JP6808664B2 - Hydroxypolyurethane resin aqueous dispersion composition, gas barrier coating agent and gas barrier film using this - Google Patents

Hydroxypolyurethane resin aqueous dispersion composition, gas barrier coating agent and gas barrier film using this Download PDF

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Description

本発明は、塗料、コーティング剤用のバインダー樹脂として利用できる新規なヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物の技術に関する。詳しくは、水分散塗料などの材料とした場合、被膜の機能性の観点でも、従来の溶剤系の塗料で形成した被膜とも遜色のない被膜が形成できる、耐熱性塗料、ガスバリア性塗料としての性能を示すヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物に関する。さらに、本発明は、構成するヒドロキシポリウレタン樹脂の化学構造中に二酸化炭素を組み込むことが可能であることから、高度な環境対応製品の提供を可能にできる技術に関する。 The present invention relates to a novel aqueous dispersion composition of a hydroxypolyurethane resin that can be used as a binder resin for paints and coating agents. Specifically, when used as a material such as water-dispersed paint, the performance as a heat-resistant paint and gas barrier paint that can form a film comparable to the film formed with conventional solvent-based paints from the viewpoint of film functionality. The present invention relates to an aqueous dispersion composition of a hydroxypolyurethane resin. Furthermore, the present invention relates to a technique capable of providing a highly environmentally friendly product because carbon dioxide can be incorporated into the chemical structure of the constituent hydroxypolyurethane resin.

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

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

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

しかしながら、本発明者らの検討によれば、この技術は、水分散体を得るためにヒドロキシポリウレタン樹脂の水酸基をハーフエステル法によりカルボキシル基化したものであることから、ハーフエステル部分の加水分解に起因して、水分散体の保存安定性が悪い点で課題が残っており、問題を完全に解決したものではなかった。また、ヒドロキシポリウレタン樹脂の水酸基を反応に利用し、水酸基の量を減少させる方法は、耐水性の向上に寄与するといった利点を有する反面、水酸基の機能性を利用する用途においては欠点を伴うものとなる。 However, according to the study by the present inventors, this technique is obtained by carboxyl-forming the hydroxyl groups of the hydroxypolyurethane resin by the half-ester method in order to obtain an aqueous dispersion, and therefore, it is suitable for hydrolysis of the half-ester portion. As a result, there remains a problem in that the storage stability of the aqueous dispersion is poor, and the problem has not been completely solved. Further, the method of using the hydroxyl group of the hydroxypolyurethane resin for the reaction to reduce the amount of the hydroxyl group has an advantage of contributing to the improvement of water resistance, but has a drawback in the application utilizing the functionality of the hydroxyl group. Become.

別の手法として、原料にカルボン酸を含有するアミン化合物を使用し、カルボキシル基を有するヒドロキシポリウレタン樹脂を得る方法が考案されている(特許文献5参照)。しかしながら、本発明者らの検討によれば、この方法は、合成反応系内でカルボキシル基とアミノ基がイオン結合を形成してしまうため、環状カーボネートとの反応が進行しにくく、また、DMF(ジメチルホルムアミド)などの高沸点溶剤中での反応が必要であり、高分子量化も困難であるといった欠点がある。さらに、使用した高沸点溶剤は、転相乳化後に減圧留去ができないという問題もあり、水分散体(エマルジョン)の製造方法としては完全なものではなかった。 As another method, a method has been devised in which an amine compound containing a carboxylic acid is used as a raw material to obtain a hydroxypolyurethane resin having a carboxyl group (see Patent Document 5). However, according to the study by the present inventors, in this method, since the carboxyl group and the amino group form an ionic bond in the synthetic reaction system, the reaction with the cyclic carbonate is difficult to proceed, and DMF (DMF) It requires a reaction in a high boiling point solvent such as dimethylformamide), and has a drawback that it is difficult to increase the molecular weight. Further, the high boiling point solvent used has a problem that it cannot be distilled off under reduced pressure after phase inversion emulsification, and is not a perfect method for producing an aqueous dispersion (emulsion).

これら問題を解決する手法として、本発明者らは、既に、2級アミノ基を有するヒドロキシポリウレタン樹脂を合成し、主鎖中のアミノ基をカルボキシル基化する方法を提案している(特許文献6参照)。この手法により得られる水分散体は、保存安定性に優れ、ガスバリア性に優れた被膜が得られるといった利点を有している。 As a method for solving these problems, the present inventors have already proposed a method of synthesizing a hydroxypolyurethane resin having a secondary transamination group and carboxylating the amino group in the main chain (Patent Document 6). reference). The aqueous dispersion obtained by this method has the advantages of excellent storage stability and a film having excellent gas barrier properties.

米国特許第3072613号明細書U.S. Pat. No. 30,72613 特開2011−102005号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-102005 特開2012−172144号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-172144 特開2007−297544号公報JP-A-2007-297544 特開平6−25409号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-25409 特開2016−194029号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-194029

しかしながら、上記したようなこれまでに開発されたヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体は、いずれも、ヒドロキシポリウレタン樹脂の化学構造中にアニオン性基を含有させる手法のものであり、アニオン性基を有する樹脂の水分散体の欠点は、酸性条件下で分散状態が不安定になることである。特に、塗料として使用する際には、ベースとなるヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体に各種フィラーや架橋剤を添加することで、より高性能の被膜を得ることができる。しかし、酸性を有する添加剤との組み合わせや、酸性条件下での分散性に優れたフィラーとの併用ができないという欠点があり、実用化技術として確立させるためには、さらなる開発が望まれる。 However, the aqueous dispersions of the hydroxypolyurethane resins developed so far as described above are all based on a method of incorporating an anionic group in the chemical structure of the hydroxypolyurethane resin, and are resins having an anionic group. The disadvantage of the aqueous dispersion is that the dispersion state becomes unstable under acidic conditions. In particular, when used as a paint, a higher performance film can be obtained by adding various fillers and cross-linking agents to the aqueous dispersion of the base hydroxypolyurethane resin. However, there is a drawback that it cannot be used in combination with an additive having acidity or a filler having excellent dispersibility under acidic conditions, and further development is desired in order to establish it as a practical technology.

従って、本発明の目的は、従来技術の課題を克服し、カチオン化されたヒドロキシポリウレタン樹脂と、酸性条件下で良好に分散する添加剤、具体的には、シリカ微粒子などのフィラーとの組み合わせも可能にし、上記の組み合わせで実用化をした場合に、水分散体組成物の安定性と、ガスバリア性が良好な被膜形成能を実現できる水分散体組成物を提供すること、及び、該水分散体組成物を使用し、ガスバリア性に優れたフィルム等の製品を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to overcome the problems of the prior art and to combine a cationized hydroxypolyurethane resin with an additive that disperses well under acidic conditions, specifically, a filler such as silica fine particles. To provide an aqueous dispersion composition capable of realizing the stability of the aqueous dispersion composition and the ability to form a film having good gas barrier properties when made possible and put into practical use by the above combination, and the aqueous dispersion. It is an object of the present invention to provide a product such as a film having excellent gas barrier properties by using a body composition.

上記の課題は、下記の本発明によって達成される、すなわち、本発明は、
[1]ガスバリア性コーティング用の水分散体組成物であって、
(A)成分として、少なくともカチオン性基と水酸基とを有するカチオン性基含有のヒドロキシポリウレタン樹脂と、(B)成分として、シリカ微粒子と、(C)成分として、金属キレート化合物と、を含有してなり、前記(A)成分100質量部に対し、前記(B)成分が1〜120質量部で含有されており、且つ、前記(A)成分と前記(B)成分との合計の含有量が10〜50質量%であり、前記(C)成分の含有量が、前記(A)成分と前記(B)成分と前記(C)成分との全固形分100質量%に対して、1〜10質量%であることを特徴とするヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物を提供する。
The above object is achieved by the following invention, i.e., the present invention
[1] An aqueous dispersion composition for a gas barrier coating.
The component (A) contains a hydroxypolyurethane resin containing a cationic group having at least a cationic group and a hydroxyl group, the component (B) contains silica fine particles, and the component (C) contains a metal chelate compound. Therefore, the component (B) is contained in an amount of 1 to 120 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), and the total content of the component (A) and the component (B) is It is 10 to 50% by mass, and the content of the component (C) is 1 to 10% by mass with respect to 100% by mass of the total solid content of the component (A), the component (B) and the component (C). Provided is an aqueous dispersion composition of a hydroxypolyurethane resin, which is characterized by a mass%.

上記したヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物の好ましい実施形態としては、下記の構成のものが挙げられる。
[2]前記(A)成分のカチオン性基含有のヒドロキシポリウレタン樹脂が、その構造中に、下記一般式(1)で示される、水を加えて転相乳化させるための下記一般式(11)で表されるカチオン性基を含む化学構造からなる繰り返し単位を有してなるものである[1]に記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。
Preferred embodiments of the above-mentioned aqueous dispersion composition of the hydroxypolyurethane resin include those having the following configurations.
[2] The following general formula (11) for adding water to emulsify the hydroxypolyurethane resin containing the cationic group of the component (A) in its structure, which is represented by the following general formula (1). The aqueous dispersion composition of a hydroxypolyurethane resin according to [1], which has a repeating unit having a chemical structure containing a cationic group represented by.

Figure 0006808664
[上記一般式(1)中のXは、ないか、或いは、モノマー単位由来の脂肪族炭化水素又は脂環式炭化水素又は芳香族炭化水素からなる化学構造を示し、該構造中に、酸素原子、窒素原子、硫黄原子及びエステル結合を含んでいてもよく、エーテル結合を介してY1及び/又はY2と結合する構造であってもよい。−Y1−は、下記式(2)〜(5)のいずれか1つの化学構造を示し、また、−Y2−は、下記式(2)、(6)〜(10)のいずれか1つの化学構造を示し、式(4)、(5)、(7)〜(10)中のRは、水素原子かCH3を示す。−Z−は、下記一般式(11)で示されるカチオン性基を含む化学構造を示す。式中の*は、結合手であることを示す記号である。]
Figure 0006808664
Figure 0006808664
[X in the above general formula (1) indicates a chemical structure composed of an aliphatic hydrocarbon or an alicyclic hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon which is absent or derived from a monomer unit, and an oxygen atom is contained in the structure. , A nitrogen atom, a sulfur atom and an ester bond may be contained, and the structure may be bonded to Y 1 and / or Y 2 via an ether bond. −Y 1 − represents the chemical structure of any one of the following formulas (2) to (5), and −Y 2 − is any one of the following formulas (2), (6) to (10). Two chemical structures are shown, and R in the formulas (4), (5), (7) to (10) indicates a hydrogen atom or CH 3 . -Z- indicates a chemical structure containing a cationic group represented by the following general formula (11). * In the formula is a symbol indicating that it is a bond. ]
Figure 0006808664

Figure 0006808664
[上記一般式(11)中、R4は脂肪族炭化水素であり、該構造中には酸素原子を含んでもよい。R1、R2、R3は、それぞれ独立して、その構造中にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基である。nは、0〜3の整数である。]
なお、上記で規定した粒子径は、測定した粒度分布から計算により得られたメジアン径(=d50値)である。
Figure 0006808664
[In the above general formula (11), R 4 is an aliphatic hydrocarbon, and an oxygen atom may be contained in the structure. R 1 , R 2 , and R 3 are alkylene groups having 1 to 10 carbon atoms, which may independently contain an ether bond in their structure. n is an integer from 0 to 3. ]
The particle size specified above is the median diameter (= d50 value) obtained by calculation from the measured particle size distribution.

[3]さらに、前記(A)成分のヒドロキシポリウレタン樹脂を構成する繰り返し単位に、前記一般式(1)で示されるカチオン性基を含む化学構造を有する繰り返し単位の部分とは別の構造の繰り返し単位が混在しており、該別の構造の繰り返し単位が、前記一般式(1)中の−Z−が、前記一般式(11)で示されるカチオン性基を含む化学構造に替えて、その構造中に、酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい、炭素数1〜100の炭化水素又は炭素数6〜100の芳香族炭化水素である化学構造を有するものである[2]に記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。 [3] Further, the repeating unit constituting the hydroxypolyurethane resin of the component (A) has a structure different from that of the repeating unit having a chemical structure containing a cationic group represented by the general formula (1). The units are mixed, and the repeating unit of the other structure is replaced with a chemical structure in which -Z- in the general formula (1) contains a cationic group represented by the general formula (11). The chemical structure according to [2], which is a hydrocarbon having 1 to 100 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon having 6 to 100 carbon atoms, which may contain oxygen atoms and nitrogen atoms in the structure. Hydrodisperse composition of hydroxypolyurethane resin.

[4]前記(A)成分のヒドロキシポリウレタン樹脂は、その重量平均分子量が10000〜100000の範囲であり、且つ、その構造中のカチオン性基の濃度が500g/mol〜2000g/molの範囲であり、且つ、その水酸基価が150mgKOH/g〜300mgKOH/gの範囲である[2]又は[3]に記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。 [4] The hydroxypolyurethane resin of the component (A) has a weight average molecular weight in the range of 1000 to 100,000 and a concentration of cationic groups in its structure in the range of 500 g / mol to 2000 g / mol. The aqueous dispersion composition of the hydroxypolyurethane resin according to [2] or [3], wherein the hydroxyl value is in the range of 150 mgKOH / g to 300 mgKOH / g.

[5]前記(A)成分のヒドロキシポリウレタン樹脂は、少なくともその一部に二酸化炭素を原料として用いて合成された五員環環状カーボネート構造を有する、少なくとも2つの五員環環状カーボネート構造を有する化合物と、少なくとも2つのアミノ基を有する化合物の重付加反応により得られたものであり、全質量のうちの1〜20質量%を、前記二酸化炭素由来の−O−CO−結合が占める[1]〜[4]のいずれかに記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。 [5] The hydroxypolyurethane resin of the component (A) is a compound having at least two 5-membered cyclic carbonate structures having a 5-membered cyclic carbonate structure synthesized by using carbon dioxide as a raw material in at least a part thereof. It was obtained by a double addition reaction of a compound having at least two amino groups, and 1 to 20% by mass of the total mass was occupied by the carbon dioxide-derived -O-CO- bond [1]. The aqueous dispersion composition of the hydroxypolyurethane resin according to any one of [4].

[6]前記(B)成分のシリカ微粒子が、球状又は鱗片状の微粒子であり、その粒子径が0.001μm〜5μmである[1]〜[5]のいずれかに記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。 [6] The hydroxypolyurethane resin according to any one of [1] to [5], wherein the silica fine particles of the component (B) are spherical or scaly fine particles having a particle diameter of 0.001 μm to 5 μm. Aqueous dispersion composition.

[7]前記(C)成分の金属キレート化合物が、チタン乳酸キレート又は塩化ジルコニル化合物である[1]〜[6]のいずれかに記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。 [7] The aqueous dispersion composition of a hydroxypolyurethane resin according to any one of [1] to [6], wherein the metal chelate compound of the component (C) is a titanium lactic acid chelate or a zirconyl chloride compound.

本発明は、別の実施の形態として、
[8]前記[1]〜[7]のいずれかのヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物を含有してなることを特徴とするガスバリア性コーティング剤を提供する。
The present invention, as another embodiment
[8] Provided is a gas barrier coating agent comprising the aqueous dispersion composition of the hydroxypolyurethane resin according to any one of the above [1] to [7].

