JPH03195737A - 水性樹脂分散液 - Google Patents

水性樹脂分散液

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JPH03195737A
JPH03195737A JP1333863A JP33386389A JPH03195737A JP H03195737 A JPH03195737 A JP H03195737A JP 1333863 A JP1333863 A JP 1333863A JP 33386389 A JP33386389 A JP 33386389A JP H03195737 A JPH03195737 A JP H03195737A
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resin dispersion
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隆司 渡辺
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規にして有用なる水性樹脂分散液に関する。
さらに詳細には、本発明は反応性極性基を有する水性ポ
リウレタン樹脂の存在下に、反応性単量体を主体とする
単量体類を共重合させて得られる、それ自体は極めて安
定であって、皮膜形成ののちにおいては、皮膜強度も、
皮膜の耐久性も、共にすぐれる皮膜を与える、極めて有
用性の高い水性樹脂分散液に関する。
そして、本発明の水性樹脂分散液は、とりわけ、不織布
バインダーなどをはじめとする繊維加工用として、紙加
工用として、塗料用として、接着剤用として、あるいは
セメント改質剤などとして、広範な用途に利用される。
〔従来の技術〕
この種の水性樹脂分散液は、これまでにも、各種の乳化
剤を用いての乳化重合法により製造されてきており、無
公害性、作業性の良さ、および省資源型のものであるな
どの面から、塗料、接着剤、紙加工剤、繊維加工剤、モ
ルタル改質剤などといった広範な用途に差し向けられて
きた。
しかしながら、かかる乳化重合に用いられる乳化剤は、
水を飛散させて被膜となしたのちにおいても、皮膜中に
残存したままで、それがために、皮膜の耐水性などの諸
性能に悪影響を及ぼし、諸性能を低下させる原因となっ
ている。
そこで、こうした欠点を補う方法として、これまでにも
、各種の架橋反応を通して、皮膜の耐水性、耐溶剤性お
よび強度を向上せしめるという方法が採られてきている
そのうちでも、広く行なわれているのが、N−メチロー
ル(メタ)アクリルアミドやN−ブトキシメチル(メタ
)アクリルアミドなどの反応性極性基含有単量体を共重
合成分として用いるという方法であるし、あるいは、水
溶性トリメチロールメラミン樹脂などの、いわゆる多官
能性熱硬化性樹脂を、加工時において、併用するという
方法ではあるが、これらの方法は、いずれも、水性樹脂
分散液それ自体の化学的安定性を低下させるという要因
ともなる架橋成分が用いられており、それがために、己
ずと、こうした架橋成分の多量の導入は制限されること
となる。
〔発明が解決しようとする課題] このように、従来技術に従う限りは、乳化剤や架橋成分
を大量に用いることができない、という決定的な欠点の
解消が、未解決課題として提起されることとなる。
そこで、本発明者らは、こうした現状の認識と、従来技
術における種々の未解決課題の抜本的な解決と、当業界
における切なる要望との上に立って、保存安定性にすぐ
れ、なおかつ、諸皮膜性能にすぐれる、極めて有用性の
高い水性樹脂分散液を得るべく、鋭意、研究に着手した
したがって、本発明が解決しようとする課題は、−にか
かって、保存安定性にすぐれ、しかも、耐水性、耐溶剤
性ならびに強度などをはじめとする皮膜性能にも優れる
、極めて有用性の高い水性樹脂分散液を提供することで
ある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは上述した如き発明が解決しようとする課題
