JP6906656B2 - ポリウレタン及びウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂 - Google Patents
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Description
本発明のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂は、化粧料の原料として、毛髪化粧料、アイメイク用化粧料、メークアップ用化粧料、スキンケア用化粧料、その他の化粧料等に広く適用できる。また、工業用、家庭用の塗料や保護皮膜(コーティング剤)としても好ましく使用可能である。
比で混合した溶液が、23℃でキャスト成膜が可能であるウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂にも存している。
なお、本明細書において「(メタ)アクリル」は、「アクリル又はメタクリル」を意味する。
本発明のポリウレタンは、ポリオール成分と、多価イソシアネート成分とから得られるポリウレタンである。
このポリウレタンは、シリコーンオイルとこのポリウレタンとの混合溶液(重量比50/50)から、23℃でキャスト成膜が可能であることが特徴である。
ポリエステルポリオールにおいては、(両)末端は常にジオール末端となるので、以下の関係式が成立する。
1)ポリエステルポリオール(PEsPO)中のフタル酸系単位(PA単位)の数
=(PEsPOの分子量−末端DOL分子量)/(PA単位式量+DOL単位式量)
=NumberPA
(なお、上記式において「PA単位式量+DOL単位式量」はPAとDOL単位で形成されるPEsPO中のエステル単位の式量となる。)
2)PEsPO中のPA単位含有割合(wtPA(重量分率))
=(NumberPA×PA単位式量)/PEsPO分子量
3)PEsPO仕込量(F)中のPA単位含有量(重量)
=F×wtPA
4)ポリウレタン中のPA単位含有量(重量%)
=(F×wtPA)×100/総ポリウレタン量(=ウレタン原料の総仕込量)
ジオール成分が複数種用いられている場合も同様である。
なお、市販品等、その組成が明らかにされていない場合などは、核磁気共鳴スペクトル分析(NMR)やゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)等の高分子物質を分析できる方法を用いて、組成分析を行って求めることもできる。
このようなジメチロールアルカン酸は、下記化学式(1)に示される構造を有している。
リオールの由来する成分を用いてもよい。
また、例えば、ポリウレタンの製造に際して、その中和に水酸化カリウムを用いている場合は、塩交換が起きにくくなるため、上記JIS法による測定が困難になる場合がある。このような時は、下式に従ってポリウレタン1gあたりの「理論酸価」を算出して用いればよい。
理論酸価(mgKOH/g−ポリウレタン)=酸含有原料仕込モル数×56.1(KOH分子量)/ポリウレタン量(g)×1000
場合は、活性水素を持たない(メタ)アクリル系単量体が、前記ポリウレタンの生成時に共存していてもよい。このポリウレタンを得る反応は、50〜100℃程度で、0.5〜20時間程度行えばよい。これにより、カルボキシル基及び末端にイソシアネート基を有するポリウレタンを得ることができる。
なお、ガラス転移温度は、JIS K7244−4の方法で測定することができる。
中でも、中和工程を2工程に分割し、第1中和工程をポリウレタンの製造後に、そして第2中和工程を第1工程で中和されたポリウレタンを水性媒体中に分散させた後に行うことが好ましい。
用いる際に問題を生じるおそれがある。
(1)ウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂(U/A樹脂)の製造方法
前記のポリウレタンの存在下で(メタ)アクリル系単量体を重合することによって、ポリウレタンと(メタ)アクリル系樹脂を複合してなるウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂(U/A樹脂)を得ることができる。
リウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩系開始剤、t−ブチルハイドロパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシピバレート、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート等の有機過酸化物系開始剤のラジカル重合開始剤を特に制限なく用いることができる。
