JP2000026800A - 紫外線硬化性イソシアネ―ト基をもつウレタン(メタ)アクリレ―トを含む水性塗料組成物 - Google Patents
紫外線硬化性イソシアネ―ト基をもつウレタン(メタ)アクリレ―トを含む水性塗料組成物Info
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Abstract
分を迅速に処理できる塗料組成物を提供する。また、架
橋成分、好ましくは活性水素原子を含むポリオールの選
択により特定用途に応じて性質を変えられるようにす
る。更に、全く又は十分に照射されない領域でも十分な
硬化を達成する。 【解決手段】 a)(メタ)アクリロイル基と、場合に
より遊離イソシアネート基をもつウレタン(メタ)アク
リレートと、 b)場合により別のポリイソシアネートと、 c)遊離基メカニズムにより重合を開始する紫外線開始
剤と、 d)イソシアネート反応性基を含む1種以上の水性結合
剤 を含む水性塗料組成物。更に、種々の支持体、特に金属
支持体に塗布するための前記塗料組成物の使用。
Description
クリレートとイソシアネート反応性基を含む結合剤を含
む水性塗料組成物及び種々の支持体、特に金属支持体に
塗布するためのその使用に関する。
重合により(メタ)アクリロイル基を含む塗料組成物を
硬化することは知られており、工業的に確立された方法
である。この方法は塗料技術で最も迅速な硬化方法の1
つである。しかし、紫外線硬化性ラッカーは、硬化中に
相当の体積が収縮するため、密着性の問題などの欠点が
ある。この系に固有の高い架橋密度は脆性、弾性低下及
び衝撃強さの低下の原因となる。また、紫外線硬化性
(メタ)アクリロイル基を含む塗料組成物の硬化は適切
な波長の放射線を十分な線量で利用できるか否かに依存
する。十分に照射されない領域は硬化しにくく、表面抵
抗が著しく低下し、照射されない領域は全く硬化しな
い。ポリイソシアネートとイソシアネート反応性基をも
つ化合物を含む水性結合剤組成物、好ましくは例えばE
P−A358,979に記載されているようなポリオー
ルから製造した塗料も知られている。これらの塗料は反
応体の選択範囲が広いため、密着性、弾性、衝撃強さ及
び耐候性等の技術的性質を広範に変化させることができ
る。しかし、放射線硬化性系に比較すると、高温でも水
性2成分ポリウレタン組成物の硬化に長時間を要する。
硬化に紫外線を必要としないという点も異なる。
紫外線による硬化とポリウレタン形成による硬化の所謂
二重硬化系も知られている。例えば、米国特許第4,3
42,793号は放射線硬化性反応性シンナー(アクリ
ル酸の低分子量エステル)と、飽和ポリオールと、ポリ
イソシアネートを含む硬化性樹脂組成物を記載してい
る。硬化は照射により反応性シンナーを重合した後、熱
硬化によりポリオールとポリイソシアネートからポリウ
レタンを形成することにより実施される。これらの組成
物の欠点は、溶剤含量が比較的高いため、発散レベルが
比較的高いことである。更に、照射条件が不適切である
場合には反応性シンナーは化学的に取り込まれず、硬化
したラッカー塗膜に残ってしまう。これは、例えばラッ
カー塗膜が皮膚と接触する場合に問題となる。また、ラ
ッカー塗膜の硬度や物理的及び化学的耐性等の性質にも
悪影響を与えかねない。
合剤を含み、紫外線硬化により塗布部分を迅速に処理で
きる塗料組成物を提供することである。本発明の別の目
的は、架橋成分、好ましくは活性水素原子を含むポリオ
ールの選択により特定用途に応じて性質を変えられるよ
うにすることである。本発明の更に別の目的は、全く又
は十分に照射されない領域でも十分な硬化を達成するこ
とである。驚くべきことに、これらの目的は、(メタ)
アクリロイル基と場合により遊離NCO基ををもつウレ
タン(メタ)アクリレートと、水性ポリオールと、場合
によりポリイソシアネートを含む本発明の塗料組成物に
より達成することができる。これらの組成物では、紫外
線硬化を実施し、迅速に処理可能な塗膜を形成すること
ができる。その後、NCOの反応により架橋が完全に進
み、高い化学的及び機械的耐性を示す塗膜が得られる。
多少の残留密度の二重結合がある場合に十分に照射され
ない領域でもNCOの反応により架橋が確保され、こう
して必要最小限の耐性が確保される。これらの2種の反
