JP5101574B2 - 樹脂粒子 - Google Patents

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本発明は樹脂粒子に関する。さらに詳しくは、樹脂粒子の表面にポリウレタン樹脂が付着されたコア・シェル型樹脂粒子と、それを製造するのに用いるポリウレタン樹脂エマルションに関する。
粒径が均一で、かつ、電気的特性、化学的安定性等に優れた樹脂粒子として、ポリウレタン樹脂を含有するシェル層とコア層とで構成されたコア・シェル型の樹脂粒子が知られている(特許文献1参照)。
特開2006−206848号公報
しかしながら、この樹脂粒子では、シェル層部分のシャープメルト性が不十分であり、加熱接着性において、高温で長時間加熱しなければ、樹脂全体が溶融しないため被着体と十分に接着させることができなかった。
本発明は従来技術における上記の事情に鑑みてなされたものである。すなわち、低温短時間での溶融、および加熱接着性に優れた、粒径が均一である樹脂粒子を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の問題点を解決するべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。
すなわち本発明は、樹脂(R)を含有するコア層(Q)の表面に結晶性ポリウレタン樹脂(U)を含有するシェル層(S)が付着されてなる樹脂粒子(C)であって、(U)の融解熱の最大ピーク温度(Ta)が40〜100℃であり、かつ軟化点とTaの比(軟化点/Ta)が0.8〜1.55である樹脂粒子;並びに、融解熱の最大ピーク温度(Ta)が40〜100℃であり、軟化点とTaの比(軟化点/Ta)が0.8〜1.55である結晶性ポリウレタン樹脂(U)が水性媒体中に分散されてなる、コア・シェル型樹脂粒子製造用ポリウレタン樹脂エマルション;である。
本発明のコア・シェル型樹脂粒子製造用ポリウレタン樹脂エマルションを用いて得ることができる本発明の樹脂粒子は以下の効果を有する。
1.低温短時間で溶融する。
2.加熱接着性が良好である。
3.粒径が均一である。
4.耐熱保存安定性が良好である。
本発明の樹脂粒子(C)は、樹脂(R)を含有するコア層(Q)の表面に結晶性ポリウレタン樹脂(U)を含有するシェル層(S)が付着されてなる樹脂粒子である。
本発明において、「結晶性」とは、樹脂の軟化点と融解熱の最大ピーク温度(Ta)との比(軟化点/Ta)が0.8〜1.55であり、示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピークを有することを指す。また、「非結晶性」とは、樹脂の軟化点と融解熱の最大ピーク温度との比(軟化点/Ta)が1.55より大きく4以下であることを指す。
尚、樹脂がその分子構造中に結晶性セグメントと非結晶セグメントを有するブロック構造の場合でも、示差走査熱量測定(DSC)において、明確な吸熱ピークを有し、(軟化点/Ta)が0.8〜1.55である場合は、これも結晶性樹脂とする。
樹脂粒子(C)のシェル層(S)とコア層(Q)の重量比率〔(S):(Q)〕は、樹脂粒子(C)の粒径均一性、保存安定性、定着性等の観点から、(0.1:99.9)〜(70:30)が好ましく、さらに好ましくは(1:99)〜(50:50)、とくに好ましくは(1.5:98.5)〜(30:70)である。(S)の重量が少なすぎると耐ブロッキング性が低下することがある。また(S)の重量が多すぎると樹脂粒子の溶融性が低下することがある。
(S)は3層以上(例えば3〜5層)から形成されていてもよいが、1層または2層が好ましい。
なお、コア層(Q)としては、樹脂(R)を含有する粒子状であることが好ましく、シェル層(S)は、結晶性ポリウレタン樹脂(U)を含有する粒子状、それが被膜化された(U)を含有する被膜状のいずれでもよい。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)は、耐熱保存性の観点から、融解熱の最大ピーク温度(Ta)が40〜100℃の範囲であり、好ましくは45〜90℃、さらに好ましくは50〜80℃である。
(U)の軟化点と融解熱の最大ピーク温度(Ta)との比(軟化点/Ta)は、0.8〜1.55であり、好ましくは0.80〜1.4、より好ましくは0.85〜1.2、さらに好ましくは0.9〜1.1である。この範囲以内であると、シャープメルト性に優れる。
軟化点および融解熱の最大ピーク温度(Ta)は、次のように測定される値である。
<軟化点>
降下式フローテスター{たとえば、(株)島津製作所製、CFT−500D}を用いて、1gの測定試料を昇温速度6℃/分で加熱しながら、プランジャーにより1.96MPaの荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのノズルから押し出して、「プランジャー降下量(流れ値)」と「温度」とのグラフを描き、プランジャーの降下量の最大値の1/2に対応する温度をグラフから読み取り、この値(測定試料の半分が流出したときの温度)を軟化点とする。
<融解熱の最大ピーク温度(Ta)>
示差走査熱量計{たとえば、セイコー電子工業社製、DSC210}を用いて、測定試料を200℃まで昇温してから、降温速度10℃/分で0℃まで冷却した後、昇温速度20℃/分で昇温して吸発熱変化を測定して、「吸発熱量」と「温度」とのグラフを描き、吸発熱量の最大ピークに対応する温度を融解熱の最大ピーク温度(Ta)とする。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)の粘弾性特性において、(Ta+20)℃(Taは融解熱の最大ピーク温度)の貯蔵弾性率G’は、以下の〔条件1〕を満たすことが好ましく、〔条件1−2〕を満たすことがさらに好ましい。
〔条件1〕 G’(Ta+20)=50〜1×106[Pa]
〔条件1−2〕 G’(Ta+20)=100〜5×105[Pa]
(Ta+20)℃におけるG’が50Pa以上であると、樹脂の強度が良好である。
本発明において、動的粘弾性測定値(貯蔵弾性率G’、損失弾性率G”)は、Rheometric Scientific社製 動的粘弾性測定装置 RDS−2を用い周波数1Hz条件下で測定される。測定温度範囲は30℃〜200℃で、この温度間の溶融粘弾性を測定することによって、温度−G’、温度−G”の曲線として得ることができる。
〔条件1〕を満たす(U)は、(U)を構成する組成中の結晶性成分の比率を調整すること等により得ることができる。例えば結晶性成分の比率を増加させると、G’(Ta+20)の値は小さくなる。結晶性成分としては、直鎖構造を有するポリオール、ポリイソシアネート等が挙げられる。また樹脂分子量を低下させることでもG’(Ta+20)の値は小さくなる。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)の溶融開始温度(X)は、好ましくは(Ta±30)℃の温度範囲内であり、さらに好ましくは(Ta±20)℃の温度範囲内、とくに好ましくは(Ta±15)℃の温度範囲内、最も好ましくは(Ta±12)℃の温度範囲内である。Xは、具体的には30〜100℃が好ましく、さらに好ましくは40〜80℃である。なお、溶融開始温度(X)は、次のように測定される値である。
<溶融開始温度(X)>
降下式フローテスター{たとえば、(株)島津製作所製、CFT−500D}を用いて、1gの測定試料を昇温速度6℃/分で加熱しながら、プランジャーにより1.96MPaの荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのノズルから押し出して、「プランジャー降下量(流れ値)」と「温度」とのグラフを描き、試料の熱膨張によるピストンのわずかな上昇が行われた後、再びピストンが明らかに下降し始める点の温度をグラフから読み取り、この値を溶融開始温度(X)とする。
また、結晶性ポリウレタン樹脂(U)は、損失弾性率G”と溶融開始温度(X)に関して、以下の〔条件2〕を満たすことが好ましく、〔条件2−2〕を満たすことがさらに好ましく、〔条件2−3〕を満たすことが特に好ましく、〔条件2−4〕を満たすことが最も好ましい。
〔条件2〕 |LogG”(X+20)−LogG”(X)|>2.0
[G’:貯蔵弾性率[Pa]、G”:損失弾性率[Pa]]
〔条件2−2〕 |LogG”(X+20)−LogG”(X)|>2.5
〔条件2−3〕 |LogG”(X+15)−LogG”(X)|>2.5
〔条件2−4〕 |LogG”(X+12)−LogG”(X)|>2.5
(U)の溶融開始温度(x)が上記範囲内であり、かつ〔条件2〕を満たすと、樹脂の低粘性化速度が速く、低温短時間で溶融することができる。〔条件2〕は、どれだけ早く、少ない熱で定着できるかという、樹脂のシャープメルト性の指標であり、実験的に求めたものである。
(X)の好ましい範囲、および〔条件2〕を満たす(U)は、(U)の構成成分中の結晶性成分の比率を調整すること等により得ることができる。例えば、結晶性成分の比率を大きくすると、(Ta)と(X)の温度差が小さくなる。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)中のカルボキシル基[−COOH(分子量45)]の含有量は、後述する(U)を水性媒体中に分散したエマルションの安定性の観点から、好ましくは0.1〜10%、さらに好ましくは0.2〜9%、特に好ましくは0.3〜8%である。
上記および以下において、%は特に断りのないかぎり、重量%を意味する。
なお、カルボキシル基は、その少なくとも一部が塩基で中和されていてもよい。カルボキシル基の塩基中和率は20〜100%が好ましく、40〜100%がさらに好ましい。カルボキシル基含量は、カルボキシル基が中和されたカルボキシレート基(−COO-)であっても、該カルボキシレート基からカルボキシル基に換算した含有量をカルボキシル基含量とする。
カルボキシル基中和塩を形成する塩基としては、アンモニア、炭素数1〜30のモノアミン、4級アンモニウム、アルカリ金属(ナトリウム、カリウム等)、およびアルカリ土類金属(カルシウム塩、マグネシウム塩等)などが挙げられる。
上記炭素数1〜30のモノアミンとしては、炭素数1〜30の1級および/または2級アミン(エチルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン等)、炭素数3〜30の3級アミン(トリメチルアミン、トリエチルアミン、ラウリルジメチルアミン等)が挙げられる。4級アンモニウムとしては炭素数4〜30のトリアルキルアンモニウム(ラウリルトリメチルアンモニウム等)などが挙げられる。
これらの中で、好ましくは、アルカリ金属、4級アンモニウム、およびモノアミンであり、さらに好ましくは、ナトリウム、および炭素数1〜20のモノアミンであり、特に好ましくは、炭素数3〜20の3級モノアミンである。
(U)中にカルボキシル基(−COOH)および/またはカルボキシレート基(−COO-)を含有させるためには、分子内にカルボキシル基もしくはカルボキシレート基、および活性水素原子含有基(とくにヒドロキシル基)を含有する化合物(a1)を(U)を構成するポリオール成分の1つとして使用するのが好ましい。
(a1)としては、炭素数6〜24のジアルキロールアルカン酸が使用でき、例えば2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)、2,2−ジメチロールブタン酸(DMBA)、2 ,2−ジメチロールヘプタン酸、2,2−ジメチロールオクタン酸などが挙げられる。これらの塩、例えばアミン類(トリエチルアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミン、モルホリンなど)の塩および/またはアルカリ金属塩(ナトリウム塩など)も使用できる。
これらのうち、好ましくはDMPAおよびDMBAである。
(U)中のカルボキシル基含量を所望の値となるようにするためには、下記式に従ってウレタン化反応時の(a1)の仕込み量を設定することが好ましい。
なお、以下において重量の単位はいずれもgである。
目標とするカルボキシル基含量(%)=[(a1)の仕込量に基づくCOOHに相当する重量÷樹脂成分の全重量]×100
ここで、後述する方法で結晶性ポリウレタン樹脂(U)を作成する場合、
樹脂成分の全重量=(ウレタン化反応時の溶媒以外の仕込重量)+(必要により用いる後述の、伸長剤、架橋剤、および停止剤の合計仕込み重量)+〔(U)のエマルションを作製する場合に伸長剤として作用する水の重量〕
である。伸長剤として作用する水の重量は以下の式によって計算される(NCO基2分子と水1分子が反応する)。
伸長剤として作用する水の重量={プレポリマーの残存NCOの当量数−(アミン系伸長剤の当量数+架橋剤の当量数+停止剤の当量数)}×18÷2
なお、当量数は当該分子のモル数×1分子当たりの平均官能基数である。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)中のスルホン酸アニオン基(−SO3 -)の含有量は、好ましくは0.001〜10%である。さらに好ましくは0.002〜7%であり、特に好ましくは0.005〜5%である。スルホン酸アニオン基(−SO3 -)基含有量が0.001%以上であると、(U)が水性媒体中に分散されてなるエマルションの安定性が良好であり、10%以下であると(U)の吸湿性が高くならない。
(U)中にスルホン酸アニオン基(−SO3 -)を含有させるためには、分子内にスルホン酸アニオン基および活性水素原子含有基(とくにヒドロキシル基)を含有する化合物(a2)を(U)を構成するポリオール成分の1つとして使用するのが好ましい。
(a2)の好ましい炭素数は3〜50であり、さらに好ましくは3〜30、特に好ましくは4〜15である。
(a2)としては、3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸、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等が使用できる。またこれらの塩、例えばアミン類(トリエチルアミン、アルカノールアミン、モルホリンなど)の塩および/またはアルカリ金属塩(ナトリウム塩など)も使用できる。
これらのうち、好ましいものは、3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸、および3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸ナトリウムである。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)中のウレア基[−NH−CO−N<(分子量57)]の含有量は、熱特性の観点から好ましくは0〜6%、さらに好ましくは0〜4.5%である。(U)中のウレア基の含有量が6%以下であると、樹脂粒子(C)の加熱接着性に優れる。