に照準を合わせ、鋭意、検討を重ねた結果、基本的には
、従来技術におけるような、単一のポリマーの改良に終
始するのでは不十分であって、複数ポリマーを複合化さ
せ、かつ、それぞれのポリマーの特徴を最大限に引き出
しうるという、極めて効率的な手段によるのが最善であ
るとの認識の上に立って、反応性極性基を有する水性ポ
リウレタン、つまり、反応性極性基含有ポリウレタンの
水性分散液の存在下に、反応性極性基含有単量体を主体
とする単量体類を共重合させて得られる、それ自体は極
めて安定でありながら、−旦、媒体たる水を飛散せしめ
ることによって、皮膜となした場合には、強伸度の高い
、しかも、耐久性にすぐれる、こうした有用性の高い皮
膜を与える、極めて有用性の高い水性樹脂分散液が得ら
れることを見い出すに及んで、本発明を完成させるに到
った。
すなわち、本発明は基本的には、反応性極性基(以下、
官能基ともいう。)を分子中に有するポリウレタンの存
在下に、該ポリウレタンの官能基と反応しうる官能基(
以下、反応性基ともいう。)を有するα、β−エチレン
性不飽和結合含有単量体(以下、不飽和単量体ともいう
。)を必須の成分とする不飽和単量体類を共重合させて
得られる水性樹脂分散液を提供しようとするものである
ここにおいて、上記した反応性極性基含有ポリウレタン
とは、たとえば、水酸基、アミノ基またはカルボキシル
基の如き、各種の、いわゆるイオン性基を分子中に有す
るポリウレタン樹脂を指称するものであり、したがって
、当該官能基含有ポリウレタンは、かかるイオン性基と
いう親水性の基を有するものである処から、自己乳化し
、自己分散しうるちのである。
当該官能基含有ポリウレタンを調製するには、たとえば
、常法に従い、公知慣用のポリオール成分と、ポリイソ
シアネート成分とを反応せしめ、かくして得られるウレ
タンプレポリマーを、公知慣用の、2個以上の活性水素
原子を有する低分子量化合物により鎖伸長化せしめれば
よく、また、かくして得られる官能基含有ポリウレタン
を水中に安定に溶解し分散せしめて水性ポリウレタンを
調製するには、この官能基含有ポリウレタンの側鎖ない
しは末端に、上掲された如き各種のイオン性基を導入せ
しめればよく、かくして、ポリウレタンそれ自体に親水
性が付与され、その結果、水に溶解もし、あるいは、自
己乳化により、容易に水中に分散化される。
ところで、当該ポリウレタンのイオン性基としてカルボ
キシル基を選び、該カルボキシル基をポリウレタンに導
入せしめる場合には、当該ポリウレタンの酸価が、つま
り、該カルボキシル基の導入された官能基含有ポリウレ
タンの酸価としては、当8亥ポリウレタンの固形分光た
り、lO〜200なる範囲内、好ましくは、15〜10
0なる範囲内が適切である。
10未満の場合には、どうしても、重合時の安定性が確
保され難く、しかも、最終的に得られる水性樹脂分散液
の貯蔵安定性も悪くなり易く、−方、200を超える場
合には、どうしても、強度、耐水性および/または耐溶
剤性などの諸物性の面の向上化が期し得なくなるので、
いずれの場合も好ましくない。
また、カルボキシル基、アミノ基または水酸基以外のイ
オン性基を導入しようとしても、当該ポリウレタンと不
飽和単量体類との充分な架橋性が認められないので、推
奨できない。
前記したポリオール成分として特に代表的なもののみを
挙げるに留めれば、ポリエステルポリオールまたはポリ
エーテルポリオールなどであり、他方、前記したポリイ
ソシアネート成分として特に代表的なもののみを挙げる
に留めれば、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシ
アネートまたは芳香族ジイソシアネートを用いて、常法
により、得られるウレタンプレポリマーなどである。
また、鎖伸長剤として用いられる前記した活性水素原子
含有低分子量化合物として特に代表的なもののみを例示
するに留めれば、ジオール類またはジアミン類などであ
る。
かくして得られる官能基含有ポリウレタンと反応しうる
官能基(反応性基)を有する不飽和単量体として特に代
表的なもののみを例示するに留めれば、まず、前述した
