JP2007277326A - Method for producing aqueous dispersion of polyurethane resin - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing aqueous dispersion of polyurethane resin free from organic solvents, excellent in physical properties of a dried film, and to provide an aqueous dispersion of the polyurethane resin obtained by the same. <P>SOLUTION: The invention relates to the method for producing aqueous dispersion (Q2) of polyurethane resin composed of a polyurethane resin with 0.01-5 μm of volume average particle size comprising a step obtaining an aqueous dispersion (Q1) of polyurethane resin with 0.1-100 μm of volume average particle size by dispersing a solid polyurethane prepolymer with more than 0.5 wt.% of terminal isocyanate groups which is obtained without using organic solvents, by using one or more kinds of dispersing/mixing devices (A1) at a temperature below melting point of the polyurethane prepolymer in water, and a step dispersing the product dispersion using one or more kinds of dispersing/mixing devices (A2) with a different dispersing system from the dispersing/mixing device (A1) at a temperature below melting point of the polyurethane prepolymer to disperse until the dispersion has 1/2-1/1,000 of volume average particle size. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポリウレタン樹脂水分散体の製造方法および得られたポリウレタン樹脂水分散体に関する。   The present invention relates to a method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion and an aqueous polyurethane resin dispersion obtained.

ポリウレタン樹脂水性分散体は、その優れた耐久性、耐薬品性、耐磨耗性等の性能から、高機能水性分散体として、塗料、接着剤、バインダーあるいはコーティング剤分野に使用されており、今後も環境保全、省資源、安全性等の観点からますます重要性を増している。
これらのポリウレタン樹脂水性分散体の製造方法としては、イソシアネート基末端のウレタンプレポリマーを水中へ分散させジアミンなどで鎖伸長する方法(いわゆるプレポリマーミキシング法)(特許文献−1〜3)、およびイソシアネート基をほとんど含有しないポリウレタン樹脂(deadポリマー)を水中へ分散させる方法がある。
このうちの前者は、比較的高分子量のポリウレタン樹脂を得る場合に、分散工程での供給樹脂の溶融時の低粘度化を図るためにウレタンプレポリマーの状態で分散させる方法である。なお、溶融温度を低下させるために有機溶剤で稀釈する方法もあるが、臭気、安全性の面で好ましくない。従って、溶剤を使用しない方法が提案されている。
しかしながら、有機溶剤を使用しない方法はいずれも、ウレタンプレポリマーの溶融温度以上の温度で溶融させる方法であり、そのような温度で水性媒体と接触・分散することにより、得られる水性分散体の乾燥被膜の物理的物性が不十分であるという問題点があった。
特開2004−2732号公報 特開2004−59676号公報 特開2004−307721号公報
Polyurethane resin aqueous dispersions are used in the paint, adhesive, binder and coating agent fields as highly functional aqueous dispersions due to their excellent durability, chemical resistance, abrasion resistance and other performances. Are also becoming increasingly important from the viewpoints of environmental conservation, resource saving, safety, and the like.
These polyurethane resin aqueous dispersions may be produced by dispersing an isocyanate group-terminated urethane prepolymer in water and extending the chain with a diamine (so-called prepolymer mixing method) (Patent Documents 1 to 3), and isocyanate. There is a method in which a polyurethane resin (dead polymer) containing almost no groups is dispersed in water.
The former is a method of dispersing in the state of a urethane prepolymer in order to reduce the viscosity when the supply resin is melted in the dispersion step when a relatively high molecular weight polyurethane resin is obtained. Although there is a method of diluting with an organic solvent to lower the melting temperature, it is not preferable in terms of odor and safety. Therefore, a method that does not use a solvent has been proposed.
However, any method that does not use an organic solvent is a method of melting at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the urethane prepolymer, and the aqueous dispersion obtained is dried by contacting and dispersing with an aqueous medium at such a temperature. There was a problem that the physical properties of the coating were insufficient.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-2732 JP 2004-59676 A JP 2004-307721 A

本発明の課題は、有機溶剤を使用せず、しかも、しかも乾燥被膜の物理的物性に優れたポリウレタン樹脂水分散体の製造方法、およびそれによって得られるポリウレタン樹脂水分散体を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for producing a polyurethane resin aqueous dispersion that does not use an organic solvent and is excellent in physical properties of a dry film, and a polyurethane resin aqueous dispersion obtained thereby. .

本発明者らは、上記問題点の原因を検討した結果、分子量が比較的高いウレタンプレポリマーは溶融温度が比較的高いので、ウレタンプレポリマーを、押出機などで溶融温度以上の高温で溶融しながら水性媒体に分散させると、ウレタンプレポリマーと水との高温での接触によって分解や劣化が起こり、その結果、乾燥被膜の物理的物性が期待よりも低下することがわかった。本発明者らは、さらに検討を重ねた結果、上記の課題を解決できるポリウレタン樹脂水分散体の製造方法を見出した。   As a result of studying the cause of the above problems, the present inventors have found that a urethane prepolymer having a relatively high molecular weight has a relatively high melting temperature. Therefore, the urethane prepolymer is melted at a temperature higher than the melting temperature by an extruder or the like. However, when dispersed in an aqueous medium, it was found that decomposition and deterioration occur due to contact between the urethane prepolymer and water at a high temperature, and as a result, the physical properties of the dried film are lower than expected. As a result of further studies, the present inventors have found a method for producing a polyurethane resin aqueous dispersion capable of solving the above-described problems.

すなわち本発明は、有機溶剤を使用しないで得られ末端イソシアネート基含量が0.5重量%を超える固状のポリウレタンプレポリマー(U)を、一種以上の分散混合装置(A1)を用いてポリウレタンプレポリマー(U)の溶融温度未満の温度で水中に分散させて、体積平均粒子径0.1〜100μmのポリウレタン樹脂(U1)からなるポリウレタン樹脂水分散体(Q1)を得た後、さらに、該分散混合装置(A1)とは分散方式が異なる一種以上の分散混合装置(A2)を用いてポリウレタンプレポリマー(U)の溶融温度未満の温度で該ポリウレタン樹脂(U1)の体積平均粒子径の1/2〜1/100の体積平均粒子径まで分散させることを特徴とする、体積平均粒子径0.01〜5μmのポリウレタン樹脂からなるポリウレタン樹脂水分散体(Q2)の製造方法、ならびに該製造方法にて製造したポリウレタン樹脂水分散体(Q2)である。   That is, the present invention provides a solid polyurethane prepolymer (U) obtained without using an organic solvent and having a terminal isocyanate group content of more than 0.5% by weight using one or more dispersion mixers (A1). After being dispersed in water at a temperature lower than the melting temperature of the polymer (U) to obtain a polyurethane resin aqueous dispersion (Q1) comprising a polyurethane resin (U1) having a volume average particle size of 0.1 to 100 μm, The volume average particle diameter of the polyurethane resin (U1) is 1 at a temperature lower than the melting temperature of the polyurethane prepolymer (U) using one or more dispersion mixing apparatuses (A2) having a different dispersion method from the dispersion mixing apparatus (A1). Polyurethane resin comprising a polyurethane resin having a volume average particle size of 0.01 to 5 μm, wherein the polyurethane resin is dispersed to a volume average particle size of / 2 to 1/100 It is the manufacturing method of a fat-and-water dispersion (Q2), and the polyurethane resin water dispersion (Q2) manufactured by this manufacturing method.

本発明のポリウレタン樹脂水分散体の製造方法は、
(1)有機溶剤を使用しないため、環境に対する低負荷性、安全性および低臭気性に優れる。
(2)分散安定性に優れた水分散体が得られる。
(3)乾燥被膜の物理的物性が優れた水分散体が得られる。
The method for producing the polyurethane resin aqueous dispersion of the present invention comprises:
(1) Since no organic solvent is used, it is excellent in low environmental load, safety and low odor.
(2) An aqueous dispersion excellent in dispersion stability can be obtained.
(3) An aqueous dispersion having excellent physical properties of the dry film can be obtained.

本発明におけるポリウレタンプレポリマー(U)(以下において単に(U)と表記する場合がある)を製造する過程、および該(U)を水へ分散する過程において、有機溶剤を使用しない。従って、本発明の製造方法にて得られるポリウレタン樹脂水分散体は、有機溶剤を実質的に含まない。   In the process of producing the polyurethane prepolymer (U) in the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as (U)) and the process of dispersing the (U) in water, no organic solvent is used. Therefore, the polyurethane resin aqueous dispersion obtained by the production method of the present invention contains substantially no organic solvent.

また、本発明におけるポリウレタンプレポリマー(U)は、末端イソシアネート基含量がポリウレタンプレポリマー(U)の重量に基づいて0.5重量%を超える量であり、好ましくは0.7〜5重量%、さらに好ましくは0.9〜4重量%である。   Moreover, the polyurethane prepolymer (U) in the present invention is an amount in which the terminal isocyanate group content exceeds 0.5% by weight based on the weight of the polyurethane prepolymer (U), preferably 0.7 to 5% by weight, More preferably, it is 0.9 to 4% by weight.

また本発明の製造方法は、分散体であるウレタンプレポリマー(U)を水に分散する過程において、分散様式が異なる2種以上の分散混合装置を使用して、樹脂の溶融温度未満の温度で分散させるので、樹脂を溶融させずに、分散様式が異なる2種以上の分散混合装置を使用して、2段階以上で分散混合することである。
このような分散工程を行うことによって、溶融温度未満の温度で目的とする微粒子まで分散することができ、得られるポリウレタン樹脂水分散体中のポリウレタン樹脂は分解・劣化が少なく、その乾燥被膜物性が優れている。
分散様式が1種類の分散混合装置だけでは、目的とする体積平均粒子径にまで分散することが困難であり、十分に安定で、かつ優れた乾燥被膜物性を有する水分散体は得られない。
In the production method of the present invention, in the process of dispersing the urethane prepolymer (U), which is a dispersion, in water, using two or more types of dispersion mixing apparatuses having different dispersion modes, the temperature is lower than the melting temperature of the resin. Since the dispersion is performed, the dispersion is mixed in two or more stages by using two or more kinds of dispersion mixing apparatuses having different dispersion modes without melting the resin.
By carrying out such a dispersion step, the desired fine particles can be dispersed at a temperature lower than the melting temperature, and the polyurethane resin in the obtained polyurethane resin aqueous dispersion is less decomposed and deteriorated, and its dry film properties are low. Are better.
With only one type of dispersion mixing apparatus, it is difficult to disperse to the target volume average particle diameter, and an aqueous dispersion having sufficiently stable and excellent dry film properties cannot be obtained.

