JP6813338B2 - Polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition containing clay mineral, gas barrier coating agent and gas barrier resin film using the aqueous dispersion composition. - Google Patents

Polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition containing clay mineral, gas barrier coating agent and gas barrier resin film using the aqueous dispersion composition. 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広範に利用できる、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物との良好な複合化を達成した、水分散体組成物の技術に関する。本発明は、水分散塗料材料として使用でき、しかも、構成するポリヒドロキシ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。特に、形成される被膜の機能性の観点からも、従来の溶剤系塗料で形成した塗膜と遜色のない塗膜適性を示し、より優れたガスバリア性を示す被膜の形成の実現を可能にできる、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物との複合材料である水分散体組成物を提供する技術に関する。 The present invention relates to a technique for an aqueous dispersion composition that has achieved a good composite of a polyhydroxyurethane resin and a clay mineral, which can be widely used as a binder resin for paints and coating agents. The present invention relates to a technique capable of providing a highly environmentally friendly product because it can be used as a water-dispersed paint material and carbon dioxide can be incorporated into the chemical structure of the constituent polyhydroxyurethane resin. .. In particular, from the viewpoint of the functionality of the film to be formed, it is possible to realize the formation of a film showing better gas barrier properties by showing coating film suitability comparable to that of a coating film formed with a conventional solvent-based paint. , A technique for providing an aqueous dispersion composition which is a composite material of a polyhydroxyurethane resin and a clay mineral.

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ポリヒドロキシ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て、ポリヒドロキシウレタン樹脂は、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。原料として使用された二酸化炭素は、ポリヒドロキシ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, a polyhydroxyurethane resin having both a urethane bond and a hydroxyl group in its chemical structure has been developed as a novel polyurethane-based resin, and its industrial application is expected (see Patent Document 1). While existing polyurethane resins are obtained by using isocyanate compounds and polyols as raw materials, polyhydroxyurethane resins are produced by using epoxy compounds, carbon dioxide and amine compounds as raw materials and combining these raw materials. Since carbon dioxide used as a raw material is incorporated as a -CO-O- bond in the chemical structure of the polyhydroxyurethane resin, it should be noted from the viewpoint of effective utilization of carbon dioxide, which is a greenhouse gas. Is.

ポリヒドロキシウレタン樹脂は、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できるが、さらに、既存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 polyhydroxyurethane resin can be a resin having excellent mechanical strength like the existing polyurethane resin, but further, an 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、ポリヒドロキシウレタン樹脂の応用用途として、塗料分野や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ポリヒドロキシウレタン樹脂は、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溶解性が異なることも多く、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、ポリヒドロキシ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)。また、別の手法として、原料として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ポリヒドロキシウレタン樹脂を得る方法が提案されている(特許文献5参照)。 As in these conventional techniques, the paint field and the coating field are promising as application applications of the polyhydroxyurethane resin. However, since the polyhydroxyurethane resins developed so far have a chemical structure having a hydroxyl group together with a urethane bond, they have low solubility in an organic solvent and dissolve depending on the base material and processing equipment used in each application. In many cases, the properties are different, and it is difficult to deal with various solvent compositions, which is a problem in application. On the other hand, by using polyhydroxyurethane resin as an aqueous dispersion, this problem can be solved, and at the same time, application to water-based paints, which are being replaced with solvent-based paints in recent years, has been studied and proposed. (See Patent Document 4). Further, as another method, a method of obtaining a polyhydroxyurethane resin having a carboxyl group by using an amine compound containing a carboxylic acid as a raw material has been proposed (see Patent Document 5).

また、前記したように、ポリヒドロキシウレタン樹脂からなる被膜は、ガスバリア性被膜としての機能を有している。ここで、ポリヒドロキシウレタン樹脂のガスバリア性を向上させる手法として、粘土鉱物と複合化させる方法が提案されている(特許文献6)。一般に、粘土鉱物を樹脂中に分散させるためには、層間の金属カチオンイオンを有機オニウム塩に置換する等の疎水化処理が必要であり、上記に挙げた従来技術における方法でも、粘土鉱物を疎水化処理した後、複合化させている。 Further, as described above, the film made of the polyhydroxyurethane resin has a function as a gas barrier film. Here, as a method for improving the gas barrier property of the polyhydroxyurethane resin, a method of compounding with a clay mineral has been proposed (Patent Document 6). Generally, in order to disperse the clay mineral in the resin, a hydrophobization treatment such as substituting the metal cation ion between the layers with an organic onium salt is required, and the clay mineral is hydrophobic even by the method in the prior art described above. After the conversion process, it is compounded.

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2015−007197号公報JP 2015-007197

しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記の水系にする技術には、以下に挙げるような解決すべき課題があった。特許文献4に記載の技術は、水分散体を得るために、ポリヒドロキシ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、上記技術におけるポリヒドロキシウレタン樹脂の水酸基を反応に利用し減少させる点は、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、このことが欠点になるといった課題がある。 However, according to the studies by the present inventors, the above-mentioned water-based technology has problems to be solved as described below. Since the technique described in Patent Document 4 is obtained by carboxyl-forming the hydroxyl groups of the polyhydroxyurethane resin by the half ester method in order to obtain an aqueous dispersion, water is caused by hydrolysis of the half ester portion. The problem remained in that the storage stability of the dispersion was poor, and the problem was not completely solved. Further, the point that the hydroxyl group of the polyhydroxyurethane resin in the above technology is used for the reaction and reduced has an advantage that it contributes to the improvement of water resistance, but this is a drawback in the application utilizing the functionality of the hydroxyl group. There is a problem such as becoming.

また、特許文献5に記載の技術では、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、環状カーボネートとの反応が進行しにくいという課題があり、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課題もある。さらに、特許文献5に記載の技術で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、完全なものとは言い難かった。 Further, the technique described in Patent Document 5 has a problem that the carboxyl group and the amino group form an ionic bond in the synthetic reaction system and the reaction with the cyclic carbonate is difficult to proceed, and DMF (dimethylformamide) It is necessary to react in a high boiling point solvent such as, and there is also a problem that it is difficult to increase the molecular weight. Further, the high boiling point solvent used in the technique described in Patent Document 5 has a problem that it cannot be distilled off under reduced pressure after phase inversion emulsification, and it is difficult to say that it is a perfect method for producing an aqueous dispersion (emulsion). It was.

さらに、前記したポリヒドロキシウレタン樹脂のガスバリア性を向上させるための粘土鉱物と複合化させる手法では、粘土鉱物の疎水化処理には複雑な工程を必要とするという課題がある。また、本発明者らの検討によれば、有機オニウム塩の一部が樹脂の結晶化を阻害し、ガスバリア性を低下する要因ともなり得る。このため、未変性の粘土鉱物が分散可能な水溶媒中にて樹脂との複合化を行うことができれば、ガスバリア性の発揮には好ましいと考えられる。しかし、本発明者らの検討によれば、水中での複合化において粘土鉱物は未変性状態で使用可能であるが、水系樹脂の分散にアニオン性基を有する樹脂を使用した場合、アニオン性基と粘土鉱物層表面のアニオン性イオンが反発作用を有し、分散状態が不安定となる。これに対し、例えば、特開2005−139436号公報に、カルボキシル基を有するポリウレタン樹脂の水分散体を得る場合に、第3成分として、カチオン性を有する成分を添加することについての提案がされている。しかし、このような第3成分の添加は、前記有機オニウム塩と同様に、樹脂の結晶化を阻害することから、有効な方法とはいえない。 Further, the above-mentioned method of compounding with a clay mineral for improving the gas barrier property of the polyhydroxyurethane resin has a problem that a complicated step is required for the hydrophobization treatment of the clay mineral. Further, according to the study by the present inventors, a part of the organic onium salt may inhibit the crystallization of the resin and may be a factor of lowering the gas barrier property. Therefore, it is considered preferable to exhibit the gas barrier property if it can be compounded with the resin in an aqueous solvent in which the unmodified clay mineral can be dispersed. However, according to the study by the present inventors, the clay mineral can be used in an unmodified state in the compounding in water, but when a resin having an anionic group is used for the dispersion of the aqueous resin, the anionic group is used. And the anionic ions on the surface of the clay mineral layer have a repulsive action, and the dispersed state becomes unstable. On the other hand, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-139436 proposes to add a cationic component as a third component when an aqueous dispersion of a polyurethane resin having a carboxyl group is obtained. There is. However, such addition of the third component is not an effective method because it inhibits the crystallization of the resin as in the case of the organic onium salt.

従って、本発明の目的は、水系の、塗料やコーティング剤の被膜形成用樹脂として使用可能であり、ポリヒドロキシウレタン樹脂を利用した場合の従来技術の課題を克服し、粘土鉱物との良好な複合化を実現させることによって、形成した被膜のガスバリア性をより向上させることが可能な、実用化が可能な、良好な安定性を有する、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物とを含有した水分散体組成物を提供することにある。さらに、該水分散体組成物を使用し、ガスバリア性水性コーティング剤や、ガスバリア性に優れた樹脂フィルムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is that it can be used as a film-forming resin for water-based paints and coating agents, overcomes the problems of the prior art when a polyhydroxyurethane resin is used, and has a good composite with clay minerals. An aqueous dispersion composition containing a polyhydroxyurethane resin and a clay mineral, which can further improve the gas barrier property of the formed film, can be put into practical use, and has good stability. It is to provide things. Another object of the present invention is to provide a gas barrier water-based coating agent and a resin film having excellent gas barrier properties by using the aqueous dispersion composition.

上記課題は、下記の本発明によって達成される、すなわち、本発明は、(A)成分としてカルボキシル基と水酸基とを有するアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂と、(B)成分として層状粘土鉱物とを含有してなる複合材料である水分散体組成物であって、前記(A)成分と前記(B)成分との合計含有量が10〜50質量%であり、前記(A)成分100質量部に対して、前記(B)成分を1〜100質量部の範囲で含み、且つ、前記(A)成分のカルボキシル基と水酸基とを有するアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂の化学構造は、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を基本構造とし、且つ、下記一般式(6)で示されるカルボキシル基を有する化学構造部位を有することを特徴とする粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物を提供する。 The above object is achieved by the following invention, that is, the present invention contains an anionic polyhydroxyurethane resin having a carboxyl group and a hydroxyl group as a component (A) and a layered clay mineral as a component (B). In the aqueous dispersion composition which is a composite material, the total content of the component (A) and the component (B) is 10 to 50% by mass, and 100 parts by mass of the component (A) is added. On the other hand, the chemical structure of the anionic polyhydroxyurethane resin containing the component (B) in the range of 1 to 100 parts by mass and having the carboxyl group and the hydroxyl group of the component (A) is described by the following general formula (1). A clay mineral-containing polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition having a repeating unit represented by) as a basic structure and having a chemical structural site having a carboxyl group represented by the following general formula (6). provide.

Figure 0006813338
[一般式(1)中、−X−は、直接結合か、炭素数1〜30の脂肪族炭化水素基、炭素数4〜40の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜40の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、エーテル結合、アミノ結合、スルホニル結合及びエステル結合のいずれか、或いは、置換基として、水酸基、ハロゲン原子及び繰り返し単位1〜30の炭素数2〜6からなるポリアルキレングリコール鎖のいずれかを含んでもよい。Y−は、炭素数1〜15の脂肪族炭化水素基、炭素数4〜15の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜15の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、エーテル結合又はスルホニル結合、或いは、置換基として水酸基及びハロゲン原子のいずれかを含んでもよい。−Z1−、−Z2−は、それぞれ独立に、下記式(2)、式(3)、一般式(4)及び一般式(5)からなる群から選ばれる少なくともいずれかの構造を示し、繰り返し単位内及び繰り返し単位間のいずれにおいても、これらの式(2)〜(5)から選ばれる2種以上の構造が混在してもよい。また、これらの式(2)〜(5)のいずれの式を選択した場合も、右側の結合手は酸素原子と結合し、且つ、左側の結合手はXと結合し、Xが直接結合の場合は、他方のZの左側の結合手と結合する。]
Figure 0006813338
[一般式(4)又は(5)中、Rは、水素原子又はメチル基を示す。]
Figure 0006813338
[In the general formula (1), -X- is a direct bond, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 40 carbon atoms, or an aromatic group having 6 to 40 carbon atoms. It is a hydrocarbon group, and in the structure of these groups, any one of ether bond, amino bond, sulfonyl bond and ester bond, or as a substituent, a hydroxyl group, a halogen atom and 2 carbon atoms of repeating units 1 to 30 It may contain any of the polyalkylene glycol chains consisting of ~ 6. Y− is an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 15 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 15 carbon atoms, and is contained in the structure of these groups. May contain either an ether bond or a sulfonyl bond, or a hydroxyl group or a halogen atom as a substituent. −Z 1 − and −Z 2 − independently represent at least one structure selected from the group consisting of the following equations (2), (3), general equations (4) and (5). , Two or more types of structures selected from these formulas (2) to (5) may be mixed in both within the repeating unit and between the repeating units. In addition, when any of these equations (2) to (5) is selected, the bond on the right side is bonded to the oxygen atom, the bond on the left side is bonded to X, and X is directly bonded. In the case, it joins with the other join hand on the left side of Z. ]
Figure 0006813338
[In the general formula (4) or (5), R represents a hydrogen atom or a methyl group. ]

Figure 0006813338
[一般式(6)中、−W−は、炭素数1〜30の脂肪族炭化水素基、炭素数4〜40の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜40の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、エーテル結合、アミノ結合、スルホニル結合及びエステル結合のいずれか、或いは、置換基として、水酸基、ハロゲン原子及び繰り返し単位1〜30の炭素数2〜6からなるポリアルキレングリコール鎖のいずれかを含んでもよい。Y−は、一般式(1)の結合手のあるウレタン構造と結合する部分であって、前記一般式(1)中のY−として選択できるものを選択し得る。−V−は、炭素数1〜10の炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、酸素原子又は窒素原子を含んでもよい。]
Figure 0006813338
[In the general formula (6), -W- is an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 40 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 40 carbon atoms. In the structure of these groups, any of ether bond, amino bond, sulfonyl bond and ester bond, or as a substituent, it is composed of a hydroxyl group, a halogen atom and 2 to 6 carbon atoms of repeating units 1 to 30. It may contain any of the polyalkylene glycol chains. Y-is a portion to be bonded to the urethane structure having a bond of the general formula (1), and can be selected as Y- in the general formula (1). -V- is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms, and the structure of these groups may contain an oxygen atom or a nitrogen atom. ]

上記した本発明の粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物の好ましい形態としては、下記の構成のものが挙げられる。前記(A)成分のアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂が、その重量平均分子量が10000〜100000の範囲であり、且つ、その酸価が15mgKOH/g〜50mgKOH/gの範囲であり、且つ、その水酸基価が150mgKOH/g〜250mgKOH/gの範囲であること;前記(A)成分であるアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂の一般式(1)で示される基本構造部分が、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、少なくとも2つ有する化合物と、少なくとも2つの1級アミノ基を有する化合物との重付加反応物からなり、前記(A)成分のアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂の全質量のうちの1〜30質量%を、前記二酸化炭素由来の−O−CO−結合が占めること;前記(B)成分の層状粘土鉱物が、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、バーミキュライト、カオリナイト及びマイカからなる群から選択される少なくともいずれかであること;が挙げられる。 Preferred forms of the clay mineral-containing polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition of the present invention include those having the following configurations. The weight average molecular weight of the anionic polyhydroxyurethane resin of the component (A) is in the range of 1000 to 100,000, and the acid value thereof is in the range of 15 mgKOH / g to 50 mgKOH / g, and the hydroxyl value thereof. Is in the range of 150 mgKOH / g to 250 mgKOH / g; the basic structural portion represented by the general formula (1) of the anionic polyhydroxyurethane resin which is the component (A) is made of carbon dioxide as a raw material at least in a part thereof. It is composed of a polyaddition reaction product of a compound having at least two 5-membered cyclic carbonate structures and a compound having at least two primary amino groups, and is composed of an anionic polyhydroxy of the component (A). The carbon dioxide-derived -O-CO- bond accounts for 1 to 30% by mass of the total mass of the urethane resin; the layered clay mineral of the component (B) is montmorillonite, saponite, hectrite, vermiculite, etc. Being at least one selected from the group consisting of kaolinite and mica;

また、本発明は別の実施の形態として、上記した粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物を必須成分とすることを特徴とするガスバリア性水性コーティング剤を提供する。 Further, as another embodiment of the present invention, there is provided a gas barrier water-based coating agent containing the above-mentioned clay mineral-containing polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition as an essential component.