また、(U)中のウレタン基[−NH−COO−(分子量59)]の含有量は、耐溶剤性向上の観点から、好ましくは3〜35%、さらに好ましくは5〜32%、特に好ましくは7〜30%である。(U)中のウレタン基の含有量が35%以下であると、(C)の粘性が良好となり、3%以上であると、(C)樹脂強度が良好となる。
本発明において、(U)中のウレア基の含有量およびウレタン基の含有量は、窒素分析計(ANTEK7000、アンテック社製)によって定量されるN原子含量とNMRによって定量されるウレタン基とウレア基の比率から算出される。
なお、(U)の製造時に、触媒および/または添加物としてアミン化合物を使用した場合は、それらを差し引く必要があり、使用したアミン化合物の沸点が70℃未満の場合は、試料を130℃で2時間、減圧乾燥した後、測定する方法が挙げられる。また、使用したアミン化合物の沸点が70℃以上の場合は、試料をそのまま測定し、アミン化合物の仕込量から計算されるN原子含量を、定量したN原子含量から引いたものをN原子含量とする方法が挙げられる。
NMR測定については、「NMRによるポリウレタン樹脂の構造研究:武田研究所報34(2)、224−323(1975)」に記載の方法で行うことができる。すなわちH1−NMRを測定して、化学シフト6ppm付近のウレア基由来の水素の積分量と化学シフト7ppm付近のウレタン基由来の水素の積分量の比率からウレア基とウレタン基の重量比を測定し、該重量比と上記のN原子含量からウレア基の含有量およびウレタン基の含有量を算出する。
ウレア基の含有量、ウレタン基の含有量の調整は、原料の組成や仕込み当量を、適宜調整すればよい。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)中のイソシアネート基含有量(NCO含量)は、(U)の経時安定性の観点から好ましくは0.1%以下、さらに好ましくは0.05%以下、特に好ましくは0%である。
イソシアネート基含有量は、過剰当量(1.1倍〜10倍)のアミン(例えばジ−n−ブチルアミン)を添加し、トルエン溶液中常温(25℃)下で30分撹拌し、含有するイソシアネート基と反応させた後、残ったアミンを塩酸で逆滴定することにより測定できる。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)は、前記の範囲内のTa、軟化点/Taを有するものであれば、いかなる製法により得られたものであってもよいが、例えば、ポリオール成分とポリイソシアネート成分、必要により鎖伸長剤、架橋剤および/または停止剤を反応させて得ることができる。
(U)としては、イソシアネート基末端となるようにポリオール成分とポリイソシアネート成分とを反応させた後、得られた反応物の末端イソシアネート基と、モノアミンおよび/またはモノアルコールなどの停止剤等のイソシアネート基と反応性の添加剤とを反応させ、イソシアネート基含有量を0.1%以下とさせたポリウレタン樹脂(U1)であるか、ヒドロキシル基末端となるようにポリオール成分とポリイソシアネート成分とを反応されて得られたポリウレタン樹脂(U2)であることが、(U)中のウレア基の含有量を上記の好ましい範囲に調整するのが容易であり、熱特性が良好になるので好ましい。
また、(U)は、本発明の樹脂粒子(C)を製造する際、水性媒体に分散されたエマルションとして用いるのが好ましい。
(U)が、イソシアネート基末端となるようにポリオール成分とポリイソシアネート成分とを反応させた後、必要により、モノアミンおよび/もしくはモノアルコールを用いた停止反応、並びに/または鎖伸長反応により生成するポリウレタン樹脂(U1)である場合、製造方法としては、例えば、ポリイソシアネート(b);ポリオール成分として、(a1)と(a2)以外のポリオール(a)、並びに、必要により、分子内にカルボキシル基もしくはカルボキシレート基、および活性水素原子含有基を含有する化合物(a1)、分子内にスルホン酸アニオン基および活性水素原子含有基を含有する化合物(a2)、および停止剤(e1)から選ばれる1種以上;並びに必要により有機溶剤(s)を仕込み、一段または多段でウレタンプレポリマー(p1)を形成し、次いで(p1)を親水化(中和)した後、あるいは親水化しながら、必要により鎖伸長剤(f)、架橋剤(x)および/または停止剤(e2)を含む水性媒体と混合してポリウレタン樹脂エマルションとなし、NCO基(イソシアネート基)が実質的に無くなるまで、水または(f)による鎖伸長、および必要により(x)による架橋および/または(e2)による反応停止を行うことにより製造することができる。鎖伸長剤(f)および架橋剤(x)を必要としない場合、ウレタンプレポリマー(p1)を親水化(中和)する前、あるいは親水化(中和)した後、停止剤(e2)をNCO基(イソシアネート基)が実質的に無くなるまで反応させてから水性媒体と混合してポリウレタン樹脂エマルションとなすこともできる。(U1)のイソシアネート基含有量は、好ましくは0.1%以下であり、さらに好ましくは0.05%以下、特に好ましくは0%である。
(U1)の作製方法としては、(U1)のガラス転移点、軟化開始温度および流出温度の観点から、鎖伸長剤(f)および架橋剤(x)を用いない方法〔すなわち、イソシアネート基末端となるようにポリオール成分とポリイソシアネート成分とを反応させた後、反応物の末端イソシアネート基と、モノアミンおよび/またはモノアルコールなどの停止剤(e2)とを反応させる方法〕が好ましい。
(U)がヒドロキシル基末端となるようにポリオール成分とポリイソシアネート成分を反応させて得られるポリウレタン樹脂(U2)の場合、例えば、ポリイソシアネート(b)、(a1)と(a2)以外のポリオール(a)、並びに、必要により、分子内にカルボキシル基もしくはカルボキシレート基、および活性水素原子含有基を含有する化合物(a1)、分子内にスルホン酸アニオン基および活性水素原子含有基を含有する化合物(a2)、およ有機溶剤(s)から選ばれる1種以上を仕込み、一段または多段でウレタン化反応を行い、ヒドロキシル基末端ウレタンプレポリマー(p2)を形成することができる。(p2)のイソシアネート基含有量は、好ましくは0.1%以下であり、さらに好ましくは0.05%以下、特に好ましくは0%である。次いで、必要によりアミン等により(p2)を親水化(中和)して(U2)を得た後、水性媒体と混合してポリウレタン樹脂エマルションとなすことができる。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)の水酸基価は、0〜200(mgKOH/g、以下の水酸基価の単位も同じ。)が好ましい。
(U)が、ポリウレタン樹脂(U1)である場合、(U1)の水酸基価は、好ましくは0〜2であり、さらに好ましくは0〜1、特に好ましくは0である。
(U)が、ポリウレタン樹脂(U2)である場合、(U2)の水酸基価は、好ましくは1〜200であり、さらに好ましくは2〜150、特に好ましくは3〜100である。
(U)の水酸基価は、JIS K0070(1992年版)に規定の方法で測定される。
(U)の水酸基価が200mgKOH/g以下であれば、(U)の耐水性が良好となる。
上記ウレタンプレポリマー(p1)および(p2)を製造するためのポリイソシアネート(b)としては、後述のポリイソシアネート(5)と同様のものが挙げられるが、得られるエマルションの安定性の観点から、イソホロンジイソシアネート(以下、IPDIと略記)、ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、HDIと略記)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート[4,4−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(以下、水添MDIと略記)]、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、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]、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、フェニレンジイソシアネート[1,3−および/または1,4−フェニレンジイソシアネート]、トリレンジイソシアネート[2,4−および/または2,6−トリレンジイソシアネート(以下TDIと略記)]およびジフェニルメタンジイソシアネート[2,4’−および/または4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(以下MDIと略記)]からなる群から選ばれる1種以上を使用するのが好ましい。
(b)のうち、さらに好ましいのはIPDI、HDIおよびこれらの併用である。
ポリオール(a)としては、ポリエステルポリオール、ポリラクトンポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ヒマシ油系ポリオール、低分子ジオール等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
(a)のうち、好ましいのは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、低分子ジオールおよびこれらの併用である。
ポリエステルポリオールとしては、低分子量(通常、分子量300以下)の多価アルコールと、多価カルボン酸もしくはそのエステル形成性誘導体とのポリエステル等が挙げられる。
低分子量の多価アルコールとしては、水酸基当量が30〜150の2〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコール、および水酸基当量が30〜150の2〜8価またはそれ以上の多価フェノールのアルキレンオキサイド(以下、AOと略記)低モル付加物が使用できる。
上記脂肪族多価アルコールとしては、直鎖もしくは分岐の脂肪族2価アルコール[エチレングリコール、ジ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、1,2−,1,3−,2,3−または1,4−ブタンジオール、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、1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオールおよび1,12−ドデカンジオールなど]、脂環式2価アルコール[環状基を有する低分子ジオール、たとえば、1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA、特公昭45−1474号公報記載のもの]、脂肪族3価アルコール[グリセリン、トリメチロールプロパン、トリアルカノールアミンなど]、および脂肪族4〜8価またはそれ以上のアルコール[ペンタエリスリトール、ジグリセリン、トリグリセリン、ジペンタエリスリトール、ソルビット、ソルビタン、ソルバイドなど]が挙げられる。
AOが付加される多価フェノールとしては、ヒドロキノン、カテコール、レゾルシン、ビスフェノールA、ビスフェノールS、ビスフェノールFなどが挙げられる。
結晶性の観点から、これらのうち好ましいのは、直鎖の脂肪族2価アルコールであり、さらに好ましいのは、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、1,12−ドデカンジオールおよびこれらの併用である。
多価カルボン酸もしくはそのエステル形成性誘導体としては、炭素数2〜20の脂肪族ジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸 、フマル酸、マレイン酸など)、脂環式ジカルボン酸(ダイマー酸など)、炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸(テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸など)および3価またはそれ以上のポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)、これらの無水物(無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸など)、これらの酸ハロゲン化物(アジピン酸ジクロライドなど)、これらの低分子量アルキルエステル(コハク酸ジメチル、フタル酸ジメチルなど)およびこれらの併用等が挙げられる。
結晶性の観点から、これらのうち好ましいのは、炭素数2〜20の脂肪族ジカルボン酸、炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸およびこれらの併用であり、さらに好ましいのは、アジピン酸、セバシン酸、テレフタル酸およびこれらの併用である。
ポリエステルポリオールの具体例としては、直鎖状ポリエステルポリオールおよび分岐状ポリエステルポリオール、芳香族ポリエステルジオールが挙げられる。直鎖状ポリエステルポリオールとしては、例えば、ポリエチレンアジペートジオール、ポリブチレンアジペートジオール、ポリヘキサメチレンアジペートジオール、ポリエチレンブチレンアジペートジオール、ポリブチレンヘキサメチレンアジペートジオール、ポリジエチレンアジペートジオール、ポリエチレンセバケートジオール、ポリブチレンセバケートジオール、ポリヘキサメチレンセバケートジオール、などが挙げられる。分岐状ポリエステルポリオールとしては、例えば、ポリネオペンチルアジペートジオール、ポリネオペンチルセバケートジオール、ポリ(3−メチルペンチレンアジペート)ジオール、ポリエチレンプロピレンアジペートジオール、などが挙げられる。芳香族ポリエステルジオールとしては、例えば、ポリヘキサメチレンイソフタレートジオール、ポリブチレンテレフタレートジオール、ポリネオペンチルテレフタレートジオールなどが挙げられる。
また、後述の脂肪族ポリエーテルポリオール又は芳香族環含有ポリエーテルポリオールと多価カルボン酸からなるポリエステルポリオールも挙げられる。
これらのうち好ましいのは、直鎖状ポリエステルポリオール、および直鎖状ポリエステルポリオールと他のポリエステルポリオールの併用であり、さらに好ましいのは直鎖状ポリエステルジオール、および直鎖状ポリエステルジオールと他のポリエステルジオールの併用である。
ポリラクトンポリオールは、低分子量多価アルコールへのラクトンの重付加物であり、ラクトンとしては、炭素数4〜12のラクトンが使用でき、例えば4−ブタノリド、5−ペンタノリドおよび6−ヘキサノリドなどが挙げられる。
ポリラクトンポリオールとしては、例えばポリカプロラクトンジオール、ポリバレロラクトンジオール、ポリカプロラクトントリオールなどが挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、脂肪族ポリエーテルポリオールおよび芳香族環含有ポリエーテルポリオールが挙げられる。
