JPWO2013146354A1 - ビニル系樹脂及び樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明の目的は、ポリウレタン樹脂と併用した場合に、その皮膜の機械強度、耐候性、耐溶剤性及び耐水性に優れるビニル系樹脂を提供することであって、本発明のビニル系樹脂(V1)は、一般式(1)で表されるモノマー(X)を含有するモノマー成分を重合してなることを特徴とする。

Description

本発明は、ビニル系樹脂及びこれを含有する樹脂組成物に関する。更に詳しくは、ポリウレタン樹脂との親和性に優れるため、ポリウレタン樹脂と併用した場合に、その皮膜の機械強度、耐候性、耐溶剤性及び耐水性に優れるビニル系樹脂及びこれを含有する樹脂組成物に関する。
従来、機械強度、耐候性及び耐水性等が要求されるコーティング剤には、アクリル樹脂が一般的に使用されている。アクリル樹脂を用いた場合、その皮膜は一般的に可とう性に劣るため、可とう性を向上させる方法としてアクリル樹脂とポリウレタン樹脂を併用する方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。しかし、一般にアクリル樹脂とポリウレタン樹脂は相溶性が良くないため、アクリル樹脂とポリウレタン樹脂を併用した場合、皮膜の機械強度、耐候性、耐溶剤性及び耐水性等の性能が低下するという問題があった。
特開平06−192616号公報
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的はポリウレタン樹脂と併用した場合に、その皮膜の機械強度、耐候性、耐溶剤性及び耐水性に優れるビニル系樹脂を提供することにある。
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討した結果、本発明に到達した。即ち本発明は、一般式(1)で表されるモノマー(X)を含有するモノマー成分を重合してなるビニル系樹脂(V1);前記ビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)を含有してなる樹脂組成物;前記ビニル系樹脂(V1)と水性媒体とを含有してなる樹脂水性分散体;前記樹脂組成物と水性媒体とを含有してなる樹脂水性分散体;前記ビニル系樹脂(V1)又は前記樹脂組成物を含有してなる塗料、防錆コーティング剤、繊維加工処理剤又は接着剤;である。
Figure 2013146354
[式中、Mは水酸基又は1〜20価の活性水素含有有機化合物からc個の活性水素を除いた残基を表し;cは、Mが水酸基の場合は1であり、Mが1〜20価の活性水素含有有機化合物からc個の活性水素を除いた残基の場合は1≦c≦(Mの価数)を満たす整数を表し;Rはエチレン性不飽和結合含有基を表し、複数ある場合のRはそれぞれ同一でも異なっていてもよく;Mは水酸基又は1〜20価の活性水素含有有機化合物から1個の活性水素を除いた残基を表し、複数ある場合のMはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、MとMはそれぞれ同一でも異なっていてもよく;Lは3価以上の芳香族ポリカルボン酸から全てのカルボキシル基を除いた残基を表し、Lの芳香環は炭素原子から構成され、その炭素原子にはカルボキシル基以外の置換基及び/又はハロゲン原子が結合していてもよいが少なくとも一つの炭素原子には水素原子が結合しており;a及びbはそれぞれ0以上の整数を表し、かつ、2≦a+b≦d−2を満たし、複数ある場合のaはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、c個のaの内の少なくとも一つは0ではなく、複数ある場合のbはそれぞれ同一でも異なっていてもよく;dは前記芳香族ポリカルボン酸のカルボキシル基を含む全ての置換基を水素原子に置換した場合の芳香環を構成する炭素原子に結合した水素原子の数、即ち芳香環上で置換可能な部位の数を表す。]
本発明のビニル系樹脂(V1)は、ポリウレタン樹脂(P)を併用した場合やこれに更に本発明のビニル系樹脂(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を併用した場合、ビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)の親和性に優れるため、これらの皮膜の機械強度、耐候性、耐溶剤性及び耐水性等の性能に優れる。
本発明のビニル系樹脂(V1)は、一般式(1)で表されるモノマー(X)を必須成分とするモノマー成分を重合することにより得られる。ビニル系樹脂(V1)が一般式(1)で表されるモノマー(X)により導入される構成単位を有することにより、ビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)の親和性が向上し、ポリウレタン樹脂(P)をビニル系樹脂(V1)に、又は、ビニル系樹脂(V1)をポリウレタン樹脂(P)中に微分散させることが可能となり、機械強度、耐候性、耐溶剤性及び耐水性等に優れる皮膜が得られる。また、ビニル系樹脂(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を更に併用する場合、ビニル系樹脂(V1)は分散剤として機能して、(V2)を(P)中に、又は、(P)を(V2)中に微分散させることが可能となり、同様の効果が得られる。
Figure 2013146354
一般式(1)におけるMは水酸基又は1〜20価の活性水素含有有機化合物からc個の活性水素を除いた残基を表す。
活性水素含有有機化合物としては、水酸基含有化合物、アンモニア、アミノ基含有化合物及びチオール基含有化合物等が挙げられる。活性水素含有有機化合物は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
水酸基含有化合物としては、炭素数1〜20の1価のアルコール、炭素数2〜20の多価アルコール及びフェノール類;これらのアルキレンオキサイド(以下、AOと略記)付加物;アンモニア、アミノ基含有化合物及びチオール基含有化合物のAO付加物;等が挙げられる。
炭素数1〜20の1価アルコールとしては、炭素数1〜20のアルカノール(メタノール、エタノール、ブタノール、オクタノール、デカノール、ドデシルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール及びステアリルアルコール等)、炭素数2〜20のアルケノール(オレイルアルコール及びリノリルアルコール等)及び炭素数7〜20の芳香脂肪族アルコール(ベンジルアルコール及びナフチルエタノール等)等が挙げられる。
炭素数2〜20の多価アルコールとしては、炭素数2〜20の2価アルコール[脂肪族ジオール(エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−又は1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,2−又は1,10−デカンジオール及び1,2−又は1,12−ドデカンジオール等)、脂環式ジオール(1,2−、1,3−又は1,4−シクロヘキサンジオール及びシクロヘキサンジメタノール等)、芳香脂肪族ジオール{1−フェニルエタン−1,2−ジオール及び1,4−ビス(ヒドロキシエチル)ベンゼン等}、エーテル基含有ジオール{3−ブトキシ−1,2−プロパンジオール、3−(2−エチルヘキソキシ)−1,2−プロパンジオール、3−フェノキシ−1,2−プロパンジオール及び3−(p−tert―ブチルフェノキシ)−1,2−プロパンジオール等}及びハロゲン基含有ジオール(3−クロロ−1,2−プロパンジオール等)等]、炭素数3〜20の3価アルコール[脂肪族トリオール(グリセリン及びトリメチロールプロパン等)等]及び炭素数5〜20の4〜8価アルコール[脂肪族ポリオール(ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン、ジグリセリン及びジペンタエリスリトール等)及び糖類(ショ糖、グルコース、マンノース、フルクトース、メチルグルコシド及びその誘導体)]等が挙げられる。
フェノール類としては、例えば1価のフェノール(フェノール、1−ヒドロキシナフタレン、アントロール及び1−ヒドロキシピレン等)及び多価フェノール[フロログルシン、ピロガロール、カテコール、ヒドロキノン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、1,3,6,8−テトラヒドロキシナフタレン、1,4,5,8−テトラヒドロキシアントラセン、フェノールとホルムアルデヒドとの縮合物(ノボラック)及び米国特許3265641号明細書に記載のポリフェノール等]が挙げられる。
アミノ基含有化合物としては、炭素数1〜20のモノハイドロカルビルアミン[アルキルアミン(ブチルアミン等)、ベンジルアミン及びアニリン等]、炭素数2〜20の脂肪族ポリアミン(エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン及びジエチレントリアミン等)、炭素数6〜20の脂環式ポリアミン(ジアミノシクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタンジアミン及びイソホロンジアミン等)、炭素数2〜20の芳香族ポリアミン(フェニレンジアミン、トリレンジアミン及びジフェニルメタンジアミン等)、炭素数2〜20の複素環式ポリアミン(ピペラジン及びN−アミノエチルピペラジン等)、アルカノールアミン(モノエタノールアミン、ジエタノールアミン及びトリエタノールアミン等)、ジカルボン酸と過剰のポリアミンとの縮合により得られるポリアミドポリアミン、ポリエーテルポリアミン、ヒドラジン(ヒドラジン及びモノアルキルヒドラジン等)、ジヒドラジッド(コハク酸ジヒドラジッド及びテレフタル酸ジヒドラジッド等)、グアニジン(ブチルグアニジン及び1−シアノグアニジン等)及びジシアンジアミド等が挙げられる。
チオール基含有化合物としては、炭素数1〜20の1価のチオール化合物(エタンチオール等のアルカンチオール、ベンゼンチオール及びフェニルメタンチオール)及び多価のチオール化合物(1,2−エタンジチオール及び1,6−ヘキサンジチオール等)等が挙げられる。
前記水酸基含有化合物に用いられるAOとしては、炭素数2〜4のAO、例えば、エチレンオキサイド(以下、EOと略記)、1,2−プロピレンオキサイド(以下、POと略記)、1,3−プロピレンオキサイド、1,2−、1,3−又は2,3−ブチレンオキサイド及びテトラヒドロフラン(以下、THFと略記)等が挙げられる。これらの内、ビニル系樹脂(V1)の機械強度及び耐水性の観点からEO、PO及びTHFが好ましい。AOは1種を単独で用いても2種以上を併用してもよく、AOを2種以上併用する場合の付加方法としては、ブロック付加であってもランダム付加であってもよく、これらの併用であってもよい。
AOの付加モル数はビニル系樹脂(V1)の耐水性及び耐溶剤性の観点から、8〜100が好ましく、更に好ましくは10〜80である。AO付加物の水酸基価は18〜360mgKOH/gであることが好ましい。本発明において、水酸基価はJIS K 1557−1に準拠して測定される。
尚、活性水素含有有機化合物として、分子内に2種以上の活性水素含有官能基(水酸基、アミノ基及びチオール基等)を有する化合物も使用できる。
モノマー(X)にMを導入するための活性水素含有有機化合物として、ビニル系樹脂(V1)の機械強度、耐溶剤性及び耐水性の観点から好ましいのは、水酸基含有化合物及びアミノ基含有化合物であり、更に好ましいのは、炭素数2〜20の多価アルコール、炭素数2〜20の多価アルコールにAOを付加したポリエーテルポリオール及び炭素数2〜20の脂肪族ポリアミン、特に好ましいのは炭素数2〜20の多価アルコール及び炭素数2〜20の多価アルコールにAOを付加したポリエーテルポリオール、最も好ましいのは炭素数2〜20の多価アルコールである。
活性水素含有有機化合物の活性水素の価数は、ビニル系樹脂(V1)の機械強度、耐溶剤性及び耐水性の観点から、通常1〜20であり、好ましくは1〜8、更に好ましくは1〜4、特に好ましくは1〜2である。
一般式(1)におけるcは、1〜20でかつ1≦c≦(Mの価数)を満たす整数を表し、ビニル系樹脂(V1)の機械強度と耐水性の観点から、好ましくは1〜8、更に好ましくは1〜2、特に好ましくは1である。
一般式(1)におけるMは、水酸基又は1〜20価の活性水素含有有機化合物から1個の活性水素を除いた残基を表し、複数ある場合のMはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
を構成するために用いられる活性水素含有有機化合物としては、上述のMで示した活性水素含有有機化合物と同様のものが挙げられ、好ましいものも同様である。MとMはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
また、Mの価数はビニル系樹脂(V1)の機械強度と耐水性の観点から、通常1〜20であり、好ましくは1〜8、更に好ましくは1〜4、特に好ましくは1〜2である。
尚、後述のLを構成するために用いる3価以上のポリカルボン酸に前記活性水素含有有機化合物を反応させることによりM及びMをモノマー(X)に導入することができるが、活性水素含有有機化合物が特に繰り返し単位の炭素数が2〜4のポリエーテルポリオールの場合、ポリカルボン酸のカルボキシル基に前記炭素数2〜4のAOを付加することによっても同等の残基を導入することができる。
更に、活性水素含有有機化合物が隣接する炭素原子に水酸基が結合する炭素数2〜20のジオール化合物の場合、ポリカルボン酸のカルボキシル基に炭素数2〜20のエポキシ化合物を開環付加反応させることによっても前記ジオール化合物を用いた場合と同等の残基を導入することができる。例えば、活性水素含有有機化合物がエチレングリコールの場合、ポリカルボン酸のカルボキシル基にEOを1モル反応させることにより、エチレングリコールから1個の活性水素を除いた残基を導入することができる。また、活性水素含有有機化合物が3−フェノキシプロパン−1,2−ジオールの場合、ポリカルボン酸のカルボキシル基にフェニルグリシジルエーテルを1モル反応させることにより、3−フェノキシプロパン−1,2−ジオールから1個の活性水素を除いた残基を導入することができる。
炭素数2〜20のエポキシ化合物としては、前記炭素数2〜4のAO、グリシドール、ブチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、p−tert―ブチルフェニルグリシジルエーテル、1,2−エポキシデカン、1,2−エポキシドデカン、シクロヘキセンオキサイド、スチレンオキサイド及びエピクロロヒドリン等が挙げられる。
これらの内、ビニル系樹脂(V1)の機械強度、耐溶剤性及び耐水性の観点から好ましいのは炭素数2〜15のエポキシ化合物である。
一般式(1)におけるRは、エチレン性不飽和結合含有基を表し、複数ある場合のRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Rは、ビニル系樹脂(V1)の耐水性の観点から下記一般式(2)〜(6)で表される置換基からなる群から選ばれる少なくとも1種の置換基であることが好ましい。
Figure 2013146354
一般式(2)〜(6)におけるR、R及びRはそれぞれ独立に水酸基で置換されていてもよい炭素数2〜12の2価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRはそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、Rは水素原子、メチル基又はエチル基であり、*はそれが付された結合により置換基が前記一般式(1)におけるオキシカルボニル基の酸素原子と結合することを表す。
一般式(1)におけるLは、3価以上の芳香族ポリカルボン酸からすべてのカルボキシル基を除いた残基を表す。Lの芳香環は炭素原子から構成され、その炭素原子にはカルボキシル基以外の置換基及び/又はハロゲン原子が結合していてもよいが、少なくとも一つの炭素原子は置換基が結合しておらず水素原子と結合している必要がある。
カルボキシル基以外の置換基としては、アルキル基、ビニル基、アリル基、シクロアルキル基、アミノ基、水酸基、ヒドロキシアミノ基、ニトロ基、チオール基、アリール基及びシアノ基等が挙げられる。
Lを構成するために用いられる3価以上の芳香族ポリカルボン酸としては、炭素数9〜30の芳香族ポリカルボン酸、例えばトリメリット酸、1,2,3−ベンゼントリカルボン酸、トリメシン酸、ヘミリット酸、1,2,4−、1,3,6−又は2,3,6−ナフタレントリカルボン酸及び2,3,6−アントラセントリカルボン酸等のトリカルボン酸;ピロメリット酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,3,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、4,4’−オキシビスフタル酸、ジフェニルメタンテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸及び4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビスフタル酸等のテトラカルボン酸;等が挙げられる。芳香族ポリカルボン酸は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
尚、モノマー(X)の製造に当たっては、これらのエステル形成性誘導体[酸無水物、低級アルキル(炭素数1〜4)エステル(メチルエステル、エチルエステル及びイソプロピルエステル等)及び酸ハライド(酸のクロライド等)]を用いることもできる。
これらの芳香族ポリカルボン酸の内、ビニル系樹脂(V1)の機械強度及び耐水性の観点から好ましいのは、前記芳香環を構成し置換基が結合していない炭素原子に隣接する2個の炭素原子にカルボキシル基が結合し、前記カルボキシル基が結合した炭素原子に隣接しかつ前記置換基が結合していない炭素原子とは異なる炭素原子の少なくとも一方に更にカルボキシル基が結合した構造を有する構造を有するものである。
例えば、芳香族ポリカルボン酸の芳香環がベンゼン環で前記置換基が結合していない炭素原子の位置が1位の場合、2位と6位にカルボキシル基が結合し、更に3位及び/又は5位にカルボキシル基が結合した構造を有するものが好ましい。
ビニル系樹脂(V1)の機械強度及び耐水性の観点から、Lを構成するために用いる芳香族ポリカルボン酸として特に好ましいのは単環式化合物であり、最も好ましいのはトリメリット酸及び/又はピロメリット酸である。
一般式(1)におけるa及びbはそれぞれ0以上の整数を表し、かつ、2≦a+b≦d−2を満たす。cが2以上で複数ある場合のaはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、cが2以上で複数ある場合のbはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。但し、c個のaの内の少なくとも一つは0ではない、即ち、モノマー(X)は少なくとも一つのエチレン性不飽和結合含有基を有する。
dは前記芳香族ポリカルボン酸のカルボキシル基を含む全ての置換基を水素原子に置換した場合の芳香環を構成する炭素原子に結合した水素原子の数、即ち芳香環上で置換可能な部位の数を表す。例えば、芳香環が炭素原子6個から構成されるベンゼン環の場合、dは6であり、a+bは2〜4の値を取り得、芳香環が炭素原子10個から構成されるナフタレン環の場合、dは8であり、a+bは2〜6の値を取り得る。芳香環が単環の芳香環の場合、ビニル系樹脂(V1)の機械強度及び耐水性の観点から、a+bは2又は3が好ましい。また、ビニル系樹脂(V1)の機械強度及び耐水性の観点から、aは1又は2であることが好ましく、特に好ましいのは1である。
本発明におけるモノマー(X)の水酸基価は、ビニル系樹脂(V1)の破断伸び、破断強度及び耐水性の観点から、好ましくは0〜500mgKOH/g、更に好ましくは0〜350mgKOH/gである。尚、モノマー(X)の水酸基価が0とは、一般式(1)におけるM、M及びLが全て水酸基を有しないことを意味する。
モノマー(X)におけるLの濃度は、モノマー(X)1g中の残基Lのミリモル数を意味し、ビニル系樹脂(V1)の破断伸び、破断強度及び耐水性の観点から、好ましくは0.5〜10mmol/g、更に好ましくは0.5〜8mmol/g、特に好ましくは0.5〜7.5mmol/gである。
モノマー(X)におけるカルボニル基濃度は、ビニル系樹脂(V1)の機械強度及び耐水性の観点から、好ましくは1.5〜30mmol/g、更に好ましくは1.5〜24mmol/g、特に好ましくは1.5〜22.5mmol/gである。本発明におけるカルボニル基濃度におけるカルボニル基とは、一般式(1)におけるLに結合するカルボニル基、即ちLを導入するために用いられる3価以上の芳香族ポリカルボン酸のカルボキシル基並びにこれから誘導されるエステル基、チオエステル基及びアミド基等の官能基中のカルボニル基を意味する。
モノマー(X)は、例えばMやMを構成する活性水素含有有機化合物等と、Rを構成するエチレン性不飽和結合及び水酸基を有する化合物[ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキルプロペニルエーテル、アリルオキシアルカノール及び(メタ)アリルアルコール等]と、3価以上の芳香族ポリカルボン酸とを反応させることにより得られる。
当該反応は、後述の有機溶媒(J)中で行うことができ、用いた有機溶媒(J)はモノマー(X)の製造の最終段階で留去してもよいし、留去せずに(X)と(J)の混合物としてビニル系樹脂(V1)の製造に用いることもできる。また、(X)と(J)の混合物としてビニル系樹脂(V1)の製造に用いた場合、(V1)の製造後に留去することもできる。更に、モノマー(X)を得るための反応を、(X)以外のモノマー[例えば後述のモノマー(m1)〜(m16)]中で行い、そのままビニル系樹脂(V1)を得るためのモノマー成分として使用することもできる。
本発明のビニル系樹脂(V1)の製造に用いられるモノマー(X)以外のモノマー成分としては、下記ビニル系モノマー(m1)〜(m16)等が挙げられる。(X)以外のビニル系モノマーは、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
(1)水酸基含有ビニル系モノマー(m1):
炭素数2〜12のアルケノール、例えばビニルアルコール、(メタ)アリルアルコール、1−ブテン−3−オール及び2−ブテン−1−オール;炭素数4〜12のアルケンジオール、例えば2−ブテン−1,4−ジオール;水酸基含有芳香族ビニルモノマー、例えばヒドロキシスチレン;炭素数5〜8のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、例えばヒドロキシエチル(メタ)アクリレート及びヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート;炭素数3〜30のアルケニルエーテル、例えば2−ヒドロキシエチルプロペニルエーテル及び蔗糖アリルエーテル等。
(2)カルボキシル基含有ビニル系モノマー(m2):
炭素数3〜30の不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸並びにその無水物及びそのモノアルキル(炭素数1〜24)エステル、例えば(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸、フマル酸モノアルキルエステル、クロトン酸、イタコン酸、イタコン酸モノアルキルエステル、イタコン酸グリコールモノエステル、シトラコン酸、シトラコン酸モノアルキルエステル及び桂皮酸。
(3)スルホ基含有ビニル系モノマー(m3):
炭素数2〜14のアルケンスルホン酸、例えばビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸及びメチルビニルスルホン酸;スチレンスルホン酸及びその炭素数1〜24のアルキル置換体、例えばα−メチルスチレンスルホン酸等;スルホ(ヒドロキシ)アルキル(炭素数1〜8)−(メタ)アクリレート又は(メタ)アクリルアミド、例えば、スルホプロピル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエタンスルホン酸、3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸及び3−(メタ)アクリルアミド−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸;アルキル(炭素数3〜18)(メタ)アリルスルホコハク酸エステル等。
(4)エステル基含有ビニル系モノマー(m4):
不飽和アルコール又はヒドロキシスチレンと炭素数1〜12のモノ又はポリカルボン酸とのエステル、例えば酢酸ビニル、ビニルブチレート、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ジアリルフタレート、ジアリルアジペート、イソプロペニルアセテート、メチル−4−ビニルベンゾエート、ビニルメトキシアセテート、ビニルベンゾエート及びアセトキシスチレン;不飽和カルボン酸アルコール(炭素数1〜30)エステル、例えばメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ヘキサデシル(メタ)アクリレート、ヘプタデシル(メタ)アクリレート、エイコシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、メチルノルボルネン(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、エチル−α−エトキシ(メタ)アクリレート、ジ(シクロ)アルキルフマレート(2個のアルキル基は、炭素数2〜8の、直鎖又は分岐の基である)及びジ(シクロ)アルキルマレエート(2個のアルキル基は、炭素数2〜8の、直鎖又は分岐の基である);多価(2〜3)アルコール不飽和カルボン酸エステル、例えばエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート及びポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート;重合度5〜50のポリオキシアルキレン(炭素数2〜4)モノ又はポリ(2〜3)オール不飽和カルボン酸エステル、例えばポリ(オキシアルキレン)グリコール鎖(アルケレンの炭素数2〜4)を有するビニル系モノマー[ポリ(オキシエチレン)グリコール(重合度7)モノ(メタ)アクリレート、ポリ(オキシプロピレン)グリコール(重合度9)モノ(メタ)アクリレート、メチルアルコールエチレンオキシド10モル付加物(メタ)アクリレート及びラウリルアルコールエチレンオキシド30モル付加物(メタ)アクリレート等。