さらに、本発明は別の実施の形態として、基材と、該基材の少なくとも一方に設けられた、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物とを含んでなる複合材料で形成された被膜層とを有してなり、前記複合材料が、上記いずれかの粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物であり、前記被膜層の厚みが0.1〜100μmで、且つ、前記被膜層の酸素透過率が、23℃、65%の湿度下において10mL/m2・day・atm以下であることを特徴とするガスバリア性樹脂フィルム。 Further, as another embodiment, the present invention has a base material and a coating layer provided on at least one of the base materials and formed of a composite material containing a polyhydroxyurethane resin and a clay mineral. The composite material is a polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition containing any of the above clay minerals, the thickness of the coating layer is 0.1 to 100 μm, and oxygen permeation of the coating layer. A gas barrier resin film having a ratio of 10 mL / m 2 · day · atm or less under a humidity of 23 ° C. and 65%.

本発明によれば、水系の、塗料やコーティング剤の被膜形成用樹脂として使用可能な、水中に、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物とが良好に複合化して分散されてなる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水分散体組成物は、従来技術で提供される樹脂の水分散体と比較して、安定性に優れ、長期間の保存が可能であり、且つ、ポリヒドロキシウレタン樹脂の水酸基を一定量にコントロールできることから、そのポリヒドロキシウレタン樹脂で得られる塗膜(被膜層)の性能も、例えば、密着性や耐水性などにおいて、従来の溶剤型のポリヒドロキシウレタン樹脂から得られる塗膜と同等の性能を実現したものにできる。 According to the present invention, an aqueous dispersion composition in which a polyhydroxyurethane resin and a clay mineral are well compounded and dispersed in water, which can be used as a film-forming resin for an aqueous paint or coating agent, is prepared. Provided. The aqueous dispersion composition provided by the present invention is superior in stability to the aqueous dispersion of the resin provided in the prior art, can be stored for a long period of time, and is made of a polyhydroxyurethane resin. Since the number of hydroxyl groups can be controlled to a certain amount, the performance of the coating film (coating layer) obtained from the polyhydroxyurethane resin is also the coating obtained from the conventional solvent-type polyhydroxyurethane resin in terms of adhesion and water resistance, for example. It can achieve the same performance as a film.

加えて、本発明の水分散体組成物は、ガスバリア性を向上させることが知られている粘土鉱物を良好な状態で水中に分散したものとなるので、ガスバリア性により優れた被膜を容易に作製することができる。また、本発明の水分散体組成物は、水系の塗料の被膜形成用樹脂として利用ができるので、これを用いることで、溶剤系の塗料で問題となっている使用時における有機溶剤の環境中への放出がなくなり、塗膜(被膜層)の性能を満足し得、且つ、環境負荷を低減した水系塗料等の提供ができる。本発明の水分散体組成物を構成するポリヒドロキシウレタン樹脂は、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、この点でも有用である。 In addition, the aqueous dispersion composition of the present invention is obtained by dispersing clay minerals known to improve gas barrier properties in water in a good state, so that a film having better gas barrier properties can be easily produced. can do. Further, since the aqueous dispersion composition of the present invention can be used as a film-forming resin for water-based paints, by using this, in the environment of an organic solvent at the time of use, which is a problem with solvent-based paints. It is possible to provide a water-based paint or the like which can satisfy the performance of the coating film (coating layer) and reduce the environmental load. The polyhydroxyurethane resin constituting the aqueous dispersion composition of the present invention is a resin that can be produced by using carbon dioxide as a raw material (forming material), and because it is an aqueous material, it can reduce the environmental load. In addition, it is also useful in this respect because it can contribute to further reduction of the environmental load.

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。ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物とを複合化させ、これらが良好に分散した状態を達成してなる本発明の水分散体組成物は、下記の特定の構造を有する(A)成分の、カルボキシル基と水酸基とを有するアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂と、(B)成分の、層状粘土鉱物とを含有してなり、前記(A)成分と前記(B)成分との合計含有量が10〜50質量%であり、前記(A)成分100質量部に対して、前記(B)成分を1〜100質量部の範囲で含むことを特徴とする。 Next, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments for carrying out the invention. The aqueous dispersion composition of the present invention obtained by combining a polyhydroxyurethane resin and a clay mineral to achieve a state in which they are well dispersed is a carboxyl group of the component (A) having the following specific structure. It contains an anionic polyhydroxyurethane resin having a hydroxyl group and a layered clay mineral of the component (B), and the total content of the component (A) and the component (B) is 10 to 50 mass by mass. %, The component (B) is contained in the range of 1 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A).

本発明を特徴づける(A)成分であるカルボキシル基と水酸基とを有するアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂(以下、単に(A)成分、或いは、ポリヒドロキシウレタン樹脂と記載する場合がある)は、その化学構造が、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を基本構造とし、且つ、下記一般式(6)で示されるカルボキシル基を有する化学構造部位を有するものであることを特徴とする。 An anionic polyhydroxyurethane resin having a carboxyl group and a hydroxyl group, which is a component (A) that characterizes the present invention (hereinafter, may be simply referred to as a component (A) or a polyhydroxyurethane resin) is a chemical thereof. The structure is characterized by having a repeating unit represented by the following general formula (1) as a basic structure and having a chemical structural site having a carboxyl group represented by the following general formula (6).

Figure 0006813338
[一般式(1)中、−X−は、直接結合か、炭素数1〜30の脂肪族炭化水素基、炭素数4〜40の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜40の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、エーテル結合、アミノ結合、スルホニル結合及びエステル結合のいずれか、或いは、置換基として、水酸基、ハロゲン原子及び繰り返し単位1〜30の炭素数2〜6からなるポリアルキレングリコール鎖のいずれかを含んでもよい。Y−は、炭素数1〜15の脂肪族炭化水素基、炭素数4〜15の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜15の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、エーテル結合又はスルホニル結合、或いは、置換基として水酸基及びハロゲン原子のいずれかを含んでもよい。−Z1−、−Z2−は、それぞれ独立に、下記式(2)、式(3)、一般式(4)及び一般式(5)からなる群から選ばれる少なくともいずれかの構造を示し、繰り返し単位内及び繰り返し単位間のいずれにおいても、これらの式(2)〜(5)から選ばれる2種以上の構造が混在してもよい。また、これらの式(2)〜(5)のいずれの式を選択した場合も、右側の結合手は酸素原子と結合し、且つ、左側の結合手はXと結合し、Xが直接結合の場合は、他方のZの左側の結合手と結合する。]
Figure 0006813338
[In the general formula (1), -X- is a direct bond, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 40 carbon atoms, or an aromatic group having 6 to 40 carbon atoms. It is a hydrocarbon group, and in the structure of these groups, any one of ether bond, amino bond, sulfonyl bond and ester bond, or as a substituent, a hydroxyl group, a halogen atom and 2 carbon atoms of repeating units 1 to 30 It may contain any of the polyalkylene glycol chains consisting of ~ 6. Y− is an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 15 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 15 carbon atoms, and is contained in the structure of these groups. May contain either an ether bond or a sulfonyl bond, or a hydroxyl group or a halogen atom as a substituent. −Z 1 − and −Z 2 − independently represent at least one structure selected from the group consisting of the following equations (2), (3), general equations (4) and (5). , Two or more types of structures selected from these formulas (2) to (5) may be mixed in both within the repeating unit and between the repeating units. In addition, when any of these equations (2) to (5) is selected, the bond on the right side is bonded to the oxygen atom, the bond on the left side is bonded to X, and X is directly bonded. In the case, it joins with the other join hand on the left side of Z. ]

Figure 0006813338
[一般式(4)又は(5)中、Rは、水素原子又はメチル基を示す。]
Figure 0006813338
[In the general formula (4) or (5), R represents a hydrogen atom or a methyl group. ]

Figure 0006813338
[一般式(6)中、−W−は、炭素数1〜30の脂肪族炭化水素基、炭素数4〜40の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜40の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、エーテル結合、アミノ結合、スルホニル結合及びエステル結合のいずれか、或いは、置換基として、水酸基、ハロゲン原子及び繰り返し単位1〜30の炭素数2〜6からなるポリアルキレングリコール鎖のいずれかを含んでもよい。Y−は、一般式(1)の結合手のあるウレタン構造と結合する部分であって、前記一般式(1)中のY−として選択できるものを選択し得る。−V−は、炭素数1〜10の炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、酸素原子又は窒素原子を含んでもよい。]
Figure 0006813338
[In the general formula (6), -W- is an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 40 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 40 carbon atoms. In the structure of these groups, any of ether bond, amino bond, sulfonyl bond and ester bond, or as a substituent, it is composed of a hydroxyl group, a halogen atom and 2 to 6 carbon atoms of repeating units 1 to 30. It may contain any of the polyalkylene glycol chains. Y-is a portion to be bonded to the urethane structure having a bond of the general formula (1), and can be selected as Y- in the general formula (1). -V- is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms, and the structure of these groups may contain an oxygen atom or a nitrogen atom. ]

本発明を構成するポリヒドロキシウレタン樹脂は、その基本構造中に有する、繰り返し単位である上記一般式(1)で示される構造は、その全ての繰り返し単位が同一の構造であってもよいが、これに限定されず、上記で規定される範囲の構造であれば、異なる構造のものが複数種混在するものであってもよい。例えば、一般式(1)中のZ1とZ2のいずれもが、式(2)の化学構造のもののみで構成されていてもよいし、例えば、Z1が一般式(4)の化学構造のもの、Z2が一般式(5)の化学構造のもの、Z1とZ2のいずれもが式(3)の化学構造のもの、が混在するものであってもよい。また、その基本構造中に有する一般式(6)で示される構造も同様に、樹脂中における全ての繰り返し単位が同一の構造であってもよいが、異なる構造が混在するものであってもよい。さらに、基本構造を構成している、一般式(1)中のYと、一般式(6)中のYとは、同じ構造であってもよいが、本発明で規定する、取り得る−Yの範囲内であれば、互いに異なる構造であってもよい。また、繰り返し単位ごとにYが異なる構成であってもよい。すなわち、本発明を特徴づけるポリヒドロキシウレタン樹脂の基本構造中には、複数の異なる構造のYが混在していてもよい。 The polyhydroxyurethane resin constituting the present invention has a repeating unit in its basic structure, and the structure represented by the above general formula (1) may have the same repeating unit. The structure is not limited to this, and a plurality of different structures may be mixed as long as the structure is within the range specified above. For example, both Z 1 and Z 2 in the general formula (1) may be composed only of those having the chemical structure of the formula (2). For example, Z 1 is the chemistry of the general formula (4). A mixture of structures, Z 2 having a chemical structure of the general formula (5), and Z 1 and Z 2 having a chemical structure of the formula (3) may be mixed. Similarly, the structure represented by the general formula (6) having in the basic structure may have the same structure for all the repeating units in the resin, but may be a mixture of different structures. .. Further, Y in the general formula (1) and Y in the general formula (6), which constitute the basic structure, may have the same structure, but can be −Y specified in the present invention. The structures may be different from each other as long as they are within the range of. Further, Y may be different for each repeating unit. That is, a plurality of Ys having different structures may be mixed in the basic structure of the polyhydroxyurethane resin that characterizes the present invention.

ここで、一般的なポリマーエマルジョンの製造方法として、界面活性剤を乳化剤として使用する強制乳化法と、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法がある。本発明の水分散体は、上記した自己乳化型に属するものである。すなわち、本発明を構成するポリヒドロキシウレタン樹脂は、前記一般式(6)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アニオン性基であるカルボキシル基を導入したことで、自己乳化を可能にしている。 Here, as a general method for producing a polymer emulsion, there are a forced emulsification method using a surfactant as an emulsifier and a self-emulsification method in which a hydrophilic group is introduced into the polymer chain to form emulsified particles on the polymer chain itself. .. The aqueous dispersion of the present invention belongs to the above-mentioned self-emulsifying type. That is, as shown in the structure of the general formula (6), the polyhydroxyurethane resin constituting the present invention has a carboxyl group which is an anionic group as a hydrophilic group necessary for emulsification in the structure of the resin. By introducing, self-emulsification is possible.

前記一般式(1)で示される繰り返し単位を基本構造とするポリヒドロキシウレタン樹脂は、以下の工程により、基本構造の部分を製造することができる。具体的には、1分子中に少なくとも2つの五員環環状カーボネートを有する化合物(以下、単に環状カーボネート化合物と呼ぶ場合がある)と、1分子中に少なくとも2つの1級アミノ基を有する化合物(以下、単にアミン化合物と呼ぶ場合がある)の重付加反応より得られる。 The polyhydroxyurethane resin having the repeating unit represented by the general formula (1) as the basic structure can produce a portion of the basic structure by the following steps. Specifically, a compound having at least two 5-membered cyclic cyclic carbonates in one molecule (hereinafter, may be simply referred to as a cyclic carbonate compound) and a compound having at least two primary amino groups in one molecule (hereinafter, may be simply referred to as a cyclic carbonate compound). Hereinafter, it may be simply referred to as an amine compound).

ポリヒドロキシ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。 It is known that in the reaction between cyclic carbonate and amine, which forms a polymer chain of polyhydroxyurethane resin, there are two types of cleavage of the cyclic carbonate, and two types of structures shown in the following model reactions occur. There is.

Figure 0006813338
Figure 0006813338

従って、重付加反応により得られるポリヒドロキシウレタンを表す前記一般式(1)の−Z1−、−Z2−の構造は、前記した式(2)か式(3)のいずれかの構造となり、その存在はランダムである。 Therefore, the structures of −Z 1 − and −Z 2 − of the general formula (1) representing the polyhydroxyurethane obtained by the heavy addition reaction become the structure of either the above formula (2) or the formula (3). , Its existence is random.

本発明を構成するポリヒドロキシウレタン樹脂の製造に使用する環状カーボネート化合物としては、その環状カーボネート構造が、下記のように、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。 As the cyclic carbonate compound used in the production of the polyhydroxyurethane resin constituting the present invention, it is preferable that the cyclic carbonate structure is obtained by the reaction of the epoxy compound and carbon dioxide as described below. 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 0006813338
Figure 0006813338

上記のようにして二酸化炭素を原料として合成され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ヒドロキシウレタン樹脂は、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)のポリヒドロキシ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が、例えば、上記した合成方法によって得られるポリヒドロキシウレタン樹脂は、その構造中に二酸化炭素を1〜30質量%の範囲で含有させることができる。 The polyhydroxyurethane resin obtained by using the cyclic carbonate compound synthesized from carbon dioxide as a raw material as described above in the polyaddition reaction has carbon dioxide immobilized in its structure-O-CO-. It will have a bond. The content of carbon dioxide-derived -O-CO- bonds (immobilized amount of carbon dioxide) in the polyhydroxyurethane resin should be as high as possible from the standpoint of effectively using carbon dioxide as a raw material. The polyhydroxyurethane resin obtained by the above-mentioned synthesis method can contain carbon dioxide in the range of 1 to 30% by mass in its structure.

