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JP2687343B2 - Method for producing aqueous dispersion - Google Patents

Method for producing aqueous dispersion

Info

Publication number
JP2687343B2
JP2687343B2 JP62075935A JP7593587A JP2687343B2 JP 2687343 B2 JP2687343 B2 JP 2687343B2 JP 62075935 A JP62075935 A JP 62075935A JP 7593587 A JP7593587 A JP 7593587A JP 2687343 B2 JP2687343 B2 JP 2687343B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aqueous dispersion
weight
parts
monomer mixture
polyurethane
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62075935A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63243117A (en
Inventor
信夫 川橋
秀夫 高見
博 蓼沼
Original Assignee
日本合成ゴム株式会社
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本合成ゴム株式会社 filed Critical 日本合成ゴム株式会社
Priority to JP62075935A priority Critical patent/JP2687343B2/en
Publication of JPS63243117A publication Critical patent/JPS63243117A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2687343B2 publication Critical patent/JP2687343B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Graft Or Block Polymers (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、皮膜性能、特に弾性,強靭性、強度等に優
れた安定な高分子量のポリウレタン系水性分散体の製造
に関するものである。 [従来の技術] 合成樹脂系及びゴム系エマルジョンは従来より繊維,
紙含浸,紙被覆用塗料,カーペット塗料,シーラント,
セメントモルタル,粘着剤,接着剤,床用艶出し剤,水
性ニス,水性インキ,皮革処理,金属,プラスチック及
び木材のトップコート等非常に多岐にわたり使用されて
いる。 このような合成樹脂系及びゴム系エマルジョンの塗膜
の弾性を向上させるための提案として、特開昭53−5123
2号公報,特開昭59−13821号公報がある。しかしなが
ら、これらのものは、塗膜の弾性には優れるものの、高
分子量化が難しいために、塗膜の強靭性,強度に優れた
ものが得られないという問題があった。 [発明が解決しようとする問題点] 本発明者は、上記の問題点を解決すべく鋭意研究した
結果、ウレタンシード重合による高分子量化によって弾
性に加え、強靭性,強度に優れた塗膜を与え得る高分子
量水性分散体が得られることを見出し、この知見に基づ
いてこの発明を完成するに至った。 [問題点を解決するための手段] 本発明は、下記ポリウレタン水性分散体(A)の存在
下に、下記単量体混合物(B)を共重合して水性分散体
を得る方法であって、重合系のpHを7以下とし、かつ
(A)の使用量を、固形分換算で(B)100重量部に対
して(A)0.01〜2.5重量部とすることを特徴とする水
性分散体の製造方法を提供するものである。 ポリウレタン水性分散体(A): 2個以上のイソシアネート基を有する脂肪族,芳香族
または脂環族ポリイソシアネート化合物、又は末端にイ
ソシアネート基を有するプレポリマーと、ポリオールと
から得られるポリウレタン水性分散体。 単量体混合物(B): α,β−不飽和カルボン酸を含有し、このものが単量
体混合物(B)全体に対して0.5〜30重量%である単量
体混合物。 次に、本発明の構成要件の個々について詳しく説明す
る。 ポリウレタン水性分散体(A)に用いられる2個以上
のイソシアネート基を有する脂肪族,芳香族,脂環族ポ
リイソシアネート化合物及び末端にイソシアネート基を
有するプレポリマーとは以下のものである。 たとえば、1,4−テトラメチレンジイソシアネート,1,
6−ヘキサメチレンジイソシアネート,2,4,4−トリメチ
ルヘキサメチレンジイソシアネート,2,8−ジイソシアネ
ートメチルカプロエート等の脂肪族,ジイソシアネート
類,3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシク
ロヘキシルイソシアネート,ジシクロヘキシルメタン−
4,4′−ジイソシアネート,メチルシクロヘキシル−2,4
−ジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート類、ト
ルイレンジイソシアネート,ジフェニルメタンジイソシ
アネート,1,5−ナフテンジイソシアネート,ジフェニル
メチルメタンジイソシアネート,テトラアルキルジフェ
ニルメタンジイソシアネート,4,4′−ジベンジルジイソ
シアネート,1,3−フェニレンジイソシアネート等の芳香
族ジイソシアネート類,塩素化ジイソシアネート類,臭
