JP7487524B2 - Water-based acrylic-urethane compositions for fracture-resistant materials - Google Patents

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本発明は、水系媒体中にポリウレタン樹脂を分散させた水性ポリウレタン樹脂分散体及びアクリルエマルジョンを混合した水性アクリル・ウレタン組成物に関する。また、本発明は、前記水性アクリル・ウレタン組成物を含有するコーティング材料組成物及び前記水性アクリル・ウレタン組成物を加熱乾燥させて得られるアクリル・ウレタン樹脂フィルムに関する。 The present invention relates to an aqueous acrylic-urethane composition obtained by mixing an aqueous polyurethane resin dispersion in which a polyurethane resin is dispersed in an aqueous medium with an acrylic emulsion. The present invention also relates to a coating material composition containing the aqueous acrylic-urethane composition, and an acrylic-urethane resin film obtained by heating and drying the aqueous acrylic-urethane composition.

水性ポリウレタン樹脂分散体は、接着性、耐摩耗性、ゴム的性質を有する塗膜を得ることができ、従来の溶剤系ポリウレタンと比較して揮発性有機物を減少できることから環境対応材料として溶剤系ポリウレタンからの置き換えが進んでいる材料である。
ポリカーボネートポリオールは、イソシアネート化合物との反応により、硬質フォーム、軟質フォーム、塗料、接着剤、合成皮革、インキバインダーなどに用いられる耐久性のあるポリウレタン樹脂を製造するための原料となる有用な化合物である。ポリカーボネートポリオールを用いたポリウレタンの特徴は、カーボネート基の高い凝集力によって発現し、耐水性、耐熱性、耐油性、弾性回復性、耐摩耗性、耐候性に優れることが述べられている(非特許文献1参照)。また、ポリカーボネートポリオールを原料とした水性ウレタン樹脂分散体を塗布して得られる塗膜においても、耐光性、耐熱性、耐加水分解性、耐油性に優れることが知られている(特許文献1参照)。
Aqueous polyurethane resin dispersions can be used to obtain coating films that have adhesiveness, abrasion resistance, and rubber-like properties, and they also contain less volatile organic compounds than conventional solvent-based polyurethanes, making them an environmentally friendly material that is increasingly replacing solvent-based polyurethanes.
Polycarbonate polyol is a useful compound that can be used as a raw material for producing durable polyurethane resins used in rigid foams, flexible foams, paints, adhesives, synthetic leather, ink binders, etc., by reacting with an isocyanate compound. It is described that polyurethanes using polycarbonate polyols are characterized by the high cohesive force of carbonate groups, and are excellent in water resistance, heat resistance, oil resistance, elastic recovery, abrasion resistance, and weather resistance (see Non-Patent Document 1). It is also known that coating films obtained by applying aqueous urethane resin dispersions using polycarbonate polyols as raw materials are excellent in light resistance, heat resistance, hydrolysis resistance, and oil resistance (see Patent Document 1).

上述のようにポリカーボネートポリオールを用いた水性ポリウレタン樹脂分散体は良好な特性を発現するが、溶剤系ポリウレタンに比較して十分とはいえない。特に塗膜の耐溶剤性及び耐水性は不十分である。そのような特性を改良するために、ポリウレタン樹脂に架橋構造を導入したり、エポキシ樹脂や多官能イソシアネート等の架橋材を導入した組成物として硬化時に架橋したりすることが行なわれる。中でも、ブロック化されたイソシアナト基を有する水性ポリウレタン樹脂分散体は常温で安定であることから貯蔵安定性の高い一液型の架橋反応性分散体として利用価値が高い(例えば、特許文献2及び特許文献3参照)。 As mentioned above, aqueous polyurethane resin dispersions using polycarbonate polyols exhibit good properties, but they are not sufficient compared to solvent-based polyurethanes. In particular, the solvent resistance and water resistance of the coating film are insufficient. In order to improve such properties, crosslinking structures are introduced into polyurethane resins, or crosslinking agents such as epoxy resins and polyfunctional isocyanates are introduced into the compositions to crosslink them during curing. Among these, aqueous polyurethane resin dispersions having blocked isocyanato groups are stable at room temperature, and therefore highly useful as one-liquid crosslinkable reactive dispersions with high storage stability (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

さらに、本発明者らにより、ウレタン結合、ウレア結合、カーボネート結合を有し、かつブロック化されたイソシアナト基を特定量で有する水性ポリウレタン樹脂分散体により、塗布後の製膜速度を制御し、塗膜の水への再分散を可能にすることができ、これを塗布・加熱処理して得られる塗膜は、耐水性及び耐溶剤性に優れ、電着塗膜への密着性にも優れ、引張における破断エネルギーが高いため、耐衝撃性にも優れるということを見出されている(例えば、特許文献5参照)。 Furthermore, the present inventors have discovered that an aqueous polyurethane resin dispersion having urethane bonds, urea bonds, and carbonate bonds and a specific amount of blocked isocyanato groups can control the film formation rate after coating and enable the coating film to be redispersed in water, and that the coating film obtained by coating and heating this has excellent water resistance and solvent resistance, excellent adhesion to electrodeposition coating films, and high breaking energy in tension, resulting in excellent impact resistance (see, for example, Patent Document 5).

重合性不飽和結合を有するポリウレタン樹脂と、重合性不飽和結合を有する化合物と、カルボジイミド化合物及び/又はオキサゾリン化合物とを水系媒体に分散させてなる水性樹脂分散体組成物により、活性エネルギー線照射による硬化後の塗膜が、密着性に優れ、かつ高い硬度を実現できることも見いだされている(例えば、特許文献6参照)。 It has also been found that an aqueous resin dispersion composition obtained by dispersing a polyurethane resin having a polymerizable unsaturated bond, a compound having a polymerizable unsaturated bond, and a carbodiimide compound and/or an oxazoline compound in an aqueous medium can provide a coating film that has excellent adhesion and high hardness after curing by irradiation with active energy rays (see, for example, Patent Document 6).

特開平10-120757号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-120757 特開2002-128851号公報JP 2002-128851 A 特開2000-104015号公報JP 2000-104015 A 特開2005-220255号公報JP 2005-220255 A 国際公開第2010/098316号パンフレットInternational Publication No. 2010/098316 特開2014-065886号公報JP 2014-065886 A

「最新ポリウレタン材料と応用技術」 シーエムシー出版社発行 第2章 第43ページ"Latest Polyurethane Materials and Application Technology" CMC Publishing, Chapter 2, page 43

地球温暖化ガス排出、並びに複数基材の一括塗装による耐熱温度の観点で、乾燥温度を従来の140℃以上から100℃以下に下げて塗膜を作成する必要があるが、高温への加熱を要するブロックイソシアネートの使用は難しくなっている。
したがって、架橋反応を使わないで耐衝撃性(破断エネルギー)と密着性の両方を満足させることが求められていた。

水性ポリウレタン樹脂分散体は、フィルム、塗料又はコーティング材料として用いる際には、バーコーター、ロールコーター、エアスプレー等の塗布装置を用いて基材等への塗布が行われる。塗布された水性ポリウレタン樹脂分散体を加熱乾燥することで基材上に塗膜が形成される。しかしながら、従来の水性ポリウレタン樹脂分散体では、基材への充分な密着性及び引張における大きな破断エネルギーを得るには、140℃以上の乾燥工程が必要であった。100℃以下、例えば80℃での乾燥工程では塗膜が基材に密着しないといった問題を抱えていた。
また、前記特許文献6においては、紫外線照射が必要であり、オキサゾリン構造を2つ以上有する重合体としては、オキサゾリン基含有エチレン性不飽和単量体を公知の重合方法を用いて単独重合させたもの、あるいは、オキサゾリン基含有エチレン性不飽和モノマーと他のビニル系モノマーとを共重合させたものしか挙げられていなかった。
From the perspective of greenhouse gas emissions and the heat resistance temperature when painting multiple substrates at once, it is necessary to create a coating by lowering the drying temperature from the conventional 140°C or higher to 100°C or lower, but the use of blocked isocyanates, which require heating to high temperatures, is becoming difficult.
Therefore, there has been a demand for a material that satisfies both the impact resistance (breaking energy) and adhesion requirements without using a crosslinking reaction.

When the aqueous polyurethane resin dispersion is used as a film, paint or coating material, it is applied to a substrate or the like using an application device such as a bar coater, a roll coater, or an air spray. The applied aqueous polyurethane resin dispersion is heated and dried to form a coating film on the substrate. However, in the case of conventional aqueous polyurethane resin dispersions, a drying process at 140° C. or higher is required to obtain sufficient adhesion to the substrate and large breaking energy in tension. A drying process at 100° C. or lower, for example 80° C., has a problem that the coating film does not adhere to the substrate.
Furthermore, in Patent Document 6, ultraviolet irradiation is required, and as the polymer having two or more oxazoline structures, only a polymer obtained by homopolymerizing an oxazoline group-containing ethylenically unsaturated monomer using a known polymerization method, or a polymer obtained by copolymerizing an oxazoline group-containing ethylenically unsaturated monomer with another vinyl monomer is mentioned.

本発明の課題は、100℃以下での低温乾燥において、基材への密着性を持ちつつ、破断エネルギーの高い塗膜を形成する、耐破壊特性材料用の水性ポリウレタン樹脂分散体を提供することである。 The object of the present invention is to provide an aqueous polyurethane resin dispersion for fracture-resistant materials that forms a coating film with high breaking energy while maintaining adhesion to the substrate when dried at low temperatures of 100°C or less.

本発明者らは、水性ポリウレタン樹脂分散体及びオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョンを含む水性アクリル・ウレタン組成物により、100℃以下の低温乾燥において形成される塗膜が基材への密着性と破断エネルギーを共に高くすることができることを見出し、本発明に至った。 The inventors discovered that a coating film formed by drying at a low temperature of 100°C or less using an aqueous acrylic-urethane composition containing an aqueous polyurethane resin dispersion and an oxazoline crosslinked acrylic emulsion can have high adhesion to the substrate and high breaking energy, leading to the present invention.

本発明は、具体的には以下のとおりである。
(1)第1の発明は、水性ポリウレタン樹脂分散体(A)及びオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)を含む耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物であって、水性ポリウレタン樹脂分散体(A)は、ポリオール化合物(Aa)、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)、中和剤(Ad)及び鎖延長剤(Ae)由来の構成単位を有し、オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)は、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)と、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)と、水系媒体(Bc)とを有するアクリルエマルジョンである、水性アクリル・ウレタン組成物である。
(2)第2の発明は、オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)中に含まれるオキサゾリン基が、2-オキサゾリン基、3-オキサゾリン基及び4-オキサゾリン基からなる群から選ばれる少なくとも1種である、前記(1)記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(3)第3の発明は、オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)の重量平均分子量が100,000以上である、前記(1)又は(2)記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(4)第4の発明は、オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)中のアクリル骨格が、炭素数1~20の炭化水素基を有するアクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルから選ばれる少なくとも1成分をその構成単位に有する、前記(1)~(3)のいずれか記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(5)第5の発明は、前記オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)の含有量が、組成物全量に対して固形分基準で2~80質量%である、前記(1)~(4)のいずれか記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(6)第6の発明は、オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)中に含まれるオキサゾリン基の量が、エマルジョン全量に対して固形分基準で0.0002~0.4ミリモル/gである、前記(1)~(5)のいずれか記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(7)第7の発明は、前記水性ポリウレタン樹脂分散体のポリオール化合物(Aa)が、数平均分子量400~5000のポリカーボネートポリオールを含む、前記(1)~(6)のいずれか記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(8)第8の発明は、前記ポリカーボネートポリオールのガラス転移温度が、-60℃~0℃である、前記(7)記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(9)第9の発明は、前記ポリカーボネートポリオールを構成するポリオールが1,6-ヘキサンジオール及び/又は1,4-シクロヘキサンジメタノールから選ばれる、前記(7)又は(8)記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(10)第10の発明は、前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)が脂環構造を含有し、脂環構造の含有割合が水性ポリウレタン樹脂分散体(A)の固形分基準で10~60重量%である、前記(7)~(9)のいずれか記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(11)第11の発明は、前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)のポリイソシアネート化合物(Ab)が、脂環式ポリイソシアネートである、前記(1)~(10)のいずれか記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(12)第12の発明は、前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)の酸価が12~40mgKOH/gである、前記(1)~(11)のいずれか記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(13)第13の発明は、前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)中のハードセグメントの含有量が固形分基準で20~65質量%である、前記(1)~(12)のいずれか記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(14)第14の発明は、前記(1)~(13)に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物に任意成分として、その他の樹脂及び/又は添加剤を有する耐破壊材料特性用コーティング材料組成物である。
(15)第15の発明は、プラスチック材料のコート、金属の外装用プライマー又はベースコート用の、前記(1)~(13)のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物である。
(16)第16の発明は、前記(1)~(13)のいずれかに記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物を乾燥させて得られる、塗膜である。
(17)第17の発明は、前記(1)~(13)のいずれかに記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物を20℃~100℃で乾燥させる工程を含む、塗膜の製造方法である。
(18)第18の発明は、前記(17)記載の方法により得られる塗膜のフロアコート、プラスチック又はゴムへのコート、鋼板処理剤、金属の外装用プライマー又はベースコートとしての使用である。
(19)第19の発明は、(I)ポリオール化合物(Aa)、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)を、有機溶剤の存在下、又は非存在下で反応させてポリウレタンプレポリマーを得る工程、
(II)前記ポリウレタンプレポリマーの酸基を中和剤(Ad)で中和する工程、
(III)前記ポリウレタンプレポリマーを水系媒体に分散させる工程、
(IV)前記ポリウレタンプレポリマーを鎖延長剤(Ae)で高分子量化して水性ポリウレタン樹脂分散体を得る工程、
(V)主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)と、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)と、水系媒体(Bc)とを混合して得られたオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)を、前記工程(IV)で得られた水性ポリウレタン樹脂分散体と混合する工程、及び場合により、
(VI)前記工程(IV)又は(V)に続いて、有機溶媒を除去する工程
を含む、耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物を製造する方法である。
(20)第20の発明は、ポリオール化合物(Aa)、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)、中和剤(Ad)及び鎖延長剤(Ae)由来の構成単位を有する水性ポリウレタン樹脂分散体(A);並びに主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)と、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)と、水系媒体(Bc)とを有するオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B);とを含む組成物であって、20℃~100℃の低温で塗膜を形成し、JIS K 7311に準拠した方法に水性アクリル・ウレタンより測定した測定温度23℃、湿度50%、引張速度100mm/分における引張特性を用いて算出した、破断エネルギーが80MPa以上であり、ABS樹脂基材へのコーティング膜の前記碁盤目剥離試験において、4回で剥離が見られない、水性アクリル・ウレタン組成物である。
Specifically, the present invention is as follows.
(1) The first invention is an aqueous acrylic-urethane composition for a fracture-resistant material, comprising an aqueous polyurethane resin dispersion (A) and an oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B). The aqueous polyurethane resin dispersion (A) has structural units derived from a polyol compound (Aa), a polyisocyanate compound (Ab), an acidic group-containing polyol (Ac), a neutralizing agent (Ad) and a chain extender (Ae). The oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) is an aqueous acrylic-urethane composition, comprising a polymer (Ba) having an acrylic skeleton in its main chain and a functional group reactive with an oxazoline group in its side chain, a water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton in its main chain and an oxazoline group, and an aqueous medium (Bc).
(2) A second invention is the aqueous acrylic-urethane composition for fracture-resistant materials according to the above (1), wherein the oxazoline group contained in the oxazoline crosslinking acrylic emulsion (B) is at least one selected from the group consisting of a 2-oxazoline group, a 3-oxazoline group, and a 4-oxazoline group.
(3) The third invention is the aqueous acrylic-urethane composition for fracture-resistant materials according to the above (1) or (2), wherein the weight-average molecular weight of the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) is 100,000 or more.
(4) A fourth invention is the aqueous acrylic-urethane composition for a fracture-resistant material according to any one of (1) to (3) above, wherein the acrylic skeleton in the oxazoline crosslinking acrylic emulsion (B) has at least one component selected from an acrylic acid ester and/or a methacrylic acid ester having a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms as a constituent unit thereof.
(5) A fifth invention is the aqueous acrylic-urethane composition for a fracture-resistant material according to any one of (1) to (4), wherein the content of the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) is 2 to 80 mass % on a solids basis with respect to the total amount of the composition.
(6) A sixth invention is the aqueous acrylic-urethane composition for a fracture-resistant material according to any one of (1) to (5) above, wherein the amount of oxazoline groups contained in the oxazoline crosslinking acrylic emulsion (B) is 0.0002 to 0.4 mmol/g based on the solid content with respect to the total amount of the emulsion.
(7) A seventh invention is the aqueous acrylic-urethane composition for a fracture-resistant material according to any one of (1) to (6), wherein the polyol compound (Aa) of the aqueous polyurethane resin dispersion contains a polycarbonate polyol having a number average molecular weight of 400 to 5,000.
(8) An eighth invention is the aqueous acrylic-urethane composition for fracture-resistant materials according to the above (7), wherein the polycarbonate polyol has a glass transition temperature of -60°C to 0°C.
(9) The ninth invention is the aqueous acrylic-urethane composition for fracture-resistant materials according to the above (7) or (8), wherein the polyol constituting the polycarbonate polyol is selected from 1,6-hexanediol and/or 1,4-cyclohexanedimethanol.
(10) A tenth aspect of the present invention is the aqueous acrylic urethane composition for a fracture-resistant material according to any one of (7) to (9), wherein the aqueous polyurethane resin dispersion (A) contains an alicyclic structure, and the content of the alicyclic structure is 10 to 60% by weight based on the solid content of the aqueous polyurethane resin dispersion (A).
(11) An eleventh invention is the aqueous acrylic-urethane composition for a fracture-resistant material according to any one of (1) to (10), wherein the polyisocyanate compound (Ab) of the aqueous polyurethane resin dispersion (A) is an alicyclic polyisocyanate.
(12) A twelfth aspect of the present invention is the aqueous acrylic urethane composition for a fracture-resistant material according to any one of (1) to (11) above, wherein the aqueous polyurethane resin dispersion (A) has an acid value of 12 to 40 mgKOH/g.
(13) A thirteenth invention is the aqueous acrylic urethane composition for a fracture-resistant material according to any one of (1) to (12) above, wherein the content of the hard segment in the aqueous polyurethane resin dispersion (A) is 20 to 65 mass% based on the solid content.
(14) The fourteenth invention is a coating material composition for destruction-resistant materials, comprising the aqueous acrylic-urethane composition for destruction-resistant materials described in (1) to (13) above, and other resins and/or additives as optional components.
(15) The fifteenth invention is an aqueous acrylic-urethane composition for a destruction-resistant material according to any one of (1) to (13) above, for use as a coating for plastic materials, or as a primer or base coat for exterior use on metals.
(16) A sixteenth invention is a coating film obtained by drying the aqueous acrylic-urethane composition for a destruction-resistant material according to any one of (1) to (13) above.
(17) A seventeenth aspect of the present invention is a method for producing a coating film, comprising a step of drying the aqueous acrylic-urethane composition for a fracture-resistant material according to any one of (1) to (13) above at 20°C to 100°C.
(18) The eighteenth invention relates to the use of the coating film obtained by the method according to (17) above as a floor coat, a coat for plastics or rubber, a steel plate treatment agent, or a primer or base coat for metal exteriors.
(19) A nineteenth aspect of the present invention relates to a process for producing a polyurethane prepolymer, comprising: (I) reacting a polyol compound (Aa), a polyisocyanate compound (Ab), and an acidic group-containing polyol (Ac) in the presence or absence of an organic solvent;
(II) neutralizing the acid groups of the polyurethane prepolymer with a neutralizing agent (Ad);
(III) dispersing the polyurethane prepolymer in an aqueous medium;
(IV) a step of increasing the molecular weight of the polyurethane prepolymer with a chain extender (Ae) to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion;
(V) a step of mixing a polymer (Ba) having an acrylic skeleton in its main chain and a functional group reactive with an oxazoline group in its side chain, a water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton in its main chain and an oxazoline group, and an aqueous medium (Bc) to obtain an oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) with the aqueous polyurethane resin dispersion obtained in the step (IV); and optionally,
(VI) A method for producing an aqueous acrylic-urethane composition for use in a fracture-resistant material, comprising the step of removing the organic solvent following the step (IV) or (V).
(20) A twentieth invention is a composition comprising: an aqueous polyurethane resin dispersion (A) having structural units derived from a polyol compound (Aa), a polyisocyanate compound (Ab), an acidic group-containing polyol (Ac), a neutralizing agent (Ad) and a chain extender (Ae); and an oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) having a polymer (Ba) having an acrylic skeleton in its main chain and a functional group reactive with an oxazoline group in its side chain, a water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton in its main chain and an oxazoline group, and an aqueous medium (Bc); wherein the aqueous acrylic urethane composition forms a coating film at a low temperature of 20°C to 100°C, and has a breaking energy of 80 MPa or more, calculated using tensile properties measured using an aqueous acrylic urethane according to a method in accordance with JIS K 7311 at a measurement temperature of 23°C, a humidity of 50%, and a tensile speed of 100 mm/min, and wherein no peeling is observed in four tries in the cross-cut peel test of the coating film on an ABS resin substrate.

