WO2013058365A1 - ポリ(ヒドロキシカルボン酸)セグメントとペンダントカルボキシル基を有する共重合ポリウレタン樹脂、これを含有するエマルションおよび接着剤組成物 - Google Patents

ポリ(ヒドロキシカルボン酸)セグメントとペンダントカルボキシル基を有する共重合ポリウレタン樹脂、これを含有するエマルションおよび接着剤組成物 Download PDF

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菜央子 篠沢
木津本 博俊
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東洋紡株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a copolymer polyurethane resin having a poly (hydroxycarboxylic acid) segment and a pendant carboxyl group, an aqueous emulsion containing the copolymer polyurethane resin, and an adhesive composition.
  • the aqueous dispersion by the water dispersion is the most versatile and promising from the viewpoint of good workability and protection of the working environment.
  • the synthetic resin itself that forms the aqueous dispersion is preferably composed mainly of biodegradable and plant-derived raw materials from the viewpoint of preventing environmental pollution after disposal.
  • Polylactic acid resins having a polylactic acid resin and a polylactic acid segment can be produced from plant-derived raw materials and are also biodegradable, and thus are regarded as preferable materials from the viewpoint of preventing environmental pollution.
  • aqueous dispersion of a polylactic acid resin as disclosed in Patent Document 1, a self-emulsification dispersion has been proposed in which the polylactic acid resin itself has an emulsifying function and does not require an emulsifier for water dispersion. .
  • the present invention has been made in the background of such prior art. That is, the problem to be solved by the present invention is to provide a water-dispersible biodegradable adhesive that has a high initial adhesive force and that can be maintained for a long period of time without decreasing the adhesive force over time.
  • Poly (hydroxycarboxylic acid) polyol (A), diol compound (B) having at least one carboxyl group in one molecule, and monovalent or polyhydric alcohol compounds other than (A) and (B) (C) is a copolymer polyurethane resin mainly composed of a structure obtained by bonding a diisocyanate compound (D) with a polyaddition reaction, wherein the poly (hydroxycarboxylic acid) polyol is other than L-lactic acid residue and L-lactic acid (B) the weight fraction of the residue is 1 to 6% when the weight fraction of the residue (A) is 100%, A copolymer polyurethane resin having a weight fraction of 0 to 50%.
  • copolymer polyurethane resin according to (1) wherein the acid value is from 50 eq / ton to 500 eq / ton.
  • An adhesive composition in which a polyfunctional compound having reactivity with a carboxyl group is blended in the emulsion of (6) or (7).
  • the poly (hydroxycarboxylic acid) segment of the copolymer polyurethane resin of the present invention is mainly composed of an L-lactic acid residue and an aliphatic hydroxycarboxylic acid residue other than L-lactic acid.
  • the progress of crystallization is also suppressed.
  • by having a pendant carboxyl group it is excellent in curability. As a result, it is possible to provide a water-dispersed biodegradable adhesive having a high initial adhesive force and capable of maintaining the adhesive force for a long period of time.
  • the copolymer polyurethane resin of the present invention comprises a poly (hydroxycarboxylic acid) polyol (A), a diol compound (B) having at least one carboxyl group in one molecule, and a monovalent other than (A) and (B).
  • it is a copolymer polyurethane resin mainly having a structure in which a polyhydric alcohol compound (C) and a diisocyanate compound (D) are combined by a polyaddition reaction, wherein the poly (hydroxycarboxylic acid) polyol is an L-lactic acid residue.
  • the number average molecular weight of the copolymer polyurethane resin of the present invention is not particularly limited, but is preferably 5,000 or more and less than 80,000. More preferably, it is 10,000 or more and less than 50,000, and further preferably 15,000 or more and less than 40,000. If the number average molecular weight is too low, the number of sulfonic acid metal bases in one molecule of the copolymer polyurethane resin tends to be small, and it tends to be difficult to form stable emulsion particles, and it tends to become brittle when formed into a thin film. It is in. On the other hand, when the number average molecular weight is too high, it becomes difficult to obtain a uniform emulsion.
  • the copolymer polyurethane resin of the present invention has an acid value, it preferably has an acid value of 50 eq / ton or more and 500 eq / ton or less, more preferably 80 eq / ton or more and 300 eq / ton or less, and more preferably 90 eq / ton. More preferably, it is 150 eq / ton or less.
  • a copolymer polyurethane resin having an acid value in this range is excellent in water dispersibility, and when used as an adhesive, has a good balance between curability and water resistance and tends to have high adhesive strength.
  • the copolymer polyurethane resin of the present invention does not need to have a sulfonate group, but exhibits an effect of being particularly excellent in water dispersibility by having a sulfonate group of 50 eq / ton or more and 500 eq / ton or less.
  • the concentration of the sulfonate group is more preferably from 80 eq / ton to 300 eq / ton, and even more preferably from 100 eq / ton to 200 eq / ton.
  • the sulfonate group concentration is too low, the particle size of the aqueous dispersion particles formed is increased, and the storage stability and coating suitability are lowered.
  • the coating suitability mentioned here refers to the property that a smooth coat layer having excellent transparency can be obtained when an emulsion liquid is applied onto a substrate and subsequently dried.
  • the coating suitability is poor, the dry coating surface becomes rough, the transparency is lowered, or the film forming property itself is not obtained, and the film scraps are formed without forming the coating layer. .
  • the weight fraction of the poly (hydroxycarboxylic acid) segment preferably occupies 50% to 95%, and more preferably 60% to 90%.
  • a copolymerized polyester resin in which the copolymerization ratio of the poly (hydroxycarboxylic acid) segment is within this range has a high degree of biomass and excellent biodegradability.
  • the poly (hydroxycarboxylic acid) polyol (A) is an essential copolymer component of the copolymer polyurethane resin of the present invention.
  • the copolymer polyurethane resin of the present invention exhibits good biodegradability while having a urethane skeleton.
  • the poly (hydroxycarboxylic acid) polyol (A) mainly consists of an L-lactic acid residue and an aliphatic hydroxycarboxylic acid residue other than L-lactic acid.
  • the poly (hydroxycarboxylic acid) polyol is not an L-lactic acid homopolymer but copolymerized with an aliphatic hydroxycarboxylic acid other than L-lactic acid, whereby the crystallinity of the polylactic acid skeleton is disrupted, Demonstrate the effect of crystallinity.
  • Aliphatic hydroxycarboxylic acids other than L-lactic acid are not particularly limited, but preferred examples include D-lactic acid residues, hydroxycarboxylic acid residues other than lactic acid, and cyclic lactone residues. D-lactic acid residue increases biodegradability and degree of biomass, and ⁇ -caprolactone residue exhibits high biodegradability and the effect of improving adhesiveness by lowering the glass transition temperature of copolymer polyurethane resin. Is particularly preferable.
  • the ratio of L-lactic acid residues to aliphatic hydroxycarboxylic acid residues other than L-lactic acid is not particularly limited, but the weight fraction of L-lactic acid residues is It is more preferably 40% or more and 70% or less, and further preferably 50% or more and 60% or less. If the weight fraction of the L-lactic acid residue is too high, the solubility of the poly (hydroxycarboxylic acid) polyol (A) in a general-purpose solvent tends to be poor, making it difficult to produce a polyurethane resin. In the case of an adhesive using a polyurethane resin, the adhesive strength may decrease when a long time elapses after bonding.
  • the weight fraction of the lactic acid residues including the D-lactic acid residues and the L-lactic acid residues is preferably 50% or more.
  • the weight fraction of the lactic acid residue is too low, the biomass degree of the copolymer polyurethane resin tends to be low and the biodegradability tends to be poor.
  • the weight fraction of lactic acid residues in the poly (hydroxycarboxylic acid) polyol (A) is preferably 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more, and 70% by weight or more. More preferably.
  • the number average molecular weight of the poly (hydroxycarboxylic acid) polyol (A) is not particularly limited, but is preferably 400 to 10,000, more preferably 800 to 7,000, still more preferably 2,000 to 5,000. Range. If the number average molecular weight of the component (A) is too low, the proportion of the diisocyanate compound (D) in the urethane resin of the present invention is relatively high, and thus the biomass degree of the resulting copolymer polyurethane resin cannot be increased. Also, the glass transition temperature tends to increase due to an increase in the number of urethane bonds, and therefore the heat seal adhesion at temperatures below 100 ° C. tends to deteriorate.
  • the poly (hydroxycarboxylic acid) polyol (A) can be obtained, for example, by ring-opening copolymerization of L-lactide and one or more cyclic esters other than L-lactide using a polyol as an initiator.
  • the polyol is preferably a diol, and more preferably a sulfonate group-containing diol.
  • cyclic esters other than L-lactide include hydroxycarboxylic acid cyclic dimers other than L-lactide such as glycolide, D-lactide, DL-lactide, ⁇ -caprolactone, ⁇ -valerolactone, and ⁇ -butyrolactone. And cyclic lactones such as ⁇ -propiolactone.
  • ⁇ -caprolactone is preferable from the viewpoint of lowering the glass transition temperature of the copolymer polyurethane resin and improving the adhesiveness, and also excellent in biodegradability and chemical stability. From the viewpoints of high biodegradability and high degree of biomass, D-lactide and DL-lactide are preferred.
  • the polyol used as the initiator is not particularly limited, and aliphatic polyols such as ethylene glycol, glycerin and pentaerythritol, polyether polyols such as polyethylene glycol and polyglycerin, polyester polyols, and the like can be used. Further, by using a compound having a functional group in the polyol used as the initiator, various functions can be added. For example, when a polyol having a sulfonate group is used, the water-dispersibility of the resulting copolymer polyurethane can be increased. Demonstrate the effect of improving.
  • the polyol used as the initiator is preferably a sulfonate group-containing diol, and a self-emulsifying function can be imparted to the copolymerized polyurethane resin without copolymerizing the sulfonate group-containing diol again during urethane polymerization.
  • Preferred examples of the sulfonate group include a sulfonate metal base, a sulfonate quaternary ammonium base, and a sulfonate quaternary phosphonium base.
