出:2,2’-二羟甲基丙酸、2,2’-二羟甲基丁酸、2,2’-二羟甲基酪酸、2,2’-二羟甲基戊酸等具有羧基结构的多元醇;5-磺基间苯二甲酸、磺基对苯二甲酸、4-磺基邻苯二甲酸、5[4-磺基苯氧基]间苯二甲酸等具有磺酸结构的多元醇等。
[水分散性多元醇的制造条件]
在制造本实施方式的水分散性多元醇时,可以使用酯交换反应催化剂。
作为酯交换反应催化剂,没有特别限定,例如可举出:碱金属和碱土金属、以及其醇盐、其氢化物、其氧化物、其酰胺、其氢氧化物及其盐等。
作为碱金属和碱土金属的盐,没有特别限定,例如可举出:碳酸盐、含氮的硼酸盐、与有机酸形成的碱式盐等。
作为碱金属,没有特别限定,例如可举出:锂、钠、钾等。
作为碱土金属,没有特别限定,例如可举出:镁、钙、锶、钡等。
另外,作为使用除碱金属和碱土金属以外的金属得到的酯交换催化剂,没有特别限定,例如可举出:除碱金属和碱土金属以外的金属、以及其盐、其醇盐、和包含该金属的有机化合物等。
作为除碱金属和碱土金属以外的金属,没有特别限定,例如可举出:铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、铟、锡、锑、钨、铼、锇、铱、铂、金、铊、铅、铋、镱等。
这些酯交换催化剂可以单独使用1种,或者组合使用2种以上。
其中,作为酯交换反应催化剂,从更良好地进行获得水分散性多元醇的酯交换反应、并在使用包含该水分散性多元醇的水系组合物时对氨基甲酸酯反应造成的影响也更少的观点出发,优选为选自由锂、钠、钾、镁、钙、钛、锰、锆、锡、铅和镱组成的组中的1种以上的金属、或者它们的盐、它们的醇盐、或包含这些金属的有机化合物;更优选为选自由锂、镁、钙、钛、锰、镱、锡、锌和锆组成的组中的1种以上的金属;进一步优选为选自由锂、镁、钙、钛、锰和镱组成的组中的1种以上的金属;更进一步优选为选自由锂、镁、钙、钛和锰组成的组中的1种以上的金属;特别优选为选自由锂、钙、钛和锰组成的组中的1种以上的金属;更加特别优选为选自由锂、钛和锰组成的组中的1种以上的金属;更加特别优选为选自由钛和锰组成的组中的1种以上的金属。
作为优选的酯交换催化剂,例如可举出:钛的有机化合物、镁的有机化合物、锌的有机化合物、镱的有机化合物、锆的有机化合物、锰的有机化合物。
作为钛的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:四正丁醇钛、四正丙醇钛、四异丙醇钛等。
作为镁的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:乙酸镁、乙酰丙酮镁(II)、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮合镁(II)二水合物等。
作为锌的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:乙酸锌、乙酰丙酮锌(II)、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮合锌(II)等。
作为镱的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:异丙醇镱(III)、三氟甲烷磺酸镱(III)、三(环戊二烯)镱(III)、乙酰丙酮镱(III)水合物等。
作为锆的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:锆(IV)乙酰丙酮化物、四丙醇锆(IV)、四丁醇锆(IV)、乙酰丙酮锆(IV)等。
作为锰的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:乙酸锰(II)、乙酰丙酮锰(II)等。
酯交换反应催化剂的使用量相对于原料的总质量,下限优选为0.00001质量%以上、更优选为0.0001质量%以上。另外,上限优选为0.1质量%以下、更优选为0.05质量%以下、进一步优选为0.025质量%以下、更进一步优选为0.015质量%以下、特别优选为0.01质量%以下。
具体而言,酯交换反应可以通过将原料混合,边加热边搅拌来实施。
酯交换反应的温度没有特别限定,下限优选为80℃以上、更优选为100℃以上、进一步优选为120℃以上、更进一步优选为140℃以上,上限优选为250℃以下、更优选为220℃以下、进一步优选为200℃以下、更进一步优选为180℃以下。
通过使反应温度为上述下限值以上,能够以更短的时间进行酯交换反应,经济性优异。通过使反应温度为上述上限值以下,存在所得到的水分散性多元醇的色度、以及使用包含该水分散性多元醇的水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的设计性更优异的倾向。
酯交换反应的反应压力没有特别限定,优选为常压以上且1MPa以下。通过使反应压力为上述范围,能够更简便地实施反应。另外,在使用副原料的情况下,考虑这些的蒸气压等,通过一定程度上加压,从而能够更高效地促进酯交换反应。
酯交换反应的进行和结束可通过GPC测定和/或NMR测定进行确认。随着酯交换反应的进行,能够确认到源自原料的峰的消失和/或源自产物的峰的出现。
在水分散性多元醇的制造方法中,在上述酯交换反应之前,作为预处理,可以进行对所使用的原料进行脱水处理的工序等。
在水分散性多元醇的制造方法中,在上述酯交换反应之后,作为后处理,可以进行对酯交换反应催化剂添加上述催化剂毒物的工序等。
[聚碳酸酯多元醇]
作为制造本实施方式的水分散性聚碳酸酯多元醇时使用的聚碳酸酯多元醇,没有特别限定,例如可以通过后述的聚碳酸酯多元醇的制造方法得到。另外,也可以使用市售品,没有特别限定,例如可举出:旭化成株式会社制的T6002、T5652、T5651、T5650J、T5650E、T4692、T4691、G4672、T4671、G3452,G3450J、GE502、GE501的“DURANOL(商品名)”系列等。
[聚碳酸酯多元醇的制造方法]
作为在本实施方式的水分散性多元醇的制造中使用的聚碳酸酯多元醇的制造方法,没有特别限定,也可以采用公知的方法。例如,可以在酯交换催化剂的存在下使碳酸酯化合物与多元羟基化合物反应而得到聚碳酸酯多元醇。
(碳酸酯化合物)
作为在聚碳酸酯多元醇的制造中使用的碳酸酯化合物,并不限定于以下物质,例如可举出:碳酸亚烷基酯、碳酸二烷基酯、碳酸二芳基酯等。
作为碳酸亚烷基酯,没有特别限定,例如可举出:碳酸亚乙酯、碳酸三亚甲基酯、碳酸1,2-亚丙酯、碳酸1,2-亚丁酯、碳酸1,3-亚丁酯、碳酸1,2-亚戊酯等。
作为碳酸二烷基酯,没有特别限定,例如可举出:碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯等。
作为碳酸二芳基酯,没有特别限定,例如可举出:碳酸二苯酯等。