本発明は、別の実施の形態として、
[9]基材と、該基材の少なくとも一方に、厚みが0.1〜100μmの被膜層が積層されてなり、該被膜層が、前記[1]〜[7]のいずれかのヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物を用いて形成されてなる、酸素透過率が、23℃、65%の恒温恒湿度下において、50mL/m2・day・atm以下のものであることを特徴とするガスバリア性フィルムを提供する。
The present invention, as another embodiment
[9] A coating layer having a thickness of 0.1 to 100 μm is laminated on the base material and at least one of the base materials, and the coating layer is the hydroxypolyurethane according to any one of the above [1] to [7]. The oxygen permeability, which is formed by using the aqueous dispersion composition of the resin, is 50 mL / m 2 · day · atm or less at 23 ° C. and 65% constant temperature and humidity. Provided is a gas barrier film.

本発明によれば、カチオン性基含有のヒドロキシポリウレタン樹脂と、酸性条件下で良好に分散するシリカ微粒子などの添加剤とを組み合わせて水分散体組成物にした場合において、安定性と、形成した被膜層が良好なガスバリア性を有するものになるガスバリア性コーティング用のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物が提供される。本発明によって提供されるヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物は、従来技術で提供されるヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物と比較し、安定性に優れ、長期間の保存が可能である。また、本発明の水分散体組成物から得られる塗膜(被膜層)のガスバリア性能は、従来のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物で得た塗膜と比較し、より優れたものになる。また、本発明を構成するヒドロキシポリウレタン樹脂は、二酸化炭素を原材料(形成材料)として使用して製造することが可能な樹脂であり、水系材料であることによる環境負荷の低減に加えて、更なる環境負荷の低減にも貢献することができるので、高度な環境対応製品の提供が可能になることでも有用である。 According to the present invention, when a hydroxypolyurethane resin containing a cationic group and an additive such as silica fine particles that disperse well under acidic conditions are combined to form an aqueous dispersion composition, stability is formed. Provided is an aqueous dispersion composition of a hydroxypolyurethane resin for a gas barrier coating, which makes the coating layer have a good gas barrier property. The aqueous dispersion composition of the hydroxypolyurethane resin provided by the present invention has excellent stability and can be stored for a long period of time as compared with the aqueous dispersion composition of the hydroxypolyurethane resin provided in the prior art. Further, the gas barrier performance of the coating film (coating film layer) obtained from the aqueous dispersion composition of the present invention is more excellent than that of the coating film obtained by the conventional aqueous dispersion composition of hydroxypolyurethane resin. .. Further, the hydroxypolyurethane resin constituting the present invention is a resin that can be produced by using carbon dioxide as a raw material (forming material), and in addition to reducing the environmental load due to being an aqueous material, further Since it can contribute to the reduction of environmental load, it is also useful to be able to provide highly environmentally friendly products.

次に、発明を実施するための好ましい形態を挙げて本発明を詳細に説明する。本発明はガスバリア性コーティング用の水分散体組成物に関し、(A)成分として、構造中に、カチオン性基と水酸基とを有するカチオン性基含有のヒドロキシポリウレタン樹脂(以下、「カチオン性ヒドロキシポリウレタン樹脂」と呼ぶ場合がある。)と、(B)成分として、シリカ微粒子と、(C)成分として、金属キレート化合物とを含有してなる。そして、前記(A)成分100質量部に対して、前記(B)成分が1〜120質量部の範囲で含有されており、且つ、前記(A)成分と前記(B)成分との合計の含有量が10〜50質量%で、さらに、前記(C)成分の含有量が、前記(A)成分と前記(B)成分と前記(C)成分との全固形分100質量%に対して、1〜10質量%であることを特徴とする。 Next, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments for carrying out the invention. The present invention relates to an aqueous dispersion composition for a gas barrier coating, and relates to a hydroxypolyurethane resin containing a cationic group having a cationic group and a hydroxyl group in the structure as a component (A) (hereinafter, “cationic hydroxypolyurethane resin”). ”), Silica fine particles as the component (B), and a metal chelate compound as the component (C). Then, the component (B) is contained in the range of 1 to 120 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), and the total of the component (A) and the component (B) is totaled. The content is 10 to 50% by mass, and the content of the component (C) is 100% by mass based on the total solid content of the component (A), the component (B), and the component (C). It is characterized by being 1 to 10% by mass.

<(A)成分>
本発明を構成する(A)成分のカチオン性ヒドロキシポリウレタン樹脂は、その構造中に、カチオン性基と水酸基とを有するものであればよいが、下記の構成を有するものであることがより好ましい。すなわち、カチオン性ヒドロキシポリウレタン樹脂の構造中に、下記一般式(1)で示される、水を加えて転相乳化させるための下記一般式(11)で表されるカチオン性基(以下、単に「カチオン性基」と呼ぶ場合がある。)を含む化学構造からなる繰り返し単位を有してなるものであることが好ましい。本発明者らの検討によれば、上記したような構造的な特徴を有するカチオン性ヒドロキシポリウレタン樹脂を用いることで、従来、酸性条件下で分散状態が不安定となる点がより確実に解決され、高性能の被膜を得るために各種フィラーや架橋剤を添加させた場合にも、水中に、ヒドロキシポリウレタン樹脂や上記の添加剤がより安定に分散されたヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物とすることができる。以下、本発明を構成する(A)成分として有用な、上記構造を有するカチオン性ヒドロキシポリウレタン樹脂について説明する。
<Ingredient (A)>
The cationic hydroxypolyurethane resin of the component (A) constituting the present invention may have a cationic group and a hydroxyl group in its structure, but is more preferably one having the following constitution. That is, in the structure of the cationic hydroxypolyurethane resin, a cationic group represented by the following general formula (1) for phase inversion emulsification by adding water (hereinafter, simply " It is preferable that it has a repeating unit having a chemical structure containing "cationic group"). According to the studies by the present inventors, by using the cationic hydroxypolyurethane resin having the above-mentioned structural characteristics, the problem that the dispersed state becomes unstable under acidic conditions is more reliably solved. Even when various fillers and cross-linking agents are added to obtain a high-performance film, the hydroxypolyurethane resin and the hydroxypolyurethane resin aqueous dispersion composition in which the above additives are more stably dispersed in water can be obtained. can do. Hereinafter, a cationic hydroxypolyurethane resin having the above structure, which is useful as the component (A) constituting the present invention, will be described.

Figure 0006808664
[上記一般式(1)中のXは、ないか、或いは、モノマー単位由来の脂肪族炭化水素又は脂環式炭化水素又は芳香族炭化水素からなる化学構造を示し、該構造中に、酸素原子、窒素原子、硫黄原子及びエステル結合を含んでいてもよく、エーテル結合を介してY1及び/又はY2と結合する構造であってもよい。−Y1−は、下記式(2)〜(5)のいずれか1つの化学構造を示し、また、−Y2−は、下記式(2)、(6)〜(10)のいずれか1つの化学構造を示し、式(4)、(5)、(7)〜(10)中のRは、水素原子かCH3を示す。−Z−は、下記一般式(11)で示されるカチオン性基を含む化学構造を示す。式中の*は、結合手であることを示す記号である。]
Figure 0006808664
[X in the above general formula (1) indicates a chemical structure composed of an aliphatic hydrocarbon or an alicyclic hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon which is absent or derived from a monomer unit, and an oxygen atom is contained in the structure. , A nitrogen atom, a sulfur atom and an ester bond may be contained, and the structure may be bonded to Y 1 and / or Y 2 via an ether bond. −Y 1 − represents the chemical structure of any one of the following formulas (2) to (5), and −Y 2 − is any one of the following formulas (2), (6) to (10). Two chemical structures are shown, and R in the formulas (4), (5), (7) to (10) indicates a hydrogen atom or CH 3 . -Z- indicates a chemical structure containing a cationic group represented by the following general formula (11). * In the formula is a symbol indicating that it is a bond. ]

Figure 0006808664
Figure 0006808664

Figure 0006808664
[上記一般式(11)中、R4は脂肪族炭化水素であり、該構造中には酸素原子を含んでもよい。R1、R2、R3は、それぞれ独立して、その構造中にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基である。nは、0〜3の整数である。]
Figure 0006808664
[In the above general formula (11), R 4 is an aliphatic hydrocarbon, and an oxygen atom may be contained in the structure. R 1 , R 2 , and R 3 are alkylene groups having 1 to 10 carbon atoms, which may independently contain an ether bond in their structure. n is an integer from 0 to 3. ]

上記した本発明を構成する(A)成分として有用なカチオン性ヒドロキシポリウレタン樹脂は、その構造中に、前記一般式(1)で示される繰り返し単位を有する。この場合、樹脂の全部が、この繰り返し単位で構成されていてもよいし、これに限定されず、ヒドロキシポリウレタン樹脂を構成する繰り返し単位に、上記した一般式(1)で示される繰り返し単位とは別の構造の繰り返し単位が混在している構成のものであってもよい。例えば、前記一般式(1)で示される繰り返し単位の−Z−部分が異なる化学構造のもの、具体的には、前記一般式(11)で示されるカチオン性基を含む化学構造に替えて、−Z−部分が、その構造中に、酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい、炭素数1〜100の炭化水素又は炭素数6〜100の芳香族炭化水素である化学構造のものが挙げられる。 The cationic hydroxypolyurethane resin useful as the component (A) constituting the present invention described above has a repeating unit represented by the general formula (1) in its structure. In this case, the entire resin may or may be composed of the repeating unit, and the repeating unit constituting the hydroxypolyurethane resin is the repeating unit represented by the above general formula (1). It may have a structure in which repeating units having different structures are mixed. For example, instead of a chemical structure having a different -Z- portion of the repeating unit represented by the general formula (1), specifically, a chemical structure containing a cationic group represented by the general formula (11). Examples thereof include those having a chemical structure in which the −Z− moiety is a hydrocarbon having 1 to 100 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon having 6 to 100 carbon atoms, which may contain oxygen atoms and nitrogen atoms in its structure. Be done.

本発明に有用な上記カチオン性ヒドロキシポリウレタン樹脂の構造中に有する上記一般式(1)で示される繰り返し単位の構造は、樹脂中のすべての繰り返し単位が同一の構造であってもよいが、前記一般式(1)で示される構造に該当するものが複数種類混在したものであってもよい。具体的には、例えば、ヒドロキシポリウレタン樹脂の構造中に有する繰り返し単位が、一般式(1)中のY1とY2がいずれも式(2)の化学構造のものであってもよいし、このようなものと、例えば、一般式(1)中のY1が式(3)で、Y2が式(6)の化学構造のものとが混在したヒドロキシポリウレタン樹脂であってもよい。 The structure of the repeating unit represented by the general formula (1) included in the structure of the cationic hydroxypolyurethane resin useful for the present invention may be such that all the repeating units in the resin have the same structure. A plurality of types corresponding to the structure represented by the general formula (1) may be mixed. Specifically, for example, the repeating unit contained in the structure of the hydroxypolyurethane resin may be such that both Y 1 and Y 2 in the general formula (1) have the chemical structure of the formula (2). For example, a hydroxypolyurethane resin in which Y 1 in the general formula (1) is the formula (3) and Y 2 is the chemical structure of the formula (6) may be mixed.

次に、本発明を構成する(A)成分として好適に用いられるカチオン性ヒドロキシポリウレタン樹脂を含んでなる水分散体の製造方法について説明する。一般的なポリマーエマルジョンの製造方法としては、界面活性剤を乳化剤として使用する強制乳化型と、ポリマー鎖中に親水性基を導入しポリマー鎖自らに乳化粒子を形成させる自己乳化型がある。本発明を構成する(A)成分として有用な水分散体は、上記した自己乳化型に属するものである。前記一般式(11)の構造に示されているように、樹脂の構造中に、乳化に必要な親水性基としてカチオン性基である4級アンモニウム構造を導入したことで、自己乳化を可能にすると共に、(B)成分として酸性条件下で良好に分散するシリカ微粒子とを組み合わせ、且つ、架橋剤として機能する金属キレートを(C)成分として含有させた構成の組成物の分散性を向上させたものである。このため、前記一般式(1)で示される繰り返し単位の−Z−部分が異なる、具体的には、該−Z−が炭化水素又は芳香族炭化水素である化学構造のものを混在させる程度は、樹脂全体で、そのカチオン性基濃度が500g/mol〜2000g/molの範囲内となるようにすることが好ましい。 Next, a method for producing an aqueous dispersion containing a cationic hydroxypolyurethane resin preferably used as the component (A) constituting the present invention will be described. As a general method for producing a polymer emulsion, there are a forced emulsification type in which a surfactant is used as an emulsifier and a self-emulsification type in which a hydrophilic group is introduced into the polymer chain to form emulsified particles in the polymer chain itself. The aqueous dispersion useful as the component (A) constituting the present invention belongs to the above-mentioned self-emulsifying type. As shown in the structure of the general formula (11), self-emulsification is possible by introducing a quaternary ammonium structure which is a cationic group as a hydrophilic group necessary for emulsification into the structure of the resin. In addition, the dispersibility of the composition having a structure in which the component (B) is combined with silica fine particles that disperse well under acidic conditions and the metal chelate functioning as a cross-linking agent is contained as the component (C) is improved. It is a thing. Therefore, the -Z- portion of the repeating unit represented by the general formula (1) is different, specifically, the degree to which those having a chemical structure in which -Z- is a hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon is mixed is mixed. It is preferable that the concentration of the cationic group of the entire resin is in the range of 500 g / mol to 2000 g / mol.

前記一般式(1)で示される構造のヒドロキシポリウレタン樹脂は、以下の工程により製造できる。1分子中に少なくとも2つの五員環環状カーボネート(以下、単に環状カーボネート或いは環状カーボネート化合物と略す場合がある)を有する化合物と、1分子中に少なくとも2つのアミノ基を有する化合物の重付加反応より得られる。 The hydroxypolyurethane resin having the structure represented by the general formula (1) can be produced by the following steps. From the double addition reaction of a compound having at least two 5-membered cyclic carbonates (hereinafter, may be simply abbreviated as cyclic carbonate or cyclic carbonate compound) in one molecule and a compound having at least two amino groups in one molecule. can get.

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

Figure 0006808664
In the reaction between the cyclic carbonate forming the polymer chain of the hydroxypolyurethane resin and the amine, there are two types of cleavage of the cyclic carbonate, and it is known that the two types of structures shown in the following model reactions occur.
Figure 0006808664

上記ヒドロキシポリウレタン樹脂の製造に使用する上記環状カーボネートとしては、エポキシ化合物と二酸化炭素との反応によって得られたものであることが好ましい。具体的には、例えば、原材料であるエポキシ化合物を、触媒の存在下で、0℃〜160℃の温度にて、大気圧〜1MPa程度に加圧した二酸化炭素雰囲気下で4〜24時間反応させることで、二酸化炭素を、エステル部位に固定化した環状カーボネート化合物を得ることができる。 The cyclic carbonate used in the production of the hydroxypolyurethane resin is preferably one obtained by reacting an epoxy compound with carbon dioxide. Specifically, for example, the epoxy compound as a raw material is reacted in the presence of a catalyst at a temperature of 0 ° C. to 160 ° C. in a carbon dioxide atmosphere pressurized to about atmospheric pressure to 1 MPa for 4 to 24 hours. As a result, a cyclic carbonate compound in which carbon dioxide is immobilized on the ester moiety can be obtained.

