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JP3792669B2 - Method for producing aqueous polyurethane resin dispersion and aqueous polyurethane resin dispersion - Google Patents
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JP3792669B2 - Method for producing aqueous polyurethane resin dispersion and aqueous polyurethane resin dispersion - Google Patents

Method for producing aqueous polyurethane resin dispersion and aqueous polyurethane resin dispersion Download PDF

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aqueous polyurethane
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隆男 西畑
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法および水系ポリウレタン樹脂分散体に関する。
【0002】
【従来の技術】
水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法としては、従来、ホモミキサー、ホモジナイザー、超音波乳化器等の回分式乳化器を使用してバッチ毎に分散体を製造する方法、或いは、ラインミル、コロイドミル等の連続乳化器を使用して連続的に分散体を製造する方法が知られている。
【0003】
しかしながら、連続乳化器を使用する方法では、回転速度やスリット間隔等によって分散体の乳化状態が調整されるが、混合液の粘度等が変化したような場合には、乳化状態が不十分なまま排出されるおそれがある。
【0004】
また、回分式乳化器を使用する方法では、多量の乳化剤を添加する必要があるとともに微細な粒径の分散体を得ることが困難であった。
【0005】
そこで、微細な分散体を得る方法として、予備混合した水とポリウレタン樹脂溶液の混合液を加圧下でチャンバー内に導入し、衝突させて乳化する方法(特許文献1)も検討されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平5−132567号公報
【0007】
しかしながら、該特許文献1記載の方法では、高圧に耐える装置が必要となるため装置が高価となり、しかも大量処理するためのスケールアップが困難であるという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、上記問題に鑑み、十分な乳化状態を確認しつつ分散体を製造でき、しかもスケールアップが容易な回分式乳化器を用い、従来よりも微細な分散体を効率的に製造し得るような水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法および該製造方法によって得られる微細な水系ポリウレタン樹脂分散体を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題に鑑みて鋭意研究した結果、ポリウレタン樹脂溶液に対して水を添加した場合に転相点で液の粘度が急激に増加し、その結果、攪拌槽内の攪拌状態がアンバランスとなってしまい、局部的な発熱等が生じていることを見出し、この転相点における混合液の攪拌を効率的に行うことによって微細な粒径の分散体が得られること等を見出し、本発明を完成した。
【0010】
即ち、本発明の水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法は、水とポリウレタン樹脂溶液とを含む混合液を攪拌槽内で攪拌し、水にポリウレタン樹脂を乳化分散させる水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法において、ポリウレタン樹脂溶液に対して水を添加しつつ攪拌し、且つ攪拌の際には、攪拌槽の内径に対して35〜95%の直径を有する攪拌翼が攪拌槽中の混合液の深さに対して40%以上の高さを占める状態とすることを特徴とするものである。
尚、本発明において混合液の深さとは、乳化完了時における混合液の深さを言うものとする。
【0011】
ポリウレタン樹脂溶液に対する水の混合比率を増加させていく場合には、乳化の直前(転相点)で混合液の粘度が急激に増大し、乳化が完了すると粘度は再び急激に減少することとなる。そこで、攪拌槽の内径に対して35〜95%の直径を有する攪拌翼が攪拌槽中の混合液の深さに対して40%以上の高さを占める状態で攪拌することにより、転相点において混合液の粘度が急激に増大したような場合にも混合液全体が効率的に攪拌されることとなるため、より微細な乳化粒子が得られ易いという効果がある。
【0012】
また、本発明の水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法は、斯かる水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法において、ポリウレタン樹脂溶液に対して水を添加しつつ攪拌し、該攪拌の際には、乳化完了の時期を判断すべく攪拌抵抗を測定することを特徴とするものである。
