JP2004203972A - Polyurethane-hydrophilizing agent and water-dispersible polyurethane resin - Google Patents

Polyurethane-hydrophilizing agent and water-dispersible polyurethane resin Download PDF

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JP2004203972A JP2002372674A JP2002372674A JP2004203972A JP 2004203972 A JP2004203972 A JP 2004203972A JP 2002372674 A JP2002372674 A JP 2002372674A JP 2002372674 A JP2002372674 A JP 2002372674A JP 2004203972 A JP2004203972 A JP 2004203972A
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polyurethane
prepolymer
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Osamu Sonoda
修 園田
Kazunori Matsumura
和典 松村
Kazuya Tateno
一哉 立野
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Asahi Kasei Finechem Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polyurethane-hydrophilizing agent which gives excellent hydrophilicity to polyurethanes, and to provide a water-dispersible polyurethane resin which has excellent storage stability, mechanical stability, and the like, and is stable against pH change. <P>SOLUTION: This polyurethane-hydrophilizing agent contains a compound represented by general formula (1): MOSO<SB>2</SB>-(CH<SB>2</SB>)<SB>m</SB>-HN-(CH<SB>2</SB>)<SB>n</SB>-NH-(CH<SB>2</SB>)<SB>m</SB>-SO<SB>3</SB>M [M is an alkali metal, an alkaline earth metal, an organic base, a group derived from the organic base, ammonium group, or H; (m) is an integer of 2 to 6; (n) is an integer of 2 to 10]. The water-dispersible polyurethane resin obtained by reacting a diol component with an organic diisocyanate to obtain the terminal isocyanate group-having prepolymer and then reacting the prepolymer with the above-described polyurethane-hydrophilizing agent. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリウレタン樹脂の親水化に用いるポリウレタン親水化剤、該親水化剤を用いて得られる水分散性ポリウレタン樹脂および該水分散性ポリウレタン樹脂の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ポリウレタンの水分散性ディスパージョンは、塗料用、繊維処理用、接着用等の各種用途に有用である。かかる水分散性ポリウレタンとしては、親水性基としてのカルボキシル基を含有するウレタン樹脂が知られているが、加水分解し易いために貯蔵安定性が悪く、またpH変化による安定性や皮膜の耐熱性も不十分である。また、タウリンを用いて、ウレタン樹脂にスルホン酸(塩)基を導入することによるスルホン酸基含有ウレタンディスパージョンの製造方法も知られているが(例えば、特許文献1参照。)、タウリンを用いてスルホン酸(塩)基を導入する場合には、ポリウレタン中に少量のスルホン酸(塩)基を導入できるだけであり、このため水性ディスパージョンとするにはウレタン樹脂の分子量に制約がある。また、ジアミノスルホン酸塩として、例えばN−(2−アミノエチル)−2−アミノエタンスルホン酸塩を用いて水性ポリウレタンディスパージョンを得る方法も知られているが(例えば、特許文献2参照。)、このジアミノスルホン酸塩を得るには、ヒドロキシアルカンスルホン酸とジアミンを高温高圧下で反応させなければならないという問題がある。
【0003】
【特許文献1】
特開昭42−24192号公報
【0004】
【特許文献2】
カナダ国特許第928323号明細書
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ポリウレタンに優れた親水性を与えるポリウレタン親水化剤、ならびに、貯蔵安定性、機械的安定性等に優れ、pH変化に対して安定な水分散性ポリウレタン樹脂を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、特定のスルホン酸塩を用いて親水化したポリウレタンを水に分散したポリウレタンディスパージョンが、貯蔵安定性、機械的安定性に優れ、pH変化に対しても安定であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】
すなわち、本発明は、下記に示すとおりのポリウレタン親水化剤、水分散性ポリウレタン樹脂および該水分散性ポリウレタン樹脂の製造方法を提供するものである。
項1. 一般式(1);
MOSO2−(CH2)m−HN−(CH2)n−NH−(CH2)m−SO3M (1)
(式中、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、有機塩基、有機塩基から誘導された基、アンモニウム基または水素原子を示す。mは2〜6の整数を示し、nは2〜10の整数を示す。)で表される化合物を含有するポリウレタン親水化剤。