(5)ビニル系炭化水素(m5):
(5−1)脂肪族ビニル系炭化水素:炭素数2〜20のアルケン類、例えばエチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン、オクタデセン及び前記以外のα−オレフィン等;炭素数4〜20のアルカジエン類、例えばブタジエン、イソプレン、1,4−ペンタジエン、1,5−ヘキサジエン及び1,7−オクタジエン。
(5−2)脂環式ビニル系炭化水素:モノ又はジシクロアルケン及びアルカジエン類、例えばシクロヘキセン、(ジ)シクロペンタジエン、ビニルシクロヘキセン、エチリデンビシクロヘプテン及びビニルノルボルネン;テルペン類、例えばピネン及びリモネン。
(5−3)芳香族ビニル系炭化水素(炭素数8〜20):スチレン及びそのハイドロカルビル(アルキル、シクロアルキル、アラルキル及び/又はアルケニル)置換体、例えばα−メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4−ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、シクロヘキシルスチレン、ベンジルスチレン、クロチルベンゼン、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン及びトリビニルベンゼン;ビニルナフタレン。
(6)アミノ基含有ビニル系モノマー(m6):
炭素数5〜20のアミノアルキル(メタ)アクリレート、例えば7−アミノ−3,7−ジメチルオクチル(メタ)アクリレート、モノメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t−ブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t−オクチルアミノエチル(メタ)アクリレート、 ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート及びジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート等;炭素数5〜20のN−アミノアルキル(メタ)アクリルアミド、例えばN−(2−アミノエチル)(メタ)アクリルアミド、N−(1−メチル−2−アミノエチル)(メタ)アクリルアミド、N−(3−アミノプロピル)(メタ)アクリルアミド、N−(4−アミノブチル)(メタ)アクリルアミド、N−(5−アミノペンチル)(メタ)アクリルアミド、N−(6−アミノヘキシル)(メタ)アクリルアミド、N−(3−メチルアミノプロピル)(メタ)アクリルアミド、N−(2−イソプロピルアミノエチル)(メタ)アクリルアミド、N−(3−イソプロピルアミノプロピル)(メタ)アクリルアミド、N−(3−tert−ブチルアミノプロピル)(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド及びジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等。
(7)エポキシ基含有ビニル系モノマー(m7):
グリシジル(メタ)アクリレート及びβ−メチルグリシジル(メタ)アクリレート等の炭素数6〜20のグリシジル基含有(メタ)アクリレート;4−ビニル−1,2−エポキシシクロヘキサン及び5−ビニル−2,3−エポキシノルボルナン等の炭素数6〜20の脂環式エポキシ基含有ビニル系モノマー等。
(8)シラノール基又はアルコキシシリル基含有ビニル系モノマー(m8):
ジメチルビニルシラノール、ジビニルシラノール及び1,4−フェニレンビスジビニルシラノール等の炭素数4〜20のシラノール基含有ビニル系モノマー;3−メタクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン及びp−スチリルトリメトキシシラン等の炭素数8〜15のアルコキシシリル基含有ビニル系モノマー等。
(9)イソシアネート基含有ビニル系モノマー(m9):
イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、m−イソプロペニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート及び4−ビニルフェニルイソシアナート等の炭素数5〜15のイソシアネート基含有ビニル系モノマー等。
(10)オキサゾリン基含有ビニル系モノマー(m10):
2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−エチル−2−オキサゾリン及び5−デシル−2−ビニル−2−オキサゾリン等のオキサゾリン骨格を有する炭素数5〜15のビニル系モノマー等。
(11)カルボジイミド基含有ビニル系モノマー(m11):
1−ビニルカルボジイミド、N−エチル−N’−[(E)−1−メチル−2−(メトキシカルボニル)ビニル]カルボジイミド、N−プロピル−N’−[(E)−1−メチル−2−(メトキシカルボニル)ビニル]カルボジイミド、1−シクロヘキシル−3−(1−フェニルビニル)カルボジイミド、1−フェニル−3−(1−フェニルビニル)カルボジイミド、N−フェニル−N’−(4−ビニルフェニル)カルボジイミド及びN−フェニル−N’−エテニルカルボジイミド等の炭素数3〜30のカルボジイミド基含有ビニル系モノマー等。
(12)ブロックイソシアネート基含有ビニル系モノマー(m12):
前記イソシアネート基含有ビニル系モノマー(m9)のイソシアネート基を公知のブロック化剤(フェノール、チオフェノール、クロルフェノール、クレゾール、レゾルシノール、p−sec−ブチルフェノール、p−tert−ブチルフェノール、p−sec−アミルフェノール、p−オクチルフェノール及びp−ノニルフェノール等のフェノール類;イソプロピルアルコール及びtert−ブチルアルコール等の第2級又は第3級のアルコール;アセトキシム、メチルエチルケトキシム及びシクロヘキサノンオキシム等のオキシム類;ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、エチルメチルアミン等の1級炭素に結合した第2級アミン、ジイソプロピルアミン、ジ−sec−ブチルアミン、ジシクロヘキシルアミン、イソプロピルシクロヘキシルアミン等の2級炭素に結合した第2級アミン、ジ−t−ブチルアミン等の3級炭素に結合した第2級アミン並びにイソプロピルエチルアミン等のその他の第2級アミン等の炭素数2〜15の脂肪族第2級アミン;ジフェニルアミン及びキシリジン等の芳香族第2級アミン類;フタル酸イミド類;ε−カプロラクタム及びδ−バレロラクタム等のラクタム類;マロン酸ジアルキルエステル、アセチルアセトン及びアセト酢酸アルキルエステル等の活性メチレン化合物;ピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、3−メチルピラゾール、4−ベンジル−3,5−ジメチルピラゾール、4−ニトロ−3,5−ジメチルピラゾール、4−ブロモ−3,5−ジメチルピラゾール及び3−メチル−5−フェニルピラゾール等のピラゾール系化合物;酸性亜硫酸ソーダ等);等でブロック化したもの等。
(13)ケト基含有ビニル系モノマー(m13):
分子中に少なくとも1個のケト基(カルボキシル基、エステル基及びアミド基中のケト基は含まない)と重合可能な二重結合を有するモノマーであれば特に制限されることなく使用でき、例えば、ジアセトンアクリルアミド、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソブチルケトン、(メタ)アクリルオキシアルキルプロパナ−ル、アセトニルアクリレート及びジアセトン(メタ)アクリルアミド等。
(14)アルデヒド基含有ビニル系モノマー(m14):
分子中に少なくとも1個のアルデヒド基と、重合可能な二重結合を有するモノマーであれば特に制限されることなく使用でき、例えば、アクロレイン、ホルミルスチロール、(メタ)アクリルアミドピバリンアルデヒド、2−ヒドロキシプロピルアクリレートアセチルアセテート、アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート、ブタンジオール−1,4−アクリレート−アセチルアセテート及びアクリルアミドメチルアニスアルデヒド等。
(15)ウレタン基又はウレア基を有するビニル系モノマー(m15):
前記イソシアネート基含有ビニル系モノマー(m9)と後述の反応停止剤(a4)に記載の炭素数1〜8のモノアルコール類や炭素数1〜10のモノアミン類との反応物;後述のポリウレタン樹脂(P)を形成するための活性水素成分(A)の一部に、前記水酸基含有ビニル系モノマー(m1)及び/又はアミノ基含有ビニル系モノマー(m6)を用いてポリウレタン樹脂にビニル系官能基を導入したもの;ウレタンアクリレートの市販品としての、UF−8001G、DAUA−167[共栄社化学(株)製]、U−200PA、UA−4200[新中村化学工業(株)製]、ニューフロンティアR−1235、R−1220、R−1301、R−1304、R−1214[第一工業製薬(株)製]、KUA−4I、KUA−6I[ケーエスエム(株)製]等のウレタンアクリレート等。
(16)その他のビニル系モノマー(m16):
ビニルスルホン、例えばビニルエチルスルフォン、ジビニルスルフォン;ジビニルスルフォキシド等。
ビニル系樹脂(V1)を得る際のモノマー成分におけるモノマー(X)の含有量は、ビニル系樹脂(V1)の造膜性及びポリウレタン樹脂(P)との親和性の観点から、モノマー成分の重量を基準として好ましくは1〜40重量%、更に好ましくは2〜35重量%、特に好ましくは3〜30重量%である。
ビニル系樹脂(V1)は、(V1)以外のビニル系樹脂(V2)との親和性及び皮膜とした場合の機械的物性等の観点から、(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を構成するモノマーのエチレン性不飽和結合含有基と同様のエチレン性不飽和結合含有基を有するものが好ましく、例えば(V2)がアクリル樹脂の場合、(V1)を構成するモノマーが(X)を含めてエチレン性不飽和結合含有基として(メタ)アクリロイル基を有するモノマーであること、即ち(V1)が(メタ)アクリル樹脂であることが好ましい。
(V1)以外のビニル系樹脂(V2)は、例えば前記ビニル系モノマー(m1)〜(m16)等を重合させて得られるが、機械的物性及び耐候性等の観点から(メタ)アクリル樹脂であることが好ましい。
ビニル系樹脂(V1)及び(V2)を得る際のモノマー成分におけるモノマー(X)以外のモノマーの一部に前記ビニル系モノマー(m1)〜(m16)の内の多官能モノマー[ジアリルフタレート及びジアリルアジペート等のジアリルエステル;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート等の多価(2〜3)アルコール不飽和カルボン酸エステル;ブタジエン等の炭素数4〜20のアルカジエン類;ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン等の芳香族ジビニル系炭化水素;等]を用いることにより、(V1)及び(V2)に架橋構造を導入してその耐水性、耐溶剤性及び機械強度等を向上させることができる。
ビニル系樹脂(V1)及び(V2)を得る際のモノマー成分におけるモノマー(X)以外のモノマーの少なくとも一部に前記シラノール基又はアルコキシシリル基含有ビニル系モノマー(m8)を用いて(V1)及び(V2)にシラノール基及び/又はアルコキシシリル基を導入することにより、シラノール基(アルコキシシリル基から誘導されるシラノール基を含む)を熱処理により縮合させて架橋構造を形成できることから、皮膜の耐水性、耐溶剤性及び機械強度等を向上させることができる。
ビニル系樹脂(V1)は、顔料等の分散性を向上させる目的で、ビニル系樹脂(V1)と反応可能な官能基を有するアルキド樹脂やポリエステル樹脂で変性されていてもよい。
モノマー成分に前記多官能モノマーを用いない場合のビニル系樹脂(V1)の数平均分子量(以下、Mnと略記)は、ビニル系樹脂(V1)の機械強度及び耐溶剤性の観点から、好ましくは5,000〜1,000,000、更に好ましくは8,000〜800,000、特に好ましくは10,000〜500,000である。
本発明のビニル系樹脂(V1)及び後述のポリウレタン樹脂(P)のMnはゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略記)を用いて例えば以下の条件で測定することができる。
・装置:「HLC−8120GPC」[東ソー(株)製]
・カラム:「Guardcolumn HXL−H」(1本)、「TSKgel GMHXL」(2本)[いずれも東ソー(株)製]
・試料溶液:0.25重量%のテトラヒドロフラン溶液
・溶液注入量:100μl
・流量:1ml/分
・測定温度:40℃
・検出装置:屈折率検出器
・基準物質:標準ポリスチレン
また、後述のポリオール及び後述の一般式(7)で表される化合物(S)のMnは、GPCを用いて例えば以下の条件で測定することができる。
・装置:「Waters Alliance 2695」[Waters社製]
・カラム:「Guardcolumn Super H−L」(1本)、「TSKgel SuperH2000、TSKgel SuperH3000、TSKgel SuperH4000を各1本連結したもの」[いずれも東ソー(株)製]
・試料溶液:0.25重量%のテトラヒドロフラン溶液
・溶液注入量:10μl
・流量:0.6ml/分
・測定温度:40℃
・検出装置:屈折率検出器
・基準物質:標準ポリエチレングリコール
ビニル系樹脂(V1)のガラス転移温度は、ビニル系樹脂(V1)の機械強度の観点から、−50〜80℃が好ましく、特に−50〜50℃が好ましい。尚、ガラス転移温度はT・A・インスツルメント・ジャパン(株)製「Q−20」を用いて、ASTM D3418−82に規定の方法(DSC法)で測定される。
本発明のビニル系樹脂(V1)には、必要により酸化防止剤、着色防止剤、紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系光安定剤、可塑剤及び離型剤等の添加剤を添加することができる。これらの添加剤の使用量はビニル系樹脂(V1)の重量に基づいて通常10重量%以下、好ましくは3重量%以下、更に好ましくは1重量%以下である。
本発明のビニル系樹脂(V1)は、水性分散体、有機溶媒溶液及び媒体を含まない固形樹脂等の形態で用いられる。これらの形態の内、環境負荷、安全性及び取り扱い性の観点からは水性分散体が好ましい。以下それぞれの形態における製造方法について説明する。
本発明のビニル系樹脂(V1)の水性分散体は、例えば界面活性剤(C)の存在下に水性媒体中で、モノマー(X)を含有するモノマー成分を乳化重合して得ることができる。
界面活性剤(C)としては、ラジカル反応性基を有する反応性界面活性剤(C1)及び非反応性界面活性剤(C2)が挙げられ、1種を単独で使用してもよいし、(C1)と(C2)の併用を含めて2種以上を併用してもよい。
乳化重合における界面活性剤(C)の使用量は、重合に使用するビニルモノマーの総量に対して通常0.5〜10重量%、ビニル系樹脂(V1)の耐水性及び乳化安定性の観点から、好ましくは1〜5重量%である。
反応性界面活性剤(C1)としては、ラジカル反応性を有するものであれば特に制限されるものではないが、具体的にはアデカリアソープ[登録商標、(株)ADEKA製]SE−10N、SR−10、SR−20、SR−30、ER−20、ER−30、アクアロン[登録商標、第一工業製薬(株)製]HS−10、KH−05、KH−10、KH−1025、エレミノール[登録商標、三洋化成工業(株)製]JS−20、ラテムル[登録商標、花王(株)製]PD−104、PD−420、PD−430、イオネット[登録商標、三洋化成工業(株)製]MO−200等が挙げられる。
非反応性活性剤(C2)としては、ノニオン性界面活性剤(C21)、アニオン性界面活性剤(C22)、カチオン性界面活性剤(C23)、両性界面活性剤(C24)及びその他の乳化分散剤(C25)が挙げられる。
(C21)としては、例えばAO付加型ノニオン性界面活性剤及び多価アルコール型ノニオン性界面活性剤が挙げられる。AO付加型としては、炭素数10〜20の脂肪族アルコールのEO付加物、フェノールのEO付加物、ノニルフェノールのEO付加物、炭素数8〜22のアルキルアミンのEO付加物及びポリ(オキシプロピレン)グリコールのEO付加物等が挙げられ、多価アルコール型としては、多価(3〜8価又はそれ以上)アルコール(炭素数2〜30)の脂肪酸(炭素数8〜24)エステル(例えばグリセリンモノステアレート、グリセリンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート及びソルビタンモノオレエート等)及びアルキル(炭素数4〜24)ポリ(重合度1〜10)グリコシド等が挙げられる。
(C22)としては、例えば炭素数8〜24の炭化水素基を有するエーテルカルボン酸又はその塩[ラウリルエーテル酢酸ナトリウム及び(ポリ)オキシエチレン(付加モル数1〜100)ラウリルエーテル酢酸ナトリウム等];炭素数8〜24の炭化水素基を有する硫酸エステル又はエーテル硫酸エステル及びそれらの塩[ラウリル硫酸ナトリウム、(ポリ)オキシエチレン(付加モル数1〜100)ラウリル硫酸ナトリウム、(ポリ)オキシエチレン(付加モル数1〜100)ラウリル硫酸トリエタノールアミン及び(ポリ)オキシエチレン(付加モル数1〜100)ヤシ油脂肪酸モノエタノールアミド硫酸ナトリウム等];炭素数8〜24の炭化水素基を有するスルホン酸塩[ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等];炭素数8〜24の炭化水素基を1個又は2個有するスルホコハク酸塩;炭素数8〜24の炭化水素基を有するリン酸エステル又はエーテルリン酸エステル及びそれらの塩[ラウリルリン酸ナトリウム及び(ポリ)オキシエチレン(付加モル数1〜100)ラウリルエーテルリン酸ナトリウム等];炭素数8〜24の炭化水素基を有する脂肪酸塩[ラウリン酸ナトリウム及びラウリン酸トリエタノールアミン等];炭素数8〜24の炭化水素基を有するアシル化アミノ酸塩[ヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウム、ヤシ油脂肪酸サルコシンナトリウム、ヤシ油脂肪酸サルコシントリエタノールアミン、N−ヤシ油脂肪酸アシル−L−グルタミン酸トリエタノールアミン、N−ヤシ油脂肪酸アシル−L−グルタミン酸ナトリウム及びラウロイルメチル−β−アラニンナトリウム等]が挙げられる。
(C23)としては、例えば、第4級アンモニウム塩型[塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、塩化ベヘニルトリメチルアンモニウム、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム及びエチル硫酸ラノリン脂肪酸アミノプロピルエチルジメチルアンモニウム等]並びにアミン塩型[ステアリン酸ジエチルアミノエチルアミド乳酸塩、ジラウリルアミン塩酸塩及びオレイルアミン乳酸塩等]が挙げられる。
(C24)としては、例えば、ベタイン型両性界面活性剤[ヤシ油脂肪酸アミドプロピルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、ラウリルヒドロキシスルホベタイン及びラウロイルアミドエチルヒドロキシエチルカルボキシメチルベタインヒドロキシプロピルリン酸ナトリウム等]並びにアミノ酸型両性界面活性剤[β−ラウリルアミノプロピオン酸ナトリウム等]が挙げられる。
(C25)としては、例えばポリビニルアルコール、デンプン及びその誘導体、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース及びヒドロキシエチルセルロース等のセルロース誘導体並びにポリアクリル酸ソーダ等のカルボキシル基含有(共)重合体及び米国特許第5906704号明細書に記載のウレタン基又はエステル基を有する乳化分散剤[例えばポリカプロラクトンポリオールとポリエーテルジオールをポリイソシアネートで連結させたもの]等が挙げられる。
乳化重合において使用することができる重合開始剤としては、過硫酸カリウム及び過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩系開始剤;アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系開始剤;過酸化ベンゾイル、クメンヒドロパーオキサイド及びターシャリーブチルパーオキシベンゾエート等の有機過酸化物類;過酸化水素;等通常のラジカル重合開始剤を用いることができ、これらを単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。また、重合開始剤の使用量は、重合に使用するモノマー成分の総重量に対して0.05〜5重量%の範囲で使用される。
これら開始剤は重合開始時に必要量を一括して使用してもよいし、分割して任意の時間ごとに添加してもよい。
また、乳化重合においては、必要に応じて前記重合開始剤と共に還元剤を使用してもよい。このような還元剤としては、アスコルビン酸、酒石酸、クエン酸、ブドウ糖及びホルムアルデヒドスルホキシラート金属塩等の還元性有機化合物並びにチオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム及びメタ重亜硫酸ナトリウム等の還元性無機化合物等が挙げられる。
また、乳化重合においては、必要に応じて連鎖移動剤を使用してもよい。このような連鎖移動剤としては、n−ドデシルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタン、n−ブチルメルカプタン、2−エチルヘキシルチオグリコレート、2−メルカプトエタノール、β−メルカプトプロピオン酸及びα−メチルスチレンダイマー等が挙げられる。
更に必要に応じて、緩衝剤として、酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム等が、また保護コロイドとしてポリビニルアルコール、水溶性セルロース誘導体及びポリメタクリル酸のアルカリ金属塩等が適量使用できる。
ビニル系樹脂(V1)の製造における重合反応は、好ましくは20℃〜150℃、更に好ましくは40℃〜100℃の範囲で行われる。温度が20℃未満の場合は、重合速度が遅くなる場合がある。また、温度が150℃を超えると重合反応を制御することが難しくなる場合がある。反応時間は好ましくは1分〜50時間である。重合反応は不活性ガス存在下で行うことが好ましい。
ビニル系樹脂(V1)の製造に際してモノマー成分に酸性基又は塩基性基を有するモノマーを使用して、重合後にpHが5〜10になるように中和剤で中和し、重合体の表面電荷を高くすることで、樹脂の水性媒体中安定性を向上することができる。
酸性基を中和するための中和剤としては、例えばアンモニア、炭素数1〜20のアミン化合物又はアルカリ金属水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化リチウム等)が挙げられる。
炭素数1〜20のアミン化合物としては、モノメチルアミン、モノエチルアミン、モノブチルアミン及びモノエタノールアミン等の1級アミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ジエタノールアミン及びジイソプロパノールアミン、メチルプロパノールアミン等の2級アミン並びにトリメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルエチルアミン、ジメチルモノエタノールアミン及びトリエタノールアミン等の3級アミンが挙げられる。
酸性基を中和するための中和剤として、ビニル系樹脂水性分散体(V1E)の乾燥性及び得られる皮膜の耐水性の観点からは、25℃における蒸気圧が高い化合物、例えばアンモニア、モノメチルアミン、モノエチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン及びジメチルエチルアミンが好ましく、更に好ましいのはアンモニア、モノエチルアミン、ジメチルアミン及びジエチルアミン、特に好ましいのはアンモニアである。
また、酸性基を中和するための中和剤として、ビニル系樹脂水性分散体(V1E)の貯蔵安定性の観点からは沸点が50℃以上の中和剤、例えばトリエチルアミン、ジメチルモノエタノールアミン及びメチルプロパノールアミンが好ましく、更に好ましいのは、トリエチルアミン及びジメチルモノエタノールアミンである。
塩基性基を中和するための中和剤としては、例えば炭素数1〜10のモノカルボン酸(例えばギ酸、酢酸、プロパン酸及び乳酸等)、炭酸、塩酸、燐酸、硫酸、炭酸ジメチル、硫酸ジメチル、メチルクロライド及びベンジルクロライド等が挙げられる。
塩基性基を中和するための中和剤として、ビニル系樹脂水性分散体(V1E)の乾燥性及び得られる皮膜の耐水性の観点からは、25℃における蒸気圧が高い化合物、例えば炭素数1〜10のモノカルボン酸及び炭酸が好ましく、更に好ましいのはギ酸及び炭酸、特に好ましいのは炭酸である。
また、塩基性基を中和するための中和剤として、ビニル系樹脂水性分散体(V1E)の貯蔵安定性の観点からは、沸点が50℃以上の中和剤、例えばギ酸、酢酸及び乳酸が好ましく、更に好ましいのは、ギ酸及び乳酸である。
ビニル系樹脂(V1)を得る際の反応には、必要により有機溶媒(J)を用いることができるが臭気、経時安定性、環境負荷、安全性及び生産コスト等の観点からは、有機溶媒(J)の含有量は水性分散体の重量に基づいて5重量%以下、更に好ましくは1重量%以下であり、環境汚染の観点からは使用しないことが特に好ましい。