【0013】
上述のように、ポリウレタン樹脂溶液に対する水の混合比率を増加させていく場合には、乳化の直前で混合液の粘度が急激に増大し、乳化が完了すると粘度は再び急激に減少するため、該攪拌の際に攪拌抵抗を測定すれば、攪拌抵抗のピークを検出することができ、該ピークの検出によって乳化完了の時期を容易に判断することができる。
【0014】
また、本発明の水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法は、斯かる水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法において、ポリウレタン樹脂溶液に対して水を添加しつつ攪拌し、添加する水の温度を混合液よりも低温とすることによって混合液の温度を制御することを特徴とするものである。
【0015】
上述のように、転相点においては混合液の粘度が急激に増大するため、従来の冷却方法では局部的な発熱を抑制することは困難であったが、本発明の水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法によれば、混合液よりも低温の水を添加して温度を制御するため、局部的な発熱を効果的に防止でき、混合液の温度制御が容易になるという効果がある。また、局部的な発熱が防止されれば、乳化物が反応して粒子の凝集やゲル化が起こることも防止することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態に於いて、水とポリウレタン樹脂溶液とを含む混合液を攪拌するために使用する攪拌装置の一態様を模式的に示したものである。図1に示す如く、該攪拌装置1は、内径Dの攪拌槽2と、該攪拌槽2内の混合液(水およびポリウレタン樹脂溶液)に浸漬される攪拌翼3とを備えている。
該攪拌翼3は、攪拌槽2の内径Dに対して35〜95%の直径dを有する平板状のものであって、乳化完了時に攪拌槽2中に仕込まれる混合液の深さHに対して40%以上の高さhを占めるものである。該平板状の攪拌翼3には、例えば図1に示す如く、その内側に矩形状の開口部が多数形成されている。
【0017】
また、攪拌翼3の軸はモータ(図示せず)に連結されており、該モータは回転に要する負荷を測定することが可能な負荷測定装置(例えば、電流計など)を介して電源装置に接続されている。即ち、水を添加しつつ攪拌する際の攪拌抵抗は、該負荷測定装置によって随時測定可能なように構成されている。
【0018】
該攪拌装置1を用いて水系ポリウレタン樹脂分散体を製造する手順について説明する。先ず、ポリウレタン樹脂が溶媒中に溶解したポリウレタン樹脂溶液を、攪拌槽2内に所定量だけ仕込む。この際の液5の深さHと攪拌翼3の高さhとの関係については特に制限されるものではないが、転相点となる際に、上述のような混合液と攪拌翼との関係を満たすベく、水とポリウレタン樹脂溶液との概算の混合比率から逆算した範囲とする。
【0019】
そして、攪拌翼3を回転させて溶液を攪拌しながら、水を徐々に添加する。添加する水の温度は、攪拌槽2内の混合液の温度よりも10〜40℃低く設定し、混合液の温度が一定となるよう制御しつつ添加することが好ましい。例えば、混合液の温度が上昇する傾向にある場合には、添加する水の流量を増やすか又は添加する水の温度を更に下げることにより、逆に混合液の温度が低下する傾向にある場合には、添加する水の流量を減らすか又は添加する水の温度を上げることにより、混合液の温度が一定となるよう制御する。
【0020】
こうして、ポリウレタン樹脂溶液に水を添加していくと、ポリウレタン樹脂溶液に対する水の比率が概ね0.3〜1.5の範囲内で急激に混合液の粘度が増加し、ポリウレタン樹脂溶液中に水が分散した状態(W/O型)から、水中にポリウレタン樹脂溶液が分散した状態(O/W型)へと変化(転相ともいう)する。そして、さらに少量の水を添加することにより乳化が完了し、ポリウレタン樹脂分散体が安定した状態となって混合液の粘度は急激に低下する。
【0021】
図2は、ポリウレタン樹脂溶液に対する水の割合と、混合液の粘度との関係を測定した結果の一例を示したものである。図2からも明らかなように、ポリウレタン樹脂溶液と水との混合液は、転相点の近傍を除く略全域において1000mPa・s未満の低粘度状態となっているが、転相点では、ごく狭い範囲とはいえ、約9500mPa・sという高粘度にまで達していることがわかる。
【0022】
本実施形態の水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法によれば、攪拌槽2の内径Dに対して35〜95%の直径dを有する攪拌翼が、混合液の深さHに対して40%以上を占める状態で攪拌を行うため、このような転相点の近傍で高粘度状態となった混合液についても効率的に攪拌することができ、その結果、ポリウレタン樹脂の乳化粒子を微粒化することが可能となる。
【0023】
また、このような混合液の粘度の急激な増加および急激な低下(本明細書において、粘度のピークともいう)は、本実施形態では攪拌翼3の攪拌抵抗のピーク、即ち攪拌用モーターの負荷のピークとして測定されるため、攪拌抵抗を測定しながら水を添加することによって乳化の完了を容易に検知することができる。
【0024】