項2. 一般式(1);
MOSO2−(CH2)m−HN−(CH2)n−NH−(CH2)m−SO3M (1)
(式中、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、有機塩基、有機塩基から誘導された基、アンモニウム基または水素原子を示す。mは2〜6の整数を示し、nは2〜10の整数を示す。)で表される化合物および一般式(2);
2N−(CH2)n−NH−(CH2)m−SO3M (2)
(式中、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、有機塩基、有機塩基から誘導された基、アンモニウム基または水素原子を示す。mは2〜6の整数を示し、nは2〜10の整数を示す。)で表される化合物を含有するポリウレタン親水化剤。
項3. ジオール成分と有機ジイソシアネートとを反応させて末端イソシアネート基を有するプレポリマーを得た後、該プレポリマーに、項1に記載のポリウレタン親水化剤を反応させて得られる水分散性ポリウレタン樹脂。
項4. ジオール成分と有機ジイソシアネートとを反応させて末端イソシアネート基を有するプレポリマーを得た後、該プレポリマーに、項2に記載のポリウレタン親水化剤を反応させて得られる水分散性ポリウレタン樹脂。
項5. ジオール成分と有機ジイソシアネートとを反応させて末端イソシアネート基を有するプレポリマーを得た後、該プレポリマーに、項1に記載のポリウレタン親水化剤を反応させることを特徴とする水分散性ポリウレタン樹脂の製造方法。
項6. ジオール成分と有機ジイソシアネートとを反応させて末端イソシアネート基を有するプレポリマーを得た後、該プレポリマーに、項2に記載のポリウレタン親水化剤を反応させることを特徴とする水分散性ポリウレタン樹脂の製造方法。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明のポリウレタン親水化剤は、一般式(1);
MOSO2−(CH2)m−HN−(CH2)n−NH−(CH2)m−SO3M (1)
(式中、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、有機塩基、有機塩基から誘導された基、アンモニウム基または水素原子を示す。mは2〜6の整数を示し、nは2〜10の整数を示す。)で表される化合物を含有する。Mとしてはアルカリ金属が好ましく、ナトリウムがより好ましい。mとしては2が好ましい。nとしては2が好ましい。
【0009】
また、本発明の他のポリウレタン親水化剤は、一般式(1);
MOSO2−(CH2)m−HN−(CH2)n−NH−(CH2)m−SO3M (1)
(式中、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、有機塩基、有機塩基から誘導された基、アンモニウム基または水素原子を示す。mは2〜6の整数を示し、nは2〜10の整数を示す。)で表される化合物および一般式(2);
2N−(CH2)n−NH−(CH2)m−SO3M (2)
(式中、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、有機塩基、有機塩基から誘導された基、アンモニウム基または水素原子を示す。mは2〜6の整数を示し、nは2〜10の整数を示す。)で表される化合物を含有する。Mとしてはアルカリ金属が好ましく、ナトリウムがより好ましい。mとしては2が好ましい。nとしては2が好ましい。
【0010】
本発明のポリウレタン親水化剤は、ポリウレタン樹脂を親水化するのに用いることができる。
【0011】
本発明のポリウレタン親水化剤は、例えば、エチレン性二重結合含有スルホン酸塩とジアミンとの付加反応により得ることができる。
【0012】
エチレン性二重結合含有スルホン酸塩としては、ビニルスルホン酸塩、アリルスルホン酸塩、1−ブテン−4−スルホン酸塩、1−ペンテン−5−スルホン酸塩、1−ヘキセン−6−スルホン酸塩等が挙げられる。中でも、ビニルスルホン酸塩が好ましい。
【0013】
ジアミンとしては、エチレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、1,4−ブタンジアミン、1,5−ペンタンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、1,7−ヘプタンジアミン、1,8−オクタンジアミン、1,9−ノナンジアミン、1,10−デカンジアミン等の脂肪族ジアミン類が挙げられる。中でも、エチレンジアミンが好ましい。
【0014】
エチレン性二重結合含有スルホン酸塩とジアミンとを付加反応させるには、例えば、ジアミンにエチレン性二重結合含有スルホン酸塩水溶液を加えて、0〜120℃程度(好ましくは50〜110℃程度)で、0.5〜20時間(好ましくは2〜10時間)反応させる。ジアミンの使用量はエチレン性二重結合含有スルホン酸塩の量に対して、モル比で0.5〜2程度とすることが好ましい。ジアミンの使用量に応じて、ジアミンのアミノ基の1個若しくは2個がエチレン性二重結合含有スルホン酸塩に付加した付加反応生成物、又はこれらの混合物等が得られる。ジアミンのアミノ基の2個がエチレン性二重結合含有スルホン酸塩に付加した付加反応生成物が、上記一般式(1)で表される化合物に相当し、ジアミンのアミノ基の1個がエチレン性二重結合含有スルホン酸塩に付加した付加反応生成物が、上記一般式(2)で表される化合物に相当する。反応時の水溶液の濃度は、特に限定的ではないが、好ましくは15〜60質量%程度とすれば均一に反応が進行し易い。
【0015】
上記一般式(1)で表される化合物を含有するポリウレタン親水化剤を用いて得られるポリウレタンディスパージョンは、貯蔵安定性、機械的安定性に優れたものとなる。一般式(1)で表される付加反応生成物は、ジアミンおよびエチレン性二重結合含有スルホン酸塩を、ジアミン/エチレン性二重結合含有スルホン酸塩=1/2程度の割合(モル比)で用いて、上記反応条件に従って容易に得ることができる。
【0016】
本発明のポリウレタン親水化剤は、上記一般式(1)で表される化合物および上記一般式(2)で表される化合物の混合物を含有するものであってもよい。混合物は、反応により両者を同時に合成したものでもよいし、両者を別々に合成した後に混合したものでもよい。混合物における一般式(1)の化合物と一般式(2)の化合物の質量比は、一般式(1)の化合物/一般式(2)の化合物=9/1〜1/9の範囲が好ましい。
【0017】