  • the sulfonic acid metal base include alkali metal bases such as lithium base, sodium base, and potassium base.
  • Examples of the sulfonic acid quaternary ammonium base and the sulfonic acid quaternary phosphonium base include tetraalkylammonium salts and tetraalkylphosphonium salts, wherein the alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, Moreover, it does not necessarily need to be comprised from 1 type of alkyl groups.
  • Polyester diol compound having chemical structure obtained by condensation reaction of dibasic acid having sulfonate group and / or glycol component having sulfonate group and other dibasic acid and / or other glycol From the viewpoint of solubility in a general-purpose solvent.
  • the dibasic acid having a sulfonate group include isophthalic acid-5-sulfonate, terephthalic acid-3-sulfonate, 1,8-naphthalenedicarboxylic anhydride-4-sulfonate, and the like. It is preferable that it is 1 type, or 2 or more types chosen from these. Further, diester compounds of these dibasic acids may be used.
  • isophthalic acid-5-sulfonate terephthalic acid-3-sulfonate, and 1,8-naphthalenedicarboxylic anhydride-4-sulfonate.
  • It is preferably a diester compound of dibasic acid that is one or more selected.
  • diester compounds of these dibasic acids and diols such as ethylene glycol and propylene glycol can be used as a glycol component having a sulfonate group.
  • a compound represented by the following general formula (1) is particularly preferable from the viewpoint of availability of raw materials.
  • R is a divalent saturated aliphatic hydrocarbon group having 2 to 5 carbon atoms
  • M is Li, Na, K, quaternary ammonium or quaternary phosphonium
  • m is a positive integer
  • n is a positive integer
  • the quaternary ammonium is preferably the following general formula (2)
  • the quaternary phosphonium is preferably the following general formula (3).
  • R1, R2, R3 and R4 are the same or different hydrocarbon groups having 1 to 18 carbon atoms
  • R5, R6, R7 and R8 represent the same or different hydrocarbon groups having 1 to 18 carbon atoms.
  • the diol compound (B) is an essential copolymer component of the copolymer polyurethane resin of the present invention.
  • the diol compound (B) has at least one carboxyl group in one molecule. Specific examples include dimethylolpropionic acid, dimethylolbutanoic acid, and glyceric acid.
  • a pendant carboxyl group is introduced into the copolymer polyurethane resin of the present invention, and the effect of improving the water dispersibility and the effect of improving the reactivity with the curing agent is exhibited.
  • a pendant carboxyl group refers to the carboxyl group which exists in parts other than the terminal of a polymer principal chain.
  • the copolymerization ratio of the diol compound (B) is 1 to 6%, and the weight fraction of the (B) residue is 1 to 5% when the weight fraction of the (A) residue is 100%. It is more preferable. If the copolymerization ratio of the component (B) is too high, the resulting particle stability of the emulsion tends to be poor. If it is too low, the reactivity with the curing agent tends to be poor and sufficient adhesive strength cannot be obtained.
  • the alcohol compound (C) is not an essential copolymer component of the copolymer polyurethane resin of the present invention, but the weight fraction of the residue (C) when the weight fraction of the residue (A) is 100%. It can be used as a copolymerization component in the range of 50% or less. By using compounds having various functional groups as the component (C), various functions can be added to the copolymer polyester of the present invention.
  • the component (C) may be composed of one kind of alcohol compound or may be composed of a mixture of two or more kinds of alcohol compounds.
  • a polyol having a sulfonate group is used as the alcohol compound (C)
  • the sulfonate group is introduced in a pendant form into the copolymer polyurethane resin, and the water dispersibility of the copolymer polyurethane resin is improved.
  • a polyol having a sulfonate group a poly (hydroxycarboxylic acid) polyol (A) is obtained by ring-opening copolymerization of L-lactide and one or more cyclic esters other than L-lactide.
  • the glycol component which has the sulfonate group demonstrated as a polyol which can be used as an initiator in the case can be mentioned.
  • a branched structure can be formed in the copolymer polyurethane resin of the present invention, and the effect of easily increasing the molecular weight is exhibited.
  • the polyol having 3 or more hydroxyl groups per molecule include aliphatic polyol compounds such as trimethylolpropane, glycerin, and pentaerythritol.
  • the copolymerization ratio of the polyol compound is the sum of the polylactic acid diol (A), the sulfonic acid metal base-containing diol (B), and the diol (C) other than (A) (B) constituting the copolymer polyurethane resin of the present invention. On the other hand, it is preferably from 0.1 mol% to 5 mol%, more preferably from 0.5 mol% to 3 mol%.
  • the coating suitability of the copolymer polyurethane resin of the present invention on a film or the like can be improved.
  • the polyether polyol include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, and the like. Among these, polyethylene glycol is most preferable from the viewpoint of improving coating suitability. Moreover, it is also a preferable embodiment to use polypropylene glycol and / or polytetramethylene glycol, and there is a tendency to obtain a coating film having excellent coating suitability and excellent water resistance.
  • the copolymerization ratio of the polyether polyol in the copolymer polyurethane resin of the present invention is preferably 5% by weight to 20% by weight. If it is less than 5% by weight, the effect of improving the suitability for coating on a film or the like is not so manifested. If it exceeds 20% by weight, the glass transition temperature of the copolymer polyurethane resin is lowered, and when used as a coating agent for a film, blocking resistance is prevented. The characteristics tend to decrease, which is not preferred depending on the application.
  • the number average molecular weight of the polyether polyol to be copolymerized is preferably from 200 to 6000, more preferably from 400 to 2000, and even more preferably from 400 to 1000 from the effect of improving the copolymerization reactivity and coating suitability. .
  • the solubility of the copolymer polyurethane resin of the present invention in a general-purpose solvent can be enhanced.
  • the monovalent alcohol compound include those in which one end of a polyether such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol and the like is methoxy-blocked. Of these, a polyethylene glycol single-end-blocked compound is particularly preferred from the standpoint of improving solvent solubility.
  • the number average molecular weight of the polyether end-blocked compound of polyether is preferably from 200 to 5,000, more preferably from 400 to 2,000, and even more preferably from 500 to 1,500 from the viewpoint of enhancing the copolymerization reactivity and solvent solubility.
  • the diisocyanate compound (D) is an essential component of the copolymer polyurethane resin of the present invention.
  • Examples of the diisocyanate compound include 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, 3,3′-dimethoxy-4,4.
  • Aromatic diisocyanates such as m-xylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, hydrogenated 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, and m-xy Aliphatic diisocyanates such as hydrogenated diisocyanates and alicyclic diisocyanates, among which 2,4-tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene diisocyanate are easily available. From the aspect, it is preferable.
  • the molecular weight of the copolymer polyurethane resin can be easily increased, and the reactivity with the curing agent is improved. It is possible to make it.
  • the substitution ratio of the trifunctional polyisocyanate is too low, these effects cannot be exhibited, and if the substitution ratio is too high, gelation of the copolymer polyurethane resin occurs, so the substitution ratio to the trifunctional or higher polyisocyanate is 0. It is preferably from 1 mol% to 5 mol%, more preferably from 0.5 mol% to 3 mol%.
  • Preferred tri- or higher functional polyisocyanates are one molecule each of trimethylolpropane or glycerin, an adduct of 3 molecules of tolylene diisocyanate or 3 molecules of 1,6-hexane diisocyanate, and further 3 molecules of 1,6-
  • the compound which has an isocyanurate ring formed with hexane diisocyanate can be mentioned.
  • the emulsion of the present invention is an emulsion mainly composed of the copolymer polyurethane resin of the present invention and water.
  • “mainly” means that 50% by weight or more of the solid content constituting the emulsion is composed of the copolymer polyurethane resin of the present invention, and 50% by weight or more of the medium constituting the emulsion is composed of water.
  • the emulsion of the present invention may contain an organic solvent, but in a particularly preferred embodiment of the present invention, an emulsion containing no organic solvent can be formed.
  • the emulsion of the present invention may contain a surfactant, but in a particularly preferred embodiment of the present invention, an emulsion not containing a surfactant can be formed. Furthermore, in a particularly preferred embodiment of the present invention, an emulsion can be formed that does not contain both an organic solvent and a surfactant.
  • the average particle size of the emulsion of the present invention is not particularly limited, but is preferably 200 nm or less. If the average particle size is large, the storage stability of the emulsion is poor and the resin tends to precipitate during storage. In addition, the coating suitability is lowered, and a transparent and smooth coat layer tends to be hardly formed.
  • the emulsion of the present invention is obtained by first polymerizing a copolymer polyurethane resin in a hydrophilic organic solvent such as methyl ethyl ketone (hereinafter sometimes abbreviated as MEK), and then adding a base such as amine to the hydrophilic organic solvent solution of the obtained resin.
  • a hydrophilic organic solvent such as methyl ethyl ketone (hereinafter sometimes abbreviated as MEK)
  • MEK methyl ethyl ketone
  • the method is not limited to this method, but may be prepared by adding a water-soluble substance, mixing water, and then distilling off the hydrophilic organic solvent from the system.
  • a basic substance such as amine may be added and stored immediately after polymerization, or may be added immediately before the preparation of the emulsion.
  • another hydrophilic organic solvent may be mixed.
  • the copolymer polyurethane resin of the present invention can be stably stored as a dispersion in which polymer particles are dispersed in an aqueous medium not containing an organic solvent, and can be applied to a substrate.
  • a lower monoalcohol such as methanol, ethanol, n-propanol or isopropanol, or an acetate such as ethyl acetate or butyl acetate, or an amide solvent such as dimethylformamide or dimethylacetamide as a cosolvent is added at an arbitrary concentration.
  • a lower monoalcohol such as methanol, ethanol, n-propanol or isopropanol, or an acetate such as ethyl acetate or butyl acetate, or an amide solvent such as dimethylformamide or dimethylacetamide as a cosolvent is added at an arbitrary concentration.
  • the emulsion of the present invention can itself be used as an adhesive and a coating agent. Further, by adding a curing agent, the adhesive strength, solvent resistance, and water resistance are improved.
