JP2021107560A - 水性ポリウレタン樹脂分散体 - Google Patents
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Abstract
Description
水性ポリウレタン樹脂分散体の用途の一つに水性塗料が挙げられる。水性塗料用に利用できるポリウレタン樹脂分散体としては、例えば特定の界面活性剤を用いたポリウレタン樹脂分散体(特許文献1)、粒子径分布を規定したポリウレタン樹脂分散体(特許文献2)などが開示されている。
60℃24時間保持したときの粘度変化率が10%未満である、水性ポリウレタン樹脂分散体によって解決される。
本発明の「水性ポリウレタン樹脂分散体」は、60℃24時間保持したときの粘度変化率が10%未満である、水性ポリウレタン樹脂分散体である。
本発明における「粘度変化率」は、水性ポリウレタン樹脂分散体を60℃で24時間保持した時の粘度の変化を示すものである。具体的には、60℃24時間保持後の水性ポリウレタン樹脂分散体の粘度(保持後粘度)と60℃24時間保持前の水性ポリウレタン樹脂分散体の粘度(保持前粘度)とから、下記のような算出方法で求められる。なお、保持前粘度および保持後粘度は、20℃でB型粘度計にて測定した値を用いる。
(粘度変化率(%))={(保持後粘度)−(保持前粘度)}/(保持前粘度)×100
この範囲の粘度変化率とすることで、60℃24時間で保持しても粘度の変化が小さく、各種被塗装基材へ塗装する際に色むらの発生を抑制可能な塗料、接着剤、インク、各種コーティング剤とすることができる。
塗装用途や染色用途(色材が共存させて使用する用途)として、水性ポリウレタン樹脂分散体やそれを含む組成物を使用する際には、保管時の粘度変化を小さくすることにより、一定の塗出圧におけるインクや塗料の塗出量の誤差を小さくすることができる。その結果、塗装による色目や塗膜の厚さ等のばらつき、むらの発生を抑制できる。
例えば塗装・染色用途として、水性ポリウレタン樹脂分散体やそれを含む組成物を使用する際には、好ましくは10mPa・s〜25mPa・sであり、より好ましくは10mPa・s〜22mPa・sであり、さらに好ましくは12mPa・s〜22mPa・sであり、特に好ましくは15mPa・s〜20mPa・sである。
保持前粘度が25mPa・s以下であることで、塗膜乾燥にかかる時間を短縮でき、10mPa・s以上であることで、水性ポリウレタン樹脂分散体が基材に容易に塗着できるようになる。また、顔料を分散するために非水溶性有機溶剤を添加したときに、水性ポリウレタン樹脂分散体の粘度が大幅に増加することなく、塗料やインクとして塗出時に目詰まりを起こす可能性が極めて低くなるという利点がある。また、この範囲の保持前粘度とすることで、60℃以下の種々温度での貯蔵において、水性ポリウレタン樹脂分散体の粘度変化率が小さくなる。
なお、水性ポリウレタン樹脂分散体の保持条件としては、水性ポリウレタン樹脂分散体の分散状態やポリウレタン樹脂の構造、形状等を維持できなくなるような条件でなければ特に制限されない。すなわち、水性ポリウレタン樹脂分散体を維持できるような圧力条件下であれば特に制限されない。また水性ポリウレタン樹脂分散体を維持できるような雰囲気下であれば特に制限されない。
また本発明においては、水性ポリウレタン樹脂分散体に、2−エチルヘキサノールを添加した時の増粘率が70%未満であることが好ましい。
好ましくは60%以下であり、より好ましくは55%以下であり、さらに好ましくは50%以下であり、特に好ましくは40%以下である。
この範囲の増粘率とすることで、非水溶性有機溶剤を添加した際の水性ポリウレタン樹脂分散体の粘度の増加を抑えられる。
ここで、種々の用途において、水性ポリウレタン樹脂分散体やそれを含む組成物に種々の添加剤や任意成分等を添加、配合する際の溶媒として、非水溶性有機溶剤が用いられる場合が多い。そのため、2−エチルヘキサノール添加時の増粘率が当該範囲となることで、水性ポリウレタン樹脂分散体やそれを含む組成物の調製時、保管時、使用時等の粘度増加を抑制することができる。
具体的には、塗装・染色用途に用いられる場合、使用時に、塗装装置(例えばスプレー、ノズル、ヘッド等)が目詰まりを起こしにくくなるという利点を有する。
特に塗装・染色用途として、水性ポリウレタン樹脂分散体やそれを含む組成物を使用する際には、好ましくは 10mPa・s〜40 mPa・sであり、より好ましくは 15mPa・s〜35 mPa・sであり、さらに好ましくは15mPa・s〜32mPa・sであり、特に好ましくは20mPa・s〜30mPa・sである。
この範囲の粘度とすることで、塗料、インク、コーティング剤、接着剤等に用いる場合、それらの塗装時に、塗装装置(例えばスプレー、ノズル、ヘッド等)の目詰まりを抑え、被塗装基材への濡れ性を高めることができる。
本発明における「ポリウレタン樹脂」は、水系媒体(例えば、水、水と親水性の有機溶媒との混合物など)に分散可能なものであれば特に限定されない。
「ポリオール」、「酸性基含有ポリオール」、「ポリイソシアネート」が、水酸基とイソシアネート基との反応によって生じるウレタン結合を介して構成されるポリウレタン樹脂が好適に使用される。
具体的には、ポリオール、ポリイソシアネート、及び酸性基含有ポリオールの各原料に由来する残基が、ウレタン結合を主たる結合基として、ポリウレタンを形成している状態を示す。ここで、ポリウレタン樹脂中には、後述するヒドロキシアルカン酸や鎖延長剤の残基が含まれていても良い。またポリウレタン樹脂の末端には、イソシアナト基ブロック化剤由来の残基が含まれていても良い。
なお、残基とは、結合基以外の原料に由来する基をいう。
ここで、ポリウレタン樹脂中には、末端停止剤が共存していても良く、ポリウレタン樹脂の末端基に作用していても良い。
水性ポリウレタン樹脂分散体は、水性ポリウレタン樹脂分散体中のウレタン結合の含有割合とウレア結合の含有割合との合計が、固形分基準で6〜20重量%であり、7〜15重量%であることが好ましく、7.5〜13.5重量%であることがより好ましく、8〜13重量%であることが特に好ましい。ここで、ウレタン結合の含有割合とはポリウレタン樹脂の固形分中におけるウレタン結合単位(−NHCOO−)の含有割合を意味し、ウレア結合の含有割合とはポリウレタン樹脂の固形分中におけるウレア結合単位(−NHCONH−)の含有割合を意味する。ウレタン結合の含有割合とウレア結合の含有割合の合計が当該範囲であることで、塗膜が充分に形成でき、乾燥後にも塗膜表面のべたつきを抑制できる。
水性ポリウレタン樹脂分散体中のウレタン結合の含有割合は、ウレア結合の含有割合との合計が、固形分基準で6〜20重量%であれば特に制限されない。水性ポリウレタン樹脂分散体中のウレタン結合の含有割合は、固形分基準で4〜15重量%であることが好ましく、5〜12重量%であることがより好ましく、6〜10重量%であることが特に好ましい。水性ポリウレタン樹脂分散体中のウレア結合の含有割合は、ウレタン結合の含有割合との合計が、固形分基準で6〜20重量%であれば特に制限されない。水性ポリウレタン樹脂分散体中のウレア結合の含有割合は、固形分基準で1〜6重量%であることが好ましく、1.5〜5重量%であることがより好ましく、2〜4.5重量%であることが特に好ましい。ここで、水性ポリウレタン樹脂分散体中のウレタン結合の含有割合及びウレア結合の含有割合は、水性ポリウレタン樹脂分散体を調製する際の各成分の仕込み量から算出できる。また、塗膜の赤外線吸収スペクトルからも算出できる。
水性ポリウレタン樹脂分散体中のカーボネート結合の含有割合は、固形分基準で10〜40重量%であり、15〜40重量%であることがより好ましく、18〜35重量%であることがさらに好ましく、20〜30重量%であることが特に好ましい。
ここで、カーボネート結合の含有割合とはポリウレタン樹脂の固形分中におけるカーボネート結合単位(−OCOO−)の含有割合を意味する。水性ポリウレタン樹脂分散体中のカーボネート結合の含有割合は、水性ポリウレタン樹脂分散体を調製する際の各成分の仕込み量から算出できる。また、塗膜の赤外線吸収スペクトルから算出できる。カーボネート結合の含有割合が当該範囲内である場合、得られる塗膜の引っ張り特性が良好であり、耐衝撃性に優れる塗膜(硬化膜)とすることができる。さらに、塗膜を充分に形成でき、乾燥後の塗膜表面のべたつきを抑制できるという利点を有する。
ポリウレタン樹脂の重量平均分子量は、20,000〜250,000であり、25,000〜200,000であることが好ましく、30,000〜150,000であることがより好ましく、30,000〜100,000であることが特に好ましい。
この範囲の分子量とすることで、本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体が良好なフィルム(硬化膜)を与えることができる傾向にある。また水への膨潤率が低くなる傾向にあり、耐水性に優れるフィルム(硬化膜)を与えることができる。
なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したものであり、予め作成した標準ポリスチレンの検量線から求めた換算値を使用することができる。
水性ポリウレタン樹脂分散体の酸価は、特に限定されないが、10〜40mgKOH/gであることが好ましく、13〜35mgKOH/gであることがより好ましく、14〜30mgKOH/gであることが特に好ましい。酸価がこの範囲であると、水系媒体中への分散性がより向上する傾向がある。
ここで、ポリウレタン樹脂分散体の酸価は、酸性基含有ポリオール由来の酸価である。また前記ポリウレタン樹脂が、ヒドロキシアルカン酸由来の残基を有する場合、その酸価は酸性基含有ポリオール由来の酸価とヒドロキシアルカン酸由来の酸価との合計となる。
水性ポリウレタン樹脂分散体中の酸価は、JIS K 1557の指示薬滴定法に準拠して測定した値である。
水性ポリウレタン樹脂分散体中の脂環構造の含有割合は、特に制限されないが、固形分基準で6〜30重量%であることが好ましく、7〜25重量%であることがより好ましく、7〜22重量%であることが更に好ましく、8〜20重量%であることが特に好ましい。この範囲とすることで、塗膜の引張強度が高くなり、破断エネルギーが高くなる。固形分基準の脂環構造の含有割合とは、例えば脂環構造がシクロヘキサン環である場合は、水性ポリウレタン樹脂分散体中の固形分中に、シクロヘキサンから2つの水素原子を除いた部分(シクロヘキサン残基)がどれくらい存在するかを示すものである。
