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特許7348311感熱性水性ポリウレタン分散液およびそれを調製するための方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-11
(45)【発行日】2023-09-20
(54)【発明の名称】感熱性水性ポリウレタン分散液およびそれを調製するための方法
(51)【国際特許分類】
   C08L 75/04 20060101AFI20230912BHJP
   C08G 18/00 20060101ALI20230912BHJP
   C08G 18/08 20060101ALI20230912BHJP
   C08K 5/42 20060101ALI20230912BHJP
   C09D 5/02 20060101ALI20230912BHJP
   C09D 7/65 20180101ALI20230912BHJP
   C09D 175/04 20060101ALI20230912BHJP
   D06N 3/14 20060101ALI20230912BHJP
【FI】
C08L75/04
C08G18/00 C
C08G18/08 033
C08K5/42
C09D5/02
C09D7/65
C09D175/04
D06N3/14 102
【請求項の数】 12
(21)【出願番号】P 2021571839
(86)(22)【出願日】2019-06-04
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-20
(86)【国際出願番号】 CN2019089962
(87)【国際公開番号】W WO2020243899
(87)【国際公開日】2020-12-10
【審査請求日】2022-05-23
(73)【特許権者】
【識別番号】502141050
【氏名又は名称】ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100092783
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100095360
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 英二
(74)【代理人】
【識別番号】100120134
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 規雄
(72)【発明者】
【氏名】クオ、ユンロン
(72)【発明者】
【氏名】タイ、シャンヤン
(72)【発明者】
【氏名】フォン、ヤンリー
(72)【発明者】
【氏名】チャン、イー
【審査官】小森 勇
(56)【参考文献】
【文献】特表2008-522019(JP,A)
【文献】特表2006-511727(JP,A)
【文献】特開2016-128563(JP,A)
【文献】特開2015-007172(JP,A)
【文献】特開2016-044205(JP,A)
【文献】米国特許第05565296(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08L 75/04
C08G 18/00-18/87
C08K 5/42
C09D 5/02
C09D 175/04
C09D 7/65
D06N 3/14
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
室温で安定であり、かつ40~130℃で熱ゲル化または熱凝固性になる感熱性水性ポリウレタン分散液であって、
(a)水性ポリウレタン分散液、
(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤、および
(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤、を含み
前記アニオン性界面活性剤が、アルキルサルフェート、アルキルスルホネート、アルキルベンゼンサルフェート、アルキルベンゼンサルフェートスルホネート、アルキルアルコールアルコキシレートサルフェート、およびアルキルアルコールアルコキシレートスルホネートからなる群から選択される、および/または、前記カチオン性界面活性剤が、下記に示すような一般構造を有し、式中、R が、C10~18アルキル基であり、R 、R 、およびR が、C ~C アルキル基であり、Xが、ハロゲン化物であり、
【化1】
(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤の(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤に対する重量比が、10:1~1:5である、感熱性水性ポリウレタン分散液。
【請求項2】
前記アニオン性界面活性剤中の、前記アルキル基がC8~C18アルキルであり、前記アルコキシレートがC2~C3アルキルオキシルである、請求項に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
【請求項3】
前記アニオン性界面活性剤が、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ナトリウムC8アルキルアルコールエトキシル化プロポキシル化サルフェート、およびナトリウムC12アルキルアルコールエトキシル化サルフェートからなる群から選択される、請求項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
【請求項4】
前記カチオン性界面活性剤が、ドデシル-トリメチルアンモニウム臭化物、セチル-トリメチルアンモニウム臭化物、またはそれらの混合物である、請求項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
【請求項5】
前記ポリウレタン分散液の固形物負荷が、分散液の総重量の約1重量%~約70重量%の固形物である、請求項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
【請求項6】
前記ポリウレタン分散液が、非イオン化可能なポリウレタンを含む、請求項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
【請求項7】
前記非イオン化可能なポリウレタンが、水性媒体中でポリウレタン/尿素/チオ尿素プレポリマーを鎖延長試薬と反応させることによって調製される、請求項に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
【請求項8】
(a)前記水性ポリウレタン分散液が、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤または(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤で外部から乳化される、請求項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
