JP3627228B2 - 水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐久性、密着性、柔軟性に優れた水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、塗料の分野では、有機溶剤系のものが主流であったが、大気汚染防止、消防法上の規制、労働衛生等の観点から、水系のものが採用され始めている。この水性塗料用樹脂としては、カルボン酸塩を含有させたアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂が提案されている。特にポリウレタン樹脂は、耐スクラッチ性、耐磨耗性、耐久性、耐薬品性等が優れているため、塗料用樹脂としては最適である。特開平４−４１５１７号公報には、ポリカーボネートポリオール、有機ジイソシアネート、鎖延長剤、カルボン酸ないしはカルボン酸塩含有の短鎖ジオールを用いたポリウレタンエマルジョンが開示されている。また、特開平６−３１３０２４号公報には、カルボン酸含有の低分子ジオールを開始剤としたポリカプロラクトンポリオールを用いた水性ポリウレタン樹脂が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
しかし、特開平４−４１５１７号公報記載のポリウレタンエマルジョンは、その合成において、カルボン酸含有の低分子ジオールをそのまま用いている。このため、ポリウレタンを水分散させるためには、カルボン酸含有の低分子ジオールの導入量が多くなり、必然的にポリウレタンの特徴である柔軟性が損なわれている。また、特開平６−３１３０２４号公報記載の水性ポリウレタン樹脂は、ポリエステル（ポリカプロラクトン）ベースのために、耐水性等が不足している。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】
本発明者らは、このような問題点を解決するために鋭意検討した結果、カルボン酸導入ポリカーボネートジオールを含有するポリカーボネートジオール、鎖延長剤、有機ジイソシアネート、中和剤を反応させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法、及びスルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールを含有するポリカーボネートジオール、鎖延長剤、有機ジイソシアネートを反応させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法によって得られるポリウレタン樹脂が、耐久性に優れ、物性の調節が自由であり、また、これを用いた塗料が要求性能を満たすことを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
すなわち、本発明は次の（１）〜（４）である。
（１）有機溶剤中で、カルボン酸導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオール及び鎖延長剤からなるジオール成分と有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０以下で反応させ、所定分子量に達した後、中和剤にて中和させ、その後水を加えてから脱溶剤させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該カルボン酸導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとカルボン酸含有ジオールとのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のカルボン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。
【０００６】
（２）カルボン酸導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオールと有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０超〜５．０で反応させて得られるイソシアネート末端のプレポリマーを中和剤にて中和し、その後水中で乳化分散させ、鎖延長剤で高分子量化させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該カルボン酸導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとカルボン酸含有ジオールとのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のカルボン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。
【０００７】
（３）スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオール及び鎖延長剤からなるジオール成分と有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０以下で反応させ、所定分子量に達した後、水を加えてから脱溶剤させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとスルホン酸塩含有イソフタル酸ジメチルエステル化合物とのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のスルホン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。
【０００８】
（４）有機溶剤中で、スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオールと有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０超〜５．０で反応させて得られるイソシアネート末端のプレポリマーを水中で乳化分散させ、鎖延長剤で高分子量化させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとスルホン酸塩含有イソフタル酸ジメチルエステル化合物とのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のスルホン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法に用いられるポリカーボネートジオールは、カルボン酸又はスルホン酸塩エステルを導入されたポリカーボネートジオールを含有する。
【００１０】
本発明に用いられるカルボン酸を導入されたポリカーボネートジオールのカルボン酸導入源は、以下の式（１）に示されるカルボン酸含有ジオールである。具体的なものとしては、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、ビス−（２−ヒドロキシエチル）プロピオン酸、ビス−（２−ヒドロキシエチル）ブタン酸等である。カルボン酸を導入されたポリカーボネートジオールの合成方法は、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとカルボン酸含有ジオールとのエステル交換反応によって合成する方法である。反応時には、必要に応じて、テトラブチルチタネートのような触媒を用いても良い。
【００１１】
【化１】
【００１２】
本発明に用いられるスルホン酸塩エステルを導入されたポリカーボネ−トジオールのスルホン酸塩エステル導入源は、以下の式（２）に示されるスルホン酸塩含有イソフタル酸ジメチルエステルである。具体的なものとしては、５−カリウムスルホイソフタル酸ジメチル、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル、５−カリウムスルホイソフタル酸ジメチル等である。スルホン酸塩エステルを導入されたポリカーボネ−トジオール合成方法は、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとスルホン酸塩含有ジメチルエステル化合物との脱メタノール反応である。反応時には、必要に応じて、テトラブチルチタネートのような触媒を用いても良い。