  • a curing agent a polyfunctional compound having reactivity with a carboxyl group is suitable, and specifically, polyfunctional carbodiimide, polyfunctional isocyanate, polyfunctional epoxy, polyfunctional oxazoline and the like are particularly effective.
  • (1) Determination of sodium sulfonate base concentration As a means for estimating the sodium sulfonate base concentration in the sodium sulfonate base-containing diol mixture-X and copolymer polyurethane resin, the sodium concentration was determined. Sodium was quantified by atomic absorption spectrometry after the sample was carbonized and incinerated by heating, and the residual ash was made into an acidic solution of hydrochloric acid. The sulfonate metal base concentration was calculated on the assumption that all detected sodium was derived from sodium sulfonate base contained in the sample. The unit of concentration was the number of equivalents (eq / ton) per 106 g of resin sample (that is, 1 ton).
  • Average Particle Diameter of Emulsion Particles An average particle diameter based on an arithmetic average based on a volume statistic value of 0.040 ⁇ m to 2000 ⁇ m was measured using a Beckman Coulter LS 13 320 and adopted as an average particle diameter of emulsion particles. The average particle size was measured on the next day (initial stage) after emulsion preparation and after 30 days of sealed stationary storage in a thermostatic chamber at room temperature of 23 ° C.
  • the above-mentioned adhesive composition was designated as “No. 6 using a wire bar, on the corona discharge-treated surface of a base film (25 ⁇ m thick polyethylene terephthalate film, manufactured by Toyobo Co., Ltd., hereinafter sometimes abbreviated as “PET film A”)
  • PET film A 25 ⁇ m thick polyethylene terephthalate film, manufactured by Toyobo Co., Ltd., hereinafter sometimes abbreviated as “PET film A”
  • PET film A The coating amount was 2 to 3 g / m 2 and then dried in an oven at 80 ° C. for 3 seconds.
  • the corona discharge treatment surface of the PET film A and the coating surface of each of the coating films were stacked so as to face each other, and heat-sealed under the conditions of 80 ° C. and 3 kgf / cm 2 for 10 seconds, to prepare an adhesion sample. .
  • the heat-sealed portion was cut into a 1-inch width to obtain a test piece for peel strength measurement.
  • the test pieces for peel strength measurement the next day after heat sealing and after storage for 30 days were measured using a Minebea Co., Ltd. Technograph TG-2kN at a distance between chucks of 3 cm, a peel speed of 300 mm / min, and a peel angle of 180 °.
  • the peel strength was measured and used as an index of adhesive strength.
  • the storage of the peel strength measurement test piece and the measurement of the peel strength were performed in a constant temperature and humidity chamber at a room temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% RH.
  • Example 1 1) Synthesis of sodium sulfonate base-containing diol mixture-X 2,2-dimethyl-3-hydroxypropyl-2 ′, 2′-dimethyl-3 ′ was added to a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stir bar, and a Liebig condenser. -408 parts of hydroxypropanate, 197 parts of dimethyl 5-sodium sulfoisophthalate and 0.1 part of tetrabutyl titanate (TBT) catalyst were charged. While distilling off the methanol distilled at 190 ° C., after stirring for 1 hour, the temperature was raised by 10 ° C. every hour thereafter until reaching 230 ° C.
  • TBT tetrabutyl titanate
  • the sodium sulfonate base concentration and acid value in the obtained 80 wt% toluene solution were as follows. Sodium sulfonate base concentration: 948 eq / ton solution Acid value: 23 eq / ton solution
  • Example 2 1) Synthesis of poly (hydroxycarboxylic acid) polyol B Into a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stir bar, and a Liebig condenser, 111 parts of the diol mixture containing sodium sulfonate group-X (80 wt% toluene solution), D- Charge 64 parts of lactide, 253 parts of L-lactide, 183 parts of ⁇ -caprolactone, 190 parts of toluene, 0.15 part of tin octylate as a catalyst, 0.77 part of ethyl diethylphosphonoacetate as a catalyst deactivator, and nitrogen gas stream The reaction system was heated to 180 ° C.
  • Example 3 1) Synthesis of poly (hydroxycarboxylic acid) polyol C 111 parts of the above-mentioned sodium sulfonate base-containing diol mixture-X raw material-G (80 wt% toluene solution) was added to a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stirring rod, and a Liebig condenser.
  • Example 4 1) Synthesis of copolymer polyurethane resin (LU-4) 183 parts of the above poly (hydroxycarboxylic acid) polyol C (82 wt% toluene solution) was dissolved in 56 parts of MEK in a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stir bar and a condenser. And heated to 60 ° C. Next, 14.6 parts of HDI was added, and 0.4 part of dibutyltin laurate was added as a catalyst. After reacting at 70 ° C. for 2 hours, 2.5 parts of DMPA was added. After reacting at 70 ° C. for 3 hours, 2 parts of TMP was added. After further reaction at 70 ° C.
  • LU-4 183 parts of the above poly (hydroxycarboxylic acid) polyol C (82 wt% toluene solution) was dissolved in 56 parts of MEK in a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stir bar and a condenser.
  • the reaction solution was diluted with 80 parts of MEK, added with 1.9 parts of TEA, and stirred uniformly to complete the reaction.
  • the composition of the obtained copolymer polyurethane resin (LU-4) is shown in Table 2, and the physical properties such as the number average molecular weight are shown in Table 3.
  • Example 5 1) Synthesis of copolymer polyurethane resin (LU-5) 183 parts of the above poly (hydroxycarboxylic acid) polyol C (82% by weight toluene solution) was dissolved in 61 parts of MEK in a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stirring rod and a condenser. And heated to 60 ° C. Next, 24.2 parts of HDI was added, and 0.6 part of dibutyltin laurate was added as a catalyst. After reacting at 70 ° C. for 2 hours, 7.8 parts of DMPA was added. After reacting at 70 ° C. for 3 hours, 9.8 parts of one-end blocked PEG was added. After reacting at 70 ° C.
  • LU-5 183 parts of the above poly (hydroxycarboxylic acid) polyol C (82% by weight toluene solution) was dissolved in 61 parts of MEK in a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stirring rod and a con
  • Example 6 1) Synthesis of poly (hydroxycarboxylic acid) polyol D Into a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stir bar, and a Liebig condenser, 111 parts of the sulfonate mixture containing sodium sulfonate base-X (80 wt% toluene solution), L- 294 parts of lactide, 206 parts of ⁇ -caprolactone, 190 parts of toluene, 0.16 part of tin octylate as a catalyst, 0.78 part of ethyl diethylphosphonoacetate as a catalyst deactivator, and toluene azeotropic dehydration under a nitrogen gas stream The reaction system was heated to 180 ° C.
  • Example 7 1) Synthesis of poly (hydroxycarboxylic acid) polyol E In a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stir bar, and a Liebig condenser, 83 parts of the sulfonate mixture containing sodium sulfonate group-X (80 wt% toluene solution), L- 313 parts of lactide, 187 parts of ⁇ -caprolactone, 200 parts of toluene, 0.15 part of tin octylate as a catalyst, 0.77 part of ethyl diethylphosphonoacetate as a catalyst deactivator, and toluene azeotropic dehydration under a nitrogen gas stream The reaction system was heated to 180 ° C.
  • Example 8 1) Synthesis of poly (hydroxycarboxylic acid) polyol F In a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stir bar, and a Liebig condenser, 58 parts of the sulfonate mixture containing sodium sulfonate base-X (80 wt% toluene solution), L- 313 parts of lactide, 187 parts of ⁇ -caprolactone, 200 parts of toluene, 0.15 part of tin octylate as a catalyst, 0.77 part of ethyl diethylphosphonoacetate as a catalyst deactivator, and toluene azeotropic dehydration under a nitrogen gas stream The reaction system was heated to 180 ° C.
  • Example 9 1) Synthesis of poly (hydroxycarboxylic acid) polyol G In a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stir bar, and a Liebig condenser, 58 parts of the sulfonate mixture containing sodium sulfonate group-X (80 wt% toluene solution), D- A nitrogen gas stream was charged with 91 parts of lactide, 364 parts of L-lactide, 45 parts of ⁇ -caprolactone, 200 parts of toluene, 0.14 part of tin octylate as a catalyst, and 0.72 part of ethyl diethylphosphonoacetate as a catalyst deactivator. The reaction system was heated to 180 ° C.
  • Example 10 1) Synthesis of poly (hydroxycarboxylic acid) polyol H In a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stir bar, and a Liebig condenser, 19 parts of NPG, 313 parts of L-lactide, 187 parts of ⁇ -caprolactone, 210 parts of toluene and octyl as a catalyst 0.15 parts of tin oxide and 0.77 parts of ethyl diethylphosphonoacetate as a catalyst deactivator were charged, and the temperature of the reaction system was raised to 180 ° C. with toluene azeotropic dehydration under a nitrogen gas stream, followed by stirring for 3 hours.
  • Comparative Example 1 1) Synthesis of poly (hydroxycarboxylic acid) polyol I In a 1 L glass flask equipped with a thermometer, stirring rod, Liebig condenser, 22 parts of NPG, 100 parts of D-lactide, 400 parts of L-lactide, 210 parts of toluene and octyl as a catalyst 0.14 parts of tin oxide and 0.70 part of ethyl diethylphosphonoacetate as a catalyst deactivator were charged, and the reaction system was heated to 180 ° C. while stirring for 3 hours under a nitrogen gas stream, and stirred for 3 hours. Thereafter, the system was depressurized and unreacted residual monomers were distilled off.
  • Comparative Example 2 1) Synthesis of poly (hydroxycarboxylic acid) polyol J Into a 1 L glass flask equipped with a thermometer, a stirrer bar, and a Liebig condenser, 133 parts of the diol mixture containing sodium sulfonate base-X (80 wt% toluene solution), D- 100 parts of lactide, 400 parts of L-lactide, 190 parts of toluene, 0.14 part of tin octylate as a catalyst, 0.70 part of ethyl diethylphosphonoacetate as a catalyst deactivator, and toluene azeotropic dehydration under a nitrogen gas stream The reaction system was heated to 180 ° C.
