KR20090091267A - Composition of water-dispersive re-emulsifiable polyurethane/arcrylate copolymer hybrid and method of producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수분산 재유화형 폴리우레탄 화합물과 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 수분산 폴리우레탄들에 비하여 운송 저장이 용이하고 고형분을 높여 물에 분산시켜 사용할 수 있으며 원가절감의 측면에서 유리한 수분산성 재유화형 폴리우레탄/아크릴공중합체 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a water dispersion re-emulsified polyurethane compound and a method for manufacturing the same, and more particularly, it is easier to transport and store than conventional water dispersion polyurethanes and can be used by dispersing it in water to increase solid content and to reduce cost. The present invention relates to a water dispersible reemulsifying polyurethane / acrylic copolymer resin composition and a method for producing the same.
일반적으로, 폴리우레탄은 다양한 원료들의 조합을 통하여 발포체, 섬유, 탄성체, 도료 및 접착제 등의 원료 물질로 광범위하게 사용되고 있다. 특히 폴리우레탄은 접착력과 내약품성 및 기계적 성질이 양호하여, 각종의 바인더와 도료 및 접착제의 제조에 유용하게 널리 이용되고 있다. In general, polyurethane is widely used as a raw material such as foams, fibers, elastomers, paints and adhesives through a combination of various raw materials. In particular, polyurethane has good adhesion, chemical resistance, and mechanical properties, and is widely used in the manufacture of various binders, paints, and adhesives.
오늘날 도료와 접착제로 이용되는 폴리우레탄은 유기 용매에 녹인 용제형이 주로 사용되어오고 있다. 그러나, 최근 휘발성 유기용제가 야기하는 환경 문제의 심각성이 대두되어지면서, 이를 해결하기 위하여 수분산형 폴리우레탄의 개발 필요성이 제기되고 있다. 이에 맞추어 수분산형 폴리우레탄이 개발되어 그 수요가 증가하고 있는 경향을 보이고 있지만, 내수성과 기계적 강도 등의 성능이 유기 용제형에 비하여 미흡한 수준이다. Polyurethanes, which are used as paints and adhesives today, are mainly used as solvents dissolved in organic solvents. However, as the severity of environmental problems caused by volatile organic solvents has recently emerged, the necessity of developing water-dispersed polyurethanes has been raised to solve them. Accordingly, water-dispersed polyurethanes have been developed and demand is increasing, but performances such as water resistance and mechanical strength are inferior to those of organic solvents.
오늘날 개발되어 있는 수분산 폴리우레탄의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 수득된 제품을 살펴보면, 도 1에 제시된 예비중합체로 제조하는 방법에 의하여 진행되고 있다. Looking at the production method of the water-dispersed polyurethane that is developed today and the product obtained by the production method, it is progressed by the method of producing a prepolymer shown in FIG.
이를 좀더 상세하게 살펴보면, 반응물로서 디메틸올 프로피온산(DMPA: dimethylol propionic acid)이나 디메틸올 부타논산(DMBA: dimethylol butanoic acid) 등의 카르복실산 그룹을 가진 저급 글리콜류와 폴리올 및 디이소시아네이트를 서로 반응시키고, 그 결과 형성되는 폴리우레탄 예비 중합체를 얻게 된다. 그 후, 상기 폴리우레탄 예비중합체의 주쇄에 이온기를 도입함으로써, 수용성을 부여하게 되고, 이를 통하여 계면활성제를 별도로 첨가하지 않고 스스로 수분산 상태로 콜로이드화될 수 있도록 하는 것이다. In more detail, as a reactant, lower glycols having a carboxylic acid group such as dimethylol propionic acid (DMPA) or dimethylol butanoic acid (DMBA), polyol and diisocyanate are reacted with each other. The result is a polyurethane prepolymer formed. Thereafter, by introducing ionic groups into the main chain of the polyurethane prepolymer, water solubility is imparted, thereby allowing the colloid to self-disperse in itself without adding a surfactant.
그러나, 이러한 종래의 방법으로 제조된 수분산 폴리우레탄 예비중합체는 수분산성이 약하므로 장시간 보관할 경우 침전을 일으키게 되어 저장 안정성이 취약한 경향을 보이고 있다. 또한, 종래의 방법으로 제조된 수분산 폴리우레탄 예비중합체는 물에 유화되어 있는 고형분이 적으므로, 필요한 양을 다른 지역으로 운반하고자 할 경우 고가의 운송비를 부담하여야 하는 단점이 있다. However, the water-dispersed polyurethane prepolymer prepared by such a conventional method is weak in water dispersibility, causing precipitation when stored for a long time and exhibiting a weak storage stability. In addition, the water-dispersed polyurethane prepolymer prepared by the conventional method has a small amount of solids emulsified in water, there is a disadvantage in that expensive transportation costs are required to transport the required amount to another region.
한편, 수분산형 폴리우레탄의 제조방법과 관련하여 유사한 기술분야로서 합성수지 공중합체의 분말화 기술을 예시할 수 있다. 예컨대, 유화중합을 통하여 얻어지는 도료 및 접착제용 고분자 라텍스의 저장 및 운송과 사용을 간편하게 하기 위하여, 이들을 분말화하는 기술이 개발되어 시멘트 혼화용으로 이용되고 있다. 이러한 용도로 사용되는 분말화된 수지들은 상온에서 도막이 형성될 수 있는 열적 성질을 가지는 아크릴 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체 등이다. 이러한 합성수지 공중합체는 건조 과정에서 도막이 형성되지 않도록 고온에서 분무 건조를 통하여 수분을 분말화하는 방법으로 제조되어진 후, 접착성 수지로 이용될 수 있다. 그러나, 이러한 합성수지 공중합체는 재유화된 후 도료로서 사용되었을 경우, 그의 건조 도막이 취약한 내수성을 보이는 단점을 가지고 있다. On the other hand, with respect to the manufacturing method of the water-dispersed polyurethane can be exemplified the powdering technology of the synthetic resin copolymer as a similar technical field. For example, in order to simplify the storage, transportation and use of polymer latex for paints and adhesives obtained through emulsion polymerization, a technique for powdering them has been developed and used for cement mixing. Powdered resins used for this purpose are acrylic copolymers, ethylene-vinylacetate copolymers, styrene-butadiene copolymers, and the like, which have a thermal property in which a coating film can be formed at room temperature. The synthetic resin copolymer may be prepared by a method of powdering water through spray drying at a high temperature so that a coating film is not formed in a drying process, and then may be used as an adhesive resin. However, such a synthetic resin copolymer has a disadvantage in that, when used as a paint after re-emulsification, its dry coating film exhibits poor water resistance.
한편, 폴리우레탄 탄성체는 유연성을 부여하는 폴리올이 구성하는 주쇄 분절의 유리전이온도가 낮으므로, 고온에서 건조하여 분말화하는 것이 불가능하다. 이러한 이유로 인하여 폴리우레탄 탄성체는 고온에서 분무건조를 행할 수 없고, 다른 합성수지 공중합체와는 달리 폴리우레탄 수지를 분말화하는 것이 곤란하다. On the other hand, the polyurethane elastomer has a low glass transition temperature of the main chain segment of the polyol which imparts flexibility, so that it is impossible to dry and powder at a high temperature. For this reason, the polyurethane elastomer cannot be spray dried at a high temperature, and unlike other synthetic resin copolymers, it is difficult to powder the polyurethane resin.