本発明のU/A樹脂のウレタン成分は、前記のフタル酸系単位を有するポリエステルポリオール由来の構成成分を有するポリウレタンを含むものであり、U/A樹脂中に含まれるウレタン成分中における該ポリウレタンの含有割合は50重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは85重量%以上であり、その全量が前記ポリウレタンであることがもっとも好ましい。
なお、前記のフタル酸系単位を有するポリエステルポリオール由来の構成成分を有するポリウレタン以外のウレタン成分は、本発明の目的・効果を損なわない限り、特に限定されない。
なお、前記したポリウレタンにおけるポリオール成分に含まれるジカルボン酸由来の構成単位(ジカルボン酸単位)の含有量も、同様の範囲が同様の理由で好ましい。
これは、U/A樹脂において、耐油性を左右する成分がポリウレタン由来の成分であるため、ポリウレタンの耐油性を高くすることが、U/A樹脂全体の耐油性を改良することとなるからである。
なお、このジカルボン酸単位の含有量は、上記したポリエステルポリオール中のフタル酸系構成成分の含有量の算出方法に準じ、U/A樹脂の組成とウレタン中の当該単位の含有量から計算することができる。
前記U/A樹脂に用いられる(メタ)アクリル系単量体の例としては、(メタ)アクリル酸アルキルエステル等が挙げられる。具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸s−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸s−ペンチル、(メタ)アクリル酸1−エチルプロピル、(メタ)アクリル酸2−
メチルブチル、(メタ)アクリル酸イソペンチル、(メタ)アクリル酸t−ペンチル、(メタ)アクリル酸3−メチルブチル、(メタ)アクリル酸ネオペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−メチルペンチル、(メタ)アクリル酸4−メチルペンチル、(メタ)アクリル酸2−エチルブチル、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸2−ヘプチル、(メタ)アクリル酸3−ヘプチル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸2−オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸3,3,5−トリメチルヘキシル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸セチル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸エイコシル、(メタ)アクリル酸ドコシル、(メタ)アクリル酸テトラコシル、(メタ)アクリル酸メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ノルボルニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェネチル等が例示される。これらの中でも、アルキル基の炭素数が1〜24の(メタ)アクリル酸アルキルエステルが好ましく、特にアルキル基の炭素数が1〜8のものが好ましい。
これらの(メタ)アクリル系単量体は、一種類のみを用いてもよく、また、複数種類を混合して用いてもよい。
1/Tg=(Wa/Tga)+(Wb/Tgb)+(Wc/Tgc)+… (1)
但し、Tgは共重合体のガラス転移温度(K)、Tga、Tgb、Tgc等は各構成単量体a、b、c等の単独重合体のガラス転移温度(K)であり、Wa、Wb、Wc等は各構成単量体a、b、cの、共重合体中の重量分率である。
なお、Tgを「℃」で表記したい場合は上記式で得られたTgの数値から「273」を減じればよい。
量体と、単独重合体のTgが低い単量体とを併用することにより皮膜の柔軟性の調整が可能である。
次に、本発明のU/A樹脂について説明する。