Figure 0006808664
Figure 0006808664

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

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

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

本発明の水分散体組成物を構成する(A)成分として好適なヒドロキシポリウレタン樹脂を製造する場合に使用可能な環状カーボネート化合物の構造には特に制限がなく、1分子中に2つ以上の環状カーボネート構造を有するものであれば使用可能である。例えば、ベンゼン骨格、芳香族多環骨格、縮合多環芳香族骨格を持つものや、脂肪族系や脂環式系のいずれも環状カーボネートも使用可能である。以下に使用可能な化合物について、構造式を挙げて例示する。なお、以下に列挙した構造式中にあるRは、水素原子又はCH3のいずれかである。 The structure of the cyclic carbonate compound that can be used when producing a hydroxypolyurethane resin suitable as the component (A) constituting the aqueous dispersion composition of the present invention is not particularly limited, and two or more cyclics in one molecule. Anything having a carbonate structure can be used. For example, cyclic carbonates can be used for those having a benzene skeleton, an aromatic polycyclic skeleton, a condensed polycyclic aromatic skeleton, and any of an aliphatic system and an alicyclic system. The compounds that can be used are illustrated below with structural formulas. In addition, R in the structural formulas listed below is either a hydrogen atom or CH 3 .

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

Figure 0006808664
Figure 0006808664
The following compounds are exemplified as those having a benzene skeleton, an aromatic polycyclic skeleton, and a condensed polycyclic aromatic skeleton.
Figure 0006808664
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脂肪族系や脂環式系の環状カーボネートとしては、以下の化合物が例示される。

Figure 0006808664
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Examples of the aliphatic or alicyclic cyclic carbonate include the following compounds.
Figure 0006808664
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本発明を構成する(A)成分として好適なヒドロキシポリウレタン樹脂の合成には、上記に列挙したような、少なくともその一部に二酸化炭素を原料として用いて合成されてなる五員環環状カーボネート構造を有する、少なくとも2つの五員環環状カーボネート構造を有する化合物と、少なくとも2つのアミノ基を有するアミノ化合物との重付加反応によって製造された前駆体を中間体として使用することが好ましい。この際に使用される好ましいアミノ化合物としては、下記一般式(12)で示される、その分子内に、少なくとも2つの1級アミノ基と、少なくとも1つの2級アミノ基のどちらも有する化合物が挙げられる。下記一般式(12)で示されるアミノ化合物は、従来公知の多官能アミンを併用することができる。 In the synthesis of the hydroxypolyurethane resin suitable as the component (A) constituting the present invention, a five-membered cyclic carbonate structure as listed above, which is synthesized by using carbon dioxide as a raw material at least a part thereof, is used. It is preferable to use as an intermediate a precursor produced by a polyaddition reaction between a compound having at least two 5-membered cyclic carbonate structures and an amino compound having at least two amino groups. Preferred amino compounds used in this case include compounds represented by the following general formula (12), which have both at least two primary amino groups and at least one secondary amino group in the molecule. Be done. The amino compound represented by the following general formula (12) can be used in combination with a conventionally known polyfunctional amine.

Figure 0006808664
[一般式(12)中のR1、R2、R3は、それぞれ独立して、その化学構造中にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基である。nは0〜3の整数である。]
Figure 0006808664
[R 1 , R 2 , and R 3 in the general formula (12) are alkylene groups having 1 to 10 carbon atoms which may independently contain an ether bond in their chemical structure. n is an integer from 0 to 3. ]

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

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

前記した一般式(12)で示されるアミノ化合物の構造中の2級アミノ基は、環状カーボネートとの反応が起こらず、主鎖中に2級アミノ基を主鎖に含んだヒドロキシポリウレタン樹脂の合成ができることは、既に「J.Polym.Sci.,Part A:Polym.Chem.2005,43,5899−5905」に報告されている。本発明においても、反応形態は、上記文献に記載されている通りであるので、2級アミノ基を含むヒドロキシポリウレタン樹脂を次反応の中間体として利用することとなる。ここで、環状カーボネート化合物と一般式(12)で示される化合物を含むアミン化合物との反応条件は、例えば、両者を混合し、40〜200℃の温度で4〜24時間反応させればよく、このようにすることで、中間体としての2級アミノ基を含むヒドロキシポリウレタン樹脂を得ることができる。 Synthesis of a hydroxypolyurethane resin in which the secondary amino group in the structure of the amino compound represented by the general formula (12) described above does not react with the cyclic carbonate and the secondary amino group is contained in the main chain. It has already been reported in "J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2005, 43, 5899-5905". Also in the present invention, since the reaction form is as described in the above document, a hydroxypolyurethane resin containing a secondary amino group will be used as an intermediate for the next reaction. Here, the reaction conditions of the cyclic carbonate compound and the amine compound containing the compound represented by the general formula (12) may be, for example, mixing the two and reacting them at a temperature of 40 to 200 ° C. for 4 to 24 hours. By doing so, a hydroxypolyurethane resin containing a secondary amino group as an intermediate can be obtained.

上記反応は、無溶剤で行うことも可能であるが、本発明においては次工程の反応及び乳化工程を考慮して、親水性溶剤中で行うことが好ましい。この際に使用し得る親水性溶剤の好ましいものを例示すると、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル及びジエチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。上記に列挙した溶剤の中でも、特に好ましい溶剤としては、転相乳化後の蒸発留去が容易な沸点を有するものであるテトラヒドロフラン(THF)が挙げられる。 The above reaction can be carried out without a solvent, but in the present invention, it is preferable to carry out the reaction in a hydrophilic solvent in consideration of the reaction of the next step and the emulsification step. Examples of preferable hydrophilic solvents that can be used in this case include, for example, tetrahydrofuran, dioxane, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, propylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, and the like. Examples thereof include ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol methyl ether, diethylene glycol monomethyl ether and diethylene glycol dimethyl ether. Among the solvents listed above, a particularly preferable solvent is tetrahydrofuran (THF), which has a boiling point that allows easy evaporation and distillation after phase inversion emulsification.

本発明を構成する(A)成分として好適なヒドロキシポリウレタン樹脂の製造は、上記したように、特に触媒を使用せずに製造を行うことができる。また、反応を促進させる目的で、下記に挙げるような触媒の存在下で行うことも可能である。例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジアザビシクロウンデセン(DBU)、トリエチレンジアミン(DABCO)、ピリジン及びヒドロキシピリジンなどの塩基性触媒、テトラブチル錫及びジブチル錫ジラウリレートなどのルイス酸触媒などが使用できる。これらの触媒の好ましい使用量としては、反応に使用するカーボネート化合物とアミン化合物の総量(100質量部)に対して、0.01〜10質量部の範囲内で使用する。 As described above, the hydroxypolyurethane resin suitable as the component (A) constituting the present invention can be produced without using a catalyst. It is also possible to carry out the reaction in the presence of the catalysts listed below for the purpose of promoting the reaction. For example, basic catalysts such as triethylamine, tributylamine, diazabicycloundecene (DBU), triethylenediamine (DABCO), pyridine and hydroxypyridine, Lewis acid catalysts such as tetrabutyltin and dibutyltin dilaurylate can be used. The preferable amount of these catalysts to be used is in the range of 0.01 to 10 parts by mass with respect to the total amount (100 parts by mass) of the carbonate compound and the amine compound used in the reaction.

次に、本発明を構成する(A)成分として好適な上記したヒドロキシポリウレタン樹脂へのカチオン性基導入反応について説明する。例えば、前記した方法で得られた、中間体としての2級アミノ基を主鎖に含むヒドロキシポリウレタン樹脂の構造中の2級アミノ基と、カチオン性基とエポキシ基の両方を有する化合物(以下、「カチオン化剤」と略す)と、の反応によってヒドロキシポリウレタン樹脂にカチオン性基を導入することができる。 Next, the reaction of introducing a cationic group into the above-mentioned hydroxypolyurethane resin, which is suitable as the component (A) constituting the present invention, will be described. For example, a compound having both a cationic group and an epoxy group and a secondary amino group in the structure of a hydroxypolyurethane resin having a secondary amino group as an intermediate in the main chain obtained by the above method (hereinafter, A cationic group can be introduced into the hydroxypolyurethane resin by the reaction with (abbreviated as "cationizing agent").

より具体的には、中間体のヒドロキシポリウレタン樹脂の有する2級アミノ基と、カチオン化剤の有するエポキシ基とを反応させることで、ヒドロキシポリウレタン樹脂にカチオン性基を導入することができる。この2級アミノ基とエポキシ基との反応は、室温でも進行させることが可能であるが、製造時間を短縮するためには、2級アミノ基を主鎖に含むヒドロキシポリウレタン樹脂の重合反応に続けて、同様の反応温度下で反応を行うことが好ましい。例えば、テトラヒドロフランを使用した場合であれば、ヒドロキシポリウレタン樹脂の合成温度である40℃〜60℃程度の温度で、重合反応に続けて行うことが好ましい。 More specifically, the cationic group can be introduced into the hydroxypolyurethane resin by reacting the secondary amino group of the intermediate hydroxypolyurethane resin with the epoxy group of the cationizing agent. The reaction between the secondary amino group and the epoxy group can be allowed to proceed even at room temperature, but in order to shorten the production time, the polymerization reaction of the hydroxypolyurethane resin containing the secondary amino group in the main chain is continued. Therefore, it is preferable to carry out the reaction at the same reaction temperature. For example, when tetrahydrofuran is used, it is preferable to carry out the polymerization reaction at a temperature of about 40 ° C. to 60 ° C., which is the synthesis temperature of the hydroxypolyurethane resin.

上記の反応に使用可能なカチオン化剤は、カチオン性基とエポキシ基の両方を有する化合物であれば特に限定されるものでなく、例えば、ジアルキルアミンとエピクロロヒドリンとの縮合物をメチルクロライドにて4級化することで得ることができる。 The cationizing agent that can be used in the above reaction is not particularly limited as long as it is a compound having both a cationic group and an epoxy group. For example, a condensate of dialkylamine and epichlorohydrin is methyl chloride. It can be obtained by grade 4 in.

一般的に使用されるカチオン化剤として市販されているものもあり、それらを使用することが簡易である。例えば、下記構造式で示されるグリシジルトリメチルアンモニウムクロリドが挙げられる。 Some of them are commercially available as commonly used cationizing agents, and it is easy to use them. For example, glycidyltrimethylammonium chloride represented by the following structural formula can be mentioned.

Figure 0006808664
Figure 0006808664

本発明者らの検討によれば、上記したヒドロキシポリウレタン樹脂の重合反応で使用する、環状カーボネート化合物の種類やアミン化合物の種類及び2級アミンを含むアミンの使用比率、カチオン化剤の種類を適宜に変化させることによって、得られるヒドロキシポリウレタン樹脂中のカチオン性基の量を制御することができる。 According to the studies by the present inventors, the type of cyclic carbonate compound, the type of amine compound, the ratio of amine containing secondary amine used, and the type of cationizing agent used in the above-mentioned polymerization reaction of the hydroxypolyurethane resin are appropriately selected. The amount of cationic groups in the obtained hydroxypolyurethane resin can be controlled by changing to.

また、本発明者らの検討によれば、カチオン性基量と乳化粒子径は、カチオン性基量が多くなるほど乳化粒子径は小さくなる傾向があった。逆に、カチオン性基量が少なくなると乳化粒子径が大きくなり、ある程度の大きさからは、乳化状態が不安定となることがわかった。このような理由から、本発明で使用する水中に分散した状態のヒドロキシポリウレタン樹脂の乳化粒子の粒子径は、d50が0.001μm〜0.1μm(1nm〜100nm)の範囲内であることが好ましい。その用途にもよるが、より好ましくは0.005μm〜0.05μmの範囲内になるように調整されたものであるとよい。本発明で規定した、ヒドロキシポリウレタン樹脂の粒子径は、測定した粒度分布から計算により得られたメジアン径(=d50値)である。後述するように、実施例では、水分散体中におけるポリマー分散粒子の粒度分布を、動的光散乱式ナノトラック粒度分析計であるMicrotrac UPA EX−150(商品名、日機装社製)で測定した粒度分布から得たd50の値で示した。 Further, according to the study by the present inventors, the amount of the cationic group and the size of the emulsified particle tend to decrease as the amount of the cationic group increases. On the contrary, it was found that the emulsified particle size becomes large as the amount of cationic groups decreases, and the emulsified state becomes unstable from a certain size. For this reason, the particle size of the emulsified particles of the hydroxypolyurethane resin used in the present invention in a dispersed state is preferably in the range of 0.001 μm to 0.1 μm (1 nm to 100 nm) for d50. .. Although it depends on the application, it is more preferably adjusted so as to be in the range of 0.005 μm to 0.05 μm. The particle size of the hydroxypolyurethane resin specified in the present invention is a median diameter (= d50 value) obtained by calculation from the measured particle size distribution. As will be described later, in the examples, the particle size distribution of the polymer-dispersed particles in the aqueous dispersion was measured with a Microtrac UPA EX-150 (trade name, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), which is a dynamic light scattering nanotrack particle size analyzer. It is shown by the value of d50 obtained from the particle size distribution.

また、乳化粒子の安定度は、樹脂の分子量にも影響を受けるため、樹脂粒子の重量平均分子量が10000〜100000の範囲内の樹脂であることが好ましく、より好ましくは、20000〜70000である。 Further, since the stability of the emulsified particles is also affected by the molecular weight of the resin, it is preferable that the weight average molecular weight of the resin particles is in the range of 1000 to 100,000, and more preferably 2000 to 70000.

また、本発明を構成する(A)成分として好適なヒドロキシポリウレタン樹脂の構造中に導入させるカチオン性基の導入量は、少なすぎると十分な転相乳化ができず、多すぎると形成した被膜の耐水性に悪影響を及ぼすため、カチオン性基濃度が500g/mol〜2000g/molの範囲内のものであることが好ましい。さらには、650〜1300g/molの範囲内となるようにすることが、より好ましい。なお、「カチオン性基濃度」とは、反応に使用したカチオン化剤の量からカチオン性基1基辺りの分子量を算出したものである。 Further, if the amount of the cationic group introduced into the structure of the hydroxypolyurethane resin suitable as the component (A) constituting the present invention is too small, sufficient phase inversion emulsification cannot be performed, and if it is too large, the formed film is formed. Since the water resistance is adversely affected, the cationic group concentration is preferably in the range of 500 g / mol to 2000 g / mol. Further, it is more preferable that the content is in the range of 650 to 1300 g / mol. The "cationic group concentration" is a calculation of the molecular weight of one cationic group from the amount of the cationizing agent used in the reaction.

また、本発明を構成する(A)成分として好適なヒドロキシポリウレタン樹脂の構造中における水酸基量は、被膜の優れたガスバリア性の実現と、良好なフィルムとしての機能の実現の両立を考慮すると、水酸基価が150mgKOH/g〜300mgKOH/gの範囲であることが好ましい。 Further, the amount of hydroxyl groups in the structure of the hydroxypolyurethane resin suitable as the component (A) constituting the present invention is a hydroxyl group in consideration of both the realization of excellent gas barrier properties of the film and the realization of a good function as a film. The valence is preferably in the range of 150 mgKOH / g to 300 mgKOH / g.