한편, 본 발명자들은 종래의 방법의 단점을 개선하기 위하여, 수분산성 폴리우레탄/에폭시 하이브리드 분말을 개발하여 특허출원을 하기도 하였는데(대한민국 특허출원 제2006-124966호), 이 방법에 의할 경우, 양호한 수분산형 폴리우레탄 수지를 제조할 수 있었다. On the other hand, the present inventors have developed a water-dispersible polyurethane / epoxy hybrid powder and filed a patent application in order to improve the disadvantages of the conventional method (Korean Patent Application No. 2006-124966). A water dispersion type polyurethane resin could be manufactured.
그러나, 본 발명자에 의한 상기의 특허출원에 의한 방법은 고가의 에폭시 수 지를 사용하여야 하였으므로 경제적 측면에서 원가부담이 크게 작용하는 단점이 있었다. 또한, 상기 특허출원에 의한 방법은 수분산성 폴리우레탄 수지의 제조방법이 에폭시계 수지로 한정되어 있었으므로, 그 물성의 조절이 어렵고 제조방법이 매우 한정되어 있는 한계를 가지고 있었으며, 이로 인하여 다양한 물성을 가진 수분산형 폴리우레탄 하이브리드 제품을 얻을 수 없었다. However, the method according to the patent application by the present inventors had to use expensive epoxy resins, and thus, there was a disadvantage in that the cost burden worked greatly in economic aspects. In addition, the method according to the patent application was limited to the epoxy-based resin manufacturing method of the water-dispersible polyurethane resin, it is difficult to control the physical properties and had a limitation that the manufacturing method is very limited, and thus various physical properties No water-dispersed polyurethane hybrid product was obtained.
이와 같이, 최근 환경문제로 인하여 수분산 폴리우레탄 수지의 제조방법이 점차적으로 개발되어 가고 있는 추세를 보여주고 있으나, 종래의 방법에 의할 경우 여전히 내수성과 저장안정성이 취약하고, 제품의 기계적 성질이 단점으로 지적되고 있었다. As described above, the production method of the water-dispersed polyurethane resin is gradually developed due to the recent environmental problems, but according to the conventional method, water resistance and storage stability are still weak and the mechanical properties of the product are poor. It was pointed out as a disadvantage.
따라서, 본 발명의 목적은 용제형 폴리우레탄을 대체할 수 있고, 또한 고가의 에폭시 수지를 이용하지 않으면서도 재유화가 가능하고, 저장안정성, 건조 후 내수성, 기계적 성질 등을 개선한 새로운 수분산성 재유화형 폴리우레탄/아크릴공중합체 수지 조성물을 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to replace a solvent-based polyurethane, and to re-emulsify without using an expensive epoxy resin, and to improve the storage stability, water resistance after drying, mechanical properties, etc. It is to provide a flammable polyurethane / acrylic copolymer resin composition.
또한, 본 발명의 다른 목적은 용제형 폴리우레탄을 대체할 수 있고, 또한 고가의 에폭시 수지를 이용하지 않으면서도 재유화가 가능하고, 저장안정성, 건조 후 내수성, 기계적 성질 등을 개선한 새로운 수분산성 재유화형 폴리우레탄/아크릴공중합체 수지 조성물의 제조방법을 제공하는 데 있다. In addition, another object of the present invention is to replace the solvent-based polyurethane, and also to re-emulsify without using an expensive epoxy resin, new water dispersibility that improved storage stability, water resistance after drying, mechanical properties, etc. It is to provide a method for producing a re-emulsified polyurethane / acrylic copolymer resin composition.
본 발명은 수분산성 재유화형 폴리우레탄 화합물과 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a water dispersible reemulsifying polyurethane compound and a method for producing the same.
본 발명은 폴리올과 디이소시아네이트를 반응시켜 주쇄에 이온기를 가지는 수분산형 폴리우레탄 예비중합체를 제조하고, 비닐실란 화합물과 아크릴공중합체 수지의 제조용 화합물을 반응시켜서 실란 변성 아크릴공중합체의 변성체를 제조한 다음, 상기의 수분산형 폴리우레탄 예비중합체와 상기의 실란 변성 아크릴공중합체 의 변성체를 혼합하고 물에 분산시켜서 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 수지 하이브리드를 제조한다. 본 발명은 상기의 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 수지를 염석하여 건조함으로써 재유화가 가능한 분말을 제조하게 된다. The present invention is to prepare a water-dispersible polyurethane prepolymer having an ionic group in the main chain by reacting a polyol and a diisocyanate, and to produce a modified body of a silane-modified acrylic copolymer by reacting a vinylsilane compound and a compound for preparing an acrylic copolymer resin. Next, the modified dispersion of the water-dispersible polyurethane prepolymer and the silane-modified acrylic copolymer are mixed and dispersed in water to prepare a water-dispersible polyurethane / acryl copolymer resin hybrid. The present invention is to prepare a powder that can be re-emulsified by salting and drying the water-dispersed polyurethane / acrylic copolymer resin.
본 발명에 의한 화합물은 수분산 재유화형 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드로 제조되는 것이 바람직하다. It is preferred that the compounds according to the invention are prepared from water-dispersible reemulsifying polyurethane / acrylic copolymer hybrids.
본 발명에 있어서, 상기 수분산 재유화형 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드는 아래의 화학식 (III)으로 표시되는 화합물인 것이 더욱 바람직하다. In the present invention, the water dispersion re-emulsifying polyurethane / acrylic copolymer hybrid is more preferably a compound represented by the formula (III) below.
(화학식 III)Formula III
단, 상기의 화학식(III)에 있어서, k, l, m, n, o, 그리고 p는 각각 1 이상의 정수를 나타내고, 그 비율은 제한적이지 않다. However, in the above general formula (III), k, l, m, n, o, and p each represent an integer of 1 or more, and the ratio is not limited.
본 발명에 의한 수분산 재유화형 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명하면, Referring to the production method of the water-dispersible re-emulsified polyurethane / acrylic copolymer hybrid according to the present invention in more detail,
a) 반응기 내에서 500~6000의 중량 평균 분자량을 갖는 에테르계, 카보네이트계, 아크릴계 또는 에스테르계 폴리올과, 지방족 또는 방향족 또는 지환족 디이소시아네이트를 서로 반응시켜 수분산 폴리우레탄 예비중합체를 제조하고, 이것을 중화제로 중화시켜서 수분산 폴리우레탄 예비중합체를 제조하고; a) preparing an aqueous dispersion polyurethane prepolymer by reacting an ether, carbonate, acrylic or ester polyol having a weight average molecular weight of 500 to 6000 with an aliphatic or aromatic or cycloaliphatic diisocyanate in a reactor, Neutralizing with a neutralizing agent to produce a water dispersible polyurethane prepolymer;
b) 반응기 내에서 비닐실란 화합물과 아크릴공중합체 수지를 제조하기 위한 화합물들을 순차적으로 투입하여 실란 변성 아크릴공중합체의 변성체를 제조하며; b) sequentially adding the compounds for preparing the vinylsilane compound and the acrylic copolymer resin in the reactor to prepare a modified body of the silane-modified acrylic copolymer;
c) 상기의 수분산 폴리우레탄 예비중합체와 상기의 실란 변성 아크릴공중합체의 변성체를 서로 반응시키고, 그 반응물을 물에 균일하게 분산시킨 후, 사슬 연장제를 투입하여 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 수지 하이브리드를 제조하는 것이다. c) The modified dispersion of the water-dispersed polyurethane prepolymer and the silane-modified acrylic copolymer are reacted with each other, the reactants are uniformly dispersed in water, and then a chain extender is added to the water-dispersed polyurethane / acrylic air. It is to produce a copolymer resin hybrid.