素化ジイソシアネート類,及びまたは、これらのジイソ
シアネート類を2個以上の活性水素原子を有する化合
物、たとえば、ポリエチレングリコール,ポリプロピレ
ングリコール,トリメチロールプロパン,グリセリン,
ペンタエリスリトール等、または水との付加物であるポ
リイソシアネート化合物が用いられる。 これらの中で、耐候性等の面から、脂肪族及び脂環族
ポリイソシアネートが好ましく、さらに好ましくは脂肪
族ポリイソシアネートである。 又、使用するポリオール類は、たとえばポリエーテル
類、ポリエステル類,ポリエステルアミド類,ポリチオ
エーテル類,ポリカーボネート類及びポリブタジエング
リコール類などいずれも使用できる。 ポリエーテルとしては例えばエチレンオキサイド,プ
ロピレンオキサイド,ブチレンオキサイド,テトラヒド
ロフラン等の開環重合物又は共重合物あるいはビスフェ
ノール,グリセリン,トリメチロールプロパン等活性水
素を有する化合物への上記付加重合物等である。 ポリエステル類としてはエチレングリコール,プロピ
レングリコール,1,3−ブタンジオール,1,4−ブタンジオ
ール,ネオペンチルグリコール,ペンタンジオール,ヘ
キサンジオール,オクタンジオール,2−エチル1,3−ヘ
キサンジオール,ビスフェノールA,ジエチレングリコー
ルおよびジプロピレングリコール等飽和及び不飽和の低
分子グリコールと二塩基性酸との混合により得られる。 その他ヘキサメチレングリコール系,カプロラクトン
系,ポリチオエーテル系,ポリアセタール系も使用出来
る。 最終的に得られる共重合水性分散体の塗膜の弾性,強
靭性の点からポリエーテル類,ポリエステル類,ポリカ
ーボネート類が好ましい。 単量体混合物(B)に含まれるα,β−不飽和カルボ
ン酸とは、例えばアクリル酸,メタクリル酸,クロトン
酸,マレイン酸,フマール酸,イタコン酸等のモノカル
ボン酸またはジカルボン酸である。 単量体混合物(B)に含まれるα,β−不飽和カルボ
ン酸以外の単量体としては、たとえばアクリル酸メチ
ル,メタクリル酸メチル,アクリル酸エチル,メタクリ
ル酸エチル,アクリル酸n−ブチル,メタクリル酸n−
ブチル,アクリル酸イソブチル,メタクリル酸n−ブチ
ル,メタクリル酸イソブチル,アクリル酸ペンチル,メ
タクリル酸ペンチル,アクリル酸ヘキシル,メタクリル
酸ヘキシル,アクリル酸ヘプチル,メタクリル酸ヘプチ
ル,アクリル酸2−エチルヘキシル,アクリル酸オクチ
ル,メタクリル酸オクチル,アクリル酸n−ノニル,ア
クリル酸イソノニル,メタクリル酸ノニル,アクリル酸
デシル,メタクリル酸デシル,アクリル酸ウンデシル,
メタクリル酸ウンデシル,アクリル酸ドデシル,メタク
リル酸ドデシル,アクリル酸n−アミル,アクリル酸イ
ソアミル,メタクリル酸n−アミル,メタクリル酸イソ
アミル,アクリル酸ラウリル,メタクリル酸ラウリル,
アクリル酸ベンジンル,メタクリル酸ベンジル,アクリ
ル酸シクロヘキシル,メタクリル酸シクロヘキシル等の
(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物、スチレ
ン,α−メチルスチレン,メチルスチレン,p−メチルス
チレン,ビニルキシレン,モノクロルスチレン,ジクロ
ルスチレン,モノブロムスチレン,ジブロムスチレン,
フルオロスチレン,ビニルナフタレン,エチルスチレン
等の芳香族ビニル化合物、 アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルシ
アン化合物、1,3−ブタジエン,2−メチル−1,3−ブタジ
エン,2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン,2−クロロ−1,3
−ブタジエン,イソプレン,2−シアノ−1,3−ブタジエ
ン,置換直鎖共役ペンタジエン,直鎖及び側鎖共役ヘキ
サジエン等の脂肪族共役ジエン単量体、 酢酸ビニル,プロピオン酸ビニル,ステアリン酸ビニ
ルなどの有機酸ビニル化合物、 ビニルメチルエーテル,ビニルエチルエーテル,ビニ
ルイソブチルエーテル,ビニルフェニルエーテルなどの
ビニルエーテル化合物、 塩化ビニリデン,フッ化ビニリデン等のハロゲン化ビ
ニリデン化合物、 及びビニルメチルケトン,ビニルピリジン,イソブチ
レン,1,1−塩化フッ化エチレン,ベオバ−10(シエル化
学品)等が挙げられる。 これら単量体化合物の使用にあたっては、単独又は混
合して使用されるが、通常は、数種の単量体を混合して
使用される。 製造された水性分散体を使用する用途により、上記単
量体の中から選択して使用するが、特に耐候性,塗膜の
強靭性等を要求される場合は、(メタ)アクリル酸アル
キルエステル単量体、特に弾性,耐摩耗性を要求される
場合は脂肪族共役ジエン系単量体、ビニルシアン単量
体,芳香族ビニル単量体が好ましく、中でも最も好まし
くは、1,3−ブタジエンアクリロニトリル,スチレンで
ある。塗膜の耐候性,強靭性を重視する場合は、(メ
タ)アクリル酸アルキルエステル単量体を単量体混合物
(B)100重量部に対し、20重量部以上、好ましくは50
重量部以上使用するのが良い。 本発明により得られる水性分散体のもつ塗膜の強靭性
と耐摩耗性の効果をさらに増す場合には、ジビニルベン
ゼン、アクリル酸アリル,ジビニルエーテル,エチレン
グリコール,ジエチレングリコール等のジビニルエーテ
ル、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート,ネオペン
チルグリコール,ジアクリレート,トリメチロールプロ
パンジアクリレート,又はトリアクリレート等の架橋性
単量体、アクリルアミド,メタクリルアミド,N−メチロ
ールメタクリルアミド,ジアセトンアクリルアミド,エ
タクリルアミド,クロトンアミド,イタコンアミド,メ
チレンジアクリルアミド,マレイン酸モノアミド等のア