本発明のU/A樹脂は、ウレタン成分中のポリオール成分として、ポリエステルポリオールを含み、かつ、このポリエステルポリオールが、フタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも一種のジカルボン酸由来の構成単位を有する成分、すなわち、フタル酸系ポリエステル成分、特にイソフタル酸系ポリエステル成分由来の構成成分を有することで、耐油性が良好であるという性質を示す。
(b)ポリウレタン中のポリオール単位と多価イソシアネート化合物との当量比を1:1に近づける。
(c)(メタ)アクリル系単量体成分として、ガラス転移温度(Tg)の低いものを用いる。
一方、重量平均分子量が100000より小さいと、顔料分散性に劣る場合がある。また、重量平均分子量が2000000より大きいと、皮膜が硬く脆くなりやすく、風合いが悪くなるおそれがある。このような重量平均分子量(Mw)の範囲とすることで、特に良好な耐油性(キャスト成膜性)を得ることができる。
分子量分布をこの範囲とすることで、得られる製品の、低分子量成分によるベタつきや高分子量成分によるゴワつきを低減することができ、特に皮膚用化粧品に用いた時の使用感を改良することができる。
のMwpが200000より小さいと、耐1,3BG性や顔料分散性が悪くなる場合があ
る。一方、アクリル成分のMwpの上限は、2000000が好ましく、1000000がより好ましい。アクリル成分のMwpが2000000より大きいと、皮膜が硬く脆くなりやすく、風合いが悪くなる場合がある。
なお、「耐1,3BG性」とは、一般的には、水性分散液に1,3BG(1,3−ブタンジオール)を添加し混合してもその試料液に変化が起きないということをいい、配合安定性試験の一種である。特に、化粧料用途においては、後記するC.R.試験において、1,3BGの有無で結果に変化が起きないこと、すなわち、測定対象樹脂が1,3BGの影響を受けないという状態を指す。
一方、本願においては、(A)成分(イソシアネート基とカルボキシル基とを有するポリウレタン)と、(B)成分((メタ)アクリル酸エステル系重合性単量体)とを水性媒体中で乳化分散してなるプレエマルジョンを用いて、(B)成分を重合させて得られるウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂水性分散液(U/A樹脂水性分散液)を製造するので、エマルジョン液滴において、(A)成分の内側に(B)成分が配された状態で、ラジカル重合が起きることとなる。このとき、(B)成分は、(A)成分によって保護されることとなり、(B)成分の重合中の連鎖移動反応が生じにくいだけでなく、重合の停止反応が起きにくい状態で重合が進むため、(B)成分の分子量が大きくなる傾向となる。そして、ウレタン樹脂がシェル部を構成し、(メタ)アクリル樹脂がコア部を構成する、コア−シェル構造の複合樹脂となる。このとき、(B)成分の分子量は、(A)成分が存在しない状態での乳化重合に比べて大きくなりやすく、得られる複合樹脂の分子量分布は、図1に示すように、2つのピークを示すこととなる。なお、図1の横軸(RTmin)は、保持時間(分)を意味し、RTが短いほど分子量が大きいことを示す。
この分子量分布の例は、図1に示すとおりで、それぞれのピーク位置、即ちアクリル成分のMwpとウレタン成分のMwpとの関係は、上記に記した通りとなる。
ゲル分の上限は特に限定されず、100重量%でもよいが、99重量%以下が好ましい。このようなゲル分とすることで、前述の耐油性(キャスト成膜性)がより向上する。この特性はU/A樹脂の重量平均分子量(Mw)を前記のような範囲とすることで、特に効果的に得ることができる。
本発明のU/A樹脂は、フタル酸単位、特にイソフタル酸単位を含むため、前記のように優れた耐油性を示すとともに、自己乳化性のポリウレタンから構成されているためか、機械的安定性(エマルジョンの安定性)や顔料分散性も優れたものとなり、以下のような用途に好適に使用できる。
本発明のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂(U/A樹脂)及びその水性分散液(U/A樹脂水性分散液)は、毛髪化粧品用や皮膚用化粧品用等、化粧料用の樹脂として好適に使用することができる。以下、その用法について簡単に説明する。
毛髪化粧品用樹脂として使用する場合は、シャンプー、リンス、トリートメント、セット剤、パーマネントウエーブ液等の毛髪化粧料中に、本願のU/A樹脂の水性分散液を添加使用する。この時、従来使用されているポリマー等を併用してもよい。
