JP2014227501A - Aqueous urethane-modified (meth)acrylic resin dispersion and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method capable of stably manufacturing an aqueous urethane-modified (meth)acrylic resin dispersion and yielding an aqueous urethane-modified (meth)acrylic resin dispersion having a favorable liquid stability.SOLUTION: A polyol (a) and an acid anhydride (b) are reacted within a monomer composition (A) including a (meth)acrylic monomer for generating a carboxyl group-containing polyol (B) and for obtaining a liquid mixture (I) including the monomer composition (A) and polyol (B). The polyol (B), a polyisocyanate (c), and a compound (d) including glycidyl groups and polymerizable unsaturated groups are reacted within the liquid mixture (I) for generating an urethane prepolymer (C2) including carboxyl groups and polymerizable unsaturated groups and for obtaining a liquid mixture (II) including the monomer composition (A) and urethane prepolymer (C2). After the liquid mixture (II) has been emulsified by adding thereto a neutralizer and water and then polymerized, an aqueous urethane-modified (meth)acrylic resin dispersion is obtained.

Description

本発明は、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion and a method for producing the same.

従来、コーティング剤、塗料、インキ用の水性樹脂として、(メタ)アクリル樹脂やウレタン樹脂が使用されている。
(メタ)アクリル樹脂は、耐候性、光沢、耐アルカリ性等に優れているが、塗膜にした際の硬さと軟さの両立が困難であり、耐屈曲性、耐衝撃性、耐摩耗性等が不充分であった。一方、ウレタン樹脂は、機械的物性、密着性、耐磨耗性、柔軟性等に優れているが、耐候性、耐アルカリ性、耐熱性などが不良であり、かつ高価であった。
Conventionally, (meth) acrylic resins and urethane resins have been used as aqueous resins for coating agents, paints, and inks.
(Meth) acrylic resin is excellent in weather resistance, gloss, alkali resistance, etc., but it is difficult to achieve both hardness and softness when formed into a coating film, such as flex resistance, impact resistance, wear resistance, etc. Was insufficient. On the other hand, the urethane resin is excellent in mechanical properties, adhesion, abrasion resistance, flexibility and the like, but has poor weather resistance, alkali resistance, heat resistance and the like, and is expensive.

特許文献1では、ウレタン樹脂について、水性ラミネート用接着剤の樹脂バインダーとして用いたときのラミネート強度、耐水性、耐熱水性等の改善を目的として、有機ジイソシアネート化合物、高分子量ジオール化合物、アルケンジオール等の鎖伸長剤および反応停止剤を反応させて、分子内に少なくとも1つのヒドラジン残基およびラジカル重合性二重結合を有し、分子量が4,000〜200,000であるウレタン樹脂を製造する方法が開示されている。
しかし、ウレタン樹脂である以上、特許文献1に記載の方法による改善効果には限界がある。
In Patent Document 1, for urethane resins, organic diisocyanate compounds, high molecular weight diol compounds, alkene diols, and the like are used for the purpose of improving laminate strength, water resistance, hot water resistance, etc. when used as a resin binder for aqueous laminate adhesives. A method for producing a urethane resin having a molecular weight of 4,000 to 200,000 by reacting a chain extender and a reaction terminator and having at least one hydrazine residue and a radical polymerizable double bond in the molecule. It is disclosed.
However, as long as it is a urethane resin, the improvement effect by the method described in Patent Document 1 is limited.

両方の樹脂の欠点を補うため、(メタ)アクリル樹脂とウレタン樹脂を結合させる方法が提案されている。
例えば特許文献2には、活性水素を有しない(メタ)アクリル系モノマー中で、ポリイソシアネートと、水酸基及びアミノ基から選ばれる官能基を2つ以上含み、かつ酸性官能基を有する化合物と、酸性官能基を有しないポリオールと、分子内にグリシジル基および重合性不飽和基を有する化合物とを反応させて、重合性不飽和基及び酸性官能基を有するウレタンプレポリマーを製造し、ついでこれを中和し、水希釈して乳化させた後、該ウレタンプレポリマーの鎖延長反応と、前記(メタ)アクリル系モノマーと前記ウレタンプレポリマーとのラジカル重合反応とを行うことで、アクリル樹脂とウレタン樹脂が結合した水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液を製造する方法が開示されている。
In order to compensate for the disadvantages of both resins, a method of combining a (meth) acrylic resin and a urethane resin has been proposed.
For example, Patent Document 2 discloses that in a (meth) acrylic monomer having no active hydrogen, a polyisocyanate, a compound containing two or more functional groups selected from a hydroxyl group and an amino group, and having an acidic functional group, an acidic A urethane prepolymer having a polymerizable unsaturated group and an acidic functional group is produced by reacting a polyol having no functional group with a compound having a glycidyl group and a polymerizable unsaturated group in the molecule. After mixing, diluting with water and emulsifying, the urethane prepolymer is subjected to a chain extension reaction and a radical polymerization reaction of the (meth) acrylic monomer and the urethane prepolymer, whereby an acrylic resin and a urethane resin are obtained. A method for producing an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion in which is bonded is disclosed.

特開平7−196764号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-196664 特開2011−173954号公報JP2011-173955 A

特許文献2に記載の方法によれば、耐アルコールショック性、凍結融解サイクルに対する耐久性、熱安定性等の液安定性に優れた水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液が得られるとされている。
しかし、本発明者の検討によれば、特許文献2に記載の方法は、液安定性に未だ改善の余地がある。また、製造安定性にも改善の余地がある。例えば特許文献2に記載の方法では、酸性官能基を有する化合物等が(メタ)アクリル系モノマーに溶解し難く、ウレタン化反応の進行に伴い、析出物の発生が起こり、ウレタンプレポリマーの製造の安定性が低下し易い。
According to the method described in Patent Document 2, an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion excellent in liquid stability such as alcohol shock resistance, durability against freeze-thaw cycles, and thermal stability is obtained. Yes.
However, according to the study of the present inventor, the method described in Patent Document 2 still has room for improvement in liquid stability. There is also room for improvement in manufacturing stability. For example, in the method described in Patent Document 2, it is difficult for a compound having an acidic functional group or the like to be dissolved in a (meth) acrylic monomer, and as the urethanization reaction proceeds, generation of precipitates occurs, and the urethane prepolymer is produced. Stability is likely to decrease.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液を安定に製造でき、得られる水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液の液安定性も良好な製造方法、および該製造方法により得られる水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can stably produce an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion, and the liquid stability of the resulting aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion is also good. An object of the present invention is to provide a simple production method and an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion obtained by the production method.

本発明の第一の態様は、下記の工程1、工程2および工程3を含む、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液の製造方法である。
工程1:(メタ)アクリル系モノマーを含むモノマー組成物(A)中で、ポリオール(a)と、酸無水物(b)とを反応させて、カルボキシ基を有するポリオール(B)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ポリオール(B)とを含む混合液(I)を得る工程。
工程2:工程1で得られた混合液(I)中で、前記ポリオール(B)と、ポリイソシアネート(c)と、グリシジル基および重合性不飽和基を有する化合物(d)とを反応させて、カルボキシ基および重合性不飽和基を有するウレタンプレポリマー(C2)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ウレタンプレポリマー(C2)とを含む混合液(II)を得る工程。
工程3:工程2で得られた混合液(II)に中和剤および水を加えて乳化させた後、重合反応を行って、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液を得る工程。
The first aspect of the present invention is a method for producing an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion, comprising the following step 1, step 2 and step 3.
Step 1: In the monomer composition (A) containing a (meth) acrylic monomer, the polyol (a) and the acid anhydride (b) are reacted to produce a polyol (B) having a carboxy group, The process of obtaining the liquid mixture (I) containing the said monomer composition (A) and the said polyol (B).
Step 2: In the mixed liquid (I) obtained in Step 1, the polyol (B), the polyisocyanate (c), and the compound (d) having a glycidyl group and a polymerizable unsaturated group are reacted. The process which produces | generates the urethane prepolymer (C2) which has a carboxy group and a polymerizable unsaturated group, and obtains the liquid mixture (II) containing the said monomer composition (A) and the said urethane prepolymer (C2).
Step 3: A step of adding a neutralizing agent and water to the mixed liquid (II) obtained in Step 2 to emulsify, and then performing a polymerization reaction to obtain an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion.

本発明の第二の態様は、下記の工程1、工程4および工程5を含む、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液の製造方法である。
工程1:(メタ)アクリル系モノマーを含むモノマー組成物(A)中で、ポリオール(a)と、酸無水物(b)とを反応させて、カルボキシ基を有するポリオール(B)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ポリオール(B)とを含む混合液(I)を得る工程。
工程4:工程1で得られた混合液(I)中で、前記ポリオール(B)と、ポリイソシアネート(c)とを反応させて、カルボキシ基を有するウレタンプレポリマー(C4)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ウレタンプレポリマー(C4)とを含む混合液(IV)を得る工程。
工程5:工程4で得られた混合液(IV)に中和剤と水とを加えて乳化させた後、グリシジル基および重合性不飽和基を有する化合物(d)と前記ウレタンプレポリマー(C4)との反応、および重合反応を行って、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液を得る工程。
The second aspect of the present invention is a method for producing an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion, comprising the following step 1, step 4 and step 5.
Step 1: In the monomer composition (A) containing a (meth) acrylic monomer, the polyol (a) and the acid anhydride (b) are reacted to produce a polyol (B) having a carboxy group, The process of obtaining the liquid mixture (I) containing the said monomer composition (A) and the said polyol (B).
Step 4: In the mixed liquid (I) obtained in Step 1, the polyol (B) and the polyisocyanate (c) are reacted to produce a urethane prepolymer (C4) having a carboxy group, The process of obtaining liquid mixture (IV) containing a monomer composition (A) and the said urethane prepolymer (C4).
Step 5: The mixture (IV) obtained in Step 4 is emulsified by adding a neutralizing agent and water, and then the compound (d) having a glycidyl group and a polymerizable unsaturated group and the urethane prepolymer (C4). ) And a polymerization reaction to obtain an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion.

本発明の第三の態様は、前記第一の態様または第二の態様の製造方法により得られる水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液である。   The third aspect of the present invention is an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion obtained by the production method of the first aspect or the second aspect.

本発明によれば、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液を安定に製造でき、得られる水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液の液安定性も良好な製造方法、および該製造方法により得られる水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液を提供できる。   According to the present invention, a water-based urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion can be stably produced, and the resulting water-based urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion has good liquid stability and is obtained by the production method. An aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion can be provided.

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本明細書において、(メタ)アクリレートは、アクリレートとメタクリレートの両方を示し、(メタ)アクリル酸は、アクリル酸とメタクリル酸の両方を示すものとする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In this specification, (meth) acrylate indicates both acrylate and methacrylate, and (meth) acrylic acid indicates both acrylic acid and methacrylic acid.

[第一の態様の製造方法]
本発明の第一の態様の製造方法(以下、製造方法(1)ともいう。)は、下記の工程1、工程2および工程3を含む。
工程1:(メタ)アクリル系モノマーを含むモノマー組成物(A)中で、ポリオール(a)(以下、「(a)成分」という。)と、酸無水物(b)(以下、「(b)成分」という。)とを反応させて、カルボキシ基を有するポリオール(B)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ポリオール(B)とを含む混合液(I)を得る工程。
工程2:工程1で得られた混合液(I)中で、前記ポリオール(B)と、ポリイソシアネート(c)(以下、「(c)成分」という。)と、グリシジル基および重合性不飽和基を有する化合物(d)(以下、「(d)成分」という。)と反応させて、カルボキシ基および重合性不飽和基を有するウレタンプレポリマー(C2)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ウレタンプレポリマー(C2)とを含む混合液(II)を得る工程。
工程3:工程2で得られた混合液(II)に中和剤および水を加えて乳化させた後、重合反応を行って、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液(以下、単に「水性樹脂分散液」ともいう。)を得る工程。
[Production Method of First Aspect]
The production method of the first aspect of the present invention (hereinafter also referred to as production method (1)) includes the following step 1, step 2 and step 3.
Step 1: In the monomer composition (A) containing the (meth) acrylic monomer, the polyol (a) (hereinafter referred to as “component (a)”) and the acid anhydride (b) (hereinafter referred to as “(b ) Component ”) to produce a polyol (B) having a carboxy group to obtain a mixed liquid (I) containing the monomer composition (A) and the polyol (B).
Step 2: In the mixed liquid (I) obtained in Step 1, the polyol (B), polyisocyanate (c) (hereinafter referred to as “component (c)”), glycidyl group and polymerizable unsaturated And reacting with a group-containing compound (d) (hereinafter referred to as “component (d)”) to produce a urethane prepolymer (C2) having a carboxy group and a polymerizable unsaturated group, and the monomer composition (A And a liquid mixture (II) containing the urethane prepolymer (C2).
Step 3: The mixture (II) obtained in Step 2 was added with a neutralizing agent and water to emulsify, and then subjected to a polymerization reaction to form an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion (hereinafter simply referred to as “aqueous”). Step of obtaining a resin dispersion ”.

製造方法(1)では、(メタ)アクリル系モノマーを含むモノマー組成物(A)中で、まず、カルボキシ基を有するポリオール(B)を製造し、続いて、カルボキシ基および重合性不飽和基を有するウレタンプレポリマー(C2)を製造し、その後、中和剤および水を加えてカルボキシ基の中和および乳化を行ってから、重合反応を行う。これにより、モノマー組成物(A)を構成するモノマーおよびウレタンプレポリマー(C2)が重合し、アクリル樹脂とウレタン樹脂が結合したウレタン変性(メタ)アクリル樹脂が水中に分散した水性樹脂分散液が得られる。
以下、モノマー組成物(A)および(a)〜(d)成分、ならびに工程1〜3について詳しく説明する。
In the production method (1), in the monomer composition (A) containing a (meth) acrylic monomer, first, a polyol (B) having a carboxy group is produced, and then a carboxy group and a polymerizable unsaturated group are produced. A urethane prepolymer (C2) is produced, and then a neutralizing agent and water are added to neutralize and emulsify carboxy groups, and then a polymerization reaction is performed. As a result, the monomer constituting the monomer composition (A) and the urethane prepolymer (C2) are polymerized to obtain an aqueous resin dispersion in which the urethane-modified (meth) acrylic resin in which the acrylic resin and the urethane resin are bonded is dispersed in water. It is done.
Hereinafter, the monomer composition (A) and the components (a) to (d) and the steps 1 to 3 will be described in detail.

<モノマー組成物(A)>
モノマー組成物(A)は、(メタ)アクリル系モノマーを含む。
(メタ)アクリル系モノマーは、(メタ)アクリロイル基(CH=C(R)−C(=O)−、Rは水素原子またはメチル基を表す。)を有する化合物である。(メタ)アクリル系モノマーが有する(メタ)アクリロイル基は1つでも2つ以上でもよい。
<Monomer composition (A)>
The monomer composition (A) contains a (meth) acrylic monomer.
The (meth) acrylic monomer is a compound having a (meth) acryloyl group (CH 2 ═C (R) —C (═O) —, where R represents a hydrogen atom or a methyl group). The (meth) acrylic monomer may have one (meth) acryloyl group or two or more.

(メタ)アクリル系モノマーの例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、炭素数12〜13のアルキル基を有する(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、プロポキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)メタクリレート、メトキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエトキシエチル((メタ)アクリレート、プロポキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエトキシエチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド等のアミド基を有する(メタ)アクリル系単量体;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピルメタクリレート等の三級アミノ基を有する(メタ)アクリル酸エステル;シクロペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート等の脂環式(メタ)アクリル酸エステル;メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル等の芳香族(メタ)アクリル系単量体;γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン等の含珪素アクリル系単量体;オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、パーフルオロシクロヘキシル(メタ)アクリレート等の含フッ素アクリル系単量体;ブロックされたイソシアネート基を有する(メタ)アクリル系単量体;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸等のカルボキシ基を有する(メタ)アクリル系単量体;などが挙げられる。また、(メタ)アクリル系モノマーとして、(メタ)アクリロイル基を2つ有するもの(例えばポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等)を用いてもよい。   Examples of (meth) acrylic monomers include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, and 2-ethylhexyl. (Meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, nonyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, (meth) acrylate having an alkyl group having 12 to 13 carbon atoms, tridecyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, Methoxyethyl (meth) acrylate, ethoxyethyl (meth) acrylate, propoxyethyl (meth) acrylate, butoxyethyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) methacrylate, methoxy ester (Meth) acrylic acid alkyl esters such as xylethyl (meth) acrylate, ethoxyethoxyethyl ((meth) acrylate, propoxyethoxyethyl (meth) acrylate, butoxyethoxyethyl (meth) acrylate); (meth) acrylamide, N-butoxymethyl ( (Meth) acrylic monomers having amide groups such as (meth) acrylamide, N-methylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N-isopropyl (meth) acrylamide; N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, (Meth) acrylic acid ester having a tertiary amino group such as N, N-diethylaminoethyl (meth) acrylate and N, N-dimethylaminopropyl methacrylate; cyclopentyl (meth) acrylate, cyclohexyl (medium ) Alicyclic (meth) acrylic esters such as acrylate and isobornyl (meth) acrylate; Aromatic (meth) acrylic monomers such as benzyl methacrylate and phenyl methacrylate; γ-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane and the like Silicon-containing acrylic monomers; fluorinated acrylic monomers such as octafluoropentyl (meth) acrylate and perfluorocyclohexyl (meth) acrylate; (meth) acrylic monomers having blocked isocyanate groups; 2 -(Meth) acrylic acid ester having a hydroxyl group such as hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate; (meth) acrylic having a carboxy group such as (meth) acrylic acid Monomers; etc. And the like. A (meth) acrylic monomer having two (meth) acryloyl groups (for example, polyethylene glycol di (meth) acrylate) may be used.

モノマー組成物(A)中の(メタ)アクリル系モノマーは1種でもよく2種以上でもよい。
得られる水性樹脂分散液をコーティング剤、塗料、インキ等に用いたときの被塗装物への塗装性、形成される塗膜の被塗装物への密着性、塗膜物性等のバランスの点で、モノマー組成物(A)は、2種以上の(メタ)アクリル系モノマーを含むことが好ましい。
The (meth) acrylic monomer in the monomer composition (A) may be one type or two or more types.
When using the resulting aqueous resin dispersion in coating agents, paints, inks, etc., in terms of the balance of paintability to the object to be coated, adhesion of the formed film to the object to be coated, and film properties The monomer composition (A) preferably contains two or more (meth) acrylic monomers.

