JP2016194029A - Water dispersion of polyhydroxyurethane resin, manufacturing method of water dispersion, and gas barrier film using water dispersion - Google Patents

Water dispersion of polyhydroxyurethane resin, manufacturing method of water dispersion, and gas barrier film using water dispersion Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water dispersion usable as a resin for coating formation of an aqueous coating or a coating agent, overcoming problems of conventional technologies when using a hydroxy polyurethane resin and having practicable good stability and a film excellent in gas barrier property by using the water dispersion.SOLUTION: There is provided a water dispersion by dispersing a polyhydroxy urethane resin with particle diameter of 0.01 μm to 100 μm in water, where the polyhydroxy urethane resin has a repeating unit represented by the following general formula (1), where Z represents a chemical structure containing a carboxyl group or an anion or a salt thereof.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、塗料、コーティング剤用のバインダー樹脂として利用できる新規なポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体の技術に関する。特に、水分散塗料材料として使用でき、しかもポリヒドロキシウレタン樹脂の化学構造中に二酸化炭素を組み込むことが可能であることから、高度な環境対応製品の提供が可能であり、また、被膜の機能性の観点からも、従来の溶剤系塗料と遜色のない、耐熱性塗料、ガスバリア性塗料としての性能を示すポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体を提供できる技術に関する。   The present invention relates to a technique for a novel aqueous dispersion of a polyhydroxyurethane resin that can be used as a binder resin for paints and coating agents. In particular, it can be used as a water-dispersed paint material, and since carbon dioxide can be incorporated into the chemical structure of polyhydroxyurethane resin, it is possible to provide advanced environmentally friendly products, and the functionality of the coating. From this point of view, the present invention relates to a technology capable of providing an aqueous dispersion of a polyhydroxyurethane resin that exhibits performance as a heat-resistant paint and a gas barrier paint that is comparable to conventional solvent-based paints.

ポリウレタン樹脂は、強度、柔軟性、耐摩耗性、耐油性に優れた樹脂であり、塗料や接着剤用の樹脂として広く使用されている。近年、新規なポリウレタン系の樹脂として化学構造中にウレタン結合と水酸基を併せ持つヒドロキシポリウレタン樹脂が開発され、その工業的な応用が期待されている(特許文献1参照)。既存のポリウレタン樹脂が、イソシアネート化合物とポリオールとを原料として得られるのに対して、ヒドロキシポリウレタン樹脂は、エポキシ化合物、二酸化炭素及びアミン化合物を原料に用い、これらの原料の組み合わせにより製造される。原料として使用された二酸化炭素は、ヒドロキシポリウレタン樹脂の化学構造中に−CO−O−結合として組み込まれることから、温室効果ガスである二酸化炭素の有効利用の観点からも注目されるべき樹脂材料である。   Polyurethane resins are resins having excellent strength, flexibility, wear resistance, and oil resistance, and are widely used as resins for paints and adhesives. In recent years, a hydroxy polyurethane resin having both a urethane bond and a hydroxyl group in its chemical structure has been developed as a novel polyurethane resin, and its industrial application is expected (see Patent Document 1). Whereas existing polyurethane resins are obtained using isocyanate compounds and polyols as raw materials, hydroxypolyurethane resins are produced by using a combination of these raw materials using epoxy compounds, carbon dioxide and amine compounds as raw materials. Since carbon dioxide used as a raw material is incorporated as a —CO—O— bond in the chemical structure of the hydroxy polyurethane resin, it is a resin material that should be noted from the viewpoint of effective use of carbon dioxide, which is a greenhouse gas. is there.

ヒドロキシポリウレタン樹脂は、既存のポリウレタン樹脂と同様に機械強度に優れた樹脂とできるが、さらに、既存ポリウレタン樹脂の構造中にはない水酸基に由来した機能性を生かした応用が検討されている。例えば、水酸基の架橋反応を利用した耐熱性塗料としての応用(特許文献2参照)や、水酸基由来のガスバリア性を利用したガスバリア性フィルムへの応用が検討されている(特許文献3参照)。   The hydroxy polyurethane resin can be made a resin having excellent mechanical strength like the existing polyurethane resin, but further, an application utilizing the functionality derived from the hydroxyl group not present in the structure of the existing polyurethane resin is being studied. For example, application as a heat-resistant coating using a hydroxyl group crosslinking reaction (see Patent Document 2) and application to a gas barrier film utilizing hydroxyl-derived gas barrier properties are being studied (see Patent Document 3).

これらの従来技術にもあるように、ヒドロキシポリウレタンの応用用途として、塗料、コーティング分野が有望である。しかし、これまでに開発されているヒドロキシポリウレタン樹脂は、ウレタン結合と共に水酸基を有する化学構造をもつため、有機溶剤に対する溶解性が低く、各用途で使用される基材や加工装置に応じて異なることも多く、多様な溶剤組成への対応が困難である点が応用上の問題となっている。これに対し、ヒドロキシポリウレタン樹脂を水分散体とすることで、この問題を解消すると同時に、近年、溶剤系塗料からの置き換えが進んでいる水系の塗料として応用することが検討され、提案されている(特許文献4参照)。   As in these prior arts, the paint and coating fields are promising as applications of hydroxypolyurethane. However, the hydroxy polyurethane resins that have been developed so far have a chemical structure with hydroxyl groups as well as urethane bonds, so they have low solubility in organic solvents and differ depending on the substrate and processing equipment used in each application. In many cases, it is difficult to cope with various solvent compositions. On the other hand, by using hydroxypolyurethane resin as an aqueous dispersion, this problem has been solved and, at the same time, application as a water-based paint that is being replaced by a solvent-based paint has been studied and proposed. (See Patent Document 4).

しかしながら、本発明者らの検討によれば、この技術は、水分散体を得るためにヒドロキシポリウレタンの水酸基をハーフエステル法によりカルボキシル基化したものであることから、ハーフエステル部分の加水分解に起因して、水分散体の保存安定性が悪い点で課題が残っており、問題を完全に解決したものではなかった。また、ヒドロキシポリウレタンの水酸基を反応に利用し減少させる点は、耐水性の向上に寄与するといった利点を有する反面、水酸基の機能性を利用する用途においては、欠点を有するものとなる。別の手法として、原料としてカルボン酸を含有するアミン化合物を使用し、カルボキシル基を有するポリヒドロキシウレタンを得る方法が考案されている(特許文献5参照)。しかしながら、本発明者らの検討によれば、この方法は、合成反応系内でカルボキシル基とアミノ基がイオン結合を形成して、環状カーボネートとの反応が進行しにくく、また、DMF(ジメチルホルムアミド)などの高沸点溶剤中での反応が必要であり、高分子量化も困難であるといった欠点を有する。更に、使用した高沸点溶剤は、転相乳化後に減圧留去ができないという問題もあり、水分散体(エマルジョン)の製造方法としては完全なものではなかった。   However, according to the study by the present inventors, this technique results from hydrolysis of the half ester portion because the hydroxyl group of hydroxy polyurethane is carboxylated by the half ester method in order to obtain an aqueous dispersion. However, a problem remains in that the storage stability of the aqueous dispersion is poor, and the problem has not been completely solved. Moreover, the point of utilizing and reducing the hydroxyl group of hydroxypolyurethane has the advantage of contributing to the improvement of water resistance, but has a drawback in applications utilizing the functionality of the hydroxyl group. As another technique, a method of using an amine compound containing a carboxylic acid as a raw material to obtain a polyhydroxyurethane having a carboxyl group has been devised (see Patent Document 5). However, according to the study by the present inventors, this method is such that the carboxyl group and the amino group form an ionic bond in the synthesis reaction system so that the reaction with the cyclic carbonate does not proceed easily, and DMF (dimethylformamide) ) And the like in a high boiling point solvent, and it is difficult to increase the molecular weight. Furthermore, the high boiling point solvent used has a problem that it cannot be distilled off under reduced pressure after phase inversion emulsification, and is not a perfect method for producing an aqueous dispersion (emulsion).

米国特許第3072613号明細書US Pat. No. 3,072,613 特開2011−102005号公報JP 2011-102005 A 特開2012−172144号公報JP 2012-172144 A 特開2007−297544号公報JP 2007-297544 A 特開平6−25409号公報JP-A-6-25409

従って、本発明の目的は、水系塗料やコーティング剤の被膜形成用樹脂として使用可能であり、ヒドロキシポリウレタン樹脂を利用した場合の従来技術の課題を克服し、実用化が可能な良好な安定性を有する水分散体を提供すること、及び、該水分散体を使用し、ガスバリア性に優れたフィルムを提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to be used as a film-forming resin for water-based paints and coating agents, overcoming the problems of the prior art when using a hydroxypolyurethane resin, and having good stability that can be put into practical use. An object is to provide an aqueous dispersion having an excellent gas barrier property using the aqueous dispersion.

上記の課題は、下記の本発明によって達成される、すなわち、本発明は、水中に、ポリヒドロキシウレタン樹脂が0.01μm〜100μmの粒子径にて分散してなる水分散体であり、前記ポリヒドロキシウレタン樹脂が、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を有することを特徴とするポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体を提供する。

Figure 2016194029
[上記一般式(1)中のXは、ないか、モノマー単位由来の炭化水素又は芳香族炭化水素からなる化学構造を示し、該構造中に、酸素原子、窒素原子、硫黄原子及びエステル結合を含んでいてもよく、エーテル結合を介してY1及び/又はY2と結合する構造であってもよい。−Y1−は、下記式(2)〜(5)のいずれか1つの化学構造を示し、また、−Y2−は、下記式(2)、(6)〜(10)のいずれか1つの化学構造を示し、式(4)、(5)、(7)〜(10)中のRは、水素原子かCH3を示す。−Z−は、下記一般式(11)で示される、カルボキシル基又はその陰イオン若しくはその塩を含む化学構造を示す。]
Figure 2016194029
[上記一般式(11)中、R3は炭化水素又は芳香族炭化水素であり、該構造中には酸素原子、窒素原子を含んでもよい。R4、R5、R6は、それぞれ独立して、その構造中にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基であり、R7は、ないか、水素原子或いは塩構造となるための対イオンのいずれかを示す。] The above object is achieved by the present invention described below, that is, the present invention is an aqueous dispersion in which a polyhydroxyurethane resin is dispersed in water at a particle diameter of 0.01 μm to 100 μm, Provided is an aqueous dispersion of a polyhydroxyurethane resin, wherein the hydroxyurethane resin has a repeating unit represented by the following general formula (1).
Figure 2016194029
[X in the general formula (1) represents a chemical structure composed of a hydrocarbon derived from a monomer unit or an aromatic hydrocarbon, and an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and an ester bond in the structure. The structure which may be included and may couple | bond with Y < 1 > and / or Y < 2 > through an ether bond may be sufficient. —Y 1 — represents a chemical structure of any one of the following formulas (2) to (5), and —Y 2 — represents any one of the following formulas (2), (6) to (10). one of the shows the chemical structure of formula (4), (5), R in (7) to (10), a hydrogen atom or CH 3. -Z- represents a chemical structure represented by the following general formula (11) including a carboxyl group or an anion thereof or a salt thereof. ]
Figure 2016194029
[In the general formula (11), R 3 is a hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon, and the structure may contain an oxygen atom or a nitrogen atom. R 4 , R 5 , and R 6 are each independently an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms that may include an ether bond in the structure, and R 7 is not present, or is a hydrogen atom or a salt structure. One of the counter ions for is shown. ]

上記した本発明のポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体の好ましい形態としては、下記の構成のものが挙げられる。前記一般式(1)で示される繰り返し単位の部分と、更に、前記一般式(1)中の−Z−が、前記一般式(11)の構造に替え、その構造中に、酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい、炭素数1〜100の炭化水素又は炭素数6〜100の芳香族炭化水素である化学構造を有する前記一般式(1)で示される繰り返し単位の部分と、が混在していること; 前記分散したポリヒドロキシウレタン樹脂は、その重量平均分子量が10000〜100000の範囲であり、且つ、その酸価が10mgKOH/g〜100mgKOH/gの範囲であり、且つ、その水酸基価が150mgKOH/g〜300mgKOH/gの範囲であること;前記分散したポリヒドロキシウレタン樹脂は、少なくともその一部に二酸化炭素を原料として用いて合成された五員環環状カーボネート構造を有する、少なくとも2つの五員環環状カーボネート構造を有する化合物と、少なくとも2つのアミノ基を有する化合物の重付加反応により得られたものであり、全質量のうちの1〜30質量%を、前記二酸化炭素由来の−O−CO−結合が占めることである。   Preferred embodiments of the aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin of the present invention described above include those having the following constitutions. The portion of the repeating unit represented by the general formula (1) and -Z- in the general formula (1) are replaced with the structure of the general formula (11), and in the structure, an oxygen atom, nitrogen And a part of the repeating unit represented by the general formula (1) having a chemical structure which is a hydrocarbon having 1 to 100 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon having 6 to 100 carbon atoms, which may contain an atom. The dispersed polyhydroxyurethane resin has a weight average molecular weight of 10,000 to 100,000, an acid value of 10 mgKOH / g to 100 mgKOH / g, and a hydroxyl value of the dispersed polyhydroxyurethane resin. Is in the range of 150 mgKOH / g to 300 mgKOH / g; the dispersed polyhydroxyurethane resin is synthesized using carbon dioxide as a raw material at least in part. Obtained by a polyaddition reaction of a compound having at least two five-membered cyclic carbonate structures and a compound having at least two amino groups, having a five-membered cyclic carbonate structure. That is, the carbon dioxide-derived —O—CO— bond occupies 1 to 30% by mass.