【００１３】
【化２】
【００１４】
本発明に用いられるポリカーボネートジオールは、（ａ）ジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応、（ｂ）ジオールとジアルキルカーボネートとの脱アルコール反応、（ｃ）ジオールとアルキレンカーボネートとの脱グリコール反応等で得られる。このジオールとしては、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、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、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、ネオペンチルグリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、３，３−ジメチロールヘプタン等がある。これらのジオールのなかで、好ましいのは、１、６−ヘキサンジオールである。
【００１５】
本発明に用いられる鎖延長剤は、分子量が１８〜５００であり、具体的には、水、尿素、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、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、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、ネオペンチルグリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、３，３−ジメチロールヘプタン等の低分子ジオールや、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、メタキシレンジアミン、ピペラジン等の低分子ジアミン、モノエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−フェニルジプロパノールアミンのような低分子アミノアルコール等がある。
【００１６】
本発明に用いられる有機ジイソシアネートとしては、２，４−トリレンジイソシアネート、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、２，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，２′−ジフェニルメタンジイソシアネート、１，５−ナフチレンジイソシアネート、１，４−ナフチレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｏ−キシリレンジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート、ｐ−キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、４，４′−ジフェニルエーテルジイソシアネート、２−ニトロジフェニル−４，４′−ジイソシアネート、２，２′−ジフェニルプロパン−４，４′−ジイソシアネート、３，３′−ジメチルジフェニルメタン−４，４′−ジイソシアネート、４，４′−ジフェニルプロパンジイソシアネート、３，３′−ジメトキシジフェニル−４，４′−ジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、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、イソホロンジイソシアネート、２−メチル−１，５−ペンタンジイソシアネート、３−メチル−１，５−ペンタンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、水素添加テトラメチルキシリレンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネートや、これらの２種類以上の混合物がある。本発明で好ましい有機ジイソシアネートは、耐候性の良好な脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートであり、更に好ましくは、溶解性、耐候性の良いイソホロンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート及び物性の良い水素添加ジフェニルメタンジイソシアネートである。
【００１７】
本発明は、必要に応じて反応停止剤を用いても良い。反応停止剤の具体的なものとしては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール等のアルコール、エチルアミン、ブチルアミン、プロピルアミンのような第１級アミン、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ジプロピルアミンのような第２級アミン、場合によっては、前述したアミノアルコール等が用いられる。
【００１８】
本発明によって得られる水性塗料用ポリウレタン樹脂の親水性極性基含有量は、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇ、好ましくは、０．２〜０．８ｍｍｏｌ／ｇである。親水性極性基導入量が０．１ｍｍｏｌ／ｇ未満の場合は、ポリウレタン樹脂が水中に分散しない。また、１．０ｍｍｏｌ／ｇを越えると、ポリウレタン塗膜の耐水性に乏しくなる。
【００１９】
本発明の水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法は、以下に示す方法が挙げられる。すなわち、（１）有機溶剤中でジオール成分と有機ジイソシアネートを全イソシアネート基／全水酸基（以下Ｒ値と略称する）が１．０以下で反応させ、所定分子量に達したら、必要に応じて中和して、水を加えた後、脱溶剤して水性ポリウレタンエマルジョンを得る方法、（２）ジオール成分と有機ジイソシアネートをＲ値が１．０超〜５．０で反応させ、イソシアネート末端のプレポリマーを得る。このとき、必要に応じて有機溶剤を用いることができる。次に得られたプレポリマーを必要に応じて中和し、その後水中で乳化分散させ、鎖延長剤で高分子量化させ、脱溶剤して水性ポリウレタンエマルジョンを得る方法、がある。このとき、必要に応じて、トリエチルアミン等のような第３級アミン系触媒やジブチルチンジラウレートのような有機金属触媒を用いても良い。
【００２０】
先述の（１）、（２）の方法における有機溶剤は、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、酢酸エチル、酢酸ブチル等のイソシアネート基に不活性なものであれば特に制限はない。
【００２１】
本発明によって得られる水性塗料用ポリウレタン樹脂の数平均分子量は、３，０００以上、好ましくは、５，０００以上である。数平均分子量が５，０００未満の場合は、ポリウレタン樹脂の強度が不足する。
【００２２】
本発明によって得られる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンを用いた水性塗料の調製方法は、前記水性ポリウレタンエマルジョンに、顔料や染料を仕込み、固形分や粘度調整のための水、塗料の表面張力を調節させるためのイソプロパノールやＮ−メチル−ピロリドンのような親水性有機溶剤、更に、ポリエチレンワックスのようなブロッキング防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、消泡剤、増粘剤、分散剤、界面活性剤等の添加剤を配合し、ボールミル、サンドグラインドミル等を用いて得られる。得られた塗料は、刷毛、スプレー等を用いて塗布される。なお、必要に応じて、塗布直前に水分散型ポリイソシアネート等のような硬化剤を配合しても良い。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例により本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、例中における部とは重量部、％は重量％をそれぞれ示す。