(メタ)アクリル系モノマーとしては、上記の中でも、分子内に活性水素を有しない(メタ)アクリル系モノマー(以下、「(e)成分」ともいう。)が好ましい。
活性水素とは、酸素や窒素など電気陰性度の大きな原子に結合し、反応性の高い水素を意味する。たとえばカルボキシ基、水酸基、メチロール基、シラノール基、1級アミノ基、2級アミノ基等に含まれる水素は活性水素である。
(e)成分としては、上記の(メタ)アクリル系モノマーの中でも、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、および三級アミノ基を有する(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、炭素数12、13のアルキルを有する(メタ)アクリレート、トリデシルメタクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等がより好ましい。
三級アミノ基を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート等がより好ましい。
Among the above, the (meth) acrylic monomer is preferably a (meth) acrylic monomer having no active hydrogen in the molecule (hereinafter also referred to as “component (e)”).
Active hydrogen means highly reactive hydrogen bonded to an atom having a large electronegativity such as oxygen or nitrogen. For example, hydrogen contained in a carboxy group, a hydroxyl group, a methylol group, a silanol group, a primary amino group, a secondary amino group, etc. is an active hydrogen.
As the component (e), among the above (meth) acrylic monomers, (meth) acrylic acid alkyl esters and (meth) acrylic acid esters having a tertiary amino group are preferable.
Examples of (meth) acrylic acid alkyl esters include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl ( More preferred are (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, nonyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, (meth) acrylate having 12 or 13 carbon atoms, tridecyl methacrylate, stearyl (meth) acrylate, and the like.
Examples of (meth) acrylic acid ester having a tertiary amino group include N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminopropyl (meth) acrylate, and the like. Is more preferable.

モノマー組成物(A)は、(メタ)アクリル系モノマーからなるものでもよく、(メタ)アクリル系モノマー以外のビニル系モノマーをさらに含むものでもよい。
ビニル系モノマーは、重合性二重結合を有する化合物である。ビニル系モノマーが有する重合性二重結合は1つでも2つ以上でもよい。
(メタ)アクリル系モノマー以外のビニル系モノマーの例としては、例えばN−ビニルピロリドン、N−ビニルイミダゾール、N−ビニルカルバゾール等の含窒素不飽和単量体;スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン系単量体;ビニルトリエトキシシラン等の含珪素不飽和単量体;イタコン酸、クロトン酸等のカルボキシ基を有する不飽和単量体等が挙げられる。また、(メタ)アクリル系モノマー以外のビニル系モノマーとして、重合性二重結合を2つ有する不飽和単量体(例えばジビニルベンゼン等)を用いてもよい。
The monomer composition (A) may be composed of a (meth) acrylic monomer or may further contain a vinyl monomer other than the (meth) acrylic monomer.
A vinyl monomer is a compound having a polymerizable double bond. One or two or more polymerizable double bonds may be included in the vinyl monomer.
Examples of vinyl monomers other than (meth) acrylic monomers include, for example, nitrogen-containing unsaturated monomers such as N-vinylpyrrolidone, N-vinylimidazole and N-vinylcarbazole; styrene such as styrene and α-methylstyrene Examples thereof include silicon-based unsaturated monomers such as vinyltriethoxysilane; unsaturated monomers having a carboxy group such as itaconic acid and crotonic acid. Moreover, you may use the unsaturated monomer (for example, divinylbenzene etc.) which has two polymerizable double bonds as vinylic monomers other than a (meth) acrylic-type monomer.

モノマー組成物(A)中の(メタ)アクリル系モノマーの含有量は、モノマー組成物(A)を構成する全モノマーの合計量(100質量%)に対し、60〜100質量%が好ましく、80〜100質量%がより好ましい。モノマー組成物(A)中の(メタ)アクリル系モノマーの含有量が前記範囲の下限値(60質量%)以上であると、後述する(a)〜(c)成分を良く溶解させ、ウレタン化反応を安定に行うことができ、ウレタンプレポリマーを高分子量化させ易い。ウレタンプレポリマーが高分子量化すると、得られる水性樹脂分散液から形成される塗膜の耐溶剤性や耐水性が向上する。   The content of the (meth) acrylic monomer in the monomer composition (A) is preferably 60 to 100% by mass with respect to the total amount (100% by mass) of all monomers constituting the monomer composition (A). -100 mass% is more preferable. When the content of the (meth) acrylic monomer in the monomer composition (A) is not less than the lower limit (60% by mass) of the above range, the components (a) to (c) described later are well dissolved and urethanized. Reaction can be performed stably and it is easy to make a urethane prepolymer high molecular weight. When the urethane prepolymer has a high molecular weight, the solvent resistance and water resistance of the coating film formed from the resulting aqueous resin dispersion are improved.

モノマー組成物(A)は、(メタ)アクリル系モノマーとして、または(メタ)アクリル系モノマー以外のビニル系モノマーとして、分子内に活性水素を有するモノマー(以下、「(f)成分」ともいう。)を含んでもよい。
ただし、モノマー組成物(A)中の(e)成分と(f)成分との比率は、質量比で、(e)成分:(f)成分=60:40〜100:0の範囲内が好ましく、(e)成分:(f)成分=80:20〜100:0の範囲内がより好ましい。(e)成分の比率が、前記範囲の下限値((e)成分:(f)成分=60:40)以上であると、ウレタン化反応が効率良く進行し、ウレタンプレポリマーを高分子量化させ易い。ウレタンプレポリマーが高分子量化すると、得られる水性樹脂分散液から形成される塗膜の耐溶剤性や耐水性が向上する。
The monomer composition (A) is also referred to as a monomer having active hydrogen in the molecule (hereinafter referred to as “component (f)”) as a (meth) acrylic monomer or a vinyl monomer other than the (meth) acrylic monomer. ) May be included.
However, the ratio of the (e) component and the (f) component in the monomer composition (A) is a mass ratio, and preferably within the range of (e) component: (f) component = 60: 40 to 100: 0. (E) component: (f) component = more preferably within the range of 80:20 to 100: 0. When the ratio of the component (e) is not less than the lower limit of the above range (component (e): component (f) = 60: 40), the urethanization reaction proceeds efficiently, and the urethane prepolymer has a high molecular weight. easy. When the urethane prepolymer has a high molecular weight, the solvent resistance and water resistance of the coating film formed from the resulting aqueous resin dispersion are improved.

モノマー組成物(A)を構成するモノマーとしては、後述する(a)〜(c)成分をよく溶解させるモノマーを選択することが望ましいが、初期仕込みの段階で完全溶解させなくても、昇温後反応の進行に伴い溶解させるようなモノマーであればよい。   As the monomer constituting the monomer composition (A), it is desirable to select a monomer that dissolves the components (a) to (c) described later well. Any monomer that dissolves as the post-reaction progresses may be used.

<(a)成分>
(a)成分は、ポリオールである。ポリオールは、分子内に水酸基を2つ以上有する化合物である。
(a)成分としては、分子量が50〜500の低分子量ポリオール、分子量が500〜5000の高分子量ポリオールなどが挙げられる。
低分子量ポリオールの例としては、エチレングリコール、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、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール等の2価のアルコールなどが挙げられる。
<(A) component>
The component (a) is a polyol. A polyol is a compound having two or more hydroxyl groups in the molecule.
Examples of the component (a) include a low molecular weight polyol having a molecular weight of 50 to 500 and a high molecular weight polyol having a molecular weight of 500 to 5000.
Examples of the low molecular weight polyol include divalent alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, trimethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, hexamethylene glycol, and neopentyl glycol.

高分子量ポリオールの例としては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオールなどが挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、ポリエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリ(エチレン/プロピレン)グリコール、ポリテトラメチレングリコールなどが挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、ジオールと二塩基酸の重縮合物とからなるポリエステルが挙げられる。ジオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル1,5−ペンタンジオールなどが挙げられる。二塩基酸としては、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸、イソフタル酸、テレフタル酸などが挙げられる。また、上述したポリエステル以外にも、例えばポリカプロラクトン、ポリβ−メチル−δ−バレロラクトン等のラクトン系開環重合体ポリオール、ポリカーボネートジオールなどを用いてもよい。
アクリルポリオールとしては、水酸基を有するモノマーの共重合体が挙げられる。水酸基含有モノマーとしては、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ジヒドロキシアクリレート等が挙げられる。
エポキシポリオールとしては、アミン変性エポキシ樹脂等がある。
さらに、上述したポリオール以外にも、例えばポリブタジエンジオール、ひまし油などを用いてもよい。
Examples of the high molecular weight polyol include polyether polyol, polyester polyol, acrylic polyol, and epoxy polyol.
Examples of the polyether polyol include polyethylene glycol, polyoxypropylene glycol, poly (ethylene / propylene) glycol, and polytetramethylene glycol.
Examples of the polyester polyol include polyester composed of a polycondensate of a diol and a dibasic acid. Examples of the diol include ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, and 3-methyl 1,5-pentanediol. Examples of the dibasic acid include adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, isophthalic acid, terephthalic acid and the like. In addition to the above-described polyester, for example, lactone ring-opening polymer polyols such as polycaprolactone and poly β-methyl-δ-valerolactone, polycarbonate diol, and the like may be used.
Examples of the acrylic polyol include a copolymer of a monomer having a hydroxyl group. Examples of the hydroxyl group-containing monomer include hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, hydroxybutyl acrylate, dihydroxy acrylate and the like.
Examples of the epoxy polyol include an amine-modified epoxy resin.
Further, in addition to the above-described polyol, for example, polybutadiene diol, castor oil, or the like may be used.

これら(a)成分は、1種単独または2種以上を混合して使用することができる。
被塗装物への密着性、塗装性、あるいは塗膜物性等のバランスをとるためには、(a)成分として、化学構造の異なる2種類以上を混合して使用することが好ましい。
また、2種類以上の(a)成分を併用する場合、各(a)成分の分子量を適宜選択することによっても、被塗装物への密着性、塗装性、あるいは塗膜物性等のバランスをとることができる。
These (a) components can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
In order to balance the adhesion to the object to be coated, the paintability, or the physical properties of the coating film, it is preferable to use a mixture of two or more different chemical structures as the component (a).
In addition, when two or more types of component (a) are used in combination, the adhesiveness to the object to be coated, paintability, or physical properties of the coating film can be balanced by appropriately selecting the molecular weight of each component (a). be able to.

本発明においては、(b)成分との付加反応性、およびウレタンプレポリマーの高分子量化の点から、(a)成分が、2価アルコールと、分子内に水酸基を3つ以上有するポリオールとを含むことが好ましい。
2価アルコールとしては、高分子量のポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、ポリカーボネートジオール等が好ましい。
分子内に水酸基を3つ以上有するポリオールとしては、3価以上のアルコールが好ましい。
In the present invention, from the viewpoint of addition reactivity with the component (b) and high molecular weight of the urethane prepolymer, the component (a) is a dihydric alcohol and a polyol having three or more hydroxyl groups in the molecule. It is preferable to include.
As the dihydric alcohol, high molecular weight polyether diol, polyester diol, polycarbonate diol and the like are preferable.
The polyol having three or more hydroxyl groups in the molecule is preferably a trivalent or higher alcohol.

3価以上のアルコールの例としては、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、トリメチロールベンゼン、ヘキサントリオール、ペンタントリオール、ヘプタントリオール、オクタントリオール、ノナントリオール、デカントリオール、ベンゼントリオール、トリメチロールプロパンのエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド付加物、グリセリン、ポリグリセリン等の3価のアルコール;ペンタエリスリトール、ジトリメチロールプロパン、ジグリセリン、ペンタエリスリトールのエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド付加物等の4価のアルコール;キシリトール等の5価のアルコール;ジペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビトールのエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド付加物等の6価のアルコールなどが挙げられる。
ここで、「エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド付加物」とは、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドのいずれか一方のみが付加したもの、それらの両方が付加したものを意味する。
Examples of trihydric or higher alcohols include trimethylolpropane, trimethylolethane, trimethylolbenzene, hexanetriol, pentanetriol, heptanetriol, octanetriol, nonanetriol, decanetriol, benzenetriol, ethylene oxide / Trivalent alcohols such as propylene oxide adducts, glycerin and polyglycerin; tetravalent alcohols such as pentaerythritol, ditrimethylolpropane, diglycerin and pentaerythritol ethylene oxide / propylene oxide adducts; pentavalent alcohols such as xylitol Hexavalent such as dipentaerythritol, sorbitol, mannitol, ethylene oxide / propylene oxide adduct of sorbitol, etc. Such as alcohol and the like.
Here, “ethylene oxide / propylene oxide adduct” means a product in which only one of ethylene oxide or propylene oxide is added, or a product in which both are added.

3価以上のアルコールとしては、モノマー組成物(A)への溶解性の点から、トリメチロールプロパンまたはそのエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド付加物、ペンタエリスリトールのエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド付加物、ソルビトールのエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド付加物が好ましい。
さらに、(b)成分との付加反応性の点から、分子量が50〜500の低分子量体のアルコールが好ましく、中でもトリメチロールプロパンが特に好ましい。
Examples of trihydric or higher alcohols include trimethylolpropane or its ethylene oxide / propylene oxide adduct, pentaerythritol ethylene oxide / propylene oxide adduct, and sorbitol ethylene oxide from the viewpoint of solubility in the monomer composition (A). / Propylene oxide adduct is preferred.
Further, from the viewpoint of addition reactivity with the component (b), a low molecular weight alcohol having a molecular weight of 50 to 500 is preferable, and trimethylolpropane is particularly preferable.

<(b)成分>
(b)成分は、酸無水物である。
(b)成分の例としては、無水コハク酸、オクチル無水コハク酸、オクテニル無水コハク酸、ドデシル無水コハク酸、ドデセニル無水コハク酸、テトラデシル無水コハク酸、テトラデセニル無水コハク酸、オクタデシル無水コハク酸、オクタデセニル無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物、ポリ(エチルオクタデカン二酸)無水物、ポリ(フェニルヘキサデカン二酸)無水物等の脂肪族酸無水物;テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、3,6−エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフリル)−3−メチルー3−シクロヘキセンー1,2−ジカルボン酸無水物等の脂環式酸無水物;無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビス(アンヒドロトリメリテート)、グリセロールトリストリメリテート無水物、グリセリンビスアンヒドロトリメリテートモノアセテート等の芳香族酸無水物;テトラブロモ無水フタル酸等のハロゲン系酸無水物;等が挙げられる。
<(B) component>
The component (b) is an acid anhydride.
Examples of the component (b) include succinic anhydride, octyl succinic anhydride, octenyl succinic anhydride, dodecyl succinic anhydride, dodecenyl succinic anhydride, tetradecyl succinic anhydride, tetradecenyl succinic anhydride, octadecyl succinic anhydride, octadecenyl anhydride Aliphatic acid anhydrides such as succinic acid, polyadipic acid anhydride, polyazeline acid anhydride, polysebacic acid anhydride, poly (ethyloctadecanedioic acid) anhydride, poly (phenylhexadecanedioic acid) anhydride; tetrahydrophthalic anhydride Hexahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, 3,6-endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, 5- (2,5-dioxotetrahydrofuryl) -3-methyl-3-cyclohexene 1,2-dicarboxylic anhydride Aliphatic acid anhydrides such as: phthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, benzophenone tetracarboxylic anhydride, ethylene glycol bis (anhydrotrimellitate), glycerol tristrimellitic anhydride, glycerin And aromatic acid anhydrides such as bisahydrohydrotrimellitate monoacetate; halogen acid anhydrides such as tetrabromophthalic anhydride; and the like.

これら(b)成分は、1種単独または2種以上を混合して使用することができる。
(b)成分としては、モノマー組成物(A)への溶解性の点から、無水コハク酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、グリセリンビスアンヒドロトリメリテートモノアセテートが好ましく、(a)成分との反応性の点から、無水コハク酸が特に好ましい。
These (b) components can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
As the component (b), succinic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, and glycerin bisanhydro trimellitate monoacetate are preferable from the viewpoint of solubility in the monomer composition (A). In view of reactivity, succinic anhydride is particularly preferable.

<(c)成分>
(c)成分は、ポリイソシアネートである。ポリイソシアネートは、分子内にイソシアネート基を2個以上有する化合物である。
(c)成分の例としては、脂肪族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネートおよびその誘導体などが挙げられる。具体的には、キシリレンジイソシアネート、ポリフェニルメタ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、イソホロンジイソシアネート、トリ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、ナフタレンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートなどのジイソシアネートおよびこれらの重合物が挙げられる。
また、(c)成分として、例えば上記の4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートなどのポリイソシアネート化合物と、アロファネート結合、イソシアヌレート結合、カルボジイミド結合などを有する化合物との縮合物を用いてもよい。
<(C) component>
(C) A component is polyisocyanate. Polyisocyanate is a compound having two or more isocyanate groups in the molecule.
Examples of the component (c) include aliphatic polyisocyanates, aromatic polyisocyanates, alicyclic polyisocyanates and derivatives thereof. Specifically, xylylene diisocyanate, polyphenylmethane diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate, tolylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, naphthalene diisocyanate, hydrogenated diphenylmethane diisocyanate, hydrogenated xylylene diisocyanate, dicyclohexylmethane diisocyanate And diisocyanates such as these and polymers thereof.
Further, as the component (c), for example, a condensate of a polyisocyanate compound such as the above 4,4′-diphenylmethane diisocyanate and a compound having an allophanate bond, an isocyanurate bond, a carbodiimide bond, or the like may be used.