ミド系単量体,アクリル酸グリシジル,メタクリル酸グ
リシジル等のグリシジル基含有単量体、アクリル酸2−
ヒドロキシエチル,メタクリル酸2−ヒドロキシエチル
等の水酸基含有単量体等をあわせて使用する事ができ
る。 本発明の製造例を順に説明する。 ポリウレタン水性分散体(A)の製造例としてはポリ
イソシアネートとポリオールを通常30〜150℃で数時間
から10数時間反応させ、プレポリマーを得る。ポリオー
ルとポリイソシアネートの比には制約はないがポリオー
ルの活性水素1個に対し1.2〜3.5当量のポリイソシアネ
ートが好ましい。 必要に応じて、たとえばジメチロールプロピオン酸、
1,4−ブチレングリコール等の鎖伸長剤を使用し架橋す
ることもできる。この鎖伸長剤の分子量は300未満が、
最終的に得られる水性分散体塗膜の弾性,強靭性に対し
良好であり、好ましい。反応中増粘する場合は、必要に
応じ溶剤を使用してもよい。又触媒も必要に応じて添加
する。 反応終了後、アルカリ類,アミン類,アンモニア等で
中和し、水性分散体を得る。上記の方法で得られたポリ
ウレタン水性分散体に、水,重合開始剤,必要に応じて
界面活性剤,その他助剤を添加し、単量体混合物(B)
を重合させる。 この方法としては、通常知られている方法、たとえ
ば、単量体一括仕込法、モノマー添加法,エマルジョン
添加法等があり、後者2つについては連続又は分割して
添加し重合を行なわせる。 重合の際に不飽和化合物を水に分散させる界面活性剤
としては、ノニオン系,アニオン系,または両性イオン
系が用いられ、中でもノニオン系,アニオン系の組み合
せが良好であり、特に良好なのは、ポリオキシエチレン
ノニルフェニルエーテルとアルキルジフェニルエーテル
ジスルホン酸ナトリウム及びアルキルベンゼンスルホン
酸ナトリウムの組合せである。重合開始剤としてはクメ
ンハイドロパーオキサイド,ジイソプロピルベンゼンハ
イドロパーオキサイド、パラメンタンハイドロパーオキ
サイド等で代表される有機ハイドロパーオキサイド類と
含糖ピロリン酸処方,スルホキシレート処方,含糖ピロ
リン酸処方/スルホキシレート処方の混合系処方等で代
表される還元剤との組合わせによるレドックス系の開始
剤、更に過硫酸カリウム,過硫酸アンモニウム等の過硫
酸塩,アゾビスイソブチロニトリル,ベンゾイルパーオ
キサイド,ラウロイルパーオキサイド等を任意に使用す
ることができる。 特に好ましくは、過硫酸カリウム,過硫酸アンモニウ
ム等の過硫酸塩,アゾビスイソブチロニトリル,ベンゾ
イルパーオキサイドに必要に応じて還元剤と組合せたも
のである。 重合を行なわせる温度としては、通常5〜95℃が良好
であり、特に50〜90℃が好ましい。 ここで重要なのが、ポリウレタン水性分散体(A)と
単量体混合物(B)との比である。最終的に得られる共
重合水性分散体の分子量が塗膜の弾性,強靭性に大きな
効果を及ぼすが共重合水性分散体の分子量が40万以上で
あることが、この特性を発現させるのに必要である。分
子量40万以上の共重合水性分散体を得るにはポリウレタ
ン水性分散体(A)と単量体混合物(B)の比が単量体
混合物(B)100重量部に対し、ポリウレタン水性分散
体(A)が0.01〜2.5重量部の範囲で重合させる。 ポリウレタン水性分散体(A)が固形分0.01重量部未
満の場合は、高分子量の共重合水性分散体が得られるも
のの、造膜性が悪く、又塗膜がもろく弾性が発現せず好
ましくない。又、2.5重量部を超える場合は、分子量40
万以上のものが得られず、従って塗膜の弾性はあるが、
強靭性,強度が得られず耐摩耗性が劣る。これら(A)
/(B)の比が0.2/100〜2.0/100が好ましく、さらに好
ましくは0.4/100〜1.5/100である。 本発明乳化共重合法の重合系のpHは7以下で重合させ
る事が重要である。pHが7を越えると、α,β−不飽和
カルボン酸の他単量体との反応性が劣り、従って重合時
の安定性が悪く、凝固物が多いだけでなく、できた水性
分散体の放置安定性,配合安定性が悪く、製品に値しな
い。 pH7以上のポリウレタン水性分散体を含む重合系のpH
を下げる方法としては、硫酸,塩酸等の酸類、炭酸水素
ナトリウム等の緩衝剤等を使用する方法がある。 単量体混合物(B)100重量部中、α,β−不飽和カ
ルボン酸量は、0.5〜30重量部、好ましくは3〜20重量
部である。 0.5重量部未満の場合は重合時の安定性が悪く、凝固
物が多いだけでなく、塗膜の強靭性が発現できない。又
30重量部を越える場合は、塗膜の耐水性,弾性が劣る。 使用するポリウレタン水性分散体の粒子径には特に制
約はないが、0.03〜0.4μが好ましく、特に好ましく
は、0.04〜0.3μである。 このようにして得られた水性分散体は、アルカリ水溶
液たとえば水酸化ナトリウム,アンモニアで増粘するこ
とができる。またヒドロキシルエチルセルロース,メチ
ルセルロース,ポリビニルアルコールのような水溶性高
分子化合物を用いて増粘することも可能である。 本発明で得られた共重合水性分散体は、さらに必要に
応じて可塑剤,溶剤,着色剤,防腐剤及び香料等の添加
物を選定し、添加する事ができる。 このようにして得られた本発明共重合水性分散体は、
繊維,紙含浸,塗料,シーラント,紙被覆用塗料,カー
ペット,セメントモルタル,粘着剤,接着剤,水性ニ
ス,水性インキ,床用艶出し剤,皮革処理,金属,プラ
スチックおよび木材のトップコート剤等多岐の用途で使
用できる。 [実施例] 以下実施例によって本発明を具体的に説明する。以下
の実施例,比較例に示した部は特に断わらない限り、重
量部を意味する。 <ポリウレタン水性分散体(A)の製造方法> 反応容器をチッソガスでシールし、プロピレングリコ
ール56重量部、次いで1,6−ヘキサメチレンジイソシア
ネート34重量部を仕込み、温度を80〜85℃に上昇させ
た。反応温度を80〜85℃に保ち4時間反応させた。得ら