有機溶媒(J)としてはケトン系溶媒[例えばアセトン及びメチルエチルケトン(以下、MEKと略記)]、エステル系溶媒(例えば酢酸エチル及びγ−ブチロラクトン)、エーテル系溶媒(例えばTHF)、アミド系溶媒(例えばN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン及びN−メチルカプロラクタム)、アルコール系溶媒(例えばイソプロピルアルコール)及び芳香族炭化水素系溶媒(例えばトルエン及びキシレン)等が挙げられる。これらの有機溶媒(J)は1種を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
尚、本発明における水性媒体とは、水及び水と前記有機溶媒(J)との混合物を意味する。水性媒体に使用される有機溶媒(J)は、分散性の観点から水溶性の有機溶媒であることが好ましい。(J)を使用した場合には、ビニル系樹脂水性分散体(V1E)製造後に必要によりこれを留去してもよい。
本発明のビニル系樹脂水性分散体(V1E)におけるビニル系樹脂(V1)の体積平均粒子径は、(V1E)の分散安定性の観点から、好ましくは0.01〜1μm、更に好ましくは0.02〜0.7μm、特に好ましくは0.03〜0.5μmである。
尚、本発明における樹脂水性分散体の体積平均粒子径は、イオン交換水で樹脂の固形分が0.01重量%となるよう希釈した後、光散乱粒度分布測定装置[ELS−8000{大塚電子(株)製}]を用いて測定される。
(V1)の体積平均粒子径は、(V1)中の親水性基の種類及び量、分散剤の種類及び量によって制御することができる。尚、本発明における体積平均粒子径は実施例に記載の方法で測定される。
本発明のビニル系樹脂水性分散体(V1E)は、上述の有機溶媒(J)を含有してもよいが、臭気、経時安定性、環境負荷、安全性及び生産コスト等の観点からは、有機溶媒の含有量は水性分散体の重量に基づいて、10000ppm以下であることが好ましく、更に好ましくは8000ppm以下、特に好ましくは5000ppm以下である。
本発明のビニル系樹脂(V1)の有機溶媒溶液は、例えば有機溶媒中でモノマー(X)を含有するモノマー成分を重合して得ることができる。(V1)の有機溶媒溶液に用いられる有機溶媒としては、前記有機溶媒(J)等が挙げられる。
重合に用いる重合開始剤としては、前記乳化重合の際に用いる重合開始剤として例示したものと同様のものが挙げられ、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。また、重合開始剤の使用量は、重合に使用するモノマー成分の総重量に対して0.05〜5重量%であることが好ましい。
また、重合に際しては、必要に応じて、n−ドデシルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタン、n−ブチルメルカプタン、2−エチルヘキシルチオグリコレート、2−メルカプトエタノール、β−メルカプトプロピオン酸及びα−メチルスチレンダイマー等の連鎖移動剤を使用してもよい。
ビニル系樹脂(V1)の有機溶媒溶液の製造における重合反応の温度は、重合速度及び反応制御の容易性の観点から好ましくは20℃〜150℃、更に好ましくは40℃〜100℃である。反応時間は好ましくは1分〜50時間である。重合反応は不活性ガス存在下で行うことが好ましい。
本発明のビニル系樹脂(V1)を媒体を含まない固形樹脂等の形態で得る方法としては、(V1)の有機溶媒溶液を得る方法において有機溶媒(J)を使用せずにモノマー成分を重合させる方法や前記(V1)の水性分散体、懸濁重合によって得られた(V1)の分散液又は(V1)の有機溶媒溶液から水性媒体又は有機溶媒を除く方法等が挙げられる。
本発明におけるビニル系樹脂(V1)以外のビニル系樹脂(V2)は、モノマー成分がモノマー(X)を含有しない以外は(V1)と同様にして製造することができ、その形態は(V1)と同様に水性分散体、有機溶媒溶液及び媒体を含まない固形樹脂等があり、好ましいものも(V1)と同様である。
本発明におけるポリウレタン樹脂(P)は、特に限定されず、例えば活性水素成分(A)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを反応させて得られるポリウレタン樹脂が挙げられる。
活性水素成分(A)は、ポリオール(a1)並びに必要により親水性基と活性水素を有する化合物(a2)、鎖伸長剤(a3)及び反応停止剤(a4)を含有する。
ポリオール(a1)としては、化学式量又はMnが300以上の高分子ポリオール(a11)及び化学式量又はMnが300未満の低分子ポリオール(a12)が挙げられる。
化学式量又はMnが300以上の高分子ポリオール(a11)としては、ポリエーテルポリオール(a111)、ポリエステルポリオール(a112)及びアクリルポリオール(a113)等が挙げられる。
ポリエーテルポリオール(a111)としては、脂肪族ポリエーテルポリオール及び芳香族環含有ポリエーテルポリオールが挙げられる。
脂肪族ポリエーテルポリオールとしては、例えばポリオキシエチレンポリオール(PEG等)、ポリオキシプロピレンポリオール[ポリ(オキシプロピレン)グリコール等]、ポリオキシエチレン/プロピレンポリオール及びポリ(オキシテトラメチレン)グリコール等が挙げられる。
脂肪族ポリエーテルポリオールの市販品としては、PTMG1000[Mn=1,000のポリ(オキシテトラメチレン)グリコール、三菱化学(株)製]、PTMG2000[Mn=2,000のポリ(オキシテトラメチレン)グリコール、三菱化学(株)製]、PTMG3000[Mn=3,000のポリ(オキシテトラメチレン)グリコール、三菱化学(株)製]及びサンニックストリオールGP−3000[Mn=3,000のポリ(オキシプロピレン)トリオール、三洋化成工業(株)製]等が挙げられる。
芳香族ポリエーテルポリオールとしては、例えばビスフェノールAのEO付加物[ビスフェノールAのEO2モル付加物、ビスフェノールAのEO4モル付加物、ビスフェノールAのEO6モル付加物、ビスフェノールAのEO8モル付加物、ビスフェノールAのEO10モル付加物及びビスフェノールAのEO20モル付加物等]及びビスフェノールAのPO付加物[ビスフェノールAのPO2モル付加物、ビスフェノールAのPO3モル付加物、ビスフェノールAのPO5モル付加物等]等のビスフェノール骨格を有するポリオール並びにレゾルシンのEO又はPO付加物等が挙げられる。
ポリエステルポリオール(a112)としては、縮合型ポリエステルポリオール、ポリラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール及びヒマシ油系ポリオール等が挙げられる。
縮合型ポリエステルポリオールは、低分子量(化学式量又はMnが300未満)の多価アルコールと炭素数2〜10の多価カルボン酸又はそのエステル形成性誘導体とを反応させて得られるポリエステルポリオールである。
低分子量(化学式量又はMnが300未満)の多価アルコールとしては、化学式量又はMnが300未満の2価〜8価又はそれ以上の脂肪族多価アルコール及び化学式量又はMnが300未満の2価〜8価又はそれ以上のフェノールのAO低モル付加物が挙げられる。これらの内で好ましいのは、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、ビスフェノールAのEO又はPO低モル付加物及びこれらの併用である。
縮合型ポリエステルポリオールに使用できる炭素数2〜10の多価カルボン酸又はそのエステル形成性誘導体としては、脂肪族ジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸、フマル酸及びマレイン酸等)、脂環式ジカルボン酸(ダイマー酸等)、芳香族ジカルボン酸(テレフタル酸、イソフタル酸及びフタル酸等)、3価又はそれ以上のポリカルボン酸(トリメリット酸及びピロメリット酸等)、これらの無水物(無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸及び無水トリメリット酸等)、これらの酸ハロゲン化物(アジピン酸ジクロライド等)、これらの低分子量アルキルエステル(コハク酸ジメチル及びフタル酸ジメチル等)並びこれらの併用が挙げられる。
縮合型ポリエステルポリオールの具体例としては、ポリエチレンアジペートジオール、ポリブチレンアジペートジオール、ポリヘキサメチレンアジペートジオール、ポリヘキサメチレンイソフタレートジオール、ポリネオペンチルアジペートジオール、ポリエチレンプロピレンアジペートジオール、ポリエチレンブチレンアジペートジオール、ポリブチレンヘキサメチレンアジペートジオール、ポリジエチレンアジペートジオール、ポリ(ポリテトラメチレンエーテル)アジペートジオール、ポリ(3−メチルペンチレンアジペート)ジオール、ポリエチレンアゼレートジオール、ポリエチレンセバケートジオール、ポリブチレンアゼレートジオール、ポリブチレンセバケートジオール及びポリネオペンチルテレフタレートジオール等が挙げられる。
縮合型ポリエステルポリオールの市販品としては、サンエスター2610[Mn=1,000のポリエチレンアジペートジオール、三洋化成工業(株)製]、サンエスター2620[Mn=2,000のポリエチレンアジペートジオール、三洋化成工業(株)製]及びサンエスター5620[Mn=2,000のポリネオペンチレンアジペートジオール、三洋化成工業(株)製]等が挙げられる。
ポリラクトンポリオールは、前記低分子量(化学式量又はMnが300未満)の多価アルコールへのラクトンの重付加物であり、ラクトンとしては、炭素数4〜12のラクトン(例えばγ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン及びε−カプロラクトン)等が挙げられる。
ポリラクトンポリオールの具体例としては、例えばポリカプロラクトンジオール、ポリバレロラクトンジオール及びポリカプロラクトントリオール等が挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、前記低分子量(化学式量又はMnが300未満)の多価アルコールと、低分子カーボネート化合物(例えば、アルキル基の炭素数1〜6のジアルキルカーボネート、炭素数2〜6のアルキレン基を有するアルキレンカーボネート及び炭素数6〜9のアリール基を有するジアリールカーボネート)とを、脱アルコール反応させながら縮合させることによって製造されるポリカーボネートポリオール等が挙げられる。低分子量多価アルコール及びアルキレンカーボネートはそれぞれ2種以上併用してもよい。
ポリカーボネートポリオールの具体例としては、ポリヘキサメチレンカーボネートジオール、ポリペンタメチレンカーボネートジオール、ポリテトラメチレンカーボネートジオール、ポリ(テトラメチレン/ヘキサメチレン)カーボネートジオール(例えば1,4−ブタンジオールと1,6−ヘキサンジオールをジアルキルカーボネートと脱アルコール反応させながら縮合させて得られるジオール)及びポリ[シクロヘキシレンビス(メチレン)/ヘキサメチレン]カーボネートジオール(例えば1,4−シクロヘキサンジメタノールと1,6−ヘキサンジオールをジアルキルカーボネートと脱アルコール反応させながら縮合させて得られるジオール)等が挙げられる。
ポリカーボネートポリオールの市販品としては、ニッポラン980R[Mn=2,000のポリヘキサメチレンカーボネートジオール、日本ポリウレタン工業(株)製]、ニッポラン981[Mn=1,000のポリヘキサメチレンカーボネートジオール、日本ポリウレタン工業(株)製]、デュラノールG4672[Mn=2,000のポリ(テトラメチレン/ヘキサメチレン)カーボネートジオール、旭化成ケミカルズ(株)製]、エタナコールUH−200[Mn=2,000のポリヘキサメチレンカーボネートジオール、宇部興産(株)製]及びエタナコールUM−90[Mn=900のポリ[シクロヘキシレンビス(メチレン)/ヘキサメチレン]カーボネートジオール、宇部興産(株)製]等が挙げられる。
ヒマシ油系ポリオールには、ヒマシ油、及びポリオール又はAOで変性された変性ヒマシ油が含まれる。変性ヒマシ油はヒマシ油とポリオールとのエステル交換及び/又はAO付加により製造できる。ヒマシ油系ポリオールとしては、ヒマシ油、トリメチロールプロパン変性ヒマシ油、ペンタエリスリトール変性ヒマシ油、ヒマシ油のEO(4〜30モル)付加物等が挙げられる。
ポリエステルポリオール(a112)の内、機械強度及び耐溶剤性の観点から好ましいのは、縮合型ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオールである。
アクリルポリオール(a113)としては、前記ビニル系モノマーの(m1)〜(m16)共重合体であって、前記水酸基含有ビニル系モノマー(m1)を必須構成モノマーとし、構成モノマー中の(メタ)アクリル系モノマーの重量が50重量%以上のもの等が挙げられる。(a113)の市販品としては、ARUFON UH−2000、UH−2032、UH−2041、UH−2012[東亜合成(株)製]、タケラックW、WS、E[三井化学(株)製]等が挙げられる。
(a11)のMnは、ポリウレタン樹脂(P)の機械強度の観点から、通常300以上、好ましくは300〜10,000、更に好ましくは300〜6,000である。
化学式量又はMnが300未満の低分子ポリオール(a12)としては、2価の脂肪族アルコール、3価の脂肪族アルコール及び4価以上の脂肪族アルコールが挙げられる。(a1)の内、破断強度、破断伸び等の物性の観点から好ましいのは、2〜3価の脂肪族アルコールであり、脂肪族2価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール及び1,6−ヘキサンジオールが特に好ましく、脂肪族3価アルコールとしては、トリメチロールプロパンが特に好ましい。
親水性基と活性水素を有する化合物(a2)としては、アニオン性基と活性水素を有する化合物(a21)及びカチオン性基と活性水素を含有する化合物(a22)等が挙げられる。
アニオン性基と活性水素を有する化合物(a21)としては、例えばアニオン性基としてカルボキシル基を有し、炭素数が2〜10の化合物[ジアルキロールアルカン酸(例えば2,2−ジメチロールプロピオン酸、2,2−ジメチロールブタン酸、2,2−ジメチロールヘプタン酸及び2,2−ジメチロールオクタン酸)、酒石酸及びアミノ酸(例えばグリシン、アラニン及びバリン)等]、アニオン性基としてスルホ基を含有し、炭素数が2〜16の化合物[3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸及びスルホイソフタル酸ジ(エチレングリコール)エステル等]、アニオン性基としてスルファミン酸基を含有し、炭素数が2〜10の化合物[N,N−ビス(2−ヒドロキシルエチル)スルファミン酸等]等並びにこれらの化合物を中和剤で中和した塩が挙げられる。
(a21)の塩に用いられる中和剤としては、上述のビニル系樹脂(V1)の酸性基を中和するための中和剤と同様のものが挙げられ、好ましいものも同様である。
(a21)の内、得られる皮膜の樹脂物性及び(P)を水性分散体とした場合の分散安定性の観点から好ましいのは、2,2−ジメチロールプロピオン酸、2,2−ジメチロールブタン酸及びこれらの塩であり、更に好ましいのは2,2−ジメチロールプロピオン酸及び2,2−ジメチロールブタン酸のアンモニア又は炭素数1〜20のアミン化合物による中和塩である。
カチオン性基と活性水素を含有する化合物(a22)としては、例えば炭素数1〜20の3級アミノ基含有ジオール[N−アルキルジアルカノールアミン(例えばN−メチルジエタノールアミン、N−プロピルジエタノールアミン、N−ブチルジエタノールアミン及びN−メチルジプロパノールアミン)及びN,N−ジアルキルモノアルカノールアミン(例えばN,N−ジメチルエタノールアミン)等]等の化合物を中和剤で中和した塩が挙げられる。
(a22)に用いられる中和剤としては、上述のビニル系樹脂(V1)の塩基性基を中和するための中和剤と同様のものが挙げられ、好ましいものも同様である。
(a21)及び(a22)における中和剤は、主としてポリウレタン樹脂(P)を水性分散体とする場合に用いられる。(a21)及び(a22)に用いられる中和剤は、ウレタン化反応前、ウレタン化反応中、ウレタン化反応後、水性媒体への分散工程前、水性媒体への分散工程中又は水性媒体への分散後のいずれの時期に添加してもよいが、ポリウレタン樹脂(P)の安定性及び水性分散体の安定性の観点から、水性媒体への分散工程前又は水性媒体への分散工程中に添加することが好ましい。
ポリウレタン樹脂(P)を水性分散体とする場合の(a2)の使用量は、(P)中の親水性基の含有量が、(P)の重量に基づいて、好ましくは0.01〜5重量%、更に好ましくは0.1〜4重量%、特に好ましくは0.5〜3重量%となるよう調節する。
本発明における親水性基の含有量とは、未中和のカチオン性基又はアニオン性基の重量%を意味し、対イオンの重量は含まない。例えば、(a21)における親水性基の含有量は、2,2−ジメチロールプロピオン酸のトリエチルアミン塩の場合は、カルボキシル基(−COOH)の重量%を、3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸のトリエチルアミン塩の場合はスルホ基(−SOH)の重量%を指す。また、(a22)における親水性基の含有量は、3級アミノ基中の窒素原子のみの重量%を指す。
鎖伸長剤(a3)としては、水、炭素数2〜10のジアミン(例えばエチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、トルエンジアミン及びピペラジン)、ポリ(n=2〜6)アルキレン(炭素数2〜6)ポリ(n=3〜7)アミン(ジエチレントリアミン、ジプロピレントリアミン、ジヘキシレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチエレンヘキサミン及びヘキサエチレンヘプタミン等)、ヒドラジン又はその誘導体(二塩基酸ジヒドラジド例えばアジピン酸ジヒドラジド等)及び炭素数2〜10のアミノアルコール類(例えばエタノールアミン、ジエタノールアミン、2−アミノ−2−メチルプロパノール及びトリエタノールアミン)等が挙げられる。
反応停止剤(a4)としては、炭素数1〜8のモノアルコール類(メタノール、エタノール、イソプロパノール、セロソルブ類及びカルビトール類等)、炭素数1〜10のモノアミン類(モノメチルアミン、モノエチルアミン、モノブチルアミン、ジブチルアミン及びモノオクチルアミン等のモノ又はジアルキルアミン並びにモノエタノールアミン、ジエタノールアミン及びジイソプロパノールアミン等のモノ又はジアルカノールアミン等)が挙げられる。
尚、鎖伸長剤(a3)及び反応停止剤(a4)には、後述の水酸基又はアミノ基とケト基とを有する化合物、及びアルデヒド基と水酸基を有する化合物も含まれる。
本発明における有機イソシアネート成分(B)としては、従来ポリウレタンの製造に使用されているものが使用でき、2〜3個又はそれ以上のイソシアネート基を有する炭素数8〜26の芳香族ポリイソシアネート(B1)、炭素数4〜22の脂肪族ポリイソシアネート(B2)、炭素数8〜18の脂環式ポリイソシアネート(B3)、炭素数10〜18の芳香脂肪族ポリイソシアネート(B4)及びこれらのポリイソシアネートの変性物(B5)等が挙げられる。有機イソシアネート成分(B)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
炭素数8〜26の芳香族ポリイソシアネート(B1)としては、例えば1,3−又は1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−又は2,6−トリレンジイソシアネート(以下、トリレンジイソシアネートをTDIと略記)、粗製TDI、4,4’−又は2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、ジフェニルメタンジイソシアネートをMDIと略記)、粗製MDI、ポリアリールポリイソシアネート、4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5−ナフチレンジイソシアネート、4,4’,4”−トリフェニルメタントリイソシアネート及びm−又はp−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネートが挙げられる。
炭素数4〜22の脂肪族ポリイソシアネート(B2)としては、例えばエチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、HDIと略記)、ドデカメチレンジイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート及び2−イソシアナトエチル−2,6−ジイソシアナトヘキサノエートが挙げられる。
炭素数8〜18の脂環式ポリイソシアネート(B3)としては、例えばイソホロンジイソシアネート(以下、IPDIと略記)、4,4−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(以下、水添MDIと略記)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2−イソシアナトエチル)−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレート及び2,5−又は2,6−ノルボルナンジイソシアネートが挙げられる。
炭素数10〜18の芳香脂肪族ポリイソシアネート(B4)としては、例えばm−又はp−キシリレンジイソシアネート及びα,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートが挙げられる。
(B1)〜(B4)のポリイソシアネートの変性物(B5)としては、前記ポリイソシアネートの変性物(ウレタン基、カルボジイミド基、アロハネート基、ウレア基、ビウレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基又はオキサゾリドン基含有変性物等;遊離イソシアネート基含有量が通常8〜33重量%、好ましくは10〜30重量%、特に12〜29重量%のもの)、例えば変性MDI(ウレタン変性MDI、カルボジイミド変性MDI及びトリヒドロカルビルホスフェート変性MDI等)、ウレタン変性TDI、ビウレット変性HDI、イソシアヌレート変性HDI及びイソシアヌレート変性IPDI等のポリイソシアネートの変性物が挙げられる。
有機ポリイソシアネート成分(B)の内、得られる皮膜の耐溶剤性及び耐黄変性の観点から好ましいのは(B2)及び(B3)、更に好ましいのは(B3)、特に好ましいのはIPDI及び水添MDIである。
ポリウレタン樹脂(P)に用いるポリオール(a1)、鎖伸長剤(a3)及び/又は有機ポリイソシアネート成分(B)に3価以上のポリオール[ポリ(オキシプロピレン)トリオール及びポリエステルトリオール等]、3価以上の鎖伸長剤[ポリ(n=2〜6)アルキレン(炭素数2〜6)ポリ(n=3〜7)アミン等]、3価以上の有機イソシアネート化合物(イソシアヌレート変性HDI及びイソシアヌレート変性IPDI等)を用いることにより、ポリウレタン樹脂(P)に架橋構造を導入してその機械強度、耐水性及び耐溶剤性等を向上させることができる。
ポリウレタン樹脂(P)に用いられる活性水素成分(A)に、一般式(7)で表されかつ少なくとも1つの活性水素を有する化合物(S1)を含有させることにより、化合物(S1)がポリウレタン樹脂(P)の分子骨格中に組み込まれてポリウレタン樹脂(P)の機械強度、耐水性及び耐溶剤性等が向上し、ビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)を併用した場合、及びビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)と(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を併用した場合、更に機械強度、耐水性及び耐溶剤性等に優れる皮膜が得られる。
また、ポリウレタン樹脂(P)を用いる際に、一般式(7)で表される化合物(S)を(P)に添加・混合することによっても、ポリウレタン樹脂(P)の機械強度、耐水性及び耐溶剤性等が向上し、ビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)を併用した場合、及びビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)と(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を併用した場合、更に機械強度、耐水性及び耐溶剤性等に優れる皮膜が得られる。
一般式(7)で表される化合物(S)は、少なくとも1つの活性水素を有する化合物(S1)と活性水素を有しない化合物(S2)とからなる。
ポリウレタン樹脂(P)の分子内に組み込む場合には、少なくとも1つの活性水素を有する化合物(S1)が用いられ、ポリウレタン樹脂(P)に添加・混合する場合には化合物(S1)、化合物(S2)いずれも用いることができる。化合物(S1)及び(S2)は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
以下、一般式(7)で表される化合物(S)について説明するが、化合物(S)として好ましい範囲として記載している組成及び数値等は、ポリウレタン樹脂(P)に組み込まれる少なくとも一つの活性水素を有する化合物(S1)の場合も、ポリウレタン樹脂(P)に添加・混合して使用される化合物(S)の場合も、特に規定しない限り同じである。
Figure 2013146354
一般式(7)におけるTは、m価の活性水素含有有機化合物からg個の活性水素を除いた残基を表す。
m価の活性水素含有有機化合物としては、一般式(1)におけるMを導入するための1〜20価の活性水素含有有機化合物として例示したものと同様のものが挙げられる。
活性水素含有有機化合物がAO付加物の場合のAOの付加モル数はポリウレタン樹脂の耐水性及び耐溶剤性の観点から、8〜100が好ましく、更に好ましくは10〜80である。AO付加物の水酸基価は18〜360mgKOH/gであることが好ましい。