上記したエポキシ化合物と二酸化炭素との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適な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 for the 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. Is mentioned as a suitable one. 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、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 thereof 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.

本発明を構成するポリヒドロキシウレタン樹脂の製造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、一分子中に2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の環状カーボネート化合物も使用できる。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、CH3のいずれかである。 The structure of the cyclic carbonate compound that can be used for producing the polyhydroxyurethane resin constituting the present invention is not particularly limited, and any cyclic carbonate compound having two or more cyclic carbonate structures in one molecule can be used. For example, a compound having a benzene skeleton, an aromatic polycyclic skeleton, a condensed polycyclic aromatic skeleton, or an aliphatic or alicyclic cyclic carbonate compound can be used. 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環状カーボネート化合物としては、以下が例示される。

Figure 0006813338
Examples of the cyclic carbonate compound having a benzene skeleton, an aromatic polycyclic skeleton, and a condensed polycyclic aromatic skeleton are as follows.
Figure 0006813338

脂肪族系や脂環式系の環状カーボネートとして以下の化合物が例示される。

Figure 0006813338
The following compounds are exemplified as aliphatic or alicyclic cyclic carbonates.
Figure 0006813338

本発明の水分散体組成物を構成するポリヒドロキシウレタン樹脂は、上記に列挙したような、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2以上有する化合物と、1級アミノ基を2以上有する化合物との重付加反応により製造されたものであることが好ましい。 The polyhydroxyurethane resin constituting the aqueous dispersion composition of the present invention is a compound having two or more five-membered cyclic carbonate structures, as listed above, which are partially synthesized using carbon dioxide as a raw material. And, it is preferable that it is produced by a polyaddition reaction with a compound having two or more primary amino groups.

1級アミノ基を有する化合物としては、従来公知のものが使用できる。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、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、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、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 compound having a primary amino group, conventionally known compounds 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), and aromatic polyamines such as metaphenylenediamine and diaminodiphenylmethane.

本発明の水分散体組成物を構成するポリヒドロキシウレタン樹脂は、上記のようにして製造できる一般式(1)の繰り返し単位を基本構造として有すると共に、その構造中に下記一般式(6)で示されるカルボキシル基を有する化学構造部位が導入されてなることを特徴とする。 The polyhydroxyurethane resin constituting the aqueous dispersion composition of the present invention has a repeating unit of the general formula (1) that can be produced as described above as a basic structure, and has the following general formula (6) in the structure. It is characterized in that a chemical structural site having the indicated carboxyl group is introduced.

Figure 0006813338
[一般式(6)中、−W−は、炭素数1〜30の脂肪族炭化水素基、炭素数4〜40の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜40の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、エーテル結合、アミノ結合、スルホニル結合及びエステル結合のいずれか、或いは、置換基として、水酸基、ハロゲン原子及び繰り返し単位1〜30の炭素数2〜6からなるポリアルキレングリコール鎖のいずれかを含んでもよい。Y−は、一般式(1)の結合手のあるウレタン構造と結合する部分であって、前記一般式(1)中のY−として選択できるものを選択し得る。−V−は、炭素数1〜10の炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、酸素原子又は窒素原子を含んでもよい。]
Figure 0006813338
[In the general formula (6), -W- is an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 40 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 40 carbon atoms. In the structure of these groups, any of ether bond, amino bond, sulfonyl bond and ester bond, or as a substituent, it is composed of a hydroxyl group, a halogen atom and 2 to 6 carbon atoms of repeating units 1 to 30. It may contain any of the polyalkylene glycol chains. Y-is a portion to be bonded to the urethane structure having a bond of the general formula (1), and can be selected as Y- in the general formula (1). -V- is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms, and the structure of these groups may contain an oxygen atom or a nitrogen atom. ]

上記一般式(6)で示されるカルボキシル基を有する化学構造部位を基本構造に導入することは、例えば、下記の製造方法によって行うことができ、この化学構造部位が導入されることで、水に、ポリヒドロキシウレタン樹脂を良好に分散させた水分散体を容易に得ることができる。具体的には、まず、親水性溶剤中で、2つの1級アミノ基を有する化合物に対して、2つのエポキシ基を有する化合物と、2つの五員環環状カーボネート構造を有する化合物とを重付加反応させて、その構造中に2級アミノ基を含むポリヒドロキシウレタン樹脂を得、さらに、前記2級アミノ基に環状酸無水物を反応させて、その構造中にイオン性基となるカルボキシル基を有するポリヒドロキシウレタン樹脂を得る。この結果、上記で得られたポリヒドロキシウレタン樹脂中の前記カルボキシル基を中和し、その後に水を加えて転相乳化することで、ポリヒドロキシウレタン樹脂を良好に分散させることができる。以下、上記製造方法の詳細について説明する。 Introducing the chemical structural site having a carboxyl group represented by the general formula (6) into the basic structure can be carried out by, for example, the following production method. By introducing this chemical structural site into water, , An aqueous dispersion in which the polyhydroxyurethane resin is well dispersed can be easily obtained. Specifically, first, in a hydrophilic solvent, a compound having two epoxy groups and a compound having two five-membered cyclic carbonate structures are added to the compound having two primary amino groups. The reaction is carried out to obtain a polyhydroxyurethane resin containing a secondary amino group in its structure, and the secondary amino group is further reacted with a cyclic acid anhydride to form a carboxyl group as an ionic group in its structure. Obtain a polyhydroxyurethane resin having. As a result, the polyhydroxyurethane resin can be satisfactorily dispersed by neutralizing the carboxyl group in the polyhydroxyurethane resin obtained above and then adding water for phase inversion emulsification. The details of the above manufacturing method will be described below.

上記の製造方法のより好適な形態としては、上記1級アミノ基を有する化合物と、エポキシ基を有する化合物とを、アミノ基とエポキシ基の当量比が1級アミノ基/エポキシ基=4/1以上の、1級アミノ基が過剰量となる条件下で反応させ、1級アミノ基が未反応で残るように構成し、その後、例えば、二酸化炭素を原料にして得た、先述したような環状カーボネート化合物を、残った1級アミノ基に対して重付加反応させることで、一般式(6)の化学構造部位が前記した基本構造に導入された構造のポリヒドロキシウレタン樹脂を安定して得ることができる。そして、その後に上記した転相乳化を行うことで、水中に、微分散してなるポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体が安定して得られる。 As a more preferable form of the above production method, the compound having a primary amino group and the compound having an epoxy group have an equivalent ratio of an amino group to an epoxy group of primary amino group / epoxy group = 4/1. The reaction was carried out under the condition that the amount of the primary amino group was excessive, so that the primary amino group remained unreacted, and then, for example, the cyclic obtained by using carbon dioxide as a raw material, as described above. By subjecting the carbonate compound to a polyaddition reaction with the remaining primary amino group, a polyhydroxyurethane resin having a structure in which the chemical structure site of the general formula (6) is introduced into the above-mentioned basic structure can be stably obtained. Can be done. Then, by performing the above-mentioned phase inversion emulsification after that, an aqueous dispersion of a polyhydroxyurethane resin that is finely dispersed in water can be stably obtained.

以下に、上記のように構成することで、本発明で規定する構造のポリヒドロキシウレタン樹脂を安定して得ることが可能になるメカニズムについて説明する。1級アミノ基を2つ有する化合物と、エポキシ基を2つ有する化合物とを、活性水素当量比が1.0(1級アミノ基/エポキシ基のモル比率では1/2)となる比率にて反応させた場合、3次元化の反応が起こり、樹脂硬化物が得られる。しかし、化学構造が3次元化した樹脂硬化物は、溶剤に溶解しないことから、本発明が目的とする水分散体を製造することはできない。これに対し、例えば、1級アミノ基とエポキシ基の当量比が1級アミノ基/エポキシ基=4/1以上となる、1級アミノ基の過剰量条件下で反応させと、両末端に1級アミノ基を有し、且つ、構造の内部に2級アミノ基を有する化合物が中間体として得られる。そして、該中間体を利用することで、前記した一般式(1)で示される繰り返し単位を基本構造とするポリヒドロキシウレタン樹脂に、その化学構造部位として一般式(6)の構造を安定して導入することができる。 The mechanism by which the polyhydroxyurethane resin having the structure specified in the present invention can be stably obtained by configuring as described above will be described below. A compound having two primary amino groups and a compound having two epoxy groups have an active hydrogen equivalent ratio of 1.0 (1/2 in the molar ratio of primary amino group / epoxy group). When the reaction is carried out, a three-dimensional reaction occurs and a cured resin product is obtained. However, since the cured resin product having a three-dimensional chemical structure does not dissolve in a solvent, the aqueous dispersion intended by the present invention cannot be produced. On the other hand, for example, when the reaction is carried out under the condition of an excess amount of the primary amino group such that the equivalent ratio of the primary amino group to the epoxy group is primary amino group / epoxy group = 4/1 or more, 1 is added to both ends. A compound having a secondary amino group and having a secondary amino group inside the structure is obtained as an intermediate. Then, by using the intermediate, the structure of the general formula (6) can be stabilized as the chemical structural part of the polyhydroxyurethane resin having the repeating unit represented by the general formula (1) as the basic structure. Can be introduced.

以下に、1級アミノ基/エポキシ基=4/1の場合の反応式を示した。このようなアミノ基の過剰量条件下で反応を行うことで、以下の構造を有する中間体となる化合物(a)と、未反応で残った1級アミノ基を有する化合物との混合物を得ることができる。

Figure 0006813338
The reaction formula in the case of primary amino group / epoxy group = 4/1 is shown below. By carrying out the reaction under such an excess amount condition of amino groups, a mixture of the compound (a) as an intermediate having the following structure and the compound having a primary amino group remaining unreacted can be obtained. Can be done.
Figure 0006813338

上記のようにして得られた混合物中の化合物(a)は、両末端に1級アミノ基を有しており、前記した、上記反応に用いた1分子中に2つの1級アミノ基を有する化合物と同様に、先に説明した環状カーボネート化合物と重付加反応することができる。 The compound (a) in the mixture obtained as described above has a primary amino group at both ends, and has two primary amino groups in one molecule used in the above reaction. Similar to the compound, it can undergo a transamination reaction with the cyclic carbonate compound described above.

上記化合物(a)は、両末端に1級アミノ基を有しているが、その構造中に2級アミノ基も有する。この場合、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ないことが既に報告されている。例えば、1級アミノ基と2級アミノ基を含む化合物と、環状カーボネート化合物の重付加反応により、2級アミノ基を主鎖に含んだポリヒドロキシウレタンの合成が「J.Polym.Sci.,Part A:Polym.Chem.2005,43,5899−5905」に報告されている。本発明で利用する製造方法においても、その反応形態は、上記文献に記載されている通りであるので、上記したように、両末端に1級アミノ基を有し、内部に2級アミノ基を有する化合物(a)と同様の構造の化合物を経由することで、2級アミノ基を基本構造中に含むポリヒドロキシウレタン樹脂が得られる。本発明では、基本構造中に導入された一般式(6)の化学構造部位によってヒドロキシウレタン中に残存することになる2級アミノ基を、次の工程で、環状酸無水物と反応させることでカルボキシル基を導入する。その結果、本発明の水分散体組成物を構成できる、前記した一般式(1)で示される繰り返し単位を基本構造とし、該構造中に、上記一般式(6)で示されるカルボキシル基を有する化学構造部位を有するポリヒドロキシウレタン樹脂が得られる。すなわち、次の工程で、水を加えて転相乳化することで、水中に、ポリヒドロキシウレタン樹脂を微分散させることが可能になる。 The compound (a) has a primary amino group at both ends, but also has a secondary amino group in its structure. In this case, it has already been reported that the secondary amino group in the structure does not react with the cyclic carbonate. For example, the synthesis of polyhydroxyurethane containing a secondary amino group in the main chain by a double addition reaction of a compound containing a primary amino group and a secondary amino group and a cyclic carbonate compound is performed by "J. Polym. Sci., Part. A: Polym. Chem. 2005, 43, 5899-5905 ”. Also in the production method used in the present invention, the reaction form is as described in the above-mentioned document. Therefore, as described above, it has a primary amino group at both ends and a secondary amino group inside. A polyhydroxyurethane resin containing a secondary amino group in its basic structure can be obtained by passing through a compound having the same structure as that of the compound (a). In the present invention, the secondary amino group that will remain in the hydroxyurethane due to the chemical structural site of the general formula (6) introduced into the basic structure is reacted with the cyclic acid anhydride in the next step. Introduce a carboxyl group. As a result, the repeating unit represented by the general formula (1) described above, which can form the aqueous dispersion composition of the present invention, is used as the basic structure, and the structure has a carboxyl group represented by the general formula (6). A polyhydroxyurethane resin having a chemical structural part can be obtained. That is, in the next step, the polyhydroxyurethane resin can be finely dispersed in water by adding water and emulsifying the phase inversion.

上記したように、本発明の水分散体組成物を構成するポリヒドロキシウレタン樹脂は、基本的には、以下の三段階の工程で形成できる。
(1)少なくとも2つの1級アミノ基を有する化合物に対して、まず、少なくとも2つのエポキシ基を有する化合物を1級アミノ基の過剰量条件下で反応させ、1級アミノ基が残るようにして中間体となる、両末端に1級アミノ基を有し、内部に2級アミノ基を有する化合物(a)を生成する工程。
(2)1級アミノ基が残った状態の、工程(1)の生成物である化合物(a)に対して、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を重付加反応させ、2級アミノ基を有するポリヒドロキシウレタン樹脂を得る重合工程。
(3)工程(2)で得た2級アミノ基を有するポリヒドロキシウレタン樹脂に対して、環状酸無水物を付加反応させてイオン性基を導入する工程。
As described above, the polyhydroxyurethane resin constituting the aqueous dispersion composition of the present invention can be basically formed by the following three-step steps.
(1) First, a compound having at least two epoxy groups is reacted with a compound having at least two primary amino groups under an excess amount condition of the primary amino groups so that the primary amino groups remain. A step of producing a compound (a) having a primary amino group at both ends and a secondary amino group inside, which is an intermediate.
(2) A compound having at least two 5-membered cyclic carbonate structures is polymerized with respect to the compound (a) which is the product of the step (1) with the primary amino group remaining, and the secondary is secondary. A polymerization step for obtaining a polyhydroxyurethane resin having an amino group.
(3) A step of introducing an ionic group by adding a cyclic acid anhydride to the polyhydroxyurethane resin having a secondary amino group obtained in the step (2).

ここで、上記工程(1)を省略し、上記環状カーボネート化合物とエポキシ化合物、アミノ基を有する化合物の3成分を一度に反応させ、2級アミノ基を有するポリヒドロキシウレタンを得ることも可能である。しかし、本発明者らの検討によれば、この場合に、エポキシ化合物の使用量を増やすと、すなわち、より多くの2級アミノ基を主鎖中に導入しようとした場合、エポキシ化合物が、生成した化合物(a)中の2級アミノ基と反応する確率が高くなり、工程(1)のステップを経る場合と比較して3次元化によるゲル化が起こりやすく、工業的製法としては適さず、好適なものとは言い難い。 Here, it is also possible to omit the step (1) and to react the cyclic carbonate compound with the epoxy compound and the compound having an amino group at once to obtain a polyhydroxyurethane having a secondary amino group. .. However, according to the studies of the present inventors, in this case, when the amount of the epoxy compound used is increased, that is, when more secondary amino groups are introduced into the main chain, the epoxy compound is produced. The probability of reacting with the secondary amino group in the compound (a) is high, and gelation due to three-dimensionalization is more likely to occur as compared with the case of going through the step (1), which is not suitable as an industrial production method. It is hard to say that it is suitable.

