JP2005213463A - ポリウレタン樹脂水性分散体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 (メタ)アクリロイル基、(メタ)アリル基およびプロペニル基から選ばれる重合性不飽和基を分子側鎖に2個以上有するポリウレタン樹脂(A)と水性媒体からなるポリウレタン樹脂水性分散体であって、有機ポリイソシアネート(a)、ポリオール(b)、並びに2個以上の水酸基と(メタ)アクリロイル基、(メタ)アリル基およびプロペニル基から選ばれる重合性不飽和基を2個以上有する化合物(c)とを反応させて得られるイソシアネート基末端プレポリマー(A0)を水性媒体に分散させた後、さらに鎖伸長反応させて得られる水性分散体である。
【選択図】 なし
Description
例えば、分散体の放置安定性に優れ、硬度、帯電防止性、防曇性等の塗膜物性に優れているものとして、ポリアルキレングリコール誘導体の水酸基および水酸基含有(メタ)アクリレートの水酸基とをポリイソシアネートで反応させて得られるウレタン結合を有する樹脂の水性分散体(特許文献−1参照)、並びに接着性の改善されたガラス繊維用集束剤(特許文献−2参照)などが提案されている。
本発明のポリウレタン樹脂水性分散体硬化物は、耐熱性または強度に優れる。
本発明のポリウレタン樹脂水性分散体を含有する水性塗料は、耐熱性、密着性および皮膜強度に優れる。
本発明のポリウレタン樹脂水性分散体を含有する水性接着剤は、耐熱性および密着性に優れる。
なお、(メタ)アクリロイル基はアクリロイル基およびメタクリロイル基を、(メタ)アリル基はアリル基およびメタリル基を表し、以下同様の表現を用いる。
(A0)として、アニオン性プレポリマーを製造する場合には、ポリオール(b)の一部に、分子内にカルボキシル基もしくはスルホン酸基と2個以上の活性水素原子含有基を含有する化合物(d)を使用することができ、さらに該カルボキシル基もしくはスルホン酸基の中和剤(n)を(A0)の製造前または製造後に使用して中和することができる。
プレポリマー(A0)を形成する反応は一段または多段反応で進行させることができる。
炭素数(以下、Cと略記する)6〜20の芳香族ポリイソシアネート(a1)、C2〜18の脂肪族ポリイソシアネート(a2)、C4〜15の脂環式ポリイソシアネート(a3)、C8〜15の芳香脂肪族ポリイソシアネート(a4)、およびこれらのポリイソシアネートの変性物(a5)およびこれらの2種以上の併用が含まれる。
メタンと少量(たとえば5〜20重量%) の3官能以上のポリアミンとの混合物〕のホ
スゲン化物:ポリアリールポリイソシアネート(PAPI)]、4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3 ’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’
−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5−ナフチレンジイソシアネート、4,4’,4”−トリフェニルメタントリイソシアネート、m−およびp−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネートなどが挙げられる。
トラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート、2−イソシアナトエチル−2,6−ジイソシアナトヘキサノエートなどが挙げられる。
ト、2,5−および/または2,6−ノルボルナンジイソシアネートなどが挙げられる。
(ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基および/またはオキサゾリドン基含有変性物など;遊離イソシアネート基含量が通常8〜33%、好ましくは10〜30%とくに12〜29% のもの)、例えば変性MDI(ウレタン変性MDI、カルボジイミド変
性MDI、トリヒドロカルビルホスフェート変性MDI等)、ウレタン変性TDI、ビウレット変性HDI、イソシアヌレート変性HDI、イソシアヌレート変性IPDIなどのポリイソシアネートの変性物が挙げられ、ウレタン変性ポリイ ソシアネート[過剰のポ
リイソシアネート(TDI、MDIなど)とポリオールとを反応させて得られる遊離イソシアネート含有プレポリマー]の製造に用いるポリオールとしては、後述の低分子ポリオールが挙げられる。2種以上の併用としては、変性MDIとウレタン変性TDI(イソシアネート含有プレポリマー)との併用が挙げられる。
(b11)には、縮合型ポリエステル(b111)、ポリラクトンポリオール(b112)、ポリカーボネートポリオール(b113)およびヒマシ油系ポリオール(b114)が含まれる。
(b12)には、活性水素原子含有化合物のアルキレンオキサイド(以下AOと略記)付加物(b121)、およびそのカップリング体(b122) が含まれる。
多価アルコール(b21)には、2価アルコール(b211)および3〜8価の水酸基を持つアルコール(b212)が含まれる。
