JP2000034439A5 - - Google Patents

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【特許請求の範囲】
【請求項1】
A)ヒドロキシ−及び/又はアミノ−官能性樹脂の水性分散液を30〜99重量%、並びに、
B)脂肪族、シクロ脂肪族、芳香脂肪族及び/又は芳香族ジイソシアネートから調製され、かつ、
a)平均イソシアネート官能価を少なくとも2.0、
b)イソシアネート基(NCO、分子量=42として計算)を、樹脂固形分に基づいて5.0〜25.0重量%、及び
c)平均5〜35個のエチレオキシド単位を含有するポリエーテル鎖に組み込まれた該エチレンオキシド単位(C24 O、分子量=44として計算)を、樹脂固形分に基づいて2〜50重量%
有する水分散性ポリイソシアネート混合物を1〜70重量%
含む被覆組成物であって、該ポリエーテル鎖の少なくとも60モル%が、少なくとも2個のジイソシアネート分子からそれぞれ調製された2個のポリイソシアネート分子に、アロファネート基を介して結合している、前記被覆組成物。
【請求項2】
前記ポリイソシアネート混合物が、脂肪族及び/又はシクロ脂肪族ジイソシアネートから調製され、かつ
a)平均イソシアネート官能価を2.3〜9.9、
b)イソシアネート基を、樹脂固形分に基づいて6.0〜22.5重量%、及び
c)平均7〜30個のエチレオキシド単位を含有するポリエーテル鎖に組み込まれた該エチレンオキシド単位を、樹脂固形分に基づいて5〜40重量%
有する、請求項1に記載の被覆組成物。
【請求項3】
前記2個のポリイソシアネート分子が、イソシアヌレート基を含有する、請求項1に記載の被覆組成物。
【請求項4】
ポリエーテル鎖の少なくとも80モル%が、脂肪族及び/又はシクロ脂肪族結合したイソシアネート基を含有する少なくとも2個のジイソシアネート分子からそれぞれ調製された、イソシアヌレート基を含有する2個のポリイソシアネート分子に、アロファネート基を介して結合している、請求項1に記載の被覆組成物。
【請求項5】
成分A)は、樹脂固形分に基づいて、0.5〜7.0重量%のヒドロキシル基含有量を有する水性樹脂分散液を含む、請求項1の被覆組成物。
【請求項6】
成分A)は、水性ポリアクリレート樹脂分散液を含む、請求項1の被覆組成物。
【請求項7】
成分A)は、水性ポリエステル樹脂分散液を含む、請求項1の被覆組成物。
【請求項8】
成分A)は、水性ポリウレタン樹脂分散液を含む、請求項1の被覆組成物。
【請求項9】
成分A)は、ポリエーテル又はポリエポキシド樹脂水性分散液を含む、請求項1の被覆組成物。
【請求項10】
成分A)は、ポリエステル/ポリアクリレート樹脂、ポリエステル/ポリウレタン樹脂、ポリウレタン/ポリアクリレート樹脂、ポリエーテル/ポリアクリレート樹脂、ポリエーテル/ポリエステル樹脂、及びポリエーテル/ポリウレタン樹脂からなる群から選ばれる一員を含むハイブリッド樹脂水性分散液を含む、請求項1に記載の被覆組成物。
【請求項11】
成分A)及びB)は、成分A)の各ヒドロキシル及びアミノ基につき0.1〜3個の成分B)のイソシアネート基を与えるのに充分な量にて存在する、請求項1に記載の被覆組成物。
【請求項12】
成分A)及びB)は、成分A)の各ヒドロキシル及びアミノ基につき0.5〜2.0個の成分B)のイソシアネート基を与えるのに充分な量にて存在する、請求項1に記載の被覆組成物。
【請求項13】
成分A)及びB)は、成分A)の各ヒドロキシル及びアミノ基につき0.7〜1.7個の成分B)のイソシアネート基を与えるのに充分な量にて存在する、請求項1に記載の被覆組成物。
【請求項14】
請求項1に記載の被覆組成物で被覆された、鉱物ビルディング材、道路表面、木及び材木、金属、プラスティック、ガラス並びに紙からなる群から選ばれる支持体。
【請求項15】
請求項1に記載の被覆組成物で被覆された自動車支持体。