れたプレポリマー90重量部に対し、ジメチロールプロピ
オン酸4重量部、及び1,4−ブチレングリコール6重量
部を添加し同温度にて架橋反応させた。粘度上昇が見ら
れたので、16重量部のジオキサンを加え粘度を下げ反応
を継続させた。 赤外吸収スペクトル(2300カイザー)でイソシアネー
ト基の吸収がほぼ見られなくなった時点で、66重量部の
水に3.7重量部のアンモニア水を入れた溶液を添加し、
さらに120重量部の水を加えた。さらに85℃で1時間熟
成させた後、反応系を冷却し、取り出し、ポリウレタン
水性分散体A−1を得た。 上記ポリオール,ポリイソシアネートを第一表(表
中,使用量は重量部を示す)に示したものにかえて、同
様な方法で重合を行ない、ポリウレタン水性分散体A−
2〜A−10を得た。 実施例1,3〜8、比較例1,2,4,5 <共重合水性分散体の製造方法(1)> 上記の方法で得られたポリウレタン水性分散体A−1
0.5重量部に過硫酸カリウム0.3重量部と炭酸水素ナトリ
ウム0.25重量部とドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウ
ム1.0重量部,ポリオキシエチレンノニルフェニルエー
テル(エチレンオキサイド付加モル数50)0.8重量部及
び水85重量部を反応容器に仕込み,撹拌しながら80℃ま
で昇温した。一方、アクリル酸n−ブチル30重量部,メ
タクリル酸メチル62重量部とメタクリル酸8重量部を水
30重量部とドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.45
重量部とを混合撹拌し乳化したものを、重合系の温度を
80℃に保ちながら連続的に反応容器に添加し、合計3時
間で連続添加を終了し、固形分47.3%の水性分散体を得
た。これを実施例1とした。 上記ポリウレタン水性分散体,単量体、重合開始剤,
緩衝剤を第二表(表中、使用量は重量部を示す)に示し
たものにかえて同様な方法で重合を行ない、得られた水
性分散体を実施例3,4,5,6,7,8、比較例1,2,4,5とした。 実施例2,9〜11、比較例3 <共重合水性分散体の製造方法(2)> 先に得られたポリウレタン水性分散体A−2 1.3重
量部にベンゾイルパーオキサイド0.7重量部,ピロ重亜
硫酸ナトリウム0.1重量部,炭酸水素ナトリウム0.25重
量部とドデシル硫酸ナトリウム1.3重量部,ポリオキシ
エチレンノニルフェニルエーテル(エチレンオキサイド
付加モル数20)1.0重量部及び水98重量部を反応容器に
仕込み撹拌しながら80℃まで昇温した。一方、1,3−ブ
タジエン40重量部,スチレン45重量部,アクリルアミド
5重量部とアクリル酸10重量部から成る単量体混合物を
重合系の温度を65℃に保ちながら連続的に反応容器に添
加し、合計10時間で連続添加を終了し、固形分51.3%の
水性分散体を得た。これを実施例2とした。 上記ポリウレタン水性分散体,単量体を第二表に示し
たものにかえて同様な方法で重合を行ない、得られた水
性分散体を実施例9,10,11、比較例3とした。 実施例,比較例に示す製造方法によって得られた水性
分散体により得られる被膜物の物性測定結果を第三表に
示す。 本文中に記した分子量,粒子径、フィルム弾性、フィ
ルム強靭性は以下の方法で測定したものである。 (1)分子量の測定方法 水性分散体にカチオン交換樹脂を加え、次いでテトラ
ヒドロフランを加え、25℃で16時間放置したものをロ過
後、ウォーターズ社製高速液体クロマトグラフィーALC/
GPCに,東洋ソーダ社製カラム3本(GMH−3,GMH−6,G60
00H−6)を装着し分子量既知の標準ポリスチレンを基
準にして行なった。 (2)粒子径の測定方法 コールター社モデルN−4を使用し測定した。 (3)フィルム弾性 フィルムを引っ張って、優劣を判定した。 (4)フィルムの強靭性 JIS K6301によりフィルム強度を判定した。 [発明の効果] 本発明の水性分散体の製法で得られた共重合体水性分
散体は高分子量であり、得られた塗膜の弾性、強靭性、
耐摩耗性が一段と高水準にあり、繊維、紙含浸、塗料、
紙被覆用塗料、粘着剤、接着剤、水性ニス、水性イン
キ、保護コーティング等非常に多岐にわたり使用が期待
できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to the production of a stable high molecular weight polyurethane-based aqueous dispersion having excellent film performance, particularly elasticity, toughness, strength and the like. [Prior Art] Synthetic resin-based and rubber-based emulsions have been
Paper impregnation, paper coating paint, carpet paint, sealant,
Cement mortar, adhesives, adhesives, floor polishes, water-based varnishes, water-based inks, leather treatments, metal, plastic and wood top coats are used in a wide variety of applications. As a proposal for improving the elasticity of coating films of such synthetic resin-based and rubber-based emulsions, JP-A-53-5123 has been proposed.