其中,作为在聚碳酸酯多元醇的制造中使用的碳酸酯化合物,优选为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二苯酯;更优选为碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯、碳酸二苯酯;进一步优选为碳酸亚乙酯、碳酸二苯酯;更进一步优选为碳酸亚乙酯。
(多元羟基化合物)
作为在聚碳酸酯多元醇的制造中使用的多元羟基化合物,不限定于以下物质,例如可举出:直链状多元羟基化合物、支链状多元羟基化合物、环状多元羟基化合物、具有芳香环的多元羟基化合物。
作为直链状多元羟基化合物,没有特别限定,例如可举出:乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇、1,11-十一烷二醇、1,12-十二烷二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、聚四乙二醇等。
作为支链状多元羟基化合物,没有特别限定,例如可举出:2-甲基-1,8-辛二醇、新戊二醇、2-乙基-1,6-己二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2,4-二甲基-1,5-戊二醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、聚丙二醇等。
作为环状多元羟基化合物,没有特别限定,例如可举出:1,3-环己二醇、1,4-环己二醇、1,4-环己烷二甲醇、2-双(4-羟基环己基)丙烷异山梨醇等。
(聚碳酸酯多元醇的制造条件)
在制造聚碳酸酯多元醇时,可以使用酯交换反应催化剂。
作为酯交换反应催化剂,没有特别限定,例如可举出:碱金属和碱土金属、以及其醇盐、其氢化物、其氧化物、其酰胺、其氢氧化物及其盐等。
作为碱金属和碱土金属的盐,没有特别限定,例如可举出:碳酸盐、含氮的硼酸盐、与有机酸形成的碱式盐等。
作为碱金属,没有特别限定,例如可举出:锂、钠、钾等。
作为碱土金属,没有特别限定,例如可举出:镁、钙、锶、钡等。
另外,作为使用除碱金属和碱土金属以外的金属得到的酯交换催化剂,没有特别限定,例如可举出:除碱金属和碱土金属以外的金属、以及其盐、其醇盐、和包含该金属的有机化合物等。
作为除碱金属和碱土金属以外的金属,没有特别限定,例如可举出:铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、铟、锡、锑、钨、铼、锇、铱、铂、金、铊、铅、铋、镱等。
这些酯交换催化剂可以单独使用1种,或者组合使用2种以上。
其中,作为酯交换反应催化剂,从更良好地进行获得聚碳酸酯多元醇的酯交换反应并在使用所得到的聚碳酸酯多元醇制造水分散性多元醇时更良好地进行酯交换反应的观点出发,优选为选自由锂、钠、钾、镁、钙、钛、锰、锆、锡、铅和镱组成的组中的1种以上的金属、或者它们的盐、它们的醇盐、或包含这些金属的有机化合物;更优选为选自由锂、镁、钙、钛、锰、镱、锡、锌和锆组成的组中的1种以上的金属;进一步优选为选自由锂、镁、钙、钛、锰和镱组成的组中的1种以上的金属;更进一步优选为选自由锂、镁、钙、钛和锰组成的组中的1种以上的金属;特别优选为选自由锂、钙、钛和锰组成的组中的1种以上的金属;更加特别优选为选自由锂、钛和锰组成的组中的1种以上的金属;更加特别优选为选自由钛和锰组成的组中的1种以上的金属。
作为优选的酯交换催化剂,例如可举出:钛的有机化合物、镁的有机化合物、锌的有机化合物、镱的有机化合物、锆的有机化合物、锰的有机化合物。
作为钛的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:四正丁醇钛、四正丙醇钛、四异丙醇钛等。
作为镁的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:乙酸镁、乙酰丙酮镁(II)、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮合镁(II)二水合物等。
作为锌的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:乙酸锌、乙酰丙酮锌(II)、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮合锌(II)等。
作为镱的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:异丙醇镱(III)、三氟甲烷磺酸镱(III)、三(环戊二烯)镱(III)、乙酰丙酮镱(III)水合物等。
作为锆的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:锆(IV)乙酰丙酮化物、四丙醇锆(IV)、四丁醇锆(IV)、乙酰丙酮锆(IV)等。
作为锰的有机化合物,没有特别限定,例如可举出:乙酸锰(II)、乙酰丙酮锰(II)等。
酯交换反应催化剂的使用量相对于原料的总质量,下限优选为0.00001质量%以上、更优选为0.0001质量%以上。另外,上限优选为0.1质量%以下、更优选为0.05质量%以下、进一步优选为0.025质量%以下、更进一步优选为0.015质量%以下、特别优选为0.01质量%以下。
在制造聚碳酸酯多元醇后接着进行加热处理的情况下,酯交换反应中使用的酯交换催化剂未被酯交换反应消耗,因此,可根据酯交换反应催化剂的用量来计算。使用市售的聚碳酸酯多元醇时等,通过ICP(发射光谱分析法、Inductively Coupled Plasma)测定聚碳酸酯多元醇中包含的酯交换反应催化剂的金属量来求出。
另外,本实施方式中使用的聚碳酸酯多元醇也可以通过聚碳酸酯多元醇与二醇化合物、或者2种以上的聚碳酸酯多元醇的酯交换反应来制造。
在作为原料的聚碳酸酯多元醇中包含制造其时使用的酯交换反应催化剂的催化剂毒物等的情况下,通常存在难以进行酯交换反应的倾向。因此,在制造聚碳酸酯多元醇时,可以重新添加必要量的上述酯交换反应催化剂。
另一方面,在作为原料的聚碳酸酯多元醇中不含酯交换反应催化剂的催化剂毒物的情况下,通常存在容易进行本实施方式的酯交换反应的倾向。然而,在想要进一步降低聚碳酸酯多元醇的制造工序中的反应温度的情况、想要进一步缩短反应时间的情况下等,可以重新添加必要量的酯交换反应催化剂。在该情况下,可以采用与在作为原料的聚碳酸酯多元醇的制造中使用的酯交换反应催化剂相同的催化剂。
具体而言,酯交换反应可以通过将原料混合,边加热边搅拌来实施。
酯交换反应的温度没有特别限定,下限优选为80℃以上、更优选为100℃以上、进一步优选为120℃以上、更进一步优选为140℃以上,上限优选为250℃以下、更优选为220℃以下、进一步优选为200℃以下、更进一步优选为180℃以下。
通过使反应温度为上述下限值以上,能够以更短的时间进行酯交换反应,经济性优异。通过使反应温度为上述上限值以下,能够更有效地防止所得到的聚碳酸酯多元醇的着色。