さらに、攪拌槽3内の混合液よりも低温の水を供給して温度制御を行うため、従来のように攪拌槽外周部にジャケットを設けて冷却する場合や、攪拌槽内に冷却管を設けて冷却する場合と比較して、より直接的に混合液を冷却することが可能となる。よって、転相点に於いて粘度が急激に増大した場合にも、上述のような攪拌翼の使用による効果とも相俟って、局所的な発熱が有効に防止されることとなる。
尚、ポリウレタン樹脂溶液を冷却して添加する方法も考えられるが、ポリウレタン樹脂溶液の粘度が増して水との混合が困難となるため、本発明においては好ましくない。
【0025】
本発明で使用する攪拌翼は、攪拌槽の内径に対して35〜95%の直径を有する部分が、乳化完了時の混合液の深さに対して40%以上を占めるものであればよく、上記実施形態の攪拌翼に限定されるわけではない。
よって、例えば、図3に示すような上下に分離した翼においては、攪拌槽の内径に対して35〜95%の直径dを有する部分の高さh1およびh2の和が、乳化完了時の混合液の深さHに対して40%以上を占めるような状態で攪拌すればよい。
【0026】
また、攪拌翼の羽根形状や角度については特に限定されず、軸に対して複数の攪拌翼を備えている場合には、互いに異なる角度で設けたものでもよい。
【0027】
さらに、本発明に用いる攪拌翼としては、ヘリカル型(螺旋型)のものを採用することもできる。即ち、ヘリカル型の攪拌翼の場合には、ヘリカル羽根の外径が攪拌槽の内径に対して35〜95%であり、そのヘリカル羽根が混合液の深さに対して40%以上を占めるような軸方向の長さを備えて螺旋状に延びたものとすればよい。
【0028】
また、市販の攪拌翼としては、マックスブレンド翼(住友重機械工業製)や、フルゾーン翼(神鋼パンテツク製)等が本発明において好適に使用できる。
【0029】
本発明の製造方法を適用して製造される水系ポリウレタン樹脂としては、ウレタン樹脂骨格中にアニオン性、カチオン性、非イオン性の親水基を導入して自己乳化分散させるものや、又は疎水性のウレタン樹脂に界面活性剤を添加することによって乳化分散させるものなどを対象とすることができる。
【0030】
前記ポリウレタン樹脂を構成するポリイソシアネートとしては、従来から慣用されている芳香族、脂肪族、脂環式のポリイソシアネートを使用でき、例えば、ナフタレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリ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、水素添加ジフェニルメタ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、トリレンジイソシアネート等のポリイソシアネートを使用することができる。
【0031】
また、前記ポリウレタン樹脂を構成するポリオールとしては、公知のものを使用でき、ポリエーテル、ポリエステル、ポリエーテルエステル、ポリチオエーテル、ポリアセタール、ポリブタジエン、ポリシロキサン等の分子中に2個以上のヒドロキシル基を有する化合物を使用できる。
【0032】
該ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ブタンジオール、プロピレングリコール、ヘキサンジオール、ビスフェノールA、ビスフェノールB、ビスフェノールS、水素添加ビスフェノールA、ジブロムビスフェノールA、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジヒドロキシエチルエチルテレフタレート、ハイドロキノンジヒドロキシエチルエーテル、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の多価アルコール;これら多価アルコールのアルキレン誘導体;これら多価アルコール又はアルキレン誘導体と、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、若しくは多価カルボン酸エステルとのエステル化合物;ポリカーボネートポリオール、ポリテトラメチレングリコール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリチオエーテルポリオール、ポリアセタールポリオール、フッ素ポリオール、シリコンポリオール、ヒマシ油ポリオール、アクリルポリオール等を挙げることができる。
【0033】
また、該ポリウレタン樹脂溶液を構成する溶媒は、主にポリウレタン製造における反応制御、粘度低下等の目的で添加される有機溶剤(所謂、反応溶媒)であり、特に限定されるものではない。該溶媒としては、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチル等の酢酸エステル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類が挙げられる。
該溶媒は、本発明によって水系ポリウレタン樹脂分散体を得た後、蒸留除去しても良い。
【0034】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0035】
実施例1
公知の方法により、ポリオールとしての1,2−ポリブタジエンポリオール1.2重量部およびポリエステルポリオール2.5重量部の混合物を脱水した後、メチルエチルケトン4.5重量部を反応溶剤として加えて十分に攪拌し、ポリイソシアネートとしてナフチレンジイソシアネートを前記ポリオールに対して1:2の当量比で加えて反応させることにより、ポリウレタン樹脂溶液を作製した。該ポリウレタン樹脂溶液を50℃にまで冷却したところ、不揮発分56%を含む溶液であった。