この原理を他のヒドロキシ官能性樹脂分散液へ応用することも可能であり、それは、被覆組成物特性を変更できることを意味する。例えば、EP−A557,844には、ヒドロキシ官能性一次分散液をベースとする2成分ポリウレタン塗料が記載され、EP−A543,228には、ポリエステル−ポリアクリレートハイブリッド分散液をベースとするものが記載され、EP−A741,176には、外部成分で乳化されたアルキド樹脂をベースとするものが記載され、EP−A496,205には、ウレタン改質ポリエステル分散液をベースとするものが記載され、そして、EP542,105には、各種タイプの樹脂の混合物をベースとするものが記載されている。
疎水性及び親水性の自己乳化ポリイソシアネートは、両方とも、水性2成分ポリウレタン系のポリイソシアネート成分として使用できる。親水性改質ポリイソシアネート、例えばEP−A206,059、EP−A540,985及びUS5,200,489に記載されたものは、特に適当な架橋剤である。ポリエーテル−ウレタンを含有するそのようなポリイソシアネート混合物は、例えば簡単な手攪拌により、水性樹脂分散液まで容易に乳化させることができる。これは、特に自動車塗換(automotive refinish) 修理、及び原機(original equipment)製造に極めて重要である。硬化剤導入の簡略化のために、成分のより均質な緊密混合を達成でき、塗布安定性及び光学特性、特に塗膜の光沢が、著しく上昇する。
しかし、これらのポリエーテル改質ポリイソシアネートを使用する場合、系に導入された追加の親水性基、及び親水性改質による架橋剤のNCO官能価の減少のために、被覆組成物の他の重要な特性、特に耐溶剤性及び耐水性が損なわれる。また、一定の分散液、例えば一次分散液(乳化共重合体)の相溶性は、既知の親水性ポリイソシアネートを用いたときでさえ、たびたび、依然として適当でなく、したがって曇った透明ワニス塗膜がたびたび得られる。制約されたポットライフ及び高被覆厚みでの反応ブリスタの出現の問題もまた、充分には解決されていない。
本発明の目的は、耐溶剤性及び耐水性を改善し、あわせて高光沢、ヘイズ減少、ポットライフ長期化、高塗布安定性、及び適当な無ブリスタ塗膜厚みを持つ新規な2成分ポリウレタン被覆組成物を提供することである。これらの新規な被覆組成物は、特に、自動車塗換及び原機製造の下塗り充填剤、充填剤、上塗り及び仕上塗装として適当である必要がある。
意外にも、本発明の被覆組成物でこの問題を成就することが可能であり、それは、ヒドロキシ−及び/又はアミノ官能性の水希釈性樹脂及び/又は新規な水分散性ポリイソシアネート硬化剤をベースとする。
本発明は、低モノマーポリイソシアネートを単官能性ポリエチレンオキシドポリエーテルアルコールと反応させてアロファネート基を形成することにより、高イソシアネート官能価の新規な水分散性ポリイソシアネート混合物を調製でき、これは、前記と同じポリエーテルアルコールから調製するが、ただし、ポリエーテル鎖がウレタン基を介してポリイソシアネート基に結合する従来の水分散性ポリイソシアネートよりも、極めて低いポリエーテル含有量にて、水性組成物中にきわめて容易かつ微細な形態に攪拌できるという驚くべき発見に基づく。低ポリエーテル含有量でのこれらの傑出した水中乳化性と、あわせて高イソシアネート官能価のために、これらの新規ポリイソシアネート混合物の水性ポリウレタン被覆組成物における硬化剤成分として使用により、傑出した光学特性、特に、高表面光沢、流れ及び高透明性、並びに耐水性及び耐溶剤性の著しい向上をもたらす。
本発明は、
A)ヒドロキシ−及び/又はアミノ−官能性樹脂の水性分散液を30〜99重量%、並びに、
B)脂肪族、シクロ脂肪族、芳香脂肪族及び/又は芳香族ジイソシアネートから調製され、かつ、
a)平均イソシアネート官能価を少なくとも2.0、
b)イソシアネート基(NCO、分子量=42として計算)を、樹脂固形分に基づいて5.0〜25.0重量%、及び
c)平均5〜35個のエチレオキシド単位を含有するポリエーテル鎖に組み込まれた該エチレンオキシド単位(C24 O、分子量=44として計算)を、樹脂固形分に基づいて2〜50重量%、
有する水分散性ポリイソシアネート混合物を1〜70重量%
を含む被覆組成物であって、該ポリエーテル鎖の少なくとも60モル%が、少なくとも2個のジイソシアネート分子からそれぞれ調製された2個のポリイソシアネート分子にアロファネート基を介して結合している、前記被覆組成物に関する。