  • the copolymer polyurethane resin of the present invention can form an aqueous emulsion excellent in storage stability, and may be used in industrial products such as inks, coating agents, adhesives, and primers.
  • an aqueous emulsion containing the copolymer polyurethane resin of the present invention or an adhesive mainly composed thereof as a heat seal adhesive excellent heat seal adhesive strength is exhibited and even if time passes. It is expected to contribute to the industry as an environmentally friendly adhesive that maintains adhesive strength and can be used for a long time.

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Abstract

【課題】 初期接着力が高く、なおかつ接着力が時間の経過と共に低下することなく長期間維持できる水分散型生分解性接着剤を提供する。 【解決手段】 ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)と、1分子中に少なくとも1個のカルボキシル基を有するジオール化合物(B)と、(A)(B)以外の1価または多価のアルコール化合物(C)と、をジイソシアネート化合物(D)との重付加反応により結合した構造から主としてなる共重合ポリウレタン樹脂であって、前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールがL-乳酸残基とL-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸の残基から主としてなり、(A)残基の重量分率を100%としたときの(B)残基の重量分率が1~6%、(C)残基の重量分率が0~50%であることを特徴とする共重合ポリウレタン樹脂、これと水から主としてなるエマルションおよび接着剤組成物。

Description

ポリ(ヒドロキシカルボン酸)セグメントとペンダントカルボキシル基を有する共重合ポリウレタン樹脂、これを含有するエマルションおよび接着剤組成物
  本発明はポリ(ヒドロキシカルボン酸)セグメントとペンダントカルボキシル基を有する共重合ポリウレタン樹脂、これを含有する水系エマルションおよび接着剤組成物に関する。
  近年環境問題から塗料、インキ、コーティング剤、接着剤、粘着剤、シール剤、プライマー及び繊維製品や紙製品の各種処理剤が従来の有機溶剤系から水系化、ハイソリッド化、粉体化の方向に進みつつある。とりわけ水分散体による水系化は作業性の良さと作業環境保護の面から最も汎用的で有望視されている。加えて水分散体を形成する合成樹脂自身にも生分解性や植物由来原料を主体として構成されている事が廃棄後の環境汚染防止の面から好ましい。
  ポリ乳酸樹脂およびポリ乳酸セグメントを有するポリ乳酸系樹脂は、植物由来原料から製造することができまた生分解性でもあることから、環境汚染防止の面から好ましい材料とみなされている。ポリ乳酸系樹脂の水分散体としては特許文献1にあるように、ポリ乳酸系樹脂自体が乳化機能を有し、水分散化のための乳化剤を必要としない自己乳化分散体が提案されている。スルホン酸塩基をポリ乳酸セグメントとの共重合により導入することで、従来の、乳化剤を使用する強制乳化分散体よりも、エマルション粒子径が小さく保存安定性に優れた水分散体が得られている。また特許文献2にあるように、乳化剤を使用しないことにより接着性に優れた接着剤を提供できることも提案されている。
国際公開第2010/053065号 特開2010-275441号公報
  しかしながらこれらの接着剤は、基材が接着しにくい素材である場合やヒートシール条件が不適切である場合においては、ヒートシール直後の初期接着力が低い場合や、初期接着力が高くても時間の経過と共に接着力が低下する場合があることが判明した。
  本発明は、かかる従来技術の背景になされたものである。すなわち、本発明が解決しようとする課題は、初期接着力が高く、なおかつ接着力が時間の経過と共に低下することなく長期間維持できる水分散型生分解性接着剤を提供することである。
  本発明者らは鋭意検討した結果、L-乳酸残基とL-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸の残基から主としてなるポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールを用いる手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
  (1) ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)と、1分子中に少なくとも1個のカルボキシル基を有するジオール化合物(B)と、(A)(B)以外の1価または多価のアルコール化合物(C)と、をジイソシアネート化合物(D)との重付加反応により結合した構造から主としてなる共重合ポリウレタン樹脂であって、前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールがL-乳酸残基とL-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸の残基から主としてなり、(A)残基の重量分率を100%としたときの(B)残基の重量分率が1~6%、(C)残基の重量分率が0~50%であることを特徴とする共重合ポリウレタン樹脂。
  (2) 酸価が50eq/ton以上500eq/ton以下であることを特徴とする(1)に記載の共重合ポリウレタン樹脂。
  (3) 前記L-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸の残基がε-カプロラクトン残基またはD-乳酸残基であることを特徴とする(1)または(2)に記載の共重合ポリウレタン樹脂。
  (4) 50eq/ton以上500eq/ton以下のスルホン酸塩基を有することを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載の共重合ポリウレタン樹脂。
  (5) 前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)セグメントに占める乳酸残基の重量分率が50%以上であることを特徴とする(1)~(4)のいずれかに記載の共重合ポリウレタン樹脂。
  (6) (1)~(5)のいずれかに記載の共重合ポリウレタン樹脂と水から主としてなるエマルション。
  (7) (1)~(5)のいずれかに記載の共重合ポリウレタン樹脂と水から主としてなり、有機溶媒および界面活性剤を含有しないエマルション。
  (8) (6)または(7)のエマルションにカルボキシル基に対して反応性を有する多官能性化合物が配合されている接着剤組成物。
  本発明の共重合ポリウレタン樹脂のポリ(ヒドロキシカルボン酸)セグメントはL-乳酸残基とL-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸の残基から主としてなることにより、非晶性が高くなおかつ経時的な結晶化の進行も抑制されている。また、ペンダントカルボキシル基を有することにより、硬化性に優れる。その結果として、初期接着力が高く、なおかつ接着力が長期間維持できる水分散型生分解性接着剤を提供することができる。
<共重合ポリウレタン樹脂>
  本発明の共重合ポリウレタン樹脂は、ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)と、1分子中に少なくとも1個のカルボキシル基を有するジオール化合物(B)と、(A)(B)以外の1価または多価のアルコール化合物(C)と、をジイソシアネート化合物(D)との重付加反応により結合した構造からなる主として共重合ポリウレタン樹脂であって、前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールがL-乳酸残基とL-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸の残基から主としてなり、(A)残基の重量分率を100%としたときの(B)残基の重量分率が1~6%、(C)残基の重量分率が0~10%であることを特徴とするポリウレタン樹脂である。ここで主としてなるとは、50重量%以上を占めることであり、好ましくは65重量%以上、より好ましくは80重量%以上を占めることである。
  本発明の共重合ポリウレタン樹脂の数平均分子量は特に限定されないが、5,000以上80,000未満であることが好ましい。より好ましくは10,000以上50,000未満、更に好ましくは15,000以上40,000未満である。数平均分子量が低すぎると共重合ポリウレタン樹脂一分子中のスルホン酸金属塩基の数が少なくなり、安定なエマルション粒子を形成しにくくなる傾向にあり、また、薄膜状に成形した際に脆くなる傾向にある。一方、数平均分子量が高すぎると、均一なエマルションが得られにくくなる。
  本発明の共重合ポリウレタン樹脂は酸価を有するが、50eq/ton以上500eq/ton以下の酸価を有することがより好ましく、80eq/ton以上300eq/ton以下であることが更に好ましく、90eq/ton以上150eq/ton以下であることがより更に好ましい。この範囲の酸価を有する共重合ポリウレタン樹脂は、水分散性に優れ、なおかつ接着剤として用いた際に、硬化性と耐水性のバランスが良く、接着強度も高くなる傾向にある。
  本発明の共重合ポリウレタン樹脂は、スルホン酸塩基を有さなくてもよいが、50eq/ton以上500eq/ton以下のスルホン酸塩基を有することにより特に水分散性に優れるとの効果を発揮する。スルホン酸塩基の濃度は、より好ましくは80eq/ton以上300eq/ton以下、更に好ましくは100eq/ton以上200eq/ton以下である。スルホン酸塩基濃度が低すぎると形成される水分散体粒子の粒子径が大きくなり、保存安定性、及びコーティング適性が低下する。また、スルホン酸塩基濃度が高すぎるとポリウレタン溶液の溶液粘度が高くなり、重合反応が困難となる傾向がある。ここで言及するコーティング適性とはエマルション液を基材上に塗布し、引き続き乾燥させた際、透明性に優れた平滑なコート層が得られる特性を指す。コーティング適性が悪い場合、乾燥塗膜表面が粗面になり、透明性が低下する、或いは造膜特性自体が得られず、コーティング層が形成されずにぼろぼろになったフィルムの屑が形成される。
  本発明の共重合ポリウレタン樹脂は、ポリ(ヒドロキシカルボン酸)セグメントの重量分率が50%以上95%以下を占めることが好ましく、60%以上90%以下を占めることがより好ましい。ポリ(ヒドロキシカルボン酸)セグメントの共重合比率がこの範囲である共重合ポリエステル樹脂は、バイオマス度が高く、生分解性に優れる。
<ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)>
  ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)は、本発明の共重合ポリウレタン樹脂の必須の共重合成分である。(A)成分を共重合成分として用いることによって、本発明の共重合ポリウレタン樹脂はウレタン骨格を有しながら良好な生分解性を示す。
  ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)は、L-乳酸残基とL-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸の残基から主としてなる。本発明において、ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールとして、L-乳酸単独重合体ではなく、L-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸と共重合することにより、ポリ乳酸骨格の結晶性が崩され、非晶性を発現する効果を発揮する。L-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸は特に限定されないが、好ましい例としては、D-乳酸残基、乳酸以外のヒドロキシカルボン酸残基、および環状ラクトン残基を挙げることができる。D-乳酸残基は生分解性とバイオマス度を高める点、ε-カプロラクトン残基は生分解性の高さと共重合ポリウレタン樹脂のガラス転移温度を低下させて接着性を向上させる効果を発揮する点で特に好ましい。
  ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)において、L-乳酸残基とL-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸の残基との比率は特に限定されないが、L-乳酸残基の重量分率は40%以上70%以下であることがより好ましく、50%以上60%以下であることが更に好ましい。L-乳酸残基の重量分率が高すぎるとポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)の汎用溶剤への溶解性が悪くなってポリウレタン樹脂の製造が困難になる傾向があり、また、得られたポリウレタン樹脂を用いた接着剤は接着後長時間経過すると接着力が低下する場合がある。