There are JP-A No. 2 and JP-A No. 59-13821. However, although these films have excellent elasticity of the coating film, it is difficult to obtain a polymer having a high molecular weight, so that there is a problem that a film having excellent toughness and strength cannot be obtained. [Problems to be Solved by the Invention] As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that a coating film having excellent toughness and strength in addition to elasticity due to high molecular weight by urethane seed polymerization is obtained. It was found that a high molecular weight aqueous dispersion that can be given is obtained, and the present invention has been completed based on this finding. [Means for Solving Problems] The present invention is a method for obtaining an aqueous dispersion by copolymerizing the following monomer mixture (B) in the presence of the following polyurethane aqueous dispersion (A): A pH of the polymerization system is set to 7 or less, and the amount of (A) used is 0.01 to 2.5 parts by weight of (A) per 100 parts by weight of solid content (A). A manufacturing method is provided. Polyurethane aqueous dispersion (A): A polyurethane aqueous dispersion obtained from an aliphatic, aromatic or alicyclic polyisocyanate compound having two or more isocyanate groups, or a prepolymer having an isocyanate group at the terminal, and a polyol. Monomer mixture (B): A monomer mixture containing an α, β-unsaturated carboxylic acid, which is 0.5 to 30% by weight based on the whole monomer mixture (B). Next, each of the constituent features of the present invention will be described in detail. The aliphatic, aromatic or alicyclic polyisocyanate compound having two or more isocyanate groups and the prepolymer having an isocyanate group at the terminal used in the polyurethane aqueous dispersion (A) are as follows. For example, 1,4-tetramethylene diisocyanate, 1,
Aliphatic diisocyanates such as 6-hexamethylene diisocyanate, 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 2,8-diisocyanate methylcaproate, 3-isocyanate methyl-3,5,5-trimethylcyclohexyl isocyanate, dicyclohexyl Methane-
4,4'-diisocyanate, methylcyclohexyl-2,4
Alicyclic diisocyanates such as diisocyanate, toluylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, 1,5-naphthene diisocyanate, diphenylmethylmethane diisocyanate, tetraalkyldiphenylmethane diisocyanate, 4,4′-dibenzyl diisocyanate, 1,3-phenylenediisocyanate Aromatic diisocyanates, chlorinated diisocyanates, brominated diisocyanates, and / or compounds having two or more active hydrogen atoms, such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, trimethylolpropane, glycerin,
Pentaerythritol or the like, or a polyisocyanate compound which is an adduct with water is used. Of these, aliphatic and alicyclic polyisocyanates are preferable, and aliphatic polyisocyanates are more preferable, from the viewpoint of weather resistance and the like. As the polyols to be used, for example, polyethers, polyesters, polyesteramides, polythioethers, polycarbonates and polybutadiene glycols can all be used. The polyether is, for example, a ring-opening polymer or copolymer of ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, tetrahydrofuran or the like, or the above addition polymer to a compound having active hydrogen such as bisphenol, glycerin or trimethylolpropane. Polyesters include ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, pentanediol, hexanediol, octanediol, 2-ethyl 1,3-hexanediol, bisphenol A, It is obtained by mixing a saturated or unsaturated low molecular weight glycol such as diethylene glycol and dipropylene glycol with a dibasic acid. In addition, hexamethylene glycol type, caprolactone type, polythioether type, and polyacetal type can also be used. From the viewpoint of elasticity and toughness of the coating film of the finally obtained copolymer aqueous dispersion, polyethers, polyesters and polycarbonates are preferable. The α, β-unsaturated carboxylic acid contained in the monomer mixture (B) is, for example, a monocarboxylic acid or a dicarboxylic acid such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid. Examples of the monomer other than the α, β-unsaturated carboxylic acid contained in the monomer mixture (B) include methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, n-butyl acrylate, and methacrylic acid. Acid n-