本発明によれば、室温(20℃)~100℃、例えば80℃の乾燥でできる塗膜がプラスチック基材、電着塗膜などの基材と良好な密着性を有し、高い破断エネルギーを有する、耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物を提供することができる。このため、従来の高温加熱乾燥と比較して地球温暖化ガス排出量の抑制、並びに複数基材の一体塗装による工程数削減に貢献できる。本発明は、フロアコーティング、プラスチック基材又はゴムへのコート、鋼板処理剤、自動車、トラック、電車などの車両の外装用プライマー(ベースコート材料)などに利用できる。 According to the present invention, it is possible to provide an aqueous acrylic-urethane composition for fracture-resistant materials, in which the coating film formed by drying at room temperature (20°C) to 100°C, for example 80°C, has good adhesion to substrates such as plastic substrates and electrocoated coatings, and has high breaking energy. Therefore, compared to conventional high-temperature heating and drying, it can contribute to the suppression of greenhouse gas emissions and the reduction of the number of processes by integrally painting multiple substrates. The present invention can be used for floor coatings, coatings for plastic substrates or rubber, steel plate treatment agents, exterior primers (base coat materials) for vehicles such as automobiles, trucks, and trains, etc.

本発明の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物は、水性ポリウレタン樹脂分散体及びオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョンを含む耐破壊特性材料用組成物であって、
水性ポリウレタン樹脂分散体は、ポリオール化合物(Aa)、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)、中和剤(Ad)及び鎖延長剤(Ae)由来の構成単位を有し、
オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)は、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)と、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)と、水系媒体(Bc)とを有するアクリルエマルジョンである、水性アクリル・ウレタン組成物である。
The aqueous acrylic urethane composition for a fracture-resistant material of the present invention is a composition for a fracture-resistant material comprising an aqueous polyurethane resin dispersion and an oxazoline crosslinking acrylic emulsion,
The aqueous polyurethane resin dispersion has structural units derived from a polyol compound (Aa), a polyisocyanate compound (Ab), an acidic group-containing polyol (Ac), a neutralizing agent (Ad), and a chain extender (Ae),
The oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) is an aqueous acrylic-urethane composition, which is an acrylic emulsion having a polymer (Ba) having an acrylic skeleton in its main chain and a functional group that reacts with an oxazoline group in its side chain, a water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton in its main chain and an oxazoline group, and an aqueous medium (Bc).

<オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)>
オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)は、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)と、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)と、水系媒体(Bc)とを有する、アクリルエマルジョンである。該アクリルエマルジョンは、塗膜の乾燥時に水が除去される過程で架橋構造を形成する。
<Oxazoline Crosslinked Acrylic Emulsion (B)>
The oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) is an acrylic emulsion comprising a polymer (Ba) having an acrylic skeleton in its main chain and a functional group in its side chain that reacts with an oxazoline group, a water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton in its main chain and an oxazoline group, and an aqueous medium (Bc). The acrylic emulsion forms a crosslinked structure in the process of removing water when the coating film dries.

オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)の重量平均分子量は、100,000以上であることが好ましい。重量平均分子量の上限は、調製可能で水に分散可能な範囲であれば特に制限されないが、重量平均分子量の範囲は、100,000~2,000,000であることが好ましく、150,000~1,000,000であることがより好ましい。 The weight average molecular weight of the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) is preferably 100,000 or more. There is no particular upper limit to the weight average molecular weight as long as it is within a range that can be prepared and dispersed in water, but the weight average molecular weight range is preferably 100,000 to 2,000,000, and more preferably 150,000 to 1,000,000.

オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)の含有量は、耐破壊特性材料用組成物の全量に対して、固形分基準で2~80質量%であることが好ましく、5~70質量%であることがより好ましく、10~60質量%であることがさらに好ましい。オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)の含有量を前記範囲にすることで、基材との密着性をより向上することができ、塗膜の破断エネルギーをより高めることができるため、好ましい。 The content of the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) is preferably 2 to 80 mass % on a solids basis, more preferably 5 to 70 mass %, and even more preferably 10 to 60 mass %, based on the total amount of the composition for fracture-resistant materials. By setting the content of the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) within the above range, adhesion to the substrate can be further improved and the fracture energy of the coating film can be further increased, which is preferable.

オキサゾリン化合物の使用量は、アクリルエマルジョンの固形分全体に対しオキサゾリン化合物の量が10重量%以下になるように用いられることが好ましく、0.01~3重量%、さらには0.03~2.2重量%の範囲で用いられることが好ましい。10重量%以下の量とすることで、加熱により発生する、有害なホルムアルデヒドを少なくすることができ、塗膜の製造において乾燥工程を含む本発明の組成物がホルムアルデヒドなどの有害物質を実質的に含有又は発生しないものとなるので、環境対応材料としてより好ましい。
オキサゾリン化合物の使用量は上記範囲であれば好ましいが、オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)に含まれるオキサゾリン基の量が、アクリルエマルジョン全量に対して固形分基準で0.0002~0.4ミリモル/gとなるように、使用量を調整することがより好ましい。オキサゾリン基の量は、0.0005~0.3ミリモル/gの範囲であるとさらに好ましい。アクリルエマルジョンに含まれるオキサゾリン基の量は、NMR測定等、当業者に公知の手段を用いて同定することができる。
The amount of the oxazoline compound used is preferably 10% by weight or less, more preferably 0.01 to 3% by weight, and even more preferably 0.03 to 2.2% by weight, relative to the total solid content of the acrylic emulsion. By using an amount of 10% by weight or less, harmful formaldehyde generated by heating can be reduced, and the composition of the present invention, which includes a drying process in the production of a coating film, does not substantially contain or generate harmful substances such as formaldehyde, making it more preferable as an environmentally friendly material.
The amount of the oxazoline compound used is preferably within the above range, but it is more preferable to adjust the amount used so that the amount of oxazoline groups contained in the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) is 0.0002 to 0.4 mmol/g based on the solid content relative to the total amount of the acrylic emulsion. The amount of oxazoline groups is more preferably in the range of 0.0005 to 0.3 mmol/g. The amount of oxazoline groups contained in the acrylic emulsion can be identified using a means known to those skilled in the art, such as NMR measurement.

<主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)>
本発明において用いられる、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)(以下、単に「重合体(Ba)」と表記することがある)は、アクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルを主成分とするものであれば特に制限されることはない。本明細書において「主鎖にアクリル骨格を有する」重合体は、アクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルを主成分とする重合体又は共重合体を示すために用いられる。重合体において「主成分とする」とは、重合体の構成要素として当該成分を50重量%以上の割合で含むことを意味する。重合体(Ba)は、炭素数1~20、より好ましくは炭素数1~10の炭化水素基を有するアクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルから選ばれる少なくとも1成分をその構成単位に有することが好ましい。アクリル酸エステルの具体例としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、i-プロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、i-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、n-オクチルアクリレート、i-オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-ノニルアクリレート、i-ノニルアクリレート、トリデシルアクリレート、ステアリルアクリレート、オレイルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート等を挙げることができる。メタクリル酸エステルの具体例としては、上記アクリレートのアクリル基部分がメタクリル基に置き換わったものを挙げることができる。アクリル系重合体の好ましい具体例としては、エチルアクリレートを含むものであり、より好ましい具体例としては、必須の単量体成分として、エチルアクリレート及び炭素数3~5のα,β-不飽和モノ-又はジ-カルボン酸を含み、これらを乳化共重合することにより構成されるものである。
また、オキサゾリン基と反応する官能基とは、例えば、エポキシ基、アミド基もしくは置換アミド基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基もしくは置換アミノ基等を挙げることができる。
<Polymer (Ba) Having an Acrylic Skeleton in the Main Chain and a Functional Group Reactive with an Oxazoline Group in the Side Chain>
The polymer (Ba) having an acrylic skeleton in the main chain and a functional group reactive with an oxazoline group in the side chain used in the present invention (hereinafter, sometimes simply referred to as "polymer (Ba)") is not particularly limited as long as it is mainly composed of an acrylic acid ester and/or a methacrylic acid ester. In this specification, a polymer "having an acrylic skeleton in the main chain" is used to indicate a polymer or copolymer mainly composed of an acrylic acid ester and/or a methacrylic acid ester. "Mainly composed" in a polymer means that the component is contained as a constituent element of the polymer in a proportion of 50% by weight or more. It is preferable that the polymer (Ba) has at least one component selected from an acrylic acid ester and/or a methacrylic acid ester having a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms, in its constituent units. Specific examples of acrylic acid esters include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, i-propyl acrylate, n-butyl acrylate, i-butyl acrylate, t-butyl acrylate, n-hexyl acrylate, n-octyl acrylate, i-octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, n-nonyl acrylate, i-nonyl acrylate, tridecyl acrylate, stearyl acrylate, oleyl acrylate, cyclohexyl acrylate, and benzyl acrylate. Specific examples of methacrylic acid esters include those in which the acrylic group portion of the above acrylates is replaced with a methacrylic group. A preferred specific example of the acrylic polymer is one that contains ethyl acrylate, and a more preferred specific example is one that contains ethyl acrylate and an α,β-unsaturated mono- or di-carboxylic acid having 3 to 5 carbon atoms as essential monomer components and is formed by emulsion copolymerization of these.
Examples of the functional group which reacts with an oxazoline group include an epoxy group, an amide group or a substituted amide group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group or a substituted amino group, and the like.

本発明に用いられる主鎖にアクリル骨格を有する重合体(以下、アクリル系重合体と称することもある)は、粒子内で架橋されていてもよい。ここでいう粒子内架橋とは、アクリル系重合体の微粒子が乳化共重合により形成される際に、該微粒子内のアクリル系共重合体の少なくとも一部が架橋されて、水や溶媒などに不溶性又は難溶性となっている状態をいう。このような粒子内架橋は、例えば、ビニル基、アリル基、(メタ)アクリル基などの不飽和結合を複数有する不飽和単量体によるものであってもよいが、メチロールアミド基又は置換メチロールアミド基、カルボニル基、アミド基もしくは置換アミド基(メチロールアミド基又は置換メチロールアミド基を除く)、アミノ基もしくは置換アミノ基、ヒドロキシル基、低級アルコキシル基、エポキシ基、メルカプト基又は珪素含有基等を有する単量体によるものであることが好ましく、前記オキサゾリン基によるものであることが好ましい。 The polymer having an acrylic skeleton in the main chain used in the present invention (hereinafter, sometimes referred to as an acrylic polymer) may be crosslinked within the particle. The intra-particle crosslinking here refers to a state in which at least a part of the acrylic copolymer in the fine particles is crosslinked and insoluble or poorly soluble in water or solvents when the fine particles of the acrylic polymer are formed by emulsion copolymerization. Such intra-particle crosslinking may be due to an unsaturated monomer having multiple unsaturated bonds such as a vinyl group, an allyl group, or a (meth)acrylic group, but is preferably due to a monomer having a methylolamide group or a substituted methylolamide group, a carbonyl group, an amide group or a substituted amide group (excluding a methylolamide group or a substituted methylolamide group), an amino group or a substituted amino group, a hydroxyl group, a lower alkoxyl group, an epoxy group, a mercapto group, or a silicon-containing group, and is preferably due to the oxazoline group.

<主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)>
主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)(以下、単に「高分子(Bb)」と表記することがある)は、オキサゾリン基を有する単量体と、場合によりこれと共重合可能な他の単量体の少なくとも1種とを(共)重合してなる高分子化合物であって、単量体の少なくとも1種がアクリル骨格を構成しうるものである、高分子化合物である。前記重合体(Ba)の水性分散液と配合しやすくなるため、水溶性又は水分散性の高分子化合物であることが好ましい。
オキサゾリン基は、2-オキサゾリン基、3-オキサゾリン基及び4-オキサゾリン基からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、2-オキサゾリン基であることが好ましい。また、オキサゾリン基は、オキサゾリン環にハロゲン、低級アルキル基、シクロアルキル基、アリール基など他の置換基が1つ以上結合していてもよい。
<Water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton and an oxazoline group in the main chain>
The water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton in the main chain and an oxazoline group (hereinafter, sometimes simply referred to as "polymer (Bb)") is a polymer compound obtained by (co)polymerizing a monomer having an oxazoline group and, optionally, at least one other monomer copolymerizable therewith, in which at least one of the monomers can constitute an acrylic skeleton. It is preferable that the polymer compound is water-soluble or water-dispersible, since it is easily blended with the aqueous dispersion of the polymer (Ba).
The oxazoline group is at least one selected from the group consisting of a 2-oxazoline group, a 3-oxazoline group, and a 4-oxazoline group, and is preferably a 2-oxazoline group. The oxazoline group may have one or more other substituents bonded to the oxazoline ring, such as a halogen, a lower alkyl group, a cycloalkyl group, or an aryl group.

オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子では、オキサゾリン基が、水性ポリウレタン樹脂分散体(A)及びオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)に含まれているカルボキシル基や水酸基等の官能基等と比較的低温で反応することがある。そのため、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子を用いることで、オキサゾリン基がそれらの官能基などと反応し、強固な密着性をもたらすことができる。 In a water-soluble or water-dispersible polymer having an oxazoline group, the oxazoline group may react with functional groups such as carboxyl groups and hydroxyl groups contained in the aqueous polyurethane resin dispersion (A) and the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) at a relatively low temperature. Therefore, by using a water-soluble or water-dispersible polymer having an oxazoline group, the oxazoline group can react with these functional groups, resulting in strong adhesion.

高分子(Bb)は、主鎖にアクリル骨格を有するものであるが、炭素数1~20の炭化水素基を有するアクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルから選ばれる少なくとも1成分をその構成単位に有することが好ましい。炭素数1~20の炭化水素基としては、例えば、炭素数1~10のアルキル基の側鎖に炭素数1~10の芳香環や脂環構造を有する置換基等が挙げられる。アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルの具体例は上述のとおりである。また、アクリル骨格だけでなく、他のモノマーに由来する骨格、例えばビニル骨格、アクリルアミド骨格やスチレン骨格を有する高分子であってもよい。したがって、高分子(Bb)を構成する要素となる単量体は、アクリル骨格を構成する要素となるもの、すなわちアクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルが含まれている限り、単量体の種類及びその数は特に制限されない。単量体としてのアクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルがオキサゾリン基を有していてもよく、アクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステル以外のモノマーがオキサゾリン基を有する単量体であってもよい。 The polymer (Bb) has an acrylic skeleton in the main chain, and preferably has at least one component selected from an acrylic acid ester and/or a methacrylic acid ester having a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms in its constituent units. Examples of the hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include a substituent having an aromatic ring or an alicyclic structure having 1 to 10 carbon atoms in the side chain of an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. Specific examples of the acrylic acid ester and the methacrylic acid ester are as described above. In addition to the acrylic skeleton, the polymer may have a skeleton derived from another monomer, such as a vinyl skeleton, an acrylamide skeleton, or a styrene skeleton. Therefore, the monomers that are the elements that constitute the polymer (Bb) are not particularly limited in type and number as long as they contain the elements that constitute the acrylic skeleton, that is, the acrylic acid ester and/or the methacrylic acid ester. The acrylic acid ester and/or the methacrylic acid ester as the monomer may have an oxazoline group, and a monomer other than the acrylic acid ester and/or the methacrylic acid ester may be a monomer having an oxazoline group.