ポリウレタン樹脂は、その末端がイソシアナト基ブロック化剤でブロック化されていてもよい。ブロック化されている場合、ブロック化されているイソシアナト基の含有割合は、固形分基準かつイソシアナト基換算で0.2〜2.0重量%である必要があり、0.3〜1.5重量%であることがより好ましく、0.3〜1.2重量%であることが更に好ましく、0.4〜1.2重量%であることが特に好ましい。
ここで、ブロック化されているイソシアナト基の含有割合とは、ポリウレタン樹脂の固形分中におけるブロック化されているイソシアナト基の含有割合をイソシアナト基(−NCO)の含有割合として算出したものを意味する。
なお、ブロック化されているイソシアナト基の含有割合は、水性ポリウレタン樹脂分散体を調製する際の各成分の仕込み量から算出することができる。
ブロック化されているイソシアナト基の含有割合が当該範囲であることで、得られる塗膜の被塗装基材表面への密着性が良好になる。
ポリオールの繰り返し単位としては、例えば、式(a−1)で示されるポリカーボネートポリオール由来の繰り返し単位、式(a−2)や式(a−3)で示されるポリエステルポリオール由来の繰り返し単位、式(a−4)で示されるポリエーテルポリオール由来の繰り返し単位が挙げられる。
他方、ポリイソシアネート由来としては、式(b)で示される繰り返し単位が挙げられる。
また、酸性基含有ポリオールが、例えば、2,2−ジメチロールプロパン酸などの酸性基含有ジメチロールアルカンであれば、下記式(c)で示される繰り返し単位が挙げられる。
なお、式(a−3)中の2つのZは同一であっても異なっていても良い。
Rは炭素原子数2〜12の二価の直鎖状脂肪族炭化水素基、炭素原子数3〜12の二価の分岐状脂肪族炭化水素基、炭素原子数6〜18の二価の環状脂肪族炭化水素基、又は炭素原子数6〜18の二価の芳香族炭化水素基を示す。
AGは酸性基を示し、Xは炭素原子数1〜6の直鎖状又は分岐状の脂肪族炭化水素基を示す。)
なお、異なる繰り返し単位が複数種含まれていても良い。
なお、異なる繰り返し単位が複数種含まれていても良い。
なお、異なる繰り返し単位が複数種含まれていても良い。
なお、これらの基は、各種異性体を含み、異なる繰り返し単位が複数種含まれていても良い。
なお、ポリウレタン樹脂は、複数種の原料化合物や多種多様の官能基の反応によって合成されるため、本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体の機能や特性を損なわない程度において、例えば、ウレア結合、ビウレット結合、アミド結合、イミド結合などのウレタン結合以外の結合を含んでいても良い。
前記ポリオールとしては、求められるポリウレタン樹脂に応じたものを使用でき、具体的には、例えば、ポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールなどの高分子量ポリオール、またはそれらの原料モノマー(以下、低分子量ポリオールと称することもある。)を使用することができる。
これら以外にも、原料の組み合わせにより、ポリカーボネートポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリエステルポリエーテルポリオール、ポリエステルポリエーテルポリオールを使用することができる。
なお、これらのポリオールは、市販品、または合成したものを使用することができる。
ポリカーボネートポリオールは、例えば、1又は複数種のモノマーとしてのポリオールと、カーボネート基を与える炭酸エステルとを反応させることによって得られる。
このようなモノマーとしては、具体的には、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,12−ドデカンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなどの炭素数2〜12の脂肪族ジオール;1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−ビス(ヒドロキシエチル)シクロヘキサン、2,7−ノルボルナンジオール、テトラヒドロフランジメタノール、2,5−ビス(ヒドロキシメチル)−1,4−ジオキサンなどの炭素数6〜18の環式構造を有するジオール;トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなどの多価アルコール;1,4−ベンゼンジメタノール、1,3−ベンゼンジメタノール、1,2−ベンゼンジメタノール、4,4’−ナフタレンジメタノール、3,4’−ナフタレンジメタノールなどの炭素数6〜18の芳香族ジオールが挙げられる。
なお、これらのポリオールは目的に応じて複数種を併用することができる。
なお、これらの炭酸エステルは複数種を併用することができる。
1,5−ペンタンジオールや1,6−ヘキサンジオールと、炭酸エステルとを反応させて得られる直鎖状のポリカーボネートジオール(例えば、ETERNACOLL(登録商標)UHシリーズ(宇部興産製))や、
1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールと、炭酸エステルとを反応させて得られる直鎖状のポリカーボネートジオール(例えば、ETERNACOLL(登録商標)PHシリーズ(宇部興産製));
1,4−シクロヘキサンジメタノールと、炭酸エステルとを反応させて得られる直鎖状のポリカーボネートジオール(例えば、ETERNACOLL(登録商標)UCシリーズ(宇部興産製));
1,6−ヘキサンジオールと1,4−シクロヘキサンジメタノールと、炭酸エステルとを反応させて得られる環式構造を有するポリカーボネートジオール(例えば、ETERNACOLL(登録商標)UMシリーズ(宇部興産製));
1,6−ヘキサンジオールと、炭酸エステルと、ε−カプロラクトンを反応させて得られる直鎖状のポリカーボネートポリエステルジオール(例えば、ETERNACOLL(登録商標)UHCシリーズ(宇部興産製))
などが使用される。
なお、これらのポリカーボネートポリオールは目的に応じて複数種を併用することができ、ポリカーボネートポリオール中には、これを原料として誘導するポリウレタン樹脂の機能や特性を損なわない程度において、エステル結合やエーテル結合を有していても良い。
ポリエステルポリオールは、例えば、1又は複数種のモノマーとしてのポリオールと、エステル基を与えるカルボン酸とを反応させることによって得られる。
1又は複数種のモノマーとしてのポリオールは、前記と同義であり、エステル基を与えるカルボン酸としては、例えば、ヒドロキシカプロン酸などのヒドロキシアルカン酸;アジピン酸などのジカルボン酸が挙げられる。
なお、これらのカルボン酸は目的に応じて複数種を併用することができる。
なお、これらのポリオールは目的に応じて複数種を併用することができ、ポリエステルポリオール中には、これを原料として誘導するポリウレタン樹脂の機能や特性を損なわない程度において、カーボネート結合やエーテル結合を有していても良い。
ポリエステルポリオールは、例えば、1又は複数種のモノマーとしてのポリオールと、エーテル基を与えるエーテルポリオールとを反応させることによって得られる。
1又は複数種のモノマーとしてのポリオールは、前記と同義であり、エーテル基を与えるエーテルポリオールとしては、例えば、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールなどが挙げられる。
また、複数のポリオールが縮合してエーテル結合を生成させることによって得られたエーテルポリオールを使用することもできる。
なお、これらのエーテルポリオールは目的に応じて複数種を併用することができる。
なお、これらのポリエーテルポリオールは目的に応じて複数種を併用することができ、ポリエーテルポリオール中には、これを原料として誘導するポリウレタン樹脂の機能や特性を損なわない程度において、カーボネート結合やエステル結合を有していても良い。
低分子量ポリオールとしては、具体的には、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなどの炭素数2〜9の脂肪族ジオール;1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−ビス(ヒドロキシエチル)シクロヘキサン、2,7−ノルボルナンジオール、テトラヒドロフランジメタノール、2,5−ビス(ヒドロキシメチル)−1,4−ジオキサンなどの炭素数6〜12の環式構造を有するジオール;トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなどの多価アルコール;1,4−ベンゼンジメタノール、1,3−ベンゼンジメタノール、1,2−ベンゼンジメタノール、4,4’−ナフタレンジメタノール、3,4’−ナフタレンジメタノールなどの芳香族ジオールが使用される。
なお、これらの低分子量ポリオールは目的に応じて複数種を併用することができる。
特に、ポリカーボネートポリオールを用いた水性ポリウレタン樹脂分散体は、60℃以下の長期保存において、粘度変化率が小さく、2−エチルヘキサノールなどの非水溶性有機溶剤共存下での粘度を低く制御できるため、顔料分散された塗料やインクにおいて、好適に用いることができる。
ポリオールがカーボネート結合を有することで、本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体から得られる塗膜(硬化膜)の耐光性、耐候性、耐熱性、耐湿性、耐加水分解性、耐油性などが向上する。特に、破断エネルギーの高い塗膜を得ることが可能であるため、耐摩擦性に優れるという利点がある。このため、水性ポリウレタン樹脂分散体やそれを含む組成物を塗装・染色用途に用いる場合、被塗装基材(特に繊維や紙などの記録媒体)において、擦過時の色移りを抑制できるという性質を発現できる。
1,6−ヘキサンジオールと、炭酸エステルと、カプロラクトンを反応させて得られる直鎖状のポリカーボネートポリエステルジオール(例えば、ETERNACOLL(登録商標)UHCシリーズ(宇部興産製))