本発明におけるウレタンプレポリマー(U)の溶融温度は、ポリウレタン樹脂水分散体の乾燥皮膜の樹脂物性の観点から、好ましくは70〜280℃、さらに好ましくは100〜220℃、最も好ましくは130〜200℃である。
本発明における溶融温度は、JIS K7210(プラスチック−熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイトの試験方法)ににおいて、メルトマスフローレイト測定装置として「メルトインデクサーI型」(テスター産業(株)製)を用いて、荷重2.16kg
にてメルトマスフローが10g/10minとなる温度である。
The melting temperature of the urethane prepolymer (U) in the present invention is preferably 70 to 280 ° C., more preferably 100 to 220 ° C., most preferably 130 to 200, from the viewpoint of the resin physical properties of the dry film of the polyurethane resin aqueous dispersion. ° C.
The melting temperature in the present invention is JIS K7210 (plastic-thermoplastic melt mass flow rate test method) using a “melt indexer type I” (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) as a melt mass flow rate measuring device. , Load 2.16kg
The temperature at which the melt mass flow becomes 10 g / 10 min.

本発明におけるウレタンプレポリマー(U)は、ポリオール(a)およびポリイソシアネート(b)を必須成分とし、さらに必要により、親水性基と活性水素原子含有基を含有する化合物(c)などを用いて製造される。   In the urethane prepolymer (U) in the present invention, the polyol (a) and the polyisocyanate (b) are essential components, and if necessary, a compound (c) containing a hydrophilic group and an active hydrogen atom-containing group is used. Manufactured.

ポリオール(a)としては、水酸基当量(数平均分子量と水酸基価から算出される、水酸基1個当たりの数平均分子量)150以上の高分子ポリオール(a1)および水酸基当量150未満の低分子ポリオール(a2)が挙げられる。
なお、本発明におけるポリオールの数平均分子量(以下、Mnと略記する)の測定はポリエチレングリコールを標準としてゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定されるものである。但し、低分子ポリオールの数平均分子量は化学式からの計算値である。
The polyol (a) includes a high molecular weight polyol (a1) having a hydroxyl group equivalent (number average molecular weight per hydroxyl group calculated from the number average molecular weight and hydroxyl value) of 150 or more, and a low molecular polyol (a2) having a hydroxyl group equivalent of less than 150. ).
In the present invention, the number average molecular weight (hereinafter abbreviated as Mn) of the polyol is measured by gel permeation chromatography (GPC) using polyethylene glycol as a standard. However, the number average molecular weight of the low molecular polyol is a calculated value from the chemical formula.

水酸基当量150以上の高分子ポリオール(a1)としては、ポリエーテルポリオール(a11)およびポリエステルポリオール(a12)などが挙げられる。   Examples of the polymer polyol (a1) having a hydroxyl equivalent weight of 150 or more include polyether polyol (a11) and polyester polyol (a12).

(a11)としては、脂肪族ポリエーテルポリオールおよび芳香族環含有ポリエーテルポリオールが挙げられる。   Examples of (a11) include aliphatic polyether polyols and aromatic ring-containing polyether polyols.

脂肪族ポリエーテルポリオールとしては、例えばポリオキシエチレンポリオール[ポリエチレングリコール(以下PEGと略記)など]、ポリオキシプロピレンポリオール[ポリプロピレングリコール(以下PPGと略記)など]、ポリオキシエチレン/プロピレンポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられる。   Examples of the aliphatic polyether polyol include polyoxyethylene polyol [polyethylene glycol (hereinafter abbreviated as PEG)], polyoxypropylene polyol [polypropylene glycol (hereinafter abbreviated as PPG)], polyoxyethylene / propylene polyol, and polytetraethylene. And methylene ether glycol.

芳香族ポリエーテルポリオールとしては、ビスフェノール骨格を有するポリオール(a121)、例えばビスフェノールAのEO付加物[ビスフェノールAのEO2モル付加物、ビスフェノールAのEO4モル付加物、ビスフェノールAのEO6モル付加物、ビスフェノールAのEO8モル付加物、ビスフェノールAのEO10モル付加物、ビスフェノールAのEO20モル付加物等]およびビスフェノールAのPO付加物[ビスフェノールAのPO2モル付加物、ビスフェノールAのPO3モル付加物、ビスフェノールAのPO5モル付加物等]、並びにレゾルシンのEOもしくはPO付加物(a122)などが挙げられる。   As the aromatic polyether polyol, a polyol (a121) having a bisphenol skeleton, for example, an EO adduct of bisphenol A [EO2 mol adduct of bisphenol A, EO4 mol adduct of bisphenol A, EO6 mol adduct of bisphenol A, bisphenol EO 8 mol adduct, bisphenol A EO 10 mol adduct, bisphenol A EO 20 mol adduct, etc.] and bisphenol A PO adduct [bisphenol A PO2 mol adduct, bisphenol A PO3 mol adduct, bisphenol A PO5 mol adducts, etc.], and EO or PO adduct (a122) of resorcinol.

ポリエーテルポリオール(a11)は、脂肪族または芳香族低分子量活性水素原子含有化合物に、付加触媒(アルカリ金属水酸化物、ルイス酸などの公知の触媒)の存在下にAOを開環付加反応させることで得られる。   The polyether polyol (a11) undergoes ring-opening addition reaction of AO to an aliphatic or aromatic low molecular weight active hydrogen atom-containing compound in the presence of an addition catalyst (a known catalyst such as an alkali metal hydroxide or a Lewis acid). Can be obtained.

(a11)のMnは通常300以上、好ましくは300〜10,000、さらに好ましくは300〜6,000である。
(a11)の水酸基当量は、通常150以上、好ましくは150〜5,000、さらに好ましくは150〜3,000である。
Mn of (a11) is usually 300 or more, preferably 300 to 10,000, more preferably 300 to 6,000.
The hydroxyl equivalent of (a11) is usually 150 or more, preferably 150 to 5,000, more preferably 150 to 3,000.

ポリエステルポリオール(a12)としては、縮合型ポリエステル、ポリラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオールおよびヒマシ油系ポリオールが挙げられる。   Examples of the polyester polyol (a12) include condensed polyester, polylactone polyol, polycarbonate polyol, and castor oil-based polyol.

縮合型ポリエステルは、低分子量(Mn300以下)の多価アルコールと多価カルボン酸もしくはそのエステル形成性誘導体とのポリエステルである。
低分子量の多価アルコールとしては、水酸基当量が30以上150未満の2価〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコールおよび水酸基当量が30以上150未満の2価〜8価またはそれ以上のフェノールのAO低モル付加物が使用できる。
縮合型ポリエステルに使用できる低分子量の多価アルコールのうち好ましいのは、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサングリコール、ビスフェノールAのEOもしくはPO低モル付加物、およびこれらの併用である。
縮合型ポリエステルに使用できる多価カルボン酸もしくはそのエステル形成性誘導体としては、脂肪族ジカルボン酸(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)、脂環式ジカルボン酸(ダイマー酸など)、芳香族ジカルボン酸(テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸など)および3価またはそれ以上のポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)、これらの無水物(無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸など)、これらの酸ハロゲン化物(アジピン酸ジクロライドなど)、これらの低分子量アルキルエステル(コハク酸ジメチル、フタル酸ジメチルなど)およびこれらの併用が挙げられる。
The condensed polyester is a polyester of a low molecular weight (Mn 300 or less) polyhydric alcohol and a polyvalent carboxylic acid or an ester-forming derivative thereof.
Low molecular weight polyhydric alcohols include dihydric to octahydric or higher aliphatic polyhydric alcohols having a hydroxyl group equivalent of 30 to less than 150 and dihydric to octavalent or higher phenols having a hydroxyl group equivalent of 30 to less than 150. AO low molar adducts can be used.
Of the low molecular weight polyhydric alcohols that can be used in the condensation type polyester, ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, 1,6-hexane glycol, bisphenol A EO or PO low mole Adducts, and combinations thereof.
Examples of polyvalent carboxylic acids or ester-forming derivatives thereof that can be used in condensed polyesters include aliphatic dicarboxylic acids (succinic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, fumaric acid, maleic acid, etc.), alicyclic dicarboxylic acids ( Dimer acid), aromatic dicarboxylic acid (terephthalic acid, isophthalic acid, phthalic acid etc.) and trivalent or higher polycarboxylic acid (trimellitic acid, pyromellitic acid etc.), and their anhydrides (succinic anhydride, Maleic anhydride, phthalic anhydride, trimellitic anhydride, etc.), these acid halides (such as adipic acid dichloride), these low molecular weight alkyl esters (such as dimethyl succinate, dimethyl phthalate), and combinations thereof. .

縮合型ポリエステルとしては、例えばポリエチレンアジペートジオール、ポリブチレンアジペートジオール、ポリヘキサメチレンアジペートジオール、ポリヘキサメチレンイソフタレートジオール、ポリネオペンチルアジペートジオール、ポリエチレンプロピレンアジペートジオール、ポリエチレンブチレンアジペートジオール、ポリブチレンヘキサメチレンアジペートジオール、ポリジエチレンアジペートジオール、ポリ(ポリテトラメチレンエーテル)アジペートジオール、ポリ(3−メチルペンチレンアジペート)ジオール、ポリエチレンアゼレートジオール、ポリエチレンセバケートジオール、ポリブチレンアゼレートジオール、ポリブチレンセバケートジオール、ポリネオペンチルテレフタレートジオールなどが挙げられる。   Examples of the condensation type polyester include polyethylene adipate diol, polybutylene adipate diol, polyhexamethylene adipate diol, polyhexamethylene isophthalate diol, polyneopentyl adipate diol, polyethylene propylene adipate diol, polyethylene butylene adipate diol, polybutylene hexamethylene adipate Diol, polydiethylene adipate diol, poly (polytetramethylene ether) adipate diol, poly (3-methylpentylene adipate) diol, polyethylene azelate diol, polyethylene sebacate diol, polybutylene azelate diol, polybutylene sebacate diol, Examples thereof include polyneopentyl terephthalate diol.

ポリラクトンポリオールは、低分子量多価アルコールへのラクトンの重付加物であり、ラクトンとしては、炭素数4〜12のラクトンが使用でき、例えば4−ブタノリド、5−ペンタノリドおよび6−ヘキサノリドなどが挙げられる。
ポリラクトンポリオールとしては、例えばポリカプロラクトンジオール、ポリバレロラクトンジオール、ポリカプロラクトントリオールなどが挙げられる。
A polylactone polyol is a polyaddition product of a lactone to a low molecular weight polyhydric alcohol. As the lactone, a lactone having 4 to 12 carbon atoms can be used, and examples thereof include 4-butanolide, 5-pentanolide, and 6-hexanolide. It is done.
Examples of the polylactone polyol include polycaprolactone diol, polyvalerolactone diol, and polycaprolactone triol.