本発明においてプレポリマーを得る際に使用するジオール成分とは、水酸基を2個有する化合物をいい、通常のウレタン樹脂の製造に用いられるものから適宜選択して用いればよい。その具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール等の比較的低分子量のジオールの他、これらのジオールと、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、2,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸等のジカルボン酸成分とからエステル化反応によって得られるポリエステルジオール、ポリカプロラクトンジオール、ポリテトラメチレングリコール、ポリカーボネートジオール、ポリエーテルジオール等が挙げられる。
【0018】
本発明においてプレポリマーを得る際に使用する有機ジイソシアネートとは、イソシアネート基を2個有する化合物をいい、通常のウレタン樹脂の製造に用いられるものから適宜選択して用いることができる。その具体例としては、芳香族系ジイソシアネートとしては、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、1,5−テトラヒドロナフタレンジイソシアネート等が挙げられ、脂肪族系ジイソシアネートとしては、テトラメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられ、脂環式ジイソシアネートとしては、1,3−シクロヘキシレンジイソシアネート、1,4−シクロヘキシレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等が挙げられる。
【0019】
本発明による水分散性ポリウレタン樹脂の製造方法では、まず、ジオール成分と有機ジイソシアネートを反応させて末端イソシアネート基を有するプレポリマーを得る。このプレポリマーの生成反応において、有機ジイソシアネートの使用量は、ジオール成分に対して、当量比で、1.1〜2.5程度、好ましくは1.2〜2.0程度とすればよい。この反応は、無溶剤下でも行い得るが、反応を均一に行わせるために、ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン等のイソシアネート基に対して不活性な有機溶剤を使用してもよい。反応は、30〜150℃程度(好ましくは50〜120℃程度)で、0.1〜20時間程度(好ましくは0.5〜10時間程度)行えばよい。これにより得られるプレポリマーの数平均分子量は、500〜50,000程度となる。
【0020】
このようにして、末端イソシアネート基を有するプレポリマーを得た後、上記したようなイソシアネート基に対して不活性な有機溶媒で希釈して、プレポリマー溶液の固形分量を10〜60質量%程度、好ましくは20〜50質量%程度とすることが適当である。
【0021】
次いで、上記ポリウレタン親水化剤を添加し、30〜100℃程度で0.1〜20時間程度反応を行うことによって、水分散性ポリウレタン樹脂を得ることができる。該親水化剤は、固形分として添加することも可能であるが、20〜50質量%程度の濃度の水溶液として添加することにより、プレポリマー溶液に対する分散性が良好となって、より均一な反応を行うことができる。ポリウレタン親水化剤の使用量は、プレポリマーの末端イソシアネート基に対して、0.05〜1.2当量程度が好ましい。得られるポリウレタン樹脂は、数平均分子量1,000〜200,000程度となる。次いで、これに水を加えて水性分散液とし、加熱操作、減圧操作等によって有機溶剤を除去することによって、水分散性ポリウレタン樹脂が得られる。得られる樹脂の固形分量は、10〜70質量%程度、好ましくは25〜50質量%程度となるように調整することが適当である。
【0022】
本発明の方法で得られる水分散性ポリウレタン樹脂は、従来の水分散性ポリウレタン樹脂と同様に、例えば、塗料・コーティング用、接着用、繊維処理用、皮革用、ガラス繊維収束剤用等の各種の用途に有効に使用し得るものである。
【0023】
【発明の効果】
本発明のポリウレタン親水化剤は、ポリウレタンに優れた親水性を付与する。
【0024】
また、本発明の方法で得られる水分散性ポリウレタン樹脂は、貯蔵安定性、機械的安定性等に優れ、pH変化に対して安定であり、これより得られる皮膜は、耐熱性、耐溶剤性等に優れたものとなる。
【0025】
【実施例】
次に、実施例によって本発明をより詳細に説明する。
【0026】
実施例1
温度計、撹拌装置および還流冷却管を備えた4つ口フラスコに、エチレングリコール−アジピン酸系ポリエステル(OH価56)150質量部を加え、60℃にて溶解後、イソホロンジイソシアネート32質量部を加え、80℃に加温し、この温度で4時間反応させ、反応終了後、アセトン350質量部にて希釈し、数平均分子量約3,000のプレポリマー溶液を得た。
【0027】
次いで、エチレンジアミン60質量部にビニルスルホン酸ナトリウム水溶液(濃度25質量%)1040質量部を添加し、100℃で8時間反応を行うことにより、上記2成分の付加反応生成物を含有する淡黄色の水溶液が得られた(固形分40質量%に調整)。IR分析により、二重結合の消失が確認された。また、生成物のNMR分析を行ったところ、NMRスペクトル(D2O、δppm)は、2.4〜2.6(4H,m,N−C 2 −C 2 −N),2.7〜2.8(8H,m,N−C 2 −C 2 −SO3Na×2)であった。これにより、得られた付加反応生成物は、エチレンジアミン1モルにビニルスルホン酸ナトリウム2モルが付加したもの(上記一般式(1)の化合物に相当)であることが確認された。
【0028】
上記プレポリマー溶液に上記付加反応生成物である親水化剤の40質量%水溶液20質量部を加え、50℃で30分間撹拌した。次いで、水450質量部を投入し、水性分散液を調製した。このようにして得られた乳白色分散液を100℃程度まで徐々に加熱し、アセトンを除去して乳白色ポリウレタンディスパージョンを得た。
【0029】
このものは、不揮発分30質量%、粘度20mPa・s/25℃、粒子径120nm、数平均分子量約40,000であり、貯蔵安定性、pH安定性に優れていた。これより得られる皮膜は、透明で弾性があり、接着性に優れていた。
【0030】
実施例2
温度計、撹拌装置および還流冷却管を備えた4つ口フラスコに、ポリテトラメチレングリコール(OH価56)150質量部を加え、60℃にて溶解後、イソホロンジイソシアネート32質量部を加え、80℃に加温し、この温度で4時間反応させ、反応終了後、アセトン350質量部にて希釈し、数平均分子量約3,000のプレポリマー溶液を得た。
【0031】