該ポリウレタン樹脂溶液2.0kgを、内径Dが略18cmである攪拌槽に仕込み、攪拌翼(神鋼パンテツク(株)製フルゾーン、径14cm)を160rpmで攪拌させ、攪拌に要する動力を測定しながら15℃に冷却した水2.4kgを10分かけて徐々に加えていった。尚、水を全量加えた際(乳化完了時)には、攪拌槽の内径に対して35〜95%の直径を有する攪拌翼は、混合液の深さに対して80%の高さを占めた状態であった。
【0036】
その結果、攪拌に要した動力は、水添加前では8Wであり、ポリウレタン樹脂溶液に対する水の割合が1.1のときに最高値の33Wとなり、該割合が1.2のとき抵抗が急激に低下して7Wとなった。
【0037】
また、各状態において混合液の粘度をBM型粘度計で測定したところ、水添加前には830mPa・s、抵抗が最高となった時には9400mPa・s、乳化後には640mPa・sであった。
【0038】
その後、得られた乳化状態の混合液をさらに減圧処理し、溶剤であるメチルエチルケトンを除去し、レーザー回析式粒度分布装置(SALD−2100、島津製作所製)を用いて粒子径を測定したところ、粒子径が0.20μmという微細なポリウレタン樹脂分散体が得られていることが認められた。
【0039】
比較例1
フルゾーン翼をパドル翼(径9cm)に代え、水を全量加えた際に、攪拌槽の内径に対して35〜95%の直径を有する攪拌翼が、混合液の深さに対して10%の高さを占める状態とすること以外は、実施例1と同様にして、ポリウレタン樹脂分散体を作製した。
【0040】
その結果、ポリウレタン樹脂と水との攪拌混合が十分に行われず、乳化することができなかった。尚、攪拌抵抗が最高となった際の、混合液の深さに対する攪拌翼の占める高さh/Hは11%であった。
【0041】
比較例2
撹拌装置として、ホモミキサー(特殊機化工業株式会社製、T.K.ホモミクサー MARK II 10)を用い、水を全量加えた際に、攪拌槽の内径に対して35〜95%の直径を有する攪拌翼が、混合液の深さに対して20%の高さを占める状態とすること、及び、添加する水を常温としてジャケットにより冷却を行うこと以外は、実施例1と同様にして、ポリウレタン樹脂分散体を作製した。
【0042】
その結果、攪拌に要した動力は、水添加前では12Wであり、ポリウレタン樹脂溶液に対する水の割合が1.1のときに最高値の60Wとなり、該割合が1.2のとき抵抗が急激に低下して10Wとなった。
【0043】
また、各状態において混合液の粘度をBM型粘度計で測定したところ、水添加前には830mPa・s、抵抗が最高となった時には8200mPa・s、乳化後には520mPa・sであった。
【0044】
その後、得られた乳化状態の混合液をさらに減圧処理し、溶剤であるメチルエチルケトンを除去したところ、得られた乳化物には、数mmのゲル化物が含まれていた。また、ポリウレタン樹脂分散体の粒子径は0.32μmであった。
【0045】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法によれば、回分式乳化器を用いた場合においても、従来よりも微細な分散体を効率的に製造することが可能となる。
【0046】
また、本発明の水系ポリウレタン樹脂分散体は、ポリウレタン樹脂が従来よりも微細な状態で分散したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用される撹拌装置の一態様を示した断面図。
【図2】ポリウレタン樹脂溶液に対する水の混合比率と、該混合液の粘度との関係について、測定結果の一例を示したグラフ。
【図3】本発明で使用される撹拌装置の他の態様を示した断面図。
【符号の説明】
1 攪拌装置
2 攪拌槽
3 攪拌翼
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion and an aqueous polyurethane resin dispersion.
[0002]
[Prior art]
As a method for producing a water-based polyurethane resin dispersion, conventionally, a batch-type emulsifier such as a homomixer, a homogenizer, or an ultrasonic emulsifier is used to produce a dispersion for each batch, or a line mill, a colloid mill, or the like. A method for continuously producing a dispersion using a continuous emulsifier is known.
[0003]
However, in the method using a continuous emulsifier, the emulsified state of the dispersion is adjusted by the rotation speed, the slit interval, etc., but the emulsified state remains insufficient when the viscosity of the mixed liquid changes. May be discharged.