【００２４】
カルボン酸導入ポリカーボネートジオールの合成
ポリカーボネートジオールＡの合成
攪拌機、冷却管、温度計を備えた反応器に、ジメチロールプロピオン酸を６７．０部、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量３，０００のポリカーボネートジオールを９０９．８部、１，６−ヘキサンジオール２３．２部仕込み、１６０℃に加温した。温度が１８０℃に達したところで、テトラブチルチタネートを０．０５部仕込み、６時間反応させた。得られたカルボン酸含有ポリカーボネートジオールＡの水酸基価は１１２．２ｍｇＫＯＨ／ｇ（数平均分子量＝１，０００）で、酸価は２８．１ｍｇＫＯＨ／ｇ（カルボン酸含有量＝０．５ｍｍｏｌ／ｇ）であった。
【００２５】
ポリカーボネートジオールＢの合成
ポリカーボネートジオールＡと同様な反応器に、ジメチロールブタン酸を７４．０部、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量３，０００のポリカーボネートジオールを９０２．５部、１，６−ヘキサンジオール２３．５部仕込み、１６０℃に加温した。温度が１８０℃に達したところで、テトラブチルチタネートを０．０５部仕込み、６時間反応させた。得られたカルボン酸含有ポリカーボネートジオールＢの水酸基価は１１２．２ｍｇＫＯＨ／ｇ（数平均分子量＝１，０００）で、酸価は２８．１ｍｇＫＯＨ／ｇ（カルボン酸含有量＝０．５ｍｏｌ／ｇ）であった。
【００２６】
スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールの合成
ポリカーボネートジオールＣの合成
ポリカーボネートジオールＡと同様な反応器に、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチルを２９６．０部、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量１，０００のポリカーボネートジオールを６０３．２部仕込み、１８０℃に加温した。温度が１８０℃に達したところで、テトラブチルチタネートを０．０５部仕込み、４時間常圧で脱メタノール反応させた。その後、圧を徐々に０．５ｍｍＨｇまで減圧し、さらに１８０℃で２時間させた。メタノールが出なくなったところで、圧を常圧に戻し、１，６−ヘキサンジオールを１６４．８部仕込み、エステル交換させた。得られたスルホン酸塩エステル含有ポリカーボネートジオールＤの水酸基価は１１２．２ｍｇＫＯＨ／ｇ（数平均分子量＝１，０００）で、スルホン酸塩含有量は、１．０ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００２７】
ポリカーボネートジオールＤの合成
ポリカーボネートジオールＡと同様な反応器に、５−カリウムスルホイソフタル酸ジメチルを１５６．０部、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量３，０００のポリカーボネートジオールを７８９．０部、１，６−ヘキサンジオールを８７．０部仕込み、１８０℃に加温した。温度が１８０℃に達したところで、テトラブチルチタネートを０．０５部仕込み、４時間常圧で脱メタノール反応させた。その後、圧を徐々に０．５ｍｍＨｇまで減圧し、さらに１８０℃で２時間させた。得られたスルホン酸塩エステル含有ポリカーボネートジオールＣの水酸基価は５６．１ｍｇＫＯＨ／ｇ（数平均分子量＝２，０００）で、スルホン酸塩含有量は、０．５ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００２８】
水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法の合成
実施例１
温度計、攪拌機、冷却管を備えた反応器に、先に合成したポリカーボネートジオールＡを９２．７部、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量１，０００のポリカーボネートジオールを９２．７部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次にイソホロンジイソシアネートを８２．３部（Ｒ＝２．０）、ジオクチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にて１０時間反応させて、両末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー溶液を得た。その後、トリエチルアミンを９．４部仕込んでカルボン酸を中和した後、水を７００部仕込んで転相させ、イソホロンジアミンを２９．９部、ジブチルアミンを２．４部仕込んで、イソシアネート基が消失するまで反応させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ａを得た。ＰＵ−Ａの外観は乳白色液体、固形分は３０．７％、数平均分子量は２６，０００であった。
【００２９】
実施例２
実施例１と同様な反応装置に、ポリカーボネートジオールＢを１８４．２部、ネオペンチルグリコールを１９．２部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネートを９４．７部（Ｒ＝０．９８）、ジブチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にてイソシアネート基が消失するまで反応させた。その後、トリエチルアミンを９．３部仕込んでカルボン酸を中和した後、水を７００部仕込んで転相させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｂを得た。ＰＵ−Ｂの外観は乳白色液体、固形分は３０．７％、数平均分子量は４０，０００であった。
【００３０】
実施例３
実施例１と同様な反応装置に、ポリカーボネートジオールＣを１８４．９部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、イソホロンジイソシアネート８２．１部（Ｒ＝２．０）、ジブチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にて１０時間反応させた。その後、水を７００部仕込んで転相させ、イソホロンジアミンを２８．３部、ジブチルアミンを４．７部仕込んで、イソシアネート基が消失するまで反応させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｃを得た。ＰＵ−Ｃの外観は乳白色液体、固形分は３０．０％、数平均分子量は１６，０００であった。
【００３１】
実施例４
実施例１と同様な反応装置に、ポリカーボネートジオールＤを２００．４部、ネオペンチルグリコールを２０．８部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネートを７６．４部（Ｒ＝０．９７）、ジブチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にてイソシアネート基が消失するまで反応させた。次に、水を７００部仕込んで転相させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｄを得た。ＰＵ−Ｄの外観は乳白色液体、固形分は２９．９％、数平均分子量は３３，０００であった。
【００３２】
比較例１
実施例１と同様な反応装置に、ジメチロールプロピオン酸を開始剤とした両末端水酸基含有で数平均分子量１，０００のポリカプロラクトンジオールを９２．７部、エチレングリコールを開始剤とした両末端水酸基で数平均分子量１，０００のポリカプロラクトンジオールを９２．７部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、イソホロンジイソシアネートを８２．３部（Ｒ＝２．０）、ジオクチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にて１０時間反応させた。その後、トリエチルアミンを９．４部仕込んで、カルボン酸を中和した後、水を７００部仕込んで転相させ、イソホロンジアミンを２９．９部、ジブチルアミンを２．４部仕込んで、イソシアネート基が消失するまで反応させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｅを得た。ＰＵ−Ｅの外観は乳白色液体、固形分は３０．７％、数平均分子量は３２，０００であった。