本発明は、別の実施の形態として、上記した原料に五員環環状カーボネート構造を有する化合物を用いた水分散体の製造方法であって、親水性溶剤中で、少なくとも2つの五員環環状カーボネート構造を有する化合物と、下記一般式(12)で示される、分子内に少なくとも2つの1級アミノ基と、少なくとも1つの2級アミノ基のどちらも有する化合物とを、重付加反応させて2級アミノ基を含むポリヒドロキシウレタン樹脂を得、さらに、環状酸無水物を反応させてイオン性基となるカルボキシル基を含有するポリヒドロキシウレタン樹脂を製造し、得られたヒドロキシポリウレタン樹脂中のカルボキシル基を中和し、その後に水を加えて転相乳化する工程を有することを特徴とするポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体の製造方法を提供する。

Figure 2016194029
[一般式(12)中のR4、R5、R6は、それぞれ独立して、その化学構造中にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基である。] The present invention provides, as another embodiment, a method for producing an aqueous dispersion using a compound having a five-membered cyclic carbonate structure as a raw material as described above, and includes at least two five-membered cyclic rings in a hydrophilic solvent. A compound having a carbonate structure is subjected to a polyaddition reaction between a compound represented by the following general formula (12) and having at least two primary amino groups and at least one secondary amino group in the molecule. A polyhydroxyurethane resin containing a secondary amino group is obtained, and a polyhydroxyurethane resin containing a carboxyl group to be an ionic group is produced by reacting a cyclic acid anhydride, and the carboxyl group in the resulting hydroxypolyurethane resin is produced. A process for producing an aqueous dispersion of a polyhydroxyurethane resin, characterized by having a step of phase inversion emulsification by adding water thereafter Subjected to.
Figure 2016194029
[R 4 , R 5 and R 6 in General Formula (12) are each independently an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may include an ether bond in its chemical structure. ]

本発明は、別の実施の形態として、基材と、該基材の少なくとも一方に、前記いずれかのポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体、或いは、前記の製造方法により得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体のいずれかを用いて形成されたポリヒドロキシウレタン被膜層とを有してなり、該被膜層の厚みが0.1〜100μmであり、且つ、その酸素透過率が、23℃で、65%の恒温恒湿度下において50mL/m2・day・atm以下であることを特徴とするガスバリア性フィルムを提供する。 As another embodiment, the present invention provides a base material, and at least one of the base materials, an aqueous dispersion of any of the above polyhydroxy urethane resins, or a polyhydroxy urethane resin obtained by the above-described production method And a polyhydroxyurethane coating layer formed using any of the water dispersions of the above, the thickness of the coating layer is 0.1 to 100 μm, and the oxygen permeability is 23 ° C. The gas barrier film is characterized by being 50 mL / m 2 · day · atm or less under a constant temperature and humidity of 65%.

本発明によれば、水系塗料やコーティング剤の被膜形成用樹脂として使用可能な水中にポリヒドロキシウレタン樹脂を分散してなる水分散体が提供される。本発明によって提供されるポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体は、従来技術で提供される樹脂の水分散体と比較して、安定性に優れ、長期間の保存が可能であり、且つ、ヒドロキシポリウレタン樹脂の水酸基を一定量にコントロールできることから、本発明のポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体から得られる塗膜(被膜層)の性能も、従来の溶剤型ポリヒドロキシウレタン樹脂から得られる塗膜と同等の性能を得ることができる。本発明で提供されるポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体は、水系の塗料の被膜形成用樹脂として利用ができるので、これを用いることで、溶剤系の塗料で問題となっている使用時における有機溶剤の環境中への放出がなくなり、塗膜(被膜層)の性能を満足し得、且つ、環境負荷を低減した水系塗料等の提供ができる。また、本発明を特徴づけるポリヒドロキシウレタン樹脂は、二酸化炭素を原材料(形成材料)として使用して製造することが可能な樹脂であり、水系材料であることによる環境負荷の低減に加えて、更なる環境負荷の低減にも貢献することができるので、この点でも有用である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the water dispersion formed by disperse | distributing a polyhydroxyurethane resin in the water which can be used as resin for film formation of a water-based coating material or a coating agent is provided. The aqueous dispersion of polyhydroxyurethane resin provided by the present invention is superior in stability and can be stored for a long period of time as compared with the aqueous dispersion of resin provided in the prior art. Since the hydroxyl group of the resin can be controlled to a certain amount, the performance of the coating film (coating layer) obtained from the aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin of the present invention is equivalent to the coating film obtained from the conventional solvent-type polyhydroxyurethane resin. Performance can be obtained. The aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin provided in the present invention can be used as a resin for forming a film of an aqueous paint, and by using this, an organic at the time of use, which is a problem with a solvent-based paint, is used. Release of the solvent into the environment is eliminated, the performance of the coating film (coating layer) can be satisfied, and a water-based paint or the like with reduced environmental load can be provided. In addition, the polyhydroxyurethane resin that characterizes the present invention is a resin that can be produced using carbon dioxide as a raw material (formation material). It is also useful in this respect because it can contribute to the reduction of environmental load.

実施例1の水分散体について測定した粒度分布の結果である。3 is a result of particle size distribution measured for the aqueous dispersion of Example 1. FIG.

次に、発明を実施するための好ましい形態を挙げて本発明を詳細に説明する。本発明は水中に、ポリヒドロキシウレタン樹脂が0.01μm〜100μmの粒子径にて分散した水分散体に関するが、該ポリヒドロキシウレタン樹脂が、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を全部或いは一部に有し、該繰り返し単位中に、少なくとも、前記一般式(11)で表される水を加えて転相乳化を可能にするための「COOR7」部分を含んで構成したことを特徴とし、これによって、水中に、ポリヒドロキシウレタン樹脂を上記粒子径にて安定に分散させることを達成している。

Figure 2016194029
[上記一般式(1)中のXは、ないか、モノマー単位由来の炭化水素又は芳香族炭化水素からなる化学構造を示し、該構造中に、酸素原子、窒素原子、硫黄原子及びエステル結合を含んでいてもよく、エーテル結合を介してY1及び/又はY2と結合する構造であってもよい。−Y1−は、下記式(2)〜(5)のいずれか1つの化学構造を示し、また、−Y2−は、下記式(2)、(6)〜(10)のいずれか1つの化学構造を示し、式(4)、(5)、(7)〜(10)中のRは、水素原子かCH3を示す。−Z−は、下記一般式(11)で示される、カルボキシル基又はその陰イオン若しくはその塩を含む化学構造を示す。]
Figure 2016194029
[上記一般式(11)中、R3は炭化水素又は芳香族炭化水素であり、該構造中には酸素原子、窒素原子を含んでもよい。R4、R5、R6は、それぞれ独立して、その構造中にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基であり、R7は、ないか、水素原子或いは対イオンとで形成した塩構造のいずれかを示す。] Next, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments for carrying out the invention. The present invention relates to an aqueous dispersion in which a polyhydroxyurethane resin is dispersed in water at a particle size of 0.01 μm to 100 μm. The polyhydroxyurethane resin contains all or all repeating units represented by the following general formula (1). A part of the repeating unit includes at least a “COOR 7 ” portion for allowing phase inversion emulsification by adding water represented by the general formula (11). As a result, the polyhydroxyurethane resin is stably dispersed in water with the above particle diameter.
Figure 2016194029
[X in the general formula (1) represents a chemical structure composed of a hydrocarbon derived from a monomer unit or an aromatic hydrocarbon, and an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and an ester bond in the structure. The structure which may be included and may couple | bond with Y < 1 > and / or Y < 2 > through an ether bond may be sufficient. —Y 1 — represents a chemical structure of any one of the following formulas (2) to (5), and —Y 2 — represents any one of the following formulas (2), (6) to (10). one of the shows the chemical structure of formula (4), (5), R in (7) to (10), a hydrogen atom or CH 3. -Z- represents a chemical structure represented by the following general formula (11) including a carboxyl group or an anion thereof or a salt thereof. ]
Figure 2016194029
[In the general formula (11), R 3 is a hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon, and the structure may contain an oxygen atom or a nitrogen atom. R 4 , R 5 , and R 6 are each independently an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms that may include an ether bond in the structure thereof, and R 7 is not present, or is a hydrogen atom or a counter ion. One of the salt structures formed is indicated. ]

本発明のポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体は、その樹脂が、前記一般式(1)で示される繰り返し単位を有することを必須とし、樹脂の全部をこの繰り返し単位で構成されていてもよい。更に、これに限定されず、前記一般式(1)で示される繰り返し単位に混在して、前記一般式(1)で示される繰り返し単位の−Z−部分が異なる化学構造のものを、繰り返し単位として有するものであってもよい。具体的には、−Z−部分が、その構造中に、酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい、炭素数1〜100の炭化水素又は炭素数6〜100の芳香族炭化水素である化学構造のものを混在させることも好ましい形態である。   The aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin of the present invention requires that the resin has a repeating unit represented by the general formula (1), and the entire resin may be composed of this repeating unit. Further, the present invention is not limited to this, and a repeating unit having a chemical structure in which the -Z- moiety of the repeating unit represented by the general formula (1) is different from that of the repeating unit represented by the general formula (1) is mixed. You may have as. Specifically, the chemistry in which the -Z- moiety is a hydrocarbon having 1 to 100 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon having 6 to 100 carbon atoms, which may contain an oxygen atom or a nitrogen atom in the structure thereof. It is also a preferable form to mix structures.

本発明を構成するポリヒドロキシウレタン樹脂が、その構造中に有する繰り返し単位である上記一般式(1)で示される構造は、樹脂中のすべての繰り返し単位が同一の構造であってもよいが、上記で規定した構造が複数混在するものであってもよい。例えば、ポリヒドロキシウレタン樹脂の構造中に有する繰り返し単位が、一般式(1)中のY1とY2がいずれも式(2)の化学構造のものであってもよいし、これと、例えば、一般式(1)中のY1が式(3)で、Y2が式(6)の化学構造のものとが混在したポリヒドロキシウレタン樹脂であってもよい。 The structure represented by the general formula (1), which is a repeating unit contained in the structure of the polyhydroxyurethane resin constituting the present invention, may have the same structure for all the repeating units in the resin. A plurality of the structures defined above may be mixed. For example, the repeating unit possessed in the structure of the polyhydroxyurethane resin may be such that both Y 1 and Y 2 in the general formula (1) have the chemical structure of the formula (2), for example, The polyhydroxyurethane resin in which Y 1 in the general formula (1) is the formula (3) and Y 2 is mixed with the chemical structure of the formula (6) may be used.

一般的なポリマーエマルジョンの製造方法として、界面活性剤を乳化剤として使用する強制乳化法と、ポリマー鎖中に親水性基を導入しポリマー鎖自らに乳化粒子を形成させる自己乳化法がある。本発明の水分散体は、上記した自己乳化型に属するものであり、前記一般式(11)の構造に示されているように、樹脂の構造中に、乳化に必要な親水性基としてアニオン性基であるカルボキシル基を導入したことで、自己乳化を可能にしたことを特徴としている。このため、一般式(1)中の−Z−が、炭化水素又は芳香族炭化水素である構造のものを混在させる程度は、樹脂全体で、その酸価が10mgKOH/g〜100mgKOH/gの範囲内となるようにすることが好ましい。   As a general method for producing a polymer emulsion, there are a forced emulsification method using a surfactant as an emulsifier and a self-emulsification method in which a hydrophilic group is introduced into a polymer chain to form emulsion particles in the polymer chain itself. The aqueous dispersion of the present invention belongs to the above self-emulsifying type, and as shown in the structure of the general formula (11), an anion as a hydrophilic group necessary for emulsification is contained in the resin structure. It is characterized in that self-emulsification is made possible by introducing a carboxyl group which is a sex group. For this reason, the degree to which -Z- in the general formula (1) is mixed with a hydrocarbon or aromatic hydrocarbon is such that the acid value is in the range of 10 mgKOH / g to 100 mgKOH / g for the entire resin. It is preferable to be within.

前記一般式(1)で示される構造のポリヒドロキシウレタン樹脂は、以下の工程により製造できる。1分子中に少なくとも2つの五員環環状カーボネート(以下、単に環状カーボネートと略す)を有する化合物Aと、1分子中に少なくとも2つのアミノ基を有する化合物Bの重付加反応より得られる。   The polyhydroxyurethane resin having the structure represented by the general formula (1) can be produced by the following steps. It can be obtained by a polyaddition reaction of compound A having at least two 5-membered cyclic carbonates (hereinafter simply referred to as cyclic carbonates) in one molecule and compound B having at least two amino groups in one molecule.

ポリヒドロキシウレタン樹脂の高分子鎖を形成する環状カーボネートとアミンとの反応においては、環状カーボネートの開裂は2種類であり、以下のモデル反応が示す2種類の構造が発生することが知られている。

Figure 2016194029
In the reaction between the cyclic carbonate and the amine that form the polymer chain of the polyhydroxyurethane resin, there are two types of cleavage of the cyclic carbonate, and it is known that two types of structures shown by the following model reactions occur. .
Figure 2016194029

本発明を特徴づけるポリヒドロキシウレタン樹脂の製造に使用する環状カーボネートとしては、エポキシ化合物と二酸化炭素との反応によって得られたものであることが好ましい。具体的には、例えば、原材料であるエポキシ化合物を、触媒の存在下で、0℃〜160℃の温度にて、大気圧〜1MPa程度に加圧した二酸化炭素雰囲気下で4〜24時間反応させることで、二酸化炭素を、エステル部位に固定化した環状カーボネート化合物を得ることができる。

Figure 2016194029
The cyclic carbonate used for the production of the polyhydroxyurethane resin characterizing the present invention is preferably obtained by a reaction between an epoxy compound and carbon dioxide. Specifically, for example, an epoxy compound as a raw material is reacted in the presence of a catalyst at a temperature of 0 ° C. to 160 ° C. in a carbon dioxide atmosphere pressurized to about atmospheric pressure to 1 MPa for 4 to 24 hours. Thereby, the cyclic carbonate compound which fix | immobilized the carbon dioxide to the ester site | part can be obtained.
Figure 2016194029

上記のようにして二酸化炭素を原料として合成された環状カーボネート化合物を、重付加反応に使用することで、得られるポリウレタン樹脂は、その構造中に二酸化炭素が固定化された−O−CO−結合を有したものとなる。二酸化炭素由来の−O−CO−結合(二酸化炭素の固定化量)のポリウレタン樹脂中における含有量は、二酸化炭素を原材料として有効利用する立場からはできるだけ多くなる方がよいが、例えば、上記した合成方法によって得られるポリヒドロキシウレタン樹脂は、その構造中に二酸化炭素を1〜20質量%の範囲で含有させることができる。   By using the cyclic carbonate compound synthesized from carbon dioxide as a raw material in the polyaddition reaction as described above, the resulting polyurethane resin has an —O—CO— bond in which carbon dioxide is immobilized in its structure. It will have. The content of carbon dioxide-derived —O—CO— bonds (carbon dioxide immobilization amount) in the polyurethane resin should be as large as possible from the standpoint of effectively using carbon dioxide as a raw material. The polyhydroxyurethane resin obtained by the synthesis method can contain carbon dioxide in the range of 1 to 20% by mass in its structure.

