JP5062502B2 - 水性ウレタン樹脂組成物、それを含むコーティング剤、接着剤、インクジェット印刷インク用バインダー、インクジェット印刷用インク及び印刷物 - Google Patents
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Description
温度計、撹拌装置、還流冷却管及び滴下装置を備えた4ツ口フラスコに、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル(エポキシ当量201g/当量)608.3質量部を仕込んだ後、フラスコ内を窒素置換した。次いで、前記フラスコ内の温度が70℃ になるまでオイルバスを用いて加熱した後、滴下装置を使用してジ−n−ブチルアミン391.8質量部を30分間で滴下し、滴下終了後、90℃ で10時間反応させた。反応終了後、赤外分光光度計(FT/IR−460Plus、日本分光株式会社製)を用いて、反応生成物のエポキシ基に起因する842cm−1付近の吸収ピークが消失していることを確認し、3級アミノ基を有するポリオール(a1−2−1)(アミン当量339.0g/当量、水酸基当量339.0g/当量)を調製した。
温度計、攪拌装置、還流冷却管及び窒素導入管を備えた4ッ口フラスコに、メチルエチルケトン300.0質量部を仕込み、次いで前記反応容器中にメチルメタクリレート 147.3質量部、ブチルアクリレート79.7質量部、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート56.8質量部と3−メルカプト−1,2−プロパンジオール16.2質量部と2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル) 0.15質量部を供給し、反応させることによって、片末端に2個の水酸基を有するビニル重合体(a1−3−1)(固形分50質量%、アミン価35、水酸基価28.1、水酸基価に基づき算出した数平均分子量2000)の溶剤溶液を合成した。
温度計、攪拌装置、還流冷却管及び窒素導入管を備えた4ッ口フラスコに、メチルエチルケトン300.0質量部を仕込み、次いで前記反応容器中にN,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート283.8質量部と3−メルカプト−1,2−プロパンジオール16.2質量部と2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル) 0.15質量部を供給し、反応させることによって、片末端に2個の水酸基を有するビニル重合体(a1−3−2)(固形分50質量%、アミン価170.1、水酸基価28.1、水酸基価に基づき算出した数平均分子量2000)の溶剤溶液を合成した。
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、前記合成例1で得た3級アミノ基を有するポリオール(a1−2−1)65.3質量部と、ポリカーボネートジオール(日本ポリウレタン工業株式会社製、ニッポラン981、数平均分子量1,000)105.6質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸12.9質量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール19.3質量部及びイソホロンジイソシアネート 97.0質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 214.5質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール2.8質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が60,000のウレタン樹脂(酸価18)の有機溶剤溶液を得た。
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、前記合成例2で得た片末端に2個の水酸基を有し、かつ分子中に3級アミノ基を有するビニル重合体(a1−3−1)308.6質量部と、ポリカーボネートジオール(日本ポリウレタン工業株式会社製、ニッポラン981、数平均分子量1,000)55.5質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸12.9質量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール10.1質量部及びイソホロンジイソシアネート 67.2質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 61.0質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール1.9質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が35,000のウレタン樹脂(酸価18)の有機溶剤溶液を得た。