高分子(Bb)は、オキサゾリン基以外に、ポリオキシアルキレン基、ビニル基、アリル基、アルケニル基、(メタ)アクリロイル基、アルケニルオキシ基など、他の官能基を有していてもよい。これらの骨格は、高分子(Bb)を構成するどのモノマーに由来するものであってもよい。 The polymer (Bb) may have other functional groups, such as polyoxyalkylene groups, vinyl groups, allyl groups, alkenyl groups, (meth)acryloyl groups, and alkenyloxy groups, in addition to the oxazoline group. These skeletons may be derived from any of the monomers constituting the polymer (Bb).

高分子(Bb)は、その数平均分子量が5,000以上であることが好ましく、10,000以上であることがより好ましく、通常、1,000,000以下が好ましい。数平均分子量が5,000より低いと、密着性を向上できない場合がある。数平均分子量が1,000,000より高いと、作業性に劣る場合がある。また、高分子(Bb)は、そのオキサゾリン価が、例えば、1,500g solid/eq.以下であることが好ましく、1,200g solid/eq.以下であることがより好ましい。オキサゾリン価が1,500g solid/eq.より大きいと、分子中に含まれるオキサゾリン基の量が少なくなり、密着性を向上できない場合がある。 The number average molecular weight of the polymer (Bb) is preferably 5,000 or more, more preferably 10,000 or more, and usually 1,000,000 or less. If the number average molecular weight is lower than 5,000, adhesion may not be improved. If the number average molecular weight is higher than 1,000,000, workability may be poor. In addition, the oxazoline value of the polymer (Bb) is preferably, for example, 1,500 g solid/eq. or less, more preferably 1,200 g solid/eq. or less. If the oxazoline value is higher than 1,500 g solid/eq., the amount of oxazoline groups contained in the molecule is small, and adhesion may not be improved.

オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)としては、具体的には、(株)日本触媒製のエポクロスWS-300、エポクロスWS-500、エポクロスWS-700などのオキサゾリン基含有アクリル系ポリマー、例えば、(株)日本触媒製のエポクロスK-1000シリーズ、エポクロスK-2000シリーズなどのオキサゾリン基含有アクリル/スチレン系ポリマーなどが挙げられ、1種単独で、又は、2種以上を併用して用いることができる。
<水系媒体(Bc)>
水系媒体としては、例えば、上水、イオン交換水、蒸留水、超純水などの水や、水と親水性有機溶媒との混合媒体などが挙げられる。
親水性有機溶媒としては、例えば、アセトン、エチルメチルケトンなどのケトン類;N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドンなどのピロリドン類;ジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類;メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコールなどのアルコール類;KJケミカル社製「KJCMPA(R)-100」に代表されるβ-アルコキシプロピオンアミドなどのアミド類;2-(ジメチルアミノ)-2-メチル-1-プロパノール(DMAP)などの水酸基含有三級アミンが挙げられる。オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)に用いる水系媒体(Bc)としては、水を主成分とするものを用いるのが好ましく、該水系媒体中に占める親水性有機溶媒の含有量は、通常は20質量%以下であり、好ましくは10質量%以下である。
Specific examples of the water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an oxazoline group include oxazoline group-containing acrylic polymers such as EPOCROS WS-300, EPOCROS WS-500, and EPOCROS WS-700 manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., and oxazoline group-containing acrylic/styrene polymers such as EPOCROS K-1000 series and EPOCROS K-2000 series manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., and these may be used alone or in combination of two or more.
<Aqueous medium (Bc)>
Examples of the aqueous medium include water such as tap water, ion-exchanged water, distilled water, and ultrapure water, and mixed media of water and a hydrophilic organic solvent.
Examples of hydrophilic organic solvents include ketones such as acetone and ethyl methyl ketone; pyrrolidones such as N-methylpyrrolidone and N-ethylpyrrolidone; ethers such as diethyl ether and dipropylene glycol dimethyl ether; alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, ethylene glycol, and diethylene glycol; amides such as β-alkoxypropionamide represented by "KJCMPA(R)-100" manufactured by KJ Chemical Co.; and hydroxyl group-containing tertiary amines such as 2-(dimethylamino)-2-methyl-1-propanol (DMAP). As the aqueous medium (Bc) used in the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B), it is preferable to use one containing water as the main component, and the content of the hydrophilic organic solvent in the aqueous medium is usually 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less.

<水性ポリウレタン樹脂分散体(A)>
本発明の組成物に用いられる水性ポリウレタン樹脂分散体は、ポリオール化合物(Aa)、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)、中和剤(Ad)及び鎖延長剤(Ae)由来の構成単位を有するものである。
<Aqueous Polyurethane Resin Dispersion (A)>
The aqueous polyurethane resin dispersion used in the composition of the present invention has structural units derived from the polyol compound (Aa), the polyisocyanate compound (Ab), the acidic group-containing polyol (Ac), the neutralizing agent (Ad), and the chain extender (Ae).

<ポリオール化合物(Aa)>
本発明で使用するポリオール化合物(Aa)としては、ポリウレタン樹脂の製造に用いることができるポリオール化合物であれば特に制限なく用いることができる。ポリオール化合物としては、基材への密着性の観点から、ポリカーボネートポリオール(Aa1)を含むことが好ましい。特に100℃以下の低温乾燥下での基材への密着性の観点から、ポリオール化合物(Aa)のガラス転移温度が-60℃~0℃であるか、又は数平均分子量400~5000のポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)を含むことが好ましい。また任意成分として、その他のポリオール化合物(Aa2)を含んでいてもよい。
<Polyol compound (Aa)>
The polyol compound (Aa) used in the present invention can be any polyol compound that can be used in the production of polyurethane resin. The polyol compound preferably contains a polycarbonate polyol (Aa1) from the viewpoint of adhesion to the substrate. In particular, from the viewpoint of adhesion to the substrate under low-temperature drying at 100°C or less, the polyol compound (Aa) preferably contains a polycarbonate polyol compound (Aa1) having a glass transition temperature of -60°C to 0°C or a number average molecular weight of 400 to 5000. In addition, other polyol compounds (Aa2) may be contained as optional components.

ポリオール化合物(Aa)は、ガラス転移温度が-60℃~0℃であるか、又は数平均分子量が400~5000のポリカーボネートポリオール(Aa1)をポリオール化合物(Aa)の全量に対して好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、さらに好ましくは50質量%以上、特に好ましくは60質量%以上含む。ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)の含有量の上限は特に制限されず、ポリオール化合物(Aa)の全量即ち100質量%を占めていてもよい。 The polyol compound (Aa) contains a polycarbonate polyol (Aa1) having a glass transition temperature of -60°C to 0°C or a number average molecular weight of 400 to 5000, in an amount of preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, and particularly preferably 60% by mass or more, based on the total amount of the polyol compound (Aa). There is no particular upper limit on the content of the polycarbonate polyol compound (Aa1), and it may account for the total amount of the polyol compound (Aa), i.e., 100% by mass.

<ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)>
上記ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)は基材への密着性と破断エネルギーの観点から、ガラス転移温度が-60℃~0℃であることが好ましく、-57~-10℃であることがより好ましく、-55~-15℃であることがさらに好ましい。ガラス転移温度は示差走査熱量計により測定することができる。具体的な測定方法は後述の通りである。
<Polycarbonate polyol compound (Aa1)>
From the viewpoints of adhesion to a substrate and breaking energy, the polycarbonate polyol compound (Aa1) preferably has a glass transition temperature of −60° C. to 0° C., more preferably −57° C. to −10° C., and even more preferably −55° C. to −15° C. The glass transition temperature can be measured by a differential scanning calorimeter. A specific measurement method is described below.

ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)は、1種以上のポリオール成分と、炭酸エステルやホスゲンとを反応させることにより得られる。安全性や試薬の取扱等の観点から製造が容易であること、末端塩素化物の副生成がない点から、1種以上のポリオールモノマーと、炭酸エステルとを反応させて得られるポリカーボネートポリオールが好ましい。 The polycarbonate polyol compound (Aa1) is obtained by reacting one or more polyol components with a carbonate ester or phosgene. From the viewpoints of safety and handling of reagents, etc., it is easy to produce, and there is no by-production of terminal chlorinated products. Therefore, polycarbonate polyols obtained by reacting one or more polyol monomers with a carbonate ester are preferred.

ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)のポリオール成分としては、公知のものを使用することができる。例えば、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール等の直鎖状脂肪族ジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,5-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-メチル-1,8-オクタンジオール等の分岐鎖状脂肪族ジオールといった脂肪族ポリオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3官能以上の多価アルコール;1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,3-シクロヘキサンジメタノール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,3-シクロペンタンジオール、1,4-シクロヘプタンジオール、2,5‐ビス(ヒドロキシメチル)-1,4-ジオキサン、2,7-ノルボルナンジオール、テトラヒドロフランジメタノール、1,4‐ビス(ヒドロキシエトキシ)シクロヘキサン等の主鎖に脂環式構造を有するジオール;1,4-ベンゼンジメタノール、1,3-ベンゼンジメタノール、1,2-ベンゼンジメタノール、4,4’-ナフタレンジメタノール、3,4’-ナフタレンジメタノール等の芳香族ジオール;6-ヒドロキシカプロン酸とヘキサンジオールとのポリエステルポリオール等のヒドロキシカルボン酸とジオールとのポリエステルポリオール;アジピン酸とヘキサンジオールとのポリエステルポリオール等のジカルボン酸とジオールとのポリエステルポリオール;ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールやポリテトラメチレングリコール等のポリエーテルポリオールが挙げられ、脂環式ポリオール及び/又は脂肪族ポリオールが好ましく、脂環構造を含有するポリオール(例えば、脂環式ポリオール又は脂環式ポリオールと脂肪族ポリオールの組み合わせ)、及び/又は炭素数6以下のジオールで構成されるポリオールがより好ましく、シクロヘキサン環を有するポリオール及び/又は1,6-ヘキサンジオールがさらに好ましい。特に好ましいポリオールは、1,4-シクロヘキサンジメタノール及び/又は1,6-ヘキサンジオールである。 As the polyol component of the polycarbonate polyol compound (Aa1), known polyols can be used. For example, aliphatic polyols such as linear aliphatic diols such as 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol, and 1,9-nonanediol, branched aliphatic diols such as 2-methyl-1,3-propanediol, 2-methyl-1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, and 2-methyl-1,8-octanediol, and trimethylol. Polyhydric alcohols having three or more functional groups, such as propane and pentaerythritol; diols having an alicyclic structure in the main chain, such as 1,4-cyclohexanedimethanol, 1,3-cyclohexanedimethanol, 1,4-cyclohexanediol, 1,3-cyclopentanediol, 1,4-cycloheptanediol, 2,5-bis(hydroxymethyl)-1,4-dioxane, 2,7-norbornanediol, tetrahydrofuran dimethanol, and 1,4-bis(hydroxyethoxy)cyclohexane. Examples of suitable polyols include aromatic diols such as 1,4-benzenedimethanol, 1,3-benzenedimethanol, 1,2-benzenedimethanol, 4,4'-naphthalenedimethanol, and 3,4'-naphthalenedimethanol; polyester polyols of hydroxycarboxylic acids and diols, such as polyester polyols of 6-hydroxycaproic acid and hexanediol; polyester polyols of dicarboxylic acids and diols, such as polyester polyols of adipic acid and hexanediol; and polyether polyols such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polytetramethylene glycol. Alicyclic polyols and/or aliphatic polyols are preferred, and polyols containing an alicyclic structure (for example, an alicyclic polyol or a combination of an alicyclic polyol and an aliphatic polyol) and/or polyols composed of diols having 6 or less carbon atoms are more preferred, and polyols having a cyclohexane ring and/or 1,6-hexanediol are even more preferred. Particularly preferred polyols are 1,4-cyclohexanedimethanol and/or 1,6-hexanediol.

ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)のポリオール成分は、単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。組成物に求められる物性に応じて、ポリオール成分の種類は適宜調整することができる。 The polyol components of the polycarbonate polyol compound (Aa1) may be used alone or in combination. The type of polyol component can be appropriately adjusted depending on the physical properties required for the composition.

炭酸エステルとしては、特に制限されないが、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の脂肪族炭酸エステル;ジフェニルカーボネート等の芳香族炭酸エステル;エチレンカーボネート等の環状炭酸エステル等が挙げられる。その他に、ポリカーボネートポリオールを生成することができるホスゲン等も使用できる。中でも、ポリカーボネートポリオール(Aa1)の製造のしやすさから、脂肪族炭酸エステルが好ましく、ジメチルカーボネートが特に好ましい。 The carbonate ester is not particularly limited, but examples thereof include aliphatic carbonate esters such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate; aromatic carbonate esters such as diphenyl carbonate; and cyclic carbonate esters such as ethylene carbonate. In addition, phosgene and the like capable of producing polycarbonate polyol can also be used. Among these, aliphatic carbonate esters are preferred, and dimethyl carbonate is particularly preferred, because of the ease of producing polycarbonate polyol (Aa1).

ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)は、その分子中に、ポリカーボネートポリオールの特性を損なわない範囲で、1分子中の平均のカーボネート結合の数未満の数のエーテル結合やエステル結合を含有していてもよい。 The polycarbonate polyol compound (Aa1) may contain ether bonds or ester bonds in its molecule in a number less than the average number of carbonate bonds in one molecule, as long as the properties of the polycarbonate polyol are not impaired.

ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)は、数平均分子量(Mn)が400~5,000であることが好ましい。Mnが400以上であると、ソフトセグメントとしての性能が良好で、塗膜を形成した場合に割れが発生し難い。Mnが5,000以下であると、ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)とポリイソシアネート化合物(Ab)との反応性が低下することなく、ウレタンプレポリマーの製造工程に時間がかかったり、反応が充分に進行しないという問題や、ポリカーボネートポリオールの粘度が高くなり、取り扱いが困難になるという問題が生じない。ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)のより好ましいMnは、500~3,500であり、特に好ましくは600~2,500である。なお、本発明において、Mnは、水酸基価及びH-NMR若しくはアルカリ加水分解後のガスクロマトグラフィーによる組成物の定量値から算出した値である。 The polycarbonate polyol compound (Aa1) preferably has a number average molecular weight (Mn) of 400 to 5,000. When Mn is 400 or more, the performance as a soft segment is good, and cracks are unlikely to occur when a coating film is formed. When Mn is 5,000 or less, the reactivity of the polycarbonate polyol compound (Aa1) with the polyisocyanate compound (Ab) is not reduced, and problems such as the production process of the urethane prepolymer taking a long time, the reaction not proceeding sufficiently, and the viscosity of the polycarbonate polyol becoming high and difficult to handle do not occur. The polycarbonate polyol compound (Aa1) more preferably has an Mn of 500 to 3,500, particularly preferably 600 to 2,500. In the present invention, Mn is a value calculated from the hydroxyl value and the quantitative value of the composition by 1 H-NMR or gas chromatography after alkali hydrolysis.

ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)の水酸基価は基材密着性及び破断エネルギーの観点から、20~300mgKOH/gであることが好ましく、30~230mgKOH/gであることがより好ましく、45~200mgKOH/gであることがさらに好ましい。水酸基価は、JIS K 1557のB法に準拠して測定される。 From the viewpoints of substrate adhesion and breaking energy, the hydroxyl value of the polycarbonate polyol compound (Aa1) is preferably 20 to 300 mgKOH/g, more preferably 30 to 230 mgKOH/g, and even more preferably 45 to 200 mgKOH/g. The hydroxyl value is measured in accordance with JIS K 1557, Method B.

ポリオール成分及び炭酸エステルからポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)を製造する方法としては、例えば、反応器中に炭酸エステルと、この炭酸エステルのモル数に対して過剰のモル数のポリオールとを加え、温度160~200℃、圧力50mmHg程度で5~6時間反応させた後、更に数mmHg以下の圧力において200~220℃で数時間反応させる方法が挙げられる。上記反応においては副生するアルコールを系外に抜き出しながら反応させることが好ましい。その際、炭酸エステルが副生するアルコールと共沸することにより系外へ抜け出る場合には、過剰量の炭酸エステルを加えてもよい。また、上記反応において、チタニウムテトラブトキシド等の触媒を使用してもよい。 A method for producing a polycarbonate polyol compound (Aa1) from a polyol component and a carbonate ester includes, for example, adding a carbonate ester and an excess number of moles of polyol relative to the number of moles of the carbonate ester to a reactor, reacting for 5 to 6 hours at a temperature of 160 to 200°C and a pressure of about 50 mmHg, and then reacting for several hours at 200 to 220°C and a pressure of a few mmHg or less. In the above reaction, it is preferable to carry out the reaction while removing the by-product alcohol from the system. In that case, if the carbonate ester escapes from the system by forming an azeotrope with the by-product alcohol, an excess amount of carbonate ester may be added. In addition, a catalyst such as titanium tetrabutoxide may be used in the above reaction.

<その他のポリオール(Aa2)>
ポリオール化合物(Aa)はポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)及び後述する酸性基含有ポリオール(Ac)以外のその他のポリオール(Aa2)を含有していてもよい。このような、その他のポリオール(Aa2)は、ポリオール化合物(Aa)の全量に対し、70質量%未満の量で含まれていることが好ましく、60質量%未満の量で含まれていることがより好ましく、50質量%未満の量で含まれていることがさらに好ましく、40質量%未満の量で含まれていることが特に好ましい。水性ポリウレタン樹脂に求める物性に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、その他のポリオール(Aa2)の種類、量はともに当業者であれば適宜調整することができるが、その他のポリオール(Aa2)は、ポリオール化合物(Aa)中に含まれていなくてもよい。
<Other polyols (Aa2)>
The polyol compound (Aa) may contain other polyols (Aa2) other than the polycarbonate polyol compound (Aa1) and the acidic group-containing polyol (Ac) described later. Such other polyols (Aa2) are preferably contained in an amount of less than 70 mass% relative to the total amount of the polyol compound (Aa), more preferably contained in an amount of less than 60 mass%, even more preferably contained in an amount of less than 50 mass%, and particularly preferably contained in an amount of less than 40 mass%. Depending on the physical properties required for the aqueous polyurethane resin, the type and amount of the other polyols (Aa2) can be appropriately adjusted by a person skilled in the art within a range that does not impair the effects of the present invention, but the other polyols (Aa2) do not have to be contained in the polyol compound (Aa).