2価アルコール(b211)としては、例えばC2〜18の脂肪族2価アルコール(b2111)、C4〜12の脂環式2価アルコール(b2112)およびC6〜18の芳香族2価アルコール(b2113)が含まれる。
オール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオールお よび1,
12−ドデカンジオールが挙げられる。
脂環式2価アルコール(b2112)としては、環状基を有する低分子ジオール、たとえば 特公昭45−1474号公報記載のものが挙げられる。
芳香族2価アルコール(b2113)としては、ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ビス(ヒドロキシエチル)ベンゼン等が挙げられる。
ョ糖など)およびその誘導体(グリコシド、たとえばα−メチルグルコシド);並びに後述の親水基含有ポリオールが含まれる。
F)、α−オレフィンオキサイド、スチレンオキサイド、エピハロヒドリン(エピクロルヒドリン等)、およびこれらの2種以上の併用(ランダムおよび/またはブロック)が挙げられる。
多価フェノール(k12)としては、単環多価フェノール(k121)およびビスフェノール類(k122)が挙げられる。
単環多価フェノール(k121)としては、ピロガロール、カテコール、ヒドロキノンが挙げられる。
ビスフェノール類(k122)としては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSが挙げられる。
モノアミン(k21)としては、アンモニア(k211)、1級モノアミン(k212)、アルカノールアミン(k213)および2級モノアミン(k214)が挙げられる。
1級モノアミン(k212)としては、C1〜20のモノハイドロカルビルアミンが使
用でき、例えばブチルアミン、シクロヘキシルアミン、アニリン、ベンジルアミン等が挙げられる。
アルカノールアミン(k213)としては、C2〜4のヒドロキシアルキル基を有するアミンが使用でき、例えばモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどが挙げられる。
2級モノアミン(k214)としては、例えば、ジブチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルアミン、ジプロピルアミン等が挙げられる。
ポリアミン(k22)としては、脂肪族ポリアミン(k221)、ポリアルキレンポリアミン(k222)、脂環式ポリアミン(k223)、芳香脂肪族ポリアミン(k224)、芳香族ポリアミン(k225)および複素環式ポリアミン(k226)が挙げられる。 脂肪族ポリアミン(k221)としては、例えばエチレンジアミン、トリメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等が挙げられる。
ポリアルキレンポリアミン(k222)としては、例えばジエチレントリアミンが挙げられる。脂環式ポリアミン(k223)としては、例えばジシクロヘキシルメタンジアミン、イソホロンジアミンなどが挙げられる。
芳香脂肪族ポリアミン(k224)としては、例えばキシリレンジアミンなどが挙げられる。 芳香族ポリアミン(k225)としては、例えばフェニレンジアミン、トリレンジアミン、ジエチルトリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、ジフェニルエーテルジアミン、ポリフェニルメタンポリアミンなどが挙げられる。
複素環式ポリアミン(k226)としては、例えばピペラジン、N−アミノエチルピペラジンおよびその他特公昭55−210 44号公報記載の化合物が挙げられる。
脂肪族ジカルボン酸(k41)としては、例えばコハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸 、フマル酸、マレイン酸などが挙げられる。
脂環式ジカルボン酸(k42)としては、例えばダイマー酸などが挙げられる。
芳香族ジカルボン酸(k43)としては、例えばテレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸などが挙げられる。
3価またはそれ以上のポリカルボン酸(k44)としては、トリメリット酸、ピロメリット酸などが挙げられる。
または触媒(たとえばアルカリ触媒、アミン系触媒、酸性触媒)の存在下(とくにAO付加の後半の段階で)に常圧または加圧下に1段階または多段階で行なうことができる。例えば加圧反応器に、活性水素原子含有化合物および触媒を仕込み、AOを圧入する方法が挙げられる。触媒としては、アルカリ触媒、たとえばアルカリ金属(リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウムなど)の水酸化物;酸[過ハロゲン酸(過塩素酸、過臭素酸、過ヨウ素酸)、硫酸、燐酸、硝酸など、好ましくは過塩素酸]およびそれらの塩[好ましくは 2価または3価の金属(Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Co、Ni、Cu、Al)