これら(c)成分は、1種単独または2種以上を混合して使用することができる。
(c)成分としては、詳しくは後述するが、モノマー組成物(A)中で製造されたウレタンプレポリマーを水に分散する際のイソシアネート基と水との反応性、および得られる水性樹脂分散液の耐候性の点から、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネートが好ましい。さらに、モノマー組成物(A)との相溶性の点から、脂環式ポリイソシアネートが好ましく、イソホロンジイソシアネートが特に好ましい。
These (c) components can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
As component (c), as will be described in detail later, the reactivity between isocyanate groups and water when the urethane prepolymer produced in the monomer composition (A) is dispersed in water, and the resulting aqueous resin dispersion From the viewpoint of weather resistance, aliphatic polyisocyanates and alicyclic polyisocyanates are preferred. Further, from the viewpoint of compatibility with the monomer composition (A), alicyclic polyisocyanates are preferable, and isophorone diisocyanate is particularly preferable.

<(d)成分>
(d)成分は、グリシジル基および重合性不飽和基を有する化合物である。
(d)成分の例としては、グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルオキシエチルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテルなどが挙げられる。
これら(d)成分は、1種単独または2種以上を混合して使用することができる。
(d)成分としては、ウレタンプレポリマー中のカルボキシ基、あるいはポリオール(B)中のカルボキシ基との付加反応性の点から、グリシジル(メタ)アクリレートが好ましい。
<(D) component>
The component (d) is a compound having a glycidyl group and a polymerizable unsaturated group.
Examples of the component (d) include glycidyl (meth) acrylate, glycidyloxyethyl methacrylate, 4-hydroxybutyl acrylate glycidyl ether, allyl glycidyl ether, and the like.
These (d) components can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
As the component (d), glycidyl (meth) acrylate is preferable from the viewpoint of addition reactivity with the carboxy group in the urethane prepolymer or the carboxy group in the polyol (B).

《工程1》
工程1では、モノマー組成物(A)中で、(a)成分と(b)成分とを反応(付加反応)させる。これにより、カルボキシ基を有するポリオール(B)が生成し、モノマー組成物(A)とポリオール(B)とを含む混合液(I)が得られる。
<< Process 1 >>
In step 1, the component (a) and the component (b) are reacted (addition reaction) in the monomer composition (A). Thereby, the polyol (B) which has a carboxy group produces | generates, and the liquid mixture (I) containing a monomer composition (A) and a polyol (B) is obtained.

工程1においては、(a)成分と(b)成分とを、(a)成分中の水酸基と(b)成分中の酸無水物基とのモル比が水酸基:酸無水物基=4:1〜2:1の範囲内になるように配合し、反応させることが好ましい。該モル比は、水酸基:酸無水物基=3.5:1〜2.5:1の範囲内であることがより好ましい。
水酸基:酸無水物基=4:1〜2:1の範囲内で(a)成分と(b)成分とを反応させると、その後のウレタンプレポリマーの製造(工程2)と、その後の水性樹脂分散液の製造(工程3)を安定に行うことができる。
なお、付加反応時、ポリオール(B)として、分子内に水酸基数が少ないポリオールが生成すると、該ポリオールがウレタン化反応の末端封鎖剤として作用し、ウレタンプレポリマーを低分子量化させ易い。一方、分子内に水酸基数が多いポリオール(B)が生成すると、該ポリオールが、ウレタン化反応(工程2での(c)成分との反応)の架橋反応点として作用し、ウレタン化反応中の高粘度化やゲル化が起こり易くなり、製造安定性が低下し易い。
水酸基の配合比が前記範囲の下限値(水酸基:酸無水物基=2:1)以上となるように(a)成分を反応させると、末端封鎖剤として作用するポリオール(B)の発生を抑制でき、ウレタンプレポリマーを高分子量化させ易い。一方、水酸基の配合比が前記範囲の上限値(水酸基:酸無水物基=2:1)以下となるように(a)成分を反応させると、架橋反応点として作用するポリオール(B)の発生を抑制でき、ウレタン化反応を安定に行うことができる。
In step 1, the component (a) and the component (b) are mixed such that the molar ratio of the hydroxyl group in the component (a) to the acid anhydride group in the component (b) is hydroxyl group: acid anhydride group = 4: 1. It is preferable to mix and react so as to be in the range of ˜2: 1. The molar ratio is more preferably in the range of hydroxyl group: acid anhydride group = 3.5: 1 to 2.5: 1.
When the (a) component and the (b) component are reacted within the range of hydroxyl group: acid anhydride group = 4: 1 to 2: 1, the subsequent production of the urethane prepolymer (step 2) and the subsequent aqueous resin The production of the dispersion (Step 3) can be performed stably.
In addition, when a polyol having a small number of hydroxyl groups in the molecule is formed as the polyol (B) during the addition reaction, the polyol acts as a terminal blocking agent for the urethanization reaction, and the urethane prepolymer can be easily reduced in molecular weight. On the other hand, when the polyol (B) having a large number of hydroxyl groups in the molecule is produced, the polyol acts as a crosslinking reaction point of the urethanization reaction (reaction with the component (c) in step 2), High viscosity and gelation are likely to occur, and the production stability is likely to decrease.
When the component (a) is reacted so that the compounding ratio of the hydroxyl group is not less than the lower limit of the above range (hydroxyl group: acid anhydride group = 2: 1), the generation of the polyol (B) acting as a terminal blocking agent is suppressed. It is easy to increase the molecular weight of the urethane prepolymer. On the other hand, when the component (a) is reacted so that the compounding ratio of the hydroxyl group is not more than the upper limit of the above range (hydroxyl group: acid anhydride group = 2: 1), a polyol (B) that acts as a crosslinking reaction point is generated. Can be suppressed, and the urethanization reaction can be performed stably.

工程1において、(a)成分と(b)成分との反応は、通常、反応温度(反応系内の温度)50〜100℃、反応時間1〜10時間の条件で行うことが好ましい。この範囲内の条件で付加反応を行えば、ポリオール(B)が効率良く生成し、未反応の(b)成分を減らすことができる。未反応の(b)成分が減少すると、得られる水性樹脂分散液より形成される塗膜の耐溶剤性や耐水性を向上し易い。また、設定通りの酸価を有するウレタンプレポリマーを製造し易く、続く工程3での乳化と重合反応を安定に行うことができる。   In Step 1, the reaction between the component (a) and the component (b) is usually preferably carried out under conditions of a reaction temperature (temperature in the reaction system) of 50 to 100 ° C. and a reaction time of 1 to 10 hours. If the addition reaction is carried out under the conditions within this range, the polyol (B) can be produced efficiently and the unreacted component (b) can be reduced. When the amount of the unreacted component (b) decreases, it is easy to improve the solvent resistance and water resistance of the coating film formed from the aqueous resin dispersion obtained. Further, it is easy to produce a urethane prepolymer having an acid value as set, and the subsequent emulsification and polymerization reaction in Step 3 can be performed stably.

(a)成分と(b)成分との反応は、反応系内に触媒がなくても進行するが、触媒を使用すればより容易に進行させることができる。
触媒としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、トリエチルアミン、ジメチルベンジルアミン、ジメチルエタノールアミン、ジルコニウムオクトエート、亜鉛ナフテネート等が挙げられる。
The reaction between the component (a) and the component (b) proceeds even if there is no catalyst in the reaction system, but can be more easily proceeded if a catalyst is used.
Examples of the catalyst include sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, triethylamine, dimethylbenzylamine, dimethylethanolamine, zirconium octoate, zinc naphthenate and the like.

《工程2》
工程2では、工程1で得られた混合液(I)中で、ポリオール(B)と、(c)成分と、(d)成分とを反応させる。これにより、ポリオール(B)由来のカルボキシ基と、(d)成分由来の重合性不飽和基とを有するウレタンプレポリマー(C2)が生成する。
工程2は工程1の後に連続して行われ、該反応は、モノマー組成物(A)中で進行する。そのため、上記反応により、モノマー組成物(A)とウレタンプレポリマー(C2)とを含む混合液(II)が得られる。
<< Process 2 >>
In step 2, polyol (B), component (c), and component (d) are reacted in the mixed liquid (I) obtained in step 1. Thereby, the urethane prepolymer (C2) which has a carboxy group derived from the polyol (B) and a polymerizable unsaturated group derived from the component (d) is generated.
Step 2 is performed continuously after Step 1, and the reaction proceeds in the monomer composition (A). Therefore, the mixture (II) containing the monomer composition (A) and the urethane prepolymer (C2) is obtained by the above reaction.

工程2では、ポリオール(B)に対し、(c)成分および(d)成分を、得られるウレタンプレポリマー(C2)の酸価が、固形分換算で35〜150mgKOH/gの範囲内となるように配合し、反応させることが好ましい。ウレタンプレポリマー(C2)の酸価は、60〜125mgKOH/gの範囲内であることがより好ましい。
ウレタンプレポリマー(C2)の酸価が前記範囲内であれば、ウレタンプレポリマー(C2)の製造と、その後の水性樹脂分散液の製造をより安定に行うことができる。
なお、ウレタンプレポリマーの酸価(C2)が前記範囲の下限値(35mgKOH/g)以上であると、工程3での乳化時のモノマー組成物(A)の分散安定性が向上し、それ故ラジカル重合反応時のカレット発生が抑制され、製造の安定性が向上する。一方、ウレタンプレポリマー(C2)の酸価が前記範囲の上限値(150mgKOH/g)以下であると、得られる水性樹脂分散液より形成される塗膜の耐溶剤性や耐水性が向上する。
ウレタンプレポリマー(C2)の酸価は、後述する式(iii)により求められる理論値(理論酸価)である。
In Step 2, the acid value of the urethane prepolymer (C2) obtained from the component (c) and the component (d) with respect to the polyol (B) is in the range of 35 to 150 mgKOH / g in terms of solid content. It is preferable to mix and react. The acid value of the urethane prepolymer (C2) is more preferably in the range of 60 to 125 mgKOH / g.
When the acid value of the urethane prepolymer (C2) is within the above range, the production of the urethane prepolymer (C2) and the subsequent production of the aqueous resin dispersion can be performed more stably.
When the acid value (C2) of the urethane prepolymer is not less than the lower limit (35 mgKOH / g) of the above range, the dispersion stability of the monomer composition (A) at the time of emulsification in Step 3 is improved. The occurrence of cullet during radical polymerization reaction is suppressed, and the production stability is improved. On the other hand, when the acid value of the urethane prepolymer (C2) is not more than the upper limit (150 mgKOH / g) of the above range, the solvent resistance and water resistance of the coating film formed from the obtained aqueous resin dispersion are improved.
The acid value of the urethane prepolymer (C2) is a theoretical value (theoretical acid value) determined by the formula (iii) described later.

ポリオール(B)と(c)成分と(d)成分との反応は、例えば、以下の方法(2−1)または(2−2)により行うことができる。
方法(2−1):混合液(I)中で、ポリオール(B)と(c)成分との反応(ウレタン化反応)を行った後、その反応生成物と(d)成分との反応(付加反応)を行う方法。
方法(2−2):混合液(I)中で、ポリオール(B)と(d)成分との反応(付加反応)を行った後、その反応生成物と(c)成分との反応(ウレタン化反応)を行う方法。
これらのうち、得られる水性樹脂分散液の液安定性が向上する点、該水性樹脂分散液から得られる塗膜の耐水性や耐溶剤性が良好となる点から、方法(2−1)が好ましい。
Reaction of a polyol (B), (c) component, and (d) component can be performed by the following method (2-1) or (2-2), for example.
Method (2-1): In the mixed liquid (I), the reaction between the polyol (B) and the component (c) (urethanization reaction) is performed, and then the reaction between the reaction product and the component (d) ( (Addition reaction).
Method (2-2): Reaction (addition reaction) between polyol (B) and component (d) in mixture (I) and then reaction between the reaction product and component (c) (urethane) The method of performing a chemical reaction.
Among these, from the point that the liquid stability of the aqueous resin dispersion obtained is improved and the water resistance and solvent resistance of the coating film obtained from the aqueous resin dispersion are improved, the method (2-1) is preferable.

方法(2−1)のウレタン化反応においては、ポリオール(B)と(c)成分とを、ポリオール(B)中の水酸基と(c)成分中のイソシアネート基とのモル比が水酸基:イソシアネート基=0.5:1〜2:1の範囲内になるように配合し、反応させることが好ましい。該モル比は、水酸基:イソシアネート基=1:1〜2:1の範囲内であることがより好ましい。
水酸基:イソシアネート基が前記範囲内となるようにポリオール(B)と(c)成分とを反応させれば、末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを容易に製造できる。かかるウレタンプレポリマーは、後述する工程3にて任意に行われる鎖延長反応において高分子量化し易い。
In the urethanization reaction of the method (2-1), the polyol (B) and the component (c) are mixed such that the molar ratio of the hydroxyl group in the polyol (B) to the isocyanate group in the component (c) is hydroxyl group: isocyanate group. = It is preferable to mix | blend and react so that it may become in the range of 0.5: 1-2: 1. The molar ratio is more preferably in the range of hydroxyl group: isocyanate group = 1: 1 to 2: 1.
Hydroxyl group: When the polyol (B) and the component (c) are reacted so that the isocyanate group is within the above range, a urethane prepolymer having an isocyanate group at the terminal can be easily produced. Such a urethane prepolymer is likely to have a high molecular weight in a chain extension reaction that is optionally performed in Step 3 described later.

前記ウレタン化反応は、通常、反応温度(反応系内の温度)50〜100℃、反応時間1〜10時間の条件で行うことが好ましい。この範囲内の条件でウレタン化反応を行えば、効率良くポリオール(B)と(c)成分との反応を行うことができ、未反応のポリオール(B)や(c)成分を減らすことができる。未反応のポリオール(B)や(c)成分が減少すると、得られる水性樹脂分散液より形成される塗膜の耐溶剤性や耐水性が向上する傾向がある。   The urethanization reaction is usually preferably performed under the conditions of a reaction temperature (temperature in the reaction system) of 50 to 100 ° C. and a reaction time of 1 to 10 hours. If the urethanization reaction is performed under the conditions within this range, the reaction between the polyol (B) and the component (c) can be performed efficiently, and the unreacted polyol (B) and the component (c) can be reduced. . When unreacted polyol (B) and (c) component reduce, there exists a tendency for the solvent resistance and water resistance of the coating film formed from the aqueous resin dispersion obtained to improve.

前記ウレタン化反応では、反応中の熱によってモノマー組成物(A)が重合するのを防ぐために、空気の存在下で、p−メトキシフェノール等の重合禁止剤をモノマー組成物(A)中に加えておいてもよい。   In the urethanization reaction, a polymerization inhibitor such as p-methoxyphenol is added to the monomer composition (A) in the presence of air in order to prevent the monomer composition (A) from being polymerized by heat during the reaction. You may keep it.

前記ウレタン化反応では、反応の進行が遅い場合、触媒をウレタンプレポリマー100質量部に対して0.1〜1.0質量部程度添加してもよい。
触媒としては、例えばジブチルチンジラウレート、ジブチルチンジオクトエート、スタナスオクトエート等の有機スズ化合物;トリエチルアミン、トリエチレンジアミン等の3級アミン化合物などが挙げられる。
In the urethanization reaction, when the progress of the reaction is slow, the catalyst may be added in an amount of about 0.1 to 1.0 part by mass with respect to 100 parts by mass of the urethane prepolymer.
Examples of the catalyst include organotin compounds such as dibutyltin dilaurate, dibutyltin dioctoate, stannous octoate; and tertiary amine compounds such as triethylamine and triethylenediamine.

方法(2−1)における付加反応は、通常、反応温度(反応系内の温度)50〜100℃、反応時間1〜10時間の条件で行うことが好ましい。この範囲内の条件で付加反応を行えば、ウレタンプレポリマー(C2)中に重合性不飽和基を多量に導入でき、それ故、ウレタン樹脂−アクリル樹脂間の結合量が増え、水性樹脂分散液の液安定性が向上し易い。   In general, the addition reaction in the method (2-1) is preferably performed under the conditions of a reaction temperature (temperature in the reaction system) of 50 to 100 ° C. and a reaction time of 1 to 10 hours. If the addition reaction is carried out under the conditions within this range, a large amount of polymerizable unsaturated groups can be introduced into the urethane prepolymer (C2). Therefore, the amount of bonds between the urethane resin and the acrylic resin increases, and the aqueous resin dispersion It is easy to improve the liquid stability.

方法(2−2)における付加反応、ウレタン化反応はそれぞれ、方法(2−1)における付加反応、ウレタン化反応と同様に行うことができる。   The addition reaction and urethanization reaction in the method (2-2) can be carried out in the same manner as the addition reaction and urethanization reaction in the method (2-1), respectively.

ウレタンプレポリマー(C2)の数平均分子量は1000〜15000が好ましく、2000〜10000がより好ましい。ウレタンプレポリマー(C2)の数平均分子量が1000以上であると、水性樹脂分散液より得られる塗膜の耐溶剤性や耐水性を向上させ易い。一方、ウレタンプレポリマー(C2)の数平均分子量が15000以下であると、ウレタンプレポリマー(C2)製造時のウレタン化反応を安定に行うことができる。
ウレタンプレポリマー(C2)の数平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定されるポリスチレン換算の値である。GPCは、市販のGPC装置(例えば東ソー株式会社製)を用いて行うことができる。
ウレタンプレポリマー(C2)の数平均分子量は、方法(2−1)又は方法(2−2)で行うウレタン化反応にて、水酸基とイソシアネート基のモル比を変えることにより調整することができる。
1000-15000 are preferable and, as for the number average molecular weight of a urethane prepolymer (C2), 2000-10000 are more preferable. When the number average molecular weight of the urethane prepolymer (C2) is 1000 or more, it is easy to improve the solvent resistance and water resistance of the coating film obtained from the aqueous resin dispersion. On the other hand, when the number average molecular weight of the urethane prepolymer (C2) is 15000 or less, the urethanization reaction during the production of the urethane prepolymer (C2) can be performed stably.
The number average molecular weight of the urethane prepolymer (C2) is a value in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC). GPC can be performed using a commercially available GPC device (for example, manufactured by Tosoh Corporation).
The number average molecular weight of the urethane prepolymer (C2) can be adjusted by changing the molar ratio of the hydroxyl group to the isocyanate group in the urethanization reaction performed by the method (2-1) or the method (2-2).