その他のポリオール(Aa2)としては、公知のものを使用することができる。例えば、ポリエステルポリオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、エチレンオキシドとプロピレンオキシド、エチレンオキシドとブチレンオキシドとのランダム共重合体やブロック共重合体等のポリエーテルポリオール;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール等の短鎖脂肪族ジオール;1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等の脂環式ジオール;ビスフェノールA、ハイドロキノン、ビスヒドロキシエトキシベンゼン及びそれらのアルキレンオキシド付加体等のジオール等が挙げられる。 As the other polyols (Aa2), known polyols can be used. For example, polyether polyols such as polyester polyols, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, random copolymers or block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide, or ethylene oxide and butylene oxide; short-chain aliphatic diols such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, 3-methyl-1,5-pentanediol, and 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol; alicyclic diols such as 1,4-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, and hydrogenated bisphenol A; and diols such as bisphenol A, hydroquinone, bishydroxyethoxybenzene, and alkylene oxide adducts thereof.

上記のようなその他のポリオール(Aa2)は、市販のものを用いてもよいし、個別に調製したものを用いてもよい。例えば、適切な原料を選択し、(Aa1)に関して説明した方法により、ガラス転移温度が-60℃未満又は0℃を超えるポリカーボネートポリオールを調製することもできる。 The other polyols (Aa2) as described above may be commercially available or individually prepared. For example, by selecting appropriate raw materials and using the method described for (Aa1), a polycarbonate polyol having a glass transition temperature of less than -60°C or more than 0°C can be prepared.

ポリオール化合物(Aa)は、水性ポリウレタン樹脂分散体を塗膜としたときの硬度の観点から、シクロヘキサン環のような脂環構造を有していることが好ましい。特に、ポリカーボネートポリオール化合物(Aa1)が脂環構造を含有していることが好ましい。脂環構造は、脂肪族の環構造であればその環員数に制限はない。原料としての入手が容易であることから、6員環(シクロヘキシレン基)が含まれるように設計することが好ましい。ポリオール化合物(Aa)に含まれる脂環構造の割合は、ポリオール化合物(Aa)全体の固形分基準で10~60重量%であることが好ましく、12~50重量%であることがより好ましい。 From the viewpoint of hardness when the aqueous polyurethane resin dispersion is used as a coating film, it is preferable that the polyol compound (Aa) has an alicyclic structure such as a cyclohexane ring. In particular, it is preferable that the polycarbonate polyol compound (Aa1) contains an alicyclic structure. There is no limit to the number of ring members of the alicyclic structure as long as it is an aliphatic ring structure. Since it is easy to obtain as a raw material, it is preferable to design it so that it contains a 6-membered ring (cyclohexylene group). The proportion of the alicyclic structure contained in the polyol compound (Aa) is preferably 10 to 60% by weight, more preferably 12 to 50% by weight, based on the solid content of the entire polyol compound (Aa).

<ポリイソシアネート化合物(Ab)>
ポリイソシアネート化合物(Ab)としては、公知のものを使用することができる。例えば、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート(TDI)、2,6-トリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、2,4-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5-ナフチレンジイソシアネート、4,4’,4’’-トリフェニルメタントリイソシアネート、m-イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート、p-イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート化合物;エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、1,6,11-ウンデカントリイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6-ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2-イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2-イソシアナトエチル)カーボネート、2-イソシアナトエチル-2,6-ジイソシアナトヘキサノエート等の脂肪族ポリイソシアネート化合物;イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水素添加TDI)、ビス(2-イソシアナトエチル)-4-ジクロヘキセン-1,2-ジカルボキシレート、2,5-ノルボルナンジイソシアネート、2,6-ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ポリイソシアネート化合物が挙げられる。ポリイソシアネート化合物(Ab)は、その構造の一部又は全部がイソシアヌレート化、カルボジイミド化、又はビウレット化など誘導化されていてもよい。
<Polyisocyanate Compound (Ab)>
As the polyisocyanate compound (Ab), known compounds can be used. For example, 1,3-phenylene diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate (TDI), 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 2,4-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diisocyanatobiphenyl, 3,3'-dimethyl- ... aromatic polyisocyanate compounds such as isocyanatodiphenylmethane, 1,5-naphthylene diisocyanate, 4,4',4''-triphenylmethane triisocyanate, m-isocyanatophenylsulfonyl isocyanate, and p-isocyanatophenylsulfonyl isocyanate; aliphatic polyisocyanate compounds such as ethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, pentamethylene diisocyanate (PDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), dodecamethylene diisocyanate, 1,6,11-undecane triisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, lysine diisocyanate, 2,6-diisocyanatomethyl caproate, bis(2-isocyanatoethyl) fumarate, bis(2-isocyanatoethyl) carbonate, and 2-isocyanatoethyl-2,6-diisocyanatohexanoate; Examples of the isocyanate include alicyclic polyisocyanate compounds such as isocyanate (IPDI), 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate (hydrogenated MDI), cyclohexylene diisocyanate, methylcyclohexylene diisocyanate (hydrogenated TDI), bis(2-isocyanatoethyl)-4-dicyclohexene-1,2-dicarboxylate, 2,5-norbornane diisocyanate, and 2,6-norbornane diisocyanate. The polyisocyanate compound (Ab) may have a structure that is partially or entirely derivatized by isocyanuration, carbodiimidization, biuretization, or the like.

上記のポリイソシアネート化合物(Ab)の中でも、基材密着性の観点から、脂環式ポリイソシアネート化合物が好ましく、硬度と破断エネルギーの観点から、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI)及び/又はイソホロンジイソシアネート(IPDI)がより好ましい。 Among the above polyisocyanate compounds (Ab), alicyclic polyisocyanate compounds are preferred from the viewpoint of adhesion to substrates, and 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate (hydrogenated MDI) and/or isophorone diisocyanate (IPDI) are more preferred from the viewpoint of hardness and breaking energy.

ポリイソシアネート化合物(Ab)は、単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。 The polyisocyanate compound (Ab) may be used alone or in combination with multiple types.

ポリイソシアネート化合物(Ab)の使用量は、ポリイソシアネート化合物(Ab)のイソシアナト基と全ポリオール(ポリオール化合物(Aa)と、酸性基含有ポリオール(Ac)の合計)の水酸基との比(イソシアナト基/水酸基(モル比))が、1.3~2.5であることが好ましく、1.4~2.3であることが特に好ましい。 The amount of polyisocyanate compound (Ab) used is preferably such that the ratio (isocyanato group/hydroxyl group (molar ratio)) of the isocyanato group of polyisocyanate compound (Ab) to the hydroxyl group of the total polyol (total of polyol compound (Aa) and acidic group-containing polyol (Ac)) is 1.3 to 2.5, and particularly preferably 1.4 to 2.3.

<酸性基含有ポリオール(Ac)>
酸性基含有ポリオール(Ac)とは、一分子中に2個以上の水酸基と、1個以上の酸性基を含有するものである。酸性基含有ポリオール(Ac)は、一種類を単独で用いてもよいし、複数種類を併用してもよい。
<Acidic Group-Containing Polyol (Ac)>
The acidic group-containing polyol (Ac) is a polyol containing two or more hydroxyl groups and one or more acidic groups in one molecule. The acidic group-containing polyol (Ac) may be used alone or in combination of two or more kinds.

酸性基含有ポリオール(Ac)としては、公知のものを使用することができる。例えば、2,2-ジメチロールプロピオン酸、2,2-ジメチロールブタン酸等のジメチロールアルカン酸;N,N-ビスヒドロキシエチルグリシン、N,N-ビスヒドロキシエチルアラニン、3,4-ジヒドロキシブタンスルホン酸、3,6-ジヒドロキシ-2-トルエンスルホン酸等が挙げられる。中でも入手の容易さの観点から、2個のメチロール基を含む炭素数4~12のジメチルロールアルカン酸が好ましく、ジメチロールアルカン酸の中でも、2,2-ジメチロールプロピオン酸がより好ましい。 As the acidic group-containing polyol (Ac), known polyols can be used. Examples include dimethylolalkanoic acids such as 2,2-dimethylolpropionic acid and 2,2-dimethylolbutanoic acid; N,N-bishydroxyethylglycine, N,N-bishydroxyethylalanine, 3,4-dihydroxybutanesulfonic acid, and 3,6-dihydroxy-2-toluenesulfonic acid. Among these, from the viewpoint of ease of availability, dimethylolalkanoic acids having 4 to 12 carbon atoms and containing two methylol groups are preferred, and among dimethylolalkanoic acids, 2,2-dimethylolpropionic acid is more preferred.

水性ポリウレタン樹脂分散体において、ポリオール化合物(Aa)と、酸性基含有ポリオール(Ac)の合計の水酸基当量数は、50~4000であることが好ましい。水酸基当量数がこの範囲であれば、得られたポリウレタン樹脂を含む水性ポリウレタン樹脂分散体の製造が容易である。得られる水性ポリウレタン樹脂分散体から得られる塗膜の破断エネルギーの観点から、水酸基当量数は、好ましくは100~2500、より好ましくは120~1500、特に好ましくは150~1000である。 In the aqueous polyurethane resin dispersion, the total hydroxyl equivalent number of the polyol compound (Aa) and the acidic group-containing polyol (Ac) is preferably 50 to 4000. If the hydroxyl equivalent number is within this range, the aqueous polyurethane resin dispersion containing the obtained polyurethane resin is easily produced. From the viewpoint of the rupture energy of the coating film obtained from the aqueous polyurethane resin dispersion, the hydroxyl equivalent number is preferably 100 to 2500, more preferably 120 to 1500, and particularly preferably 150 to 1000.

水酸基当量数は、以下の式(1)及び(2)で算出することができる。
各ポリオール成分の水酸基当量数=各ポリオール成分の分子量/各ポリオール成分の水酸基の数・・・(1)
ポリオール成分の合計の水酸基当量数=M/ポリオール成分の合計モル数・・・(2)
式(2)において、Mは、[〔ポリカーボネートポリオール成分の水酸基当量数×ポリカーボネートポリオール成分のモル数〕+〔酸性基含有ポリオールの水酸基当量数×酸性基含有ポリオールのモル数〕+〔その他のポリオールの水酸基当量数×その他のポリオールのモル数〕]を示す。
The hydroxyl group equivalent number can be calculated by the following formulas (1) and (2).
Hydroxyl equivalent number of each polyol component=molecular weight of each polyol component/number of hydroxyl groups of each polyol component (1)
Total hydroxyl equivalent number of polyol components=M/total mole number of polyol components (2)
In formula (2), M represents [[hydroxyl equivalent number of polycarbonate polyol component × number of moles of polycarbonate polyol component] + [hydroxyl equivalent number of acidic group-containing polyol × number of moles of acidic group-containing polyol] + [hydroxyl equivalent number of other polyol × number of moles of other polyol]].

<中和剤(Ad)>
中和剤(Ad)は、一種類を単独で用いてもよいし、複数種類を併用してもよい。
<Neutralizing agent (Ad)>
The neutralizing agent (Ad) may be used alone or in combination of two or more kinds.

中和剤(Ad)としては、公知のものを使用することができる。例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の不揮発性塩基;トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の三級アミン化合物;ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミン等の二級アミン化合物;エチレンジアミン、メチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン等の一級アミン化合物;アンモニア等を用いることができる。 As the neutralizing agent (Ad), known neutralizing agents can be used. For example, non-volatile bases such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; tertiary amine compounds such as trimethylamine, triethylamine, dimethylethanolamine, methyldiethanolamine, and triethanolamine; secondary amine compounds such as dimethylamine, diethylamine, and dibutylamine; primary amine compounds such as ethylenediamine, methylamine, ethylamine, and butylamine; ammonia, etc. can be used.

上記中和剤(Ad)としては、コーティング材料組成物中の水系媒体を乾燥する際の温度(通常は50~180℃)で揮発してポリウレタン皮膜から消失し、より一層優れた接着強度が得られる点から、その沸点が200℃以下であることが好ましく、-50~180℃の範囲であることがより好ましい。本発明の水性アクリル・ウレタン組成物は100℃以下の低温乾燥で効果を発揮することができるため、100℃以下、例えば80℃以下で揮発する中和剤が好ましく、100℃以下の低温下で数秒間~1時間の短時間に乾燥塗膜を得る際には、その沸点は130℃以下が好ましく、110℃以下がより好ましく、100℃以下がさらに好ましい。 The neutralizing agent (Ad) preferably has a boiling point of 200°C or less, more preferably in the range of -50 to 180°C, because it volatilizes and disappears from the polyurethane film at the temperature (usually 50 to 180°C) when the aqueous medium in the coating material composition is dried, resulting in even better adhesive strength. Since the aqueous acrylic-urethane composition of the present invention can be effective when dried at a low temperature of 100°C or less, a neutralizing agent that volatilizes at 100°C or less, for example 80°C or less, is preferred. When a dry coating film is obtained in a short time of several seconds to 1 hour at a low temperature of 100°C or less, the boiling point is preferably 130°C or less, more preferably 110°C or less, and even more preferably 100°C or less.

上記中和剤(Ad)を用いる場合の使用量としては、上記水性ポリウレタン樹脂分散体に含まれる上記酸性基のモル数に対して0.8~1.2倍の範囲であることが好ましい。前記中和剤(Ad)の使用量が上記水性ポリウレタン樹脂分散体に含まれる上記酸性基のモル数に対して0.8倍以上であると、得られる分散体の安定性が高く、1.2倍以下であると、100℃以下の低温乾燥下で数秒間~1時間の短時間で基材密着性と破断エネルギーが共に高い塗膜を得ることができる。 When the neutralizing agent (Ad) is used, the amount used is preferably in the range of 0.8 to 1.2 times the number of moles of the acidic groups contained in the aqueous polyurethane resin dispersion. When the amount of the neutralizing agent (Ad) used is 0.8 times or more the number of moles of the acidic groups contained in the aqueous polyurethane resin dispersion, the stability of the resulting dispersion is high, and when it is 1.2 times or less, a coating film having both high substrate adhesion and high breaking energy can be obtained in a short time of several seconds to 1 hour under low-temperature drying at 100°C or less.

<鎖延長剤(Ae)>
鎖延長剤(Ae)は、ポリウレタンプレポリマーのイソシアナト基と反応性を有する化合物である。鎖延長剤(Ae)は、一種類を単独で用いてもよいし、複数種類を併用してもよい。
<Chain extender (Ae)>
The chain extender (Ae) is a compound having reactivity with the isocyanato group of the polyurethane prepolymer. The chain extender (Ae) may be used alone or in combination of two or more kinds.

鎖延長剤(Ae)としては、公知のものを使用することができる。例えば、エチレンジアミン、1,4-テトラメチレンジアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、1,4-ブタンジアミン、1,6-ヘキサメチレンジアミン、1,4-ヘキサメチレンジアミン、3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、キシリレンジアミン、ピペラジン、2,5-ジメチルピペラジン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等のアミン化合物;水等が挙げられ、アミン化合物が好ましい。
鎖延長剤(Ae)としては、1分子中にアミノ基及び/又はイミノ基を合計で3つ以上有するポリアミン化合物(Ae1)、例えば、ジエチレントリアミン、ビス(2-アミノプロピル)アミン、ビス(3-アミノプロピル)アミン等のトリアミン化合物を使用することができる。
As the chain extender (Ae), known ones can be used, for example, amine compounds such as ethylenediamine, 1,4-tetramethylenediamine, 2-methyl-1,5-pentanediamine, 1,4-butanediamine, 1,6-hexamethylenediamine, 1,4-hexamethylenediamine, 3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexylamine, 1,3-bis(aminomethyl)cyclohexane, xylylenediamine, piperazine, 2,5-dimethylpiperazine, diethylenetriamine, and triethylenetetramine; water; and the like, with amine compounds being preferred.
As the chain extender (Ae), a polyamine compound (Ae1) having a total of three or more amino groups and/or imino groups in one molecule, for example, a triamine compound such as diethylenetriamine, bis(2-aminopropyl)amine, or bis(3-aminopropyl)amine, can be used.

本発明における鎖延長剤(Ae)は、1分子中にアミノ基及び/又はイミノ基を合計で3つ以上有するポリアミン化合物(Ae1)を少なくとも1種含んでいてもよい。任意成分として、前記鎖延長剤(Ae)は、その他の鎖延長剤(Ae2)を含んでもよい。その他の鎖延長剤(Ae2)としては、前述のジアミン等が挙げられる。また、ポリウレタン樹脂とした場合に、架橋点密度が0~1.0ミリモル/gの範囲に入ることが好ましい。架橋点密度が1.0ミリモル/gを超える場合、塗膜の破断エネルギーが低くなり、製膜の速度が遅くなるため、100℃以下の低温乾燥に適さなくなる。 The chain extender (Ae) in the present invention may contain at least one polyamine compound (Ae1) having a total of three or more amino groups and/or imino groups in one molecule. As an optional component, the chain extender (Ae) may contain other chain extenders (Ae2). Examples of other chain extenders (Ae2) include the above-mentioned diamines. In addition, when a polyurethane resin is used, it is preferable that the crosslinking point density is in the range of 0 to 1.0 mmol/g. If the crosslinking point density exceeds 1.0 mmol/g, the breaking energy of the coating film becomes low and the film formation speed becomes slow, making it unsuitable for low-temperature drying at 100°C or less.

前記鎖延長剤中(Ae)の1分子中にアミノ基及び/又はイミノ基を合計で3つ以上有するポリアミン化合物(Ae1)の割合は、0~90モル%であることが好ましく、0~70モル%であることがより好ましく、0~60モル%であることがさらに好ましい。 The proportion of polyamine compound (Ae1) having a total of three or more amino groups and/or imino groups in one molecule of the chain extender (Ae) is preferably 0 to 90 mol%, more preferably 0 to 70 mol%, and even more preferably 0 to 60 mol%.