ポリカーボネートポリオールは、低分子量多価アルコールへのアルキレンカーボネートの重付加物であり、アルキレンカーボネートとしては炭素数2〜8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。
ポリカーボネートポリオールとしては、ポリヘキサメチレンカーボネートジオールなどが挙げられる。
ポリカーボネートポリオールの市販品としては、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。
The polycarbonate polyol is a polyaddition product of an alkylene carbonate to a low molecular weight polyhydric alcohol. As the alkylene carbonate, an alkylene carbonate having 2 to 8 carbon atoms can be used, and examples thereof include ethylene carbonate and propylene carbonate. Two or more of these may be used in combination.
Examples of the polycarbonate polyol include polyhexamethylene carbonate diol.
Examples of commercially available polycarbonate polyols include NIPPOLAN 980R [Mn = 2,000, manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.], T5652 [Mn = 2,000, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.] and T4672 [Mn = 2,000, Asahi Kasei. Made by Co., Ltd.].

ヒマシ油系ポリオールは、ヒマシ油およびポリオールもしくはAOで変性されたヒマシ油が含まれる。
変性ヒマシ油はヒマシ油とポリオールとのエステル交換および/またはAO付加により製造できる。
ヒマシ油系ポリオールとしては、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。
The castor oil-based polyol includes castor oil and castor oil modified with polyol or AO.
Modified castor oil can be produced by transesterification of castor oil and polyol and / or AO addition.
Castor oil-based polyols include castor oil, trimethylolpropane-modified castor oil, pentaerythritol-modified castor oil, EO (4 to 30 mol) adduct of castor oil, and the like.

ポリエステルポリオール(a12)のうち好ましいのは、縮合型ポリエステルおよびポリカーボネートポリオールである。   Of the polyester polyol (a12), preferred are condensed polyester and polycarbonate polyol.

水酸基当量150未満の低分子ポリオール(a2)としては、脂肪族2価アルコール、脂肪族3価アルコールおよび脂肪族4価以上のアルコールが挙げられる。
(a2)のうち好ましいのは、耐水性、耐熱黄変性の観点から2〜3価の脂肪族アルコールであり、脂肪族2価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオールが特に好ましく、脂肪族3価アルコールとしては、トリメチロールプロパンが特に好ましい。
Examples of the low molecular weight polyol (a2) having a hydroxyl group equivalent of less than 150 include aliphatic dihydric alcohols, aliphatic trihydric alcohols, and aliphatic tetrahydric or higher alcohols.
Of these, (a2) is preferably a dihydric or trivalent aliphatic alcohol from the viewpoint of water resistance and heat-resistant yellowing, and examples of the aliphatic dihydric alcohol include ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, Neopentyl glycol and 1,6-hexanediol are particularly preferred, and trimethylolpropane is particularly preferred as the aliphatic trihydric alcohol.

ウレタンプレポリマー(U)の必須構成成分のうちのもう1つであるポリイソシアネート(b)としては、従来からポリウレタン樹脂製造に使用されているものが使用できる。
ポリイソシアネート(b)としては、2〜3個またはそれ以上のイソシアネート基を有する炭素数6〜20(NCO基中の炭素を除く、以下同様)の芳香族ポリイソシアネート(b1)、炭素数2〜18の脂肪族ポリイソシアネート(b2)、炭素数4〜15の脂環式ポリイソシアネート(b3)および炭素数8〜15の芳香脂肪族ポリイソシアネート(b4)が挙げられる。
As the polyisocyanate (b), which is another essential component of the urethane prepolymer (U), those conventionally used for producing polyurethane resins can be used.
As polyisocyanate (b), aromatic polyisocyanate (b1) having 2 to 3 or more isocyanate groups and having 6 to 20 carbon atoms (excluding carbon in NCO group, the same shall apply hereinafter), having 2 to 2 carbon atoms. 18 aliphatic polyisocyanate (b2), alicyclic polyisocyanate (b3) having 4 to 15 carbon atoms, and araliphatic polyisocyanate (b4) having 8 to 15 carbon atoms.

芳香族ポリイソシアネート(b1)としては、例えば1,3−および/または1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−および/または2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’−および/または2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、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。   Examples of the aromatic polyisocyanate (b1) include 1,3- and / or 1,4-phenylene diisocyanate, 2,4- and / or 2,6-tolylene diisocyanate (TDI), 4,4′- and / or / Or 2,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 4,4′-diisocyanatobiphenyl, 3,3′-dimethyl-4,4′-diisocyanatobiphenyl, 3,3′-dimethyl-4,4 ′ -Diisocyanatodiphenylmethane, 1,5-naphthylene diisocyanate, 4,4 ', 4 "-triphenylmethane triisocyanate, m- and p-isocyanatophenylsulfonyl isocyanate and the like.

脂肪族ポリイソシアネート(b2)としては、例えばエチレンジイソシアネート、テ
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。
Examples of the aliphatic polyisocyanate (b2) include ethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate (HDI), dodecamethylene diisocyanate, 1,6,11-undecane triisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, Lysine diisocyanate, 2,6-diisocyanatomethyl caproate, bis (2-isocyanatoethyl) fumarate, bis (2-isocyanatoethyl) carbonate, 2-isocyanatoethyl-2,6-diisocyanatohexanoate Etc.

脂環式ポリイソシアネート(b3)としては、例えばイソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水添TDI)、ビス (2−イソシアナトエチル)−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレー
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。
Examples of the alicyclic polyisocyanate (b3) include isophorone diisocyanate (IPDI), 4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate (hydrogenated MDI), cyclohexylene diisocyanate, methylcyclohexylene diisocyanate (hydrogenated TDI), and bis (2-isocyanate). Natoethyl) -4-cyclohexene-1,2-dicarboxylate, 2,5- and / or 2,6-norbornane diisocyanate.

芳香脂肪族ポリイソシアネート(b4)としては、例えばm−および/またはp−キシリレンジイソシアネート(XDI)、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)などが挙げられる。   Examples of the araliphatic polyisocyanate (b4) include m- and / or p-xylylene diisocyanate (XDI), α, α, α ′, α′-tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI), and the like.

これらのうちで好ましいのは(b2)および(b3)、さらに好ましいのは(b3)、特に好ましいのはIPDIおよび水添MDIである。   Of these, (b2) and (b3) are preferred, (b3) is more preferred, and IPDI and hydrogenated MDI are particularly preferred.

本発明におけるウレタンプレポリマー(U)は、必要により、親水性基と活性水素原子含有基を含有する化合物(c)を用いて製造される。
(c)は、ウレタンプレポリマー(U)を水中に安定に分散させるための親水性基を有し、かつ、ポリイソシアネート(b)との反応によってポリウレタン樹脂の分子鎖中に組み込まれるような活性水素原子含有基を1分子中に1個、好ましくは2〜3個有する化合物である。
(c)における親水性基としては、例えばカルボキシル基、スルホン酸基およびリン酸基、ならびに、これらの中和塩からなる基が挙げられる。
中和塩としては、アルカリ金属塩(ナトリウム塩およびカリウム塩など)、アンモニウム塩、4級アンモニウム塩および3級アミン塩(例えばトリエチルアミン塩、アルカノールアミン塩およびモルホリン塩)などが挙げられる。
(c)のうち好ましいのは、カルボン酸またはスルホン酸の4級アンモニウム塩からなる親水基、特にカルボン酸の3級アミン塩からなる親水基を有するものである。
(c)としては、総炭素数6〜24のジアルキロールアルカン酸およっびその中和塩が挙げられ、例えば2,2−ジメチロールプロピオン酸(以下、DMPAと略記することがある)、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および2,2−ジメチロールオクタン酸、並びにこれらの中和塩が挙げられる。
(c)を使用することにより、ウレタンプレポリマー(U)中にカルボキシル基を導入することができるので、水性分散体が安定になりやすい。
なお、(c)は酸型のままでポリウレタン樹脂を製造し、後述のポリウレタン樹脂水性分散体(Q1)を製造する分散工程で、使用する水に中和剤(3級アミン、アルカリ金属水酸化物など)を予め溶解させておいて、分散と同時に(c)の酸を中和して塩型にしてもよい。
(c)の使用量は、ウレタンプレポリマー(U)の重量に基づく親水基の含有量が5重量%以下となるような使用量が好ましく、特に好ましくは0.5〜3.0重量%となる使用量である。
The urethane prepolymer (U) in the present invention is produced using a compound (c) containing a hydrophilic group and an active hydrogen atom-containing group, if necessary.
(C) has a hydrophilic group for stably dispersing the urethane prepolymer (U) in water, and has an activity such that it is incorporated into the molecular chain of the polyurethane resin by reaction with the polyisocyanate (b). It is a compound having one, preferably 2 to 3, hydrogen atom-containing groups in one molecule.
Examples of the hydrophilic group in (c) include a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and a group consisting of a neutralized salt thereof.
Examples of the neutralized salt include alkali metal salts (such as sodium salts and potassium salts), ammonium salts, quaternary ammonium salts, and tertiary amine salts (for example, triethylamine salts, alkanolamine salts, and morpholine salts).
Among (c), preferred are those having a hydrophilic group comprising a quaternary ammonium salt of a carboxylic acid or sulfonic acid, particularly a hydrophilic group comprising a tertiary amine salt of a carboxylic acid.
Examples of (c) include dialkyrol alkanoic acids having 6 to 24 carbon atoms and neutralized salts thereof, such as 2,2-dimethylolpropionic acid (hereinafter sometimes abbreviated as DMPA), 2 2,2-dimethylolbutanoic acid, 2,2-dimethylolheptanoic acid and 2,2-dimethyloloctanoic acid, and neutralized salts thereof.
By using (c), a carboxyl group can be introduced into the urethane prepolymer (U), so that the aqueous dispersion tends to be stable.
In addition, (c) is a dispersion process for producing a polyurethane resin in an acid form and producing a polyurethane resin aqueous dispersion (Q1) described later. In the water used, a neutralizer (tertiary amine, alkali metal hydroxide) is used. Or the like) may be dissolved in advance, and the acid of (c) may be neutralized at the same time as the dispersion to form a salt form.
The amount of (c) used is preferably such that the hydrophilic group content based on the weight of the urethane prepolymer (U) is 5% by weight or less, particularly preferably 0.5 to 3.0% by weight. Is the amount used.