【請求項9】
(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤の(a)水性ポリウレタン分散液の固形物に対する重量比が、0.1%~20%である、請求項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
【請求項10】
請求項1~のいずれかに記載の感熱性水性ポリウレタン分散液を調製するための方法であって、
(i)(a)水性ポリウレタン分散液、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤、および(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤を提供することと、(ii)それらを一緒に混合することと、を含むか、または
(i)(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤によって外部から乳化された(a)水性ポリウレタン分散液を提供することと、(ii)(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤を提供することと、(iii)それらを一緒に混合することと、を含むか、または
(i)(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤によって外部から乳化された(a)水性ポリウレタン分散液を提供することと、(ii)(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤を提供することと、(iii)それらを一緒に混合することと、を含む、方法。
【請求項11】
請求項1~のいずれか一項に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液に由来するフィルムを含む合成皮革製品。
【請求項12】
請求項1~のいずれか一項に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液を含むコーティング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、感熱性水性ポリウレタン分散液およびそれを調製するための方法と、感熱性水性ポリウレタン分散液に由来するフィルムを含む合成皮革製品と、感熱性水性ポリウレタン分散液を含むコーティングと、に関する。
【0002】
序論
水性ポリウレタン分散液(PUD)は、DMF中のPU溶液の環境に優しい代替品である。PUDは、水を使用してポリウレタンを小さな粒子に分散させ、内部または外部から添加された界面活性剤によって粒子を安定化させる。いくつかの用途では、最初にPUDを脱乳化する必要がある。典型的には、大量の凝固剤を使用する必要があるが、これによって大量の廃水が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記の問題に対処するために、熱凝固性PUDとも呼ばれる感熱性PUDが調査されてきた。この種のPUDは、室温などの低温下では長い貯蔵寿命(例えば、数日、数週間、またはさらには数か月)を有するが、40~130℃などの高温にさらされるとすぐに凝固する。織物またはフリースに含浸させ、フィラメントを作製し、薄層の物品を作製し、より効率的に乾燥したコーティングを作製することが記載されている。しかしながら、ほとんどすべての感熱特性は、非イオン性界面活性剤(例えば、ポリエチレンオキシド鎖)の低い雲点に由来し、ある特定の温度を超えるとその親水性が失われ、分散液が脱乳化される。それにもかかわらず、この種の分散液から作製された製品は、安定した水性分散液を作製するために必要な親水性ポリエチレンオキシド鎖を大量に有するため、低い耐湿性を示すことが多い。したがって、上記の欠点を克服する新しい感熱性水性ポリウレタン分散液に対する需要が依然として常に求められている。
【0004】
継続的に調査した後、驚くべきことに、低分子カチオン性界面活性剤が、元々感熱性のないアニオン性界面活性剤を含む典型的な外部乳化PUDを熱凝固性PUDに変化させることができることを発見した。同様に、小分子アニオン性界面活性剤は、元々感熱特性のないカチオン性界面活性剤を含む典型的な外部乳化PUDを熱凝固性PUDに変化させることができる。これらの発見に基づいて、本開示は完成した。
【0005】
本開示は、感熱性水性ポリウレタン分散液およびそれを調製するための方法と、感熱性水性ポリウレタン分散液に由来するフィルムを含む合成皮革製品と、感熱性水性ポリウレタン分散液を含むコーティングと、を提供する。
【0006】
本開示の第1の態様では、本開示は、
(a)水性ポリウレタン分散液、
(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤、および
(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤、を含む、感熱性水性ポリウレタン分散液を提供する。
【0007】
本開示の第2の態様では、本開示は、(i)(a)水性ポリウレタン分散液、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤、および(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤を含む、感熱性水性ポリウレタン分散液を調製し、(ii)それらを一緒に混合するための方法を提供する。
【0008】
本開示の第3の態様では、本開示は、(i)(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤によって外部から乳化された(a)水性ポリウレタン分散液を提供することと、ii)(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤を提供することと、(iii)それらを一緒に混合することと、を含む、感熱性水性ポリウレタン分散液を調製するための方法を提供する。
【0009】
本開示の第4の態様では、本開示は、(i)(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤によって外部から乳化された(a)水性ポリウレタン分散液を提供することと、(ii)(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤を提供することと、(iii)それらを一緒に混合することと、を含む、感熱性水性ポリウレタン分散液を調製するための方法を提供する。
【0010】
本開示の第5の態様では、本開示は、感熱性水性ポリウレタン分散液に由来するフィルムを含む合成皮革製品を提供する。
【0011】
本開示の第6の態様では、本開示は、感熱性水性ポリウレタン分散液を含むコーティングを提供する。