の塩]が挙げられる。反応温度は通常50〜150℃、反応時間は通常2〜20時間である。
2種以上のAOを併用する場合はブロック付加(チップ型、バランス型、活性セカンダリー型など)でもランダム付加でも両者の混合系〔ランダム付加後にチップしたもの:分子中に任意に分布されたエチレンオキシド鎖を0〜50 重量%(好ましくは5〜40重
量%)有し、0〜30重量%(好ましくは5〜25重量%)のEO鎖が分子末端にチップされたもの〕でもよい。AOのうちで好ましいものはEO単独、PO単独、THF単独、POおよびEOの併用、POおよび/またはEOとTHFの併用(併用の場合、ランダム、ブロックお よび両者の混合系)である。
AOの付加モル数は、活性水素原子1個当たり通常1〜140、好ましくは1〜110、特に好ましくは1〜90である。付加モル数が140を超えると 得られるポリウレタ
ン樹脂が軟らかくなり、強度が低下する。
AO付加反応終了後は、必要により触媒を中和し吸着剤で処理して触媒を除 去・精製
することができる。
(b122)には、(b121)の2分子またはそれ以上をC1〜6のアルキル基を有するアルキレンハライド(例えばメチレンジクロライド)でカップリングさせたものが含まれる。
(b12)としては、不飽和度が少ない(0.1meq/g以下、好ましくは0.05meq/g以下とくに0.02meq/g以下)ものが望ましく、また少なくとも30%、好ましくは少なくとも50%とくに少なくとも70%の第1級水酸基含有率を有するものが望ましい。
アルキレンカーボネート(h2)としてはC2〜8のアルキレンカーボネートが使用でき、例えばエチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートなどが挙げられる。これらはそれぞれ2種以上併用してもよい。
エステル交換反応により、(k4)もしくはそのエステル形成性誘導体とポリオールとの脱水縮重合もしくはエステル交換反応に次いでAOを反応させることにより、又はポリオ
ールと酸無水物およびAOとの反応により製造することができる。
り製造できる。
(b113)の市販品としては、ニッポラン980R[Mn=2,000,日本ポリウレタン工業(株)製]、T5652[Mn=2,000、旭化成(株)製]およびT4672[Mn=2,000、旭化成(株)製]が挙げられる。
(b114)としては、ヒマシ油、トリメチロールプロパン変性 ヒマシ油、ペンタエ
リスリトール変性ヒマシ油、ヒマシ油のEO(4〜30モル)付加物などが挙げられる。
ポリアルカジエン系ポリオール(b131)としては、例えばポリブタジエンジオール[1,2−ビニル構造および/または1,4−トランス構造を有するポリブタジエン(ブタジエンホモポリマーおよびコポリマーたとえばスチレンブタジエンコポリマー、アクリロニトリルブタジエンコポリマー)ジオール]、ならびにこれらの水素添加物(水素添加率:たとえば20〜100%)等が挙げられる。ポリブタジエンジオールの例としてはNISSO−PBGシリーズ(G−1000、G−2000、G−3000など)(日本曹達・製)、Poly Bd(R−45M、R−45HT、CS−15、CN−15など
)(米国ARCO社製)が挙げられる。
(b14)は、通常30〜70%(好ましくは40〜60%とくに50〜55%)の重合したモノマーすなわち重合体がポリオールに分散した、半透明ないし不透明の白色ないしは黄褐色の分散体である。(b14)の水酸基価は、通常10〜300、好ましくは20〜250とくに30〜200である。
(A0)への重合性不飽和基の導入は、2個以上の水酸基と(メタ)アクリロイル基、(メタ)アリル基およびプロペニル基から選ばれる重合性不飽和基を2個以上有する化合物(c)をポリオール(b)の一部に使用する。
(c)としては、分子中に2個以上のエポキシ基を有する化合物(c1)と、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、3−ブテン酸、3−メチル−3−ブテン酸、(メタ)アリルアミンまたはプロペニルアミンから選ばれる化合物(c2)との反応生成物が挙げられる。
(c11):C2〜6のアルキレン基を有する(ポリ)アルキレングリコールジグリシジルエーテル(Mn=174〜6,000);
例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、1,2−プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリ(重合度=2〜130)エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコール(重合度2〜100)ジグリシジルエーテル等。
例えば、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサグリシジルエーテル、ソルビトールテトラグリシジルエーテル等。