本発明はまた、これらの被覆組成物の塗料、プライマ及び封止組成物、特に、自動車塗換及び原機製造方式を製造するための使用に関する。
樹脂分散液A)は、外部乳化剤を使用(添加)して及び/又は内部乳化剤(すなわち、例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属又はアンモニウムイオンもしくは第4窒素原子で中和されたカルボキシレート基又はスルホネート基のような樹脂に化学的に組み込まれたイオン基)を用いて調製することができる。
本発明の被覆組成物に使用する樹脂分散液A)は、分散工程で存在するカルボキシレート又はスルホネート基に加えて、通常、ヒドロキシル又はアミノ官能性基を含有する。例外的なケースでは、カルボキシレート又はスルホネート基のみを含有する非官能性分散液を結合剤成分A)として使用することも可能である。
ヒドロキシ官能性樹脂分散液は、樹脂固形分に基づいて、好ましくは0.5〜7.0重量%、より好ましくは0.5〜6.0重量%、さらに好ましくは1.0〜5.0重量%のヒドロキシル基含有量、及び好ましくは60mgKOH/g以下、より好ましくは50mgKOH/g以下、さらに好ましくは30mgKOH/g以下の酸価を有するものである。
硬化剤成分B)の調製のための開始ポリイソシアネートには、少なくとも2個のジイソシアネート分子から構成(built up)され、かつ、モノマー脂肪族、シクロ脂肪族及び/又は芳香族ジイソシアネートから調製されるポリイソシアネートまれる。好ましいポリイソシアネートは、ウレトジオン、イソシアヌレート、アロファネート、ビウレット、イミノオキサジアジンジオン及び/又はイミノオキサジアジントリオンを含有する公知のラッカーポリイソシアネートであり、例えば、J.Prakt.Chem.336(1994)185−200、DE−A1,670,666、1,954,093、2,414,413、2,452,532、2,641,380、3,700,209、3,900,053及び3,928,503又はEP−A336,205、339,396及び798,299に記載されている。
このようなポリイソシアネートを調製するのに適するジイソシアネートは、好ましくは140〜400の分子量を有し、かつ、脂肪族、シクロ脂肪族、芳香脂肪族及び/又は芳香族結合イソシアネート基を含有するものである。例としては、1,4−ジイソシアナトブタン、1,6−ジイソシアナトヘキサン(HDI)、1,5−ジイソシアナト−2,2−ジメチルペンタン、2,2,4−及び2,4,4−トリメチル−1,6−ジイソシアナトヘキサン、1,10−ジイソシアナトデカン、1,3−及び1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、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(イソホロン−ジイソシアネート、IPDI)、4,4'−ジイソシアナト−ジシクロヘキシルメタン、1−イソシアナト−1−メチル−4(3)イソシアナトメチル−シクロヘキサン、1,3−及び1,4−ビス−(2−イソシアナト−プロプ−2−イル)−ベンゼン(TMXDI)、2,4−及び2,6−ジイソシアナトトルエン(TDI)、2,4'−及び4,4'−ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5−ジイソシアナトナフタレン、並びにこれらの混合物が挙げられる。
硬化剤成分B)の調製に好ましい開始ポリイソシアネートは、脂肪族及び/又はシクロ脂肪族結合イソシアネート基を専有するポリイソシアネート又はポリイソシアネート混合物である。イソシアヌレート基を含有し、HDI、IPDI及び/又は4,4'−ジイソシアナト−ジシクロヘキシルメタンから調製されるポリイソシアネート又はポリイソシアネート混合物が特に好ましい。