【００３３】
比較例２
実施例１と同様な反応装置に、ジメチロールプロピオン酸を開始剤とした両末端水酸基含有で数平均分子量２，０００のポリカプロラクトンジオールを２００．４部、ネオペンチルグリコールを２０．８部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネートを７７．５部（Ｒ＝０．９８３）、ジブチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にてイソシアネート基が消失するまで反応させた。次に、水を７００部仕込んで転相させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｆを得た。ＰＵ−Ｆの外観は乳白色液体、固形分は３０．６％、数平均分子量は５８，０００であった。
【００３４】
比較例３
実施例１と同様な反応装置に、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量１，０００のポリカーボネートジオールを１２３．８部、ジメチロールプロピオン酸を２４．９部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネートを１２３．３部（Ｒ＝１．５）、ジブチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にて１０時間反応させた。その後、トリエチルアミンを１８．８部仕込んでカルボン酸を中和した後、水を７００部仕込んで転相させ、イソホロンジアミンを２４．６部、ジブチルアミンを３．４部仕込んで、イソシアネート基が消失するまで反応させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｇを得た。ＰＵ−Ｇの外観は乳白色液体、固形分は２９．４％、数平均分子量は１８，０００であった。
表１、２に水性ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ａ〜Ｇを示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
表１、２において
ＩＰＤＩ ：イソホロンジイソシアネート
Ｈ12ＭＤＩ ：水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート
ＤＢＴＤＬ ：ジブチルチンジラウレート
ＩＰＤＡ ：イソホロンジアミン
ＮＰＧ ：ネオペンチルグリコール
ＤＢＡ ：ジブチルアミン
ＴＥＡ ：トリエチルアミン
ＤＭＰＡ−ＰＣＬ−１０００：ジメチロールプロピオン酸を開始剤とした両末端水酸基 で数平均分子量１，０００のポリカプロラクトンジオー ル
ＤＭＰＡ−ＰＣＬ−２０００：ジメチロールプロピオン酸を開始剤とした両末端水酸基 で数平均分子量２，０００のポリカプロラクトンジオー ル
ＥＧ−ＰＣＬ−２０００ ：エチレングリコールを開始剤とした両末端水酸基で数平 均分子量２，０００のポリカプロラクトンジオール
ＨＧ−ＰＣＤ−１０００ ：１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートと の脱フェノール反応で得られた数平均分子量１，０００ のポリカーボネートジオール
ＤＭＰＡ ：ジメチロールプロピオン酸
【００３８】
応用実施例１
ＰＵ−Ａを１００に対して、水分散型ポリイソシアネート（商品名：アクアネート−２００ 日本ポリウレタン工業製）を３部仕込み、均一に混合した後、ポリエチレンコート紙にキャストして、２５℃×１０分＋８０℃×１分＋２５℃×３日の条件でキュアして、キャストフィルムを得た。
【００３９】
応用実施例２〜４、応用比較例１〜３
応用実施例１と同様にして、ＰＵ−ＡをＰＵ−Ｂ〜Ｇに代えて、キャストフィルムを得た。
【００４０】
高温高湿試験
得られたキャストフィルムを、ＪＩＳ Ｋ−Ｋ−６３０１の２号ダンベルの形に打ち抜き、試験片を高温高湿試験器にセットした。高温高湿条件は、７０℃×９５％ＲＨとした。試験片を１週間毎に取り出して、軟化点を測定した。軟化点測定条件は、５００ｇ重／ｃ■の荷重にて、昇温速度５℃／分である。軟化温度は、伸びの変化が急に変わるところ
とした。
表２に高温高湿試験結果を示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】
塗料性能試験
応用実施例５
ＰＵ−Ａ１００部に対して、Ｎ−メチル−ピロリドンを８部混合し、クリヤ塗料を配合した。これをアルミ板にドライで膜厚５０μになるように塗布し、１００℃にて１分間加温し、その後、室温にて３日静置して塗装サンプルを得た。
【００４３】
応用実施例５〜８、応用比較例４〜６
応用実施例５と同様にしてＰＵ−Ｂ〜Ｇを用いて塗装サンプルを作成した。
【００４４】
得られた塗装サンプルは、密着性、柔軟性を評価した。密着性は、ＪＩＳ Ｋ−５４００の碁盤目テープ法、柔軟性は温冷くり返し法にて評価した。実施例５〜８、比較例４〜６の結果を表４に示す。
碁盤目テープ法：
塗膜にカッターガイドを用いてカッターナイフで１ｍｍ四方の１００個のマス目状に切れ込みを入れ、その上からセロハンテープで圧着し、その後瞬間的にはがし、塗膜のはがれ状態を見た。
１０：塗膜のはがれが認められない
８：塗膜のはがれが０〜５％
６：塗膜のはがれが５〜１５％
４：塗膜のはがれが１５〜３５％
２：塗膜のはがれが３５〜６５％
０：塗膜のはがれが６５％以上
温冷くり返し法：
塗膜を−２０℃で１時間、５０℃で１時間のサイクルで１０サイクル後の塗膜外観を評価した。
○：塗膜に曇り、白化、割れ等の異常が認められない
×：塗膜に異常が認められる
【００４５】
【表４】
【００４６】
【発明の効果】
以上説明してきた通り、本発明によって得られた水性ポリウレタン樹脂は、従来の水性ポリウレタン樹脂より耐加水分解性に優れたものとなった。また、本発明によって得られた水性塗料用ポリウレタンエマルジョンを用いた水性塗料も、良好な密着性、柔軟性を発現した。
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐久性、密着性、柔軟性に優れた水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、塗料の分野では、有機溶剤系のものが主流であったが、大気汚染防止、消防法上の規制、労働衛生等の観点から、水系のものが採用され始めている。この水性塗料用樹脂としては、カルボン酸塩を含有させたアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂が提案されている。特にポリウレタン樹脂は、耐スクラッチ性、耐磨耗性、耐久性、耐薬品性等が優れているため、塗料用樹脂としては最適である。特開平４−４１５１７号公報には、ポリカーボネートポリオール、有機ジイソシアネート、鎖延長剤、カルボン酸ないしはカルボン酸塩含有の短鎖ジオールを用いたポリウレタンエマルジョンが開示されている。また、特開平６−３１３０２４号公報には、カルボン酸含有の低分子ジオールを開始剤としたポリカプロラクトンポリオールを用いた水性ポリウレタン樹脂が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
しかし、特開平４−４１５１７号公報記載のポリウレタンエマルジョンは、その合成において、カルボン酸含有の低分子ジオールをそのまま用いている。このため、ポリウレタンを水分散させるためには、カルボン酸含有の低分子ジオールの導入量が多くなり、必然的にポリウレタンの特徴である柔軟性が損なわれている。また、特開平６−３１３０２４号公報記載の水性ポリウレタン樹脂は、ポリエステル（ポリカプロラクトン）ベースのために、耐水性等が不足している。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】