次いで、エチレンジアミン60質量部にビニルスルホン酸ナトリウム水溶液(濃度25質量%)520質量部を添加し、100℃で8時間反応を行い、残存エチレンジアミンを留去することにより、上記2成分の付加反応生成物を含有する淡黄色の水溶液が得られた(固形分40質量%に調整)。IR分析により、二重結合の消失が確認された。得られた付加反応生成物から2種類の化合物(化合物1および化合物2)を単離し、NMR分析を行ったところ、化合物1のNMRスペクトル(D2O、δppm)は、2.4〜2.6(4H,m,N−C 2 −C 2 −N),2.7〜2.8(8H,m,N−C 2 −C 2 −SO3Na×2)であった。また、化合物2のNMRスペクトル(D2O、δppm)は、2.4〜2.6(4H,m,N−C 2 −C 2 −N),2.7〜2.8(4H,m,N−C 2 −C 2 −SO3Na)であった。これにより、得られた付加反応生成物は、エチレンジアミン1モルにビニルスルホン酸ナトリウム2モルが付加したもの(化合物1、上記一般式(1)の化合物に相当)とエチレンジアミン1モルにビニルスルホン酸ナトリウム1モルが付加したもの(化合物2、上記一般式(2)の化合物に相当)との混合物であることが確認された。
【0032】
上記プレポリマー溶液に上記付加反応生成物である親水化剤の40質量%水溶液20質量部を加え、50℃で30分間撹拌した。次いで、水450質量部を投入し、水性分散液を調製した。このようにして得られた乳白色分散液を100℃程度まで徐々に加熱し、アセトンを除去して乳白色ポリウレタンディスパージョンを得た。
【0033】
このものは、不揮発分30質量%、粘度30mPa・s/25℃、粒子径150nm、数平均分子量約40,000であり、貯蔵安定性、pH安定性に優れていた。これより得られる皮膜は、透明で弾性があり、接着性に優れていた。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a polyurethane hydrophilic agent used for hydrophilizing a polyurethane resin, a water-dispersible polyurethane resin obtained by using the hydrophilic agent, and a method for producing the water-dispersible polyurethane resin.
[0002]
[Prior art]
The water-dispersible dispersion of polyurethane is useful for various uses such as paints, fiber treatment, and adhesion. As such a water-dispersible polyurethane, a urethane resin containing a carboxyl group as a hydrophilic group is known. However, storage stability is poor due to easy hydrolysis, and stability due to pH change and heat resistance of the film are poor. Is also inadequate. A method for producing a sulfonic acid group-containing urethane dispersion by introducing a sulfonic acid (salt) group into a urethane resin using taurine is also known (for example, see Patent Document 1), but using taurine. When a sulfonic acid (salt) group is introduced by the above method, only a small amount of a sulfonic acid (salt) group can be introduced into the polyurethane. Therefore, the molecular weight of the urethane resin is restricted in order to obtain an aqueous dispersion. A method of obtaining an aqueous polyurethane dispersion using, for example, N- (2-aminoethyl) -2-aminoethanesulfonic acid salt as a diaminosulfonic acid salt is also known (for example, see Patent Document 2). In order to obtain the diaminosulfonic acid salt, there is a problem that the hydroxyalkanesulfonic acid and the diamine must be reacted under high temperature and high pressure.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 42-24192
[Patent Document 2]
Canadian Patent No. 988323 Specification
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a polyurethane hydrophilizing agent which gives polyurethane excellent hydrophilicity, and a water-dispersible polyurethane resin which is excellent in storage stability, mechanical stability and the like and is stable against pH change. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted intensive studies, and as a result, a polyurethane dispersion in which a polyurethane hydrophilized using a specific sulfonate is dispersed in water has excellent storage stability and mechanical stability. Was also found to be stable, and the present invention was completed.