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、前記合成例2で得た片末端に2個の水酸基を有し、かつ分子中に3級アミノ基を有するビニル重合体(a1−3−1)24.7質量部と、ポリカーボネートジオール(日本ポリウレタン工業株式会社製、ニッポラン981、数平均分子量1,000)148.8質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸12.9質量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール27.2質量部及びイソホロンジイソシアネート 98.8質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 202.1質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール2.8質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が42,000のウレタン樹脂(酸価18)の有機溶剤溶液を得た。
次いで、前記ウレタン樹脂の水分散体を脱溶剤し、更に不揮発分が30質量%となるよう水を加え調整することによって、本発明の水性ウレタン樹脂組成物を得た。
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、前記合成例3で得た片末端に2個の水酸基を有し、かつ分子中に3級アミノ基を有するビニル重合体(a1−3−2)476.2質量部と、ポリカーボネートジオール(日本ポリウレタン工業株式会社製、ニッポラン981、数平均分子量1,000)7.6質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸9.7質量部及びイソホロンジイソシアネート 44.6質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 26.7質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール1.3質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が33,000のウレタン樹脂(酸価13.5)の有機溶剤溶液を得た。
次いで、前記ウレタン樹脂の水分散体を脱溶剤し、更に不揮発分が30質量%となるよう水を加え調整することによって、本発明の水性ウレタン樹脂組成物を得た。
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、ポリカーボネートジオール(日本ポリウレタン工業株式会社製、ニッポラン981、数平均分子量1,000)173.8質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸12.9質量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール20.6質量部及びイソホロンジイソシアネート 92.7質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 197.4質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール2.7質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が55,000のウレタン樹脂(酸価18)の有機溶剤溶液を得た。
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、前記合成例2で得た片末端に2個の水酸基を有し、かつ分子中に3級アミノ基を有するビニル重合体(a1−3−1)290.3質量部と、ポリカーボネートジオール(日本ポリウレタン工業株式会社製、ニッポラン981、数平均分子量1,000)52.2質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸12.2量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール9.5質量部及びイソホロンジイソシアネート 63.2質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 57.4質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール1.8質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が40,000のウレタン樹脂(酸価18)の有機溶剤溶液を得た。
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、N−メチルジエタノールアミン22.9質量部と、ポリカーボネートジオール(日本ポリウレタン工業株式会社、ニッポラン981、数平均分子量1,000)130.5質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸12.9質量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール15.5質量部及びイソホロンジイソシアネート 118.2質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 196.6質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール3.4質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が45,000のウレタン樹脂(酸価18)の有機溶剤溶液を得た。
ウレタン樹脂の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)法により測定した。