先に説明したような、水中でイオン性基となるカチオン性基を含有するヒドロキシポリウレタン樹脂は、その溶剤溶液に水を徐々に添加することで転相乳化させることができ、容易に、本発明を構成する(A)成分として好適なヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体である、O/W型のエマルジョンを得ることができる。転相させる際に添加する水の使用量は、ヒドロキシポリウレタンの樹脂の化学構造、樹脂の合成の際に使用した溶剤の種類、樹脂濃度、粘度、といったファクターに依存するが、概ね、転相前の樹脂100部に対して、50部〜200部程度である。転相を行う際に使用する装置は、合成反応に使用する装置と同様の装置でよいが、連続式の乳化機や分散機を使用することもできる。通常、転相工程は、特に加熱する必要はなく、転相前の樹脂溶液に対する水の溶解性を低くするために、例えば、10℃〜30℃程度の低い温度で行うことが効率的で好ましい。 As described above, the hydroxypolyurethane resin containing a cationic group which becomes an ionic group in water can be emulsified by phase inversion by gradually adding water to the solvent solution, and the present invention can be easily carried out. An O / W type emulsion, which is an aqueous dispersion of a hydroxypolyurethane resin suitable as the component (A) constituting the above, can be obtained. The amount of water added during phase inversion depends on factors such as the chemical structure of the hydroxypolyurethane resin, the type of solvent used in resin synthesis, resin concentration, and viscosity, but is generally before phase inversion. It is about 50 to 200 parts with respect to 100 parts of the resin. The apparatus used for phase inversion may be the same as the apparatus used for the synthesis reaction, but a continuous emulsifier or disperser may also be used. Usually, the phase inversion step does not need to be particularly heated, and it is efficient and preferable to carry out the phase inversion step at a low temperature of, for example, about 10 ° C. to 30 ° C. in order to reduce the solubility of water in the resin solution before the phase inversion. ..

さらに、転相乳化して作製したO/W型エマルジョンを減圧条件下で加熱することで、ヒドロキシポリウレタン樹脂の製造に使用した溶剤を揮発させれば、本発明を構成する(A)成分として好適なヒドロキシポリウレタン樹脂のみが水中に分散してなる態様の水分散体を得ることができる。上記で溶剤を揮発させる際の加熱条件及び減圧条件は、揮発させる溶剤の沸点によって異なるが、水が先に蒸発しないことが好ましい条件であり、概ね、300Torr〜50Torr、20℃〜70℃の範囲で調整する。なお、本発明の水分散体組成物は、水中に、(A)成分であるヒドロキシポリウレタン樹脂と、後述する(B)成分のシリカ微粒子と、(C)成分のキレート化合物とを分散させてなるものであるが、最終的な組成物の溶媒が必ずしも水単独である必要はなく、転相前の溶剤が残存していても使用可能であり、用途に合わせて調節すればよい。 Further, if the solvent used for producing the hydroxypolyurethane resin is volatilized by heating the O / W type emulsion produced by phase inversion emulsification under reduced pressure conditions, it is suitable as the component (A) constituting the present invention. It is possible to obtain an aqueous dispersion in which only the hydroxypolyurethane resin is dispersed in water. The heating conditions and depressurizing conditions for volatilizing the solvent described above differ depending on the boiling point of the solvent to be volatilized, but it is preferable that water does not evaporate first, and is generally in the range of 300 Torr to 50 Torr and 20 ° C to 70 ° C. Adjust with. The aqueous dispersion composition of the present invention comprises a hydroxypolyurethane resin as a component (A), silica fine particles as a component (B) described later, and a chelate compound as a component (C) dispersed in water. However, the solvent of the final composition does not necessarily have to be water alone, and it can be used even if the solvent before the phase inversion remains, and it may be adjusted according to the intended use.

本発明を構成する(A)成分として好適なヒドロキシポリウレタン樹脂は、例えば、上記したような方法で得られる、水中に、上記した特有の構造を有するヒドロキシポリウレタン樹脂が0.001μm〜0.1μmの粒子径にて分散した水分散体を用いることが好ましい。(A)成分として上記水分散体を用いることにより、後述する(B)成分としてのシリカ微粒子の分散液と、(C)成分としてのキレート化合物の溶液を混合するだけで、容易に、本発明のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物を得ることができる。(A)成分として樹脂の水分散体を用いる場合、水中に分散されたヒドロキシポリウレタン樹脂の含有量は、用途によっても異なり特に限定されないが、水分散体中の固形分で、例えば、10〜50質量%程度であることが好ましい。 The hydroxypolyurethane resin suitable as the component (A) constituting the present invention is, for example, a hydroxypolyurethane resin having the above-mentioned peculiar structure in water obtained by the above-mentioned method having 0.001 μm to 0.1 μm. It is preferable to use an aqueous dispersion dispersed by the particle size. By using the aqueous dispersion as the component (A), the present invention can be easily made by simply mixing a dispersion of silica fine particles as the component (B) described later and a solution of a chelate compound as the component (C). An aqueous dispersion composition of a hydroxypolyurethane resin can be obtained. When an aqueous dispersion of resin is used as the component (A), the content of the hydroxypolyurethane resin dispersed in water is not particularly limited depending on the application, but is the solid content in the aqueous dispersion, for example, 10 to 50. It is preferably about mass%.

本発明のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物は、上記した(A)成分の樹脂を必須としてなり、さらに、少なくとも、(B)成分として、シリカ微粒子、(C)成分として、金属キレート化合物の3成分を必須成分として含有してなる。以下、これらの成分について説明する。 The aqueous dispersion composition of the hydroxypolyurethane resin of the present invention requires the resin of the component (A) described above, and further, at least the silica fine particles as the component (B) and the metal chelate compound as the component (C). It contains 3 components as essential components. Hereinafter, these components will be described.

<(B)成分>
本発明を構成する(B)成分であるシリカ微粒子は特に限定されたものではないが、その平均粒子径が0.001μm〜5μm、好ましくは0.001μm〜1μm程度の微粒子であることが好ましい。また、表面処理がされたものであってもよい。
<Ingredient (B)>
The silica fine particles as the component (B) constituting the present invention are not particularly limited, but the average particle size thereof is preferably 0.001 μm to 5 μm, preferably 0.001 μm to 1 μm. Further, it may be surface-treated.

シリカは、ガラスと同じ化学構造を有する無機材料であり、有機材料のようにガスを透過しない性質を有するため、シリカ微粒子の添加量を増やすことでガスバリア性を向上させることが可能となる。しかし、本発明者らの検討によれば、添加量が多すぎた場合は、形成した塗膜の強度が低下したり、塗膜の基材への密着性が低下することがある。このため、(B)成分の添加量は、(A)成分100質量部(固形分)に対して、(B)成分を1〜120質量部の範囲内で含有させることを要する。好ましい範囲は、10〜100質量部である。シリカ微粒子の形状は、特に限定されず、球状又は鱗片状のものをいずれも使用することができる。本発明者らの検討によれば、球状のシリカ微粒子よりも、アスペクト比の高い鱗片状のシリカ微粒子を用いた方が、少ない添加量で、より高いガスバリア性を付与させることができるので、好ましい。 Silica is an inorganic material having the same chemical structure as glass and has a property of not allowing gas to permeate like an organic material. Therefore, it is possible to improve the gas barrier property by increasing the amount of silica fine particles added. However, according to the studies by the present inventors, if the amount added is too large, the strength of the formed coating film may decrease or the adhesion of the coating film to the substrate may decrease. Therefore, the amount of the component (B) added needs to be in the range of 1 to 120 parts by mass with respect to 100 parts by mass (solid content) of the component (A). The preferred range is 10 to 100 parts by mass. The shape of the silica fine particles is not particularly limited, and any spherical or scaly one can be used. According to the studies by the present inventors, it is preferable to use scaly silica fine particles having a high aspect ratio rather than spherical silica fine particles because a higher gas barrier property can be imparted with a small amount of addition. ..

<(C)成分>
本発明を構成する(C)成分である金属キレート化合物は、形成した被覆層の耐水性を向上させる成分として機能する。本発明の水分散体組成物を構成する必須成分である前記(A)成分のカチオン性基含有のヒドロキシポリウレタン樹脂は、カチオン性基の親水性のため、耐水性に劣るという欠点がある。併用する(C)成分の金属キレート化合物は、この点を補い、形成される被膜の耐水性を向上させる成分として機能する。ここで、ヒドロキシポリウレタン樹脂の構造中の水酸基の架橋には、イソシアネート系の架橋剤を使用することも可能であり、この場合も形成した被膜の耐水性を向上させることができる。しかし、本発明者らの検討によれば、金属キレート化合物を用いることで、被膜の耐水性を向上させる機能に加え、驚くべきことに、よりガスバリア性に優れた被膜の形成が可能になり、この点でも有用であることを見出した。本発明者らは、上記効果が得られた理由について、(C)成分の金属キレート化合物と、(A)成分中の水酸基の硬化(架橋)反応は、架橋点間の距離が短く、且つ、高密度の架橋が行なえるため、架橋することで、ヒドロキシポリウレタン樹脂の構造中の水酸基量が減少するにも関わらず、一定の湿度下においてガスバリア性を向上させることが実現できたものと考えている。
<Component (C)>
The metal chelate compound which is the component (C) constituting the present invention functions as a component for improving the water resistance of the formed coating layer. The hydroxypolyurethane resin containing a cationic group of the component (A), which is an essential component constituting the aqueous dispersion composition of the present invention, has a drawback of being inferior in water resistance due to the hydrophilicity of the cationic group. The metal chelate compound of the component (C) used in combination functions as a component that compensates for this point and improves the water resistance of the formed film. Here, an isocyanate-based cross-linking agent can also be used for cross-linking the hydroxyl groups in the structure of the hydroxypolyurethane resin, and in this case as well, the water resistance of the formed film can be improved. However, according to the studies by the present inventors, by using the metal chelate compound, in addition to the function of improving the water resistance of the coating film, surprisingly, it becomes possible to form a coating film having a better gas barrier property. We found it useful in this respect as well. The present inventors have explained that the reason why the above effect was obtained is that the curing (crosslinking) reaction between the metal chelate compound of the component (C) and the hydroxyl group in the component (A) has a short distance between the crosslink points and Since high-density cross-linking can be performed, it is considered that the cross-linking has made it possible to improve the gas barrier property under a certain humidity even though the amount of hydroxyl groups in the structure of the hydroxypolyurethane resin is reduced. There is.

本発明を構成する(C)成分の金属キレート化合物は、使用形態上は水溶性であることが好ましく、且つ、併用する(A)成分のヒドロキシポリウレタン樹脂の構造中にあるカチオン性基のカウンターイオンと反応が起こらない化合物でキレート化されたもの、がより好ましい。本発明の水分散体組成物の主成分であるヒドロキシポリウレタン樹脂がカチオン性基を有することから、配位子としてはアニオン性物質を持つものが塗料の安定性上は好ましい。特に好ましい具体的な化合物として、チタン乳酸キレート(チタンの乳酸キレート)や塩化ジルコニル化合物(塩化ジルコニウムのアミノカルボン酸キレート)が挙げられる。本発明の水分散体組成物中における上記(C)成分の含有量は、前記(A)成分と前記(B)成分と前記(C)成分との全固形分100質量%に対して、1〜10質量%であることを要す。より好ましくは、3〜8質量%である。(C)成分の金属キレート化合物は、併用する水酸基を架橋するものであるが、添加量が1質量%未満と、少ないと被膜の耐水性が劣るものになる。一方、添加量が多すぎると、(A)成分中の水酸基の量が少なくなりすぎ、ガスバリア性が低下する。 The metal chelate compound of the component (C) constituting the present invention is preferably water-soluble in terms of use, and is a counter ion of a cationic group in the structure of the hydroxypolyurethane resin of the component (A) to be used in combination. A compound chelated with a compound that does not react with is more preferable. Since the hydroxypolyurethane resin, which is the main component of the aqueous dispersion composition of the present invention, has a cationic group, a ligand having an anionic substance is preferable in terms of coating stability. Particularly preferable specific compounds include titanium lactic acid chelate (titanium lactic acid chelate) and zirconium chloride compound (aminocarboxylic acid chelate of zirconium chloride). The content of the component (C) in the aqueous dispersion composition of the present invention is 1 with respect to 100% by mass of the total solid content of the component (A), the component (B) and the component (C). It is required to be 10% by mass. More preferably, it is 3 to 8% by mass. The metal chelate compound of the component (C) crosslinks the hydroxyl groups used in combination, but if the amount added is less than 1% by mass, the water resistance of the coating film becomes inferior. On the other hand, if the amount added is too large, the amount of hydroxyl groups in the component (A) becomes too small, and the gas barrier property is lowered.

また、本発明を構成する(C)成分として、上記に例示したような金属キレート化合物を添加させてなる本発明の水分散体組成物は、その架橋反応を抑制し、保存安定性をより向上させるため、組成物を弱酸性にすることが好ましい。これに対し、本発明で必須とする(A)成分のカチオン性基含有のヒドロキシポリウレタン樹脂は、従来のアニオン型の樹脂と異なり、酸性条件下でも安定であるため、塩酸、リン酸、乳酸などの酸を加えて、pHを酸性に調整することができる。 In addition, the aqueous dispersion composition of the present invention, which is obtained by adding a metal chelate compound as exemplified above as the component (C) constituting the present invention, suppresses the cross-linking reaction and further improves the storage stability. It is preferable to make the composition weakly acidic. On the other hand, unlike the conventional anion-type resin, the hydroxypolyurethane resin containing the cationic group of the component (A), which is essential in the present invention, is stable even under acidic conditions, so that hydrochloric acid, phosphoric acid, lactic acid, etc. The pH can be adjusted to acidic by adding the acid of.

<その他の添加剤>
本発明の水分散体組成物は、加工時(使用時)の必要特性に合わせて、各種レオロジー調整剤を添加した構成とすることもできる。また、本発明の水分散体組成物は、必要に応じて、各種添加剤を加えてもよく、例えば、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤などを適宜に添加することもできる。
<Other additives>
The aqueous dispersion composition of the present invention may be configured by adding various rheology adjusting agents according to the required properties at the time of processing (during use). Further, various additives may be added to the aqueous dispersion composition of the present invention, if necessary, and for example, an antioxidant, a light stabilizer, an ultraviolet absorber and the like can be appropriately added.

<ガスバリア性フィルム>
以上の特性を有する本発明のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物を含むことで、ガスバリア性により優れた塗膜(被膜層)の形成が可能な、本発明のガスバリア性コーティング剤を提供することができる。
<Gas barrier film>
Provided is the gas barrier coating agent of the present invention capable of forming a coating film (coating layer) having more excellent gas barrier properties by containing the aqueous dispersion composition of the hydroxypolyurethane resin of the present invention having the above characteristics. Can be done.

本発明のガスバリア性フィルムは、基材と、該基材の少なくとも一方に、厚みが0.1〜100μmの被膜層が積層されてなり、該被膜層が、本発明のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物を用いて形成されてなり、その酸素透過率が、23℃、65%の恒温恒湿度下において、50mL/m2・day・atm以下のものであることを特徴とする。本発明のガスバリア性フィルムは、上記した本発明のガスバリア性コーティング剤を用い、下記のような方法で容易に得られる。 The gas barrier film of the present invention is formed by laminating a coating layer having a thickness of 0.1 to 100 μm on a base material and at least one of the base materials, and the coating layer is water-dispersed of the hydroxypolyurethane resin of the present invention. It is formed by using a body composition, and its oxygen permeability is 50 mL / m 2 · day · atm or less at 23 ° C. and 65% constant temperature and humidity. The gas barrier film of the present invention can be easily obtained by the following method using the gas barrier coating agent of the present invention described above.