本発明におけるウレタンプレポリマー(U)の原料としては、上記の他に鎖伸長剤、架橋剤、反応停止剤、触媒、酸化防止剤、着色防止剤、遅延剤、可塑剤または離型剤等を使用することができる。   In addition to the above, the raw material of the urethane prepolymer (U) in the present invention includes a chain extender, a crosslinking agent, a reaction terminator, a catalyst, an antioxidant, a coloring inhibitor, a retarder, a plasticizer, or a release agent. Can be used.

本発明におけるウレタンプレポリマー(U)は、有機溶剤の非存在下に、50〜250℃、好ましくは100℃から250℃、さらに好ましくは150℃〜250℃、最も好ましいのは180℃〜220℃で、ポリオール(a)とポリイソシアネート(b)をウレタン化反応させて得られたウレタンプレポリマーであることが好ましい。
本発明におけるウレタンプレポリマー(U)において、末端イソシアネート基含量を0.5重量%をより多くするには、以下の方法が挙げられる。
The urethane prepolymer (U) in the present invention is 50 to 250 ° C., preferably 100 to 250 ° C., more preferably 150 to 250 ° C., most preferably 180 to 220 ° C. in the absence of an organic solvent. And it is preferable that it is a urethane prepolymer obtained by making urethanation reaction of a polyol (a) and a polyisocyanate (b).
In the urethane prepolymer (U) in the present invention, in order to increase the content of the terminal isocyanate group to 0.5% by weight or more, the following method may be mentioned.

(1)ポリイソシアネート(b)の当量数をポリオール(a)の当量数に比べ過剰にする方法。
(2)ウレタン化反応において、イソシアネート基が全量消費される前に、分散工程に移る方法。
(1) A method in which the number of equivalents of polyisocyanate (b) is excessive compared to the number of equivalents of polyol (a).
(2) In the urethanization reaction, before the whole amount of isocyanate groups is consumed, the method moves to a dispersion step.

本発明におけるウレタンプレポリマー(U)のMn[GPCによって、標準ポリスチレンを基準にして測定されるもの]は、非架橋型(熱可塑性:架橋剤を使用しないタイプ)の場合には通常2,000 〜2,000,000またはそれ以上、好ましくは5,000〜500,000とくに10,000〜100,000である。架橋型(架橋剤を使用するタイプ)の(U)は上記範囲より高いMnのもの、またはGPCで測定できない高いMnのものでもよい。
本発明のウレタンプレポリマー(U)中の親水性基(上記の(c)に由来する親水性基)の含有量は、ウレタンプレポリマー(U)の重量に基づいて好ましくは5重量%以下、さらに好ましくは0.5〜3.0重量%である。
The Mn of the urethane prepolymer (U) in the present invention [measured by GPC based on standard polystyrene] is usually 2,000 in the case of a non-crosslinked type (thermoplastic: a type that does not use a crosslinking agent). ˜2,000,000 or more, preferably 5,000 to 500,000, in particular 10,000 to 100,000. (U) of the crosslinking type (a type using a crosslinking agent) may have a Mn higher than the above range or a high Mn that cannot be measured by GPC.
The content of the hydrophilic group (the hydrophilic group derived from the above (c)) in the urethane prepolymer (U) of the present invention is preferably 5% by weight or less based on the weight of the urethane prepolymer (U). More preferably, it is 0.5 to 3.0% by weight.

ウレタン化反応を行うための反応容器は、撹拌可能な反応容器であれば問題ないが、撹拌強度、密閉性および加熱能力の観点から、一軸または二軸の押出機を用いるのが好ましい。一軸または二軸の押出機としては、コンティニアスニーダー(株栗本鐵工製)、一軸混練機などが挙げられる。   The reaction vessel for performing the urethanization reaction is not a problem as long as it is a stirrable reaction vessel, but it is preferable to use a single-screw or twin-screw extruder from the viewpoint of stirring strength, hermeticity, and heating ability. Examples of the uniaxial or biaxial extruder include a continuous kneader (manufactured by Kurimoto Seiko Co., Ltd.) and a uniaxial kneader.

以下に、ウレタンプレポリマー(U)の分散方法を示すことにより本発明をさらに詳細に説明する。
本発明のポリウレタン水分散体の製造方法は、上記のウレタンプレポリマー(U)を、2段階以上で分散させる方法である。
まず、第1の分散は、一種以上の分散混合装置(A1)を用いて水中にウレタンプレポリマー(U)の溶融温度未満の温度で分散させて、体積平均粒子径0.1〜100μmのポリウレタン樹脂(U1)からなるポリウレタン樹脂水分散体(Q1)を得る工程である。
Below, this invention is demonstrated further in detail by showing the dispersion | distribution method of urethane prepolymer (U).
The method for producing a polyurethane water dispersion of the present invention is a method of dispersing the urethane prepolymer (U) in two or more stages.
First, the first dispersion is a polyurethane having a volume average particle diameter of 0.1 to 100 μm by dispersing in water at a temperature lower than the melting temperature of the urethane prepolymer (U) using one or more dispersion mixing devices (A1). This is a step of obtaining an aqueous polyurethane resin dispersion (Q1) comprising the resin (U1).

ウレタン化反応後のウレタンプレポリマー(U)は、通常は溶融液状または固状であるが、本発明の水分散体の製造方法では、溶融液状であっても、いったん固状に冷却されて、固状のものが分散混合装置(A1)に供給されることが、(U)の分解抑制の観点から好ましい。
(U)を水とともに分散混合装置(A1)に導入するためには、体積平均粒子径を予め0.2〜20mm(好ましくは0.2〜10mm、特に好ましくは0.2〜3mm)の大きさの固体粒子状(25℃で)に調整するのが、分散を効率よく行うことができるという観点から好ましい。
The urethane prepolymer (U) after the urethanization reaction is usually in a molten liquid state or solid state, but in the method for producing an aqueous dispersion of the present invention, even in the molten liquid state, it is once cooled to a solid state, It is preferable from the viewpoint of suppressing the decomposition of (U) that the solid material is supplied to the dispersion mixing device (A1).
In order to introduce (U) into the dispersion mixing apparatus (A1) together with water, the volume average particle size is previously set to a size of 0.2 to 20 mm (preferably 0.2 to 10 mm, particularly preferably 0.2 to 3 mm). It is preferable to adjust to a solid particle shape (at 25 ° C.) from the viewpoint of efficient dispersion.

本発明における体積平均粒子径は、レーザー回折粒度分布測定装置[例えば、LA−750(堀場制作所製)]、または光散乱粒度分布測定装置[例えば、ELS−8000(大塚電子株製)]を用いて測定できる。
また、個数平均粒子径も同様の測定方法で測定できる。
The volume average particle diameter in the present invention is determined by using a laser diffraction particle size distribution measuring device [for example, LA-750 (manufactured by Horiba Seisakusho)] or a light scattering particle size distribution measuring device [for example, ELS-8000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.)]. Can be measured.
The number average particle diameter can also be measured by the same measurement method.

ウレタンプレポリマー(U)を固体粒子状に調整する手段としては、例えば裁断、ペレット化、粒子化、あるいは粉砕等する手段を用いることができる。この個体粒子状への調整は、水中あるいは、水の非存在下において実施することができる。
例えば、シート状に圧延したウレタンプレポリマー(U)をストランドカッターで短冊状にカットした後、回転刃で粒子状にするという方法が例示される。
As means for adjusting the urethane prepolymer (U) to solid particles, for example, means for cutting, pelletizing, granulating, or pulverizing can be used. The adjustment to the solid particles can be carried out in water or in the absence of water.
For example, the urethane prepolymer (U) rolled into a sheet shape is cut into a strip shape with a strand cutter and then made into particles with a rotary blade.

固体粒子状に調整されたウレタンプレポリマー(U)を、水とともに分散混合装置(A1)に導入するが、ここでの分散混合装置(A1)としては、回転式分散混合装置およびメディア式分散混合装置から選ばれる1種以上を用いるのが、0.2〜20mmの固体粒子状の(U)の分散に効率がよいという観点から好適である。
分散混合装置(A1)の主たる分散原理は、駆動部の回転などによって粒子に外部から剪断力を与えて粉砕、分散させるという原理である。また(A1)は、常圧もしくは加圧下で稼働させることができるが、通常は常圧で稼働させる。
The urethane prepolymer (U) adjusted to solid particles is introduced into the dispersion mixing device (A1) together with water. As the dispersion mixing device (A1), a rotary dispersion mixing device and a media type dispersion mixing are used. It is preferable to use one or more selected from the apparatus from the viewpoint of good efficiency in the dispersion of the solid particulate (U) of 0.2 to 20 mm.
The main dispersion principle of the dispersion mixing device (A1) is that the particles are pulverized and dispersed by applying a shearing force to the particles from the outside by rotation of the drive unit or the like. (A1) can be operated at normal pressure or under pressure, but is normally operated at normal pressure.

回転式分散混合装置としては、例えばTKホモミキサー(プライミクス(株)製)、クレアミックス(エムテクニック(株)製)、フィルミックス(プライミクス(株)製)、ウルトラターラックス(IKA社製)、エバラマイルダー(荏原製作所製)、キャビトロン(ユーロテック社製)およびバイオミキサー(日本精機製)等が例示される。   As a rotary dispersion mixing apparatus, for example, TK homomixer (manufactured by PRIMIX Co., Ltd.), CLEARMIX (manufactured by MTechnic Co., Ltd.), FILMIX (manufactured by PRIMIX Corporation), Ultra Turrax (manufactured by IKA), Examples are Ebara Milder (manufactured by Ebara Seisakusho), Cavitron (manufactured by Eurotech) and biomixer (manufactured by Nippon Seiki).

メディア式分散混合装置としては、例えばコロイドミル(IKA社製)、コーンミル(IKA社製)、ダイノーミル(IKA社製)、ビーズミルおよびロールミル等が例示される。   Examples of the media type dispersion mixing apparatus include a colloid mill (manufactured by IKA), a corn mill (manufactured by IKA), a dyno mill (manufactured by IKA), a bead mill, and a roll mill.

分散混合装置(A1)としては、これらの回転式分散混合装置およびメディア式分散混合装置から選ばれる2種類以上の装置を直列に接続して併用してもかまわない。   As the dispersion mixing device (A1), two or more types of devices selected from these rotary dispersion mixing devices and media type dispersion mixing devices may be connected in series and used together.