本発明者らは、このような問題点を解決するために鋭意検討した結果、カルボン酸導入ポリカーボネートジオールを含有するポリカーボネートジオール、鎖延長剤、有機ジイソシアネート、中和剤を反応させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法、及びスルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールを含有するポリカーボネートジオール、鎖延長剤、有機ジイソシアネートを反応させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法によって得られるポリウレタン樹脂が、耐久性に優れ、物性の調節が自由であり、また、これを用いた塗料が要求性能を満たすことを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
すなわち、本発明は次の（１）〜（４）である。
（１）有機溶剤中で、カルボン酸導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオール及び鎖延長剤からなるジオール成分と有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０以下で反応させ、所定分子量に達した後、中和剤にて中和させ、その後水を加えてから脱溶剤させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該カルボン酸導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとカルボン酸含有ジオールとのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のカルボン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。
【０００６】
（２）カルボン酸導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオールと有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０超〜５．０で反応させて得られるイソシアネート末端のプレポリマーを中和剤にて中和し、その後水中で乳化分散させ、鎖延長剤で高分子量化させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該カルボン酸導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとカルボン酸含有ジオールとのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のカルボン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。
【０００７】
（３）スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオール及び鎖延長剤からなるジオール成分と有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０以下で反応させ、所定分子量に達した後、水を加えてから脱溶剤させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとスルホン酸塩含有イソフタル酸ジメチルエステル化合物とのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のスルホン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。
【０００８】
（４）有機溶剤中で、スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオールと有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０超〜５．０で反応させて得られるイソシアネート末端のプレポリマーを水中で乳化分散させ、鎖延長剤で高分子量化させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとスルホン酸塩含有イソフタル酸ジメチルエステル化合物とのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のスルホン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法に用いられるポリカーボネートジオールは、カルボン酸又はスルホン酸塩エステルを導入されたポリカーボネートジオールを含有する。
【００１０】
本発明に用いられるカルボン酸を導入されたポリカーボネートジオールのカルボン酸導入源は、以下の式（１）に示されるカルボン酸含有ジオールである。具体的なものとしては、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、ビス−（２−ヒドロキシエチル）プロピオン酸、ビス−（２−ヒドロキシエチル）ブタン酸等である。カルボン酸を導入されたポリカーボネートジオールの合成方法は、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとカルボン酸含有ジオールとのエステル交換反応によって合成する方法である。反応時には、必要に応じて、テトラブチルチタネートのような触媒を用いても良い。
【００１１】
【化１】
本発明に用いられるスルホン酸塩エステルを導入されたポリカーボネ−トジオールのスルホン酸塩エステル導入源は、以下の式（２）に示されるスルホン酸塩含有イソフタル酸ジメチルエステルである。具体的なものとしては、５−カリウムスルホイソフタル酸ジメチル、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル、５−カリウムスルホイソフタル酸ジメチル等である。スルホン酸塩エステルを導入されたポリカーボネ−トジオール合成方法は、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとスルホン酸塩含有ジメチルエステル化合物との脱メタノール反応である。反応時には、必要に応じて、テトラブチルチタネートのような触媒を用いても良い。
【００１３】
【化２】
本発明に用いられるポリカーボネートジオールは、（ａ）ジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応、（ｂ）ジオールとジアルキルカーボネートとの脱アルコール反応、（ｃ）ジオールとアルキレンカーボネートとの脱グリコール反応等で得られる。このジオールとしては、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、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、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、ネオペンチルグリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、３，３−ジメチロールヘプタン等がある。これらのジオールのなかで、好ましいのは、１、６−ヘキサンジオールである。
【００１５】
本発明に用いられる鎖延長剤は、分子量が１８〜５００であり、具体的には、水、尿素、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、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、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、ネオペンチルグリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、３，３−ジメチロールヘプタン等の低分子ジオールや、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、メタキシレンジアミン、ピペラジン等の低分子ジアミン、モノエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−フェニルジプロパノールアミンのような低分子アミノアルコール等がある。