混合液(II)中、ウレタンプレポリマー(C2)とモノマー組成物(A)との質量比は、ウレタンプレポリマー(C2):モノマー組成物(A)=20:80〜90:10の範囲内が好ましく、ウレタンプレポリマー(C2):モノマー組成物(A)=30:70〜70:30の範囲内がより好ましい。
ウレタンプレポリマー(C2)とモノマー組成物(A)の質量比が前記範囲内となるように各成分を配合すれば、工程2や工程3を安定に行うことができ、得られる水性樹脂分散液の液安定性が良好である。また、該水性樹脂分散液から形成される塗膜の耐溶剤性や耐水性も良好である。
なお、ウレタンプレポリマー(C2)の比率が前記範囲の下限値(ウレタンプレポリマー(C2):モノマー組成物(A)=20:80)以上であると、工程3での乳化工程時のモノマー組成物(A)の分散安定性が向上し、それ故ラジカル重合反応時のカレット発生が抑制され、製造の安定性が向上する。一方、ウレタンプレポリマー(C2)の比率が前記範囲の上限値(ウレタンプレポリマー(C2):モノマー組成物(A)=90:10)以下であると、工程2でのウレタン化反応時の系内の粘度が高くなり過ぎず、安定にウレタン化反応を行うことができる。また、続く工程3でも、中和による粘度上昇が抑えられ、乳化工程を安定に行うことができる。
In the mixed liquid (II), the mass ratio of the urethane prepolymer (C2) to the monomer composition (A) is within the range of urethane prepolymer (C2): monomer composition (A) = 20: 80 to 90:10. The urethane prepolymer (C2): monomer composition (A) is more preferably within the range of 30:70 to 70:30.
If each component is blended so that the mass ratio of the urethane prepolymer (C2) and the monomer composition (A) is within the above range, Step 2 and Step 3 can be performed stably, and the resulting aqueous resin dispersion The liquid stability is good. Moreover, the solvent resistance and water resistance of the coating film formed from the aqueous resin dispersion are also good.
In addition, the monomer composition at the time of the emulsification process in the process 3 that the ratio of a urethane prepolymer (C2) is more than the lower limit (Urethane prepolymer (C2): monomer composition (A) = 20: 80) of the said range. The dispersion stability of the product (A) is improved, so that the occurrence of cullet during the radical polymerization reaction is suppressed, and the production stability is improved. On the other hand, if the ratio of the urethane prepolymer (C2) is not more than the upper limit of the above range (urethane prepolymer (C2): monomer composition (A) = 90: 10), the system during the urethanization reaction in step 2 The inside viscosity does not become too high, and the urethanization reaction can be performed stably. Moreover, also in the following process 3, the viscosity increase by neutralization is suppressed and the emulsification process can be performed stably.

《工程3》
工程3では、まず、工程2で得られた混合液(II)に中和剤および水を加えて乳化させる(中和・乳化工程)。これにより、混合液(II)中のウレタンプレポリマー(C2)のカルボキシ基が中和されるとともに、水中に混合液(II)が分散した分散液が得られる。
中和・乳化工程の後、重合反応を行う。これにより、分散液中にて、モノマー組成物(A)を構成するモノマーおよびウレタンプレポリマー(C2)がラジカル重合し、アクリル樹脂とウレタン樹脂が結合したウレタン変性(メタ)アクリル樹脂が水中に分散した水性樹脂分散液が得られる。
必要に応じて、中和・乳化工程の後、重合反応を行う前に、または重合反応と同時に、中和されたウレタンプレポリマー(C2)の鎖延長反応を行ってもよい。
<< Process 3 >>
In step 3, first, a neutralizer and water are added to the mixed liquid (II) obtained in step 2 to emulsify (neutralization / emulsification step). Thereby, while the carboxy group of urethane prepolymer (C2) in liquid mixture (II) is neutralized, the dispersion liquid which liquid mixture (II) disperse | distributed in water is obtained.
After the neutralization / emulsification step, a polymerization reaction is performed. As a result, the monomer and the urethane prepolymer (C2) constituting the monomer composition (A) undergo radical polymerization in the dispersion, and the urethane-modified (meth) acrylic resin in which the acrylic resin and the urethane resin are bonded is dispersed in water. An aqueous resin dispersion is obtained.
If necessary, a chain extension reaction of the neutralized urethane prepolymer (C2) may be performed after the neutralization / emulsification step, before the polymerization reaction, or simultaneously with the polymerization reaction.

(中和・乳化工程)
中和・乳化工程は、例えば、混合液(II)に、中和剤と水とを混合した溶液を、滴下等により徐々に添加し、乳化させる方法、混合液(II)に、中和剤のみを添加して中和させ、その後水を添加して乳化させる方法、等により行うことができる。
中和熱が抑制され、さらに乳化が容易になる点から、混合液(II)に、中和剤と水とを混合した溶液を徐々に添加し、乳化させる方法が好ましい。
(Neutralization / emulsification process)
The neutralization / emulsification step is, for example, a method in which a solution obtained by mixing a neutralizing agent and water is gradually added dropwise to the mixed solution (II) and emulsified, and the neutralizing agent is added to the mixed solution (II). It is possible to carry out by a method such as adding only water to neutralize, and then adding water to emulsify.
From the viewpoint of suppressing the heat of neutralization and further facilitating emulsification, a method of gradually adding and emulsifying a mixed solution (II) in which a neutralizer and water are mixed is preferable.

中和剤としては、有機アミン類や無機塩基類などの塩基性物質を用いることができる。
有機アミン類としては、例えばメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、エタノールアミン、プロパノールアミン、ジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、2−ジメチルアミノ−2−メチル−1−プロパノール、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、モルホリンなどが挙げられる。
無機塩基類としては、例えばリチウム、カリウム、ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどが挙げられる。
これら中和剤は、1種単独または2種以上を混合して使用することができる。
これらの中でも、塗膜にした後に揮発性を有する点で、有機アミン類、アンモニアが好ましく、トリエチルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミンが特に好ましい。
As the neutralizing agent, basic substances such as organic amines and inorganic bases can be used.
Examples of organic amines include methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, hexylamine, octylamine, ethanolamine, propanolamine, diethanolamine, N-methyldiethanolamine, dimethylamine, diethylamine, triethylamine, N, N-dimethylethanolamine. 2-dimethylamino-2-methyl-1-propanol, 2-amino-2-methyl-1-propanol, morpholine and the like.
Examples of inorganic bases include lithium, potassium, sodium, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonia.
These neutralizing agents can be used singly or in combination of two or more.
Among these, organic amines and ammonia are preferable, and triethylamine and N, N-dimethylethanolamine are particularly preferable because they have volatility after being formed into a coating film.

中和剤の添加量は、ウレタンプレポリマー(C2)中のカルボキシ基1当量に対して、0.8〜1.2当量(中和率換算で80〜120%)程度が好ましい。中和率が0.8当量以上であると、乳化時のモノマー組成物(A)の分散安定性が向上し、それ故ラジカル重合反応時のカレット発生が抑制され、製造の安定性が向上する。一方、中和率が1.2当量以下であると、反応系の粘度が低下し、乳化が容易になる。また、得られる水性樹脂分散液中に残存する中和剤の量が少なくなるため、形成される塗膜の耐溶剤性や耐水性が向上し易い。   The addition amount of the neutralizing agent is preferably about 0.8 to 1.2 equivalents (80 to 120% in terms of neutralization rate) with respect to 1 equivalent of the carboxy group in the urethane prepolymer (C2). When the neutralization rate is 0.8 equivalents or more, the dispersion stability of the monomer composition (A) at the time of emulsification is improved, and therefore the occurrence of cullet at the time of radical polymerization reaction is suppressed, and the production stability is improved. . On the other hand, when the neutralization rate is 1.2 equivalents or less, the viscosity of the reaction system decreases and emulsification becomes easy. Moreover, since the quantity of the neutralizing agent which remains in the aqueous resin dispersion obtained becomes small, the solvent resistance and water resistance of the coating film formed are easy to improve.

ウレタンプレポリマー(C2)の粘度が高い、またはウレタンプレポリマー(C2)の酸価が低いことによって、中和剤の添加だけでは乳化が困難な場合は、反応系内に乳化剤を添加し、中和剤と併用することも可能である。
乳化剤としては、乾燥塗膜の耐水性・耐候性等を考慮し、後述する反応性乳化剤を用いるのが好ましい。
If the urethane prepolymer (C2) has a high viscosity or the urethane prepolymer (C2) has a low acid value, it is difficult to emulsify only by adding a neutralizing agent. It can also be used in combination with a Japanese-style medicine.
As the emulsifier, it is preferable to use a reactive emulsifier described later in consideration of the water resistance and weather resistance of the dried coating film.

(鎖延長反応)
中和されたウレタンプレポリマー(C2)の鎖延長反応は、反応系(中和・乳化工程で得られた分散液)内に存在する水をそのまま鎖延長剤として使用して行うことができる。
前記鎖延長反応を、水以外の鎖延長剤を使用して行ってもよい。水以外の鎖延長剤としては、ウレタン樹脂をより高分子量化できる点で、ポリアミン類が好ましい。ポリアミン類を使用するとウレタン樹脂中にウレア結合が形成され、ポリウレタン−ウレア樹脂が得られ、ウレタン樹脂部分の高分子量化が図れる。特に、3官能以上のポリアミン類は架橋剤としても作用するので、塗膜の耐溶剤性もより向上する。
ポリアミン類としては、例えばエチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン、ピペラジン、ジフェニルジアミン等の脂肪族系、脂環式系、芳香族系のジアミン、トリアミンなどが挙げられる。
ポリアミン類とともに、モノアミンを併用してもよい。モノアミンを併用すれば鎖延長反応の停止が起こるため、ウレタン樹脂の分子量の調整も容易である。
(Chain extension reaction)
The chain extension reaction of the neutralized urethane prepolymer (C2) can be carried out using water present in the reaction system (the dispersion obtained in the neutralization / emulsification step) as it is as a chain extender.
The chain extension reaction may be performed using a chain extender other than water. As the chain extender other than water, polyamines are preferable in that the urethane resin can be made higher in molecular weight. When polyamines are used, a urea bond is formed in the urethane resin, a polyurethane-urea resin is obtained, and the molecular weight of the urethane resin portion can be increased. In particular, since trifunctional or higher polyamines also act as a crosslinking agent, the solvent resistance of the coating film is further improved.
Examples of polyamines include aliphatic, alicyclic, aromatic diamines, and triamines such as ethylenediamine, propylenediamine, hexamethylenediamine, triethylenetetramine, isophoronediamine, piperazine, and diphenyldiamine.
A monoamine may be used in combination with the polyamines. When a monoamine is used in combination, the chain extension reaction is stopped, so the molecular weight of the urethane resin can be easily adjusted.

鎖延長反応を行う際の反応温度および反応時間は、使用する鎖延長剤の種類、または鎖延長剤とイソシアネート基との反応性等を考慮して適宜設定できる。
水を鎖延長剤として使用する場合、鎖延長反応は、反応温度(反応系内の温度)70℃以上で行うことが好ましい。反応温度が70℃以上であると、水を介する鎖延長反応が進行しやすくなる。
水を鎖延長剤とする鎖延長反応は、後述のモノマー組成物(A)とのラジカル重合と同時に行うことも可能である。
The reaction temperature and reaction time for carrying out the chain extension reaction can be appropriately set in consideration of the type of chain extender used or the reactivity between the chain extender and the isocyanate group.
When water is used as a chain extender, the chain extension reaction is preferably performed at a reaction temperature (temperature in the reaction system) of 70 ° C. or higher. When the reaction temperature is 70 ° C. or higher, the chain extension reaction via water tends to proceed.
The chain extension reaction using water as a chain extender can be performed simultaneously with radical polymerization with the monomer composition (A) described later.

水以外の鎖延長剤を使用する場合、ウレタンプレポリマー(C2)中のイソシアネート基と水との反応を抑制するため、これらウレタンプレポリマー(C2)を乳化させる工程の前に、または乳化工程と同時に、反応系内の温度を70℃以下(より好ましくは50℃以下)に下げた後、鎖延長剤を添加し、鎖延長反応を行うことが好ましい。反応系内の温度を70℃以下に下げることで、水とイソシアネート基の反応を抑制でき、水以外の鎖延長剤との反応を効率良く進行させ、ウレタンプレポリマー(C2)を高分子量化することが可能となる。
特に、ポリアミン類を鎖延長剤として用いて鎖延長反応を行う場合は、ポリアミンとイソシアネート基との反応性が高いことから、反応系内の温度を20〜70℃(より好ましくは20〜50℃)にして行うのが好ましい。
水に溶解するポリアミンを用いる場合、鎖延長反応は、ポリアミンを適量の水に混合し、その溶液を反応系内に滴下しながら徐々に導入する方法より行うことが、反応熱の緩和とウレタン樹脂のゲル化抑制の点から好ましい。
When a chain extender other than water is used, in order to suppress the reaction between the isocyanate group in the urethane prepolymer (C2) and water, before the step of emulsifying these urethane prepolymers (C2), or At the same time, it is preferable to lower the temperature in the reaction system to 70 ° C. or lower (more preferably 50 ° C. or lower) and then add a chain extender to carry out a chain extension reaction. By lowering the temperature in the reaction system to 70 ° C. or lower, the reaction between water and isocyanate groups can be suppressed, the reaction with a chain extender other than water is efficiently advanced, and the urethane prepolymer (C2) is increased in molecular weight. It becomes possible.
In particular, when a chain extension reaction is carried out using polyamines as chain extenders, the temperature in the reaction system is 20 to 70 ° C. (more preferably 20 to 50 ° C.) because the reactivity between the polyamine and the isocyanate group is high. ) Is preferable.
When using a polyamine that dissolves in water, the chain extension reaction can be carried out by mixing the polyamine with an appropriate amount of water and gradually introducing the solution while dripping the solution into the reaction system. It is preferable from the viewpoint of gelation suppression.

(重合反応)
重合反応は、通常、40〜100℃の温度で行うことが好ましい。
重合反応を行う際には、通常、重合開始剤が用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよい。
重合開始剤としては、例えばアゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソブチルバレロニトリル等のアゾ化合物;過酸化ベンゾイル、イソブチリルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、クミルパーオキシオクテート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシアセテート、ラウリルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジンカーボネイト等の有機過酸化物;過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素等の無機パーオキサイド化合物;などが挙げられる。
有機過酸化物または無機パーオキサイド化合物は、還元剤と組み合わせてレドックス系開始剤として使用することも可能である。例えば重合反応を70℃以下での比較的低温で行う場合(例えば水を鎖延長剤とする鎖延長反応を同時に行う場合)や、重合速度を促進させたい場合は、レドックス系開始剤が好ましい。この場合に用いられる還元剤としては、L−アスコルビン酸、L−ソルビン酸、メタ重亜硫酸ナトリウム、硫酸第二鉄、塩化第二鉄、ロンガリットなどが挙げられる。
これら重合開始剤は、1種単独または2種以上を混合して使用することができる。
重合開始剤は、モノマー組成物(A)100質量部に対して0.05〜5.00質量部の範囲内で使用するのが好ましい。
(Polymerization reaction)
The polymerization reaction is usually preferably performed at a temperature of 40 to 100 ° C.
In carrying out the polymerization reaction, a polymerization initiator is usually used. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble.
Examples of the polymerization initiator include azo compounds such as azobisisobutyronitrile and azobisisobutylvaleronitrile; benzoyl peroxide, isobutyryl peroxide, octanoyl peroxide, cumylperoxyoctate, t-butylperoxy- Organic peroxides such as 2-ethylhexanoate, t-butylperoxyacetate, lauryl peroxide, di-t-butylperoxide, di-2-ethylhexylperoxydine carbonate; potassium persulfate, ammonium persulfate, peroxysulfate And inorganic peroxide compounds such as hydrogen oxide.
An organic peroxide or an inorganic peroxide compound can also be used as a redox initiator in combination with a reducing agent. For example, a redox initiator is preferable when the polymerization reaction is performed at a relatively low temperature of 70 ° C. or lower (for example, when a chain extension reaction using water as a chain extender is performed simultaneously) or when the polymerization rate is to be accelerated. Examples of the reducing agent used in this case include L-ascorbic acid, L-sorbic acid, sodium metabisulfite, ferric sulfate, ferric chloride, Rongalite and the like.
These polymerization initiators can be used singly or in combination of two or more.
The polymerization initiator is preferably used within a range of 0.05 to 5.00 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer composition (A).

重合開始剤として油溶性重合開始剤を用いる場合は、工程2で水を添加する前に予め、ウレタンプレポリマー(C2)とモノマー組成物(A)とを含む混合液(II)中に溶解させておくことが好ましい。
重合開始剤として水溶性重合開始剤を用いる場合は、ウレタンプレポリマー(C2)とモノマー組成物(A)とを含む混合液(II)に水を添加した後、すなわち中和・乳化工程の後(水以外の鎖延長剤を使用して鎖延長反応を行う場合は、鎖延長反応の後)、得られた分散液に重合開始剤を添加するのが好ましい。
重合開始剤の添加は、一度に重合開始剤の全量を添加する方法、重合開始剤の全量を時間をかけて滴下する方法、始めに重合開始剤の一部を添加し残りを後から添加する方法のいずれの方法で行ってもよい。
When an oil-soluble polymerization initiator is used as the polymerization initiator, it is dissolved in the liquid mixture (II) containing the urethane prepolymer (C2) and the monomer composition (A) before adding water in Step 2. It is preferable to keep it.
When a water-soluble polymerization initiator is used as the polymerization initiator, after adding water to the mixture (II) containing the urethane prepolymer (C2) and the monomer composition (A), that is, after the neutralization / emulsification step It is preferable to add a polymerization initiator to the obtained dispersion (after the chain extension reaction when the chain extension reaction is performed using a chain extender other than water).
Addition of the polymerization initiator is a method of adding the whole amount of the polymerization initiator at once, a method of dropping the whole amount of the polymerization initiator over time, first adding a part of the polymerization initiator and adding the rest later. Any method may be used.

重合反応では、分子量を調節する目的で、連鎖移動剤を使用してもよい。
連鎖移動剤としては、例えばオクチルメルカプタン、ラウリルメルカプタン、2−メルカプトエタノール、ターシャルドデシルメルカプタン、チオグリコール酸などの公知の連鎖移動剤を用いることができる。
In the polymerization reaction, a chain transfer agent may be used for the purpose of adjusting the molecular weight.
As the chain transfer agent, for example, known chain transfer agents such as octyl mercaptan, lauryl mercaptan, 2-mercaptoethanol, tert-dodecyl mercaptan, and thioglycolic acid can be used.