本発明の水分散体組成物を含有してなる塗膜(被膜層)を得る方法としては、本発明のガスバリア性コーティング剤を基材となるフィルムに、例えば、グラビアコーター、ナイフコーター、リバースコーター、バーコーター、スプレーコーター、スリットコーターなどによって塗布し、水及び残存している溶剤を揮発させることが挙げられる。このようにすることで、基材と、該基材の少なくとも一方に、本発明の水分散体組成物によって形成したヒドロキシポリウレタン被膜層とを有してなる本発明のガスバリア性フィルムを得ることができる。 As a method for obtaining a coating film (coating film layer) containing the aqueous dispersion composition of the present invention, the gas barrier coating agent of the present invention is applied to a film as a base material, for example, a gravure coater, a knife coater, or a reverse coater. , A bar coater, a spray coater, a slit coater, or the like to volatilize water and the remaining solvent. By doing so, it is possible to obtain the gas barrier film of the present invention comprising a base material and a hydroxypolyurethane coating layer formed by the aqueous dispersion composition of the present invention on at least one of the base materials. it can.

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

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

[製造例1:環状カーボネート含有化合物(I−A)の合成]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、エポキシ当量192のビスフェノールAジグリシジルエーテル(商品名:jER828、ジャパンエポキシレジン社製)100部と、触媒としてヨウ化ナトリウム(和光純薬社製)20部と、反応溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン100部とを仕込んだ。次いで、撹拌しながら二酸化炭素を連続して吹き込み、100℃にて10時間反応を行った。そして、反応終了後の溶液に、イソプロパノール1400部を加え、反応物を白色の沈殿として析出させ、濾別した。得られた沈殿物をトルエンにて再結晶を行い、白色の粉末52部を得た(収率42%)。
[Production Example 1: Synthesis of Cyclic Carbonate-Containing Compound (IA)]
In a reaction vessel equipped with a stirrer and a recirculator with an open air port, 100 parts of bisphenol A diglycidyl ether (trade name: jER828, manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) having an epoxy equivalent of 192 and sodium iodide (Japanese) as a catalyst 20 parts (manufactured by Kojun Yakuhin Co., Ltd.) and 100 parts of N-methyl-2-pyrrolidone as a reaction solvent were charged. Then, carbon dioxide was continuously blown with stirring, and the reaction was carried out at 100 ° C. for 10 hours. Then, 1400 parts of isopropanol was added to the solution after completion of the reaction, and the reaction product was precipitated as a white precipitate and separated by filtration. The obtained precipitate was recrystallized from toluene to obtain 52 parts of a white powder (yield 42%).

上記で得られた粉末を、FT−IR(堀場製作所社製、商品名:FT−720、以下の製造例でも同様の装置を使用して測定)にて赤外分光分析したところ、910cm-1付近の原材料のエポキシ基由来の吸収は消失しており、1800cm-1付近に原材料には存在しないカーボネート基のカルボニル由来の吸収が確認された。また、HPLC〔日本分光社製、LC−2000(商品名)、カラム:FinepakSIL C18−T5、移動相:アセトニトリル+水〕による高速液体クロマトグラフィー分析の結果、原材料のピークは消失し、高極性側に新たなピークが出現し、その純度は98%であった。また、DSC測定(示差走査熱量測定)の結果、融点は178℃であり、融点範囲は±5℃であった。 The powder obtained above was subjected to infrared spectroscopic analysis by FT-IR (manufactured by Horiba Seisakusho Co., Ltd., trade name: FT-720, measured using the same apparatus in the following production examples), and found to be 910 cm -1. The absorption from the epoxy group of the raw material in the vicinity has disappeared, and the absorption from the carbonyl of the carbonate group, which is not present in the raw material, was confirmed around 1800 cm -1 . In addition, as a result of high performance liquid chromatography analysis by HPLC [manufactured by JASCO Corporation, LC-2000 (trade name), column: FinepakSIL C18-T5, mobile phase: acetonitrile + water], the peak of the raw material disappeared and the high polarity side A new peak appeared in, and its purity was 98%. As a result of DSC measurement (differential scanning calorimetry), the melting point was 178 ° C. and the melting point range was ± 5 ° C.

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

Figure 0006808664
From the above, it was confirmed that this powder is a compound having a structure represented by the following formula in which a cyclic carbonate group is introduced by a reaction between an epoxy group and carbon dioxide. This was abbreviated as IA. The proportion of carbon dioxide-derived components in the chemical structure of IA was 20.5% (calculated value).
Figure 0006808664

[製造例2:環状カーボネート含有化合物(I−B)の合成]
エポキシ化合物として、エポキシ当量115のハイドロキノンジグリシジルエーテル(商品名:デナコールEX203、ナガセケムテックス社製)を用いた以外は、前記した製造例1と同様の方法で、下記式(I−B)で表わされる構造の環状カーボネート化合物を合成した(収率55%)。得られたI−Bは、白色の結晶であり、融点は141℃であった。FT−IR分析の結果は、I−Aと同様に910cm-1付近の原材料のエポキシ基由来の吸収は消失しており、1800cm-1付近に原材料には存在しないカーボネート基のカルボニル由来の吸収が確認された。HPLC分析による純度は97%であった。I−Bの化学構造中に二酸化炭素由来の成分が占める割合は、28.4%であった(計算値)。
[Production Example 2: Synthesis of Cyclic Carbonate-Containing Compound (IB)]
The following formula (IB) was used in the same manner as in Production Example 1 described above, except that hydroquinone diglycidyl ether having an epoxy equivalent of 115 (trade name: Denacol EX203, manufactured by Nagase ChemteX Corporation) was used as the epoxy compound. A cyclic carbonate compound having the structure represented was synthesized (yield 55%). The obtained IB was a white crystal and had a melting point of 141 ° C. Result of FT-IR analysis, absorption derived from the epoxy group of the raw material in the vicinity of -1 910 cm As with I-A is lost, the absorption of carbonyl derived carbonate group which is not present in the raw materials in the vicinity of 1800 cm -1 confirmed. The purity by HPLC analysis was 97%. The proportion of carbon dioxide-derived components in the chemical structure of IB was 28.4% (calculated value).

Figure 0006808664
Figure 0006808664

<実施例で使用するカチオン性基含有ヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体の製造>
[実施例用の分散体製造例1]
(転相乳化前のヒドロキシポリウレタン樹脂の合成)
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、製造例1で得た化合物I−Aを100部、ジエチレントリアミン(東京化成工業社製)12.0部、へキサメチレンジアミン(東京化成工業社製)を13.6部、さらに反応溶媒としてテトラヒドロフラン(以下、THFと略記)188部を加え、60℃の温度で撹拌しながら24時間の反応を行い、中間体としての構造中に2級アミノ基を有するヒドロキシポリウレタン樹脂を得た。反応後の樹脂溶液をFT−IRにて分析したところ、1800cm-1付近に観察されていた環状カーボネートのカルボニル基由来の吸収が完全に消失しており、新たに1760cm-1付近にウレタン結合のカルボニル基由来の吸収が確認された。得られた樹脂溶液を用いて測定した樹脂のアミン価は、樹脂分100%の換算値として52.1mgKOH/gであった。
<Manufacture of an aqueous dispersion of a cationic group-containing hydroxypolyurethane resin used in Examples>
[Dispersion Production Example 1 for Examples]
(Synthesis of hydroxypolyurethane resin before phase inversion emulsification)
100 parts of the compound IA obtained in Production Example 1, 12.0 parts of diethylenetriamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and hexamethylenediamine (in a reaction vessel equipped with a stirrer and a refluxer having an open air port). 13.6 parts (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 188 parts of tetrahydrofuran (hereinafter abbreviated as THF) as a reaction solvent were added, and the reaction was carried out for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. to form an intermediate structure. A hydroxypolyurethane resin having a secondary amino group was obtained. When the resin solution after the reaction was analyzed by FT-IR, 1800 cm -1 absorption due carbonyl group of cyclic carbonates that have been observed in the vicinity has completely disappeared, the new urethane bonds in the vicinity of 1760 cm -1 Absorption derived from the carbonyl group was confirmed. The amine value of the resin measured using the obtained resin solution was 52.1 mgKOH / g as a conversion value of 100% of the resin content.

次いで、この樹脂溶液に、カチオン化剤として、カチオマスターG(商品名、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、四日市工業社製、固形分70%水溶液)25.3部を加え、60℃で反応を行い、FT−IRにてカチオン化剤のエポキシ基由来の910cm-1のピークが消失したことを確認してカチオン化反応を終了し、転相乳化前のカチオン性基を有するヒドロキシポリウレタン樹脂溶液を得た。 Next, 25.3 parts of Catiomaster G (trade name, glycidyltrimethylammonium chloride, manufactured by Yokkaichi Kogyo Co., Ltd., 70% solid content aqueous solution) was added to this resin solution as a cationizing agent, and the reaction was carried out at 60 ° C. to perform FT. After confirming by -IR that the peak of 910 cm -1 derived from the epoxy group of the cationizing agent disappeared, the cationization reaction was terminated to obtain a hydroxypolyurethane resin solution having a cationic group before phase inversion emulsification.

得られた樹脂の物性を確認するために、上記の樹脂溶液を、乾燥時の膜厚が50μmになるように、バーコーターにて離型紙に塗布し、70℃オーブンで溶剤を乾燥させた後、離型紙を剥がして、樹脂製の樹脂フィルムを得た。得られた樹脂フィルムについて、外観、機械強度(破断強度及び破断伸度)を後述する方法で評価した。また、樹脂について、後述する方法で、分子量(GPCで測定)、カチオン性基の濃度及び水酸基価を測定した。その際、水酸基価についてはカチオン化後の測定が困難なことより、カチオン化前のアミノ基含有ヒドロキシポリウレタンの水酸基価を測定し、カチオン化反応が100%行われたものとして計算した。その結果を表1に示した。また、このカチオン性基含有ヒドロキシポリウレタン樹脂の樹脂骨格中に締める二酸化炭素の質量%は14.3%(計算値)である。 In order to confirm the physical properties of the obtained resin, the above resin solution was applied to a paper pattern with a bar coater so that the film thickness at the time of drying was 50 μm, and the solvent was dried in an oven at 70 ° C. , The paper pattern was peeled off to obtain a resin film made of resin. The appearance and mechanical strength (breaking strength and breaking elongation) of the obtained resin film were evaluated by the method described later. Further, for the resin, the molecular weight (measured by GPC), the concentration of the cationic group, and the hydroxyl value were measured by the method described later. At that time, since it is difficult to measure the hydroxyl value after cationization, the hydroxyl value of the amino group-containing hydroxypolyurethane before cationization was measured and calculated assuming that the cationization reaction was 100% performed. The results are shown in Table 1. The mass% of carbon dioxide to be packed in the resin skeleton of this cationic group-containing hydroxypolyurethane resin is 14.3% (calculated value).

(水分散体の製造)
次に、上記で得られた樹脂溶液100部を、撹拌翼を備え加熱と減圧が可能な反応容器に移し、イオン交換水100部を徐々に添加し、転相乳化を行った。次に、反応容器を50℃に加温、減圧し、THFを留去することにより、水中にヒドロキシポリウレタン樹脂が分散してなる水分散体を得た。得られた水分散体は、固形分が28%となるように調整し、外観上均一な水分散体であった。水分散体中のポリマー分散粒子の粒度分布は、d50=0.025μm(=25nm)であった。粒度分布は、UPA−EX150(商品名、日機装社製)を用いて測定した。他の例でも同様である。
(Manufacturing of aqueous dispersion)
Next, 100 parts of the resin solution obtained above was transferred to a reaction vessel equipped with a stirring blade and capable of heating and depressurizing, and 100 parts of ion-exchanged water was gradually added to carry out phase inversion emulsification. Next, the reaction vessel was heated to 50 ° C. and depressurized, and THF was distilled off to obtain an aqueous dispersion in which the hydroxypolyurethane resin was dispersed in water. The obtained aqueous dispersion was adjusted so that the solid content was 28%, and was an apparently uniform aqueous dispersion. The particle size distribution of the polymer dispersed particles in the aqueous dispersion was d50 = 0.025 μm (= 25 nm). The particle size distribution was measured using UPA-EX150 (trade name, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). The same applies to other examples.

[実施例用の分散体製造例2]
(転相乳化前のヒドロキシポリウレタン樹脂の合成)
分散体製造例1で用いたのと同様の反応容器内に、製造例2で得た化合物I−Bを100部、メタキシリレンジアミン(三菱ガス化学社製)を21.9部、ジエチレントリアミンを16.6部、反応溶媒としてTHFを208部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間の反応を行い、中間体としての構造中に2級アミノ基を有するヒドロキシポリウレタン樹脂を得た。反応後の樹脂溶液について行ったFT−IRによる反応経過確認の結果は、分散体製造例1の場合と同様であった。得られた樹脂溶液を用いて測定した樹脂のアミン価は、樹脂分100%の換算値として65.2mgKOH/gであった。次いで、カチオン化剤としてカチオマスターGを34.9部加え、60℃で反応を行い、転相乳化前のカチオン性基含有ヒドロキシポリウレタン樹脂溶液を得た。得られた樹脂を分散体製造例1で行ったと同様に分析し、結果を表1に示した。このカチオン性基含有ヒドロキシポリウレタン樹脂の樹脂骨格中に締める二酸化炭素の質量%は、17.4%(計算値)である。
[Dispersion Production Example 2 for Examples]
(Synthesis of hydroxypolyurethane resin before phase inversion emulsification)
In a reaction vessel similar to that used in Dispersion Production Example 1, 100 parts of the compound IB obtained in Production Example 2, 21.9 parts of m-xylylenediamine (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.), and diethylenetriamine were placed. 16.6 parts and 208 parts of THF as a reaction solvent were added, and the reaction was carried out for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. to obtain a hydroxypolyurethane resin having a secondary amino group in the structure as an intermediate. The result of the reaction progress confirmation by FT-IR performed on the resin solution after the reaction was the same as that in the case of Dispersion Production Example 1. The amine value of the resin measured using the obtained resin solution was 65.2 mgKOH / g as a conversion value of 100% resin content. Next, 34.9 parts of Catiomaster G was added as a cationizing agent, and the reaction was carried out at 60 ° C. to obtain a cationic group-containing hydroxypolyurethane resin solution before phase inversion emulsification. The obtained resin was analyzed in the same manner as in Dispersion Production Example 1, and the results are shown in Table 1. The mass% of carbon dioxide to be packed in the resin skeleton of this cationic group-containing hydroxypolyurethane resin is 17.4% (calculated value).

(水分散体の製造)
次いで、分散体製造例1と同様の方法で、水406部を添加し転相乳化を行った後にTHFを留去することで、ヒドロキシポリウレタン水分散体を得た。水分散体中のポリマー分散粒子の粒度分布は、d50=0.020μm(=20nm)であった。
(Manufacturing of aqueous dispersion)
Then, in the same manner as in Dispersion Production Example 1, 406 parts of water was added to carry out phase inversion emulsification, and then THF was distilled off to obtain a hydroxypolyurethane aqueous dispersion. The particle size distribution of the polymer dispersed particles in the aqueous dispersion was d50 = 0.020 μm (= 20 nm).