化合物(S)にTを導入するための活性水素含有有機化合物として、ポリウレタン樹脂の機械強度と耐水性の観点から好ましいのは、水酸基含有化合物及びアミノ基含有化合物であり、更に好ましいのは、炭素数2〜20の多価アルコール及び炭素数2〜20の多価アルコールにAOを付加したポリエーテルポリオール、炭素数2〜20の脂肪族ポリアミン及び多価のチオール化合物、特に好ましいのは炭素数2〜20の多価アルコール及び炭素数2〜20の多価アルコールにAOを付加したポリエーテルポリオール、最も好ましいのは炭素数2〜20の多価アルコールにAOを付加したポリエーテルポリオールである。
活性水素含有有機化合物の価数mは、ポリウレタン樹脂の機械強度と耐水性の観点から、通常1〜20であり、好ましくは1〜8、更に好ましくは1〜4、特に好ましくは2である。
一般式(7)におけるgは、1〜20でかつ1≦g≦mを満たす整数を表し、ポリウレタン樹脂の機械強度と耐水性の観点から、好ましくは1〜8、更に好ましくは1〜4、特に好ましくは2である。
一般式(7)におけるTは、1〜20価の活性水素含有有機化合物から1個の活性水素を除いた残基を表し、複数のTはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
を構成するために用いられる活性水素含有有機化合物としては、上述のTで示した活性水素含有有機化合物と同様のものが挙げられ、TとTはそれぞれ同一でも異なっていてもいいがポリウレタン樹脂の機械強度と耐水性の観点から、Tと少なくとも1つのTとは異なる基であることが好ましい。
また、Tの価数はポリウレタン樹脂の機械強度と耐水性の観点から、通常1〜20であり、好ましくは1〜8、更に好ましくは1〜4、特に好ましくは1〜2、最も好ましくは2である。
尚、後述のYを構成するために用いる3価以上のポリカルボン酸に前記活性水素含有有機化合物を反応させることによりT及びTを化合物(S)に導入することができるが、T及びTが特に炭素数2〜4のジオール又は繰り返し単位の炭素数が2〜4のポリエーテルポリオールの場合、ポリカルボン酸のカルボキシル基に前記炭素数2〜4のAOを付加することによっても同等の化合物を得ることができる。
一般式(7)におけるYは、3価以上の芳香族ポリカルボン酸からすべてのカルボキシル基を除いた残基を表す。Yの芳香環は炭素原子から構成され、その炭素原子にはカルボキシル基以外の置換基及び/又はハロゲン原子が結合していてもよいが、少なくとも一つの炭素原子は置換基が結合しておらず水素原子と結合している必要がある。
カルボキシル基以外の置換基とは、アルキル基、ビニル基、アリル基、シクロアルキル基、アミノ基、水酸基、ヒドロキシアミノ基、ニトロ基、チオール基、アリール基及びシアノ基等が挙げられる。
Yを構成するために用いられる3価以上の芳香族ポリカルボン酸としては、一般式(1)におけるLを構成するために用いられる3価以上の芳香族ポリカルボン酸として例示したものと同様のものが挙げられ、好ましいものも同様である。
一般式(7)におけるeは1以上の整数を表し、fは0以上の整数を表し、かつ、2≦e+f≦h−2を満たし、hは前記芳香族ポリカルボン酸のカルボキシル基を含む全ての置換基を水素原子に置換した場合の芳香環を構成する炭素原子に結合した水素原子の数、即ち芳香環上で置換可能な部位の数を表す。例えば、芳香環が炭素原子6個から構成されるベンゼン環の場合、hは6であり、e+fは2〜4の値を取り得、芳香環が炭素原子10個から構成されるナフタレン環の場合、hは8であり、e+fは2〜6の値を取り得る。芳香環が単環の芳香環の場合、ポリウレタン樹脂の機械強度と耐水性の観点から、e+fは2又は3が好ましい。また、ポリウレタン樹脂の機械強度と耐水性の観点から、fはeの1/2以下であることが好ましく、特に好ましいのは0である。
本発明における化合物(S)の水酸基価は、ポリウレタン樹脂の破断伸び及び破断強度の観点から、好ましくは0又は70〜500mgKOH/g、(S)が水酸基を有する場合、更に好ましくは75〜350mgKOH/gである。(S)が水酸基を有する場合、水酸基価が70mgKOH/g未満ではポリウレタン樹脂の破断強度が低下する傾向にあり、500mgKOH/gを超えるとポリウレタン樹脂の破断伸びが低下する傾向にある。
尚、化合物(S)の水酸基価が0とは、一般式(7)におけるT、T及びYが全て水酸基を有しないことを意味する。
化合物(S)におけるYの濃度は、化合物(S)1g中の残基Yのミリモル数を意味し、ポリウレタン樹脂の破断伸び、破断強度及び耐水性の観点から、好ましくは0.5〜8mmol/g、更に好ましくは0.7〜6mmol/g、特に好ましくは0.9〜4mmol/gである。
化合物(S)のカルボニル基濃度は、ポリウレタン樹脂の機械強度及び耐水性の観点から、好ましくは3〜24mmol/g、更に好ましくは3.5〜18mmol/g、特に好ましくは4〜12mmol/gである。本発明におけるカルボニル基濃度におけるカルボニル基とは、一般式(7)におけるYに結合するカルボニル基、即ちYを導入するために用いられる3価以上の芳香族ポリカルボン酸のカルボキシル基並びにこれから誘導されるエステル基、チオエステル基及びアミド基等の官能基中のカルボニル基を意味する。
活性水素成分(A)に用いられる場合の化合物(S)のモル平均官能基数は、ポリウレタン樹脂の機械強度、耐溶剤性及び耐水性の観点から、1〜8が好ましく、更に好ましくは1〜6、特に好ましくは1〜4、最も好ましくは4である。
本発明におけるモル平均官能基数は、組成物中の各成分の活性水素を有する官能基の数に各成分のモル数を乗じた値の総和を各成分のモル数の総和で除した値であり、各成分のモル数は各成分の重量を各成分の分子量で除した値である。計算に用いる分子量としては、低分子化合物の様に分子量に分布がない場合は化学式量を、分子量に分布がある場合はMnを用いる。
少なくとも1つの活性水素を有する化合物(S1)は、一般式(7)におけるT、T及びYの内の少なくとも1種が活性水素を有する、又は、fが1以上である化合物である。更に詳しくは、少なくとも、Tの価数mとgがm>gを満たすか、Yがアミノ基、水酸基、ヒドロキシアミノ基及びチオール基等の活性水素を有する置換基で置換されているか、Tを構成する活性水素含有有機化合物が2価以上であるか、fが1以上であることにより化合物(S1)は少なくとも1つの活性水素を有する。
ポリウレタン樹脂(P)の分子に組み込むために用いる化合物(S1)の量は、機械強度、耐溶剤性及び耐水性の観点から、活性水素成分(A)と有機ポリイソシアネート成分(B)の合計重量を基準として0.01〜10重量%であることが好ましく、更に好ましくは0.1〜8重量%である。
また、ポリウレタン樹脂(P)に添加・混合して用いる場合の化合物(S)の添加量は、ポリウレタン樹脂(P)の重量を基準として好ましくは0.01〜10重量%、更に好ましくは0.1〜5重量%である。
本発明におけるポリウレタン樹脂(P)には、必要により酸化防止剤、着色防止剤、紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系光安定剤、可塑剤及び離型剤等の添加剤を添加することができる。これらの添加剤の使用量はポリウレタン樹脂(P)の重量に基づいて通常10重量%以下、好ましくは3重量%以下、更に好ましくは1重量%以下である。
本発明におけるポリウレタン樹脂(P)が架橋構造を有さず有機溶媒に可溶でMnが測定可能な場合、(P)のMnは機械強度、耐溶剤性及び耐水性の観点から、好ましくは2,000〜1,000,000、更に好ましくは5,000〜500,000、特に好ましくは7,500〜200,000、最も好ましくは10,000〜100,000である。
ポリウレタン樹脂(P)は前記(V1)の場合と同様に、水性分散体、有機溶媒溶液及び媒体を含まない固形樹脂等の形態で用いられる。これらの形態の内、環境負荷、安全性及び取り扱い性の観点からは水性分散体が好ましい。
ポリウレタン樹脂(P)の水性分散体(PE)を製造する方法としては、例えば、以下の[1]及び[2]の方法が挙げられる。
[1]活性水素成分(A)の内、ポリオール(a1)、親水性基を含有する化合物(a2)並びに必要により鎖伸長剤(a3)及び反応停止剤(a4)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを、有機溶媒(J)の存在下又は非存在下で一段又は多段で反応させてポリウレタン樹脂(P)を形成し、必要により(a2)により導入された親水基部分を中和又は四級化により塩を形成させ、有機溶媒(J)及び/又は前述の非反応性活性剤(C2)の存在下又は非存在下で水性媒体に分散する方法。
[2]活性水素成分(A)の内、ポリオール(a1)、親水性基を含有する化合物(a2)並びに必要により鎖伸長剤(a3)及び反応停止剤(a4)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを、有機溶媒(J)の存在下又は非存在下で一段又は多段でウレタンプレポリマーを形成し、次いで必要により該プレポリマーの(a2)により導入された親水基部分を中和又は四級化により塩として、有機溶媒(J)、非反応性活性剤(C2)、鎖伸長剤(a3)及び/又は鎖停止剤(a4)の存在下又は非存在下で水性媒体に分散して、イソシアネート基が実質的に無くなるまで反応[水及び/又は(a3)による鎖伸長、及び必要により(a4)による鎖停止]させる方法。
ポリウレタン樹脂水性分散体(PE)を製造する前記方法[1]について以下に説明する。
この方法におけるポリウレタン樹脂は、活性水素成分(A)の内、ポリオール(a1)、親水性基を含有する化合物(a2)並びに必要により鎖伸長剤(a3)及び反応停止剤(a4)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを、有機溶媒(J)の存在下又は非存在下で反応させることにより得られる。反応温度は好ましくは100〜250℃、更に好ましくは150℃〜250℃、特に好ましくは180℃〜220℃である。
前記ウレタン化反応においては反応を促進させるため、必要により通常のウレタン化反応に使用される触媒を使用してもよい。触媒には、アミン触媒、例えばトリエチルアミン、N−エチルモルホリン、トリエチレンジアミン及び米国特許第4524104号明細書に記載のシクロアミジン類[1,8−ジアザ−ビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン(サンアプロ社製「DBU」)等];錫系触媒、例えばジブチル錫ジラウリレート、ジオクチル錫ジラウリレート及びオクチル酸錫;チタン系触媒、例えばテトラブチルチタネート;ビスマス系触媒、例えばトリオクチル酸ビスマス;等が挙げられる。
ウレタン化反応を行うための反応容器は、加熱、撹拌可能な反応容器であれば問題なく使用できるが、撹拌強度、密閉性及び加熱能力の観点から、一軸又は二軸の混練機を用いるのが好ましい。一軸又は二軸の混練機としては、コンティニアスニーダー[(株)栗本鐵工所製]及びPCM30[池貝(株)製]等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)又はこれらの有機溶媒溶液を、必要により(a2)により導入された親水基部分を中和又は四級化により塩として、又は前述の非反応性活性剤(C2)の存在下、水性媒体に分散させることにより本発明におけるポリウレタン樹脂水性分散体(PE)が得られる。
水性媒体に使用される有機溶媒(J)は、分散性の観点から水溶性の有機溶媒であることが好ましい。(J)を使用した場合には、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE)製造後に必要によりこれを留去してもよい。
有機溶媒(J)を使用する場合の水と有機溶媒(J)との重量比[水/(J)]は、ポリウレタン樹脂(P)の分散性の観点から、好ましくは99/1〜50/50である。
ポリウレタン樹脂(P)又はこれらの有機溶媒溶液を水性媒体に分散させるための分散混合装置としては、回転式分散混合装置、メディア式分散混合装置及び高圧式分散混合装置等が挙げられるが、温度調整、固体粒子の供給及び分散能力等の観点から回転式分散混合装置が好ましい。
回転式分散混合装置としては、例えばTKホモミキサー[プライミクス(株)製]、クレアミックス[エムテクニック(株)製]、フィルミックス[プライミクス(株)製]、ウルトラターラックス[IKA(株)製]、エバラマイルダー[荏原製作所(株)製]、キャビトロン[ユーロテック社製]及びバイオミキサー[日本精機(株)製]等が挙げられる。
回転式分散混合装置としては、これらの回転式分散混合装置から選ばれる2種類以上の装置を併用してもかまわない。
尚、これらの回転式分散混合装置を使用する際の回転数は、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE)の分散安定性の観点から、通常100〜30,000rpm、好ましくは500〜30,000rpm、更に好ましくは1,000〜30,000rpm、特に好ましくは2,000〜30,000rpmである。
回転式分散混合装置を用いて分散混合処理する際の分散液の温度は、ポリウレタン樹脂(P)の分解や劣化等を防ぐ観点から、ポリウレタン樹脂(P)の溶融温度未満、好ましくは溶融温度よりも5℃以上低い温度で室温以上の温度、更に好ましくは溶融温度よりも10〜120℃低い温度で室温以上の温度であることが好ましい。
回転式分散混合装置に供給されるポリウレタン樹脂(P)と水性媒体の重量比は、目的とする水性分散体の樹脂成分含有量によって適宜選択されるが、好ましくはポリウレタン樹脂/水性媒体=10/2〜10/100、更に好ましくは10/5〜10/50である。
また、ポリウレタン樹脂(P)と水性媒体との回転式分散混合装置内の滞留時間は、好ましくは0.1〜60分、更に好ましくは10〜30分である。
ポリウレタン樹脂水性分散体(PE)を製造する前記方法[2]について以下に説明する。
この方法におけるウレタンプレポリマーは、活性水素成分(A)の内、ポリオール(a1)、親水性基を含有する化合物(a2)、及び必要により鎖伸長剤(a3)、反応停止剤(a4)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを有機溶媒(J)の存在下又は非存在下に、活性水素含有基(カルボキシル基、スルホ基及びスルファミン酸基を除く)に対するイソシアネート基の当量比率が好ましくは1.01〜3、更に好ましくは1.1〜2となる割合でウレタン化反応させることにより形成される。
ウレタンプレポリマー化反応は、好ましくは20℃〜150℃、更に好ましくは60℃〜110℃の反応温度で行われ、反応時間は好ましくは2〜15時間である。ウレタンプレポリマーは好ましくは0.1〜5重量%のイソシアネート基を有する。
ウレタンプレポリマー化反応においては反応を促進させるため、必要により上述のウレタン化反応に使用される触媒を使用してもよい。
得られたウレタンプレポリマー又はその有機溶媒溶液を、必要により該プレポリマーの(a2)により導入された親水基部分を中和又は四級化により塩として、有機溶媒(J)、前述の非反応性活性剤(C2)、鎖伸長剤(a3)及び/又は鎖停止剤(a4)の存在下又は非存在下で水性媒体に分散して、イソシアネート基が実質的に無くなるまで反応[水による鎖伸長並びに必要により(a3)による鎖伸長及び(a4)による鎖停止]させることにより本発明におけるポリウレタン樹脂水性分散体(PE)を得ることができる。
ウレタンプレポリマー又はその有機溶媒溶液を水性媒体に乳化分散させる装置の方式は特に限定されず、例えば、(1)錨型撹拌方式、(2)回転子−固定子式方式[例えばエバラマイルダー(荏原製作所(株)製)]、(3)ラインミル方式[例えばラインフローミキサー]、(4)静止管混合式[例えばスタティックミキサー]、(5)振動式[例えば「VIBRO MIXER」(冷化工業社製)]、(6)超音波衝撃式[例えば超音波ホモジナイザー]、(7)高圧衝撃式[例えばガウリンホモジナイザー(ガウリン社製)]、(8)膜乳化式[例えば膜乳化モジュール]、及び(9)遠心薄膜接触式[例えば「フィルミックス」(プライミックス社製)]等の乳化機が挙げられる。これらの内、好ましいのは、(2)である。
非反応性界面活性剤(C2)は、ポリウレタン樹脂(P)のウレタン化反応前、ウレタン化反応中、ウレタン化反応後、水性媒体分散工程前、水性媒体分散工程中又は水性媒体分散後のいずれの時期に添加してもよいが、(P)の分散性及び水性媒体性分散体の安定性の観点から、水性媒体分散工程前又は水性媒体分散工程中に添加することが好ましい。
ポリウレタン樹脂(P)の耐水性の観点からは(C2)を使用しないことが好ましいが、(C2)を使用する場合のその使用量はポリウレタン樹脂(P)の重量に基づいて好ましくは0.01〜20重量%、更に好ましくは0.1〜10重量%、特に好ましくは1〜5重量%である。
本発明において、ポリウレタン樹脂(P)の体積平均粒子径は、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE)の分散安定性の観点から、好ましくは0.01〜1μm、更に好ましくは0.02〜0.7μm、特に好ましくは0.03〜0.5μmである。
本発明におけるポリウレタン樹脂水性分散体(PE)は、上述の有機溶媒(J)を含有してもよいが、臭気、経時安定性、環境負荷、安全性及び生産コスト等の観点からは、有機溶媒の含有量は水性分散体の重量に基づいて、10,000ppm以下であることが好ましく、更に好ましくは8,000ppm以下、特に好ましくは5,000ppm以下である。
ポリウレタン樹脂(P)の有機溶媒溶液を製造する方法としては、例えば、活性水素成分(A)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを前記有機溶媒(J)中で反応させる方法が挙げられる。
反応方法としては(A)と(B)と(J)を一括して反応容器に仕込み反応させる方法、(J)の存在下に(A)と(B)とを分割して多段反応をさせる方法、及び予め混合した(A)と(B)と(J)とを加熱された多軸押出し機中を通過させて反応させる方法等、通常のポリウレタン樹脂の製造に用いられる反応形態が適用できる。
反応温度は通常30〜180℃、好ましくは60〜120℃である。また、反応を促進させるため前記ウレタン化触媒を使用することができる。
ポリウレタン樹脂(P)を、媒体を含まない固形樹脂等の形態で得る方法としては、(P)の有機溶媒溶液を得る方法において有機溶媒(J)を使用せずに(A)と(B)を反応させる方法や、前記(P)の水性分散体(PE)、懸濁重合によって得られた(P)の分散液又は(P)の有機溶媒溶液から水性媒体又は有機溶媒を除く方法等が挙げられる。
前述の通り、本発明のビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)を併用した場合やこれに更にビニル系樹脂(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を併用した場合、ビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)の親和性に優れるため、これらの水性分散体の皮膜の機械強度、耐溶剤性及び耐水性等の性能に優れるが、ビニル系樹脂(V1)、ポリウレタン樹脂(P)及び(V1)以外のビニル系樹脂(V2)に反応性基を導入してこれらの樹脂の間で化学結合を形成させることにより、これらの水性分散体の皮膜の機械強度、耐溶剤性及び耐水性等を更に向上させることができる。
化学結合の形成方法としては、これらの樹脂に導入された反応性基を直接反応させる方法やこれらの樹脂に導入された反応性基と反応し得る架橋剤(D)を用いる方法が挙げられる。
ビニル系樹脂(V1)、(V1)以外のビニル系樹脂(V2)に導入する反応性基としては、シラノール基、アルコキシシリル基、エポキシ基、カルボキシル基、水酸基、1級又は2級アミノ基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、ビニル基、オキサゾリン基、カルボジイミド基、スルホ基、ケト基及びアルデヒド基等が挙げられる。反応性基は、1種を単独で導入しても2種以上を併用して導入してもよい。
ポリウレタン樹脂(P)に導入する反応性基としては、シラノール基、アルコキシシリル基、エポキシ基、カルボキシル基、水酸基、1級又は2級アミノ基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、ビニル基、スルホ基、ケト基及びアルデヒド基等が挙げられる。反応性基は、1種を単独で導入しても2種以上を併用して導入してもよい。
ビニル系樹脂(V1)、ビニル系樹脂(V1)以外のビニル系樹脂(V2)及びポリウレタン樹脂(P)に導入された反応性基を直接反応させる方法における各樹脂に導入される反応性基の種類と反応可能な反応性基の組み合わせの例を表1に示す。表1のマトリックス上で○印を付したものが直接反応させる方法で好ましく用いられる組み合わせである。尚、表1におけるビニル基には、(メタ)アクリロイル基も含まれる。また、表1におけるカルボキシル基とビニル基の組み合わせではマイケル付加反応により化学結合が形成される。また、ビニル基同士の場合はラジカル開始剤等を併用して反応させることにより化学結合が形成される。更に、表1に記載されていないスルホ基、ケト基及びアルデヒド基は、架橋剤(D)を併用する際の反応性基として用いられる。
ビニル系樹脂(V1)、(V2)及びポリウレタン樹脂(P)がそれぞれ複数個の反応性基を有する場合、これらの反応性基は同一でも異なっていてもよい。
Figure 2013146354
ビニル系樹脂(V1)及び(V1)以外のビニル系樹脂(V2)に、シラノール基、アルコキシシリル基、エポキシ基、カルボキシル基、水酸基、1級又は2級アミノ基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、オキサゾリン基、カルボジイミド基、ケト基及びアルデヒド基を導入する方法としては、モノマー成分の一部にこれらの反応性基を有するモノマー[例えば前記シラノール基又はアルコキシシリル基含有ビニル系モノマー(m8)、エポキシ基含有ビニル系モノマー(m7)、カルボキシル基含有ビニル系モノマー(m2)、水酸基含有ビニル系モノマー(m1)、アミノ基含有ビニル系モノマー(m6)の内の1級又は2級アミノ基を有するもの、イソシアネート基含有ビニル系モノマー(m9)、ブロックイソシアネート基含有ビニル系モノマー(m12)、オキサゾリン基含有ビニル系モノマー(m10)、カルボジイミド基含有ビニル系モノマー(m11)、スルホ基含有ビニル系モノマー(m3)、ケト基含有ビニル系モノマー(m13)、及びアルデヒド基含有ビニル系モノマー(m14)]を用いる方法が挙げられる。尚、シラノール基を導入する場合、アルコキシシリル基含有ビニル系モノマーを重合させた後、加水分解によりアルコキシシリル基をシラノール基に変換してもよい。
また、ビニル系樹脂(V1)及び(V1)以外のビニル系樹脂(V2)にビニル基を導入する方法としては、前記ビニル系モノマーの内、ビニル系官能基以外の反応性基を有するモノマー[(m1)〜(m3)及び(m6)〜(m12)]をモノマー成分の少なくとも一部に用いて重合した後、使用した反応性官能基含有モノマーが有する官能基と反応可能な官能基を有するモノマーを反応させる方法[例えば、イソシアネート基含有ビニル系モノマー(m9)を(共)重合後、水酸基含有ビニル系モノマー(m1)を反応させる等]が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)にシラノール基又はアルコキシシリル基を導入する方法としては、(P)を形成するための前記活性水素成分(A)の一部に炭素数6〜20のアミノアルキルアルコキシシランを用いる方法;(P)を形成するための前記有機ポリイソシアネート成分(B)と共に炭素数5〜15のイソシアネートアルキルアルコキシシランを用いる方法;前記アニオン性基としてカルボキシル基を有し、炭素数が2〜10の化合物を用いて(P)にカルボキシル基を導入後にこのカルボキシル基と炭素数6〜15のグリシドキシアルキルアルコキシシランを反応させる方法;これらの方法により導入されたアルコキシシリル基を加水分解によりシラノール基に変換する方法;等が挙げられる。
炭素数6〜20のアミノアルキルアルコキシシランとしては、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン及び3−トリエトキシルトリメトキシシラン等が挙げられる。
炭素数5〜15のイソシアネートアルキルアルコキシシランとしては、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
炭素数6〜15のグリシドキシアルキルアルコキシシランとしては、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン及び3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)にエポキシ基を導入する方法としては、(P)を形成するための前記活性水素成分(A)の一部に分子内にグリシジル基を1つ以上有し、かつ水酸基又はアミノ基を1つ以上有する化合物を用いる方法;(P)を形成するための前記有機ポリイソシアネート成分(B)と共に分子内にグリシジル基を1つ以上有し、かつイソシアネート基又はブロックイソシアネート基を1つ以上有する化合物を用いる方法;前記アニオン性基としてカルボキシル基を有し、炭素数が2〜10の化合物を用いて(P)にカルボキシル基を導入後にこのカルボキシル基と多官能エポキシ化合物を反応させる方法;等が挙げられる。
分子内にグリシジル基を1つ以上有し、かつ水酸基を1つ以上有する化合物としては、前記水酸基含有ビニル系モノマー(m1)とエポキシ基含有ビニル系モノマー(m7)の共重合体及びグリシドール等を使用することができる。
分子内にグリシジル基を1つ以上有し、かつアミノ基を1つ以上有する化合物としては、tert−ブチルグリシジルアミン、N,N−ビス[2−(3−ヘプテノイルアミノ)−1−メチルエチル]グリシジルアミン等のグリシジルアミン、及び前記エポキシ基含有ビニル系モノマー(m7)とアミノ基含有ビニル系モノマー(m6)の共重合体等が挙げられる。
分子内にグリシジル基を1つ以上有し、かつイソシアネート基を1つ以上有する化合物としては、前記エポキシ基含有ビニル系モノマー(m7)とイソシアネート基含有ビニル系モノマー(m9)の共重合体等が挙げられる。
