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JP2010229224A - Water-based polyurethane dispersion and water-based paint using the same - Google Patents

Water-based polyurethane dispersion and water-based paint using the same Download PDF

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JP2010229224A
JP2010229224A JP2009076271A JP2009076271A JP2010229224A JP 2010229224 A JP2010229224 A JP 2010229224A JP 2009076271 A JP2009076271 A JP 2009076271A JP 2009076271 A JP2009076271 A JP 2009076271A JP 2010229224 A JP2010229224 A JP 2010229224A
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JP
Japan
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polyurethane dispersion
aqueous polyurethane
water
polyisocyanate
allophanate
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009076271A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Teikyu Okiyama
悌久 沖山
Masaru Takahashi
優 高橋
Takayoshi Kino
孝喜 城野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Polyurethane Industry Co Ltd
Original Assignee
Nippon Polyurethane Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Nippon Polyurethane Industry Co Ltd filed Critical Nippon Polyurethane Industry Co Ltd
Priority to JP2009076271A priority Critical patent/JP2010229224A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aqueous polyurethane dispersion which, in various applications of an aqueous polyurethane resin such as an aqueous coating and aqueous adhesive, especially, can preferably be used in fields requiring excellent solvent resistance. <P>SOLUTION: This aqueous polyurethane dispersion which satisfies all specific requirements is produced by reacting: an organic polyisocyanate (A) containing specific allophanate-modified polyisocyanate; high molecular weight polyol (B); low molecular weight glycol (C) containing a carboxyl group; a neutralizing agent (D); and chain extender (E). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、乾燥フィルムの水溶性、再溶解性に優れ、かつ、MEK等の有機溶剤に対して不溶性を示す、水性ポリウレタン分散体、及びそれを用いた水性塗料に関する。   The present invention relates to an aqueous polyurethane dispersion excellent in water solubility and re-dissolution property of a dry film and insoluble in an organic solvent such as MEK, and an aqueous coating material using the same.

水性ポリウレタン分散体は、基材への密着性、耐摩耗性、耐衝撃性、耐溶剤性等に優れていることから塗料、インキ、接着剤、各種コーテイング剤として紙、プラスチックス、フィルム、金属、繊維製品等に幅広く使用され、またその製造方法についても種々検討されている。例えば、アセトン、メチルエチルケトン、N−メチルピロリドン、芳香族系有機溶剤等を単独、若しくは混合溶剤中でウレタン樹脂溶液を製造後に水分散化及び脱溶剤過程を経てエマルジョン、コロイダルディスパージョン、水溶液等の水性ポリウレタン樹脂が開発されている。 Aqueous polyurethane dispersions are excellent in adhesion to substrates, abrasion resistance, impact resistance, solvent resistance, etc., so paper, plastics, films, metals as paints, inks, adhesives and various coating agents It is widely used for textile products and the like, and various methods for producing the same have been studied. For example, acetone, methyl ethyl ketone, N-methyl pyrrolidone, aromatic organic solvent, etc. are used alone or mixed with a urethane resin solution in a mixed solvent, and then subjected to water dispersion and solvent removal process to obtain an aqueous solution such as emulsion, colloidal dispersion, aqueous solution, etc. Polyurethane resins have been developed.

アロファネート変性ポリイソシアネートは、他のウレタン変性ポリイソシアネートやイソシアヌレート変性ポリイソシアネートと比較すると、一般的に低粘度であり、また、変性剤の選定により、イソシアネート骨格内に様々な側鎖基を導入することができる。例えば、ポリオキシエチレン基を導入すれば、親水性のポリイソシアネートが得られる。また、炭素数の多い炭化水素基を導入すれば、貧溶剤可溶のポリイソシアネートが得られる。 Allophanate-modified polyisocyanates generally have low viscosity compared to other urethane-modified polyisocyanates and isocyanurate-modified polyisocyanates, and various side chain groups are introduced into the isocyanate skeleton depending on the choice of the modifier. be able to. For example, if a polyoxyethylene group is introduced, a hydrophilic polyisocyanate can be obtained. If a hydrocarbon group having a large number of carbon atoms is introduced, a poor solvent-soluble polyisocyanate can be obtained.

特許文献1には、側鎖にポリオキシエチレン基を導入したアロファネート変性ポリイソシアネートをポリウレタン樹脂のイソシアネート成分に用いた水性ポリウレタンエマルジョンが示されている。しかしながら、特許文献1において、アロファネート変性ポリイソシアネートの原料に、2,4−トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の異なる反応性を有する2個のイソシアネート基を有する有機ジイソシアネート(非対称ジイソシアネート)を用いている。一般的な非対称有機ジイソシアネートは、通常環構造(一種のラダー構造)を有するため、分子骨格の柔軟性が低く、また、粘度も高いものとなりやすい。 Patent Document 1 discloses an aqueous polyurethane emulsion in which an allophanate-modified polyisocyanate having a polyoxyethylene group introduced into a side chain is used as an isocyanate component of a polyurethane resin. However, in Patent Document 1, an organic diisocyanate (asymmetric diisocyanate) having two isocyanate groups having different reactivities such as 2,4-tolylene diisocyanate and isophorone diisocyanate is used as a raw material for allophanate-modified polyisocyanate. Since general asymmetric organic diisocyanates usually have a ring structure (a kind of ladder structure), the flexibility of the molecular skeleton is low and the viscosity tends to be high.

特許文献2には、水性ポリウレタン樹脂分散体の製造の際、有機溶剤を用いない方法が提案されている。しかしながら、特許文献2の製造方法においては、イソシアネート基末端プレポリマーの粘度が非常に高いため、強力な剪断力を有するホモミキサー、ホモジナイザー、マイクロフルイタイザーを用いないことには、水分散が進行しない場合が多く、製造設備改造の必要がある。 Patent Document 2 proposes a method that does not use an organic solvent when producing an aqueous polyurethane resin dispersion. However, in the production method of Patent Document 2, since the viscosity of the isocyanate group-terminated prepolymer is very high, water dispersion does not proceed unless a homomixer, homogenizer, or microfluidizer having a strong shearing force is used. In many cases, it is necessary to modify the manufacturing equipment.

他方、水性ポリウレタン分散体を用いて得られる乾燥フィルムについて、水溶性や再溶解性に優れ、かつ、MEK等の有機溶剤に対しては不溶性を示すような特性を有するものが要望されている。   On the other hand, a dry film obtained by using an aqueous polyurethane dispersion is required to have excellent water solubility and re-solubility and properties that are insoluble in organic solvents such as MEK.

特開平1−104612号公報JP-A-1-104612 特開平10−265539号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-265539

本発明は、前記のような背景を鑑み、得られる乾燥フィルムについて、水溶性や再溶解性に優れ、かつ、MEK等の有機溶剤に対しては不溶性を示すような特性を有する水性ポリウレタン分散体を得ることを目的とする。   In view of the background as described above, the present invention provides an aqueous polyurethane dispersion that has excellent water-solubility and re-solubility, and that is insoluble in organic solvents such as MEK. The purpose is to obtain.

本発明はまた、前記のような特性を有する水性ポリウレタン分散体を用いた水性塗料を得ることをも目的とする。   Another object of the present invention is to obtain an aqueous paint using an aqueous polyurethane dispersion having the above-mentioned characteristics.

本発明者らは、前記の一連の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の要件を満たす水性ポリウレタン分散体を用いることにより、前記の一連の課題を解決できることを見いだし、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above series of problems, the present inventors have found that the above series of problems can be solved by using an aqueous polyurethane dispersion satisfying specific requirements. It came to complete.