ユニオンカーバイド製))、ビニルピロリドン−ジメチルアミノエチルメタクリレート共重合体の4級化物(商品名:GAFQUAT 734及び755(アイエスピージャパン(株)製))、ジメチルジアリルアンモニウムクロライド重合体(商品名:MERQUAT 100(Lubrizol社製))、ジメチルジアリルアンモニウムクロライドアクリルアマイド共重合体(商品名:MERQUAT550(Lubrizol社製))等が挙げられる。
トール酸、ラノリン脂肪酸、イソステアリン酸、リノール酸、リノレイン酸、γ−リノレン酸、エイコサペンタエン酸等が挙げられる。
本発明のU/A樹脂を皮膚用化粧品用の樹脂として使用する場合は、通常、スキンクリーム、化粧水、乳液等の皮膚用化粧料品中に添加して使用する。
メークアップ用化粧品としては、例えば、マスカラ、アイライナー、アイシャドウ、口紅、リップグロス、ファンデーション、及びメークアップルージュ等が例示でき、これらのメークアップ用化粧品は、本発明のU/A樹脂等の水性分散液に、固形油剤、油脂、ワックス、シリコーンオイル等の油剤、顔料や樹脂粉末等の粉体成分、あるいは水、液状アルコール等の溶媒などの化粧料に通常用いられる材料をその用途・目的に応じて添加・混合することによって得られる。
本発明のU/A樹脂は、その耐油性、柔軟性、密着性、基材追従性、耐摩耗性等の特長を活かして、工業用塗料(特に自動車用塗料)、家庭用の塗料等の塗料やコーティング剤、保護皮膜形成剤、等に用いることができる。
<ポリオール単位>
・N4073…日本ポリウレタン工業(株)製:商品名 ニッポラン4073、1,6−
ヘキサンジオールとアジピン酸とのポリエステルポリオール(1,6HD−AA)、数平均分子量(Mn)=2000。
・P−2012…クラレ(株)製:商品名 クラレポリオールP−2012、メチルペンタンジオールとアジピン酸/イソフタル酸の混合ポリエステルポリオール(MPD−AA−IP)(アジピン酸/イソフタル酸のモル比=1/1)、数平均分子量(Mn)=2000。
・P−2030…クラレ(株)製:商品名 クラレポリオールP−2030、メチルペンタンジオールとイソフタル酸のポリエステルポリオール、数平均分子量(Mn)=2000。
・IPDI…デグサ・ジャパン(株)製:商品名 VESTANAT IPDI(イソホロンジイソシアネート)
<カルボキシル基含有多価ヒドロキシ化合物>
・DMPA…パーストープ(株)製:ジメチロールプロピオン酸(カルボン酸含有ポリオ
ール)。
・MEHQ…和光純薬工業(株)製:2−メトキシヒドロキノン
<重合性単量体>
・MMA…三菱レイヨン(株)製、メチルメタクリレート
・BA…三菱化学(株)製、n−ブチルアクリレート
・tBPO…化薬アクゾ(株)製:ジ−tert−ブチルパーオキサイド
<還元剤>
・AsA…和光純薬工業(株)製:L−アスコルビン酸(試薬特級)
<塩基性化合物>
・KOH:水酸化カリウム…和光純薬工業(株)製(試薬)
・TEA:トリエタノールアミン…シェルケミカルズジャパン(株)製:TEA99
(1)耐油性
シリコーンオイル(信越化学(株)製KF−995)とポリウレタン又はU/A樹脂とを50/50の重量比率で混合した溶液から、23℃でポリプロピレン樹脂製のプレート上へキャストする。6時間静置後に、その一部をピンセットで引き上げて、膜の形成状態を観察する。
◎:ピンセットで安定して薄膜を引き上げることができる
○:途中で破断することなくピンセットで薄膜を引き上げることができる
△:樹脂シート上に膜が形成されているが、ピンセットで引き上げようとすると、途中で破断する。
×:膜が形成されない
RED DEVIL社製ペイントシェーカー(5400−H3型)を用いて、顔料(ピグメント・ブルー15(商品名)、東京化成工業(株)製)15重量部、ポリマー(本発
明のポリウレタン又はU/A樹脂水性分散液)20重量部(固形分換算)、イソプロパノール(試薬1級、和光純薬工業(株)製)及びイオン交換水を、全配合液量が100重量部になるように添加し、この混合液を1時間撹拌・混合した後、100メッシュのナイロンネットで濾過して、ネット上に残る残渣分を目視観察した。
◎:残渣がないか、ほとんどない
○:ナイロンメッシュが薄く着色したように残渣が残るが、濾過性に問題はない
△:ナイロンメッシュ上にべったりと残渣が残り、濾過性が悪い
×:全体がゲル化し、濾過できない
前記機械安定性評価用に作成したU/A樹脂を含む配合液を、バー(No.4)を用いてガラス板上に塗布し、室温で30分乾燥した後の塗布面を観察し、以下の基準で評価を行った。