[0004]
Further, in the method using a batch emulsifier, it is necessary to add a large amount of an emulsifier and it is difficult to obtain a dispersion having a fine particle size.
[0005]
Therefore, as a method for obtaining a fine dispersion, a method of introducing a premixed mixture of water and a polyurethane resin solution into a chamber under pressure and causing the mixture to collide to emulsify (Patent Document 1) has been studied.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-5-132567 [0007]
However, the method described in Patent Document 1 requires a device that can withstand high pressure, so that the device is expensive and it is difficult to scale up for mass processing.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in view of the above problems, the object of the present invention is to produce a dispersion while confirming a sufficient emulsified state, and to use a batch-type emulsifier that is easy to scale up, and to efficiently disperse a finer dispersion than before. It is an object of the present invention to provide a method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion that can be produced, and a fine aqueous polyurethane resin dispersion obtained by the production method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have rapidly increased the viscosity of the liquid at the phase inversion point when water is added to the polyurethane resin solution, and as a result, the stirring state in the stirring tank It is found that a dispersion with a fine particle size can be obtained by efficiently stirring the liquid mixture at this phase inversion point. The headline and the present invention were completed.
[0010]
That is, the method for producing a water-based polyurethane resin dispersion of the present invention is a method for producing a water-based polyurethane resin dispersion in which a mixed liquid containing water and a polyurethane resin solution is stirred in a stirring tank, and the polyurethane resin is emulsified and dispersed in water. In addition, stirring is performed while adding water to the polyurethane resin solution, and when stirring, a stirring blade having a diameter of 35 to 95% with respect to the inner diameter of the stirring tank has a depth of the mixed liquid in the stirring tank. On the other hand, it occupies a height of 40% or more.
In the present invention, the depth of the mixed liquid refers to the depth of the mixed liquid when emulsification is completed.
[0011]
When the mixing ratio of water with respect to the polyurethane resin solution is increased, the viscosity of the mixed solution increases rapidly immediately before emulsification (phase inversion point), and once the emulsification is completed, the viscosity decreases rapidly again. . Therefore, the phase inversion point is obtained by stirring in a state where a stirring blade having a diameter of 35 to 95% with respect to the inner diameter of the stirring tank occupies a height of 40% or more with respect to the depth of the mixed liquid in the stirring tank. In this case, even when the viscosity of the liquid mixture suddenly increases, the whole liquid mixture is efficiently stirred, so that it is easy to obtain finer emulsified particles.
[0012]
Further, the method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion of the present invention is the method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion, wherein the polyurethane resin solution is stirred while adding water, and the emulsification is completed during the stirring. The stirring resistance is measured in order to determine the timing.
[0013]
As described above, when the mixing ratio of water with respect to the polyurethane resin solution is increased, the viscosity of the mixed solution rapidly increases immediately before emulsification, and when the emulsification is completed, the viscosity decreases rapidly again. If stirring resistance is measured during stirring, the peak of stirring resistance can be detected, and the timing of completion of emulsification can be easily determined by detecting the peak.
[0014]
Further, the method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion according to the present invention is the method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion, wherein the polyurethane resin solution is stirred while adding water, and the temperature of the added water is adjusted from the mixed solution. Also, the temperature of the mixed liquid is controlled by lowering the temperature.
[0015]
As described above, since the viscosity of the mixed solution rapidly increases at the phase inversion point, it has been difficult to suppress local heat generation by the conventional cooling method, but the aqueous polyurethane resin dispersion of the present invention has According to the manufacturing method, since the temperature is controlled by adding water at a temperature lower than that of the mixed solution, local heat generation can be effectively prevented, and the temperature of the mixed solution can be easily controlled. Further, if local heat generation is prevented, it is possible to prevent the emulsion from reacting to cause aggregation and gelation of particles.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 schematically shows an embodiment of a stirring device used for stirring a mixed solution containing water and a polyurethane resin solution in one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the stirring device 1 includes a stirring tank 2 having an inner diameter D, and a stirring blade 3 immersed in a mixed solution (water and polyurethane resin solution) in the stirring tank 2.
The stirring blade 3 is a flat plate having a diameter d of 35 to 95% with respect to the inner diameter D of the stirring tank 2, and with respect to the depth H of the mixed solution charged into the stirring tank 2 when emulsification is completed. And occupies a height h of 40% or more. For example, as shown in FIG. 1, the flat stirring blade 3 has a large number of rectangular openings formed therein.