即ち、本発明は以下の(1)〜(5)に示されるものである。   That is, this invention is shown by the following (1)-(5).

(1) 有機ポリイソシアネート(A)、高分子ポリオール(B)、カルボキシル基含有低分子グリコール(C)、中和剤(D)、鎖延長剤(E)を反応させて得られるポリウレタン樹脂を水中に乳化させてなる水性ポリウレタン分散体において、有機ポリイソシアネート(A)が、繰り返し単位中オキシエチレン基を50モル%以上含有するアルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコール(A1−1)とヘキサメチレンジイソシアネート(A1−2)から得られるアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)を含有し、有機ポリイソシアネート(A)と高分子ポリオール(B)のモル比が、(A)/(B)=3〜20であり、樹脂中におけるカルボン酸基に基づく酸価が50〜100mgKOH/gであり、かつ、鎖延長剤(E)がポリアミン化合物と水との混合物であることを特徴とする、水性ポリウレタン分散体。
(2) 鎖延長剤(E)におけるポリアミン化合物が、ジエチレントリアミン及び/またはトリエチレンテトラミンであることを特徴とする、(1)に記載の水性ポリウレタン分散体。
(3) 水性ポリウレタン分散体中の固形分におけるメチルエチルケトンを用いたゲル分率が80%以上であることを特徴とする、(1)または(2)のいずれかに記載の水性ポリウレタン分散体。
(4) 有機ポリイソシアネート(A)が、繰り返し単位中オキシエチレン基を50モル%以上含有するアルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコール(A1−1)とヘキサメチレンジイソシアネート(A1−2)から得られるアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)と、脂環族系ジイソシアネート(A2)からなる有機ポリイソシアネート混合物であることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれかに記載の水性ポリウレタン分散体。
(5) (1)〜(4)のいずれかに記載の水性ポリウレタン分散体を用いた水性塗料。
(1) A polyurethane resin obtained by reacting an organic polyisocyanate (A), a polymer polyol (B), a carboxyl group-containing low molecular glycol (C), a neutralizer (D), and a chain extender (E) in water. In the aqueous polyurethane dispersion obtained by emulsifying, the organic polyisocyanate (A) contains an alkoxy poly (oxyalkylene) glycol (A1-1) containing 50 mol% or more of oxyethylene groups in the repeating unit and hexamethylene diisocyanate (A1). -2) contains the allophanate-modified polyisocyanate (A1), the molar ratio of the organic polyisocyanate (A) to the polymer polyol (B) is (A) / (B) = 3 to 20, and the resin. The acid value based on the carboxylic acid group is 50-100 mg KOH / g, and the chain extender (E) is An aqueous polyurethane dispersion, which is a mixture of a reamine compound and water.
(2) The aqueous polyurethane dispersion according to (1), wherein the polyamine compound in the chain extender (E) is diethylenetriamine and / or triethylenetetramine.
(3) The aqueous polyurethane dispersion according to either (1) or (2), wherein the gel fraction using methyl ethyl ketone in the solid content in the aqueous polyurethane dispersion is 80% or more.
(4) Organic polyisocyanate (A) is an allophanate modified from alkoxy poly (oxyalkylene) glycol (A1-1) and hexamethylene diisocyanate (A1-2) containing 50 mol% or more of oxyethylene groups in the repeating unit. The aqueous polyurethane dispersion according to any one of (1) to (3), which is an organic polyisocyanate mixture comprising a polyisocyanate (A1) and an alicyclic diisocyanate (A2).
(5) A water-based paint using the water-based polyurethane dispersion according to any one of (1) to (4).

本発明により、得られる乾燥フィルムについて水溶性や再溶解性に優れ、かつ、MEK等の有機溶剤に対しては不溶性を示すような特性を有する水性ポリウレタン分散体を得ることが可能となった。   According to the present invention, it is possible to obtain an aqueous polyurethane dispersion excellent in water solubility and re-dissolvability in the obtained dry film and having characteristics that are insoluble in organic solvents such as MEK.

また、本発明により、前記のような特性を有する水性ポリウレタン分散体を用いた水性塗料を得ることも可能となった。   Further, according to the present invention, it is also possible to obtain an aqueous paint using an aqueous polyurethane dispersion having the above-described characteristics.

本発明をさらに詳細に説明する。   The present invention will be described in further detail.

<有機ポリイソシアネート(A)>
本発明の水性ポリウレタン分散体を構成する有機ポリイソシアネート(A)は、繰り返し単位中オキシエチレン基を50モル%以上含有するアルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコール(A1−1)とヘキサメチレンジイソシアネート(A1−2)から得られるアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)を含有するものである。前記のアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)は実質的に分子中にイソシアヌレート基を含有しないものである。イソシアヌレート基を実質的に含有すると、有機ポリイソシアネート(A)の粘度が増大し、水性ポリウレタン分散体の製造時において、有機溶剤による希釈といった粘度の低下を行う必要がある。
<Organic polyisocyanate (A)>
The organic polyisocyanate (A) constituting the aqueous polyurethane dispersion of the present invention comprises an alkoxypoly (oxyalkylene) glycol (A1-1) containing 50 mol% or more of oxyethylene groups in the repeating unit and hexamethylene diisocyanate (A1- The allophanate-modified polyisocyanate (A1) obtained from 2) is contained. The allophanate-modified polyisocyanate (A1) substantially contains no isocyanurate group in the molecule. When the isocyanurate group is substantially contained, the viscosity of the organic polyisocyanate (A) increases, and it is necessary to reduce the viscosity such as dilution with an organic solvent during the production of the aqueous polyurethane dispersion.

本発明においては、前記のアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)を含有することを前提として、前記のアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)以外の有機ポリイソシアネートと併用して有機ポリイソシアネート(A)とすることができる。   In the present invention, on the premise that the allophanate-modified polyisocyanate (A1) is contained, the organic polyisocyanate (A) is used in combination with an organic polyisocyanate other than the allophanate-modified polyisocyanate (A1). it can.

前記アロファネート変性ポリイソシアネート(A1)以外の有機ポリイソシアネートとしては、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、2,2′−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4′−ジフェニルメタ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、ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、ジベンジルジイソシアネート、ナフチレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、HDI(前記のアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)に相当するものを除く)、リジンジイソシアネート、2−メチルペンタン−1,5−ジイソシアネート、3−メチルペンタン−1,5−ジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサヘチレン−1,6−ジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサヘチレン−1,6−ジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加トリメチルキシリレンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネートがある。これらの有機ジイソシアネートは単独でも用いることができるし、混合物にして用いても良い。更には、これらのアダクト変性体、カルボジイミド変性体、アロファネート変性体(前述のものを除く)、ビュレット変性体、ウレトジオン変性体、ウレトイミン変性体、イソシアヌレート変性体等の変性体も使用できる。   Examples of organic polyisocyanates other than the allophanate-modified polyisocyanate (A1) include 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 2,2′-diphenylmethane diisocyanate, 2,4′-diphenylmethane diisocyanate, Aromatic diisocyanates such as 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, diphenyldimethylmethane diisocyanate, dibenzyl diisocyanate, naphthylene diisocyanate, phenylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, HDI Except those corresponding to isocyanate (A1)), lysine diisocyanate, 2-methylpen 1,5-diisocyanate, 3-methylpentane-1,5-diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexahylene-1,6-diisocyanate, 2,4,4-trimethylhexahylene-1,6 -Aliphatic diisocyanates such as diisocyanates, isophorone diisocyanate, cyclohexyl diisocyanate, hydrogenated xylylene diisocyanate, hydrogenated diphenylmethane diisocyanate, hydrogenated trimethylxylylene diisocyanate and the like. These organic diisocyanates can be used alone or in a mixture. Furthermore, modified products such as these adduct-modified products, carbodiimide-modified products, allophanate-modified products (excluding those described above), burette-modified products, uretdione-modified products, uretoimine-modified products, and isocyanurate-modified products can also be used.