◎:光沢があり均一な色相になっている
○:◎には劣るが光沢はあり、均一な色相になっている
△:塗布面は均一だが、色むらがある
×:塗布面が不均一になっている、及び/又は色むらが著しい
(試験方法)
以下、それぞれの試験方法について説明する。
<ガラス転移温度(Tg)>
[(A)成分]
JIS K 7244−4に従って測定した。
[(B)成分]
下記式(1)(FOX式)に従い、使用する重合性単量体の各々の単独重合体のTg及び重量分率から重合体のTgを算出した。
1/Tg=(Wa/Tga)+(Wb/Tgb)+(Wc/Tgc)+… (1)
但し、Tgは(共)重合体のガラス転移温度(K)、Tga、Tgb、Tgc等は各構成単量体a、b、c等の単独重合体のガラス転移温度(K)であり、Wa、Wb、Wc等は各構成単量体a、b、cの、共重合体中の重量分率を示す。
なお、前述の通り、Tgを「℃」で表記したい場合は、上記式で得られたTgの数値から「273」を減じればよい。
下記の条件でゲルパーミエーションクロマトグラフ法(GPC法)を用いて重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(Mw/Mn)を測定した。
また、U/A樹脂においては、上記GPCチャートから、(A)成分の最頻分子量(Mwp)及び(B)成分の最頻分子量(Mwp)を測定した。
・測定装置:LC−20AD ((株)島津製作所製)
・検出器:RI(屈折率)
・カラム:PLgel Mixed B(アジレント・テクノロジー(株)製)
・展開溶媒:THF(テトラヒドロフラン)
・展開溶媒流量:1ml/min
・測定試料注入量:100μL
・測定試料:得られたウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂分散液から下記の乾燥条件で乾燥試料を作成し、THFを用いて0.2重量%溶液を作成する。この溶液を下記のフィルターでろ過して、得られたろ液を測定試料とした。
・乾燥条件:40℃×12時間乾燥後、室温×6時間真空乾燥
・測定試料作製用フィルター:GLクロマトディスク(ポアサイズ0.45μm)(ジー
エルサイエンス(株)製)
・検量線:PMMA(ポリメチルメタクリレート)換算
前記で得られた乾燥試料40mgをTHF20mLに溶解し、ゲル分用フィルター(ADVANTEC社製、PF−100:ポアサイズ100μm)にてろ過する。
ろ過後のゲル分用フィルターを105℃×3時間乾燥し、同様にして乾燥した未使用フィルターの重量とから、残留固形分を求め、下記式によりゲル分を算出する。
ゲル分(重量%)=(乾燥後のフィルター重量(mg)−使用前のフィルター重量(mg))/40(mg)×100
(1)試験片の作成
ポリプロピレン製の板上に、乾燥皮膜の厚さが200μmになるように試料(水分散液)を塗布し、室温で一夜放置して造膜する。得られた皮膜を剥離し、真空乾燥機で6時間乾燥する。
(2)試験方法
前記で得られた乾燥皮膜を0.5cm幅の短冊状に切り出し、オートコムC型万能試験機((株)キーエスイー製)を用い、23℃、50%RHの恒温恒湿室中で、チャック間隔2cm、引張速度200mm/分の条件で、最大強度、最大伸度を測定した。
[配合安定性]
得られた水分散液を固形分5重量%、エタノール10重量%、1,3−ブタンジオール5重量%となるように(残部は水)混合し、室温で静置保存し、一週間後の液の状態を目視で評価した。
◎:変化なし。
○:配合後しばらくの間に多少粘度は変化するが、その後安定する。
△:濃度勾配、沈降、凝集物発生、粘度変化等が多少見られる。
×:濃度勾配、沈降、凝集物発生が明らかに確認できる。
[C.R.:カールリテンション]
・樹脂単独のC.R.
毛髪サンプルに試料を塗布し、カールさせた状態で乾燥させ、下記の所定温度・湿度条件下で3時間経過後の、形態保持状態を観察する。
試料液として、得られた水溶液を固形分含量30重量%となるように水で希釈し、これを長さ23cm×重量2gの毛束に塗布量0.7gとなるように塗布した。この毛束を直径1cmのコールドロッドに巻き付け、50℃×2時間乾燥し、得られたカールした毛束をロッドから外して、30℃×90%RHの環境中に吊り下げて、3時間後のカール毛束の長さを測定し、下式よりカール保持率を算出した。
カール保持率(%)=(23−3時間後の長さ)×100/(23−初期長さ)
但し、「長さ」とは、カールした状態での長さをいう。
・1,3BG(1,3−ブタンジオール)を配合したときのC.R.