応プロセスは相互に妨げ合い、即ち迅速な紫外線重合は
NCOの遅い反応を「凍結」させ、イソシアネート反応
性基を含む化合物とNCO基の反応は完全に行われない
と予想されていたので、これは意外である。
アネート基をもつウレタン(メタ)アクリレートと、 b)場合により別のポリイソシアネートと、 c)遊離基メカニズムにより重合を開始する紫外線開始
剤と、 d)イソシアネート反応性基を含む1種以上の水性結合
剤 を含む水性塗料組成物に関する。本発明は、種々の支持
体、特に金属支持体に塗布するための前記塗料組成物の
使用にも関する。
て製造することが好ましく、成分I)は好ましくは成分
a)+b)を含み、第2の成分II)は成分c)+d)
を含む。成分I)において、成分a)の(メタ)アクリ
ロイル基と、成分a)及びb)の遊離イソシアネート基
の合計との当量比は0.5:2.0〜2.0:0.5で
あることが好ましい。良好な塗布性を得るために、成分
I及び/又はIIに更に、 e)390nmまでの吸収範囲をもつ紫外線吸収剤、 f)ヒンダードアミン光(HALS)安定剤、 g)他の塗料添加剤、 h)NCO基の反応を加速するための触媒、及び i)架橋反応に対して不活性な補助溶剤 を加えてもよい。成分I)及びII)は、NCO基とイ
ソシアネート反応性基との当量比が2:1〜0.5:
1、好ましくは1.5:1〜0.8:1、より好ましく
は1.3:1〜1:1となるように配合する。
む1価アルコールとジ又はポリイソシアネートから製造
される。ウレタン(メタ)アクリレートの製造方法は公
知であり、例えばDE−A1,644,798、DE−
A2,115,373、DE−A2,737,406に
記載されている。本発明のウレタン(メタ)アクリレー
トにおけるNCO基とOH基との当量比は好ましくは
1:0.2〜1:1、より好ましくは1:0.2〜1:
0.8、最も好ましくは1:0.3〜1:0.6であ
る。(メタ)アクリロイル基を含む1価アルコールとし
ては、アクリル酸又はメタクリル酸と2価アルコールの
エステル(例えば2−ヒドロキシエチル、2−もしくは
3−ヒドロキシプロピル又は2−、3−もしくは4−ヒ
ドロキシブチル(メタ)アクリレート)とこの種の化合
物の混合物を利用できる。n価アルコール又はその混合
物と(メタ)アクリル酸のエステル化により得られる反
応生成物も利用でき、ここで“n”は>2〜4の整数又
は分数を表し、好ましくは3である。これらの化合物は
n価アルコール1モル当たり(n−0.8)〜(n−
1.2)、より好ましくは(n−1)モルの(メタ)ア
クリル酸を反応させることにより製造することが好まし
い。
は、 i) グリセロール、トリメチロールプロパン及び
/又はペンタエリトリトール、 ii) これらのアルコールの低分子量アルコキシル
化物(例えばエトキシル化又はプロポキシル化トリメチ
ロールプロパン、例えばOH価550のエチレンオキシ
ドとトリメチロールプロパンの付加物)、又は iii) i)及び/又はii)と2価アルコールの混
合物(例えばエチレングリコール又はプロピレングリコ
ール)と、 iv) (メタ)アクリル酸 の反応生成物が挙げられる。これらの化合物は116〜
1000、好ましくは116〜750、より好ましくは
116〜158の数平均分子量(Mn)をもつ。
レートa)の製造には全ジ又はポリイソシアネートを利
用できる。例えば、ブ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(HDI)、1−イソシアナ
ト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチル
シクロヘキサン(IPDI)、ビス(イソシアナトシク
ロヘキシル)メタン、他の公知の脂肪族ジイソシアネー
ト又はその混合物が挙げられる。これらのジイソシアネ
ートから製造される「ラッカーポリイソシアネート」も
利用できる。「ラッカーポリイソシアネート」はビウレ
ット、ウレタン、ウレトジオン及び/又はイソシアヌレ
ート基を含むこれらのジイソシアネートの公知誘導体で
ある。これらの「ラッカーポリイソシアネート」の製造
方法は例えば米国特許第3,124,605号、3,3
58,010号、3,903,126号、3,903,
127号、3,975,622号及び4,324,87