官能基含有ポリウレタンのこの官能基がカルボキシル基
の場合には、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリ
シジルもしくはアリルグリシジルエーテルの如きグリシ
ジル系化合物;N−メチロールアクリルアミドもしくは
N−メチロールメタクリルアミドまたはN−メトキシメ
チルアクリルアミドもしくはN−ブトキシメチルメタク
リルアミドの如き、N−メチロール化合物またはN−メ
チロールエーテル化合物;アクリル酸−2−ヒドロキシ
エチル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル
酸−2−ヒドロキシプロピルもしくはメタクリル酸−2
−ヒドロキシプロピルの如き、不飽和カルボン酸のヒド
ロキシアルキルエステル類;あるいはアリルアルコール
などである。
また、官能基含有ポリウレタンの官能基が水酸基の場合
における、反応性基を含有する不飽和単量体として特に
代表的なもののみを例示するに留めれば、上掲された如
き、それぞれ、各種のグリシジル系化合物またはN−メ
チロール化合物もしくはN−メチロールエーテル化合物
などのほかに、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸
、マレイン酸、フマル酸もしくはイタコン酸、またはこ
れらマレイン酸、フマル酸もしくはイタコン酸の半エス
テル類の如きカルボキシル系化合物;あるいはビニルイ
ソシアネートもしくはアリルイソシアネートの如きイソ
シアネート系化合物などである。
さらに、官能基含有ポリウレタンの官能基がアミノ基で
ある場合には、上掲された如き、それぞれ、各種のN−
メチロール化合物もしくはN−メチロールエーテル化合
物、または各種のイソシアネート系化合物、あるいは各
種のグリシジル系化合物などが、特に代表的な反応性基
含有不飽和単量体として挙げられる。
上述したこれらの反応性基含有不飽和単量体類の使用量
としては、全単量体類中、0.5〜30重量%なる範囲
内、好ましくは、1〜10重量%なる範囲内が適切であ
る。
0.5重量%未満の場合には、どうしても、前記水性ポ
リウレタン中の官能基が、未反応のままに、多量に残存
することとなり、ひいては、架橋が不十分となり、その
結果、皮膜の耐水性、耐薬品性ならびに強伸度の向上化
が果たされ得なくなり、一方、30重量%を超えて余り
に多量となる場合には、どうしても、乳化重合時の安定
性も、さらには、水性樹脂分散液の貯蔵安定性も、共に
、悪くなり易いので、いずれの場合も好ましくない。
他方、反応性基を何ら含有しない、他の共重合性単量体
類としては、勿論、上掲された如き各種の反応性基含有
不飽和単量体と共重合可能なものであれば、いずれも使
用可能であるが、それらのうちでも特に代表的なものの
みに例示するに留めれば、アクリル酸メチル、アクリル
酸ブチルもしくはアクリル酸2−エチルヘキシルの如き
アクリル酸エステル類;メタクリル酸メチル、メタクリ
ル酸エチルもしくはメタクリル酸ブチルの如きメタクリ
ル酸エステル類;マレイン酸ジエチル、フマル酸ジブチ
ルもしくはイタコン酸ジエチルの如き不飽和ジカルボン
酸ジエステル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルもし
くは第三級カルボン酸ビニルの如きビニルエステル類;
スチレン、α−メチルスチレン、クロルスチレン、p 
−tert−ブチルスチレンもしくはビニルトルエンの
如き芳香族ビニルエステル類;ビニルピロリドンの如キ
複素環式ビニル化合物;塩化ビニル、アクリロニトリル
、ビニルエーテル、ビニルケトンまたはビニルアミドな
どの各種ビニル単量体;塩化ビニリデン、臭化ビニリデ
ンもしくは、ぶつ化ビニリデンの如きハロゲン化ビニリ
デン化合物;エチレンもしくはプロピレンの如きα−オ
レフィン類;ブタジェンの如きジエン類;ビニルトリク
ロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス
(β−メトキシエトキシ)シランもしくはT−メタクリ