が好適に使用される。
前記ポリイソシアネートとしては、求められるポリウレタン樹脂に応じたものを使用でき、具体的には、例えば、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネートを使用することができる。また、ポリイソシアネートから製造されるポリウレタン樹脂の性状を損なわない程度において、トリフェニルメタントリイソシアネートのような、1分子当たり3個以上のイソシアナト基を有するポリイソシアネート化合物も使用することができる。
なお、これらのポリイソシアネートは目的に応じて複数種を併用することができる。
芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート(TDI)、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、2,4−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5−ナフチレンジイソシアネート、4,4’,4’’−トリフェニルメタントリイソシアネート、m−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート、p−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート、テトラメチレンキシリレンジイソシアネート(TMXDI)が挙げられる。
なお、これらの芳香族ポリイソシアネートは目的に応じて複数種を併用することができる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート、2−イソシアナトエチル−2,6−ジイソシアナトヘキサノエートが挙げられる。
なお、これらの脂肪族ポリイソシアネートは目的に応じて複数種を併用することができる。
脂環式ポリイソシアネートとしては、例えば、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水素添加TDI)、ビス(2−イソシアナトエチル)−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレート、2,5−ノルボルナンジイソシアネート、2,6−ノルボルナンジイソシアネートが挙げられる。
なお、これらの脂環式ポリイソシアネートは目的に応じて複数種を併用することができる。
これらのポリイソシアネートを使用することで、本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体から得られる塗膜(硬化膜)の耐水性が高くなる。
前記酸性基含有ポリオールとしては、求められるポリウレタン樹脂に応じたものを使用でき、具体的には、例えば、2,2−ジメチロールプロピオン酸、2,2−ジメチロールブタン酸などのジメチロールアルカン酸;N,N−ビスヒドロキシエチルグリシン、N,N−ビスヒドロキシエチルアラニンなどのアラニン化合物;3,4−ジヒドロキシブタンスルホン酸、3,6−ジヒドロキシ−2−トルエンスルホン酸などのジメチロールスルホン酸が挙げられるが、好ましくはジメチロールアルカン酸が使用される。
ジメチロールアルカン酸を使用した場合には、ポリウレタン樹脂中のポリイソシアネートの繰り返し単位は式(c)で示されるものである。
水酸基当量数がこの範囲であることで、乾燥性、増粘性が上がりやすく、得られたポリウレタン樹脂を含む水性樹脂分散体の製造が容易であり、硬度の点で優れた塗膜が得られやすい。
また、得られる水性ポリウレタン樹脂分散体の貯蔵安定性、乾燥性と塗布して得られる塗膜の硬度の観点を考慮すると、水酸基当量数は、好ましくは150〜800、より好ましくは200〜700、特に好ましくは300〜700である。
[各ポリオールの水酸基当量数(I)]
各ポリオールの水酸基当量数=各ポリオールの分子量/各ポリオールの水酸基の数(フェノール性水酸基は除く)・・・(I)
[ポリオールの合計の水酸基当量数(II)]
ポリオールの合計の水酸基当量数=M/ポリオールの合計モル数・・・(II)
ポリウレタン樹脂(A)の場合、式(II)において、Mは、[(ポリオールの水酸基当量数×ポリオールのモル数)+(酸性基含有ポリオールの水酸基当量数×酸性基含有ポリオールのモル数)]を示す。
前記中和剤は、ポリウレタン樹脂が有する酸性基(酸性基含有ポリオール由来の酸性基)を中和して水系媒体に分散させるものであれば特に限定されず、例えば、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−エ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、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、N−メチルモルホリン、ピリジン、2−(ジメチルアミノ)−2−メチル−1−プロパノール(DMAMP)などの有機アミン類;水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機アルカリ塩類;アンモニアが挙げられるが、好ましくは有機アミン類;更に好ましくは3級アミン、特に好ましくはトリエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、2−(ジメチルアミノ)−2−メチル−1−プロパノールである。非水溶性有機溶剤添加時の増粘率を抑えるという観点では、ジメチルエタノールアミンまたは2−(ジメチルアミノ)−2−メチル−1−プロパノールが好ましく、特に、2−(ジメチルアミノ)−2−メチル−1−プロパノールが好ましい。酸性基との解離を抑えることで、非水溶性有機溶剤を介した会合が起こりにくくなるためと考えられる。
なお、これらの中和剤は目的に応じて複数種を併用することができ、その使用量はポリウレタン樹脂が水系媒体に十分に分散できる量であれば特に制限されない。
前記ヒドロキシアルカン酸は、1つのカルボキシル基と1つの水酸基とを有する化合物であれば特に制限されない。ヒドロキシアルカン酸の炭素数は、2〜30であることが好ましく、6〜30であることがより好ましく、10〜26であることが特に好ましい。ヒドロキシアルカン酸の炭素数が、2〜30であると、水性ポリウレタン樹脂分散体から得られる硬化膜の水膨潤率が低くなり、耐水性が向上する傾向がある。
ヒドロキシアルカン酸としては、例えば、グリコール酸(2−ヒドロキシ酢酸)、ヒドロキシピバル酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、10−ヒドロキシデカン酸、ヒドロキシピバル酸(2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピオン酸)、12−ヒドロキシドデカン酸、16−ヒドロキシヘキサデカン酸、乳酸、トリクロロ乳酸、サリチル酸、ヒドロキシ安息香酸、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、2−ヒドロキシオクタン酸、3―ヒドロキシウンデカン酸、12−ヒドロキシステアリン酸、12−ヒドロキシオレイン酸等が挙げられ、グリコール酸、4−ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシピバル酸、12−ヒドロキシステアリン酸が好ましい。得られるポリウレタンフィルムの水膨潤率がより低くなる点や非水溶性有機溶剤を添加した際の水性ポリウレタン樹脂分散体の粘度の増加を抑えられる点等から、12−ヒドロキシステアリン酸が特に好ましい。ヒドロキシアルカン酸は、1種類を単独で使用してもよいし、複数種を併用してもよい。
前記鎖延長剤は、ポリウレタン樹脂の分子量を調整することができれば特に限定されないが、ポリウレタン樹脂の前駆体となるプレポリマーが有する末端基と反応性を有し、かつ鎖延長により分子量を調整することができるものが好適に使用される。
なお、ここで「プレポリマー」とは、ポリオールとポリイソシアネートと酸性基含有ポリオールとの反応を適当なところで停止させて得られたものを示す。
なお、これらの中和剤は目的、用途に応じて適宜選択でき、複数種を併用することができる。例えば、破断エネルギーの高い塗膜が望まれるような用途では、アジピン酸ジヒドラジドを好適に用いることができる。
なお、鎖延長剤として水が使用される場合には、水系媒体としての水と兼ねることができる。
本発明におけるポリウレタン樹脂は、末端にイソシアナト基ブロック化剤由来の残基を有していても良い。
このようなイソシアナト基ブロック化剤としては、イソシアナト基に結合するものであれば特に限定されない。
例えば、フェノール、クレゾールなどのフェノール系;
メタノール、エタノールなどの脂肪族アルコール系;
マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、アセチルアセトンなどの活性メチレン系;
ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタンなどのメルカプタン系;
アセトアニリド、酢酸アミドなどの酸アミド系;
ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタムなどのラクタム系;
コハク酸イミド、マレイン酸イミドなどの酸イミド系;
アセトアルドオキシム、アセトンオキシム、メチルエチルケトオキシム、1,2,4−トリアゾールなどのオキシム系;
1,2−ピラゾール、3,5−ジメチルピラゾールなどのピラゾール系;
ジフェニルアニリン、アニリン、エチレンイミンなどのアミン系
の各種ブロック化剤を挙げられる。