본 발명에 있어서, 다른 실시예로서, 상기의 b) 아크릴공중합체 변성체의 제조단계는 상기 수분산 폴리우레탄 예비중합체의 제조용 반응기와 동일한 것을 이용할 수도 있고, 별도의 것을 이용할 수도 있다. 동일한 반응기를 이용할 경우에는, 순차적으로 진행되는 것이지만, 서로 다른 반응기를 이용할 경우에는 서로 다른 반응기에서 수득된 화합물을 서로 혼합시켜서 폴리우레탄/아크릴 공중합체 혼합물을 얻고, 그 혼합물을 물에 분산시키고 교반한 다음, 사슬 연장제를 투입하여 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 수지 하이브리드를 제조할 수도 있다. In the present invention, as another embodiment, the manufacturing step of the b) acrylic copolymer modified body may be the same as the reactor for producing the water-dispersed polyurethane prepolymer, or may be used separately. When using the same reactor, it proceeds sequentially, but when using different reactors, the compounds obtained in different reactors are mixed with each other to obtain a polyurethane / acrylic copolymer mixture, which is dispersed in water and stirred Next, a water dispersion polyurethane / acryl copolymer resin hybrid may be prepared by adding a chain extender.
본 발명은 상기의 수분산 폴리우레탄 화합물을 제조한 다음, d). 그 수득된 용액에 무기산을 첨가하여 염석시키고, 탈수시킨 다음, 건조시켜서 분말화된 수분산 재유화형 폴리우레탄/아크릴 공중합체 수지를 제조할 수 있다. The present invention is to prepare the above water-dispersed polyurethane compound, d). The obtained solution can be salted by adding an inorganic acid, dehydrated, and then dried to prepare a powdered water dispersion re-emulsified polyurethane / acrylic copolymer resin.
본 발명에 의한 수분산 폴리우레탄 화합물은 물에 양호한 분산성을 가지고 있으므로, 종래의 용제형 폴리우레탄을 대체하여 사용될 수 있고, 이 경우 인체에 유해한 휘발성 용제를 사용하지 않게 되므로, 인체에 무해하고 환경친화적인 장점을 가지고 있다. Since the water-dispersed polyurethane compound according to the present invention has good dispersibility in water, it can be used in place of the conventional solvent-type polyurethane, in which case it is not harmful to the human body because it does not use a volatile solvent harmful to the human body, it is harmless to the environment It has friendly advantages.
본 발명에 의한 수분산형 폴리우레탄/아크릴공중합체 조성물은 재유화가 가능하여, 물에 적절한 농도로 분산시켜서 수분산 폴리우레탄 도료 및 접착제와 같은 방법으로 유용하게 사용될 수 있으며, 물에 재유화하여 사용할 때 고형분을 높이면 별도로 증점제를 첨가할 필요가 없고, 종래의 수분산 폴리우레탄에 비하여 건조가 빠르고 내수성이 우수한 물성을 보이는 장점을 가진다. The water-dispersible polyurethane / acrylic copolymer composition according to the present invention can be re-emulsified, and can be usefully used in the same manner as water-dispersed polyurethane paints and adhesives by dispersing in an appropriate concentration in water, and re-emulsifying in water When the solid content is increased, it is not necessary to add a thickener separately, and has the advantage of showing fast physical properties and excellent water resistance compared to conventional water-dispersed polyurethane.
또한, 본 발명에 의한 수분산 폴리우레탄 화합물은 분말화시킨 후 이것을 다시 물에 분산시켜 재유화시킬 수 있으므로, 환경오염의 문제를 일으키지 않고 다양한 제품에 응용할 수 있는 장점도 있다. In addition, since the water-dispersed polyurethane compound according to the present invention can be re-emulsified by powdering and re-dispersing it in water, there is also an advantage that can be applied to various products without causing problems of environmental pollution.
또한, 본 발명에 의한 수분산 폴리우레탄 화합물은 수분산성과 재유화성이 양호하므로, 종래의 수분산 폴리우레탄에 비하여 운송과 저장을 간편화할 수 있는 효과도 있는 것이다. In addition, since the water-dispersible polyurethane compound according to the present invention has good water dispersibility and re-emulsification, there is also an effect that can simplify transportation and storage as compared to conventional water-dispersed polyurethane.
또한, 본 발명에 의한 수분산 폴리우레탄 화합물은 건조분말을 물에 재유화하여 이용할 때 고형분을 높여 사용함으로써, 최종 제품의 건조시간을 단축할 수 있다.In addition, the water-dispersed polyurethane compound according to the present invention can shorten the drying time of the final product by using a high solid content when the dry powder is re-emulsified in water.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
1). 수분산 폴리우레탄 예비중합체(I)의 제조단계: One). Preparation of Water Dispersed Polyurethane Prepolymer (I):
본 발명은 수분산 폴리우레탄 예비중합체를 제조하는 단계를 포함하고 있다. 이 단계는 통상의 방법으로 수행될 수 있다. 제 1 도는 이 단계를 개략적으로 도시하고 있다. The present invention includes preparing a water-dispersed polyurethane prepolymer. This step can be carried out in a conventional manner. 1 shows schematically this step.
본 발명은 지방족 또는 방향족 또는 지환족 디이소시아네이트와, 500~6000의 중량 평균 분자량을 갖는 에테르계, 카보네이트계, 아크릴계 또는 에스테르계 폴리올을 반응시켜서 수분산 폴리우레탄 예비중합체를 제조한다. 이때, 글리콜을 함께 반응시키는 것이 더욱 바람직하다. The present invention prepares a water-dispersed polyurethane prepolymer by reacting an aliphatic or aromatic or alicyclic diisocyanate with an ether, carbonate, acrylic or ester polyol having a weight average molecular weight of 500 to 6000. At this time, it is more preferable to react the glycol together.
본 발명에 있어서, 상기의 방향족 디이소시아네이트의 대표적인 예로서는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenylmethane diisocyanate: MDI), 2,4- 또는 2,6-톨루엔 디이소시아네이트(2,4-or 2,6-toluene diisocyanate: TDI), 폴리머릭 MDI (polymeric MDI) 등이 있다. In the present invention, representative examples of the aromatic diisocyanate include 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 2,4- or 2,6-toluene diisocyanate (2, 4-or 2,6-toluene diisocyanate (TDI), polymeric MDI.
본 발명에 있어서, 상기의 지환족 디이소시아네이트로서는 4,4-디시클로헥산메탄디이소시아네이트(4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate: H12MDI), 이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate: IPDI), 1,4-시클로헥산디이소시아네이트(1,4-cyclohexylmethane diisocyanate: CHDI) 등이 있다.In the present invention, as the alicyclic diisocyanate, 4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate (H12MDI), isophorone diisocyanate (IPDI), 1,4-cyclo Hexane diisocyanate (1,4-cyclohexylmethane diisocyanate (CHDI)).
본 발명에 있어서, 상기 지방족 또는 방향족 또는 지환족 디이소시아네이트는 각각 단일 화합물 또는 혼합물 형태로 사용될 수 있다. 또한, 상기의 디이소시아네이트는 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한 상기 언급된 종류에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the aliphatic or aromatic or cycloaliphatic diisocyanate may be used in the form of a single compound or a mixture, respectively. In addition, the said diisocyanate is not limited to the kind mentioned above as long as the objective of this invention can be achieved.