重合反応では、ウレタンプレポリマー(C2)の乳化力が低い場合、重合中に凝集物やカレットが発生して、製造の安定性が低下することがある。
そこで、重合反応は、乳化剤の存在下で行うことが好ましい。これにより凝集物やカレットの発生を低減することができる。
乳化剤としては、乾燥塗膜の耐水性や耐候性等の点で、反応性乳化剤が好ましい。
反応性乳化剤としては、例えば、反応部位としてアリル基を分子内に有する反応性乳化剤を用いることができる。具体的には、株式会社ADEKA製の「アデカリアソープSR−10」、「ER−10」、「ER−30」等が挙げられる。
また、反応性乳化剤としては、反応部位として例えばアルケニル基等を持つアニオン性反応性乳化剤を使用することもできる。具体的には花王株式会社製の「ラテムルPD−104」等が挙げられる。
反応性乳化剤の使用量は、塗膜の耐水性および耐候性の点から、また工程2の中和・乳化工程で反応性乳化剤を使用する場合はウレタンプレポリマー(C2)製造時の重合安定性から、モノマー組成物(A)100質量部に対して、0.5〜10質量部とすることが好ましい。
In the polymerization reaction, when the emulsifying power of the urethane prepolymer (C2) is low, aggregates and cullet may be generated during the polymerization, and the production stability may be lowered.
Therefore, the polymerization reaction is preferably performed in the presence of an emulsifier. Thereby, generation | occurrence | production of the aggregate and cullet can be reduced.
As the emulsifier, a reactive emulsifier is preferable from the viewpoint of water resistance and weather resistance of the dried coating film.
As the reactive emulsifier, for example, a reactive emulsifier having an allyl group in the molecule as a reaction site can be used. Specifically, “ADEKA rear soap SR-10”, “ER-10”, “ER-30”, etc., manufactured by ADEKA Corporation are listed.
In addition, as the reactive emulsifier, an anionic reactive emulsifier having an alkenyl group or the like as a reaction site can also be used. Specific examples include “Latemul PD-104” manufactured by Kao Corporation.
The amount of the reactive emulsifier used is the polymerization stability during the production of the urethane prepolymer (C2) in terms of the water resistance and weather resistance of the coating film, and when the reactive emulsifier is used in the neutralization / emulsification step of Step 2. Therefore, the amount is preferably 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer composition (A).

重合反応を終えた直後の水性樹脂分散液の固形分濃度(樹脂固形分)は、3〜50質量%が好ましく、20〜50質量%がより好ましい。固形分濃度が3質量%以上であると、反応液をそのまま水性樹脂分散液として乾燥塗膜の形成に用いた場合に、塗膜物性向上に有効な膜厚が得られる。一方、固形分濃度が50質量%以下であると、モノマー組成物(A)のラジカル重合を安定に行うことができ、また得られる水性樹脂分散液の粘度も後述の好ましい範囲内に入り易く、作業性が向上する。
水性樹脂分散液の固形分濃度(樹脂固形分)は、後記実施例で述べる式(i)で求められる。
3-50 mass% is preferable and, as for the solid content concentration (resin solid content) of the aqueous resin dispersion immediately after finishing polymerization reaction, 20-50 mass% is more preferable. When the solid content concentration is 3% by mass or more, when the reaction solution is used as it is as an aqueous resin dispersion for forming a dry coating film, a film thickness effective for improving coating film properties can be obtained. On the other hand, when the solid content concentration is 50% by mass or less, the radical polymerization of the monomer composition (A) can be stably performed, and the viscosity of the obtained aqueous resin dispersion easily falls within the preferable range described below. Workability is improved.
The solid content concentration (resin solid content) of the aqueous resin dispersion can be obtained by the formula (i) described in Examples below.

重合反応を終えた直後の水性樹脂分散液の粘度(25℃)は、5〜1000mPa・sが好ましく、5〜100mPa・sがより好ましい。上記範囲内であると、水性樹脂分散液を塗装に用いる際、必要以上に希釈することなく固形分が高い状態で使用することができ、物性向上に有効な膜厚が得られる。
水性樹脂分散液の粘度は、後記実施例で述べる測定方法で求められる。
The viscosity (25 ° C.) of the aqueous resin dispersion immediately after finishing the polymerization reaction is preferably 5 to 1000 mPa · s, more preferably 5 to 100 mPa · s. Within the above range, when the aqueous resin dispersion is used for coating, it can be used in a state of high solid content without being diluted more than necessary, and a film thickness effective in improving physical properties can be obtained.
The viscosity of the aqueous resin dispersion is determined by the measurement method described in the examples below.

重合反応を終えた直後の水性樹脂分散液のpH(25℃)の値は、6〜10が好ましく、7〜9がより好ましい。上記範囲の下限値(pH6)以上であると、水性樹脂分散液の貯蔵安定性が良くなり、上限値(pH10)以下であると、水性樹脂分散液の粘度が低くなり扱い易くなる。
水性樹脂分散液のpHは、後記実施例で述べる測定方法で求められる。
6-10 are preferable and, as for the value of pH (25 degreeC) of the aqueous resin dispersion immediately after finishing a polymerization reaction, 7-9 are more preferable. When it is at least the lower limit (pH 6) of the above range, the storage stability of the aqueous resin dispersion is improved, and when it is not more than the upper limit (pH 10), the viscosity of the aqueous resin dispersion is lowered and it is easy to handle.
The pH of the aqueous resin dispersion is determined by the measurement method described in the examples below.

[第二の態様の製造方法]
本発明の第二の態様の製造方法(以下、製造方法(2)ともいう。)は、下記の工程1、工程4および工程5を含む。
工程1:(メタ)アクリル系モノマーを含むモノマー組成物(A)中で、ポリオール(a)((a)成分)と、酸無水物(b)((b)成分)とを反応させて、カルボキシ基を有するポリオール(B)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ポリオール(B)とを含む混合液(I)を得る工程。
工程4:工程1で得られた混合液(I)中で、前記ポリオール(B)と、ポリイソシアネート(c)((c)成分)とを反応させて、カルボキシ基を有するウレタンプレポリマー(C4)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ウレタンプレポリマー(C4)とを含む混合液(IV)を得る工程。
工程5:工程4で得られた混合液(IV)に中和剤と水とを加えて乳化させた後、グリシジル基および重合性不飽和基を有する化合物(d)((d)成分)と前記ウレタンプレポリマー(C4)との反応、および重合反応を行って、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液(水性樹脂分散液)を得る工程。
[Production Method of Second Aspect]
The production method of the second aspect of the present invention (hereinafter also referred to as production method (2)) includes the following step 1, step 4 and step 5.
Step 1: In the monomer composition (A) containing the (meth) acrylic monomer, the polyol (a) (component (a)) is reacted with the acid anhydride (b) (component (b)). The process of producing the polyol (B) which has a carboxy group, and obtaining the liquid mixture (I) containing the said monomer composition (A) and the said polyol (B).
Process 4: In the liquid mixture (I) obtained at the process 1, the said polyol (B) and polyisocyanate (c) ((c) component) are made to react, and the urethane prepolymer (C4 which has a carboxy group) ) To obtain a mixed liquid (IV) containing the monomer composition (A) and the urethane prepolymer (C4).
Step 5: The mixture (IV) obtained in Step 4 is emulsified by adding a neutralizing agent and water, and then the compound (d) (component (d)) having a glycidyl group and a polymerizable unsaturated group is used. A step of performing a reaction with the urethane prepolymer (C4) and a polymerization reaction to obtain an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion (aqueous resin dispersion).

製造方法(2)では、(メタ)アクリル系モノマーを含むモノマー組成物(A)中で、まず、カルボキシ基を有するポリオール(B)を製造し、続いて、カルボキシ基を有するウレタンプレポリマー(C4)を製造し、その後、中和剤および水を加えてカルボキシ基の中和および乳化を行ってから、(d)成分とウレタンプレポリマー(C4)との反応、および重合反応を行う。(d)成分とウレタンプレポリマー(C4)との反応により、前記ウレタンプレポリマー(C2)と同様、カルボキシ基および重合性不飽和基を有するウレタンプレポリマーが生成する。そして重合反応により、モノマー組成物(A)を構成するモノマーおよびウレタンプレポリマー(カルボキシ基および重合性不飽和基を有するもの)が重合し、アクリル樹脂とウレタン樹脂が結合したウレタン変性(メタ)アクリル樹脂が水中に分散した水性樹脂分散液が得られる。
製造方法(2)は、(d)成分を工程2で反応させるのではなく、工程3の中和・乳化工程の後に反応させる以外は、製造方法(1)と同様である。
製造方法(2)におけるモノマー組成物(A)および(a)〜(d)成分、ならびに工程1についての説明は、前述の製造方法(1)と同様である。
以下、工程4〜5について詳しく説明する。
In the production method (2), a polyol (B) having a carboxy group is first produced in a monomer composition (A) containing a (meth) acrylic monomer, and then a urethane prepolymer (C4 having a carboxy group). Then, neutralization and emulsification of the carboxy group are performed by adding a neutralizing agent and water, and then the reaction between the component (d) and the urethane prepolymer (C4) and the polymerization reaction are performed. (D) By the reaction with a urethane prepolymer (C4), the urethane prepolymer which has a carboxy group and a polymerizable unsaturated group produces | generates similarly to the said urethane prepolymer (C2). By the polymerization reaction, the monomer and the urethane prepolymer (having a carboxy group and a polymerizable unsaturated group) constituting the monomer composition (A) are polymerized, and the urethane-modified (meth) acryl is bonded to the acrylic resin and the urethane resin. An aqueous resin dispersion in which the resin is dispersed in water is obtained.
The production method (2) is the same as the production method (1) except that the component (d) is not reacted in the step 2, but is reacted after the neutralization / emulsification step in the step 3.
The description of the monomer composition (A) and the components (a) to (d) and the step 1 in the production method (2) is the same as in the production method (1) described above.
Hereinafter, Steps 4 to 5 will be described in detail.

《工程4》
工程4では、工程1で得られた混合液(I)中で、ポリオール(B)と、(c)成分とを反応させる。これにより、ポリオール(B)由来のカルボキシ基を有するウレタンプレポリマー(C4)が生成する。
工程4は工程1の後に連続して行われ、該反応は、モノマー組成物(A)中で進行する。そのため、上記反応により、モノマー組成物(A)とウレタンプレポリマー(C4)とを含む混合液(IV)が得られる。
工程4におけるポリオール(B)と(c)成分との反応(ウレタン化反応)は、前述した工程2におけるウレタン化反応と同様に行うことができる。
ウレタンプレポリマー(C4)の好ましい酸価および数平均分子量はそれぞれ、ウレタンプレポリマー(C2)と同様である。
<< Process 4 >>
In step 4, the polyol (B) and the component (c) are reacted in the mixed liquid (I) obtained in step 1. Thereby, the urethane prepolymer (C4) which has a carboxy group derived from a polyol (B) produces | generates.
Step 4 is carried out continuously after step 1, and the reaction proceeds in the monomer composition (A). Therefore, a mixed liquid (IV) containing the monomer composition (A) and the urethane prepolymer (C4) is obtained by the above reaction.
The reaction (urethanization reaction) between the polyol (B) and the component (c) in step 4 can be performed in the same manner as the urethanization reaction in step 2 described above.
The preferred acid value and number average molecular weight of the urethane prepolymer (C4) are the same as those of the urethane prepolymer (C2).

混合液(IV)中、ウレタンプレポリマー(C4)とモノマー組成物(A)との質量比は、ウレタンプレポリマー(C4):モノマー組成物(A)=20:80〜90:10の範囲内が好ましく、ウレタンプレポリマー(C4):モノマー組成物(A)=30:70〜70:30の範囲内がより好ましい。
ウレタンプレポリマー(C4)とモノマー組成物(A)の質量比が前記範囲内となるように各成分を配合すれば、工程4や工程5を安定に行うことができ、得られる水性樹脂分散液の液安定性が良好である。また、該水性樹脂分散液から形成される塗膜の耐溶剤性や耐水性も良好である。
なお、ウレタンプレポリマー(C4)の比率が前記範囲の下限値(ウレタンプレポリマー(C4):モノマー組成物(A)=20:80)以上であると、工程5での乳化工程時のモノマー組成物(A)の分散安定性が向上し、それ故ラジカル重合反応時のカレット発生が抑制され、製造の安定性が向上する。一方、ウレタンプレポリマー(C4)の比率が前記範囲の上限値(ウレタンプレポリマー(C4):モノマー組成物(A)=90:10)以下であると、工程4でのウレタン化反応時の系内の粘度が高くなり過ぎず、安定にウレタン化反応を行うことができる。また、続く工程5でも、中和による粘度上昇が抑えられ、乳化工程を安定に行うことができる。
In the mixed liquid (IV), the mass ratio of the urethane prepolymer (C4) to the monomer composition (A) is within the range of urethane prepolymer (C4): monomer composition (A) = 20: 80 to 90:10. The urethane prepolymer (C4): monomer composition (A) is more preferably within the range of 30:70 to 70:30.
If each component is blended so that the mass ratio of the urethane prepolymer (C4) and the monomer composition (A) is within the above range, Step 4 and Step 5 can be performed stably, and the resulting aqueous resin dispersion The liquid stability is good. Moreover, the solvent resistance and water resistance of the coating film formed from the aqueous resin dispersion are also good.
In addition, the monomer composition at the time of the emulsification process in the process 5 that the ratio of a urethane prepolymer (C4) is more than the lower limit (urethane prepolymer (C4): monomer composition (A) = 20: 80) of the said range. The dispersion stability of the product (A) is improved, so that the occurrence of cullet during the radical polymerization reaction is suppressed, and the production stability is improved. On the other hand, if the ratio of the urethane prepolymer (C4) is not more than the upper limit of the above range (urethane prepolymer (C4): monomer composition (A) = 90: 10), the system during the urethanization reaction in step 4 The inside viscosity does not become too high, and the urethanization reaction can be performed stably. Moreover, also in the following process 5, the viscosity increase by neutralization is suppressed and the emulsification process can be performed stably.

《工程5》
工程5では、まず、工程4で得られた混合液(IV)に中和剤および水を加えて乳化させる(中和・乳化工程)。これにより、混合液(IV)中のウレタンプレポリマー(C4)のカルボキシ基が中和されるとともに、水中に混合液(IV)が分散した分散液が得られる。
中和・乳化工程の後、(d)成分とウレタンプレポリマー(C4)との反応(付加反応)および重合反応(付加・重合工程)を行う。これにより、分散液中にて、カルボキシ基と(d)成分由来の重合性不飽和基とを有するウレタンプレポリマーが生成し、モノマー組成物(A)を構成するモノマーおよび前記ウレタンプレポリマー(カルボキシ基と重合性不飽和基とを有するもの)がラジカル重合して、アクリル樹脂とウレタン樹脂が結合したウレタン変性(メタ)アクリル樹脂が水中に分散した水性樹脂分散液が得られる。
必要に応じて、中和・乳化工程の後、付加・重合工程の前に、中和されたウレタンプレポリマー(C4)の鎖延長反応を行ってもよい。
<< Process 5 >>
In step 5, first, a neutralizing agent and water are added to the mixed liquid (IV) obtained in step 4 to emulsify (neutralization / emulsification step). Thereby, while the carboxy group of urethane prepolymer (C4) in liquid mixture (IV) is neutralized, the dispersion liquid which liquid mixture (IV) disperse | distributed in water is obtained.
After the neutralization / emulsification step, a reaction (addition reaction) and a polymerization reaction (addition / polymerization step) between the component (d) and the urethane prepolymer (C4) are performed. Thereby, in the dispersion liquid, a urethane prepolymer having a carboxy group and a polymerizable unsaturated group derived from the component (d) is generated, and the monomer constituting the monomer composition (A) and the urethane prepolymer (carboxy) Group having a polymerizable group and a polymerizable unsaturated group) is radically polymerized to obtain an aqueous resin dispersion in which a urethane-modified (meth) acrylic resin in which an acrylic resin and a urethane resin are bonded is dispersed in water.
If necessary, a chain extension reaction of the neutralized urethane prepolymer (C4) may be performed after the neutralization / emulsification step and before the addition / polymerization step.

中和・乳化工程は、工程3における中和・乳化工程と同様に行うことができる。
鎖延長反応は、工程3における鎖延長反応と同様に行うことができる。
付加・重合工程における付加反応、重合反応はそれぞれ、工程2における付加反応、工程3における重合反応と同様に行うことができる。例えば重合反応の重合開始剤として油溶性重合開始剤を用いる場合は、中和・乳化工程で水を添加する前に予め、ウレタンプレポリマー(C4)とモノマー組成物(A)とを含む混合液(IV)中に溶解させておくことが好ましい。重合開始剤として水溶性重合開始剤を用いる場合は、ウレタンプレポリマー(C4)とモノマー組成物(A)とを含む混合液(IV)に水を添加した後、すなわち中和・乳化工程の後(水以外の鎖延長剤を使用して鎖延長反応を行う場合は、鎖延長反応の後)、得られた分散液に重合開始剤を添加するのが好ましい。
付加反応および重合反応は、同時進行的に行ってもよく、付加反応を行った後に重合反応を行ってもよい。付加反応および重合反応を同時進行的に行う方法としては、例えば中和・乳化工程の前に予め、混合液(IV)に(d)成分を添加し、中和・乳化工程を行った後、所定の反応温度(付加反応および重合反応が進行する温度。例えば50〜100℃)とする方法が挙げられる。
The neutralization / emulsification step can be performed in the same manner as the neutralization / emulsification step in step 3.
The chain extension reaction can be performed in the same manner as the chain extension reaction in Step 3.
The addition reaction and polymerization reaction in the addition / polymerization step can be carried out in the same manner as the addition reaction in step 2 and the polymerization reaction in step 3, respectively. For example, when using an oil-soluble polymerization initiator as a polymerization initiator for the polymerization reaction, a liquid mixture containing the urethane prepolymer (C4) and the monomer composition (A) in advance before adding water in the neutralization / emulsification step. It is preferable to dissolve in (IV). When a water-soluble polymerization initiator is used as the polymerization initiator, after adding water to the mixed liquid (IV) containing the urethane prepolymer (C4) and the monomer composition (A), that is, after the neutralization / emulsification step It is preferable to add a polymerization initiator to the obtained dispersion (after the chain extension reaction when the chain extension reaction is performed using a chain extender other than water).
The addition reaction and the polymerization reaction may be performed simultaneously, or the polymerization reaction may be performed after the addition reaction. As a method of performing the addition reaction and the polymerization reaction simultaneously, for example, before the neutralization / emulsification step, the component (d) is added to the liquid mixture (IV) in advance, and after the neutralization / emulsion step, A method of setting to a predetermined reaction temperature (a temperature at which an addition reaction and a polymerization reaction proceed, for example, 50 to 100 ° C.) is exemplified.