  また、ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)において、D-乳酸残基、L-乳酸残基を合わせた乳酸残基の重量分率は50%以上であることが好ましい。乳酸残基の重量分率が低すぎると、共重合ポリウレタン樹脂のバイオマス度が低くなり生分解性も悪くなる傾向にある。
  また、本発明のポリウレタン樹脂のバイオマス度を高くするとの観点からは、ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)の乳酸残基の含有率を高くすることが好ましい。具体的には、ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)に占める乳酸残基の重量分率を50重量%以上とすることが好ましく、60重量%以上とすることがより好ましく、70重量%以上とすることが更に好ましい。
  ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)の数平均分子量は特に限定されないが、400~10,000であることが好ましく、より好ましくは800~7,000、更に好ましくは2,000~5,000の範囲である。(A)成分の数平均分子量が低すぎると、本発明のウレタン樹脂に占めるジイソシアネート化合物(D)の比率が相対的に高くなるので、得られる共重合ポリウレタン樹脂のバイオマス度を上げることができず、またウレタン結合が増えることでガラス転移温度が高くなる傾向があり、それゆえ100℃未満の温度におけるヒートシール接着性が悪くなる傾向がある。一方、数平均分子量が高すぎると、分子末端の水酸基の数が少なくなるので(A)成分の反応性が低くなり、共重合ポリウレタン樹脂を得る際に高分子量化反応が進みにくくなる傾向にある。
  ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)は、例えば、ポリオールを開始剤としてL-ラクチドとL-ラクチド以外の環状エステルの1種または2種以上とを開環共重合することによって得ることができる。前記ポリオールはジオールであることが好ましく、更に好ましくはスルホン酸塩基含有ジオールである。
  前記L-ラクチド以外の環状エステルの好ましい例としては、グリコリド、D-ラクチド、DL-ラクチド等のL-ラクチド以外のヒドロキシカルボン酸環状二量体、ε-カプロラクトン、δ-バレロラクトン、γ-ブチロラクトン、β-プロピオラクトン等の環状ラクトンを挙げることができる。これらのうち、共重合ポリウレタン樹脂のガラス転移温度を低下させて接着性を向上させる効果を発揮しなおかつ生分解性にも優れる上に、化学的安定性にも優れる点からε-カプロラクトンが好ましく、生分解性の高さとバイオマス度の高さの観点からは、D-ラクチドおよびDL-ラクチドが好ましい。
  前記開始剤として用いるポリオールは特に限定されないが、エチレングリコール、グリセリン、ペンタエリスルトール等の脂肪族ポリオールや、ポリエチレングリコール、ポリグリセリン等のポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール等を用いることができる。また、前記開始剤として用いるポリオールに官能基を有する化合物を用いることにより、種々の機能を付加することができ、例えばスルホン酸塩基を有するポリオールを用いると、得られる共重合ポリウレタンの水分散性を向上させる効果を発揮する。前記開始剤として用いるポリオールは、スルホン酸塩基含有ジオールであることが好ましく、ウレタン重合の際に改めてスルホン酸塩基含有ジオールを共重合しなくとも共重合ポリウレタン樹脂に自己乳化機能を付与できる。
  前記スルホン酸塩基の好ましい例としては、スルホン酸金属塩基、スルホン酸四級アンモニウム塩基、スルホン酸四級ホスホニウム塩基を挙げることができる。前記スルホン酸金属塩基としては、リチウム塩基、ナトリウム塩基、カリウム塩基等のアルカリ金属塩基を挙げることができる。スルホン酸四級アンモニウム塩基、スルホン酸四級ホスホニウム塩基としては、テトラアルキルアンモニウム塩およびテトラアルキルホスホニウム塩を挙げることができ、ここでアルキル基は炭素数1~8のアルキル基であることが好ましく、また必ずしも1種のアルキル基から構成されている必要はない。
  スルホン酸塩基含有ジオールは、スルホン酸塩基を有する二塩基酸および/またはスルホン酸塩基を有するグリコール成分とその他の二塩基酸および/またはその他のグリコールの縮合反応により得られる化学構造を有するポリエステルジオール化合物であることが汎用溶剤への溶解性の点で好ましい。前記スルホン酸塩基を有する二塩基酸としては、イソフタル酸-5-スルホン酸塩、テレフタル酸-3-スルホン酸塩、1,8-ナフタレンジカルボン酸無水物-4-スルホン酸塩等を例示することができ、これらから選ばれる1種または2種以上であることが好ましい。また、これらの二塩基酸のジエステル化合物であっても良く、イソフタル酸-5-スルホン酸塩、テレフタル酸-3-スルホン酸塩、1,8-ナフタレンジカルボン酸無水物-4-スルホン酸塩から選ばれる1種以上である二塩基酸のジエステル化合物であることが好ましい。また、これらの二塩基酸とエチレングリコール、プロピレングリコール等のジオールとのジエステル化合物は、スルホン酸塩基を有するグリコール成分として用いることができる。特に、下記一般式(1)に示す化合物であることが素原料の入手容易性の点で特に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
(但し、Rは炭素数2~5の2価の飽和脂肪族炭化水素基、MはLi、Na、K、四級アンモニウムまたは四級ホスホニウム、mは正の整数、nは正の整数、m+nは2~10の整数を示す)
なお、前記一般式(1)において、前記四級アンモニウムとしては下記一般式(2)、前記四級ホスホニウムとしては下記一般式(3)であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(但し、R1、R2、R3、R4は同一であっても異なってもよい炭素数1~18の炭化水素基を示す)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(但し、R5、R6、R7、R8は同一であっても異なってもよい炭素数1~18の炭化水素基を示す)
<1分子中に少なくとも1個のカルボキシル基を有するジオール化合物(B)>
  ジオール化合物(B)は、本発明の共重合ポリウレタン樹脂の必須の共重合成分である。ジオール化合物(B)は、1分子中に少なくとも1個のカルボキシル基を有するものである。具体的にはジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、グリセリン酸を挙げることができる。(B)成分を共重合成分として用いることによって、本発明の共重合ポリウレタン樹脂にペンダントカルボキシル基が導入され、水分散性を向上させる効果および硬化剤との反応性を向上させる効果が発揮される。なお、本発明においてペンダントカルボキシル基とは、ポリマー主鎖の末端以外の部分に存在するカルボキシル基を指す。
  ジオール化合物(B)の共重合比率は、(A)残基の重量分率を100%としたときの(B)残基の重量分率が1~6%であり、1~5%であることがより好ましい。(B)成分の共重合比率が高すぎると得られるエマルションの粒子安定性が悪くなる傾向があり、低すぎると硬化剤との反応性が悪くなり十分な接着強度を得られなくなる傾向がある。
<(A)(B)以外の1価または多価のアルコール化合物(C)>
  アルコール化合物(C)は、本発明の共重合ポリウレタン樹脂の必須の共重合成分ではないが、(A)残基の重量分率を100%としたときの(C)残基の重量分率が50%以下の範囲で共重合成分として使用することができる。(C)成分に種々の官能基を有する化合物を用いることにより、本発明の共重合ポリエステルに種々の機能を付加することができる。(C)成分は1種類のアルコール化合物から構成されていても、2種以上のアルコール化合物の混合物から構成されていても、どちらであっても良い。
  アルコール化合物(C)としてスルホン酸塩基を有するポリオールを用いると、共重合ポリウレタン樹脂にペンダント状にスルホン酸塩基が導入され、共重合ポリウレタン樹脂の水分散性を向上させる効果を発揮する。スルホン酸塩基を有するポリオールの例としては、ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)をL-ラクチドとL-ラクチド以外の環状エステルの1種または2種以上とを開環共重合することによって得る場合の開始剤として用いることができるポリオールとして説明したスルホン酸塩基を有するグリコール成分を挙げることができる。
  アルコール化合物(C)として水酸基を1分子あたり3個以上有するポリオールを用いると、本発明の共重合ポリウレタン樹脂に分岐構造を形成させることができ、分子量を容易に高くできる効果を発揮する。水酸基を1分子あたり3個以上有するポリオールとしては、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール等の脂肪族ポリオール化合物を挙げることができる。これらのポリオール化合物を、得られる共重合ポリウレタン樹脂がゲル化しない範囲で共重合することにより、共重合ポリウレタン樹脂の分子量を上げることが容易になり、また硬化剤との反応性を向上させることが可能である。これらポリオールの中ではバイオマス度を比較的高く保つことができるので、分子量の小さいトリメチロールプロパンが好ましい。ポリオール化合物の共重合比率は、本発明の共重合ポリウレタン樹脂を構成するポリ乳酸ジオール(A)、スルホン酸金属塩基含有ジオール(B)、(A)(B)以外のジオール(C)の合計に対し、0.1モル%以上5モル%以下であることが好ましく、0.5モル%以上3モル%以下であることが更に好ましい。
  アルコール化合物(C)としてポリエーテルポリオールを用いると、本発明の共重合ポリウレタン樹脂のフィルム等へのコーティング適性を向上させることができる。具体的なポリエーテルポリオールとしては、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等が挙げられるが、これらのうち、ポリエチレングリコールがコーティング適性改善効果の点で最も好ましい。また、ポリプロピレングリコールおよび/またはポリテトラメチレングリコールを用いることも好ましい実施態様であり、コーティング適性に優れなおかつ耐水性にも優れるコーティング塗膜が得られる傾向にある。本発明の共重合ポリウレタン樹脂中へのポリエーテルポリオールの共重合比率は5重量%~20重量%が好ましい。5重量%未満ではフィルム等へのコーティング適性を向上する効果があまり発現されず、20重量%を越えると共重合ポリウレタン樹脂のガラス転移温度が低下し、フィルム用コーティング剤として用いる場合には耐ブロッキング特性が低下する傾向にあり、用途によっては好ましくない。また共重合されるポリエーテルポリオールの数平均分子量は200~6000のものが好適であるが、共重合反応性とコーティング適性を高める効果からより好ましくは400~2000、更に好ましくは400~1000である。
  アルコール化合物(C)として1価のアルコール化合物を用いると本発明の共重合ポリウレタン樹脂の汎用溶剤への溶解性を高めることができる。1価のアルコール化合物としては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等ポリエーテルの片末端がメトキシ封鎖されたものが挙げられる。これらのうち、ポリエチレングリコールの片末端封鎖化合物が、溶剤溶解性向上の面から特に好ましい。ポリエーテルの片末端封鎖化合物の数平均分子量としては200~5000のものが好ましく、共重合反応性と溶剤溶解性を高める効果からより好ましくは400~2000、更に好ましくは500~1500である。
<ジイソシアネート化合物(D)>
  ジイソシアネート化合物(D)は本発明の共重合ポリウレタン樹脂の必須成分である。ジイソシアネート化合物としては、例えば2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、p-フェニ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、m-フェニレンジイソシアネート、3,3'-ジメトキシ-4,4'-ビフェニレンジイソシアネート、2,6-ナフタレンジイソシアネート、3,3'-ジメチル-4,4'-ビフェニレンジイソシアネート、4,4'-ジフェニレンジイソシアネート、4,4'-ジイソシアネートジフェニルエーテル、1,5-ナフタレンジイソシアネート、m-キシレンジイソシアネート等の芳香族系ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロ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の水添物およびm-キシレンジイソシアネートの水添物等の脂肪族ジイソシアネートおよび脂環族系ジイソシアネートが挙げられるが、これらのうち、2,4-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、ヘキサメチレンジイソシアネートが入手容易性の面から好ましい。