脂肪族ポリエーテルポリオールとしては、脂肪族低分子量活性水素原子含有化合物(水酸基当量が30〜150の2〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコール、および活性水素原子含有基として1級もしくは2級アミノ基を含有する化合物)のAO付加物等が使用できる。
AOが付加される脂肪族多価アルコールとしては、前記のものが挙げられる。
AOが付加される1級もしくは2級アミノ基を含有する化合物としては、アルキル(炭素数1〜12)アミン(モノメチルアミン、モノエチルアミン、モノブチルアミン、モノオクチルアミン等)、および(ポリ)アルキレンポリアミン(アルキレン基の炭素数2〜6、アルキレン基の数1〜4、ポリアミンの数2〜5)(ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等)などが挙げられる。
芳香族環含有ポリエーテルポリオールとしては芳香族低分子量活性水素原子含有化合物(水酸基当量が30〜150の2〜8価またはそれ以上の、多価フェノールおよび芳香族アミン)のAO付加物等が使用できる。
AOが付加される多価フェノールとしては、前記のものが挙げられる。芳香族アミンとしてはアニリンおよび後述の炭素数6〜30の芳香族ポリアミンなどが挙げられる。
AO付加物の製造に用いるAOとしては、炭素数2〜12またはそれ以上のAO、例えばエチレンオキサイド(以下、EOと略記)、プロピレンオキサイド(以下、POと略記)、1,2−、2,3−または1,3−ブチレンオキサイド、 テトラヒドロフラン(THF)、α−オレフィンオキサイド、スチレンオキサイド、エピハロヒドリン(エピクロルヒドリン等)、およびこれらの2種以上の併用(ランダムおよび/またはブロック)等が挙げられる。
脂肪族ポリエーテルポリオールの具体例としては、例えばポリオキシエチレンポリオール[ポリエチレングリコールなど]、ポリオキシプロピレンポリオール[ポリプロピレングリコールなど]、ポリオキシエチレン/プロピレンポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられる。
芳香族環含有ポリエーテルポリオールとしては、ビスフェノール骨格を有するポリオール、例えばビスフェノールAのEO2〜20モル付加物[ビスフェノールAのEO2モル付加物、ビスフェノールAのEO4モル付加物、ビスフェノールAのEO6モル付加物、ビスフェノールAのEO8モル付加物、ビスフェノールAのEO10モル付加物、ビスフェノールAのEO20モル付加物等]およびビスフェノールAのPO2〜20モル付加物[ビスフェノールAのPO2モル付加物、ビスフェノールAのPO3モル付加物、ビスフェノールAのPO5モル付加物等]、並びにレゾルシンのEOもしくはPO付加物などが挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、炭素数4〜12、好ましくは炭素数6〜10、さらに好ましくは炭素数6〜9のアルキレン基を有するアルキレンジオールの1種または2種以上と、低分子カーボネート化合物(例えば、アルキル基の炭素数1〜6のジアルキルカーボネート、炭素数2〜6のアルキレン基を有するアルキレンカーボネートおよび炭素数6〜9のアリール基を有するジアリールカーボネートなど)から、脱アルコール反応させながら縮合させることによって製造されるポリカーボネートジオールなどが挙げられる。
ヒマシ油系ポリオールは、ヒマシ油、およびポリオールもしくはAOで変性されたヒマシ油が含まれる。
変性ヒマシ油は、ヒマシ油とポリオールとのエステル交換および/またはAO付加により製造できる。ひまし油系ポリオールとしては、ヒマシ油、トリメチロールプロパン変性ヒマシ油、ペンタエリスリトール変性ヒマシ油、ヒマシ油のEO(4〜30モル)付加物などが挙げられる。
低分子ジオールとしては、炭素数2〜12のアルキレン基を有するアルキレンジオールなどが挙げられ、直鎖アルキレンジオール(例えばトリメチレンジオール、テトラメチレンジオール、ペンタメチレンジオール、ヘキサメチレンジオール、ヘプタメチレンジオール、オクタメチレンジオール、ノナメチレンジオールなど)および分岐アルキレンジオール(例えば1,2−プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、2−メチルペンタンジオール、3−メチルペンタンジオール、2−メチルヘキサンジオール、3−メチルヘキサンジオール、2−メチルヘプタンジオール、3−メチルヘプタンジオール、4−メチルヘプタンジオール、2−メチルオクタンジオール、3−メチルオクタンジオールおよび4−メチルオクタンジオールなど)である。特に好ましいのは、直鎖のものではテトラメチレンジオール、ペンタメチレンジオール、ヘキサメチレンジオールおよびノナメチレンジオール、分岐のものでは1,2−プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオールおよび2−メチル−1,8−オクタンジオールである。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)を構成するポリオール成分中には、直鎖状ポリエステルポリオール(特に直鎖状ポリエステルジオール)を含有するのが好ましく、直鎖状ポリエステルポリオールの含有量は、好ましくは30〜100%、さらに好ましくは50〜100%である。
停止剤(e1)としては炭素数1〜8のモノアルコール(メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、セロソルブ類およびカービトール類など)、炭素数1〜10のモノアミン(モノメチルアミン、モノエチルアミン、モノブチルアミン、ジブチルアミン、モノオクチルアミン、モノエタノールアミンおよびジエタノールアミンなど)等が挙げられる。
これらのうち好ましいものは、モノエチルアミン、モノブチルアミンおよびモノエタノールアミンである。
ウレタンプレポリマー(p1)および(p2)の製造は、好ましくは20℃〜180℃、さらに好ましくは60℃〜150℃の反応温度で行われ、反応時間は、好ましくは2〜20時間である。(p1)および(p2)の製造は、NCO基と実質的に非反応性の有機溶剤(s)の存在下または非存在下で行うことができる。
上記ウレタン化反応においては反応を促進させるため、必要により通常のウレタン反応に使用される触媒を使用してもよい。触媒には、アミン触媒、たとえばトリエチルアミン、N−エチルモルホリン、トリエチレンジアミンおよび米国特許第4524104号明細書に記載のシクロアミジン類[1,8−ジア ザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(サンアプロ・製造、DBU)など];錫系触媒、たとえばジブチル錫ジラウリレート、ジオクチル錫ジラウリレートおよびオクチル酸錫;チタン系触媒、たとえばテトラブチルチタネート;ビスマス系触媒、たとえば硝酸ビスマス、トリフェニルビスマスが挙げられる。
ポリウレタン樹脂(U1)の製造に必要により用いる、鎖伸長剤(f)および架橋剤(x)としては、ポリアミンが使用できる。
ポリアミンとしては、炭素数2〜30の脂肪族ポリアミン、および炭素数6〜30の芳香族ポリアミン等が挙げられる。
脂肪族ポリアミンとしては、例えばエチレンジアミン、トリメチレンジアミンおよびヘキサメチレンジアミン等のアルキレンジアミン;ジエチレントリアミンなどのポリアルキレンポリアミン;ジシクロヘキシルメタンジアミンおよびイソホロンジアミンなどの環状ポリアミン;ピペラジン、N−アミノエチルピペラジンおよび複素環式ポリアミン;が挙げられる。芳香族ポリアミンとしては、例えばフェニレンジアミン、トリレンジアミン、ジエチルトリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、ジフェニルエーテルジアミン、ポリフェニルメタンポリアミンおよびキシリレンジアミン等が挙げられる。
(f)および(x)の使用量は、プレポリマー(U1)中に残存するイソシアネート基1当量に対して(f)および(x)の1級および2級アミノ基が、好ましくは0〜1.0当量、さらに好ましくは0.2〜0.6当量である。
停止剤(e2)には、炭素数1〜10の1級モノアミン、2級モノアミン、および炭素数1〜8のモノアルコール等が使用できる。好ましくは、モノエチルアミン、モノブチルアミン、イソプロパノールおよびn−ブタノールである。
本発明において、コア層(Q)を構成する樹脂(R)としては、公知の樹脂であればいかなる樹脂であっても使用でき、その具体例としては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ビニル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。樹脂(R)としては、上記樹脂の2種以上を併用しても差し支えない。このうち好ましいのは、コア層を形成しやすいという観点からポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ビニル系樹脂およびそれらの併用である。
ポリエステル樹脂としては、ポリオールと、ポリカルボン酸またはその酸無水物またはその低級アルキルエステルとの重縮合物、およびこれらの重縮合物の金属塩などが挙げられる。ポリオールとしてはジオール(1)および3〜8価またはそれ以上のポリオール(2)が、ポリカルボン酸またはその酸無水物またはその低級アルキルエステルとしては、ジカルボン酸(3)および3〜6価またはそれ以上のポリカルボン酸(4)およびこれらの酸無水物または低級アルキルエステルが挙げられる。
ポリオールとポリカルボン酸の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、好ましくは2/1〜1/5、さらに好ましくは1.5/1〜1/4、とくに好ましくは1/1.3〜1/3である。
ジオール(1)としては、前記の水酸基当量が30〜150の2〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコール、水酸基当量が30〜150の2〜8価またはそれ以上の多価フェノールのAO低モル付加物、分子内にカルボキシル基もしくはカルボキシレート基、および活性水素原子含有基を含有する化合物(a1)、分子内にスルホン酸アニオン基および活性水素原子含有基を含有する化合物(a2)、ポリラクトンポリオール、およびポリエーテルポリオールのうちヒドロキシル基を2個有するもの、前記低分子ジオール、ポリブタジエンジオール、並びにスルファミン酸基を有するジオールが挙げられる。
スルファミン酸基を有するジオールとしては、スルファミン酸ジオール[N,N−ビス(2−ヒドロキシアルキル)スルファミン酸(アルキル基のC1〜6)またはそのAO付加物(AOとしてはEOまたはPOなど、AOの付加モル数1〜6):例えばN,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)スルファミン酸およびN,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)スルファミン酸PO2モル付加物など];ビス(2−ヒドロキシエチル)ホスフェートなどが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12の直鎖の脂肪族ジオール、炭素数6〜24のジアルキロールアルカン酸、ビスフェノール骨格を有するポリオール、およびこれらの併用である。
3〜8価またはそれ以上のポリオール(2)としては、前記の水酸基当量が30〜150の2〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコール、水酸基当量が30〜150の2〜8価またはそれ以上の多価フェノールのAO低モル付加物、およびポリラクトンポリオールのうちヒドロキシル基が3個以上のもの;トリスフェノール類(トリスフェノールPAなど)のAO付加物(付加モル数2〜30);ノボラック樹脂(フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど)のAO付加物(付加モル数2〜30);アクリルポリオール[ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートと他のビニル系モノマーの共重合物など];などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、3〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコールおよびノボラック樹脂のAO付加物であり、さらに好ましいものはノボラック樹脂のAO付加物である。
ジカルボン酸(3)としては、炭素数4〜36のアルカンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ドデカンジカルボン酸、オクタデカンジカルボン酸、デシルコハク酸など)およびアルケニルコハク酸(ドデセニルコハク酸、ペンタデセニルコハク酸、オクタデセニルコハク酸など);炭素数6〜40の脂環式ジカルボン酸〔ダイマー酸(2量化リノール酸)など〕、炭素数4〜36のアルケンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸、シトラコン酸など);炭素数8〜36の芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケンジカルボン酸、および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。
3〜6価またはそれ以上のポリカルボン酸(4)としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。
なお、ジカルボン酸(3)または3〜6価またはそれ以上のポリカルボン酸(4)としては、上述のものの酸無水物または炭素数1〜4の低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてもよい。
なお、有機酸金属塩の構成単位を含有するポリエステル樹脂を用いる場合、この樹脂は、例えば、COOHの残基を有するポリエステル(酸価が好ましくは1〜100、さらに好ましくは5〜50)を合成し、その少なくとも1部のCOOH基を、Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Zn、Ba、およびZrから選ばれる少なくとも1種の金属の塩とすることにより得られる。
金属塩とする方法としては、例えば、COOH基を有するポリエステルと該当する金属の水酸化物とを反応することにより得られる。