重合反応を終えた直後の水性樹脂分散液の固形分濃度(樹脂固形分)は、製造方法(1)と同様、3〜50質量%が好ましく、20〜50質量%がより好ましい。
重合反応を終えた直後の水性樹脂分散液の粘度(25℃)は、製造方法(1)と同様、5〜1000mPa・sが好ましく、5〜100mPa・sがより好ましい。
重合反応を終えた直後の水性樹脂分散液のpH(25℃)の値は、製造方法(1)と同様、6〜10が好ましく、7〜9がより好ましい。
The solid content concentration (resin solid content) of the aqueous resin dispersion immediately after the completion of the polymerization reaction is preferably 3 to 50% by mass, and more preferably 20 to 50% by mass, as in the production method (1).
The viscosity (25 ° C.) of the aqueous resin dispersion immediately after finishing the polymerization reaction is preferably 5 to 1000 mPa · s, more preferably 5 to 100 mPa · s, as in the production method (1).
The value of pH (25 ° C.) of the aqueous resin dispersion immediately after finishing the polymerization reaction is preferably 6 to 10, more preferably 7 to 9, as in the production method (1).

[作用効果]
製造方法(1)または(2)によれば、水性樹脂分散液を安定に製造することができる。
例えばウレタンプレポリマーを製造する際に、(メタ)アクリル系モノマーでのウレタン化反応(工程2または4)の進行に伴う析出物の発生を抑制することができる。また、その後の乳化工程(工程3または5)で得られる分散液の高粘度化やゲル化、凝集物の発生を抑制できる。そのため、これらの工程を安定的に継続することができる。
また、製造方法(1)または(2)によれば、耐アルコールショック性、凍結融解サイクルに対する耐久性、熱安定性等の液安定性の良好な水性樹脂分散液を得ることができる。
さらに、製造方法(1)または(2)によれば、耐溶剤性および耐水性が良好な塗膜を形成できる水性樹脂分散液を得ることができる。
[Function and effect]
According to the production method (1) or (2), the aqueous resin dispersion can be produced stably.
For example, when producing a urethane prepolymer, the generation of precipitates accompanying the progress of the urethanization reaction (step 2 or 4) with a (meth) acrylic monomer can be suppressed. Further, it is possible to suppress the increase in viscosity or gelation of the dispersion obtained in the subsequent emulsification step (step 3 or 5) and the generation of aggregates. Therefore, these steps can be continued stably.
Further, according to the production method (1) or (2), an aqueous resin dispersion having good liquid stability such as alcohol shock resistance, durability against freeze-thaw cycles, and thermal stability can be obtained.
Furthermore, according to the production method (1) or (2), an aqueous resin dispersion capable of forming a coating film having good solvent resistance and water resistance can be obtained.

[水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液]
本発明の第三の態様の水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液(水性樹脂分散液)は、前記製造方法(1)または(2)により得られるものである。
本態様の水性樹脂分散液を製造する方法としては、(d)成分の付加反応が効率良く進行し、より優れた液安定性が得られる点から、製造方法(1)が好ましい。
[Aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion]
The aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion (aqueous resin dispersion) according to the third aspect of the present invention is obtained by the production method (1) or (2).
As a method for producing the aqueous resin dispersion of this embodiment, production method (1) is preferred because the addition reaction of component (d) proceeds efficiently and more excellent liquid stability can be obtained.

本態様の水性樹脂分散液は、そのまま、または必要に応じて添加剤を配合して、コーティング剤、塗料、インキなどとして使用することができる。
添加剤としては、用途に応じて公知の添加剤のなかから適宜選択することができる。
なお、水性樹脂分散液をコーティング剤、塗料、インキなどして使用する場合、ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂の樹脂固形分については特に限定されないが、通常、3〜50質量%である。樹脂固形分が高すぎる場合は、所望の値になるように、水性樹脂分散液に水や有機溶剤を配合し、希釈して使用してもよい。
The aqueous resin dispersion of this embodiment can be used as a coating agent, paint, ink or the like as it is or with additives added as necessary.
As an additive, it can select suitably from well-known additives according to a use.
In addition, when using an aqueous resin dispersion as a coating agent, a coating material, ink, etc., although it does not specifically limit about the resin solid content of a urethane-modified (meth) acrylic resin, Usually, it is 3-50 mass%. When the resin solid content is too high, water or an organic solvent may be blended in the aqueous resin dispersion so as to obtain a desired value, and may be used after dilution.

以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、本実施例において、特に断りがない限り「部」は「質量部」を意味する。
各種測定方法、評価方法は以下の通りである。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.
In this example, “part” means “part by mass” unless otherwise specified.
Various measurement methods and evaluation methods are as follows.

<ウレタンプレポリマーの物性測定>
(数平均分子量の測定)
ウレタンプレポリマーのモノマー組成物(A)混合物を、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製、ポリスチレン換算)で測定し、最も高分子量側に出たピークをウレタンプレポリマーとみなし、数平均分子量を求めた。
<Measurement of physical properties of urethane prepolymer>
(Measurement of number average molecular weight)
The monomer composition (A) mixture of urethane prepolymer was measured by gel permeation chromatography (produced by Tosoh Corporation, converted to polystyrene), the peak that appeared on the highest molecular weight side was regarded as the urethane prepolymer, and the number average molecular weight Asked.

<水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液の物性測定>
(樹脂固形分の測定)
予め得られた水性樹脂分散液の質量を測定した。ついで、分散液を105±5℃の範囲内の温度で2時間乾燥させ、乾燥残分の質量を測定し、下記式(i)により樹脂固形分を求めた。
樹脂固形分(質量%)=乾燥残分の質量(g)/乾燥前の分散液の質量(g)×100 ・・・(i)
<Measurement of physical properties of aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion>
(Measurement of resin solids)
The mass of the aqueous resin dispersion obtained in advance was measured. Next, the dispersion was dried at a temperature within the range of 105 ± 5 ° C. for 2 hours, the mass of the dried residue was measured, and the resin solid content was determined by the following formula (i).
Resin solid content (mass%) = mass of dry residue (g) / mass of dispersion before drying (g) × 100 (i)

(粘度の測定)
水性樹脂分散液を25±1℃の範囲内の温度で2時間静置した後、B型粘度計(東機産業株式会社製、「TV−22形粘度計 スピンドルタイプ」)を用いて、水性樹脂分散液の粘度(単位:mPa・s)を測定した。
(Measurement of viscosity)
The aqueous resin dispersion is allowed to stand at a temperature within a range of 25 ± 1 ° C. for 2 hours, and then is aqueous using a B-type viscometer (“TV-22 viscometer spindle type” manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). The viscosity (unit: mPa · s) of the resin dispersion was measured.

(pHの測定)
水性樹脂分散液を25±1℃の範囲内の温度で2時間静置した後、pHメーター(東亜ディーケーケー株式会社製、「Gシリーズ HM−30G」)を用いて、水性樹脂分散液のpHを測定した。
(Measurement of pH)
After leaving the aqueous resin dispersion at a temperature in the range of 25 ± 1 ° C. for 2 hours, the pH of the aqueous resin dispersion is adjusted using a pH meter (“G series HM-30G” manufactured by Toa DKK Corporation). It was measured.

<製造安定性の評価>
以下の評価基準に基づき,水性樹脂分散液製造までの各工程の製造安定性を評価した。
(ウレタン化反応工程:工程1、2または工程1、4)
工程1、工程2、工程4において、原料投入後から所定反応時間終了までの、反応系内の溶液の状態(原料の溶解性、析出物の発生等)を目視にて観察し、以下の評価基準に基づき製造の安定性を評価した。
{評価基準}
5:ウレタン化反応終了まで反応液は透明性を保ち、さらに析出物の発生も無く、製造の安定性が良好。
4:ウレタン化反応の進行により反応液はやや白濁化してくるが、析出物の発生は無く、製造の安定性に問題はない。
3:ウレタン化反応の進行により反応液は白濁化し、さらに析出物が少量発生し、製造の安定性がやや低下。
2:ウレタン化反応の進行により反応液は白濁化し、さらに析出物が多量発生し、製造の安定性が低下。
1:ウレタン化反応中、原料が完全に溶解しない、または析出物が多量に発生し、反応の継続が不能となる。
<Evaluation of manufacturing stability>
Based on the following evaluation criteria, the production stability of each step up to the production of the aqueous resin dispersion was evaluated.
(Urethanization reaction step: Step 1, 2 or Step 1, 4)
In Step 1, Step 2 and Step 4, the state of the solution in the reaction system (solubility of raw materials, generation of precipitates, etc.) from the start of raw material supply until the end of the predetermined reaction time is visually observed, and the following evaluation is performed. The production stability was evaluated based on the criteria.
{Evaluation criteria}
5: The reaction solution remains transparent until the end of the urethanization reaction, and no precipitate is generated, and the production stability is good.
4: Although the reaction solution becomes slightly turbid due to the progress of the urethanization reaction, no precipitate is generated, and there is no problem in the stability of production.
3: Due to the progress of the urethanization reaction, the reaction solution becomes cloudy, and a small amount of precipitates are generated, resulting in a slight decrease in production stability.
2: The reaction solution becomes cloudy due to the progress of the urethanization reaction, and a large amount of precipitates are generated, resulting in a decrease in production stability.
1: During the urethanization reaction, the raw materials are not completely dissolved, or a large amount of precipitates are generated, and the reaction cannot be continued.

(乳化工程:工程3または工程5)
ウレタンプレポリマーとモノマー組成物(A)とを含む混合物に中和剤と水を添加して、ウレタンプレポリマーを乳化させる工程において、中和剤と水を全量投入後の反応系内の分散液の状態(粘度、凝集物の発生、反応器内壁および撹拌羽への樹脂付着等)を目視にて観察し、以下の評価基準に基づき製造の安定性を評価した。
{評価基準}
5:分散液の粘度は低く、凝集物の発生および反応器への樹脂付着も無く、製造の安定性が良好。
4:分散液の粘度がやや高くなるが、凝集物の発生および反応器への樹脂付着は無く、製造の安定性に問題は無い。
3:分散液の粘度がやや高くなり、さらに凝集物の発生および反応器への樹脂付着が少量発生し、製造の安定性がやや低下。
2:分散液の粘度がやや高くなり、さらに凝集物の発生および反応器への樹脂付着が多量発生し、製造の安定性が低下。
1:分散液の粘度が著しく高くなる、またはゲル化する、あるいは大きな凝集物が発生し攪拌不能になる等で、乳化の継続が不能となる。
(Emulsification step: Step 3 or Step 5)
In the step of adding the neutralizing agent and water to the mixture containing the urethane prepolymer and the monomer composition (A) to emulsify the urethane prepolymer, the dispersion in the reaction system after adding all of the neutralizing agent and water. The conditions (viscosity, generation of aggregates, resin adhesion to the inner wall of the reactor and stirring blades, etc.) were visually observed, and the production stability was evaluated based on the following evaluation criteria.
{Evaluation criteria}
5: The viscosity of the dispersion is low, there is no generation of aggregates and no resin adheres to the reactor, and the production stability is good.
4: Although the viscosity of the dispersion becomes slightly high, there is no problem in the stability of production because there is no generation of aggregates and adhesion of the resin to the reactor.
3: The viscosity of the dispersion becomes slightly high, and further, the generation of aggregates and a small amount of resin adhesion to the reactor occur, resulting in a slight decrease in production stability.
2: Viscosity of the dispersion becomes slightly high, and further generation of agglomerates and adhesion of resin to the reactor occur, resulting in a decrease in production stability.
1: Continued emulsification becomes impossible because the viscosity of the dispersion becomes extremely high or gels, or large aggregates are generated and stirring becomes impossible.

(ラジカル重合工程:工程3または工程5)
ウレタンプレポリマーとモノマー組成物(A)のラジカル重合反応において、反応系内の液の状態(粘度、反応器内壁および撹拌羽へのカレット付着等)を目視で観察し、さらに以下のようにカレットの発生率を測定して、以下の評価基準に基づき製造の安定性を評価した。
カレットの発生率は、製造後150メッシュナイロン紗を用いて、分散液を濾過し、凝集物を採取、ついで、採取した凝集物を105±5℃の範囲内の温度で2時間乾燥させ、乾燥残分の質量を測定し、下記式(ii)により発生率を求めた。
カレットの発生率(質量%)=乾燥残分の質量(g)/仕込みモノマー質量(g)×100 ・・・(ii)
(Radical polymerization step: Step 3 or Step 5)
In the radical polymerization reaction of the urethane prepolymer and the monomer composition (A), the state of the liquid in the reaction system (viscosity, adhesion of cullet to the inner wall of the reactor and stirring blades, etc.) is visually observed, and cullet is further treated as follows. Was measured, and the stability of production was evaluated based on the following evaluation criteria.
The occurrence rate of cullet is determined by filtering the dispersion using a 150 mesh nylon candy after production, collecting the aggregate, and then drying the collected aggregate at a temperature within the range of 105 ± 5 ° C. for 2 hours. The mass of the remainder was measured, and the occurrence rate was determined by the following formula (ii).
Rate of occurrence of cullet (% by mass) = mass of dry residue (g) / mass of charged monomer (g) × 100 (ii)

{評価基準}
5:カレットの発生率が0.2質量%未満で、反応器および攪拌羽にカレットの付着は殆どなく、製造の安定性が良好。
4:カレットの発生率が0.2質量%以上0.5質量%未満で、反応器および攪拌羽にカレットの付着は殆どなく、製造の安定性に問題はない。
3:カレットの発生率が0.5質量%以上1質量%未満で、反応器および攪拌羽にカレットが少量付着し、製造の安定性がやや低下。
2:カレットの発生率が1質量%以上3質量%未満で、反応器および攪拌羽にカレットが多量に付着し、製造の安定性が低下。
1:カレットの発生率が3質量%以上で、反応器および攪拌羽にカレットが多量に付着し、製造の安定性が著しく不良。
{Evaluation criteria}
5: The occurrence rate of cullet is less than 0.2% by mass. Almost no cullet adheres to the reactor and the stirring blade, and the production stability is good.
4: The occurrence rate of cullet is not less than 0.2% by mass and less than 0.5% by mass, and there is almost no adhesion of cullet to the reactor and the stirring blade, and there is no problem in the stability of production.
3: The occurrence rate of cullet is 0.5% by mass or more and less than 1% by mass, and a small amount of cullet adheres to the reactor and the stirring blade, so that the production stability is slightly lowered.
2: The occurrence rate of cullet is 1% by mass or more and less than 3% by mass, and a large amount of cullet adheres to the reactor and the stirring blade, resulting in a decrease in production stability.
1: The occurrence rate of cullet is 3% by mass or more, and a large amount of cullet adheres to the reactor and the stirring blade, resulting in extremely poor production stability.

<液安定性試験>
(耐アルコールショック性の評価)
水性樹脂分散液/イソプロピルアルコール=1/1(質量比)、または水性樹脂分散液/メタノール=1/1(質量比)で配合し、それぞれを攪拌して水性樹脂分散液のアルコール配合液を作製した。
ついで、得られたアルコール配合液を25℃で2時間静置した後、B型粘度計を用いて、アルコール配合液の粘度を測定した。そして、アルコール配合前の水性樹脂分散液の粘度に対する、アルコール配合後の粘度の上昇率を求めた。さらに凝集物の発生の有無について目視にて観察した。これらの結果から、以下の評価基準に基づき耐アルコールショック性の評価を行った。
{評価基準}
5:粘度上昇率が50%未満であり、凝集物は発生していない。
4:粘度上昇率が50%以上200%未満であり、凝集物は発生していない。
3:粘度上昇率が200%以上500%未満であり、凝集物は発生していない。
2:粘度上昇率が500%以上であり、凝集物は発生していない。
1:ゲル化した。あるいは凝集物が多量に発生した。
<Liquid stability test>
(Evaluation of alcohol shock resistance)
Aqueous resin dispersion / isopropyl alcohol = 1/1 (mass ratio) or aqueous resin dispersion / methanol = 1/1 (mass ratio), and each is stirred to prepare an alcohol blend of aqueous resin dispersion did.
Subsequently, after leaving the obtained alcohol compounding liquid still at 25 degreeC for 2 hours, the viscosity of the alcohol compounding liquid was measured using the B-type viscometer. And the increase rate of the viscosity after alcohol mixing with respect to the viscosity of the aqueous resin dispersion before alcohol mixing was calculated | required. Further, the presence or absence of aggregates was visually observed. From these results, alcohol shock resistance was evaluated based on the following evaluation criteria.
{Evaluation criteria}
5: Viscosity increase rate is less than 50%, and aggregates are not generated.
4: The rate of increase in viscosity is 50% or more and less than 200%, and aggregates are not generated.
3: The viscosity increase rate is 200% or more and less than 500%, and aggregates are not generated.
2: The viscosity increase rate is 500% or more, and aggregates are not generated.
1: Gelled. Alternatively, a large amount of aggregate was generated.