例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールA−PO2〜40モル付加物ジグリシジルエーテル、ビスフェノールA−EO2〜40モル付加物ジグリシジルエーテル等。
(c14):ノボラック型エポキシ樹脂
例えば、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−キシレノール、2,4−キシレノール、2,5−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール、o−エチルフェノール、m−エチルフェノール、メジトール、p−t−ブチルフェノール、カテコール、p−t−アミルフェノール、レゾルシノール、p−オクチルフェノール、p−フェニルフェノール、ナフトール等のフェノール類を、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、フルフラール等のアルデヒド類と酸性条件下で反応させて得られる可溶可融性のオリゴマー(初期縮合物)のポリグリシジルエーテル化物。
(c1)のうちで好ましいのは、得られるポリウレタン樹脂の反発弾性の観点から、(c11)および(c13)であり、好ましいエポキシ当量は100〜500、さらに好ましくは、110〜400、特に好ましくは、120〜300である。
(c2)のうちで好ましいのは、得られるポリウレタン樹脂の反発弾性の観点から好ましいのは(メタ)アクリル酸、特に活性エネルギー線硬化性の観点から好ましいのはアクリル酸である。
(c2)の活性水素基/(c1)のエポキシ基の当量比は通常1.0〜1.5、好ましくは1.1〜1.4である。
触媒としては、アルカリ触媒[有機アミン(例えばトリエチルアミン、N,N−ベンジルメチルアミンなど)、第4級アンモニウム塩(トリエチルベンジルアンモニウムクロライド、ベンジルトリメチル水酸化アンモニウムなど)、アルカリ金属水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)が使用できる。
反応温度は60℃〜130℃、反応時間は通常1〜20時間である。反応終了後の精製は、例えば触媒がトリエチルアミンの場合、減圧下で加熱して、留去する等の方法が挙げられる。触媒がアルカリ金属水酸化物の場合、水洗し、疎水性有機溶媒(例えばジエチルエーテルなど)で(c)を抽出するなどの方法で行うことができる。
(c)の市販品としては、エポキシエステル70PA(1,2−プロピレングリコールジグリシジルエーテルのアクリル酸による反応生成物)、エポキシエステル200PA(1,2−プロピレングリコールのPO付加物のジグリシジルエーテルのアクリル酸による反応生成物)、エポキシエステル80MFA(グリセリンジグリシジルエーテルのアクリル酸による反応生成物)、エポキシエステル3002M(ビスフェノールAジグリシジルエーテルのメタクリル酸による反応生成物)、エポキシエステル3002A(ビスフェノールAジグリシジルエーテルのアクリル酸による反応生成物)等の共栄社化学(株)の製品が挙げられる。
(d)としては、カルボキシル基および2個以上の活性水素原子含有基を含有する化合物(d1)およびスルホン基および2個以上の活性水素原子含有基を含有する化合物(d2)が使用できる。
(d1)としては、炭素数(以下Cと略記)6〜24ジアルキロールアルカン酸が使用でき、例えば2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPAと略記)、2,2−ジメチロールブタン酸、2 ,2−ジメチロールヘプタン酸、2,2−ジメチロールオクタン酸な
どが挙げられる。これらの塩、例えばアミン類(トリエチルアミン、アルカノールアミン、モルホリンなど)の塩および/またはアルカリ金属塩(ナトリウム塩など)も使用できる。
(d2)としては、炭素数(以下Cと略記)6〜24ジアルキロールスルホン酸(d21)およびC6〜24ジアミンスルホン酸(d22)が使用できる。
(d21)としては、3−(2,3−ジヒドロキプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸、2,2−ジメチロールスルホン酸、2,2−ジメチロールブタンスルホン酸、2 ,2−ジメチロールヘプタンスルホン酸、2,2−ジメチロールオクタンスルホン酸、5スルホ−(ジヒドロキシエチル)イソフタレート、N,Nビス(2−ヒドロキシエチル)2−アミノエタンスルホン酸等が使用できる。
(d22)としては、N−(β−スルホエチル)エチレンジアミン等が使用できる。
1価アルコール(e11)としては、脂肪族アルコール(e111)、芳香族アルコール(e112)、脂環式アルコール(e113)が挙げられる。
脂肪族アルコール(e111)としては、C1〜15のアルキル基をもつアルコールが使用でき、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、デカノール、イソプロピルアルコールが挙げられる。
芳香族アルコール(e112)としては、C7〜20のアリール基を有するアルコールが使用でき、例えば、ベンジルアルコールが挙げられる。