ロキシプロピルトリメトキシシランの如きシラン系化合
物;アクロレイン、ダイア七トンアクリルアミド、ビニ
ルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルブチルケ
トン、ジアセトンアクリレートまたはアセトニトリルア
クリレートなどの各種α。
β−エチレン性不飽和単量体;あるいはN−メチルアク
リルアミド、N−イソブチルアクリルアミド、N−メチ
ルメタクリルアミド、N−エトキシメチルアクリルアミ
ド、N−n−ブトキシメチルアクリルアミドもしくはN
−イソプロポキシメタクリルアミドの如き、そして、ア
クリルアミド、メタクリルアミドもしくはジアセトンア
ミドの如き各種アミド類などである。
上掲された如き代表的な各種の不飽和単量体類を用いる
にさいし、前述した水性ポリウレタンと不飽和単量体類
との比率としては、それぞれの固形分換算比で、不飽和
単量体類の100重量部に対して、水性ポリウレタンの
5〜400重量部なる範囲内、好ましくは、10〜10
0重量部なる範囲内が適切である。
かかる範囲内を逸脱するときは、どうしても、重合安定
性が悪くなったり、強度および耐久性などの低下を来た
すようになったりするので、いずれの場合も好ましくな
い。
本発明においては、かかる水性ポリウレタンが不飽和単
量体類の反応の場となりうるので、乳化剤などの界面活
性剤の使用は、必ずしも入用ではないが、不飽和単量体
類の100重量部に対して、0〜20重量部なる範囲内
で用いることも、−向に差し支えはない。
かかる界面活性剤(乳化剤)として特に代表的なものの
みを例示するに留めれば、ドデシルベンゼン硫酸ナトリ
ウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムもしくは
アルキルアリールポリエーテル硫酸塩の如き各種の陰イ
オン性乳化剤;またはポリオキシエチレンラウリルエー
テル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルもし
くはポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン・ブロ
ック共重合体の如き各種の非イオン性乳化剤などである
が、慣用量の範囲内で、適量、選択して用いればよい。
また、こうした乳化剤の代わりに、あるいは、乳化剤と
の併用の形で、分散剤として、水溶性オリゴマーを用い
ることもできるのは、勿論である。
さらに、ポリビニルアルコールもしくはヒドロキシエチ
ルセルロースの如き水溶性高分子物質を、上述の乳化剤
と併用した形で、共重合反応を行なったり、あるいは、
共重合反応後において、水性樹脂分#41液に添加した
りすることも有効である。
かかる乳化剤、水溶性オリゴマーおよび/または水溶性
高分子物質の合計使用量としては、不飽和単量体類の1
00重量部に対して、0〜20重量部なる範囲内が適切
である。
これよりも多くなると、どうしても、水を飛散させて皮
膜としたさいの耐水性などが著しく低下させることにも
なるので、好ましくない。
他方、共重合反応にさいして用いられるラジカル重合開
始剤として特に代表的なもののみを例示するに留めれば
、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、またはアゾビ
スイソブチロニトリルもしくはその塩酸塩などであり、
さらには、クメンハイドロパーオキサイドまたはter
 t−ブチルハイドロパーオキサイドなどの有機過酸化
物も、必要に応じて、使用することができる。
さらにはまた、これらの過硫酸塩や過酸化物などと、鉄
イオンの如き金属イオン、あるいは、ナトリウムスルホ
キシレートホルムアルデヒド、ピロ亜硫酸ナトリウムま
たはL−アスコルビン酸などの還元剤を組み合わせて用
いられる、いわゆるレドックス系開始剤をも用いること
ができる。
共重合反応時における水性樹脂分散液の濃度は、実用的
な観点から、最終的には、25〜65重量%なる固形分
含有率となるようにするのがよ(、また、反応系への不