このように80℃〜180℃でイソシアナト基から解離するブロック化剤としては、例えば、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル等の活性メチレン系(特にマロン酸ジエステル系);1,2−ピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール等のピラゾール系;1,2,4−トリアゾール、メチルエチルケトオキシム等のオキシム系化合物;ジイソプロピルアミン、カプロラクタム等が挙げられる。解離温度の観点から、オキシム系、ピラゾール系がより好ましい。組成物の調製時、取扱時等に、80℃〜180℃の加熱工程が組み込まれている場合、前記のようなブロック化剤を用いることが好ましい。また、例えば組成物の取扱時、保管時、及び輸送時等に、実用上必要とされる温度範囲(例えば60℃以下)で組成物を長期間保管される場合には、安定性の観点からも、オキシム系およびピラゾール系がより好ましく、メチルエチルケトンオキシムおよび3,5−ジメチルピラゾールが特に好ましい。
ポリウレタン樹脂の製造方法は、本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体の機能や特性を損なわない製造方法であれば特に限定されない。
例えば、ポリオールとポリイソシアネートと酸性基含有ポリオールとを反応させてポリウレタン樹脂を製造しても良いが、水系媒体中に分散されている水性ポリウレタン樹脂分散体を得ることを考慮すると後述するポリウレタンプレポリマーを経由する方法が好適に採用される。
本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体は、ポリウレタン樹脂が水系媒体中に分散しているものである。前記水系媒体には、水、または水とポリウレタン樹脂製造時に使用した有機溶媒が含まれる。
使用される水は、例えば、上水、イオン交換水、蒸留水、超純水などが挙げられる。
本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体を製造する方法としては、水性ポリウレタン樹脂分散体が本発明の効果(60℃24時間保持したときの粘度変化率が小さい)を損なわない製造方法であれば特に限定されないが、簡便性や操作性の観点より、「ポリウレタンプレポリマー法」が好適に適用される。
第1工程;ポリオールとポリイソシアネートと酸性基含有ポリオールとを反応させてポリウレタンプレポリマーを得る工程。
第2工程;ポリウレタンプレポリマーの酸性基を中和剤により中和する工程。
第3工程;ポリウレタンプレポリマーと水系媒体とを混合する工程。
第4工程;ポリウレタンプレポリマーを鎖延長剤によりポリウレタン樹脂の分子量を調整する工程。
以下、順次各工程について説明する。
第1工程は、ポリオールとポリイソシアネートと酸性基含有ポリオールとを反応させてポリウレタンプレポリマーを得る工程である。
ここで、ポリウレタンプレポリマーは、末端イソシアナト基の一部がブロック化されていてもよい。この場合、ポリオールとポリイソシアネートと酸性基含有ポリオールと併せてイソシアナト基ブロック化剤を反応させても良く、またポリイソシアネートとイソシアナト基ブロック化剤とを反応させて一部ブロック化したポリイソシアネートを得て、さらにポリオールと酸性基含有ポリオールとを反応させても良い。
またポリウレタンプレポリマー中には、末端停止剤が共存していても良く、ポリウレタン樹脂の末端基に作用していても良い。
この範囲とすることで、ポリウレタンプレポリマーの末端に、十分な量のイソシアナト基を備えさせることができる。
第1工程で使用できる触媒としては、例えば、スズ系触媒(トリメチルスズラウリレート、ジブチルスズジラウリレートなど)や鉛系触媒(オクチル酸鉛など)のような金属と有機又は無機酸の塩;有機金属化合物;アミン系触媒(トリエチルアミン、N−エチルモルホリン、トリエチレンジアミンなど);ジアザビシクロウンデセン系触媒が挙げられるが、好ましくはスズ系触媒が使用される。
なお、これらの触媒は複数種を併用することができ、その使用量はポリウレタンプレポリマーを生成させる速度に応じて適宜調整する。
第1工程で使用できる有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類;ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、β−アルコキシプロピオンアミド(出光興産製エクアミド(登録商標);例えば、エクアミドM−100、エクアミドB−100)などのアミド類;酢酸エチルなどのカルボン酸エステル類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類が挙げられるが、好ましくはケトン類、アミド類が使用される。
なお、これらの有機溶媒は複数種を併用することができる。
第1工程における反応温度は、原料の自己分解、副反応や逐次反応を起こさない温度ならば特に制限されないが、好ましくは40〜150℃、更に好ましくは60〜120℃であり、反応の進行に伴い温度を連続的または断続的に変更しても良い。
なお、当該酸価は下記式(III)によって算出することができる。
[式(III)]
(A1)ポリウレタンプレポリマーの酸価
=〔(酸性基含有ポリオールのミリモル数)×(酸性基含有ポリオール1分子中の酸性基の数)〕×56.11/〔ポリオール、ポリイソシアネート、及び酸性基含有ポリオールの合計量(質量)〕・・・(III)
またヒドロキシアルカン酸がさらに含まれる場合には、当該酸価は、酸性基含有ポリオール由来の酸価とヒドロキシアルカン酸由来の酸価の合計となる。
第2工程は、ポリウレタンプレポリマーの酸性基を中和剤により中和する工程である。
使用する中和剤の種類やその使用量は、前記で示した通りであり、通常はポリウレタンプレポリマー及びその溶液に中和剤を添加する方法によって行われる。
第3工程は、ポリウレタンプレポリマーと水系媒体とを混合する工程である。
使用する水系媒体は前記で示した通りであり、その使用量はポリウレタン樹脂の割合が、好ましくは5〜60質量%、更に好ましくは15〜50質量%となるように調整する。
本工程は、公知の方法により強攪拌させている水系媒体中にポリウレタンプレポリマーを添加する方法や、強攪拌させているポリウレタンプレポリマーに水系媒体中を添加する方法により行われる。
第4工程は、ポリウレタンプレポリマーを鎖延長剤によりポリウレタン樹脂の分子量を調整する工程である。
鎖延長剤の種類や使用量は、前記で示した通りであり、ポリウレタンプレポリマーと鎖延長剤とを接触させるなどの方法で行われる。その際の温度は特に制限されず、副反応や逐次反応を抑制するために、好ましくは60℃以下で行われる。
加熱する際の温度としては、水性ポリウレタン樹脂分散体中のポリウレタン樹脂の分散状態や構造等に影響しない範囲であることが好ましい。具体的には、20℃〜80℃が好ましく、30℃〜70℃がさらに好ましい。
加熱する際の圧力としては、水性ポリウレタン樹脂分散体の分散状態やポリウレタン樹脂の構造等に影響しない範囲であることが好ましい。
また加熱する際の雰囲気は特に制限されるものではない。
また加熱時には撹拌していても良い。
(1)第1工程から順次第4工程まで行う方法以外に、
(2)第1工程の後に、第2工程と第3工程とを同時に行い「水性ポリウレタンプレポリマー分散体」を得た後、第4工程を行う方法、
などのように、「水性ポリウレタンプレポリマー分散体」を経由する方法が好適に採用される。
ここで、「実質的に含まない」とは、ガスクロマトグラフィーや液体クロマトグラフィーなどにより、定量できない程度にごく微量検出されるか、検出限界以下である場合を示す。
本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体は、例えば、増粘剤、光増感剤、硬化触媒、紫外線吸収剤、光安定剤、消泡剤、可塑剤、表面調整剤、沈降防止剤などの公知の添加剤を共存させることによって、付加的な機能を発現させることができる。
なお、これらの添加物は目的に応じて複数種を併用することができ、本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体の機能や特性を損なわず、かつ付加的な機能を発現させるために必要な量を適宜使用する。
本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体を用いて、当該分散体を含む組成物、例えば、塗料組成物、コーティング剤組成物、インク組成物などを製造することができる。
そのような「他の樹脂」としては、例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、ポリオレフィン樹脂、塩化ビニル樹脂などが挙げられるが、好ましくはポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂が使用される。
なお、これらの「他の樹脂」は目的に応じて複数種を併用することができ、その使用量も適宜調整することができる。例えば、組成物の用途の一例である、インクや繊維加工等に用いられる場合、被塗装基材(記録媒体、繊維製品等)に対する定着性の向上、組成物中に含まれる色材の分散性の向上に寄与できる。
また、水性ポリウレタン樹脂分散体と他の樹脂とが水性媒体中への分散のしやすさから、他の樹脂は水酸基、カルボキシ基、スルホン酸基、ポリエチレングリコール基などの1または複数の親水性基を有しているのが好ましい。
前記ポリエステル樹脂としては、公知のポリエステル樹脂を使用することができるが、以下の水酸基価、酸価、分子量を満たすものが好適に使用される。
水酸基価が、好ましくは10〜300mgKOH/g、更に好ましくは50〜250mgKOH/g、より好ましくは80〜180mgKOH/gである。
酸価が、好ましくは1〜200mgKOH/g、更に好ましくは15〜100mgKOH/g、より好ましくは25〜60mgKOH/gである。
重量平均分子量が、好ましくは500〜500,000、更に好ましくは1,000〜300,000、より好ましくは1,500〜200,000である。
前記アクリル樹脂としては、水酸基含有アクリル樹脂が好ましい。
水酸基含有アクリル樹脂は、例えば、「水酸基含有重合性不飽和モノマー」、及び水酸基含有重合性不飽和モノマーと共重合可能な「他の重合性不飽和モノマー」とを、例えば、有機溶媒中での溶液重合法、水中でのエマルション重合法などの既知の方法によって共重合させることにより製造できる。
水酸基価が、好ましくは1〜200mgKOH/g、更に好ましくは2〜100mgKOH/g、より好ましくは3〜60mgKOH/gである。