【0012】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、例示的かつ説明的なものにすぎず、特許請求されるように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1図1は、PUDをDTABと室温で混合した後の対照実施例2、3、4、および5の写真を示す。
図2図2は、PUDをDTABと混合し、80℃で5分間処理した後の対照実施例1、本発明の実施例7、8、9、および10の写真を示す。
図3図3は、PUDをDTABと混合し、80℃で5分間処理した後の本発明の実施例8および13の写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する当業者によって通常理解されるのと同じ意味を有する。また、本明細書に記載されるすべての刊行物、特許出願、特許、および他の参考文献は、参照により組み込まれる。
【0015】
冠詞「a」、「an」、および「the」は、冠詞の文法的目的語の1つまたは2つ以上(つまり、少なくとも1つ)を指すために使用される。
【0016】
本明細書に開示されるように、「組成物」、「配合物」、または「混合物」という用語は、物理的手段によって異なる成分を単に混合することによって得られる、異なる成分の物理的なブレンドを指す。
【0017】
本明細書で開示されるように、「および/または」は、「および、または代替として」を意味する。特に記載がない限り、すべての範囲は端点を含む。
【0018】
本明細書で開示されるように、「内部安定化ポリウレタン分散液」は、液体媒体中に分散された粒子のポリウレタン内にイオン性または非イオン性の親水性ペンダント基を組み込むことによって安定化されるものである。非イオン性の内部安定化ポリウレタン分散液の例は、米国特許第3,905,929号および同第3,920,598号に記載されている。イオン性内部安定化ポリウレタン分散液は、周知であり、米国特許第6,231,926号の5欄、4~68行および6欄、1および2行に記載されており、(潜在的)イオン性モノマー(a3)は、例えばUllmanns Encyklopadie der technischen Chemie,4th edition,volume 19,pages 311-313および例えばDE-A 1 495 745に詳細に記載されている。特定の工業的重要性を有する(潜在的)カチオン性モノマー(a3)は、特に、第三級アミノ基を有するモノマー、例えば、トリス(ヒドロキシアルキル)アミン、N,N’-ビス(ヒドロキシアルキル)-アルキルアミン、N-ヒドロキシアルキルジアルキルアミン、トリス(アミノアルキル)アミン、N,N’-ビス(アミノアルキル)アルキルアミン、N-アミノアルキルジアルキルアミンであり、これらの第三級アミンのアルキルラジカルおよびアルカンジイル単位は、独立して1~6個の炭素原子を有する。これらの第三級アミンは、酸、好ましくは、リン酸、硫酸、ハロゲン化水素酸、もしくは強有機酸などの強鉱酸を用いるか、またはC1~C6-ハロゲン化アルキルもしくはハロゲン化ベンジル、例えば臭化物もしくは塩化物などの好適な四級化剤との反応によるかのいずれかで、アンモニウム塩に変換される。(潜在的)アニオン性基を有する好適なモノマーは、少なくとも1つのアルコール性ヒドロキシル基または少なくとも1つの第一級もしくは第二級アミノ基を持つ、通常、脂肪族、脂環式、芳香脂肪族、または芳香族カルボン酸およびスルホン酸である。米国特許第3,412,054号にも記載されているように、特に3~10個の炭素原子を有するジヒドロキシアルキルカルボン酸が好ましい。特に以下の一般式の化合物が好ましく、
【化1】
【0019】
式中、RおよびRは各々、C~C-アルカンジイル単位であり、Rは、C~C-アルキル単位であり、特に、ジメチロールプロピオン酸(DMPA)である。対応するジヒドロキシスルホン酸および2,3-ジヒドロキシプロパンホスホン酸などのジヒドロキシホスホン酸も好適である。500~10,000g/モルを超える分子量を有し、かつ少なくとも2つのカルボキシレート基を有するジヒドロキシ化合物を使用することも可能であり、これは、DE-A 3 911 827より既知である。イソシアネート反応性アミノ基を有するモノマー(a3)として、リシン、β-アラニンなどのアミノカルボン酸、およびDE-A-2034479に記載されているα、β-不飽和カルボン酸またはスルホン酸との脂肪族ジ第一級ジアミンの付加物を使用してもよい。このような化合物は、例えば式(a3.1)に適合し、
N-R-NH-R-X(a3.1)
【0020】
式中、-RRおよびRは、独立してC~C-アルカンジイル、好ましくは、エチレンであり、Xは、COOHまたはSOHである。式(a3.1)の特に好ましい化合物は、N-(2-アミノエチル)-2-アミノエタンカルボン酸、またN-(2-アミノエチル)-2-アミノエタンスルホン酸、また対応するアルカリ金属塩であり、その中でも、ナトリウムは、対イオンとして特に好ましい。さらに、例えばD 1 954 090に記載されているように、上述の脂肪族ジ第一級ジアミンの2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸との付加物が特に好ましい。典型的には、米国特許第3,412,054号に記載されているようなジヒドロキシアルキルカルボン酸を使用して、アニオン性の内部安定化ポリウレタン分散液を作製する。アニオン性の内部安定化ポリウレタン分散液を作製するために使用される一般的なモノマーは、ジメチロールプロピオン酸(DMPA)である。
【0021】
本明細書で開示するように、「外部安定化ポリウレタン分散液」は、イオン性または非イオン性親水性ペンダント基を有さない、ひいてはポリウレタン分散液を安定化するために界面活性剤の添加を必要とするものである。外部安定化ポリウレタン分散液の例は、米国特許第2,968,575号、同第5,539,021号、同5,688,842号、および同第5,959,027号に記載されている。
【0022】
水性ポリウレタン分散液
水性ポリウレタン分散液は、分散液が実質的に有機溶媒を含まないものである。有機溶媒とは、典型的には、溶媒として使用される有機化合物を意味する。一般に、有機溶媒は、高い可燃性および蒸気圧(つまり、約0.1mm Hgを超える)を示す。有機溶媒を実質的に含まないということは、プレポリマーまたは分散液を作製するためにいずれの有機溶媒も意図的に添加することなく分散液を作製したことを意味する。これは、反応器の洗浄による汚染などの意図しない原因により、若干量の溶媒が存在する可能性があるということではない。一般に、水性分散液は、最大約1重量パーセントの分散液の総重量を有する。好ましくは、水性分散液は、最大約2000重量百万分率(ppm)、より好ましくは最大約1000ppm、さらにより好ましくは最大約500ppm、および最も好ましくは最大微量の有機溶媒を有する。好ましい実施形態では、有機溶媒は使用されず、水性分散液には、検出可能な有機溶媒が存在しない(すなわち、有機溶媒を「本質的に含まない」)。