酯交换反应的反应压力没有特别限定,优选为常压以上且1MPa以下。通过使反应压力为上述范围,能够更简便地实施反应。另外,在使用副原料的情况下,考虑这些的蒸气压等,通过一定程度上加压,从而能够更高效地促进酯交换反应。
酯交换反应的进行和结束可通过GPC测定和/或NMR测定进行确认。随着酯交换反应的进行,能够确认到源自原料的峰的消失和/或源自产物的峰的出现。
在聚碳酸酯多元醇的制造方法中,在上述酯交换反应之前,作为预处理,可以进行对所使用的原料进行脱水处理的工序等。
在聚碳酸酯多元醇的制造方法中,在上述酯交换反应之后,作为后处理,可以进行对酯交换反应催化剂添加上述催化剂毒物的工序等。
[(B)成分:水系聚氨酯]
本实施方式的水系聚氨酯具有亲水基团。
作为本实施方式的水系聚氨酯,没有特别限定,例如可以通过后述的水系聚氨酯的制造方法得到。另外,也可以使用市售品,没有特别限定,例如可举出:DAICEL-ALLNEX株式会社制的VTW-6425、VTW-6450、VTW-6463、VTW-6466等“DAOTAN(商品名)”系列等。
(亲水基团)
作为本实施方式的水系聚氨酯的亲水基团,没有特别限定,例如可举出:非离子基团、阴离子基团、阳离子基团等。其中,从通用性的观点出发,优选为非离子基团和阴离子基团。作为非离子基团,没有特别限定,具体而言,例如可举出:氧亚乙基、聚氧亚乙基等。另外,作为阴离子基团,没有特别限定,具体而言,例如可举出:磺酸基、羧基等。
作为水系聚氨酯中的亲水基团的含量,下限没有特别限定,但优选以在后述实施例所记载的粒径测定中平均粒径达到500nm以下的方式含有亲水基团。
(平均粒径)
本实施方式的水系聚氨酯的平均粒径的下限优选为5nm以上、更优选为10nm以上、进一步优选为15nm以上、更进一步优选为20nm以上、特别优选为25nm以上、极其优选为30nm以上。另外,上限优选为500nm以下、更优选为400nm以下、进一步优选为350nm以下、更进一步优选为300nm以下、特别优选为250nm以下、极其优选为200nm以下。可以适当组合前述下限和上限来限定数值范围。例如,平均粒径的范围可以设定为5~500nm、10~400nm、15~350nm、20~350nm、25~200nm、30~250nm。通过使水系聚氨酯的平均粒径在前述范围内,水系聚氨酯的水分散稳定性、以及使用包含该水系聚氨酯的水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的耐久性有变得更良好的倾向。
(重均分子量(Mw))
本实施方式的水系聚氨酯的重均分子量(Mw)的下限优选为10000以上、更优选为15000以上、进一步优选为20000以上、更进一步优选为25000以上、特别优选为30000以上、更加特别优选为35000以上、极其优选为40000以上。另外,本实施方式的水系聚氨酯的重均分子量(Mw)的上限优选为300000以下、更优选为280000以下、进一步优选为250000以下、更进一步优选为220000以下、特别优选为200000以下、更加特别优选为180000以下、极其优选为160000以下、最优选为150000以下。可以适当组合前述下限和上限来限定数值范围。例如,重均分子量(Mw)可以设定为10000~300000、15000~250000、20000~220000、25000~200000、30000~180000、35000~160000、40000~150000。
通过使重均分子量(Mw)为前述范围内,使用包含水系聚氨酯的水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的耐久性有变得更良好的倾向。
作为将本实施方式的水系聚氨酯的重均分子量(Mw)控制在前述范围的方法,没有特别限定,例如可举出:在制造水系聚氨酯时,以重均分子量(Mw)达到前述范围的方式对扩链工序中添加的扩链剂进行调整;购入前述范围内的市售品。
需要说明的是,在本实施方式中,水系聚氨酯的重均分子量(Mw)可以通过后述实施例所记载的GPC测定(DMF)来算出。
(官能团)
从使用包含水系聚氨酯的水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的柔软性和耐久性的观点出发,水系聚氨酯优选包含选自由醚基、酯基、碳酸酯基组成的组中的至少1种;更优选包含选自由酯基、碳酸酯基组成的组中的至少1种;进一步优选包含碳酸酯基。
需要说明的是,在本实施方式中,水系聚氨酯的官能团可以通过使用原料的结构、NMR测定、FT-IR测定、GC-MS测定、LC-MS测定等来确认。
(环状结构)
从使用包含水系聚氨酯的水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的耐久性的观点出发,水系聚氨酯优选具有环状结构、更优选具有脂环式结构、进一步优选具有源自异佛尔酮二异氰酸酯和/或二环己基甲烷二异氰酸酯的脂环式结构。
[水系聚氨酯的制造方法]
作为本实施方式的水系聚氨酯的制造方法,没有特别限定,也可以采用公知的方法。例如,可以通过经历使多元醇、多异氰酸酯和含亲水基团的化合物发生反应来制造末端具有异氰酸酯基的氨基甲酸酯预聚物的工序(预聚物工序)、以及使前述氨基甲酸酯预聚物与扩链剂发生反应的工序(扩链工序)来制造。
(多元醇)
作为水系聚氨酯的制造中使用的多元醇,不限定于以下物质,可以将上述聚碳酸酯多元醇、日本特开2018-012769号公报记载的聚酯多元醇、丙烯酸类多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇、氟多元醇等单独使用1种,或者组合使用2种以上。
其中,从使用包含水系聚氨酯的水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的柔软性和耐久性的观点出发,优选为聚碳酸酯多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇、氟多元醇;更优选为聚碳酸酯多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇;进一步优选为聚碳酸酯多元醇、聚酯多元醇;更进一步优选为聚碳酸酯多元醇。
(多异氰酸酯)
作为在水系聚氨酯的制造中使用的多异氰酸酯,不限定于以下物质,可以将苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、聚亚甲基聚苯基多异氰酸酯、碳二亚胺化二苯基甲烷多异氰酸酯等芳香族多异氰酸酯;六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯、四甲基苯二甲基二异氰酸酯、二聚酸二异氰酸酯、降冰片烯二异氰酸酯等具有脂肪族或脂环式结构的多异氰酸酯等单独使用1种,或者组合使用2种以上。