分子内にグリシジル基を1つ以上有し、かつブロックイソシアネート基を1つ以上有する化合物としては、前記エポキシ基含有ビニル系モノマー(m7)とブロックイソシアネート基含有ビニル系モノマー(m12)の共重合体等が挙げられる。
多官能エポキシ化合物としては、分子内にカルボキシル基を2個以上有する化合物であれば特に限定されず、例えばレゾルシノールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル及びポリ(オキシプロピレン)グリコールジグリシジルエーテルが挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)にカルボキシル基を導入する方法としては、(P)を形成するための前記活性水素成分(A)の一部に前記アニオン性基としてカルボキシル基を有し、炭素数が2〜10の化合物を用いる方法等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)に水酸基を導入する方法としては、活性水素成分(A)として前記ポリオール(a1)、親水性基と活性水素を有する化合物(a2)及び/又は鎖伸長剤(a3)の内の活性水素含有基として水酸基のみを有するものを用いて、有機ポリイソシアネート成分(B)のイソシアネートの当量に対して活性水素成分(A)の水酸基の当量が過剰となる様に反応させる方法等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)に1級又は2級アミノ基を導入する方法としては、前記末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを得た後、このウレタンプレポリマーのイソシアネートの当量に対して過剰当量の前記鎖伸長剤(a3)としての炭素数2〜10のジアミン及び/又はポリ(n=2〜6)アルキレン(炭素数2〜6)ポリ(n=3〜7)アミンを反応させる方法等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)にイソシアネート基を導入する方法としては、活性水素成分(A)の水酸基の当量に対して有機ポリイソシアネート成分(B)のイソシアネートの当量が過剰となる様に反応させる方法等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)にブロックイソシアネート基を導入する方法としては、前記ブロックイソシアネート基含有ビニル系モノマー(m12)の説明で例示したブロック化剤を用いて、前記末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーのイソシアネート基をブロックする方法等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)にビニル基を導入する方法としては、活性水素成分(A)の一部に前記水酸基含有ビニル系モノマー(m1)を用いる方法;前記アニオン性基としてカルボキシル基を有する炭素数が2〜10の化合物を用いて(P)にカルボキシル基を導入後にこのカルボキシル基と前記エポキシ基含有ビニル系モノマー(m7)を反応させる方法;等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)にスルホ基を導入する方法としては、(P)を形成するための前記活性水素成分(A)の一部に前記アニオン性基と活性水素を有する化合物(a21)の内のアニオン性基としてスルホ基を含有し炭素数が2〜16の化合物を用いる方法等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)にケト基を導入する方法としては、(P)を形成するための前記活性水素成分(A)の一部に水酸基又はアミノ基とケト基とを有する化合物(3−ヒドロキシ−2−ブタノン、5−ヒドロキシ−2−ペンタノン、6−ヒドロキシ−2−ヘキサノン、ヒドロキシアセトン、ヒドロキシアセトフェノン、アミノアセトフェノン、アミノベンゾフェノン、1,3−ジヒドロキシ−2−プロパノン、ジヒドロキシアセトフェノン及びジヒドロキシベンゾフェノン等)を用いる方法等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)にアルデヒド基を導入する方法としては、(P)を形成するための前記活性水素成分(A)の一部にアルデヒド基と水酸基を有する化合物[2−ヒドロキシエタナール、2−ヒドロキシプロパナール、3−ヒドロキシブタナール、2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロパナール、ジヒドロキシアセトアルデヒド、2,3−ジヒドロキシプロパナール、3−ヒドロキシ−2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロパナール及び2−ヒドロキシプロパンジアール等]を用いる方法等が挙げられる。
ビニル系樹脂(V1)及びポリウレタン樹脂(P)に導入される反応性官能基の量は、皮膜の機械強度の観点から0.01〜10mmol/g、好ましくは0.02〜8mmol/g、更に好ましくは0.05〜6mmol/gである。
ビニル系樹脂(V1)のモノマー成分に前記シラノール基又はアルコキシシリル基含有ビニル系モノマー(m8)を用いた場合、(V1)に導入されたシラノール基又はアルコキシシリル基を縮合させて内部架橋させることにより、(V1)自体の耐水性、耐溶剤性及び機械強度等を向上させることもできる。
ビニル系樹脂(V1)、(V1)以外のビニル系樹脂(V2)及びポリウレタン樹脂(P)に反応性基を導入してこれらの樹脂の間で化学結合を形成させる際に用いられる架橋剤(D)としては、樹脂に導入された反応性基と反応し得る反応性基を分子内に2個以上有するもの及び金属塩架橋構造を形成し得るものが使用でき、具体的にはイソシアネート化合物(D1)、ブロックイソシアネート化合物(D2)、メラミン化合物(D3)、オキサゾリン化合物(D4)、カルボジイミド化合物(D5)、アジリジン化合物(D6)、エポキシ化合物(D7)、ヒドラジン化合物(D8)、アミン化合物(D9)並びにカルボキシル基及びスルホ基と金属塩架橋構造を形成可能な化合物(D10)等が挙げられる。架橋剤(D)は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
ビニル系樹脂(V1)、(V2)及びポリウレタン樹脂(P)に、水酸基及び/又は1級又は2級アミノ基が導入された場合、イソシアネート化合物(D1)及び/又はブロックイソシアネート化合物(D2)を架橋剤として使用することができる。
イソシアネート化合物(D1)は分子内にイソシアネート基を2個以上有するものであれば特に限定されず、例えば前記有機ポリイソシアネート成分(B)として例示したものと同様のものが挙げられる。
ブロックイソシアネート化合物(D2)は分子内にブロックイソシアネート基を2個以上有するものであれば特に限定されず、例えば前記イソシアネート化合物(D1)に前記ブロックイソシアネート基含有ビニル系モノマー(m12)の説明で例示したブロック化剤でブロック化したものが挙げられ、市販品としては旭化成ケミカルズ(株)製のデュラネートシリーズ(デュラネート22A−75P、24A−100、21S−75E、TPA−100、TKA−100、MFA−75B、MHG−80B、TLA−100、TSA−100、TSS−100、TSE−100、P301−75E、E402−80B、E405−70B、AE700−100、D101、D201、MF−K60X及びA201H等)及び三井化学(株)製のタケネートシリーズ(タケネートD−103N、D−160N、D−140N、D−110N、D−181N、D−120N、D−165N90CX、D−204、D−170N、PWシリーズ及びBシリーズ等)等が挙げられる。
(D2)に用いられるブロック化剤として反応性及び貯蔵安定性の両立の観点から好ましいのは、オキシム類の内のメチルエチルケトオキシム、炭素数2〜15の脂肪族第2級アミンの内の2級炭素に結合した第2級アミン(特にジイソプロピルアミン)、活性メチレン化合物の内のマロン酸ジエチル及びピラゾール系化合物の内の3,5−ジメチルピラゾールである。
ビニル系樹脂(V1)、(V2)及びポリウレタン樹脂(P)に、水酸基及び/又はカルボキシル基が導入された場合、メラミン化合物(D3)及び/又はオキサゾリン化合物(D4)を架橋剤として使用することができる。
メラミン化合物(D3)は分子内にメチロール基やメトキシメチロール基を2個以上有するメチロール化メラミン化合物及びメトキシメチロール化メラミン化合物であれば特に限定されず、例えば三井化学(株)製のユーバンシリーズ(ユーバン120、20HS、2021、2028、228、2860及び22R等)、日本サイテック(株)製のサイメルシリーズ(サイメル202、232、235、238、254、266、267、272、285、301、303、325、327、350、370、701、703、736、738、771、114、1156及び1158等)及び住友化学(株)製のスミマールシリーズ(スミマールM−30W、M−50W、M−55、M−66B及び50B等)が挙げられる。
オキサゾリン化合物(D4)は、分子内にオキサゾリン基(オキサゾリン骨格)を2個以上有する化合物であれば特に限定されず、例えば2,2’−イソプロピリデンビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)等のオキサゾリン基を2個以上有する化合物;2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−2−オキサゾリン及び2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン等の重合性オキサゾリン化合物の(共)重合体;前記重合性オキサゾリン化合物と、オキサゾリン基と反応しない共重合可能なモノマー[(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル及び(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコール等の(メタ)アクリルエステル類、(メタ)アクリル酸アミド酢酸ビニル、スチレン並びにα−メチルスチレンスチレンスルホン酸ナトリウム等]との共重合体等;が挙げられる。
ビニル系樹脂(V1)、(V2)及びポリウレタン樹脂(P)に、カルボキシル基が導入された場合、カルボジイミド化合物(D5)を架橋剤として使用することができる。
カルボジイミド化合物(D5)は、分子内にカルボジイミド基を2個以上有する化合物であれば特に限定されず、例えば前記炭素数8〜26の芳香族ポリイソシアネート(B1)、炭素数4〜22の脂肪族ポリイソシアネート(B2)、炭素数8〜18の脂環式ポリイソシアネート(B3)又は炭素数10〜18の芳香脂肪族ポリイソシアネート(B4)を重合して得られる脂肪族ポリカルボジイミド[ポリ(ヘキサメチレンカルボジイミド)等]、脂環式ポリカルボジイミド[ポリ(4,4’−ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)等]及び芳香族ポリカルボジイミド[ポリ(p−フェニレンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−ジフェニルメタンカルボジイミド)及びポリ(ジイソプロピルフェニルカルボジイミド)等]を用いることができる。
ビニル系樹脂(V1)、(V2)及びポリウレタン樹脂(P)に、水酸基、1級又は2級アミノ基及びカルボキシル基からなる群から選ばれる少なくとも1種の反応性基が導入された場合、アジリジン化合物(D6)及び/又はエポキシ化合物(D7)を架橋剤として使用することができる。
アジリジン化合物(D6)は分子内にアジリジニル基を2個以上有する化合物であれば特に限定されず、例えばテトラメチロールメタントリス(β−アジリジニルプロピオナート)及びトリメチロールプロパントリス(β−アジリジニルプロピオナート)が挙げられる。
エポキシ化合物(D7)とは分子内にエポキシ基を2個以上有する化合物であれば特に限定されず、例えばフェニルグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル及びポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルが挙げられる。
ビニル系樹脂(V1)、(V2)及びポリウレタン樹脂(P)に、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、ケト基及びアルデヒド基からなる群から選ばれる少なくとも1種の反応性基が導入された場合、ヒドラジン化合物(D8)を架橋剤として使用することができる。
ヒドラジン化合物(D8)としては、ヒドラジン及び分子内にヒドラジン基(ヒドラジン骨格)を2個以上有する化合物[例えば炭素数2〜10のジカルボン酸ジヒドラジド(シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド及びイタコン酸ジヒドラジド等)及び炭素数2〜10のアルキレンジヒドラジン(エチレンジヒドラジン、1,3−プロピレンジヒドラジン及び1,4−ブチレンジヒドラジン及び1,6−ヘキシレンジヒドラジン等)]が挙げられる。
ビニル系樹脂(V1)、(V2)及びポリウレタン樹脂(P)に、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、カルボキシル基及びエポキシ基からなる群から選ばれる少なくとも1種の反応性基が導入された場合、アミン化合物(D9)を架橋剤として使用することができる。
アミン化合物(D9)は分子内に1級アミノ基又は2級アミノ基を2個以上有する化合物であれば特に限定されず、例えば前記鎖伸長剤(a3)として例示した炭素数2〜10のジアミン及びポリ(n=2〜6)アルキレン(炭素数2〜6)ポリ(n=3〜7)アミンが挙げられる。
ビニル系樹脂(V1)、(V2)及びポリウレタン樹脂(P)に、カルボキシル基及び/又はスルホ基が導入された場合、これらと金属塩架橋構造を形成可能な化合物(D10)を架橋剤として使用することができる。
カルボキシル基及びスルホ基と金属塩架橋構造を形成可能な化合物(D10)としては、例えば、金属(マグネシウム、カルシウム及びバリウム等のアルカリ土類金属;アルミニウム及びスズ等の第13族及び第14族の金属;鉄、コバルト、ニッケル、銅及び亜鉛等の遷移金属等)の塩及び水酸化物等が挙げられる。前記金属塩としては特に限定されず、例えば、炭酸塩、硫酸塩、酢酸塩、硼酸塩、リン酸塩及び硝酸塩が挙げられる。これらの内で好ましいのは、カルシウム、マグネシウム、亜鉛、バリウム、アルミニウム及び鉄からなる群から選ばれる少なくとも1種の多価金属の塩及び水酸化物である。
架橋剤(D)を使用する場合のビニル系樹脂(V1)、(V2)及びポリウレタン樹脂(P)がそれぞれ有する反応性基は同一でも異なっていてもよく、更に(V1)、(V2)及び(P)がそれぞれ複数個の反応性基を有する場合、これらの反応性基は同一でも異なっていてもよい。
架橋剤(D)の使用量は、ビニル系樹脂(V1)、(V2)及びポリウレタン樹脂(P)が有する化学結合形成可能な反応性基のモル数の合計量に対する架橋剤(D)が有する化学結合形成可能な反応性基のモル数が、0.1〜2.0倍となる量が好ましく、更に好ましくは0.3〜1.5倍となる量である。
ビニル系樹脂(V1)、(V2)及びポリウレタン樹脂(P)が有する反応性基を直接反応させる方法や架橋剤(D)を用いる方法における化学結合を生成するための反応温度及び反応時間等の条件は、反応性基の種類により異なるが、これらの反応性基の反応で通常用いられる温度・時間等の条件を適用することができる。
ビニル系樹脂(V1)及び/又は(V2)にウレタン基及び/又はウレア基を導入するか、ポリウレタン樹脂(P)をアクリル変性するか、これらを併用することにより、ビニル系樹脂(V1)及び/又は(V2)とポリウレタン樹脂(P)との親和性が更に向上し、皮膜の耐水性、耐溶剤性及び機械強度等を更に向上させることができる。
ビニル系樹脂(V1)及び(V2)にウレタン基及び/又はウレア基を導入する方法としては、ビニル系樹脂(V1)及び(V2)を得る際のモノマー成分に、少なくとも一部に前記ウレタン基又はウレア基を有するビニル系モノマー(m15)を用いる方法等が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(P)をアクリル変性する方法としては、(P)を形成するための活性水素成分(A)の一部に前記アクリルポリオールを用いる方法等が挙げられる。
本発明のビニル系樹脂(V1)、ポリウレタン樹脂(P)及び必要により(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を含有する樹脂組成物は、水性分散体、有機溶媒溶液及び媒体を含まない固形樹脂等の形態で用いられる。これらの形態の内、環境負荷、安全性及び取り扱い性の観点からは水性分散体が好ましい。以下それぞれの形態における製造方法について説明する。
ビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)を含有する水性分散体を得る方法としては、例えば以下の(1)〜(3)の方法が挙げられる。
(1)ビニル系樹脂(V1)の水性分散体(V1E)とポリウレタン樹脂(P)の水性分散体(PE)をそれぞれ前述の方法で製造して混合する方法。
(2)ビニル系樹脂(V1)の水性分散体(V1E)を前述の方法で製造し、これに前述の方法でポリウレタン樹脂(P)を分散させる方法、即ち、前述のポリウレタン樹脂(P)の水性分散体(PE)の製造方法における水性媒体の代わりにビニル系樹脂(V1)の水性分散体(V1E)を用いる方法。
(3)ポリウレタン樹脂(P)の水性分散体(PE)を前述の方法で製造し、この水性分散体中で(V1)の構成モノマーを前述の方法で乳化重合する方法、即ち、前述のビニル系樹脂水性分散体(V1E)の製造方法における水性媒体の代わりにポリウレタン樹脂(P)の水性分散体(PE)を用いる方法。
尚、(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を更に併用する場合は、前記(1)〜(3)の方法で得られた(V1)及び(P)を含有する水性分散体に(V2)を含有する水性分散体を混合してもよいし、前記(2)の方法において(V1)の水性分散体を(V1)と(V2)を含有する水性分散体に代えた方法を採用してもよいし、前記(3)の方法においてポリウレタン樹脂(P)の水性分散体を(P)と(V1)を含有する水性分散体に代えた方法を採用してもよい。
また、上述の架橋剤(D)は、前記(1)〜(3)の方法における任意の工程で混合することもできる。
(V2)を更に併用する場合も含め、水性分散体を混合する場合、各水性分散体の容器への投入順序は任意であり、また、任意の2種の水性分散体を混合後残りの1種の水性分散体を混合する等、段階的に混合してもよいし、全てを一括混合してもよい。
ビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)を含有する有機溶媒溶液を得る方法としては、例えば以下の(1)〜(4)の方法が挙げられる。
(1)ビニル系樹脂(V1)の有機溶媒溶液とポリウレタン樹脂(P)の有機溶媒溶液をそれぞれ前述の方法で製造して混合する方法。
(2)ビニル系樹脂(V1)の有機溶媒溶液を前述の方法で製造し、この溶液中でポリウレタン樹脂(P)を製造する方法。
(3)ポリウレタン樹脂(P)の有機溶媒溶液を前述の方法で製造し、この溶液中で(V1)の構成モノマーを重合する方法。
(4)ビニル系樹脂(V1)又はポリウレタン樹脂(P)の有機溶媒溶液に、固体の(V1)又は(P)を溶解させる方法。
尚、(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を更に併用する場合は、前記(1)〜(4)の方法で得られた(V1)及び(P)を含有する有機溶媒溶液に固体の(V2)又は(V2)を含有する有機溶媒溶液を混合してもよいし、前記(2)の方法において(V1)の水性分散体を(V1)の有機溶媒溶液と(V2)を含有する有機溶媒溶液の混合物に代えた方法を採用することもできる。また、上述の架橋剤(D)は、前記(1)〜(4)の方法における任意の工程で混合することもできる。
(V2)を更に併用する場合も含め、有機溶媒溶液を混合する場合、各有機溶媒溶液の容器への投入順序は任意であり、また、任意の2種の有機溶媒溶液を混合後残りの1種の有機溶媒溶液を混合する等、段階的に混合してもよいし、全てを一括混合してもよい。
ビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)を含有する固形の樹脂組成物を得る方法としては、例えば以下の(1)〜(3)の方法が挙げられる。
(1)前記方法により作製された(V1)、(P)及び必要により(V2)を含有する水性分散体又は有機溶媒溶液から、水性媒体及び有機溶媒等の媒体を除く方法。
(2)固形の(V1)、(P)及び必要により(V2)を溶融混合する方法。
(3)固形の(V1)、(P)及び必要により(V2)を粒子状として粉体混合する方法。
ビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)の重量比[(V1):(P)]は、皮膜の耐衝撃性及び皮膜強度の観点から、好ましくは1:99〜99:1、更に好ましくは10:90〜90:10、特に好ましくは20:80〜80:20、最も好ましくは25:75〜75:25である。
また、必要により、(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を併用する場合、ビニル系樹脂(V1)とポリウレタン樹脂(P)の合計重量と(V2)の重量の比[{(V1)+(P)}:(V2)]は、皮膜の耐衝撃性及び皮膜強度の観点から、好ましくは1:99〜99:1、更に好ましくは5:95〜95:5である。
ビニル系樹脂(V1)、ポリウレタン樹脂(P)及び必要によりビニル系樹脂(V2)を含有する樹脂組成物にエチレン性不飽和結合含有基を分子中に2個以上有する化合物(F)を併用することにより、その耐候性を向上させることができる。化合物(F)は、前記樹脂組成物を含有する皮膜が光(紫外線)や熱により劣化する際に生じるラジカルを捕捉して分解反応を防ぐと共に架橋反応することにより分子量の低下を防ぎ、樹脂強度の低下や表面平滑性の低下を抑制する。
本発明におけるエチレン性不飽和結合含有基を分子中に2個以上有する化合物(F)としては、(メタ)アクリル酸と多価アルコール(炭素数2〜20の2〜10価又はそれ以上の多価アルコール。以下同様)とのエステル[例えばエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート及びジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等];(メタ)アリルアルコールと炭素数2〜20の2〜6価又はそれ以上の多価カルボン酸類とのエステル[例えばジアリルフタレート及びトリメリット酸トリアリルエステル等];多価アルコールのポリ(メタ)アリルエーテル[例えばペンタエリスリトールトリ(メタ)アリルエーテル等];多価アルコールのポリビニルエーテル[例えばエチレングリコールジビニルエーテル等];多価アルコールのポリプロペニルエーテル[例えばエチレングリコールジプロペニルエーテル等];ポリビニルベンゼン[例えばジビニルベンゼン等];等が挙げられる。化合物(F)は1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
これらの内、分子量の低下を防止する機能の観点から好ましいのは、(メタ)アクリル酸と多価アルコール類とのエステルであり、特に好ましいものはトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート及びジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートである。
化合物(F)1分子中のエチレン性不飽和結合含有基の数は通常2〜10、好ましくは3〜6である。官能基数が2未満では耐候性向上能が不十分であり、10を越えると化合物(F)が高分子量となるため粘度が高くなり取り扱いが困難となる。
ビニル系樹脂(V1)、ポリウレタン樹脂(P)、エチレン性不飽和結合含有基を分子中に2個以上有する化合物(F)を含有する水性分散体を得る方法としては、例えば以下の(1)〜(3)の方法が挙げられる。
(1)(V1)の水性分散体(V1E)と(P)の水性分散体(PE)とを混合する方法において、後述の方法で(F)を含有させる方法。
(2)(V1)の水性分散体(V1E)に(P)を分散させる方法、即ち、前述の(PE)の製造方法における水性媒体の代わりに(V1)の水性分散体(V1E)を用いる方法において、後述の方法で(F)を含有させる方法。
(3)(P)の水性分散体(PE)中で(V1)の構成モノマーを前述の方法で乳化重合する方法、即ち、前述のビニル系樹脂水性分散体(V1E)の製造方法における水性媒体の代わりに(P)の水性分散体(PE)を用いる方法において、後述の方法で(F)を含有させる方法。
前記方法(1)〜(3)において(F)を含有させる方法としては、例えば(F)の水性分散体を混合する方法及びポリウレタン樹脂(P)又はその前駆体であるウレタンプレポリマーに(F)を添加する方法が挙げられる。水性分散体(F)を混合する方法としては、例えば前記方法(1)における(V1E)及び(PE)と混合する方法、前記方法(2)における(V1E)に混合する方法及び前記方法(3)における(PE)に混合する方法が挙げられる。
化合物(F)の水性分散体を得る方法としては、化合物(F)を前述の界面活性剤(C2)の存在下、水性媒体に分散させる方法等が挙げられる。
化合物(F)の水性分散体を得る際、水性分散体の安定性の観点から、ベンジルアルコール、テキサノール及びN−メチルピロリドン等の有機溶媒を併用することが好ましい。具体的には、化合物(F)を有機溶媒に溶解後(C2)の存在下に水性媒体に分散させる方法や(C2)の存在下に有機溶媒を水性媒体に分散させて有機溶媒の水性分散体を得た後、有機溶媒の分散粒子に(F)を浸漬させる方法等が挙げられる。