【0023】
ポリウレタン分散液(a)は、内部安定化ポリウレタン分散液ではなく、すなわち、ポリウレタンは、ポリウレタン内にイオン性または非イオン性の親水性ペンダント基を有さない。
【0024】
繰り返し言うと、ポリウレタン分散液(a)は、本開示で以下に記載されているように、非イオン化可能なポリウレタン分散液と、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤または(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤などの任意選択の外部安定化界面活性剤と、を含む。非イオン化可能なポリウレタンは、親水性のイオン化可能な基を含有しないものである。親水性のイオン化可能な基は、DMPAなどの水中で容易にイオン化されるものである。他のイオン化可能な基の例としては、カルボン酸、スルホン酸、およびそれらのアルカリ金属塩などのアニオン性基が挙げられる。カチオン性基の例としては、第三級アミンと、リン酸、硫酸、ハロゲン化水素酸、もしくは強有機酸などの強鉱酸との反応による、またはC1~C6ハロゲン化アルキルもしくはハロゲン化ベンジル(例えば、BrまたはCl)などの好適な四級化剤との反応によるアンモニウム塩が挙げられる。
【0025】
非イオン化可能なポリウレタン分散液は、以下に記載されるように、分散液が容易かつ迅速に凝固する限り、他の分散液と混合され得る。非イオン化可能な分散液は、高温下で分散液全体が容易に凝固する限り、内部安定化ポリウレタン分散液とでも混合され得る。非イオン化可能な分散液と混合されるときに有用であり得る他のポリマー分散液またはエマルジョンには、ポリアクリレート、ポリイソプレン、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ニトリルゴム、天然ゴム、ならびにスチレンおよびブタジエンのコポリマーなどのポリマーが含まれる。通常、他のポリマー分散液が含浸スラリーに存在する場合、非イオン化可能なポリウレタンは、乾燥フィルムの体積分率の30%を超える。最も好ましくは、非イオン化可能な分散液は、単独で使用される(すなわち、任意の他のポリマー分散液またはエマルジョンと混合されない)。
【0026】
一般に、非イオン化可能なポリウレタンは、水性媒体中で、任意選択的に安定化量の外部界面活性剤、例えば、本開示で以下に記載されるように、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤または(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤の存在下で、ポリウレタン/尿素/チオ尿素プレポリマーを鎖延長試薬と反応させることによって調製される。ポリウレタン/尿素/チオ尿素プレポリマーは、当技術分野で周知であるものなどの任意の好適な方法によって調製され得る。プレポリマーは、有利には、少なくとも2つの活性水素原子を有する高分子量有機化合物を、十分なポリイソシアネートと、プレポリマーが少なくとも2つのイソシアネート基で終端されることを確実にするそのような条件下で接触させることによって調製される。
【0027】
ポリイソシアネートは、好ましくは有機ジイソシアネートであり、芳香族、脂肪族、もしくは脂環式、またはそれらの組み合わせであり得る。プレポリマーの調製に好適なジイソシアネートの代表的な例には、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第3,294,724号、1欄、55~72行、および2欄、1~9行、ならびにこれも参照により本明細書に組み込まれる米国特許第3,410,817号、2欄、62~72行、および3欄、1~24行に開示されるものが含まれる。好ましいジイソシアネートには、4,4’-ジイソシアネートジフェニルメタン、2,4’-ジイソシアネートジフェニルメタン、イソホロンジイソシアネート、p-フェニレンジイソシアネート、2,6-トルエンジイソシアネート、ポリフェニルポリメチレンポリイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、1,4-ジイソシアネートシクロヘキサン、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,5-ナフタレンジイソシアネート、3,3’-ジメチル-4,4’-ビフェニルジイソシアネート、4,4’-ジイソシアネートジシクロヘキシルメタン、2,4’-ジイソシアネートジシクロヘキシルメタン、および2,4-トルエンジイソシアネート、またはそれらの組み合わせが含まれる。より好ましいジイソシアネートは、4,4’-ジイソシアネートジシクロヘキシルメタン、4,4’-ジイソシアネートジフェニルメタン、2,4’-ジイソシアネートジシクロヘキシルメタン、および2,4’-ジイソシアネートジフェニルメタンである。最も好ましいのは、4,4’-ジイソシアネートジフェニルメタンおよび2,4’-ジイソシアネートジフェニルメタンである。
【0028】
本明細書で使用する場合、「活性水素基」という用語は、以下の一般的な反応によって示されるように、イソシアネート基と反応して尿素基、チオ尿素基、またはウレタン基を形成する基を指し、
【化2】
【0029】
式中、Xは、O、S、NH、またはNであり、RおよびR’は、脂肪族、芳香族、もしくは脂環式、またはそれらの組み合わせであり得る接続基である。少なくとも2つの活性水素原子を有する高分子量有機化合物は、典型的には、500ダルトン以上の分子量を有する。
【0030】
少なくとも2つの活性水素原子を有する高分子量有機化合物は、ポリオール、ポリアミン、ポリチオール、またはアミン、チオール、およびエーテルの組み合わせを含有する化合物であり得る。所望の特性に応じて、ポリオール、ポリアミン、またはポリチオール化合物は、主に、より大きい活性水素官能基を有するジオール、トリオール、もしくはポリオール、またはそれらの混合物であり得る。これらの混合物が、例えば、ポリオール混合物中の少量のモノオールに起因して、2をわずかに下回る全体的な活性水素官能基を有し得ることも理解される。
【0031】
例示として、含浸ポリウレタン分散液には約2の活性水素官能基を有する高分子量化合物または化合物の混合物を使用することが好ましいが、多孔質層を作製するために使用されるポリウレタン分散液には、典型的には、より高い官能基がより望ましい。少なくとも2つの活性水素原子を有する高分子量有機化合物は、ポリオール(例えば、ジオール)、ポリアミン(例えば、ジアミン)、ポリチオール(例えば、ジチオール)、またはこれらの混合物(例えば、アルコール-アミン、チオール-アミン、もしくはアルコール-チオール)であり得る。典型的には、化合物は、少なくとも約500の重量平均分子量を有する。
【0032】