[0007]
That is, the present invention provides a polyurethane hydrophilizing agent, a water-dispersible polyurethane resin, and a method for producing the water-dispersible polyurethane resin as described below.
Item 1. General formula (1);
MOSO 2 - (CH 2) m -HN- (CH 2) n -NH- (CH 2) m -SO 3 M (1)
(In the formula, M represents an alkali metal, an alkaline earth metal, an organic base, a group derived from an organic base, an ammonium group, or a hydrogen atom. M represents an integer of 2 to 6, and n represents an integer of 2 to 10. A polyurethane hydrophilizing agent containing a compound represented by the formula:
Item 2. General formula (1);
MOSO 2 - (CH 2) m -HN- (CH 2) n -NH- (CH 2) m -SO 3 M (1)
(In the formula, M represents an alkali metal, an alkaline earth metal, an organic base, a group derived from an organic base, an ammonium group, or a hydrogen atom. M represents an integer of 2 to 6, and n represents an integer of 2 to 10. And a compound represented by the general formula (2):
H 2 N- (CH 2) n -NH- (CH 2) m -SO 3 M (2)
(In the formula, M represents an alkali metal, an alkaline earth metal, an organic base, a group derived from an organic base, an ammonium group, or a hydrogen atom. M represents an integer of 2 to 6, and n represents an integer of 2 to 10. A polyurethane hydrophilizing agent containing a compound represented by the formula:
Item 3. A water-dispersible polyurethane resin obtained by reacting a diol component with an organic diisocyanate to obtain a prepolymer having a terminal isocyanate group, and then reacting the prepolymer with the polyurethane hydrophilizing agent according to item 1.
Item 4. A water-dispersible polyurethane resin obtained by reacting a diol component with an organic diisocyanate to obtain a prepolymer having a terminal isocyanate group, and then reacting the prepolymer with the polyurethane hydrophilizing agent according to item 2.
Item 5. After obtaining a prepolymer having a terminal isocyanate group by reacting a diol component and an organic diisocyanate, a water-dispersible polyurethane resin characterized by reacting the prepolymer with the polyurethane hydrophilizing agent according to item 1 Production method.
Item 6. After obtaining a prepolymer having a terminal isocyanate group by reacting a diol component and an organic diisocyanate, a water-dispersible polyurethane resin characterized by reacting the prepolymer with a polyurethane hydrophilizing agent according to item 2 Production method.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The polyurethane hydrophilizing agent of the present invention has a general formula (1);
MOSO 2 - (CH 2) m -HN- (CH 2) n -NH- (CH 2) m -SO 3 M (1)
(In the formula, M represents an alkali metal, an alkaline earth metal, an organic base, a group derived from an organic base, an ammonium group, or a hydrogen atom. M represents an integer of 2 to 6, and n represents an integer of 2 to 10. Is shown.). M is preferably an alkali metal, and more preferably sodium. m is preferably 2. n is preferably 2.
[0009]
Further, another polyurethane hydrophilizing agent of the present invention has a general formula (1):
MOSO 2 - (CH 2) m -HN- (CH 2) n -NH- (CH 2) m -SO 3 M (1)
(In the formula, M represents an alkali metal, an alkaline earth metal, an organic base, a group derived from an organic base, an ammonium group, or a hydrogen atom. M represents an integer of 2 to 6, and n represents an integer of 2 to 10. And a compound represented by the general formula (2):
H 2 N- (CH 2) n -NH- (CH 2) m -SO 3 M (2)
(In the formula, M represents an alkali metal, an alkaline earth metal, an organic base, a group derived from an organic base, an ammonium group, or a hydrogen atom. M represents an integer of 2 to 6, and n represents an integer of 2 to 10. Is shown.). M is preferably an alkali metal, and more preferably sodium. m is preferably 2. n is preferably 2.
[0010]
The polyurethane hydrophilizing agent of the present invention can be used to hydrophilize a polyurethane resin.
[0011]
The polyurethane hydrophilizing agent of the present invention can be obtained, for example, by an addition reaction of a sulfonate containing an ethylenic double bond with a diamine.
[0012]
Examples of the ethylenic double bond-containing sulfonate include vinyl sulfonate, allyl sulfonate, 1-butene-4-sulfonate, 1-pentene-5-sulfonate, 1-hexene-6-sulfonate And the like. Among them, vinyl sulfonate is preferred.
[0013]
Examples of the diamine include ethylenediamine, 1,3-propanediamine, 1,4-butanediamine, 1,5-pentanediamine, 1,6-hexamethylenediamine, 1,7-heptanediamine, 1,8-octanediamine, And aliphatic diamines such as 9,9-nonanediamine and 1,10-decanediamine. Among them, ethylenediamine is preferred.