ポリウレタン樹脂としては、非晶性のポリウレタン樹脂等が挙げられ、ポリイソシアネート(5)と活性水素含有化合物{水、ポリオール[前記ジオール(1)〔ヒドロキシル基以外の官能基を有するジオールを含む〕、および3〜8価またはそれ以上のポリオール(2)]、ポリカルボン酸[前記ジカルボン酸(3)、および3〜6価またはそれ以上のポリカルボン酸(4)]、ポリオールとポリカルボン酸の重縮合により得られるポリエステルポリオール、炭素数6〜12のラクトンの開環重合体、ポリアミン(6)、ポリチオール(7)、およびこれらの併用等}の重付加物、並びに(5)と活性水素含有化合物を反応させてなる末端イソシアネート基プレポリマーと、該プレポリマーのイソシアネート基に対して等当量の1級および/または2級モノアミン(8)とを反応させて得られる、アミノ基含有ポリウレタン樹脂が挙げられる。
ジオール(1)、3〜8価またはそれ以上のポリオール(2)、ジカルボン酸(3)、および3〜6価またはそれ以上のポリカルボン酸(4)としては、前記のもが挙げられる。
ポリイソシアネート(5)としては、炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)6〜20の芳香族ポリイソシアネート、炭素数2〜18の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数4〜15の脂環式ポリイソシアネート、炭素数8〜15の芳香脂肪族ポリイソシアネートおよびこれらのポリイソシアネートの変性物(ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基含有変性物など)およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
上記芳香族ポリイソシアネートの具体例としては、1,3−および/または1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−および/または2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’−および/または4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、粗製MDI[粗製ジアミノフェニルメタン〔ホルムアルデヒドと芳香族アミン(アニリン)またはその混合物との縮合生成物;ジアミノジフェニルメタンと少量(たとえば5〜20%)の3官能以上のポリアミンとの混合物〕のホスゲン化物:ポリアリルポリイソシアネート(PAPI)]、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−およびp−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネートなどが挙げられる。
上記脂肪族ポリイソシアネートの具体例としては、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などの脂肪族ポリイソシアネートなどが挙げられる。
上記脂環式ポリイソシアネートの具体例としては、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート(水添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(水添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−および/または2,6−ノルボルナンジイソシアネートなどが挙げられる。
上記芳香脂肪族ポリイソシアネートの具体例としては、m−および/またはp−キシリレンジイソシアネート(XDI)、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)などが挙げられる。
また、上記ポリイソシアネートの変性物には、ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基含有変性物などが挙げられる。
具体的には、変性MDI(ウレタン変性MDI、カルボジイミド変性MDI、トリヒドロカルビルホスフェート変性MDIなど)、ウレタン変性TDIなどのポリイソシアネートの変性物およびこれらの2種以上の混合物[たとえば変性MDIとウレタン変性TDI(イソシアネート含有プレポリマー)との併用]が含まれる。
これらのうちで好ましいものは6〜15の芳香族ポリイソシアネート、炭素数4〜12の脂肪族ポリイソシアネート、および炭素数4〜15の脂環式ポリイソシアネートであり、とくに好ましいものはTDI、MDI、HDI、水添MDI、およびIPDIである。
ポリアミン(6)の例としては、脂肪族ポリアミン類(C2 〜C18):〔1〕脂肪族ポリアミン{C2〜C6 アルキレンジアミン(エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)、ポリアルキレン(C2〜C6)ポリアミン〔ジエチレントリアミン、イミノビスプロピルアミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン,トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミンなど〕};〔2〕これらのアルキル(C1〜C4)またはヒドロキシアルキル(C2〜C4)置換体〔ジアルキル(C1〜C3)アミノプロピルアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、アミノエチルエタノールアミン、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサメチレンジアミン、メチルイミノビスプロピルアミンなど〕;〔3〕脂環または複素環含有脂肪族ポリアミン〔3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンなど〕;〔4〕芳香環含有脂肪族アミン類(C8 〜C15)(キシリレンジアミン、テトラクロル−p−キシリレンジアミンなど)、脂環式ポリアミン(C4 〜C15):1,3−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、メンセンジアミン、4,4´−メチレンジシクロヘキサンジアミン(水添メチレンジアニリン)など、複素環式ポリアミン(C4 〜C15):ピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、1,4−ジアミノエチルピペラジン、1,4ビス(2−アミノ−2−メチルプロピル)ピペラジンなど、芳香族ポリアミン類(C6 〜C20):〔1〕非置換芳香族ポリアミン〔1,2−、1,3−および1,4−フェニレンジアミン、2,4´−および4,4´−ジフェニルメタンジアミン、クルードジフェニルメタンジアミン(ポリフェニルポリメチレンポリアミン)、ジアミノジフェニルスルホン、ベンジジン、チオジアニリン、ビス(3,4−ジアミノフェニル)スルホン、2,6−ジアミノピリジン、m−アミノベンジルアミン、トリフェニルメタン−4,4´,4”−トリアミン、ナフチレンジアミンなど;〔2〕核置換アルキル基〔メチル,エチル,n−およびi−プロピル、ブチルなどのC1〜C4アルキル基)を有する芳香族ポリアミン、たとえば2,4−および2,6−トリレンジアミン、クルードトリレンジアミン、ジエチルトリレンジアミン、4,4´−ジアミノ−3,3´−ジメチルジフェニルメタン、4,4´−ビス(o−トルイジン)、ジアニシジン、ジアミノジトリルスルホン、1,3−ジメチル−2,4−ジアミノベンゼン、1,3−ジメチル−2,6−ジアミノベンゼン、1,4−ジイソプロピル−2,5−ジアミノベンゼン、2,4−ジアミノメシチレン、1−メチル−3,5−ジエチル−2,4−ジアミノベンゼン、2,3−ジメチル−1,4−ジアミノナフタレン、2,6−ジメチル−1,5−ジアミノナフタレン、3,3´,5,5´−テトラメチルベンジジン、3,3´,5,5´−テトラメチル−4,4´−ジアミノジフェニルメタン、3,5−ジエチル−3´−メチル−2´,4−ジアミノジフェニルメタン、3,3´−ジエチル−2,2´−ジアミノジフェニルメタン、4,4´−ジアミノ−3,3´−ジメチルジフェニルメタン、3,3´,5,5´−テトラエチル−4,4´−ジアミノベンゾフェノン、3,3´,5,5´−テトラエチル−4,4´−ジアミノジフェニルエーテル、3,3´,5,5´−テトライソプロピル−4,4´−ジアミノジフェニルスルホンなど〕、およびこれらの異性体の種々の割合の混合物;〔3〕核置換電子吸引基(Cl,Br,I,Fなどのハロゲン;メトキシ、エトキシなどのアルコキシ基;ニトロ基など)を有する芳香族ポリアミン〔メチレンビス−o−クロロアニリン、4−クロロ−o−フェニレンジアミン、2−クロル−1,4−フェニレンジアミン、3−アミノ−4−クロロアニリン、4−ブロモ−1,3−フェニレンジアミン、2,5−ジクロル−1,4−フェニレンジアミン、5−ニトロ−1,3−フェニレンジアミン、3−ジメトキシ−4−アミノアニリン;4,4´−ジアミノ−3,3´−ジメチル−5,5´−ジブロモ−ジフェニルメタン、3,3´−ジクロロベンジジン、3,3´−ジメトキシベンジジン、ビス(4−アミノ−3−クロロフェニル)オキシド、ビス(4−アミノ−2−クロロフェニル)プロパン、ビス(4−アミノ−2−クロロフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3−メトキシフェニル)デカン、ビス(4−アミノフェニル)スルフイド、ビス(4−アミノフェニル)テルリド、ビス(4−アミノフェニル)セレニド、ビス(4−アミノ−3−メトキシフェニル)ジスルフイド、4,4´−メチレンビス(2−ヨードアニリン)、4,4´−メチレンビス(2−ブロモアニリン)、4,4´−メチレンビス(2−フルオロアニリン)、4−アミノフェニル−2−クロロアニリンなど〕;〔4〕2級アミノ基を有する芳香族ポリアミン〔上記〔1〕〜〔3〕の芳香族ポリアミンの−NH2の一部または全部が−NH−R´(R´はアルキル基たとえばメチル,エチルなどの低級アルキル基)で置き換ったもの〕〔4,4´−ジ(メチルアミノ)ジフェニルメタン、1−メチル−2−メチルアミノ−4−アミノベンゼンなど〕、ポリアミドポリアミン:ジカルボン酸(ダイマー酸など)と過剰の(酸1モル当り2モル以上の)ポリアミン類(上記アルキレンジアミン,ポリアルキレンポリアミンなど)との縮合により得られる低分子量ポリアミドポリアミンなど、ポリエーテルポリアミン:ポリエーテルポリオール(ポリアルキレングリコールなど)のシアノエチル化物の水素化物などが挙げられる。
ポリチオール(7)としては、炭素数2〜36のアルカンジチオール(エチレンジチオール、1,4−ブタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオールなど)等が挙げられる。
1級および/または2級モノアミン(8)としては、炭素数2〜24のアルキルアミン(エチルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミンなど)等が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、ポリエポキシド(9)の開環重合物、ポリエポキシド(9)と活性水素基含有化合物(D){水、ポリオール[前記ジオール(1)および3〜8価またはそれ以上のポリオール(2)]、ジカルボン酸(3)、3〜6価またはそれ以上のポリカルボン酸(4)、ポリアミン(6)、ポリチオール(7)等}との重付加物、またはポリエポキシド(9)とジカルボン酸(3)または3〜6価またはそれ以上のポリカルボン酸(4)の酸無水物との硬化物などが挙げられる。
本発明に用いるポリエポキシド(9)は、分子中に2個以上のエポキシ基を有していれば、特に限定されない。ポリエポキシド(9)として好ましいものは、硬化物の機械的性質の観点から分子中にエポキシ基を2〜6個有するものである。ポリエポキシド(9)のエポキシ当量(エポキシ基1個当たりの分子量)は、好ましくは65〜1000であり、さらに好ましいのは90〜500である。エポキシ当量が1000を超えると、架橋構造がルーズになり硬化物の耐水性、耐薬品性、機械的強度等の物性が悪くなり、一方、エポキシ当量が65未満のものを合成するのは困難である。
ポリエポキシド(9)の例としては、芳香族系ポリエポキシ化合物、複素環系ポリエポキシ化合物、脂環族系ポリエポキシ化合物あるいは脂肪族系ポリエポキシ化合物が挙げられる。芳香族系ポリエポキシ化合物としては、多価フェノール類のグリシジルエーテル体およびグリシジルエステル体、グリシジル芳香族ポリアミン、並びに、アミノフェノールのグリシジル化物等が挙げられる。多価フェノールのグリシジルエーテル体としては、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールBジグリシジルエーテル、ビスフェノールADジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、ハロゲン化ビスフェノールAジグリシジル、テトラクロロビスフェノールAジグリシジルエーテル、カテキンジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ハイドロキノンジグリシジルエーテル、ピロガロールトリグリシジルエーテル、1,5−ジヒドロキシナフタリンジグリシジルエーテル、ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル、オクタクロロ−4,4’−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル、テトラメチルビフェニルジグリシジルエーテル、ジヒドロキシナフチルクレゾールトリグリシジルエーテル、トリス(ヒドロキシフェニル)メタントリグリシジルエーテル、ジナフチルトリオールトリグリシジルエーテル、テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタンテトラグリシジルエーテル、p−グリシジルフェニルジメチルトリールビスフェノールAグリシジルエーテル、トリスメチル−tret−ブチル−ブチルヒドロキシメタントリグリシジルエーテル、9,9’−ビス(4−ヒドキシフェニル)フロオレンジグリシジルエーテル、4,4’−オキシビス(1,4−フェニルエチル)テトラクレゾールグリシジルエーテル、4,4’−オキシビス(1,4−フェニルエチル)フェニルグリシジルエーテル、ビス(ジヒドロキシナフタレン)テトラグリシジルエーテル、フェノールまたはクレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル体、リモネンフェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル体、ビスフェノールA2モルとエピクロロヒドリン3モルの反応から得られるジグリシジルエーテル体、フェノールとグリオキザール、グルタールアルデヒド、またはホルムアルデヒドの縮合反応によって得られるポリフェノールのポリグリシジルエーテル体、およびレゾルシンとアセトンの縮合反応によって得られるポリフェノールのポリグリシジルエーテル体等が挙げられる。