好ましくは、少なくとも2つの活性水素原子を有する高分子量有機化合物は、以下の一般式を有するポリアルキレングリコールエーテル、またはチオエーテル、またはポリエステルポリオール、またはポリチオールであり、
【化3】
【0033】
式中、各Rは、独立してアルキレンラジカルであり、R’は、アルキレンまたはアリーレンラジカルであり、各Xは、独立してSまたはO、好ましくはOであり、nは、正の整数であり、n’は、非負整数である。
【0034】
一般に、少なくとも2つの活性水素原子を有する高分子量有機化合物は、少なくとも約500ダルトン、好ましくは少なくとも約750ダルトン、およびより好ましくは少なくとも約1000ダルトンの重量平均分子量を有する。好ましくは、重量平均分子量は、最大約20,000ダルトン、より好ましくは最大約10,000ダルトン、より好ましくは最大約5000ダルトン、および最も好ましくは最大約3000ダルトンである。
【0035】
ポリアルキレンエーテルグリコールおよびポリエステルポリオールは、例えば、織物に含浸させるためのポリウレタン分散液を作製するために好ましい。ポリアルキレンエーテルグリコールの代表的な例は、ポリエチレンエーテルグリコール、ポリ-1,2-プロピレンエーテルグリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリ-1,2-ジメチルエチレンエーテルグリコール、ポリ-1,2-ブチレンエーテルグリコール、およびポリデカメチレンエーテルグリコールである。好ましいポリエステルポリオールには、ポリブチレンアジペート、カプロラクトン系ポリエステルポリオール、およびポリエチレンテレフタレートが含まれる。
【0036】
好ましくは、XがOまたはS、好ましくはOであるNCO:XH比は、1.1:1以上、より好ましくは1.2:1以上、および好ましくは5:1以下である。
【0037】
ポリウレタンプレポリマーは、バッチプロセスまたは連続プロセスによって調製され得る。有用な方法には、当技術分野で既知のものなどの方法が含まれる。例えば、化学量論的に過剰のジイソシアネートおよびポリオールを、試薬の制御された反応に好適な温度、典型的には約40℃~約100℃で、静的または活性ミキサーに別々の流れで導入することができる。有機スズ触媒(例えば、第一スズオクトアート)などの触媒を使用して、試薬の反応を促進してもよい。反応は、一般に、混合タンク内で実質的に完了するまで実施されて、プレポリマーを形成する。
【0038】
外部安定化界面活性剤は、本開示で以下に記載されるように、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤または(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤であり得る。
【0039】
ポリウレタン分散液は、当技術分野で周知であるものなどの任意の好適な方法によって調製され得る。(例えば、その教示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,539,021号、欄1、9~45行を参照。)
【0040】
ポリウレタン分散液を作製するとき、プレポリマーは、水単独で増量されてもよく、または当技術分野で既知のものなどの鎖延長剤を使用して増量されてもよい。使用するとき、鎖延長剤は、任意のイソシアネート反応性ジアミンまたは別のイソシアネート反応性基および約60~約450の分子量を有するアミンであり得るが、好ましくは、アミノ化ポリエーテルジオール、ピペラジン、アミノエチルエタノールアミン、エタノールアミン、エチレンジアミン、およびそれらの混合物からなる群から選択される。好ましくは、アミン鎖延長剤は、分散液を作製するために使用される水に溶解される。
【0041】
非イオン化可能なポリウレタン分散液を調製する好ましい方法では、プレポリマーを含有する流動流が、ポリウレタン分散液を形成するのに十分な剪断力を有する水を含有する流動流と合流する。任意選択的に、かつ好ましくは、ある量の安定化界面活性剤もまた、プレポリマーを含有する流れ、水を含有する流れ、または別の流れのいずれかに存在する。プレポリマーを含有する流れ(R2)と水を含有する流れ(R1)との相対速度は、好ましくは、HIPRエマルジョンの多分散性(粒子もしくは液滴の体積平均直径と数平均直径との比、またはDv/Dn)が、約5以下、より好ましくは約3以下、より好ましくは約2以下、より好ましくは約1.5以下、および最も好ましくは約1.3以下であり、または体積平均粒子サイズが、約2ミクロン以下、より好ましくは約1ミクロン以下、より好ましくは約0.5ミクロン以下、および最も好ましくは約0.3ミクロン以下であるようなものである。さらに、水性ポリウレタン分散液が、転相、または内相の外相への段階的分布を伴わない連続プロセスで調製されることが好ましい。
【0042】
外部界面活性剤は、水中の濃縮物として使用されることがある。この場合、水性ポリウレタン分散液の調製中に使用される場合、界面活性剤を含有する流れは、有利には、最初にプレポリマーを含有する流れと合流して、プレポリマー/界面活性剤混合物を形成する。ポリウレタン分散液は、この単一の工程で調製することができるが、プレポリマーおよび界面活性剤を含有する流れを水流と合流させて界面活性剤を希釈し、水性ポリウレタン分散液を作り出すことが好ましい。
【0043】
水性ポリウレタン分散液(a)は、ポリウレタン粒子の任意の好適な固形物負荷を有し得るが、固形物負荷は、一般に、総分散液重量の約1重量%~約70重量%の固形物、好ましくは少なくとも約2重量%、より好ましくは少なくとも約4重量%、より好ましくは少なくとも約6重量%、より好ましくは少なくとも約15重量%、より好ましくは少なくとも約25重量%、より好ましくは少なくとも約35重量%、最も好ましくは少なくとも約40重量%、~最大約70重量%、好ましくは最大68重量%、より好ましくは最大65重量%、より好ましくは最大約60重量%、より好ましくは最大約55重量%、および最も好ましくは最大約50重量%である。
【0044】
水性ポリウレタン分散液はまた、分散液の分散性および安定性を高める増粘剤などのレオロジー調整剤を含有し得る。当技術分野で既知のものなどの任意の好適なレオロジー調整剤を使用してもよい。好ましくは、レオロジー調整剤は、分散液を不安定にさせないものである。より好ましくは、レオロジー調整剤は、イオン化されていない水溶性増粘剤である。有用なレオロジー調整剤の例としては、メチルセルロースエーテル、アルカリ膨潤性増粘剤(例えば、ナトリウムまたはアンモニウム中和アクリル酸ポリマー)、疎水性変性アルカリ膨潤性増粘剤(例えば、疎水性変性アクリル酸コポリマー)、および会合性増粘剤(例えば、疎水性変性エチレンオキシド系ウレタンブロックコポリマー)が挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、レオロジー調整剤は、メチルセルロースエーテルである。増粘剤の量は、水性ポリウレタン分散液の総重量の少なくとも約0.2重量%~約5重量%、好ましくは約0.5重量%~約2重量%である。