飽和単量体類およびラジカル重合開始剤は、−括仕込み
方式、連続滴下方式または分割添加方式などの公知慣用
のいずれの方式に従ってもよいことは、勿論である。
共重合反応時の反応温度も、公知の乳化重合反応で行な
われているような範囲内、たとえば、50〜80℃なる
範囲内でよく、また、かかる共重合反応は、常圧下に、
あるいは、ガス状の不飽和単量体類を使用するときには
、加圧下において行なわれる。
かくして得られる本発明の水性樹脂分散液は、たとえば
、不織布加工などに用いられる場合には、強伸度、耐洗
濯性ならびに耐ドライクリーニング性などにすぐれ、し
かも、極めて柔軟なものから、携では硬いものまで、用
途に応じた広い範囲の風合を有する製品を与えることが
できるので、衣料用や資材用などの不織布を提供するこ
とができ、したがって、こうした不織布加工用などの用
途に最適なものである。
また、含浸性やスプレー性などの種々の安定性も良好な
ものである処から、たとえば、被覆側として、塗料とし
て、接着剤として、シーリング剤として、あるいは、発
泡用バインダーなどとしても用いることができる。
〔発明の効果〕
以上のようにして得られる本発明の水性樹脂分散液は、
とりわけ、保存安定性にも優れるし、しかも、耐候性、
耐水性、耐溶剤性、耐薬品性ならびに強伸度などの諸々
の皮膜物性などにも優れるものである。
したがって、基本的には、塗料用、接着剤用、紙加工用
、繊維加工用ならびにシーリング剤用などの、極めて広
範な分野に利用することができる。
〔実施例〕
次に、本発明を参考例、実施例および比較例により、−
層、具体的に説明する。以下において、部および%は特
に断りのない限り、すべて重量基準であるものとする。
参考例1 (水性ポリウレタンの調製例)テレフタル酸
の294部、イソフタル酸6294部、エチレングリコ
ールの131部およびジエチレングリコールの223部
を混合して、180〜230 ’Cで8時間のあいだ、
加熱してエステル化反応を行なったのち、酸価が1より
も小さくなるまで、230°Cで6時間のあいだ、縮合
反応を行なった。
次いで、減圧下において、120″Cで脱水処理を行な
ってから、90°Cまで冷却したのち、メチルエチルケ
トンの263部を加えて攪拌し、充分に溶解させた処、
酸価が0.7で、かつ、水酸基価が50なるポリエステ
ルポリオールが得られた。
しかるのち、このポリエテルポリオールの226部とイ
ソホロンジイソシアネートの44部とを、75℃におい
て、充分に攪拌混合せしめたのち、鎖伸長剤としての2
,2−ジメチロールプロピオン酸の13部を加え、70
°Cで12時間のあいだ反応せしめた。
反応終了後、40″Cまで冷却してから、5%アンモニ
ア水の35部を加えて水溶化せしめた。
次いで、かくして得られた透明な反応生成物より、減圧
下において、60°Cでメチルエチルケトンを除去せし
めてから、イオン交換水を加えて濃度を調整せしめた処
、半透明な水性ポリウレタンが得られた。以下、これを
水性ポリウレタン(A−1)と略記するが、このものの
性状値は、次表に示されている通りである。
*25°Cにおけるプルツク・フィールド粘度(60r
、p、rn、) 実施例1 攪拌機、温度計、滴下漏斗および窒素ガス導入口を備え
た四ツロフラスコに、「レベノール甑」〔花王(株)製
の陰イオン性乳化剤;固形分=25%〕の8部、イオン
交換水の15.7部および水性ポリウレタンの111.
1部を仕込んで、攪拌を開始し、窒素気流中で70°C
に昇温し、次いで、過硫酸アンモニウムの016部を加
えてから、予め、アクリル酸エチルの75部、アクリル
酸n−ブチルの10部、アクリロニトリルの5部、およ
びメタクリル酸グリシジルの10よりなる不飽和単量体
類の100部と、[レベノールWZJの6部およびイオ
ン交換水の30部とを用いて調製しておいた混合乳化液
を、3時間に亘って滴下した。このさいの反応温度は7
0部3°Cに保持した。
滴下終了後も、同温度範囲に1時間のあいだ保持しつつ
、攪拌下に反応継続させ、次いで、冷却して25%アン
モニア水にてpHを8〜9に調整し、不揮発分が44.