[0014]
In order to carry out the addition reaction between the ethylenic double bond-containing sulfonic acid salt and the diamine, for example, an aqueous solution of the ethylenic double bond-containing sulfonic acid salt is added to the diamine, and about 0 to 120 ° C (preferably about 50 to 110 ° C) ) And react for 0.5 to 20 hours (preferably 2 to 10 hours). The amount of the diamine used is preferably about 0.5 to 2 in a molar ratio to the amount of the ethylenic double bond-containing sulfonate. Depending on the amount of the diamine used, an addition reaction product in which one or two of the amino groups of the diamine are added to the ethylenic double bond-containing sulfonate, or a mixture thereof is obtained. The addition reaction product in which two amino groups of the diamine are added to the ethylenic double bond-containing sulfonate corresponds to the compound represented by the general formula (1), and one of the amino groups of the diamine is ethylene. The addition reaction product added to the sulfonic acid salt having an acidic double bond corresponds to the compound represented by the general formula (2). The concentration of the aqueous solution at the time of the reaction is not particularly limited, but is preferably about 15 to 60% by mass, so that the reaction easily proceeds uniformly.
[0015]
The polyurethane dispersion obtained by using the polyurethane hydrophilizing agent containing the compound represented by the general formula (1) has excellent storage stability and mechanical stability. The addition reaction product represented by the general formula (1) is obtained by mixing a diamine and an ethylenic double bond-containing sulfonic acid salt with a diamine / ethylenic double bond-containing sulfonic acid salt at a ratio of about 1/2 (molar ratio). And can be easily obtained according to the above reaction conditions.
[0016]
The polyurethane hydrophilizing agent of the present invention may contain a mixture of the compound represented by the general formula (1) and the compound represented by the general formula (2). The mixture may be one obtained by simultaneously synthesizing both by a reaction, or one obtained by synthesizing both separately and then mixing. The mass ratio of the compound of the general formula (1) to the compound of the general formula (2) in the mixture is preferably in the range of the compound of the general formula (1) / the compound of the general formula (2) = 9/1 to 1/9.
[0017]
In the present invention, the diol component used in obtaining the prepolymer refers to a compound having two hydroxyl groups, and may be appropriately selected from those used in the production of ordinary urethane resins. Specific examples thereof include ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, and 3-methyl-1,5-pentanediol. , 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol, trimethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, and the like, as well as diols with these diols. Polyester di obtained by esterification reaction with dicarboxylic acid components such as acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, phthalic acid, 2,5-naphthalenedicarboxylic acid and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid Lumpur, polycaprolactone diol, polytetramethylene glycol, polycarbonate diol, polyether diol.
[0018]
In the present invention, the organic diisocyanate used for obtaining the prepolymer refers to a compound having two isocyanate groups, and can be appropriately selected from those used in the production of ordinary urethane resins. Specific examples thereof include 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 2,4 '-Diphenylmethane diisocyanate, 2,2'-diphenylmethane diisocyanate, 1,5-naphthalenediisocyanate, 1,5-tetrahydronaphthalenediisocyanate, and the like. Examples of the aliphatic diisocyanate include tetramethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate. Examples of the alicyclic diisocyanate include 1,3-cyclohexylene diisocyanate, 1,4-cyclohexylene diisocyanate, and isophorone diisocyanate. DOO, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate.
[0019]
In the method for producing a water-dispersible polyurethane resin according to the present invention, first, a diol component is reacted with an organic diisocyanate to obtain a prepolymer having a terminal isocyanate group. In the production reaction of the prepolymer, the amount of the organic diisocyanate to be used may be about 1.1 to 2.5, preferably about 1.2 to 2.0 in equivalent ratio to the diol component. This reaction can be carried out in the absence of a solvent, but in order to carry out the reaction uniformly, dioxane, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, ethyl acetate, even using an organic solvent inert to isocyanate groups such as tetrahydrofuran. Good. The reaction may be performed at about 30 to 150 ° C (preferably about 50 to 120 ° C) for about 0.1 to 20 hours (preferably about 0.5 to 10 hours). The number average molecular weight of the obtained prepolymer is about 500 to 50,000.
[0020]
Thus, after obtaining the prepolymer having a terminal isocyanate group, it is diluted with an organic solvent inert to the isocyanate group as described above, and the solid content of the prepolymer solution is about 10 to 60% by mass, Preferably, the content is suitably about 20 to 50% by mass.
[0021]
Next, the above-mentioned polyurethane hydrophilizing agent is added, and the reaction is carried out at about 30 to 100 ° C. for about 0.1 to 20 hours, whereby a water-dispersible polyurethane resin can be obtained. The hydrophilizing agent can be added as a solid content, but by adding it as an aqueous solution having a concentration of about 20 to 50% by mass, the dispersibility in the prepolymer solution is improved, and a more uniform reaction is achieved. It can be performed. The use amount of the polyurethane hydrophilizing agent is preferably about 0.05 to 1.2 equivalents to the terminal isocyanate group of the prepolymer. The resulting polyurethane resin has a number average molecular weight of about 1,000 to 200,000. Next, water is added thereto to form an aqueous dispersion, and the organic solvent is removed by a heating operation, a decompression operation, or the like, whereby a water-dispersible polyurethane resin is obtained. It is appropriate to adjust the solid content of the obtained resin to be about 10 to 70% by mass, preferably about 25 to 50% by mass.