【0045】
本開示の一実施形態によると、水性ポリウレタン分散液は、変形剤、充填剤、UV安定剤、架橋剤、顔料、染料、着色剤などを含むがこれらに限定されない他の添加剤をさらに含んでもよいが、これらの添加剤がPUDの安定性影響を及ぼさない場合に限る。
【0046】
一般に、水性ポリウレタン分散液は、少なくとも約10cp~最大約10,000cp、好ましくは少なくとも約20cp~最大約5000cp、より好ましくは少なくとも約30cp~最大約3000cpの粘度を有する。
【0047】
水性ポリウレタン分散液はまた、アクリルラテックス、ポリオレフィンラテックスなどの他のポリマー分散液を含み得る。他のポリマー分散液がスラリーに存在する場合、ポリウレタンは、乾燥フィルムの30%を超える体積分率を占める。
【0048】
カチオン性界面活性剤
カチオン性界面活性剤は、以下に示す一般構造を有し、式中、Rは、C10~18アルキル基であり、R、R、およびRは、C~Cアルキル基、好ましくはC~Cアルキル基であり、Xは、ハロゲン化物、好ましくは、塩化物または臭化物である。カチオン性界面活性剤の例としては、ドデシル-トリメチルアンモニウム臭化物(DTAB)、およびセチル-トリメチルアンモニウム臭化物(CTAB))が挙げられるが、これらに限定されない。
【化4】
【0049】
アニオン性界面活性剤
アニオン性界面活性剤は、好ましくは、アルキルサルフェート、アルキルスルホネート、アルキルベンゼンサルフェート、アルキルベンゼンスルホネート、アルキルアルコールアルコキシレートサルフェート、およびアルキルアルコールアルコキシレートスルホネートからなる群から選択されるサルフェートまたはスルホネート界面活性剤であり、好ましくは、アルキル基は、C8~C18アルキルであり、アルコキシレートは、C2~C3アルキルオキシルである。
【0050】
アニオン性界面活性剤の例としては、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、DOWFAX AS-801界面活性剤(Dow Chemical Companyから入手可能、ナトリウムC8アルキルアルコールエトキシル化プロポキシル化サルフェート、DOWFAXはDow Chemical Companyの商標)またはナトリウムC12アルキルアルコールエトキシル化サルフェートが挙げられるが、これらに限定されない。
【0051】
感熱性水性ポリウレタン分散液
(a)水性ポリウレタン分散液、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤、および(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤を含む感熱性水性ポリウレタン分散液の調製のために、成分(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤および(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤のうちの1つを、成分(a)水性ポリウレタン分散液の調製プロセス中に成分(a)水性ポリウレタン分散液に添加することができるか、またはその調整後に成分(a)水性ポリウレタン分散液に添加することができる。次いで、成分(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤および成分(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤のうちのもう一方が添加される。
【0052】
したがって、本開示の感熱性水性ポリウレタン分散液を調製するための方法は、(i)(a)水性ポリウレタン分散液、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤、および(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤を提供することと、(ii)それらを一緒に混合することと、を含むか、または
【0053】
本開示の感熱性水性ポリウレタン分散液を調製するための方法は、(i)(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤によって外部から乳化された(a)水性ポリウレタン分散液を提供することと、(ii)(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤を提供することと、(iii)それらを一緒に混合することと、を含むか、または
【0054】
本開示の感熱性水性ポリウレタン分散液を調製するための方法は、(i)(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤によって外部から乳化された(a)水性ポリウレタン分散液を提供することと、(ii)(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤を提供することと、(iii)それらを一緒に混合することと、を含む。
【0055】
成分(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤または成分(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤がいつ添加されても、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤の(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤に対する重量比は、10:1~1:5、好ましくは6:1~1:3、およびより好ましくは3:1~1:1である。
【0056】
(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤の(a)水性ポリウレタン分散液の固形物に対する重量比は、0.1%~20%、好ましくは0.3%~15%、より好ましくは0.5%~10%、さらにより好ましくは0.8%~8%、さらにより好ましくは1%~3%である。
【0057】
(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤の(a)水性ポリウレタン分散液の固形物に対する重量比は、0.1%~20%、好ましくは0.3%~15%、より好ましくは0.5%~10%、さらにより好ましくは0.8%~8%、さらにより好ましくは1%~3%である。
【0058】
したがって、本開示はまた、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤および(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤を(a)水性ポリウレタン分散液に添加すること、または
【0059】