分散混合装置(A1)を通過する際の温度としては、分散体であるウレタンプレポリマー(U)の分解や劣化等を防ぐ観点から、ウレタンプレポリマー(U)の溶融温度未満、好ましくは溶融温度よりも5℃以上低い温度で室温以上の温度、さらに好ましくは溶融温度よりも10℃以上低い温度で室温以上の温度が、分散効率および分解・劣化抑制の観点から好ましい。
分散混合装置(A1)に供給されるウレタンプレポリマー(U)と水の重量比は、目的とする水性分散体の樹脂成分含有量によって適宜選択されるが、通常は、(U)/水=10/2〜100であり、好ましくは10/5〜50である。
また、(U)と水との分散混合装置内の滞留時間は、通常、0.1〜30分、好ましくは1〜5分である。
The temperature when passing through the dispersion mixing apparatus (A1) is less than the melting temperature of the urethane prepolymer (U), preferably the melting temperature, from the viewpoint of preventing decomposition or deterioration of the urethane prepolymer (U) as a dispersion. From the viewpoint of dispersion efficiency and suppression of decomposition / deterioration, a temperature lower than 5 ° C. and a temperature higher than room temperature, more preferably a temperature lower than the melting temperature by 10 ° C.
The weight ratio of the urethane prepolymer (U) and water supplied to the dispersion mixing apparatus (A1) is appropriately selected depending on the resin component content of the target aqueous dispersion. Usually, (U) / water = The ratio is 10/2 to 100, preferably 10/5 to 50.
Moreover, the residence time in the dispersion mixing apparatus of (U) and water is 0.1-30 minutes normally, Preferably it is 1-5 minutes.

分散混合装置(A1)にて分散を行う際は、必要に応じて、pH調整剤、破泡剤、抑泡剤、脱泡剤、酸化防止剤、着色防止剤、可塑剤および離型剤から選ばれる1種以上を添加することができる。また必要に応じて、分散後に濃縮または希釈を行ってもよい。   When performing dispersion in the dispersion mixing apparatus (A1), if necessary, from a pH adjuster, a foam breaker, a foam suppressor, a defoamer, an antioxidant, a colorant, a plasticizer, and a mold release agent. One or more selected can be added. Moreover, you may concentrate or dilute after dispersion | distribution as needed.

分散混合装置(A1)を通過することにより、体積平均粒子径0.2〜20mmのウレタンプレポリマー(U)を、体積平均粒子径0.1〜100μm(好ましくは0.1〜30μm、より好ましくは0.1〜10μm、さらに好ましくは0.1〜3μm、最も好ましくは0.1〜1μm)のポリウレタン樹脂(U1)に分散し、ポリウレタン樹脂水分散体(Q1)を得ることができる。   By passing through the dispersion mixer (A1), the urethane prepolymer (U) having a volume average particle size of 0.2 to 20 mm is converted into a volume average particle size of 0.1 to 100 μm (preferably 0.1 to 30 μm, more preferably Can be dispersed in a polyurethane resin (U1) of 0.1 to 10 μm, more preferably 0.1 to 3 μm, and most preferably 0.1 to 1 μm, to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion (Q1).

本発明における第2の分散工程は、上記のようにして得られたポリウレタン樹脂水分散体(Q1)を、該分散混合装置(A1)とは分散方式が異なる一種以上の分散混合装置(A2)に導入してさらに微分散する工程である。
(A1)のみで分散しても、一定の体積平均粒子径にまでは分散できるが、さらに、短時間で微分散するためには、もしくは、後述の体積平均粒子径/個数平均粒子径、即ち粒子径分布を狭くし、水性分散体の分散安定性と造膜性を良好にするためには、(A1)とは分散方式が異なる分散装置(A2)で、さらに微分散することが必要である。
ここでの分散混合装置(A2)としては、(A1)とは分散の方式、即ち原理が異なり、(A1)よりも微粒子の微分散能力に適した分散混合装置が好ましい。そのような装置としては、例えば高圧式分散混合装置が挙げられる。
分散混合装置(A2)としては、水分散体を高圧に保持しつつ絞り部を高速で通過せしめることにより、そのときに発生する剪断力やキャビテーションによる衝撃力で該水分散液中に存在する粒子をさらに微分散させる機構のものが好適である。
また、(A2)としては、上記機構の他、該機構において絞り部を通過せしめた溶液をダイヤモンド等の基板上に衝突させる機構を更に付加した機構や、水分散体を対向する二つの絞り部より噴出せしめて衝突させる機構等を有するものも使用することができる。
In the second dispersion step of the present invention, the polyurethane resin aqueous dispersion (Q1) obtained as described above is one or more types of dispersion mixing apparatus (A2) having a different dispersion method from the dispersion mixing apparatus (A1). It is a process of introducing into and further finely dispersing.
Even if dispersed only with (A1), it can be dispersed to a certain volume average particle diameter, but in order to further finely disperse in a short time, or the volume average particle diameter / number average particle diameter described later, In order to narrow the particle size distribution and improve the dispersion stability and film-forming property of the aqueous dispersion, it is necessary to further finely disperse with a dispersion device (A2) having a different dispersion method from (A1). is there.
The dispersion mixing device (A2) here is different from (A1) in the dispersion method, that is, the principle, and is preferably a dispersion mixing device suitable for the fine dispersion ability of fine particles than (A1). As such an apparatus, for example, a high pressure type dispersion mixing apparatus can be mentioned.
As the dispersion mixing device (A2), particles that are present in the aqueous dispersion by the shearing force generated at that time and the impact force due to cavitation by passing the constricted portion at a high speed while maintaining the aqueous dispersion at a high pressure. Those having a mechanism for further finely dispersing the are preferable.
(A2) includes, in addition to the above mechanism, a mechanism in which a mechanism that causes the solution that has passed through the throttle in the mechanism to collide with a substrate such as diamond is added, or two throttles that face the water dispersion What has a mechanism etc. which make it squirt more and make it collide can also be used.

高圧式分散混合装置としては、例えば、超高圧ホモジナイザー(IKA社製)、マイクロフルイダイザー(みずほ工業株製)、高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社製)、ガウリンホモジナイザー(ガウリン社製)等が例示される。   Examples of the high-pressure dispersion mixer include an ultra-high pressure homogenizer (manufactured by IKA), a microfluidizer (manufactured by Mizuho Kogyo Co., Ltd.), a high-pressure homogenizer (manufactured by Niro Soabi), and a Gaurin homogenizer (manufactured by Gaulin). The

分散混合装置(A2)としては、これらの高圧式分散混合装置から選ばれる2種類以上の装置を直列に接続して併用してもかまわない。   As the dispersion mixing device (A2), two or more types of devices selected from these high-pressure dispersion mixing devices may be connected in series and used in combination.

分散混合装置(A2)を通過する際の温度としては、分散体であるポリウレタン樹脂(U1)の分解や劣化等を防ぐ観点から、ウレタンプレポリマー(U)の溶融温度未満、好ましくは溶融温度よりも5℃以上低い温度で室温以上の温度、さらに好ましくは溶融温度よりも10〜120℃低い温度で室温以上の温度が、分散効率および分解・劣化抑制の観点から好ましい。
分散混合装置(A2)に供給されるのはポリウレタン樹脂水性分散体(Q1)をそのままでもよいが、必要により、同時に、さらに水を供給してもよく、(Q1)と水の重量比は、目的とする水分散体の樹脂成分含有量によって適宜選択されるが、通常は、(U1)/水=10/2〜100であり、好ましくは10/5〜50である。
また、(U1)と水との分散混合装置内の滞留時間は、通常、0.1〜30分、好ましくは1〜5分である。
The temperature when passing through the dispersion mixing apparatus (A2) is less than the melting temperature of the urethane prepolymer (U), preferably from the melting temperature, from the viewpoint of preventing decomposition or deterioration of the polyurethane resin (U1) as a dispersion. Further, a temperature lower than 5 ° C. and a temperature higher than room temperature, more preferably a temperature lower than the melting temperature by 10 to 120 ° C. and higher than room temperature is preferable from the viewpoint of dispersion efficiency and suppression of decomposition / deterioration.
The polyurethane resin aqueous dispersion (Q1) may be supplied as it is to the dispersion mixing device (A2), but if necessary, water may be further supplied at the same time, and the weight ratio of (Q1) to water is: Although it is appropriately selected depending on the resin component content of the target aqueous dispersion, it is usually (U1) / water = 10/2 to 100, preferably 10/5 to 50.
Moreover, the residence time in the dispersion mixing apparatus of (U1) and water is 0.1 to 30 minutes normally, Preferably it is 1 to 5 minutes.

分散混合装置(A2)にて分散を行う際は、必要に応じて、pH調整剤、消泡剤酸化防止剤、着色防止剤、可塑剤および離型剤等から選ばれる1種以上を添加することができる。また必要に応じて、分散後に濃縮または希釈を行ってもよい。   When dispersing in the dispersion mixing apparatus (A2), one or more selected from a pH adjuster, an antifoaming agent, an anti-coloring agent, a plasticizer, a release agent and the like are added as necessary. be able to. Moreover, you may concentrate or dilute after dispersion | distribution as needed.

本発明における第2の分散工程は、0.1〜100μmの体積平均粒子径を有するポリウレタン樹脂(U1)を、さらにその1/2〜1/1,000に微分散する工程であるが、
(U1)の体積平均粒子径が0.1〜1μmの場合は、好ましくは1/2〜1/10に微分散し、(U1)の体積平均粒子径が1μmを超え10μm以下の場合は、好ましくは1/5〜1/100、さらに好ましくは1/10〜1/100に微分散し、(U1)の体積平均粒子径が10μmを超え100μm以下の場合は、好ましくは1/50〜1/1,000、さらに好ましくは1/100〜1/1,000に微分散させることが好ましい。
The second dispersion step in the present invention is a step of further finely dispersing the polyurethane resin (U1) having a volume average particle diameter of 0.1 to 100 μm to 1/2 to 1/1000.
When the volume average particle diameter of (U1) is 0.1 to 1 μm, it is preferably finely dispersed to 1/2 to 1/10, and when the volume average particle diameter of (U1) exceeds 1 μm and is 10 μm or less, Preferably 1/5 to 1/100, more preferably 1/10 to 1/100 finely dispersed, and when the volume average particle diameter of (U1) is more than 10 μm and not more than 100 μm, preferably 1/50 to 1 / 1,000, more preferably 1/100 to 1/1000.