【００１６】
本発明に用いられる有機ジイソシアネートとしては、２，４−トリレンジイソシアネート、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、２，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，２′−ジフェニルメタンジイソシアネート、１，５−ナフチレンジイソシアネート、１，４−ナフチレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｏ−キシリレンジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート、ｐ−キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、４，４′−ジフェニルエーテルジイソシアネート、２−ニトロジフェニル−４，４′−ジイソシアネート、２，２′−ジフェニルプロパン−４，４′−ジイソシアネート、３，３′−ジメチルジフェニルメタン−４，４′−ジイソシアネート、４，４′−ジフェニルプロパンジイソシアネート、３，３′−ジメトキシジフェニル−４，４′−ジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、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、イソホロンジイソシアネート、２−メチル−１，５−ペンタンジイソシアネート、３−メチル−１，５−ペンタンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、水素添加テトラメチルキシリレンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネートや、これらの２種類以上の混合物がある。本発明で好ましい有機ジイソシアネートは、耐候性の良好な脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートであり、更に好ましくは、溶解性、耐候性の良いイソホロンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート及び物性の良い水素添加ジフェニルメタンジイソシアネートである。
【００１７】
本発明は、必要に応じて反応停止剤を用いても良い。反応停止剤の具体的なものとしては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール等のアルコール、エチルアミン、ブチルアミン、プロピルアミンのような第１級アミン、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ジプロピルアミンのような第２級アミン、場合によっては、前述したアミノアルコール等が用いられる。
【００１８】
本発明によって得られる水性塗料用ポリウレタン樹脂の親水性極性基含有量は、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇ、好ましくは、０．２〜０．８ｍｍｏｌ／ｇである。親水性極性基導入量が０．１ｍｍｏｌ／ｇ未満の場合は、ポリウレタン樹脂が水中に分散しない。また、１．０ｍｍｏｌ／ｇを越えると、ポリウレタン塗膜の耐水性に乏しくなる。
【００１９】
本発明の水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法は、以下に示す方法が挙げられる。すなわち、（１）有機溶剤中でジオール成分と有機ジイソシアネートを全イソシアネート基／全水酸基（以下Ｒ値と略称する）が１．０以下で反応させ、所定分子量に達したら、必要に応じて中和して、水を加えた後、脱溶剤して水性ポリウレタンエマルジョンを得る方法、（２）ジオール成分と有機ジイソシアネートをＲ値が１．０超〜５．０で反応させ、イソシアネート末端のプレポリマーを得る。このとき、必要に応じて有機溶剤を用いることができる。次に得られたプレポリマーを必要に応じて中和し、その後水中で乳化分散させ、鎖延長剤で高分子量化させ、脱溶剤して水性ポリウレタンエマルジョンを得る方法、がある。このとき、必要に応じて、トリエチルアミン等のような第３級アミン系触媒やジブチルチンジラウレートのような有機金属触媒を用いても良い。
【００２０】
先述の（１）、（２）の方法における有機溶剤は、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、酢酸エチル、酢酸ブチル等のイソシアネート基に不活性なものであれば特に制限はない。
【００２１】
本発明によって得られる水性塗料用ポリウレタン樹脂の数平均分子量は、３，０００以上、好ましくは、５，０００以上である。数平均分子量が５，０００未満の場合は、ポリウレタン樹脂の強度が不足する。
【００２２】
本発明によって得られる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンを用いた水性塗料の調製方法は、前記水性ポリウレタンエマルジョンに、顔料や染料を仕込み、固形分や粘度調整のための水、塗料の表面張力を調節させるためのイソプロパノールやＮ−メチル−ピロリドンのような親水性有機溶剤、更に、ポリエチレンワックスのようなブロッキング防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、消泡剤、増粘剤、分散剤、界面活性剤等の添加剤を配合し、ボールミル、サンドグラインドミル等を用いて得られる。得られた塗料は、刷毛、スプレー等を用いて塗布される。なお、必要に応じて、塗布直前に水分散型ポリイソシアネート等のような硬化剤を配合しても良い。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例により本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、例中における部とは重量部、％は重量％をそれぞれ示す。
【００２４】
カルボン酸導入ポリカーボネートジオールの合成
ポリカーボネートジオールＡの合成
攪拌機、冷却管、温度計を備えた反応器に、ジメチロールプロピオン酸を６７．０部、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量３，０００のポリカーボネートジオールを９０９．８部、１，６−ヘキサンジオール２３．２部仕込み、１６０℃に加温した。温度が１８０℃に達したところで、テトラブチルチタネートを０．０５部仕込み、６時間反応させた。得られたカルボン酸含有ポリカーボネートジオールＡの水酸基価は１１２．２ｍｇＫＯＨ／ｇ（数平均分子量＝１，０００）で、酸価は２８．１ｍｇＫＯＨ／ｇ（カルボン酸含有量＝０．５ｍｍｏｌ／ｇ）であった。
【００２５】
ポリカーボネートジオールＢの合成
ポリカーボネートジオールＡと同様な反応器に、ジメチロールブタン酸を７４．０部、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量３，０００のポリカーボネートジオールを９０２．５部、１，６−ヘキサンジオール２３．５部仕込み、１６０℃に加温した。温度が１８０℃に達したところで、テトラブチルチタネートを０．０５部仕込み、６時間反応させた。得られたカルボン酸含有ポリカーボネートジオールＢの水酸基価は１１２．２ｍｇＫＯＨ／ｇ（数平均分子量＝１，０００）で、酸価は２８．１ｍｇＫＯＨ／ｇ（カルボン酸含有量＝０．５ｍｏｌ／ｇ）であった。
【００２６】
スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールの合成
ポリカーボネートジオールＣの合成