上記工程(1)に使用可能な、少なくとも2つの1級アミノ基を有する化合物としては、従来公知のものを使用することができる。具体的には、先に説明した一般式(1)の繰り返し単位を基本構造とするポリヒドロキシウレタン樹脂の合成に使用可能なアミン化合物と同様のものを用いることができる。このため、説明を省略する。 As the compound having at least two primary amino groups that can be used in the above step (1), conventionally known compounds can be used. Specifically, the same amine compound that can be used for synthesizing the polyhydroxyurethane resin having the repeating unit of the general formula (1) as the basic structure described above can be used. Therefore, the description thereof will be omitted.

工程(1)で使用可能なエポキシ基を有する化合物についても、少なくとも2官能である以外は特に制限はない。例えば、前記した環状カーボネート化合物を得るための原材料に使用したエポキシ化合物が好適である。具体的には、先に例示した環状カーボネート化合物では、その末端の五員環環状カーボネート基の部分のいずれもがエポキシ基である化合物を原材料として使用しており、これらのエポキシ基を有する化合物をいずれも使用できる。 The compound having an epoxy group that can be used in the step (1) is also not particularly limited except that it is at least bifunctional. For example, the epoxy compound used as a raw material for obtaining the above-mentioned cyclic carbonate compound is suitable. Specifically, in the cyclic carbonate compound exemplified above, a compound in which all of the terminal five-membered cyclic cyclic carbonate groups are epoxy groups is used as a raw material, and the compounds having these epoxy groups are used. Both can be used.

工程(1)及び工程(2)で行われる2種類の化合物の重付加反応、すなわち、環状カーボネート化合物とアミン化合物との重付加反応、エポキシ化合物とアミン化合物との重付加反応に必要な条件は、いずれも同じであり、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い。 The conditions required for the double addition reaction of the two types of compounds performed in the steps (1) and (2), that is, the double addition reaction of the cyclic carbonate compound and the amine compound, and the heavy addition reaction of the epoxy compound and the amine compound are , Both are the same. For example, both may be mixed and reacted at a temperature of 40 to 200 ° C. for 4 to 24 hours.

上記反応は、いずれも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、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テトラヒドロフランが挙げられる。 All of the above reactions 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 having a boiling point at which evaporation and distillation is easy after phase inversion emulsification.

本発明を特徴づけるポリヒドロキシ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が、反応を促進させるためには、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、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 polyhydroxyurethane resin that characterizes the present invention can be produced without using a catalyst, but in order to promote the reaction, in the presence of a catalyst as described below. It is also possible to do it with. 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、上記した工程(3)のイオン性基の導入工程である、ポリヒドロキシウレタン樹脂へのカルボキシル基導入反応について説明する。工程(3)では、上記工程(2)で得られたポリヒドロキシウレタンの有する2級アミノ基に対して、環状酸無水物を反応させることによって、ポリヒドロキシウレタン樹脂にカルボキシル基を導入する。 Next, the reaction of introducing a carboxyl group into the polyhydroxyurethane resin, which is the step of introducing an ionic group in the above step (3), will be described. In the step (3), a carboxyl group is introduced into the polyhydroxyurethane resin by reacting the secondary amino group of the polyhydroxyurethane obtained in the above step (2) with a cyclic acid anhydride.

上記の反応に使用可能な環状酸無水物は、特に限定されるものではない。複数のカルボキシル基を有する化合物のカルボキシル基が分子内で脱水縮合したものであれば好適に使用することができる。具体的には、例えば、コハク酸無水物、イタコン酸無水物、マレイン酸無水物、カロン酸無水物、シトラコン酸無水物、グルタル酸無水物、ジグリコール酸無水物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物などの脂肪族酸無水物や、その誘導体、フタル酸、トリメリット酸無水物、1,2−ナフタル酸無水物、ピロメリット酸無水物などの芳香族酸無水物、1,1−シクロヘキサン二酢酸無水物、1−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、1,1−シクロペンタン二酢酸無水物、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、などの脂環族酸無水物などがいずれも使用可能である。これらの中でも特に好ましい化合物としては、分子量の低い化合物が、少量の使用で乳化安定性を示すことから、例えば、コハク酸無水物やマレイン酸無水物などが挙げられる。 The cyclic acid anhydride that can be used in the above reaction is not particularly limited. Any compound in which the carboxyl groups of a compound having a plurality of carboxyl groups are dehydrated and condensed in the molecule can be preferably used. Specifically, for example, succinic anhydride, itaconic acid anhydride, maleic acid anhydride, caronic acid anhydride, citraconic acid anhydride, glutaric acid anhydride, diglycolic acid anhydride, 1, 2, 3, 4 An aliphatic acid anhydride such as butanetetracarboxylic acid anhydride and its derivatives, phthalic acid, trimellitic acid anhydride, 1,2-naphthalic acid anhydride, pyromellitic acid anhydride and other aromatic acid anhydrides. , 1,1-Cyclohexanediacetate anhydride, 1-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid anhydride, 1,1-cyclopentanediacetate anhydride, 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid anhydride, etc. Any alicyclic acid anhydride or the like can be used. Among these, particularly preferable compounds include succinic anhydride and maleic anhydride because compounds having a low molecular weight exhibit emulsion stability even when used in a small amount.

本発明者らの検討によれば、上記工程(1)で使用するエポキシ化合物の使用量と、上記工程(2)で使用する環状カーボネート化合物の使用比率により、先に化合物(a)として示した、中間体のポリヒドロキシウレタン樹脂中の2級アミノ基の量を制御することができ、これにより、工程(3)での環状酸無水物との反応後に得られるポリヒドロキシウレタン樹脂中のカルボキシル基量を制御することもできる。 According to the study by the present inventors, the compound (a) is shown first depending on the amount of the epoxy compound used in the above step (1) and the ratio of the cyclic carbonate compound used in the above step (2). , The amount of secondary amino groups in the intermediate polyhydroxyurethane resin can be controlled, thereby the carboxyl groups in the polyhydroxyurethane resin obtained after the reaction with the cyclic acid anhydride in step (3). You can also control the amount.

また、本発明者らの検討によれば、ポリヒドロキシウレタン樹脂中に導入したカルボキシル基量と、その後に樹脂に水を加えて転相乳化する工程で形成される乳化粒子径はほぼ比例関係にあり、カルボキシル基量が多くなるほど乳化粒子径は小さくなる。逆に、カルボキシル基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。上記のようにして得られた本発明を構成する水中に分散したポリヒドロキシウレタン樹脂の乳化粒子は、例えば、0.001μm〜10μmの範囲内の粒子径で微分散されたものになる。その用途にもよるが、0.001μm〜2μmの範囲内になるように調整されたものであることがより好ましい。 Further, according to the study by the present inventors, the amount of carboxyl groups introduced into the polyhydroxyurethane resin is substantially proportional to the size of the emulsified particles formed in the step of adding water to the resin for phase inversion emulsification. Yes, the larger the amount of carboxyl groups, the smaller the emulsified particle size. On the contrary, when the number of carboxyl groups decreases, the diameter of the emulsified particles increases, and the emulsified state becomes unstable from a certain size. The emulsified particles of the polyhydroxyurethane resin dispersed in water constituting the present invention obtained as described above are, for example, finely dispersed with a particle size in the range of 0.001 μm to 10 μm. Although it depends on the application, it is more preferable that the content is adjusted to be in the range of 0.001 μm to 2 μm.

また、本発明の水分散体組成物を形成する際に必要となる、ポリヒドロキシウレタン樹脂中へのカルボキシル基の導入量は、少なすぎると転相乳化ができず、多すぎると被膜の耐水性に悪影響を及ぼすため、酸価が15mgKOH/g〜50mgKOH/gとなるように配合比を調整することが好ましい。また、乳化粒子の安定度は、樹脂の分子量によっても影響を受けるため、樹脂の重量平均分子量が10000〜100000の範囲内にあることが好ましい。 Further, if the amount of the carboxyl group introduced into the polyhydroxyurethane resin, which is required when forming the aqueous dispersion composition of the present invention, is too small, phase inversion emulsification cannot be performed, and if it is too large, the water resistance of the coating film is high. It is preferable to adjust the blending ratio so that the acid value is 15 mgKOH / g to 50 mgKOH / g. Further, since the stability of the emulsified particles is also affected by the molecular weight of the resin, the weight average molecular weight of the resin is preferably in the range of 1000 to 100,000.

上記したようにして容易に得られる、水中にポリヒドロキシウレタン樹脂が良好に分散してなる本発明の水分散体組成物を利用することで、被膜層やフィルムを形成することができる。本発明の目的の一つは、これらの被膜層やフィルムが、より高いガスバリア性を有するものとなることである。ガスバリア性は、樹脂の構造中の水酸基の存在により発揮されるものであり、形成したフィルムのガスバリア性の程度は、使用する被膜形成樹脂の構造中の水酸基量に依存する。水酸基が少ない場合はガスバリア性が劣り、逆に多すぎる場合は特にバリア性に対して問題を生じないが樹脂が固くなり密着性が悪くなるため、本発明者らの検討によれば、このような目的を達成するために必要となる樹脂の構造中における水酸基量の好ましい範囲は、水酸基価が150mgKOH/g〜250mgKOH/gの範囲である。 By using the aqueous dispersion composition of the present invention, which is easily obtained as described above and in which the polyhydroxyurethane resin is well dispersed in water, a coating layer or a film can be formed. One of the objects of the present invention is to make these coating layers and films have higher gas barrier properties. The gas barrier property is exhibited by the presence of hydroxyl groups in the structure of the resin, and the degree of gas barrier property of the formed film depends on the amount of hydroxyl groups in the structure of the film-forming resin used. When the number of hydroxyl groups is small, the gas barrier property is inferior, and when the number of hydroxyl groups is too large, there is no particular problem with the barrier property, but the resin becomes hard and the adhesion deteriorates. Therefore, according to the study by the present inventors, this is the case. A preferable range of the amount of hydroxyl groups in the structure of the resin required to achieve the above object is a hydroxyl value in the range of 150 mgKOH / g to 250 mgKOH / g.

本発明の水分散体を構成する樹脂の構造中に存在しているカルボキシル基は、水を加えて転相乳化して水分散体とする際に、そのままの状態であってもよいが、水中でのイオン化を促進するために、カルボキシル基の一部、好ましくは全部を中和して、中和塩としておくことが好ましい。カルボキシル基を架橋や修飾反応に使用するために中和せずに残すことも可能であるが、乳化のためのイオン性基としてのみ利用する場合は、中和剤をカルボキシル基の当モル量か1〜10%程度の過剰量使用することで、全てを中和塩とすることが好ましい。 The carboxyl group present in the structure of the resin constituting the aqueous dispersion of the present invention may remain as it is when water is added and phase-inverted emulsified to form an aqueous dispersion, but in water. It is preferable to neutralize a part, preferably all of the carboxyl groups, as a neutralizing salt in order to promote the ionization in the above. It is possible to leave the carboxyl group unneutralized for use in cross-linking and modification reactions, but if it is only used as an ionic group for emulsification, the neutralizer should be the equivalent amount of the carboxyl group. It is preferable that all of them are neutralized salts by using an excess amount of about 1 to 10%.

上記において、中和に使用する塩基性化合物としては、例えば、アンモニア、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−フェニルジエタノールアミン、モノエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、モルホリン、N−メチルモルホリン、2−アミノ−2−エチル−1−プロパノール、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、N−メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの有機アミン、リチウム、カリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、アンモニアなどの無機塩基などが挙げられ、これらは併用できる。これら塩基性化合物の中でも特に好ましい化合物は、塗膜形成時に揮発可能なものであり、例えば、トリエチルアミンを用いることが好ましい。トリエチルアミンなどを用いて中和塩とした場合は、塗膜形成時に塩基性化合物が揮発するので、塗膜(被覆層)の耐水性が向上する。 In the above, examples of the basic compound used for neutralization include ammonia, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, triisopropylamine, tributylamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-phenyldiethanolamine, monoethanolamine and dimethyl. Organic amines such as ethanolamine, diethylethanolamine, morpholine, N-methylmorpholin, 2-amino-2-ethyl-1-propanol, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, N-methyldiethanolamine, triethanolamine, etc. Examples thereof include alkali metals such as lithium, potassium and sodium, and inorganic bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, potassium hydroxide and ammonia, which can be used in combination. Among these basic compounds, a particularly preferable compound is one that is volatile at the time of forming a coating film, and for example, triethylamine is preferably used. When a neutralized salt is prepared by using triethylamine or the like, the basic compound volatilizes when the coating film is formed, so that the water resistance of the coating film (coating layer) is improved.

先に説明した方法によって得られたポリヒドロキシウレタン樹脂は、前記一般式(1)で示される繰り返し単位を基本構造とし、且つ、前記一般式(6)で示されるカルボキシル基を有する化学構造部位を含む。そして、このように、水中でイオン性基となるカルボキシル基又はその塩を含有するため、その溶剤溶液に水を徐々に添加することで転相(転相乳化)させることができ、水中油型(O/W型)のエマルジョンが得られる。 The polyhydroxyurethane resin obtained by the method described above has a repeating unit represented by the general formula (1) as a basic structure and a chemical structural portion having a carboxyl group represented by the general formula (6). Including. In this way, since it contains a carboxyl group or a salt thereof which becomes an ionic group in water, phase inversion (phase inversion emulsification) can be carried out by gradually adding water to the solvent solution, and an oil-in-water type can be used. A (O / W type) emulsion is obtained.

転相させる際に添加する水の使用量は、ポリヒドロキシ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50〜200質量部程度である。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、10℃〜30℃程度の温度で行うことが効率的であり、好ましい。 The amount of water used for phase inversion depends on factors such as the chemical structure of the polyhydroxyurethane resin, the type of solvent used in the synthesis of the resin, the resin concentration, and the viscosity, but is approximately 50 to 200. It is about a mass part. 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 temperature of 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、上記で得られたO/W型のエマルジョンを減圧条件下で加熱することで、ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造に使用した溶剤を揮発させることで、樹脂分のみが水中に分散してなる水分散体を得ることができる。この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り異なるが、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℃の範囲で調整するとよい。なお、本発明の水分散体組成物は、水中にポリヒドロキシウレタン樹脂を分散させてなるものであるが、最終的な溶媒が必ずしも水単独である必要はなく、転相させる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, by heating the O / W type emulsion obtained above under reduced pressure conditions, the solvent used for producing the polyhydroxyurethane resin is volatilized, so that only the resin component is dispersed in water. A dispersion can be obtained. The heating conditions and depressurizing conditions at this time differ depending on the boiling point of the solvent to be volatilized, but it is preferable that water does not evaporate first, and it is generally preferable to adjust the temperature in the range of 300 Torr to 50 Torr and 20 ° C. to 70 ° C. The aqueous dispersion composition of the present invention is obtained by dispersing a polyhydroxyurethane resin in water, but the final solvent does not necessarily have to be water alone, and the solvent before phase inversion remains. It can be used even if it is used, and it can be adjusted according to the application.

本発明の水分散体組成物は、例えば、前記したようにして得られる(A)成分のカルボキシル基と水酸基とを有するアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体に対して、(B)成分として層状粘土鉱物を分散させることで、両者を複合化させ、容易に本発明の水分散体組成物とすることができる。この際、予め水に膨潤・分散させた粘土鉱物を用いることも好ましい形態である。 The aqueous dispersion composition of the present invention has, for example, as the component (B) with respect to the aqueous dispersion of the anionic polyhydroxyurethane resin having the carboxyl group and the hydroxyl group of the component (A) obtained as described above. By dispersing the layered clay mineral, both can be complexed to easily obtain the aqueous dispersion composition of the present invention. At this time, it is also a preferable form to use a clay mineral that has been swollen and dispersed in water in advance.