酸価が、好ましくは1〜200mgKOH/g、更に好ましくは2〜150mgKOH/g、より好ましくは5〜100mgKOH/gである。
重量平均分子量が、好ましくは1,000〜200,000、更に好ましくは2,000〜100,000、より好ましくは3,000〜50,000である。
前記ポリエステル樹脂としては、公知のポリエーテル樹脂を使用することができるが、例えば、ポリオキシエチレン系ポリエーテル、ポリオキシプロピレン系ポリエーテル、ポリオキシブチレン系ポリエーテル、ビスフェノールA又はビスフェノールFなどの芳香族ポリヒドロキシ化合物から誘導されるポリエーテル樹脂が好適に使用される。
ポリカーボネート樹脂としては、公知のポリカーボネート樹脂を使用することができるが、例えば、ビスフェノール化合物から製造された重合体が挙げられるが、具体的には、ビスフェノールA・ポリカーボネートなどが好適に使用される。
ポリウレタン樹脂としては、公知のポリウレタン樹脂を使用することができるが、例えば、アクリル、ポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネートなどの各種ポリオールとポリイソシアネートとの反応によって得られるウレタン結合を有する樹脂が好適に使用される。
エポキシ樹脂としては、公知のエポキシ樹脂を使用することができるが、例えば、ビスフェノール化合物とエピクロルヒドリンの反応によって得られる樹脂などが挙げられ、ビスフェノールとしては、具体的には、ビスフェノールA、ビスフェノールFが好適に使用される。
アルコキシド樹脂としては、公知のアルコキシド樹脂を使用することができるが、例えば、フタル酸、テレフタル酸、コハク酸などの多塩基酸と多価アルコールに、更に油脂・油脂脂肪酸(例えば、大豆油、アマニ油、ヤシ油、ステアリン酸など)、天然樹脂(例えば、ロジン、コハクなど)などの変性剤を反応させて得られたアルキド樹脂が好適に使用される。
ポリオレフィン樹脂としては、公知のポリオレフィン樹脂を使用することができるが、例えば、「オレフィン系モノマー」を適宜他のモノマーと通常の重合法に従って重合又は共重合することにより得られるポリオレフィン樹脂を、乳化剤を用いて水分散するか、あるいはオレフィン系モノマーを適宜他のモノマーと共に乳化重合することにより得られる樹脂が好適に使用される。また、場合により、前記のポリオレフィン樹脂が塩素化された、いわゆる塩素化ポリオレフィン変性樹脂を用いることもできる。
なお、これらのオレフィン系モノマーは目的に応じて複数種を併用することができる。
なお、これらの他のモノマーは目的に応じて複数種を併用することができる。
本発明の「水性ポリウレタン樹脂分散体」を含む組成物は、その使用用途・目的等に応じて色材をさらに含んでいてもよい。色材は、染料、光輝性顔料、及び顔料のうち少なくとも一方を用いることができる。
染料としては、例えば、直接染料、酸性染料、食用染料、塩基性染料、反応性染料、分散染料、建染染料、可溶性建染染料、反応分散染料等の通常インクジェット記録に使用する各種染料を使用することができる。
光輝性顔料としては、媒体に付着されたときに光輝性を呈しうるものであれば特に限定されないが、例えば、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、クロム、錫、亜鉛、インジウム、チタン、および銅からなる群より選択される1種または2種以上の合金や、パール光沢を有するパール顔料を挙げることができる。パール顔料の代表例としては、二酸化チタン被覆雲母、魚鱗箔、酸塩化ビスマス等の真珠光沢や干渉光沢を有する顔料が挙げられる。また、光輝性顔料は、水との反応を抑制するための表面処理が施されていてもよい。組成物が光輝性顔料を含むことにより、優れた光輝性を有する塗膜、画像、塗装面を形成することができる。
前記顔料としては、例えば、アゾ顔料(例えば、アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料等を含む)、多環式顔料(例えば、フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料等)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック等の有機顔料;カーボンブラック(例えば、ファーネスブラック、サーマルランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等)、金属酸化物、金属硫化物、金属塩化物等の無機顔料;シリカ、炭酸カルシウム、タルク等の体質顔料等を用いることができる。
当該組成物はさらに浸透溶剤を含むことにより、広範囲なメディア上での適切な濡れ広がりという有利な効果が得られる。前記浸透性溶剤として、特グリコール、アルキレングリコールアルキルエーテル、及びグリコールエーテルが挙げられる。これらの中でも1,2−アルカンジオールを用いることにより印刷本紙及びプラスチックフィルム等のインクを吸収し難いか、又は吸収しない被記録媒体に印字したときに、他の浸透性溶剤を用いたときよりも記録物の凝集ムラを低減させることができる。
1,2−アルカンジオールの具体例としては、特に限定されないが、1,2−オクタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、1,2−ペンタンジオール、及び4−メチル−1,2−ペンタンジオールが挙げられる。
当該組成物はさらに界面活性剤を含んでもよい。前記界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、アセチレングリコール系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、及びシリコーン系界面活性剤が挙げられる。このなかでも、シリコーン系界面活性剤が好ましい。
本発明の組成物は、目的とする用途・使用方法等に応じて水を含んでいても良い。この水は水性ポリウレタン樹脂分散体由来の水でもよく、さらに添加するものであってもよい。前記水としては、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、及び蒸留水等の純水、並びに超純水のような、イオン性不純物を極力除去したものが挙げられる。また当該組成物をインク用途等に用いる場合、紫外線照射又は過酸化水素の添加等によって滅菌した水を用いると、長期保存する場合にカビやバクテリアの発生を防止することができる。これにより貯蔵安定性がより向上する傾向にある。
なお、水の含有量は、特に限定されるものではなく、目的とする用途・使用方法等に応じて適宜調整できる。例えば、組成物の総量に対して、50質量%〜90質量%であることが好ましく、さらに60質量%〜80質量%であることがより好ましい。
水溶性有機溶剤としては、特に限定されないが、例えば、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、n−ブタノール、2−ブタノール、tert−ブタノール、iso−ブタノール、n−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、及びtert−ペンタノール等のアルコール類又はグリコール類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、2−オキサゾリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、及び1,1,3,3−テトラメチル尿素が挙げられる。水溶性有機溶剤は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明の「水性ポリウレタン樹脂分散体」を含む組成物は、各種剤組成物を用いて得られる塗膜又は複層塗膜、コーティング膜や印刷物の耐水性などを向上させることを目的として、硬化剤を存在させることができる。
なお、これらの硬化剤は目的に応じて複数種を併用することができる。
前記アミノ樹脂としては、例えば、「アミノ成分」と「アルデヒド成分」との反応によって得られる「部分的、または完全にメチロール化されたアミノ樹脂」が好適に使用される。
前記「アミノ成分」としては、例えば、メラミン、尿素、ベンゾグアナミン、アセトグアナミン、ステログアナミン、スピログアナミン、ジシアンジアミドなどが挙げられる。
他方、「アルデヒド成分」としては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンツアルデヒドなどが挙げられる。
前記ポリイソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートなどが好適に使用される。
前記ブロック化ポリイソシアネートとしては、前述のポリイソシアネートのイソシアナト基にブロック剤を付加することによって得られるものが挙げられる。
そのようなブロック化剤としては、例えば、フェノール、クレゾールなどのフェノール系;メタノール、エタノールなどの脂肪族アルコール系;マロン酸ジメチル、アセチルアセトンなどの活性メチレン系;ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタンなどのメルカプタン系;アセトアニリド、酢酸アミドなどの酸アミド系;ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタムなどのラクタム系;コハク酸イミド、マレイン酸イミドなどの酸イミド系;アセトアルドオキシム、アセトンオキシム、メチルエチルケトオキシムなどのオキシム系;ジフェニルアニリン、アニリン、エチレンイミンなどのアミン系の各種ブロック化剤が好適に使用される。
前記メラミン樹脂としては、例えば、ジメチロールメラミン、トリメチロールメラミンなどのメチロールメラミン、またはこれらのメチロールメラミンのアルキルエーテル化物や縮合物、メチロールメラミンのアルキルエーテル化物の縮合物が好適に使用される。
なお、これらの添加物は目的に応じて複数種を併用することができ、「水性ポリウレタン樹脂分散体」を含む組成物の機能や特性を損なわず、かつ付加的な機能を発現させるために必要な量を適宜使用する。