多価フェノールのグリシジルエステル体としては、フタル酸ジグリシジルエステル、イソフタル酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル等が挙げられる。グリシジル芳香族ポリアミンとしては、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジルキシリレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラグリシジルジフェニルメタンジアミン等が挙げられる。さらに、本発明において前記芳香族系として、P−アミノフェノールのトリグリシジルエーテル、トリレンジイソシアネートまたはジフェニルメタンジイソシアネートとグリシドールの付加反応によって得られるジグリシジルウレタン化合物、前記2反応物にポリオールも反応させて得られるグリシジル基含有ポリウレタン(プレ)ポリマーおよびビスフェノールAのアルキレンオキシド(エチレンオキシドまたはプロピレンオキシド)付加物のジグリシジルエーテル体も含む。複素環系ポリエポキシ化合物としては、トリスグリシジルメラミンが挙げられる;脂環族系ポリエポキシ化合物としては、ビニルシクロヘキセンジオキシド、リモネンジオキシド、ジシクロペンタジエンジオキシド、ビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテル、エチレングリコールビスエポキシジシクロペンチルエール、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシ−6’−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、およびビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)ブチルアミン、ダイマー酸ジグリシジルエステル等が挙げられる。また、脂環族系としては、前記芳香族系ポリエポキシド化合物の核水添化物も含む;脂肪族系ポリエポキシ化合物としては、多価脂肪族アルコールのポリグリシジルエーテル体、多価脂肪酸のポリグリシジルエステル体、およびグリシジル脂肪族アミンが挙げられる。多価脂肪族アルコールのポリグリシジルエーテル体としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、テトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテルおよびポリグリセロールポリグリシジルエーテル等が挙げられる。多価脂肪酸のポリグリシジルエステル体としては、ジグリシジルオキサレート、ジグリシジルマレート、ジグリシジルスクシネート、ジグリシジルグルタレート、ジグリシジルアジペート、ジグリシジルピメレート等が挙げられる。グリシジル脂肪族アミンとしては、N,N,N’,N’−テトラグリシジルヘキサメチレンジアミンが挙げられる。また、本発明において脂肪族系としては、ジグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレートの(共)重合体も含む。これらのうち、好ましいのは、脂肪族系ポリエポキシ化合物および芳香族系ポリエポキシ化合物である。本発明のポリエポキシドは、2種以上併用しても差し支えない。
ビニル系樹脂は、ビニル系モノマーを単独重合または共重合したポリマーであり、ビニル系モノマーとしては、下記(11)〜(20)が挙げられる。
(11)ビニル系炭化水素:
(11−1)脂肪族ビニル系炭化水素:アルケン類、例えばエチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン、オクタデセン、前記以外のα−オレフィン等;アルカジエン類、例えばブタジエン、イソプレン、1,4−ペンタジエン、1,6−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン。
(11−2)脂環式ビニル系炭化水素:モノ−もしくはジ−シクロアルケンおよびアルカジエン類、例えばシクロヘキセン、(ジ)シクロペンタジエン、ビニルシクロヘキセン、エチリデンビシクロヘプテン等;テルペン類、例えばピネン、リモネン、インデン等。
(11−3)芳香族ビニル系炭化水素:スチレンおよびそのハイドロカルビル(アルキル、シクロアルキル、アラルキルおよび/またはアルケニル)置換体、例えばα−メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4−ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、シクロヘキシルスチレン、ベンジルスチレン、クロチルベンゼン、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、トリビニルベンゼン等;およびビニルナフタレン。
(12)カルボキシル基含有ビニル系モノマーおよびその金属塩:
炭素数3〜30の不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸ならびにその無水物およびそのモノアルキル〔炭素数1〜27〕エステル、例えば(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸、フマル酸モノアルキルエステル、クロトン酸、イタコン酸、イタコン酸モノアルキルエステル、イタコン酸グリコールモノエーテル、シトラコン酸、シトラコン酸モノアルキルエステル、桂皮酸等のカルボキシル基含有ビニル系モノマー。なお、上記(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸および/またはメタアクリル酸を意味し、以下同様の記載法を用いる。モノアルキル(炭素数1〜27)エステルを構成するアルキル鎖は、耐加水分解性を向上させるという観点から、分岐構造を持つものが好ましい。
(13)スルホン基含有ビニル系モノマー、ビニル系硫酸モノエステル化物およびこれらの塩:
炭素数2〜14のアルケンスルホン酸、例えばビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸;およびその炭素数2〜24のアルキル誘導体、例えばα−メチルスチレンスルホン酸等;スルホ(ヒドロキシ)アルキル−(メタ)アクリレートもしくは(メタ)アクリルアミド、例えば、スルホプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロキシプロピルスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2−ジメチルエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエタンスルホン酸、3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−(メタ)アクリルアミド−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸、アルキル(炭素数3〜18)アリルスルホコハク酸、ポリ(n=2〜30)オキシアルキレン(エチレン、プロピレン、ブチレン:単独、ランダム、ブロックでもよい)モノ(メタ)アクリレートの硫酸エステル[ポリ(n=5〜15)オキシプロピレンモノメタクリレート硫酸エステル等]、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸エステル、および下記一般式(1−1)〜(1−3)で示される硫酸エステルもしくはスルホン酸基含有モノマー;ならびそれらの塩等。
O−(AO)nSO3

CH2=CHCH2−OCH2CHCH2O−Ar−R (1−1)

CH=CH−CH3

R−Ar−O−(AO)nSO3H (1−2)

CH2COOR’

HO3SCHCOOCH2CH(OH)CH2OCH2CH=CH2 (1−3)

(式中、Rは炭素数1〜15のアルキル基、Aは炭素数2〜4のアルキレン基を示し、nが複数の場合同一でも異なっていてもよく、異なる場合はランダムでもブロックでもよい。Arはベンゼン環を示し、nは1〜50の整数を示し、R’はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜15のアルキル基を示す。)
(14)燐酸基含有ビニル系モノマーおよびその塩:
(メタ)アクリロイルオキシアルキル(C1〜C24)燐酸モノエステル、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルホスフェート、フェニル−2−アクリロイロキシエチルホスフェート、(メタ)アクリロイルオキシアルキル(炭素数1〜24)ホスホン酸類、例えば2−アクリロイルオキシエチルホスホン酸。
なお、上記(12)〜(14)の塩としては、金属塩、アンモニウム塩、およびアミン塩(4級アンモニウム塩を含む)が挙げられる。金属塩を形成する金属としては、Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Zn、Ba、Zr、Ca、Mg、Na、およびK等が挙げられる。
好ましくはアルカリ金属塩、およびアミン塩であり、さらに好ましくは、ナトリウム塩および炭素数3〜20の3級モノアミンの塩である。
(15)ヒドロキシル基含有ビニル系モノマー:
ヒドロキシスチレン、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、(メタ)アリルアルコール、クロチルアルコール、イソクロチルアルコール、1−ブテン−3−オール、2−ブテン−1−オール、2−ブテン−1,4−ジオール、プロパルギルアルコール、2−ヒドロキシエチルプロペニルエーテル、庶糖アリルエーテル等
(16)含窒素ビニル系モノマー:
(16−1)アミノ基含有ビニル系モノマー:アミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t−ブチルアミノエチルメタクリレート、N−アミノエチル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アリルアミン、モルホリノエチル(メタ)アクリレート、4ービニルピリジン、2ービニルピリジン、クロチルアミン、N,N−ジメチルアミノスチレン、メチルα−アセトアミノアクリレート、ビニルイミダゾール、N−ビニルピロール、N−ビニルチオピロリドン、N−アリールフェニレンジアミン、アミノカルバゾール、アミノチアゾール、アミノインドール、アミノピロール、アミノイミダゾール、アミノメルカプトチアゾール、これらの塩等
(16−2)アミド基含有ビニル系モノマー:(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−ブチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N,N’−メチレン−ビス(メタ)アクリルアミド、桂皮酸アミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジベンジルアクリルアミド、メタクリルホルムアミド、N−メチルN−ビニルアセトアミド、N−ビニルピロリドン等
(16−3)ニトリル基含有ビニル系モノマー:(メタ)アクリロニトリル、シアノスチレン、シアノアクリレート等
(16−4)4級アンモニウムカチオン基含有ビニル系モノマー:ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、ジアリルアミン等の3級アミン基含有ビニル系モノマーの4級化物(メチルクロライド、ジメチル硫酸、ベンジルクロライド、ジメチルカーボネート等の4級化剤を用いて4級化したもの)
(16−5)ニトロ基含有ビニル系モノマー:ニトロスチレン等
(17)エポキシ基含有ビニル系モノマー:
グルシジル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、p−ビニルフェニルフェニルオキサイド等
(18)ハロゲン元素含有ビニル系モノマー:
塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、アリルクロライド、クロルスチレン、ブロムスチレン、ジクロルスチレン、クロロメチルスチレン、テトラフルオロスチレン、クロロプレン等
(19)ビニルエステル、ビニル(チオ)エーテル、ビニルケトン、ビニルスルホン類:
(19−1)ビニルエステル、例えばビニルブチレート、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ジアリルフタレート、ジアリルアジペート、イソプロペニルアセテート、ビニルメタクリレート、メチル4−ビニルベンゾエート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ビニルメトキシアセテート、ビニルベンゾエート、エチルα−エトキシアクリレート、炭素数1〜50のアルキル基(直鎖もしくは分岐)を有するアルキル(メタ)アクリレート(好ましくは炭素数5〜30)[メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ヘキサデシル(メタ)アクリレート、ヘプタデシル(メタ)アクリレート、エイコシル(メタ)アクリレート、2−デシルテトラデシル(メタ)アクリレート等]、ジアルキルフマレート(フマル酸ジアルキルエステル)(2個のアルキル基は、炭素数2〜8の、直鎖、分枝鎖もしくは脂環式の基である)、ジアルキルマレエート(マレイン酸ジアルキルエステル)(2個のアルキル基は、炭素数2〜8の、直鎖、分枝鎖もしくは脂環式の基である)、ポリ(メタ)アリロキシアルカン類[ジアリロキシエタン、トリアリロキシエタン、テトラアリロキシエタン、テトラアリロキシプロパン、テトラアリロキシブタン、テトラメタアリロキシエタン等]等、ポリアルキレングリコール鎖を有するビニル系モノマー[ポリエチレングリコール(数平均分子量300)モノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(数平均分子量500)モノアクリレート、メチルアルコールエチレンオキサイド(エチレンオキサイドを以下EOと略記する)10モル付加物(メタ)アクリレート、ラウリルアルコールEO30モル付加物(メタ)アクリレート等]、ポリ(メタ)アクリレート類[多価アルコール類のポリ(メタ)アクリレート:エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等]等
(19−2)ビニル(チオ)エーテル、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテル、ビニルブチルエーテル、ビニル2−エチルヘキシルエーテル、ビニルフェニルエーテル、ビニル2−メトキシエチルエーテル、メトキシブタジエン、ビニル2−ブトキシエチルエーテル、3,4−ジヒドロ1,2−ピラン、2−ブトキシ−2’−ビニロキシジエチルエーテル、ビニル2−エチルメルカプトエチルエーテル、アセトキシスチレン、フェノキシスチレン等