脂環式アルコール(e113)としては、C7〜20の脂環をもつアルコールが使用でき、例えば、シクロヘキシルアルコール、シクロペンタンアルコール等が挙げられる。
また、(b)/(c)/(d)の水酸基の当量比は、好ましくは1〜99/1〜90/0〜20、さらに好ましくは5〜90/5〜90/0〜30である。
また、(b)/(c)/(d)の重量比は、好ましくは50〜99/1〜50/0〜10、さらに好ましくは55〜98/2〜45/0〜10である。
必要により使用することのできる、NCO基と実質的に非反応性の有機溶媒としてはアセトンおよびエチルメチルケトンなどのケトン類、エステル類、エーテル類並びにアミド類が挙げられる。これらのうち好ましいのはアセトンである。
上記のプレポリマーの製造においては反応を促進させるため、必要により通常のウレタン反応に使用される触媒を使用してもよい。触媒には、アミン触媒、たとえばトリエチルアミン、N−エチルモルホリン、トリエチレンジアミンおよび米国特許第4524104号明細書に記載のシクロアミジン類[1,8−ジア ザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(サンアプロ・製造、DBU)な ど];錫系触媒、たとえばジブチル錫ジラウリレート、ジオクチル錫ジラウリレートおよびオクチル酸錫;チタン系触媒、たとえばテトラブチルチタネートが挙げられる。
(A0)の製造において(d)を使用する場合には、カルボキシル基もしくはスルホン酸基の中和剤(n)を(A0)の製造前または製造後に使用して中和することができる。
どが挙げられる。(n)としては、例えばアミン類(トリエチルアミン、アルカノールアミン、モルホリンなど)およびアルカリ金属水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)が使用できる。
(A0)の水性分散体は、(A0)が自己乳化型の場合は乳化剤の非存在下または存在下に、乳化剤乳化型の場合は乳化剤の存在下に、(A0)を水性媒体に分散させることにより得られる。
(m1)としては、脂肪族系アルコール(炭素数8〜24)AO(炭素数2〜8)付加物(重合度=1〜100)、(ポリ)オキシアルキレン(炭素数2〜8、重合度=1〜100)高級脂肪酸(炭素数8〜24)エステル[モノステアリン酸ポリエチレングリコール(重合度=20)、ジステアリン酸ポリエチレングリコール(重合度=30)等]、多価(2価〜10価またはそれ以上)アルコール脂肪酸(炭素数8〜24)エステル[モノステアリン酸グリセリン、モノステアリン酸エチレングリコール、モノラウリン酸ソルビタン等]、(ポリ)オキシアルキレン(炭素数2〜8,重合度=1〜100)多価(2価〜10価またはそれ以上)アルコール高級脂肪酸(炭素数8〜24)エステル[モノラウリン酸ポリオキシエチレン(重合度=10)ソルビタン、ポリオキシエチレン(重合度=50)ジオレイン酸メチルグルコシド等]、脂肪酸アルカノールアミド[1:1型ヤシ油脂肪酸ジエタノールアミド、1:1型ラウリン酸ジエタノールアミド等]、(ポリ)オキシアルキレン(炭素数2〜8、重合度=1〜100)アルキル(炭素数1〜22)フェニルエーテル、(ポリ)オキシアルキレン(炭素数2〜8、重合度=1〜100)アルキル(炭素数8〜24)アミノエーテルおよびアルキル(炭素数8〜24)ジアルキル(炭素数1〜6)アミンオキシド[ラウリルジメチルアミンオキシド等]等が挙げられる。
水と親水性溶剤との重量比は通常100/0〜50/50、好ましくは100/0〜80/20 特に100/0である。
親水性溶剤を使用した場合には、ポリウレタン樹脂水性分散体形成後に必要によりこれらを留去してもよい。
乳化式[例えば膜乳化モジュール]および9)遠心薄膜接触式[例えばフィルミックス]。これらのうち、好ましいのは、5)、8)および9)である。
この工程での水性媒体との混合および反応における温度は、通常10℃〜60℃、好ましくは20℃〜40℃である。
(e2)の使用量は、(A0)のNCO基1当量に対して、通常0.5当量以下、好ましくは0.03〜0.3当量となるような量である。(e2)は水性媒体中に含有させておいても、プレポリマーが鎖伸長された段階で加えてもよい。
本発明のポリウレタン樹脂水性分散体の固形分濃度(水性媒体と有機溶媒以外の成分の濃度)は通常10〜50%、好ましくは20〜45%である。また、粘度は通常100〜500mPa・s、好ましくは150〜400mPa・sである。粘度はB型粘度計を用いて測定することができる。測定の条件として、水性分散体を25℃水浴中で温調して測定するのが好ましい。
さらに、pHは通常6〜10、好ましくは7〜9であり、pHはpHMeterM−12(堀場製作所製)で測定することができる。
また、本発明のポリウレタン樹脂水性分散体のポリウレタン樹脂粒子の平均粒子径は、好ましくは50〜1,000nm、さらに好ましくは100〜500nmである。
平均粒子径の測定は、200mlビーカーに水100mlを入れ、マグネチックスターラーにて撹拌下(1,000rpm)に、水性分散体を0.1g投入し、10分間撹拌したものを、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(LA−700型:堀場製作所(株)製)により行うことができる。