[0017]
The shaft of the stirring blade 3 is connected to a motor (not shown), and the motor is connected to the power supply device via a load measuring device (for example, an ammeter) capable of measuring a load required for rotation. It is connected. That is, the stirring resistance when stirring while adding water is configured so that it can be measured at any time by the load measuring device.
[0018]
A procedure for producing a water-based polyurethane resin dispersion using the stirring device 1 will be described. First, a predetermined amount of a polyurethane resin solution in which a polyurethane resin is dissolved in a solvent is charged into the stirring tank 2. The relationship between the depth H of the liquid 5 and the height h of the stirring blade 3 at this time is not particularly limited, but when the phase inversion point is reached, In order to satisfy the relationship, the range should be calculated backward from the approximate mixing ratio of water and polyurethane resin solution.
[0019]
Then, water is gradually added while stirring the solution by rotating the stirring blade 3. The temperature of the water to be added is preferably set to 10 to 40 ° C. lower than the temperature of the mixed solution in the stirring tank 2 and added while controlling the temperature of the mixed solution to be constant. For example, when the temperature of the liquid mixture tends to increase, the temperature of the liquid mixture tends to decrease by increasing the flow rate of the water to be added or further decreasing the temperature of the water to be added. Controls the temperature of the mixed liquid to be constant by reducing the flow rate of the water to be added or by increasing the temperature of the water to be added.
[0020]
Thus, when water is added to the polyurethane resin solution, the viscosity of the mixed solution suddenly increases when the ratio of water to the polyurethane resin solution is generally within a range of 0.3 to 1.5, and water is added to the polyurethane resin solution. Changes from a dispersed state (W / O type) to a dispersed state of polyurethane resin solution in water (O / W type) (also referred to as phase inversion). Further, by adding a small amount of water, the emulsification is completed, the polyurethane resin dispersion becomes stable, and the viscosity of the mixed solution rapidly decreases.
[0021]
FIG. 2 shows an example of the result of measuring the relationship between the ratio of water to the polyurethane resin solution and the viscosity of the mixed solution. As is clear from FIG. 2, the mixed solution of the polyurethane resin solution and water is in a low-viscosity state of less than 1000 mPa · s in almost the entire region except the vicinity of the phase inversion point. Although it is a narrow range, it can be seen that a high viscosity of about 9500 mPa · s has been reached.
[0022]
According to the method for producing the aqueous polyurethane resin dispersion of the present embodiment, the stirring blade having a diameter d of 35 to 95% with respect to the inner diameter D of the stirring tank 2 is 40% or more with respect to the depth H of the mixed solution. Since the mixture is stirred in a state of occupying a large amount of water, it is possible to efficiently stir the liquid mixture having a high viscosity in the vicinity of the phase inversion point. As a result, the emulsion particles of the polyurethane resin can be atomized. Is possible.
[0023]
In addition, in this embodiment, the viscosity of the mixed liquid suddenly increases and decreases (also referred to as a viscosity peak) in this embodiment, the peak of the stirring resistance of the stirring blade 3, that is, the load of the stirring motor. Therefore, the completion of emulsification can be easily detected by adding water while measuring the stirring resistance.
[0024]
Furthermore, in order to control the temperature by supplying water at a temperature lower than that of the mixed liquid in the stirring tank 3, when cooling by providing a jacket on the outer periphery of the stirring tank as in the prior art, a cooling pipe is provided in the stirring tank. Compared with the case where it cools, it becomes possible to cool a liquid mixture more directly. Therefore, even when the viscosity suddenly increases at the phase inversion point, local heat generation is effectively prevented in combination with the effect of using the stirring blade as described above.
In addition, although the method of cooling and adding a polyurethane resin solution is also considered, since the viscosity of a polyurethane resin solution increases and mixing with water becomes difficult, it is not preferable in this invention.
[0025]
The stirring blade used in the present invention may be a portion having a diameter of 35 to 95% with respect to the inner diameter of the stirring tank as long as it occupies 40% or more with respect to the depth of the mixed liquid when emulsification is completed. It is not necessarily limited to the stirring blade of the said embodiment.