其中,从使用包含水系聚氨酯的水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的耐久性的观点出发,优选使用具有脂环式结构的多异氰酸酯;更优选使用异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯。
(含亲水基团的化合物)
作为在水系聚氨酯的制造中使用的异氰酸酯化合物,不限定于以下物质,可以将2,2’-二羟甲基丙酸、2,2’-二羟甲基丁酸、2,2’-二羟甲基酪酸、2,2’-二羟甲基戊酸等具有羧基的多元醇;5-磺基间苯二甲酸、磺基对苯二甲酸、4-磺基邻苯二甲酸、5[4-磺基苯氧基]间苯二甲酸等具有磺酸基的多元醇等单独使用1种,或者组合使用2种以上。
(扩链剂)
作为在水系聚氨酯的制造中使用的扩链剂,不限定于以下物质,可以将乙二胺、1,2-丙二胺、1,6-六亚甲基二胺、哌嗪、2,5-二甲基哌嗪、异佛尔酮二胺、4,4’-二环己基甲烷二胺、3,3’-二甲基-4,4’-二环己基甲烷二胺、1,4-环己烷二胺等二胺类;N-羟甲基氨基乙胺、N-羟乙基氨基乙胺、N-羟丙基氨基丙胺、N-乙氨基乙胺、N-甲氨基丙胺等含有1个伯氨基和2个仲氨基的二胺类;二亚乙基三胺、二亚丙基三胺、三亚乙基四胺等多胺类;肼、N,N’-二甲基肼、1,6-六亚甲基双肼等肼类;琥珀酸二酰肼、己二酸二酰肼、戊二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、间苯二甲酸二酰肼等二酰肼类;β-氨基脲丙酸酰肼、3-氨基脲丙基氨基甲酸酯、氨基脲-3-氨基脲甲基-3,5,5-三甲基环己烷等氨基脲类单独使用1种,或者组合使用2种以上。
(有机溶剂)
可以根据需要,在制造水系聚氨酯时的前述预聚物工序中使用有机溶剂。作为能够用于前述预聚物工序的有机溶剂,例如可以将丙酮、甲乙酮等酮类;四氢呋喃、二噁烷等醚类;乙酸乙酯、乙酸丁酯等乙酸酯类;乙腈等腈类;二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等酰胺类单独使用1种,或者组合使用2种以上。
[(C)成分:固化剂]
本实施方式的水系组合物除了含有上述水分散性多元醇(A成分)和上述水系聚氨酯(B成分)以外,还可以含有固化剂(C成分)。
作为固化剂(C成分),只要具有可与水分散性多元醇(A成分)的羟基和/或上述水系聚氨酯(B成分)的末端基团和/或亲水基团发生反应的反应基团,就没有特别限定,优选使用具有2个以上反应基团的固化剂。
作为具有这种反应基团的化合物,例如可举出:异氰酸酯化合物、碳二亚胺化合物、氮丙啶化合物等。其中,优选异氰酸酯化合物。
异氰酸酯化合物可以使用市售品,也可以使用公知的方法进行合成。
作为异氰酸酯化合物的市售品,例如可举出:24A-100、22A-75P、TPA-100、TKA-100、P301-75E、D101、D201、21S-75E、MFA-75B、MHG-80B、TUL-100、TLA-100、TSA-100、TSS-100、TSE-100、E402-80B、E405-80B、AE700-100、A201H、17B-60P、TPA-B80E、MF-B60B、MF-K60B、SBB-70P、SBN-70D、E402-B80B、WB40-100、WT30-100、WT31-100、WB40-80D、WT20-100、WL70-100、WE50-100、WM44-L70G等旭化成株式会社制的“DURANATE(商品名)”系列、上述多异氰酸酯等。
(NCO/OH比)
在将异氰酸酯用于固化剂的情况下,对于水系组合物中的异氰酸酯化合物的含量,从使用水系组合物得到的氨基甲酸酯固化物的耐久性的观点出发,前述(A)成分所含的羟基(OH基)的摩尔数、前述(B)成分所含的羟基(OH基)的摩尔数与前述(C)成分所含的异氰酸酯基(NCO基)的摩尔数之比(NCO基的摩尔数/OH基的摩尔数)优选为0.2~7.0、更优选为0.5~5.0、进一步优选为0.8~3.0、更进一步优选为0.8~2.5、特别优选为0.8~2.0。
从氨基甲酸酯固化物的耐久性的观点出发,固化剂优选具有环状结构、更优选具有异氰脲酸酯环。
[固化性组合物]
本实施方式的固化性组合物包含上述水系组合物。作为固化性组合物,例如可举出:包含上述水系组合物的涂料、聚氨酯、涂覆剂等。本实施方式的固化性组合物通过包含上述水系组合物,从而存在干燥工序的缩短及固化物的薄膜化、柔软性以及高耐久性优异的倾向。
本实施方式的固化性组合物除了包含上述水系组合物以外,还可以包含其他成分。作为其他成分,没有特别限定,例如可举出:多元醇化合物、水分散性聚酯多元醇、丙烯酸类多元醇乳液、水分散性聚醚多元醇、水分散性聚烯烃多元醇、水分散性氟多元醇等水分散性多元醇。
另外,本实施方式的固化性组合物中,除上述以外,例如还可以根据各种用途添加固化促进剂(催化剂)、消光剂、防沉降剂、流平剂、填充剂、分散剂、阻燃剂、染料、有机或无机颜料、脱模剂、流动性调节剂、增塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、消泡剂、着色剂、溶剂等其他添加剂。通过适当含有这些其他添加剂,从而能够得到柔感涂料和透明涂料等性质不同的固化性组合物。
[氨基甲酸酯固化物]
本实施方式的氨基甲酸酯固化物通过将上述固化性组合物固化而得到。作为氨基甲酸酯固化物,例如可举出:聚氨酯涂膜、聚氨酯薄膜、聚氨酯树脂等。本实施方式的氨基甲酸酯固化物通过由上述固化性组合物得到,存在柔软性和高耐久性优异的倾向。
实施例
下面,举出具体的实施例以及比较例对本实施方式进一步具体说明,但本实施方式只要不超过其主旨,就完全不受这些实施例和比较例的限定。后述实施例和比较例中的评价和物性利用以下方法进行评价和测定。在本实施例中,只要没有特别记载,“份”和“%”则是基于质量基准。
[羟值(OHV)的测定]
羟值利用以下方法进行测定。
使用容量瓶,向乙酸酐12.5g中添加吡啶并达到50mL,制备乙酰化试剂。精密称量1.0~10.0g试样并装入100mL的茄型烧瓶中。用全容吸移管将乙酰化试剂5mL和甲苯10mL添加到前述茄型烧瓶中,得到溶液。之后,将冷却管安装于前述茄型烧瓶,将前述溶液在100℃下搅拌加热1小时。用全容吸移管在前述茄型烧瓶中添加蒸馏水2.5mL,将所得到的溶液进一步加热搅拌10分钟。将前述溶液冷却2~3分钟后,在前述茄型烧瓶中添加乙醇12.5mL,加入2~3滴酚酞作为指示剂,然后用0.5摩尔/L的乙醇性氢氧化钾进行滴定。将乙酰化试剂5mL、甲苯10mL和蒸馏水2.5mL加入100mL茄型烧瓶中,加热搅拌10分钟后,对所得到的溶液同样地进行滴定(空白试验)。基于该结果,用下述式(III)来计算羟值。
羟值(mg-KOH/g)={(b-a)×28.05×f}/e···(III)
a表示样品的滴定量(mL),b表示空白试验的滴定量(mL),e表示样品量(g),f表示滴定液的因子。
[GPC测定(THF)]
通过GPC测定(THF),利用以下方法测定水分散性多元醇的数均分子量(Mn)和重均分子量(Mw)。