5%で、25°Cにおける粘度が27cps 、で、か
つ、pHが8.1なる水性樹脂分散液を得た。
実施例2〜5ならびに比較例1および2第2表に示され
るような原料使用割合に変更した以外は、実施例1と同
様にして、各種の水性樹脂分散液を得た。それらの性状
値は、同表に示す通りである。
性能確認例1〜8 実施例1〜5ならびに比較例1および2で得られた、そ
れぞれの水性樹脂分散液と、さらに、水性ポリウレタン
(A−1)とを、各別に、ガラス板上で、乾燥時の膜厚
が0.4〜0.51となるようにキャスティングし、2
0°Cで一昼夜、自然乾燥して被膜を得、次いで、80
°Cにおいて5分間の乾燥を行なってから、100°C
で2分間の架橋化(キユアリング)を行なって、供試用
フィルムを得た。
次いで、それぞれのフィルムについて、諸性能の評価を
行なった。それらの結果は、第3表に示される通りであ
る。
なお、性能の評価は、次に示されるような要領で行なっ
たものである。
フィルム強伸度・・・フィルムを3号ダンヘルで打ち抜
き、テンシロンにて、300mm/minなる引張り速
度で、強度および伸度を測定した。
耐水性・・・フィルムを約20mm角に切り取り、イオ
ン交換水中に3日間のあいだ浸漬して引き上げ、フィル
ム表面の水分を軽く拭き取ったのちに秤量した(W+)
。さらに、そのフィルムを100″Cで1時間のあいだ
乾燥して、放冷後に秤量した(W2)。
次式により算出した吸水率を以て表示した。
耐溶剤性・・・フィルムを正20mm角に切り取り、ト
ルエン中に一昼夜のあいだ浸漬して引き上げ、面積膨潤
率(%)を求めた。
貯蔵安定性・・・水性樹脂分散液を50°Cで、30日
間のあいだ放置したのちの水性樹脂分散液の皮膜化の有
無や、水性樹脂分散液それ自体の状態変化などを目視に
より判定した。
O・・・成膜可 △・・・成膜不可 ×・・・放置中にゲル化 応用例Iおよび2 実施例1および3で得られた水性樹脂分散液を、それぞ
れ、水で希釈して、固形分を15%に調整してから、各
別に、目付が40 g/m”なるポリエステル・ウェブ
に含浸せしめ、100°Cで5分間の乾燥を行ない、1
40°Cで5分間のベーキングを行なうことによって、
樹脂固形分/繊維=25/100(重量比)なる不織布
を得た。
次いで、JIS L−1085なる、いわゆる不織布芯
地試験方法に従って、不織布のドライクリーニング強さ
および洗濯強さを、主として、不織布の形態変化の有無
の別を通して評価判定した。
それらの結果は、第4表に示される通りであり、加工不
織布の耐久性の確認データーとして位置づけられる。
4 註) A級・・・変化なし B級・・・ピリングの発生 0級・・・型くずれ 第3表からも明らかなように、官能基含有水性ポリウレ
タンと、反応性基含有不飽和単量体を主体とする不飽和
単量体類との共重合系に係る本発明の水性樹脂分散液は
、それぞれ、水性ポリウレタンまたは不飽和単量体類の
単独使用系においては、全く、見られないほどの、耐水
性および耐溶剤性ならびに強度および伸度などの著しい
向上化を果たしうるものであることが知れるし、また、
反応性基不含の不飽和単量体類のみを用いて得られる水
性樹脂分散液に比しても、同様に、耐水性、耐溶剤性な
らびに強度などの諸物性の上で、格段にすぐれるもので
あることが知れる。
他方、第4表からも明らかなように、本発明の水性樹脂
分散液は、たとえば、不織布加工用バインダーとして、
極めてすぐれた耐久性、就中、耐ドライクリーニング性
と耐洗濯性とを発揮するものであることも知れる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、反応性極性基含有ポリウレタンの存在下に、該ポリ
    ウレタンの反応性極性基と反応しうる反応性極性基を有
    するα,β−エチレン性不飽和結合含有単量体を必須の
    成分とするα,β−エチレン性不飽和結合含有単量体類
    を共重合させて得られる水性樹脂分散液。 2、前記した反応性極性基含有ポリウレタンが、カルボ
    キシル基、水酸基またはアミノ基のうちの、少なくとも
    、いずれか一つの反応性極性基を有するものである、請
    求項1に記載の水性樹脂分散液。 3、前記した反応性極性基含有ポリウレタンが、10〜
    200なる範囲内の酸価を有するものである、請求項1
    に記載の水性樹脂分散液。 4、前記した反応性極性基を有するα,β−エチレン性
    不飽和結合含有単量体が、エポキシ基、N−メチロール
    基、N−メチロールエーテル基、カルボキシル基、イソ
    シアネート基またはアミド結合のうちの、少なくとも、
    いずれか一つの反応性極性基を有するものである、請求
    項1に記載の水性樹脂分散液。
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