Therefore, for example, in the blades separated vertically as shown in FIG. 3, the sum of the heights h1 and h2 of the portion having a diameter d of 35 to 95% with respect to the inner diameter of the stirring tank is the mixing at the time of completion of emulsification What is necessary is just to stir in the state which occupies 40% or more with respect to the depth H of a liquid.
[0026]
Further, the blade shape and angle of the stirring blade are not particularly limited, and when a plurality of stirring blades are provided with respect to the shaft, they may be provided at different angles.
[0027]
Further, as the stirring blade used in the present invention, a helical type (spiral type) can be adopted. That is, in the case of a helical stirring blade, the outer diameter of the helical blade is 35 to 95% with respect to the inner diameter of the stirring tank, and the helical blade occupies 40% or more with respect to the depth of the mixed liquid. What is necessary is just to be provided with the length of a certain axial direction, and to extend spirally.
[0028]
Moreover, as a commercially available stirring blade, a Max blend blade (manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.), a full zone blade (manufactured by Shinko Pantec) or the like can be suitably used in the present invention.
[0029]
Examples of the aqueous polyurethane resin produced by applying the production method of the present invention include those in which an anionic, cationic or nonionic hydrophilic group is introduced into the urethane resin skeleton and self-emulsified and dispersed, or hydrophobic What is emulsified and dispersed by adding a surfactant to a urethane resin can be targeted.
[0030]
As the polyisocyanate constituting the polyurethane resin, conventionally used aromatic, aliphatic, and alicyclic polyisocyanates can be used. For example, naphthalene diisocyanate, isophorone diisocyanate, xylylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, hydrogen Polyisocyanates such as added diphenylmethane diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, and tolylene diisocyanate can be used.
[0031]
Moreover, as a polyol which comprises the said polyurethane resin, a well-known thing can be used and it has two or more hydroxyl groups in molecules, such as polyether, polyester, polyetherester, polythioether, polyacetal, polybutadiene, polysiloxane. Compounds can be used.
[0032]
Examples of the polyol include ethylene glycol, diethylene glycol, butanediol, propylene glycol, hexanediol, bisphenol A, bisphenol B, bisphenol S, hydrogenated bisphenol A, dibromobisphenol A, 1,4-cyclohexanedimethanol, dihydroxyethyl. Polyhydric alcohols such as ethyl terephthalate, hydroquinone dihydroxyethyl ether, trimethylolpropane, glycerin and pentaerythritol; alkylene derivatives of these polyhydric alcohols; polyhydric alcohols or alkylene derivatives, polyhydric carboxylic acids, polyhydric carboxylic anhydrides Or an ester compound with a polycarboxylic acid ester; polycarbonate polyol, polytetramethylene glycol, polycap Lactone polyols, polybutadiene polyols, polythioether polyols, polyacetal polyols, fluorine polyol, silicon polyol, castor oil polyol, and acrylic polyol.
[0033]
The solvent constituting the polyurethane resin solution is an organic solvent (so-called reaction solvent) added mainly for the purpose of reaction control and viscosity reduction in polyurethane production, and is not particularly limited. Examples of the solvent include aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran, acetates such as ethyl acetate and butyl acetate, and amides such as dimethylformamide.
The solvent may be distilled off after obtaining the aqueous polyurethane resin dispersion according to the present invention.
[0034]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these Examples.
[0035]
Example 1
After dehydrating a mixture of 1.2 parts by weight of 1,2-polybutadiene polyol as a polyol and 2.5 parts by weight of a polyester polyol by a known method, 4.5 parts by weight of methyl ethyl ketone is added as a reaction solvent and sufficiently stirred. A polyurethane resin solution was prepared by adding naphthylene diisocyanate as a polyisocyanate in an equivalent ratio of 1: 2 with respect to the polyol and causing the reaction. When the polyurethane resin solution was cooled to 50 ° C., it was a solution containing 56% non-volatile content.
The polyurethane resin solution (2.0 kg) was charged into a stirring tank having an inner diameter D of approximately 18 cm, and a stirring blade (full zone manufactured by Shinko Pantec Co., Ltd., diameter: 14 cm) was stirred at 160 rpm, and the power required for stirring was measured. 2.4 kg of water cooled to ° C. was gradually added over 10 minutes. When the whole amount of water is added (when emulsification is completed), the stirring blade having a diameter of 35 to 95% with respect to the inner diameter of the stirring tank occupies a height of 80% with respect to the depth of the mixed liquid. It was in a state.