ポリウレタン樹脂水分散体(Q2)の具体的な体積平均粒子径は、0.01〜5μmとなるが、(Q2)の分散安定性の向上の観点から、好ましくは0.01〜4μm、より好ましくは0.02〜2μm、さらに好ましくは0.01〜1μm、特に好ましくは0.03〜0.8μmである。   The specific volume average particle diameter of the polyurethane resin aqueous dispersion (Q2) is 0.01 to 5 μm, but from the viewpoint of improving the dispersion stability of (Q2), preferably 0.01 to 4 μm, more preferably. Is 0.02 to 2 μm, more preferably 0.01 to 1 μm, particularly preferably 0.03 to 0.8 μm.

本発明のポリウレタン樹脂水分散体(Q2)の製造方法は、上記の各工程を不連続に行ってもよいが、好ましいのは各工程のうちの少なくとも2つの工程、さらに好ましいのは全ての工程を連続で行う方法である。
具体的には、ウレタン化反応に引き続いて、体積平均粒子径0.2〜20mmの固体粒子の調製、ポリウレタン樹脂水分散体(Q1)の製造およびポリウレタン樹脂水分散体(Q2)の製造を連続で行う方法である。連続で行うことによって製造時間が短縮される。特に(Q1)〜(Q2)の工程は、優れた分散安定性が得られるという観点から、連続で行うことが好ましい。
In the method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion (Q2) of the present invention, each of the above steps may be performed discontinuously, but at least two of the steps are preferable, and all steps are more preferable. It is a method of performing continuously.
Specifically, following the urethanization reaction, preparation of solid particles having a volume average particle diameter of 0.2 to 20 mm, production of the polyurethane resin water dispersion (Q1), and production of the polyurethane resin water dispersion (Q2) are continued. It is a method to do in. Manufacturing time is shortened by carrying out continuously. In particular, the steps (Q1) to (Q2) are preferably performed continuously from the viewpoint that excellent dispersion stability can be obtained.

こうして得られたポリウレタン樹脂水分散体(Q2)はその製造過程において、有機溶剤を実質的に使用しないため、残存する有機溶剤が実質的に存在しない。   The polyurethane resin aqueous dispersion (Q2) obtained in this way does not substantially use an organic solvent in the production process, and therefore there is substantially no remaining organic solvent.

本発明の製造方法で得られるポリウレタン樹脂水分散体(Q2)の固形分濃度(水以外の成分の含有量)は、好ましくは20〜65%、さらに好ましくは25〜55%である。
固形分濃度は、水性分散体約1gをペトリ皿上にうすく伸ばし、精秤した後、循環式定温乾燥機を用いて130℃で、45分間加熱した後の重量を精秤し、加熱前の重量に対する加熱後の残存重量の割合(百分率)を計算することにより得ることができる。
本発明の製造方法で得られるポリウレタン樹脂水分散体(Q2)の粘度は、好ましくは10〜100,000mpa・s、さらに好ましくは10〜5,000mpa・sである。粘度はBL型粘度計を用いて、25℃の定温下で測定することができる。
本発明の製造方法で得られるポリウレタン樹脂水分散体(Q2)のpHは、好ましくは2〜12、さらに好ましくは4〜10である。pHは、pHMeterM−12(堀場製作所製)で25℃で測定することができる。
The solid content concentration (content of components other than water) of the polyurethane resin aqueous dispersion (Q2) obtained by the production method of the present invention is preferably 20 to 65%, more preferably 25 to 55%.
The solid concentration was about 1 g of an aqueous dispersion thinly stretched on a Petri dish, weighed accurately, then weighed the weight after heating at 130 ° C for 45 minutes using a circulating constant temperature dryer, and before weighing, It can be obtained by calculating the ratio (percentage) of the remaining weight after heating to the weight.
The viscosity of the polyurethane resin aqueous dispersion (Q2) obtained by the production method of the present invention is preferably 10 to 100,000 mpa · s, more preferably 10 to 5,000 mpa · s. The viscosity can be measured at a constant temperature of 25 ° C. using a BL type viscometer.
The pH of the polyurethane resin aqueous dispersion (Q2) obtained by the production method of the present invention is preferably 2 to 12, more preferably 4 to 10. The pH can be measured at 25 ° C. with pHMeter M-12 (manufactured by Horiba Seisakusho).

本発明の製造方法で得られるポリウレタン樹脂水分散体(Q2)は、通常、下記の(1)〜(3)の全てを満たすポリウレタン樹脂水分散体である。   The polyurethane resin aqueous dispersion (Q2) obtained by the production method of the present invention is usually a polyurethane resin aqueous dispersion satisfying all of the following (1) to (3).

(1)ポリウレタン樹脂水分散体中の有機溶剤含量が0.1%以下である。
(2)ポリウレタン樹脂の体積平均粒子径(Dv)が0.01〜5μmである。
(3)ポリウレタン樹脂の体積平均粒子径/個数平均粒子径(Dv/Dn)が1.2〜5である。
(1) The organic solvent content in the polyurethane resin aqueous dispersion is 0.1% or less.
(2) The volume average particle diameter (Dv) of the polyurethane resin is 0.01 to 5 μm.
(3) The volume average particle diameter / number average particle diameter (Dv / Dn) of the polyurethane resin is 1.2-5.

(1)はガスクロマトグラフィー等を用いて定量できるものであって、好ましくは0.05%以下であり、最も好ましくは、残存する有機溶剤が存在しない(検出限界以下;検出限界は通常0.01%)、である。
(2)のポリウレタン樹脂のDvは、分散安定性の向上の観点から、好ましくは0.01〜4μm、より好ましくは0.02〜2μm、さらに好ましくは0.01〜1μm、特に好ましくは0.03〜0.8μmである。
(3)のDv/Dnは、前述のレーザー回折粒度分布測定装置[例えば、LA−750(堀場制作所製)]、または光散乱粒度分布測定装置[例えば、ELS−8000(大塚電子株製)]を用いて測定できるものであって、さらに好ましくは1.2〜4、特に好ましくは1.2〜3である。Dv/Dnが、この範囲であれば分散安定性および、乾燥時の造膜性がさらに良好に発揮できる。
(1) can be quantified using gas chromatography or the like, and is preferably 0.05% or less, and most preferably there is no remaining organic solvent (below the detection limit; the detection limit is usually 0. 01%).
The Dv of the polyurethane resin (2) is preferably from 0.01 to 4 μm, more preferably from 0.02 to 2 μm, still more preferably from 0.01 to 1 μm, and particularly preferably from the viewpoint of improving dispersion stability. 03 to 0.8 μm.
Dv / Dn of (3) is the above-mentioned laser diffraction particle size distribution measuring device [for example, LA-750 (manufactured by Horiba Seisakusho)] or light scattering particle size distribution measuring device [for example, ELS-8000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) ], More preferably 1.2-4, particularly preferably 1.2-3. If Dv / Dn is within this range, the dispersion stability and the film-forming property during drying can be further improved.

本発明のポリウレタン樹脂水分散体は、塗料組成物、接着剤組成物、繊維加工用のバインダー組成物(顔料捺染用バインダー組成物、不織布用バインダー組成物、補強繊維用集束剤組成物、抗菌剤用バインダー組成物など)やコーティング組成物(防水コーティング組成物、撥水コーティング組成物、防汚コーティング組成物など)、人工皮革・合成皮革用原料組成物などに使用することができる。   The polyurethane resin aqueous dispersion of the present invention comprises a coating composition, an adhesive composition, a binder composition for fiber processing (a binder composition for pigment printing, a binder composition for nonwoven fabric, a sizing agent composition for reinforcing fibers, an antibacterial agent). Binder compositions for use), coating compositions (waterproof coating compositions, water repellent coating compositions, antifouling coating compositions, etc.), raw materials for artificial leather and synthetic leather, and the like.

塗料組成物には、必要によりその他の添加剤、例えば塗膜形成補助樹脂、顔料、顔料分散剤、粘度調整剤、消泡剤、レベリング剤、防腐剤、劣化防止剤、安定化剤および凍結防止剤など1種または2種以上を添加することができる。   If necessary, the coating composition may contain other additives such as coating auxiliary resins, pigments, pigment dispersants, viscosity modifiers, antifoaming agents, leveling agents, preservatives, anti-degradation agents, stabilizers and antifreezing agents. 1 type (s) or 2 or more types, such as an agent, can be added.

抗菌剤用バインダー組成物、コーティング組成物、人工皮革・合成皮革用原料組成物として用いる場合の、添加剤、処理液の濃度、繊維への適用手段、繊維への付着量、処理条件などは、用途に応じて適宜採択することができる。   When used as an antibacterial agent binder composition, coating composition, raw material composition for artificial leather / synthetic leather, additives, concentration of treatment liquid, means for application to fiber, amount attached to fiber, treatment conditions, etc. It can be appropriately selected depending on the application.

<実施例>
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。
<Example>
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to these. Hereinafter, “part” means “part by weight” and “%” means “% by weight”.

溶融温度の測定法は、前述のように、JIS K7210(プラスチック−熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイトの試験方法)に準拠し、「メルトインデクサーI型
」(テスター産業株製)を用いて、荷重2.16kgにてメルトマスフローが10g/10minとなる温度を溶融温度とした。
As described above, the melting temperature is measured in accordance with JIS K7210 (Testing method for melt mass flow rate of plastic-thermoplastic plastic) and using “melt indexer type I” (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) The temperature at which the melt mass flow was 10 g / 10 min at 2.16 kg was taken as the melting temperature.