  本発明の共重合ポリウレタン樹脂に使用されるジイソシアネート化合物の一部を3官能以上のポリイソシアネートで置換することにより、共重合ポリウレタン樹脂の分子量を上げやすくすること、また硬化剤との反応性を向上させることが可能である。但し、3官能ポリイソシアネートの置換比率が低すぎるとこれらの効果が発揮されず、置換比率が高すぎると共重合ポリウレタン樹脂のゲル化が生じるので、3官能以上のポリイソシアネートへの置換率は0.1モル%以上5モル%以下であることが好ましく、0.5モル%以上3モル%以下であることが更に好ましい。好ましい3官能以上のポリイソシアネートとしては、トリメチロールプロパン或いはグリセリン各々1分子に対し、3分子のトリレンジイソシアネートもしくは3分子の1,6-ヘキサンジイソシアネートの付加物、更には3分子の1,6-ヘキサンジイソシアネートで形成されるイソシアヌレート環を有する化合物を挙げることができる。
<その他の共重合成分>
  本発明の共重合ポリウレタン樹脂に少量のアミノアルコール化合物、ジアミン化合物を共重合させることにより、塗膜の強靭性を向上させることができる場合がある。N-メチルモノエタノールアミン、エチレンジアミン等の比較的低分子量の化合物が、バイオマス度を比較的高く保つことができ、好ましい。
<エマルション>
  本発明のエマルションは、本発明の共重合ポリウレタン樹脂と水から主としてなるエマルションである。ここで主としてなるとは、エマルションを構成する固形分の50重量%以上が本発明の共重合ポリウレタン樹脂からなり、なおかつ、エマルションを構成する媒体の50重量%以上が水からなることを指す。
  本発明のエマルションは、有機溶剤を含有していてもよいが、本発明の特に好ましい実施態様においては、有機溶剤を含有しないエマルションを形成することができる。また、本発明のエマルションは、界面活性剤を含有していてもよいが、本発明の特に好ましい実施態様においては、界面活性剤を含有しないエマルションを形成することができる。更には、本発明の特に好ましい実施態様においては、有機溶剤および界面活性剤の両方を含有しないエマルションを形成することができる。
  本発明のエマルションの平均粒子径は特に限定されないが、200nm以下であることが好ましい。平均粒子径が大きいとエマルションの保存安定性が悪く、保存中に樹脂が沈殿しやすい傾向にある。また、コーティング適性も低下し、透明で平滑なコート層が形成されにくい傾向にある。
  本発明のエマルションは、まずメチルエチルケトン(以下、MEKと略記する場合がある)等の親水性有機溶剤中で共重合ポリウレタン樹脂を重合し、次いで得られた樹脂の親水性有機溶剤溶液にアミン等塩基性物質を添加混合し、次いで水を混合し、次いで系から親水性有機溶剤を留去させる方法で調製できるが、この方法に限ったものでは無い。アミン等塩基性物質は重合後すぐに添加し保管しても良く、エマルション調製の直前に添加しても良い。また、得られた樹脂の親水性有機溶剤溶液に水を混合する前に、他の親水性有機溶剤を混合する場合もある。
  本発明の特に好ましい実施態様においては、本発明の共重合ポリウレタン樹脂は有機溶剤を含有しない水性媒体中にポリマー粒子が分散した分散液として安定に保存でき、なおかつ基材に塗布可能である。一方、共溶剤としてメタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール等の低級モノアルコール類、或いはエチルアセテート、ブチルアセテート等のアセテート類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤を任意の濃度で配合することにより、特定基材へのコーティング適性が改善される場合もある。
<接着剤組成物>
  本発明のエマルションは、これ自体、接着剤及びコーティング剤として用いることが可能である。更に硬化剤を配合することにより、接着強度や耐溶剤性、耐水性が向上する。硬化剤としては、カルボキシル基に対して反応性を有する多官能性化合物が好適であり、具体的には、多官能カルボジイミド、多官能イソシアネート、多官能エポキシ、多官能オキサゾリン等が特に有効である。
  以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらは、いずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
  尚、本明細書中で採用した測定、評価方法は次の通りである。
(1)スルホン酸ナトリウム塩基濃度の定量
  スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-X及び共重合ポリウレタン樹脂中のスルホン酸ナトリウム塩基濃度を見積もるための手段としてナトリウム濃度の定量を行った。ナトリウムの定量は試料を加熱炭化、灰化させ、残留灰分を塩酸酸性溶液とした後、原子吸光法により定量した。検出されたナトリウムが全て試料に含まれているスルホン酸ナトリウム塩基に由来するものとみなして、スルホン酸金属塩基濃度を算出した。濃度の単位は樹脂試料106g(すなわち1ton)あたりの当量数(eq/ton)とした。
(2)スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-X及び共重合ポリウレタン樹脂の酸価
  試料0.2gを20mlのテトラヒドロフランに溶解後、0.1N-NaOHエタノール溶液でフェノールフタレインを指示薬として測定した。測定値を樹脂固形分106g中の当量数(eq/ton)で示した。なお、スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-Xについては80%トルエン溶液を、共重合ポリウレタン樹脂については固形樹脂を試料として用いた。
(3)ポリマー組成
  試料をクロロホルム-d/DMSO-d6=1/1(重量比)混合溶媒に溶解し、ヴァリアン社製核磁気共鳴分析計(NMR)"ジェミニ-200"を用い、1H-NMR分析により樹脂組成比を求めた。
(4)数平均分子量
  試料濃度が0.5重量%程度となるように試料をテトラヒドロフランに溶解し、孔径0.5μmのポリ四フッ化エチレン製メンブレンフィルターで濾過したものを測定用試料とした。ウォーターズ社製ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)150Cを用い、テトラヒドロフランをキャリアー溶剤とし、RI検出器を用いて流速1ml/分で測定した。カラムとして昭和電工(株)製 Shodex KF-802、KF-804、KF-806を3本連結しカラム温度は30℃に設定した。分子量標準サンプルとしてはポリスチレン標準物質を用いた。
(5)ガラス転移温度および融点
  試料5mgをアルミニウム製サンプルパンに入れて密封し、セイコーインスツルメンツ(株)製示差走査熱量分析計DSC-220を用いて、-80℃から200℃まで、昇温速度20℃/分にて測定した。ガラス転移温度以下のベースラインの延長線と遷移部における最大傾斜を示す接線との交点の温度をガラス転移温度とした。また、吸熱ピークの最小値を融点とした。
(6)バイオマス度
  上記ポリマー組成のNMR分析値から、共重合ポリウレタン樹脂中の乳酸単位の共重合比率を算出し、これを更に重量分率に換算し、バイオマス度(%)とした。
(7)エマルション粒子の平均粒子径
  Beckman Coulter LS 13 320を用いて0.040μmから2000μmの体積統計値に基づく算術平均による平均径を測定し、エマルション粒子の平均粒子径として採用した。平均粒子径の測定は、エマルション調製の翌日(初期)および室温23℃の恒温室にて30日間の密閉静置保管後に行なった。
(8)接着力の評価
≪接着剤組成物の配合≫
  水系エマルション50質量部(固形分濃度35%)に対して、硬化剤として、水溶性多官能カルボジイミド化合物(商品名:日清紡ケミカル(株)製カルボジライトV-02)1質量部(固形分濃度40%)を添加混合し、接着剤組成物を得た。なお、硬化剤の混合は、塗工直前に行った。
≪接着サンプルの作製≫
  上記接着剤組成物を、No.6のワイヤーバーを用いて、基材フィルム(厚さ25μmのポリエチレンテレフタレートフィルム、東洋紡績(株)製、以下「PETフィルムA」と略記することがある)のコロナ放電処理面に、乾燥後の塗布量が2~3g/m2となるように塗布し、次いで80℃のオーブン中で3秒間乾燥した。次に、PETフィルムAのコロナ放電処理面と上記各塗工フィルムの塗工面とが向かい合うように重ね、上下各80℃、3kgf/cm2、10秒間の条件でヒートシールし、接着サンプルを作製した。
≪ヒートシール接着強度測定≫
  ヒートシール部分を1インチ幅にカットし、剥離強度測定用試験片とした。ヒートシールを行なった翌日および30日間保管後の剥離強度測定用試験片について、ミネベア(株)製テクノグラフTG-2kNを用いて、チャック間距離3cm、剥離速度300mm/min、剥離角度180°における剥離強度を測定し、接着力の指標とした。剥離強度測定用試験片の保管および剥離強度の測定は、室温23℃、相対湿度50%RHの恒温恒湿室において行なった。
  以下、実施例中の本文及び表に示した化合物の略号はそれぞれ以下の化合物を示す。
 HDI:ヘキサメチレンジイソシアネート
 DMPA:ジメチロールプロピオン酸
 片末端封鎖PEG:片末端がメトキシ封鎖されたポリエチレングリコール、数平均分子量1000
 TMP:トリメチロールプロパン
 PCL:ポリカプロラクトンジオール、数平均分子量2000
 TEA:トリエチルアミン
 MEK:メチルエチルケトン
 IPA:イソプロピルアルコール
実施例1
1)スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-Xの合成
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した1Lガラスフラスコに2,2-ジメチル-3-ヒドロキシプロピル-2',2'-ジメチル-3'-ヒドロキシプロパネート408部、5-ナトリウムスルホイソフタル酸ジメチル197部、テトラブチルチタネート(TBT)触媒0.1部を仕込んだ。190℃で溜出するメタノールを溜去しつつ、1時間攪拌反応後、以後1時間毎に10℃ずつ昇温させ、230℃まで到達させた。230℃でメタノールの溜出終了を確認後、250℃に昇温、10分間減圧下に攪拌し、反応物を100℃まで冷却。トルエン141部を混合し、均一溶解させた。得られた80重量%トルエン溶液中のスルホン酸ナトリウム塩基濃度及び酸価は下記のとおりであった。
    スルホン酸ナトリウム塩基濃度:948eq/ton溶液
    酸価            : 23eq/ton溶液
2)ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールAの合成
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した1Lガラスフラスコに前記スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-X(80重量%トルエン溶液)245部、L-ラクチド357部、ε-カプロラクトン143部、トルエン165部及び触媒としてオクチル酸錫0.15部、触媒失活剤としてエチルジエチルホスホノアセテート0.75部を仕込み、窒素ガス気流下でトルエン共沸脱水しながら反応系を180℃に昇温し、3時間攪拌した。その後、系を減圧し、未反応残留モノマーを留去した。約20分後、未反応モノマーの留出が収まった後減圧を解除し、窒素ガス気流下で120℃以下に冷却してトルエンに溶解させて82重量%トルエン溶液とした。得られたポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールAの物性を表1に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
3)共重合ポリウレタン樹脂(LU-1)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールA(82重量%トルエン溶液)183部をMEK62部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI25.7部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.6部を添加した。70℃で2時間反応後、DMPA2.8部を添加した。70℃で3時間反応後、片末端封鎖PEG9.5部を添加した。70℃で2時間反応後、TMP3部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK96部で希釈し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-1)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
4)水系エマルション(E-1)の調製
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した2Lガラスフラスコに前記共重合ポリウレタン樹脂LU-1のMEK溶液を280部仕込み、40℃に加温し、攪拌しながらTEA1.5部を添加し均一に攪拌した。その後IPA35部、脱イオン水280部を、内容物を40℃に保ちながらゆっくりと添加し、均一に混合した。次いで内容物を40℃に保ちながら減圧下でMEK、IPAを留去させ、約195部のMEK/IPA/水混合液を除いた。得られた水系エマルションE-1の調製直後および室温下1ヶ月静置後の平均粒径の測定値を表4に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
実施例2
1)ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールBの合成