粘土鉱物は、層状構造を有する珪酸塩鉱物等で多数のシートが積層することで構成された、層状構造を有する物質である。本発明では、この層状粘土鉱物を使用する。具体的には、例えば、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、バーミキュライト、カオリナイト、マイカなどが挙げられ、特に好ましいものは、モンモリロナイト、サポナイト、マイカ(雲母)である。これら粘土鉱物は天然物でも合成物でも使用可能である。 A clay mineral is a substance having a layered structure, which is composed of a large number of sheets laminated with a silicate mineral having a layered structure or the like. In the present invention, this layered clay mineral is used. Specific examples thereof include montmorillonite, saponite, hectorite, vermiculite, kaolinite and mica, and particularly preferable ones are montmorillonite, saponite and mica (mica). These clay minerals can be used both naturally and synthetically.

上記特性を有する粘土鉱物は、通常、水により膨潤し、層間の距離が広くなる。本発明の水分散体組成物では、膨潤した粘土鉱物の層間に樹脂が侵入することで、分散状態が安定すると共に、被膜形成時に粘土鉱物が均一に分散された被膜の形成が可能となる。粘土鉱物の層間には、通常、ナトリウムイオンなどのカチオン物質が挿入されており、通常は本発明で使用するポリヒドロキシウレタン樹脂のようにアニオン性のカルボキシル基を導入したポリマーは、層間への侵入が起こりにくいと考えられる。しかし、本発明で使用する(A)成分のアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂を適用した場合は、均一な分散がなされることを見出した。本発明者らは、その理由を、下記のように考えている。すなわち、本発明で使用する樹脂は、その構造中の、カルボキシル基に近接した部位に2級アミド基を有しており、この2級アミド基のカチオン性が寄与することで、樹脂が、粘土鉱物の層間に侵入しやすくできたものと考えている。 Clay minerals having the above characteristics are usually swollen by water, and the distance between layers is widened. In the aqueous dispersion composition of the present invention, the resin penetrates between the layers of the swollen clay minerals, so that the dispersed state is stabilized and a film in which the clay minerals are uniformly dispersed can be formed at the time of film formation. Cationic substances such as sodium ions are usually inserted between the layers of clay minerals, and a polymer having an anionic carboxyl group introduced, such as the polyhydroxyurethane resin used in the present invention, invades the layers. Is unlikely to occur. However, it has been found that when the anionic polyhydroxyurethane resin of the component (A) used in the present invention is applied, uniform dispersion is achieved. The present inventors consider the reason as follows. That is, the resin used in the present invention has a secondary amide group at a site close to the carboxyl group in the structure, and the cationic property of the secondary amide group contributes to the resin to be clay. We believe that it was possible to easily penetrate between the layers of minerals.

粘土鉱物が均一に分散されてなる樹脂被膜は、ガスバリア性が高くなることは広く知られており、本発明の水分散体組成物を用いて形成した被膜においても、同様の効果が発揮される。本発明の水分散体組成物を構成する粘土鉱物の使用量は、アニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂である(A)成分100質量部に対して、層状粘土鉱物である(B)成分が1〜100質量部であることを要する。(B)成分である層状粘土鉱物の量が、上記範囲よりも多くなると塗膜(被覆膜)が固く割れやすくなったり透明性が悪くなったりし、一方、(B)成分の量が上記範囲よりも少ないと、ガスバリア性の向上効果が弱くなる。好ましい範囲としては、(A)成分100質量部に対して、(B)成分が3〜50質量部である。 It is widely known that a resin film in which clay minerals are uniformly dispersed has a high gas barrier property, and the same effect is exhibited in a film formed by using the aqueous dispersion composition of the present invention. .. The amount of the clay mineral used to constitute the aqueous dispersion composition of the present invention is 1 to 100 parts (B), which is a layered clay mineral, with respect to 100 parts by mass of the component (A), which is an anionic polyhydroxyurethane resin. Must be parts by mass. If the amount of the layered clay mineral as the component (B) is larger than the above range, the coating film (coating film) becomes hard and easily cracked or the transparency is deteriorated, while the amount of the component (B) is the above. If it is less than the range, the effect of improving the gas barrier property is weakened. As a preferable range, the component (B) is 3 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A).

また、本発明の水分散体組成物の濃度は、(A)アニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂成分と、(B)層状粘土鉱物成分の合計含有量が、水分散体中の濃度として10〜50質量%であることを要す。好ましくは、20〜40質量%である。塗膜を得る際の各種加工方法に合わせて最適な濃度に調整することができる。 The concentration of the aqueous dispersion composition of the present invention is such that the total content of (A) anionic polyhydroxyurethane resin component and (B) layered clay mineral component is 10 to 50 mass as the concentration in the aqueous dispersion. Must be%. It is preferably 20 to 40% by mass. The concentration can be adjusted to the optimum level according to various processing methods for obtaining a coating film.

本発明の水分散体組成物を製造する際における、(A)成分のアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体中への、(B)成分の層状粘土鉱物の分散方法は特に限定されない。例えば、先に説明したようにして容易に得られる樹脂の水分散体中へ、(B)成分の粘土鉱物をそのまま添加し分散させる方法であっても、予め、水に分散させた粘土鉱物を添加する方法であってもよく、いずれも適用が可能である。水膨潤性粘土鉱物の分散は、樹脂の水分散体と比べて水単独の方が効率的であるため、生産効率の点では、後者の方が好ましい。 In the production of the aqueous dispersion composition of the present invention, the method for dispersing the layered clay mineral of the component (B) in the aqueous dispersion of the anionic polyhydroxyurethane resin of the component (A) is not particularly limited. For example, even in the method of adding the clay mineral of the component (B) as it is and dispersing it in the aqueous dispersion of the resin easily obtained as described above, the clay mineral dispersed in water in advance is added. It may be a method of addition, and any of them can be applied. The dispersion of water-swellable clay minerals is more efficient with water alone than with an aqueous dispersion of resin, so the latter is preferable in terms of production efficiency.

水中、或いは、(A)成分のアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体中に、(B)成分の層状粘土鉱物を分散する場合、通常の撹拌のみで行うこともできるが、特に高濃度で分散させる場合には、時間が長くかかる場合がある。したがって、生産工程の短縮のため、70℃以上に加熱して撹拌することが好ましい。また、分散液は高チキソトロピー性を示すため、撹拌装置や超音波分散機などの分散機を使用する方が、より効果的である。 When the layered clay mineral of the component (B) is dispersed in water or in the aqueous dispersion of the anionic polyhydroxyurethane resin of the component (A), it can be carried out only by ordinary stirring, but especially at a high concentration. It may take a long time to disperse. Therefore, in order to shorten the production process, it is preferable to heat to 70 ° C. or higher and stir. Further, since the dispersion liquid exhibits high thixotropy, it is more effective to use a disperser such as a stirrer or an ultrasonic disperser.

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て使用することができる。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添加することができる。 The aqueous dispersion composition of the present invention can be used by adding various rheology adjusters according to the required properties at the time of processing (during use). In addition, various additives may be added to the aqueous dispersion composition of the present invention as needed, and for example, an antioxidant, a light stabilizer, an ultraviolet absorber and the like can be added.

また、本発明の水分散体組成物は、水に溶解・分散可能な硬化剤を配合して使用することで、架橋塗膜を作成できるものになる。この際に使用できる硬化剤としては、特に制限はない。例えば、水酸基と反応可能な水分散性成分、ポリイソシアネート類、ブロックイソシアネート類、エポキシ化合物、アルミニウムやチタニウムなどの金属キレート化合物、メラミン樹脂、アルデヒド化合物、などが挙げられる。また、カルボキシル基と反応可能な架橋剤も使用可能であり、前記化合物に加えて、水分散性カルボジイミドなども使用可能である。 Further, the aqueous dispersion composition of the present invention can be used to prepare a crosslinked coating film by blending and using a curing agent that can be dissolved and dispersed in water. The curing agent that can be used at this time is not particularly limited. Examples thereof include water-dispersible components capable of reacting with hydroxyl groups, polyisocyanates, blocked isocyanates, epoxy compounds, metal chelate compounds such as aluminum and titanium, melamine resins, and aldehyde compounds. Further, a cross-linking agent capable of reacting with a carboxyl group can also be used, and in addition to the above compound, a water-dispersible carbodiimide or the like can also be used.

本発明の水分散体組成物を使用して塗膜(被膜)を得る方法としては、本発明の水分散体組成物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、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物とを有する被膜層を有してなる本発明の樹脂フィルムを得ることができる。 As a method for obtaining a coating film (coating) using the aqueous dispersion composition of the present invention, an aqueous dispersion composition of the present invention is applied to a film as a base material, for example, a gravure coater, a knife coater, a reverse coater, and the like. It may be applied by a bar coater, a spray coater, a slit coater or the like to volatilize water and the remaining solvent. By doing so, the present invention comprises a base material and at least one of the base materials having a film layer having a polyhydroxyurethane resin and a clay mineral formed by the aqueous dispersion composition of the present invention. Resin film can be obtained.

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。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. 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]
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、ヨウ化ナトリウム(和光純薬社製)20部と、N−メチル−2−ピロリドン100部とを、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)]
100 parts of bisphenol A diglycidyl ether (trade name: jER828, manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) with an epoxy equivalent of 192, 20 parts of sodium iodide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 100 parts of N-methyl-2-pyrrolidone. , Placed in a reaction vessel equipped with a stirrer and a recirculator with an air opening. 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、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)であるFT−720(商品名、堀場製作所社製、以下の製造例でも同様の装置で測定)にて分析でしたところ、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基由来の吸収が確認された。また、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)であるLC−2000(商品名、日本分光社製、カラム FinepakSIL C18−T5;移動相 アセトニトリル+水)による分析の結果、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 analyzed by FT-720 (trade name, manufactured by Horiba Seisakusho Co., Ltd., measured by the same device in the following production example), which is a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR). However, the absorption derived from the epoxy group of the raw material near 910 cm -1 disappeared, and the absorption derived from the carbonyl group of the carbonate group which is not present in the raw material was confirmed around 1800 cm -1 . In addition, as a result of analysis by LC-2000 (trade name, manufactured by JASCO Corporation, column FinepakSIL C18-T5; mobile phase acetonitrile + water), which is high performance liquid chromatography (HPLC), 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)。 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 0006813338
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[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基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、28.0%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. As a result of FT-IR analysis, the absorption from the epoxy group of the raw material around 910 cm -1 disappeared as in IA, and the absorption from the carbonyl group of the carbonate group which is not present in the raw material around 1800 cm -1. Was confirmed. The purity by HPLC analysis was 97%. The proportion of carbon dioxide-derived components in the chemical structure of IB was 28.0% (calculated value).

Figure 0006813338
Figure 0006813338

<水中に分散させる前のカルボキシル基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造>
[実施例用の樹脂合成例1]
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、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)を10部と、ヘキサメチレンジアミン(東京化成工業社製)を30.1部、さらに反応溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)99部を加え、60℃の温度で撹拌しながら12時間の反応を行った。次に、製造例1で得た環状カーボネート含有化合物I−Aを100部投入し、60℃の温度で撹拌しながら24時間の反応を行った。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アミン価は、樹脂分100%の換算値として20.1mgKOH/gであった。
<Manufacturing of carboxyl group-containing polyhydroxyurethane resin before dispersion in water>
[Example 1 of resin synthesis for examples]
10 parts of bisphenol A diglycidyl ether (trade name: jER828, manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) and hexamethylenediamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a reaction vessel equipped with a stirrer and a refluxer with an air opening. 30.1 parts and 99 parts of tetrahydrofuran (THF) as a reaction solvent were added, and the reaction was carried out for 12 hours with stirring at a temperature of 60 ° C. Next, 100 parts of the cyclic carbonate-containing compound IA obtained in Production Example 1 was added, and the reaction was carried out for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. 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 measured using the obtained resin solution was 20.1 mgKOH / g as a conversion value of 100% resin content.

次いで、この樹脂溶液にTHFを124部加え希釈した後に、無水マレイン酸(東京化成工業社製)5.2部を加え室温にて反応を行い、FT−IRにて酸無水物のカルボニル基由来の1800cm-1のピークが消失したことを確認して反応を終了し、水を加えて転相乳化する前の本発明で規定する構造を有するカルボキシル基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂の溶液を得た。 Next, 124 parts of THF was added to this resin solution to dilute it, then 5.2 parts of maleic anhydride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and the reaction was carried out at room temperature, and the reaction was carried out at room temperature. After confirming that the peak of 1800 cm -1 had disappeared, the reaction was terminated to obtain a solution of a carboxyl group-containing polyhydroxyurethane resin having the structure specified in the present invention before addition of water for phase inversion emulsification.

得られた樹脂の物性を確認するために、上記で得た樹脂溶液を、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、80℃オーブンで溶剤を乾燥させた後、離型紙を剥がして、樹脂合成例1で得た樹脂製の樹脂フィルムを得た。この樹脂フィルムの外観、機械強度、酸素透過率(ガスバリア性)、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。それぞれの測定方法については後述する。その結果を表1に示した。 In order to confirm the physical properties of the obtained resin, the resin solution obtained above is applied to a release paper with a bar coater so that the film thickness at the time of drying becomes 50 μm, and the solvent is dried in an oven at 80 ° C. After that, the release paper was peeled off to obtain a resin film made of the resin obtained in Resin Synthesis Example 1. The appearance, mechanical strength, oxygen permeability (gas barrier property), acid value of the resin, hydroxyl value of the resin, and molecular weight (GPC) of this resin film were measured. Each measurement method will be described later. The results are shown in Table 1.