9号に記載されている。芳香族ポリイソシアネートも使
用することができ、例えば2,4−ジイソシアナトトル
エン又は2,4−ジイソシアナトトルエンと2,6−ジ
イソシアナトトルエンの混合物から製造される「ラッカ
ーポリイソシアネート」や、4,4’−ジイソシアナト
ジフェニルメタン又は4,4’−ジイソシアナトジフェ
ニルメタンとその異性体及び/又は高級同族体の混合物
から製造される「ラッカーポリイソシアネート」が挙げ
られる。例示したようなポリイソシアネートの任意混合
物も使用することができる。
結合剤d)に配合し易くするためには、親水性にしてお
いたポリイソシアネートを単独又は親水性にしていない
上記ポリイソシアネートと混合して使用し、成分a)を
製造することもできる。親水性にするには、ポリエーテ
ル等の内部又は外部乳化剤によりアニオン、カチオン又
はノニオンを利用する。親水性ポリイソシアネートは例
えばEP−A443,138、EP−A469,38
9、EP−A486,881、EP−A510,43
8、EP−A540,985、EP−A645,41
0、EP−A697,424及びEP−A728,78
5に記載されている。上記付加反応はオクタン酸錫、ジ
ブチル錫ジラウレート又は第3級アミン等の適当な触媒
を加えることにより公知方法で加速することができる。
こうして得られ、場合により遊離NCO基を含むウレタ
ン(メタ)アクリレートa)にフェノール又はヒドロキ
ノン等の適当な抑制剤及び酸化防止剤を加えたり、2,
5−ジ−tert−ブチルキノン等のキノンを加える
と、早期重合に対して安定化することができる。これら
の抑制剤は製造中又は製造後に各々0.001〜0.3
重量%を加える。成分a)は場合により、成分a)の製
造及び使用中に不活性な溶剤中で製造してもよい。これ
らの溶剤を補助溶剤i)として分類する。
ートとしては、ウレタン(メタ)アクリレートの製造に
利用可能なポリイソシアネートが挙げられる。好ましい
脂肪族「ラッカーポリイソシアネート」はHDI、IP
DI又はビス(イソシアナトシクロヘキシル)ウレタン
から製造されるもの、対応する親水性ポリイソシアネー
ト及びこれらの「ラッカーポリイソシアネート」の混合
物である。粘度を下げるために、場合によりアクリル酸
の低分子量エステル等の放射線硬化性反応性シンナーを
成分I)に加えてもよい。成分a)のメタクリロイル基
と、成分a)及びb)の遊離イソシアネート基の合計と
の当量比は0.2:5.0〜5:0.2、好ましくは
0.5:2.0〜2.0:0.5である。利用可能な紫
外線開始剤c)としては、2−ヒドロキシフェニルケト
ン類(例えば1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケ
トン)、ベンジルケタール類(例えばベンジルジメチル
ケタール)、アシルホスフィンオキシド類(例えばビス
−(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホス
フィンオキシド、ベンゾフェノン及びその誘導体)及び
これらの種々の紫外線開始剤の混合物が挙げられる。
されている全樹脂分散液を成分d)として使用すること
もできる。この種の樹脂とこれらの樹脂の製造方法は文
献から公知である。これらの樹脂はポリエステル、ポリ
アクリレート、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリカーボネ
ート又はポリエーテルから合成することができる。ハイ
ブリッド分散液や種々の分散液の混合物を使用してもよ
い。樹脂はヒドロキシ又はアミノ官能性であることが好
ましい。場合により、非官能性分散液を結合剤成分とし
て使用してもよい。好ましくはないが、ヒドロキシ又は
アミノ基以外に紫外線硬化に利用可能な不飽和基も含む
樹脂分散液も使用できる。硬化したラッカー塗膜を耐候
性にするためには、最大390nmまでの吸収範囲をも
つ紫外線吸収剤e)とHALS安定剤を加えることがで
きる。利用可能な紫外線吸収剤としては、トリフェニル
トリアジン型のもの(例えばTinuvin 400,
Ciba)や、蓚酸ジアニリド型のもの(例えばSan
duvor3206,Clariant)が挙げられ
る。紫外線吸収剤は結合剤の固形分を基にして各々0.