ポリカーボネートジオールＡと同様な反応器に、５−ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチルを２９６．０部、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量１，０００のポリカーボネートジオールを６０３．２部仕込み、１８０℃に加温した。温度が１８０℃に達したところで、テトラブチルチタネートを０．０５部仕込み、４時間常圧で脱メタノール反応させた。その後、圧を徐々に０．５ｍｍＨｇまで減圧し、さらに１８０℃で２時間させた。メタノールが出なくなったところで、圧を常圧に戻し、１，６−ヘキサンジオールを１６４．８部仕込み、エステル交換させた。得られたスルホン酸塩エステル含有ポリカーボネートジオールＤの水酸基価は１１２．２ｍｇＫＯＨ／ｇ（数平均分子量＝１，０００）で、スルホン酸塩含有量は、１．０ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００２７】
ポリカーボネートジオールＤの合成
ポリカーボネートジオールＡと同様な反応器に、５−カリウムスルホイソフタル酸ジメチルを１５６．０部、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量３，０００のポリカーボネートジオールを７８９．０部、１，６−ヘキサンジオールを８７．０部仕込み、１８０℃に加温した。温度が１８０℃に達したところで、テトラブチルチタネートを０．０５部仕込み、４時間常圧で脱メタノール反応させた。その後、圧を徐々に０．５ｍｍＨｇまで減圧し、さらに１８０℃で２時間させた。得られたスルホン酸塩エステル含有ポリカーボネートジオールＣの水酸基価は５６．１ｍｇＫＯＨ／ｇ（数平均分子量＝２，０００）で、スルホン酸塩含有量は、０．５ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００２８】
水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法の合成
実施例１
温度計、攪拌機、冷却管を備えた反応器に、先に合成したポリカーボネートジオールＡを９２．７部、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量１，０００のポリカーボネートジオールを９２．７部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次にイソホロンジイソシアネートを８２．３部（Ｒ＝２．０）、ジオクチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にて１０時間反応させて、両末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー溶液を得た。その後、トリエチルアミンを９．４部仕込んでカルボン酸を中和した後、水を７００部仕込んで転相させ、イソホロンジアミンを２９．９部、ジブチルアミンを２．４部仕込んで、イソシアネート基が消失するまで反応させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ａを得た。ＰＵ−Ａの外観は乳白色液体、固形分は３０．７％、数平均分子量は２６，０００であった。
【００２９】
実施例２
実施例１と同様な反応装置に、ポリカーボネートジオールＢを１８４．２部、ネオペンチルグリコールを１９．２部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネートを９４．７部（Ｒ＝０．９８）、ジブチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にてイソシアネート基が消失するまで反応させた。その後、トリエチルアミンを９．３部仕込んでカルボン酸を中和した後、水を７００部仕込んで転相させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｂを得た。ＰＵ−Ｂの外観は乳白色液体、固形分は３０．７％、数平均分子量は４０，０００であった。
【００３０】
実施例３
実施例１と同様な反応装置に、ポリカーボネートジオールＣを１８４．９部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、イソホロンジイソシアネート８２．１部（Ｒ＝２．０）、ジブチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にて１０時間反応させた。その後、水を７００部仕込んで転相させ、イソホロンジアミンを２８．３部、ジブチルアミンを４．７部仕込んで、イソシアネート基が消失するまで反応させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｃを得た。ＰＵ−Ｃの外観は乳白色液体、固形分は３０．０％、数平均分子量は１６，０００であった。
【００３１】
実施例４
実施例１と同様な反応装置に、ポリカーボネートジオールＤを２００．４部、ネオペンチルグリコールを２０．８部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネートを７６．４部（Ｒ＝０．９７）、ジブチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にてイソシアネート基が消失するまで反応させた。次に、水を７００部仕込んで転相させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｄを得た。ＰＵ−Ｄの外観は乳白色液体、固形分は２９．９％、数平均分子量は３３，０００であった。
【００３２】
比較例１
実施例１と同様な反応装置に、ジメチロールプロピオン酸を開始剤とした両末端水酸基含有で数平均分子量１，０００のポリカプロラクトンジオールを９２．７部、エチレングリコールを開始剤とした両末端水酸基で数平均分子量１，０００のポリカプロラクトンジオールを９２．７部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、イソホロンジイソシアネートを８２．３部（Ｒ＝２．０）、ジオクチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にて１０時間反応させた。その後、トリエチルアミンを９．４部仕込んで、カルボン酸を中和した後、水を７００部仕込んで転相させ、イソホロンジアミンを２９．９部、ジブチルアミンを２．４部仕込んで、イソシアネート基が消失するまで反応させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｅを得た。ＰＵ−Ｅの外観は乳白色液体、固形分は３０．７％、数平均分子量は３２，０００であった。
【００３３】
比較例２
実施例１と同様な反応装置に、ジメチロールプロピオン酸を開始剤とした両末端水酸基含有で数平均分子量２，０００のポリカプロラクトンジオールを２００．４部、ネオペンチルグリコールを２０．８部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネートを７７．５部（Ｒ＝０．９８３）、ジブチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にてイソシアネート基が消失するまで反応させた。次に、水を７００部仕込んで転相させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性塗料用ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｆを得た。ＰＵ−Ｆの外観は乳白色液体、固形分は３０．６％、数平均分子量は５８，０００であった。
【００３４】
比較例３