[実施例用の分散体製造例3]
(転相乳化前のヒドロキシポリウレタン樹脂の合成)
分散体製造例1で用いたのと同様の反応容器内に、製造例1で得た化合物I−Aを100部、ヘキサメチレンジアミンを13.6部、イミノビスプロピルアミン(東京化成工業社製)を15.3部、反応溶媒としてTHFを193部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間の反応を行い、中間体としての構造中に2級アミノ基を有するヒドロキシポリウレタン樹脂を得た。反応後の樹脂溶液についてのFT−IRによる反応経過確認の結果は、分散体製造例1と同様であった。得られた樹脂溶液を用いて測定した樹脂のアミン価は、樹脂分100%の換算値として50.8mgKOH/gであった。次いで、カチオン化剤としてカチオマスターGを25.3部加え、60℃で反応を行い、転相乳化前のカチオン性基含有ヒドロキシポリウレタン樹脂溶液を得た。得られた樹脂を分散体製造例1で行ったと同様に分析し、結果を表1に示した。このカチオン性基含有ヒドロキシポリウレタン樹脂の樹脂骨格中に締める二酸化炭素の質量%は14.0%(計算値)である。
[Dispersion Production Example 3 for Examples]
(Synthesis of hydroxypolyurethane resin before phase inversion emulsification)
In a reaction vessel similar to that used in Dispersion Production Example 1, 100 parts of Compound IA obtained in Production Example 1, 13.6 parts of hexamethylenediamine, iminobispropylamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) ) To 15.3 parts and THF as a reaction solvent to 193 parts, and the reaction was carried out for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. to obtain a hydroxypolyurethane resin having a secondary amino group in the structure as an intermediate. It was. The result of confirming the reaction progress of the resin solution after the reaction by FT-IR was the same as that of Dispersion Production Example 1. The amine value of the resin measured using the obtained resin solution was 50.8 mgKOH / g as a conversion value of 100% resin content. Next, 25.3 parts of Catiomaster G was added as a cationizing agent, and the reaction was carried out at 60 ° C. to obtain a cationic group-containing hydroxypolyurethane resin solution before phase inversion emulsification. The obtained resin was analyzed in the same manner as in Dispersion Production Example 1, and the results are shown in Table 1. The mass% of carbon dioxide to be packed in the resin skeleton of this cationic group-containing hydroxypolyurethane resin is 14.0% (calculated value).

(水分散体の製造)
次いで、分散体製造例1と同様の方法で、水365部を添加し転相乳化を行った後にTHFを留去することで、ヒドロキシポリウレタン水分散体を得た。水分散体中のポリマー分散粒子の粒度分布はd50=0.022μm(=22nm)であった。
(Manufacturing of aqueous dispersion)
Then, in the same manner as in Dispersion Production Example 1, 365 parts of water was added to carry out phase inversion emulsification, and then THF was distilled off to obtain a hydroxypolyurethane aqueous dispersion. The particle size distribution of the polymer dispersed particles in the aqueous dispersion was d50 = 0.022 μm (= 22 nm).

[比較例用の分散体製造例a]
分散体製造例1で用いたのと同様の反応容器内に、製造例1で得た化合物I−Aを100部、へキサメチレンジアミンを13.6部、ジエチレントリアミンを12.0部、反応溶媒としてTHFを188部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間の反応を行い、中間体としての構造中に2級アミノ基を有するヒドロキシポリウレタン樹脂を得た。反応後の樹脂溶液についてのFT−IRによる反応経過確認の結果は、分散体製造例1と同様であった。得られた樹脂溶液を用いて測定した樹脂のアミン価は樹脂分100%の換算値として52.1mgKOH/gであった。
[Dispersion production example a for comparative example]
In a reaction vessel similar to that used in Dispersion Production Example 1, 100 parts of the compound IA obtained in Production Example 1, 13.6 parts of hexamethylenediamine, 12.0 parts of diethylenetriamine, and a reaction solvent As a result, 188 parts of THF was added, and the reaction was carried out for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. to obtain a hydroxypolyurethane resin having a secondary amino group in the structure as an intermediate. The result of confirming the reaction progress of the resin solution after the reaction by FT-IR was the same as that of Dispersion Production Example 1. The amine value of the resin measured using the obtained resin solution was 52.1 mgKOH / g as a conversion value of 100% of the resin content.

次いで、この樹脂溶液に無水フタル酸(東京化成工業社製)16.3部を加え、室温で反応を行い、FT−IRにて酸無水物カルボニル由来の1800cm-1のピークが消失したことを確認して反応を終了した。この反応溶液に、反応触媒としてトリエチルアミンを16.9部加え、転相乳化前の、構造中にカルボキシル基を有するヒドロキシポリウレタン樹脂溶液を得た。そして、樹脂合成例1と同様にして、樹脂フィルムを作製し、フィルムの外観及び機械強度と、樹脂の、分子量(GPC)、カチオン性基濃度及び水酸基価を測定した。結果を表1に示した。このカチオン性基含有ヒドロキシポリウレタン樹脂の樹脂骨格中に締める二酸化炭素の質量%は14.5%(計算値)である。 Next, 16.3 parts of phthalic anhydride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to this resin solution, and the reaction was carried out at room temperature. The peak of 1800 cm -1 derived from the acid anhydride carbonyl disappeared by FT-IR. Confirmed and terminated the reaction. To this reaction solution, 16.9 parts of triethylamine was added as a reaction catalyst to obtain a hydroxypolyurethane resin solution having a carboxyl group in the structure before phase inversion emulsification. Then, a resin film was prepared in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the appearance and mechanical strength of the film, the molecular weight (GPC), the cationic group concentration, and the hydroxyl value of the resin were measured. The results are shown in Table 1. The mass% of carbon dioxide tightened in the resin skeleton of this cationic group-containing hydroxypolyurethane resin is 14.5% (calculated value).

次に、反応容器内にイオン交換水347部を添加し、転相乳化を行った。次いで、反応容器を50℃に加温、減圧し、THFを留去することにより、水中にヒドロキシポリウレタン樹脂が分散してなる水分散体を得た。得られた水分散体は、固形分が28%となるように調整した。得られた水分散体は、外観上均一な水分散体であった。また、水分散体中のポリマー分散粒子の粒度分布は、d50=0.020μm(=20nm)であった。 Next, 347 parts of ion-exchanged water was added into the reaction vessel to carry out phase inversion emulsification. Next, the reaction vessel was heated to 50 ° C. and depressurized, and THF was distilled off to obtain an aqueous dispersion in which the hydroxypolyurethane resin was dispersed in water. The obtained aqueous dispersion was adjusted to have a solid content of 28%. The obtained aqueous dispersion was an apparently uniform aqueous dispersion. The particle size distribution of the polymer-dispersed particles in the aqueous dispersion was d50 = 0.020 μm (= 20 nm).

(評価方法)
実施例用の分散体製造例1〜3及び比較例用の分散体製造例aでそれぞれ得た各樹脂、及び各水分散体で作製した各フィルムについて、以下の方法及び基準で評価した。各樹脂についての二酸化炭素含有量は、以下のようにして算出した。評価結果を表1にまとめて示した。
(Evaluation method)
Each resin obtained in each of Dispersion Production Examples 1 to 3 for Examples and Dispersion Production Example a for Comparative Example, and each film produced with each aqueous dispersion were evaluated by the following methods and criteria. The carbon dioxide content of each resin was calculated as follows. The evaluation results are summarized in Table 1.

[二酸化炭素含有量]
二酸化炭素含有量は、各分散体製造例で得たヒドロキシポリウレタン樹脂の化学構造中における、原料の二酸化炭素由来のセグメントの質量%を算出して求めた。具体的には、ヒドロキシポリウレタン樹脂の合成反応に使用した、化合物I−A、I−Bを合成する際に使用したモノマーに対して含まれる二酸化炭素の理論量から算出した計算値で示した。例えば、分散体製造例1の場合には、使用した化合物I−Aの二酸化炭素由来の成分量は20.5%であり、これよりポリウレタン中の二酸化炭素濃度の算出値は、下記の通りになる。
(100部×20.5%)/143.3全量=14.3質量%
[Carbon dioxide content]
The carbon dioxide content was determined by calculating the mass% of the carbon dioxide-derived segment of the raw material in the chemical structure of the hydroxypolyurethane resin obtained in each dispersion production example. Specifically, it is shown by a calculated value calculated from the theoretical amount of carbon dioxide contained in the monomer used in synthesizing the compounds I-A and IB used in the synthesis reaction of the hydroxypolyurethane resin. For example, in the case of Dispersion Production Example 1, the amount of the carbon dioxide-derived component of the compound IA used is 20.5%, and the calculated value of the carbon dioxide concentration in the polyurethane is as follows. Become.
(100 parts x 20.5%) /143.3 Total amount = 14.3% by mass

[分子量]
本発明では、樹脂の分子量を、DMFを移動相としたGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)により測定した。具体的には、東ソー社製のGPC−8220(商品名)で、カラムとして、Super AW2500+AW3000+AW4000+AW5000を使用して測定した。測定結果を、ポリスチレン換算値として重量平均分子量を表した。
[Molecular weight]
In the present invention, the molecular weight of the resin was measured by GPC (gel permeation chromatography) using DMF as a mobile phase. Specifically, it was measured by using GPC-8220 (trade name) manufactured by Tosoh Corporation and using Super AW2500 + AW3000 + AW4000 + AW5000 as a column. The measurement result was expressed as a polystyrene-equivalent value by weight average molecular weight.

[水酸基価]
カチオン化前のアミノ基含有ヒドロキシポリウレタン樹脂の水酸基価をJIS K−1557に準拠した滴定法により測定した実測値を基に、カチオン化反応が100%行われたものとして、使用したカチオン化剤の重量、及び、カチオン化剤とアミノ基の反応により水酸基が1基発生するものとして計算した計算値を水酸基価とした。
[Hydroxy group value]
Based on the measured values obtained by measuring the hydroxyl value of the transamination-containing hydroxypolyurethane resin before cationization by a titration method based on JIS K-1557, the cationizing agent used was assumed to have undergone 100% cationization reaction. The hydroxyl value was taken as the weight and the calculated value calculated assuming that one hydroxyl group was generated by the reaction between the cationizing agent and the amino group.

[カチオン性基濃度]
反応に使用したカチオン化剤の量からカチオン性基1基辺りの分子量を算出し、カチオン性基の濃度とした。単位はg/molである。
例えば、分散体製造例1の場合、使用したカチオン化剤の有効成分量は17.7gであり、カチオン化剤の分子量は151.6であることから、下記のように算出される。
143.3全量(g)÷(17.7÷151.6)=1228g/mol
[Cationic group concentration]
The molecular weight of one cationic group was calculated from the amount of the cationizing agent used in the reaction, and used as the concentration of the cationic group. The unit is g / mol.
For example, in the case of Dispersion Production Example 1, since the amount of the active ingredient of the cationizing agent used is 17.7 g and the molecular weight of the cationizing agent is 151.6, it is calculated as follows.
143.3 Total amount (g) ÷ (17.7 ÷ 151.6) = 1228 g / mol

[フィルム外観]
作製したそれぞれの樹脂フィルムについて、全光線透過率及びヘイズを測定し、以下の基準で評価した。全光線透過率及びヘイズは、JIS K−7105に準拠して、いずれもヘイズメーターのHZ−1(商品名、スガ試験機社製)を用いて測定した。ここで、ヘイズメーターで測定される全ての光量が全光線透過率であり、全光線透過率に対する拡散透過光の割合がヘイズである。
〔評価基準〕
○:全光線透過率90%以上で、且つ、ヘイズ0.5%以下
×:○に該当しないもの
[Film appearance]
The total light transmittance and haze of each of the produced resin films were measured and evaluated according to the following criteria. The total light transmittance and haze were both measured using a haze meter HZ-1 (trade name, manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) in accordance with JIS K-7105. Here, all the amount of light measured by the haze meter is the total light transmittance, and the ratio of the diffused transmitted light to the total light transmittance is the haze.
〔Evaluation criteria〕
◯: Total light transmittance of 90% or more and haze of 0.5% or less ×: Not applicable to ○

[機械強度]
作製した各樹脂フィルムの機械強度として、破断点強度及び破断点伸度を測定した。具体的には、JIS K−6251に準拠して、オートグラフのAGS−J(商品名、島津製作所社製)を使用し、室温(25℃)で測定した。
[Mechanical strength]
As the mechanical strength of each of the produced resin films, the breaking point strength and the breaking point elongation were measured. Specifically, it was measured at room temperature (25 ° C.) using AGS-J (trade name, manufactured by Shimadzu Corporation) of Autograph in accordance with JIS K-6251.

Figure 0006808664
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<水分散体組成物及びフィルムの製造>
[実施例1]
分散体製造例1で得た固形分28%の水分散体100部に2N塩酸を加え、リトマス試験紙を使用してpH=4に調整したヒドロキシポリウレタン水分散体とし、これを(A)成分として用いた。別の容器に、(B)成分として、平均粒子径0.5μm、鱗片状のシリカ微粒子の分散液であるサンラブリーHN−050(商品名、AGCエスアイテック社製、固形分15%)を56部計り取り、pH4に調整された(A)成分のヒドロキシポリウレタン水分散体を撹拌しながら徐々に加え、均一化した。次いで、(C)成分としてTi乳酸キレートであるオルガチックスTC−310(商品名、マツモトファインケミカル社製、固形分44%)を3部加え、さらに、これに増粘剤として、ゴーセネックスK434(日本合成株式会社製、PVA、事前に水に溶解し濃度30%に調整、以下の例も同様)を10部加え、ホモミキサーにて撹拌均一化して水分散体組成物を作製した。
<Manufacturing of aqueous dispersion composition and film>
[Example 1]
2N Hydrochloric acid was added to 100 parts of the aqueous dispersion having a solid content of 28% obtained in Dispersion Production Example 1 to prepare a hydroxypolyurethane aqueous dispersion adjusted to pH = 4 using litmus test paper, and this was used as the component (A). There was. In another container, as the component (B), 56 Sun Lovely HN-050 (trade name, manufactured by AGC SI Tech Co., Ltd., solid content 15%), which is a dispersion liquid of scaly silica fine particles having an average particle diameter of 0.5 μm. Partial measurement was performed, and the hydroxypolyurethane aqueous dispersion of the component (A) adjusted to pH 4 was gradually added with stirring to homogenize. Next, 3 parts of Organix TC-310 (trade name, manufactured by Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd., solid content 44%), which is a Ti lactic acid chelate, was added as the component (C), and Gosenex K434 (Nippon Synthetic) was added as a thickener. Made by PVA Co., Ltd., dissolved in water in advance to adjust the concentration to 30%, the same applies to the following examples), 10 parts were added, and the mixture was stirred and homogenized with a homomixer to prepare an aqueous dispersion composition.