(凍結融解サイクルに対する耐久性の評価)
水性樹脂分散液を0℃の条件下において完全に凍結させた後、50℃の温水中で2時間静置し溶解させた。本操作を5回繰り返し、水性樹脂分散液の凍結融解サイクル後溶液を作製した。
ついで、得られた凍結融解サイクル後溶液を25℃で2時間静置した後、B型粘度計を用いて、凍結融解サイクル後溶液の粘度を測定した。そして、凍結融解サイクル前の水性樹脂分散液の粘度に対する、凍結融解サイクル後の粘度の上昇率を求めた。さらに凝集物の発生の有無について目視にて観察した。これらの結果から、以下の評価基準に基づき凍結融解サイクルに対する耐久性の評価を行った。
{評価基準}
5:粘度上昇率が10%未満であり、凝集物は発生していない。
4:粘度上昇率が10%以上30%未満であり、凝集物は発生していない。
3:粘度上昇率が30%以上50%未満であり、凝集物は発生していない。
2:粘度上昇率が50%以上であり、凝集物は発生していない。
1:ゲル化あるいは凝集物が多量に発生した。
(Evaluation of durability against freeze-thaw cycles)
The aqueous resin dispersion was completely frozen at 0 ° C. and then allowed to stand in hot water at 50 ° C. for 2 hours for dissolution. This operation was repeated 5 times to prepare a solution after the freeze-thaw cycle of the aqueous resin dispersion.
Next, after the obtained solution after freeze-thaw cycle was allowed to stand at 25 ° C. for 2 hours, the viscosity of the solution after freeze-thaw cycle was measured using a B-type viscometer. And the increase rate of the viscosity after a freeze thaw cycle with respect to the viscosity of the aqueous resin dispersion before a freeze thaw cycle was calculated | required. Further, the presence or absence of aggregates was visually observed. From these results, durability against freeze-thaw cycles was evaluated based on the following evaluation criteria.
{Evaluation criteria}
5: The rate of increase in viscosity is less than 10%, and aggregates are not generated.
4: The rate of increase in viscosity is 10% or more and less than 30%, and aggregates are not generated.
3: The viscosity increase rate is 30% or more and less than 50%, and aggregates are not generated.
2: The viscosity increase rate is 50% or more, and aggregates are not generated.
1: A large amount of gelation or aggregation occurred.

(熱安定性の評価)
水性樹脂分散液を50℃下で15日間静置した。50℃静置後の水性樹脂分散液を25℃で2時間静置した後、B型粘度計を用いて、水性樹脂分散液の粘度を測定した。そして、50℃静置前の水性樹脂分散液の粘度に対する、50℃静置後の粘度の上昇率を求めた。さらに凝集物の発生の有無について目視にて観察した。これらの結果から、以下の評価基準に基づき熱安定性の評価を行った。
{評価基準}
5:粘度上昇率が10%未満であり、凝集物は発生していない。
4:粘度上昇率が10%以上30%未満であり、凝集物は発生していない。
3:粘度上昇率が30%以上50%未満であり、凝集物は発生していない。
2:粘度上昇率が50%以上であり、凝集物は発生していない。
1:ゲル化あるいは凝集物が多量に発生した。
(Evaluation of thermal stability)
The aqueous resin dispersion was allowed to stand at 50 ° C. for 15 days. The aqueous resin dispersion after standing at 50 ° C. was allowed to stand at 25 ° C. for 2 hours, and then the viscosity of the aqueous resin dispersion was measured using a B-type viscometer. And the increase rate of the viscosity after 50 degreeC standing with respect to the viscosity of the aqueous resin dispersion before 50 degreeC standing was calculated | required. Further, the presence or absence of aggregates was visually observed. From these results, thermal stability was evaluated based on the following evaluation criteria.
{Evaluation criteria}
5: The rate of increase in viscosity is less than 10%, and aggregates are not generated.
4: The rate of increase in viscosity is 10% or more and less than 30%, and aggregates are not generated.
3: The viscosity increase rate is 30% or more and less than 50%, and aggregates are not generated.
2: The viscosity increase rate is 50% or more, and aggregates are not generated.
1: A large amount of gelation or aggregation occurred.

<塗膜試験>
(耐溶剤性の評価)
水性樹脂分散液100部に対し、ブチルセロソルブを15部配合して、クリヤー塗料を作製した。
ついで、表面をメタノールで拭いた処理済PETシートに、バーコーターを用いて乾燥膜厚が20μmになるようにクリヤー塗料を塗装し、70℃×40分間乾燥させ、評価用塗膜を得た。
トルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、イソプロピルアルコールのいずれかの溶剤をしみ込ませたガーゼを、評価用塗膜上に50回ラビングした後、塗膜の外観変化を目視にて観察し、以下の評価基準に基づき耐溶剤性の評価を行った。
{評価基準}
5:曇りや白化が全く無い。
4:曇りや白化がごくわずかにあるが、問題ない。
3:曇り、白化が認められる。
2:かなり白化している。
1:塗膜のキズ、白化が激しい。
<Coating test>
(Evaluation of solvent resistance)
A clear coating was prepared by blending 15 parts of butyl cellosolve with 100 parts of the aqueous resin dispersion.
Then, a clear coating was applied to the treated PET sheet whose surface was wiped with methanol using a bar coater so that the dry film thickness was 20 μm, and dried at 70 ° C. for 40 minutes to obtain a coating film for evaluation.
After rubbing a gauze impregnated with any of toluene, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, and isopropyl alcohol on the evaluation coating film 50 times, the appearance change of the coating film was observed visually, and the following evaluation criteria were satisfied. Based on this, the solvent resistance was evaluated.
{Evaluation criteria}
5: No cloudiness or whitening.
4: There is very little clouding or whitening, but there is no problem.
3: Cloudiness and whitening are recognized.
2: It is considerably whitened.
1: Scratch and whitening of the coating are severe.

(耐水性の評価)
耐溶剤性の評価と同様にして、評価用塗膜を得た。
脱イオン水をしみ込ませたガーゼを、評価用塗膜上に荷重1kgをかけた状態で100回ラビングした後、塗膜の外観変化を目視にて観察し、以下の評価基準に基づき耐水性の評価を行った。
{評価基準}
5:曇りや白化が全く無い。
4:曇りや白化がごくわずかにあるが、問題ない。
3:曇り、白化が認められる。
2:かなり白化している。
1:塗膜のキズ、白化が激しい。
(Evaluation of water resistance)
An evaluation coating film was obtained in the same manner as in the solvent resistance evaluation.
After rubbing the gauze soaked with deionized water 100 times with a load of 1 kg on the evaluation coating film, the appearance change of the coating film was visually observed, and the water resistance of the coating film was evaluated based on the following evaluation criteria. Evaluation was performed.
{Evaluation criteria}
5: No cloudiness or whitening.
4: There is very little clouding or whitening, but there is no problem.
3: Cloudiness and whitening are recognized.
2: It is considerably whitened.
1: Scratch and whitening of the coating are severe.

[実施例1]
以下の手順で水性樹脂分散液(P−1)を製造した。この例の製造方法は、製造方法(1)における工程2を方法(2−1)により実施する方法(以下、製造方法(1−1)ともいう。)である。
[Example 1]
An aqueous resin dispersion (P-1) was produced by the following procedure. The manufacturing method of this example is a method (hereinafter, also referred to as manufacturing method (1-1)) in which step 2 in manufacturing method (1) is performed by method (2-1).

(工程1:ポリオール(B)の生成)
攪拌機、温度計、コンデンサーを備えた四つ口フラスコに、(a)成分のトリメチロールプロパンを5.3部、高分子量ポリオール(3−メチル−1,5−ペンタンジオールとセバシン酸から得られる数平均分子量1000のポリエステル系ジオール。以下、「ポリエステル系ジオール」という。)を15.4部、(b)成分の無水コハク酸を5部、モノマー組成物(A)のメチルメタクリレートを17.3部、イソブチルメタクリレートを17.3部、エチルアクリレートを17.3部、ノルマルブチルアクリレートを6.85部、ジメチルアミノエチルメタクリレート0.5部を仕込んだ。この混合物を攪拌しながら90℃に加熱して3時間保持し、付加反応を行い、ポリオール(B)のモノマー組成物(A)溶液を得た。
(Step 1: Production of polyol (B))
In a four-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a condenser, 5.3 parts of (a) component trimethylolpropane, a number obtained from a high molecular weight polyol (3-methyl-1,5-pentanediol and sebacic acid) 15.4 parts of polyester diol having an average molecular weight of 1000. Hereinafter referred to as “polyester diol”), 5 parts of component (b) succinic anhydride, and 17.3 parts of methyl methacrylate of monomer composition (A). 17.3 parts of isobutyl methacrylate, 17.3 parts of ethyl acrylate, 6.85 parts of normal butyl acrylate, and 0.5 part of dimethylaminoethyl methacrylate were charged. The mixture was heated to 90 ° C. with stirring and held for 3 hours to carry out an addition reaction to obtain a monomer composition (A) solution of polyol (B).

(工程2:方法(2−1)によるウレタン化反応と(d)成分の付加反応)
ついで、反応器内に(c)成分のイソホロンジイソシアネート14.3部を30分間かけて滴下し、滴下後から反応器内の温度を90℃から80℃に降温し、3時間80℃を保持してウレタン化反応を行い、カルボキシ基を有するウレタンプレポリマーのモノマー組成物(A)溶液を得た。
ついで、反応器内に(d)成分のグリシジルメタクリレート0.75部を添加し、2時間80℃を保持して付加反応を行い、カルボキシ基と重合性不飽和基を有するウレタンプレポリマー(C2)のモノマー組成物(A)溶液(混合液(II))を得た。
(Step 2: Urethane reaction by method (2-1) and addition reaction of component (d))
Next, 14.3 parts of (c) component isophorone diisocyanate was added dropwise to the reactor over 30 minutes. After the addition, the temperature in the reactor was lowered from 90 ° C. to 80 ° C., and maintained at 80 ° C. for 3 hours. A urethanization reaction was performed to obtain a monomer composition (A) solution of a urethane prepolymer having a carboxy group.
Next, 0.75 part of glycidyl methacrylate as component (d) was added to the reactor, and the addition reaction was carried out at 80 ° C. for 2 hours to obtain a urethane prepolymer (C2) having a carboxy group and a polymerizable unsaturated group. A monomer composition (A) solution (mixed solution (II)) was obtained.

(工程3:中和・乳化工程)
ついで、混合液(II)を、内温が50℃以下になるまで冷却し、そこに、トリエチルアミン5.2部と脱イオン水174部を混合した溶液(トリエチルアミン水溶液)を、30分間かけて滴下し、乳化させた。
(Process 3: Neutralization / Emulsification process)
Next, the mixed liquid (II) is cooled until the internal temperature becomes 50 ° C. or less, and a solution (triethylamine aqueous solution) in which 5.2 parts of triethylamine and 174 parts of deionized water are mixed is dropped over 30 minutes. And emulsified.

(工程3:ラジカル重合反応)
溶液が均一に乳化された後、脱イオン水3部に過硫酸カリウム0.15部を溶解させた溶液(過硫酸カリウム水溶液)を系内に添加し、徐々に昇温した。発熱を確認後、75℃で制御して1時間保持し、ラジカル重合と、水による鎖延長反応を行った。その後脱イオン水3部に過硫酸カリウム0.15部を溶解させた溶液(過硫酸カリウム水溶液)をさらに追加し、1.5時間ラジカル重合を行い、水性樹脂分散液(P−1)を得た。ラジカル重合は、反応系の温度を40℃以下にすることにより終了させた。
(Step 3: radical polymerization reaction)
After the solution was uniformly emulsified, a solution in which 0.15 part of potassium persulfate was dissolved in 3 parts of deionized water (potassium persulfate aqueous solution) was added to the system, and the temperature was gradually raised. After confirming the exotherm, the temperature was controlled at 75 ° C. and held for 1 hour to perform radical polymerization and chain extension reaction with water. Thereafter, a solution (potassium persulfate aqueous solution) in which 0.15 part of potassium persulfate was dissolved in 3 parts of deionized water was further added, and radical polymerization was performed for 1.5 hours to obtain an aqueous resin dispersion (P-1). It was. The radical polymerization was terminated by setting the temperature of the reaction system to 40 ° C. or lower.

[実施例2]〜[実施例13]
用いた原料の組成を表1、3に示す組成に変更した以外は、実施例1と同様の製造方法にて、水性樹脂分散液(P−2〜P−13)を得た。
[Example 2] to [Example 13]
Aqueous resin dispersions (P-2 to P-13) were obtained by the same production method as in Example 1 except that the composition of the raw materials used was changed to the compositions shown in Tables 1 and 3.

[実施例14]
工程2において、まず、ポリオール(B)と(d)成分との付加反応を行い、その後、ポリイソシアネート(c)を加えてウレタン化反応を行った以外は、実施例1と同様の製造方法にて、水性樹脂分散液(P−14)を得た。
この例の製造方法は、製造方法(1)における工程2を方法(2−2)により実施する方法(以下、製造方法(1−2)ともいう。)である。
[Example 14]
In step 2, first, the addition reaction between polyol (B) and component (d) was performed, and then the urethanization reaction was performed by adding polyisocyanate (c). Thus, an aqueous resin dispersion (P-14) was obtained.
The manufacturing method of this example is a method (hereinafter, also referred to as manufacturing method (1-2)) in which step 2 in manufacturing method (1) is performed by method (2-2).

[実施例15]
以下の手順で水性樹脂分散液(P−15)を製造した。この例は、製造方法(2)を採用したものである。
[Example 15]
An aqueous resin dispersion (P-15) was produced by the following procedure. In this example, the manufacturing method (2) is adopted.

(工程1:ポリオール(B)の生成)
攪拌機、温度計、コンデンサーを備えた四つ口フラスコに、(a)成分のトリメチロールプロパンを5.3部、ポリエステル系ジオールを15.4部、(b)成分の無水コハク酸を5部、モノマー組成物(A)のメチルメタクリレートを17.3部、イソブチルメタクリレートを17.3部、エチルアクリレートを17.3部、ノルマルブチルアクリレートを6.85部、ジメチルアミノエチルメタクリレート0.5部を仕込んだ。この混合物を攪拌しながら90℃に加熱して3時間保持して付加反応を行い、ポリオール(B)のモノマー組成物(A)溶液を得た。
(Step 1: Production of polyol (B))
In a four-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a condenser, 5.3 parts of (a) component trimethylolpropane, 15.4 parts of polyester-based diol, (b) 5 parts of succinic anhydride, The monomer composition (A) was charged with 17.3 parts of methyl methacrylate, 17.3 parts of isobutyl methacrylate, 17.3 parts of ethyl acrylate, 6.85 parts of normal butyl acrylate, and 0.5 part of dimethylaminoethyl methacrylate. It is. The mixture was heated to 90 ° C. with stirring and held for 3 hours to carry out an addition reaction, whereby a monomer composition (A) solution of polyol (B) was obtained.

(工程4:ウレタン化反応)
ついで、反応器内に(c)成分のイソホロンジイソシアネート14.3部を30分間かけて滴下し、滴下後から反応器内の温度を90℃から80℃に降温し、3時間80℃を保持してウレタン化反応を行い、カルボキシ基を有するウレタンプレポリマー(C4)のモノマー組成物(A)溶液(混合液(IV))を得た。
(Process 4: Urethane reaction)
Next, 14.3 parts of (c) component isophorone diisocyanate was added dropwise to the reactor over 30 minutes. After the addition, the temperature in the reactor was lowered from 90 ° C. to 80 ° C., and maintained at 80 ° C. for 3 hours. A urethanization reaction was performed to obtain a monomer composition (A) solution (mixed liquid (IV)) of a urethane prepolymer (C4) having a carboxy group.

(工程5:(d)成分の添加)
ついで、反応器内に(d)成分のグリシジルメタクリレート0.75部を添加し、均一に混合した。
(Step 5: Addition of component (d))
Next, 0.75 part of glycidyl methacrylate as component (d) was added to the reactor and mixed uniformly.

(工程5:中和・乳化工程)
ついで、混合液(IV)を、内温が50℃以下になるまで冷却し、そこに、トリエチルアミン5.2部と脱イオン水174部を混合した溶液(トリエチルアミン水溶液)を、30分間かけて滴下し、乳化させた。
(Process 5: Neutralization / Emulsification process)
Next, the liquid mixture (IV) is cooled until the internal temperature becomes 50 ° C. or lower, and a solution (triethylamine aqueous solution) in which 5.2 parts of triethylamine and 174 parts of deionized water are mixed is dropped over 30 minutes. And emulsified.

(工程5:(d)成分の付加反応、ラジカル重合反応)
溶液が均一に乳化された後、脱イオン水3部に過硫酸カリウム0.15部を溶解させた溶液(過硫酸カリウム水溶液)を系内に添加し、徐々に昇温した。発熱を確認後、75℃で制御して1時間保持し、(d)成分の付加反応と、ラジカル重合と、水による鎖延長反応を行った。その後脱イオン水3部に過硫酸カリウム0.15部を溶解させた溶液(過硫酸カリウム水溶液)をさらに追加し、1.5時間ラジカル重合を行い、水性樹脂分散液(P−15)を得た。ラジカル重合は、反応系の温度を40℃以下にすることにより終了させた。
(Step 5: addition reaction of component (d), radical polymerization reaction)
After the solution was uniformly emulsified, a solution in which 0.15 part of potassium persulfate was dissolved in 3 parts of deionized water (potassium persulfate aqueous solution) was added to the system, and the temperature was gradually raised. After confirming the exotherm, the temperature was controlled at 75 ° C. and held for 1 hour, and an addition reaction of component (d), radical polymerization, and chain extension reaction with water were performed. Thereafter, a solution (potassium persulfate aqueous solution) in which 0.15 part of potassium persulfate was dissolved in 3 parts of deionized water was further added, and radical polymerization was performed for 1.5 hours to obtain an aqueous resin dispersion (P-15). It was. The radical polymerization was terminated by setting the temperature of the reaction system to 40 ° C. or lower.

[実施例16]、[実施例17]、[実施例19]〜[実施例25]
表3、5に示す組成に変更した以外は、実施例1と同様の製造方法にて、水性樹脂分散液(P−16、P−17、P−19〜P−25)を得た。
[Example 16], [Example 17], [Example 19] to [Example 25]
Aqueous resin dispersions (P-16, P-17, P-19 to P-25) were obtained by the same production method as in Example 1 except that the compositions shown in Tables 3 and 5 were changed.

[実施例18]
表3に示す組成に変更し、工程1から工程3(中和・乳化工程)までを、[実施例1]と同様の製造方法にて行った。
[Example 18]
It changed into the composition shown in Table 3, and performed from the process 1 to the process 3 (neutralization / emulsification process) with the manufacturing method similar to [Example 1].