Butyl, isobutyl acrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, pentyl acrylate, pentyl methacrylate, hexyl acrylate, hexyl methacrylate, heptyl acrylate, heptyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, octyl acrylate, Octyl methacrylate, n-nonyl acrylate, isononyl acrylate, nonyl methacrylate, decyl acrylate, decyl methacrylate, undecyl acrylate,
Undecyl methacrylate, dodecyl acrylate, dodecyl methacrylate, n-amyl acrylate, isoamyl acrylate, n-amyl methacrylate, isoamyl methacrylate, lauryl acrylate, lauryl methacrylate,
(Meth) acrylic acid alkyl ester compounds such as benzyl acrylate, benzyl methacrylate, cyclohexyl acrylate, cyclohexyl methacrylate, styrene, α-methylstyrene, methylstyrene, p-methylstyrene, vinylxylene, monochlorostyrene, dichlorostyrene. , Monobromstyrene, dibromostyrene,
Aromatic vinyl compounds such as fluorostyrene, vinylnaphthalene, and ethylstyrene, vinyl cyan compounds such as acrylonitrile and methacrylonitrile, 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1, 3-butadiene, 2-chloro-1,3
-Butadiene, isoprene, 2-cyano-1,3-butadiene, substituted linear conjugated pentadiene, linear and side chain conjugated hexadiene and other aliphatic conjugated diene monomers, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl stearate, etc. Organic acid vinyl compounds, vinyl ether compounds such as vinyl methyl ether, vinyl ethyl ether, vinyl isobutyl ether, vinyl phenyl ether, vinylidene halide compounds such as vinylidene chloride and vinylidene fluoride, and vinyl methyl ketone, vinyl pyridine, isobutylene, 1, 1-chlorofluoroethylene, Veova-10 (Ciel Chemical) and the like can be mentioned. When using these monomer compounds, they are used alone or as a mixture, but usually, several kinds of monomers are mixed and used. Depending on the intended use of the produced aqueous dispersion, it is selected from the above monomers and used, but when weather resistance, toughness of the coating film, etc. are required, (meth) acrylic acid alkyl ester Monomers, particularly when elasticity and abrasion resistance are required, aliphatic conjugated diene-based monomers, vinyl cyan monomers and aromatic vinyl monomers are preferable, and most preferable among them is 1,3-butadiene. Acrylonitrile and styrene. When importance is attached to the weather resistance and toughness of the coating film, the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer is 20 parts by weight or more, preferably 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the monomer mixture (B).
It is recommended to use more than parts by weight. To further enhance the toughness and abrasion resistance of the coating film of the aqueous dispersion obtained by the present invention, divinyl ether such as divinylbenzene, allyl acrylate, divinyl ether, ethylene glycol and diethylene glycol, 1,6 -Cross-linkable monomers such as hexanediol diacrylate, neopentyl glycol, diacrylate, trimethylolpropane diacrylate, or triacrylate, acrylamide, methacrylamide, N-methylol methacrylamide, diacetone acrylamide, ethacrylamide, crotonamide, Amide-based monomers such as itacone amide, methylenediacrylamide and maleic acid monoamide, glycidyl group-containing monomers such as glycidyl acrylate and glycidyl methacrylate, acrylic acid 2-
A hydroxyl group-containing monomer such as hydroxyethyl or 2-hydroxyethyl methacrylate can be used together. A production example of the present invention will be described in order. As a production example of the polyurethane aqueous dispersion (A), a polyisocyanate and a polyol are usually reacted at 30 to 150 ° C. for several hours to ten hours to obtain a prepolymer. There is no restriction on the ratio of the polyol to the polyisocyanate, but 1.2 to 3.5 equivalents of polyisocyanate are preferable per one active hydrogen of the polyol. If necessary, for example, dimethylolpropionic acid,
It is also possible to crosslink using a chain extender such as 1,4-butylene glycol. The molecular weight of this chain extender is less than 300,
It is preferable because the finally obtained aqueous dispersion coating film has good elasticity and toughness. When thickening during the reaction, a solvent may be used if necessary. Also, a catalyst is added if necessary. After completion of the reaction, the mixture is neutralized with alkalis, amines, ammonia, etc. to obtain an aqueous dispersion. To the polyurethane aqueous dispersion obtained by the above method, water, a polymerization initiator, and if necessary, a surfactant and other auxiliaries are added to prepare a monomer mixture (B).