本発明においては、前記のアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)と併用する有機ポリイソシアネートとして、前記の脂環族系ジイソシアネートを用いることが好ましく、中でも、イソホロンジイソシアネート(以下「IPDI」と略記。)を選択して用いるのが好ましい。   In the present invention, it is preferable to use the alicyclic diisocyanate as the organic polyisocyanate used in combination with the allophanate-modified polyisocyanate (A1). Among them, isophorone diisocyanate (hereinafter abbreviated as “IPDI”) is selected. And preferably used.

<アロファネート変性ポリイソシアネート(A1)>
本発明に用いられるアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)は、繰り返し単位中のオキシエチレン基を50モル%以上(好ましくは70モル%以上)含有するアルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコール(A1−1)とHDI(A1−2)から得られる。ここで、アルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコールにおける繰り返し単位中のオキシエチレン基が50モル%未満の場合、得られる水性ポリウレタン分散体の水分散能(水性ポリウレタン分散体におけるの均一分散安定性)が不十分となる。また、HDI以外の他の有機ジイソシアネート、例えばトルエンジイソシアネート(以下「TDI」と略記。)やイソホロンジイソシアネート(以下「IPDI」と略記。)を用いた場合は、環構造(一種のラダー構造)を有するため、分子骨格の柔軟性が低く、また、水性ポリウレタン分散体における粘度も高いものとなりやすい。このため、このようなアロファネート変性ポリイソシアネートを製造する際に有機溶剤が必要になるため、本発明においては好ましくない。
<Allophanate-modified polyisocyanate (A1)>
The allophanate-modified polyisocyanate (A1) used in the present invention comprises an alkoxypoly (oxyalkylene) glycol (A1-1) and HDI containing 50 mol% or more (preferably 70 mol% or more) of oxyethylene groups in the repeating unit. Obtained from (A1-2). Here, when the number of oxyethylene groups in the repeating unit in the alkoxypoly (oxyalkylene) glycol is less than 50 mol%, the water-dispersing ability of the resulting aqueous polyurethane dispersion (uniform dispersion stability in the aqueous polyurethane dispersion) is poor. It will be enough. In addition, when an organic diisocyanate other than HDI such as toluene diisocyanate (hereinafter abbreviated as “TDI”) or isophorone diisocyanate (hereinafter abbreviated as “IPDI”) is used, it has a ring structure (a kind of ladder structure). Therefore, the flexibility of the molecular skeleton is low, and the viscosity in the aqueous polyurethane dispersion tends to be high. For this reason, since an organic solvent is needed when manufacturing such an allophanate modified polyisocyanate, it is not preferable in this invention.

本発明においては、前記のアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)のイソシアネート基含有量は5〜15質量%の範囲内であることが好ましく、中でも8〜13質量%の範囲内であることが特に好ましい。また、前記のアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)の25℃における粘度は1,000mPa・s以下であることが好ましく、100〜800mPa・sの範囲内であることが特に好ましい。イソシアネート基含有量が5質量%未満の場合、または、粘度が1,000mPa・sを超える場合、反応の最中における中間反応物の粘度が高くなり、製造装置に大きな負荷がかかる(製造装置の故障が発生する)場合がある。また、イソシアネート基含有量が15質量%を超える場合、または、粘度が例えば800mPa・s未満と過度に低すぎる場合、アロファネート変性ポリイソシアネート(A1)におけるアロファネート変性の度合が不充分である可能性が多く、得られるポリウレタン分散体の分散能(水性ポリウレタン分散体における均一分散安定性)が不充分となりやすい。 In the present invention, the isocyanate group content of the allophanate-modified polyisocyanate (A1) is preferably in the range of 5 to 15% by mass, and particularly preferably in the range of 8 to 13% by mass. The viscosity of the allophanate-modified polyisocyanate (A1) at 25 ° C. is preferably 1,000 mPa · s or less, and particularly preferably in the range of 100 to 800 mPa · s. When the isocyanate group content is less than 5% by mass or when the viscosity exceeds 1,000 mPa · s, the viscosity of the intermediate reactant during the reaction becomes high, and a large load is imposed on the production apparatus (of the production apparatus). Failure may occur). Moreover, when isocyanate group content exceeds 15 mass%, or when viscosity is too low, for example, less than 800 mPa * s, there is a possibility that the degree of allophanate modification in allophanate-modified polyisocyanate (A1) is insufficient. In many cases, the dispersibility of the resulting polyurethane dispersion (uniform dispersion stability in the aqueous polyurethane dispersion) tends to be insufficient.

前記のアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)の製造方法は、次の通りである。アルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコールに対して、過剰量のHDI(アルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコール/HDI=1/5〜1/20(モル比)が好ましい)を仕込み、ウレタン化反応を行う。次いでカルボン酸の金属塩等のアロファネート化触媒を仕込み、アロファネート化反応を行う。リン酸等の反応停止剤を仕込み、アロファネート化反応を停止させ、薄膜蒸留等で未反応のHDIを除去して、目的のアロファネート変性ポリイソシアネートが得られる。 The method for producing the allophanate-modified polyisocyanate (A1) is as follows. An excess amount of HDI (alkoxy poly (oxyalkylene) glycol / HDI = 1/5 to 1/20 (molar ratio) is preferred) is added to the alkoxy poly (oxyalkylene) glycol, and a urethanization reaction is performed. Next, an allophanatization catalyst such as a metal salt of a carboxylic acid is charged and an allophanatization reaction is performed. A reaction terminator such as phosphoric acid is charged to stop the allophanatization reaction, and unreacted HDI is removed by thin film distillation or the like to obtain the desired allophanate-modified polyisocyanate.

なお、好ましいアロファネート化触媒は、ジルコニウムのカルボン酸塩、ジルコニルのカルボン酸塩、スズ(二価)のカルボン酸塩である。これら以外のアロファネート化触媒では、イソシアヌレート化反応等の副反応の程度が大きく、目的のアロファネート変性ポリイソシアネート含有量が低いものになる。このような方法で得られたポリイソシアネートは平均官能基数が大きく、ポリウレタン樹脂製造の際ゲル化が生じやすい。なお、アロファネート化触媒の具体的商品としては、ニッカオクチックスジルコニウム(日本化学産業株式会社製)等が挙げられる。 Preferred allophanatization catalysts are zirconium carboxylate, zirconyl carboxylate, and tin (divalent) carboxylate. Other allophanatization catalysts have a high degree of side reaction such as isocyanurate reaction and a low content of the desired allophanate-modified polyisocyanate. The polyisocyanate obtained by such a method has a large average number of functional groups, and gelation tends to occur during the production of a polyurethane resin. Specific products of the allophanate catalyst include Nikka Octix Zircon (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.).

HDI以外の市場に広く流通している有機ジイソシアネートを用いて、前述のジルコニウム系触媒を用いてアロファネート変性ポリイソシアネートを製造した場合、アロファネート化反応が不充分であり、目的とするアロファネート変性ポリイソシアネートが得られにくい。 When an allophanate-modified polyisocyanate is produced using the above-mentioned zirconium-based catalyst using an organic diisocyanate that is widely distributed in markets other than HDI, the allophanate-forming polyisocyanate is insufficient. It is difficult to obtain.