実施例1
2軸混練機のKRCニーダー(栗本鐵工(株)製)に、Mnが2,000のポリカーボネートジオール「ニッポラン980R」(日本ポリウレタン株製)212.0部、DMPA23部および4,4−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)87.4部を窒素雰囲気下で導入した。その後200℃に加熱し、10分間混練してウレタン化反応を行った。反応物のイソシアネート基含量は1.5%であった。反応物を取り出し、180℃に熱した圧プレス機で圧延後、角形ペレット機(株ホーライ製)にて裁断した。続いて、90℃のイオン交換水662.6部にトリエチルアミン(中和剤)17.4部を加え、90℃の条件下でTKホモミキサー(プライミクス(株)製)を用いて16,000rpmにて3分間分散させた後、90℃の条件下でクレアミックス(エムテクニック(株)製)を用いて20,000rpmにて3分間分散させポリウレタン樹脂水分散体(Q1−1)を得た。さらに90℃の条件下で、得られた分散体を150MPaの圧力をかけた高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社製)に3回通して、分散することによりポリウレタン樹脂水分散体(Q2−1)1,000部を得た。各工程における条件および分析値等を表1に示す。以下の実施例および比較例についても同様に、各工程における条件および分析値等を表1に示す。
なお、表1中の分散装置は、(1)TKホモミキサー(プライミクス(株)製)、(2)クレアミックス(エムテクニック(株)製)、(3)高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社製)、(4)簡易加圧反応装置(耐圧ガラス工業(株)製)、(5)KRCニーダー(栗本鐵工(株)製)である。
Example 1
To a KRC kneader (manufactured by Kurimoto Seiko Co., Ltd.) of a biaxial kneader, 212.0 parts of a polycarbonate diol “Nippolan 980R” (manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd.) having a Mn of 2,000, 23 parts of DMPA and 4,4-dicyclohexylmethane 87.4 parts of diisocyanate (hydrogenated MDI) were introduced under a nitrogen atmosphere. Thereafter, the mixture was heated to 200 ° C. and kneaded for 10 minutes to carry out a urethanization reaction. The isocyanate group content of the reaction product was 1.5%. The reaction product was taken out, rolled with a pressure press machine heated to 180 ° C., and then cut with a square pellet machine (manufactured by Horai Co., Ltd.). Subsequently, 17.4 parts of triethylamine (neutralizing agent) was added to 662.6 parts of 90 ° C. ion-exchanged water, and the mixture was adjusted to 16,000 rpm using a TK homomixer (manufactured by Primix Co., Ltd.) at 90 ° C. And then dispersed for 3 minutes at 20,000 rpm using Claremix (manufactured by M Technique Co., Ltd.) under the condition of 90 ° C. to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion (Q1-1). Furthermore, under the condition of 90 ° C., the obtained dispersion was passed through a high-pressure homogenizer (manufactured by Niro Soabi) with a pressure of 150 MPa three times to disperse the polyurethane resin aqueous dispersion (Q2-1) 1 1,000 parts were obtained. Table 1 shows the conditions and analysis values in each step. Similarly, the conditions and analytical values in each step are shown in Table 1 for the following examples and comparative examples.
The dispersing devices in Table 1 are (1) TK homomixer (manufactured by PRIMIX Co., Ltd.), (2) CLEARMIX (manufactured by M Technique Co., Ltd.), and (3) high-pressure homogenizer (manufactured by Niro Soavi Corporation). (4) A simple pressure reactor (made by pressure-resistant glass industry), (5) KRC kneader (made by Kurimoto Seiko Co., Ltd.).

実施例2
実施例1と同様にウレタン化した後、200℃のまま樹脂を直径2mmの細孔より押出すことにより、直径2mmのひも状にした後、90℃まで冷却した。これを90℃のイオン交換水684.5部の中に導入後、回転刃にて体積平均粒子径2mmにカットした。ここにトリエチルアミン(中和剤)16.1部を加え、実施例1と同条件でTKホモミキサーおよびクレアミックスに導入し、以下実施例1と同じ処理をすることにより、ポリウレタン樹脂水分散体(Q2−2)1,000部を得た。
Example 2
After urethanization in the same manner as in Example 1, the resin was extruded through pores having a diameter of 2 mm at 200 ° C. to form a string having a diameter of 2 mm, and then cooled to 90 ° C. This was introduced into 684.5 parts of 90 ° C. ion-exchanged water, and then cut into a volume average particle diameter of 2 mm with a rotary blade. 16.1 parts of triethylamine (neutralizing agent) was added thereto, and the mixture was introduced into a TK homomixer and CLEARMIX under the same conditions as in Example 1. By the same treatment as in Example 1, a polyurethane resin aqueous dispersion ( Q2-2) 1,000 parts were obtained.

実施例3
実施例1と同様にウレタン化〜トリエチルアミン添加までを実施後、加圧下で150℃の条件下でTKホモミキサーを用いて15,000rpmにて10分間分散させ、ポリウレタン樹脂水性分散体(Q1−3)を得た。さらに150℃の条件下で、得られた分散体を150MPaの圧力をかけた高圧ホモジナイザーに3回通して、分散することによりポリウレタン樹脂水分散体(Q2−3)1,000部を得た。
Example 3
After performing urethanization to triethylamine addition in the same manner as in Example 1, it was dispersed at 15,000 rpm for 10 minutes using a TK homomixer under conditions of 150 ° C. under pressure, and an aqueous polyurethane resin dispersion (Q1-3 ) Further, under a condition of 150 ° C., the obtained dispersion was passed through a high-pressure homogenizer under a pressure of 150 MPa three times to disperse to obtain 1,000 parts of a polyurethane resin aqueous dispersion (Q2-3).

実施例4
実施例1と同様にウレタン化〜トリエチルアミン添加までを実施後、90℃の条件下でTKホモミキサーを用いて15,000rpmにて1分間分散させ、ポリウレタン樹脂水分散体(Q1−4)を得た。さらに90℃の条件下で、得られた分散体を100MPaの圧力をかけた高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社製)に3回通して、分散することによりポリウレタン樹脂水分散体(Q2−4)1,000部を得た。
Example 4
After performing urethanization to triethylamine addition in the same manner as in Example 1, it was dispersed for 1 minute at 15,000 rpm using a TK homomixer at 90 ° C. to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion (Q1-4). It was. Furthermore, under the condition of 90 ° C., the obtained dispersion was passed through a high-pressure homogenizer (manufactured by Niro Soabi) with a pressure of 100 MPa three times to disperse the polyurethane resin aqueous dispersion (Q2-4) 1 1,000 parts were obtained.

実施例5
実施例1において、ポリカーボネートジオール「ニッポラン980R」を201.2部、DMPAを23.2部、4,4−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)を100.4部を、イオン交換水を662.5部およびトリエチルアミンを17.5部を用いた以外は、実施例1と同じ操作を実施してポリウレタン樹脂水分散体(Q2−5)1,000部を得た。
Example 5
In Example 1, 201.2 parts of polycarbonate diol “Nippolan 980R”, 23.2 parts of DMPA, 100.4 parts of 4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate (hydrogenated MDI), 662.5 parts of ion-exchanged water The same operation as in Example 1 was carried out except that 17.5 parts of triethylamine and 1,000 parts of polyurethane resin aqueous dispersion (Q2-5) were obtained.

比較例1
撹拌機および加熱器を備えた簡易加圧反応装置に、Mnが2,000のポリカーボネートジオール「ニッポラン980R」204部、DMPA23.1部、4,4−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)97.1部およびアセトン216.6部を窒素を導入しながら仕込んだ。その後85℃に加熱し、10時間かけてウレタン化反応を行い、プレポリマーを製造した。ウレタン化反応終了時の樹脂固形分のイソシアネート含量は1.5%であった。反応混合物を40℃に冷却後、簡易加圧反応装置内で撹拌しながらトリエチルアミン(中和剤)17.4部、水662.6部を加え、ポリウレタン樹脂水分散体を得た。続いて、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分散体1,000部を得た。
なお表1中の比較例1における(U)のNCO含量は、プレポリマーのイソシアネート含量を示し、(U)の溶融温度は最終的に得られたポリウレタン樹脂水分散体の乾燥物の溶融温度を示す。
Comparative Example 1
In a simple pressure reaction apparatus equipped with a stirrer and a heater, 204 parts of a polycarbonate diol “Nippolan 980R” having an Mn of 2,000, 23.1 parts of DMPA, 4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate (hydrogenated MDI) 97.1 And 216.6 parts of acetone were charged while introducing nitrogen. Thereafter, the mixture was heated to 85 ° C. and subjected to urethanization reaction for 10 hours to produce a prepolymer. The isocyanate content of the resin solid at the end of the urethanization reaction was 1.5%. After cooling the reaction mixture to 40 ° C., 17.4 parts of triethylamine (neutralizing agent) and 662.6 parts of water were added while stirring in a simple pressure reactor to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion. Subsequently, the product was heated at 65 ° C. under reduced pressure for 8 hours to remove acetone, thereby obtaining 1,000 parts of a polyurethane resin aqueous dispersion.
The NCO content of (U) in Comparative Example 1 in Table 1 indicates the isocyanate content of the prepolymer, and the melting temperature of (U) is the melting temperature of the dried product of the obtained polyurethane resin aqueous dispersion. Show.

比較例2
実施例1と同様にウレタン化〜トリエチルアミン添加までを実施後、185℃[(U)の溶融温度170℃以上の温度]の条件下で2軸混練機のKRCニーダーにて150rpmで5分間分散させ、ポリウレタン樹脂水分散体1,000部を得た。
Comparative Example 2
After urethanization to triethylamine addition in the same manner as in Example 1, the mixture was dispersed at 150 rpm for 5 minutes in a KRC kneader of a twin-screw kneader under the condition of 185 ° C. [(U) melting temperature of 170 ° C. or higher]. 1,000 parts of a polyurethane resin aqueous dispersion was obtained.

比較例3
実施例1と同様にウレタン化〜トリエチルアミン添加までを実施後、150℃の条件下でTKホモミキサーを用いて15,000rpmにて10分間分散させ、ポリウレタン樹脂水分散体1,000部を得た。
Comparative Example 3
After performing urethanization to triethylamine addition in the same manner as in Example 1, the mixture was dispersed for 10 minutes at 15,000 rpm using a TK homomixer at 150 ° C. to obtain 1,000 parts of a polyurethane resin aqueous dispersion. .