硬化には必要により重合開始剤を添加してもよく、熱による重合開始剤としては、公知のビニルモノマーの重合に用いられているものであれば、いずれも使用できる。
代表的なラジカル重合開始剤としては、パーオキサイド重合開始剤、アゾ重合開始剤等が挙げられる。又、パーオキサイド重合開始剤と還元剤とを併用するレドックス重合開始剤を使用してもよい。さらには、これらの2種以上を併用してもよい。
パーオキサイド重合開始剤としては、水溶性パーオキサイド重合開始剤が使用でき、例えば、過酸化水素、過酢酸、過硫酸アンモニウム、化硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等が挙げられる。
アゾ重合開始剤としては、アゾビスアミジノプロパン塩、アゾビスシアノバレリックアシッド(塩)、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]等が挙げられる。
アニオン重合開始剤としては、公知のものが使用でき、例えば、ストロンチウム、カルシウム、カリウム、ナトリウム、リチウム等の塩である強アルカリ性物、ピリジン等の弱アルカリ性物を用いることができる。
カチオン重合開始剤としては、公知のものが使用でき、例えば、硫酸、リン酸、過塩素酸のようなプロトン酸、あるいは三弗化ホウ素、塩化アルミニウム、四塩化チタン、四塩化スズのようなルイス酸を用いることができる。
これらの重合開始剤の中でも、好ましくはラジカル重合開始剤、アニオン重合開始剤及びレドックス重合開始剤、さらに好ましくはラジカル重合開始剤、レドックス重合開始剤、特に好ましくは過硫酸カリウムと還元剤とを併用したレドックス重合開始剤である。
熱による重合開始剤の添加量は、水性分散体100部に対し0.1〜10部である。
UVまたはEBによる重合開始剤の添加量は、水性分散体100部に対し0.1〜10部である。
また、活性エネルギー線線硬化の場合は特に加熱しないで、UVまたはi線などを照射し、水性媒体を含んだ硬化物が得られる。
分離乾燥の方法としては例えば特開平07−133423号および特開平08−120041号各公報に記載の方法が挙げられる。
(X1)としては、水溶性または水分散性のアミノ樹脂、例えば(アルコキシ)メチロール基および/またはイミノ基を含有するメラミン樹脂および尿素樹脂[好ましいのはメチロール基および/またはイミノ基を含有するメラミン樹脂]が挙げられる。
(X2)としては、(c1)として記載の水溶性または水分散性のポリエポキシド、例えばビスフェノールA型グリシジルエーテル、水添ビスフェノールA型グリシジルエーテル、ポリオール[前記(b21)(EG、GL、TMP、ソルビトールなど)、およびそれらのAO(C2〜3)付加物(PEGなど)]のグリシジルエーテル、および乳化剤(前述の界面活性剤など)を添加して水分散性を付与したポリエポキシドなど[好ましいのは多価アルコールのグリシジルエーテル、とくにソルビトールポリ(ジ−〜ヘキサ)グリシジルエーテルおよびGLポリ(ジ−およびトリ)グリシジルエーテル]が挙げられる。
(X3)としては、水溶性または水分散性のポリイソシアネート化合物、例えば分子中に親水基(ポリオキシエチレン鎖など)を有するポリイソシアネート[「コロネート3062」および「コロネート3725」(日本ポリウレタン工業社製)など]、およびブロックドポリイソシアネート[前記(a)(イソシアヌレート変性IPDIなど)をブロック化剤(米国特許第4524104号明細書に記載のフェノール類、活性メチレン化合物、ラクタム、オキシム、ビサルファイト、3級アルコール、芳香族2級アミン、イミドおよびメルカプタン:たとえばフェノール、MEK、ε−カプロラクトンなど)でブロックしたもの]が挙げられる。
(X4)としては、その他、ポリエチレン尿素(ジフェニルメタン−ビス−4,4’− N,N’−エチレン尿素など)が挙げられる。。
架橋剤の添加量は、水性分散体の固形分重量を基準として、通常0〜30%、好ましくは0.1〜20%である。
粘度調整剤には、増粘剤、たとえば無機系粘度調整剤(ケイ酸ソーダやベントナイトなど)、セルロース系粘度調整剤(メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロースなど、Mwは通常20,000 以上)、タンパク質系(カゼイン、カゼインソーダ、カゼインアンモニウムなど)、アクリル系(ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸アンモニウムなど、Mwは通常20,000以上)、およびビニル系(ポリビニルアルコールなど、Mwは通常20,000以上)が含まれる。アクリル系、ビニル系が好ましい。