[0022]
The water-dispersible polyurethane resin obtained by the method of the present invention may be, for example, various kinds of paints and coatings, adhesives, fiber treatments, leather, glass fiber sizing agents, etc. It can be used effectively for applications.
[0023]
【The invention's effect】
The polyurethane hydrophilizing agent of the present invention imparts excellent hydrophilicity to polyurethane.
[0024]
In addition, the water-dispersible polyurethane resin obtained by the method of the present invention has excellent storage stability, mechanical stability, etc., and is stable against pH changes, and the resulting film has heat resistance and solvent resistance. And so on.
[0025]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0026]
Example 1
To a four-necked flask equipped with a thermometer, a stirrer, and a reflux condenser, 150 parts by mass of an ethylene glycol-adipic acid-based polyester (OH value: 56) is added, and after dissolving at 60 ° C., 32 parts by mass of isophorone diisocyanate is added. , 80 ° C, and reacted at this temperature for 4 hours. After the reaction was completed, the reaction mixture was diluted with 350 parts by mass of acetone to obtain a prepolymer solution having a number average molecular weight of about 3,000.
[0027]
Next, 1040 parts by mass of an aqueous solution of sodium vinyl sulfonate (concentration: 25% by mass) was added to 60 parts by mass of ethylenediamine, and the mixture was reacted at 100 ° C. for 8 hours to give a pale yellow color containing the two-component addition reaction product. An aqueous solution was obtained (adjusted to a solid content of 40% by mass). IR analysis confirmed the disappearance of the double bond. Further, NMR analysis of the product, NMR spectrum (D 2 O, δppm) is, 2.4~2.6 (4H, m, N -C H 2 -C H 2 -N), 2. 7~2.8 (8H, m, N- C H 2 -C H 2 -SO 3 Na × 2) it was. Thereby, it was confirmed that the obtained addition reaction product was obtained by adding 2 mol of sodium vinylsulfonate to 1 mol of ethylenediamine (corresponding to the compound of the general formula (1)).
[0028]
To the prepolymer solution, 20 parts by mass of a 40% by mass aqueous solution of the hydrophilizing agent as the addition reaction product was added, and the mixture was stirred at 50 ° C. for 30 minutes. Next, 450 parts by mass of water was added to prepare an aqueous dispersion. The milky white dispersion thus obtained was gradually heated to about 100 ° C., and acetone was removed to obtain a milky white polyurethane dispersion.
[0029]
The product had a nonvolatile content of 30% by mass, a viscosity of 20 mPa · s / 25 ° C., a particle size of 120 nm, and a number average molecular weight of about 40,000, and was excellent in storage stability and pH stability. The resulting film was transparent, elastic, and excellent in adhesiveness.
[0030]
Example 2
To a four-necked flask equipped with a thermometer, a stirrer, and a reflux condenser, 150 parts by mass of polytetramethylene glycol (OH value: 56) was added, and after dissolving at 60 ° C, 32 parts by mass of isophorone diisocyanate was added. And reacted at this temperature for 4 hours. After the completion of the reaction, the reaction mixture was diluted with 350 parts by mass of acetone to obtain a prepolymer solution having a number average molecular weight of about 3,000.
[0031]
Then, 520 parts by mass of an aqueous solution of sodium vinyl sulfonate (concentration: 25% by mass) was added to 60 parts by mass of ethylenediamine, and the reaction was carried out at 100 ° C. for 8 hours. A pale yellow aqueous solution containing the substance was obtained (adjusted to a solid content of 40% by mass). IR analysis confirmed the disappearance of the double bond. When two kinds of compounds (compound 1 and compound 2) were isolated from the obtained addition reaction product and subjected to NMR analysis, the NMR spectrum (D 2 O, δ ppm) of compound 1 was 2.4 to 2. 6 (4H, m, N- C H 2 -C H 2 -N), was 2.7~2.8 (8H, m, N- C H 2 -C H 2 -SO 3 Na × 2) . Further, NMR spectrum of Compound 2 (D 2 O, δppm) is, 2.4~2.6 (4H, m, N -C H 2 -C H 2 -N), 2.7~2.8 (4H , m, was N-C H 2 -C H 2 -SO 3 Na). As a result, the obtained addition reaction product was obtained by adding 2 mol of sodium vinyl sulfonate to 1 mol of ethylenediamine (compound 1, corresponding to the compound of the above general formula (1)) and 1 mol of ethylenediamine to 1 mol of sodium vinyl sulfonate It was confirmed that the mixture was a mixture with 1 mol of the compound (compound 2, corresponding to the compound of the above general formula (2)).