[実施例用の樹脂合成例2]
樹脂合成例1で用いたのと同様の反応容器を使用し、ビスフェノールAジグリシジルエーテルを22.4部、ヘキサメチレンジアミンを33.9部、テトラヒドロフラン(THF)を114部加え、樹脂合成例1と同様に反応させた。次いで、先に得たI−Aを100部加え、樹脂合成例1と同様に反応を実施した。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、樹脂合成例1と同様であった。得られた樹脂のアミン価は樹脂分100%の換算値として39.2mgKOH/gであった。次いで、THFを143部加えて希釈し、樹脂合成例1と同様に、無水マレイン酸11.4部を加えて反応させてカルボキシル基を導入し、水を加えて転相乳化する前の樹脂溶液を得た。そして、得られた樹脂の物性を確認するために、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、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。その結果を表1に示した。
[Resin Synthesis Example 2 for Examples]
Using the same reaction vessel as that used in Resin Synthesis Example 1, 22.4 parts of bisphenol A diglycidyl ether, 33.9 parts of hexamethylenediamine, and 114 parts of tetrahydrofuran (THF) were added to make Resin Synthesis Example 1. It was reacted in the same manner as. Next, 100 parts of the previously obtained IA was added, and the reaction was carried out in the same manner as in Resin Synthesis Example 1. The result of confirming the reaction progress of the resin solution after the reaction by FT-IR was the same as that of Resin Synthesis Example 1. The amine value of the obtained resin was 39.2 mgKOH / g as a conversion value of 100% of the resin content. Next, 143 parts of THF was added to dilute the mixture, and 11.4 parts of maleic anhydride was added and reacted to introduce a carboxyl group, and water was added to the resin solution before phase inversion emulsification, as in Resin Synthesis Example 1. Got Then, in order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was produced in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the appearance of the film, mechanical strength, oxygen permeability, acid value of the resin, hydroxyl value of the resin, And the molecular weight (GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

[実施例用の樹脂合成例3]
樹脂合成例1で用いたのと同様の反応容器を使用し、ビスフェノールAジグリシジルエーテル22.4部、メタキシリレンジアミン(三菱ガス化学社製)39.7部、テトラヒドロフラン(THF)118部を加え、樹脂合成例1と同様に反応させた。次いで、先に得たI−Aを100部加え、樹脂合成例1と同様に反応を実施した。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、樹脂合成例1と同様であった。得られた樹脂のアミン価は樹脂分100%の換算値として38.1mgKOH/gであった。次いで、テトラヒドロフラン148部を加えて希釈し、樹脂合成例1と同様に、無水マレイン酸11.4部を加えて反応させてカルボキシル基を導入し、水を加えて転相乳化する前の樹脂溶液を得た。そして、得られた樹脂の物性を確認するために、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、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。結果を表1に示した。
[Resin Synthesis Example 3 for Examples]
Using the same reaction vessel as that used in Resin Synthesis Example 1, 22.4 parts of bisphenol A diglycidyl ether, 39.7 parts of m-xylylenediamine (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company), and 118 parts of tetrahydrofuran (THF) were added. In addition, the reaction was carried out in the same manner as in Resin Synthesis Example 1. Next, 100 parts of the previously obtained IA was added, and the reaction was carried out in the same manner as in Resin Synthesis Example 1. The result of confirming the reaction progress of the resin solution after the reaction by FT-IR was the same as that of Resin Synthesis Example 1. The amine value of the obtained resin was 38.1 mgKOH / g as a conversion value of 100% of the resin content. Next, 148 parts of tetrahydrofuran is added to dilute, and 11.4 parts of maleic anhydride is added and reacted to introduce a carboxyl group, and water is added to the resin solution before phase inversion emulsification, as in Resin Synthesis Example 1. Got Then, in order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was produced in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the appearance of the film, mechanical strength, oxygen permeability, acid value of the resin, hydroxyl value of the resin, And the molecular weight (GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

[実施例用の樹脂合成例4]
樹脂合成例1で用いたのと同様の反応容器を使用し、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、ナガセケミテックス社製)8.2部、メタキシリレンジアミン48.8部、テトラヒドロフラン(THF)111部を加え、樹脂合成例1と同様に反応させた。次いで、先に得たI−Bを100部加え、樹脂合成例1と同様に反応を実施した。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、樹脂合成例1と同様であった。得られた樹脂のアミン価は樹脂分100%の換算値として26.5mgKOH/gであった。次いで、THFを139部加えて希釈し、樹脂合成例1と同様に無水マレイン酸7部を加えて反応させてカルボキシル基を導入し、水を加えて転相乳化する前の樹脂溶液を得た。そして、得られた樹脂の物性を確認するために、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、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。その結果を表1に示した。
[Example 4 of resin synthesis for examples]
Using the same reaction vessel as that used in Resin Synthesis Example 1, hydroquinone diglycidyl ether (trade name: Denacol EX203, manufactured by Nagase Chemitex Co., Ltd.) 8.2 parts, metaxylylenediamine 48.8 parts, tetrahydrofuran ( 111 parts of THF) was added, and the reaction was carried out in the same manner as in Resin Synthesis Example 1. Next, 100 parts of the previously obtained IB was added, and the reaction was carried out in the same manner as in Resin Synthesis Example 1. The result of confirming the reaction progress of the resin solution after the reaction by FT-IR was the same as that of Resin Synthesis Example 1. The amine value of the obtained resin was 26.5 mgKOH / g as a conversion value of 100% of the resin content. Next, 139 parts of THF was added for dilution, and 7 parts of maleic anhydride was added and reacted in the same manner as in Resin Synthesis Example 1 to introduce a carboxyl group, and water was added to obtain a resin solution before phase inversion emulsification. .. Then, in order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was produced in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the appearance of the film, mechanical strength, oxygen permeability, acid value of the resin, hydroxyl value of the resin, And the molecular weight (GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

[比較例用の樹脂合成例a]
樹脂合成例1で使用したと同様の反応容器内に、製造例1で得た環状カーボネート含有化合物I−Aを100部、ヘキサメチレンジアミンを27.1部、テトラヒドロフラン(THF)を198部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間の反応を行って、比較例用の樹脂溶液を得た。得られた樹脂溶液は、カルボキシル基を含まない通常のポリヒドロキシウレタン樹脂である。次いで、反応液にTHFを117部加えて希釈した後に、無水マレイン酸9.2部、触媒としてトリエチルアミン11.8部を加えて60℃2時間の反応を行うことで無水マレイン酸を反応させ、転相乳化する前の樹脂溶液を得た。この樹脂は本発明で規定するポリヒドロキシウレタン樹脂と異なり、水酸基をハーフエステル化することでカルボキシル基が導入された、従来処方によって得られたポリヒドロキシウレタン樹脂である。得られた樹脂の物性を確認するために、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、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。その結果を表1に示した。
[Plastic synthesis example a for comparative example]
In a reaction vessel similar to that used in Resin Synthesis Example 1, 100 parts of the cyclic carbonate-containing compound IA obtained in Production Example 1, 27.1 parts of hexamethylenediamine, and 198 parts of tetrahydrofuran (THF) were added. The reaction was carried out for 24 hours with stirring at a temperature of 60 ° C. to obtain a resin solution for comparative example. The obtained resin solution is a normal polyhydroxyurethane resin containing no carboxyl group. Next, 117 parts of THF was added to the reaction solution for dilution, and then 9.2 parts of maleic anhydride and 11.8 parts of triethylamine as a catalyst were added to carry out a reaction at 60 ° C. for 2 hours to react maleic anhydride. A resin solution before phase inversion emulsification was obtained. Unlike the polyhydroxyurethane resin specified in the present invention, this resin is a polyhydroxyurethane resin obtained by a conventional formulation in which a carboxyl group is introduced by half-esterifying a hydroxyl group. In order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was prepared in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the appearance, mechanical strength, oxygen permeability, acid value of the resin, hydroxyl value of the resin, and molecular weight ( GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

[比較例用の樹脂合成例b]
樹脂合成例1で用いたのと同様の反応容器内に、製造例2で得た環状カーボネート含有化合物I−Bを100部、メタキシレンジアミンを31.8部、テトラヒドロフラン(THF)を96.8部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間の反応を行い、比較例用の樹脂溶液を得た。得られた樹脂溶液は、カルボキシル基を含まない通常のポリヒドロキシウレタン樹脂である。次いで、反応液にTHFを121部加えて希釈した後に、無水マレイン酸9.2部、触媒としてトリエチルアミン9.4部を加えて、60℃2時間の反応を行うことで無水マレイン酸を反応させ、転相乳化する前の樹脂溶液を得た。この樹脂は、本発明で規定する実施例のポリヒドロキシウレタン樹脂と異なり、水酸基をハーフエステル化することでカルボキシル基が導入された従来処方によって得られたポリヒドロキシウレタン樹脂である。得られた樹脂の物性を確認するために、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、機械強度、酸素透過率、樹脂の酸価、樹脂の水酸基価、及び分子量(GPC)を測定した。その結果を表1に示した。
[Resin synthesis example b for comparative example]
In a reaction vessel similar to that used in Resin Synthesis Example 1, 100 parts of the cyclic carbonate-containing compound IB obtained in Production Example 2, 31.8 parts of metaxylene diamine, and 96.8 parts of tetrahydrofuran (THF) were placed. The reaction was carried out for 24 hours with stirring at a temperature of 60 ° C. to obtain a resin solution for comparative example. The obtained resin solution is a normal polyhydroxyurethane resin containing no carboxyl group. Next, 121 parts of THF was added to the reaction solution to dilute it, then 9.2 parts of maleic anhydride and 9.4 parts of triethylamine as a catalyst were added, and the reaction was carried out at 60 ° C. for 2 hours to react maleic anhydride. , A resin solution before phase inversion emulsification was obtained. This resin is a polyhydroxyurethane resin obtained by a conventional formulation in which a carboxyl group is introduced by half-esterifying a hydroxyl group, unlike the polyhydroxyurethane resin of the examples specified in the present invention. In order to confirm the physical properties of the obtained resin, a resin film was prepared in the same manner as in Resin Synthesis Example 1, and the appearance, mechanical strength, oxygen permeability, acid value of the resin, hydroxyl value of the resin, and molecular weight ( GPC) was measured. The results are shown in Table 1.

(評価)
以上で説明した実施例用の樹脂合成例1〜4及び比較例用の樹脂合成例a、bでそれぞれ得た各樹脂、及び各樹脂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)
The resins obtained in Resin Synthesis Examples 1 to 4 for Examples and Resin Synthesis Examples a and b for Comparative Examples described above, and the films prepared from each resin 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、各合成例で使用したポリヒドロキシ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、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、実施例用の樹脂合成例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、これより実施例用の樹脂合成例1のポリウレタン中の二酸化炭素濃度は(100部×20.5%)/145.3全量=14質量%となる。
[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 polyhydroxyurethane resin used in each synthesis example. Specifically, it is shown as 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 polyurethane resin. For example, in the case of the resin synthesis example 1 for the examples, the amount of the carbon dioxide-derived component of the compound IA used is 20.5%, and from this, in the polyurethane of the resin synthesis example 1 for the examples. The carbon dioxide concentration of (100 parts × 20.5%) /145.3 total amount = 14% by mass.

[分子量]
表1中に、DMFを移動相としたGPC測定により測定した、ポリスチレン換算値として重量平均分子量を示した。GPC測定は、東ソー社製のGPC−8220(商品名)を用い、カラムSuper AW2500+AW3000+AW4000+AW5000で行った。
[Molecular weight]
In Table 1, the weight average molecular weight as a polystyrene-equivalent value measured by GPC measurement using DMF as a mobile phase is shown. The GPC measurement was performed using a GPC-8220 (trade name) manufactured by Tosoh Corporation with a column Super AW2500 + AW3000 + AW4000 + AW5000.

[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HZ−1(商品名、スガ試験機社製)により測定した。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 ヘイズ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 by a haze meter HZ-1 (trade name, manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) in accordance with JIS K-7105. The total 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 90% or more Haze 5% or less ×: Not applicable to ○

[酸価、水酸基価]
いずれも各樹脂について、JIS K−1557に準拠した滴定法により測定し、樹脂1gあたりの各官能基の含有量を、KOHのmg当量で表した。なお、単位はmgKOH/gである。
[Acid value, hydroxyl value]
In each case, each resin was measured by a titration method based on JIS K-1557, and the content of each functional group per 1 g of the resin was expressed by mg equivalent of KOH. The unit is mgKOH / g.

[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。測定はJIS K−6251に準拠して、オートグラフAGS−J(商品名、島津製作所社製)を使用した測定法によって、室温(25℃)で測定を実施した。
[Mechanical strength]
As the mechanical strength of each of the produced resin films, the breaking point strength and the breaking point elongation were measured. The measurement was carried out at room temperature (25 ° C.) by a measurement method using Autograph AGS-J (trade name, manufactured by Shimadzu Corporation) in accordance with JIS K-6251.

[ガスバリア性(酸素透過率)]
作製した各樹脂フィルムについて、JIS K−7126に準拠して酸素の透過率を測定し、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としてOX−TRAN 2/21ML(商品名、MOCON社製、以下も同様)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率を測定した。なお、使用したフィルムは乾燥後の膜厚が50μmであるため、膜厚20μmに換算した値を表1に記載した。
[Gas barrier property (oxygen permeability)]
For each of the produced resin films, the oxygen permeability was measured in accordance with JIS K-7126, and this was used as the evaluation value of the gas barrier property. That is, it can be judged that the lower this value is, the better the gas barrier property is. Specifically, OX-TRAN 2/21 ML (trade name, manufactured by MOCON, the same applies hereinafter) was used as an oxygen permeability measuring device, and the temperature was 23 ° C. and the humidity was 65% under constant temperature and humidity conditions. The oxygen permeability was measured. Since the film used had a film thickness of 50 μm after drying, the values converted to a film thickness of 20 μm are shown in Table 1.

Figure 0006813338
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<粘土鉱物の調製>
[製造例3:粘土鉱物分散液Aの調製]
高速撹拌機ホモディスパーを用いて、水95部と、粘土鉱物としてモンモリロナイトであるクニピアF(商品名、クニミネ工業社製)5部を予備混合した後、超音波分散機(ソニックテクノロジー社製)を用いて、粘土鉱物層間の膨潤と分散を行った。粘土鉱物が均一に分散したことを確認し、これを粘土鉱物分散液Aとした。
<Preparation of clay minerals>
[Production Example 3: Preparation of clay mineral dispersion A]
Using a high-speed stirrer homodisper, 95 parts of water and 5 parts of Kunipia F (trade name, manufactured by Kunimine Industries Co., Ltd.), which is a montmorillonite as a clay mineral, are premixed, and then an ultrasonic disperser (manufactured by Sonic Technology Co., Ltd.) is used. It was used to swell and disperse between clay mineral layers. It was confirmed that the clay mineral was uniformly dispersed, and this was designated as the clay mineral dispersion liquid A.

[製造例4:粘土鉱物分散液Bの調製]
ホモディスパーを用いて、水95部と、粘土鉱物として合成マイカであるソマシフ ME−100(商品名、コープケミカル社製)5部を予備混合した後、製造例3と同様にして、超音波分散機を用いて粘土鉱物の分散液を得た。これを粘土鉱物分散液Bとした。
[Production Example 4: Preparation of clay mineral dispersion B]
Using a homodisper, 95 parts of water and 5 parts of Somasif ME-100 (trade name, manufactured by Corp Chemical Co., Ltd.), which is a synthetic mica as a clay mineral, are premixed, and then ultrasonically dispersed in the same manner as in Production Example 3. A dispersion of clay minerals was obtained using a machine. This was designated as clay mineral dispersion liquid B.

[実施例1]
(ポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体の製造)
撹拌及び減圧蒸留が可能な反応容器内に、実施例用の樹脂合成例1で得た樹脂溶液(THF溶液)100部と、トリエチルアミン1.4部を仕込んだ。そして、室温にて撹拌しながらイオン交換水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、本実施例の、水中にポリヒドロキシ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30%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(日機装社製のUPA−EX150(商品名)にて測定、以下も同様の装置を使用)は、d50=0.02μmであった。
[Example 1]
(Manufacturing of aqueous dispersion of polyhydroxyurethane resin)
In a reaction vessel capable of stirring and distillation under reduced pressure, 100 parts of the resin solution (THF solution) obtained in Resin Synthesis Example 1 for Examples and 1.4 parts of triethylamine were charged. Then, 100 parts of ion-exchanged water was gradually added while stirring at room temperature 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 polyhydroxyurethane resin was dispersed in water of this example. The obtained aqueous dispersion was adjusted so that the solid content was 30%, and was an apparently uniform aqueous dispersion. The particle size distribution of the polymer-dispersed particles in the aqueous dispersion (measured by UPA-EX150 (trade name) manufactured by Nikkiso Co., Ltd., the same apparatus is used below) was d50 = 0.02 μm.

(粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物の製造)
上記で得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体10部(固形分30%)と、製造例3で調製した粘土鉱物分散液Aの10部(固形分5%)を混合し、ホモディスパーで均一に撹拌して、本実施例の、水中にポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物が分散してなる複合材料の水分散体組成物を得た。得られた水分散体組成物の安定性を、50℃の恒温槽中で保存し、後述する方法にて評価したところ、良好な安定を示した。
(Manufacture of Polyhydroxyurethane Resin Water Dispersion Composition Containing Clay Minerals)
10 parts (solid content 30%) of the aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin obtained above and 10 parts (solid content 5%) of the clay mineral dispersion A prepared in Production Example 3 were mixed and used as a homodisper. With uniform stirring, an aqueous dispersion composition of a composite material in which a polyhydroxyurethane resin and a clay mineral were dispersed in water of this example was obtained. The stability of the obtained aqueous dispersion composition was stored in a constant temperature bath at 50 ° C. and evaluated by the method described later, and showed good stability.