본 발명에 있어서, 상기의 폴리올은 500~6000의 중량 평균 분자량을 갖는 에테르계 폴리올, 카보네이트계 폴리올, 아크릴계 폴리올, 또는 에스테르계 폴리올이 바람직하다. In the present invention, the polyol is preferably an ether polyol, a carbonate polyol, an acrylic polyol, or an ester polyol having a weight average molecular weight of 500 to 6000.
또한, 본 발명에 있어서, 상기의 글리콜은 이온화될 수 있는 카르복실산을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기의 글리콜은 디메티롤프 로피온산과 같은 카르복실산을 포함하고 있는 것을 예시할 수 있다. In the present invention, it is preferable that the glycol contains a carboxylic acid which can be ionized. More preferably, the glycol may include one containing carboxylic acid such as dimethyrolpropionic acid.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 반응물의 사용량은 당량비로 폴리올: 디이소시아네이트 = 1 : 1.0 ~ 1 : 2.5 이고, 보다 바람직하기로는 1 : 2 이다. In the present invention, the amount of the reactants used is equivalent to polyol: diisocyanate = 1: 1.0 to 1: 2.5, more preferably 1: 2.
본 발명은 상기의 폴리올: 상기 디이소시아네이트를 당량비로 1 : 1.0 내지 1 : 2.5의 범위내에서 반응시키면, 종래의 수분산 폴리우레탄 예비중합체가 얻어진다. 이러한 반응은 종래의 방식으로 수행될 수 있고, 이는 제 1 도에 잘 도시되어 있다. 이때, 종래의 방식으로 수득된 상기의 수분산 폴리우레탄 예비중합체로서, 그의 대표적인 실시예를 화학식(I)로 표기하고 있다. In the present invention, when the polyol: the diisocyanate is reacted in an equivalent ratio in the range of 1: 1.0 to 1: 2.5, a conventional water-dispersed polyurethane prepolymer is obtained. This reaction can be carried out in a conventional manner, which is well illustrated in FIG. At this time, as the water-dispersed polyurethane prepolymer obtained in a conventional manner, a representative example thereof is represented by the formula (I).
(화학식 I)Formula I
단, 상기 화학식(I)에 있어서, 사각형 기호는 이 기술분야에서 통상적으로 사용되어지는 우레탄 세그먼트를 나타낸다. However, in the above formula (I), the square symbol represents a urethane segment commonly used in the art.
본 발명에 있어서, 상기의 수분산 폴리우레탄 예비중합체(I)가 제조되어지면, 그 이후 중화제를 투입하여 중화시킨다. 상기 중화제로서는 트리에틸아민을 사용하는 것이 바람직하다. In the present invention, when the above water-dispersed polyurethane prepolymer (I) is produced, a neutralizing agent is added thereto and then neutralized. It is preferable to use triethylamine as said neutralizing agent.
2). 실란 변성 아크릴공중합체 변성체(II)의 제조 단계: 2). Preparation Step of Silane Modified Acrylic Copolymer Modified (II):
본 발명은 실란 변성 아크릴공중합체 변성체를 제조하는 단계를 포함하고 있다. 제 2 도는 이 단계를 개략적으로 도시하고 있다. The present invention includes preparing a silane-modified acrylic copolymer modified body. 2 shows schematically this step.
본 발명은 비닐 실란 화합물을 아크릴공중합체 수지 제조용 화합물과 서로 공중합시켜서 실란 변성 아크릴공중합체(II)를 제조한다. The present invention copolymerizes a vinyl silane compound with a compound for producing an acrylic copolymer resin to prepare a silane-modified acrylic copolymer (II).
본 발명에 있어서, 상기 실란 변성 아크릴공중합체 변성체(II)의 제조는 상기 수분산 폴리우레탄 예비중합체(I)의 제조과정에서 순차적으로 동일한 반응용기 내에서 진행될 수도 있고, 상기 수분산 폴리우레탄 예비중합체(I)의 제조과정과 별개로 별도의 반응용기 내에서 진행될 수도 있다. In the present invention, the production of the silane-modified acrylic copolymer modified (II) may be carried out in the same reaction vessel sequentially in the manufacturing process of the water-dispersed polyurethane prepolymer (I), the water-dispersed polyurethane preliminary Apart from the preparation of the polymer (I), it may be carried out in a separate reaction vessel.
본 발명에 있어서, 상기의 비닐 실란 화합물은 아크릴공중합체 수지의 공중합 과정에서 함께 반응할 수 있는 반응기를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이는 아크릴공중합체 수지 제조용 화합물과 공중합시키기 위하여 필요한 것이며, 상기의 반응기는 예컨대 3-메톡시시릴프로필메타아크릴레이트(3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate) 를 포함하는 것이 더욱 좋다. 이는 본 발명자의 선행 발명에 해당하는 대한민국 특허출원 제2006-124966호에 있어서 아미노 실란, 카르복실 실란, 히드록실 실란 등과 같은 에폭시 수지의 에폭시기와 반응할 수 있는 반응기를 가진 실란 화합물을 사용했던 것과 대비될 수 있다. 본 발명은 고가의 에폭시 수지를 사용하지 않고, 이를 아크릴 수지 화합물로 대체한 점에 그 기술적 특징의 하나로 하고 있기 때문이다.In the present invention, the vinyl silane compound preferably includes a reactor capable of reacting together in the copolymerization process of the acrylic copolymer resin. This is necessary in order to copolymerize with a compound for producing an acrylic copolymer resin, and the reactor may more preferably contain 3- (methoxymethoxyyl) propyl methacrylate, for example. This is in contrast to the use of a silane compound having a reactor capable of reacting with an epoxy group of an epoxy resin such as amino silane, carboxyl silane, hydroxyl silane, etc. in Korean Patent Application No. 2006-124966 corresponding to the inventor's prior invention. Can be. It is because this invention makes one of the technical characteristics in the point which replaced this by the acrylic resin compound, without using expensive epoxy resin.
본 발명에 있어서, 상기의 비닐 실란 화합물은 알콕시 실란, 아세톡시 실란 등과 같이 물에서 가수분해되어 실란올(silanol)기로 전환될 수 있는 것을 사용하 는 것이 바람직하다. 이는 최종적으로 수득되는 제품에 수분산성을 부여하는데 필요하다. In the present invention, it is preferable to use a vinyl silane compound that can be converted into a silanol group by hydrolysis in water such as alkoxy silane, acetoxy silane and the like. This is necessary to impart water dispersibility to the product finally obtained.
본 발명에 있어서, 상기의 아크릴공중합체 수지 제조용 화합물은 메틸(메타)아크릴레이트, 스티렌, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 히드록시에틸아크릴레이트, 히드록시메틸아크릴레이트, 메타아크릴산, 아크릴산 등의 단량체들을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 이들은 상기의 비닐 실란 화합물과 공중합 반응을 시키기 위하여 필요하다. In the present invention, the compound for producing the acrylic copolymer resin is methyl (meth) acrylate, styrene, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, hydroxyethyl acrylate, hydroxymethyl acrylate, meta Monomers, such as acrylic acid and acrylic acid, may be used alone or in combination, and these are necessary in order to copolymerize with the vinyl silane compound.
본 발명에 있어서, 상기의 비닐실란 화합물의 비율은 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드 중 0.1 ~ 20 중량% 의 범위이며, 보다 바람직하게는 2 ~ 8 중량%의 범위이다. 만일, 상기의 비닐실란 화합물이 상기 비율을 초과하는 경우, 수분산성 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드를 분말화시키는 것이 어렵게 되고, 최종 건조 후 얻어지는 폴리우레탄/아크릴 공중합체의 도막이 깨지기 쉬운 취약점을 보이게 되므로 바람직스럽지 못하게 된다. In this invention, the ratio of the said vinylsilane compound is the range of 0.1-20 weight% in a polyurethane / acryl copolymer hybrid, More preferably, it is the range of 2-8 weight%. If the vinylsilane compound exceeds the above ratio, it becomes difficult to powder the water-dispersible polyurethane / acryl copolymer hybrid, and the coating film of the polyurethane / acrylic copolymer obtained after the final drying shows fragile fragility. It doesn't make sense.