また前記非吸収性被記録媒体としては、特に限定されないが、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のプラスチック類のフィルムやプレート、鉄、銀、銅、アルミニウム等の金属類のプレート、又はそれら各種金属を蒸着により製造した金属プレートやプラスチック製のフィルム、ステンレスや真鋳等の合金のプレート等が挙げられる。また、非吸収性被記録媒体としては、シリカ粒子やアルミナ粒子から構成されたインク吸収層、あるいは、ポリビニルアルコール(PVA)やポリビニルピロリドン(PVP)等の親水性ポリマーから構成されたインク吸収層が形成されていないものが好ましい。
また本発明においては、密着性向上の観点から、表面に水酸基を有する被塗装材質、被コーティング材質、被記録媒体等を好適に使用できる。
なお、これらの被対象物は目的に応じて複数種を併用することができる。
「インク組成物」の適用方法としては、例えば、インクジェット印刷方法、フレキソ印刷方法、グラビア印刷方法、反転オフセット印刷方法、枚葉スクリーン印刷方法、ロータリースクリーン印刷方法などが好適に採用される。
なお、これらの方法は目的に応じて複数種を組み合わせることができる。
本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体を用いて、ポリウレタン樹脂フィルムを製造することができるが、具体的には、水性ポリウレタン樹脂分散体を離形性基材に適用し、加熱するなどして乾燥、硬化させ、続いてポリウレタン樹脂の硬化物を離形性基材から剥離させることで、ポリウレタン樹脂フィルムが得ることができる。
なお、型の積極加熱は、型ごと熱風オーブンや電気炉、赤外線誘導加熱炉に入れて加熱する方法などが挙げられる。
他方、加熱時間は、要求される塗膜の機能や特性により適宜調整するが、好ましくは0.0001〜20時間、更に好ましくは1〜10時間である。この範囲とすることで、より硬度の高いポリウレタン樹脂フィルムを得ることができる。
より好適な条件としては、具体的には、120℃で数秒間(例えば、3〜10秒間)加熱することにより、より良質なポリウレタン樹脂フィルムを得ることができる。
なお、物性の測定は、以下の通り行った。
(1)水酸基価:JIS K 1557のB法に準拠して測定した。
(2)遊離イソシアナト基含有割合:ウレタン化反応終了後の反応混合物を0.5gサンプリングして、0.1モル/L(リットル)のジブチルアミン−テトラヒドロフラン(THF)溶液10mLとTHF20mLの混合溶液に加えて、0.1モル/Lの塩酸で未消費のジブチルアミンを滴定した。この滴定値とブランク実験との差より反応混合物中に残存するイソシアナト基のモル濃度を算出した。モル濃度をイソシアナト基の重量分率に換算して遊離イソシアナト基含有割合とした。なお、滴定に使用した指示薬はブロモフェノールブルーである。
(3)ウレタン結合の固形分基準の含有割合、ウレア結合の固形分基準の含有割合:水性ポリウレタン樹脂分散体の各原料の仕込み割合からウレタン結合及びウレア結合のモル濃度(モル/g)を算出し、重量分率に換算したものを表記した。重量分率は水性ポリウレタン樹脂分散体の固形分を基準とする。水性ポリウレタン樹脂分散体0.3gを厚さ0.2mmでガラス基板上に塗布し、140℃で4時間加熱乾燥した後に残った重量を測定し、これを乾燥前の重量で割ったものを固形分濃度とした。水性ポリウレタン樹脂分散体の全重量と固形分濃度の積を固形分重量として、前記重量分率を算出した。
(4)カーボネート結合の固形分基準の含有割合:水性ポリウレタン樹脂分散体の各原料の仕込み割合からカーボネート結合のモル濃度(モル/g)を算出し重量分率に換算したものを表記した。重量分率は水性ポリウレタン樹脂分散体の固形分を基準とし、前記ウレタン結合の固形分基準の含有割合と同様の方法で算出した。
(5)脂環構造の固形分基準の含有割合:水性ポリウレタン樹脂分散体の各原料の仕込み割合から算出した脂環構造の重量分率を表記した。重量分率は水性ポリウレタン樹脂分散体の固形分を基準とし、前記ウレタン結合の固形分基準の含有割合と同様の方法で算出した。
(6)酸価:水性ポリウレタン樹脂分散体の各原料の仕込み割合からカルボキシル基のモル濃度(モル/g)を算出し、サンプル1gを中和するのに必要な水酸化カリウムの重量(mgKOH/g)に換算したものを表記した。サンプル重量は水性ポリウレタン樹脂分散体の固形分を基準とし、前記ウレタン結合の固形分基準の含有割合と同様の方法で算出した。
(7)水性ポリウレタン樹脂分散体中のポリウレタン樹脂の重量平均分子量:ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したものであり、予め作成した標準ポリスチレンの検量線から求めた換算値を記した。
(8)水性ポリウレタン樹脂分散体中の固形分基準のブロック化剤が結合したイソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算):ブロック化剤の仕込みモル量をイソシアナト基の重量に換算し、水性ポリウレタン樹脂分散体の固形分重量で割った割合を表記した。水性ポリウレタン樹脂分散体の固形分重量は前記ウレタン結合の固形分基準の含有割合と同様の方法で算出した。
(9)粘度変化率:水性ポリウレタン樹脂分散体を60℃で24時間加熱したときの粘度の増加率を次式により算出した。
(粘度増加率)=[(60℃で24時間保存後の粘度)−(初期粘度)]/(初期粘度)
粘度はB型粘度計で20℃にて測定する。
(10)2−エチルヘキサノール添加時の増粘率:水性ポリウレタン樹脂分散体100gに2−エチルヘキサノールを3g添加して20℃で5分間撹拌した。同温度で10分間静置後に粘度を測定し、2−エチルヘキサノール添加前後の粘度の増加率(%)を算出した。
(2−エチルヘキサノール添加時の増粘率)=〔(2−エチルヘキサノール添加後の粘度)−(2−エチルヘキサノール添加前の粘度)〕/(2−エチルヘキサノール添加前の粘度)〕x100
粘度は20℃でB型粘度計により測定した。
(11)塗膜の水膨潤率:ガラス板上に水性ポリウレタン樹脂分散体0.3mLを厚さ0.2mmで塗布し、塗膜の固形分濃度が90±1重量%になるまで50℃で加熱乾燥した。この塗膜を27℃のイオン交換水に6時間浸漬し、浸漬前後の塗膜重量を測定した。乾燥塗膜の固形分濃度は前記ウレタン結合の固形分基準の含有割合と同様の方法で算出した。
(塗膜の固形分濃度)=(塗布後の塗膜重量)x(水性ポリウレタン樹脂分散体の固形分濃度)/(50℃加熱乾燥後の塗膜重量)x100
(膨潤率)=〔(水浸漬後の塗膜重量)−(水浸漬前の塗膜重量)〕/(水浸漬前の塗膜重量)×100
(12)塗膜の基材密着性:自動車鋼板カチオン電着塗板(日本テストパネル社製)上に水性ポリウレタン樹脂分散体をバーコーターで塗布し、60℃で30分間、140℃で60分間加熱乾燥し、得られた塗膜(厚さ20μm)を用いて碁盤目剥離試験を行った。塗膜に5mm×5mmの面積に縦横1mm間隔で切り目を入れ、粘着テープを貼った後、剥がしたときに電着層表面に残っているマスの数を目視で数えて評価した。100個中60個が残っていた場合を60/100と記載した。
(13)引張特性:JIS K 7311に準拠する方法で測定した。なお、測定条件は、測定温度23℃、湿度50%、引張速度100mm/分で行った。破断エネルギーは、伸度−応力曲線の伸度ゼロから破断点伸度までの応力を積分して求めた。
攪拌機、還流冷却管及び温度計を挿入した反応容器に、ETERNACOLL(登録商標) UH−200(宇部興産製ポリカーボネートジオール;数平均分子量2004;水酸基価56.0mgKOH/g;1,6−ヘキサンジオールと炭酸ジメチルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール)200g、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)13.9g及びメチルエチルケトン(MEK)101gを窒素気流下で仕込んだ。4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)を89.6g、ジブチルスズジラウリレート(触媒)を0.25g加えて90℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行った。その後3,5−ジメチルピラゾール(DMPZ)6.12gを注入し、同温度で1.5時間攪拌を続けて、ポリウレタンプレポリマーを得た。ウレタン化反応終了時の遊離イソシアナト基含量は2.05重量%であった。反応混合物にトリエチルアミン10.9gを添加・混合したものの中から387gを抜き出して、強攪拌下のもと水716gの中に加えた。ついで35重量%の2−メチル−1,5−ペンタンジアミン水溶液29.0gを加えて鎖延長反応を行い、減圧下でMEKを抜き出した後、70℃で加熱(撹拌)して水性ポリウレタン樹脂分散体を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(1)は、ウレタン結合の含有割合7.6重量%、ウレア結合の含有割合3.4%、カーボネート結合の含有割合25.2重量%、ブロック化イソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算)0.8重量%、酸価18mgKOH/g、重量平均分子量80,000、及び脂環構造の含有割合17.5重量%であった。