前記鎖延長剤(Ae)の添加量は、ポリオール化合物(Aa)、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)、中和剤(Ad)で構成されるウレタンプレポリマー中の鎖延長起点となる残存イソシアナト基の当量以下であることが好ましく、より好ましくは残存イソシアナト基の0.7~0.99当量である。残存イソシアナト基の当量を超えて鎖延長剤を添加すると、鎖延長されたウレタンポリマーの分子量が低下して凝集力が低下してしまう場合があり、得られた水性ポリウレタン樹脂分散体を使用して形成した塗膜の破断エネルギーが低くなり、強度が低下する場合がある。 The amount of the chain extender (Ae) added is preferably equal to or less than the equivalent of the residual isocyanato group that serves as the chain extension starting point in the urethane prepolymer composed of the polyol compound (Aa), the polyisocyanate compound (Ab), the acidic group-containing polyol (Ac), and the neutralizing agent (Ad), and is more preferably 0.7 to 0.99 equivalents of the residual isocyanato group. If the chain extender is added in an amount exceeding the equivalent of the residual isocyanato group, the molecular weight of the chain-extended urethane polymer may decrease, resulting in a decrease in cohesive force, and the breaking energy of the coating film formed using the obtained aqueous polyurethane resin dispersion may decrease, resulting in a decrease in strength.

本発明においては、前記鎖延長剤(Ae)として、エーテル結合及びエステル結合を含有しないものを使用することがより好ましい。得られる水性ポリウレタン樹脂分散体にポリウレタン樹脂がエーテル結合及びエステル結合を含有しないようにすることで、水性ポリウレタン分散体を使用して形成した塗膜(乾燥完了前:基材と塗膜の積層体を垂直に立てた場合に塗膜が垂れない状態であり、例えば、塗膜の固形分濃度約60~95質量%)について、良好な耐水性を得ることができる。 In the present invention, it is more preferable to use a chain extender (Ae) that does not contain an ether bond or an ester bond. By ensuring that the polyurethane resin in the resulting aqueous polyurethane resin dispersion does not contain an ether bond or an ester bond, it is possible to obtain good water resistance for a coating film formed using the aqueous polyurethane dispersion (before drying is complete: when the laminate of the substrate and coating film is held vertically, the coating film does not sag; for example, the coating film has a solids concentration of approximately 60 to 95% by mass).

上記鎖延長剤(Ae)のうち、数平均分子量(Mn)が300以下のポリアミンが好ましい。Mnが300以下であることは、ポリウレタン樹脂の凝集力を高くするために必要であり、1分子内の官能基数が2以上のポリアミンを使用することはポリウレタン樹脂のMnを高くし、耐久性を向上させるために必要である。破断エネルギーの観点から、ジアミンがさらに好ましい。 Among the above chain extenders (Ae), polyamines with a number average molecular weight (Mn) of 300 or less are preferred. Having an Mn of 300 or less is necessary to increase the cohesive strength of the polyurethane resin, and using polyamines with two or more functional groups in one molecule is necessary to increase the Mn of the polyurethane resin and improve its durability. From the viewpoint of breaking energy, diamines are even more preferred.

<ポリウレタン樹脂>
本発明におけるポリウレタン樹脂は、ポリオール化合物(Aa)、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)、中和剤(Ad)及び鎖延長剤(Ae)由来の構成単位を有する。本発明のポリウレタン樹脂は、好ましくは、以下のような特徴を有するものである。
<Polyurethane resin>
The polyurethane resin of the present invention has structural units derived from a polyol compound (Aa), a polyisocyanate compound (Ab), an acidic group-containing polyol (Ac), a neutralizing agent (Ad) and a chain extender (Ae). The polyurethane resin of the present invention preferably has the following characteristics.

<N(C=O)NH基濃度>
本発明の水性ポリウレタン樹脂分散体に含まれるN(C=O)NH基濃度は、固形分基準で3質量%以上13質量%以下であることが好ましい。N(C=O)NH基は、ポリウレタンの調製過程で鎖延長剤とイソシアナト基との反応により生じる。N(C=O)NH基の濃度が上記範囲であると、水性アクリル・ウレタン組成物を低温で硬化させた場合でも基材への密着性に優れる被膜が得られる。
<N(C=O)NH group concentration>
The concentration of N(C=O)NH groups contained in the aqueous polyurethane resin dispersion of the present invention is preferably 3% by mass or more and 13% by mass or less based on the solid content. The N(C=O)NH groups are generated by the reaction of a chain extender with an isocyanato group during the preparation process of the polyurethane. When the concentration of N(C=O)NH groups is within the above range, a coating film having excellent adhesion to a substrate can be obtained even when the aqueous acrylic-urethane composition is cured at a low temperature.

水性ポリウレタン樹脂分散体に含まれるN(C=O)NH基濃度は、ポリオール化合物(Aa)及び酸性基含有ポリオール(Ac)の有する水酸基濃度、ポリイソシアネート化合物(Ab)の有するイソシアナト基濃度及び鎖延長剤(Ae)の有する水酸基濃度及び/又はアミノ基濃度によって算出され、基材への密着性の観点から、3~13質量%であることが好ましく、3~10質量%であることがより好ましく、3~8質量%であることがさらに好ましい。N(C=O)NH基濃度の計算方法は、実施例において説明するとおりである。 The N(C=O)NH group concentration in the aqueous polyurethane resin dispersion is calculated from the hydroxyl group concentration of the polyol compound (Aa) and the acidic group-containing polyol (Ac), the isocyanato group concentration of the polyisocyanate compound (Ab), and the hydroxyl group concentration and/or amino group concentration of the chain extender (Ae), and is preferably 3 to 13 mass%, more preferably 3 to 10 mass%, and even more preferably 3 to 8 mass%, from the viewpoint of adhesion to the substrate. The method for calculating the N(C=O)NH group concentration is as described in the Examples.

<ハードセグメント>
一般にポリウレタンの分子には、ハードセグメントと呼ばれる部分とソフトセグメントと呼ばれる部分が存在する。ハードセグメント同士は凝集してポリウレタン樹脂の硬さの向上に影響し、ソフトセグメントは変形に対する自由度が高いことから、柔軟性や密着性の向上に影響する。
ポリウレタンにおけるソフトセグメントとは、主に高分子量ポリオールに由来する部分であり、ハードセグメントとは、水素結合による凝集を起こし得る結晶性の部分である。具体的にはハードセグメントは、ウレタン基、ウレア基、並びにウレタン基又はウレア基同士若しくはウレタン基とウレア基とを連結する分子量250未満の構造からなる。当該「分子量250未満の構造」は、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)、及び鎖延長剤(Ae)から選ばれる少なくとも一種に由来することが好ましい。「分子量250未満の構造」は、例えば、ポリイソシアネートをOCN-R-NCOと表したときのR部分に相当する。この部分の分子量が250未満であれば、当該部分の分子としての長さが十分に短く、ハードセグメントが凝集した島と言われる部分が十分に形成される。ウレタン基又はウレア基同士若しくはウレタン基とウレア基とを連結する分子量250未満の構造とは、具体的には、ウレタン基及び/又はウレア基の間の分子量250未満で構成されるポリイソシアネート化合物、ポリオール化合物、酸性基含有ポリオール及びポリアミン化合物の中から選ばれる少なくとも一つの化合物由来の構造からイソシアナト基、水酸基、アミノ基、イミノ基を除いた構造である。
<Hardware segment>
Generally, polyurethane molecules contain parts called hard segments and soft segments. Hard segments aggregate together and affect the hardness of polyurethane resin, while soft segments have a high degree of freedom in deformation and therefore affect the flexibility and adhesion.
The soft segment in polyurethane is a portion derived mainly from a high molecular weight polyol, and the hard segment is a crystalline portion that can cause aggregation due to hydrogen bonds. Specifically, the hard segment is composed of a urethane group, a urea group, and a structure having a molecular weight of less than 250 that links urethane groups or urea groups together or between a urethane group and a urea group. The "structure having a molecular weight of less than 250" is preferably derived from at least one selected from a polyisocyanate compound (Ab), an acidic group-containing polyol (Ac), and a chain extender (Ae). The "structure having a molecular weight of less than 250" corresponds to, for example, the R portion when polyisocyanate is expressed as OCN-R-NCO. If the molecular weight of this portion is less than 250, the length of the molecule of the portion is sufficiently short, and a portion called an island where the hard segments are aggregated is sufficiently formed. The structure having a molecular weight of less than 250 linking urethane groups or urea groups together or linking a urethane group and a urea group is specifically a structure derived from at least one compound selected from among polyisocyanate compounds, polyol compounds, acidic group-containing polyols, and polyamine compounds, which are composed of urethane groups and/or urea groups and have a molecular weight of less than 250, from which an isocyanato group, a hydroxyl group, an amino group, or an imino group has been removed.

水性ポリウレタン樹脂分散体中のハードセグメントの含有量は、固形分基準で20~65質量%であることが好ましく、25~65質量%であることがより好ましく、25~60質量%であることがさらに好ましい。ハードセグメントの含有量の計算方法は、実施例において説明するとおりである。 The content of the hard segment in the aqueous polyurethane resin dispersion is preferably 20 to 65 mass% based on the solid content, more preferably 25 to 65 mass%, and even more preferably 25 to 60 mass%. The method for calculating the content of the hard segment is as described in the examples.

<脂環構造>
水性ポリウレタン樹脂分散体に含まれるポリウレタン樹脂には、水性アクリル・ウレタン組成物を被膜としたときの硬さの観点から、脂環構造が含まれていることが好ましい。脂環構造は、脂肪族の環構造であればその環員数に制限はない。原料としての入手が容易であることから、6員環(シクロヘキシレン基)が含まれるように設計することが好ましい。脂環構造は、ポリウレタンの原料の何れに由来していてもよいが、ポリオール化合物(Aa)及び/又はポリイソシアネート化合物(Ab)に由来しているものであることが好ましい。脂環構造を有する構成単位の例としては、ポリオール化合物(Aa)として、1,4-シクロヘキサンジメタノール等の主鎖に脂環式構造を有するジオール又はこれから得られるポリカーボネートポリオール、ポリイソシアネート化合物(Ab)として水素添加MDI等が挙げられる。脂環構造の含有割合は、これら各構成単位に含まれる脂環構造全体に基づいて算出される。
<Alicyclic structure>
The polyurethane resin contained in the aqueous polyurethane resin dispersion preferably contains an alicyclic structure from the viewpoint of hardness when the aqueous acrylic urethane composition is made into a coating. The alicyclic structure is not limited in the number of ring members as long as it is an aliphatic ring structure. It is preferable to design it so that it contains a 6-membered ring (cyclohexylene group) because it is easy to obtain as a raw material. The alicyclic structure may be derived from any of the raw materials of the polyurethane, but is preferably derived from the polyol compound (Aa) and/or the polyisocyanate compound (Ab). Examples of the structural unit having an alicyclic structure include, as the polyol compound (Aa), a diol having an alicyclic structure in the main chain such as 1,4-cyclohexanedimethanol or a polycarbonate polyol obtained therefrom, and as the polyisocyanate compound (Ab), hydrogenated MDI, etc. The content ratio of the alicyclic structure is calculated based on the entire alicyclic structure contained in each of these structural units.

水性ポリウレタン樹脂分散体中に含まれる脂環構造の含有割合は、固形分基準で10~60質量%であることが好ましく、12~50質量%であることがより好ましい。脂環構造の含有割合が10質量%未満であると、基材密着性が低くなり、脂環構造の含有割合が60質量%を超えると、破断エネルギーが低くなる傾向がある。脂環構造の含有割合の計算方法は、実施例において説明するとおりである。 The content of the alicyclic structure in the aqueous polyurethane resin dispersion is preferably 10 to 60 mass% based on the solid content, and more preferably 12 to 50 mass%. If the content of the alicyclic structure is less than 10 mass%, the adhesion to the substrate tends to be low, and if the content of the alicyclic structure is more than 60 mass%, the breaking energy tends to be low. The method for calculating the content of the alicyclic structure is as explained in the examples.

<水性ポリウレタン樹脂分散体>
水性ポリウレタン樹脂分散体は、ポリウレタン樹脂及び水系媒体を含み、ポリウレタン樹脂が水系媒体中に分散している。水系媒体としては、オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)について説明したものを用いることができる。
水性ポリウレタン樹脂分散体における、水系媒体中の親水性有機溶媒の量は、0~20質量%であることが好ましく、0~15質量%であることがより好ましく、0~10質量%であることがさらに好ましい。
このように水性ポリウレタン樹脂分散体を含む組成物において使用される親水性有機溶媒の量を低減することができるため、本発明の組成物は、環境対応材料である。
<Aqueous Polyurethane Resin Dispersion>
The aqueous polyurethane resin dispersion contains a polyurethane resin and an aqueous medium, and the polyurethane resin is dispersed in the aqueous medium. As the aqueous medium, the same as that described for the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) can be used.
In the aqueous polyurethane resin dispersion, the amount of the hydrophilic organic solvent in the aqueous medium is preferably 0 to 20% by mass, more preferably 0 to 15% by mass, and even more preferably 0 to 10% by mass.
Since the amount of the hydrophilic organic solvent used in the composition containing the aqueous polyurethane resin dispersion can be reduced in this manner, the composition of the present invention is an environmentally friendly material.

水性ポリウレタン樹脂分散体のpHは、5.0~10.0であることが好ましく、6.0~9.5であることがより好ましく、6.5~9.0であることがさらに好ましい。 The pH of the aqueous polyurethane resin dispersion is preferably 5.0 to 10.0, more preferably 6.0 to 9.5, and even more preferably 6.5 to 9.0.

水性ポリウレタン樹脂分散体の重量平均分子量(Mw)は、低温乾燥塗膜の破断エネルギーの観点から、40,000以上であることが好ましく、100,000以上であることがより好ましい。この範囲とすることで、組成物を100℃以下の温度で乾燥して得られる塗膜がより優れた破断エネルギーを示す。 From the viewpoint of the breaking energy of a low-temperature dried coating film, the weight-average molecular weight (Mw) of the aqueous polyurethane resin dispersion is preferably 40,000 or more, and more preferably 100,000 or more. By setting it in this range, the coating film obtained by drying the composition at a temperature of 100°C or less exhibits superior breaking energy.

水性分散体中におけるポリウレタン樹脂の割合は、好ましくは5~60質量%、より好ましくは20~50質量%である。 The proportion of polyurethane resin in the aqueous dispersion is preferably 5 to 60% by mass, and more preferably 20 to 50% by mass.

前記水性ポリウレタン樹脂分散体の酸価は、特に制限されないが、固形分基準で12~40mgKOH/gであることが好ましく、14~35mgKOH/gであることがより好ましい。前記水性ポリウレタン樹脂分散体の酸価が固形分基準で40mgKOH/gより大きくなると、水系媒体中への分散性が悪くなる傾向がある。酸価が固形分基準で12mgKOH/gより小さくなると、基材密着性が低下する傾向にある。酸価は、JIS K 1557の指示薬滴定法に準拠して測定することができる。測定においては、酸性基を中和するために使用した中和剤を取り除いて測定することとする。例えば、有機アミン類を中和剤として用いた場合には、水性ポリウレタン樹脂分散体をガラス板上に塗布し、温度60℃、20mmHgの減圧下で24時間乾燥して得られた塗膜をN-メチルピロリドン(NMP)に溶解させて、JIS K 1557の指示薬滴定法に準拠して酸価を測定することができる。 The acid value of the aqueous polyurethane resin dispersion is not particularly limited, but is preferably 12 to 40 mgKOH/g, more preferably 14 to 35 mgKOH/g, based on the solid content. If the acid value of the aqueous polyurethane resin dispersion is greater than 40 mgKOH/g based on the solid content, the dispersibility in an aqueous medium tends to deteriorate. If the acid value is less than 12 mgKOH/g based on the solid content, the adhesion to the substrate tends to decrease. The acid value can be measured in accordance with the indicator titration method of JIS K 1557. In the measurement, the neutralizing agent used to neutralize the acidic groups is removed before the measurement. For example, when an organic amine is used as the neutralizing agent, the aqueous polyurethane resin dispersion is applied to a glass plate, and the coating film obtained by drying at a temperature of 60°C and a reduced pressure of 20 mmHg for 24 hours is dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP), and the acid value can be measured in accordance with the indicator titration method of JIS K 1557.

<水性ポリウレタン樹脂分散体の製造方法>
国際公開第2016/039396号公報等に記載の公知の方法により、水性ポリウレタン樹脂分散体を製造することができる。例えば、以下のような製造方法が挙げられる。
第1の製造方法は、原料を全て混合し、反応させて、水系媒体中に分散させることにより水性ポリウレタン樹脂分散体を得る方法である。
第2の製造方法は、全ポリオール成分とポリイソシアネートとを反応させて、プレポリマーを製造し、前記プレポリマーの酸性基を中和した後、水系媒体中に分散させ、鎖延長剤を反応させることにより水性ポリウレタン樹脂分散体を得る方法である。
水性ポリウレタン樹脂分散体の製造方法としては、分子量の制御が行いやすいため、上記の第2の製造方法が好ましい。
<Method for producing aqueous polyurethane resin dispersion>
The aqueous polyurethane resin dispersion can be produced by a known method such as that described in International Publication No. 2016/039396. For example, the following production method can be mentioned.
The first production method is a method in which all raw materials are mixed, reacted, and dispersed in an aqueous medium to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion.
The second production method is a method in which all of the polyol components are reacted with a polyisocyanate to produce a prepolymer, the acidic groups of the prepolymer are neutralized, the prepolymer is dispersed in an aqueous medium, and a chain extender is reacted therewith to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion.
As a method for producing the aqueous polyurethane resin dispersion, the above-mentioned second production method is preferred because it is easy to control the molecular weight.