上記したエポキシ化合物と二酸化炭素との反応に使用される触媒としては、例えば、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウムなどの塩類や、4級アンモニウム塩が好ましいものとして挙げられる。その使用量は、エポキシ化合物100質量部当たり1〜50質量部、好ましくは1〜20質量部である。また、これら触媒となる塩類の溶解性を向上させるためにトリフェニルホスフィンなどを併用してもよい。   Examples of the catalyst used in the reaction of the epoxy compound with carbon dioxide include salts such as lithium chloride, lithium bromide, lithium iodide, sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, and quaternary ammonium salts. Is preferable. The usage-amount is 1-50 mass parts per 100 mass parts of epoxy compounds, Preferably it is 1-20 mass parts. Further, triphenylphosphine or the like may be used in combination in order to improve the solubility of the salts serving as the catalyst.

上記したエポキシ化合物と二酸化炭素との反応は、有機溶剤の存在下で行うこともできる。有機溶剤としては、前述の触媒を溶解するものであればいずれのものも使用可能である。具体的には、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどのアミド系溶剤、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのアルコール系溶剤、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶剤、が好ましいものとして挙げられる。   The reaction between the epoxy compound and carbon dioxide can also be performed in the presence of an organic solvent. Any organic solvent can be used as long as it dissolves the aforementioned catalyst. Specifically, for example, amide solvents such as N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, propylene glycol, Preferable examples include ether solvents such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol methyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, and tetrahydrofuran.

本発明を特徴づけるポリヒドロキシウレタン樹脂の製造に使用可能な環状カーボネート化合物の構造には特に制限がなく、一分子中に2つ以上の環状カーボネート構造を有するものであれば使用可能である。例えば、ベンゼン骨格、芳香族多環骨格、縮合多環芳香族骨格を持つものや、脂肪族系や脂環式系のいずれも環状カーボネートも使用可能である。以下に使用可能な化合物について、構造式を挙げて例示する。なお、以下に列挙した構造式中にあるRは、水素原子、CH3のいずれかである。 The structure of the cyclic carbonate compound that can be used in the production of the polyhydroxyurethane resin characterizing the present invention is not particularly limited, and any structure having two or more cyclic carbonate structures in one molecule can be used. For example, any of those having a benzene skeleton, an aromatic polycyclic skeleton, a condensed polycyclic aromatic skeleton, an aliphatic type, and an alicyclic type can use a cyclic carbonate. The compounds that can be used in the following are exemplified with structural formulas. Note that R in the structural formulas listed below is either a hydrogen atom or CH 3 .

ベンゼン骨格、芳香族多環骨格、縮合多環芳香族骨格を持つものとして以下の化合物が例示される。

Figure 2016194029
The following compounds are exemplified as those having a benzene skeleton, an aromatic polycyclic skeleton, or a condensed polycyclic aromatic skeleton.
Figure 2016194029

脂肪族系や脂環式系の環状カーボネートとして以下の化合物が例示される。

Figure 2016194029
Examples of the aliphatic or alicyclic cyclic carbonate include the following compounds.
Figure 2016194029

本発明を特徴づけるポリヒドロキシウレタン樹脂は、上記に列挙したような、少なくともその一部に二酸化炭素を原料として用いて合成されてなる五員環環状カーボネート構造を有する、少なくとも2つの五員環環状カーボネート構造を有する化合物と、少なくとも2つのアミノ基を有する化合物との重付加反応によって製造されたものであることが好ましい。この際に使用される好ましいアミノ化合物としては、下記一般式(12)で示される、分子内に少なくとも2つの1級アミノ基と、少なくとも1つの2級アミノ基のどちらも有する化合物が挙げられる。下記一般式(12)で示されるアミノ化合物は、従来公知の多官能アミンを併用することができる。

Figure 2016194029
[一般式(12)中のR4、R5、R6は、それぞれ独立して、その化学構造中にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基である。] The polyhydroxyurethane resin characterizing the present invention has at least two five-membered cyclic rings having a five-membered cyclic carbonate structure synthesized by using carbon dioxide as a raw material at least in part as listed above. It is preferable that the compound is produced by a polyaddition reaction between a compound having a carbonate structure and a compound having at least two amino groups. Preferable amino compounds used in this case include compounds having both at least two primary amino groups and at least one secondary amino group in the molecule represented by the following general formula (12). A conventionally known polyfunctional amine can be used in combination with the amino compound represented by the following general formula (12).
Figure 2016194029
[R 4 , R 5 and R 6 in General Formula (12) are each independently an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may include an ether bond in its chemical structure. ]

上記一般式(12)で示される化合物としては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、イミノビスプロピルアミン、テトラエチレンペンタミン、N,N’−ビス(3−アミノプロピル)−1,3−プロピレンジアミン、N,N’−ビス(3−アミノプロピル)−1,4−ブチレンジアミンなどが挙げられ、これら化合物の1種又は2種類以上を使用することが可能である。   Examples of the compound represented by the general formula (12) include diethylenetriamine, triethylenetetramine, iminobispropylamine, tetraethylenepentamine, N, N′-bis (3-aminopropyl) -1,3-propylenediamine. N, N′-bis (3-aminopropyl) -1,4-butylenediamine and the like, and one or more of these compounds can be used.

上記アミン化合物と併用できる多官能アミン化合物としては、従来公知のいずれのものも使用できる。好ましいものとしては、例えば、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,6−ジアミノへキサン(別名:ヘキサメチレンジアミン)、1,8−ジアミノオクタン、1,10−ジアミノデカン、1,12−ジアミノドデカンなどの鎖状脂肪族ポリアミン、イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン、1,6−シクロヘキサンジアミン、ピペラジン、2,5−ジアミノピリジンなどの環状脂肪族ポリアミン、キシリレンジアミン(別名:メタキシレンジアミン)などの芳香環を持つ脂肪族ポリアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどの芳香族ポリアミンが挙げられる。   Any conventionally known polyfunctional amine compound that can be used in combination with the above amine compound can be used. Preferred examples include ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane (also known as hexamethylenediamine), 1,8-diaminooctane, and 1,10-diamino. Cyclic aliphatic polyamines such as decane, 1,12-diaminododecane, cycloaliphatic polyamines such as isophoronediamine, norbornanediamine, 1,6-cyclohexanediamine, piperazine, 2,5-diaminopyridine, and xylylenediamine (also known as: Aliphatic polyamines having an aromatic ring such as metaxylenediamine, and aromatic polyamines such as metaphenylenediamine and diaminodiphenylmethane.

一般式(12)で示されるアミノ化合物の構造中の2級アミノ基は、環状カーボネートとの反応が起こらず、主鎖中に2級アミノ基を主鎖に含んだポリヒドロキシウレタンの合成ができることは、既に「J.Polym.Sci.,Part A:Polym.Chem.2005,43,5899−5905」に報告されている。本発明においても、反応形態は、上記文献に記載されている通りであるので、2級アミノ基を含むポリヒドロキシウレタンを次反応の中間体として利用することとなる。ここで、環状カーボネート化合物と一般式(12)で示される化合物を含むアミン化合物との反応条件は、例えば、両者を混合し、40〜200℃の温度で4〜24時間反応させればよく、このようにすることで、2級アミノ基を含むポリヒドロキシウレタンを得ることができる。   The secondary amino group in the structure of the amino compound represented by the general formula (12) does not react with a cyclic carbonate, and can synthesize a polyhydroxyurethane containing a secondary amino group in the main chain. Has already been reported in "J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2005, 43, 5899-5905". Also in the present invention, since the reaction form is as described in the above-mentioned document, polyhydroxyurethane containing a secondary amino group is used as an intermediate for the next reaction. Here, the reaction conditions of the cyclic carbonate compound and the amine compound containing the compound represented by the general formula (12) may be, for example, mixing both and reacting at a temperature of 40 to 200 ° C. for 4 to 24 hours. By doing in this way, the polyhydroxy urethane containing a secondary amino group can be obtained.

上記反応は、無溶剤で行うことも可能であるが、本発明においては次工程の反応及び乳化工程を考慮して、親水性溶剤中で行うことが好ましい。この際に使用し得る親水性溶剤の好ましいものを例示すると、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。上記に列挙した溶剤の中でも、特に好ましい溶剤としては、転相乳化後の蒸発留去が容易な沸点を有するものであるテトラヒドロフランが挙げられる。   The above reaction can be carried out in the absence of a solvent, but in the present invention, it is preferably carried out in a hydrophilic solvent in consideration of the next step reaction and emulsification step. Examples of preferred hydrophilic solvents that can be used in this case include, for example, tetrahydrofuran, dioxane, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, propylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, Examples include ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol methyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, and diethylene glycol dimethyl ether. Among the solvents listed above, a particularly preferable solvent is tetrahydrofuran that has a boiling point that allows easy evaporation and evaporation after phase inversion emulsification.

本発明を特徴づけるポリヒドロキシウレタン樹脂の製造は、上記したように、特に触媒を使用せずに製造を行うことができるが、反応を促進させるためには、下記に挙げるような触媒の存在下で行うことも可能である。例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジアザビシクロウンデセン(DBU)、トリエチレンジアミン(DABCO)、ピリジン及びヒドロキシピリジンなどの塩基性触媒、テトラブチル錫、ジブチル錫ジラウリレートなどのルイス酸触媒などが使用できる。これらの触媒の好ましい使用量としては、反応に使用するカーボネート化合物とアミン化合物の総量(100質量部)に対して、0.01〜10質量部の範囲内で使用する。   As described above, the production of the polyhydroxyurethane resin that characterizes the present invention can be carried out without using any catalyst, but in order to promote the reaction, It is also possible to do this. For example, basic catalysts such as triethylamine, tributylamine, diazabicycloundecene (DBU), triethylenediamine (DABCO), pyridine and hydroxypyridine, and Lewis acid catalysts such as tetrabutyltin and dibutyltin dilaurate can be used. As a preferable usage-amount of these catalysts, it uses within the range of 0.01-10 mass parts with respect to the total amount (100 mass parts) of the carbonate compound and amine compound which are used for reaction.

次に、ヒドロキシポリウレタン樹脂へのカルボキシル基導入反応について説明する。本発明では、例えば、前記した方法により得られた2級アミノ基を主鎖に含むポリヒドロキシウレタンの2級アミノ基と、環状酸無水物の反応によってヒドロキシポリウレタン樹脂にカルボキシル基を導入する。   Next, the carboxyl group introduction reaction to the hydroxy polyurethane resin will be described. In the present invention, for example, a carboxyl group is introduced into a hydroxypolyurethane resin by a reaction between a secondary amino group of a polyhydroxyurethane containing a secondary amino group in the main chain obtained by the above-described method and a cyclic acid anhydride.

上記の反応に使用可能な環状酸無水物は、特に限定されるものではなく、複数のカルボキシル基を有する化合物のカルボキシル基が分子内で脱水縮合したものであれば使用可能である。具体的には、例えば、コハク酸無水物、イタコン酸無水物、マレイン酸無水物、カロン酸無水物、シトラコン酸無水物、グルタル酸無水物、ジグリコール酸無水物1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物などの脂肪族酸無水物や、その誘導体、フタル酸、トリメリット酸無水物、1,2−ナフタル酸無水物、ピロメリット酸無水物などの芳香族酸無水物、1,1−シクロヘキサン二酢酸無水物、1−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、1,1−シクロペンタン二酢酸無水物、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、などの脂環族酸無水物などがいずれも使用可能である。これらの中でも特に好ましい化合物としては、分子量の低い化合物が、少量の使用で乳化安定性を示すことから、例えば、コハク酸無水物やマレイン酸無水物などが挙げられる。   The cyclic acid anhydride that can be used in the above reaction is not particularly limited, and any cyclic acid anhydride can be used as long as the carboxyl groups of a compound having a plurality of carboxyl groups are dehydrated and condensed in the molecule. Specifically, for example, succinic anhydride, itaconic anhydride, maleic anhydride, caronic anhydride, citraconic anhydride, glutaric anhydride, diglycolic anhydride 1,2,3,4- Aliphatic acid anhydrides such as butanetetracarboxylic dianhydride and its derivatives, aromatic acid anhydrides such as phthalic acid, trimellitic acid anhydride, 1,2-naphthalic acid anhydride, pyromellitic acid anhydride, Fats such as 1,1-cyclohexanediacetic anhydride, 1-cyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride, 1,1-cyclopentanediacetic anhydride, 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride Any of cyclic acid anhydrides can be used. Among these, particularly preferred compounds include, for example, succinic anhydride and maleic anhydride since a low molecular weight compound exhibits emulsion stability when used in a small amount.