試料液として、固形分含量5重量%、1,3−ブタンジオール5重量%、残分が水となるように希釈して用いたこと以外は、前記「樹脂単独のC.R.」と同様にして評価した。
(参考例1、2、比較例2:ウレタンの製造)
温度計、攪拌装置及び還流冷却管を備えた4つ口フラスコに、表1に示すウレタン原料と、反応溶媒を所定量ずつ加え、内温を50℃にして混合した後、90℃に昇温し、この温度で5時間反応を行い、イソシアネート基及びカルボキシル基を含有するカルボキシル基含有ウレタンプレポリマーを得た。
続いて、液温を50℃に保って表1に記載の中和剤(塩基性化合物)を所定量添加し、前記カルボキシル基含有ウレタンプレポリマー中のカルボキシル基の全部又は一部を中和した。
次に、転相水(純水:DW)を表1に示す量で、内温を50℃に保ちながら、15分間かけて滴下して、エマルジョンの転相を行い、乳白色で透明性のある分散液を得た。
この分散液を80℃に昇温し、ウレタンプレポリマーの製造時に使用した反応溶媒(メチルエチルケトン(MEK)、エタノール(EtOH))を回収し、ポリウレタン分散液(ディスパージョン)を得た。
ここで、「P−1030」は、酸成分はイソフタル酸単独、ジオール成分はメチルペンタンジオール単独で、分子量(PEsPO)が1000である。
これより、PA単位の式量は148、DOL単位の式量は100、そして末端ジオールの分子量は101となるので、ポリウレタン中のPA単位含有量は、以下のように算出できる。
1)PA単位数
PA単位数(NumberPA)=(1000-101)/(100+148)=4 (小数点以下四捨五入)
2)PEsPO中のイソフタル酸単位含有量(wtPA)は、上記1)より、
wtPA =(NumberPA)×PA単位式量/(PA単位式量+DOL単位式量)
=4×148/1000=0.59
3)仕込み中のPA単位含有量は、上記結果と表1の「ポリオール仕込量」(0.23)より、以下の通り計算できる。
仕込み中のPA単位含有量=0.23×0.59=0.14
4)ポリウレタン中のイソフタル酸単位含有%は、上記結果と表1中のウレタン原料となる各成分の仕込量より、以下のように計算できる。
PA単位含有量(wt%)=(0.23×059)/(60.8+0.2+7.8+31.2)×100=0.1重量%
この値が、表1における「ポリウレタン中のイソフタル酸(IP)含有量(wt%)となる。
ジオール成分としてP−1030を使用した参考例2、実施例1〜4、6、7及び比較例1も同様にして、ポリウレタン中のPA単位含有量が計算できる。
温度計、攪拌装置及び還流冷却管を備えた4つ口フラスコに、表1に記載のウレタン原料、アクリル原料、及び重合禁止剤を所定量ずつ加え、内温を50℃にして混合した後、90℃に昇温し、この温度で5時間反応させて、(メタ)アクリル系重合性単量体中に分散した、イソシアネート基及びカルボキシル基を含有するカルボキシル基含有ウレタンプレポリマーを得た。
続いて液温を50℃に保って表1に記載の中和剤(塩基性化合物)を所定量加えて、前記カルボキシル基含有ウレタンプレポリマー中のカルボキシル基の全部又は一部を中和した。
次に、転相水(純水:DW)を表1に示す量で、内温を50℃に保ちながら、15分間かけて滴下して、エマルジョンを転相し、乳白色で透明性のある分散液を得た。
この分散液を50℃に保って、表1に記載の、アクリル重合触媒(重合開始剤及び還元剤)を所定量添加して、(メタ)アクリル系重合性単量体の重合を開始した。重合による発熱が終了した後、更に70℃に昇温して3時間維持して、ウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂と未反応の重合性単量体とを含むウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂水性分散液を得た。
1)用いたジカルボン酸類の式量に、それぞれの使用比率(モル分率)を乗じた上で合計して、「ジカルボン酸の平均式量」を用いて、ジカルボン酸が単独の場合の「NumberPA」に相当する「ジカルボン酸単位数」を計算する。
P−2012及びその原料の分子量及びモル分率等は以下の通りである。
P−2012:PEsPO分子量=2000、末端DOL分子量=101
メチルペンタンジオール:DOL単位式量=100
アジピン酸:アジピン酸単位式量=128、モル分率=0.5
イソフタル酸:PA単位式量=148、モル分率=0.5
以上より、
ジカルボン酸平均式量=(128×0.5)+(148×0.5)=138
ジカルボン酸単位数=(2000-101)/(100+138)=8 (小数点以下四捨五入)
2)上記結果より、PEsPO中のジカルボン酸単位含有量は、次のようになる。
PEsPO中のジカルボン酸単位含有量=7.98×138/2000=0.55
3)仕込み中のジカルボン酸単位の含有量は、PEsPOの仕込量=54.52(表1)より、
仕込み中のジカルボン酸単位含有量(%)=54.52×0.55=29.99
4)ポリウレタン中のジカルボン酸単位含有量は、表1の原料仕込量より、次のように計算できる。
ジカルボン酸単位含有量(wt%)=29.99/(54.52+9.14+36.34)×100=29.99wt%
5)上記結果より、ポリウレタン中のPA単位含有量を、PA単位の式量とPAのモル分率より算出する。
PA単位含有量(wt%)=29.99×(148/138)×0.5=16.08wt%
この値が、表1中の「ポリウレタン中のIP含有量(wt%)」として示される。