将后述合成例中得到的水分散性多元醇作为试样。用四氢呋喃(以下称为THF)进行调整以使测定试样的浓度达到0.5质量%,使用下述GPC装置,以标准聚苯乙烯换算来测定数均分子量(Mn)和重均分子量(Mw)。
GPC装置:东曹社制的HLC-80
分析柱:TSKgel G4000H 1根
G3000H 1根
G2000H 2根
保护柱:TSKgel guardcolumn HxL-L
参比柱:TSKgel SuperH-RC
洗脱液:四氢呋喃(THF)
流速:1.0mL/min
柱温度:40℃
RI检测器:RI(内置有装置HLC-8320)
标准曲线:标准聚苯乙烯(东曹社制)
·F-40(分子量:4.27×105)
·F-20(分子量:1.90×105)
·F-10(分子量:9.64×104)
·F-4(分子量:3.79×104)
·F-2(分子量:1.81×104)
·F-1(分子量:1.02×104)
·A-5000(分子量:5.97×103)
·A-2500(分子量:2.63×103)
·A-500
·A-1000
需要注意的是,根据A-500和A-1000算出二聚物~十聚物的分子量。
二聚物(分子量:266)
三聚物(分子量:370)
四聚物(分子量:474)
五聚物(分子量:578)
六聚物(分子量:682)
七聚物(分子量:786)
八聚物(分子量:890)
九聚物(分子量:994)
十聚物(分子量:1098)
标准曲线式:三次多项式
[GPC测定(DMF)]
通过GPC测定(DMF),通过以下方法测定水系聚氨酯的重均分子量(Mw)。
将后述合成例中得到的水系聚氨酯作为试样。用N,N-二甲基甲酰胺(以下称为DMF)进行调整以使测定试样的浓度达到0.5质量%,使用下述GPC装置,以标准聚苯乙烯换算来测定重均分子量(Mw)。
GPC装置:东曹社制的HLC-80
分析柱:TSKgel SuperHM-H 3根
保护柱:TSKgel guardcolumn H-H
参比柱:TSKgel SuperH-RC
洗脱液:N,N-二甲基甲酰胺(DMF)
流速:0.5mL/min
柱温度:40℃
RI检测器:RI(内置有装置HLC-8320)
标准曲线:标准聚苯乙烯(东曹社制)
·F-40(分子量:4.27×105)
·F-20(分子量:1.90×105)
·F-10(分子量:9.64×104)
·F-4(分子量:3.79×104)
·F-2(分子量:1.81×104)
·F-1(分子量:1.02×104)
·A-5000(分子量:5.97×103)
·A-2500(分子量:2.63×103)
·A-1000(分子量:2.63×103)
标准曲线式:三次多项式
[亲水性结构]
实施后述[水分散性],对水分散性多元醇可否分散于水中进行确认。评价结果为A或B的情况下,判断为具有亲水性结构。另外,针对亲水性结构,通过以下方法1)、2)和/或3)来确定。
1)根据使用原料的结构来确定。
2)根据通过对试样进行质谱分析、FT-IR测定、1H-NMR测定和/或13C-NMR测定得到的各种谱图,对亲水性结构进行鉴定,由此进行确认。
需要说明的是,分析方法和鉴定参照公知的方法和/或有机化合物的谱图鉴定法(第7版)(株式会社东京化学同人)。
3)通过热分解GC/MS和/或衍生化GC/MS来确定。需要说明的是,作为具体的分析方法,没有特别限定,例如可举出下述<热分解GC/MS>和<衍生化GC/MS>。
<热分解GC/MS>
装置:Agilent Technology 6890GC/5973MSD
柱:HP-5MS(L:30m、I.D.:0.25mm、膜厚:0.25μm)
载气:氦气
电离法:EI
质量范围:m/z 10~800
烘箱温度:40℃(保持5min)→(10℃/min)→320℃(保持16min)
注入口温度:320℃
输送温度:320℃
分流比:分流1/50
试样量:0.1mg
热分解温度:600℃
界面温度:320℃
<衍生化GC/MS>
装置:Agilent Technology 7890GC/5977MSD
柱:HP-5MS(L:30m、I.D.:0.25mm、膜厚:0.25μm)
载气:氦气
电离法:EI
质量范围:m/z 10~800
烘箱温度:40℃(保持5min)→(20℃/min)→320℃(保持21min)
注入口温度:320℃
传送温度(transfer temperature):320℃
分流比:分流1/10
注入量:2μL
衍生化剂:BSA(N.O-双(三甲基甲硅烷基)乙酰胺)
[亲水基团]
针对水系聚氨酯的亲水基团,通过以下方法1)、2)和/或3)来确定。
1)根据使用原料的结构来确定。
2)根据通过对试样进行质谱分析、FT-IR测定、1H-NMR测定和/或13C-NMR测定得到的各种谱图,对亲水性结构进行鉴定,由此进行确认。
需要说明的是,分析方法和鉴定参照公知的方法和/或有机化合物的谱图鉴定法(第7版)(株式会社东京化学同人)。
3)通过热分解GC/MS和/或衍生化GC/MS来确定。需要说明的是,作为具体的分析方法,没有特别限定,例如可举出下述<热分解GC/MS>和<衍生化GC/MS>。
[水分散性]
将后述合成例中得到的水分散性多元醇作为试样,实施下述工序1~2得到水分散液并在23℃下静置,按照以下的基准进行评价。
工序1:在塑料容器中量取试样,并量取二丙二醇单甲基醚(以下有时简称为“DPM”)以使试样的固体成分达到70~80%,使用搅拌机对所得到的溶液进行搅拌直至均匀相容。
工序2:在前述塑料容器中量取纯水以使固体成分达到20%,使用搅拌机对所得到的溶液进行搅拌直至均匀分散,得到水分散液。
[评价标准]
A:分散在水中7天以上,无沉降物
B:分散在水中1天以上且小于7天,无沉降物
C:在水中不分散(有沉淀物)或者在水中的分散小于1天
[FT-IR测定]
将后述合成例中得到的水分散性多元醇作为试样,利用FT-IR(傅立叶变换红外光谱仪)并通过以下方法测定试样的红外吸收光谱吸光度,从而确认源自碳酸酯结构的波数1743cm-1附近的红外吸收光谱吸光度。
另外,作为确认水系聚氨酯的官能团的方法,也能够应用以下方法。
将测定试样薄涂展在KRS-5板(溴化铊(TlBr)和碘化铊(TlI)的混晶)上,利用下述装置和条件,通过FT-IR来测定试样的红外吸收光谱吸光度。
装置:FT/IR-4600typeA(日本分光株式会社)
光源:标准光源
检测器:TGS
累积次数:16
分解:4cm-1
零填充(zero filling):开启
切趾法:余弦
增益:自动(2)
孔径:自动(7.1mm)
扫描速度:自动(2mm/sec)
过滤器:自动(30000Hz)
数据类型:等间隔数据
横轴:波数(Wavenumber)(cm-1)
纵轴:Abs
起点:400cm-1
终点:40000cm-1
[粒径测定]
将后述合成例中得到的水系聚氨酯作为试样,利用粒径测定装置并通过以下方法测定试样的平均粒径(D50)。
装置:NANOTRAC WAVE II EX-150(MicrotracBEL Corp.)