実施例1と同様の反応容器に、ETERNACOLL(登録商標) UH−200(宇部興産製ポリカーボネートジオール;数平均分子量2004;水酸基価56.0mgKOH/g;1,6−ヘキサンジオールと炭酸ジメチルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール)221g、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)15.4g及びメチルエチルケトン(MEK)104gを窒素気流下で仕込んだ。4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)を99.3g、ジブチルスズジラウリレート(触媒)を0.25g加えて90℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行った。その後メチルエチルケトンオキシム(MEKO)6.13gを注入し、同温度で1.5時間攪拌を続けて、ポリウレタンプレポリマーを得た。ウレタン化反応終了時の遊離イソシアナト基含量は2.11重量%であった。反応混合物にトリエチルアミン12.7gを添加・混合したものの中から425gを抜き出して、強攪拌下のもと水783gの中に加えた。ついで35重量%の2−メチル−1,5−ペンタンジアミン水溶液30.5gを加えて鎖延長反応を行い、減圧下でMEKを抜き出した後、70℃で加熱(撹拌)して水性ポリウレタン樹脂分散体を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(2)は、ウレタン結合の含有割合7.4重量%、ウレア結合の含有割合3.4重量%、カーボネート結合の含有割合25.2重量%、ブロック化イソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算)0.8重量%、酸価18mgKOH/g、重量平均分子量30,000、及び脂環構造の含有割合17.5重量%であった。
実施例1と同様の反応容器に、ETERNACOLL(登録商標) UH−200(宇部興産製ポリカーボネートジオール;数平均分子量2000;水酸基価56.1mgKOH/g;1,6−ヘキサンジオールと炭酸ジメチルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール)230g、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)10.6g及びN−エチルピロリドン(NEP)115gを窒素気流下で仕込んだ。4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)を99.4g、12−ヒドロキシステアリン酸(HS)11.8g、ジブチルスズジラウリレート(触媒)を0.28g加えて90℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行った。その後3,5−ジメチルピラゾール(DMPZ)6.83gを注入し、同温度で1.5時間攪拌を続けて、ポリウレタンプレポリマーを得た。ウレタン化反応終了時の遊離イソシアナト基含量は1.81重量%であった。反応混合物にトリエチルアミン12.3gを添加・混合したものの中から449gを抜き出して、強攪拌下のもと水644gの中に加えた。ついで35重量%の2−メチル−1,5−ペンタンジアミン水溶液11.8gとジエチレントリアミン水溶液10.5を加えて鎖延長反応を行い、70℃で加熱(撹拌)して水性ポリウレタン樹脂分散体を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(3)は、ウレタン結合の含有割合7.2重量%、ウレア結合の含有割合2.0重量%、カーボネート結合の含有割合24.7重量%、ブロック化イソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算)0.8重量%、酸価18mgKOH/g、重量平均分子量76,000、及び脂環構造の含有割合16.6重量%であった。
実施例1と同様の反応容器に、ETERNACOLL(登録商標) UH−300(宇部興産製ポリカーボネートジオール;数平均分子量2906;水酸基価38.6mgKOH/g;1,6−ヘキサンジオールと炭酸ジメチルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール)302g、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)20.2g及びメチルエチルケトン(MEK)148gを窒素気流下で仕込んだ。4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)を113g、ジブチルスズジラウリレート(触媒)を0.34g加えて90℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行った。その後3,5−ジメチルピラゾール(DMPZ)8.60gを注入し、同温度で1.5時間攪拌を続けて、ポリウレタンプレポリマーを得た。ウレタン化反応終了時の遊離イソシアナト基含量は1.71重量%であった。反応混合物にトリエチルアミン16.7gを添加・混合したものの中から569gを抜き出して、強攪拌下のもと水1040gの中に加えた。ついでアジピン酸ジヒドラジド18.7gを加えて鎖延長反応を行い、減圧下でMEKを抜き出した後、70℃で加熱(撹拌)して水性ポリウレタン樹脂分散体を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(4)は、ウレタン結合の含有割合6.6重量%、ウレア結合の含有割合2.9重量%、カーボネート結合の含有割合26.7重量%、ブロック化イソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算)0.8重量%、酸価18mgKOH/g、重量平均分子量33,000、及び脂環構造の含有割合15.2重量%であった。
実施例1と同様の反応容器に、ETERNACOLL(登録商標) UH−200(宇部興産製ポリカーボネートジオール;数平均分子量2004;水酸基価56.0mgKOH/g;1,6−ヘキサンジオールと炭酸ジメチルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール)245g、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)27.2g及びメチルエチルケトン(MEK)148gを窒素気流下で仕込んだ。4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)を143g、ジブチルスズジラウリレート(触媒)を0.34g加えて90℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行った。その後3,5−ジメチルピラゾール(DMPZ)8.56gを注入し、同温度で1.5時間攪拌を続けて、ポリウレタンプレポリマーを得た。ウレタン化反応終了時の遊離イソシアナト基含量は2.42重量%であった。反応混合物の中から525gを抜き出して、強攪拌下のもと2−(ジメチルアミノ)−2−メチル−1−プロパノール(DMAMP)21.9gと水961gの混合溶液の中に加えた。ついで35重量%の2−メチル−1,5−ペンタンジアミン水溶液47.0gを加えて鎖延長反応を行い、減圧下でMEKを抜き出した後、70℃で加熱(撹拌)して水性ポリウレタン樹脂分散体を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(5)は、ウレタン結合の含有割合9.1重量%、ウレア結合の含有割合4重量%、カーボネート結合の含有割合22.3重量%、ブロック化イソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算)1重量%、酸価26mgKOH/g、重量平均分子量80,000、及び脂環構造の含有割合20.8重量%であった。
実施例1と同様の反応容器に、ETERNACOLL(登録商標) UH−200(宇部興産製ポリカーボネートジオール;数平均分子量2000;水酸基価56.1mgKOH/g;1,6−ヘキサンジオールと炭酸ジメチルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール)119g、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)6.17g及びN−メチルピロリドン(NMP)58.8gを窒素気流下で仕込んだ。イソホロンジイソシアネート(IPDI)を36.1g、ジブチルスズジラウリレート(触媒)を0.14g加えて90℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行い、ポリウレタンプレポリマーを得た。ウレタン化反応終了時の遊離イソシアナト基含量は1.75重量%であった。反応混合物にトリエチルアミン5.05gを添加・混合したものの中から154gを抜き出して、強攪拌下のもと水208gの中に加えた。ついで35重量%の2−メチル−1,5−ペンタンジアミン水溶液10.2gを加えて鎖延長反応を行い、70℃で加熱(撹拌)して水性ポリウレタン樹脂分散体を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(6)は、ウレタン結合の含有割合7.6重量%、ウレア結合の含有割合2.7重量%、カーボネート結合の含有割合27.3重量%、ブロック化イソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算)0重量%、酸価16mgKOH/g、重量平均分子量200,000、及び脂環構造の含有割合8.9重量%であった。
実施例1と同様の反応容器に、ETERNACOLL(登録商標) UH−200(宇部興産製ポリカーボネートジオール;数平均分子量1972;水酸基価56.9mgKOH/g;1,6−ヘキサンジオールと炭酸ジメチルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール)1090g、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)77.5g及びN−エチルピロリドン(NEP)550gを窒素気流下で仕込んだ。4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)を514g、ジブチルスズジラウリレート(触媒)を1.35g加えて90℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行い、ポリウレタンプレポリマーを得た。ウレタン化反応終了時の遊離イソシアナト基含量は2.76重量%であった。反応混合物にトリエチルアミン58.9gを添加・混合したものの中から2200gを抜き出して、強攪拌下のもと水3220gの中に加えた。ついで35重量%の2−メチル−1,5−ペンタンジアミン水溶液225gを加えて鎖延長反応を行い、70℃で加熱(撹拌)して水性ポリウレタン樹脂分散体を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(7)は、ウレタン結合の含有割合7.6重量%、ウレア結合の含有割合4.3重量%、カーボネート結合の含有割合25.1重量%、ブロック化イソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算)0重量%、酸価18mgKOH/g、重量平均分子量180,000、及び脂環構造の含有割合17.3重量%であった。