(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤を、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤によって外部から乳化された(a)水性ポリウレタン分散液に添加すること、または
【0060】
(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤を、(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤によって外部から乳化された(a)水性ポリウレタン分散液に添加すること、によって非感熱性PUDを感熱性PUDに変換する方法を開示する。
【0061】
(a)水性ポリウレタン分散液、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤、および(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤は、上記に記載されている。
【0062】
アニオン性界面活性剤およびカチオン性界面活性剤の両方を同時に使用するとき、PUDは、加熱すると、ある特定の界面活性剤比および固形分で熱ゲル化/熱凝固性になる。
【0063】
合成皮革製品
本開示で記載されるような感熱性水性ポリウレタン分散液に由来するフィルムを含む合成皮革製品。合成皮革製品は、当技術分野の従来の方法によって作製することができる。
【0064】
コーティング
本開示はまた、室温で安定であり、かつ40~130℃、好ましくは50~100℃などの高温下で熱ゲル化/熱凝固性になる感熱性水性ポリウレタン分散液を含むコーティングに関する。
【0065】
コーティングは、速乾性コーティングまたはセルラーコーティングであり得る。
【実施例
【0066】
本発明のいくつかの実施形態は、以下の実施例においてここに記載され、すべての部およびパーセンテージは、他に特定されない限り、重量による。
【0067】
実施例で使用された原材料の情報を以下の表1に列挙する。
【表1】
【0068】
ポリウレタン分散液の合成例
a.アニオン性スルホネート界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、固形分23%)を含む外部乳化ポリウレタン分散液PUD-1の合成、固形分=54%
プレポリマー合成:68gのVoranol 9287A(Dow Chemicalから入手可能)および2gのMPEG 1000(Dow Chemicalから入手可能)を機械的攪拌下で3つ口フラスコに装入し、110℃で1時間脱水した後、70~75℃に冷却した。30gのMMDI(モノマー4,4’-ジフェニル-メタン-ジイソシアネート、Dow Chemicalから入手可能)を、脱水したブレンドポリオールに添加した。フラスコの温度を70~75℃で1時間維持した後、80~85℃に上げ、2~3時間維持して反応を完了させた。プレポリマーを冷却し、ペットボトルに詰めて、窒素保護下で密閉保管した。プレポリマーのNCO含有量は、7.1重量%であった。
【0069】
PUD-1合成:そのように合成されたプレポリマー90gを、外径約7cmのCowels Bladeを備えた1000mlのプラスチックカップ(内径約9cm)に装入した。回転速度を4000rpmに設定した。23%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液11.7gをプレポリマーに添加し、30秒間混合した後、氷水80.5g(重量による氷対水=1:1)を5秒で添加した。5分間混合した後、10%のAEEA(アミノエチルエタノールアミン、Dow Chemicalから入手可能)水溶液18gを添加し、さらに3分間混合して、固形分が54%の最終PUD-1を得た。
【0070】
b.アニオン性スルホネート界面活性剤(DOWFAX AS-801、Dow Chemical)を含む外部乳化ポリウレタン分散液PUD-2の合成、固形分=40%
プレポリマー合成:68gのVoranol 9287A(Dow Chemicalから入手可能)および2gのMPEG 1000(Dow Chemicalから入手可能)を機械的攪拌下で3つ口フラスコに装入し、110℃で1時間脱水した後、70~75℃に冷却した。30gのMMDI(モノマー4,4’-ジフェニル-メタン-ジイソシアネート、Dow Chemicalから入手可能)を、脱水したブレンドポリオールに添加した。フラスコの温度を70~75℃で1時間維持した後、80~85℃に上げ、2~3時間維持して反応を完了させた。プレポリマーを冷却し、ペットボトルに詰めて、窒素保護下で密閉保管した。プレポリマーのNCO含有量は、7.1重量%であった。
【0071】
PUD-2合成:そのように合成されたプレポリマー90gを、外径約7cmのCowels Bladeを備えた1000mlのプラスチックカップ(内径約9cm)に装入した。回転速度を4000rpmに設定した。20%のAS-801水溶液11.7gをプレポリマーに添加し、30秒間混合した後、氷水117g(重量による氷対水=1:1)を5秒で添加した。5分間混合した後、10%のAEEA(アミノエチルエタノールアミン、Dow Chemicalから入手可能)水溶液18gを添加し、さらに3分間混合して、固形分が40%の最終PUD-2を得た。
【0072】
対照実施例
対照実施例No.1~No.6を表2に列挙する。3種類の対照実施例を実行する。対照実施例No.1の試料は、いずれの添加剤も含まずにPUD-1のみを使用し、RTおよび高温処理後も常に安定していた。対照実施例No.2~No.5の試料は、4種類の内部乳化PUDを使用し、これらすべては、高温はもちろんのこと、室温でDTABに接触するとすぐに凝固することが見出された。対照実施例No.6の試料は、PUD Caprol 8042および添加剤CTABを使用した。分散液は、室温および高温処理の両方の下で安定していた。
【0073】
本発明の実施例
本発明の実施例No.7~17を表2に列挙する。No.7~No.15まで、脱イオン水を添加することによって、PUD-1の固形分を54%から15%に調整する。添加剤、DTABを、20%の活性水溶液の形態で添加した。PUDおよび添加剤溶液を機械撹拌器によって1000RPMで5分間混合した。本発明の実施例No.10は、1時間後にわずかに粘度が上昇し、24時間後に非常に粘性になった。他の実施例は、RT下で15日後も初期粘度を維持した。本発明の実施例No.16では、DTABをCTABに置き換えた。本発明の実施例No.17では、PUD-1の界面活性剤を別のアニオン性界面活性剤であるDOWFAX AS-801(Dow Chemical)に置き換えた。
【0074】
オーブンで80℃で5分間処理した後(容器に密封され、水分が蒸発しない/ほとんど蒸発しない)、実施例のうちのいくつかは十分にゲル化されてその元の形状を維持したが、他の実施例はゲル化されなかった。
【0075】
DTABおよびCTABなどの添加剤は、室温で安定を維持しながら、非感温性PUDを熱ゲル化PUDに変換する。