(19−3)ビニルケトン、例えばビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルフェニルケトン;
ビニルスルホン、例えばジビニルサルファイド、p−ビニルジフェニルサルファイド、ビニルエチルサルファイド、ビニルエチルスルフォン、ジビニルスルフォン、ジビニルスルフォキサイド等
(20)その他のビニル系モノマー:
イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、m−イソプロペニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート等
有機酸金属塩の構成単位を含有するビニル系樹脂を用いる場合、この樹脂は、例えば、モノマーの少なくとも一部として、上記モノマー(12)〜(14)のうち、Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Zn、Ba、およびZrから選ばれる金属の塩を、1種以上用いることにより得られる。これらの有機酸金属塩モノマー(m)の、重合に用いる全モノマー中の使用量は、好ましくは60%以下である。下限はさらに好ましくは5%であり、上限はさらに好ましくは50%である。
ビニル系樹脂としては、上記(11)〜(20)の任意のモノマー同士を、2元またはそれ以上の個数で、任意の割合で共重合したポリマーが挙げられる。
共重合体の具体例としては、スチレン−(メタ)アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸アルキルエステル−(メタ)アクリル酸共重合体、スチレン−ブタジエン−(メタ)アクリル酸共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−(メタ)アクリル酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸−ジビニルベンゼン共重合体、スチレン−スチレンスルホン酸−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、酢酸ビニル−(メタ)アクリル酸アルキルエステル−(メタ)アクリル酸共重合体、およびこれらの共重合体の塩などが挙げられる。
樹脂(R)の数平均分子量(以下、Mnと記載)は、好ましくは1,000〜500万、さらに好ましくは2,000〜50万である。(R)の融点(DSCにて測定、以下融点はDSCでの測定値)は、好ましくは20℃〜300℃、さらに好ましくは、80℃〜250℃である。(R)のTgは好ましくは20℃〜200℃、さらに好ましくは、40℃〜150℃である。(R)のsp値(sp値はPolymer Engineering and Science,Feburuary,1974,Vol.14,No.2 P.147〜154に記載された方法によって計算される)は、好ましくは8〜16、さらに好ましくは9〜14である。
本発明におけるMnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したものである。GPCによる分子量測定の条件は、以下の通りである。
装置(一例) : 東ソー(株)製 HLC−8220
カラム(一例): Guardcolumn α、TSKgel α−M
試料溶液 : 0.125%のN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)溶液
注入量 : 100μl
流量 : 1ml/分
測定温度 : 40℃
検出装置 : 屈折率検出器
基準物質 : 東ソー製 標準ポリスチレン(TSKstandard POLYSTYRENE)12点(分子量 500 1050 2800 5970 9100 18100 37900 96400 190000 355000 1090000 2890000)
また、ガラス転移点(Tg)は、次のように測定される値である。
<ガラス転移点(Tg)>
ガラス転移点は非結晶性樹脂に特有の物性であり、融解熱の最大ピーク温度とは区別される。そして、融解熱の最大ピーク温度の測定において、「吸発熱量」と「温度」とのグラフの最大ピーク温度以下でのベースラインの延長線と、最大ピークの立ち上がり部分から最大ピークの頂点までの最大傾斜を示す接線との交点に対応する温度をガラス転移点(Tg)とする。
本発明の樹脂粒子(C)の製造方法はとくに限定されないが、例えば、結晶性ポリウレタン樹脂(U)のエマルションと、樹脂(R)もしくはその有機溶剤溶液とを混合し、(U)のエマルション中に樹脂(R)もしくはその有機溶剤溶液を分散することにより、(U)のエマルション中で(R)からの樹脂粒子が形成され、(R)の樹脂粒子、すなわち樹脂(R)を含有するコア層(Q)の表面に(U)を含有するシェル層(Q)が付着した樹脂粒子(C)の水性分散体を得て、さらに得られた(C)を含有する水性分散体から水性媒体を除去して得ることができる。
なお、樹脂粒子(C)のシェル層(S)を2層以上とする場合は、得られた樹脂粒子を含有する水性分散体と、(U)を含むポリウレタン樹脂エマルションとを混合する操作を繰り返せばよい。
上記の(U)と水性媒体を含有するポリウレタン樹脂エマルションの作製において、(U)と水性媒体との混合および反応時における温度は、好ましくは10〜60℃、さらに好ましくは20〜40℃である。
水性媒体の使用量は、(U)の含有量が、得られるエマルションの重量に基づいて、好ましくは5〜60%、さらに好ましくは8〜50%となるような量である。
また、有機溶剤(s)の存在下にウレタンプレポリマー(p1)、またはヒドロキシル基末端ウレタンプレポリマー(p2)の溶液を製造し、さらに(p1)または(p2)からポリウレタン樹脂(U1)もしくは(U2)の有機溶剤溶液を製造し、それらを水性媒体中に分散させることにより、結晶性ポリウレタン樹脂(U)のポリウレタン樹脂エマルションを製造することもできる。
上記の反応の際に用いる(s)および水性媒体に含有させる親水性溶剤としては、NCO基と実質的に非反応性のもの、および親水性(水混和性)のもの(アセトン、エチルメチルケトンなどのケトン類、エステル類、エーテル類、アミド類、アルコール類)が挙げられる。これらのうち好ましいのはアセトンおよびエチルメチルケトンである。
水性媒体中の水と親水性溶剤との重量比は、好ましくは100/0〜50/50、さらに好ましくは100/0〜70/30 である。
(s)および/または水性媒体に親水性溶剤を使用した場合には、ポリウレタン樹脂エマルション製造後に必要によりこれらを留去してもよい。
ウレタンプレポリマー(p1)および(p2)、またはこれらの溶液を水性媒体に乳化分散させる装置は特に限定されず、例えば下記の方式の乳化機が挙げられる。
1)錨型撹拌方式、
2)回転子−固定子式方式[例えば「エバラマイルダー」(荏原製作所製)]、
3)ラインミル方式[例えばラインフローミキサー]、
4)静止管混合式[例えばスタティックミキサー]、
5)振動式[例えば「VIBRO MIXER」(冷化工業社製)]、
6)超音波衝撃式[例えば超音波ホモジナイザー]、
7)高圧衝撃式[例えばガウリンホモジナイザー(ガウリン社)]、
8)乳化式[例えば膜乳化モジュール]、
9)遠心薄膜接触式[例えばフィルミックス]。
これらのうち、好ましいのは、1)、2)、5)、8)および9)である。
必要により、鎖伸長剤(f)による鎖伸長、架橋剤(x)による架橋および/または停止剤(e2)による反応停止を行う場合には、連続式の乳化機[好ましくは上記2)例えばエバラマイルダー]を用いて、プレポリマー(p1)を水性媒体中に分散させ、次いでバッチ式乳化機[好ましくは上記1)錨型撹拌方式]を用いて(f)、(x)および/または(e2)を加えて混合して(p1)と反応させるのが好ましい。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)を水性媒体中に分散させた、本発明のコア・シェル型樹脂粒子製造用ポリウレタン樹脂エマルションのpHは、好ましくは6〜10、さらに好ましくは7〜9である。pHは、pHMeterM−12(堀場製作所製)で測定したものである。
ポリウレタン樹脂エマルションの粘度は、好ましくは20〜1,000mPa・s、さらに好ましくは25〜500mPa・sである。粘度の測定は、BL型粘度計で25℃で行うことができる。
ポリウレタン樹脂エマルションにおけるポリウレタン樹脂の粒子径は、好ましくは10〜250nm、さらに好ましくは20〜220nmである。この範囲であればエマルションの経日安定性がよい。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)が水性媒体に分散された本発明のポリウレタン樹脂エマルジョンと、樹脂(R)もしくはその有機溶剤溶液とからの水性分散液を得る際には、分散装置を用いてもよい。
分散装置としては、一般に乳化機、分散機として市販されているものであれば特に限定されず、例えば、ホモジナイザー(IKA社製)、ポリトロン(キネマティカ社製)、TKオートホモミキサー(特殊機化工業社製)等のバッチ式乳化機、エバラマイルダー(荏原製作所社製)、TKフィルミックス、TKパイプラインホモミキサー(特殊機化工業社製)、コロイドミル(神鋼パンテック社製)、スラッシャー、トリゴナル湿式微粉砕機(三井三池化工機社製)、キャピトロン(ユーロテック社製)、ファインフローミル(太平洋機工社製)等の連続式乳化機、マイクロフルイダイザー(みずほ工業社製)、ナノマイザー(ナノマイザー社製)、APVガウリン(ガウリン社製)等の高圧乳化機、膜乳化機(冷化工業社製)等の膜乳化機、バイブロミキサー(冷化工業社製)等の振動式乳化機、超音波ホモジナイザー(ブランソン社製)等の超音波乳化機等が挙げられる。このうち粒径の均一化の観点で好ましいものは、APVガウリン、ホモジナイザー、TKオートホモミキサー、エバラマイルダー、TKフィルミックス、TKパイプラインホモミキサーが挙げられる。
樹脂粒子(C)は、(U)を水性媒体に分散させてなるポリウレタン樹脂エマルションと(R)もしくはその有機溶剤溶液とからの水性分散液を作製し、その水性分散液中に(C)を含む混合液を調製した後に、混合液から有機溶剤や水等の溶剤を除去することによって単離することができる。
結晶性ポリウレタン樹脂(U)を水性媒体に分散させてなるポリウレタン樹脂エマルションと(R)もしくはその有機溶剤溶液とからの水性分散液を安定にし、樹脂(R)を含む樹脂粒子〔コア層(Q)〕の表面に(U)の粒子が付着させるのを容易にするため、混合液中に乳化剤、分散剤を含有していてもよい。乳化剤、分散剤としては公知の界面活性剤(k)を用いることができる。
界面活性剤(k)としては、公知のものを広く用いることができ、アニオン界面活性剤(k−1)、カチオン界面活性剤(k−2)、両性界面活性剤(k−3)、非イオン界面活性剤(k−4)などが挙げられる。(k)は2種以上を併用してもよい。
アニオン界面活性剤(k−1)としては、カルボン酸またはその塩、硫酸エステル塩、カルボキシメチル化物の塩、スルホン酸塩およびリン酸エステル塩等が挙げられる。
カチオン界面活性剤(k−2)としては、第4級アンモニウム塩型界面活性剤およびアミン塩型界面活性剤等が挙げられる。
両性界面活性剤(k−3)としては、カルボン酸塩型両性界面活性剤、硫酸エステル塩型両性界面活性剤、スルホン酸塩型両性界面活性剤およびリン酸エステル塩型両性界面活性剤等が挙げられる。
非イオン界面活性剤(k−4)としては、AO付加型非イオン界面活性剤および多価アルコ−ル型非イオン界面活性剤等が挙げられる。
これら界面活性剤(k)の具体例としては、特開2006−206848号公報に記載のものが挙げられる。
界面活性剤(k)の含有量としては、好ましくは0.01〜30%であり、さらに好ましくは0.1〜20%である。
樹脂(R)からのコア層(Q)中に、添加剤(顔料、充填剤、帯電防止剤、着色剤、離型剤、荷電制御剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、ブロッキング防止剤、耐熱安定剤、難燃剤など)を含有しても差し支えない。添加剤を添加する方法としては、水性媒体中で水性樹脂分散体を形成させる際に混合してもよいが、あらかじめ樹脂(R)と添加剤を混合した後、水性媒体中にその混合物を加えて分散させたほうがより好ましい。
また、添加剤は、必ずしも、水性媒体中で粒子を形成させる時に混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。たとえば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加したり、有機溶剤および/または可塑剤とともに上記添加剤を含浸させることもできる。
添加剤は(U)が水性媒体に分散されてなるポリウレタン樹脂エマルション中に含有させ、シェル層(S)に含ませることもできる。
また、(Q)中に、樹脂(R)と共に、ワックス(c)を含有すると、耐熱保存安定性がより向上し好ましい。また、ビニル系ポリマー鎖がグラフトした変性ワックス(d)を含有させることもできる。
コア層(Q)中の(c)の含有量は、好ましくは20%以下、さらに好ましくは1〜15%である。(d)の含有量は、好ましくは10%以下、さらに好ましくは0.5〜8%である。(c)と(d)の合計含有量は、好ましくは25%以下、さらに好ましくは1〜20%である。
ワックス(c)としては、ポリオレフィンワックス、パラフィンワックス、カルボニル基含有ワックスおよびこれらの混合物等が挙げられるが、このうち、とくに好ましいのはパラフィンワックスである。パラフィンワックスとしては、融点50〜90℃で炭素数20〜36の直鎖飽和炭化水素を主成分とする石油系ワックスが挙げられる。
また、離型性の観点から、(c)のMnは、好ましくは400〜5000、さらに好ましくは1000〜3000、とくに1500〜2000である。尚、上記および以下においてワックスのMnは、GPCを用いて測定される(溶媒:オルソジクロロベンゼン、基準物質:ポリスチレン)。
ワックス(c)は、ビニル系ポリマー鎖がグラフトした変性ワックス(d)と無溶媒下溶融混練処理および/または溶剤存在下の加熱溶解混合処理した後に、樹脂(R)を含有するコア層(Q)中に分散されるのが好ましい。この方法により、ワックス分散処理時に変性ワックス(d)を共存させることにより、(d)のワックス基部分が効率よく(c)表面に吸着、あるいはワックスのマトリクス構造内に一部絡みあうことにより、ワックス(c)表面と樹脂(R)との親和性が良好になり、(c)をより均一にコア層(Q)中に内包することができ、分散状態の制御が容易になる。
変性ワックス(d)は、ワックスにビニル系ポリマー鎖がグラフトしたものである。(d)に用いられるワックスとしては上記ワックス(c)と同様のものが挙げられ、好ましいものも同様である。
変性ワックス(d)におけるワックス成分の量(未反応ワックスを含む)は、0.5〜99.5%が好ましく、さらに好ましくは1〜80%、とくに好ましくは5〜50%、最も好ましくは10〜30%である。また(d)のTgは、樹脂粒子の耐熱保存安定性の観点から、好ましくは40〜90℃、さらに好ましくは50〜80℃である。