本発明者らの検討によれば、上記した反応で使用する環状酸無水物の使用量や、環状酸無水物の種類、環状カーボネートの種類によって、得られるポリヒドロキシウレタン樹脂中のカルボキシル基量を制御することができる。また、本発明者らの検討によれば、カルボキシル基量と乳化粒子径はほぼ比例関係にあり、カルボキシル基量が多くなるほど乳化粒子径は小さくなる。逆に、カルボキシル基が少なくなると乳化粒子径が大きくなり、ある程度の大きさからは乳化状態が不安定となる。このような理由から、本発明の水分散体を構成する水中に分散したポリヒドロキシウレタン樹脂の乳化粒子径は、0.01μm〜100μmの範囲内のものになる。その用途にもよるが、より好ましくは0.01μm〜2μmの範囲内のものになるように調整されたものであることが好ましい。また、カルボキシル基の導入量は、少なすぎると転相乳化ができず、多すぎると被膜の耐水性に悪影響を及ぼすため、酸価10mgKOH/g〜100mgKOH/gとなるように配合比を調整するのが好ましい。また、乳化粒子の安定度は、樹脂の分子量にも影響を受けるため、重量平均分子量が10000〜100000の範囲内にあることが好ましい。   According to the study by the present inventors, the amount of carboxyl groups in the resulting polyhydroxyurethane resin is determined depending on the amount of cyclic acid anhydride used in the above reaction, the type of cyclic acid anhydride, and the type of cyclic carbonate. Can be controlled. Further, according to the study by the present inventors, the amount of carboxyl groups and the emulsified particle diameter are substantially proportional, and the larger the amount of carboxyl groups, the smaller the emulsified particle diameter. On the contrary, when the number of carboxyl groups decreases, the emulsified particle diameter increases, and the emulsified state becomes unstable from a certain size. For these reasons, the emulsified particle diameter of the polyhydroxyurethane resin dispersed in water constituting the aqueous dispersion of the present invention is in the range of 0.01 μm to 100 μm. Although it depends on the use, it is more preferable that the thickness is adjusted so as to be within a range of 0.01 μm to 2 μm. Further, if the introduction amount of the carboxyl group is too small, phase inversion emulsification cannot be carried out, and if too large, the water resistance of the coating is adversely affected. Therefore, the mixing ratio is adjusted so that the acid value is 10 mgKOH / g to 100 mgKOH / g. Is preferred. Moreover, since the stability of emulsified particles is also affected by the molecular weight of the resin, the weight average molecular weight is preferably in the range of 10,000 to 100,000.

上記したようにして製造される本発明の水分散体を利用することで、被膜層やフィルムを形成することができるが、これらが、ガスバリア性を有するものとなることも、本発明の特徴の一つである。ガスバリア性は、樹脂の構造中の水酸基の存在により発揮されるものであり、形成したフィルムのガスバリア性の程度は、使用する被膜形成樹脂の構造中の水酸基量に依存する。本発明者らの検討によれば、水酸基が少なすぎる場合はガスバリア性が劣り、逆に多すぎる場合は、特にバリア性に対して問題を生じないが樹脂が固くなり密着性が悪くなるため、このような目的を達成するために必要となる樹脂の構造中における水酸基量の好ましい範囲は、水酸基価が150mgKOH/g〜300mgKOH/gの範囲である。   By using the aqueous dispersion of the present invention produced as described above, a coating layer or a film can be formed. However, these also have gas barrier properties. One. The gas barrier properties are exhibited by the presence of hydroxyl groups in the resin structure, and the degree of gas barrier properties of the formed film depends on the amount of hydroxyl groups in the structure of the film-forming resin used. According to the study by the present inventors, the gas barrier property is inferior when there are too few hydroxyl groups, and conversely, when it is too much, there is no problem particularly with respect to the barrier property, but the resin becomes harder and the adhesion becomes worse. A preferable range of the amount of hydroxyl groups in the structure of the resin necessary to achieve such an object is a range of hydroxyl groups of 150 mgKOH / g to 300 mgKOH / g.

本発明の水分散体を構成する樹脂の構造中に存在しているカルボキシル基は、水分散体とする際に、そのままの状態であってもよいが、水中でのイオン化を促進するために、カルボキシル基の一部、好ましくは全部を中和して、中和塩としておくことが好ましい。カルボキシル基を架橋や修飾反応に使用するために中和せずに残すことも可能であるが、乳化のためのイオン性基としてのみ利用する場合は、中和剤をカルボキシル基の当モル量か1〜10%程度の過剰量使用することで、全てを中和塩とすることが好ましい。   In order to promote ionization in water, the carboxyl group present in the structure of the resin constituting the aqueous dispersion of the present invention may be as it is when the aqueous dispersion is used. It is preferable to neutralize a part, preferably all, of the carboxyl groups to obtain neutralized salts. It is possible to leave the carboxyl group unneutralized for use in cross-linking and modification reactions, but when using it only as an ionic group for emulsification, the neutralizing agent should be equimolar to the carboxyl group. By using an excess amount of about 1 to 10%, it is preferable to use all as neutralized salts.

上記において、中和に使用する塩基性化合物としては、例えば、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−フェニルジエタノールアミン、モノエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、モルホリン、N−メチルモルホリン、2−アミノ−2−エチル−1−プロパノール、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、N−メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの有機アミン、リチウム、カリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、アンモニアなどの無機塩基などが挙げられ、これらは併用できる。これら塩基性化合物の中でも特に好ましい化合物は、塗膜形成時に揮発可能なものであり、例えば、トリエチルアミンを用いることが好ましい。トリエチルアミンなどを用いて中和塩とした場合は、塗膜形成時に塩基性化合物が揮発するので、塗膜(被覆膜)の耐水性が向上する。   In the above, examples of the basic compound used for neutralization include ethylamine, trimethylamine, triethylamine, triisopropylamine, tributylamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-phenyldiethanolamine, monoethanolamine, dimethylethanolamine. , Diethylethanolamine, morpholine, N-methylmorpholine, 2-amino-2-ethyl-1-propanol, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, N-methyldiethanolamine, organic amines such as triethanolamine, lithium, Inorganic salts such as alkali metals such as potassium and sodium, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, potassium hydroxide and ammonia And the like, which can be used in combination. Among these basic compounds, particularly preferable compounds are those that can volatilize during the formation of the coating film, and for example, it is preferable to use triethylamine. When the neutralized salt is formed using triethylamine or the like, the basic compound volatilizes during the formation of the coating film, so that the water resistance of the coating film (coating film) is improved.

前記で説明した方法によって得られた、水中でイオン性基となるカルボキシル基又はその塩を含有するポリヒドロキシウレタン樹脂は、その溶剤溶液に水を徐々に添加することで転相させ、O/W型のエマルジョンを得ることができる。転相させる際に添加する水の使用量は、ポリヒドロキシウレタンの樹脂の化学構造、樹脂の合成の際に使用した溶剤の種類、樹脂濃度、粘度、といったファクターに依存するが、概ね50部〜200部程度である。転相を行う際に使用する装置は、合成反応に使用する装置と同様の装置でよいが、連続式の乳化機や分散機を使用することもできる。通常、転相工程は、特に加熱する必要はなく、転相前の樹脂溶液に対する水の溶解性を低くするために、10℃〜30℃程度の温度で行うことが効率的であり、好ましい。   The polyhydroxyurethane resin containing a carboxyl group that becomes an ionic group in water or a salt thereof obtained by the method described above is phase-shifted by gradually adding water to the solvent solution, and O / W A type of emulsion can be obtained. The amount of water used for phase inversion depends on factors such as the chemical structure of the polyhydroxyurethane resin, the type of solvent used in the resin synthesis, the resin concentration, and the viscosity. About 200 parts. The apparatus used for phase inversion may be the same apparatus as that used for the synthesis reaction, but a continuous emulsifier or disperser can also be used. Usually, the phase inversion step is not particularly required to be heated, and it is efficient and preferable to carry out at a temperature of about 10 ° C. to 30 ° C. in order to reduce the solubility of water in the resin solution before phase inversion.

更に、転相乳化して作製したO/W型エマルジョンを減圧条件下で加熱することで、ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造に使用した溶剤を揮発させ、樹脂分のみが水中に分散してなる本発明の水分散体を得ることができる。この際の加熱条件及び減圧条件は、揮発させる溶剤の沸点により異なるが、水が先に蒸発しないことが好ましい条件であり、概ね、300Torr〜50Torr、20℃〜70℃の範囲で調整する。なお、本発明の水分散体は、水中にポリヒドロキシウレタン樹脂を分散させてなるものであるが、最終的な溶媒が必ずしも水単独である必要はなく、転相前の溶剤が残存していても使用可能であり、用途に合わせて調節すればよい。   Furthermore, the O / W emulsion prepared by phase inversion emulsification is heated under reduced pressure conditions to volatilize the solvent used for the production of the polyhydroxyurethane resin, and only the resin content is dispersed in water. An aqueous dispersion can be obtained. The heating conditions and the reduced pressure conditions at this time differ depending on the boiling point of the solvent to be volatilized, but it is preferable that water does not evaporate first, and is generally adjusted in the range of 300 Torr to 50 Torr and 20 ° C to 70 ° C. The aqueous dispersion of the present invention is obtained by dispersing a polyhydroxyurethane resin in water, but the final solvent is not necessarily water alone, and the solvent before phase inversion remains. Can be used and can be adjusted according to the application.

本発明の水分散体は、例えば、上記したようにして得られる、水中に、上記した特有の構造を有するポリヒドロキシウレタン樹脂が0.01μm〜100μmの粒子径にて分散した水分散体であるが、水中における該ポリヒドロキシウレタン樹脂の含有量は、用途によっても異なり特に限定されないが、水分散体中の固形分で、例えば、10〜50%程度であることが好ましい。   The aqueous dispersion of the present invention is, for example, an aqueous dispersion obtained by dispersing the polyhydroxyurethane resin having the above-described specific structure in water with a particle diameter of 0.01 μm to 100 μm, obtained as described above. However, the content of the polyhydroxyurethane resin in water varies depending on the use and is not particularly limited. However, the solid content in the aqueous dispersion is preferably, for example, about 10 to 50%.

本発明の水分散体は、加工時(使用時)の必要特性に合わせて各種レオロジー調整剤を添加して使用することができる。また、本発明の水分散体は、必要に応じて各種添加剤を加えてもよく、例えば、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤などを添加することができる。   The aqueous dispersion of the present invention can be used by adding various rheology modifiers according to the required properties during processing (in use). Moreover, the water dispersion of this invention may add various additives as needed, for example, antioxidant, a light stabilizer, a ultraviolet absorber, etc. can be added.

また、本発明の水分散体は、水に溶解・分散可能な硬化剤を配合して使用することで、架橋塗膜を作成できるものになる。この際に使用できる硬化剤としては、特に制限はないが、例えば、水酸基と反応可能な水分散性成分、ポリイソシアネート類、ブロックイソシアネート類、エポキシ化合物、アルミニウムやチタニウムなどの金属キレート化合物、メラミン樹脂、アルデヒド化合物、などが挙げられる。また、カルボキシル基と反応可能は架橋剤も使用可能であり、前記化合物に加えて水分散性カルボジイミドなども使用可能である。   Moreover, the water dispersion of this invention can create a crosslinked coating film by mix | blending and using the hardening | curing agent which can be melt | dissolved / dispersed in water. The curing agent that can be used in this case is not particularly limited. For example, water-dispersible components capable of reacting with hydroxyl groups, polyisocyanates, blocked isocyanates, epoxy compounds, metal chelate compounds such as aluminum and titanium, and melamine resins. Aldehyde compounds, and the like. In addition, a crosslinking agent can be used as long as it can react with a carboxyl group, and water dispersible carbodiimide or the like can be used in addition to the above compound.

本発明の水分散体を使用して塗膜(被覆膜)を得る方法としては、本発明の水分散体を基材となるフィルムに、例えば、グラビアコーター、ナイフコーター、リバースコーター、バーコーター、スプレーコーター、スリットコーターなどによって塗布し、水及び残存している溶剤を揮発させることが挙げられる。このようにすることで、基材と、該基材の少なくとも一方に、本発明の水分散体によって形成したポリヒドロキシウレタン被膜層とを有してなる本発明のフィルムを得ることができる。   As a method for obtaining a coating film (coating film) using the aqueous dispersion of the present invention, for example, a gravure coater, a knife coater, a reverse coater, a bar coater is applied to a film that uses the aqueous dispersion of the present invention as a substrate. Application with a spray coater, slit coater, etc., and volatilization of water and remaining solvent. By doing in this way, the film of this invention which has a base material and the polyhydroxy urethane coating layer formed with the aqueous dispersion of this invention in at least one of this base material can be obtained.

上記で基材として使用するフィルム材料は、特に限定されるものではなく、従来から包装材料として使用される高分子材料は全て使用可能である。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸などのポリエステル系樹脂、ナイロン6やナイロン66などのポリアミド系樹脂、その他ポリイミド等とこれらの樹脂の共重合体等が挙げられる。また、これらの高分子材料には、必要に応じて、例えば、公知の帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤等の添加剤を適宜に含ませることができる。   The film material used as a base material in the above is not particularly limited, and any polymer material conventionally used as a packaging material can be used. Examples thereof include polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene and polystyrene, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polylactic acid, polyamide resins such as nylon 6 and nylon 66, other polyimides, and copolymers of these resins. . In addition, these polymer materials can appropriately contain, for example, known antistatic agents, ultraviolet absorbers, plasticizers, lubricants, colorants and the like as necessary.

次に、具体的な製造例、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の例における「部」及び「%」は特に断りのない限り質量基準である。   Next, the present invention will be described in more detail with reference to specific production examples, examples, and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples, “part” and “%” are based on mass unless otherwise specified.

[製造例1:環状カーボネート含有化合物(I−A)の合成]
エポキシ当量192のビスフェノールAジグリシジルエーテル(商品名:jER828、ジャパンエポキシレジン(株)製)100部と、ヨウ化ナトリウム(和光純薬製)20部と、N−メチル−2−ピロリドン100部とを、撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に仕込んだ。次いで、撹拌しながら二酸化炭素を連続して吹き込み、100℃にて10時間反応を行った。そして、反応終了後の溶液にイソプロパノール1,400部を加え、反応物を白色の沈殿として析出させ、濾別した。得られた沈殿物をトルエンにて再結晶を行い、白色の粉末52部を得た(収率42%)。
[Production Example 1: Synthesis of cyclic carbonate-containing compound (IA)]
100 parts of bisphenol A diglycidyl ether (trade name: jER828, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.) having an epoxy equivalent of 192, 20 parts of sodium iodide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), and 100 parts of N-methyl-2-pyrrolidone Was charged in a reaction vessel equipped with a stirrer and a reflux with an air opening. Subsequently, carbon dioxide was continuously blown in with stirring, and the reaction was performed at 100 ° C. for 10 hours. Then, 1,400 parts of isopropanol was added to the solution after completion of the reaction to precipitate the reaction product as a white precipitate, which was filtered off. The resulting precipitate was recrystallized from toluene to obtain 52 parts of white powder (yield 42%).