「A−500」、「A−1000」、「A−2500」、「A−5000」、「F−1」、「F−2」、「F−4」、「F−10」、「F−20」、「F−40」、「F−80」、「F−128」、「F−288」及び「F−550」(いずれも、東ソー株式会社製)
(基材と被膜との密着性の評価方法)
前記で得た水性ウレタン樹脂組成物を、乾燥被膜の膜厚が2μmとなるように、下記[1]〜[6]で示される6種類の基材の表面に、バーコーターを用いてそれぞれ塗工し、熱風乾燥機を用いて80℃で180秒間乾燥させることによって、各基材表面に被膜が積層した試験板1を得た。
基材は全てエンジニアリングテストサービス社から購入した。
[2]PET基材:ポリエチレンテレフタレート,1.0mm×70mm×150mm
[3]PC基材:ポリカーボネート,1.0mm×70mm×150mm
[4]SUS基材:JIS G4305 SUS304,0.5mm×70mm×150mm
[5]AL基材:アルミ、JIS H4000 A1050P,0.8mm×70mm×150mm
[6]ガラス基材:JIS R3202,2.0mm×70mm×150mm
前記で得た試験板を構成する被膜と基材との密着性を、JIS K5600 碁盤目試験法に基づいて測定し、下記評価基準に従って評価した。
○:被膜の剥がれた面積が、全碁盤目面積の3%以上20%未満であった。
△:被膜の剥がれた面積が、全碁盤目面積の20%以上50%未満であった。
×:被膜の剥がれた面積が、全碁盤目面積の50%以上であった。
(硬化剤との配合安定性評価方法)
前記で得た水性ウレタン樹脂組成物の固形分に対して、1質量%のアミノシラン(3-アミノプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業「KBE-903」)を混合することによって得られた混合物を、1分間攪拌混合した際の配合安定性を、下記基準に従って目視により評価した。
△:前記放置後、ごく僅かに、凝集物の発生を確認できた。
×:前記アミノシランとの混合後、直ちに凝集物の発生を確認できた。
「PC」;ポリカーボネートジオール(日本ポリウレタン工業株式会社製、ニッポラン981、数平均分子量1,000)
「DMPA」;2,2―ジメチロールプロピオン酸
「a1−2−1」;合成例1で得た3級アミノ基を有するポリオール(a1−2−1)
「a1−3−1」;合成例2で得たビニル重合体(a1−3−1)
「a1−3−2」;合成例3で得たビニル重合体(a1−3−2)
「NMDEA」;N-メチルジエタノールアミン
「CHDM」;1,4−シクロヘキサンジメタノール
「IPDI」;イソホロンジイソシアネート
PP基材:ポリプロピレン,1.0mm×70mm×150mm
PET基材:ポリエチレンテレフタレート,1.0mm×70mm×150mm
PC基材:ポリカーボネート,1.0mm×70mm×150mm
SUS基材:JIS G4305 SUS304,0.5mm×70mm×150mm
AL基材:アルミ、JIS H4000 A1050P,0.8mm×70mm×150mm
ガラス基材:JIS R3202,2.0mm×70mm×150mm
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、前記合成例1で得た3級アミノ基を有するポリオール(a1−2−1)29.1質量部と、ポリオキシテトラメチレングリコール(数平均分子量1,000)82.9質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸23.0質量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール15.2質量部及びイソホロンジイソシアネート 90.3質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 157.7質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール2.6質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が50000のウレタン樹脂(酸価40)の有機溶剤溶液を得た。
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、前記合成例2で得た片末端に2個の水酸基を有し、かつ分子中に3級アミノ基を有するビニル重合体(a1−3−1)137.4ポリオキシテトラメチレングリコール(数平均分子量1,000)60.6質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸23.0質量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール11.1質量部及びイソホロンジイソシアネート 77.1質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 89.4質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール2.2質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が40000のウレタン樹脂(酸価40)の有機溶剤溶液を得た。
次いで、前記ウレタン樹脂の水分散体を脱溶剤し、更に不揮発分が25質量%となるよう水を加え調整することによって、本発明のインクジェット印刷インク用バインダーを得た。