アロファネート変性ポリイソシアネート(A1)に用いられるアルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコール(A1−1)は、一般的には炭素数1〜10の1個の水酸基を有する化合物を開始剤として、エチレンオキサイド50モル%以上含有するアルキレンオキサイドを開環付加させることで得られる。 The alkoxypoly (oxyalkylene) glycol (A1-1) used for the allophanate-modified polyisocyanate (A1) is generally a compound having one hydroxyl group having 1 to 10 carbon atoms and 50 mol of ethylene oxide. % Or more of alkylene oxide is contained by ring-opening addition.

ここで、開始剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール(各種異性体を含む)、ブタノール(各種異性体を含む)、ペンタノール(各種異性体を含む)等の飽和脂肪族系アルコール化合物、アリルアルコール等の不飽和脂肪族系アルコール化合物、フェノール等のフェノール系化合物、ベンジルアルコール等の芳香脂肪族系アルコール等が挙げられる。本発明では、親水性付与効果を高くするため、炭素数が5以下の脂肪族系アルコールが好ましく、特に好ましくは炭素数2以下の飽和脂肪族系アルコールである。また、アルキレンオキサイドのエチレンオキサイド含有量は、得られるポリウレタン分散体における水分散能(水性ポリウレタン分散体における均一分散安定性)を考慮すると、70モル%以上であることがより好ましい。 Here, examples of the initiator include saturated aliphatic alcohol compounds such as methanol, ethanol, propanol (including various isomers), butanol (including various isomers), pentanol (including various isomers), and allyl alcohol. Unsaturated fatty alcohol compounds such as phenol, phenolic compounds such as phenol, and araliphatic alcohols such as benzyl alcohol. In the present invention, an aliphatic alcohol having 5 or less carbon atoms is preferable, and a saturated aliphatic alcohol having 2 or less carbon atoms is particularly preferable in order to enhance the effect of imparting hydrophilicity. Further, the ethylene oxide content of the alkylene oxide is more preferably 70 mol% or more in consideration of the water dispersibility in the obtained polyurethane dispersion (uniform dispersion stability in the aqueous polyurethane dispersion).

アルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコール(A1−1)の数平均分子量は200〜2,000の範囲内であることが好ましく、特に好ましくは300〜1,000の範囲内である。アルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコール(A1−1)の数平均分子量が200未満の場合、アロファネート変性ポリイソシアネート(A1)における親水性付与効果が小さく、これを用いた水性ポリウレタン分散体の水分散能が不充分である。また、数平均分子量が2,000を超える場合、ポリオキシエチレン鎖の結晶化のため、得られるアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)の粘度が大きくなり、又は固化しやすくなり、溶剤を用いることなく水性ポリウレタン分散体を製造することが困難になる。 The number average molecular weight of the alkoxy poly (oxyalkylene) glycol (A1-1) is preferably in the range of 200 to 2,000, particularly preferably in the range of 300 to 1,000. When the number average molecular weight of the alkoxy poly (oxyalkylene) glycol (A1-1) is less than 200, the effect of imparting hydrophilicity in the allophanate-modified polyisocyanate (A1) is small, and the water-dispersibility of the aqueous polyurethane dispersion using the same Insufficient. Further, when the number average molecular weight exceeds 2,000, the viscosity of the obtained allophanate-modified polyisocyanate (A1) is increased or solidified due to crystallization of the polyoxyethylene chain, and it is water-free without using a solvent It becomes difficult to produce a polyurethane dispersion.

<高分子ポリオール(B)>
本発明において使用される高分子ポリオールとしては、ポリエステルポリオール又はポリエーテルポリオール或いはポリカーボネートポリオールなどが使用され、それらにはポリウレタン樹脂の原材料としての通常のものが用いられて、特に規定はされない。
<Polymer polyol (B)>
As the polymer polyol used in the present invention, polyester polyol, polyether polyol, polycarbonate polyol, or the like is used, and a normal one as a raw material of the polyurethane resin is used and is not particularly defined.

本発明において使用される高分子ポリオールとしては、数平均分子量が800〜6,000(より好ましくは数平均分子量が800〜2,500、とりわけ好ましくは、より安定した水性ポリウレタン分散体の分散性、並びに生産性を確実に併せ得られるとの観点から、数平均分子量が1,000〜2,000)のものが好ましく、代表的には、ポリプロピレンエチレンポリオール(PPG)、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTG)などが例示される。 The polymer polyol used in the present invention has a number average molecular weight of 800 to 6,000 (more preferably a number average molecular weight of 800 to 2,500, and particularly preferably a more stable dispersibility of an aqueous polyurethane dispersion, In addition, those having a number average molecular weight of 1,000 to 2,000 are preferable from the viewpoint that productivity can be reliably obtained. Typically, polypropylene ethylene polyol (PPG), polytetramethylene ether glycol (PTG) And the like.

より具体的には、ポリエステルポリオールとしては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、マロン酸、アジピン酸、1,4−シクロヘキシルジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、その他の二塩基酸などと、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、3,3−ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン−1,4−ジオール、或いはグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどのポリオール類とからの重縮合反応により得られるポリエステルポリオールが使用される。さらに、ε−カプロラクトンなどの環状エステル、ジオールの一部をヘキサメチレンジアミンやイソホロンジアミンなどのアミン類に変更したポリエステルアミドポリオールなども使用し得る。   More specifically, polyester polyols include phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid, succinic acid, malonic acid, adipic acid, 1,4-cyclohexyl dicarboxylic acid, maleic acid, fumaric acid, and other two types. Basic acid and the like, ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 3,3-dimethylolheptane, diethylene glycol, dipropylene glycol, neopentyl glycol, cyclohexane-1,4-diol, glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, etc. From the polyols Polyester polyols obtained by the polycondensation reaction are employed. Further, cyclic esters such as ε-caprolactone, polyester amide polyols in which a part of the diol is changed to amines such as hexamethylene diamine and isophorone diamine can be used.

ポリエーテルポリオールとしては、前記のジオール類、ポリオール類と、或いはこれらとエチレンジアミン、プロピレンジアミン、トルエンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジフェニルメタンジアミンなどのアミン類と共に、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイド、メチルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテルなどのアルキル或いはアリールグリシジルエーテル、テトラヒドロフランなどの環状エーテルなどを付加重合することにより得られるポリエーテルポリオールが使用される。   Polyether polyols include the above diols, polyols, or these and amines such as ethylenediamine, propylenediamine, toluenediamine, metaphenylenediamine, diphenylmethanediamine, alkylene oxides such as ethylene oxide and propylene oxide, and methylglycidyl. A polyether polyol obtained by addition polymerization of an ether, an alkyl such as phenyl glycidyl ether or an aryl glycidyl ether, a cyclic ether such as tetrahydrofuran is used.

ポリカーボネートポリオールとしては、前記のジオール類、ポリオール類と、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネートなどとの反応により得られるポリカーボネートポリオールが使用される。   As the polycarbonate polyol, a polycarbonate polyol obtained by a reaction of the diols or polyols with ethylene carbonate, diethyl carbonate, diphenyl carbonate or the like is used.

なお、本発明の水性ポリウレタン分散体においては、前記の有機ポリイソシアネート(A)と前記の高分子ポリオール(B)におけるモル比が、(A)/(B)=3〜20の範囲内となるように用いられる。   In the aqueous polyurethane dispersion of the present invention, the molar ratio of the organic polyisocyanate (A) to the polymer polyol (B) is in the range of (A) / (B) = 3-20. Used as follows.