上記で得られた粉末を、FT−IR(堀場製作所製、FT−720 以下の製造例でも同様の装置で測定)にて分析でしたところ、910cm-1付近の原材料のエポキシ基由来の吸収は消失しており、1800cm-1付近に原材料には存在しないカーボネート基のカルボニル由来の吸収が確認された。また、HPLC(日本分光製、LC−2000;カラムFinepakSIL C18−T5;移動相 アセトニトリル+水)による分析の結果、原材料のピークは消失し、高極性側に新たなピークが出現し、その純度は98%であった。また、DSC測定(示差走査熱量測定)の結果、融点は178℃であり、融点範囲は±5℃であった。 When the powder obtained above was analyzed by FT-IR (manufactured by Horiba, Ltd., also measured by the same apparatus in the following FT-720 production example), the absorption derived from the epoxy group of the raw material in the vicinity of 910 cm −1 was It disappeared, and absorption from the carbonyl of the carbonate group that was not present in the raw material was confirmed near 1800 cm −1 . In addition, as a result of analysis by HPLC (manufactured by JASCO, LC-2000; column FinepakSIL C18-T5; mobile phase acetonitrile + water), the peak of the raw material disappeared, a new peak appeared on the high polarity side, and its purity was It was 98%. As a result of DSC measurement (differential scanning calorimetry), the melting point was 178 ° C., and the melting point range was ± 5 ° C.

以上のことから、この粉末は、エポキシ基と二酸化炭素の反応により環状カーボネート基が導入された下記式で表わされる構造の化合物であると確認された。これをI−Aと略称した。I−Aの化学構造中に二酸化炭素由来の成分が占める割合は、20.5%であった(計算値)。

Figure 2016194029
From the above, this powder was confirmed to be a compound having a structure represented by the following formula in which a cyclic carbonate group was introduced by the reaction of an epoxy group and carbon dioxide. This was abbreviated as IA. The proportion of components derived from carbon dioxide in the chemical structure of IA was 20.5% (calculated value).
Figure 2016194029

[製造例2:環状カーボネート含有化合物(I−B)の合成]
エポキシ化合物として、エポキシ当量115のハイドロキノンジグリシジルエーテル(商品名:デナコールEX203、ナガセケムテックス(株)製)を用いた以外は、前記した製造例1と同様の方法で、下記式(I−B)で表わされる構造の環状カーボネート化合物を合成した(収率55%)。得られたI−Bは、白色の結晶であり、融点は141℃であった。FT−IR分析の結果は、I−Aと同様に910cm-1付近の原材料のエポキシ基由来の吸収は消失しており、1800cm-1付近に原材料には存在しないカーボネート基のカルボニル由来の吸収が確認された。HPLC分析による純度は97%であった。I−Bの化学構造中に二酸化炭素由来の成分が占める割合は、28.0%であった(計算値)。

Figure 2016194029
[Production Example 2: Synthesis of cyclic carbonate-containing compound (IB)]
Except that hydroquinone diglycidyl ether having an epoxy equivalent of 115 (trade name: Denacol EX203, manufactured by Nagase ChemteX Corp.) was used as the epoxy compound, the same formula (IB) ) Was synthesized (55% yield). The obtained IB was white crystals and had a melting point of 141 ° C. As a result of FT-IR analysis, the absorption derived from the epoxy group of the raw material in the vicinity of 910 cm −1 disappeared as in IA, and the absorption derived from the carbonyl of the carbonate group not present in the raw material in the vicinity of 1800 cm −1. confirmed. The purity by HPLC analysis was 97%. The proportion of the component derived from carbon dioxide in the chemical structure of IB was 28.0% (calculated value).
Figure 2016194029

<水中に分散させる前の実施例で使用するカルボキシル基含有ヒドロキシポリウレタン樹脂の製造>
[実施例用の樹脂合成例1]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、製造例1で得た化合物I−Aを100部、ヘキサメチレンジアミン(東京化成工業製)16.3部、ジエチレントリアミン(東京化成工業製)9.6部、さらに反応溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)189部を加え、60℃の温度で撹拌しながら24時間の反応を行った。反応後の樹脂溶液をFT−IRにて分析したところ、1800cm-1付近に観察されていた環状カーボネートのカルボニル基由来の吸収が完全に消失しており、新たに1760cm-1付近にウレタン結合のカルボニル基由来の吸収が確認された。得られた樹脂溶液を用いて測定したアミン価は、樹脂分100%の換算値として42.1mgKOH/gであった。アミン価の測定方法については、後述する。次いで、この樹脂溶液に、無水フタル酸(東京化成工業製)13.8部を加え40℃で反応を行い、FT−IRにて酸無水物カルボニル由来の1800cm-1のピークが消失したことを確認して反応を終了し、水を加えて転相乳化する前の本発明で規定する構造を有するカルボキシル基含有ヒドロキシポリウレタン樹脂を得た。
<Production of carboxyl group-containing hydroxypolyurethane resin used in Examples before being dispersed in water>
[Resin Synthesis Example 1 for Examples]
In a reaction vessel equipped with a stirrer and a reflux opening with an atmosphere opening port, 100 parts of Compound IA obtained in Production Example 1, 16.3 parts of hexamethylenediamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry), diethylenetriamine (Tokyo Chemical Industry) 9.6 parts (manufactured by Kogyo) and 189 parts of tetrahydrofuran (THF) as a reaction solvent were added, and the reaction was carried out for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. When the resin solution after the reaction was analyzed by FT-IR, 1800 cm -1 absorption due carbonyl group of cyclic carbonates that have been observed in the vicinity has completely disappeared, the new urethane bonds in the vicinity of 1760 cm -1 Absorption derived from a carbonyl group was confirmed. The amine value measured using the obtained resin solution was 42.1 mgKOH / g as a converted value of 100% resin content. A method for measuring the amine value will be described later. Next, 13.8 parts of phthalic anhydride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to this resin solution and reacted at 40 ° C., and the peak at 1800 cm −1 derived from acid anhydride carbonyl disappeared by FT-IR. After confirming, the reaction was completed, and a carboxyl group-containing hydroxypolyurethane resin having a structure defined in the present invention before phase inversion emulsification by adding water was obtained.

得られた樹脂の物性を確認するために、上記の樹脂溶液を、乾燥時の膜厚が50μmになるように、バーコーターにて離型紙に塗布し、80℃オーブンで溶剤を乾燥させた後、離型紙を剥がして、樹脂合成例1で得た樹脂製の樹脂フィルムを得た。この樹脂フィルムの外観、機械強度、酸素透過率(ガスバリア性)、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。それぞれの測定方法については後述する。その結果を表1に示した。   In order to confirm the physical properties of the obtained resin, the above resin solution was applied to release paper with a bar coater so that the film thickness at the time of drying was 50 μm, and the solvent was dried in an 80 ° C. oven. The release paper was peeled off to obtain a resin resin film obtained in Resin Synthesis Example 1. The appearance, mechanical strength, oxygen permeability (gas barrier property), resin acid value, resin hydroxyl value, and molecular weight (GPC) of this resin film were measured. Each measuring method will be described later. The results are shown in Table 1.

[実施例用の樹脂合成例2]
樹脂合成例1で用いたのと同様の反応容器内に、製造例1で得た化合物I−Aを100部、へキサメチレンジアミンを24.4部、ジエチレントリアミンを2.4部、テトラヒドロフランを194部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間の反応を行った。反応後の樹脂溶液についてのFT−IRによる反応経過確認の結果は、樹脂合成例1と同様であった。得られた樹脂のアミン価は樹脂分100%の換算値として10.5mgKOH/gであった。次いで、樹脂合成例1で用いた無水フタル酸に変えて、無水マレイン酸2.3部を使用した以外は、樹脂合成例1と同様に反応させて、水を加えて転相乳化する前の樹脂溶液を得た。そして、得られた樹脂の物性を確認するために、樹脂合成例1と同様にして、樹脂フィルムを作製し、フィルムの外観、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。結果を表1に示した。
[Resin Synthesis Example 2 for Examples]
In a reaction container similar to that used in Resin Synthesis Example 1, 100 parts of Compound IA obtained in Production Example 1, 24.4 parts of hexamethylenediamine, 2.4 parts of diethylenetriamine, and 194 tetrahydrofuran are used. The reaction was carried out for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. The result of the reaction progress confirmation by FT-IR about the resin solution after reaction was the same as that of Resin Synthesis Example 1. The amine value of the obtained resin was 10.5 mgKOH / g as a converted value of 100% resin content. Next, except that 2.3 parts of maleic anhydride was used in place of the phthalic anhydride used in Resin Synthesis Example 1, the reaction was performed in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and water was added before phase inversion emulsification. A resin solution was obtained. Then, in order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was prepared in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the film appearance, mechanical strength, oxygen permeability, resin acid value, resin hydroxyl value, And the molecular weight (GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

[実施例用の樹脂合成例3]
樹脂合成例1で用いたのと同様の反応容器内に、製造例1で得た化合物I−Aを100部、メタキシレンジアミン(三菱ガス化学製)を25.4部、イミノビスプロピルアミン(東京化成製)を6.1部、テトラヒドロフランを206部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間の反応を行った。反応後の樹脂溶液についてのFT−IRによる反応経過確認の結果は、樹脂合成例1と同様であった。得られた樹脂のアミン価は樹脂分100%の換算値として25.5mgKOH/gであった。次いで、樹脂合成例1で用いた無水フタル酸に変えて、無水マレイン酸4.6部を使用した以外は、樹脂合成例1と同様に反応させて、水を加えて転相乳化する前の樹脂溶液を得た。そして、得られた樹脂の物性を確認するために、樹脂合成例1と同様にして、樹脂フィルムを作製し、フィルムの外観、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。結果を表1に示した。
[Resin Synthesis Example 3 for Examples]
In a reaction container similar to that used in Resin Synthesis Example 1, 100 parts of Compound IA obtained in Production Example 1, 25.4 parts of metaxylenediamine (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical), iminobispropylamine ( 6.1 parts of Tokyo Kasei) and 206 parts of tetrahydrofuran were added, and the reaction was carried out for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. The result of the reaction progress confirmation by FT-IR about the resin solution after reaction was the same as that of Resin Synthesis Example 1. The amine value of the obtained resin was 25.5 mgKOH / g as a converted value of 100% resin content. Next, except that 4.6 parts of maleic anhydride was used in place of the phthalic anhydride used in Resin Synthesis Example 1, the reaction was conducted in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and water was added before phase inversion emulsification. A resin solution was obtained. Then, in order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was prepared in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the film appearance, mechanical strength, oxygen permeability, resin acid value, resin hydroxyl value, And the molecular weight (GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

[実施例用の樹脂合成例4]
樹脂合成例1で用いたのと同様の反応容器内に、製造例2で得た化合物I−Bを100部、へキサメチレンジアミンを29.9部、トリエチレンテトラミン(東京化成工業製)を9.4部、テトラヒドロフランを236部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間の反応を行った。反応後の樹脂溶液についてのFT−IRによる反応経過確認の結果は、樹脂合成例1と同様であった。得られた樹脂のアミン価は樹脂分100%の換算値として26.2mgKOH/gであった。次いで、樹脂合成例1で用いた無水フタル酸に変えて、無水マレイン酸12.6部を使用した以外は、樹脂合成例1同様に反応させて、水を加えて転相乳化する前の樹脂溶液を得た。そして、得られた樹脂の物性を確認するために、樹脂合成例1と同様にして、樹脂フィルムを作製し、フィルムの外観、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。結果を表1に示した。
[Resin Synthesis Example 4 for Examples]
In a reaction container similar to that used in Resin Synthesis Example 1, 100 parts of Compound IB obtained in Production Example 2, 29.9 parts of hexamethylenediamine, and triethylenetetramine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 9.4 parts and 236 parts of tetrahydrofuran were added, and the reaction was performed for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. The result of the reaction progress confirmation by FT-IR about the resin solution after reaction was the same as that of Resin Synthesis Example 1. The amine value of the obtained resin was 26.2 mgKOH / g as a converted value of 100% resin content. Next, the resin before the phase inversion emulsification by adding water and reacting in the same manner as in the resin synthesis example 1 except that 12.6 parts of maleic anhydride was used instead of the phthalic anhydride used in the resin synthesis example 1. A solution was obtained. Then, in order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was prepared in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the film appearance, mechanical strength, oxygen permeability, resin acid value, resin hydroxyl value, And the molecular weight (GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

[実施例用の樹脂合成例5]
実施例1で用いたのと同様の反応容器内に、化合物I−Aを100部、ジエチレントリアミンを24.1部、テトラヒドロフランを220部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間の反応を行った。反応後の樹脂溶液についてのFT−IRによる反応経過確認の結果は、樹脂合成例1と同様であった。得られた樹脂のアミン価は樹脂分100%の換算値として107.0mgKOH/gであった。次いで、樹脂合成例1で用いた無水フタル酸に変えて、無水マレイン酸22.9部を使用した以外は、樹脂合成例1と同様に反応させて、水を加えて転相乳化する前の樹脂溶液を得た。そして、得られた樹脂の物性を確認するために、樹脂合成例1と同様にして、樹脂フィルムを作製し、フィルムの外観、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。結果を表1に示した。
[Resin Synthesis Example 5 for Examples]
In a reaction vessel similar to that used in Example 1, 100 parts of Compound IA, 24.1 parts of diethylenetriamine and 220 parts of tetrahydrofuran were added, and the reaction was carried out for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. went. The result of the reaction progress confirmation by FT-IR about the resin solution after reaction was the same as that of Resin Synthesis Example 1. The amine value of the obtained resin was 107.0 mgKOH / g as a converted value of 100% resin content. Next, except that 22.9 parts of maleic anhydride was used in place of the phthalic anhydride used in Resin Synthesis Example 1, the reaction was performed in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and water was added before phase inversion emulsification. A resin solution was obtained. Then, in order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was prepared in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the film appearance, mechanical strength, oxygen permeability, resin acid value, resin hydroxyl value, And the molecular weight (GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