比較例4
2軸混練機のKRCニーダーに、Mnが2,000のポリカーボネートジオール「ニッポラン980R」224.2部、DMPA22.9部、および4,4−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)73部を窒素雰囲気下で導入した。その後200℃に加熱し、10分間混練してウレタン化反応を行った。反応物を取り出し、180℃に熱した圧プレス機で圧延後、角形ペレット機にて裁断した。続いて、90℃のイオン交換水662.8部にトリエチルアミン(中和剤)17.2部を加え、90℃の条件下でTKホモミキサーを用いて16,000rpmにて3分間分散させた後、90℃の条件下でクレアミックスを用いて20,000rpmにて3分間分散させポリウレタン樹脂水分散体を得た。さらに90℃の条件下で、得られた分散体を150MPaの圧力をかけた高圧ホモジナイザーに通じようと試みたが、ポリウレタン樹脂水分散体の体積平均粒子径が大きすぎたため、高圧ホモジナイザーの流路内に樹脂組成物が詰まった。表1には高圧ホモジナイザーに通す前のポリウレタン樹脂水分散体の物性を示す。また乾燥被膜については、評価用のフィルムを作成できなかった。
Comparative Example 4
In a KRC kneader of a twin-screw kneader, 224.2 parts of a polycarbonate diol “Nippolan 980R” having an Mn of 2,000, 22.9 parts of DMPA, and 73 parts of 4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate (hydrogenated MDI) were added in a nitrogen atmosphere. Introduced in. Thereafter, the mixture was heated to 200 ° C. and kneaded for 10 minutes to carry out a urethanization reaction. The reaction product was taken out, rolled with a press machine heated to 180 ° C., and then cut with a square pellet machine. Subsequently, after adding 17.2 parts of triethylamine (neutralizing agent) to 662.8 parts of ion-exchanged water at 90 ° C. and dispersing at 16,000 rpm for 3 minutes using a TK homomixer at 90 ° C. A polyurethane resin aqueous dispersion was obtained by dispersing for 3 minutes at 20,000 rpm using CLEARMIX under the condition of 90 ° C. Furthermore, an attempt was made to pass the obtained dispersion through a high-pressure homogenizer under a pressure of 150 MPa under the condition of 90 ° C., but the volume average particle size of the polyurethane resin aqueous dispersion was too large, so the flow path of the high-pressure homogenizer The resin composition was clogged inside. Table 1 shows the physical properties of the polyurethane resin aqueous dispersion before passing through the high-pressure homogenizer. Moreover, about the dry film, the film for evaluation was not able to be created.

上記で得られた水分散体の各物性値を測定した。測定方法を以下に示す。
<Mw/Mn>
ポリウレタン樹脂を、DMF中にポリウレタン樹脂固形分が0.0125重量%となるように加えて、常温で1時間撹拌後、0.3μmの孔径のフィルターで加圧ろ過して、得られたろ液に含まれているウレタン樹脂を、DMFを溶媒として分子量標準としてポリスチレンを用いて、GPCにより測定した。
<Dv/Dn>
ポリウレタン樹脂水分散体を、イオン交換水でポリウレタン樹脂の固形分が0.01重量%となるよう希釈した後、光散乱粒度分布測定装置[ELS−8000(大塚電子株製)]を用いて測定した。
<乾燥被膜の物性(100%応力、引張強度、破断伸び)>
JIS K7311に記載の5.引張試験に基づいて行った。測定試料は、ポリウレタン樹脂水分散体10部とN−メチルピロリドン1部を均一に混合し、10cm×20cm×0.1cmのポリプロピレン製モールドに、水分乾燥後のフィルム膜厚が200μmになる量を流し込み、室温で12時間、循風乾燥機で105℃で3時間加熱乾燥することによって得られるフィルムを基に、JIS K7311に記載の5.1試験片に基づき作成した。
<分散体の臭気>
25℃に温調したポリウレタン樹脂水分散体の溶剤臭気を官能評価した。溶剤臭気が感じられない場合は○、溶剤臭気が感じられた場合を×とする。
<分散体の安定性>
25℃に温調したポリウレタン樹脂水分散体を12時間静置しておき、沈降物の発生を目視にて評価した。沈降物が発生しない場合を○、沈降物が発生した場合を×とした。
Each physical property value of the aqueous dispersion obtained above was measured. The measuring method is shown below.
<Mw / Mn>
The polyurethane resin was added to DMF so that the solid content of the polyurethane resin was 0.0125% by weight, stirred at room temperature for 1 hour, and filtered under pressure with a filter having a pore size of 0.3 μm. The contained urethane resin was measured by GPC using DMF as a solvent and polystyrene as a molecular weight standard.
<Dv / Dn>
The polyurethane resin aqueous dispersion was diluted with ion-exchanged water so that the solid content of the polyurethane resin was 0.01% by weight, and then measured using a light scattering particle size distribution analyzer [ELS-8000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.)]. did.
<Physical properties of dry film (100% stress, tensile strength, elongation at break)>
5. According to JIS K7311 Based on a tensile test. The measurement sample was 10 parts of a polyurethane resin aqueous dispersion and 1 part of N-methylpyrrolidone uniformly mixed in a 10 cm × 20 cm × 0.1 cm polypropylene mold in such an amount that the film thickness after moisture drying was 200 μm. Based on a film obtained by pouring and heating and drying at room temperature for 12 hours at 105 ° C. for 3 hours at room temperature, the film was prepared based on the test piece 5.1 described in JIS K7311.
<Odor of dispersion>
The solvent odor of the polyurethane resin aqueous dispersion adjusted to 25 ° C. was subjected to sensory evaluation. When the solvent odor is not felt, it is marked as ◯, and when the solvent odor is felt, it is marked as x.
<Stability of dispersion>
The polyurethane resin aqueous dispersion whose temperature was adjusted to 25 ° C. was allowed to stand for 12 hours, and the occurrence of sediment was visually evaluated. The case where no sediment was generated was marked as ◯, and the case where sediment was generated was marked as x.

Figure 2007277326
Figure 2007277326

本発明のポリウレタン樹脂水分散体は、塗料組成物、接着剤組成物、繊維加工用のバインダーとして好適に使用できる。   The aqueous polyurethane resin dispersion of the present invention can be suitably used as a coating composition, an adhesive composition, and a binder for fiber processing.

Claims (9)

有機溶剤を使用しないで得られ末端イソシアネート基含量が0.5重量%を超える固状のポリウレタンプレポリマー(U)を、一種以上の分散混合装置(A1)を用いてポリウレタンプレポリマー(U)の溶融温度未満の温度で水中に分散させて、体積平均粒子径0.1〜100μmのポリウレタン樹脂(U1)からなるポリウレタン樹脂水分散体(Q1)を得た後、さらに、該分散混合装置(A1)とは分散方式が異なる一種以上の分散混合装置(A2)を用いてポリウレタンプレポリマー(U)の溶融温度未満の温度で該ポリウレタン樹脂(U1)の体積平均粒子径の1/2〜1/100の体積平均粒子径まで分散させることを特徴とする、体積平均粒子径0.01〜5μmのポリウレタン樹脂からなるポリウレタン樹脂水分散体(Q2)の製造方法。   A solid polyurethane prepolymer (U) obtained without using an organic solvent and having a terminal isocyanate group content exceeding 0.5% by weight is converted into a polyurethane prepolymer (U) by using one or more dispersion mixers (A1). After being dispersed in water at a temperature lower than the melting temperature to obtain a polyurethane resin aqueous dispersion (Q1) comprising a polyurethane resin (U1) having a volume average particle diameter of 0.1 to 100 μm, the dispersion mixing device (A1) ) And a dispersion mixing apparatus (A2) of one or more different dispersion methods, at a temperature lower than the melting temperature of the polyurethane prepolymer (U), the volume average particle diameter of the polyurethane resin (U1) is 1/2 to 1 / A polyurethane resin aqueous dispersion (Q2) comprising a polyurethane resin having a volume average particle diameter of 0.01 to 5 μm, which is dispersed to a volume average particle diameter of 100 Manufacturing method. 該ポリウレタン樹脂(U)が70〜280℃の溶融温度を有し、25℃で0.2〜20mmの体積平均粒子径を有する粒子状物である請求項1記載のポリウレタン樹脂水分散体の製造方法。   The polyurethane resin aqueous dispersion according to claim 1, wherein the polyurethane resin (U) is a particulate material having a melting temperature of 70 to 280 ° C and a volume average particle diameter of 0.2 to 20 mm at 25 ° C. Method. 該分散混合装置(A1)が、回転式分散混合装置およびメディア式分散混合装置から選ばれる1種以上である請求項1または2記載のポリウレタン樹脂水分散体の製造方法。   The method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion according to claim 1 or 2, wherein the dispersion mixing device (A1) is at least one selected from a rotary dispersion mixing device and a media type dispersion mixing device. 該分散混合装置(A2)が、高圧式分散混合装置である請求項1〜3のいずれか記載のポリウレタン樹脂水分散体の製造方法。   The method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion according to any one of claims 1 to 3, wherein the dispersion mixer (A2) is a high-pressure dispersion mixer. ポリウレタンプレポリマー(U)が、有機溶剤の非存在下に、150℃〜250℃で、ポリオールとポリイソシアネートをウレタン化反応させて得られたポリウレタンプレポリマーである請求項1〜4のいずれか記載のポリウレタン樹脂水分散体の製造方法。   The polyurethane prepolymer (U) is a polyurethane prepolymer obtained by urethanating a polyol and a polyisocyanate at 150 ° C to 250 ° C in the absence of an organic solvent. A method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion. ウレタン化反応が、一軸または二軸の混練機中で行われることを特徴とする請求項5記載のポリウレタン樹脂水分散体の製造方法。   6. The method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion according to claim 5, wherein the urethanization reaction is carried out in a uniaxial or biaxial kneader. ウレタン化反応に引き続いて、体積平均粒子径0.2〜20mmの固体粒子の調製、ポリウレタン樹脂水分散体(Q1)の製造およびポリウレタン樹脂水分散体(Q2)の製造を連続で行うことを特徴とする請求項5または6記載のポリウレタン樹脂水分散体の製造方法。   Following the urethanization reaction, preparation of solid particles having a volume average particle diameter of 0.2 to 20 mm, production of the polyurethane resin water dispersion (Q1) and production of the polyurethane resin water dispersion (Q2) are continuously performed. A process for producing an aqueous polyurethane resin dispersion according to claim 5 or 6. ポリウレタンプレポリマー(U)中の親水性基の含有量が、ポリウレタンプレポリマー(U)の重量に基づいて5%以下である請求項1〜7のいずれか記載のポリウレタン樹脂水分散体の製造方法。   The method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion according to any one of claims 1 to 7, wherein the content of the hydrophilic group in the polyurethane prepolymer (U) is 5% or less based on the weight of the polyurethane prepolymer (U). . 請求項1〜8のいずれか記載の製造方法で得られ、以下の(1)〜(3)の全てを満たすポリウレタン樹脂水分散体。
(1)ポリウレタン樹脂水分散体中の有機溶剤含量が0.1%以下である。
(2)ポリウレタン樹脂の体積平均粒子径(Dv)が0.01〜5μmである。
(3)ポリウレタン樹脂の体積平均粒子径/個数平均粒子径(Dv/Dn)が1.2〜5である。
A polyurethane resin aqueous dispersion obtained by the production method according to claim 1 and satisfying all of the following (1) to (3).
(1) The organic solvent content in the polyurethane resin aqueous dispersion is 0.1% or less.
(2) The volume average particle diameter (Dv) of the polyurethane resin is 0.01 to 5 μm.
(3) The volume average particle diameter / number average particle diameter (Dv / Dn) of the polyurethane resin is 1.2-5.
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