<カルボキシル基含有低分子グリコール(C)>
本発明において用いられるカルボキシル基含有低分子グリコール(C)としては、末端水酸基を二個有す脂肪酸が好適に使用される。当脂肪酸は末端水酸基を活性水素基として二個有し、例えば両末端の活性水素基がイソシアネート基と反応してプレポリマーの主鎖に組み込まれ、遊離のカルボキシル基が親水性なのでプレポリマーの水分散性を高める作用をなす。活性水素基を有す脂肪酸化合物としては、例えば、末端水酸基を二個有すジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸等が挙げられる。
<Carboxyl group-containing low molecular weight glycol (C)>
As the carboxyl group-containing low molecular glycol (C) used in the present invention, a fatty acid having two terminal hydroxyl groups is preferably used. This fatty acid has two terminal hydroxyl groups as active hydrogen groups. For example, the active hydrogen groups at both ends react with isocyanate groups and are incorporated into the main chain of the prepolymer, and the free carboxyl groups are hydrophilic, so It works to increase dispersibility. Examples of the fatty acid compound having an active hydrogen group include dimethylolpropionic acid and dimethylolbutanoic acid having two terminal hydroxyl groups.

<中和剤(D)>
本発明において用いられる中和剤(D)は、ウレタンプレポリマー主鎖に組み込まれたカルボキシル基含有低分子グリコールのカルボキシル基を中和して、ポリウレタン樹脂の水分散性をより高める効果を付与する。この中和剤(D)としては、例えば、アンモニア、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−フェニルジエタノールアミン、モノエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、モルホリン、N−メチルモルホリン、2−アミノ−2−エチル−1−プロパノール等の有機アミン類、リチウム、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの無機アルカリ類等が挙げられる。
<Neutralizing agent (D)>
The neutralizing agent (D) used in the present invention neutralizes the carboxyl group of the carboxyl group-containing low molecular glycol incorporated in the urethane prepolymer main chain, and gives the effect of further improving the water dispersibility of the polyurethane resin. . Examples of the neutralizing agent (D) include ammonia, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, triisopropylamine, tributylamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-phenyldiethanolamine, monoethanolamine, dimethylethanolamine, diethyl Organic amines such as ethanolamine, morpholine, N-methylmorpholine, 2-amino-2-ethyl-1-propanol, alkali metals such as lithium, potassium and sodium, inorganic hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, etc. Can be mentioned.

<鎖延長剤(E)>
本発明において用いられる鎖延長剤(D)は、活性水素を3以上有するポリアミン化合物が使用される。活性水素を3以上有する化合物としては、例えば、エチレンジアミン(EDA)、ジエタノールアミン、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン等が挙げられる。
<Chain extender (E)>
As the chain extender (D) used in the present invention, a polyamine compound having 3 or more active hydrogens is used. Examples of the compound having 3 or more active hydrogens include ethylenediamine (EDA), diethanolamine, diethylenetriamine (DETA), triethylenetetramine (TETA), tetraethylenepentamine, and pentaethylenehexamine.

本発明においては、前記の鎖延長剤(E)として、ジエチレントリアミン(DETA)及び/またはトリエチレンテトラミン(TETA)を選択して用いるのが好ましい。   In the present invention, it is preferable to select and use diethylenetriamine (DETA) and / or triethylenetetramine (TETA) as the chain extender (E).

なお、本発明においては、前記の鎖延長剤(E)は、水と混合して用いられる。   In the present invention, the chain extender (E) is used by mixing with water.

<任意成分>
本発明における水性ポリウレタン分散体は、前記の特定の有機ジイソシアネート(A)、高分子ポリオール(B)、カルボキシル基含有低分子グリコール(C)、中和剤(D)、並びに鎖延長剤(E)を必須とするが、必要に応じて、水への分散を促す効果を有する粘度低下剤(水への溶解度が0.1〜40質量%で引火点が50℃以上)を添加することができる。該粘度低下剤の具体例としては、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(商品名:ジメチルプロピレンジグリコール(略称:DMM、水への溶解度:37.0質量%、引火点:65℃)、ジエチレングリコールジブチルエーテル(商品名:ジブチルジグリコール、略称:DBDG、水への溶解度:0.3質量%、引火点:122℃)、N−メチルピロリドン(略称:NMP、水への溶解度:(任意)質量%、引火点:91℃)等が挙げられる。
<Optional component>
The aqueous polyurethane dispersion in the present invention comprises the specific organic diisocyanate (A), the polymer polyol (B), the carboxyl group-containing low molecular glycol (C), the neutralizer (D), and the chain extender (E). If necessary, a viscosity reducing agent having an effect of promoting dispersion in water (solubility in water of 0.1 to 40% by mass and flash point of 50 ° C. or more) can be added. . Specific examples of the viscosity reducing agent include dipropylene glycol dimethyl ether (trade name: dimethylpropylene diglycol (abbreviation: DMM, solubility in water: 37.0 mass%, flash point: 65 ° C.), diethylene glycol dibutyl ether (commercial product). Name: Dibutyldiglycol, Abbreviation: DBDG, Solubility in water: 0.3 mass%, Flash point: 122 ° C., N-methylpyrrolidone (abbreviation: NMP, Solubility in water: (optional) mass%, flash point) : 91 ° C).

また、本発明における水性ポリウレタン分散体には、ポリウレタン樹脂を形成するうえで反応を促進させる目的から、必要に応じて、ジブチルチンジラウレートやナフテン酸亜鉛のような金属系触媒、或いは、トリエチレンジアミン、N−メチルモルホリン等のようなアミン系触媒等、ウレタン反応の硬化触媒(重合触媒)としての樹脂化触媒(ウレタン化触媒)を併せ用いることができる。   Further, in the aqueous polyurethane dispersion in the present invention, a metal catalyst such as dibutyltin dilaurate or zinc naphthenate, or triethylenediamine, if necessary, for the purpose of accelerating the reaction in forming a polyurethane resin. A resin catalyst (urethanization catalyst) as a curing catalyst (polymerization catalyst) for urethane reaction, such as an amine catalyst such as N-methylmorpholine, can be used in combination.

さらに、本発明の水性ポリウレタン分散体に所望される物性を高め、また、各種物性を付加する目的から、各種の添加剤として、難燃剤、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、充填剤、内部離型剤、補強材、艶消し剤、導電性付与剤、帯電制御剤、帯電防止剤、滑剤、その他の加工助剤を用いることができる。   Furthermore, for the purpose of enhancing the desired physical properties of the aqueous polyurethane dispersion of the present invention and adding various physical properties, various additives include flame retardants, plasticizers, antioxidants, ultraviolet absorbers, fillers, Internal release agents, reinforcing materials, matting agents, conductivity imparting agents, charge control agents, antistatic agents, lubricants, and other processing aids can be used.