また、ブロックイソシアネート構造を有する場合は例えば、以下のような製造方法により導入することができる。
第1の製造方法は、ウレタン化触媒存在下又は不存在下で、ブロック化剤(Bg)以外の原料を全て混合し、反応させて、ウレタン化反応を行い、最後にブロック化触媒存在下又は不存在下でブロック化剤(Bg)を反応させてブロック化反応を行い、末端イソシアナト基の少なくとも一部がブロック化されたポリウレタンプレポリマーを合成する方法である。
第2の製造方法は、ブロック化触媒存在下又は不存在下で、イソシアネート化合物(Bb’)と、ブロック化剤(Bg)とを反応させてブロック化反応を行い、イソシアナト基の一部をブロック化したポリイソシアネート化合物を合成し、ウレタン化触媒存在下又は不存在下で、得られたブロック化したポリイソシアネート化合物と、(Bb’)及び(Bg)以外の原料とを反応させてウレタン化反応を行って、ポリウレタンプレポリマーを合成する方法である。
これらの製造方法における水性ポリウレタン樹脂分散体の製造方法は、上述の通りである。
ブロック化剤としては、フェノール、クレゾール等のフェノール系、メタノール、エタノール等の脂肪族アルコール系、マロン酸ジメチル、アセチルアセトン等の活性メチレン系、ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン等のメルカプタン系、アセトアニリド、酢酸アミド等の酸アミド系、ε-カプロラクタム、δ-バレロラクタム等のラクタム系、コハク酸イミド、マレイン酸イミド等の酸イミド系、アセトアルドオキシム、アセトンオキシム、メチルエチルケトオキシム等のオキシム系、ジフェニルアニリン、アニリン、エチレンイミン等のアミン系、ピラゾール、3-メチルピラゾール、3,5-ジメチルピラゾール等のピラゾール系等のブロック化剤が挙げられる。
In addition, when the resin has a blocked isocyanate structure, it can be introduced, for example, by the following production method.
The first production method is a method in which all of the raw materials other than the blocking agent (Bg) are mixed and reacted in the presence or absence of a urethanization catalyst to carry out a urethanization reaction, and finally, a blocking agent (Bg) is reacted in the presence or absence of a blocking catalyst to carry out a blocking reaction, thereby synthesizing a polyurethane prepolymer in which at least a portion of the terminal isocyanato groups are blocked.
The second production method is a method in which an isocyanate compound (Bb') is reacted with a blocking agent (Bg) in the presence or absence of a blocking catalyst to carry out a blocking reaction, thereby synthesizing a polyisocyanate compound in which some of the isocyanato groups are blocked, and then, in the presence or absence of a urethanization catalyst, the obtained blocked polyisocyanate compound is reacted with raw materials other than (Bb') and (Bg) to carry out a urethanization reaction, thereby synthesizing a polyurethane prepolymer.
The method for producing the aqueous polyurethane resin dispersion in these production methods is as described above.
Examples of the blocking agent include phenol-based agents such as phenol and cresol, aliphatic alcohol-based agents such as methanol and ethanol, active methylene-based agents such as dimethyl malonate and acetylacetone, mercaptan-based agents such as butyl mercaptan and dodecyl mercaptan, acid amide-based agents such as acetanilide and acetic amide, lactam-based agents such as ε-caprolactam and δ-valerolactam, acid imide-based agents such as succinimide and maleimide, oxime-based agents such as acetaldoxime, acetoneoxime, and methyl ethyl ketoxime, amine-based agents such as diphenylaniline, aniline, and ethyleneimine, and pyrazole-based agents such as pyrazole, 3-methylpyrazole, and 3,5-dimethylpyrazole.

<アクリル・ウレタン組成物の製造>
本発明のアクリル・ウレタン組成物は、前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)及びオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)を必須成分として含有するが、必要に応じてその他の樹脂及び/又はその他の添加剤を含有してコーティング材料組成物としてもよい。コーティング材料組成物は、電着塗面、鋼板、木材、プラスチック基材にスプレー、ハケ、アプリケーター、バーコーターなどで塗布して塗膜を形成する材料と定義される。本明細書において単に「コーティング材料組成物」というときは、その他の樹脂、添加剤等を含有させた組成物のみならず、前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)及びオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)からなる組成物も包含する。
<Production of Acrylic-Urethane Composition>
The acrylic-urethane composition of the present invention contains the aqueous polyurethane resin dispersion (A) and the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) as essential components, but may contain other resins and/or other additives as necessary to form a coating material composition. The coating material composition is defined as a material that forms a coating film by applying to an electrodeposition coated surface, a steel plate, wood, or a plastic substrate with a spray, a brush, an applicator, a bar coater, or the like. In this specification, the term "coating material composition" includes not only a composition containing other resins, additives, etc., but also a composition consisting of the aqueous polyurethane resin dispersion (A) and the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B).

前記その他の樹脂としては、オレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、ナイロン樹脂、オキサゾリン架橋系以外のアクリルエマルジョンが挙げられる。中でも、オキサゾリン架橋系以外のアクリルエマルジョン、ポリオレフィンエマルジョン、ポリエステルエマルジョンが好ましく、任意成分として、これらの中から選ばれる少なくとも1種を混合して得られる耐破壊特性材料用コーティング材料組成物が好ましい形態である。 Examples of the other resins include olefin resins, polyester resins, vinyl chloride resins, nylon resins, and acrylic emulsions other than oxazoline crosslinked. Among these, acrylic emulsions other than oxazoline crosslinked, polyolefin emulsions, and polyester emulsions are preferred, and a coating material composition for fracture-resistant materials obtained by mixing at least one selected from these as an optional component is a preferred form.

前記その他の添加剤としては、例えば、硬化剤、架橋剤、表面調整剤、乳化剤、増粘剤、ウレタン化触媒、充填剤、発泡剤、顔料、染料、撥油剤、中空発泡体、難燃剤、消泡剤、レベリング剤、ブロッキング防止剤等を用いることができる。これらの添加剤は単独で用いても2種以上を併用してもよい。 Examples of the other additives that can be used include curing agents, crosslinking agents, surface conditioners, emulsifiers, thickeners, urethane catalysts, fillers, foaming agents, pigments, dyes, oil repellents, hollow foams, flame retardants, defoamers, leveling agents, and antiblocking agents. These additives may be used alone or in combination of two or more.

表面調整剤としては、一般に高分子量化に伴う粘性の変化、表面張力の変化、泡の発生に起因して生じる塗膜の欠陥を解消し得る性能を有する、表面調整剤、レベリング剤、濡れ剤、消泡剤等と称されるものであれば、特に制限なく使用することができ、例えば、アクリル系、ビニル系、シリコーン系、フッ素系、セルロース系、天然ワックス系、水溶性有機溶媒等の各種表面調整剤、レベリング剤、濡れ剤、消泡剤等の他、界面活性剤も好ましく挙げられ、中でも濡れ剤が好ましい。 Surface conditioners that can be used without particular restrictions include those called surface conditioners, leveling agents, wetting agents, defoamers, etc., which have the ability to eliminate defects in coating films caused by changes in viscosity, changes in surface tension, and foam generation that generally accompany high molecular weight. For example, various surface conditioners, leveling agents, wetting agents, defoamers, etc., such as acrylic, vinyl, silicone, fluorine, cellulose, natural wax, and water-soluble organic solvents, as well as surfactants are preferred, and among these, wetting agents are preferred.

本発明のコーティング材料組成物の製造方法は、特に制限されないが、公知の製造方法を用いることができる。例えば、前記水性ポリウレタン樹脂分散体、任意成分として、上述したその他樹脂及び各種添加剤を攪拌混合することにより製造される。 The method for producing the coating material composition of the present invention is not particularly limited, and any known production method can be used. For example, the coating material composition is produced by stirring and mixing the aqueous polyurethane resin dispersion and, as optional components, the other resins and various additives described above.

特に、本発明においては、以下の工程を含む方法により耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物を製造することができる。
(I)ポリオール化合物(Aa)、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)を、有機溶剤の存在下、又は非存在下で反応させてポリウレタンプレポリマーを得る工程、
(II)前記ポリウレタンプレポリマーの酸基を中和剤(Ad)で中和する工程、
(III)前記ポリウレタンプレポリマーを水系媒体に分散させる工程、
(IV)前記ポリウレタンプレポリマーを鎖延長剤(Ae)で高分子量化して水性ポリウレタン樹脂分散体を得る工程、
(V)主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)と、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)と、水系媒体(Bc)とを混合して得られたオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)を、前記工程(IV)で得られた水性ポリウレタン樹脂分散体と混合する工程、及び場合により、
(VI)前記工程(IV)又は(V)に続いて、有機溶媒を除去する工程。
In particular, in the present invention, a water-based acrylic urethane composition for use in a fracture-resistant material can be produced by a method including the following steps:
(I) a step of reacting a polyol compound (Aa), a polyisocyanate compound (Ab), and an acidic group-containing polyol (Ac) in the presence or absence of an organic solvent to obtain a polyurethane prepolymer;
(II) neutralizing the acid groups of the polyurethane prepolymer with a neutralizing agent (Ad);
(III) dispersing the polyurethane prepolymer in an aqueous medium;
(IV) a step of increasing the molecular weight of the polyurethane prepolymer with a chain extender (Ae) to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion;
(V) a step of mixing a polymer (Ba) having an acrylic skeleton in its main chain and a functional group reactive with an oxazoline group in its side chain, a water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton in its main chain and an oxazoline group, and an aqueous medium (Bc) to obtain an oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) with the aqueous polyurethane resin dispersion obtained in the step (IV); and optionally,
(VI) A step of removing the organic solvent following the step (IV) or (V).

本発明のコーティング材料組成物において、前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)及びオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)の合計の重量とその他樹脂との混合割合は、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に制限されないが、その他樹脂を含有させる場合、基材密着性及び破断エネルギーの観点から、98/2~10/90(固形分質量比)が好ましく、95/5~15/85がより好ましく、90/10~20/80が更に好ましく、80/20~30/70が特に好ましい。 In the coating material composition of the present invention, the mixing ratio of the total weight of the aqueous polyurethane resin dispersion (A) and the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) to the other resin is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention. When the other resin is contained, from the viewpoint of substrate adhesion and breaking energy, the solid content mass ratio is preferably 98/2 to 10/90, more preferably 95/5 to 15/85, even more preferably 90/10 to 20/80, and particularly preferably 80/20 to 30/70.

<硬化方法>
本発明の耐破壊特性材料用コーティング材料組成物は、室温(20℃)以上、かつ好ましくは100℃以下、より好ましくは80℃以下の温度に加熱することにより、硬化させることができる。
具体的には、前述の耐破壊特性材料用コーティング材料組成物を電着塗面、鋼板、木材、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)樹脂などの各種プラスチック基材に、スプレー、ハケ、アプリケーター、バーコーター等を用いて塗布し、100℃以下、好ましくは80℃以下のオーブン、加熱槽等に1~120分間、好ましくは、1~60分間、より好ましくは1~45分間保持する方法により硬化させることができる。塗膜の乾燥膜厚は、0.5~200μmに調整することが好ましく、1~100μmに調整することがより好ましく、5~50μmに調整することがさらに好ましく、10~40μmに調整することが特に好ましい。複層塗膜の中のプライマー、ベースコート等として用いる場合には、前述の各種基材に塗布後、例えば、室温~80℃で1~30分間、好ましくは、1~10分間、より好ましくは、2~6分間保持して、任意成分として、さらにもう1種のベースコートを塗布して、同様の乾燥温度、乾燥時間で乾燥させた後に、トップコート(用途によっては、クリアコートという)を塗布して、100℃以下、好ましくは、80℃以下で10~120分間、好ましくは、20~90分間、より好ましくは、30~60分間加熱硬化させることができる。
本発明の一つの態様は、前記耐破壊特性材料用コーティング材料組成物を20℃~100℃で乾燥させて得られる塗膜である。
<Curing method>
The coating material composition for fracture-resistant materials of the present invention can be cured by heating to a temperature of room temperature (20° C.) or higher and preferably 100° C. or lower, more preferably 80° C. or lower.
Specifically, the above-mentioned coating material composition for fracture-resistant materials can be applied to various plastic substrates such as electrodeposition coating surfaces, steel plates, wood, polycarbonate resins, acrylic resins, polyethylene terephthalate (PET) resins, and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) resins using a spray, brush, applicator, bar coater, or the like, and cured by holding the applied coating in an oven or heating tank at 100° C. or less, preferably 80° C. or less, for 1 to 120 minutes, preferably 1 to 60 minutes, and more preferably 1 to 45 minutes. The dry thickness of the coating film is preferably adjusted to 0.5 to 200 μm, more preferably 1 to 100 μm, even more preferably 5 to 50 μm, and particularly preferably 10 to 40 μm. When used as a primer, base coat, or the like in a multi-layer coating film, after application to the various substrates described above, it can be held, for example, at room temperature to 80°C for 1 to 30 minutes, preferably 1 to 10 minutes, and more preferably 2 to 6 minutes, and then, as an optional component, another type of base coat is applied and dried at the same drying temperature and drying time, and then a top coat (which may be called a clear coat depending on the application) is applied and heat cured at 100°C or less, preferably 80°C or less, for 10 to 120 minutes, preferably 20 to 90 minutes, and more preferably 30 to 60 minutes.
One embodiment of the present invention is a coating film obtained by drying the coating material composition for a destruction-resistant material at 20°C to 100°C.

<塗膜の物性>
本発明のコーティング材料組成物から得られる塗膜の、実施例記載の方法で測定した破断エネルギーは80MPa以上が好ましく、90MPa以上がより好ましく、100MPa以上がさらに好ましい。
本発明のコーティング材料組成物から得られる塗膜の、実施例記載の方法で測定したABS樹脂基材との密着性は100/100(1)以上が好ましく、100/100(4)がより好ましい。ここで、本発明において塗膜の密着性の評価は「n/100(m)」のように記載する。nは下記試験条件で少なくとも1のマス目が剥離したときに残っていたマス目の数、mは剥離が生じたときの試験回数を意味する。ただしmの最大値は4とし、4回繰り返し試験を行っても剥離が生じなかった場合は100/100(4)と表記する。密着性試験の条件は、実施例の項で詳細に説明している。
したがって本発明の一つの態様は、前記ポリオール化合物(Aa)、前記ポリイソシアネート化合物(Ab)、前記酸性基含有ポリオール(Ac)、前記中和剤(Ad)及び前記鎖延長剤(Ae)由来の構成単位を有するポリウレタン樹脂が水中に分散されている、水性ポリウレタン樹脂分散体(A);並びに主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)と、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)と、水系媒体(Bc)とを有するオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B);とを含む組成物であって、20℃~100℃の低温で塗膜を形成し、JIS K 7311に準拠した方法により測定した測定温度23℃、湿度50%、引張速度100mm/分における引張特性を用いて算出した、破断エネルギーが80MPa以上であり、ABS樹脂基材へのコーティング膜の前記碁盤目剥離試験において、4回で剥離が見られない(即ち結果が100/100(4)で表記される)、組成物である。
<Physical properties of coating film>
The breaking energy of the coating film obtained from the coating material composition of the present invention, measured by the method described in the Examples, is preferably 80 MPa or more, more preferably 90 MPa or more, and even more preferably 100 MPa or more.
The adhesion of the coating film obtained from the coating material composition of the present invention to the ABS resin substrate, measured by the method described in the Examples, is preferably 100/100(1) or more, more preferably 100/100(4). Here, in the present invention, the evaluation of the adhesion of the coating film is expressed as "n/100(m)". n means the number of squares remaining when at least one square peels off under the following test conditions, and m means the number of tests when peeling occurs. However, the maximum value of m is 4, and if no peeling occurs even after four repeated tests, it is expressed as 100/100(4). The conditions of the adhesion test are explained in detail in the Examples section.
Therefore, one embodiment of the present invention is a composition comprising: an aqueous polyurethane resin dispersion (A) in which a polyurethane resin having structural units derived from the polyol compound (Aa), the polyisocyanate compound (Ab), the acidic group-containing polyol (Ac), the neutralizing agent (Ad) and the chain extender (Ae) is dispersed in water; and an oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) having a polymer (Ba) having an acrylic skeleton in its main chain and a functional group reactive with an oxazoline group in its side chain, a water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton in its main chain and an oxazoline group, and an aqueous medium (Bc); The composition has a breaking energy of 80 MPa or more, calculated using tensile properties measured in accordance with a method in accordance with JIS H7311 at a measurement temperature of 23°C, a humidity of 50%, and a tensile speed of 100 mm/min, and in the above-mentioned cross-cut peel test of a coating film on an ABS resin substrate, no peeling is observed after four tries (i.e., the result is expressed as 100/100(4)).

<耐破壊特性材料の用途>
本発明において耐破壊特性材料とは、基材の保護剤として用いられ、かつそれ自身も衝突、石跳ね、落下などの物理的衝撃に対して破壊されにくい特性を有する材料である。このため、耐破壊特性材料は、塗膜としたときの基材への密着性及び破断エネルギーが共に高い材料が好ましい。本発明の耐破壊特性材料の用途として具体的には、プライマー材料、ベースコート材料等が挙げられる。
本発明の破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物は、フロアコーティング、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)樹脂などの各種プラスチック基材又はゴムへのコート、鋼板処理剤、自動車、トラック、電車などの車両のような、金属の外装用プライマー、ベースコート材料などに広範囲に用いることができ有用である。
<Applications of destruction-resistant materials>
In the present invention, the fracture-resistant material is a material that is used as a protective agent for a substrate and that is itself resistant to destruction by physical shocks such as collisions, stone chips, and drops. For this reason, the fracture-resistant material is preferably a material that has high adhesion to the substrate and high breaking energy when formed into a coating film. Specific applications of the fracture-resistant material of the present invention include primer materials, base coat materials, etc.
The aqueous acrylic-urethane composition for destructive property materials of the present invention can be widely used as a floor coating, a coating for various plastic substrates such as polycarbonate resin, acrylic resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, acrylonitrile butadiene styrene (ABS) resin, or rubber, a steel plate treatment agent, and a primer or base coat material for the exterior of metals such as automobiles, trucks, trains, and other vehicles, and is useful.

次に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、物性測定は以下の通り行った。
EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these.
The physical properties were measured as follows.