본 발명은 상기의 아크릴공중합체 수지: 상기 비닐실란 화합물을 최종 수지 고형분 중 중량비로 0.1 ~ 20 중량% 의 범위, 보다 바람직하기로는 2 ~ 8 중량% 의 범위가 되도록 반응시켜서, 실란 변성 아크릴공중합체 변성체를 얻게 된다. 상기 비닐 실란 화합물로서 3-메톡시시릴프로필메타아크릴레이트를 선택하고, 이것을 반응시킬 경우를 제 2 도에 나타내었으며, 그 경우에 수득된 실란 변성 아크릴공중합체의 일반식을 화학식(II)로 표기한 것이다. The present invention is the acrylate-modified acrylic copolymer by reacting the acrylic copolymer resin: the vinylsilane compound in the range of 0.1 to 20% by weight, more preferably 2 to 8% by weight in the weight ratio of the final resin solids You get a modified body. 3-methoxysilylpropyl methacrylate was selected as the vinyl silane compound, and the reaction was shown in FIG. 2, and the general formula of the silane-modified acrylic copolymer obtained in that case was represented by the formula (II). It is.
(화학식 II)Formula II
이때, 상기 화학식(II)에 있어서 k, l, m, 그리고 n 은 각각 1 이상의 임의의 정수를 나타내고 있으며, 그 비율은 제한적이지 않다. In the formula (II), k, l, m, and n each represent one or more arbitrary integers, and the ratio is not limited.
3). 폴리우레탄/아크릴 공중합체 수지 하이브리드(III)의 제조 단계: 3). Preparation Step of Polyurethane / Acrylic Copolymer Resin Hybrid (III):
본 발명은 상기의 폴리우레탄 예비중합체와 상기의 실란 변성 아크릴공중합체를 반응시켜 수분산형 폴리우레탄 화합물을 제조하는 단계를 포함하고 있다. 상기의 수분산 폴리우레탄 화합물은 화학식(III)으로 표기되는 폴리우레탄/아크릴 공중합체 수지 하이브리드인 것이 바람직하다. The present invention includes the step of preparing a water dispersible polyurethane compound by reacting the polyurethane prepolymer and the silane-modified acrylic copolymer. It is preferable that the water-dispersed polyurethane compound is a polyurethane / acrylic copolymer resin hybrid represented by the general formula (III).
본 발명에 있어서, 상기의 폴리우레탄 예비중합체와 상기 실란 화합물을 포함한 아크릴공중합체 변성체의 반응물은 중량비로 1 : 0.1 ~ 1 : 0.7 의 비율로 혼합되어지고, 더욱 바람직하게는 1 : 0.2 ~ 1 : 0.3 의 비율로 혼합되어진다. In the present invention, the reactant of the polyurethane prepolymer and the acrylic copolymer modified product including the silane compound are mixed in a weight ratio of 1: 0.1-1: 0.7, more preferably 1: 0.2-1. It is mixed in a ratio of 0.3.
만약, 상기 실란 변성 아크릴공중합체 변성체(II)의 제조단계를 그 이전단계의 반응용기와 다른 반응용기에서 별도로 진행하였을 경우에는, 상기 수분산 폴리우레탄 예비중합체(I)와 상기의 실란 변성 아크릴공중합체 변성체(II)를 하나의 반 응용기 내에서 서로 혼합하여 반응시켜주어야 한다. If the step of preparing the silane-modified acrylic copolymer modified body (II) is carried out separately from the reaction vessel of the previous stage and another reaction vessel, the water-dispersed polyurethane prepolymer (I) and the silane-modified acrylic Copolymer modified (II) should be reacted by mixing with each other in one semi-applied group.
본 발명은 상기의 폴리우레탄 예비중합체와 상기의 실란 변성 아크릴공중합체를 반응시켜 혼합물을 얻게 되면, 상기의 혼합물을 물에 분산시키고, 고속으로 교반시킨다. 이어서, 사슬연장제를 투입하여 반응을 진행한다. 상기의 사슬연장제로서는 아민화합물이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 디에틸렌 트리아민, 에틸렌 디아민, 또는 트리에틸렌 테트라아민을 예시할 수 있다. In the present invention, when the polyurethane prepolymer is reacted with the silane-modified acrylic copolymer to obtain a mixture, the mixture is dispersed in water and stirred at high speed. Then, the chain extender is added to proceed with the reaction. As said chain extender, an amine compound is preferable, More preferably, diethylene triamine, ethylene diamine, or triethylene tetraamine can be illustrated.
본 발명에 있어서, 상기의 폴리우레탄 예비중합체는 상기의 화학식(I)로 표기되어지는 화합물이 바람직하고, 또한 이온기를 약 2 중량% ~ 6 중량% 포함한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기의 실란 변성 아크릴공중합체 변성체는 상기의 화학식(II)로 표기되는 화합물이 바람직하다. In the present invention, the above-mentioned polyurethane prepolymer is preferably a compound represented by the above formula (I), and it is preferable to use one containing about 2% by weight to 6% by weight of an ionic group. In the present invention, the silane-modified acrylic copolymer modified compound is preferably a compound represented by the formula (II).
상기의 사슬연장제에 의한 반응이 종료되어지면, 폴리우레탄 화합물이 제조되어진다. 본 발명에 있어서, 상기의 폴리우레탄 화합물은 폴리우레탄/아크릴 공중합체 수지 하이브리드로서 구체화되어 얻어질 수 있다. When the reaction by the chain extender is finished, a polyurethane compound is produced. In the present invention, the above polyurethane compound can be obtained by embodying as a polyurethane / acrylic copolymer resin hybrid.
본 발명에 있어서, 상기의 폴리우레탄 화합물을 염기류에 의한 중화제로 중화시키면 수분산형 폴리우레탄 화합물이 얻어지게 된다. 중화제로서는 통상의 염기류 제품을 사용할 수 있다. In the present invention, when the polyurethane compound is neutralized with a neutralizing agent by a base, a water-dispersed polyurethane compound is obtained. As a neutralizing agent, a normal base product can be used.
제 3 도는 상기 수분산형 폴리우레탄 화합물의 대표적인 실시예로서 폴리우레탄/아크릴 공중합체 수지 하이브리드의 형태를 화학식(III)으로 나타낸 것이다. FIG. 3 shows the form of the polyurethane / acrylic copolymer resin hybrid as the representative example of the water-dispersible polyurethane compound, represented by Formula (III).
(화학식 III)Formula III
단, 상기 화학식(III)에 있어서, k, l, m, n, o, 그리고 p는 각각 1 이상의 정수를 나타내고, 그 비율은 제한적이지 않다. However, in the said general formula (III), k, l, m, n, o, and p represent the integer of 1 or more, respectively, The ratio is not restrict | limited.