(d)のMnは、好ましくは1500〜10000、とくに1800〜9000である。
変性ワックス(d)は、例えばワックス(c)を有機溶剤(例えばトルエンまたはキシレン)に溶解または分散させ、100〜200℃に加熱した後、ビニル系モノマーをパーオキサイド系開始剤とともに滴下して重合後、有機溶剤を留去することにより得られる。
変性ワックス(d)の合成におけるパーオキサイド系開始剤の量は、(d)の原料の合計重量に基づいて、好ましくは0.2〜10%、さらに好ましくは0.5〜5%である。
パーオキサイド重合開始剤としては、油溶性パーオキサイド重合開始剤および水溶性パーオキサイド重合開始剤等が用いられる。
油溶性パーオキサイド重合開始剤としては、アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシビバレート、3,5,5−トリメチルヘキサノニルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、プロピオニトリルパーオキサイド、サクシニックアシッドパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ベンゾイルパーオキサイド、パラクロロベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシマレイックアシッド、t−ブチルパーオキシラウレート、シクロヘキサノンパーオキサイド、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、2,5−ジメチル−2,5−ジベンゾイルパーオキシヘキサン、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ジイソブチルジパーオキシフタレート、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジt−ブチルパーオキシヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、ジt−ブチルパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、パラメンタンヒドロパーオキサイド、ピナンヒドロパーオキサイド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジヒドロパーオキサイドおよびクメンパーオキサイド等が挙げられる。
水溶性パーオキサイド重合開始剤としては、例えば、過酸化水素、過酢酸、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムおよび過硫酸ナトリウム等が挙げられる。
ワックス(c)と変性ワックス(d)を混合する方法としては、〔1〕それぞれの融点以上の温度で溶融混練する方法、〔2〕(c)と(d)を有機溶剤中に溶解あるいは懸濁させた後、冷却晶析、溶剤晶析等により液中に析出、あるいはスプレードライ等により気体中に析出させる方法、〔3〕(c)と(d)を有機溶剤中に溶解あるいは懸濁させた後、分散機により機械的に湿式粉砕させる方法、等が挙げられる。これらの中では、〔2〕の方法が好ましい。
ワックス(c)および変性ワックス(d)を樹脂(R)を含有するコア層(Q)中に分散させる方法としては、(c)および(d)と、(R)とを、それぞれ有機溶剤溶液もしくは分散液とした後、それら同士を混合する方法等が挙げられる。
本発明の樹脂粒子(C)は、結晶性ポリウレタン樹脂(U)のエマルション中に、樹脂(R)もしくはその有機溶剤溶液を分散して、(U)のエマルション中で(R)からの樹脂粒子を形成させることにより、(R)の樹脂粒子の表面に(U)の粒子が付着されて得られる樹脂粒子(C)の水性分散体を経て得ることができるが、このとき、樹脂粒子(C)表面の(U)の粒子の平滑性をより良好にするため、水性分散体に以下の加熱操作を行うと、コア層(Q)の表面のシェル層(S)をより平滑化、さらには被膜化させることができる。
この場合、水性樹脂分散体中の固形分含量〔水および有機溶剤以外の成分の含量〕を、好ましくは1〜50%、さらに好ましくは5〜30%に調製する。また、このときの有機溶剤含有量(ガスクロマトグラフィーによる測定)は、好ましくは2%以下、さらに好ましくは1%以下、とくに好ましくは0.5%以下である。加熱の条件は、(U)が溶融される条件であればとくに限定されないが、例えば、撹拌下、好ましくは40〜100℃、さらに好ましくは60〜90℃、とくに好ましくは60〜80℃で、好ましくは1〜300分間加熱する方法が挙げられる。40℃以下では、表面平滑性はほとんど変化がない。また100℃を越える温度で加熱処理するとシェルがコアから剥がれる場合がある。
樹脂粒子(C)は、(C)を含有する水性樹脂分散体から水性媒体を除去することにより得られる。水性媒体を除去する方法としては、
〔1〕水性樹脂分散体を減圧下または常圧下で乾燥する方法
〔2〕遠心分離器、スパクラフィルター、フィルタープレスなどにより固液分離し、得られた粉末を乾燥する方法
〔3〕水性樹脂分散体を凍結させて乾燥させる方法(いわゆる凍結乾燥)
等が例示される。
上記〔1〕、〔2〕において、得られた粉末を乾燥する際、流動層式乾燥機、減圧乾燥機、循風乾燥機など公知の設備を用いて行うことができる。
また必要に応じ、風力分級器などを用いて分級し、所定の粒度分布とすることもできる。
樹脂粒子の粒径均一性、粉体流動性、保存安定性等の観点からは、コア層(Q)の表面の好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上、とくに好ましくは90%以上がシェル層(S)で覆われているのがよい。なお、表面被覆率は、走査電子顕微鏡(SEM)で得られる像の画像解析から下式に基づいて求めることができる。
表面被覆率(%)=[(S)に覆われている部分の面積/{(S)に覆われている部分の面積+(Q)が露出している部分の面積}]×100
本発明の樹脂粒子(C)の体積平均粒径は、1〜20μmが好ましい。さらに好ましくは2〜15μmである。
なお、体積平均粒径は、レーザー式粒度分布測定装置[例えば、商品名:LA−920(堀場製作所製)、や商品名:マルチサイザーIII(コールター社製)]、光学系としてレーザードップラー法を用いるELS−800(大塚電子社製)などを用いて測定できる。
また、(C)の体積分布の変動係数は、粒径均一性の観点から、30%以下であるのが好ましく、0.1〜15%であるのがさらに好ましい。
また、粒径均一性から、[体積平均粒径/個数平均粒径]の値は、1.0〜1.4であるのが好ましく、1.0〜1.2であるのがさらに好ましい。
なお、体積平均粒径および個数平均粒径は、マルチサイザーIII(コールター社製)で同時に測定することができる。
本発明の樹脂粒子(C)は、シェル層(S)によるコア層(Q)表面の被覆率を変えることで粒子表面に所望の凹凸を付与することができる。一般に、(S)による(Q)表面の被覆率が大きくなると、下記BET値比表面積が大きくなり、下記表面平均中心線粗さRaが小さくなる。
粉体流動性を向上させたい場合には、(C)のBET値比表面積が0.5〜5.0m2/gであるのが好ましい。本発明のBET比表面積は、比表面積計例えばQUANTASORB(ユアサアイオニクス製)を用いて測定(測定ガス:He/Kr=99.9/0.1vol%、検量ガス:窒素)したものである。
同様に粉体流動性の観点から、(C)の表面平均中心線粗さRaが0.01〜0.8μmであるのが好ましい。Raは、粗さ曲線とその中心線との偏差の絶対値を算術平均した値のことであり、例えば、走査型プローブ顕微鏡システム(東陽テクニカ製)で測定することができる。
本発明の樹脂粒子(C)の形状は、粉体流動性、溶融レベリング性等の観点から、球状であるのが好ましい。平均円形度は、0.95〜1.00であるのが好ましい。平均円形度は、さらに好ましくは0.96〜1.0、とくに好ましくは0.97〜1.0である。なお、平均円形度は、光学的に粒子を検知して、投影面積の等しい相当円の周囲長で除した値である。具体的には、フロー式粒子像分析装置(FPIA−2000;シスメックス社製)を用いて測定する。所定の容器に、予め不純固形物を除去した水100〜150mlを入れ、分散剤として界面活性剤(ドライウエル;富士写真フィルム社製)0.1〜0.5mlを加え、さらに測定資料0.1〜9.5g程度を加える。試料を分散した懸濁液を超音波分散器(ウルトラソニッククリーナ モデル VS−150;ウエルボクリア社製)で約1〜3分間分散処理を行ない、分散濃度を3,000〜10,000個/μLにして樹脂粒子の形状および分布を測定する。
以下実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下の記載において「部」は重量部を示す。
製造例1〔結晶性ポリウレタン樹脂(U−1)溶液の製造〕
撹拌機および温度計を備えた反応装置に、水酸基価56の1,6−ヘキサンジオールとアジピン酸からなるポリエステルジオール(日本ポリウレタン工業(株)製、商品名「ニッポラン 4073」)を74部、1,9−ノナンジオールを20部、2,2−ジメチロールプロピオン酸を47部、3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸ナトリウムを9部、ヘキサメチレンジイソシアネートを100部、トリエチルアミンを4部およびアセトンを250部、窒素を導入しながら仕込んだ。その後50℃に加熱し、10時間かけてウレタン化反応を行い、イソシアネート基末端ウレタン樹脂溶液を製造した。次いで、n−ブチルアミンを8部およびトリエチルアミンを31部加え、50℃で3時間反応させ、ポリウレタン樹脂溶液を得た。反応終了時のNCO含量は0%であった。
製造例2〔結晶性ポリウレタン樹脂(U−2)溶液の製造〕
撹拌機および温度計を備えた反応装置に、水酸基価56の1,6−ヘキサンジオールとセバシン酸からなるポリエステルジオール(豊国製油(株)製、商品名「HS 2H−200S」)を197.5部、2,2−ジメチロールプロピオン酸を10部、3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸ナトリウムを2.5部、イソホロンジイソシアネートを40部、トリエチルアミンを8部およびアセトンを250部、窒素を導入しながら仕込んだ。その後50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、ヒドロキシル基末端ウレタン樹脂溶液を製造した。ウレタン化反応終了時のNCO含量は0%であった。
製造例3〔結晶性ポリウレタン樹脂(U−3)溶液の製造〕
撹拌機および温度計を備えた反応装置に、水酸基価112の1,4−ブタンジオールとテレフタル酸からなるポリエステルジオールを201部、2,2−ジメチロールプロピオン酸を3部、3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸ナトリウムを1.5部、イソホロンジイソシアネートを44.5部、トリエチルアミンを3部およびアセトンを250部、窒素を導入しながら仕込んだ。その後50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、ヒドロキシル基末端ウレタン樹脂溶液を得た。ウレタン化反応終了時のNCO含量は0%であった。
製造例4〔結晶性ポリウレタン樹脂(U−4)用プレポリマー溶液の製造〕
撹拌機および温度計を備えた反応装置に、水酸基価56の1,4−ブタンジオールとアジピン酸からなるポリエステルジオール(三洋化成工業(株)製、商品名「サンエスター 4620」)を99部、水酸基価112の1,4−ブタンジオールとアジピン酸からなるポリエステルジオール(三洋化成工業(株)製、商品名「サンエスター 4610」)を50部、2,2−ジメチロールプロピオン酸を17部、3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸ナトリウムを17部、ヘキサメチレンジイソシアネートを67部、トリエチルアミンを3部およびアセトンを250部、窒素を導入しながら仕込んだ。その後50℃に加熱し、10時間かけてウレタン化反応を行い、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー溶液を得た。ウレタン化反応終了時のNCO含量は1.7%であった。
製造例5〔結晶性ポリウレタン樹脂(U−5)溶液の製造〕
撹拌機および温度計を備えた反応装置に、ノナメチレンジオールを111部、2,2−ジメチロールプロピオン酸を21部、3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸ナトリウムを1部、ヘキサメチレンジイソシアネートを117部、トリエチルアミンを15部およびアセトンを250部、窒素を導入しながら仕込んだ。その後50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、ヒドロキシル基末端ウレタン樹脂溶液を得た。ウレタン化反応終了時のNCO含量は0%であった。
比較製造例1〔比較のポリウレタン樹脂(U’−6)溶液の製造〕
撹拌機および温度計を備えた反応装置に、水酸基価56の1,2−プロピレングリコールとイソフタル酸からなるポリエステルジオールを197.5部、2,2−ジメチロールプロピオン酸を10部、3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸ナトリウムを2.5部、イソホロンジイソシアネートを40部、トリエチルアミンを8部およびアセトンを250部、窒素を導入しながら仕込んだ。その後50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、ヒドロキシル基末端ウレタン樹脂溶液を製造した。ウレタン化反応終了時のNCO含量は0%であった。
比較製造例2〔比較のポリウレタン樹脂(U’−7)溶液の製造〕
撹拌機および温度計を備えた反応装置に、水酸基価278のポリエチレングリコール(三洋化成工業(株)製、商品名「PEG−400」)を92部、2,2−ジメチロールプロピオン酸を38部、3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸ナトリウムを3部、イソホロンジイソシアネートを122部、トリエチルアミンを3部およびアセトンを250部、窒素を導入しながら仕込んだ。その後50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行った、ウレタン化反応終了時のNCO含量は0%であった。次いで、トリエチルアミン29部を添加・混合し、ヒドロキシル基末端ウレタン樹脂溶液を得た。
製造例6〔ポリウレタン樹脂エマルション1およびポリウレタン樹脂(U−1)の製造〕