[0032]
To the prepolymer solution, 20 parts by mass of a 40% by mass aqueous solution of the hydrophilizing agent as the addition reaction product was added, and the mixture was stirred at 50 ° C. for 30 minutes. Next, 450 parts by mass of water was added to prepare an aqueous dispersion. The milky white dispersion thus obtained was gradually heated to about 100 ° C., and acetone was removed to obtain a milky white polyurethane dispersion.
[0033]
This product had a nonvolatile content of 30% by mass, a viscosity of 30 mPa · s / 25 ° C., a particle size of 150 nm, and a number average molecular weight of about 40,000, and was excellent in storage stability and pH stability. The resulting film was transparent, elastic, and excellent in adhesiveness.

Claims (6)

一般式(1);
MOSO2−(CH2)m−HN−(CH2)n−NH−(CH2)m−SO3M (1)
(式中、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、有機塩基、有機塩基から誘導された基、アンモニウム基または水素原子を示す。mは2〜6の整数を示し、nは2〜10の整数を示す。)で表される化合物を含有するポリウレタン親水化剤。
General formula (1);
MOSO 2 - (CH 2) m -HN- (CH 2) n -NH- (CH 2) m -SO 3 M (1)
(In the formula, M represents an alkali metal, an alkaline earth metal, an organic base, a group derived from an organic base, an ammonium group, or a hydrogen atom. M represents an integer of 2 to 6, and n represents an integer of 2 to 10. A polyurethane hydrophilizing agent containing a compound represented by the formula:
一般式(1);
MOSO2−(CH2)m−HN−(CH2)n−NH−(CH2)m−SO3M (1)
(式中、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、有機塩基、有機塩基から誘導された基、アンモニウム基または水素原子を示す。mは2〜6の整数を示し、nは2〜10の整数を示す。)で表される化合物および一般式(2);
2N−(CH2)n−NH−(CH2)m−SO3M (2)
(式中、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、有機塩基、有機塩基から誘導された基、アンモニウム基または水素原子を示す。mは2〜6の整数を示し、nは2〜10の整数を示す。)で表される化合物を含有するポリウレタン親水化剤。
General formula (1);
MOSO 2 - (CH 2) m -HN- (CH 2) n -NH- (CH 2) m -SO 3 M (1)
(In the formula, M represents an alkali metal, an alkaline earth metal, an organic base, a group derived from an organic base, an ammonium group, or a hydrogen atom. M represents an integer of 2 to 6, and n represents an integer of 2 to 10. And a compound represented by the general formula (2):
H 2 N- (CH 2) n -NH- (CH 2) m -SO 3 M (2)
(In the formula, M represents an alkali metal, an alkaline earth metal, an organic base, a group derived from an organic base, an ammonium group, or a hydrogen atom. M represents an integer of 2 to 6, and n represents an integer of 2 to 10. A polyurethane hydrophilizing agent containing a compound represented by the formula:
ジオール成分と有機ジイソシアネートとを反応させて末端イソシアネート基を有するプレポリマーを得た後、該プレポリマーに、請求項1に記載のポリウレタン親水化剤を反応させて得られる水分散性ポリウレタン樹脂。A water-dispersible polyurethane resin obtained by reacting a diol component with an organic diisocyanate to obtain a prepolymer having a terminal isocyanate group, and then reacting the prepolymer with the polyurethane hydrophilizing agent according to claim 1. ジオール成分と有機ジイソシアネートとを反応させて末端イソシアネート基を有するプレポリマーを得た後、該プレポリマーに、請求項2に記載のポリウレタン親水化剤を反応させて得られる水分散性ポリウレタン樹脂。A water-dispersible polyurethane resin obtained by reacting a diol component with an organic diisocyanate to obtain a prepolymer having a terminal isocyanate group, and then reacting the prepolymer with the polyurethane hydrophilizing agent according to claim 2. ジオール成分と有機ジイソシアネートとを反応させて末端イソシアネート基を有するプレポリマーを得た後、該プレポリマーに、請求項1に記載のポリウレタン親水化剤を反応させることを特徴とする水分散性ポリウレタン樹脂の製造方法。A water-dispersible polyurethane resin comprising reacting a diol component with an organic diisocyanate to obtain a prepolymer having a terminal isocyanate group, and then reacting the prepolymer with the polyurethane hydrophilizing agent according to claim 1. Manufacturing method. ジオール成分と有機ジイソシアネートとを反応させて末端イソシアネート基を有するプレポリマーを得た後、該プレポリマーに、請求項2に記載のポリウレタン親水化剤を反応させることを特徴とする水分散性ポリウレタン樹脂の製造方法。A water-dispersible polyurethane resin comprising reacting a diol component with an organic diisocyanate to obtain a prepolymer having a terminal isocyanate group, and then reacting the prepolymer with the polyurethane hydrophilizing agent according to claim 2. Manufacturing method.
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