ポリエーテルアルコールの調製に適するスターター分子としては、飽和アルコール、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール、異性ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール及びノナノール、n−デカノール、n−ドデカノール、n−テトラデカノール、n−ヘキサデカノール、n−オクタデカノール、n−オクタデカノール、シクロヘキサノール、異性メチルシクロヘキサノール又はヒドロキシメチルシクロヘキサン、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン及びテトラヒドロフルフリルアルコール;不飽和アルコール、例えばアリルアコール、1,1−ジメチルアリルアルコール及びオレイルアルコール;芳香族アルコール、例えばフェノール、異性クレゾール及びメトキシフェノール;芳香脂肪族アルコール、例えばベンジルアルコール、アニシルアルコール及びシンナミルアルコール;第二モノアミン、例えばジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、ビス−(2−エチルヘキシル)−アミン、N−メチル−及びN−エチルシクロヘキシルアミン並びにジシクロヘキシルアミン;並びに複素環式第二アミン、例えばモルホリン、ピぺリジン及び1H−ピラゾールが挙げられる。
好ましいスターター分子は、炭素原子数が4個までの飽和モノアルコールである。メタノールが、スターター分子として特に好ましい。
アルコキシル化反応に適するアルキレンオキシドは、好ましくはエチレンオキシド及びプロピレンオキシドであり、これらは、アルコキシル化反応に、いずれの所望の手順あるいは混合物として使用することができる。ポリアルキレンオキシドポリエーテルアルコールは、純ポリエチレンオキシドポリエーテル又は混合ポリエチレンオキシドポリエーテルのいずれでもよいが、ここで該アルキレンオキシド単位の少なくとも30モル%、好ましくは少なくとも40モル%は、エチレンオキシド単位である。
アロファネート化反応を促進させるために、適当な触媒を適宜使用できる。これらの触媒は公知であり、アロファネート化触媒、例えば金属カルボキシレート、金属キレート及び第三アミン(例えばGB−A994,890に記載のもの);アルキル化剤(例えば、US3,769,318に記載のもの);並びに強酸(例えばEP−A000,194に記載のもの)が挙げられる。
適当なアロファネート化触媒としては、亜鉛化合物、例えば亜鉛ステアレート、亜鉛n−オクタノエート、亜鉛エチルヘキサノエート、亜鉛ナフテネート及び亜鉛アセチルアセトネート;錫化合物、例えば錫(II)n−オクタノエート、錫(II)エチルヘキサノエート、錫(II)ラウレート、ジブチル錫オキシド、ジブチル錫ジクロライド、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジマレエート及びジオクチル錫ジアセテート;アルミニウムトリ(エチルアセトアセテート);鉄(III) クロライド;カリウムオクトエート;マンガン、コバルト及びニッケル化合物;強酸、例えばトリフルオロ酢酸、硫酸、塩化水素、臭化水素、リン酸及び過塩素酸;並びにこれらの混合物が挙げられる。
アロファネート化反応を触媒するのに加えて、イソシアネート基を三量化してイソシアヌレート基を形成することも触媒する化合物を、アロファネート化触媒に使用してもよい。そのような触媒は、例えばEP−A649,866の4頁第7行〜5頁第15行に記載されている。
アロファネート化触媒がもしあれば、反応体の全重量に基づいて0.001〜5重量%の量にて、硬化剤成分B)の調製に使用する。反応混合物への触媒の添加は、どの所望方法で行ってもよい。例えば、触媒をポリイソシアネート成分及びポリエーテル成分に実際の反応の開始前に混合することが可能である。触媒を反応混合物へ、ウレタン化反応中のいずれの所望の時点で、あるいは、ウレタン化後(すなわちNCO含有量が、イソシアネートとヒドロキシル基のウレタン基への転換の理論的完了に相当する時)の二段階反応手順の状況の中で添加することも同等に可能である。
本発明の製法での開始成分の量は、得られるポリイソシアネート混合物が要件a)〜c):
a)平均NCO官能価を少なくとも2.0、好ましくは2.3〜9.9、さらに好ましくは2.8〜5.8;
b)NCO含有量を5.0〜25.0重量%、好ましくは6.0〜22.5重量%、さらに好ましくは8.5〜21.5重量%;並びに
c)ポリエーテル鎖に組み込まれたエチレンオキシド単位の含有量を、2〜50重量%、好ましくは5〜40重量%、さらに好ましくは7〜25重量%