上記で得た粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物を用い、下記のようにして複層フィルムを得た。具体的には、厚み40μmの無延伸ポリプロピレンフィルム(CPPフィルム)であるパイレンP1111(商品名、東洋紡製、酸素透過率実測値:1500mL20μm/m2・day・atm)のコロナ処理面上に、上記で得た粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物を乾燥時の膜厚が5μmになるように塗布し、100℃にて乾燥することで、基材上に塗膜(被覆膜)を形成して複層フィルムを得た。使用した水分散体組成物の保存安定性を評価すると共に、上記で得られたフィルムを用いて塗膜外観、光線透過率、表面光沢、ガスバリア性を評価した。それぞれの測定方法について後述する。結果を表2に示した。 Using the clay mineral-containing polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition obtained above, a multilayer film was obtained as described below. Specifically, on the corona-treated surface of Pyrene P1111 (trade name, manufactured by Toyobo Co., Ltd., measured oxygen permeability: 1500 mL, 20 μm / m 2 , day, atm), which is a non-stretched polypropylene film (CPP film) having a thickness of 40 μm. The clay mineral-containing polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition obtained in the above was applied so that the film thickness at the time of drying was 5 μm, and dried at 100 ° C. to obtain a coating film (coating film) on the substrate. ) Was formed to obtain a multilayer film. The storage stability of the aqueous dispersion composition used was evaluated, and the appearance of the coating film, the light transmittance, the surface gloss, and the gas barrier property were evaluated using the film obtained above. Each measurement method will be described later. The results are shown in Table 2.

[実施例2]
実施例1と同様の配合、手法によって得たポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体を10部と、製造例3で調製した粘土鉱物分散液Aの20部(固形分5%)を混合し、ホモディスパーで均一に撹拌することにより、本実施例の、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物とが分散してなる水分散体組成物を得た。そして、得られた水分散体組成物を用い、実施例1で使用したと同様の基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本実施例の水分散体組成物及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Example 2]
10 parts of the aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin obtained by the same formulation and method as in Example 1 and 20 parts (solid content 5%) of the clay mineral dispersion A prepared in Production Example 3 were mixed and homogenized. By uniformly stirring with a disper, an aqueous dispersion composition in which the polyhydroxyurethane resin and the clay mineral of this example were dispersed was obtained. Then, using the obtained aqueous dispersion composition, a multilayer film was prepared under the same substrate and conditions as those used in Example 1. The aqueous dispersion composition and film of this example obtained above were evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 2.

[実施例3]
実施例1と同様の配合、手法によって得たポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体を10部と、製造例3で調製した粘土鉱物分散液Aの30部(固形分5%)を混合し、ホモディスパーで均一に撹拌することにより、本実施例の、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物とが分散してなる水分散体組成物を得た。そして、得られた水分散体組成物を用い、実施例1で使用したと同様の基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本実施例の水分散体組成物及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Example 3]
10 parts of the aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin obtained by the same formulation and method as in Example 1 and 30 parts (solid content 5%) of the clay mineral dispersion A prepared in Production Example 3 were mixed and homogenized. By uniformly stirring with a disper, an aqueous dispersion composition in which the polyhydroxyurethane resin and the clay mineral of this example were dispersed was obtained. Then, using the obtained aqueous dispersion composition, a multilayer film was prepared under the same substrate and conditions as those used in Example 1. The aqueous dispersion composition and film of this example obtained above were evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 2.

[実施例4]
実施例1と同様の配合、手法によって得たポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体を10部と、製造例3で調製した粘土鉱物分散液Aの60部(固形分5%)を混合し、ホモディスパーで均一に撹拌することにより、本実施例の、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物が分散してなる水分散体組成物を得た。そして、得られた水分散体組成物を用い、実施例1で使用したと同様の基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本実施例の水分散体組成物及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Example 4]
10 parts of the aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin obtained by the same formulation and method as in Example 1 and 60 parts (solid content 5%) of the clay mineral dispersion A prepared in Production Example 3 were mixed and homogenized. By uniformly stirring with a disper, an aqueous dispersion composition in which the polyhydroxyurethane resin and the clay mineral of this example were dispersed was obtained. Then, using the obtained aqueous dispersion composition, a multilayer film was prepared under the same substrate and conditions as those used in Example 1. The aqueous dispersion composition and film of this example obtained above were evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 2.

[実施例5]
実施例1の「ポリヒドロキシウレタン水分散体の製造」で使用した樹脂合成例1で得た樹脂溶液に替えて、実施例用の樹脂合成例2で得た樹脂溶液を100部用い、トリエチルアミンの量を2.8部とした以外は、実施例1と同様にして転相乳化を行い、本実施例の、ポリヒドロキシ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、水を加えて固形分が30%となるように調整し、外観上均一な水分散体であった。次いで、上記で得たポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体10部(固形分30%)と、製造例3で調製した粘土鉱物分散液Aの30部(固形分5%)を混合し、ホモディスパーで均一に撹拌して、本実施例の、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物が分散してなる水分散体組成物を得た。そして、得られた水分散体組成物を用い、実施例1で使用したと同様の基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本実施例の水分散体組成物及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Example 5]
Instead of the resin solution obtained in Resin Synthesis Example 1 used in "Production of Polyhydroxyurethane Aqueous Dispersion" of Example 1, 100 parts of the resin solution obtained in Resin Synthesis Example 2 for Examples was used to obtain triethylamine. Phase inversion emulsification was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount was 2.8 parts, to obtain an aqueous dispersion in which the polyhydroxyurethane resin of this example was dispersed. The obtained aqueous dispersion was adjusted to have a solid content of 30% by adding water, and was an aqueous dispersion having a uniform appearance. Next, 10 parts (30% solid content) of the aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin obtained above and 30 parts (5% solid content) of the clay mineral dispersion A prepared in Production Example 3 were mixed and homodisperse. To obtain an aqueous dispersion composition in which the polyhydroxyurethane resin and the clay mineral of this example were dispersed, the mixture was uniformly stirred with. Then, using the obtained aqueous dispersion composition, a multilayer film was prepared under the same substrate and conditions as those used in Example 1. The aqueous dispersion composition and film of this example obtained above were evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 2.

[実施例6]
実施例1の「ポリヒドロキシウレタン水分散体の製造」で使用した樹脂合成例1で得た樹脂溶液に替えて、実施例用の樹脂合成例3で得た樹脂溶液を100部用い、トリエチルアミンの量を2.7部とした以外は、実施例1と同様にして転相乳化を行い、本実施例の、ポリヒドロキシ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、水を加えて固形分が30%となるように調整し、外観上均一な水分散体であった。次いで、上記で得たポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体10部(固形分30%)と、製造例4で調製した粘土鉱物分散液Bの30部(固形分5%)を混合し、ホモディスパーで均一に撹拌して、本実施例の、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物が分散してなるポリヒドロキシウレタン水分散体組成物を得た。そして、得られた水分散体組成物を用い、実施例1で使用したと同様の基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本実施例の水分散体組成物及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Example 6]
Instead of the resin solution obtained in Resin Synthesis Example 1 used in "Production of Polyhydroxyurethane Aqueous Dispersion" of Example 1, 100 parts of the resin solution obtained in Resin Synthesis Example 3 for Examples was used to obtain triethylamine. Phase inversion emulsification was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount was 2.7 parts, to obtain an aqueous dispersion in which the polyhydroxyurethane resin of this example was dispersed. The obtained aqueous dispersion was adjusted to have a solid content of 30% by adding water, and was an aqueous dispersion having a uniform appearance. Next, 10 parts (solid content 30%) of the aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin obtained above and 30 parts (solid content 5%) of the clay mineral dispersion B prepared in Production Example 4 were mixed and homodisper. To obtain the polyhydroxyurethane aqueous dispersion composition in which the polyhydroxyurethane resin and the clay mineral of this example were dispersed, the mixture was uniformly stirred with. Then, using the obtained aqueous dispersion composition, a multilayer film was prepared under the same substrate and conditions as those used in Example 1. The aqueous dispersion composition and film of this example obtained above were evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 2.

[実施例7]
実施例1の「ポリヒドロキシウレタン水分散体の製造」で使用した樹脂合成例1で得た樹脂溶液に替えて、実施例用の樹脂合成例4で得た樹脂溶液を100部用い、トリエチルアミンの量を2.6部とした以外は、実施例1と同様にして転相乳化を行い、本実施例の、ポリヒドロキシ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、水を加えて固形分が30%となるように調整し、外観上均一な水分散体であった。次いで、上記で得たポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体10部(固形分30%)と、製造例4で調製した粘土鉱物分散液Bの30部を混合し、ホモディスパーで均一に撹拌して、本実施例の、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物が分散してなる水分散体組成物を得た。そして、得られた水分散体組成物を用い、実施例1で使用したと同様の基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た本実施例の水分散体組成物及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表2に示した。
[Example 7]
Instead of the resin solution obtained in Resin Synthesis Example 1 used in "Production of Polyhydroxyurethane Aqueous Dispersion" of Example 1, 100 parts of the resin solution obtained in Resin Synthesis Example 4 for Examples was used to obtain triethylamine. Phase inversion emulsification was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount was 2.6 parts, to obtain an aqueous dispersion in which the polyhydroxyurethane resin of this example was dispersed. The obtained aqueous dispersion was adjusted to have a solid content of 30% by adding water, and was an aqueous dispersion having a uniform appearance. Next, 10 parts (30% solid content) of the aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin obtained above and 30 parts of the clay mineral dispersion B prepared in Production Example 4 were mixed and uniformly stirred with a homodisper. , An aqueous dispersion composition in which the polyhydroxyurethane resin and the clay mineral of this example were dispersed was obtained. Then, using the obtained aqueous dispersion composition, a multilayer film was prepared under the same substrate and conditions as those used in Example 1. The aqueous dispersion composition and film of this example obtained above were evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 2.

[比較例1]
実施例1の「ポリヒドロキシウレタン水分散体の製造」で使用した樹脂合成例1で得た樹脂溶液に替えて、比較例用の樹脂合成例aで得た樹脂溶液を用い、反応時に既に使用しているトリエチルアミンを使用しないこと以外は、実施例1と同様にして、固形分30%に調整した、ポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体を得た。水分散体中のポリマー分散粒子の粒度分布は、d50=0.020μmであった。次いで、得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体10部(固形分30%)と、製造例3で調製した粘土鉱物分散液Aの30部(固形分5%)を混合し、ホモディスパーで均一に撹拌することにより、比較例の、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物とが分散してなる水分散体組成物を得た。そして、得られた水分散体組成物を用い、実施例1で使用したと同様の基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た比較例の水分散体及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表3に示した。
[Comparative Example 1]
Instead of the resin solution obtained in Resin Synthesis Example 1 used in "Production of Polyhydroxyurethane Aqueous Dispersion" of Example 1, the resin solution obtained in Resin Synthesis Example a for Comparative Example was used and already used during the reaction. An aqueous dispersion of a polyhydroxyurethane resin adjusted to a solid content of 30% was obtained in the same manner as in Example 1 except that the triethylamine used was not used. The particle size distribution of the polymer dispersed particles in the aqueous dispersion was d50 = 0.020 μm. Next, 10 parts (solid content 30%) of the obtained aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin and 30 parts (solid content 5%) of the clay mineral dispersion A prepared in Production Example 3 were mixed and used as a homodisper. By uniformly stirring, an aqueous dispersion composition in which the polyhydroxyurethane resin and the clay mineral of the comparative example were dispersed was obtained. Then, using the obtained aqueous dispersion composition, a multilayer film was prepared under the same substrate and conditions as those used in Example 1. The same evaluation as in Example 1 was carried out using the aqueous dispersion and film of Comparative Example obtained above, and the results are shown in Table 3.

[比較例2]
実施例1の「ポリヒドロキシウレタン水分散体の製造」で使用した樹脂合成例1で得た樹脂溶液に替えて、比較例用の樹脂合成例bで得た樹脂溶液を用い、反応時に既に使用しているトリエチルアミンを使用しないこと以外は、実施例1と同様にして、固形分30%に調整した、ポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体を得た。水分散体中のポリマー分散粒子の粒度分布は、d50=0.020μmであった。次いで、得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体10部(固形分30%)と、製造例3で調製した粘土鉱物分散液Aの30部(固形分5%)を混合し、ホモディスパーで均一に撹拌することにより、比較例の、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物とが分散してなる水分散体組成物を得た。そして、得られた水分散体組成物を用い、実施例1で使用したと同様の基材及び条件にて複層フィルムを作製した。上記で得た比較例の水分散体及びフィルムにて、実施例1と同様の評価を行い、結果を表3に示した。
[Comparative Example 2]
Instead of the resin solution obtained in Resin Synthesis Example 1 used in "Production of Polyhydroxyurethane Aqueous Dispersion" of Example 1, the resin solution obtained in Resin Synthesis Example b for Comparative Example was used and already used during the reaction. An aqueous dispersion of a polyhydroxyurethane resin adjusted to a solid content of 30% was obtained in the same manner as in Example 1 except that the triethylamine used was not used. The particle size distribution of the polymer dispersed particles in the aqueous dispersion was d50 = 0.020 μm. Next, 10 parts (solid content 30%) of the obtained aqueous dispersion of the polyhydroxyurethane resin and 30 parts (solid content 5%) of the clay mineral dispersion A prepared in Production Example 3 were mixed and used as a homodisper. By uniformly stirring, an aqueous dispersion composition in which the polyhydroxyurethane resin and the clay mineral of the comparative example were dispersed was obtained. Then, using the obtained aqueous dispersion composition, a multilayer film was prepared under the same substrate and conditions as those used in Example 1. The same evaluation as in Example 1 was carried out using the aqueous dispersion and film of Comparative Example obtained above, and the results are shown in Table 3.

(評価)
上記で得た実施例1〜7及び比較例1、2の各水分散体組成物の特性、及び、前記したようにして、各水分散体組成物を用いて作製したフィルムの評価は、以下の方法及び基準で行った。結果を、表2、3にまとめて示した。
(Evaluation)
The characteristics of each of the aqueous dispersion compositions of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 obtained above, and the evaluation of the film produced using each of the aqueous dispersion compositions as described above are as follows. The method and standard of the above were used. The results are summarized in Tables 2 and 3.

[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それぞれ入れ、50℃の恒温槽で保存した。そして、それぞれ、一ヶ月、三ヶ月、六ヶ月後の状態を観察し、それぞれ、以下の基準で評価し、結果を表2、3中に示した。
<評価基準>
○:ポリマー粒子及び粘土鉱物の沈降は無く、外観上の変化が見られない。
△:ポリマー粒子及び粘土鉱物が沈降しているが、撹拌により簡単に再分散する。
×:乳化粒子が破壊され樹脂分が沈降しており、撹拌しても再分散できない。
[Stability]
Each of the aqueous dispersion compositions of Examples and Comparative Examples was placed in a closed plastic container and stored in a constant temperature bath at 50 ° C. Then, the states after 1 month, 3 months, and 6 months were observed, respectively, and evaluated according to the following criteria, and the results are shown in Tables 2 and 3, respectively.
<Evaluation criteria>
◯: There is no sedimentation of polymer particles and clay minerals, and no change in appearance is observed.
Δ: Polymer particles and clay minerals are settled, but are easily redispersed by stirring.
X: The emulsified particles are destroyed and the resin component is settled, and cannot be redispersed even with stirring.

[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、塗布面(コーティング層)の外観を目視にて観察し、以下の基準で評価した。結果を表2、3中に示した。
<評価基準>
○:透明〜半透明の均一な被膜が形成されており、目視で確認できる凝集物が無い。
×:凝集物によるスジ引き等と被膜が不均一、或いは、目視できる凝集物がある。
[Appearance of coating film]
The appearance of the coated surface (coating layer) of each of the multi-layer films produced in Examples and Comparative Examples was visually observed and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Tables 2 and 3.
<Evaluation criteria>
◯: A transparent to translucent uniform film is formed, and there are no agglomerates that can be visually confirmed.
X: There are agglomerates that are not uniform due to streaks caused by agglomerates or that are visible.