実施例１と同様な反応装置に、１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートとの脱フェノール反応で得られた数平均分子量１，０００のポリカーボネートジオールを１２３．８部、ジメチロールプロピオン酸を２４．９部、アセトンを３００部仕込んでジオール成分を溶解させた。次に、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネートを１２３．３部（Ｒ＝１．５）、ジブチルチンジラウレートを０．０３部仕込み、５０℃にて１０時間反応させた。その後、トリエチルアミンを１８．８部仕込んでカルボン酸を中和した後、水を７００部仕込んで転相させ、イソホロンジアミンを２４．６部、ジブチルアミンを３．４部仕込んで、イソシアネート基が消失するまで反応させた。その後、エバポレーターにて脱アセトンを行い、水性ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ｇを得た。ＰＵ−Ｇの外観は乳白色液体、固形分は２９．４％、数平均分子量は１８，０００であった。
表１、２に水性ポリウレタンエマルジョンＰＵ−Ａ〜Ｇを示す。
【００３５】
【表１】
【表２】
表１、２において
ＩＰＤＩ ：イソホロンジイソシアネート
Ｈ12ＭＤＩ ：水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート
ＤＢＴＤＬ ：ジブチルチンジラウレート
ＩＰＤＡ ：イソホロンジアミン
ＮＰＧ ：ネオペンチルグリコール
ＤＢＡ ：ジブチルアミン
ＴＥＡ ：トリエチルアミン
ＤＭＰＡ−ＰＣＬ−１０００：ジメチロールプロピオン酸を開始剤とした両末端水酸基 で数平均分子量１，０００のポリカプロラクトンジオー ル
ＤＭＰＡ−ＰＣＬ−２０００：ジメチロールプロピオン酸を開始剤とした両末端水酸基 で数平均分子量２，０００のポリカプロラクトンジオー ル
ＥＧ−ＰＣＬ−２０００ ：エチレングリコールを開始剤とした両末端水酸基で数平 均分子量２，０００のポリカプロラクトンジオール
ＨＧ−ＰＣＤ−１０００ ：１，６−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートと の脱フェノール反応で得られた数平均分子量１，０００ のポリカーボネートジオール
ＤＭＰＡ ：ジメチロールプロピオン酸
【００３８】
応用実施例１
ＰＵ−Ａを１００に対して、水分散型ポリイソシアネート（商品名：アクアネート−２００ 日本ポリウレタン工業製）を３部仕込み、均一に混合した後、ポリエチレンコート紙にキャストして、２５℃×１０分＋８０℃×１分＋２５℃×３日の条件でキュアして、キャストフィルムを得た。
【００３９】
応用実施例２〜４、応用比較例１〜３
応用実施例１と同様にして、ＰＵ−ＡをＰＵ−Ｂ〜Ｇに代えて、キャストフィルムを得た。
【００４０】
高温高湿試験
得られたキャストフィルムを、ＪＩＳ Ｋ−Ｋ−６３０１の２号ダンベルの形に打ち抜き、試験片を高温高湿試験器にセットした。高温高湿条件は、７０℃×９５％ＲＨとした。試験片を１週間毎に取り出して、軟化点を測定した。軟化点測定条件は、５００ｇ重／ｃ■の荷重にて、昇温速度５℃／分である。軟化温度は、伸びの変化が急に変わるところ
とした。
表２に高温高湿試験結果を示す。
【００４１】
【表３】
塗料性能試験
応用実施例５
ＰＵ−Ａ１００部に対して、Ｎ−メチル−ピロリドンを８部混合し、クリヤ塗料を配合した。これをアルミ板にドライで膜厚５０μになるように塗布し、１００℃にて１分間加温し、その後、室温にて３日静置して塗装サンプルを得た。
【００４３】
応用実施例５〜８、応用比較例４〜６
応用実施例５と同様にしてＰＵ−Ｂ〜Ｇを用いて塗装サンプルを作成した。
【００４４】
得られた塗装サンプルは、密着性、柔軟性を評価した。密着性は、ＪＩＳ Ｋ−５４００の碁盤目テープ法、柔軟性は温冷くり返し法にて評価した。実施例５〜８、比較例４〜６の結果を表４に示す。
碁盤目テープ法：
塗膜にカッターガイドを用いてカッターナイフで１ｍｍ四方の１００個のマス目状に切れ込みを入れ、その上からセロハンテープで圧着し、その後瞬間的にはがし、塗膜のはがれ状態を見た。
１０：塗膜のはがれが認められない
８：塗膜のはがれが０〜５％
６：塗膜のはがれが５〜１５％
４：塗膜のはがれが１５〜３５％
２：塗膜のはがれが３５〜６５％
０：塗膜のはがれが６５％以上
温冷くり返し法：
塗膜を−２０℃で１時間、５０℃で１時間のサイクルで１０サイクル後の塗膜外観を評価した。
○：塗膜に曇り、白化、割れ等の異常が認められない
×：塗膜に異常が認められる
【００４５】
【表４】
【発明の効果】
以上説明してきた通り、本発明によって得られた水性ポリウレタン樹脂は、従来の水性ポリウレタン樹脂より耐加水分解性に優れたものとなった。また、本発明によって得られた水性塗料用ポリウレタンエマルジョンを用いた水性塗料も、良好な密着性、柔軟性を発現した。
Claims (4)
- 有機溶剤中で、カルボン酸導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオール及び鎖延長剤からなるジオール成分と有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０以下で反応させ、所定分子量に達した後、中和剤にて中和させ、その後水を加えてから脱溶剤させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該カルボン酸導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとカルボン酸含有ジオールとのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のカルボン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。 - カルボン酸導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオールと有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０超〜５．０で反応させて得られるイソシアネート末端のプレポリマーを中和剤にて中和し、その後水中で乳化分散させ、鎖延長剤で高分子量化させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該カルボン酸導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとカルボン酸含有ジオールとのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のカルボン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。 - 有機溶剤中で、スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオール及び鎖延長剤からなるジオール成分と有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０以下で反応させ、所定分子量に達した後、水を加えてから脱溶剤させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとスルホン酸塩含有イソフタル酸ジメチルエステル化合物とのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のスルホン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。 - スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールを含有する数平均分子量５００〜５，０００のポリカーボネートジオールと有機ジイソシアネートを、全イソシアネート基／全水酸基が１．０超〜５．０で反応させて得られるイソシアネート末端のプレポリマーを水中で乳化分散させ、鎖延長剤で高分子量化させる水性塗料用ポリウレタンエマルジョンの製造方法において、
該スルホン酸塩エステル導入ポリカーボネートジオールが、極性基を含有しないポリカーボネートジオールとスルホン酸塩含有イソフタル酸ジメチルエステル化合物とのエステル交換反応によって合成されるものであり、エマルジョン中のポリウレタン樹脂のスルホン酸塩含有量が、０．１〜１．０ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする前記製造方法。
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