(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を更に併用する場合は、前記(1)〜(3)の方法で得られた水性分散体に(V1)以外のビニル系樹脂(V2)の水性分散体(V2E)を混合してもよいし、前記(2)の方法においてビニル系樹脂(V1)の水性分散体の一部又は全部を(V2)の水性分散体(V2E)に代え、必要により(V1)の水性分散体を添加する方法を採用することもできる。また、前述のポリウレタン樹脂(P)の架橋剤(D)は、前記(1)〜(3)の方法における任意の工程で混合することもできる。
水性分散体(V1E)、(V2E)、(PE)及び(FE)の内の少なくとも2種を混合する場合、各水性分散体の容器への投入順序は任意であり、また、任意の少なくとも2種の水性分散体を混合後残りの水性分散体を混合する等、段階的に混合してもよいし、全てを一括混合してもよい。
化合物(F)を(V1)、(P)及び必要により(V2)を含有する樹脂組成物が有機溶媒溶液又は固形の場合、樹脂組成物に化合物(F)を添加する方法は、特に限定されず、(V1)、(P)及び(V2)の有機溶媒溶液又は固形物を得る際の任意の工程や有機溶媒溶液又は固形の樹脂組成物を得る際に添加することができる。
本発明における化合物(F)の使用量は、ビニル系樹脂(V2)を使用しない場合はビニル系樹脂(V1)及びポリウレタン樹脂(P)の合計重量を基準として、ビニル系樹脂(V2)を使用する場合は(V1)、(V2)及び(P)の合計重量を基準として、それぞれ好ましくは0.1〜20重量%、更に好ましくは1.0〜10重量%である。使用量が0.1重量%未満では耐候性向上能が十分でない場合があり、20重量%を超えると皮膜の強度が低下する場合がある。
本発明のビニル系樹脂(V1)、ポリウレタン樹脂(P)及び必要によりビニル系樹脂(V2)を含有する樹脂組成物は、皮膜の機械強度、耐水性及び耐溶剤性等の性能に優れることから、塗料、コーティング剤(防錆コーティング剤、防水コーティング剤、撥水コーティング剤及び防汚コーティング剤等)、接着剤、繊維加工処理剤(顔料捺染用バインダー、不織布用バインダー、補強繊維用集束剤、抗菌剤用バインダー及び人工皮革・合成皮革用原料等)、紙処理剤やインキ等に幅広く使用することができるが、特に水性塗料、水性防錆コーティング剤、水性繊維加工処理剤及び水性接着剤用の樹脂として好適に使用することができる。
これらの用途に用いる場合には、必要によりその他の添加剤、例えば塗膜形成補助樹脂、触媒、顔料、顔料分散剤、粘度調整剤、消泡剤、レベリング剤、防腐剤、劣化防止剤、安定化剤及び凍結防止剤等を1種又は2種以上添加することができる。尚、前記架橋剤(D)はこれらの添加剤と共に添加してもよい。更にそれぞれの用途で常用される、架橋剤(D)以外の架橋剤を添加してもよい。
本発明の樹脂水性分散体を水性塗料に用いる場合、塗膜形成補助やバインダー機能の向上等を目的として、必要により(V1)及び(P)以外に、他の水性媒体分散性樹脂又は水溶性樹脂を併用していてもよい。
水性塗料に併用される他の水性媒体分散性樹脂又は水溶性樹脂としては、例えば本発明におけるビニル系樹脂(V1)及びポリウレタン樹脂(P)以外の水性媒体分散性又は水溶性のポリウレタン樹脂、ビニル系樹脂(V2)及びポリエステル樹脂等が挙げられる。これらの他の樹脂は、水性塗料の用途毎に、各用途で常用されるもの等から適宜選択することができる。
水性塗料における本発明のビニル系樹脂(V1)及びポリウレタン樹脂(P)の合計含有量は、水性塗料中の樹脂固形分の重量に基づいて好ましくは0.1〜100重量%、更に好ましくは1〜100重量%である。
水性塗料は、更に架橋剤(D)、(D)以外の架橋剤、顔料、顔料分散剤、粘度調整剤、消泡剤、防腐剤、劣化防止剤、安定化剤、凍結防止剤及び水等を1種又は2種以上含有することができる。
顔料としては、水への溶解度が1以下の無機顔料(例えば白色顔料、黒色顔料、灰色顔料、赤色顔料、茶色顔料、黄色顔料、緑色顔料、青色顔料、紫色顔料及びメタリック顔料)並びに有機顔料(例えば天然有機顔料合成系有機顔料、ニトロソ顔料、ニトロ顔料、顔料色素型アゾ顔料、水溶性染料からつくるアゾレーキ、難溶性染料からつくるアゾレーキ、塩基性染料からつくるレーキ、酸性染料からつくるレーキ、キサンタンレーキ、アントラキノンレーキ、バット染料からの顔料及びフタロシアニン顔料)等が挙げられる。顔料の含有量は、水性塗料の重量に基づいて好ましくは50重量%以下、更に好ましくは30重量%以下である。
顔料分散剤としては、上述の非反応性活性剤(C2)が使用でき、顔料分散剤の含有量は、顔料の重量に基づいて好ましくは20重量%以下、更に好ましくは15重量%以下である。
粘度調整剤としては増粘剤、例えば無機系粘度調整剤(ケイ酸ソーダやベントナイト等)、セルロース系粘度調整剤(Mnが20,000以上のメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース及びヒドロキシメチルセルロース等)、タンパク質系粘度調整剤(カゼイン、カゼインソーダ及びカゼインアンモニウム等)、アクリル系粘度調整剤(Mnが20,000以上のポリアクリル酸ナトリウム及びポリアクリル酸アンモニウム等)、ビニル系粘度調整剤(Mnが20,000以上のポリビニルアルコール等)及び会合型粘度調整剤等が挙げられる。
消泡剤としては、長鎖アルコール(オクチルアルコール等)、ソルビタン誘導体(ソルビタンモノオレート等)、シリコーンオイル(ポリメチルシロキサン及びポリエーテル変性シリコーン等)等が挙げられる。
防腐剤としては、有機窒素硫黄化合物系防腐剤及び有機硫黄ハロゲン化物系防腐剤等が挙げられる。
劣化防止剤及び安定化剤(紫外線吸収剤及び酸化防止剤等)としてはヒンダードフェノール系、ヒンダードアミン系、ヒドラジン系、リン系、ベンゾフェノン系及びベンゾトリアゾール系劣化防止剤及び安定化剤等が挙げられる。
凍結防止剤としては、エチレングリコール及びプロピレングリコール等が挙げられる。
粘度調整剤、消泡剤、防腐剤、劣化防止剤、安定化剤及び凍結防止剤の含有量は、水性塗料の重量に基づいてそれぞれ好ましくは5重量%以下、更に好ましくは3重量%以下である。
水性塗料には、乾燥後の塗膜外観を向上させる目的で更に溶媒を添加してもよい。添加する溶媒としては例えば炭素数1〜20の1価アルコール(メタノール、エタノール、プロパノール及び2−エチルヘキサノール等)、炭素数1〜20のグリコール類(エチレングリコール、プロピレングリコール及びジエチレングリコール等)、炭素数1〜20の3価以上のアルコール(グリセリン等)及び炭素数1〜20のセロソルブ類(メチル及びエチルセロソルブ等)等が使用できる。添加する溶媒の含有量は、水性塗料の重量に基づいて、好ましくは20重量%以下、更に好ましくは15重量%以下である。
本発明の樹脂水性分散体を用いた水性塗料は、本発明の樹脂水性分散体と前記記載の各成分を混合、撹拌することで製造される。混合の際は全ての成分を同時に混合しても、各成分を段階的に投入して混合してもよい。
水性塗料の固形分濃度は、好ましくは10〜70重量%、更に好ましくは15〜60重量%である。
本発明の樹脂水性分散体を水性防錆コーティング剤に用いる場合、使用する樹脂として本発明におけるビニル系樹脂(V1)及びポリウレタン樹脂(P)のみを使用しても構わないが、SBRラテックス樹脂や本発明におけるビニル系樹脂(V1)以外のビニル系樹脂(V2)及びエステル樹脂等の水性媒体分散性又は水溶性樹脂並びに水溶性ポリウレタン樹脂を併用することができる。
水性防錆コーティング剤における本発明のビニル系樹脂(V1)及びポリウレタン樹脂(P)の合計含有量は、水性防錆コーティング剤中の樹脂固形分の重量に基づいて好ましくは0.1〜100重量%、更に好ましくは1〜100重量%である。
また、本発明の樹脂水性分散体を含有する水性防錆コーティング剤の性能を阻害しない範囲で通常の水性防錆コーティング剤に使用される副資材及び添加剤、例えば、架橋剤(D)、(D)以外の架橋剤、可塑剤、充填剤、顔料、増粘剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、界面活性剤及び難燃剤等を使用することも可能である。
本発明の樹脂水性分散体を水性繊維加工処理剤に用いる場合、必要により公知の消泡剤、湿潤剤、各種水性媒体分散性又は水溶性樹脂[本発明の(V1)以外のビニル系樹脂(V2)、水溶性ポリウレタン樹脂及びSBRラテックス等]及び柔軟剤等を配合することができる。これらの配合量は樹脂水性分散体の場合は固形分換算でビニル系樹脂(V1)及びポリウレタン樹脂(P)の合計重量に基づいて好ましくは30重量%以下、更に好ましくは20重量%以下であり、その他の添加剤の場合はそれぞれ好ましくは1重量%以下、更に好ましくは0.1〜0.5重量%である。また、必要により、pH調整剤を添加することもできる。pH調整剤としては、アルカリ性物質、例えば強塩基(アルカリ金属等)と弱酸(pKaが2.0を越える酸、例えば炭酸及び燐酸)の塩(重炭酸ナトリウム等)及び酸性物質(酢酸等)が挙げられる。
本発明の水性繊維加工処理剤の固形分(不揮発分)濃度は特に限定されないが、好ましくは10〜50重量%、更に好ましくは15〜45重量%である。また、粘度(25℃)は好ましくは10〜100000mPa・sである。
以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、以下において部は重量部を表す。
製造例1 [モノマー(X−1)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置付きのステンレス製オートクレーブに、トリメリット酸210部及びグリシジルメタクリレート142部、イソブチルメタクリレート417.3部及びアルカリ触媒(N−エチルモルホリン)1.8部を仕込み、90℃で5時間反応させ、トリメリット酸1モルにグリシジルメタクリレートが1モル反応した化合物を得た。続いて、窒素雰囲気下、EO900部を100±10℃で、圧力が0.50MPa以下となるよう制御しながら、5時間かけて滴下した後、100±10℃で1時間熟成して、前記化合物のカルボキシル基にEOが付加したモノマー(X−1)のイソブチルメタクリレート溶液を得た。
製造例2 [モノマー(X−2)の製造]
グリシジルメタクリレート142部を2−ヒドロキシエチルメタクリレート130部に、イソブチルメタクリレート417.3部をアセトン339.3部に、EO900部をPO696部に代える以外は製造例1と同様にしてモノマー(X−2)のアセトン溶液を得た。
製造例3 [モノマー(X−3)の製造]
トリメリット酸210部をピロメリット酸254部に、イソブチルメタクリレート417.3部をアセトン480部に、EO900部をPO1044部に代える以外は製造例1と同様にしてモノマー(X−3)のアセトン溶液を得た。
製造例4 [モノマー(X−4)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、トリメリット酸210部、グリシジルメタクリレート142部、アルカリ触媒(トリエチルアミン)15.6部、及びアセトン313部を仕込み、90℃で5時間反応させ、トリメリット酸1モルにグリシジルメタクリレートが1モル反応した化合物を得た。続いて、窒素雰囲気下、EO900部を100±10℃で、圧力が0.50MPa以下となるよう制御しながら、5時間かけて滴下した後、100±10℃で1時間熟成した。その後、80±10℃、ゲージ圧−0.05MPaでアセトンを留去することにより、前記化合物のカルボキシル基にEOが付加したモノマー(X−4)を得た。
製造例5 [モノマー(X−5)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、無水トリメリット酸192部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート130部、スチレン207.3部、及びアルカリ触媒{サンアプロ(株)製「DBN」:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン}7.8部を仕込み、85℃で6時間反応させて酸無水物基部分のハーフエステル化を行い、無水トリメリット酸1モルに2−ヒドロキシエチルメタクリレートが1モル反応した化合物を得た。続いて、フェニルグリシジルエーテル300部を仕込み、90℃で10時間反応させ、前記化合物1モルにフェニルグリシジルエーテルが2モル反応したモノマー(X−5)のスチレン溶液を得た。
製造例6 [モノマー(X−6)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置付きのステンレス製オートクレーブに、トリメリット酸210部及びグリシジルメタクリレート142部、アセトン217.3部及びアルカリ触媒(N−エチルモルホリン)1.8部を仕込み、90℃で5時間反応させ、トリメリット酸1モルにグリシジルメタクリレートが1モル反応した化合物を得た。続いて、フェニルグリシジルエーテル300部を仕込み、90℃で10時間反応させ、前記化合物1モルにフェニルグリシジルエーテルが2モル反応したモノマー(X−6)のアセトン溶液を得た。
製造例7 [モノマー(X−7)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、無水トリメリット酸192部及び2−ヒドロキシエチルメタクリレート130部及びアセトン107.3部を仕込み、85℃で6時間反応させて酸無水物基部分のハーフエステル化を行い、無水トリメリット酸1モルに2−ヒドロキシエチルメタクリレートが1モル反応したモノマー(X−7)のアセトン溶液を得た。
製造例8 [モノマー(X−8)の製造]
無水トリメリット酸192部を無水ピロメリット酸218部に、スチレン207.3部をアセトン272部に、フェニルグリシジルエーテルの仕込量を450部に代える以外は製造例5と同様にしてモノマー(X−8)のアセトン溶液を得た。
製造例9 [モノマー(X−9)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、無水トリメリット酸192部及び2−ヒドロキシエチルメタクリレート130部、アルカリ触媒{サンアプロ(株)製「DBN」:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン}7.8部及びアセトン156部を仕込み、85℃で6時間反応させて酸無水物基部分のハーフエステル化を行い、無水トリメリット酸1モルに2−ヒドロキシエチルメタクリレートが1モル反応した化合物を得た。続いて、フェニルグリシジルエーテル300部を仕込み、90℃で、10時間反応させた。その後、80±10℃、ゲージ圧−0.05MPaでアセトンを留去することにより、前記化合物1モルにフェニルグリシジルエーテルが2モル反応したモノマー(X−9)を得た。
製造例10 [モノマー(X−10)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、エチレングリコール62部、無水トリメリット酸384部、アセトン262部、及びアルカリ触媒(トリエチルアミン)15.6部を仕込み、85℃で6時間反応させて酸無水物基部分のハーフエステル化を行い、エチレングリコール1モルに無水トリメリット酸が2モル反応したエステル化物を得た。続いてグリシジルメタクリレート284部を仕込み、90℃で5時間反応させ、前記化合物1モルにグリシジルメタクリレートが2モル反応した化合物を得た。続いてベンジルアルコール216部を仕込み、120℃で生成する水を留去しながら5時間反応させ、前記化合物1モルにベンジルアルコールが2モル反応したモノマー(X−10)のアセトン溶液を得た。
製造例11 [モノマー(X−11)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、エチレングリコール62部、無水トリメリット酸384部、アセトン343.3部、及びアルカリ触媒{サンアプロ(株)製「DBN」:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン}7.8部を仕込み、85℃で6時間反応させて酸無水物基部分のハーフエステル化を行い、エチレングリコール1モルに無水トリメリット酸が2モル反応したエステル化物を得た。続いてグリシジルメタクリレート284部を仕込み、90℃で5時間反応させ、前記化合物1モルにグリシジルメタクリレートが2モル反応した化合物を得た。続いてフェニルグリシジルエーテル300部を仕込み、90℃で10時間反応させ、前記化合物1モルにフェニルグリシジルエーテルが2モル反応したモノマー(X−11)のアセトン溶液を得た。
製造例12 [モノマー(X−12)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、エチレングリコール62部、無水ピロメリット酸436部、アセトン272部、及びアルカリ触媒{サンアプロ(株)製「DBN」:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン}7.8部を仕込み、85℃で6時間反応させて酸無水物基部分のハーフエステル化を行い、エチレングリコール1モルに無水ピロメリット酸が2モル反応したエステル化物を得た。続いてエタノール230部を仕込み、100℃で5時間反応させ、前記化合物1モルにエタノールが5モル反応した化合物を得た。続いてグリシジルメタクリレート142部を仕込み、90℃で5時間反応させ、前記化合物1モルにグリシジルメタクリレートが1モル反応したモノマー(X−12)のアセトン溶液を得た。
製造例13 [モノマー(X−13)の製造]
エチレングリコール62部をショ糖342部に、無水トリメリット酸の仕込量を384部から1536部に、アセトンの仕込量を262部から803部に、グリシジルメタクリレート284部を2−ヒドロキシエチルメタクリレート130部に、ベンジルアルコールの仕込量を160部から1203部に代える以外は製造例10と同様にしてモノマー(X−13)のアセトン溶液を得た。
製造例14 [モノマー(X−14)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、無水トリメリット酸192部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート130部、アセトン207.3部及びアルカリ触媒{サンアプロ(株)製「DBN」:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン}7.8部を仕込み、85℃で6時間反応させて酸無水物基部分のハーフエステル化を行い、無水トリメリット酸1モルに2−ヒドロキシエチルメタクリレートが1モル反応した化合物を得た。続いて、フェニルグリシジルエーテル300部を仕込み、90℃で10時間反応させ、前記化合物1モルにフェニルグリシジルエーテルが2モル反応したモノマー(X−14)のアセトン溶液を得た。
製造例15 [モノマー(X−15)の製造]
2−ヒドロキシエチルメタクリレート130部を2−ヒドロキシエチルプロペニルエーテル102部に、アセトンの仕込量を207.3部から198.0部に、アルカリ触媒{サンアプロ(株)製「DBN」:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン}の仕込量を7.8部から7.4部に代える以外は製造例14と同様にしてモノマー(X−15)のアセトン溶液を得た。
製造例16 [モノマー(X−16)の製造]
2−ヒドロキシエチルメタクリレート130部を2−(アリルオキシ)エタノール102部に、アセトンの仕込量を207.3部から198.0部に、アルカリ触媒{サンアプロ(株)製「DBN」:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン}の仕込量を7.8部から7.4部に代える以外は製造例14と同様にしてモノマー(X−16)のアセトン溶液を得た。
製造例17 [モノマー(X−17)の製造]
2−ヒドロキシエチルメタクリレート130部を2−ブテン−1−オール72部に、アセトンの仕込量を207.3部から188.0部に、アルカリ触媒{サンアプロ(株)製「DBN」:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン}の仕込量を7.8部から7.1部に代える以外は製造例14と同様にしてモノマー(X−17)のアセトン溶液を得た。
製造例18 [モノマー(X−18)の製造]
2−ヒドロキシエチルメタクリレート130部をアリルアルコール58部に、アセトンの仕込量を207.3部から183.3部に、アルカリ触媒{サンアプロ(株)製「DBN」:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン}の仕込量を7.8部から6.9部に代える以外は製造例14と同様にしてモノマー(X−18)のアセトン溶液を得た。
製造例19 [モノマー(X−19)の製造]
フェニルグリシジルエーテル300部をp−(tert−ブチル)フェニルグリシジルエーテル412部に、アセトンの仕込量を207.3部から244.7部に、アルカリ触媒{サンアプロ(株)製「DBN」:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン}の仕込量を7.8部から9.2部に代える以外は製造例14と同様にしてモノマー(X−19)のアセトン溶液を得た。
製造例20 [モノマー(X−20)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、無水トリメリット酸192部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート130部、MEK136.7部、及びアルカリ触媒{サンアプロ(株)製「DBN」:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン}5.1部を仕込み、90℃で5時間反応させ、トリメリット酸1モルに2−ヒドロキシエチルメタクリレートが1モル反応した化合物を得た。続いて、窒素雰囲気下、EO88部を100±10℃で、圧力が0.50MPa以下となるよう制御しながら、1時間かけて滴下した後、100±10℃で1時間熟成することにより、前記化合物のカルボキシル基にEOが付加したモノマー(X−20)のMEK溶液を得た。
製造例1〜20で得られたモノマー(X−1)〜(X−20)の分析結果を表2に示す。
Figure 2013146354
製造例21〜23 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−1)〜(PE−3)の製造]
表3に記載のポリウレタン樹脂用原料を混合後に、窒素雰囲気下で二軸混練機であるKRCニーダー[(株)栗本鐵工所製]に仕込み220℃で10分間混練してウレタン化反応を行った。反応物を取り出し、180℃に加熱した加圧プレス機で圧延後、角形ペレタイザー[(株)ホーライ製]にて裁断してポリウレタン樹脂を得た。続いて、温度制御可能な耐圧容器に表3に記載の中和アミン及び水を仕込み、クレアミックス[エムテクニック(株)製]を用いて、10000rpmで130℃×3分間分散処理することでポリウレタン樹脂水性分散体(PE−1)〜(PE−3)を得た。
製造例24 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−4)の製造]
撹拌機及び加熱装置を備えた簡易加圧反応装置に表3に記載のプレポリマー用原料を仕込んで85℃で10時間攪拌してウレタン化反応を行い、イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーのアセトン溶液を製造した。ウレタンプレポリマーのアセトン溶液の固形分当たりのイソシアネート含量は0.46mmol/gであった。得られたウレタンプレポリマーのアセトン溶液399部を簡易加圧反応装置に仕込み、40℃で撹拌しながらトリエチルアミン(中和剤)6部、及び水509部を加えた。60rpmで3分間攪拌後、鎖伸長剤としてのジエチレントリアミンの10重量%水溶液6部を加え、減圧下に65℃で8時間かけてアセトンを留去してポリウレタン樹脂水性分散体(PE−4)を得た。
製造例25〜28 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−5〜8)の製造]
仕込み原料を表3又は表4に記載のものに代える以外は製造例24と同様にして、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−5)〜(PE−8)を得た。
製造例29〜31 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−9〜11)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、プロピレングリコールのPO/EOブロック付加物[三洋化成工業(株)製「サンニックスPL−910」;Mn=900、水酸基価124.7]900部、無水トリメリット酸384部及びアルカリ触媒(N−エチルモルホリン)2.1部を仕込み、窒素雰囲気下、0.20MPa、130±10℃で5時間反応させ酸無水物基部分のハーフエステル化を行い、プロピレングリコールのPO/EOブロック付加物1モルに無水トリメリット酸が2モル反応したエステル化物を得た。続いてEO176部を100±10℃で、圧力が0.50MPa以下となるよう制御しながら、5時間かけて滴下した後、100±10℃で1時間熟成して、前記エステル化物にEOが付加した化合物(S1−1)を得た。得られた化合物(S1−1)の水酸基価は154mgKOH/gであり、前記一般式(7)におけるYの濃度=1.4mmol/g、カルボニル基濃度=4.1mmol/g、モル平均官能基数=4、Mn=1460、e=2、f=0、g=2である。
次に、表4に記載のポリウレタン樹脂用原料を混合後に、窒素雰囲気下で二軸混練機であるKRCニーダー[(株)栗本鐵工所製]に仕込み220℃で10分間混練してウレタン化反応を行った。反応物を取り出し、180℃に加熱した加圧プレス機で圧延後、角形ペレタイザー[(株)ホーライ製]にて裁断してポリウレタン樹脂を得た。続いて、温度制御可能な耐圧容器に得られたポリウレタン樹脂全量と表4に記載の中和アミン及び水を仕込み、クレアミックス[エムテクニック(株)製]を用いて、10000rpmで130℃×3分間分散処理することで、分子骨格中に化合物(S1−1)が組み込まれたポリウレタン樹脂を含有するポリウレタン樹脂水性分散体(PE−9)〜(PE−11)を得た。