4). 재유화형 분말 제품의 제조 단계: 4). Manufacturing steps for reemulsified powder products:
본 발명은 상기의 수분산형 폴리우레탄 화합물을 건조시켜 재유화형 분말 제품으로 전환시키는 단계를 더욱 포함하는 것이 바람직하다. 이는 최종 제품으로서 보관성 내지 저장성을 향상시킬 수 있고, 또한 다른 용도로의 적용범위를 더욱 다양화시키기 위한 것이다. The present invention preferably further comprises the step of drying the water-dispersible polyurethane compound and converting it into a reemulsified powder product. This is to improve storage and storage as a final product and to further diversify the scope of application to other uses.
본 발명은 상기의 수분산 폴리우레탄 화합물을 분말화하기 위하여, 염석제를 투여하여 염석과정을 거친다. 이때, 상기의 염석제는 통상의 첨가제를 사용할 수도 있고, 무기산을 사용할 수도 있다. 무기산으로서는 염산, 황산, 인산, 질산 등을 예시할 수 있으며, 그 중에서도 묽은 염산이 가장 바람직하다. 상기의 묽은 염산을 사용할 경우, 이는 추후 건조과정에서 쉽게 휘발되어지게 되므로, 그 잔류성분이 전혀 없게 되고, 이를 통하여 최종제품의 순도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다. 따 라서, 가장 바람직한 염석제로서 묽은 염산이 사용될 수 있다. In the present invention, in order to powder the water-dispersed polyurethane compound, a salting agent is administered to undergo a salting process. Under the present circumstances, a salt additive may use a normal additive, and may use an inorganic acid. Examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, and the like, and dilute hydrochloric acid is most preferred. When the dilute hydrochloric acid is used, since it is easily volatilized in a later drying process, there is no residual component, thereby further improving the purity of the final product. Thus, dilute hydrochloric acid may be used as the most preferred salting agent.
본 발명은 염석과정을 마친 다음, 여과장치를 이용하여 탈수를 시킨다. 탈수된 분말은 여전히 수분을 다량 포함하고 있으므로, 분말화를 위하여 더욱 건조를 필요로 한다. 이때 건조를 위하여 열풍으로 가열하면 건조 과정에서 필름이 형성되고, 이후 다시 물에 분산시킬 경우, 그 분산성이 약화되어지게 된다. 따라서 건조과정에서는 열풍 건조에 비하여 상온에서 진공건조시키는 것이 더욱 바람직하다. In the present invention, after the salting out process, dehydration is performed using a filtration device. Dehydrated powders still contain large amounts of moisture and therefore require further drying for powdering. In this case, when heated with hot air to dry, a film is formed in a drying process, and then dispersed in water, the dispersibility is weakened. Therefore, in the drying process, it is more preferable to vacuum dry at room temperature than hot air drying.
《 제조 실시예 1》<< Production Example 1 >>
반응기의 내부에 에테르계 폴리올로서 분자량이 1000인 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 (polytetramethylene ether glycol) 25 g과, 디메틸올 부타논산(DMBA) 3.13 g 과, 지환족계 이소시아네이트인 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI, Aldrich Chemical) 20.32 g 을 칭량하여 투입하고, 질소 기체 분위기의 60℃에서 3시간 동안 교반하면서 반응시키고 폴리우레탄 예비중합체를 제조하였다. 상기의 폴리우레탄 예비중합체는 그의 양단에 이소시아네이트기를 포함하고 있는 것으로서, 이것을 60℃ 이하로 유지하면서 트리에틸아민 3.1 g을 첨가하여 DMBA의 카르복실산기를 중화하였다. 25 g of polytetramethylene ether glycol having a molecular weight of 1000 as an ether polyol in the reactor, 3.13 g of dimethylol butanoic acid (DMBA), and isophorone diisocyanate as an alicyclic isocyanate (IPDI, Aldrich Chemical) 20.32 g) were weighed in, reacted with stirring for 3 hours at 60 ° C. in a nitrogen gas atmosphere, to prepare a polyurethane prepolymer. The polyurethane prepolymer described above contained an isocyanate group at both ends thereof, and neutralized the carboxylic acid group of DMBA by adding 3.1 g of triethylamine while maintaining it at 60 ° C. or lower.
상기 반응기의 내부에, 더욱 스티렌 2.36 g, 부틸아크릴레이트 2.36 g, 3-메톡시시릴프로필메타아크릴레이트 4.92g, 아크릴산 0.06 g 을 칭량하여 투입하고, 균일하게 혼합한 후 라디칼 반응 개시제로 아조비스이소부티로니트릴(2,2-Azo-bis(isobutyronitrile)) 0.2 g 을 다시 첨가하였다. 그 후, 60℃에서 질소기체 분 위기에서 3시간에 걸쳐 반응시켜 폴리우레탄 예비중합체와 아크릴공중합체의 혼합물을 제조하였다. Into the inside of the reactor, 2.36 g of styrene, 2.36 g of butyl acrylate, 4.92 g of 3-methoxysilylpropyl methacrylate and 0.06 g of acrylic acid were weighed and uniformly mixed, and then uniformly mixed with azobisiso. 0.2 g of butyronitrile (2,2-Azo-bis (isobutyronitrile)) was added again. Thereafter, the mixture was reacted at 60 ° C. for 3 hours in an atmosphere of nitrogen gas to prepare a mixture of the polyurethane prepolymer and the acrylic copolymer.
상기의 폴리우레탄 예비중합체와 상기의 실란 변성 아크릴공중합체가 중량비로 1: 0.2로 혼합된 것을 탈이온수 114.0 g에 첨가하여 30분 동안 교반하였더니, 안정된 콜로이드가 얻어졌다. 다시 여기에 사슬연장제로서 에틸렌디아민 1.52 g 을 첨가한 후, 60℃에서 2 시간 동안 반응시켜, 최종적으로 수분산 폴리우레탄/아크릴공중합체 하이브리드를 얻었다. A mixture of the polyurethane prepolymer and the silane-modified acrylic copolymer in a weight ratio of 1: 0.2 was added to 114.0 g of deionized water and stirred for 30 minutes to obtain a stable colloid. Again, 1.52 g of ethylenediamine was added thereto as a chain extender, and then reacted at 60 ° C. for 2 hours to finally obtain a water-dispersed polyurethane / acrylic copolymer hybrid.
《 제조 실시예 2》<< production example 2 >>
반응기의 내부에 상기의 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 (polytetramethylene ether glycol) 30 g과, 디메틸올 부타논산(DMBA) 3.5 g 과, 지환족계 이소시아네이트인 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI, Aldrich Chemical) 25 g 을 칭량하여 투입하고, 질소 기체 분위기의 60℃에서 3시간 동안 교반하면서 반응시키고 폴리우레탄 예비중합체를 제조하였다. 상기의 폴리우레탄 예비중합체를 60℃ 이하로 유지하면서 트리에틸아민 3.5 g을 첨가하여 DMBA의 카르복실산기를 중화하였다. 30 g of the above polytetramethylene ether glycol, 3.5 g of dimethylol butanoic acid (DMBA), and 25 g of isophorone diisocyanate (IPDI, Aldrich Chemical), which are alicyclic isocyanates, are weighed in the reactor. Charged, reacted with stirring for 3 hours at 60 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to prepare a polyurethane prepolymer. While maintaining the above polyurethane prepolymer at 60 ° C. or lower, 3.5 g of triethylamine was added to neutralize the carboxylic acid group of DMBA.