Is polymerized. As this method, there are generally known methods such as a batch charging method for monomers, a method for adding monomers, and an method for adding emulsion. The latter two methods are continuously or dividedly added to carry out polymerization. As the surfactant for dispersing the unsaturated compound in water at the time of polymerization, nonionic, anionic, or zwitterionic type is used. Among them, the combination of nonionic and anionic types is good, and particularly good is poly A combination of oxyethylene nonyl phenyl ether and sodium alkyl diphenyl ether disulfonate and sodium alkylbenzene sulfonate. As polymerization initiators, organic hydroperoxides represented by cumene hydroperoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, paramenthane hydroperoxide, etc. and sugar-containing pyrophosphate formulation, sulfoxylate formulation, sugar-containing pyrophosphate formulation / sulfo Redox type initiators in combination with reducing agents typified by mixed system formulations of xylate formulations, and further persulfates such as potassium persulfate and ammonium persulfate, azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, lauroyl A peroxide or the like can be used optionally. Particularly preferably, persulfates such as potassium persulfate and ammonium persulfate, azobisisobutyronitrile and benzoyl peroxide are combined with a reducing agent if necessary. The temperature at which the polymerization is carried out is usually 5 to 95 ° C, and particularly preferably 50 to 90 ° C. What is important here is the ratio of the aqueous polyurethane dispersion (A) to the monomer mixture (B). The molecular weight of the finally obtained copolymer aqueous dispersion has a great effect on the elasticity and toughness of the coating film, but the molecular weight of the copolymer aqueous dispersion must be 400,000 or more in order to express this characteristic. Is. In order to obtain a copolymer aqueous dispersion having a molecular weight of 400,000 or more, the ratio of the polyurethane aqueous dispersion (A) to the monomer mixture (B) is 100 parts by weight of the monomer mixture (B), and the polyurethane aqueous dispersion ( A) is polymerized in the range of 0.01 to 2.5 parts by weight. When the polyurethane aqueous dispersion (A) has a solid content of less than 0.01 parts by weight, a high molecular weight copolymer aqueous dispersion can be obtained, but the film-forming property is poor, and the coating film is fragile and does not exhibit elasticity, which is not preferable. If it exceeds 2.5 parts by weight, the molecular weight is 40
I could not get more than 10,000, so the coating film has elasticity,
The toughness and strength are not obtained and the wear resistance is poor. These (A)
The ratio of / (B) is preferably 0.2 / 100 to 2.0 / 100, more preferably 0.4 / 100 to 1.5 / 100. It is important that the pH of the polymerization system of the emulsion copolymerization method of the present invention is 7 or less. If the pH exceeds 7, the reactivity with other monomers of α, β-unsaturated carboxylic acid will be poor, and therefore the stability during polymerization will be poor, and not only a large amount of coagulated matter but also the formed aqueous dispersion will be formed. The storage stability and the compounding stability are poor, and it is not worth the product. pH of polymerization system containing polyurethane aqueous dispersion of pH 7 or higher
As a method of lowering the temperature, there is a method of using an acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid, a buffering agent such as sodium hydrogen carbonate or the like. In 100 parts by weight of the monomer mixture (B), the amount of α, β-unsaturated carboxylic acid is 0.5 to 30 parts by weight, preferably 3 to 20 parts by weight. If it is less than 0.5 part by weight, the stability at the time of polymerization is poor and not only a large amount of solidified matter but also the toughness of the coating film cannot be exhibited. or
If it exceeds 30 parts by weight, the water resistance and elasticity of the coating film will be poor. The particle diameter of the polyurethane aqueous dispersion used is not particularly limited, but is preferably 0.03 to 0.4 µ, and particularly preferably 0.04 to 0.3 µ. The aqueous dispersion thus obtained can be thickened with an aqueous alkaline solution such as sodium hydroxide or ammonia. It is also possible to increase the viscosity by using a water-soluble polymer compound such as hydroxylethyl cellulose, methyl cellulose, polyvinyl alcohol. The copolymer aqueous dispersion obtained in the present invention may further contain additives such as a plasticizer, a solvent, a coloring agent, a preservative and a fragrance, if necessary. The copolymer aqueous dispersion of the present invention thus obtained,
Fiber, paper impregnation, paint, sealant, paper coating paint, carpet, cement mortar, adhesive, adhesive, water-based varnish, water-based ink, floor polish, leather treatment, metal, plastic and wood top coat agent It can be used for various purposes. [Examples] Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples. Unless otherwise specified, the parts shown in the following examples and comparative examples mean parts by weight. <Method for producing aqueous polyurethane dispersion (A)> The reaction vessel was sealed with nitrogen gas, 56 parts by weight of propylene glycol and 34 parts by weight of 1,6-hexamethylene diisocyanate were charged, and the temperature was raised to 80 to 85 ° C. . The reaction temperature was kept at 80 to 85 ° C and the reaction was carried out for 4 hours. 4 parts by weight of dimethylolpropionic acid and 6 parts by weight of 1,4-butylene glycol were added to 90 parts by weight of the obtained prepolymer, and a crosslinking reaction was carried out at the same temperature. Since an increase in viscosity was observed, 16 parts by weight of dioxane was added to lower the viscosity and the reaction was continued. When almost no absorption of isocyanate groups was observed in the infrared absorption spectrum (2300 Kaiser), a solution prepared by adding 3.7 parts by weight of ammonia water to 66 parts by weight of water was added,
An additional 120 parts by weight of water was added. After further aging at 85 ° C. for 1 hour, the reaction system was cooled and taken out to obtain a polyurethane aqueous dispersion A-1. The above polyols and polyisocyanates were replaced by those shown in Table 1 (in the tables, the amounts used are parts by weight), and polymerization was carried out in the same manner to obtain a polyurethane aqueous dispersion A-
2 to A-10 were obtained. Examples 1,3 to 8 and Comparative Examples 1,2,4,5 <Method for producing copolymer aqueous dispersion (1)> Polyurethane aqueous dispersion A-1 obtained by the above method
0.5 parts by weight of potassium persulfate 0.3 parts by weight, sodium hydrogen carbonate 0.25 parts by weight, sodium dodecylbenzenesulfonate 1.0 parts by weight, polyoxyethylene nonylphenyl ether (ethylene oxide addition mole number 50) 0.8 parts by weight and water 85 parts by weight. The reaction vessel was charged and the temperature was raised to 80 ° C with stirring. On the other hand, 30 parts by weight of n-butyl acrylate, 62 parts by weight of methyl methacrylate and 8 parts by weight of methacrylic acid were added to water.