5〜3.5%の量を加えることが好ましい。
Tinuvin 292又はTinuvin123(C
iba)とSanduvor 3058(Claria
nt)が挙げられる。HALS安定剤は結合剤の固形分
を基にして0.5%〜2.5%の量を加えることが好ま
しい。ラッカー添加剤g)の例としては流れ増進剤、脱
泡剤、消泡剤、増粘剤及びチキソトロピー剤が挙げられ
る。ポリウレタン架橋反応を加速するために、場合によ
り触媒h)を加えてもよい。利用可能な触媒としては、
オクタン酸錫、ジブチル錫ジラウレート又は第3級アミ
ン等の2成分ポリウレタン技術から公知のものが挙げら
れる。硬化剤成分I)は好ましくは23℃で50〜1
0,000、好ましくは50〜2000mPa.s(D
=4)の粘度をもつ。必要に応じてポリイソシアネート
を少量の不活性溶剤と混合し、その粘度をこの範囲内の
値に下げてもよい。但し、これらの溶剤の最大量は本発
明の塗料組成物中に最大20重量%、好ましくは10重
量%の溶剤が存在するように選択する。場合により樹脂
分散液d)に存在する溶剤もこの量に含まれる。
芳香族炭化水素類(例えばキシレン、トルエン又はソル
ベントナフサ)、N−メチルピロリドン、ジエチレング
リコールジメチルエーテル、アセトン、メチルエチルケ
トン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチ
ル、酢酸メトキシプロピル及び前記又は他の不活性溶剤
の混合物が挙げられる。水性結合剤組成物を製造するた
めには、硬化剤成分I)を水性樹脂成分II)に乳化さ
せる。この工程中に水を加えると必要な加工粘度が得ら
れる。一般には例えば機械的撹拌機等の単純な乳化法で
十分であり、多くの場合には2成分を手で混合するだけ
で非常に良好な性質をもつ塗料が得られる。例えばFa
rbeund Lack 102/3,1996,88
〜100頁に記載されているジェット分散技術等の高レ
ベルの剪断エネルギーを加える混合法を使用してもよ
い。塗膜は、圧縮空気、1又は2成分吹付装置を使用す
る無気又は静電吹付法等の種々の吹付法により形成する
ことができる。塗膜は刷毛塗り、ロール塗り又はローラ
ーもしくはドクターブレードを使用して形成することも
できる。
ことが好ましい。 1.室温又は場合により高温、好ましくは100℃まで
の温度で通気することにより水分と場合により補助溶剤
を除去。 2.紫外線硬化。市販水銀圧又は中圧放射線エミッター
を利用できる。これらの放射線エミッターはドーパント
等の他のエレメントを含んでいてもよく、80〜240
W/cmランプ長の出力をもつものが好ましい。 3.これに続き、イソシアネート反応性成分によるNC
O含有成分の架橋。これは室温又は好ましくは<150
℃の高温で実施することができる。 本発明は木材、金属、プラスチック等の種々の支持体及
び材料上に塗膜を形成するためのこれらの塗料組成物の
使用にも関する。塗料組成物は自動車の車体部分のコー
ティングに使用することが好ましい。
く。粘度測定はDIN53019に従い、D=40でコ
ーン/プレート粘度計で実施した。結合剤A −イソシアネート反応性結合剤 補助溶剤を加えず、開始剤として4%ジ−tert−ブ
チルペルオキシドと中和剤としてジメチルエタノールア
ミンを使用し、6%メチルメタクリレート、32%ブチ
ルアクリレート、12%ブチルメタクリレート、5%ス
チレン、38%ヒドロキシフェニルメタクリレート及び
3%アクリル酸から製造した水性ポリアクリレート分散
液。このポリアクリレート分散液は固形分約50%、粘
度約500mPa.s(23℃;D=40)、酸価約1
2mg KOH/g物質、OH含量2.2%及びpH約
7.9であった。結合剤B −イソシアネート反応性結合剤 補助溶剤を加えず、13%トリメチロールプロパン、1
3%ネオペンチルグリコール、11%1,6−ヘキサン
ジオール、6%シクロヘキサンジメタノール、29%無
水1,4−ヘキサヒドロフタル酸、10%アジピン酸、
4%ジメチロールプロピオン酸、14%イソホロンジイ
ソシアネート及び中和剤としてジメチルエタノールアミ
ンから製造した水性ウレタン改質ポリエステル分散液。
この分散液は固形分約42%、粘度約1000mPa.