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、前記合成例2で得た片末端に2個の水酸基を有し、かつ分子中に3級アミノ基を有するビニル重合体(a1−3−2)391.6ポリオキシテトラメチレングリコール(数平均分子量1,000)6.2質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸8.0質量部及びイソホロンジイソシアネート 36.7質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 59.9質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール1.1質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が33000のウレタン樹脂(酸価13.5)の有機溶剤溶液を得た。
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、ポリオキシテトラメチレングリコール(数平均分子量1,000)117.1質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸23.0質量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール13.9質量部及びイソホロンジイソシアネート 86.4質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 157.8質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール2.5質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が48000のウレタン樹脂(酸価40)の有機溶剤溶液を得た。
温度計、窒素ガス導入管、攪拌器を備えた窒素置換された容器中で、N−メチルジエタノールアミン(a1−3−1)18.6質量部と、ポリオキシテトラメチレングリコール(数平均分子量1,000)90.1質量部、2,2―ジメチロールプロピオン酸10.5量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール10.7質量部及びイソホロンジイソシアネート 89.5質量部を、有機溶剤としてのメチルエチルケトン 143.7質量部の存在下、80℃で10時間反応させたあと、メタノール2.6質量部投入することで反応を終了し、重量平均分子量が44,000のウレタン樹脂(酸価20)の有機溶剤溶液を得た。
次いで、前記ウレタン樹脂の水分散体を脱溶剤し、更に不揮発分が25質量%となるよう水を加え調整することによって、本発明のインクジェット印刷インク用バインダーを得た。
ビニル重合体(スチレン/アクリル酸/メタクリル酸=77/10/13(質量比)であり、重量平均分子量が11000、酸価156)を1500g、キナクリドン系顔料(クロモフタールジェットマジェンタDMQ、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)を4630g、フタルイミドメチル化3,10−ジクロロキナクリドン(1分子あたりの平均フタルイミドメチル基数が1.4)を380g、ジエチレングリコールを2600g、及び34質量%水酸化カリウム水溶液688gを、容量50Lのプラネタリーミキサー(株式会社井上製作所製、PLM−V−50V)に仕込み、4時間、混練を継続した。
キナクリドン系顔料の濃度が4質量%で、かつポリウレタンの濃度が1質量%となるよう、前記実施例5〜7及び比較例4〜5で得たインクジェット印刷インク用のバインダーと、調製例1で得たキナクリドン系顔料の水系顔料分散液と、2−ピロリジノンと、トリエチレングリコールモノブチルエーテルと、グリセリンと、界面活性剤(サーフィノール440、エアープロダクツ社製)とイオン交換水とを、下記配合割合にしたがって混合、攪拌することによって、インクジェット印刷用インクを調製した。
・調製例1で得たキナクリドン系水系顔料分散液(顔料濃度14.9%);26.8g
・2−ピロリジノン;8.0g
・トリエチレングリコールモノブチルエーテル;8.0g
・グリセリン;3.0g
・界面活性剤(サーフィノール440、エアープロダクツ社製);0.5g
・イオン交換水;48.7g
・前記実施例5〜7及び比較例4〜5で得たインクジェット顔料インク用のバインダー(不揮発分25質量%);4.0g
前記で得たインクジェット印刷用インクの粘度と、該インク中の分散粒子の粒子径に基づいて評価した。前記粘度測定は東機産業株式会社製のVISCOMETER TV−22を使用し、前記粒子径の測定は、日機装株式会社社製のマイクロトラック UPA EX150を使用した。
[{(加熱試験後のインクの粘度)−(加熱試験前のインクの粘度)}/(加熱試験前のインクの粘度)]×100
○: 粘度の変化の割合が、2%未満
△: 粘度の変化の割合が、2%以上5%未満
×: 粘度の変化の割合が、5%以上
[{(加熱試験後のインク中の分散粒子の粒子径)−(加熱試験前のインク中の分散粒子の粒子径)}/(加熱試験前のインク中の分散粒子の粒子径)]×100
○: 粒子径の変化の割合が、5%未満
△: 粒子径の変化の割合が、5%以上10%未満
×: 粒子径の変化の割合が、10%以上
前記のインクジェット顔料インクを黒色インクカートリッジに充填したPhotosmart D5360(ヒューレットパッカード社製)にて、診断ページを印刷しノズルの状態を確認した。1ページあたり18cm×25cmの領域の印字濃度設定100%のベタ印刷を連続で20ページ実施した後、再度診断ページを印刷しノズルの状態を確認した。連続ベタ印刷の前後でのノズルの状態変化をインク吐出性として評価した。評価基準を以下に記す。