消泡剤には、長鎖アルコール(オクチルアルコールなど)、ソルビタン誘導体(ソルビタンモノオレートなど)、シリコーンオイル(ポリメチルシロキサン、ポリエーテル変性シリコーン、弗素変性シリコーンなど)など;防腐剤には、有機窒素硫黄化合物系、有機硫黄ハロゲン化合物系防腐剤など;劣化防止剤および安定化剤(紫外線吸収剤、酸化防止剤など)には、ヒンダードフェノール系、ヒンダードアミン系、ヒドラジン系、リン系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系など;凍結防止剤には、EG、PGなどが含まれる。
これらの成分の配合量は、用途によって異なるが、一般に、顔料系塗料の場合、顔料100部に対して、水性分散体10〜300部(固形分)、粘度調整剤0〜5部、消泡剤0〜5部、防腐剤0〜5部、劣化防止剤または安定化剤0〜5部、凍結防止剤0〜5部である。また、クリア系塗料においては、水性分散体100部(固形分)に対して、通常、消泡剤0〜3部、防腐剤0 〜3部、紫外線防止剤0〜3部、凍結防止剤0〜8部である。
本発明の水性分散体からなる塗料は、被塗装体に直接またはプライマーを介して塗装することができ、また単層もしくは多層(2〜8層)の重ね塗りが可能であり、下塗り、中塗りおよび上塗りのいずれにも使用できる。被塗装体には、木材、紙、皮革、金属(アルミニウム、鉄、銅、各種合金など)、プラスチック(塩ビ系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂など)、無機質材料( コンクリート、スレート、ケイ酸カルシウム板など)が含まれる。被塗装体の形態には、フィルム、繊維、不織布、シート、板、棒、パイプ、ブロック状、 各種成型体、構築物などが含まれる。
塗装後の硬化条件は常温から200℃程度である。硬化方式は特に限定されず、例えば熱風、赤外線、電熱ヒーター、UVまたはEBなどが用いられる。
水性分散体と架橋剤の固形分比は、通常50〜99:1〜50、好ましくは 70〜97:3〜30である。架橋剤の比率が1以上であれば十分な接着強度および耐久性が得られ、50以下であれば接着物が脆くなることは少なく好ましい。水性分散体と架橋剤の混合方法は、特に規定されず通常の撹拌による混合や混合装置(ペイントコンディショナー、ボールミル、ニーダー、サンドグラインダー、フラットストンミルなど)を用いる方法があげられる。
接着剤を被着体へ適用する手段には、ハケ塗り、ロール塗り、スプレー塗り、流し塗り、浸漬などが含まれる。接着は、一方の被着体に接着剤を適用し、これをそのまま(乾燥せずに)他方の被着体と張り合わせる(ウェット接着)か、又は乾燥させた後に他方の被着体と張り合わせて(ドライ接着)、接着剤層を硬化させることにより、行うことができる。また、接着剤の乾燥フィルムを被着体の間に介在させて、硬化させることにより、接着させることもできる。硬化は、常温あるいは加熱下(例えば60〜80℃程度)で養生するか、常温で養生した後60〜80℃程度に加熱して硬化を促進することにより、行うことができる。
被着体はとくに限定されず、木材、樹脂フィルム、ゴム、皮革、紙、金属などの基体に幅広く使用することができる。
本発明の水性分散体からなる接着剤は、例えば木工用接着剤、金属部品用接着剤、プラスチック用接着剤、電子基盤用接着剤および布用接着剤に有用である。
顔料捺染は、通常の顔料捺染と同様にして布帛へ印捺して行うことができる。具体的には、例えば、カラーペースト(顔料を水中に細かく均一に分散させたもの)、本発明の水性分散体、増粘剤、その他助剤などを配合して捺染糊を調製し、次いでこれを布帛類に印染する。配合には櫂型混合槽などが用いられる。印染には、オートスクリーン捺染機、ロータリースクリーン捺染機、ローラー捺染機などを用いることができる。布帛には、天然繊維(木綿、麻、羊毛、絹など)、半合成繊維(レーヨン、アセテートなど)、合成繊維(ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリオレフィンなど)などが使用できる。
ガラス繊維用集束剤として使用する場合、本発明の水性分散体には、必要に応じ、シランカップリング剤(γ−アミノプロピルエトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなど)、 潤滑剤(脂肪酸アミド、石けんなど)、帯電防止剤(前記界面活性剤など)、可塑剤(フタル酸エステル、アジピン酸エステルなど)、消泡剤(前記のもの)などの添加剤の1種または2種以上を添加することができる。
集束剤は、他の集束剤と併用してもよく、その例にはデンプン、加工デンプン、デキストリン、アミロース、ゼラチン、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、水性ポリエステル樹脂、水性エポキシ樹脂、水性アクリル系樹脂などが含まれる。水性分散体と任意の添加剤を配合して処理液を作成し、繊維に適用し、必要に応じ加熱して乾燥させて固着させる。配合には混合槽(櫂型など)が用いられる。処理液の濃度は通常1〜10%である。繊維への適用は、ローラー塗布、スプレー塗布、含浸塗布などで行われる。繊維への付着量は通常0.1〜10%である。乾燥、固着は、例えば50〜100℃の温風で行うことができる。