<水性ポリウレタン分散体>
本発明の水性ポリウレタン分散体は、前記のとおり、有機ポリイソシアネート(A)、高分子ポリオール(B)、カルボキシル基含有低分子グリコール(C)、中和剤(D)、鎖延長剤(E)を反応させて得られるポリウレタン樹脂を水中に乳化させてなる水性ポリウレタン分散体であり、有機ポリイソシアネート(A)が、繰り返し単位中オキシエチレン基を50モル%以上含有するアルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコール(A1−1)とヘキサメチレンジイソシアネート(A1−2)から得られるアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)を含有する有機ポリイソシアネート(A)であり、有機ポリイソシアネート(A)と高分子ポリオール(B)のモル比が、(A)/(B)=3〜20であり、樹脂中におけるカルボン酸基に基づく酸価が50〜100mgKOH/gであり、かつ、鎖延長剤(E)がポリアミン化合物と水との混合物であることを特徴とするものである。なお、酸価の測定方法は、例えば日本工業規格JIS K5400等に開示されている方法による。
<Aqueous polyurethane dispersion>
As described above, the aqueous polyurethane dispersion of the present invention comprises an organic polyisocyanate (A), a polymer polyol (B), a carboxyl group-containing low molecular glycol (C), a neutralizer (D), and a chain extender (E). Is an aqueous polyurethane dispersion obtained by emulsifying a polyurethane resin obtained by reacting in water, and the organic polyisocyanate (A) is an alkoxy poly (oxyalkylene) glycol containing 50 mol% or more of oxyethylene groups in the repeating unit. It is an organic polyisocyanate (A) containing an allophanate-modified polyisocyanate (A1) obtained from (A1-1) and hexamethylene diisocyanate (A1-2), and is composed of the organic polyisocyanate (A) and the polymer polyol (B). The molar ratio is (A) / (B) = 3-20, and the carboxyl in the resin An acid value of 50~100mgKOH / g based on the group and in which chain extender (E) is characterized in that it is a mixture of water polyamine compound. The acid value is measured by, for example, a method disclosed in Japanese Industrial Standard JIS K5400.

<水性ポリウレタン分散体の製造方法>
次に、本発明の水性ポリウレタン分散体の製造方法について述べる。前記一連の特定の有機ポリイソシアネート(A)、高分子ポリオール(B)、カルボキシル基含有低分子グリコール(C)を反応させる。この際、前記の任意成分として挙げた水への分散を促す効果を有する粘度低下剤、並びに、ウレタン化触媒を反応系内に介在させてもよい。次いで、中和剤(D)にてカルボキシル基を中和して、カルボン酸アミン塩を含有して水分散性の高められたイソシアネート基末端プレポリマーを得る。このイソシアネート基末端プレポリマーを水に分散させて乳化させた後に、前記の鎖延長剤(E)にて鎖延長反応を行うことにより、本発明の水性ポリウレタン分散体が得られる。
<Method for producing aqueous polyurethane dispersion>
Next, a method for producing the aqueous polyurethane dispersion of the present invention will be described. The series of specific organic polyisocyanate (A), polymer polyol (B), and carboxyl group-containing low molecular glycol (C) are reacted. Under the present circumstances, you may interpose the viscosity reducing agent which has the effect which promotes the dispersion | distribution to the water mentioned as said arbitrary component, and a urethanization catalyst in a reaction system. Next, the carboxyl group is neutralized with a neutralizing agent (D) to obtain an isocyanate group-terminated prepolymer having a carboxylic acid amine salt and having improved water dispersibility. After the isocyanate group-terminated prepolymer is dispersed in water and emulsified, the aqueous polyurethane dispersion of the present invention is obtained by performing a chain extension reaction with the chain extender (E).

この場合、イソシアネート基末端プレポリマーを水に分散させて乳化する工程は、イソシアネート基末端プレポリマーを予め仕込んだ系内に水を追加投入して分散させて乳化するより、水を予め仕込んだ系内にイソシアネート基末端プレポリマーを追加投入して分散させて乳化するのが好ましい。   In this case, the step of emulsifying by dispersing the isocyanate group-terminated prepolymer in water is a system in which water is pre-charged rather than adding and dispersing water in the system in which the isocyanate group-terminated prepolymer is preliminarily charged. It is preferable to add and disperse an isocyanate group-terminated prepolymer therein to emulsify.

<水性塗料>
本発明の水性ポリウレタン分散体を用いることにより、得られる乾燥フィルム(即ち、本発明の水性ポリウレタン分散体によって得られる塗膜または被膜)は、水溶性や再溶解性に優れ、かつ、MEK等の有機溶剤に対しては不溶性を示すような特性を有することが可能となる。
<Water-based paint>
By using the aqueous polyurethane dispersion of the present invention, a dry film obtained (that is, a coating film or a film obtained by the aqueous polyurethane dispersion of the present invention) is excellent in water solubility and re-solubility, and is not limited to MEK or the like. It becomes possible to have characteristics that are insoluble in organic solvents.

以下、本発明を実施例により更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。なお、実施例及び比較例中において「部」並びに「%」は、断り書きがない限り各々「質量部」並びに「質量%」を示す。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is limited to these and is not interpreted. In the examples and comparative examples, “parts” and “%” indicate “parts by mass” and “mass%”, respectively, unless otherwise specified.

<アロファネート変性ポリイソシアネートの合成>
製造例1:
攪拌機、温度計、冷却器及び窒素ガス導入管のついた容量1Lの反応器に、「HDI(本発明の(A1−2)に相当)」を863g、「メトキシポリエチレングリコール(数平均分子量=400:本発明の(A1−1)に相当)」を137g、「2−エチルヘキサン酸ジルコニウム」を0.2g仕込み、窒素雰囲気下90℃で2時間反応を行った。次いで、リン酸エステル「JP−508(城北化学(株)製)」を0.1g仕込み50℃で1時間停止反応を行った。停止反応後の反応生成物のイソシアネート基含有量は40.2%であった。この反応生成物を130℃×0.04kPaにて薄膜蒸留を行い、本発明の(A1)に相当するアロファネート変性ポリイソシアネートイソシアネート「ALP−1」を得た。「ALP−1」のイソシアネート含量は11.4%、25℃の粘度は140mPa・s、遊離ジイソシアネート(即ち「HDI」)の含有量は0.1%であった。また、「ALP−1」をFT−IR及び13C−NMRにて分析したところ、ウレタン基、イソシアヌレート基はほとんど確認されず、アロファネート基の存在が確認された。
<Synthesis of allophanate-modified polyisocyanate>
Production Example 1:
863 g of “HDI (corresponding to (A1-2) of the present invention)” and “methoxypolyethylene glycol (number average molecular weight = 400) in a 1 L reactor equipped with a stirrer, a thermometer, a cooler and a nitrogen gas introduction tube. : Equivalent to (A1-1) of the present invention) ”and 0.2 g of“ zirconium 2-ethylhexanoate ”were charged and reacted at 90 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. Next, 0.1 g of phosphoric acid ester “JP-508 (manufactured by Johoku Chemical Co., Ltd.)” was charged, and a stop reaction was performed at 50 ° C. for 1 hour. The isocyanate group content in the reaction product after the termination reaction was 40.2%. This reaction product was subjected to thin film distillation at 130 ° C. × 0.04 kPa to obtain an allophanate-modified polyisocyanate isocyanate “ALP-1” corresponding to (A1) of the present invention. The isocyanate content of “ALP-1” was 11.4%, the viscosity at 25 ° C. was 140 mPa · s, and the content of free diisocyanate (ie, “HDI”) was 0.1%. Further, when “ALP-1” was analyzed by FT-IR and 13 C-NMR, urethane groups and isocyanurate groups were hardly confirmed, and the presence of allophanate groups was confirmed.