(1)ポリカーボネートポリオールのガラス転移温度(Tg):示差走査熱量計(DSC)にて、10℃/分で-100℃まで降温させた後で、10℃/分で昇温させ、転移が始まった温度を測定した。
(2)N(C=O)NH濃度(%):
(i)水に分散する前のポリウレタンプレポリマーの残存イソシアナト基のモル数が、鎖延長剤ポリアミンのアミノ基及び/又はイミノ基のモル数より多い場合:
「N(C=O)NH濃度(%)=〔(ポリアミンのアミノ基及び/又はイミノ基のモル数)+[(ポリイソシアネート化合物のイソシアナト基のモル数)-(ポリオール化合物及び酸性基含有ポリオールの全水酸基のモル数)-(ポリアミンのアミノ基及び/又はイミノ基のモル数)]/2〕×57.03×100」として、算出した。イソシアナト基が加水分解してできるN(C=O)NH濃度を加算している。
(ii)水に分散する前のポリウレタンプレポリマーの残存イソシアナト基のモル数が、鎖延長剤ポリアミンのアミノ基及び/又はイミノ基のモル数より少ない場合:
「N(C=O)NH濃度(%)=[(ポリイソシアネート化合物のイソシアナト基のモル数)-(ポリオール化合物及び酸性基含有ポリオールの全水酸基のモル数)]×57.03×100」として、算出した。全量イソシアナト基がアミノ基及び/又はイミノ基と反応してN(C=O)NH基を生成するとして算出した。
(3)ハードセグメント含量:水性ポリウレタン樹脂分散体に含まれる分子量300未満のポリオール、ポリイソシアネート、ポリアミン、酸性基含有ポリオールの合計質量を固形分質量で割ったときの割合(%)を記した。
(4)脂環構造の含有割合:水性ポリウレタン樹脂分散体の各原料の仕込み割合から算出した脂環構造の質量分率を表記した。質量分率は水性ポリウレタン樹脂分散体の固形分を基準とする。
(5)水性ポリウレタン樹脂分散体中のポリウレタン樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したものであり、予め作成した標準ポリスチレンの検量線から求めた換算値を記した。
(6)酸価:JIS K 1557の指示薬滴定法に準拠して測定した。
(1) Glass transition temperature (Tg) of polycarbonate polyol: Using a differential scanning calorimeter (DSC), the temperature was lowered to -100°C at 10°C/min, and then increased at 10°C/min, and the temperature at which the transition began was measured.
(2) N(C=O)NH concentration (%):
(i) When the number of moles of residual isocyanato groups in the polyurethane prepolymer before dispersion in water is greater than the number of moles of amino groups and/or imino groups in the chain extender polyamine:
It was calculated as follows: "N(C=O)NH concentration (%) = [(number of moles of amino and/or imino groups in polyamine) + [(number of moles of isocyanato groups in polyisocyanate compound) - (number of moles of total hydroxyl groups in polyol compound and acidic group-containing polyol) - (number of moles of amino and/or imino groups in polyamine)]/2] x 57.03 x 100". The concentration of N(C=O)NH formed by hydrolysis of isocyanato groups is added.
(ii) When the number of moles of residual isocyanato groups in the polyurethane prepolymer before dispersion in water is smaller than the number of moles of amino groups and/or imino groups in the chain extender polyamine:
It was calculated as follows: "N(C=O)NH concentration (%) = [(number of moles of isocyanato groups in polyisocyanate compound) - (total number of moles of hydroxyl groups in polyol compound and acidic group-containing polyol)] x 57.03 x 100." It was calculated assuming that all isocyanato groups react with amino groups and/or imino groups to generate N(C=O)NH groups.
(3) Hard segment content: The percentage (%) obtained by dividing the total mass of polyol, polyisocyanate, polyamine, and acidic group-containing polyol having a molecular weight of less than 300 contained in the aqueous polyurethane resin dispersion by the mass of the solid content was recorded.
(4) Content of alicyclic structure: The mass fraction of the alicyclic structure calculated from the charge ratio of each raw material of the aqueous polyurethane resin dispersion is shown. The mass fraction is based on the solid content of the aqueous polyurethane resin dispersion.
(5) The weight average molecular weight of the polyurethane resin in the aqueous polyurethane resin dispersion was measured by gel permeation chromatography (GPC), and a converted value obtained from a calibration curve of standard polystyrene prepared in advance was recorded.
(6) Acid value: Measured in accordance with the indicator titration method of JIS K 1557.

(7)ABS樹脂への密着性は、次のようにして評価した。水性アクリル・ウレタン組成物(比較例では、ポリウレタン樹脂分散体又はアクリルエマルジョン)に造膜助剤としてDPnBを全体の2質量%になるように添加して混合し、ABS樹脂基材上にバーコーター#18で塗布し、80℃で45分間加熱乾燥し、得られた塗膜を用いて碁盤目剥離試験を行った。塗膜に10mm×10mmの面積に縦横1mm間隔で切り目を入れ、粘着テープを貼った後、剥がしたときにABS樹脂基材表面に残っているマスの数を目視で数えて評価した。これを4回繰り返した。1回目の剥離試験で100個中15個が残っていた場合を15/100(1)と記載し、2回目まで全く剥離せず、3回目で100個中85個残っていた場合を85/100(3)と記載した。全く剥離しなかった場合は100/100(4)と表記した。
(8)アクリル・ウレタン樹脂フィルム(比較例では、ポリウレタン樹脂フィルム又はアクリルフィルム)の引張特性は、以下のようにして評価した。水性アクリル・ウレタン組成物(比較例では、水性ポリウレタン樹脂分散体又はアクリルエマルジョン)に造膜助剤としてDPnBを全体の2質量%になるように添加して混合し、PETフィルム状に乾燥膜厚が50μmとなるように塗布し、80℃で2時間乾燥させてアクリル・ウレタン樹脂フィルム(比較例では、ポリウレタン樹脂フィルム又はアクリル樹脂フィルム)を作成した。アクリル・ウレタン樹脂フィルム(比較例では、ポリウレタン樹脂フィルム又はアクリル樹脂フィルム)の弾性率、引張強度、破断点伸度は、JIS K 7311に準拠する方法で測定した。なお、測定条件は、測定温度23℃、湿度50%、引張速度100mm/分で行った。
(9)破断エネルギーは、伸度-応力曲線の伸度ゼロから破断点伸度までの応力を積分して求めた。
(7) Adhesion to ABS resin was evaluated as follows. DPnB was added as a film-forming aid to an aqueous acrylic-urethane composition (in the comparative example, polyurethane resin dispersion or acrylic emulsion) so that the total amount was 2% by mass, and mixed. The mixture was applied to an ABS resin substrate with a bar coater #18, dried by heating at 80°C for 45 minutes, and a checkerboard peel test was performed using the resulting coating film. The coating film was cut at 1 mm intervals vertically and horizontally in an area of 10 mm x 10 mm, and adhesive tape was applied, and the number of squares remaining on the surface of the ABS resin substrate when peeled off was visually counted and evaluated. This was repeated four times. When 15 out of 100 pieces remained in the first peel test, it was recorded as 15/100 (1), and when no peeling was observed until the second test and 85 out of 100 pieces remained in the third test, it was recorded as 85/100 (3). When no peeling was observed at all, it was recorded as 100/100 (4).
(8) The tensile properties of the acrylic-urethane resin film (in the comparative example, polyurethane resin film or acrylic film) were evaluated as follows. DPnB was added as a film-forming agent to an aqueous acrylic-urethane composition (in the comparative example, aqueous polyurethane resin dispersion or acrylic emulsion) so that the total amount was 2 mass %. The mixture was applied to a PET film so that the dry film thickness was 50 μm, and dried at 80 ° C for 2 hours to prepare an acrylic-urethane resin film (in the comparative example, polyurethane resin film or acrylic resin film). The elastic modulus, tensile strength, and elongation at break of the acrylic-urethane resin film (in the comparative example, polyurethane resin film or acrylic resin film) were measured by a method conforming to JIS K 7311. The measurement conditions were a measurement temperature of 23 ° C, humidity of 50%, and a tensile speed of 100 mm / min.
(9) The breaking energy was determined by integrating the stress from zero elongation to the breaking elongation on the elongation-stress curve.

[合成例1]
<水性ポリウレタン樹脂分散体(A)の製造>
ETERNACOLL(登録商標) UH-200(宇部興産製;数平均分子量1958;水酸基価57.3mgKOH/g;1,6-ヘキサンジオールと炭酸エステルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール、1850g)と、2,2-ジメチロールプロピオン酸(129g)と、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(841g)とを、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DMM、932g)中、ジブチル錫ジラウリレート(0.9g)存在下、窒素雰囲気下で、80~95℃で5時間加熱した。次いで、3,5-ジメチルピラゾール(DMPZ、55.8g)を加えて1.5時間同温度で加熱を続けた。反応混合物を80℃まで冷却し、これにトリエチルアミン(97.4g)を添加・混合したもののうち、3500gを、強撹拌のもと水(4950g)の中に加えた。ついで、35質量%の2-メチル-1,5-ペンタンジアミン水溶液(270g)を加えて、水性ポリウレタン樹脂分散体(A)を得た。
[Synthesis Example 1]
<Production of aqueous polyurethane resin dispersion (A)>
ETERNACOLL (registered trademark) UH-200 (manufactured by Ube Industries; number average molecular weight 1958; hydroxyl value 57.3 mg KOH/g; polycarbonate diol obtained by reacting 1,6-hexanediol with carbonate ester, 1850 g), 2,2-dimethylolpropionic acid (129 g), and 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate (841 g) were heated in dipropylene glycol dimethyl ether (DMM, 932 g) in the presence of dibutyltin dilaurate (0.9 g) under a nitrogen atmosphere at 80 to 95°C for 5 hours. Next, 3,5-dimethylpyrazole (DMPZ, 55.8 g) was added and heating was continued at the same temperature for 1.5 hours. The reaction mixture was cooled to 80° C., and triethylamine (97.4 g) was added thereto and mixed, and 3500 g of the mixture was added to water (4950 g) under strong stirring. Then, a 35% by mass aqueous solution of 2-methyl-1,5-pentanediamine (270 g) was added thereto to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion (A).

[合成例2]
<水性ポリウレタン樹脂分散体(B)の製造>
ETERNACOLL(登録商標) UM90(1/3)(宇部興産製;数平均分子量873;水酸基価128.5mgKOH/g;1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,6-ヘキサンジオール(モル比で1:3)と炭酸エステルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール、350g)と、2,2-ジメチロールプロピオン酸(52.2g)と、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(341g)とを、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DMM、262g)中、窒素雰囲気下で、80~95℃で5時間加熱した。反応混合物を80℃まで冷却し、これにトリエチルアミン(39.3g)を添加・混合したもののうち、416gを、強撹拌のもと水(578g)の中に加えた。ついで、35質量%の2-メチル-1,5-ペンタンジアミン水溶液(34.3g)と35質量%のジエチレントリアミン水溶液(16.7g)を加えて、水性ポリウレタン樹脂分散体(B)を得た。
[Synthesis Example 2]
<Production of aqueous polyurethane resin dispersion (B)>
ETERNACOLL (registered trademark) UM90 (1/3) (manufactured by Ube Industries; number average molecular weight 873; hydroxyl value 128.5 mg KOH/g; polycarbonate diol obtained by reacting 1,4-cyclohexanedimethanol, 1,6-hexanediol (molar ratio 1:3) with a carbonate ester, 350 g), 2,2-dimethylolpropionic acid (52.2 g), and 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate (341 g) were heated in dipropylene glycol dimethyl ether (DMM, 262 g) under a nitrogen atmosphere at 80 to 95°C for 5 hours. The reaction mixture was cooled to 80°C, and triethylamine (39.3 g) was added and mixed, of which 416 g was added to water (578 g) under strong stirring. Then, a 35% by mass aqueous solution of 2-methyl-1,5-pentanediamine (34.3 g) and a 35% by mass aqueous solution of diethylenetriamine (16.7 g) were added to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion (B).

[合成例3]
<水性ポリウレタン樹脂分散体(C)の製造>
ETERNACOLL(登録商標) UM90(3/1)(宇部興産製;数平均分子量869;水酸基価129.1mgKOH/g;1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,6-ヘキサンジオール(モル比で3:1)と炭酸エステルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール、180g)と、2,2-ジメチロールプロピオン酸(26.9g)と、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(178g)とを、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DMM、131g)中、窒素雰囲気下で、80~95℃で5時間加熱した。反応混合物を80℃まで冷却し、これにトリエチルアミン(20.2g)を添加・混合したもののうち、398gを、強撹拌のもと水(562g)の中に加えた。ついで、35質量%の2-メチル-1,5-ペンタンジアミン水溶液(61.1g)を加えて、水性ポリウレタン樹脂分散体(C)を得た。
[Synthesis Example 3]
<Production of Aqueous Polyurethane Resin Dispersion (C)>
ETERNACOLL (registered trademark) UM90 (3/1) (manufactured by Ube Industries; number average molecular weight 869; hydroxyl value 129.1 mgKOH/g; polycarbonate diol obtained by reacting 1,4-cyclohexanedimethanol, 1,6-hexanediol (molar ratio 3:1) with a carbonate ester, 180 g), 2,2-dimethylolpropionic acid (26.9 g), and 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate (178 g) were heated in dipropylene glycol dimethyl ether (DMM, 131 g) under a nitrogen atmosphere at 80 to 95°C for 5 hours. The reaction mixture was cooled to 80°C, and triethylamine (20.2 g) was added and mixed, of which 398 g was added to water (562 g) under strong stirring. Then, a 35% by mass aqueous solution of 2-methyl-1,5-pentanediamine (61.1 g) was added to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion (C).

[合成例4]
<水性ポリウレタン樹脂分散体(D)の製造>
ETERNACOLL(登録商標) UM90(1/3)(宇部興産製;数平均分子量873;水酸基価128.5mgKOH/g;1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,6-ヘキサンジオール(モル比で1:3)と炭酸エステルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール、180g)と、2,2-ジメチロールプロピオン酸(26.8g)と、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(177g)とを、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DMM、136g)中、ジブチル錫ジラウリレート(0.3g)存在下、窒素雰囲気下で、80~95℃で5時間加熱した。反応混合物を80℃まで冷却し、これにトリエチルアミン(20.2g)を添加・混合したもののうち、429gを、強撹拌のもと水(596g)の中に加えた。ついで、35質量%の2-メチル-1,5-ペンタンジアミン水溶液(65.8g)を加えて、水性ポリウレタン樹脂分散体(D)を得た。
[Synthesis Example 4]
<Production of Aqueous Polyurethane Resin Dispersion (D)>
ETERNACOLL (registered trademark) UM90 (1/3) (manufactured by Ube Industries; number average molecular weight 873; hydroxyl value 128.5 mg KOH/g; polycarbonate diol obtained by reacting 1,4-cyclohexanedimethanol, 1,6-hexanediol (molar ratio 1:3) with a carbonate ester, 180 g), 2,2-dimethylolpropionic acid (26.8 g), and 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate (177 g) were heated in dipropylene glycol dimethyl ether (DMM, 136 g) in the presence of dibutyltin dilaurate (0.3 g) under a nitrogen atmosphere at 80 to 95°C for 5 hours. The reaction mixture was cooled to 80°C, and triethylamine (20.2 g) was added and mixed, of which 429 g was added to water (596 g) under strong stirring. Then, a 35% by mass aqueous solution of 2-methyl-1,5-pentanediamine (65.8 g) was added to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion (D).

[合成例5]
<水性ポリウレタン樹脂分散体(E)の製造>
ETERNACOLL(登録商標) UH-200(宇部興産製;数平均分子量2011;水酸基価55.8mgKOH/g;1,6-ヘキサンジオールと炭酸エステルとを反応させて得られたポリカーボネートジオール、301g)と、2,2-ジメチロールプロピオン酸(16.5g)と、イソホロンジイソシアネート(92.0g)とを、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DMM、135g)中、窒素雰囲気下で、80~95℃で5時間加熱した。反応混合物を80℃まで冷却し、これにトリエチルアミン(12.4g)を添加・混合したもののうち、495gを、強撹拌のもと水(745g)の中に加えた。ついで、35質量%の2-メチル-1,5-ペンタンジアミン水溶液(29.4g)を加えて、水性ポリウレタン樹脂分散体(E)を得た。合成例1~5の水性ポリウレタン樹脂分散体(A)~(E)の各種物性を、表1に示す。
[Synthesis Example 5]
<Production of aqueous polyurethane resin dispersion (E)>
ETERNACOLL (registered trademark) UH-200 (manufactured by Ube Industries; number average molecular weight 2011; hydroxyl value 55.8 mgKOH/g; polycarbonate diol obtained by reacting 1,6-hexanediol with carbonate ester, 301 g), 2,2-dimethylolpropionic acid (16.5 g), and isophorone diisocyanate (92.0 g) were heated in dipropylene glycol dimethyl ether (DMM, 135 g) under a nitrogen atmosphere at 80 to 95 ° C. for 5 hours. The reaction mixture was cooled to 80 ° C., and triethylamine (12.4 g) was added and mixed thereto, and 495 g of the mixture was added to water (745 g) under strong stirring. Then, a 35% by mass aqueous solution of 2-methyl-1,5-pentanediamine (29.4 g) was added to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion (E). Various physical properties of the aqueous polyurethane resin dispersions (A) to (E) of Synthesis Examples 1 to 5 are shown in Table 1.

[実施例1]
<耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(1)の製造>
水性ポリウレタン樹脂分散体(A)(200g)に水(68g)を加えて混合した後、ニカゾール(登録商標)FX-2018(日本カーバイド工業製;オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン;以下アクリルエマルジョン(X)と記す、132g)を室温下で混合して、耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(1)を得た。得られた組成物について、前記物性値の測定を行った。結果を表2に示す。
[Example 1]
<Preparation of Water-Based Acrylic-Urethane Composition (1) for Puncture-Resistant Materials>
Water (68 g) was added to and mixed with the aqueous polyurethane resin dispersion (A) (200 g), and then Nikasol (registered trademark) FX-2018 (manufactured by Nippon Carbide Industries; oxazoline crosslinked acrylic emulsion; hereinafter referred to as acrylic emulsion (X), 132 g) was added and mixed at room temperature to obtain an aqueous acrylic-urethane composition (1) for fracture-resistant materials. The above-mentioned physical property values of the obtained composition were measured. The results are shown in Table 2.

[実施例2]
<耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(2)の製造>
水性ポリウレタン樹脂分散体(B)(200g)に水(68g)を加えて混合した後、アクリルエマルジョン(X)(132g)を室温下で混合して、耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(2)を得た。得られた組成物について、前記物性値の測定を行った。結果を表2に示す。
[Example 2]
<Preparation of Water-Based Acrylic-Urethane Composition (2) for Puncture-Resistant Materials>
Water (68 g) was added to the aqueous polyurethane resin dispersion (B) (200 g) and mixed, and then acrylic emulsion (X) (132 g) was mixed at room temperature to obtain an aqueous acrylic urethane composition (2) for a fracture-resistant material. The above-mentioned physical properties of the obtained composition were measured. The results are shown in Table 2.