【表2】
【0076】
図1からわかるように、対照実施例2、3、4、および5では、PUDを室温でDTABと混合した後、分散液はすぐに凝固した。
【0077】
図2からわかるように、本発明の実施例8、9、および10では、PUDをDTABと混合し、80℃で5分間処理した後、分散液は完全にゲル化した。対照実施例1では、DTABを含まないPUDを80℃で5分間処理した後、分散液はその初期状態として安定していた。本発明の実施例7では、PUDをDTABと混合し、80℃で5分間処理した後、分散液は部分的に凝固した。
【0078】
図3からわかるように、本発明の実施例8では、PUDをDTABと混合し、80℃で5分間処理した後、分散液は完全にゲル化した。本発明の実施例13では、PUDをDTABと混合し、80℃で5分間処理した後、分散液は部分的に凝固した。
【0079】
本発明の実施例7~17では、分散液を80℃で5分間DTABまたはCTABと混合した後、完全にゲル化または部分的に凝固したとしても、分散液は、室温で安定を維持しながら非感温性PUDから熱ゲル化PUDに変換された。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項1.
感熱性水性ポリウレタン分散液であって、
(a)水性ポリウレタン分散液、
(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤、および
(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤、を含む、感熱性水性ポリウレタン分散液。
項2.
前記アニオン性界面活性剤が、アルキルサルフェート、アルキルスルホネート、アルキルベンゼンサルフェート、アルキルベンゼンサルフェートスルホネート、アルキルアルコールアルコキシレートサルフェート、およびアルキルアルコールアルコキシレートスルホネートからなる群から選択される、項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
項3.
前記アルキル基が、C8~C18アルキルであり、前記アルコキシレートが、C2~C3アルキルオキシルである、項2に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
項4.
前記アニオン性界面活性剤が、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ナトリウムC8アルキルアルコールエトキシル化プロポキシル化サルフェート、およびナトリウムC12アルキルアルコールエトキシル化サルフェートからなる群から選択される、項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
項5.
前記カチオン性界面活性剤が、下記に示すような一般構造を有し、式中、Rが、C10~18アルキル基であり、R、R、およびRが、C~Cアルキル基であり、Xが、ハロゲン化物である、項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
【化1】
項6.
前記カチオン性界面活性剤が、ドデシル-トリメチルアンモニウム臭化物、セチル-トリメチルアンモニウム臭化物、またはそれらの混合物である、項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
項7.
前記ポリウレタン分散液の固形物負荷が、分散液の総重量の約1重量%~約70重量%の固形物である、項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
項8.
(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤の(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤に対する重量比が、10:1~1:5である、項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
項9.
前記ポリウレタン分散液が、非イオン化可能なポリウレタンを含む、項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
項10.
前記非イオン化可能なポリウレタンが、水性媒体中でポリウレタン/尿素/チオ尿素プレポリマーを鎖延長試薬と反応させることによって調製される、項8に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
項11.
(a)前記水性ポリウレタン分散液が、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤または(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤で外部から乳化される、項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
項12.
(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤の(a)水性ポリウレタン分散液の固形物に対する重量比が、0.1%~20%である、項1に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液。
項13.
項1~10のいずれかに記載の感熱性水性ポリウレタン分散液を調製するための方法であって、(i)(a)水性ポリウレタン分散液、(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤、および(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤を提供することと、(ii)それらを一緒に混合することと、を含むか、または
(i)(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤によって外部から乳化された(a)水性ポリウレタン分散液を提供することと、(ii)(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤を提供することと、(iii)それらを一緒に混合することと、を含むか、または
(i)(c)少なくとも1つのカチオン性界面活性剤によって外部から乳化された(a)水性ポリウレタン分散液を提供することと、(ii)(b)少なくとも1つのアニオン性界面活性剤を提供することと、(iii)それらを一緒に混合することと、を含む、方法。
項14.
項1~12のいずれか一項に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液に由来するフィルムを含む合成皮革製品。
項15.
項1~12のいずれか一項に記載の感熱性水性ポリウレタン分散液を含むコーティング。
図1
図2
図3