透过性:透过
颗粒折射率:1.81
形状:非球形
密度(g/cm3):1.00
溶剂条件:水
溶剂折射率:1.333
测定时间:120秒
测定次数:1次
粒径分级:标准
分布显示:体积
[涂料的制作方法]
(涂料)
按照下述的涂料配合条件,在塑料容器中量取使用原料(水系组合物、固化剂、催化剂、溶剂、亲水性溶剂、流平剂、消光剂和防沉降剂),使用搅拌机进行搅拌直至均匀分散,得到涂料。
(使用原料)
·水分散性多元醇:后述合成例中得到的水分散性多元醇
·水系聚氨酯:后述合成例中得到的水系聚氨酯
·固化剂1:WT31-100(旭化成株式会社制、NCO%=17.4、固体成分100%)
·固化剂2:XP2655(Sumika Covestro Urethane Co.,Ltd.制、NCO%=20.8、固体成分100%)
·催化剂:Borchers LH10(OMG Borchers社制、1%水系催化剂)
·溶剂:纯水
·亲水性溶剂:DPM
·流平剂:BYK-331(BYK社制)
·消光剂:ACEMATT TS100(Evonik社制)
·防沉降剂:DisparlonAQ-002(楠本化成社制)
(配合条件)
·NCO/OH:1.25
其中,羟基的值为0时,NCO/OH=0.00。
·涂料固体成分:25%
·催化剂:相对于水系组合物与固化剂的树脂总量为0.3%
·流平剂:相对于水系组合物与固化剂的树脂总量为0.3%
·消光剂:相对于水系组合物与固化剂的树脂总量为10%
·防沉降剂:相对于水系组合物与固化剂的树脂总量为0.6%
(制备方法)
按照下述工序1~工序5的顺序来制备涂料。
工序1:在塑料容器中量取DPM以使水分散性多元醇的固体成分达到70~80%,使用搅拌机对所得到的溶液进行搅拌直至均匀相容。
工序2:在前述塑料容器中量取纯水以使固体成分达到20%,使用搅拌机对所得到的溶液进行搅拌直至均匀分散。
工序3:在前述塑料容器中量取水系聚氨酯,使用搅拌机对所得到的溶液进行搅拌直至均匀分散,得到水系组合物。
工序4:以符合前述的配合条件的方式在前述塑料容器中量取催化剂、流平剂、消光剂和防沉降剂,使用搅拌机对所得到的溶液进行搅拌直至均匀分散。
工序5:在前述塑料容器中量取固化剂1和/或固化剂2以使NCO/OH=1.25,使用搅拌机对所得到的溶液进行搅拌直至均匀分散,得到涂料(固化性组合物)。
(涂覆工序)
使用所得到的各涂料,在聚碳酸酯板(“TAKIRON PC-1600”(商品名)、2mm×70mm×150mm)上进行涂覆以使干燥膜厚达到厚度40μm。
[干燥工序]
通过将涂覆在聚碳酸酯板上的涂料组合物以60℃进行烧结,从而进行干燥直至指触痕迹不会附着于表面为止,得到聚氨酯涂膜。针对所得到的聚氨酯涂膜,利用后述方法来实施各种物性的评价。将评价结果示于表3和表4。
[指触干燥性评价]
上述聚氨酯涂膜的制造方法中,在涂覆工序后,通过测定直至表面不再附着指触痕迹为止的烧结时间(干燥时间),评价干燥工序的缩短。
(评价基准)
AA:干燥时间不足30分钟。
A:干燥时间为30分钟以上且不足45分钟。
B:干燥时间为45分钟以上且不足60分钟。
C:60分钟以上。
[柔感性评价]
在烧结直至上述指触评价中指触痕迹不再附着之后,将所得到的涂膜在23℃、50%RH的气氛下养护1天,通过触摸涂膜表面,按照以下的基准来评价触感。柔感性评价是柔软性的指标之一。
(评价基准)
AA:非常好。
A:好。
B:较好。
C:差。
[耐化学药品性试验(耐防晒性试验)水平1]
作为耐化学药品性,使用市售的防晒霜进行耐防晒性评价。
在烧结直至上述指触评价中指触痕迹不再附着之后,将所得到的涂膜在23℃、50%RH的气氛下养护1天,在该养护后的涂膜上,将防晒剂(Neutrogena Ultra Sheer DRY-TOUCH SUNSCREEN Broad Spectrum SPF 45)涂覆在涂膜表面以达到0.5g/9cm2,在55℃下进行1小时的加热。其后,使用少量的中性洗涤剂充分清洗涂膜的表面并洗掉防晒剂,在23℃、50%RH的气氛下使其在水平台上干燥。通过对所得到的涂膜进行下述的外观评价,按照以下的基准来评价耐化学药品性。耐化学药品性是耐久性的指标之一。
(外观评价)
目视观察是否产生防晒剂的痕迹残留或涂膜的溶胀、剥落等异常,按照以下的基准来评价试验后的涂膜。
A:涂膜外观没有变化
B:涂膜外观略有变化
C:涂膜外观有溶胀、痕迹残留变化
[耐化学药品性试验(耐防晒性试验)水平2]
作为耐化学药品性,使用市售的防晒霜进行耐防晒性评价。
在烧结直至上述指触评价中指触痕迹不再附着之后,将所得到的涂膜在23℃、50%RH的气氛下养护1天,在该养护后的涂膜上,将防晒剂(Neutrogena Ultra Sheer DRY-TOUCH SUNSCREEN Broad Spectrum SPF 45)涂覆在涂膜表面以达到0.5g/9cm2,在55℃下进行4小时的加热。其后,使用少量的中性洗涤剂充分清洗涂膜的表面并洗掉防晒剂,在23℃、50%RH的气氛下使其在水平台上干燥。通过对所得到的涂膜进行下述的外观评价,按照以下的基准来评价耐化学药品性。耐化学药品性是耐久性的指标之一。
(外观评价)
目视观察是否产生防晒剂的痕迹残留或涂膜的溶胀、剥落等异常,按照以下的基准来评价试验后的涂膜。
A:涂膜外观没有变化
B:涂膜外观稍有变化
C:涂膜外观有溶胀、痕迹残留变化
[薄膜化试验]
对上述耐化学药品性试验(耐防晒性试验)水平2中评价为B以上的实施例和比较例进行薄膜化试验。除了在上述涂覆工序中将干燥膜厚自40μm至20μm以每5μm形成薄膜以外,进行与耐化学药品性试验(耐防晒性试验)水平2相同的评价。按照以下的基准来评价薄膜化试验。若评价为B以上,则判断为可薄膜化。
(评价基准)
AA:耐化学药品性试验(耐防晒性试验)水平2的外观评价中达到B以上的干燥膜厚为25μm以下。
A:耐化学药品性试验(耐防晒性试验)水平2的外观评价中达到B以上的干燥膜厚为30μm。
B:耐化学药品性试验(耐防晒性试验)水平2的外观评价中达到B以上的干燥膜厚为35μm。
C:耐化学药品性试验(耐防晒性试验)水平2的外观评价中达到B以上的干燥膜厚为40μm。
[耐湿热性试验]
在烧结直至上述指触评价中指触痕迹不再附着之后,将所得到的涂膜在23℃、50%RH的气氛下养护1天,对该养护后的涂膜,利用ESPEC社制的恒温恒湿器、产品名“PL-1J”,在温度85℃、湿度85%的条件下加热10天。按照JIS K5600-5-4:1999的铅笔硬度法,观察6B铅笔是否在涂膜上残留有铅笔痕迹,按照以下的基准来评价耐湿热性。需要说明的是,耐湿热性试验是耐久性的指标之一。
(评价基准)
A:看不到划痕。
B:带有轻微的划痕,但用手指擦抹时,痕迹消失。
C:划痕未消失或观察到涂膜剥离。
<水系聚氨酯的制作方法>
(使用原料)
·合成例中得到的水分散性多元醇、聚合例中得到的聚碳酸酯多元醇、市售品的醚多元醇、和/或市售品的酯多元醇(以下,有时也简称为“Polyol”)