(工程3:鎖延長反応)
溶液が均一に乳化された後、脱イオン水1.5部にエチレンジアミン1部を溶解させた溶液を系内に添加し、内温50℃で制御して、30分間鎖延長反応を行った。
(Step 3: Chain extension reaction)
After the solution was uniformly emulsified, a solution in which 1 part of ethylenediamine was dissolved in 1.5 parts of deionized water was added to the system, and the chain temperature was reacted for 30 minutes while controlling at an internal temperature of 50 ° C.

(工程3:ラジカル重合反応)
ついで、脱イオン水1.5部に過硫酸カリウム0.15部を溶解させた溶液(過硫酸カリウム水溶液)を系内に添加し、徐々に昇温した。発熱を確認後、75℃で制御して1時間保持し、ラジカル重合を行った。その後脱イオン水3部に過硫酸カリウム0.15部を溶解させた溶液(過硫酸カリウム水溶液)をさらに追加し、1.5時間ラジカル重合を行い、水性樹脂分散液(P−18)を得た。ラジカル重合は、反応系の温度を40℃以下にすることにより終了させた。
(Step 3: radical polymerization reaction)
Next, a solution (potassium persulfate aqueous solution) in which 0.15 part of potassium persulfate was dissolved in 1.5 parts of deionized water was added to the system, and the temperature was gradually raised. After confirming the exotherm, the temperature was controlled at 75 ° C. and held for 1 hour to perform radical polymerization. Thereafter, a solution (potassium persulfate aqueous solution) in which 0.15 part of potassium persulfate was dissolved in 3 parts of deionized water was further added, and radical polymerization was performed for 1.5 hours to obtain an aqueous resin dispersion (P-18). It was. The radical polymerization was terminated by setting the temperature of the reaction system to 40 ° C. or lower.

[比較例1]
(b)成分の代わりに、ジメチロールブタン酸を用い、さらにその他の原料を表7に示す組成に変更した以外は、実施例1と同様の製造方法にて、分散液(P−26)を得た。
[Comparative Example 1]
(B) Instead of the component, dimethylolbutanoic acid was used, and the dispersion (P-26) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the other raw materials were changed to the compositions shown in Table 7. Obtained.

[比較例2]
(d)成分の代わりに、1,4−ブテンジオールを用い、さらにその他の原料を表7に示す組成に変更し、実施例1と同様の製造方法にて、分散液(P−27)を得た。
[Comparative Example 2]
In place of the component (d), 1,4-butenediol was used, and other raw materials were changed to the compositions shown in Table 7, and the dispersion (P-27) was prepared by the same production method as in Example 1. Obtained.

実施例1〜25、比較例1〜2で用いた原料の名称・組成を表1、3、5、7に示す。表中、「EO」はエチレンオキサイド、「PO」はプロピレンオキサイドを示す。
また、各例におけるウレタンプレポリマーとモノマー組成物(A)との質量比、(a)成分中の水酸基と(b)成分中の酸無水物基とのモル比、ウレタンプレポリマーの酸価(固形分換算、単位:mgKOH/g)、(d)成分中のグリシジル基とポリオール(B)中のカルボキシ基とのモル比、(c)成分中のイソシアネート基とポリオール(B)または(a)成分中の水酸基とのモル比、各例で採用した製造方法(製造方法(1−1)、(1−2)または(2))、をそれぞれ表1、3、5、7に示す。
いずれの例においても、トリエチルアミンの量は、ウレタンプレポリマー中のカルボキシ基1当量に対して1当量である。
ウレタンプレポリマーの酸価は、下記式(iii)により求めた理論値(理論酸価)である。
ウレタンプレポリマーの理論酸価(mgKOH/g)
=((b)成分の仕込み量(部)/(b)成分の分子量)×(b)成分の酸無水物基数×56100×(1/ウレタンプレポリマーの質量比) ・・・(iii)
Tables 1, 3, 5, and 7 show the names and compositions of the raw materials used in Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 and 2. In the table, “EO” represents ethylene oxide, and “PO” represents propylene oxide.
Moreover, the mass ratio of the urethane prepolymer and the monomer composition (A) in each example, the molar ratio of the hydroxyl group in the component (a) to the acid anhydride group in the component (b), the acid value of the urethane prepolymer ( Solid content conversion, unit: mgKOH / g), (d) molar ratio of glycidyl group in component to carboxy group in polyol (B), (c) isocyanate group and polyol (B) or (a) in component Tables 1, 3, 5, and 7 show the molar ratios with the hydroxyl groups in the components and the production methods (production methods (1-1), (1-2), or (2)) employed in each example.
In any example, the amount of triethylamine is 1 equivalent per 1 equivalent of carboxy groups in the urethane prepolymer.
The acid value of the urethane prepolymer is a theoretical value (theoretical acid value) determined by the following formula (iii).
Theoretical acid value of urethane prepolymer (mgKOH / g)
= ((B) Component charge amount (parts) / (b) component molecular weight) × (b) component acid anhydride group number × 56100 × (1 / mass ratio of urethane prepolymer) (iii)

また、各例中、工程2または4で得られたウレタンプレポリマーの数平均分子量の測定結果、各例で得られた水性樹脂分散液における樹脂特性値(樹脂固形分、粘度、pH)の測定結果を表2、4、6、7に示す。
また、各例での水性樹脂分散液の製造安定性評価、得られた水性樹脂分散液の液安定性試験結果、塗膜試験結果を表2、4、6、7に示す。
Moreover, in each example, the measurement result of the number average molecular weight of the urethane prepolymer obtained in the step 2 or 4, and the measurement of the resin characteristic values (resin solid content, viscosity, pH) in the aqueous resin dispersion obtained in each example The results are shown in Tables 2, 4, 6, and 7.
Further, Tables 2, 4, 6, and 7 show the production stability evaluation of the aqueous resin dispersions in each example, the liquid stability test results of the obtained aqueous resin dispersions, and the coating film test results.

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上記結果から明らかなように、実施例1〜25は、水性樹脂分散液の製造の安定性が良好で、かつ、得られた水性樹脂分散液の液安定性(耐アルコールショック性、凍結融解サイクルに対する耐久性、熱安定性)に優れていた。また、これら水性樹脂分散液から形成される塗膜は、耐溶剤性および耐水性が良好であった。
これに対し、(b)成分の代わりにジメチロールブタン酸を用いた比較例1は、ウレタン化反応中、析出物が多量に発生し、製造の安定性が著しく不良となった。さらに、続く、乳化工程では、凝集物が発生し、製造の継続が不能となった。
ウレタンプレポリマーへ二重結合基を導入する成分として(d)成分の代わりに1,4−ブテンジオールを用いた比較例2は、得られた水性樹脂分散液の液安定性が著しく不良となった。これは、以下の理由によると考えられる。
ウレタンプレポリマーへの重合性不飽和基の導入に、1,4−ブテンジオールのようなアルケンジオールを用いた場合、ウレタンプレポリマーの主鎖骨格中に二重結合が導入されることとなり、(メタ)アクリル系モノマーとのラジカル重合反応性が低下する。その結果、ウレタン樹脂と(メタ)アクリル樹脂との間の結合量が減少して、水性樹脂分散液の液安定性が低下したと考えられる。
As is clear from the above results, Examples 1 to 25 have good production stability of the aqueous resin dispersion, and liquid stability (alcohol shock resistance, freeze-thaw cycle) of the obtained aqueous resin dispersion. Durability and heat stability). Moreover, the coating film formed from these aqueous resin dispersions had good solvent resistance and water resistance.
On the other hand, in Comparative Example 1 using dimethylolbutanoic acid instead of the component (b), a large amount of precipitates were generated during the urethanization reaction, and the production stability was extremely poor. Furthermore, in the subsequent emulsification step, aggregates were generated, making it impossible to continue the production.
In Comparative Example 2 in which 1,4-butenediol was used in place of the component (d) as a component for introducing a double bond group into the urethane prepolymer, the liquid stability of the obtained aqueous resin dispersion was extremely poor. It was. This is considered to be due to the following reason.
When an alkenediol such as 1,4-butenediol is used to introduce a polymerizable unsaturated group into the urethane prepolymer, a double bond is introduced into the main chain skeleton of the urethane prepolymer, ( The radical polymerization reactivity with the (meth) acrylic monomer is lowered. As a result, it is considered that the bonding amount between the urethane resin and the (meth) acrylic resin is reduced, and the liquid stability of the aqueous resin dispersion is lowered.

実施例1〜25のうち、(a)成分中の水酸基と(b)成分中の酸無水物基とのモル比を変更した実施例1〜5を対比すると、水酸基:酸無水物基=3:1の実施例1にて、ウレタン化反応工程の安定性、および得られた水性樹脂分散液の液安定性、塗膜の耐溶剤性および耐水性が最も良好となった。
実施例1と、実施例1に対して(d)成分の量を変更した実施例6〜9とを対比すると、グリシジル基の量が最も多い実施例6にて、水性樹脂分散液の液安定性が最も良好となった。
実施例1と、実施例1に対して、ウレタンプレポリマーの酸価を変更した実施例10、11とを対比すると、ウレタンプレポリマーの酸価を最も低くした実施例11にて、塗膜の耐溶剤性と耐水性が良好となった。
実施例1と、実施例1に対してウレタンプレポリマーとモノマー組成物(A)との質量比を変更した実施例12、13とを対比すると、モノマー組成物(A)の比率が最も高い実施例13にて、塗膜の耐溶剤性と耐水性が最も良好となった。
実施例1と、実施例1に対して製造方法を変更した実施例14、15とを対比すると、いずれも製造の安定性は良好となった。水性樹脂分散液の液安定性と、塗膜の耐溶剤性および耐水性は、製造方法(1−1)を採用した実施例1にて最も良好となった。
In Examples 1 to 25, when comparing Examples 1 to 5 in which the molar ratio of the hydroxyl group in the component (a) and the acid anhydride group in the component (b) was changed, hydroxyl group: acid anhydride group = 3 In Example 1, the stability of the urethanization reaction step, the liquid stability of the obtained aqueous resin dispersion, the solvent resistance and the water resistance of the coating film were the best.
When Example 1 is compared with Examples 6 to 9 in which the amount of the component (d) is changed with respect to Example 1, the liquid stability of the aqueous resin dispersion in Example 6 with the largest amount of glycidyl groups is shown. The property was the best.
When Example 1 is compared with Examples 10 and 11 in which the acid value of the urethane prepolymer was changed with respect to Example 1, in Example 11 in which the acid value of the urethane prepolymer was the lowest, Good solvent resistance and water resistance.
When Example 1 is compared with Examples 12 and 13 in which the mass ratio of the urethane prepolymer and the monomer composition (A) is changed with respect to Example 1, the ratio of the monomer composition (A) is the highest. In Example 13, the solvent resistance and water resistance of the coating film were the best.
When Example 1 was compared with Examples 14 and 15 in which the production method was changed with respect to Example 1, the production stability was good. The liquid stability of the aqueous resin dispersion and the solvent resistance and water resistance of the coating film were the best in Example 1 employing the production method (1-1).

実施例1と、実施例1に対してイソシアネート基と水酸基とのモル比を変更した実施例16、17とを対比すると、イソシアネート基の比率が比較的高い実施例1、16が、イソシアネート比の低い実施例17より、塗膜の耐溶剤性および耐水性が良好であった。
鎖延長剤としてエチレンジアミンを用いた実施例18、エチレンジアミンを用いなかった以外はほぼ同じ条件の実施例16とを対比すると、実施例18の方が、実施例16より、塗膜の耐溶剤性と耐水性が向上した。
実施例1と、(a)成分に高分子量ポリオールを用いなかった実施例19〜21とを対比すると、高分子量ポリオールを用いた実施例1の方が、塗膜の耐溶剤性および耐水性が良好であった。
実施例1と、(b)成分に無水コハク酸を用いなかった実施例22、23とを対比すると、無水コハク酸を用いた実施例1の方が、水性樹脂分散液の液安定性が良好であった。
実施例1と、(d)成分にグリシジルメタクリレートを用いなかった実施例24、25とを対比すると、グリシジルメタクリレートを用いた実施例1の方が、水性樹脂分散液の液安定性が良好であった。
When Example 1 is compared with Examples 16 and 17 in which the molar ratio of isocyanate groups and hydroxyl groups is changed with respect to Example 1, Examples 1 and 16 having a relatively high isocyanate group ratio are From the low Example 17, the solvent resistance and water resistance of the coating film were good.
Comparing Example 18 using ethylenediamine as a chain extender and Example 16 having substantially the same conditions except that ethylenediamine was not used, Example 18 is more solvent-resistant than the Example 16 than the solvent resistance of the coating film. Improved water resistance.
When Example 1 is compared with Examples 19 to 21 in which the high molecular weight polyol was not used as the component (a), the solvent resistance and water resistance of the coating film of Example 1 using the high molecular weight polyol were higher. It was good.
When Example 1 is compared with Examples 22 and 23 in which succinic anhydride was not used as the component (b), the stability of the aqueous resin dispersion was better in Example 1 using succinic anhydride. Met.
When Example 1 was compared with Examples 24 and 25 in which glycidyl methacrylate was not used as the component (d), Example 1 using glycidyl methacrylate had better liquid stability of the aqueous resin dispersion. It was.

本発明によれば、(メタ)アクリル系モノマーを含むモノマー組成物中で、カルボキシ基を有するウレタンプレポリマーを安定に製造することができ、続いて中和・乳化を行い、最後にラジカル重合をおこなうことで、有機溶剤を全く含まない水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液を製造することができる。この分散液は、耐アルコールショック性、凍結融解サイクルに対する耐久性、熱安定性に優れた性質を有し、さらに、この分散液から得られる塗膜は耐溶剤性や耐水性に優れるものである。従って、コーティング剤、塗料、インキ用の水性樹脂として工業上有益なものとなる。   According to the present invention, a urethane prepolymer having a carboxy group can be stably produced in a monomer composition containing a (meth) acrylic monomer, followed by neutralization and emulsification, and finally radical polymerization. By performing, an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion containing no organic solvent can be produced. This dispersion has properties excellent in alcohol shock resistance, durability against freeze-thaw cycles, and heat stability, and the coating film obtained from this dispersion is excellent in solvent resistance and water resistance. . Therefore, it becomes industrially useful as a water-based resin for coating agents, paints, and inks.

Claims (4)

下記の工程1、工程2および工程3を含む、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液の製造方法。
工程1:(メタ)アクリル系モノマーを含むモノマー組成物(A)中で、ポリオール(a)と、酸無水物(b)とを反応させて、カルボキシ基を有するポリオール(B)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ポリオール(B)とを含む混合液(I)を得る工程。
工程2:工程1で得られた混合液(I)中で、前記ポリオール(B)と、ポリイソシアネート(c)と、グリシジル基および重合性不飽和基を有する化合物(d)とを反応させて、カルボキシ基および重合性不飽和基を有するウレタンプレポリマー(C2)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ウレタンプレポリマー(C2)とを含む混合液(II)を得る工程。
工程3:工程2で得られた混合液(II)に中和剤および水を加えて乳化させた後、重合反応を行って、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液を得る工程。
A method for producing an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion, comprising the following step 1, step 2 and step 3.
Step 1: In the monomer composition (A) containing a (meth) acrylic monomer, the polyol (a) and the acid anhydride (b) are reacted to produce a polyol (B) having a carboxy group, The process of obtaining the liquid mixture (I) containing the said monomer composition (A) and the said polyol (B).
Step 2: In the mixed liquid (I) obtained in Step 1, the polyol (B), the polyisocyanate (c), and the compound (d) having a glycidyl group and a polymerizable unsaturated group are reacted. The process which produces | generates the urethane prepolymer (C2) which has a carboxy group and a polymerizable unsaturated group, and obtains the liquid mixture (II) containing the said monomer composition (A) and the said urethane prepolymer (C2).
Step 3: A step of adding a neutralizing agent and water to the mixed liquid (II) obtained in Step 2 to emulsify, and then performing a polymerization reaction to obtain an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion.
下記の工程1、工程4および工程5を含む、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液の製造方法。
工程1:(メタ)アクリル系モノマーを含むモノマー組成物(A)中で、ポリオール(a)と、酸無水物(b)とを反応させて、カルボキシ基を有するポリオール(B)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ポリオール(B)とを含む混合液(I)を得る工程。
工程4:工程1で得られた混合液(I)中で、前記ポリオール(B)と、ポリイソシアネート(c)とを反応させて、カルボキシ基を有するウレタンプレポリマー(C4)を生成させ、前記モノマー組成物(A)と前記ウレタンプレポリマー(C4)とを含む混合液(IV)を得る工程。
工程5:工程4で得られた混合液(IV)に中和剤と水とを加えて乳化させた後、グリシジル基および重合性不飽和基を有する化合物(d)と前記ウレタンプレポリマー(C4)との反応、および重合反応を行って、水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液を得る工程。
A method for producing an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion, comprising the following step 1, step 4 and step 5.
Step 1: In the monomer composition (A) containing a (meth) acrylic monomer, the polyol (a) and the acid anhydride (b) are reacted to produce a polyol (B) having a carboxy group, The process of obtaining the liquid mixture (I) containing the said monomer composition (A) and the said polyol (B).
Step 4: In the mixed liquid (I) obtained in Step 1, the polyol (B) and the polyisocyanate (c) are reacted to produce a urethane prepolymer (C4) having a carboxy group, The process of obtaining liquid mixture (IV) containing a monomer composition (A) and the said urethane prepolymer (C4).
Step 5: The mixture (IV) obtained in Step 4 is emulsified by adding a neutralizing agent and water, and then the compound (d) having a glycidyl group and a polymerizable unsaturated group and the urethane prepolymer (C4). ) And a polymerization reaction to obtain an aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion.
前記酸無水物(b)が、無水コハク酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、グリセリンビスアンヒドロトリメリテートモノアセテートからなる群から選ばれる請求項1または2に記載の水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液の製造方法。   The aqueous urethane-modified (meth) acrylic according to claim 1 or 2, wherein the acid anhydride (b) is selected from the group consisting of succinic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, and glycerin bisanhydro trimellitate monoacetate. A method for producing a resin dispersion. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法により得られる水性ウレタン変性(メタ)アクリル樹脂分散液。   An aqueous urethane-modified (meth) acrylic resin dispersion obtained by the production method according to any one of claims 1 to 3.
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