[0036]
As a result, the power required for stirring was 8 W before the addition of water, the maximum value was 33 W when the ratio of water to the polyurethane resin solution was 1.1, and the resistance rapidly increased when the ratio was 1.2. It decreased to 7W.
[0037]
Further, when the viscosity of the mixed solution was measured with a BM viscometer in each state, it was 830 mPa · s before the addition of water, 9400 mPa · s when the resistance was the highest, and 640 mPa · s after the emulsification.
[0038]
Thereafter, the resulting emulsified liquid mixture was further subjected to reduced pressure treatment to remove methyl ethyl ketone as a solvent, and the particle size was measured using a laser diffraction particle size distribution device (SALD-2100, manufactured by Shimadzu Corporation). It was confirmed that a fine polyurethane resin dispersion having a particle size of 0.20 μm was obtained.
[0039]
Comparative Example 1
When the full-zone blade is replaced with a paddle blade (diameter 9 cm) and all of the water is added, the stirring blade having a diameter of 35 to 95% with respect to the inner diameter of the stirring tank is 10% of the depth of the mixed liquid. A polyurethane resin dispersion was produced in the same manner as in Example 1 except that the height was occupied.
[0040]
As a result, the polyurethane resin and water were not sufficiently stirred and mixed, and could not be emulsified. The height h / H occupied by the stirring blade with respect to the depth of the mixed solution when the stirring resistance reached the maximum was 11%.
[0041]
Comparative Example 2
As a stirring device, a homomixer (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd., TK homomixer MARK II 10) has a diameter of 35 to 95% with respect to the inner diameter of the stirring tank when all the water is added. Polyurethane in the same manner as in Example 1 except that the stirring blade occupies a height of 20% with respect to the depth of the mixed solution and that the water to be added is cooled at a room temperature with a jacket. A resin dispersion was prepared.
[0042]
As a result, the power required for stirring was 12 W before the addition of water, the maximum value was 60 W when the ratio of water to the polyurethane resin solution was 1.1, and the resistance rapidly increased when the ratio was 1.2. It decreased to 10W.
[0043]
Further, when the viscosity of the mixed solution was measured with a BM viscometer in each state, it was 830 mPa · s before the addition of water, 8200 mPa · s when the resistance was the highest, and 520 mPa · s after the emulsification.
[0044]
Thereafter, the obtained emulsified liquid mixture was further subjected to reduced pressure treatment to remove methyl ethyl ketone as a solvent. As a result, the obtained emulsion contained a gelled product of several mm. The particle diameter of the polyurethane resin dispersion was 0.32 μm.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for producing a water-based polyurethane resin dispersion according to the present invention, even when a batch type emulsifier is used, it is possible to efficiently produce a finer dispersion than before. .
[0046]
The aqueous polyurethane resin dispersion of the present invention is a polyurethane resin dispersed in a finer state than before.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a stirring device used in the present invention.
FIG. 2 is a graph showing an example of measurement results for the relationship between the mixing ratio of water to the polyurethane resin solution and the viscosity of the mixed solution.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the stirring device used in the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Stirrer 2 Stirrer 3 Stirring Blade

Claims (1)

水とポリウレタン樹脂溶液とを含む混合液を攪拌槽内で攪拌し、水にポリウレタン樹脂を乳化分散させる水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法において、
ポリウレタン樹脂溶液に対して水を添加しつつ攪拌し、攪拌の際には、攪拌槽の内径に対して35〜95%の回転直径を有する攪拌翼が攪拌槽中の混合液の深さに対して40%以上の高さを占める状態とし、乳化完了の時期を判断すべく攪拌抵抗を測定し、且つ添加する水の温度を混合液よりも低温とすることによって混合液の温度を制御することを特徴とする水系ポリウレタン樹脂分散体の製造方法
In the method for producing an aqueous polyurethane resin dispersion in which a mixed liquid containing water and a polyurethane resin solution is stirred in a stirring vessel, and the polyurethane resin is emulsified and dispersed in water.
While adding water of the polyurethane resin solution was stirred, during 拌is the depth of the mixture stirring blade of the stirring vessel having a 35% to 95% of the rotational diameter relative to the inner diameter of the stirring vessel On the other hand, the temperature of the liquid mixture is controlled by measuring the agitation resistance to determine the timing of completion of emulsification, and by setting the temperature of the water to be added to be lower than that of the liquid mixture. method of manufacturing an aqueous polyurethane resin dispersion which is characterized in that.
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