上記で得た水分散体組成物を基材に塗布して、下記のようにしてガスバリア性フィルムを作製した。具体的には、まず、基材に、厚み25μmのPETフィルムであるルミラーS10(商品名、東レ社製、酸素透過率実測値:61mL20μm/m2・day・atm)を用い、そのコロナ処理面上に、乾燥時の膜厚が10μmになるように塗布し、100℃にて3分の乾燥を行った。その後、50℃のオーブン中で48時間のエージングを行い、基材上に被膜層を形成して複層フィルムを得た。得られた複層フィルムを用い、形成した被膜層の外観(塗膜外観)、耐水性及びガスバリア性を評価した。それぞれの測定方法については後述する。結果を表2に示した。なお、各成分の配合比率は、A成分(樹脂分)を100部として、固形分換算で表2中に示した。 The aqueous dispersion composition obtained above was applied to a base material to prepare a gas barrier film as described below. Specifically, first, a PET film having a thickness of 25 μm, Lumirror S10 (trade name, manufactured by Toray Industries, Inc., measured oxygen transmittance: 61 mL, 20 μm / m 2 , day, atm) was used as the base material, and the corona-treated surface thereof. It was applied onto the film so that the film thickness at the time of drying was 10 μm, and dried at 100 ° C. for 3 minutes. Then, it was aged in an oven at 50 ° C. for 48 hours to form a coating layer on the substrate to obtain a multi-layer film. Using the obtained multi-layer film, the appearance (appearance of the coating film), water resistance and gas barrier property of the formed film layer were evaluated. Each measurement method will be described later. The results are shown in Table 2. The blending ratio of each component is shown in Table 2 in terms of solid content, with component A (resin content) as 100 parts.

[実施例2]
(A)成分として、実施例1で使用したと同じ固形分28%の水分散体100部をpH=4に調整したものを用い、(B)成分として、平均粒子径1.5μm、鱗片状のシリカ微粒子の分散液であるサンラブリーHN−150(商品名、AGCエスアイテック社製、固形分16%)を53部使用し、(C)成分として、Ti乳酸キレートであるTC−310を3部、増粘剤として前記したゴーセネックスK434(30%)10部を使用し、実施例1と同様の操作により水分散体組成物を得た。得られた水分散体組成物を使用し、実施例1と同様の基材及び操作により複層フィルムを得た。そして、実施例1で行ったと同様に、形成した被膜層の外観(塗膜外観)、耐水性及びガスバリア性を評価し、結果を表2に示した。その他の実施例及び比較例で得た複層フィルムについても同様の評価を行い、結果を表2にまとめて示した。
[Example 2]
As the component (A), 100 parts of the same aqueous dispersion having a solid content of 28% as used in Example 1 was adjusted to pH = 4, and as the component (B), an average particle size of 1.5 μm and a scaly shape were used. Using 53 parts of Sun Lovely HN-150 (trade name, manufactured by AGC SI Tech Co., Ltd., solid content 16%), which is a dispersion of silica fine particles, and using 3 parts of TC-310, which is a Ti lactic acid chelate, as the component (C) An aqueous dispersion composition was obtained by the same operation as in Example 1 using 10 parts of the above-mentioned Gosenex K434 (30%) as a thickener. Using the obtained aqueous dispersion composition, a multilayer film was obtained by the same substrate and operation as in Example 1. Then, the appearance (appearance of the coating film), water resistance and gas barrier property of the formed film layer were evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 2. The same evaluation was performed on the multilayer films obtained in the other examples and comparative examples, and the results are summarized in Table 2.

[実施例3]
(A)成分として、実施例1で使用したと同じ固形分28%の水分散体100部をpH=4に調整したものを用い、(B)成分として、平均粒子径0.04−0.05μm、球状のシリカ微粒子の分散液であるスノーテックスST−AK−L(商品名、日産化学社製、固形分20%)を42部使用し、(C)成分として、Ti乳酸キレートであるTC−310を3部、増粘剤として前記したゴーセネックスK434(30%)を10部使用し、実施例1と同様の操作により水分散体組成物を得た。得られた組成物を使用し、実施例1と同様の基材及び操作により複層フィルムを得た。
[Example 3]
As the component (A), 100 parts of the same aqueous dispersion having a solid content of 28% as used in Example 1 was adjusted to pH = 4, and as the component (B), the average particle size was 0.04-0. Using 42 parts of Snowtex ST-AK-L (trade name, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., solid content 20%), which is a dispersion of 05 μm spherical silica fine particles, TC, which is a Ti lactic acid chelate, is used as the component (C). An aqueous dispersion composition was obtained by the same operation as in Example 1 using 3 parts of −310 and 10 parts of Gosenex K434 (30%) described above as a thickener. Using the obtained composition, a multilayer film was obtained by the same substrate and operation as in Example 1.

[実施例4]
(A)成分として、実施例1で使用したと同じ水分散体100部をpH=4に調整したものを用い、(B)成分として、平均粒子径0.04−0.05μm、球状のシリカ微粒子の分散液であるスノーテックスST−AK−L(商品名、日産化学社製、固形分20%)を140部使用し、(C)成分として、Ti乳酸キレートであるTC−310を10部、増粘剤として前記したゴーセネックスK434(30%)を10部使用し、実施例1と同様の操作により水分散体組成物を得た。得られた組成物を使用し、実施例1と同様の基材及び操作により複層フィルムを得た。
[Example 4]
As the component (A), 100 parts of the same aqueous dispersion used in Example 1 was adjusted to pH = 4, and as the component (B), an average particle size of 0.04-0.05 μm and spherical silica were used. 140 parts of Snowtex ST-AK-L (trade name, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., solid content 20%), which is a dispersion of fine particles, is used, and 10 parts of TC-310, which is a Ti lactic acid chelate, is used as the component (C). , 10 parts of the above-mentioned Gosenex K434 (30%) was used as a thickener, and an aqueous dispersion composition was obtained by the same operation as in Example 1. Using the obtained composition, a multilayer film was obtained by the same substrate and operation as in Example 1.

[実施例5]
(A)成分として、製造例2で得られた固形分28%の水分散体100部を、実施例1と同様にpH=4に調整したものを用い、(B)成分として、実施例1で使用したと同様のサンラブリーHN−050を75部、(C)成分として、実施例5で用いたと同様の塩化ジルコニル化合物であるオルガチックスZC−126(商品名、マツモトファインケミケル社製、固形分30%)を5部用い、増粘剤として前記したゴーセネックスK434(30%)を10部使用し、実施例1と同様の操作により水分散体組成物を得た。得られた組成物を使用し、実施例1と同様の基材及び操作により複層フィルムを得た。
[Example 5]
As the component (A), 100 parts of the aqueous dispersion having a solid content of 28% obtained in Production Example 2 was adjusted to pH = 4 in the same manner as in Example 1, and as the component (B), Example 1 was used. Organix ZC-126 (trade name, manufactured by Matsumoto Fine Chemiquel Co., Ltd.), which is the same zirconyl chloride compound as used in Example 5, containing 75 parts of Sun Lovely HN-050 similar to that used in Example 5 as component (C). 5 parts of solid content (30%) was used, and 10 parts of Gosenex K434 (30%) described above was used as a thickener, and an aqueous dispersion composition was obtained by the same operation as in Example 1. Using the obtained composition, a multilayer film was obtained by the same substrate and operation as in Example 1.

[実施例6]
(A)成分として、製造例3で得られた固形分28%の水分散体100部を、実施例1と同様にpH=4に調整したものを用い、(B)成分のシリカ微粒子として、実施例2で用いたと同様のサンラブリーHN−150を30部用い、(C)成分として、実施例5で用いたと同様の塩化ジルコニル化合物であるオルガチックスZC−126を5部用い、増粘剤として前記したゴーセネックスK434(30%)10部を使用し、実施例1と同様の操作により水分散体組成物を得た。得られた組成物を使用し、実施例1と同様の基材及び操作により複層フィルムを得た。
[Example 6]
As the component (A), 100 parts of the aqueous dispersion having a solid content of 28% obtained in Production Example 3 was adjusted to pH = 4 in the same manner as in Example 1, and the silica fine particles of the component (B) were used. 30 parts of Sunlabry HN-150 similar to that used in Example 2 was used, and 5 parts of Olgatics ZC-126, which is the same zirconyl chloride compound used in Example 5, was used as the component (C) as a thickener. An aqueous dispersion composition was obtained by the same operation as in Example 1 using 10 parts of the above-mentioned Gosenex K434 (30%). Using the obtained composition, a multilayer film was obtained by the same substrate and operation as in Example 1.

[比較例1]
実施例1で(A)成分として用いた分散体製造例1で得た固形分28%の水分散体をそのまま使用し、実施例で使用した(B)成分及び(C)成分の、シリカ成分及び金属キレート成分を添加せず、増粘剤として前記したゴーセネックスK434(30%)10部のみを使用し、水分散体組成物を得た。得られた組成物を使用し、実施例1と同様の基材及び操作により比較例の複層フィルムを得た。
[Comparative Example 1]
Dispersion used as component (A) in Example 1 The aqueous dispersion with a solid content of 28% obtained in Example 1 was used as it was, and the silica component of the components (B) and (C) used in Examples was used. And, without adding the metal chelate component, only 10 parts of the above-mentioned Gosenex K434 (30%) was used as a thickener to obtain an aqueous dispersion composition. Using the obtained composition, a multi-layer film of Comparative Example was obtained by the same substrate and operation as in Example 1.

[比較例2]
(C)成分として用いたTi乳酸キレートであるオルガチックスTC−310の使用量を0.5部に減らした以外は、実施例1と同様の材料及び操作で水分散体組成物を得た。得られた組成物を使用し、実施例1と同様の基材及び操作により比較例の複層フィルムを得た。
[Comparative Example 2]
An aqueous dispersion composition was obtained by the same materials and operations as in Example 1 except that the amount of Organtics TC-310, which is a Ti lactic acid chelate used as the component (C), was reduced to 0.5 parts. Using the obtained composition, a multi-layer film of Comparative Example was obtained by the same substrate and operation as in Example 1.

[比較例3]
実施例1で(C)成分として用いたTi乳酸キレートであるオルガチックスTC−310の替わりに、水分散性ポリイソシアネートであるデュラネートWB40−100(商品名、旭化成社製、NCO%=16.6)を2部使用した外は、実施例1と同様の材料及び操作で水分散体組成物を得た。得られた組成物を使用し、実施例1と同様の基材及び操作により複層フィルムを得た。
[Comparative Example 3]
Instead of the Ti lactic acid chelate Organtis TC-310 used as the component (C) in Example 1, the water-dispersible polyisocyanate Duranate WB40-100 (trade name, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., NCO% = 16.6) ) Was used in two parts, and an aqueous dispersion composition was obtained by the same materials and operations as in Example 1. Using the obtained composition, a multilayer film was obtained by the same substrate and operation as in Example 1.

[比較例4]
分散体比較製造例aで得た固形分28%の水分散体100部に2N塩酸を加え、リトマス試験紙を使用しpH=4に調整しようとしたところ、樹脂が凝集し、沈殿したことから操作を中止し、pH調整していない水分散体をそのまま使用した。別の容器に、実施例1で(B)成分として用いた、シリカ微粒子の分散液であるサンラブリーHN−050を56部計り取り、pH調整していない分散体製造例a得られたヒドロキシポリウレタン水分散体を撹拌しながら徐々に加えた。しかし、シリカを添加し始めると直ぐにシリカがショック凝集し、全体がゲル状になったことから添加操作を中止した。コーティングができない状態であったのでフィルムは作成していない。
[Comparative Example 4]
When 2N hydrochloric acid was added to 100 parts of the aqueous dispersion having a solid content of 28% obtained in Comparative Production Example a and an attempt was made to adjust the pH to 4 using a litmus test paper, the resin aggregated and precipitated. It was discontinued and the pH-adjusted aqueous dispersion was used as it was. In a separate container, 56 parts of Sunlabry HN-050, which is a dispersion of silica fine particles used as the component (B) in Example 1, was weighed, and pH-adjusted dispersion production example a. The obtained hydroxypolyurethane The aqueous dispersion was added slowly with stirring. However, as soon as the addition of silica was started, the silica was shock-aggregated and the whole became a gel, so the addition operation was stopped. I didn't make a film because I couldn't coat it.

(評価)
実施例1〜6及び比較例1〜4の各水分散体組成物の特性、及び、各水分散体組成物を用いて作製した各フィルムの評価は、以下の方法及び基準で行った。そして、実施例の結果を表2に示し、比較例の結果を表3にまとめて示した。
(Evaluation)
The characteristics of each aqueous dispersion composition of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 and the evaluation of each film produced using each aqueous dispersion composition were carried out by the following methods and criteria. Then, the results of Examples are shown in Table 2, and the results of Comparative Examples are summarized in Table 3.

[保存安定性]
実施例及び比較例の各水分散体組成物を、密閉したポリ容器に入れ、25℃の恒温槽で保存した。そして、それぞれ、1日、7日、30日後の状態を目視で観察し、それぞれ、以下の基準で評価した。評価結果を表2及び表3にまとめて示した。
〔評価基準〕
○:粒子の沈降は無く、粘度増加は起こらない
△:粒子が沈降しているが、撹拌により簡単に再分散する。粘度増加は起こらない
×:粘度が増加或いはゲル化している
[Storage stability]
Each aqueous dispersion composition of Examples and Comparative Examples was placed in a closed plastic container and stored in a constant temperature bath at 25 ° C. Then, the states after 1 day, 7 days, and 30 days were visually observed and evaluated according to the following criteria, respectively. The evaluation results are summarized in Tables 2 and 3.
〔Evaluation criteria〕
◯: No particle settling and no increase in viscosity Δ: Particles are settled, but easily redispersed by stirring. Viscosity increase does not occur ×: Viscosity increases or gels

[塗膜外観]
実施例及び比較例で作製した各複層フィルムについて、形成した被膜層の外観(塗膜外観)を目視にて観察し、以下の基準で評価した。評価結果を表2及び表3にまとめて示した。
〔評価基準〕
○:透明均一で光沢のある塗膜表面である
△:塗膜表面の光沢が無く、濁っている
×:集物による凹凸がある
[Appearance of coating film]
For each of the multi-layer films produced in Examples and Comparative Examples, the appearance of the formed coating film layer (coating film appearance) was visually observed and evaluated according to the following criteria. The evaluation results are summarized in Tables 2 and 3.
〔Evaluation criteria〕
◯: Transparent, uniform and glossy coating film surface Δ: The coating film surface is not glossy and turbid ×: There is unevenness due to the aggregate

[耐水性]
実施例及び比較例で作製した各複層フィルムについて、フィルムを水に浸漬し、室温で24時間後の塗膜表面状態を目視で観察し、以下の規準で評価した。評価結果を表2及び表3にまとめて示した。
〔評価基準〕
○:変化は見られない
△:塗膜の一部が白化している
×:塗膜が膨潤している
[water resistant]
For each of the multilayer films produced in Examples and Comparative Examples, the films were immersed in water, and the surface condition of the coating film after 24 hours at room temperature was visually observed and evaluated according to the following criteria. The evaluation results are summarized in Tables 2 and 3.
〔Evaluation criteria〕
◯: No change is seen Δ: Part of the coating film is whitened ×: The coating film is swollen

[密着性]
実施例及び比較例で作製した各複層フィルムについて、塗膜表面の一部にセロハンテープを圧着し、ゆっくりと手で引き剥がし、塗膜の剥がれ具合を観察し、以下の基準で評価した。評価結果を表2及び表3にまとめて示した。
〔評価基準〕
○:塗膜の剥がれが無し
△:塗膜の一部が剥離した
×:塗膜が完全に剥離した
[Adhesion]
For each of the multi-layer films produced in Examples and Comparative Examples, cellophane tape was pressure-bonded to a part of the coating film surface and slowly peeled off by hand, and the degree of peeling of the coating film was observed and evaluated according to the following criteria. The evaluation results are summarized in Tables 2 and 3.
〔Evaluation criteria〕
◯: No peeling of the coating film Δ: Part of the coating film was peeled off ×: The coating film was completely peeled off

[ガスバリア性]
実施例及び比較例で作製した各複層フィルムについて、JIS K−7126に準拠して酸素の透過度を測定し、これをガスバリア性の評価値とした。すなわち、この値が低いほどガスバリア性に優れると判断できる。具体的には、酸素透過率測定装置OX−TRAN 2/21ML(商品名、MOCON社製)を使用して、温度23℃で、湿度65%とした恒温恒湿条件下にて、酸素透過度(酸素透過率)を測定した。測定値は複層フィルムとしての値であり、単位はmL/m2・day・atmである。なお、該フィルムにおける実施例或いは比較例の塗料を塗布して得られた被膜層(塗膜)の厚みは、精密厚み測定器(尾崎製作所社製)を使用して実測し、10μmであることを確認している。評価結果を表2及び表3にまとめて示した。
[Gas barrier property]
For each of the double glazing films produced in Examples and Comparative Examples, the oxygen permeability was measured in accordance with JIS K-7126, and this was used as an evaluation value of gas barrier property. That is, it can be judged that the lower this value is, the better the gas barrier property is. Specifically, using an oxygen permeability measuring device OX-TRAN 2/21ML (trade name, manufactured by MOCON), oxygen permeability under constant temperature and humidity conditions at a temperature of 23 ° C. and a humidity of 65%. (Oxygen permeability) was measured. The measured value is a value as a double glazing film, and the unit is mL / m 2 · day · atm. The thickness of the coating film layer (coating film) obtained by applying the paint of the example or comparative example in the film is actually measured using a precision thickness measuring instrument (manufactured by Ozaki Seisakusho Co., Ltd.) and is 10 μm. Is confirmed. The evaluation results are summarized in Tables 2 and 3.