製造例32 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−12)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、ピロメリット酸254部、アルカリ触媒(N−エチルモルホリン)2.1部及び溶媒としてのTHFを313部仕込み、窒素雰囲気下、EO176部を100±10℃で、圧力が0.50MPa以下となるよう制御しながら、5時間かけて滴下した後、100±10℃で1時間熟成して、ピロメリット酸のカルボキシル基にEOが付加した化合物(S1−2)を得た。得られた化合物(S1−2)の水酸基価は522mgKOH/gであり、前記一般式(7)におけるYの濃度=2.3mmol/g、カルボニル基濃度=9.3mmol/g、モル平均官能基数=4、Mn=430、e=3、f=0、g=1である。
次に、撹拌機及び加熱装置を備えた簡易加圧反応装置に表4に記載のプレポリマー用原料を仕込んで85℃で10時間攪拌してウレタン化反応を行い、イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーのアセトン溶液を製造した。ウレタンプレポリマーのアセトン溶液の固形分当たりのイソシアネート含有量は0.71mmol/gであった。得られたウレタンプレポリマーのアセトン溶液472.6部を簡易加圧反応装置に仕込み、40℃で撹拌しながらトリエチルアミン(中和剤)15.3部、グリセリンモノステアレート2.0部及び水700.8部を加えた。60rpmで3分間攪拌後、鎖伸長剤であるエチレンジアミン10重量%水溶液29.9部を加え、減圧下に65℃で8時間かけてアセトンを留去後、架橋剤としてのデュラネートMF−K60X[旭化成ケミカルズ(株)製]を5部添加して、分子骨格中に化合物(S1−2)が組み込まれたポリウレタン樹脂を含有するポリウレタン樹脂水性分散体を(PE−12)得た。
製造例33 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−13)の製造]
表4に記載の原料の内、ウレタン樹脂又はプレポリマー用原料を混合後に、窒素雰囲気下で二軸混練機であるKRCニーダー[(株)栗本鐵工所製]に仕込み220℃で10分間混練してウレタン化反応を行った。反応物を取り出し、180℃に加熱した加圧プレス機で圧延後、角形ペレタイザー[(株)ホーライ製]にて裁断してポリウレタン樹脂を得た。続いて、温度制御可能な耐圧容器に前記ポリウレタン樹脂285.7部、水703.9部及び25重量%アンモニア水10.4部を仕込み、クレアミックス[エムテクニック(株)製]を用いて、10000rpmで130℃×3分間分散処理することでポリウレタン樹脂水性分散体を得た。
次に、温度制御可能な耐圧容器に前記ポリウレタン樹脂水性分散体1000部と、製造例29に記載の化合物(S1−1)10部を仕込み、クレアミックス[エムテクニック(株)製]を用いて、10000rpmで130℃×3分間分散処理することでポリウレタン樹脂水性分散体(PE−13)を得た。尚、前記分散処理中に化合物(S1−1)はポリウレタン樹脂中に取り込まれ、ポリウレタン樹脂と化合物(S1−1)との混合物としてのウレタン樹脂組成物が形成される。
製造例34 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−14)の製造]
撹拌装置及び温度制御装置を備えたステンレス製オートクレーブに、1,10−デカンジオール174部、無水トリメリット酸384部、トリエチルアミン404部及び溶媒としてのトルエン246部を仕込み、窒素雰囲気下、0.20MPa、80±5℃で2時間反応させ酸無水物基部分のハーフエステル化を行い、1,10−デカンジオール1モルに無水トリメリット酸が2モル反応したエステル化物を得た。続いてベンジルアミン428部を加え、95±5℃、0.06MPa以下となるように制御し、揮発するトルエンと水を冷却器で凝縮させ、トラップで分離したトルエンを反応容器に連続的に戻しながら6時間反応させた。反応後、80±10℃、10kPaで溶媒を留去することにより、前記エステル化合物のカルボキシル基をベンジルカルバモイル基とした化合物(S2−1)を得た。得られた化合物(S2−1)の水酸基価は0mgKOH/gであり、前記一般式(7)におけるYの濃度=2.2mmol/g、カルボニル基濃度=6.6mmol/g、モル平均官能基数=0、Mn=914、e=2、f=0、g=2である。
表4に記載の原料の内、ウレタン樹脂又はプレポリマー用原料を混合後に窒素雰囲気下で二軸混練機であるKRCニーダー[(株)栗本鐵工所製]に仕込み220℃で10分間混練してウレタン化反応を行った。反応物を取り出し、180℃に加熱した加圧プレス機で圧延後、角形ペレタイザー[(株)ホーライ製]にて裁断してポリウレタン樹脂を得た。続いて、温度制御可能な耐圧容器に前記ポリウレタン樹脂285.7部、水703.9部及び25重量%アンモニア水10.4部を仕込み、クレアミックス[エムテクニック(株)製]を用いて、10000rpmで130℃×3分間分散処理することでポリウレタン樹脂水性分散体を得た。
次に、温度制御可能な耐圧容器に前記ポリウレタン樹脂水性分散体1000部と、化合物(S2−1)10部を仕込み、クレアミックス[エムテクニック(株)製]を用いて、10000rpmで130℃×3分間分散処理することでポリウレタン樹脂水性分散体(PE−14)を得た。尚、前記分散処理中に化合物(S2−1)はポリウレタン樹脂中に取り込まれ、ポリウレタン樹脂と化合物(S2−1)との混合物としてのウレタン樹脂組成物が形成される。
製造例35 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−15)の製造]
仕込み原料を表5に記載のものに代える以外は製造例29と同様にして、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−15)を得た。
製造例36 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−16)の製造]
仕込み原料を表5に記載のものに代える以外は製造例32と同様にして、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−16)を得た。
製造例37 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−17)の製造]
仕込み原料を表5に記載のものに代える以外は製造例34と同様にして、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−17)を得た。
製造例38 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−18)の製造]
仕込み原料を表5に記載のものに代える以外は製造例21と同様にして、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−18)を得た。
製造例39〜42 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−19)〜(PE−22)の製造]
仕込み原料を表5に記載のものに代える以外は製造例24と同様にして、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−19)〜(PE−22)を得た。
Figure 2013146354
Figure 2013146354
Figure 2013146354
尚、表3〜表5において商品名で表した原料の組成は以下の通りである。
・ニッポラン981:Mn=1,000のポリヘキサメチレンカーボネートジオール[日本ポリウレタン工業(株)製]
・デュラノールG4672:Mn=2,000のポリ(テトラメチレン/ヘキサメチレン)カーボネートジオール[旭化成ケミカルズ(株)製]
・エタナコールUH−200:Mn=2,000のポリヘキサメチレンカーボネートジオール[宇部興産(株)製]
・エタナコールUM−90:Mn=900のポリ[シクロヘキシレンビス(メチレン)/ヘキサメチレン]カーボネートジオール[宇部興産(株)製]
・サンエスター5620:Mn=2,000のポリネオペンチレンアジペートジオール[三洋化成工業(株)製]
・PTMG2000:Mn=2,000のポリ(オキシテトラメチレン)グリコール[三菱化学(株)製]
・ニューポールBP−3P:ビスフェノールAのPO3モル付加物[但し、付加モル数は平均値;三洋化成工業(株)製]
・ARUFON UH−2032:Mn=2,000のアクリルポリオール[東亞合成(株)製]
製造例43 [ポリウレタン樹脂のMEK溶液(PJ−1)の製造]
温度計及び撹拌機を付けた四つ口フラスコに、デュラノールG4672を200部及びIPDI 33.3部を仕込み、撹拌下90℃で6時間攪拌してウレタン化反応を行い、イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーのMEK溶液を製造した。ウレタンプレポリマーのMEK溶液の固形分当たりのイソシアネート含量は0.43mmol/gであった。得られたウレタンプレポリマーを40℃に冷却してMEK155.5部を加えて溶解した後、このMEK溶液にMEK84.2部とイソフォロンジアミン(IPDA)6.4部及びモノエタノールアミン0.37部を加え鎖伸長を行い、樹脂濃度50%のポリウレタン樹脂のMEK溶液(PJ−1)を得た。
製造例44 [モノマー(X)を用いないビニル系樹脂のMEK溶液(V2J−1)の製造]
モノマー溶液用滴下ロート、開始剤溶液用滴下ロート、攪拌装置、還流冷却管、温度計及び窒素導入管を備えたセパラブルフラスコに、MEK403部を仕込み、窒素ガスを吹き込みながら攪拌し、80℃に昇温した。
次に、メチルメタクリレート183.2部、2−エチルヘキシルアクリレート127.7部、イソブチルメタクリレート79.3部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート34.8部及びスチレン75.0部からなるモノマー混合液を調整し、モノマー溶液用滴下ロートに加えた。
次に、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)[和光純薬工業(株)製「V−65」]1.5部及びMEK48.5部からなる開始剤溶液を調整して、開始剤溶液用滴下ロートに加え、反応系内の温度を80±2℃に維持しながら、モノマー溶液及び開始剤溶液を4時間かけて等速度で滴下した。滴下終了後、更に同温度で2時間攪拌した後、開始剤(V−65)1.5部をMEK48.5部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、4時間かけて連続的に追加した。更に、温度を80℃から85℃に昇温して撹拌を2時間継続した後、室温まで冷却して、ビニル系樹脂のMEK溶液(V2J−1)を得た。
実施例1 [ビニル系樹脂水性分散体(V1E−1)の製造]
モノマー分散液用滴下ロート、開始剤溶液用滴下ロート、攪拌装置、還流冷却管、温度計及び窒素導入管を備えたセパラブルフラスコに、イオン交換水337.8部及び反応性界面活性剤としてのラテムルPD−104[花王(株)製]5.0部(固形分:1.0部)を仕込み、窒素を吹き込みながら攪拌し、70℃に昇温した。
次に、イオン交換水84.2部、反応性界面活性剤としてのラテムルPD−104[花王(株)製]32.5部(固形分:6.5部)、製造例1で得られたモノマー(X−1)のイソブチルメタクリレート溶液250.4部、2−エチルヘキシルアクリレート18.6部、i−ブチルメタクリレート157.0部、n−ブチルアクリレート37.9部、スチレン25.0部、メタクリル酸6.1部、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート5.0部からなるモノマー分散液を調製してモノマー分散液用滴下ロートに仕込み、この内の30.2部をセパラブルフラスコに加えた。
次に、過硫酸アンモニウム1.0部及びイオン交換水49.0部からなる開始剤溶液を調製して開始剤溶液用滴下ロートに入れ、この内の5.0部をセパラブルフラスコに加え、重合を開始し、反応系内の温度を70±2℃に維持しながら、残りのモノマー分散液及び開始剤溶液を3時間かけて等速度で滴下した。その後も同温度で90分間撹拌を継続した後、室温まで冷却し、25重量%アンモニア水溶液を4.8部添加して30分間撹拌することにより、ビニル系樹脂水性分散体(V1E−1)を得た。
実施例2〜38
仕込み原料を表6〜表9に記載のものに代える以外は実施例1と同様にして、ビニル系樹脂水性分散体(V1E−2)〜(V1E−38)を得た。
実施例39 [ビニル系樹脂のMEK溶液(V1J−1)の製造]
モノマー溶液用滴下ロート、開始剤溶液用滴下ロート、攪拌装置、還流冷却管、温度計及び窒素導入管を備えたセパラブルフラスコに、MEK275.4部を仕込み、窒素ガスを吹き込みながら攪拌し、80℃に昇温した。
次に、メチルメタクリレート224.2部、2−エチルヘキシルアクリレート156.1部、イソブチルメタクリレート60.5部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート41.7部、スチレン93.0部、製造例20で得られたモノマー(X−20)のMEK溶液32.8部からなるモノマー混合液を調整し、モノマー溶液用滴下ロートに加えた。
次に、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)[和光純薬工業(株)製「V−65」]1.8部及びMEK58.2部からなる開始剤溶液を調整して、開始剤溶液用滴下ロートに加え、反応系内の温度を80±2℃に維持しながら、モノマー溶液及び開始剤溶液を4時間かけて等速度で滴下した。滴下終了後、更に同温度で2時間攪拌した後、開始剤(V−65)1.8部をMEK58.2部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、4時間かけて連続的に追加した。更に、温度を80℃から85℃に昇温して撹拌を2時間継続した後、室温まで冷却し、ビニル系樹脂のMEK溶液(V1J−1)を得た。
比較例1
仕込み原料を表9に記載のものに代える以外は実施例1と同様にして、比較用のビニル系樹脂水性分散体(V1E’−1)を得た。
Figure 2013146354
Figure 2013146354
Figure 2013146354
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実施例40〜52、56、60、63、67、71〜74、78〜81及び85〜94
表10又は表11に記載のビニル系樹脂水性分散体(V1E)とポリウレタン樹脂水性分散体(PE)を表10又は表11に記載の固形分混合比で混合して、ビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を含有する樹脂水性分散体(M−1)〜(M−13)、(M−17)、(M−21)、(M−24)、(M−28)、(M−32)〜(M−35)、(M−39)〜(M−42)及び(M−46)〜(M−55)を製造した。
実施例53、57、61、64、68、75及び82
表10又は表11に記載のビニル系樹脂水性分散体(V1E)をイオン交換水の代わりに使用し、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−2)の樹脂組成を、表10又は表11記載のポリウレタン樹脂水性分散体の樹脂組成に変更すること以外は、製造例22でのポリウレタン樹脂水性分散体(PE−2)の製造と同様にして、ビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を含有する樹脂水性分散体(M−14)、(M−18)、(M−22)、(M−25)、(M−29)、(M−36)及び(M−43)を得た。
実施例54、58、62、65、69、76及び83
表10又は表11記載のポリウレタン樹脂水性分散体(PE)をイオン交換水の代わりに使用し、ビニル系樹脂水性分散体(V1E−15)の樹脂組成を表10又は表11記載のビニル系樹脂水性分散体の樹脂組成に変更すること以外は、実施例15でのビニル系樹脂水性分散体(V1E−15)の製造と同様にして、ビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を含有する樹脂水性分散体(M−15)、(M−19)、(M−23)、(M−26)、(M−30)、(M−37)及び(M−44)を得た。
実施例55、59、66、70、77及び84
表10又は表11記載のビニル系樹脂水性分散体(V1E)をイオン交換水の代わりに使用し、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−4)の樹脂組成を表10又は表11記載のポリウレタン樹脂水性分散体の樹脂組成に変更すること以外は、製造例24でのポリウレタン樹脂水性分散体(PE−4)の製造と同様にして、ビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を含有する樹脂水性分散体(M−16)、(M−20)、(M−27)、(M−31)、(M−38)及び(M−45)を得た。
実施例95
実施例39で得られたビニル系樹脂のMEK溶液(V1J−1)と製造例43で得られたポリウレタン樹脂のMEK溶液(PJ−1)とを固形分混合比1:1で混合して、ビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を含有するMEK溶液(M−56)を得た。
比較例2〜3
比較例1で製造した比較用のビニル系樹脂水性分散体(V1E’−1)と、製造例21又は製造例24で製造したポリウレタン樹脂水性分散体(PE−1)又は(PE−4)を用いて、表11記載の固形分混合比で混合して、ビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を含有する樹脂水性分散体(M’−1)及び(M’−2)を製造した。
Figure 2013146354
Figure 2013146354
尚、表10及び表11における混合方法の各記号の意味は以下の通りである。
・m−1:ビニル系樹脂水性分散体(V1E)とポリウレタン樹脂水性分散体(PE)を混合する方法。
・m−2:ビニル系樹脂水性分散体(V1E)中にポリウレタン樹脂(P)を分散させる方法。
・m−3:ポリウレタン樹脂水性分散体(PE)中でビニル系モノマーを乳化重合する方法。
・m−4:ビニル系樹脂水性分散体(V1E)中にウレタンプレポリマーを分散させ伸長反応を行いポリウレタン樹脂(P)とする方法。
実施例1〜38で得られたビニル系樹脂水性分散体(V1E−1)〜(V1E−38)及び実施例39で得られたビニル系樹脂のMEK溶液(V1J−1)の物性値を表12〜表14に示す。また、製造例21〜42で得られたポリウレタン樹脂水性分散体(PE−1)〜(PE−22)及び製造例43で得られたポリウレタン樹脂のMEK溶液(PJ−1)の物性値を表15に示す。
更に実施例40〜94で得られたビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を含有する樹脂水性分散体(M−1)〜(M−55)及び実施例95で得られたビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を含有するMEK溶液(M−56)及び比較例2〜3で得られた比較用のビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を含有する樹脂水性分散体(M’−1)〜(M’−2)について以下の評価方法で分散性、造膜性、耐水性及び耐溶剤性を評価した結果を表16に示す。
<ビニル系樹脂中のポリウレタン樹脂の分散性の評価方法>
ビニル系樹脂及びポリウレタン樹脂を含有する水性分散体、又はビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を含有する溶媒溶液を10cm×20cmのPETフィルムにバーコーターで塗布し、80℃で3分加熱後140℃で30分加熱して膜厚10μmの塗膜を作製した。この塗膜付きPETフィルムを3mm×10mmにカットしてウルトラミクロトームで−80℃に冷却しながら幅が100nmとなるように切り出し、その塗膜断面を透過型電子顕微鏡を用いて倍率10000倍で観察し、分散性を以下の評価基準で評価した。
◎:ポリウレタン樹脂ドメインの大きさが500nm以下。
○:ポリウレタン樹脂ドメインの大きさが500nmを超え1μm以下。
×:ポリウレタン樹脂ドメインの大きさが1μmを超える。
<ビニル系樹脂及びポリウレタン樹脂を含有する水性分散体の造膜性>
ビニル系樹脂及びポリウレタン樹脂を含有する水性分散体10部を、縦10cm×横20cm×深さ1cmのポリプロピレン製モールドに、水分乾燥後のフィルム膜厚が200μmになる量を流し込み、25℃で48時間乾燥後に造膜しているかどうかを判定した。造膜している場合は◎、ほぼ造膜している場合は○、造膜していない場合は×とした。
<皮膜の耐水性>
ビニル系樹脂及びポリウレタン樹脂を含有する水性分散体、又はビニル系樹脂とポリウレタン樹脂を含有する溶媒溶液10部を、縦10cm×横20cm×深さ1cmのポリプロピレン製モールドに、乾燥後のフィルム膜厚が200μmになる量を流し込み、室温で12時間乾燥後、循風乾燥機で80℃で3時間加熱乾燥することによって得られるフィルムを、80℃のイオン交換水に30日間浸漬した後、目視にて皮膜の表面状態を観察した。変化が無い場合を○、白化した場合を×とした。また、取り出したフィルムを乾燥して、皮膜の物性測定を行った。浸漬前に対する浸漬後の破断伸びの変化率が0.95倍以上の場合は◎、0.9倍以上0.95倍未満の場合は○、0.8倍以上0.9倍未満の場合は△、0.8倍未満の場合は×とした。尚、破断伸びの測定は、JIS K7311に記載の5.引張試験に基づいて行った。
<皮膜の耐溶剤性>
ビニル系樹脂及びポリウレタン樹脂を含有する水性分散体、又はビニル系樹脂及びポリウレタン樹脂を含有する溶媒溶液10部を、縦10cm×横20cmの鋼板に、乾燥後のフィルム膜厚が200μmになるように塗布し、室温で12時間乾燥後、循風乾燥機で100℃で3時間加熱乾燥することによって得られた試験片を、25℃のジメチルホルムアミド中に1時間浸漬した後、取り出して表面を軽く拭き、皮膜の表面状態を観察し、目視により以下の評価基準で評価した。
◎:浸漬前後で皮膜表面の変化がない。
○:浸漬後、皮膜表面に存在するフクレの個数が10個未満である。
△:浸漬後、皮膜表面に存在するフクレの個数が10個以上あるが、樹脂は溶け出してはいない。
×:浸漬後、皮膜表面にフクレが10個以上あり、樹脂が溶液中に溶け出している。
Figure 2013146354
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Figure 2013146354
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製造例45 [ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−23)の製造]
撹拌機及び加熱装置を備えた簡易加圧反応装置に、Mnが2,000のポリカーボネートジオール[旭化成ケミカルズ(株)製「デュラノールG4672」]34.86部、Mnが2,000のポリカーボネートジオール[宇部興産(株)製「UH−200」]5.46部、1,4−ブタンジオール0.06部、2,2−ジメチロールプロピオン酸5.22部、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート23.73部及びアセトン(1)30.0部を窒素を導入しながら仕込んだ。その後95℃に加熱し、5時間ウレタン化反応を行い、イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを製造した。反応溶液を40℃に冷却後、アセトン(2)13.9部及びトリエチルアミン2.8部を添加・混合し、更に水96.4部を加え回転子−固定子式方式の機械乳化機で乳化することで水性分散体を得た。得られた水性分散体に撹拌下、10重量%のジエチレントリアミン水溶液を43.6部及び25重量%のエチレンジアミン6.0部を加え、50℃で5時間撹拌し、鎖伸長反応を行った。その後、減圧下に65℃でアセトンを留去し、ポリウレタン樹脂水性分散体(PE−23)を得た。
製造例46 [モノマー(X)を用いないビニル系樹脂水性分散体(V2E−1)の製造]
モノマー分散液用滴下ロート、開始剤溶液用滴下ロート、攪拌装置、還流冷却管、温度計及び窒素導入管を備えたセパラブルフラスコに、イオン交換水275.8部及び反応性界面活性剤としてのアクアロン KH−1025[第一工業製薬(株)製]4.0部(固形分:1.0部)を仕込み、窒素を吹き込みながら攪拌し、70℃に昇温した。
次に、イオン交換水143.3部、反応性界面活性剤としてのアクアロン KH−1025[第一工業製薬(株)製]26.0部(固形分:6.5部)、2−エチルヘキシルアクリレート251.8部、スチレン99.9部、メタクリル酸10.0部、メタクリル酸メチル136.6部及び3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン[信越化学(株)製「KBM−503」]2.5部からなるモノマー分散液を調製してモノマー分散液用滴下ロートに仕込み、この内の33.5部をセパラブルフラスコに加えた。
次に、過硫酸アンモニウム1.0部及びイオン交換水19.0部からなる開始剤溶液及びチオ硫酸ナトリウム1.0部及びイオン交換水19.0部からなる還元剤溶液を調製してそれぞれ開始剤溶液用滴下ロート及び還元剤溶液滴下ロートに仕込み、この内の各々2.0部をセパラブルフラスコに加え、重合を開始し、反応系内の温度を70±2℃に維持しながら、残りのモノマー分散液、開始剤溶液及び還元剤溶液を3時間かけて等速度で滴下した。滴下終了後、モノマー分散液滴下ロートと還元剤溶液滴下ロートをそれぞれイオン交換水5部で洗浄し、洗浄液をセパラブルフラスコに加えた。その後も同温度で90分間撹拌を継続した後、室温まで冷却し、25重量%アンモニア水溶液を3.0部添加して30分間撹拌することにより、モノマー(X)を用いないビニル系樹脂水性分散体(V2E−1)を得た。