製造例1のポリウレタン樹脂溶液を40℃に冷却後、攪拌下、水1800部中に注ぎ乳化させ、アセトンを留去し(ポリウレタン樹脂エマルション1)を得た。このポリウレタン樹脂エマルションをELS−800で測定した体積平均粒径は0.05μmであった。洗浄および乾燥してポリウレタン樹脂を単離してポリウレタン樹脂(U−1)を得た、(U−1)のTaは50℃、軟化点とTaの比(軟化点/Ta)は1.1、G’(Ta+20)は5×104であった。また、溶融開始温度(X)は41℃、|LogG”(X+20)−LogG”(X)|は3.8であった。
製造例7〔ポリウレタン樹脂エマルション2およびポリウレタン樹脂(U−2)の製造〕
製造例2のポリウレタン樹脂溶液を40℃に冷却後、攪拌下、水1800部中に注ぎ乳化させ、アセトンを留去し(ポリウレタン樹脂エマルション2)を得た。このポリウレタン樹脂エマルションをELS−800で測定した体積平均粒径は0.15μmであった。洗浄および乾燥してポリウレタン樹脂を単離してポリウレタン樹脂(U−2)を得た、(U−2)のTaは70℃、軟化点とTaの比(軟化点/Ta)は1.0、G’(Ta+20)は9×102であった。また、溶融開始温度(X)は60℃、|LogG”(X+20)−LogG”(X)|は4.2であった。
製造例8〔ポリウレタン樹脂エマルション3およびポリウレタン樹脂(U−3)の製造〕
製造例3のポリウレタン樹脂溶液を40℃に冷却後、攪拌下、水1800部中に注ぎ乳化させ、アセトンを留去し(ポリウレタン樹脂エマルション3)を得た。このポリウレタン樹脂エマルションをELS−800で測定した体積平均粒径は0.3μmであった。洗浄および乾燥してポリウレタン樹脂を単離してポリウレタン樹脂(U−3)を得た、(U−3)のTaは90℃、軟化点とTaの比(軟化点/Ta)は1.2、G’(Ta+20)は3×105であった。また、溶融開始温度(X)は78℃、|LogG”(X+20)−LogG”(X)|は2.7であった。
製造例9〔ポリウレタン樹脂エマルション4およびポリウレタン樹脂(U−4)の製造〕
製造例4のイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー溶液を40℃に冷却後、攪拌下、水1800部中に注ぎ乳化させ、さらに、n−ブチルアミン4.5部、ヘキサメチレンジアミン9.5部およびトリエチルアミン10部を加え、攪拌しながら5時間反応させた後、アセトンを留去し(ポリウレタン樹脂エマルション4)を得た。このポリウレタン樹脂エマルションをELS−800で測定した体積平均粒径は0.05μmであった。洗浄および乾燥してポリウレタン樹脂を単離してポリウレタン樹脂(U−4)を得た、(U−4)のTaは80℃、軟化点とTaの比(軟化点/Ta)は0.9、G’(Ta+20)は9×104であった。また、溶融開始温度(X)は69℃、|LogG”(X+20)−LogG”(X)|は3.6であった。
製造例10〔ポリウレタン樹脂エマルション5およびポリウレタン樹脂(U−5)の製造〕
製造例5のポリウレタン樹脂溶液を40℃に冷却後、攪拌下、水1800部中に注ぎ乳化させ、アセトンを留去し(ポリウレタン樹脂エマルション5)を得た。このポリウレタン樹脂エマルションをELS−800で測定した体積平均粒径は0.3μmであった。洗浄および乾燥してポリウレタン樹脂を単離してポリウレタン樹脂(U−5)を得た、(U−5)のTaは75℃、軟化点とTaの比(軟化点/Ta)は1.4、G’(Ta+20)は4×105であった。また、溶融開始温度(X)は66℃、|LogG”(X+20)−LogG”(X)|は2.9であった。
比較製造例3〔比較のポリウレタン樹脂エマルション6’および比較のポリウレタン樹脂(U’−6)の製造〕
比較製造例1のポリウレタン樹脂溶液を40℃に冷却後、攪拌下、水1800部中に注ぎ乳化させ、アセトンを留去し(ポリウレタン樹脂エマルション6’)を得た。このポリウレタン樹脂エマルションをELS−800で測定した体積平均粒径は0.3μmであった。洗浄および乾燥してポリウレタン樹脂を単離してポリウレタン樹脂(U’−6)を得た、(U’−6)はTaが検出されなかった。また、溶融開始温度(X)は52℃、|LogG”(X+20)−LogG”(X)|は1.2であった。
比較製造例4〔比較のポリウレタン樹脂エマルション7’および比較のポリウレタン樹脂(U’−7)の製造〕
比較製造例2のポリウレタン樹脂溶液を40℃に冷却後、攪拌下、水1800部中に注ぎ乳化させ、アセトンを留去し(ポリウレタン樹脂エマルション7’)を得た。このポリウレタン樹脂エマルションをELS−800で測定した体積平均粒径は0.06μmであった。洗浄および乾燥してポリウレタン樹脂を単離してポリウレタン樹脂(U’−7)を得た、(U’−7)のTaは36℃、軟化点とTaの比(軟化点/Ta)は1.6、G’(Ta+20)は2×103であった。また、溶融開始温度(X)は33℃、|LogG”(X+20)−LogG”(X)|は1.9であった。
製造例6〜10に記載したポリウレタン樹脂(U−1)〜(U−5)、比較製造例3および4に記載した比較のポリウレタン樹脂(U’−6)、(U’−7)について、それぞれカルボキシル基含有量%、およびスルホン酸アニオン基含有量%を計算した結果、並びに前記方法で測定した、ウレア基の含有量、ウレタン基の含有量、および水酸基価の測定結果を加えて、表1にまとめた。
Figure 0005101574
製造例11〔ポリエステル樹脂(R−1)の製造〕
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールA・PO2モル付加物67部、ビスフェノールA・PO3モル付加物700部、テレフタル酸260部および縮合触媒としてジブチルチンオキサイド1部を入れ、常圧で230℃で5時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で2時間反応した。次いで、180℃まで冷却し、無水トリメリット酸24部を加え、常圧密閉下で2時間反応後取り出し、室温まで冷却後、粉砕し粒子化しポリエステル樹脂(R−1)を得た。(R−1)のMnは2,500、Tgは48℃であった。
製造例12〔ポリウレタン樹脂(R−2)の製造〕
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールA・EO2モル付加物343部、アジピン酸20部、イソフタル酸146部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で230℃で5時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で2時間反応した。次いで、110℃まで冷却し、トルエン500部およびイソホロンジイソシアネート17部を入れて、110℃で5時間反応を行い、次いで脱溶剤し、取り出した。室温まで冷却後、粉砕し粒子化し、ポリウレタン樹脂(R−2)を得た。(R−2)のMnは12,000、Tgは49℃であった。
製造例13〔エポキシ樹脂(R−3)の製造〕
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールA・PO2モル付加物382部、ビスフェノールA・PO3モル付加物200部、ビスフェノールA・EO2モル付加物133部、フェノールノボラック(平均重合度約5)のEO5モル付加物10部、テレフタル酸252部、イソフタル酸19部、無水トリメリット酸10部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、230℃で10時間反応させた。次いで5〜20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が2以下になるまで反応させた。次いで180℃まで冷却し、無水トリメリット酸50部を加え、常圧下で1時間反応させた後、20〜40mmHgの減圧下で反応させ軟化点が105℃になった時点で、ビスフェノールAジグリシジルエーテル20部を加え、軟化点120℃で取り出し、室温まで冷却後、粉砕し粒子化しエポキシ樹脂(R−3)を得た。(R−3)の、Mnは2500、Tgは49℃であった。
製造例14〔ビニル系樹脂(R−4)の製造〕
温度計、撹拌機および窒素導入管の付いたオートクレーブ反応槽中に、キシレン452部を入れ、窒素置換後170℃でスチレン845部、アクリル酸n−ブチル155部の混合モノマーと、開始剤としてジ−t−ブチルパーオキサイド6.4部と、キシレン125部の混合物を3時間で滴下した。滴下後1時間170℃で熟成させ、重合を完結させた。その後減圧下で脱溶剤することによって、ビニル系樹脂(R−4)を得た。(R−4)の、Mnは5100、Tgは60℃であった。
製造例15(ポリエステル樹脂溶液1の製造)
温度計および撹拌機の付いた反応容器中に、ポリエステル樹脂(R−1)10部および酢酸エチル10部を入れ、攪拌して均一分散させ、(ポリエステル樹脂溶液1)を得た。
製造例16(ポリウレタン樹脂溶液1の製造)
温度計および撹拌機の付いた反応容器中に、ポリウレタン樹脂(R−2)10部および酢酸エチル10部を入れ、攪拌して均一分散させ、(ポリウレタン樹脂溶液1)を得た。
製造例17(エポキシ樹脂溶液1の製造)
温度計および撹拌機の付いた反応容器中に、エポキシ樹脂(R−3)10部および酢酸エチル10部を入れ、攪拌して均一分散させ、(エポキシ樹脂溶液1)を得た。
製造例18(ビニル系樹脂溶液1の製造)
温度計および撹拌機の付いた反応容器中に、ビニル系樹脂(R−4)10部および酢酸エチル10部を入れ、攪拌して均一分散させ、(ビニル系樹脂溶液1)を得た。
実施例1
ビーカー内にイオン交換水97部、(ポリウレタン樹脂エマルション1)10.5部、カルボキシメチルセルロースナトリウム1部、およびドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液(三洋化成工業製、「エレミノールMON−7」)10部を入れ均一に溶解した。ついで25℃で、TK式ホモミキサーを10,000rpmに撹拌しながら、(ポリエステル樹脂溶液1)75部を投入し2分間撹拌した。ついでこの混合液を撹拌棒および温度計付のコルベンに移し、昇温して35℃で濃度が0.5%以下となるまで酢酸エチルを留去し、(R)で構成されたコア層(Q)の表面に(U)が付着されたシェル層(S)が形成された樹脂粒子の水性樹脂分散体(F−1)を得た。次いで濾別し、40℃×18時間乾燥を行い、揮発分を0.5%以下として、樹脂粒子(C−1)を得た。
実施例2〜8
(R)および(U)を表2の組み合わせで使用し、実施例1と同操作により、樹脂粒子(C−2)〜(C−8)を得た。
Figure 0005101574
比較例1および2
(R)および(U)を表3の組み合わせで使用し、実施例1と同操作により、比較の樹脂粒子(C’−9)および(C’−10)を得た。
Figure 0005101574
(C−1)〜(C−8)、(C’−9)および(C’−10)について、下記の評価を行った。結果を表4に示す。
[1]体積平均粒径
水に分散して体積平均粒径をコールターカウンター(ベックマンコールター社:マルチサイザーIII)で測定した。
[2]粒度分布
水に分散して粒度分布をコールターカウンター(ベックマンコールター社:マルチサイザーIII)で測定した。
[3]定温短時間での溶融性
日本テストパネル社製リン酸亜鉛処理鋼板標準板に市販のコロナ帯電方式スプレーガンを用いて膜圧が40〜60μmになるように静電塗装し、焼き付け温度を変化させて評価を行い、5分間焼き付けた後の目視確認による表面平滑性が良好となる最低温度を測定し、下記の基準で評価した。
○:100℃未満
×:100℃以上
[4]耐熱保存性
40℃の雰囲気で1日間静置し、ブロッキングの程度により下記の基準で評価した。
○:ブロッキングが発生しない。
×:ブロッキングが発生する。
[5]加熱接着性
日本テストパネル社製リン酸亜鉛処理鋼板標準板に市販のコロナ帯電方式スプレーガンを用いて膜圧が40〜60μmになるように静電塗装し、120℃で20分間焼き付けた後、JIS K6830に規定する方法に従い剪断接着試験を行った。接着性の評価基準は、以下の通りである。
○:凝集破壊
×:界面破壊
Figure 0005101574
本発明のコア・シェル型樹脂粒子製造用ポリウレタン樹脂エマルションを用いて得ることができる、本発明の樹脂粒子は、塗料、接着剤、トナーおよび繊維加工用バインダーとして好適に使用でき、特にトナー用バインダーとして適している。

Claims (8)

  1. 樹脂(R)を含有するコア層(Q)の表面に結晶性ポリウレタン樹脂(U)を含有するシェル層(S)が付着されてなる樹脂粒子(C)であって、(U)の融解熱の最大ピーク温度(Ta)が40〜100℃であり、かつ軟化点とTaの比(軟化点/Ta)が0.8〜1.55である樹脂粒子。
  2. (U)が、溶融開始温度(X)が(Ta±30)℃の温度範囲であり、かつ以下の条件を満たす結晶性ポリウレタン樹脂である請求項1記載の樹脂粒子。
    〔条件1〕G’(Ta+20)=50〜1×106[Pa]
    〔条件2〕|LogG”(X+20)−LogG”(X)|>2.0
    [G’:貯蔵弾性率[Pa]、G”:損失弾性率[Pa]]
  3. (R)が、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂およびビニル系樹脂から選ばれる少なくとも1種の樹脂である請求項1または2記載の樹脂粒子。
  4. (U)がカルボキシル基を0.1〜10重量%、スルホン酸アニオン基を0.001〜10重量%含有する樹脂である請求項1〜3いずれか記載の樹脂粒子。
  5. (U)がイソシアネート基含有量が0.1重量%以下、ウレア基の含有量が0〜6重量%、ウレタン基の含有量が3〜35重量%、水酸基価が0〜200mgKOH/gとされた結晶性ポリウレタン樹脂である請求項1〜4いずれか記載の樹脂粒子。
  6. (U)が直鎖状ポリエステルポリオールを含有するポリオール成分とポリイソシアネート成分から得られる樹脂である請求項1〜5いずれか記載の樹脂粒子。
  7. (C)が、(U)が水性媒体に分散されたエマルションと樹脂(R)もしくはその有機溶剤溶液とが混合され、(U)のエマルション中に(R)もしくはその有機溶剤溶液が分散されることにより、(U)のエマルション中で(R)の樹脂粒子が形成され、(R)の樹脂粒子の表面に(U)が付着されることにより、(R)を含有するコア層(Q)の表面に(U)を含有するシェル層(S)が付着されてなる樹脂粒子(C)の水性分散体が得られ、さらに水性分散体から水性媒体が除去されて得られたものである請求項1〜6いずれか記載の樹脂粒子。
  8. 融解熱の最大ピーク温度(Ta)が40〜100℃であり、軟化点とTaの比(軟化点/Ta)が0.8〜1.55である結晶性ポリウレタン樹脂(U)が水性媒体中に分散されてなる、コア・シェル型樹脂粒子製造用ポリウレタン樹脂エマルション。
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