·DMPA(2,2-二羟甲基丙酸)
·甲乙酮(MEK)
·二月桂酸二丁基锡(DBTDL)
·IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)
·三乙基胺(TEA)
·纯水
·乙二胺(EDA)
(投料量)
·对于Polyol、IPDI、DMPA、TEA和EDA,以达到合成例中记载的摩尔比的方式进行投料。
·DBTDL以相对于Polyol、IPDI和DMPA的树脂总量达到100ppm的方式进行投料。根据需要,DBTDL可以用甲苯稀释后投料(例:5%DBTDL-甲苯溶液)。
·MEK以预聚物工序的固体成分达到65%的方式进行投料。
·纯水以MEK去除工序后的最终固体成分达到30%的方式进行投料。其中,在扩链工序中粘性增高的情况下,也可以适当加入纯水来调整固体成分。
(预聚物工序)
将安装有搅拌机、温度计、回流冷凝管、氮气吹入管和滴液漏斗的1L可分离烧瓶内制成氮气气氛,投入Polyol、DMPA、DBTDL和MEK,边以80℃进行回流,边以200rpm搅拌15分钟。接着,用注射器投入IPDI,边以80℃回流至NCO%达到3.5±0.3质量%边搅拌,得到含有末端异氰酸酯基的氨基甲酸酯预聚物的MEK溶液。需要说明的是,前述NCO%是预聚物工序中使用的多异氰酸酯所具有的异氰酸酯基的质量相对于预聚物工序中使用的原料总质量的比例。
(中和工序和乳化工序)
使所得到的氨基甲酸酯预聚物溶液冷却至35℃,边以500rpm进行搅拌,边添加TEA。接着,将溶液保持至35℃,边继续500rpm的搅拌,边以10mL/min的速度滴加纯水,得到乳液(乳化液)。
(扩链工序)
将所得到的乳液保持在35℃,边继续500rpm的搅拌,边添加EDA,进行扩链反应。
(MEK馏去工序)
对扩链反应后的溶液在加热减压下除去甲乙酮,得到水系聚氨酯溶液。
(固体成分测定)
精确称量所得到的水系聚氨酯溶液0.8~1.5g并装入铝杯中,在105℃下加热3小时,从而除去水等挥发成分,得到聚氨酯树脂(不挥发成分)。基于该结果,按照下式(IV)计算固体成分。
固体成分(%)={聚氨酯树脂(g)/水系聚氨酯溶液(g)}×100···(IV)
[合成例1]
向具备填充有规则填充物的精馏塔和搅拌装置的2L玻璃制烧瓶(以下也记为“反应器”)中投入1,5-戊二醇458g、1,6-己二醇500g和碳酸亚乙酯760g后,投入四正丁醇钛0.080g作为催化剂。边取出一部分馏出液,边以160~175℃的反应温度反应12小时。接着,将反应器直接连接于冷凝器,将反应温度提升至175~190℃后,缓缓地降低压力并适当取样,边测定所生成的聚碳酸酯多元醇的羟值,边馏去反应器内的二醇成分,由此得到羟值为110.8mgKOH/g的聚碳酸酯多元醇(865g)。向所得到的聚碳酸酯多元醇(865g)中添加聚乙二醇(和光纯药工业株式会社制、“聚乙二醇1000”(商品名))96g作为形成非离子系亲水性结构的原料,在150℃下进行酯交换反应。需要说明的是,通过对反应溶液进行经时GPC测定,确认源自原料的峰的消失以及源自产物的峰的出现,判断酯交换反应的进行和结束。
接着,将反应温度下降至115℃,添加85%磷酸0.055g,在115℃下搅拌3小时,由此得到羟值为112.0mgKOH/g的水分散性多元醇WP-1。将评价结果示于表1。
[合成例2]
向具备填充有规则填充物的精馏塔和搅拌装置的1L玻璃制烧瓶(以下也记为“反应器”)中投入1,4-丁二醇235g、1,6-己二醇235g和碳酸亚乙酯396g后,投入四正丁醇钛0.085g作为催化剂。边取出一部分馏出液,边以150~165℃的反应温度反应20小时。接着,将反应器直接连接于冷凝器,将反应温度提升至170~180℃后,缓缓地降低压力并适当取样,边测定所生成的聚碳酸酯多元醇的羟值,边馏去反应器内的二醇成分,由此得到羟值为56.1mgKOH/g的聚碳酸酯多元醇(365g)。向所得到的聚碳酸酯多元醇(365g)中添加聚乙二醇(和光纯药工业株式会社制、“聚乙二醇1000”(商品名))41g作为形成非离子系亲水性结构的原料,在150℃下进行酯交换反应。需要说明的是,通过对反应溶液进行经时GPC测定,确认源自原料的峰的消失以及源自产物的峰的出现,判断酯交换反应的进行和结束。
接着,将反应温度下降至115℃,添加磷酸二丁酯0.080g,在115℃下搅拌3小时,由此得到羟值为61.3mgKOH/g的水分散性多元醇WP-2。将评价结果示于表1。
[合成例3]
向具备搅拌装置的0.3L玻璃制烧瓶(反应器)中投入实施例1中得到的水分散性多元醇WP-1和作为异氰酸酯化合物的TLA-100(旭化成株式会社制、NCO%=23.3、固体成分100%、具有异氰脲酸酯环作为形成环状结构的原料的非水溶性异氰酸酯聚合物),以使NCO/OH=0.20且投料量达到200g。接着,边搅拌它们边加热,在约120℃的反应器内温度下进行反应直至NCO基消失,得到水分散性多元醇WP-3。将评价结果示于表1。需要说明的是,关于反应的进行,通过对反应液进行前述FT-IR测定,依据源自NCO基的波数2271cm-1附近的红外吸收光谱吸光度峰已消失来进行确认。将评价结果示于表1。
[合成例4]
向具备搅拌装置的0.3L玻璃制烧瓶(反应器)中投入实施例1中得到的水分散性多元醇WP-1和作为异氰酸酯化合物的Bayhydur XP2655(Sumika Covestro Urethane Co.,Ltd.制、NCO%=20.8、固体成分100%,具有异氰脲酸酯环作为形成环状结构的原料、以及磺基作为形成阴离子系亲水性结构的原料的阴离子型水溶性异氰酸酯聚合物),以使NCO/OH=0.20且投入量达到200g。接着,边搅拌它们边加热,在约120℃的反应器内温度下进行反应直至NCO基消失,得到水分散性多元醇WP-4。将评价结果示于表1。需要说明的是,关于反应的进行,通过对反应液进行前述FT-IR测定,依据源自NCO基的波数2271cm-1附近的红外吸收光谱吸光度峰已消失来进行确认。将评价结果示于表1。
[聚合例1]
向具备填充有规则填充物的精馏塔和搅拌装置的2L玻璃制烧瓶(反应器)中投入1,3-丙二醇835g、1,6-己二醇7g和碳酸亚乙酯970g后,投入四正丁醇钛0.110g作为催化剂。在反应温度160~165℃下,边取出一部分馏出液,边反应24小时。接着,将反应器直接连接于冷凝器,将反应温度提升至165~175℃后,缓缓地降低压力并适当取样,边测定所生成的聚碳酸酯多元醇的羟值,边馏去反应器内的二醇成分,由此得到聚碳酸酯多元醇PCP-1(566g)。
所得到的聚碳酸酯多元醇PCP-1的羟值为58.2mgKOH/g。
[合成例5]
使用聚合例1中得到的聚碳酸酯多元醇PCP-1,并投入Polyol、IPDI、DMPA、TEA和EDA以达到Polyol/IPDI/DMPA/TEA/EDA=1.00/3.00/1.00/1.00/0.50的摩尔比,通过上述方法得到水系聚氨酯PUD-1。将评价结果示于表2。