<水性ポリウレタン分散体の合成>
実施例1:
攪拌機、温度計、窒素シール管、冷却器のついた容量:3Lの反応器に、「ポリオール−1」を200g(モル比=1.0相当)、「DMPA」を94g(モル比=7.0相当)を各々仕込み、100℃にて均一に混合した。その後、前記の製造例1において得られた「ALP−1」を176.4g(モル比=4.8相当)、「IPDI」を106.6g(モル比=4.8相当)を各々仕込み、次いで、「DOTDL」を0.05g仕込み、80℃で3時間撹拌・反応を行った。次いで、「KOH」を95.2g(モル比=5.6相当)仕込んでカルボキシル基を中和し、イソシアネート基末端プレポリマーを得た。その後、水を1650g仕込んで乳化させた。乳化したところで、あらかじめ水を46.8gと「DETA」を8.2g(モル比=0.8相当)とを配合したアミン水を仕込んで鎖延長反応を行った。FT−IRによりイソシアネート基の存在が確認されなくなったところで反応を終了して25℃まで冷却した後、「MEK」を92.5g仕込み、水性ポリウレタン分散体(本発明の水性ポリウレタン分散体に相当)を得た。この水性ポリウレタン分散体の諸性能等について、表1に示す。
なお、記載中における“モル比”は高分子ポリオール(B)に対するモル比であり、また、“固形分”以外は、水が85%とMEKが15%からなる混合液である(いずれも、以下の各実施例並びに各比較例において同じ)。
<Synthesis of aqueous polyurethane dispersion>
Example 1:
Capacity with stirrer, thermometer, nitrogen seal tube and condenser: In a 3 L reactor, 200 g of “Polyol-1” (molar ratio = 1.0 equivalent) and 94 g of “DMPA” (molar ratio = 7. 0 equivalent), and mixed uniformly at 100 ° C. Thereafter, 176.4 g (molar ratio = 4.8 equivalent) of "ALP-1" obtained in Production Example 1 and 106.6 g (molar ratio = 4.8 equivalent) of "IPDI" were charged, respectively. Next, 0.05 g of “DOTDL” was charged, and stirred and reacted at 80 ° C. for 3 hours. Next, 95.2 g (corresponding to a molar ratio = 5.6) of “KOH” was charged to neutralize the carboxyl group to obtain an isocyanate group-terminated prepolymer. Thereafter, 1650 g of water was charged and emulsified. When emulsified, a chain extension reaction was carried out by adding amine water premixed with 46.8 g of water and 8.2 g of “DETA” (corresponding to a molar ratio = 0.8). When the presence of isocyanate groups was no longer confirmed by FT-IR, the reaction was terminated and cooled to 25 ° C., then 92.5 g of “MEK” was charged, and an aqueous polyurethane dispersion (corresponding to the aqueous polyurethane dispersion of the present invention) Got. Table 1 shows various performances of the aqueous polyurethane dispersion.
The “molar ratio” in the description is a molar ratio with respect to the polymer polyol (B), and other than the “solid content”, it is a mixed solution of 85% water and 15% MEK (both are The same in the following examples and comparative examples).

実施例2〜6、比較例1〜5:
表1並びに表2に示す組成(モル比)に従って、前記の実施例1と同じ方法に基づいて、各々の水性ポリウレタン分散体を得た。これらの水性ポリウレタン分散体各々の諸性能等について、表1並びに表2に示す。
Examples 2-6, Comparative Examples 1-5:
According to the composition (molar ratio) shown in Table 1 and Table 2, each aqueous polyurethane dispersion was obtained based on the same method as in Example 1. Tables 1 and 2 show various performances and the like of each of these aqueous polyurethane dispersions.

Figure 2010229224
Figure 2010229224

Figure 2010229224
Figure 2010229224

前記の実施例1、表1、並びに表2における各々の略称の詳細は、以下のとおり。
・「IPDI」(本発明の(A2)に相当): イソホロンジイソシアネート。
・「ポリオール−1」(本発明の(B)に相当): ポリプロピレングリコール(平均官能基数=2、数平均分子量=2,000)。
・「DMPA」(本発明の(C)に相当): 2,2−ジメチロールプロピオン酸。
・「DOTDL」 :ジオクチルチンジラウレート。
・「KOH」(本発明の(D)に相当): 水酸化カリウム(33%水溶液)。
・「DETA」(本発明の(E)に相当): ジエチレントリアミン。
・「TETA」(本発明の(E)に相当): トリエチレンテトラミン。
・「EDA」(本発明の(E)に相当): エチレンジアミン。
・「MEK」: メチルエチルケトン。
The details of each abbreviation in Example 1, Table 1, and Table 2 are as follows.
“IPDI” (corresponding to (A2) of the present invention): Isophorone diisocyanate.
“Polyol-1” (corresponding to (B) of the present invention): Polypropylene glycol (average functional group number = 2, number average molecular weight = 2,000).
"DMPA" (corresponding to (C) of the present invention): 2,2-dimethylolpropionic acid.
"DOTDL": Dioctyltin dilaurate.
“KOH” (corresponding to (D) of the present invention): potassium hydroxide (33% aqueous solution).
"DETA" (corresponding to (E) of the present invention): diethylenetriamine.
“TETA” (corresponding to (E) of the present invention): triethylenetetramine.
"EDA" (corresponding to (E) of the present invention): ethylenediamine.
"MEK": methyl ethyl ketone.

<水性ポリウレタン分散体を用いた塗膜物性の評価>
一連の実施例並びに比較例において得られた各々の水性ポリウレタン分散体について、板ガラスに水性ポリウレタン分散体をキャストして25℃で5日間乾燥させて、20μmの膜厚を有する乾式フィルムを作成し、以下に記載する物性測定を行った。一連の結果を表1並びに表2に併せて示す(表2中における「−」は”測定不可”を意味する)。
<引張物性>
引張試験(25℃:100%モジュラス、破断時強度、伸び):
引張速度=200mm/分
JIS K6301(1995)の4号ダンベルにて打ち抜いてサンプルを作成した。
引張物性測定装置:オリエンテック(株)製 テンシロン UTA−500
<Evaluation of physical properties of coating film using aqueous polyurethane dispersion>
For each aqueous polyurethane dispersion obtained in the series of Examples and Comparative Examples, the aqueous polyurethane dispersion was cast on a plate glass and dried at 25 ° C. for 5 days to create a dry film having a thickness of 20 μm, The physical properties described below were measured. A series of results are also shown in Table 1 and Table 2 (“-” in Table 2 means “not measurable”).
<Tensile properties>
Tensile test (25 ° C .: 100% modulus, strength at break, elongation):
Tensile speed = 200 mm / min. A sample was prepared by punching with a No. 4 dumbbell of JIS K6301 (1995).
Tensile property measuring device: Tensilon UTA-500 manufactured by Orientec Co., Ltd.

<水性ポリウレタン分散体中の固形分におけるMEKを用いたゲル分率の評価>
一連の実施例並びに比較例において得られた各々の水性ポリウレタン分散体について、前記の塗膜物性の評価と同様、板ガラスに水性ポリウレタン分散体をキャストして25℃で5日間乾燥させて、20μmの膜厚を有する乾式フィルム(水性ポリウレタン分散体中の固形分からなるフィルム)を作成した。このフィルムについて1.5gをカットし、それぞれをあらかじめ秤量した円筒濾紙に入れて秤量した。これをMEKに漬け込み、MEKの沸点(80℃)にて5時間煮沸後、MEKの蒸気にて1時間リンスした。リンス終了後、乾燥、秤量して、ゲル分率を求めた。一連の結果を表1並びに表2に併せて示す。
<Evaluation of gel fraction using MEK in solid content in aqueous polyurethane dispersion>
For each of the aqueous polyurethane dispersions obtained in the series of Examples and Comparative Examples, the aqueous polyurethane dispersion was cast on a sheet glass and dried at 25 ° C. for 5 days, as in the above-described evaluation of the physical properties of the coating film. A dry film having a film thickness (a film comprising a solid content in an aqueous polyurethane dispersion) was prepared. About 1.5 g of this film was cut, and each was put in a cylindrical filter paper weighed in advance and weighed. This was immersed in MEK, boiled for 5 hours at the boiling point of MEK (80 ° C.), and then rinsed with MEK steam for 1 hour. After rinsing, the gel fraction was determined by drying and weighing. A series of results are shown in Table 1 and Table 2 together.