s(23℃;D=40)、酸価約8mg KOH/g物
質、OH含量1.5%及びpH約8.4であった。
アクリレート 熱電対、滴下漏斗、還流冷却器、ガス入口及びガス出口
を備える撹拌容器にNCO含量23%をもつHDIイソ
シアヌレート1268.7gと、ジブチル錫ジラウレー
ト0.96gと、2,6−ジ−tert−ブチルクレゾ
ール1.92gを配量した。撹拌下に毎時容器容積の3
倍量の空気をバッチに通し、毎時容器容積の6倍量の窒
素をバッチ上に流した。バッチを50℃まで加熱した。
50℃を越えたら、発熱反応により温度が最大60℃ま
で上昇するようにヒドロキシエチルアクリレート26
6.8gを滴下した。ヒドロキシエチルアクリレートの
添加の完了後(約6〜8時間)、バッチを60℃で更に
1時間撹拌した。NCO含量11.5%のウレタンアク
リレート溶液が形成された。
アクリレート 熱電対、滴下漏斗、還流冷却器、ガス入口及びガス出口
を備える撹拌容器にNCO含量23%をもつHDIイソ
シアヌレート1268.7gと、酢酸メトキシプロピル
519.4gと、ジブチル錫ジラウレート0.96g
と、2,6−ジ−tert−ブチルクレゾール1.92
gを配量した。撹拌下に毎時容器容積の3倍量の空気を
バッチに通し、毎時容器容積の6倍量の窒素をバッチ上
に流した。バッチを50℃まで加熱した。50℃を越え
たら、発熱反応により温度が最大60℃まで上昇するよ
うにヒドロキシエチルアクリレート806gを滴下し
た。ヒドロキシエチルアクリレートの添加の完了後(約
6〜8時間)、バッチを60℃で更に1時間撹拌した。
NCO基を含まないウレタンアクリレート溶液が形成さ
れた。
1:1とした。実施例3 成分I: 151.9部 実施例1に対応するウレタンアクリレー
ト 83.9部 ソルベントナフサ100溶剤と2−ブトキ
シエタノールの4:1ブレンド(4/1) 11.1部 50%ブチルジグリコールアセテート溶液
としての紫外線安定剤(Tinuvin 1130,C
iba) 5.5部 50%ブチルジグリコールアセテート溶液と
してのHALS安定剤(Tinuvin 292,Ci
ba) 1.8部 (BYK345,Byk)流動剤 1.8部 25%水溶液としての(BYK333,By
k)流動剤 3.5部 50%ヘキサンジオールジアクリレート溶液
としての光開始剤(Irgacure 184,Cib
a) 成分II: 132.6部 ジメチルエタノールアミン1.5部で中
和し、固形分を基にして約4.5%のOH含量をもつ
水、ソルベントナフサ100溶剤及び2−ブトキシエタ
ノールの44.6:6.5:1.6ブレンド中46%水
性ポリアクリレート分散液(Bayhydrol VP
LS 2271,Bayer AG) 145.9部 ジメチルエタノールアミン1部で中和
し、固形分を基にして約3.8%のOH含量をもつ水と
N−メチルピロリドンの54:3ブレンド中42%水性
ウレタン改質ポリエステル分散液(Bayhydrol
VP LS 2231,Bayer AG)及び6
5.4部 水。
用してDE−A19510651に記載されているよう
なノズルジェット分散により2成分を均質混合し、約1
20g/cm2 の乾燥膜厚となるように顔料入り2成分
ポリウレタン塗料を予め塗布しておいた金属パネルに市
販スプレーガンで塗布した。5分間室温で通気後、10
分間80℃で予備乾燥し、その後、紫外線硬化(1m/