実施例1と同様の反応容器に、ETERNACOLL(登録商標) UH−200(宇部興産製ポリカーボネートジオール;数平均分子量2004;水酸基価56.0mgKOH/g;1,6−ヘキサンジオールと炭酸ジメチルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール)200g、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)13.9g及びメチルエチルケトン(MEK)101gを窒素気流下で仕込んだ。4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)を89.6g、ジブチルスズジラウリレート(触媒)を0.25g加えて90℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行った。その後3,5−ジメチルピラゾール(DMPZ)6.12gを注入し、同温度で1.5時間攪拌を続けて、ポリウレタンプレポリマーを得た。ウレタン化反応終了時の遊離イソシアナト基含量は2.05重量%であった。反応混合物にトリエチルアミン10.9gを添加・混合したものの中から387gを抜き出して、強攪拌下のもと水716gの中に加えた。ついで35重量%の2−メチル−1,5−ペンタンジアミン水溶液29.0gを加えて鎖延長反応を行い、減圧下でMEKを抜き出した後、水性ポリウレタン樹脂分散体を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(8)のウレタン結合は、含有割合7.6重量%、ウレア結合の含有割合3.2重量%、カーボネート結合の含有割合25.2重量%、ブロック化イソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算)0.8重量%、酸価18mgKOH/g、重量平均分子量40,000、及び脂環構造の含有割合17.5重量%であった。
実施例1と同様の反応容器に、ETERNACOLL(登録商標) UH−200(宇部興産製ポリカーボネートジオール;数平均分子量2004;水酸基価56.0mgKOH/g;1,6−ヘキサンジオールと炭酸ジメチルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール)221g、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)15.4g及びメチルエチルケトン(MEK)104gを窒素気流下で仕込んだ。4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)を99.3g、ジブチルスズジラウリレート(触媒)を0.25g加えて90℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行った。その後メチルエチルケトンオキシム(MEKO)6.13gを注入し、同温度で1.5時間攪拌を続けて、ポリウレタンプレポリマーを得た。ウレタン化反応終了時の遊離イソシアナト基含量は2.11重量%であった。反応混合物にトリエチルアミン12.7gを添加・混合したものの中から425gを抜き出して、強攪拌下のもと水783gの中に加えた。ついで35重量%の2−メチル−1,5−ペンタンジアミン水溶液30.5gを加えて鎖延長反応を行い、減圧下でMEKを抜き出した後、水性ポリウレタン樹脂分散体を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(9)は、ウレタン結合の含有割合7.4重量%、ウレア結合の含有割合3.1重量%、カーボネート結合の含有割合25.2重量%、ブロック化イソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算)0.8重量%、酸価18mgKOH/g、重量平均分子量30,000、及び脂環構造の含有割合17.5重量%であった。
実施例1と同様の反応容器に、PTMG2000(三菱化学製ポリテトラメチレンエーテルグリコール;数平均分子量1958;水酸基価57.3mgKOH/g)1740g、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)81.7g及びエクアミド(登録商標)M−100(出光興産製溶媒)723gを窒素気流下で仕込んだ。イソホロンジイソシアネート(IPDI)を480g、ジブチルスズジラウリレート(触媒)を1.78g加えて90℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行い、ポリウレタンプレポリマーを得た。ウレタン化反応終了時の遊離イソシアナト基含量は1.69重量%であった。反応混合物にトリエチルアミン62.3gを添加・混合したものの中から2960gを抜き出して、強攪拌下のもと水4420gの中に加えた。ついで35重量%の2−メチル−1,5−ペンタンジアミン水溶液184gを加えて鎖延長反応を行い、70℃の加熱処理を施すことで、水性ポリウレタン樹脂分散体を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(10)は、ウレタン結合の含有割合7.5重量%、ウレア結合の含有割合2.7重量%、カーボネート結合の含有割合0重量%、ブロック化イソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算)0重量%、酸価14mgKOH/g、重量平均分子量300,000、及び脂環構造の含有割合7.6重量%であった。
実施例1と同様の反応容器に、1,6−ヘキサンジオールアジペート(AA/HDL;数平均分子量1993;水酸基価56.3mgKOH/g;1,6−ヘキサンジオールとアジピン酸とを反応させて得られたポリエステルジオール)207g、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)24.3g及びN−メチルピロリドン(NMP)119gを窒素気流下で仕込んだ。4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)を127g、ジブチルスズジラウリレート(触媒)を0.30g加えて90℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行った。その後3,5−ジメチルピラゾール(DMPZ)7.55gを注入し、同温度で1.5時間攪拌を続けて、ポリウレタンプレポリマーを得た。ウレタン化反応終了時の遊離イソシアナト基含量は2.26重量%であった。反応混合物にトリエチルアミン21.9gを添加・混合したものの中から480gを抜き出して、強攪拌下のもと水658gの中に加えた。ついで35重量%の2−メチル−1,5−ペンタンジアミン水溶液41.0gを加えて鎖延長反応を行い、70℃の加熱処理を施すことで、水性ポリウレタン樹脂分散体を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(11)は、ウレタン結合の含有割合9.1重量%、ウレア結合の含有割合4重量%、カーボネート結合の含有割合0重量%、ブロック化イソシアナト基の含有割合(イソシアナト基換算)1重量%、酸価26mgKOH/g、重量平均分子量80,000、及び脂環構造の含有割合20.9重量%であった。
実施例1〜7、比較例1〜4で得られた水性ポリウレタン樹脂分散体を乾燥膜厚が80〜120μmになるように、剥離剤を塗ったガラス板上に、バーコーターで塗布し、60℃で2時間、さらに140℃で30分間加熱して、ポリウレタン樹脂フィルムを得た。
得られたポリウレタン樹脂フィルムの塗膜物性を表3に示す。
また本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体は、いずれも2−エチルヘキサノール添加時増粘率が小さいことがわかった。そのため、非水溶性有機溶剤を添加した際の水性ポリウレタン樹脂分散体の粘度の増加を抑えられる。
Claims (5)
- 60℃で24時間保管したときの粘度変化率が10%未満である、水性ポリウレタン樹脂分散体。
- 水性ポリウレタン樹脂分散体は、ポリオール、酸性基含有ポリオール及びポリイソシアネートとの反応によって生じるポリウレタンプレポリマーの酸性基が中和剤により中和され、このポリウレタンプレポリマーと鎖延長剤とを接触させて生じるポリウレタン樹脂が水系媒体に分散されたものであり、
前記ポリオールは、数平均分子量が400〜8,000のポリカーボネートポリオールを含むものである、請求項1記載の水性ポリウレタン樹脂分散体。 - 水性ポリウレタン樹脂分散体中のウレタン結合の含有割合とウレア結合の含有割合との合計が、固形分基準で6〜20重量%であり、カーボネート結合の含有割合が、固形分基準で10〜40重量%であり、脂環構造の含有割合は、固形分基準で6〜30重量%であり、
2−エチルヘキサノールを添加した時の増粘率が70%未満である、請求項1又は2に記載の水性ポリウレタン樹脂分散体。 - 水性ポリウレタン樹脂を水に分散させた後に、20〜80℃で加熱処理することにより得られる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水性ポリウレタン樹脂分散体。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の水性ポリウレタン樹脂分散体を含有する、染色用組成物。
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