30 parts by weight and sodium dodecylbenzenesulfonate 0.45
The temperature of the polymerization system was adjusted by mixing and stirring
The mixture was continuously added to the reaction vessel while maintaining the temperature at 80 ° C., and the continuous addition was completed in a total of 3 hours to obtain an aqueous dispersion having a solid content of 47.3%. This is Example 1. The above polyurethane aqueous dispersion, monomer, polymerization initiator,
Polymerization was carried out in the same manner as in Example 2 except that the buffer was changed to that shown in Table 2 (in the table, the amount used indicates parts by weight), and the obtained aqueous dispersion was used in Examples 3, 4, 5, 6 and 7,8 and Comparative Examples 1,2,4,5. Examples 2, 9 to 11 and Comparative Example 3 <Method for producing copolymer aqueous dispersion (2)> 1.3 parts by weight of the polyurethane aqueous dispersion A-2 obtained above were added to 0.7 parts by weight of benzoyl peroxide and pyrobisulfite. 0.1 parts by weight of sodium, 0.25 parts by weight of sodium hydrogen carbonate, 1.3 parts by weight of sodium dodecyl sulfate, 1.0 part by weight of polyoxyethylene nonylphenyl ether (20 moles of ethylene oxide added) and 98 parts by weight of water were charged into a reaction vessel and stirred to 80 The temperature was raised to ° C. On the other hand, a monomer mixture consisting of 40 parts by weight of 1,3-butadiene, 45 parts by weight of styrene, 5 parts by weight of acrylamide and 10 parts by weight of acrylic acid was continuously added to the reaction vessel while maintaining the temperature of the polymerization system at 65 ° C. Then, the continuous addition was completed in a total of 10 hours to obtain an aqueous dispersion having a solid content of 51.3%. This was designated as Example 2. Polymerization was carried out in the same manner as above except that the polyurethane aqueous dispersion and the monomers shown in Table 2 were used, and the obtained aqueous dispersions were designated as Examples 9, 10 and 11 and Comparative Example 3. Table 3 shows the results of measuring the physical properties of coating films obtained from the aqueous dispersions obtained by the production methods shown in Examples and Comparative Examples. The molecular weight, particle size, film elasticity, and film toughness described in the text are measured by the following methods. (1) Method for measuring molecular weight A cation exchange resin was added to the aqueous dispersion, and then tetrahydrofuran was added, and the mixture was left standing at 25 ° C for 16 hours, and then filtered, and then filtered by Waters High Performance Liquid Chromatography ALC /
To GPC, three Toyo Soda columns (GMH-3, GMH-6, G60
00H-6) was attached and the standard polystyrene having a known molecular weight was used as a standard. (2) Measuring method of particle diameter It measured using Coulter model N-4. (3) Film elasticity The film was pulled and the superiority or inferiority was judged. (4) Toughness of film The film strength was determined according to JIS K6301. [Effects of the Invention] The aqueous copolymer dispersion obtained by the method for producing an aqueous dispersion of the present invention has a high molecular weight, and the elasticity, toughness, and
It has a much higher level of abrasion resistance, and is used for fiber, paper impregnation, paint,
It can be expected to be used in a wide variety of applications such as paper coating paints, adhesives, adhesives, water-based varnishes, water-based inks, and protective coatings.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08F 220:02) (56)参考文献 特開 昭59−138211(JP,A) 特開 昭56−90817(JP,A) 特開 昭50−115288(JP,A) 特開 昭62−212455(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display area C08F 220: 02) (56) References JP 59-138211 (JP, A) JP 56 -90817 (JP, A) JP-A-50-115288 (JP, A) JP-A-62-212455 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.下記ポリウレタン水性分散体(A)の存在下に、下
記単量体混合物(B)を共重合して水性分散体を得る方
法であって、重合系のpHを7以下とし、かつ(A)の使
用量を、固形分換算で(B)100重量部に対して(A)
0.01〜2.5重量部とすることを特徴とする水性分散体の
製造方法。 ポリウレタン水性分散体(A): 2個以上のイソシアネート基を有する脂肪族,芳香族ま
たは脂環族ポリイソシアネート化合物、又は末端にイソ
シアネート基を有するプレポリマーと、ポリオールとか
ら得られるポリウレタン水性分散体。 単量体混合物(B): α,β−不飽和カルボン酸を含有し、このものが単量体
混合物(B)全体に対して0.5〜30重量%である単量体
混合物。 2.ポリウレタン水性分散体(A)の粒子径が0.03〜0.
4μである特許請求の範囲第1項記載の水性分散体の製
造法。
(57) [Claims] A method for obtaining an aqueous dispersion by copolymerizing the following monomer mixture (B) in the presence of the following polyurethane aqueous dispersion (A), wherein the pH of the polymerization system is 7 or less, and The amount used is (A) based on 100 parts by weight of solid content (B)
A method for producing an aqueous dispersion, which comprises 0.01 to 2.5 parts by weight. Polyurethane aqueous dispersion (A): A polyurethane aqueous dispersion obtained from an aliphatic, aromatic or alicyclic polyisocyanate compound having two or more isocyanate groups, or a prepolymer having an isocyanate group at the terminal, and a polyol. Monomer mixture (B): A monomer mixture containing an α, β-unsaturated carboxylic acid, which is 0.5 to 30% by weight based on the whole monomer mixture (B). 2. The particle size of the aqueous polyurethane dispersion (A) is 0.03 to 0.
The method for producing the aqueous dispersion according to claim 1, which has a size of 4 μm.
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