<水性ポリウレタン分散体を用いた2液型水性塗料としての評価>
実施例7〜12:
前記の実施例1〜6において得られた各々の水性ポリウレタン分散体を主剤とし、かつ、自己乳化型ポリイソシアネート(日本ポリウレタン工業製「アクアネート(登録商標)200」)を硬化剤と併せ用いて、以下に示す方法により2液型水性塗料としての評価を行った。なお、配合比は、固形分換算で主剤/硬化剤=100/50(質量比)とした。評価結果を表3に示す。
<Evaluation as a two-component water-based paint using a water-based polyurethane dispersion>
Examples 7-12:
Each of the aqueous polyurethane dispersions obtained in Examples 1 to 6 was used as a main agent, and self-emulsifying polyisocyanate (“Aquanate (registered trademark) 200” manufactured by Nippon Polyurethane Industry) was used together with a curing agent. Evaluation as a two-component water-based paint was carried out by the following method. In addition, the compounding ratio was made into main ingredient / hardening agent = 100/50 (mass ratio) in conversion of solid content. The evaluation results are shown in Table 3.

<塗布、硬化条件>
基材: アルミニウム板(50mm×25mm×0.5mm)。
塗布面については、MEKをしみ込ませた脱脂綿により脱脂。
塗布量: 50g/m2
塗布温度: 20℃。
硬化条件: 室温×10分+50℃×24時間+室温×24時間。
<性能試験>
密着性: JIS K5400、碁盤目テープ法に準じて測定。
ラビング試験: 塗膜にキシレンをしみ込ませた脱脂綿を100回擦り付け、塗膜外観の変 化を観察。
耐屈曲性: JIS K5400に準じて測定。
心棒の直径は2mmのものを使用。
<Coating and curing conditions>
Base material: Aluminum plate (50 mm × 25 mm × 0.5 mm).
The coated surface is degreased with absorbent cotton soaked with MEK.
Application amount: 50 g / m2
Application temperature: 20 ° C.
Curing conditions: room temperature × 10 minutes + 50 ° C. × 24 hours + room temperature × 24 hours.
<Performance test>
Adhesion: Measured according to JIS K5400, cross-cut tape method.
Rubbing test: Absorbed cotton wool soaked with xylene 100 times and observed changes in the appearance of the film.
Flex resistance: Measured according to JIS K5400.
The diameter of the mandrel is 2mm.

Figure 2010229224
Figure 2010229224

一連の性能試験の結果、前記の実施例1〜6において得られた各々の水性ポリウレタン分散体を用いた2液型水性塗料としての評価(実施例7〜12)は、いずれも、以下の評価であった。
<密着性>
「○」:被膜残存率が80%以上。
<ラビング試験>
「○」:被膜に傷等がほとんど確認できない。
<耐屈曲性>
「○」:被膜に割れや剥がれ等が全く認められない。
As a result of a series of performance tests, each of the evaluations (Examples 7 to 12) as a two-component water-based paint using each of the aqueous polyurethane dispersions obtained in Examples 1 to 6 described above is as follows. Met.
<Adhesion>
“◯”: The film remaining rate is 80% or more.
<Rubbing test>
“◯”: Scratches etc. are hardly confirmed on the coating.
<Flexibility>
“◯”: No cracks or peelings are observed in the film.

本発明により得られる水性ポリウレタン分散体は、水性塗料や水性接着剤等といった各種の水系ポリウレタン樹脂用途、特に、水性ポリウレタン分散体により得られる固形分(ひいてはフィルム等)において、とりわけ優れた耐溶剤性が所望される分野において、好適に用いることができる。


The water-based polyurethane dispersion obtained by the present invention is particularly excellent in solvent resistance in various water-based polyurethane resin applications such as water-based paints and water-based adhesives, particularly in solids (and thus films) obtained by the water-based polyurethane dispersion. Can be suitably used in the field where is desired.


Claims (5)

有機ポリイソシアネート(A)、高分子ポリオール(B)、カルボキシル基含有低分子グリコール(C)、中和剤(D)、鎖延長剤(E)を反応させて得られるポリウレタン樹脂を水中に乳化させてなる水性ポリウレタン分散体において、
有機ポリイソシアネート(A)が、繰り返し単位中オキシエチレン基を50モル%以上含有するアルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコール(A1−1)とヘキサメチレンジイソシアネート(A1−2)から得られるアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)を含有し、
有機ポリイソシアネート(A)と高分子ポリオール(B)のモル比が、(A)/(B)=3〜20であり、
樹脂中におけるカルボン酸基に基づく酸価が50〜100mgKOH/gであり、かつ、
鎖延長剤(E)がポリアミン化合物と水との混合物
であることを特徴とする、水性ポリウレタン分散体。
A polyurethane resin obtained by reacting an organic polyisocyanate (A), a polymer polyol (B), a carboxyl group-containing low molecular glycol (C), a neutralizer (D), and a chain extender (E) is emulsified in water. In the aqueous polyurethane dispersion obtained,
An allophanate-modified polyisocyanate obtained from an organic polyisocyanate (A) obtained from an alkoxy poly (oxyalkylene) glycol (A1-1) and hexamethylene diisocyanate (A1-2) containing 50 mol% or more of oxyethylene groups in the repeating unit ( A1)
The molar ratio of the organic polyisocyanate (A) and the polymer polyol (B) is (A) / (B) = 3-20,
The acid value based on the carboxylic acid group in the resin is 50-100 mg KOH / g, and
An aqueous polyurethane dispersion, wherein the chain extender (E) is a mixture of a polyamine compound and water.
鎖延長剤(E)におけるポリアミン化合物が、ジエチレントリアミン及び/またはトリエチレンテトラミンであることを特徴とする、請求項1に記載の水性ポリウレタン分散体。   The aqueous polyurethane dispersion according to claim 1, wherein the polyamine compound in the chain extender (E) is diethylenetriamine and / or triethylenetetramine. 水性ポリウレタン分散体中の固形分におけるメチルエチルケトンを用いたゲル分率が80%以上であることを特徴とする、請求項1または請求項2のいずれかに記載の水性ポリウレタン分散体。   The aqueous polyurethane dispersion according to claim 1 or 2, wherein the gel fraction using methyl ethyl ketone in the solid content in the aqueous polyurethane dispersion is 80% or more. 有機ポリイソシアネート(A)が、繰り返し単位中オキシエチレン基を50モル%以上含有するアルコキシポリ(オキシアルキレン)グリコール(A1−1)とヘキサメチレンジイソシアネート(A1−2)から得られるアロファネート変性ポリイソシアネート(A1)と、脂環族系ジイソシアネート(A2)からなる有機ポリイソシアネート混合物であることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の水性ポリウレタン分散体。   An allophanate-modified polyisocyanate obtained from an organic polyisocyanate (A) obtained from an alkoxy poly (oxyalkylene) glycol (A1-1) and hexamethylene diisocyanate (A1-2) containing 50 mol% or more of oxyethylene groups in the repeating unit ( The aqueous polyurethane dispersion according to any one of claims 1 to 3, which is an organic polyisocyanate mixture comprising A1) and an alicyclic diisocyanate (A2). 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の水性ポリウレタン分散体を用いた水性塗料。




The water-based coating material using the water-based polyurethane dispersion in any one of Claims 1-4.




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