상기 반응기의 내부에, 더욱 스티렌 2.5 g, 부틸아크릴레이트 2.5 g, 3-메톡시시릴프로필메타아크릴레이트 5.2g, 아크릴산 0.1 g 을 칭량하여 투입하고, 균일하게 혼합한 후 아조비스이소부티로니트릴(2,2-Azo-bis(isobutyronitrile)) 0.3 g 을 다시 첨가하였다. 그 후, 55℃에서 질소기체 분위기에서 3.5시간에 걸쳐 반응시켜 폴리우레탄 예비중합체와 아크릴공중합체의 혼합물을 제조하였다. Into the inside of the reactor, 2.5 g of styrene, 2.5 g of butyl acrylate, 5.2 g of 3-methoxysilylpropyl methacrylate, and 0.1 g of acrylic acid were weighed, and mixed uniformly, followed by azobisisobutyronitrile ( 0.3 g of 2,2-Azo-bis (isobutyronitrile) was added again. Thereafter, the mixture was reacted in a nitrogen gas atmosphere at 55 ° C. for 3.5 hours to prepare a mixture of a polyurethane prepolymer and an acrylic copolymer.
상기의 폴리우레탄 예비중합체와 상기의 실란 변성 아크릴공중합체가 중량비로 1: 0.2로 혼합된 것을 탈이온수 130.0 g에 첨가하여 30분 동안 교반하였고, 안정된 콜로이드를 얻었다. 여기에 에틸렌디아민 1.7 g 을 첨가한 후, 60℃에서 2.5 시간 동안 반응시켜, 최종적으로 수분산 폴리우레탄/아크릴공중합체 하이브리드를 얻었다. A mixture of the polyurethane prepolymer and the silane-modified acrylic copolymer in a weight ratio of 1: 0.2 was added to 130.0 g of deionized water and stirred for 30 minutes to obtain a stable colloid. After adding 1.7 g of ethylenediamine to this, it was made to react at 60 degreeC for 2.5 hours, and finally the water-dispersed polyurethane / acryl copolymer hybrid was obtained.
《 제조 실시예 3》<< Production Example 3 >>
반응기의 내부에 분자량이 1000인 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 (polytetramethylene ether glycol) 25 g과, 디메틸올 부타논산(DMBA) 3.3 g 과, 4,4-디시클로헥산메탄디이소시아네이트(4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate) 22 g 을 칭량하여 투입하고, 질소 기체 분위기의 60℃에서 3.5시간 동안 교반하면서 반응시키고 폴리우레탄 예비중합체를 제조하였다. 상기의 폴리우레탄 예비중합체를 60℃ 이하로 유지하면서 트리에틸아민 3.2 g을 첨가하여 디메틸올 부타논산의 카르복실산기를 중화하였다. 25 g of polytetramethylene ether glycol having a molecular weight of 1000 in the reactor, 3.3 g of dimethylol butanoic acid (DMBA), and 4,4-dicyclohexanemethane diisocyanate (4,4'-dicyclohexylmethane) 22 g of diisocyanate) was weighed in, reacted with stirring at 60 ° C. under a nitrogen gas atmosphere for 3.5 hours, and a polyurethane prepolymer was prepared. 3.2 g of triethylamine was added to neutralize the carboxylic acid group of dimethylol butanoic acid while maintaining the above polyurethane prepolymer at 60 ° C. or lower.
다른 반응기의 내부에, 스티렌 2.5 g, 부틸아크릴레이트 2.5 g, 3-메톡시시릴프로필메타아크릴레이트 5.0 g, 아크릴산 0.08 g 을 칭량하여 투입하고, 균일하게 혼합한 후 아조비스이소부티로니트릴(2,2-Azo-bis(isobutyronitrile)) 0.3 g 을 다시 첨가하였다. 그 후, 60℃에서 질소기체 분위기에서 3시간에 걸쳐 반응시켜 아크릴공중합체의 혼합물을 제조하였다. Into another reactor, 2.5 g of styrene, 2.5 g of butyl acrylate, 5.0 g of 3-methoxysilylpropyl methacrylate, and 0.08 g of acrylic acid were weighed in, and mixed uniformly, followed by azobisisobutyronitrile (2 0.3 g of 2-Azo-bis (isobutyronitrile) was added again. Thereafter, the mixture was reacted at 60 ° C. for 3 hours in a nitrogen gas atmosphere to prepare a mixture of acrylic copolymers.
최초의 반응기의 내부에 상기의 폴리우레탄 예비중합체와 상기의 실란 변성 아크릴공중합체가 중량비로 1: 0.2로 되어지도록 혼합시키고, 그 혼합물을 탈이온수 120.0 g에 첨가하여 30분 동안 교반하여서, 안정된 콜로이드를 얻었다. 다시 여기에 사슬연장제로서 에틸렌디아민 1.7 g 을 첨가한 후, 60℃에서 2 시간 동안 반응시켜, 최종적으로 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드를 얻었다. The polyurethane prepolymer and the silane-modified acrylic copolymer were mixed at a weight ratio of 1: 0.2 in the first reactor, and the mixture was added to 120.0 g of deionized water and stirred for 30 minutes to stabilize the colloid. Got. Again 1.7 g of ethylenediamine was added thereto as a chain extender, and then reacted at 60 ° C. for 2 hours to finally obtain a water-dispersed polyurethane / acryl copolymer hybrid.
《 제조 실시예 4》<< production example 4 >>
상기 제조 실시예 3에 있어서, 반응기의 내부에 에테르계 폴리올로서 분자량이 1000인 폴리테트라메틸렌에테르글리콜 (polytetramethylene ether glycol) 25 g과, 지환족계 이소시아네이트로서 1,4-시클로헥산디이소시아네이트(1,4-cyclohexylmethane diisocyanate: CHDI) 20.5 g 을 칭량하여 투입한 것을 제외하고, 그 나머지는 동일하게 수행하여 폴리우레탄 예비중합체를 제조하였다. In Preparation Example 3, 25 g of polytetramethylene ether glycol having a molecular weight of 1000 as an ether polyol in the reactor and 1,4-cyclohexanediisocyanate (1,4) as an alicyclic isocyanate Except that 20.5 g of -cyclohexylmethane diisocyanate (CHDI) was weighed out, the rest was carried out in the same manner to prepare a polyurethane prepolymer.
또한, 스티렌 2.5 g, 에틸아크릴레이트 2.5 g, 3-메톡시시릴프로필메타아크릴레이트 5.1g 을 칭량하여 사용한 것을 제외하고, 그 나머지는 동일하게 수행하여 실란 변성 아크릴공중합체를 제조하였다. In addition, except that 2.5 g of styrene, 2.5 g of ethyl acrylate and 5.1 g of 3-methoxysilylpropyl methacrylate were used in the same manner, the remainder was performed in the same manner to prepare a silane-modified acrylic copolymer.
상기의 폴리우레탄 예비중합체와 상기의 실란 변성 아크릴공중합체를 중량비로 1: 0.2로 혼합시키고, 그 혼합물을 탈이온수 120.0 g에 첨가하여 40분 동안 교반하여 수행한 것을 제외하고, 그 나머지는 동일하게 진행하였으며, 최종적으로 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드를 얻었다. The polyurethane prepolymer and the silane-modified acrylic copolymer were mixed at a weight ratio of 1: 0.2, and the mixture was added to 120.0 g of deionized water and stirred for 40 minutes, except that the rest was the same. It progressed and finally obtained the water-dispersed polyurethane / acryl copolymer hybrid.