[合成例6]
使用合成例1中得到的水分散性多元醇WP-1,并投入Polyol、IPDI、DMPA、TEA和EDA以达到Polyol/IPDI/DMPA/TEA/EDA=1.00/2.63/0.63/0.63/0.80的摩尔比,通过上述方法得到水系聚氨酯PUD-2。将评价结果示于表2。
[合成例7]
使用合成例3中得到的水分散性多元醇WP-3,并投入Polyol、IPDI、DMPA、TEA和EDA以达到Polyol/IPDI/DMPA/TEA/EDA=1.00/2.74/0.74/0.74/0.60的摩尔比,通过上述方法得到水系聚氨酯PUD-3。将评价结果示于表2。
[合成例8]
作为市售品的醚多元醇,使用三菱化学株式会社制的PTMG2000(商品名,聚四亚甲基醚二醇,数均分子量:约2000),并投入Polyol、IPDI、DMPA、TEA和EDA以达到Polyol/IPDI/DMPA/TEA/EDA=1.00/3.00/1.00/1.00/0.50的摩尔比,通过上述方法得到水系聚氨酯PUD-4。将评价结果示于表2。
[合成例9]
作为市售品的酯多元醇,使用株式会社可乐丽制的P-2030(商品名,聚3-甲基-1,5-戊二醇间苯二甲酸酯、数均分子量:约2000),并投入Polyol、IPDI、DMPA、TEA和EDA以达到Polyol/IPDI/DMPA/TEA/EDA=1.00/3.00/1.00/1.00/0.50的摩尔比,通过上述方法得到水系聚氨酯PUD-5。将评价结果示于表2。
[实施例1~12]
如表3所示投入水分散性多元醇((A)成分)、水系聚氨酯((B)成分)和固化剂((C)成分),通过上述方法得到涂料(固化性组合物)。将评价结果示于表3。
[比较例1~7]
如表4所示投入水分散性多元醇((A)成分)、水系聚氨酯((B)成分)和/或固化剂((C)成分),通过上述方法得到涂料(固化性组合物)。将评价结果示于表4。
[表1]
表1
[表2]
表2
[表3]
表3
[表4]
表4
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Claims (15)

1.一种水系组合物,其包含下述(A)成分和下述(B)成分,
(A)成分:具有亲水性结构的水分散性多元醇,其具有下述式(I)所示的碳酸酯结构,羟值为5~700mgKOH/g;
(B)成分:具有亲水基团的水系聚氨酯,
式(I)中,R表示任选含有杂原子的直链状脂肪族烃基、任选含有杂原子的支链状脂肪族烃基、任选含有杂原子的环状脂肪族烃基、任选含有杂原子的芳香族烃基或它们的组合。
2.根据权利要求1所述的水系组合物,其中,相对于所述(A)成分与所述(B)成分的树脂成分的总质量,(A)成分为2~98质量%,(B)成分为2~98质量%。
3.根据权利要求1所述的水系组合物,其中,所述(A)成分的数均分子量为200~5000。
4.根据权利要求1所述的水系组合物,其中,所述亲水性结构具有非离子系结构。
5.根据权利要求1所述的水系组合物,其中,所述亲水性结构具有阴离子系结构。
6.根据权利要求1所述的水系组合物,其中,所述(B)成分具有环状结构。
7.根据权利要求1所述的水系组合物,其中,所述(B)成分具有脂环式结构。
8.根据权利要求1所述的水系组合物,其中,所述(B)成分的重均分子量为10000~300000。
9.根据权利要求1所述的水系组合物,其中,所述(B)成分包含选自由醚基、酯基和碳酸酯基组成的组中的至少1种。
10.根据权利要求1所述的水系组合物,其还包含固化剂作为(C)成分。
11.根据权利要求10所述的水系组合物,其中,所述(C)成分为异氰酸酯化合物。
12.根据权利要求10所述的水系组合物,其中,所述(C)成分具有环状结构。
13.根据权利要求10所述的水系组合物,其中,所述(C)成分具有异氰脲酸酯环。
14.一种固化性组合物,其包含权利要求1~13中任一项所述的水系组合物。
15.一种氨基甲酸酯固化物,其为权利要求14所述的固化性组合物的固化物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0814163B2 (ja) 1988-12-05 1996-02-14 積水化学工業株式会社 屋根ユニット
EP2281848A4 (en) * 2008-05-29 2012-10-31 Ube Industries AQUEOUS POLYURETHANE RESIN DISPERSION, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND PAINT COMPOSITION CONTAINING SAID DISPERSION
JP6139853B2 (ja) 2012-10-17 2017-05-31 旭化成株式会社 ポリカーボネートジオール組成物、及びその製造方法
EP2937368A1 (de) * 2014-04-24 2015-10-28 BASF Coatings GmbH Wässrige zweikomponenten-beschichtungszusammensetzungen und daraus hergestellte beschichtungen mit hoher erosionsbeständigkeit
EP3141574B1 (en) 2014-05-07 2019-07-10 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Polycarbonate/polyoxy ethylene block copolymer for aqueous compositions, and aqueous composition, aqueous coating composition, aqueous ink composition, and aqueous tackifier composition comprising the same
JP6843538B2 (ja) 2016-07-20 2021-03-17 旭化成株式会社 塗料組成物
JP7237468B2 (ja) 2018-05-31 2023-03-13 旭化成株式会社 ポリカーボネートジオール組成物
EP3819322A1 (en) * 2019-11-06 2021-05-12 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Method for producing polyurethane coating film and coating material composition

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