[比較例用の樹脂合成例a]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、製造例1で得た化合物I−Aを100部、ヘキサメチレンジアミン(東京化成工業製)を27.1部、さらに、反応溶媒としてテトラヒドロフラン204部を加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間の反応を行った。反応後の樹脂溶液についてのFT−IRによる反応経過確認の結果は、樹脂合成例1と同様であった。得られた比較例用の樹脂は、2級アミノ基を含まないポリヒドロキシウレタン樹脂であった。次いで、反応溶液を60℃に保ったまま、無水マレイン酸を9.2部、付加反応用触媒(兼中和剤)として、トリエチルアミンを9.4部加え、60℃で2時間の反応を行い、反応を終了した。反応後の比較例用の樹脂溶液をFT−IRで分析したところ、酸無水物カルボニル由来の1800cm-1のピークは完全に消失していた。得られた樹脂の物性を確認するために、樹脂合成例1と同様にして、樹脂フィルムを作製し、フィルムの外観、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。結果を表1に示した。
[Resin Synthesis Example a for Comparative Example a]
In a reaction vessel equipped with a stirrer and a reflux opening having an air opening, 100 parts of Compound IA obtained in Production Example 1, 27.1 parts of hexamethylenediamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and reaction 204 parts of tetrahydrofuran was added as a solvent, and the reaction was performed for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. The result of the reaction progress confirmation by FT-IR about the resin solution after reaction was the same as that of Resin Synthesis Example 1. The obtained resin for a comparative example was a polyhydroxyurethane resin containing no secondary amino group. Next, with the reaction solution kept at 60 ° C., 9.2 parts of maleic anhydride and 9.4 parts of triethylamine as an addition reaction catalyst (also a neutralizing agent) were added and reacted at 60 ° C. for 2 hours. Finished the reaction. When the resin solution for the comparative example after the reaction was analyzed by FT-IR, the peak at 1800 cm −1 derived from the acid anhydride carbonyl had completely disappeared. In order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was prepared in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the film appearance, mechanical strength, oxygen permeability, resin acid value, resin hydroxyl value, and molecular weight were obtained. (GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

[比較例用の樹脂合成例b]
製造例1で得た化合物I−Aを100部、メタキシレンジアミンを31.8部、テトラヒドロフランを225部とし、無水マレイン酸を18.3部、トリエチルアミンを18.9部とした以外は、樹脂合成例aと同様に反応を行い、比較例用の樹脂溶液を得た。得られた樹脂の物性を確認するために、樹脂合成例1と同様にして、樹脂フィルムを作製し、フィルムの外観、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。結果を表1に示した。
[Resin Synthesis Example b for Comparative Example]
Resin except that compound IA obtained in Production Example 1 was 100 parts, metaxylenediamine was 31.8 parts, tetrahydrofuran was 225 parts, maleic anhydride was 18.3 parts, and triethylamine was 18.9 parts. Reaction was performed in the same manner as in Synthesis Example a to obtain a resin solution for Comparative Example. In order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was prepared in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the film appearance, mechanical strength, oxygen permeability, resin acid value, resin hydroxyl value, and molecular weight were obtained. (GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

[比較例用の樹脂合成例c]
上記で使用したと同様の反応容器内に、製造例1で得た化合物I−Aを100部、ヘキサメチレンジアミンを27.1部、テトラヒドロフランを198部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間の反応を行い、比較例用の樹脂溶液を得た。得られた樹脂溶液は、カルボキシル基を含まない通常のポリヒドロキシウレタン樹脂である。得られた樹脂の物性を確認するために、樹脂合成例1と同様にして、樹脂フィルムを作製し、フィルムの外観、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。結果を表1に示した。
[Resin Synthesis Example c for Comparative Example]
In a reaction container similar to that used above, 100 parts of Compound IA obtained in Production Example 1, 27.1 parts of hexamethylenediamine, and 198 parts of tetrahydrofuran were added and stirred at a temperature of 60 ° C., Reaction for 24 hours was performed and the resin solution for a comparative example was obtained. The obtained resin solution is a normal polyhydroxyurethane resin containing no carboxyl group. In order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was prepared in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the film appearance, mechanical strength, oxygen permeability, resin acid value, resin hydroxyl value, and molecular weight were obtained. (GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

(評価)
以上で説明した実施例用の樹脂合成例1〜5及び比較例用の樹脂合成例a〜cでそれぞれ得た各樹脂、及び各樹脂で作製した各フィルムについて、以下の方法及び基準で評価した。各樹脂についての二酸化炭素含有量は、以下のようにして算出した。評価結果を表1にまとめて示した。
(Evaluation)
Each resin obtained in Resin Synthesis Examples 1 to 5 for Examples and Resin Synthesis Examples a to c for Comparative Examples, and each film prepared with each resin were evaluated by the following methods and criteria. . The carbon dioxide content for each resin was calculated as follows. The evaluation results are summarized in Table 1.

[二酸化炭素含有量]
二酸化炭素含有量は、各合成例で使用したヒドロキシポリウレタン樹脂の化学構造中における、原料の二酸化炭素由来のセグメントの質量%を算出して求めた。具体的には、ポリウレタン樹脂の合成反応に使用した、化合物I−A、I−Bを合成する際に使用した、モノマーに対して含まれる二酸化炭素の理論量から算出した計算値で示した。例えば、実施例用の樹脂合成例1の場合には、使用した化合物I−Aの二酸化炭素由来の成分量は20.5%、であり、これより実施例用の樹脂合成例1のポリウレタン中の二酸化炭素濃度は(100部×20.5%)/139.7全量=14.7質量%となる。
[CO2 content]
The carbon dioxide content was determined by calculating the mass% of the carbon dioxide-derived segment of the raw material in the chemical structure of the hydroxy polyurethane resin used in each synthesis example. Specifically, it was shown by a calculated value calculated from the theoretical amount of carbon dioxide contained in the monomer used in synthesizing the compounds IA and IB used in the synthesis reaction of the polyurethane resin. For example, in the case of Resin Synthesis Example 1 for Examples, the amount of the component derived from carbon dioxide of the compound IA used is 20.5%, and from this, in the polyurethane of Resin Synthesis Example 1 for Examples The carbon dioxide concentration of (100 parts × 20.5%) / 139.7 total amount = 14.7% by mass.

[分子量]
DMFを移動相としたGPC測定(東ソー製、GPC−8220;カラムSuper AW2500+AW3000+AW4000+AW5000;以下の実施例も同様)により測定した。ポリスチレン換算値として重量平均分子量を表す。
[Molecular weight]
GPC measurement using DMF as a mobile phase (manufactured by Tosoh Corporation, GPC-8220; column Super AW2500 + AW3000 + AW4000 + AW5000; the following examples are also the same) was used. The weight average molecular weight is expressed as a polystyrene equivalent value.

[フィルム外観]
作製したそれぞれの樹脂フィルムについて、全光線透過率及びヘイズを測定し、以下の基準で評価した。全光線透過率及びヘイズは、JIS K−7105に準拠して、いずれもヘイズメーター(スガ試験機(株)製 HZ−1)により測定した。ヘイズメーターで測定される全ての光量が全光線透過率であり、全光線透過率に対する拡散透過光の割合がヘイズである。
<評価基準>
〇:全光線透過率90%以上 ヘイズ0.5%以下
×:〇に該当しないもの
[Film appearance]
About each produced resin film, the total light transmittance and haze were measured, and the following references | standards evaluated. The total light transmittance and haze were measured with a haze meter (HZ-1 manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) in accordance with JIS K-7105. All the light quantities measured with the haze meter are the total light transmittance, and the ratio of the diffuse transmitted light to the total light transmittance is the haze.
<Evaluation criteria>
○: Total light transmittance 90% or more Haze 0.5% or less ×: Not applicable to ○

[酸価、水酸基価]
いずれも各樹脂について、JIS K−1557に準拠した滴定法により測定し、樹脂1gあたりの各官能基の含有量を、KOHのmg当量で表した。なお、単位はmgKOH/gである。
[Acid value, hydroxyl value]
In each case, each resin was measured by a titration method based on JIS K-1557, and the content of each functional group per 1 g of the resin was expressed in mg equivalents of KOH. The unit is mgKOH / g.

[機械強度]
作製した各樹脂フィルムの機械強度として、破断点強度及び破断点伸度を測定した。測定はJIS K−6251に準拠して、オートグラフ〔島津製作所(株)製、AGS−J(商品名)〕を使用した測定法によって、室温(25℃)で測定を実施した。
[Mechanical strength]
As the mechanical strength of each of the produced resin films, the strength at break and the elongation at break were measured. The measurement was performed at room temperature (25 ° C.) by a measurement method using an autograph [manufactured by Shimadzu Corporation, AGS-J (trade name)] in accordance with JIS K-6251.

[ガスバリア性(酸素透過率)]
作製した各樹脂フィルムについて、JIS K−7126に準拠して酸素の透過率を測定し、これをガスバリア性の評価値とした。すなわち、この値が低いほどガスバリア性に優れると判断できる。具体的には、酸素透過率測定装置(MOCON社製 OX−TRAN 2/21ML)を使用して、温度23℃で湿度65%とした恒温恒湿条件下にて、酸素透過率を測定した。なお、使用したフィルムは乾燥後の膜厚が50μmであるため、膜厚20μmに換算した値を表1に記載した。
[Gas barrier properties (oxygen permeability)]
About each produced resin film, the transmittance | permeability of oxygen was measured based on JISK-7126, and this was made into the evaluation value of gas barrier property. That is, it can be judged that the lower the value, the better the gas barrier property. Specifically, the oxygen permeability was measured using a oxygen permeability measuring device (OX-TRAN 2 / 21ML manufactured by MOCON) under a constant temperature and humidity condition at a temperature of 23 ° C. and a humidity of 65%. In addition, since the film thickness after drying was 50 micrometers, the value converted into the film thickness of 20 micrometers was described in Table 1.

Figure 2016194029
Figure 2016194029

<水分散体の製造>
[実施例1]
撹拌及び減圧蒸留が可能な反応容器内に、実施例用の樹脂合成例1で得た樹脂溶液(THF溶液)100部及びトリエチルアミン2.9部を仕込んだ。そして、室温にて撹拌しながらイオン交換水100部を徐々に添加し、転相乳化を行った。次に、反応容器を50℃に加温、減圧し、THFを留去することにより、本実施例の、水中にポリヒドロキシウレタン樹脂が分散してなる水分散体を得た。得られた水分散体は、固形分が23%となるように調製し、外観上均一な水分散体であった。水分散体中のポリマー分散粒子の粒度分布(日機装製 UPA−EX150にて測定)は、d50=0.079μmであった。図1に、測定した水分散体の粒度分布を示した。また、得られた水分散体の安定性を、50℃の恒温槽中で保存し評価したところ、良好な安定を示した。
<Production of water dispersion>
[Example 1]
In a reaction vessel capable of stirring and distillation under reduced pressure, 100 parts of the resin solution (THF solution) obtained in Resin Synthesis Example 1 for Examples and 2.9 parts of triethylamine were charged. Then, 100 parts of ion-exchanged water was gradually added while stirring at room temperature to carry out phase inversion emulsification. Next, the reaction container was heated to 50 ° C. and depressurized, and THF was distilled off to obtain an aqueous dispersion in which polyhydroxyurethane resin was dispersed in water. The obtained aqueous dispersion was prepared so that the solid content was 23%, and was an aqueous dispersion that was uniform in appearance. The particle size distribution of the polymer dispersed particles in the aqueous dispersion (measured with UPA-EX150 manufactured by Nikkiso) was d50 = 0.079 μm. FIG. 1 shows the measured particle size distribution of the aqueous dispersion. Moreover, when the stability of the obtained water dispersion was preserve | saved and evaluated in a 50 degreeC thermostat, favorable stability was shown.

上記で得られた水分散体に、レオロジー調整剤としてプライマルRM−8W(ローム&ハースジャパン製)0.5部を添加し、塗料を作製した。そして、得られた塗料を用い、下記の基材に塗布してガスバリア性フィルムを作製した。具体的には、基材として、厚み40μmの無延伸ポリプロピレンフィルム(CPPフィルム)〔東洋紡製、パイレンP1111(商品名)、酸素透過率実測値:1500mL20μm/m2・day・atmを用い、そのコロナ処理面上に、乾燥時の膜厚が10μmになるように塗布し、100℃にて乾燥することで、基材上に被膜層を形成して複層フィルムを得た。得られた複層フィルムを用いて、塗膜外観、密着性、耐水性、ガスバリア性を評価した。それぞれの測定方法については後述する。結果を表2に示した。 To the aqueous dispersion obtained above, 0.5 part of Primal RM-8W (Rohm & Haas Japan) was added as a rheology modifier to prepare a paint. And using the obtained coating material, it apply | coated to the following base material and produced the gas-barrier film. Specifically, a 40 μm-thick unstretched polypropylene film (CPP film) [Toyobo, Pyrene P1111 (trade name), measured oxygen permeability: 1500 mL 20 μm / m 2 · day · atm is used as the substrate, and its corona On the treated surface, it was applied so that the film thickness upon drying was 10 μm, and dried at 100 ° C., thereby forming a coating layer on the substrate to obtain a multilayer film. Using the obtained multilayer film, the coating film appearance, adhesion, water resistance, and gas barrier properties were evaluated. Each measuring method will be described later. The results are shown in Table 2.