《 저장안정성의 측정》 << Measurement of storage stability >>
상기 제조 실시예 1 내지 제조 실시예 4에 의하여 얻어진 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드의 저장안정성을 확인하기 위하여, 각각의 입자의 크기를 측정하였다. 입자 크기는 Microtrac사의 광산란측정기 UPA 150를 이용하였다. 상기 실시예 1 내지 실시예 4에 의한 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드의 부피평균 입경을 아래의 표 1로 정리하였다. In order to confirm the storage stability of the water-dispersed polyurethane / acrylic copolymer hybrid obtained in Preparation Examples 1 to 4, the size of each particle was measured. The particle size was measured using UPtra 150, a light scatterometer from Microtrac. The volume average particle diameters of the water-dispersed polyurethane / acrylic copolymer hybrid according to Examples 1 to 4 are summarized in Table 1 below.
위의 측정결과에 의할 때, 이는 양호한 콜로이드로서 그 저장 안정성이 우수함을 확인할 수 있었다. 이는 본 발명자의 선행 기술인 대한민국 특허출원 제2006-124966호의 경우 수분산 폴리우레탄/에폭시 공중합체 하이브리드가 동일한 조건하에서 약 0.07 미크론이었던 것과 비교할 때, 그와 동등하거나 보다 더 우수한 물성을 가지고 있음을 알 수 있었다. Based on the above measurement results, it was confirmed that the storage stability was excellent as a good colloid. This indicates that the prior art Korean Patent Application No. 2006-124966, the inventors of the present invention, has a physical property equivalent to or better than that of the water-dispersed polyurethane / epoxy copolymer hybrid, which was about 0.07 micron under the same conditions. there was.
《 제조 실시예 5》 << production example 5 >>
상기의 제조 실시예 1에 의하여 얻어진 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드를 건조시켜 분말형 제품을 얻기 위하여, 그 후속 단계를 계속 진행하였다. In order to dry the water-dispersed polyurethane / acrylic copolymer hybrid obtained in Preparation Example 1 above to obtain a powdered product, the subsequent steps were continued.
상기의 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드에 묽은 염산을 첨가하여 염석을 일으킨 다음, 응집된 수지들을 여과하고, 이어서 상온에서 잔류수분이 중량부 5% 이하가 되어지도록 진공으로 건조하였다. 건조된 제품은 백색을 띠고 있었으며, 미립자 형상을 지닌 분말 형태로 수득할 수 있었다. Dilute hydrochloric acid was added to the water-dispersed polyurethane / acrylic copolymer hybrid to form a salt, and then the aggregated resins were filtered, and then dried in vacuo so that the residual moisture became 5 parts by weight or less at room temperature. The dried product was white in color and could be obtained in powder form with particulate form.
《 실험예 6 (재유화)》 Experimental Example 6 (Re-emulsification)
건조된 분말이 다시 물에 유화될 수 있는지의 여부를 확인하기 위하여, 상기 실험예 5에서 수득된 분말을 사용하였다. In order to confirm whether the dried powder can be emulsified again in water, the powder obtained in Experimental Example 5 was used.
상기 실험예 5에서 수득된 분말을 탈이온수에 트리에틸 아민을 첨가한 물에 첨가하고 30분간 교반시켰다. 그 결과 상기의 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드 분말은 재유화가 되었다. 분말화된 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드를 재유화한 후, 부피평균 입경을 측정하였다. 재유화시 안정적인 콜로이드로서의 기능을 정상적으로 수행할 수 있는지의 여부를 확인하기 위한 것이었다. 입자 크기는 상기 실험예 1에서 사용되었던 Microtrac사의 광산란측정기 UPA 150를 이용하여 측정되었다. 측정 결과, 입자의 부피 평균 입경은 0.06 ~ 0.11 미크론으로 확인되었다. 이는 여전히 안정적인 콜로이드의 특성을 보여준 것으로서, 본 발명에 의한 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드가 정상적으로 재유화될 수 있음을 확인시켜준 것으로 평가되었다. The powder obtained in Experimental Example 5 was added to water in which triethyl amine was added to deionized water and stirred for 30 minutes. As a result, the polyurethane / acrylic copolymer hybrid powder was reemulsified. After re-emulsifying the powdered water-dispersed polyurethane / acrylic copolymer hybrid, the volume average particle diameter was measured. It was to check whether the function as a stable colloid can be normally performed during reemulsification. Particle size was measured using a Microtrac light scattering meter UPA 150 used in Experimental Example 1. As a result, the volume average particle diameter of the particle was found to be 0.06 to 0.11 micron. This is still showing the stable colloidal properties, it was evaluated that the polyurethane / acrylic copolymer hybrid according to the present invention can be normally re-emulsified.
《제조품의 물성시험 1 ~ 4》 《
상기의 제조실시예 5의 방법으로 수행하되, 상기 비닐실란 화합물의 비율만을 각각 다르게 하여 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드를 제조하였다. 수득된 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드의 물성을 확인하기 위하여, 이를 시편으로 제작한 다음, 인장시험을 행하였다. A water dispersion polyurethane / acrylic copolymer hybrid was prepared by performing the method of Preparation Example 5, but using only a different ratio of the vinylsilane compound. In order to confirm the physical properties of the obtained water-dispersed polyurethane / acrylic copolymer hybrid, it was prepared as a specimen, and then subjected to a tensile test.
인장시험 방법은 ASTM D 638의 방법을 따랐으며, LLoyd사의 만능시험기AMETEK을 이용하였고, 시편을 당기는 속도는 500 mm/min로 하였다. Tensile test method was followed the method of ASTM D 638, LLoyd's universal testing machine AMETEK was used, the speed of pulling the specimen was set to 500 mm / min.
그 결과, 본 발명에 의한 수분산 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드는 상기 비닐 실란 화합물의 비율에 따라 아래의 표 2와 같은 물성을 가지고 있는 것으로 측정되었다. As a result, the water-dispersed polyurethane / acrylic copolymer hybrid according to the present invention was measured to have the physical properties shown in Table 2 below according to the ratio of the vinyl silane compound.
위의 측정결과에 의하면, 본 발명에 의한 재유화형 폴리우레탄/아크릴 공중합체 하이브리드는 인장 탄성율과 인장강도 및 파단신율 등에서 매우 양호한 성능을 발휘하는 것으로 확인되었다. According to the above measurement results, it was confirmed that the reemulsified polyurethane / acrylic copolymer hybrid according to the present invention exhibits very good performance in tensile modulus, tensile strength and elongation at break.
이상에서 본 발명에 의한 수분산 폴리우레탄 화합물 및 그 제조방법을 구체적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다. Although the water-dispersed polyurethane compound and its preparation method according to the present invention have been described in detail above, this is only for describing the most preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and the appended claims The range is determined and defined by.
또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다. In addition, anyone of ordinary skill in the art will be able to make various modifications and imitations by the description of the specification of the present invention, but it will be apparent that this is also outside the scope of the present invention.
도 1은 이소이사네이트와 카르복실산기를 가진 글리콜 및 폴리올의 반응으로 제조되는 수분산 폴리우레탄 제조용 예비중합체의 반응 개략도이고, 1 is a reaction schematic of a prepolymer for preparing a water-dispersed polyurethane prepared by the reaction of an isocyanate with a glycol having a carboxylic acid group and a polyol,
도 2는 비닐실란화합물을 포함한 아크릴 단량체들을 이용하여 아크릴공중합체 수지를 라디칼 중합으로 제조하는 개략도이며, 2 is a schematic diagram of preparing an acrylic copolymer resin by radical polymerization using acrylic monomers including a vinylsilane compound,
도 3은 본 발명에 의한 수분산 폴리우레탄/아크릴공중합체 하이브리드 분말 수지의 대표적인 화학구조식이다. Figure 3 is a representative chemical structural formula of the water-dispersed polyurethane / acrylic copolymer hybrid powder resin according to the present invention.
Claims (10)
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