分ベルト速度、距離10cmで高圧80W/cm Hg
放射線エミッター1個)することにより湿潤塗膜を乾燥
した。室温で更に乾燥した。1時間後、1日後及び7日
後に得られた硬度をケーニヒ振子ダンピングにより試験
し、耐溶剤性を測定した。結果を表1に示す。
ール(4/1)83.9部の代わりに酢酸メトキシプロ
ピル63.7部を使用した以外は実施例3の成分Iと同
様にした。 成分II: 129.7部 結合剤ビヒクルA 144.5部 結合剤ビヒクルB 91.6部 水 実施例3に記載したように混合、塗布、乾燥及び塗膜の
試験を実施した。
(Sanduvor 3206,Clariant) 2.7部 (BYK306,Byk)流動剤 10.9部 50%ヘキサンジオールジアクリレート溶
液としての光開始剤(Irgacure 185,Ci
ba) 成分II: 98.0部 結合剤ビヒクルA 96.5部 水 実施例3に記載したように混合、塗布、乾燥及び塗膜の
試験を実施した。
スとするNCO含量23%のポリイソシアネート三量体
であるDesmodur VPLS 2025/1(B
ayer) 42.9部 ソルベントナフサ100/2−ブトキシエ
タノール(4/1) 11.1部 50%ブチルジグリコールアセテート溶液
としての紫外線安定剤(Tinuvin 1130,C
iba) 5.5部 50%ブチルジグリコールアセテート溶液と
してのHALS安定剤(Tinuvin 292,Ci
ba) 1.8部 (BYK345,Byk)流動剤 1.8部 25%水溶液としての(BYK333,By
k)流動剤 成分II: 176.6部 実施例3のポリアクリレート分散液 194.3部 実施例3のウレタン改質ポリエステル分
散液 55.7部 水 実施例3に記載したように混合、塗布、乾燥及び塗膜の
試験を実施した。
たが、以上の説明は単に例示の目的に過ぎず、発明の精
神及び範囲内で種々の変形が当業者により可能であり、
本発明は請求の範囲によってのみ制限されると理解され
たい。
Claims (8)
- 【請求項1】a)(メタ)アクリロイル基と、場合によ
り遊離イソシアネート基をもつウレタン(メタ)アクリ
レートと、 b)場合により別のポリイソシアネートと、 c)遊離基メカニズムにより重合を開始する紫外線開始
剤と、 d)イソシアネート反応性基を含む1種以上の水性結合
剤 を含む水性塗料組成物。 - 【請求項2】 ウレタン(メタ)アクリレートが遊離イ
ソシアネート基を含み、ポリイソシアネートと1価アル
コールとの1:0.2〜1:0.8のNCO基対OH基
当量比の反応生成物である請求項1に記載の塗料組成
物。 - 【請求項3】 水性結合剤がポリオールである請求項1
に記載の塗料組成物。 - 【請求項4】 成分a)の(メタ)アクリロイル基と、
成分a)及びb)の遊離イソシアネート基の合計との当
量比が0.5:2.0〜2.0:0.5である請求項1
に記載の塗料組成物。 - 【請求項5】 390nmまでの吸収範囲をもつ紫外線
吸収剤を更に含む請求項1に記載の塗料組成物。 - 【請求項6】 HALS安定剤を更に含む請求項1に記
載の塗料組成物。 - 【請求項7】 請求項1に記載の塗料組成物を塗布した
支持体。 - 【請求項8】 請求項1に記載の塗料組成物を塗布した
金属支持体。
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