[実施例2]
先に説明した実施例用の樹脂合成例2で得た樹脂溶液100部に、トリエチルアミンを0.7部加え、実施例1と同様にして転相乳化を行って、本実施例の水分散体を得た。得られた水分散体は、水を加えて固形分が23%となるように調整したが、外観上均一な水分散体であった。そして、得られた水分散体を用い、実施例1と同様に、レオロジー調整剤としてプライマルRM−8Wを加えて塗料を作製し、この塗料を用いて実施例1で使用したと同様の、基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本実施例の水分散体及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Example 2]
0.7 parts of triethylamine was added to 100 parts of the resin solution obtained in Resin Synthesis Example 2 for the examples described above, and phase inversion emulsification was performed in the same manner as in Example 1 to obtain an aqueous dispersion of this example. Got. The obtained aqueous dispersion was adjusted to have a solid content of 23% by adding water, but it was a uniform aqueous dispersion in appearance. Then, using the obtained aqueous dispersion, a paint was prepared by adding Primal RM-8W as a rheology modifier in the same manner as in Example 1, and the same base as that used in Example 1 was prepared using this paint. A multilayer film was produced using the materials and conditions. The same evaluation as in Example 1 was performed with the aqueous dispersion and film of this example obtained above, and the results are shown in Table 2.

[実施例3]
先に説明した実施例用の樹脂合成例3で得た樹脂溶液100部に、トリエチルアミンを1.4部加え、実施例1と同様にして転相乳化を行って、本実施例の水分散体を得た。得られた水分散体は、水を加えて固形分が23%となるように調整したが、外観上均一な水分散体であった。そして、得られた水分散体を用い、実施例1と同様に、レオロジー調整剤としてプライマルRM−8Wを加えて塗料を作製し、この塗料を用いて実施例1で使用したと同様の、基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本実施例の水分散体及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Example 3]
1.4 parts of triethylamine was added to 100 parts of the resin solution obtained in the resin synthesis example 3 for the example described above, and phase inversion emulsification was performed in the same manner as in Example 1 to obtain an aqueous dispersion of this example. Got. The obtained aqueous dispersion was adjusted to have a solid content of 23% by adding water, but it was a uniform aqueous dispersion in appearance. Then, using the obtained aqueous dispersion, a paint was prepared by adding Primal RM-8W as a rheology modifier in the same manner as in Example 1, and the same base as that used in Example 1 was prepared using this paint. A multilayer film was produced using the materials and conditions. The same evaluation as in Example 1 was performed with the aqueous dispersion and film of this example obtained above, and the results are shown in Table 2.

[実施例4]
先に説明した実施例用の樹脂合成例4で得た樹脂溶液100部に、トリエチルアミンを4.7部加え、実施例1と同様にして転相乳化を行って、本実施例の水分散体を得た。得られた水分散体は、水を加えて固形分が23%となるように調整したが、外観上均一な水分散体であった。そして、得られた水分散体を用い、実施例1と同様に、レオロジー調整剤としてプライマルRM−8Wを加えて塗料を作製し、この塗料を用いて実施例1で使用したと同様の、基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本実施例の水分散体及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Example 4]
4.7 parts of triethylamine was added to 100 parts of the resin solution obtained in the resin synthesis example 4 for the example described above, and phase inversion emulsification was performed in the same manner as in Example 1 to obtain the aqueous dispersion of this example. Got. The obtained aqueous dispersion was adjusted to have a solid content of 23% by adding water, but it was a uniform aqueous dispersion in appearance. Then, using the obtained aqueous dispersion, a paint was prepared by adding Primal RM-8W as a rheology modifier in the same manner as in Example 1, and the same base as that used in Example 1 was prepared using this paint. A multilayer film was produced using the materials and conditions. The same evaluation as in Example 1 was performed with the aqueous dispersion and film of this example obtained above, and the results are shown in Table 2.

[実施例5]
先に説明した実施例用の樹脂合成例5で得た樹脂溶液100部に、トリエチルアミンを6.4部加え、実施例1と同様にして転相乳化を行って、本実施例の水分散体を得た。得られた水分散体は、水を加えて固形分が23%となるように調整したが、外観上均一な水分散体であった。得られた水分散体を用い、実施例1と同様に、レオロジー調整剤としてプライマルRM−8Wを加えて塗料を作製し、この塗料を用いて実施例1で使用したと同様の、基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本実施例の水分散体及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Example 5]
6.4 parts of triethylamine was added to 100 parts of the resin solution obtained in the resin synthesis example 5 for the example described above, and phase inversion emulsification was performed in the same manner as in Example 1 to obtain the aqueous dispersion of this example. Got. The obtained aqueous dispersion was adjusted to have a solid content of 23% by adding water, but it was a uniform aqueous dispersion in appearance. Using the obtained aqueous dispersion, a coating material was prepared by adding Primal RM-8W as a rheology adjusting agent in the same manner as in Example 1, and using this coating material, the same base material and A multilayer film was produced under the conditions. The same evaluation as in Example 1 was performed with the aqueous dispersion and film of this example obtained above, and the results are shown in Table 2.

[実施例6]
先に説明した実施例用の樹脂合成例1で得た樹脂溶液を用い、実施例1と同様にして転相乳化を行って、水分散体を得た。本実施例では、得られた水分散体100部(固形分23%)に、架橋剤としてデュラネートWB40−100(旭化成ケミカルズ製、NCO%=16.6%)5部を加え、ディスパーで分散し塗料を作製した。この塗料を用いて実施例1で使用したと同様の、基材及び条件にて複層フィルムを作製した。得られたフィルムを40℃で2日間エージング処理した後に、実施例1と同様にして、複層フィルムの塗膜外観、密着性、耐水性、ガスバリア性を評価した。結果を表3に示した。実施例1の複層フィルムの結果も表3中に併せて示した。
[Example 6]
Using the resin solution obtained in Resin Synthesis Example 1 for Examples described above, phase inversion emulsification was performed in the same manner as in Example 1 to obtain an aqueous dispersion. In this example, 5 parts of Duranate WB40-100 (manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd., NCO% = 16.6%) was added as a crosslinking agent to 100 parts of the obtained aqueous dispersion (solid content: 23%), and dispersed with a disper. A paint was made. Using this paint, a multilayer film was produced using the same base material and conditions as those used in Example 1. After the obtained film was aged at 40 ° C. for 2 days, the coating film appearance, adhesion, water resistance, and gas barrier properties of the multilayer film were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3. The results of the multilayer film of Example 1 are also shown in Table 3.

[実施例7]
架橋剤を、カルボジライトV−02(日清紡ケミカル製、NCN当量590)5部に変更した以外は実施例6と同様にして、塗料を作製した。この塗料を用いて実施例1で使用したと同様の、基材及び条件にて複層フィルムを作製し、得られたフィルムを100℃にて10分間のエージング処理した後に、実施例1と同様にして、複層フィルムの塗膜外観、密着性、耐水性、ガスバリア性を評価した。結果を表3に示した。
[Example 7]
A coating material was prepared in the same manner as in Example 6 except that the crosslinking agent was changed to 5 parts of Carbodilite V-02 (Nisshinbo Chemical Co., Ltd., NCN equivalent 590). Using this paint, a multilayer film was produced with the same base material and conditions as used in Example 1, and the obtained film was subjected to an aging treatment at 100 ° C. for 10 minutes, and then the same as in Example 1. The coating film appearance, adhesion, water resistance, and gas barrier properties of the multilayer film were evaluated. The results are shown in Table 3.

[比較例1]
比較例用の樹脂合成例aで得た樹脂溶液に、反応時に既に使用しているトリエチルアミンを加えないこと以外は、実施例1と同様にして水分散体を得た。そして、得られた水分散体を用いて実施例1と同様にして、プライマルRM−8Wを加え塗料を作製した。この塗料を用いて実施例1で使用したと同様の、基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本比較例の水分散体及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Comparative Example 1]
An aqueous dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the triethylamine already used in the reaction was not added to the resin solution obtained in Resin Synthesis Example a for Comparative Example. Then, using the obtained aqueous dispersion, Primal RM-8W was added in the same manner as in Example 1 to prepare a coating material. Using this paint, a multilayer film was produced using the same base material and conditions as those used in Example 1. The same evaluation as in Example 1 was performed with the aqueous dispersion and film of this Comparative Example obtained above, and the results are shown in Table 2.

[比較例2]
比較例用の樹脂合成例bで得た樹脂溶液に、反応時に既に使用しているトリエチルアミンを加えないこと以外は、実施例1と同様にして水分散体を得た。そして、得られた水分散体を用いて実施例1と同様にして、プライマルRM−8Wを加え塗料を作製した。この塗料を用いて実施例1で使用したと同様の、基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本比較例の水分散体及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Comparative Example 2]
An aqueous dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the triethylamine already used in the reaction was not added to the resin solution obtained in Resin Synthesis Example b for Comparative Example. Then, using the obtained aqueous dispersion, Primal RM-8W was added in the same manner as in Example 1 to prepare a coating material. Using this paint, a multilayer film was produced using the same base material and conditions as those used in Example 1. The same evaluation as in Example 1 was performed with the aqueous dispersion and film of this Comparative Example obtained above, and the results are shown in Table 2.

[比較例3]
比較例用の樹脂合成例cで得たカルボキシル基を含まないヒドロキシポリウレタン樹脂溶液100部に、イオン交換水100部を徐々に加えながら転相乳化を試みた。しかし、30部を加えた時点で樹脂が分離したため中止した。
[Comparative Example 3]
Phase inversion emulsification was attempted while gradually adding 100 parts of ion-exchanged water to 100 parts of the hydroxy polyurethane resin solution containing no carboxyl group obtained in Resin Synthesis Example c for Comparative Example. However, when 30 parts were added, the resin separated and was stopped.

(評価)
上記で得た実施例1〜7及び比較例1〜3の各水分散体の特性、及び、各水分散体を用いて得た塗料で作製した各フィルムの評価は、以下の方法及び基準で行った。結果を表2、3にまとめて示した。
[粒子径]
実施例1〜5及び比較例1〜3の各水分散体について、日機装製の動的光散乱式ナノトラック粒度分析計UPA−EX150を使用し、粒度分布を測定した。そして、測定した粒度分布から計算により得られたメジアン径(=d50値)を粒子径として、表2中に示した。
(Evaluation)
The characteristics of each of the aqueous dispersions of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 obtained above, and the evaluation of each film prepared with the paint obtained using each aqueous dispersion are as follows. went. The results are summarized in Tables 2 and 3.
[Particle size]
About each water dispersion of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3, the particle size distribution was measured using Nikkiso dynamic light scattering type nano track particle size analyzer UPA-EX150. The median diameter (= d50 value) obtained by calculation from the measured particle size distribution is shown in Table 2 as the particle diameter.

[安定性]
実施例1〜5及び比較例1〜3の各水分散体を、密閉したポリ容器に入れ、50℃の恒温槽で保存した。そして、それぞれ、一ヶ月、三か月、六か月後の状態を観察し、それぞれ、以下の基準で評価し、結果を表2中に示した。
<評価基準>
〇:粒子の沈降は無く、外観上の変化が見られない
△:粒子が沈降しているが撹拌により簡単に再分散する
×:乳化粒子が破壊され樹脂分が沈降。撹拌しても再分散できない
[Stability]
The aqueous dispersions of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were placed in a sealed plastic container and stored in a thermostatic bath at 50 ° C. And the state after one month, three months, and six months was observed, respectively, and evaluated according to the following criteria, respectively, and the results are shown in Table 2.
<Evaluation criteria>
◯: There is no sedimentation of the particles and no change in appearance is observed. Δ: The particles are sedimented but are easily redispersed by stirring. X: The emulsified particles are broken and the resin content is sedimented. Cannot be redispersed by stirring

[塗膜外観]
実施例1〜7及び比較例1〜3で作製した各複層フィルムについて、塗布面の外観を目視にて観察し、以下の基準で評価した。結果を表2、3中に示した。
<評価基準>
〇:透明均一で光沢のある塗膜表面である
△:塗膜表面の光沢が無く濁っている
×:集物による凹凸がある
[Appearance of coating film]
About each multilayer film produced in Examples 1-7 and Comparative Examples 1-3, the external appearance of the coating surface was observed visually and the following references | standards evaluated. The results are shown in Tables 2 and 3.
<Evaluation criteria>
◯: Transparent, uniform and glossy coating surface △: Coating surface is not glossy and cloudy ×: Concavities and convexities due to collection

[密着力]
実施例1〜7及び比較例1〜3で作製した各複層フィルムについて、塗膜表面の一部にセロハンテープを圧着し、ゆっくりと手で引きはがし、塗膜の剥がれ具合を観察し、以下の基準で評価した。結果を表2、3中に示した。
<評価基準>
〇:塗膜の剥がれが無し
△:塗膜の一部が剥離
×:塗膜が完全に剥離
[Adhesion]
About each multilayer film produced in Examples 1-7 and Comparative Examples 1-3, a cellophane tape is crimped | bonded to a part of coating-film surface, it peels slowly by hand, the peeling condition of a coating film is observed, and the following Evaluation based on the criteria. The results are shown in Tables 2 and 3.
<Evaluation criteria>
○: No peeling of the coating film △: Part of the coating film is peeled ×: The coating film is completely peeled off

[耐水性]
実施例1〜7及び比較例1〜3で作製した各複層フィルムについて、フィルムを水に浸漬し、室温で24時間後の塗膜表面状態を目視で観察し、以下の規準で評価した。結果を表2、3中に示した。
<評価基準>
〇:変化は見られない
△:塗膜の一部が白化している
×:塗膜が膨潤している
[water resistant]
About each multilayer film produced in Examples 1-7 and Comparative Examples 1-3, the film was immersed in water, the coating-film surface state 24 hours after was observed visually at room temperature, and the following references | standards evaluated. The results are shown in Tables 2 and 3.
<Evaluation criteria>
○: No change is observed Δ: Part of the coating is whitened ×: The coating is swollen

[耐溶剤性]
実施例1、6及び7で作製した各複層フィルムについて、塗膜表面にテトラヒドロフランをスポイトにて数的滴下し、直ぐにウエスにてふき取った。そして、ふき取り後の表面状態を目視で観察し、以下の規準で評価した。結果を表3中に示した。
<評価基準>
〇:変化が見られない
△:塗膜に拭き取り跡が残る
×:塗膜の一部が剥離
[Solvent resistance]
About each multilayer film produced in Example 1, 6, and 7, tetrahydrofuran was dripped numerically with the dropper on the coating-film surface, and it wiped off with the waste immediately. And the surface state after wiping off was observed visually and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 3.
<Evaluation criteria>
○: No change is observed △: Wipe marks remain on the coating film ×: Part of the coating film is peeled off