製造例45で得られたポリウレタン樹脂水性分散体(PE−23)及び製造例46で得られたビニル系樹脂水性分散体(V2E−1)の物性値を表17に示す。
Figure 2013146354
製造例47 [エチレン性不飽和結合含有基を分子中に2個以上有する化合物(F−1)の製造]
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ジペンタエリスリトール508部、アクリル酸864部及び縮合触媒としてのパラトルエンスルホン酸0.5部を仕込み、110℃で窒素気流下に、生成する水を留去しながら15時間反応させて、エチレン性不飽和結合含有基を分子中に2個以上有する化合物(F−1)を得た。(F−1)のけん化価は573であり、1分子中のエチレン性不飽和結合含有基の個数は5.8であった。尚、けん化価はJIS K 0070−1992に準拠して測定した。
製造例48 [エチレン性不飽和結合含有基を分子中に2個以上有する化合物の水性分散体(FE−1)の製造]
撹拌機を備えた容器に、イオン交換水10部、界面活性剤[三洋化成(株)製「サンモリンOT−70」]0.5部及びベンジルアルコール20部を加え、10分間攪拌し、ベンジルアルコール水性分散体を得た。続いて製造例47で得られた化合物(F−1)10部を加え、10分間攪拌することでエチレン性不飽和結合含有基を分子中に2個以上有する化合物の水性分散体(FE−1)を得た。
製造例49 [エチレン性不飽和結合含有基を分子中に2個以上有する化合物の水性分散体(FE−2)の製造]
撹拌機を備えた容器に、イオン交換水10部、界面活性剤[三洋化成(株)製「サンモリンOT−70」]0.5部及び製造例47で得られた化合物(F−1)10部を加え、10分間攪拌することでエチレン性不飽和結合含有基を分子中に2個以上有する化合物の水性分散体(FE−2)を得た。
実施例96 [ビニル系樹脂水性分散体(V1E−39)の製造]
モノマー分散液用滴下ロート、開始剤溶液用滴下ロート、攪拌装置、還流冷却管、温度計及び窒素導入管を備えたセパラブルフラスコに、イオン交換水275.8部及び反応性界面活性剤としてのアクアロン KH−1025[第一工業製薬(株)製]4.0部(固形分:1.0部)を仕込み、窒素を吹き込みながら攪拌し、70℃に昇温した。
次に、イオン交換水143.3部、反応性界面活性剤としてのアクアロン KH−1025[第一工業製薬(株)製]26.0部(固形分:6.5部)、製造例9で得られたモノマー(X−9)85.7部、2−エチルヘキシルアクリレート207.6部、スチレン82.4部、メタクリル酸10.0部、メタクリル酸メチル112.6部及び3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン[信越化学(株)製「KBM−503」]2.5部からなるモノマー分散液を調製してモノマー分散液用滴下ロートに仕込み、この内の33.5部をセパラブルフラスコに加えた。
次に、過硫酸アンモニウム1.0部及びイオン交換水19.0部からなる開始剤溶液及びチオ硫酸ナトリウム1.0部及びイオン交換水19.0部からなる還元剤溶液を調製してそれぞれ開始剤溶液用滴下ロート及び還元剤溶液滴下ロートに仕込み、この内の各々2.0部をセパラブルフラスコに加え、重合を開始し、反応系内の温度を70±2℃に維持しながら、残りのモノマー分散液、開始剤溶液及び還元剤溶液を3時間かけて等速度で滴下した。滴下終了後、モノマー分散液滴下ロートと還元剤溶液滴下ロートをそれぞれイオン交換水5部で洗浄し、洗浄液をセパラブルフラスコに加えた。その後も同温度で90分間撹拌を継続した後、室温まで冷却し、25重量%アンモニア水溶液を3.0部添加して30分間撹拌することにより、ビニル系樹脂水性分散体(V1E−39)を得た。
実施例97 [ビニル系樹脂水性分散体(V1E−40)の製造]
製造例9で得られたモノマー(X−9)を製造例4で得られたモノマー(X−4)に代える以外は実施例96と同様にして、ビニル系樹脂水性分散体(V1E−40)を得た。
実施例96で得られたビニル系樹脂水性分散体(V1E−39)及び実施例97で得られたビニル系樹脂水性分散体(V1E−40)の物性値を表17に示す。
実施例98〜101及び比較例4
実施例96及び97で得られたビニル系樹脂水性分散体(V1E−39)、(V1E−40)、製造例46で得られたモノマー(X)を用いないビニル系樹脂水性分散体(V2E−1)、製造例45で製造したポリウレタン樹脂水性分散体(PE−23)、製造例48で得られたエチレン性不飽和結合含有基を分子中に2個以上有する化合物(F−1)の水性分散体(FE−1)及び製造例49で得られた化合物(F−1)の水性分散体(FE−2)を用いて、表18に記載の混合比(有効成分の混合比)で混合して、本発明の樹脂水性分散体(M−57)〜(M−60)及び比較用の樹脂水性分散体(M’−4)を得た。尚、有効成分とはビニル系樹脂水性分散体及びポリウレタン樹脂水性分散体においては樹脂分を、化合物(F−1)の水性分散体(FE−1)においては化合物(F−1)を意味する。
実施例98〜101で得られた本発明の樹脂水性分散体(M−57)〜(M−60)及び比較例4で得られた比較用の樹脂水性分散体(M’−4)を用いて、以下の方法により測定又は評価した皮膜の破断強度及び塗料化後の塗膜の耐候性の評価結果並びに上記方法で評価した樹脂の耐水性及び耐溶剤性の評価結果を表18に示す。
<皮膜の破断強度の測定方法>
ポリプロピレン製モールドに予め固形分濃度20%に調製した樹脂水性分散体を乾燥後の膜厚が約200μmとなるように静かに流し込み、全体が均一になる様に広げ、25℃で24時間静置後、循風乾燥機を用いて105℃で3時間乾燥後、更に105℃、圧力1.3kPaで1時間減圧乾燥して得られた樹脂皮膜について、JIS K 6251に準拠して、試験片の形状をダンベル状3号形とし、オートグラフ[島津製作所(株)製「AGS−500D」]を用いて、引張速度500mm/分で破断強度を測定した。
<塗料化後の塗膜の耐候性の評価方法>
1.耐候性評価用塗料の作製
ポリエチレン製容器に、イオン交換水20部、酸化チタン66部、分散剤としての「オロタン#731」[日本アクリル化学(株)製]を予め固形分濃度10重量%に調整した水溶液6部、消泡剤としての「SNデフォーマー777」[サンノプコ(株)製]0.2部、ぬれ剤としてのエチレングリコール2部、及びジルコニアビーズ500部加え、ペイントコンディショナー「レッドデビル社製」で1時間混練した。得られた分散液を目開き75μmの金網でろ過することでジルコニアビーズを取り除き、顔料分散液(G−1)を得た。
ガラス製の容器に、予め固形分濃度38重量%に調整した前記樹脂水性分散体(M−57)〜(M−60)及び(M’−4)の内のいずれか70.3部、前記顔料分散液(G−1)25.6部、増粘剤としての「ナトロゾール250MR」(ハーキュレス社製)を予め固形分濃度4重量%に調整した水溶液2.2部、増粘剤としての「アデカノールUH−420」[(株)ADEKA製]を予め固形分濃度10重量%に調整した水溶液1.1部及び造膜助剤としてのテキサノール(2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール2−メチルプロパノアート)0.9部を加え、混練機[シンキー(株)製「あわとり練太郎AR−550L−3」]で3分間混練することで耐候性試験用塗料を得た。
2.耐候性の評価方法
耐候性試験用塗料をガラス板(縦10cm×横10cm×厚さ0.5cm)上に乾燥後の膜厚が80μmとなるようにバーコーターを用いてに塗布した。これを25℃、50%RHの恒温恒湿器で24時間乾燥することにより評価用サンプルを得た。
得られた評価用サンプルについて耐候試験機[岩崎電気(株)製「SUV−W151」]を用いて耐候性試験[試験条件:「73℃×50%RHの条件下、照射強度75mW/cmで3.8時間照射後、38℃×95%RHの条件下、1.0時間無照射」を1サイクルとして10サイクル繰り返す。]を行い、試験前後の光沢度を測定して光沢度の保持率[照射後の光沢度/照射前の光沢度×100(%)]を算出して、光沢度の保持率が70%以上であれば◎、50%以上70%未満であれば○、30%以上50%未満であれば△、30%未満であれば×とした。尚、光沢度は光沢計[日本電色工業(株)製VG−1D]を用いて、入射角/反射角=60゜/60゜の条件で測定した。
Figure 2013146354
実施例102〜156及び比較例5〜6 [水性塗料としての評価]
イオン交換水90部、増粘剤[三洋化成工業(株)製「ビスライザーAP−2」]70部、顔料分散剤[三洋化成工業(株)製「キャリボンL−400」]10部、酸化チタン[石原産業(株)製「CR−93」]140部、カーボンブラック[デグサ(株)製「FW200P」]及び炭酸カルシウム160部をペイントコンディショナーにより30分間混合分散した。ここに1−ノナノール20部、本発明における(V1)以外のビニル系樹脂(V2)の水性分散体としての「ポリトロンZ330」[旭化成(株)製アクリル樹脂水性分散体]200部、並びに実施例40〜94で得られた樹脂水性分散体(M−1)〜(M−55)及び比較例2〜3で得られた樹脂水性分散体(M’−1)〜(M’−2)を、(M−1)〜(M−55)及び(M’−1)〜(M’−2)中のビニル系樹脂の量と「ポリトロンZ330」中の樹脂固形分の重量比が表19又は表20記載の値となるように仕込み、10分間混合分散して、更にイオン交換水を用いて25℃での粘度が150mPa・sとなるように調整し、水性塗料(E−1)〜(E−55)及び比較用の水性塗料(E’−1)〜(E’−2)を得た。
Figure 2013146354
Figure 2013146354
得られた水性塗料(E−1)〜(E−55)及び(E’−1)〜(E’−2)について、下記試験方法に基づいて塗料の造膜性並びに塗膜の耐水性及び耐溶剤性を評価した結果を表21に示す。
<塗料の造膜性評価方法>
水性塗料を10cm×20cmの鋼板にスプレー塗布し、80℃で3分加熱して厚さ20μmの塗膜を作製した。この塗装した鋼板を25℃のイオン交換水中に10分間浸漬した後、取り出して布で表面を軽く拭き、目視により以下の評価基準で評価した。
○:布に色移りしない。
×:布に色移りがみられる。
<塗膜の耐水性評価方法>
水性塗料を10cm×20cmの鋼板にスプレー塗布し、80℃で10分加熱して厚さ20μmの塗膜を作製した。この塗装した鋼板を80℃のイオン交換水中に30日間浸漬した後、取り出して表面を軽く拭き、塗膜表面を目視により以下の評価基準で評価した。
○:浸漬前後で塗膜表面の変化がない。
×:浸漬後、塗膜が一部剥げ落ちている。
<塗膜の耐溶剤性評価方法>
水性塗料を10cm×20cmの鋼板にスプレー塗布し、140℃で30分加熱して厚さ20μmの塗膜を作製した。この塗装した鋼板を25℃の25重量%ブチルセロソルブ水溶液に15分間浸漬した後、取り出して表面を軽く拭き、塗膜表面を目視により以下の評価基準で評価した。
◎:浸漬前後で塗膜表面の変化がない。
○:浸漬後、塗膜の剥げ落ち部分の面積が全面積の10%未満である。
×:浸漬後、塗膜の剥げ落ち部分の面積が全面積の10%以上である。
Figure 2013146354
実施例157〜160及び比較例7〜8 [水性防錆コーティング剤としての評価]
実施例40〜43で得られた樹脂水性分散体(M−1)〜(M−4)及び比較例2〜3で得られた比較用の樹脂水性分散体(M’−1)〜(M’−2)を「ジンコート」(エンジニアリングテストサービス社製亜鉛メッキ鋼板、サイズ:縦10cm×横5cm×厚さ0.08cm)上に乾燥後の膜厚が5μmとなるようにバーコーターを用いて塗布し、150℃の乾燥機で1分乾燥することにより得られた試験片を用いて下記試験方法に基づいて塗膜の防錆性を評価した結果を表22に示す。
<塗料の防錆性評価方法>
前記試験片を用いてJIS Z 2371に従い塩水噴霧試験を行い45時間後の外観を目視により以下の評価基準で評価した。
○:錆発生なし
×:錆発生あり
Figure 2013146354
実施例161〜164及び比較例9〜10 [水性繊維加工処理剤としての評価]
実施例40〜43で得られた樹脂水性分散体(M−1)〜(M−4)及び比較例2〜3で得られた比較用の樹脂水性分散体(M’−1)〜(M’−2)のそれぞれ100部に対して、粘弾性調整剤[サンノプコ(株)製「SNシックナー618」]8.9部、シリコン系消泡剤[サンノプコ(株)製「SNデフォーマー777」]0.9部、水35部、酸化チタン44.6部及び顔料[山宋実業(株)社製「NLレッドFR3R−D」]18.9部を混合して、顔料捺染糊(H−1)〜(H−4)及び比較用の顔料捺染糊(H’−1)〜(H’−2)を得た。得られた顔料捺染糊について、下記試験方法に基づいて顔料捺染された繊維布の耐水性及び顔料捺染糊の造膜性を試験した結果を表23に示す。
<顔料捺染された繊維布の耐水性評価方法>
顔料捺染糊を綿金巾の型の上に縦2cm×横10cmで膜厚が0.2mmとなるようにバーコーターを用いて塗布した。これを140℃に温調されたテンターで5分乾燥することにより顔料捺染された繊維布を得た。この顔料捺染された繊維布を、60℃のイオン交換水中に3日間浸漬した後、取り出して表面を捺染処理していない繊維布で軽く拭き、目視により以下の評価基準で評価した。
○:捺染処理していない繊維布に色移りしない。
×:捺染処理していない繊維布に色移りがみられる。
<顔料捺染糊の造膜性評価方法>
顔料捺染糊を綿金巾の型の上に縦2cm×横10cmで膜厚が0.2mmとなるようにバーコーターを用いて塗布した。これを120℃に温調されたテンターで3分乾燥することにより顔料捺染された繊維布を得た。この顔料捺染された繊維布を、捺染処理していない繊維布で表面を軽く拭き、目視により以下の評価基準で評価した。
○:捺染処理していない繊維布に色移りしない。
×:捺染処理していない繊維布に色移りがみられる。
Figure 2013146354
実施例165〜168及び比較例11〜12 [水性接着剤としての評価]
実施例82〜85で得られた樹脂水性分散体(M−43)〜(M−46)及び比較例2〜3で得られた比較用の樹脂水性分散体(M’−1)〜(M’−2)の固形分濃度をイオン交換水を用いて40重量%に調整したもの474部に、アクリルエマルジョン(旭化成社製、商品名:ポリトロンU−154、固形分60重量%)158部(固形分94.8部)を添加・混合して固形分45重量%の水性接着剤(G−1)〜(G−4)及び比較用の水性接着剤(G’−1)〜(G’−2)を得た。各水性接着剤について以下の評価方法で対フレキシブルボード常態接着力を評価した結果を表24に示す。
<対フレキシブルボード常態接着力評価方法>
得られた水性接着剤を帆布及びフレキシブルボード(幅25mm、長さ125mm、厚さ2.5mm)に刷毛塗りにより塗布した。塗布量は、帆布に対しては固形分量100g/m、フレキシブルボードに対しては固形分量60g/mとした。水性接着剤を塗布した後、80℃の送風乾燥オーブン中で4分間乾燥させた後、圧力60kg/25mmで帆布及びフレキシブルボードの水性接着剤塗布面同士をロール圧着し、試験片を作製した。得られた試験片を、23℃で週間養生した後、23℃において50mm/分の引っ張り速度で90度剥離試験を行い、以下の評価基準で評価した。
○:接着強度が3.0kg/25mm以上である。
△:接着強度が1.5kg/25mm以上3.0kg/25mm未満である。
×:接着強度が1.5kg/25mm未満である。
Figure 2013146354
本発明におけるビニル系樹脂(V1)はポリウレタン樹脂(P)との親和性に優れ、ビニル系樹脂(V1)及びポリウレタン樹脂(P)の混合物、又はビニル系樹脂(V1)、(V1)以外のビニル系樹脂(V2)及びポリウレタン樹脂(P)の混合物の機械強度、耐水性及び耐溶剤性等の性能に優れるため、塗料、コーティング剤(防錆コーティング剤、防水コーティング剤、撥水コーティング剤及び防汚コーティング剤等)、接着剤、繊維加工処理剤(顔料捺染用バインダー、不織布用バインダー、補強繊維用集束剤、抗菌剤用バインダー及び人工皮革・合成皮革用原料等)、紙処理剤やインキ等に幅広く使用することができるが、その優れた造膜性及び耐水性から、特に水性塗料、水性防錆コーティング剤、水性繊維加工処理剤及び水性接着剤用のポリウレタン樹脂水性分散体として好適に使用することができる。

Claims (28)

  1. 一般式(1)で表されるモノマー(X)を含有するモノマー成分を重合してなるビニル系樹脂(V1)。
    Figure 2013146354
    [式中、Mは水酸基又は1〜20価の活性水素含有有機化合物からc個の活性水素を除いた残基を表し;cは、Mが水酸基の場合は1であり、Mが1〜20価の活性水素含有有機化合物からc個の活性水素を除いた残基の場合は1≦c≦(Mの価数)を満たす整数を表し;Rはエチレン性不飽和結合含有基を表し、複数ある場合のRはそれぞれ同一でも異なっていてもよく;Mは水酸基又は1〜20価の活性水素含有有機化合物から1個の活性水素を除いた残基を表し、複数ある場合のMはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、MとMはそれぞれ同一でも異なっていてもよく;Lは3価以上の芳香族ポリカルボン酸から全てのカルボキシル基を除いた残基を表し、Lの芳香環は炭素原子から構成され、その炭素原子にはカルボキシル基以外の置換基及び/又はハロゲン原子が結合していてもよいが少なくとも一つの炭素原子には水素原子が結合しており;a及びbはそれぞれ0以上の整数を表し、かつ、2≦a+b≦d−2を満たし、複数ある場合のaはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、c個のaの内の少なくとも一つは0ではなく、複数ある場合のbはそれぞれ同一でも異なっていてもよく;dは前記芳香族ポリカルボン酸のカルボキシル基を含む全ての置換基を水素原子に置換した場合の芳香環を構成する炭素原子に結合した水素原子の数、即ち芳香環上で置換可能な部位の数を表す。]
  2. 前記一般式(1)におけるエチレン性不飽和結合含有基が、下記一般式(2)〜(6)で表される置換基からなる群から選ばれる少なくとも1種の置換基である請求項1記載のビニル系樹脂。
    Figure 2013146354
    [式中、R、R及びRはそれぞれ独立に水酸基で置換されていてもよい炭素数2〜12の2価の脂肪族炭化水素基であり、R及びRはそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、Rは水素原子、メチル基又はエチル基であり、*はそれが付された結合により置換基が前記一般式(1)におけるオキシカルボニル基の酸素原子と結合することを表す。]
  3. 前記一般式(1)における3価以上の芳香族ポリカルボン酸が、前記芳香環を構成し置換基が結合していない炭素原子に隣接する2個の炭素原子にカルボキシル基が結合し、前記カルボキシル基が結合した炭素原子に隣接しかつ前記置換基が結合していない炭素原子とは異なる炭素原子の少なくとも一方に更にカルボキシル基が結合した構造を有する請求項1又は2記載のビニル系樹脂。
  4. 前記一般式(1)における3価以上の芳香族ポリカルボン酸が、トリメリット酸及び/又はピロメリット酸である請求項1又は2記載のビニル系樹脂。
  5. 前記一般式(1)におけるaが1でかつcが1である請求項1〜4のいずれか記載のビニル系樹脂。
  6. 前記モノマー(X)の水酸基価が0〜500mgKOH/gである請求項1〜5のいずれか記載のビニル系樹脂。
  7. 前記モノマー(X)におけるLの濃度が、0.5〜10mmol/gである請求項1〜6のいずれか記載のビニル系樹脂。
  8. 前記モノマー(X)のカルボニル基濃度が、1.5〜30mmol/gである請求項1〜7のいずれか記載のビニル系樹脂。
  9. 前記ビニル系樹脂(V1)の数平均分子量(Mn)が、5,000〜1,000,000である請求項1〜8のいずれか記載のビニル系樹脂。
  10. 前記ビニル系樹脂(V1)のガラス転移温度が−50〜80℃である請求項1〜9のいずれか記載のビニル系樹脂。
  11. 前記ビニル系樹脂(V1)が、シラノール基、アルコキシシリル基、エポキシ基、カルボキシル基、水酸基、1級又は2級アミノ基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、ビニル基、オキサゾリン基、カルボジイミド基、スルホ基、ケト基及びアルデヒド基からなる群から選ばれる少なくとも1種の反応性基を有してなる請求項1〜10のいずれか記載のビニル系樹脂。
  12. 前記モノマー成分が、ウレタン基及び/又はウレア基を有するビニル系モノマーを含有する請求項1〜11のいずれか記載のビニル系樹脂。
  13. ビニル系樹脂又はポリウレタン樹脂の分散剤として用いられる請求項1〜12のいずれか記載のビニル系樹脂。
  14. 請求項1〜13のいずれか記載のビニル系樹脂とポリウレタン樹脂(P)を含有してなる樹脂組成物。
  15. 前記ポリウレタン樹脂(P)が、シラノール基、アルコキシシリル基、エポキシ基、カルボキシル基、水酸基、1級又は2級アミノ基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、ビニル基、スルホ基、ケト基及びアルデヒド基からなる群から選ばれる少なくとも1種の反応性基を有してなる請求項14記載の樹脂組成物。
  16. 前記ポリウレタン樹脂(P)が、数平均分子量が300以上のアクリルポリオールを含有する活性水素成分(A)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを反応させて得られるポリウレタン樹脂である請求項14又は15記載の樹脂組成物。
  17. 更に、前記ビニル系樹脂(V1)以外のビニル系樹脂(V2)を含有してなる請求項14〜16のいずれか記載の樹脂組成物。
  18. 前記ビニル系樹脂(V1)以外のビニル系樹脂(V2)が、シラノール基、アルコキシシリル基、エポキシ基、カルボキシル基、水酸基、1級又は2級アミノ基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、ビニル基、オキサゾリン基、カルボジイミド基、スルホ基、ケト基及びアルデヒド基からなる群から選ばれる少なくとも1種の反応性基を有してなる請求項17記載の樹脂組成物。
  19. 前記ビニル系樹脂(V1)が有する反応性基及び前記ポリウレタン樹脂(P)が有する反応性基と反応し得る架橋剤(D)を含有してなる請求項15〜18のいずれか記載の樹脂組成物。
  20. 更に、エチレン性不飽和結合含有基を分子中に2個以上有する化合物(F)を含有してなる請求項14〜19のいずれか記載の樹脂組成物。
  21. 前記ポリウレタン樹脂(P)が一般式(7)で表されかつ少なくとも1つの活性水素を有する化合物(S1)を含有する活性水素成分(A)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを反応させて得られるポリウレタン樹脂である請求項14〜20のいずれか記載の樹脂組成物。
    Figure 2013146354
    [一般式(7)中、Tはm価の活性水素含有有機化合物からg個の活性水素を除いた残基を表し;gは1≦g≦mを満たす整数を表し;mは1〜20の整数を表し;Tは活性水素含有有機化合物から1個の活性水素を除いた残基を表し、複数のTはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、TとTはそれぞれ同一でも異なっていてもよく;Yは3価以上の芳香族ポリカルボン酸から全てのカルボキシル基を除いた残基を表し、Yの芳香環は炭素原子から構成され、その炭素原子にはカルボキシル基以外の置換基及び/又はハロゲン原子が結合していてもよいが少なくとも一つの炭素原子は置換基が結合しておらず;eは1以上の整数を表し、fは0以上の整数を表し、かつ、2≦e+f≦h−2を満たし;hは前記芳香族ポリカルボン酸のカルボキシル基を含む全ての置換基を水素原子に置換した場合の芳香環を構成する炭素原子に結合した水素原子の数、即ち芳香環上で置換可能な部位の数を表す。]
  22. 更に、一般式(7)で表される化合物(S)を含有してなる請求項14〜21のいずれか記載の樹脂組成物。
    Figure 2013146354
    [一般式(7)中、Tはm価の活性水素含有有機化合物からg個の活性水素を除いた残基を表し;gは1≦g≦mを満たす整数を表し;mは1〜20の整数を表し;Tは活性水素含有有機化合物から1個の活性水素を除いた残基を表し、複数のTはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、TとTはそれぞれ同一でも異なっていてもよく;Yは3価以上の芳香族ポリカルボン酸から全てのカルボキシル基を除いた残基を表し、Yの芳香環は炭素原子から構成され、その炭素原子にはカルボキシル基以外の置換基及び/又はハロゲン原子が結合していてもよいが少なくとも一つの炭素原子は置換基が結合しておらず;eは1以上の整数を表し、fは0以上の整数を表し、かつ、2≦e+f≦h−2を満たし;hは前記芳香族ポリカルボン酸のカルボキシル基を含む全ての置換基を水素原子に置換した場合の芳香環を構成する炭素原子に結合した水素原子の数、即ち芳香環上で置換可能な部位の数を表す。]
  23. 請求項1〜13のいずれか記載のビニル系樹脂と水性媒体とを含有してなる樹脂水性分散体。
  24. 請求項14〜22のいずれか記載の樹脂組成物と水性媒体とを含有してなる樹脂水性分散体。
  25. 請求項1〜13のいずれか記載のビニル系樹脂又は請求項14〜22のいずれか記載の樹脂組成物を含有してなる塗料。
  26. 請求項1〜13のいずれか記載のビニル系樹脂又は請求項14〜22のいずれか記載の樹脂組成物を含有してなる防錆コーティング剤。
  27. 請求項1〜13のいずれか記載のビニル系樹脂又は請求項14〜22のいずれか記載の樹脂組成物を含有してなる繊維加工処理剤。
  28. 請求項1〜13のいずれか記載のビニル系樹脂又は請求項14〜22のいずれか記載の樹脂組成物を含有してなる接着剤。
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