◎:ノズルの状態に変化がなく、吐出異常が発生していないもの
○:ノズルへの若干のインクの付着が確認されたものの、インクの吐出方向の異常は発生していないもの
△:前記ベタ印刷を連続で20ページ実施した後に、インクの吐出方向の異常やインクの不吐出が生じたもの
×:印刷途中でインクの吐出方向の異常やインクの不吐出が生じ、連続して20ページの印刷を完了できなかったもの
(光沢)
インクジェット印刷専用紙である写真用紙(光沢)[HPアドバンスフォト用紙 ヒューレットパッカード社製]の印刷面に、市販のサーマルジェット方式インクジュットプリンター(Photosmart D5360;ヒューレットパッカード社製)を用い、前記顔料インクを黒色インクカートリッジに充填し、印字濃度設定100%のベタ印刷を行った。
写真印刷用紙(光沢)[HPアドバンスフォト用紙 ヒューレットパッカード社製]の印刷面に、市販のサーマルジェット方式インクジュットプリンター(Photosmart D5360;ヒューレットパッカード社製)を用い、前記顔料インクを黒色インクカートリッジに充填し、印字濃度設定100%のベタ印刷を行うことで評価用印刷物を得た。
A: 印刷面に傷は全くなく、色材の剥離等もみられなかった。
B: 印刷面に若干の傷が発生したものの実用上問題ない程度であり、色材の剥離等もみられなかった。
C: 印刷面に若干の傷が発生し、かつ、色材の剥離等もみられた。
D: 印刷面の約50%以上の範囲で著しい傷が発生し、かつ、色材の剥離等もみられた。
前記評価用印刷物を常温下で10分間乾燥した後、印刷面に、0.5質量%KOH水溶液をスポイトで3滴滴下し、10秒後に印刷面を指で擦過し、該印刷面の表面状態を目視で評価した。評価基準を以下に記す。なお、インクの吐出安定性が不十分であるため、前記評価用印刷物を得ることができなかったものについては、表中に「印字不可」と記した。
A: 印刷面に色材等の剥がれは全くみられず、印刷面の変色もみられなかった。
B: 印刷面に色材等の剥がれはみられなかったが、印刷面の変色が僅かに発生した。
C: 印刷面に色材等の若干の剥がれが発生し、かつ、印刷面の変色も発生した。
D: 印刷表面の約50%以上の範囲にわたって色材等の著しい剥がれが発生し、かつ、印刷面の変色も発生した。
「PTMG」;ポリオキシテトラメチレングリコール
「DMPA」;2,2―ジメチロールプロピオン酸
「a1−2−1」;合成例1で得た3級アミノ基を有するポリオール(a1−2−1)
「a1−3−1」;合成例2で得たビニル重合体(a1−3−1)
「a1−3−2」;合成例3で得たビニル重合体(a1−3−2)
「CHDM」;1,4−シクロヘキサンジメタノール
「IPDI」;イソホロンジイソシアネート
Claims (15)
- アニオン性基[X]と3級アミノ基[Y]とを有するウレタン樹脂(A)及び水性媒体(B)を含有する水性ウレタン樹脂組成物であって、前記ウレタン樹脂(A)が、その側鎖に3級アミノ基[Y]を有するものであることを特徴とする水性ウレタン樹脂組成物。
- 前記アニオン性基[X]が、塩基性化合物によって中和されたものである請求項1に記載の水性ウレタン樹脂組成物。
- 前記ウレタン樹脂(A)が30mmol/kg〜5500mmol/kgの3級アミノ基[Y]を有するものである請求項1に記載の水性ウレタン樹脂組成物。
- 前記3級アミノ基[Y]の全量に対する80モル%〜100モル%の3級アミノ基[Y]が、酸基を有する化合物または4級化剤によって中和または4級化されていないものである請求項1に記載の水性ウレタン樹脂組成物。
- 前記ウレタン樹脂(A)が、ポリオール(a1)とポリイソシアネート(a2)とを反応させることによって得られるものであり、前記ポリオール(a1)が、アニオン性基[X]を有するポリオール(a1−1)、及び、片末端に2個の水酸基を有し、かつ分子中に3級アミノ基を有するビニル重合体(a1−3)を含有するものである請求項1に記載の水性ウレタン樹脂組成物。
- 前記ビニル重合体(a1−3)が、2個の水酸基と1個のメルカプト基とを有する連鎖移動剤と、3級アミノ基を有するビニル単量体を含むビニル単量体とを反応させて得られるものである請求項6に記載の水性ウレタン樹脂組成物。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の水性ウレタン樹脂組成物からなるコーティング剤。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の水性ウレタン樹脂組成物からなる接着剤。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の水性ウレタン樹脂組成物からなるインクジェット印刷インク用バインダー。
- 前記ウレタン樹脂(A)が2〜100の酸価を有するものである請求項10に記載のインクジェット印刷インク用バインダー。
- 前記ウレタン樹脂(A)が5,000〜200,000の重量平均分子量を有するものである、請求項10に記載のインクジェット印刷インク用バインダー。
- 請求項10〜12のいずれか1項に記載のインクジェット印刷インク用バインダーと、顔料または染料とを含有するインクジェット印刷用インク。
- 請求項10〜12のいずれか1項に記載のインクジェット印刷インク用バインダーと、顔料と、顔料分散剤とを含有するインクジェット印刷用インク。
- 請求項13または14に記載のインクジェット印刷用インクによって印刷の施された印刷物。
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