[全光線透過率:ヘイズ]
デジタルヘイズメーターHGM−2DP(商品名、スガ試験機社製)を使用し、JIS−K 7136に準拠した方法により測定した。
[Total light transmittance: haze]
It was measured by a method conforming to JIS-K 7136 using a digital haze meter HGM-2DP (trade name, manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.).

[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1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。結果を表2、3中に示した。
<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 1 hour at room temperature was visually observed and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Tables 2 and 3.
<Evaluation criteria>
◯: No change is seen.
Δ: A part of the coating film is whitened.
X: The coating film is swollen.

[ガスバリア性]
実施例及び比較例の各水分散体組成物を用いて作製した表面に塗膜(コート層)を有する各フィルムについて、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を使用して、温度23℃で、湿度65%の恒温恒湿条件下にて、酸素透過度(酸素透過率)を測定した。なお、先に表1中に示した実施例用の樹脂合成例1〜5で作製したフィルムの酸素透過率は、膜厚20μmに換算した値であるのに対し、表2、3に示した実施例1〜7、比較例1、2の樹脂フィルムのガスバリア性の測定値は、表面に塗膜(コート層・被覆層)を有するフィルム構成体としての酸素透過度である。該フィルムにおける実施例或いは比較例の、各水分散体組成物を塗布して得られたコート層の厚みは、精密厚み測定器(尾崎製作所社製)を使用して実測し、5μmであることを確認している。結果を表2、3中に示した。なお、参考に、各水分散体組成物の調製に使用した、粘土鉱物と複合化させる前のポリヒドロキシウレタン樹脂の水分散体(固形分30%)を用い、上記と同様にして、コート層の厚みが5μmになるように、表面に塗膜(コート層)を形成したフィルムを作製し、ガスバリア性を測定した。表2の最下段に、その結果を示した。
[Gas barrier property]
For each film having a coating film (coating layer) on the surface prepared by using each of the aqueous dispersion compositions of Examples and Comparative Examples, the oxygen permeability was measured in accordance with JIS K-7126, and this was measured as a gas barrier. It was used as the evaluation value of sex. That is, it can be judged that the lower this value is, the better the gas barrier property is. Specifically, the oxygen permeability (oxygen permeability) was measured using an oxygen permeability measuring device under a constant temperature and humidity condition of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 65%. The oxygen transmittance of the films prepared in Resin Synthesis Examples 1 to 5 for Examples shown in Table 1 above is a value converted into a film thickness of 20 μm, whereas it is shown in Tables 2 and 3. The measured values of the gas barrier properties of the resin films of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 are the oxygen permeability as a film structure having a coating film (coating layer / coating layer) on the surface. The thickness of the coat layer obtained by applying each aqueous dispersion composition in the examples or comparative examples of the film shall be 5 μm as measured using a precision thickness measuring instrument (manufactured by Ozaki Seisakusho Co., Ltd.). Is confirmed. The results are shown in Tables 2 and 3. For reference, the aqueous dispersion (solid content 30%) of the polyhydroxyurethane resin used for preparing each aqueous dispersion composition before being composited with the clay mineral was used, and the coat layer was obtained in the same manner as above. A film having a coating film (coating layer) formed on the surface was prepared so that the thickness of the film was 5 μm, and the gas barrier property was measured. The results are shown at the bottom of Table 2.

Figure 0006813338
Figure 0006813338

Figure 0006813338
Figure 0006813338

表2から明らかなように、本発明の技術により粘土鉱物とポリヒドロキシウレタン樹脂が均一に分散された水分散体組成物を得ることができる。特に、従来処方で製造した比較例のヒドロキシウレタン樹脂の水分散体を用いた場合と比べて、粘土鉱物の分散性安定性に優れており、これは、本発明で使用したポリヒドロキシウレタン樹脂は、その構造中にアミド結合を介してカルボキシル基が導入されていることに由来していると考えられる。すなわち、アニオン性のカルボキシル基のみで親水化した従来の方法で製造されたポリヒドロキシウレタン樹脂のポリマー鎖は、粘土鉱物の層間に侵入しにくいことに比べて、本発明で規定する構造を有するポリヒドロキシウレタン樹脂は、このアミド結合の存在により、粘土鉱物の層間へのポリマー鎖の侵入が阻害されず、均一な分散体を製造することができたと考えられる。この結果、表2に示されているように、粘土鉱物を利用したものでありながら、実施例の水分散体組成物を用いて形成した塗膜(被膜層)は、いずれも凝集物のない透明性に優れたものになることが確認された。 As is clear from Table 2, it is possible to obtain an aqueous dispersion composition in which clay minerals and polyhydroxyurethane resin are uniformly dispersed by the technique of the present invention. In particular, the dispersibility stability of clay minerals is excellent as compared with the case of using the aqueous dispersion of the hydroxyurethane resin of the comparative example produced by the conventional formulation, which is because the polyhydroxyurethane resin used in the present invention has excellent dispersibility. , It is considered that it is derived from the fact that a carboxyl group is introduced into the structure via an amide bond. That is, the polymer chain of the polyhydroxyurethane resin produced by the conventional method hydrolyzed only with an anionic carboxyl group is less likely to penetrate between the layers of the clay mineral, and the poly having the structure specified in the present invention. It is considered that the hydroxyurethane resin was able to produce a uniform dispersion without inhibiting the invasion of the polymer chain between the layers of the clay mineral due to the presence of this amide bond. As a result, as shown in Table 2, none of the coating films (coating layers) formed using the aqueous dispersion composition of the example had agglomerates, although they used clay minerals. It was confirmed that the transparency was excellent.

また、従来ヒドロキシウレタン樹脂にカルボキシル基を導入する際のエステル結合と比較して、アミド結合は耐加水分解性に勝るため、ポリマー分散粒子の安定性も良好であった。さらに、本発明の、粘土鉱物とポリヒドロキシウレタン樹脂が均一に分散された水分散体組成物を使用して被膜を形成することで、簡易に、粘土鉱物−ポリヒドロキシウレタン樹脂の複合被膜を得ることができ、粘土鉱物の分散状態が良好なことから、膜厚が薄くても高いガスバリア性を実現できることも確認された。 In addition, the amide bond is superior in hydrolysis resistance as compared with the ester bond when a carboxyl group is introduced into a conventional hydroxyurethane resin, so that the stability of the polymer-dispersed particles is also good. Further, by forming a film using the aqueous dispersion composition in which the clay mineral and the polyhydroxyurethane resin are uniformly dispersed according to the present invention, a composite film of the clay mineral-polyhydroxyurethane resin can be easily obtained. It was also confirmed that a high gas barrier property can be realized even if the film thickness is thin, because the clay minerals are well dispersed.

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なポリヒドロキシウレタン樹脂−粘土鉱物の水分散体組成物を提供することができる。さらに、該水分散体組成物を使用して、簡易にポリヒドロキシウレタン−粘土鉱物複合被膜の形成が可能であり、この被膜はガスバリア層として使用できる。また、形成される被膜は、粘土鉱物を利用したものでありながら、凝集物のない外観の、光沢を有するものとなることから、広範な分野での利用が期待される。さらに、本発明を特徴づけるポリヒドロキシウレタン樹脂は、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 polyhydroxyurethane resin-clay mineral that can be stored for a long period of time, which is industrially required. Further, the aqueous dispersion composition can be easily formed into a polyhydroxyurethane-clay mineral composite film, and this film can be used as a gas barrier layer. Further, the formed film is expected to be used in a wide range of fields because it has an appearance without agglomerates and a gloss while using clay minerals. Furthermore, the polyhydroxyurethane 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 (6)

(A)成分としてカルボキシル基と水酸基とを有するアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂と、(B)成分として層状粘土鉱物とを含有してなる複合材料である水分散体組成物であって、
前記(A)成分と前記(B)成分との合計含有量が10〜50質量%であり、
前記(A)成分100質量部に対して、前記(B)成分を1〜100質量部の範囲で含み、且つ、
前記(A)成分のカルボキシル基と水酸基とを有するアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂の化学構造は、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を基本構造とし、且つ、下記一般式(6)で示されるカルボキシル基を有する化学構造部位を有することを特徴とする粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物。
Figure 0006813338
[一般式(1)中、−X−は、直接結合か、炭素数1〜30の脂肪族炭化水素基、炭素数4〜40の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜40の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、エーテル結合、アミノ結合、スルホニル結合及びエステル結合のいずれか、或いは、置換基として、水酸基、ハロゲン原子及び繰り返し単位1〜30の炭素数2〜6からなるポリアルキレングリコール鎖のいずれかを含んでもよい。Y−は、炭素数1〜15の脂肪族炭化水素基、炭素数4〜15の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜15の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、エーテル結合又はスルホニル結合、或いは、置換基として水酸基及びハロゲン原子のいずれかを含んでもよい。−Z1−、−Z2−は、それぞれ独立に、下記式(2)、式(3)、一般式(4)及び一般式(5)からなる群から選ばれる少なくともいずれかの構造を示し、繰り返し単位内及び繰り返し単位間のいずれにおいても、これらの式(2)〜(5)から選ばれる2種以上の構造が混在してもよい。また、これらの式(2)〜(5)のいずれの式を選択した場合も、右側の結合手は酸素原子と結合し、且つ、左側の結合手はXと結合し、Xが直接結合の場合は、他方のZの左側の結合手と結合する。]
Figure 0006813338
[一般式(4)又は(5)中、Rは、水素原子又はメチル基を示す。]
Figure 0006813338
[一般式(6)中、−W−は、炭素数1〜30の脂肪族炭化水素基、炭素数4〜40の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜40の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、エーテル結合、アミノ結合、スルホニル結合及びエステル結合のいずれか、或いは、置換基として、水酸基、ハロゲン原子及び繰り返し単位1〜30の炭素数2〜6からなるポリアルキレングリコール鎖のいずれかを含んでもよい。Y−は、一般式(1)の結合手のあるウレタン構造と結合する部分であって、前記一般式(1)中のY−として選択できるものを選択し得る。−V−は、炭素数1〜10の炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基であり、これらの基の構造中には、酸素原子又は窒素原子を含んでもよい。]
An aqueous dispersion composition which is a composite material containing an anionic polyhydroxyurethane resin having a carboxyl group and a hydroxyl group as a component (A) and a layered clay mineral as a component (B).
The total content of the component (A) and the component (B) is 10 to 50% by mass.
The component (B) is contained in the range of 1 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A).
The chemical structure of the anionic polyhydroxyurethane resin having a carboxyl group and a hydroxyl group of the component (A) has a repeating unit represented by the following general formula (1) as a basic structure and is represented by the following general formula (6). A clay mineral-containing polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition having a chemical structural moiety having a carboxyl group.
Figure 0006813338
[In the general formula (1), -X- is a direct bond, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 40 carbon atoms, or an aromatic group having 6 to 40 carbon atoms. It is a hydrocarbon group, and in the structure of these groups, any one of ether bond, amino bond, sulfonyl bond and ester bond, or as a substituent, a hydroxyl group, a halogen atom and 2 carbon atoms of repeating units 1 to 30 It may contain any of the polyalkylene glycol chains consisting of ~ 6. Y− is an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 15 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 15 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 15 carbon atoms, and is contained in the structure of these groups. May contain either an ether bond or a sulfonyl bond, or a hydroxyl group or a halogen atom as a substituent. −Z 1 − and −Z 2 − independently represent at least one structure selected from the group consisting of the following equations (2), (3), general equations (4) and (5). , Two or more types of structures selected from these formulas (2) to (5) may be mixed in both within the repeating unit and between the repeating units. In addition, when any of these equations (2) to (5) is selected, the bond on the right side is bonded to the oxygen atom, the bond on the left side is bonded to X, and X is directly bonded. In the case, it joins with the other join hand on the left side of Z. ]
Figure 0006813338
[In the general formula (4) or (5), R represents a hydrogen atom or a methyl group. ]
Figure 0006813338
[In the general formula (6), -W- is an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 40 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 40 carbon atoms. In the structure of these groups, any of ether bond, amino bond, sulfonyl bond and ester bond, or as a substituent, it is composed of a hydroxyl group, a halogen atom and 2 to 6 carbon atoms of repeating units 1 to 30. It may contain any of the polyalkylene glycol chains. Y-is a portion to be bonded to the urethane structure having a bond of the general formula (1), and can be selected as Y- in the general formula (1). -V- is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms or an aromatic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms, and the structure of these groups may contain an oxygen atom or a nitrogen atom. ]
前記(A)成分のアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂が、その重量平均分子量が10000〜100000の範囲であり、且つ、その酸価が15mgKOH/g〜50mgKOH/gの範囲であり、且つ、その水酸基価が150mgKOH/g〜250mgKOH/gの範囲である請求項1に記載の粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物。 The anionic polyhydroxyurethane resin of the component (A) has a weight average molecular weight in the range of 1000 to 100,000 and an acid value in the range of 15 mgKOH / g to 50 mgKOH / g, and a hydroxyl value thereof. The clay mineral-containing polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition according to claim 1, wherein the amount is in the range of 150 mgKOH / g to 250 mgKOH / g. 前記(A)成分であるアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂の一般式(1)で示される基本構造部分が、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、少なくとも2つ有する化合物と、少なくとも2つの1級アミノ基を有する化合物との重付加反応物からなり、前記(A)成分のアニオン性ポリヒドロキシウレタン樹脂の全質量のうちの1〜30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又は2に記載の粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物。 A five-membered cyclic carbonate structure in which the basic structural portion represented by the general formula (1) of the anionic polyhydroxyurethane resin as the component (A) is synthesized by using carbon dioxide as a raw material at least a part thereof. It is composed of a polyaddition reaction product of a compound having at least two and a compound having at least two primary amino groups, and comprises 1 to 30% by mass of the total mass of the anionic polyhydroxyurethane resin of the component (A). The clay mineral-containing polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition according to claim 1 or 2, wherein the carbon dioxide-derived —O—CO— bond occupies. 前記(B)成分の層状粘土鉱物が、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、バーミキュライト、カオリナイト及びマイカからなる群から選択される少なくともいずれかである請求項1〜3のいずれか1項に記載の粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物。 The clay according to any one of claims 1 to 3, wherein the layered clay mineral of the component (B) is at least one selected from the group consisting of montmorillonite, saponite, hectorite, vermiculite, kaolinite and mica. A mineral-containing polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物を必須成分として含有してなることを特徴とするガスバリア性水性コーティング剤。 A gas-barrier water-based coating agent comprising the clay mineral-containing polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition according to any one of claims 1 to 4 as an essential component. 基材と、該基材の少なくとも一方に設けられた、ポリヒドロキシウレタン樹脂と粘土鉱物とを含んでなる複合材料で形成された被膜層とを有してなり、
前記複合材料が、請求項1〜4のいずれか1項に記載の粘土鉱物含有のポリヒドロキシウレタン樹脂水分散体組成物であり、
前記被膜層の厚みが0.1〜100μmで、且つ、前記被膜層の酸素透過率が、23℃、65%の湿度下において10mL/m2・day・atm以下であることを特徴とするガスバリア性樹脂フィルム。
It comprises a base material and a coating layer provided on at least one of the base materials and formed of a composite material containing a polyhydroxyurethane resin and a clay mineral.
The composite material is the clay mineral-containing polyhydroxyurethane resin aqueous dispersion composition according to any one of claims 1 to 4.
A gas barrier characterized in that the thickness of the coating layer is 0.1 to 100 μm, and the oxygen permeability of the coating layer is 10 mL / m 2 · day · atm or less at 23 ° C. and 65% humidity. Sex resin film.
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