表1に記載の原料等を用いたこと以外は、上記実施例1〜6と同様にしてイソシアネート基及びカルボキシル基を含有するカルボキシル基含有ウレタンプレポリマーを合成した後、引き続き液温を50℃に維持した状態で、表1に記載の中和剤の内、TEA(トリエタノールアミン)を用いて、上記カルボキシル基含有ウレタンプレポリマー中のカルボキシル基の一部を中和した(第一中和工程)。
その後、上記参考例1と同様にして転相水(純水:DW)を用いて転相を行い、乳白色透明の分散液を得た。
この分散液を、表1に示す種類・量のアクリル原料(単量体)、及び重合触媒(開始剤及び還元剤)等を添加し、上記実施例1〜6と同様にして重合及び熟成(重合発熱終了後の昇温・保持)を行い、ウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂と未反応の重合性単量体を含むウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂水性分散液を得た。
得られた水性分散液を30℃まで冷却した後、表1に示す量の水酸化カリウムを用いて第2中和工程を行い、上記ウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂中のカルボキシル基の一部を中和してU/A樹脂水性分散液を作成した。
表1に示すウレタン原料を所定量用いたことと、反応溶媒としてMEKを表1に示す量を用いたこと以外は、参考例1と同様の方法でイソシアネート基及びカルボキシル基を含有するカルボキシル基含有ウレタンプレポリマーを得た。
続いて、表1の反応溶媒欄に記載のエタノール(EtOH)を所定量、50℃で15分間かけて滴下して、透明溶液を得た。
得られた水性エマルジョン(比較例1ではMEK/エタノール溶液)について前記の測定・評価を行った。その結果を表1に併せて示す。
一方、比較例では、ジカルボン酸単位を含まないか、含んでいても所定量に満たないため、耐油性が劣っている。
Claims (11)
- ポリエステルポリオールを含むポリオール成分と、多価イソシアネート成分とから得られ、前記ポリエステルポリオールが、イソフタル酸由来の構成単位を有するポリウレタンと(メタ)アクリル系樹脂を複合してなり、
前記ポリウレタンからなるポリウレタン成分の最頻分子量が30000以上、200000以下であり、
前記(メタ)アクリル系樹脂からなる(メタ)アクリル成分の最頻分子量が200000以上、2000000以下であり、
前記のポリウレタン成分の最頻分子量と(メタ)アクリル成分の最頻分子量との差が、200000以上であり、
前記ポリウレタンがシェル部、前記(メタ)アクリル系樹脂がコア部からなるコア−シェル構造を有するウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂。 - 前記のポリオール成分がジメチロールアルカン酸を含有する請求項1に記載のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂。
- 前記ジメチロールアルカン酸のアルカン部分の炭素原子数が1〜6の範囲にある請求項2に記載のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂。
- 前記ジメチロールアルカン酸がジメチロールプロピオン酸であることを特徴とする請求項3に記載のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂。
- 前記イソフタル酸由来の構成単位の含有割合が0.05重量%以上、50重量%以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂。
- シリコーンオイルと50/50の重量比で混合した溶液が、23℃でキャスト成膜が可能である請求項1〜5のいずれか1項に記載のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂。
- 前記複合樹脂組成物中のポリウレタン成分と(メタ)アクリル成分の含有比率が80/20以上、30/70以下(重量比、但し両者の合計を100とする)の範囲内である請求項1〜6のいずれか1項に記載のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂。
- 前記ウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂の構成成分であるポリウレタン中のジカルボン酸由来の構成単位の含有割合が0.05重量%以上50重量%以下である請求項1〜7のいずれか1項に記載のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂。
- 前記ウレタン−(メタ)アクリル系樹脂の重量平均分子量(Mw)が10万以上200万以下で、かつゲル分が20%以上である請求項1〜8のいずれか1項に記載のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂が水性媒体中に乳化分散されてなる複合樹脂水性分散液。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載のウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂を製造する方法であって、
前記ポリウレタンの存在下で、(メタ)アクリル系単量体を乳化重合することを特徴とするウレタン−(メタ)アクリル複合樹脂の製造方法。
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