[実施例3]
<耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(3)の製造>
水性ポリウレタン樹脂分散体(A)(200g)に、ニカゾール(登録商標)RX-7022E(日本カーバイド工業製;オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン;以下アクリルエマルジョン(Y)と記す、300g)を室温下で混合して、耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(3)を得た。得られた組成物について、前記物性値の測定を行った。結果を表2に示す。
[Example 3]
<Preparation of Water-Based Acrylic-Urethane Composition (3) for Puncture-Resistant Materials>
An aqueous acrylic-urethane composition (3) for a fracture-resistant material was obtained by mixing 200 g of the aqueous polyurethane resin dispersion (A) with 300 g of Nikasol (registered trademark) RX-7022E (manufactured by Nippon Carbide Industries; oxazoline crosslinked acrylic emulsion; hereinafter referred to as acrylic emulsion (Y)) at room temperature. The above-mentioned physical properties of the obtained composition were measured. The results are shown in Table 2.

[実施例4]
<耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(4)の製造>
水性ポリウレタン樹脂分散体(C)(200g)に、アクリルエマルジョン(Y)(300g)を室温下で混合して、耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(4)を得た。得られた組成物について、前記物性値の測定を行った。結果を表2に示す。
[Example 4]
<Preparation of Water-Based Acrylic-Urethane Composition (4) for Puncture-Resistant Materials>
The aqueous polyurethane resin dispersion (C) (200 g) was mixed with the acrylic emulsion (Y) (300 g) at room temperature to obtain an aqueous acrylic urethane composition (4) for use in a fracture-resistant material. The above-mentioned physical properties of the obtained composition were measured. The results are shown in Table 2.

[実施例5]
<耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(5)の製造>
水性ポリウレタン樹脂分散体(D)(200g)に、アクリルエマルジョン(Y)(300g)を室温下で混合して、耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(5)を得た。得られた組成物について、前記物性値の測定を行った。結果を表2に示す。
[Example 5]
<Preparation of Water-Based Acrylic-Urethane Composition (5) for Puncture-Resistant Materials>
The aqueous polyurethane resin dispersion (D) (200 g) was mixed with the acrylic emulsion (Y) (300 g) at room temperature to obtain an aqueous acrylic urethane composition (5) for use in a fracture-resistant material. The above-mentioned physical properties of the obtained composition were measured. The results are shown in Table 2.

[実施例6]
<耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(6)の製造>
水性ポリウレタン樹脂分散体(E)(200g)に、アクリルエマルジョン(Y)(300g)を室温下で混合して、耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物(6)を得た。得られた組成物について、前記物性値の測定を行った。結果を表2に示す。
[Example 6]
<Preparation of Water-Based Acrylic-Urethane Composition (6) for Puncture-Resistant Materials>
The aqueous polyurethane resin dispersion (E) (200 g) was mixed with the acrylic emulsion (Y) (300 g) at room temperature to obtain an aqueous acrylic urethane composition (6) for use as a fracture-resistant material. The above-mentioned physical properties of the obtained composition were measured. The results are shown in Table 2.

[比較例1~7]
合成例1~5で得られた水性ポリウレタン樹脂分散体(A)、(B)、(C)、(D)及び(E)について、前記物性値の測定を行った。また、アクリルエマルジョン(X)及び(Y)について前記物性値の測定を行った。結果を表2に示す。
[Comparative Examples 1 to 7]
The above physical property values were measured for the aqueous polyurethane resin dispersions (A), (B), (C), (D) and (E) obtained in Synthesis Examples 1 to 5. The above physical property values were also measured for the acrylic emulsions (X) and (Y). The results are shown in Table 2.

Figure 0007487524000001
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Figure 0007487524000002
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表2の実施例1~6に示されるように、本発明の耐破壊特性材料用組成物を、塗布・加熱処理して得られる塗膜は、ABS基材への高い密着性を有すると共に、高い破断エネルギーを有する。また、水性ポリウレタン樹脂分散体とオキサゾリン架橋型アクリルエマルジョンの組み合わせによって、弾性率の制御が可能である。
一方、本発明者らにより以前に開示した、ウレタン結合、ウレア結合、カーボネート結合を有し、かつブロック化されたイソシアナト基を特定量で有する水性ポリウレタン樹脂分散体は、80℃の乾燥でできる塗膜の基材への密着性が低い(比較例1参照;特許文献5に該当)。
脂環構造を多く含む水性ポリウレタン樹脂分散体は、80℃の乾燥において、塗膜に亀裂が生じやすく、破断エネルギーの高い塗膜を作成することが困難である(比較例3及び比較例4)。
水性ポリウレタン樹脂分散体、オキサゾリン架橋型アクリルエマルジョンをそれぞれ単独で用いると、基材への密着性が低いが、両者を混合することで、基材への高い密着性を発現できることが示された。
As shown in Examples 1 to 6 in Table 2, the coating film obtained by applying and heating the composition for a fracture-resistant material of the present invention has high adhesion to ABS substrates and high breaking energy. In addition, the elastic modulus can be controlled by combining the aqueous polyurethane resin dispersion and the oxazoline crosslinked acrylic emulsion.
On the other hand, an aqueous polyurethane resin dispersion having a urethane bond, a urea bond, and a carbonate bond and a specific amount of blocked isocyanato groups, which has been previously disclosed by the present inventors, exhibits poor adhesion to a substrate when dried at 80°C (see Comparative Example 1; corresponding to Patent Document 5).
When an aqueous polyurethane resin dispersion containing a large amount of alicyclic structures is dried at 80° C., cracks tend to form in the coating film, and it is difficult to form a coating film with high breaking energy (Comparative Example 3 and Comparative Example 4).
When the aqueous polyurethane resin dispersion or the oxazoline crosslinked acrylic emulsion was used alone, the adhesion to the substrate was low, but by mixing the two, high adhesion to the substrate was achieved.

本発明の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物は、100℃以下の低温で乾燥した塗膜の基材への密着性が優れており、破断エネルギーの高い塗膜が得られることから、フロアコート、プラスチック基材又はゴムへのコート、鋼板処理剤、車両のプライマー層などの低温乾燥化による地球温暖化ガス排出抑制への貢献に期待される。 The water-based acrylic-urethane composition for fracture-resistant materials of the present invention has excellent adhesion to substrates when dried at low temperatures of 100°C or less, and produces coatings with high breaking energy. It is therefore expected to contribute to the reduction of greenhouse gas emissions by allowing low-temperature drying of floor coats, coatings for plastic substrates or rubber, steel plate treatment agents, vehicle primer layers, etc.

Claims (18)

水性ポリウレタン樹脂分散体(A)及びオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)を含む耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物であって、
水性ポリウレタン樹脂分散体(A)は、ポリオール化合物(Aa)、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)、中和剤(Ad)及び鎖延長剤(Ae)由来の構成単位を有し、
前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)のポリオール化合物(Aa)が、数平均分子量400~5000のポリカーボネートポリオールを含み、
前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)が脂環構造を含有し、脂環構造の含有割合が水性ポリウレタン樹脂分散体(A)の固形分基準で10~60重量%であり、
オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)は、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)と、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)と、水系媒体(Bc)とを有するアクリルエマルジョンである、水性アクリル・ウレタン組成物。
An aqueous acrylic urethane composition for a fracture-resistant material, comprising: an aqueous polyurethane resin dispersion (A) and an oxazoline crosslinking acrylic emulsion (B),
The aqueous polyurethane resin dispersion (A) has structural units derived from a polyol compound (Aa), a polyisocyanate compound (Ab), an acidic group-containing polyol (Ac), a neutralizing agent (Ad), and a chain extender (Ae),
The polyol compound (Aa) of the aqueous polyurethane resin dispersion (A) contains a polycarbonate polyol having a number average molecular weight of 400 to 5,000,
the aqueous polyurethane resin dispersion (A) contains an alicyclic structure, and the content of the alicyclic structure is 10 to 60% by weight based on the solid content of the aqueous polyurethane resin dispersion (A);
The oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) is an aqueous acrylic-urethane composition, which is an acrylic emulsion having a polymer (Ba) having an acrylic skeleton in its main chain and a functional group in its side chain that reacts with an oxazoline group, a water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton in its main chain and an oxazoline group, and an aqueous medium (Bc).
オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)中に含まれるオキサゾリン基が、2-オキサゾリン基、3-オキサゾリン基及び4-オキサゾリン基からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物。 The aqueous acrylic urethane composition for fracture-resistant materials according to claim 1, wherein the oxazoline group contained in the oxazoline crosslinking acrylic emulsion (B) is at least one selected from the group consisting of 2-oxazoline groups, 3-oxazoline groups, and 4-oxazoline groups. オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)の重量平均分子量が100,000以上2,000,000以下である、請求項1又は2に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物。 3. The aqueous acrylic-urethane composition for fracture-resistant materials according to claim 1 or 2, wherein the weight average molecular weight of the oxazoline crosslinking acrylic emulsion (B) is 100,000 or more and 2,000,000 or less . オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)中のアクリル骨格が、炭素数1~20の炭化水素基を有するアクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルから選ばれる少なくとも1成分をその構成単位に有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物。 The aqueous acrylic urethane composition for fracture-resistant materials according to any one of claims 1 to 3, wherein the acrylic skeleton in the oxazoline crosslinking acrylic emulsion (B) has at least one component selected from an acrylic acid ester and/or a methacrylic acid ester having a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms as a constituent unit. 前記オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)の含有量が、組成物全量に対して固形分基準で2~80質量%である、請求項1~4のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物。 The aqueous acrylic-urethane composition for fracture-resistant materials according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) is 2 to 80 mass% on a solids basis with respect to the total amount of the composition. オキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)中に含まれるオキサゾリン基の量が、エマルジョン全量に対して固形分基準で0.0002~0.4ミリモル/gである、請求項1~5のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物。 The aqueous acrylic urethane composition for a fracture-resistant material according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount of oxazoline groups contained in the oxazoline crosslinking acrylic emulsion (B) is 0.0002 to 0.4 mmol/g on a solids basis relative to the total amount of the emulsion. 前記ポリカーボネートポリオールのガラス転移温度が、-60℃~0℃である、請求項1~6のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物。 The water-based acrylic-urethane composition for fracture-resistant material according to any one of claims 1 to 6 , wherein the glass transition temperature of said polycarbonate polyol is -60°C to 0°C. 前記ポリカーボネートポリオールを構成するポリオールが1,6-ヘキサンジオール及び/又は1,4-シクロヘキサンジメタノールから選ばれる、請求項1~のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物。 The aqueous acrylic urethane composition for fracture-resistant materials according to any one of claims 1 to 7, wherein the polyol constituting the polycarbonate polyol is selected from 1,6-hexanediol and/or 1,4-cyclohexanedimethanol. 前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)のポリイソシアネート化合物(Ab)が、脂環式ポリイソシアネートである、請求項1~のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物。 The aqueous acrylic urethane composition for fracture-resistant materials according to any one of claims 1 to 8 , wherein the polyisocyanate compound (Ab) of the aqueous polyurethane resin dispersion (A) is an alicyclic polyisocyanate. 前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)の酸価が12~40mgKOH/gである、請求項1~のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物。 The aqueous acrylic urethane composition for fracture-resistant materials according to any one of claims 1 to 9 , wherein the aqueous polyurethane resin dispersion (A) has an acid value of 12 to 40 mg KOH/g. 前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)中のハードセグメントの含有量が固形分基準で20~65質量%である、請求項1~1のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物。 The aqueous acrylic urethane composition for fracture-resistant materials according to any one of claims 1 to 10 , wherein the content of the hard segment in the aqueous polyurethane resin dispersion (A) is 20 to 65 mass% based on the solid content. 請求項1~1に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物に任意成分として、その他の樹脂及び/又は添加剤を有する耐破壊材料特性用コーティング材料組成物。 A coating material composition for destruction-resistant material properties, comprising the aqueous acrylic-urethane composition for destruction-resistant material according to claim 1 or 2 , and optionally further comprising other resins and/or additives. プラスチック材料のコート、金属の外装用プライマー又はベースコート用の、請求項1~1のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物。 The water-based acrylic-urethane composition for anti-fracture properties materials according to any one of claims 1 to 11 for coatings of plastic materials, for exterior primers or base coats of metals. 請求項1~1のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物を乾燥させて得られる、塗膜。 A coating film obtained by drying the aqueous acrylic-urethane composition for a destruction-resistant material according to any one of claims 1 to 11 . 請求項1~1のいずれか一項に記載の耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物を20℃~100℃で乾燥させる工程を含む、塗膜の製造方法。 A method for producing a coating film, comprising a step of drying the aqueous acrylic-urethane composition for a fracture-resistant material according to any one of claims 1 to 11 at 20°C to 100°C. 請求項1に記載の方法により得られる塗膜のフロアコート、プラスチック又はゴムへのコート、鋼板処理剤、金属の外装用プライマー又はベースコートとしての使用。 10. Use of the coating film obtained by the method according to claim 15 as a floor coat, a coating for plastics or rubber, a steel plate treatment agent, or a primer or base coat for metal exteriors. (I)ポリオール化合物(Aa)、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)を、有機溶の存在下、又は非存在下で反応させてポリウレタンプレポリマーを得る工程、
(II)前記ポリウレタンプレポリマーの酸基を中和剤(Ad)で中和する工程、
(III)前記ポリウレタンプレポリマーを水系媒体に分散させる工程、
(IV)前記ポリウレタンプレポリマーを鎖延長剤(Ae)で高分子量化して水性ポリウレタン樹脂分散体を得る工程、
(V)主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)と、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)と、水系媒体(Bc)とを混合して得られたオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B)を、前記工程(IV)で得られた水性ポリウレタン樹脂分散体と混合する工程、及び場合により、
(VI)前記工程(IV)又は(V)に続いて、有機溶媒を除去する工程
を含む、耐破壊特性材料用の水性アクリル・ウレタン組成物を製造する方法であって、
前記ポリオール化合物(Aa)が、数平均分子量400~5000のポリカーボネートポリオールを含み、
前記水性ポリウレタン樹脂分散体が脂環構造を含有し、脂環構造の含有割合が水性ポリウレタン樹脂分散体の固形分基準で10~60重量%である、方法
(I) a step of reacting a polyol compound (Aa), a polyisocyanate compound (Ab), and an acidic group-containing polyol (Ac) in the presence or absence of an organic solvent to obtain a polyurethane prepolymer;
(II) neutralizing the acid groups of the polyurethane prepolymer with a neutralizing agent (Ad);
(III) dispersing the polyurethane prepolymer in an aqueous medium;
(IV) a step of increasing the molecular weight of the polyurethane prepolymer with a chain extender (Ae) to obtain an aqueous polyurethane resin dispersion;
(V) a step of mixing a polymer (Ba) having an acrylic skeleton in its main chain and a functional group reactive with an oxazoline group in its side chain, a water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton in its main chain and an oxazoline group, and an aqueous medium (Bc) to obtain an oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) with the aqueous polyurethane resin dispersion obtained in the step (IV); and optionally,
(VI) A method for producing an aqueous acrylic-urethane composition for use in a fracture-resistant material, comprising the step of removing the organic solvent following the step (IV) or (V),
The polyol compound (Aa) contains a polycarbonate polyol having a number average molecular weight of 400 to 5000,
The aqueous polyurethane resin dispersion contains an alicyclic structure, and the content of the alicyclic structure is 10 to 60% by weight based on the solid content of the aqueous polyurethane resin dispersion .
ポリオール化合物(Aa)、ポリイソシアネート化合物(Ab)、酸性基含有ポリオール(Ac)、中和剤(Ad)及び鎖延長剤(Ae)由来の構成単位を有する水性ポリウレタン樹脂分散体(A);並びに主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基と反応する官能基を側鎖に有する重合体(Ba)と、主鎖にアクリル骨格を有し、オキサゾリン基を有する水溶性又は水分散性の高分子(Bb)と、水系媒体(Bc)とを有するオキサゾリン架橋系アクリルエマルジョン(B);とを含む組成物であって、
前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)のポリオール化合物(Aa)が、数平均分子量400~5000のポリカーボネートポリオールを含み、
前記水性ポリウレタン樹脂分散体(A)が脂環構造を含有し、脂環構造の含有割合が水性ポリウレタン樹脂分散体(A)の固形分基準で10~60重量%であり、
20℃~100℃の低温で塗膜を形成し、JIS K 7311に準拠した方法により測定した測定温度23℃、湿度50%、引張速度100mm/分における引張特性を用いて算出した、破断エネルギーが80MPa以上であり、ABS樹脂基材へのコーティング膜の碁盤目剥離試験において、4回で剥離が見られない、水性アクリル・ウレタン組成物。
A composition comprising: an aqueous polyurethane resin dispersion (A) having structural units derived from a polyol compound (Aa), a polyisocyanate compound (Ab), an acidic group-containing polyol (Ac), a neutralizing agent (Ad) and a chain extender (Ae); and an oxazoline crosslinked acrylic emulsion (B) having a polymer (Ba) having an acrylic skeleton in its main chain and a functional group reactive with an oxazoline group in its side chain, a water-soluble or water-dispersible polymer (Bb) having an acrylic skeleton in its main chain and an oxazoline group, and an aqueous medium (Bc);
The polyol compound (Aa) of the aqueous polyurethane resin dispersion (A) contains a polycarbonate polyol having a number average molecular weight of 400 to 5,000,
the aqueous polyurethane resin dispersion (A) contains an alicyclic structure, and the content of the alicyclic structure is 10 to 60% by weight based on the solid content of the aqueous polyurethane resin dispersion (A);
A water-based acrylic-urethane composition which forms a coating film at low temperatures of 20°C to 100°C, and has a breaking energy of 80 MPa or more as calculated from tensile properties measured in accordance with JIS K 7311 at a measurement temperature of 23°C, a humidity of 50%, and a tensile speed of 100 mm/min., and which, in a cross-cut peel test of the coating film on an ABS resin substrate, shows no peeling after four tries.
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