[ガスバリア性]
実施例1〜7及び比較例1〜3で作製した各フィルムについて、JIS K−7126に準拠して酸素の透過度を測定し、これをガスバリア性の評価値とした。すなわち、この値が低いほどガスバリア性に優れると判断できる。具体的には、酸素透過率測定装置(MOCON社製、OX−TRAN 2/21ML)を使用して、温度23℃で、湿度65%とした恒温恒湿条件下にて、酸素透過度(酸素透過率)を測定した。なお、先に表1中に示した実施例用の樹脂合成例1〜5で作製したフィルムの酸素透過率は膜厚20μmに換算した値であるのに対し、表2、3に示した実施例1〜7、比較例1、2のフィルムのガスバリア性の測定値は、フィルム構成体としての酸素透過度である。該フィルムにおける実施例或いは比較例の塗料を塗布して得られたコート層の厚みは、精密厚み測定器(尾崎製作所製)を使用して実測し、10μmであることを確認している。結果を表2、3中に示した。
[Gas barrier properties]
About each film produced in Examples 1-7 and Comparative Examples 1-3, the permeability | transmittance of oxygen was measured based on JISK-7126, and this was made into the evaluation value of gas barrier property. That is, it can be judged that the lower the value, the better the gas barrier property. Specifically, oxygen permeability (oxygen) was measured under constant temperature and humidity conditions using an oxygen permeability measuring device (manufactured by MOCON, OX-TRAN 2 / 21ML) at a temperature of 23 ° C. and a humidity of 65%. Transmittance) was measured. The oxygen permeability of the films prepared in the resin synthesis examples 1 to 5 for the examples shown in Table 1 above is a value converted to a film thickness of 20 μm, whereas the examples shown in Tables 2 and 3 are used. The measured values of the gas barrier properties of the films of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 are oxygen permeability as a film constituent. The thickness of the coating layer obtained by applying the paints of Examples or Comparative Examples on the film was measured using a precision thickness measuring instrument (manufactured by Ozaki Seisakusho) and confirmed to be 10 μm. The results are shown in Tables 2 and 3.

Figure 2016194029
Figure 2016194029

Figure 2016194029
Figure 2016194029

表1に示したように、本発明の実施例の水分散体に使用される水を加えて転相乳化する前のヒドロキシウレタン樹脂は、従来処方で得られた比較例用のヒドロキシウレタン樹脂と比較し、水酸基量が減少させることなくカルボキシル基が導入されている。その結果、本発明の実施例用の樹脂では、水酸基の凝集力により発揮される機械強度の低下を少なくすることができ、ガスバリア性を有さないポリヒドロキシウレタン樹脂(比較例用の樹脂合成例a、b)や、カルボキシル基を導入しないポリヒドロキシウレタン樹脂(比較例用の樹脂合成例c)と同等の性能を示すことが確認された。   As shown in Table 1, the hydroxyurethane resin before phase inversion emulsification by adding water used in the aqueous dispersions of the examples of the present invention is the same as the hydroxyurethane resin for comparative examples obtained by the conventional formulation. In comparison, the carboxyl group was introduced without reducing the amount of hydroxyl groups. As a result, in the resin for the examples of the present invention, the decrease in mechanical strength exhibited by the cohesive force of the hydroxyl group can be reduced, and a polyhydroxyurethane resin having no gas barrier property (resin synthesis example for comparative example) It was confirmed that a, b) and the performance equivalent to the polyhydroxyurethane resin which does not introduce | transduce a carboxyl group (resin synthesis example c for a comparative example) are shown.

また、水を加えて転相乳化する前のヒドロキシウレタン樹脂の構造中にカルボキシル基を導入したことにより、表2に示したように、本発明の実施例では、粒子径の小さい安定な水分散体を作製することができる。特に、保存安定性においては、従来の処方で作製された水分散体(比較例1、2)に比べて、長期間の保存が可能となった。これは、従来の水分散体は、カルボキシル基の導入をハーフエステルにより行っていたために加水分解によりカルボキシル基変性部位が脱離してしまうのに対し、本発明の実施例で用いる、アミド結合を介してカルボキシル基を導入したヒドロキシポリウレタン樹脂は加水分解を起こしにくいことによる。また、表3に示したように、本発明の水分散体は、構成する樹脂によって各種架橋剤を使用した架橋被膜を得ることが可能であり、架橋剤を使用することで、耐溶剤性、密着性が向上すると共に、架橋被膜も高いガスバリア性を有することが確認された。   Further, by introducing carboxyl groups into the structure of the hydroxyurethane resin before phase inversion emulsification by adding water, as shown in Table 2, in the examples of the present invention, stable water dispersion with a small particle diameter The body can be made. In particular, in terms of storage stability, it was possible to store for a long period of time as compared with aqueous dispersions (Comparative Examples 1 and 2) prepared by conventional formulations. This is because, in the conventional aqueous dispersion, the carboxyl group modification site is eliminated by hydrolysis because the carboxyl group is introduced by the half ester, whereas the amide bond used in the examples of the present invention is used. This is because the hydroxy polyurethane resin introduced with a carboxyl group is less prone to hydrolysis. Further, as shown in Table 3, the aqueous dispersion of the present invention can obtain a crosslinked coating using various crosslinking agents depending on the resin constituting the solvent, and by using the crosslinking agent, solvent resistance, It was confirmed that the adhesion was improved and the cross-linked film also had a high gas barrier property.

以上の通り本発明によれば、工業的に要求される長期間の保存が可能なポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体を提供することができる。安定な水分散体状態を得るために、水を加えて転相乳化する前のヒドロキシウレタン樹脂の構造中にカルボキシル基を導入したが、水酸基も同時に存在していることより従来のポリヒドロキシウレタン樹脂によって形成した被膜と同様の機械強度、ガスバリア性を有しており、従来の想定用途への応用が期待できる。さらに、本発明を特徴づけるポリヒドロキシウレタン樹脂は、その原料に二酸化炭素を使用することができるものであるので、地球環境保護の面からも期待される技術である。   As described above, according to the present invention, an aqueous dispersion of a polyhydroxyurethane resin that can be stored for a long period of time, which is required industrially, can be provided. In order to obtain a stable aqueous dispersion state, carboxyl groups were introduced into the structure of the hydroxyurethane resin prior to phase inversion emulsification by adding water, but the conventional polyhydroxyurethane resin was also present due to the simultaneous presence of hydroxyl groups. It has the same mechanical strength and gas barrier properties as the film formed by the above method, and can be expected to be applied to conventional assumed applications. Furthermore, since the polyhydroxyurethane resin characterizing the present invention can use carbon dioxide as a raw material, it is a technology expected from the viewpoint of protecting the global environment.

Claims (6)

水中に、ポリヒドロキシウレタン樹脂が0.01μm〜100μmの粒子径にて分散してなる水分散体であり、
前記ポリヒドロキシウレタン樹脂が、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を有することを特徴とするポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体。
Figure 2016194029
[上記一般式(1)中のXは、ないか、モノマー単位由来の炭化水素又は芳香族炭化水素からなる化学構造を示し、該構造中に、酸素原子、窒素原子、硫黄原子及びエステル結合を含んでいてもよく、エーテル結合を介してY1及び/又はY2と結合する構造であってもよい。−Y1−は、下記式(2)〜(5)のいずれか1つの化学構造を示し、また、−Y2−は、下記式(2)、(6)〜(10)のいずれか1つの化学構造を示し、式(4)、(5)、(7)〜(10)中のRは、水素原子かCH3を示す。−Z−は、下記一般式(11)で示される、カルボキシル基又はその陰イオン若しくはその塩を含む化学構造を示す。]
Figure 2016194029
Figure 2016194029
[上記一般式(11)中、R3は炭化水素又は芳香族炭化水素であり、該構造中には酸素原子、窒素原子を含んでもよい。R4、R5、R6は、それぞれ独立して、その構造中にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基であり、R7は、ないか、水素原子或いは塩構造となるための対イオンのいずれかを示す。]
An aqueous dispersion in which polyhydroxyurethane resin is dispersed in water at a particle size of 0.01 μm to 100 μm,
The polyhydroxyurethane resin has a repeating unit represented by the following general formula (1), and is an aqueous dispersion of a polyhydroxyurethane resin.
Figure 2016194029
[X in the general formula (1) represents a chemical structure composed of a hydrocarbon derived from a monomer unit or an aromatic hydrocarbon, and an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and an ester bond in the structure. The structure which may be included and may couple | bond with Y < 1 > and / or Y < 2 > through an ether bond may be sufficient. —Y 1 — represents a chemical structure of any one of the following formulas (2) to (5), and —Y 2 — represents any one of the following formulas (2), (6) to (10). one of the shows the chemical structure of formula (4), (5), R in (7) to (10), a hydrogen atom or CH 3. -Z- represents a chemical structure represented by the following general formula (11) including a carboxyl group or an anion thereof or a salt thereof. ]
Figure 2016194029
Figure 2016194029
[In the general formula (11), R 3 is a hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon, and the structure may contain an oxygen atom or a nitrogen atom. R 4 , R 5 , and R 6 are each independently an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms that may include an ether bond in the structure, and R 7 is not present, or is a hydrogen atom or a salt structure. One of the counter ions for is shown. ]
前記一般式(1)で示される繰り返し単位の部分と、更に、前記一般式(1)中の−Z−が、前記一般式(11)の構造に替え、その構造中に、酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい、炭素数1〜100の炭化水素又は炭素数6〜100の芳香族炭化水素である化学構造を有する前記一般式(1)で示される繰り返し単位の部分と、が混在している請求項1に記載のポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体。   The portion of the repeating unit represented by the general formula (1) and -Z- in the general formula (1) are replaced with the structure of the general formula (11), and in the structure, an oxygen atom, nitrogen And a part of the repeating unit represented by the general formula (1) having a chemical structure which is a hydrocarbon having 1 to 100 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon having 6 to 100 carbon atoms, which may contain an atom. An aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin according to claim 1. 前記分散したポリヒドロキシウレタン樹脂は、その重量平均分子量が10000〜100000の範囲であり、且つ、その酸価が10mgKOH/g〜100mgKOH/gの範囲であり、且つ、その水酸基価が150mgKOH/g〜300mgKOH/gの範囲である請求項1又は2記載のポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体。   The dispersed polyhydroxyurethane resin has a weight average molecular weight of 10,000 to 100,000, an acid value of 10 mgKOH / g to 100 mgKOH / g, and a hydroxyl value of 150 mgKOH / g to The aqueous dispersion of polyhydroxyurethane resin according to claim 1 or 2, which has a range of 300 mgKOH / g. 前記分散したポリヒドロキシウレタン樹脂は、少なくともその一部に二酸化炭素を原料として用いて合成された五員環環状カーボネート構造を有する、少なくとも2つの五員環環状カーボネート構造を有する化合物と、少なくとも2つのアミノ基を有する化合物の重付加反応により得られたものであり、全質量のうちの1〜30質量%を、前記二酸化炭素由来の−O−CO−結合が占める請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体。   The dispersed polyhydroxyurethane resin includes at least two compounds having a five-membered cyclic carbonate structure having a five-membered cyclic carbonate structure synthesized using carbon dioxide as a raw material at least in part, and at least two It is obtained by a polyaddition reaction of a compound having an amino group, and 1 to 30% by mass of the total mass is occupied by the carbon dioxide-derived -O-CO- bond. An aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin according to item 1. 請求項4に記載のポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体の製造方法であって、
親水性溶剤中で、少なくとも2つの五員環環状カーボネート構造を有する化合物と、下記一般式(12)で示される、分子内に少なくとも2つの1級アミノ基と、少なくとも1つの2級アミノ基のどちらも有する化合物とを、重付加反応させて2級アミノ基を含むポリヒドロキシウレタン樹脂を得、さらに、環状酸無水物を反応させてイオン性基となるカルボキシル基を含有するポリヒドロキシウレタン樹脂を製造し、得られたヒドロキシポリウレタン樹脂中のカルボキシル基を中和し、その後に水を加えて転相乳化する工程を有することを特徴とするポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体の製造方法。
Figure 2016194029
[一般式(12)中のR4、R5、R6は、それぞれ独立して、その化学構造中にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基である。]
A method for producing an aqueous dispersion of a polyhydroxyurethane resin according to claim 4,
A compound having at least two five-membered cyclic carbonate structures in a hydrophilic solvent, at least two primary amino groups in the molecule represented by the following general formula (12), and at least one secondary amino group: A polyhydroxyurethane resin containing a secondary amino group is obtained by polyaddition reaction with a compound having both, and a polyhydroxyurethane resin containing a carboxyl group that becomes an ionic group by reacting with a cyclic acid anhydride. A process for producing an aqueous dispersion of a polyhydroxyurethane resin, characterized by comprising a step of neutralizing carboxyl groups in the obtained hydroxypolyurethane resin and then adding water to perform phase inversion emulsification.
Figure 2016194029
[R 4 , R 5 and R 6 in General Formula (12) are each independently an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may include an ether bond in its chemical structure. ]
基材と、該基材の少なくとも一方に、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体、或いは、請求項5に記載の製造方法により得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体のいずれかを用いて形成されたポリヒドロキシウレタン被膜層とを有してなり、該被膜層の厚みが0.1〜100μmであり、且つ、その酸素透過率が、23℃、65%の恒温恒湿度下において、50mL/m2・day・atm以下であることを特徴とするガスバリア性フィルム。 The aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin according to any one of claims 1 to 4 or the polyhydroxy obtained by the production method according to claim 5 on at least one of the substrate and the substrate. A polyhydroxyurethane coating layer formed using any of the water dispersions of urethane resin, the thickness of the coating layer is 0.1 to 100 μm, and the oxygen permeability is 23 A gas barrier film characterized by being 50 mL / m 2 · day · atm or less under a constant temperature and humidity of 65 ° C.
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