以下、実施例を以て本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。以下、部は重量部を、%は重量%を意味する。
実施例1
撹拌機および加熱器を備えた加圧反応装置に、水酸基価56.1のクラレポリオールP−2010[ポリエステルポリオール、Mn=2,000;クラレ(株)製]を313部、エポキシエステル70PAを20部、DMPA10部、トリエチルアミン8部、水添MDIを120部およびアセトン280部を、窒素を導入しながら仕込んだ。その後85℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、イソシアネート基末端プレポリマーを製造した。反応混合物を40℃に冷却後、撹拌しながら水580部を加え、プレポリマーの水性分散体を得た。続いて、エチレンジアミンを10%含む水溶液30部を滴下し混合させた。生成物を減圧下に65℃で8時間かけて加熱し、アセトンを除去し、アニオン性ポリウレタン樹脂水性分散体1080部を得た。
表1に記載の原料を用いて、実施例1と同様の方法で実施例2および比較例1〜2のアニオン性ポリウレタン樹脂水性分散体を製造した。
得られたアニオン性ポリウレタン樹脂水性分散体の分析値を表1に示す。
実施例3
撹拌機および加熱器を備えた簡易加圧反応装置に、水酸基価56.1のサンニックスPP2000[ポリプロピレングリコール、Mn=2,000;三洋化成工業(株)製]300部、エポキシエステル70PAを6部、水添MDIを70部およびアセトン280部を、窒素を導入しながら仕込んだ。その後85℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、イソシアネート基末端プレポリマーを製造した。別の攪拌機を取り付けた容器にニューポールPE74(プルロニック型非イオン界面活性剤;三洋化成工業製)6部、水490部を加え、均一混合したものを乳化水として作製した。反応混合物を60℃に温調し、撹拌しながら乳化水496部を加え、プレポリマーの水性分散体を得た。続いて、エチレンジアミンを10重量%含む水溶液45部を滴下し混合させた。生成物を減圧下に65℃で8時間かけて加熱し、アセトンを除去し、ポリウレタン樹脂水性分散体910部を得た。
表2の原料を用いて、実施例3と同様の方法で実施例4〜6および比較例3のノニオン性ポリウレタン樹脂水性分散体を製造した。
得られたノニオン性ポリウレタン樹脂水性分散体の分析値を表2に示す。
<耐熱性>
測定フィルムは、10cm×20cm×0.1cmのポリプロピレン製モールドに、水分蒸発後のフィルム膜厚が200μmになるような量のポリウレタン樹脂水性分散体を流し込み、循風乾燥器で130℃で45分加熱乾燥することにより水分を蒸発させて得られた。
このフィルム10mgを採って、昇温速度、10℃/min、窒素雰囲気下で熱重量分析を行い、試料重量が5%減量した温度を熱分解開始温度(℃)とした。
熱重量分析装置は、TGA−50(島津製作所株式会社製)を用いた。
JIS K7311に記載の8.反発弾性試験に基づいて行った。
測定試料は、上記の耐熱性評価と同様にして作製したフィルムを2cm×3cmの大きさに裁断し、50枚を重ねて厚さ10mmとしたものを使用した。
Claims (8)
- (メタ)アクリロイル基、(メタ)アリル基およびプロペニル基から選ばれる重合性不飽和基を分子側鎖に2個以上有するポリウレタン樹脂(A)と水性媒体からなるポリウレタン樹脂水性分散体。
- 有機ポリイソシアネート(a)、ポリオール(b)、並びに2個以上の水酸基と(メタ)アクリロイル基、(メタ)アリル基およびプロペニル基から選ばれる重合性不飽和基を2個以上有する化合物(c)とを反応させて得られるイソシアネート基末端プレポリマー(A0)を水性媒体に分散させた後、さらに鎖伸長反応させて得られる請求項1記載の水性分散体。
- 化合物(c)が、分子中に2個以上のエポキシ基を有する化合物(c1)と、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、3−ブテン酸、3−メチル−3−ブテン酸、(メタ)アリルアミンまたはプロペニルアミンから選ばれる化合物(c2)との反応生成物である請求項2記載の水性分散体。
- 化合物(c1)が、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールA型エポキシ樹脂またはノボラック型エポキシ樹脂であり、(c2)が(メタ)アクリル酸である請求項3記載の水性分散体。
- 請求項1〜4いづれか記載の水性分散体を熱および/または活性エネルギー線により硬化させて得られるポリウレタン樹脂水性分散体硬化物。
- 請求項1〜4いづれか記載の水性分散体を、熱および/または活性エネルギー線で処理した後または処理すると同時に水性分散体から微粒子を分離乾燥して得られる微粒子状ポリウレタン樹脂硬化物。
- 請求項1〜4いづれか記載の水性分散体を含有する水性塗料。
- 請求項1〜4いづれか記載の水性分散体を含有する水性接着剤。
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