Figure 0006808664
Figure 0006808664

Figure 0006808664
Figure 0006808664

表2に示したように、本発明の実施例の水分散体組成物はシリカの分散度が高く、保存安定性に優れていた。特に、実施例1、2、5及び6で(B)成分として用いたシリカ微粒子のサンラブリー(商品名)は、鱗片状で、凝集、沈降が起こり易いものであるが、これらの実施例の水分散体組成物も安定な状態であることが確認された。本発明者らは、優れた保存安定性が実現できた理由を、実施例の水分散体組成物を構成する(A)成分であるヒドロキシポリウレタン樹脂の構造中にある水酸基と、併存する(B)成分のシリカ微粒子のシリカ表面のシラノール基との親和力が寄与したものと考えている。 As shown in Table 2, the aqueous dispersion composition of the examples of the present invention had a high degree of dispersion of silica and was excellent in storage stability. In particular, the silica fine particles Sun Lovely (trade name) used as the component (B) in Examples 1, 2, 5 and 6 are scaly and prone to aggregation and sedimentation. It was confirmed that the aqueous dispersion composition was also in a stable state. The present inventors coexist the reason why the excellent storage stability was realized with the hydroxyl group in the structure of the hydroxypolyurethane resin which is the component (A) constituting the aqueous dispersion composition of the example (B). It is considered that the affinity of the silica fine particles of the component) with the silanol group on the silica surface contributed.

また、本発明の実施例の水分散体組成物を使用して被膜層(塗膜)を形成した際の、乾燥時の塗膜外観も良好であり、透明な被膜が得られた。水酸基の一部を金属キレート化合物により架橋することにより耐水性も有している。 Further, when the coating film layer (coating film) was formed using the aqueous dispersion composition of the example of the present invention, the appearance of the coating film at the time of drying was also good, and a transparent film was obtained. It also has water resistance by cross-linking a part of the hydroxyl groups with a metal chelate compound.

さらに、本発明の水分散体組成物を構成するヒドロキシポリウレタン樹脂は、ガスバリア性に優れた樹脂であり、優れたガスバリア性を示す被膜層(塗膜)の形成が可能になるが、表3に示した比較例の水分散体組成物の結果から、従来技術である比較例と比べてより高いガスバリア性が実現できることが確認された。より具体的には、本発明で規定した(B)成分のシリカ微粒子の添加、及び、本発明で規定した範囲の量で併存させた(C)成分の金属キレート化合物による架橋により、得られた被膜はさらに高いガスバリア性を有したものとなる。すなわち、(C)成分の金属キレート化合物による架橋は、架橋間の距離が短くなることから樹脂の結晶構造を阻害せず、比較例3で用いたイソシアネートのような有機架橋剤による架橋に比べてガスバリア性の向上に特に効果を有していることが確認された。 Further, the hydroxypolyurethane resin constituting the aqueous dispersion composition of the present invention is a resin having excellent gas barrier properties, and a coating layer (coating film) exhibiting excellent gas barrier properties can be formed. Table 3 shows. From the results of the aqueous dispersion composition of the comparative example shown, it was confirmed that higher gas barrier properties could be realized as compared with the comparative example of the prior art. More specifically, it was obtained by adding silica fine particles of the component (B) specified in the present invention and cross-linking with a metal chelate compound of the component (C) coexisting in an amount in the range specified in the present invention. The coating has a higher gas barrier property. That is, the cross-linking with the metal chelate compound of the component (C) does not inhibit the crystal structure of the resin because the distance between the cross-links is shortened, and is compared with the cross-linking with an organic cross-linking agent such as isocyanate used in Comparative Example 3. It was confirmed that it is particularly effective in improving the gas barrier property.

本発明によれば、工業的に要求される長期間の保存が可能で、且つ、ガスバリア性に優れたヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物を提供することができる。安定な水分散体状態を得るために、水を加えて転相乳化する前のヒドロキシポリウレタン樹脂の構造中にカチオン性基を導入したが、構造中に水酸基も同時に存在していることで、従来のヒドロキシポリウレタン樹脂で形成した被膜と同様の機械強度を有しており、従来の想定用途への応用が期待できる。さらに、本発明を特徴づけるヒドロキシポリウレタン樹脂は、その原料に二酸化炭素を使用することができるものであるので、地球環境保護の面からも期待される技術である。 According to the present invention, it is possible to provide an aqueous dispersion composition of a hydroxypolyurethane resin capable of long-term storage required industrially and having excellent gas barrier properties. In order to obtain a stable aqueous dispersion state, a cationic group was introduced into the structure of the hydroxypolyurethane resin before phase inversion emulsification by adding water, but since the hydroxyl group is also present in the structure, the conventional method It has the same mechanical strength as the coating film made of hydroxypolyurethane resin, and can be expected to be applied to conventional applications. Further, the hydroxypolyurethane resin that characterizes the present invention is a technique that is expected from the aspect of protecting the global environment because carbon dioxide can be used as a raw material thereof.

Claims (9)

ガスバリア性コーティング用の水分散体組成物であって、
(A)成分として、構造中に少なくともカチオン性基と水酸基とを有する、カチオン性基濃度が500g/mol〜2000g/molの範囲であるカチオン性基含有のヒドロキシポリウレタン樹脂と、(B)成分として、シリカ微粒子と、(C)成分として、金属キレート化合物と、を含有してなり、
前記(A)成分100質量部に対し、前記(B)成分が1〜120質量部で含有されており、且つ、前記(A)成分と前記(B)成分との合計の含有量が10〜50質量%であり、
前記(C)成分の含有量が、前記(A)成分と前記(B)成分と前記(C)成分との全固形分100質量%に対して、1〜10質量%であることを特徴とするヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。
An aqueous dispersion composition for a gas barrier coating,
As the component (A), a hydroxypolyurethane resin containing at least a cationic group and a hydroxyl group in the structure and having a cationic group concentration in the range of 500 g / mol to 2000 g / mol, and as the component (B). , Silica fine particles and a metal chelate compound as the component (C).
The component (B) is contained in an amount of 1 to 120 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), and the total content of the component (A) and the component (B) is 10 to 10. 50% by mass,
The content of the component (C) is 1 to 10% by mass with respect to 100% by mass of the total solid content of the component (A), the component (B) and the component (C). Hydroxypolyurethane resin aqueous dispersion composition.
前記(A)成分のカチオン性基含有のヒドロキシポリウレタン樹脂が、その構造中に、下記一般式(1)で示される、水を加えて転相乳化させるための下記一般式(11)で表されるカチオン性基を含む化学構造からなる繰り返し単位を有してなるものである請求項1に記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。
Figure 0006808664
[上記一般式(1)中のXは、ないか、或いは、モノマー単位由来の脂肪族炭化水素又は脂環式炭化水素又は芳香族炭化水素からなる化学構造を示し、該構造中に、酸素原子、窒素原子、硫黄原子及びエステル結合を含んでいてもよく、エーテル結合を介してY及び/又はYと結合する構造であってもよい。−Y−は、下記式(2)〜(5)のいずれか1つの化学構造を示し、また、−Y−は、下記式(2)、(6)〜(10)のいずれか1つの化学構造を示し、式(4)、(5)、(7)〜(10)中のRは、水素原子かCHを示す。−Z−は、下記一般式(11)で示されるカチオン性基を含む化学構造を示す。式中の*は、結合手であることを示す記号である。]
Figure 0006808664
Figure 0006808664
[上記一般式(11)中、Rは脂肪族炭化水素であり、該構造中には酸素原子を含んでもよい。R、R、Rは、それぞれ独立して、その構造中にエーテル結合を含んでもよい炭素数1〜10のアルキレン基である。nは、0〜3の整数である。]
The hydroxypolyurethane resin containing the cationic group of the component (A) is represented by the following general formula (11) for phase inversion emulsification by adding water, which is represented by the following general formula (1), in its structure. The aqueous dispersion composition of a hydroxypolyurethane resin according to claim 1, which has a repeating unit having a chemical structure containing a cationic group.
Figure 0006808664
[X in the above general formula (1) indicates a chemical structure composed of an aliphatic hydrocarbon or an alicyclic hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon which is absent or derived from a monomer unit, and an oxygen atom is contained in the structure. , A nitrogen atom, a sulfur atom and an ester bond may be contained, and the structure may be bonded to Y 1 and / or Y 2 via an ether bond. −Y 1 − represents the chemical structure of any one of the following formulas (2) to (5), and −Y 2 − is any one of the following formulas (2), (6) to (10). Two chemical structures are shown, and R in the formulas (4), (5), (7) to (10) represents a hydrogen atom or CH 3 . -Z- indicates a chemical structure containing a cationic group represented by the following general formula (11). * In the formula is a symbol indicating that it is a bond. ]
Figure 0006808664
Figure 0006808664
[In the general formula (11), R 4 is an aliphatic hydrocarbon, may contain an oxygen atom in the structure. R 1 , R 2 , and R 3 are alkylene groups having 1 to 10 carbon atoms, which may independently contain an ether bond in their structure. n is an integer from 0 to 3. ]
さらに、前記(A)成分のヒドロキシポリウレタン樹脂を構成する繰り返し単位に、前記一般式(1)で示されるカチオン性基を含む化学構造を有する繰り返し単位の部分とは別の構造の繰り返し単位が混在しており、該別の構造の繰り返し単位が、前記一般式(1)中の−Z−が、前記一般式(11)で示されるカチオン性基を含む化学構造に替えて、その構造中に、酸素原子、窒素原子を含んでいてもよい、炭素数1〜100の炭化水素又は炭素数6〜100の芳香族炭化水素である化学構造を有するものである請求項2に記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。 Further, the repeating unit constituting the hydroxypolyurethane resin of the component (A) is mixed with a repeating unit having a structure different from that of the repeating unit having a chemical structure containing a cationic group represented by the general formula (1). In the structure, the repeating unit of the other structure is such that -Z- in the general formula (1) is replaced with a chemical structure containing a cationic group represented by the general formula (11). The hydroxypolyurethane resin according to claim 2, which has a chemical structure which is a hydrocarbon having 1 to 100 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon having 6 to 100 carbon atoms, which may contain an oxygen atom and a nitrogen atom. Aqueous dispersion composition. 前記(A)成分のヒドロキシポリウレタン樹脂は、その重量平均分子量が10000〜100000の範囲であり、且つ、その水酸基価が150mgKOH/g〜300mgKOH/gの範囲である請求項1〜のいずれか1項に記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。 Wherein component (A) hydroxy polyurethane resin, the ranges of weight average molecular weight of 10,000 to 100,000, and any of claims 1-3 hydroxyl value of that is in the range of 150mgKOH / g~300mgKOH / g aqueous dispersion composition of the hydroxy polyurethane resin according to item 1. 前記(A)成分のヒドロキシポリウレタン樹脂は、少なくともその一部に二酸化炭素を原料として用いて合成された五員環環状カーボネート構造を有する、少なくとも2つの五員環環状カーボネート構造を有する化合物と、少なくとも2つのアミノ基を有する化合物の重付加反応により得られたものであり、全質量のうちの1〜20質量%を、前記二酸化炭素由来の−O−CO−結合が占める請求項1〜4のいずれか1項に記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。 The hydroxypolyurethane resin of the component (A) has at least a compound having a five-membered cyclic carbonate structure synthesized by using carbon dioxide as a raw material, and at least a compound having at least two five-membered cyclic carbonate structures. It is obtained by a double addition reaction of a compound having two amino groups, and 1 to 20% by mass of the total mass is occupied by the carbon dioxide-derived —O—CO— bond according to claims 1 to 4. The aqueous dispersion composition of the hydroxypolyurethane resin according to any one item. 前記(B)成分のシリカ微粒子が、球状又は鱗片状の微粒子であり、その粒子径が0.001μm〜5μmである請求項1〜5のいずれか1項に記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。 The aqueous dispersion of the hydroxypolyurethane resin according to any one of claims 1 to 5, wherein the silica fine particles of the component (B) are spherical or scaly fine particles having a particle diameter of 0.001 μm to 5 μm. Composition. 前記(C)成分の金属キレート化合物が、チタン乳酸キレート又は塩化ジルコニル化合物である請求項1〜6のいずれか1項に記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物。 The aqueous dispersion composition of a hydroxypolyurethane resin according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal chelate compound of the component (C) is a titanium lactic acid chelate or a zirconyl chloride compound. 請求項1〜7のいずれか1項に記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物を含有してなることを特徴とするガスバリア性コーティング剤。 A gas barrier coating agent comprising the aqueous dispersion composition of the hydroxypolyurethane resin according to any one of claims 1 to 7. 基材と、該基材の少なくとも一方に、厚みが0.1〜100μmの被膜層が積層されてなり、該被膜層が、請求項1〜7のいずれか1項に記載のヒドロキシポリウレタン樹脂の水分散体組成物を用いて形成されてなる、酸素透過率が、23℃、65%の恒温恒湿度下において、50mL/m・day・atm以下のものであることを特徴とするガスバリア性フィルム。 A coating layer having a thickness of 0.1 to 100 μm is laminated on a base material and at least one of the base materials, and the coating layer is the hydroxypolyurethane resin according to any one of claims 1 to 7. A gas barrier property formed by using an aqueous dispersion composition, wherein the oxygen permeability is 50 mL / m 2 · day · atm or less at 23 ° C. and 65% constant temperature and humidity. the film.
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