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した1Lガラスフラスコに前記スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-X(80重量%トルエン溶液)111部、D-ラクチド64部、L-ラクチド253部、ε-カプロラクトン183部、トルエン190部及び触媒としてオクチル酸錫0.15部、触媒失活剤としてエチルジエチルホスホノアセテート0.77部を仕込み、窒素ガス気流下でトルエン共沸脱水しながら反応系を180℃に昇温し、3時間攪拌した。その後、系を減圧し、未反応残留モノマーを留去した。約20分後、未反応モノマーの留出が収まった後減圧を解除し、窒素ガス気流下で120℃以下に冷却してトルエンに溶解させて82重量%トルエン溶液とした。得られたポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールBの物性を表1に示した。
2)共重合ポリウレタン樹脂(LU-2)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールB(82重量%トルエン溶液)183部をMEK56部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI16.2部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.4部を添加した。70℃で2時間反応後、DMPA2.5部を添加した。70℃で3時間反応後、片末端封鎖PEG9部を添加した。70℃で2時間反応後、TMP2部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK91部で希釈し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-2)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
3)水系エマルション(E-2)の調製
  水系エマルション(E-1)の製造において、用いる共重合ポリウレタン樹脂のみ(LU-1)から(LU-2)に変更して、水系エマルション(E-2)を調製した。得られたエマルション(E-2)の平均粒子径を求め、表4に示した。
実施例3
1)ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールCの合成
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した1Lガラスフラスコに前記スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-X原料-G(80重量%トルエン溶液)111部、L-ラクチド313部、ε-カプロラクトン187部、トルエン190部及び触媒としてオクチル酸錫0.15部、触媒失活剤としてエチルジエチルホスホノアセテート0.77部を仕込み、窒素ガス気流下でトルエン共沸脱水しながら反応系を180℃に昇温し、3時間攪拌した。その後、系を減圧し、未反応残留モノマーを留去した。約20分後、未反応モノマーの留出が収まった後減圧を解除し、窒素ガス気流下で120℃以下に冷却してトルエンに溶解させて82重量%トルエン溶液とした。得られたポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールCの物性を表1に示した。
2)共重合ポリウレタン樹脂(LU-3)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールC(82重量%トルエン溶液)183部をMEK56部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI16.2部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.4部を添加した。70℃で2時間反応後、DMPA2.5部を添加した。70℃で3時間反応後、片末端封鎖PEG9部を添加した。70℃で2時間反応後、TMP2部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK91部で希釈し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-3)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
3)水系エマルション(E-3)の調製
  水系エマルション(E-1)の製造において、用いる共重合ポリウレタン樹脂のみ(LU-1)から(LU-3)に変更して、水系エマルション(E-3)を調製した。得られたエマルション(E-3)の平均粒子径を表4に示した。
実施例4
1)共重合ポリウレタン樹脂(LU-4)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールC(82重量%トルエン溶液)183部をMEK56部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI14.6部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.4部を添加した。70℃で2時間反応後、DMPA2.5部を添加した。70℃で3時間反応後、TMP2部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK80部で希釈し、TEA1.9部を添加し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-4)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
2)水系エマルション(E-4)の調製
  水系エマルション(E-1)の製造において、用いる共重合ポリウレタン樹脂のみ(LU-1)から(LU-4)に変更して、水系エマルション(E-4)を調製した。得られたエマルション(E-4)の平均粒子径を表4に示した。
実施例5
1)共重合ポリウレタン樹脂(LU-5)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールC(82重量%トルエン溶液)183部をMEK61部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI24.2部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.6部を添加した。70℃で2時間反応後、DMPA7.8部を添加した。70℃で3時間反応後、片末端封鎖PEG9.8部を添加した。70℃で2時間反応後、TMP3部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK101部で希釈し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-5)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
2)水系エマルション(E-5)の調製
  水系エマルション(E-1)の製造において、用いる共重合ポリウレタン樹脂を(LU-1)から(LU-5)に変更し、またTEAの添加量を1.5部から4.2部に変更して、水系エマルション(E-5)を調製した。得られたエマルション(E-5)の平均粒子径を表4に示した。
実施例6
1)ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールDの合成
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した1Lガラスフラスコに前記スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-X(80重量%トルエン溶液)111部、L-ラクチド294部、ε-カプロラクトン206部、トルエン190部及び触媒としてオクチル酸錫0.16部、触媒失活剤としてエチルジエチルホスホノアセテート0.78部を仕込み、窒素ガス気流下でトルエン共沸脱水しながら反応系を180℃に昇温し、3時間攪拌した。その後、系を減圧し、未反応残留モノマーを留去した。約20分後、未反応モノマーの留出が収まった後減圧を解除し、窒素ガス気流下で120℃以下に冷却してトルエンに溶解させて82重量%トルエン溶液とした。得られたポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールDの物性を表1に示した。
2)共重合ポリウレタン樹脂(LU-6)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールD(82重量%トルエン溶液)183部をMEK56部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI16.2部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.4部を添加した。70℃で2時間反応後、DMPA2.5部を添加した。70℃で3時間反応後、片末端封鎖PEG9部を添加した。70℃で2時間反応後、TMP2部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK91部で希釈し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-6)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
3)水系エマルション(E-6)の調製
  水系エマルション(E-1)の製造において、用いる共重合ポリウレタン樹脂のみ(LU-1)から(LU-6)に変更して、水系エマルション(E-6)を調製した。得られたエマルション(E-6)の平均粒子径を表4に示した。
実施例7
1)ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールEの合成
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した1Lガラスフラスコに前記スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-X(80重量%トルエン溶液)83部、L-ラクチド313部、ε-カプロラクトン187部、トルエン200部及び触媒としてオクチル酸錫0.15部、触媒失活剤としてエチルジエチルホスホノアセテート0.77部を仕込み、窒素ガス気流下でトルエン共沸脱水しながら反応系を180℃に昇温し、3時間攪拌した。
  その後、系を減圧し、未反応残留モノマーを留去した。約20分後、未反応モノマーの留出が収まった後減圧を解除し、窒素ガス気流下で120℃以下に冷却してトルエンに溶解させて82重量%トルエン溶液とした。得られたポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールEの物性を表1に示した。
2)共重合ポリウレタン樹脂(LU-7)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールE(82重量%トルエン溶液)183部をMEK56部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI14.8部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.4部を添加した。70℃で2時間反応後、DMPA2部を添加した。70℃で3時間反応後、片末端封鎖PEG8.9部を添加した。70℃で2時間反応後、TMP3部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK90部で希釈し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-7)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
3)水系エマルション(E-7)の調製
  水系エマルション(E-1)の製造において、用いる共重合ポリウレタン樹脂を(LU-1)から(LU-7)に変更し、またTEAの添加量を1.5部から1.2部に変更して、水系エマルション(E-7)を調製した。得られたエマルション(E-7)の平均粒子径を表4に示した。
実施例8
1)ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールFの合成
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した1Lガラスフラスコに前記スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-X(80重量%トルエン溶液)58部、L-ラクチド313部、ε-カプロラクトン187部、トルエン200部及び触媒としてオクチル酸錫0.15部、触媒失活剤としてエチルジエチルホスホノアセテート0.77部を仕込み、窒素ガス気流下でトルエン共沸脱水しながら反応系を180℃に昇温し、3時間攪拌した。
  その後、系を減圧し、未反応残留モノマーを留去した。約20分後、未反応モノマーの留出が収まった後減圧を解除し、窒素ガス気流下で120℃以下に冷却してトルエンに溶解させて82重量%トルエン溶液とした。得られたポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールFの物性を表1に示した。
2)共重合ポリウレタン樹脂(LU-8)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールF(82重量%トルエン溶液)183部をMEK55部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI13.4部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.4部を添加した。70℃で2時間反応後、DMPA2.5部を添加した。70℃で3時間反応後、片末端封鎖PEG8.9部を添加した。70℃で2時間反応後、TMP3部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK90部で希釈し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-8)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
3)水系エマルション(E-8)の調製
  水系エマルション(E-1)の製造において、用いる共重合ポリウレタン樹脂のみ(LU-1)から(LU-8)に変更して、水系エマルション(E-8)を調製した。得られたエマルション(E-8)の平均粒子径を表4に示した。
実施例9
1)ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールGの合成
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した1Lガラスフラスコに前記スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-X(80重量%トルエン溶液)58部、D-ラクチド91部、L-ラクチド364部、ε-カプロラクトン45部、トルエン200部及び触媒としてオクチル酸錫0.14部、触媒失活剤としてエチルジエチルホスホノアセテート0.72部を仕込み、窒素ガス気流下でトルエン共沸脱水しながら反応系を180℃に昇温し、3時間攪拌した。その後、系を減圧し、未反応残留モノマーを留去した。約20分後、未反応モノマーの留出が収まった後減圧を解除し、窒素ガス気流下で120℃以下に冷却してトルエンに溶解させて82重量%トルエン溶液とした。得られたポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールG物性を表1に示した。
2)共重合ポリウレタン樹脂(LU-9)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールG(82重量%トルエン溶液)122部、PCL38部をMEK58部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI14.2部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.4部を添加した。70℃で2時間反応後、DMPA2部を添加した。70℃で3時間反応後、片末端封鎖PEG8部を添加した。70℃で2時間反応後、TMP3部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK82部で希釈し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-9)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
3)水系エマルション(E-9)の調製
  水系エマルション(E-1)の製造において、用いる共重合ポリウレタン樹脂を(LU-1)から(LU-9)に変更し、またTEAの添加量を1.5部から1.3部に変更して、水系エマルション(E-9)を調製した。得られたエマルション(E-9)の平均粒子径を表4に示した。
実施例10
1)ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールHの合成
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した1LガラスフラスコにNPG19部、L-ラクチド313部、ε-カプロラクトン187部、トルエン210部及び触媒としてオクチル酸錫0.15部、触媒失活剤としてエチルジエチルホスホノアセテート0.77部を仕込み、窒素ガス気流下でトルエン共沸脱水しながら反応系を180℃に昇温し、3時間攪拌した。その後、系を減圧し、未反応残留モノマーを留去した。約20分後、未反応モノマーの留出が収まった後減圧を解除し、窒素ガス気流下で120℃以下に冷却してトルエンに溶解させて82重量%トルエン溶液とした。得られたポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールHの物性を表1に示した。
2)共重合ポリウレタン樹脂(LU-10)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールH(82重量%トルエン溶液)188部をMEK57部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI24.7部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.4部を添加した。70℃で2時間反応後、前記スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール原料-X(80重量%トルエン溶液)23部を添加した。70℃で2時間反応後、DMPA2.5部を添加した。70℃で3時間反応後、片末端封鎖PEG9.8部を添加した。70℃で2時間反応後、TMP3部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK106部で希釈し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-10)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
3)水系エマルション(E-10)の調製
  水系エマルション(E-1)の製造において、用いる共重合ポリウレタン樹脂を(LU-1)から(LU-10)に変更し、またTEAの添加量を1.5部から1.3部に変更して、水系エマルション(E-10)を調製した。得られたエマルション(E-10)の平均粒子径を表4に示した。
比較例1
1)ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールIの合成
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した1LガラスフラスコにNPG22部、D-ラクチド100部、L-ラクチド400部、トルエン210部及び触媒としてオクチル酸錫0.14部、触媒失活剤としてエチルジエチルホスホノアセテート0.70部を仕込み、窒素ガス気流下でトルエン共沸脱水しながら反応系を180℃に昇温し、3時間攪拌した。その後、系を減圧し、未反応残留モノマーを留去した。約20分後、未反応モノマーの留出が収まった後減圧を解除し、窒素ガス気流下で120℃以下に冷却してトルエンに溶解させて75重量%トルエン溶液とした。得られたポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールIの物性を表1に示した。
2)共重合ポリウレタン樹脂(LU-11)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール原料-X(80重量%トルエン溶液)26部、PCL50部をMEK46部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI23部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.4部を添加した。70℃で2時間反応後、前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールI(75重量%トルエン溶液)133部を添加した。70℃で3時間反応後、TMP3部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK113部で希釈し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-11)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
3)水系エマルション(E-11)の調製
  水系エマルション(E-1)の製造において、用いる共重合ポリウレタン樹脂を(LU-1)から(LU-11)に変更し、またTEAの添加量を1.5部から0部に変更して、水系エマルション(E-11)を調製した。得られたエマルション(E-11)の平均粒子径を表4に示した。
比較例2
1)ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールJの合成
  温度計、攪拌棒、リービッヒ冷却管を具備した1Lガラスフラスコに前記スルホン酸ナトリウム塩基含有ジオール混合物-X(80重量%トルエン溶液)133部、D-ラクチド100部、L-ラクチド400部、トルエン190部及び触媒としてオクチル酸錫0.14部、触媒失活剤としてエチルジエチルホスホノアセテート0.70部を仕込み、窒素ガス気流下でトルエン共沸脱水しながら反応系を180℃に昇温し、3時間攪拌した。その後、系を減圧し、未反応残留モノマーを留去した。約20分後、未反応モノマーの留出が収まった後減圧を解除し、窒素ガス気流下で120℃以下に冷却してトルエンに溶解させて75重量%トルエン溶液とした。得られたポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールJの物性を表1に示した。
2)共重合ポリウレタン樹脂(LU-12)の合成
  温度計、攪拌棒、コンデンサーを具備した1Lガラスフラスコに前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールJ(75重量%トルエン溶液)133部、PCL52部をMEK59部に溶解し、60℃に加温した。次いでHDI19.1部を添加し、触媒としてジブチル錫ラウレート0.4部を添加した。70℃で2時間反応後、DMPA2部を添加した。70℃で3時間反応後、片末端封鎖PEG8.9部を添加した。70℃で2時間反応後、TMP3部を添加した。70℃で更に3時間反応後、MEK93部で希釈し均一に攪拌して、反応を終了した。得られた共重合ポリウレタン樹脂(LU-12)の組成を表2に、数平均分子量等の物性値を表3に示した。
3)水系エマルション(E-12)の調製
  水系エマルション(E-1)の製造において、用いる共重合ポリウレタン樹脂を(LU-1)から(LU-12)に変更し、またTEAの添加量を1.5部から1.1部に変更して、水系エマルション(E-12)を調製した。得られたエマルション(E-12)の平均粒子径を表4に示した。
  本発明の共重合ポリウレタン樹脂は保存安定性に優れた水系エマルションを形成することができ、インキ、コーティング剤、接着剤、プライマー等の工業製品で用いられる可能性がある。また、本発明の共重合ポリウレタン樹脂を含有する水系エマルションあるいはこれを主成分とする接着剤をヒートシール接着剤として使用することで、優れたヒートシール接着強度を示し、かつ時間が経過しても接着強度を維持し長期的に使用が可能な環境に配慮した接着剤として産業界に寄与することが期待される。
 
 

Claims (8)

  1.  ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオール(A)と、1分子中に少なくとも1個のカルボキシル基を有するジオール化合物(B)と、(A)(B)以外の1価または多価のアルコール化合物(C)と、をジイソシアネート化合物(D)との重付加反応により結合した構造から主としてなる共重合ポリウレタン樹脂であって、前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)ポリオールがL-乳酸残基とL-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸の残基から主としてなり、(A)残基の重量分率を100%としたときの(B)残基の重量分率が1~6%、(C)残基の重量分率が0~50%であることを特徴とする共重合ポリウレタン樹脂。
  2.  酸価が50eq/ton以上500eq/ton以下であることを特徴とする請求項1に記載の共重合ポリウレタン樹脂。
  3.  前記L-乳酸以外の脂肪族ヒドロキシカルボン酸の残基がε-カプロラクトン残基またはD-乳酸残基であることを特徴とする請求項1または2に記載の共重合ポリウレタン樹脂。
  4.  50eq/ton以上500eq/ton以下のスルホン酸塩基を有することを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の共重合ポリウレタン樹脂。
  5.  前記ポリ(ヒドロキシカルボン酸)セグメントに占める乳酸残基の重量分率が50%以上であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の共重合ポリウレタン樹脂。
  6.  請求項1~5のいずれかに記載の共重合ポリウレタン樹脂と水から主としてなるエマルション。
  7.  請求項1~5のいずれかに記載の共重合ポリウレタン樹脂と水から主としてなり、有機溶媒および界面活性剤を含有しないエマルション。
  8.  請求項6または7のエマルションにカルボキシル基に対して反応性を有する多官能性化合物が配合されている接着剤組成物。
     
     
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