有することを満足するように選ばれる。
硬化剤成分B)のNCO官能価は、開始成分の性質及び官能価から式
硬化剤成分B)は、攪拌するだけでかつ高剪断力を使用することなく、水に容易に分散可能な透明、特に無色のポリイソシアネート混合物である。所定の組成物の沈降安定(sedimentaion-stable)水性分散液、及び、ポリエーテル部分の分子量分布を得るためには、同じ組成及び分子量分布のポリエーテルアルコールを用いたウレタン化により調製された従来技術の水分散性ポリイソシアネート混合物の場合よりも、エチレンオキシド単位の全含有量が極めて低い必要がある。硬化剤成分B)は、ポリエーテルウレタンを含有する従来技術のポリイソシアネート混合物と比較すると、より高いイソシアネート官能価に組み合わせて同等又はそれ以上でありさえする水中分散性及び同等又はそれ以上でありさえするイソシアネート含有量により区別される。
非親水性改質ポリイソシアネート、特に前記したラッカーポリイソシアネートを、乳化前に、ポリイソシアネート混合物B)に適宜添加することができる。添加量は、好ましくは、得られるポリイソシアネート混合物が、要件a)〜c)を満足し、したがって、本発明のポリイソシアネート混合物であるように選ばれる。これの混合物の使用は、本発明のポリイソシアネートが、一般に、
(i) 本発明に従う親水性改質ポリイソシアネート、及び
(ii)非改質ポリイソシアネート開始材料
の混合物からなるために可能である。
これらの混合物では、本発明の製法物は、後続して混合される非親水性ポリイソシアネート内容物に対して乳化剤の機能を負う。
適宜、不活性溶媒中での溶液として存在する硬化剤成分B)は、好ましくは23℃での粘度が50〜10,000、より好ましくは50〜2,000mPa.s(D=40)である。硬化剤成分の溶媒の最大量は、有機溶媒の20重量%以下、好ましくは10重量%以下が、本発明に従って得られる水性被覆組成物に存在するような量である(これらの%は、樹脂固形分に基づく)。樹脂分散液A)にすでに含有されるいかなる溶媒も、計算に含まれる。適当な溶媒としては、公知のラッカー溶媒、例えば硬化剤成分B)の調製で前に示したものが挙げられる。
水性被覆組成物を調製するために、硬化剤成分B)を水性樹脂成分A)中に乳化させる。この手順では、樹脂分散A)及び硬化剤成分B)を一緒に、成分B)の0.1〜3、好ましくは0.5〜2.0、さらに好ましくは0.7〜1.7個のイソシアネート基が、成分A)の各ヒドロキシル又はアミノ基につき存在するような量にて混合する。非官能性樹脂分散液、すなわちイソシアネート反応性基を含有しないものを使用する場合には、硬化剤成分は、樹脂分散液A)及び硬化剤成分B)の合計量に基づいて、好ましくは30重量%まで、さらに好ましくは15重量%までの量にて使用する。
成分B)の添加前に、塗料技術で公知の添加剤を、成分A)又はB)、好ましくはA)に添加できる。これらには、脱泡剤、増粘剤、流れ助剤(flow aid)、乳化剤、分散剤及び溶媒まれる。所望の加工粘度は、水添加により得ることができる。
硬化剤成分B)は、従来技術のポリイソシアネートと比べて、水性樹脂分散液A)中に特に容易に乳化することができる。多くの場合、簡単な乳化技術、例えばメカニカルスターラー、又はたびたび簡易な2成分の手混合で、極めて良好な特性を持つ塗料を得るのに充分である。しかし、高剪断エネルギーを用いた混合技術、例えばジェット分散法(Farbe & Lack 102/3、1996、88〜100頁)を採用することもできる。
本発明の被覆組成物は、特性プロファイルの増大した塗料の使われるすべての分野の使用、例えば鉱物ビルディング材料、道路表面、木及び材木、金属表面、ガラス又は紙への被覆、並びに、各種材料の接着(gluing)に好適である。これらは、特にプライマ、充填剤、顔料入り上塗り及び自動車塗換分野の透明上塗り、並びに原機製造方式に使用することができる。被覆組成物は、特に高い塗布安定性、屋外耐候性、視覚特性、耐溶剤性、耐薬品性及び耐水性の要求される用途、例えば自動車塗換及び原機製造方式に特に適する。
本発明の被覆組成物は、1一又は2−成分吹き付け装置を用いた多くのさまざまなスプレー塗布方法、例えば圧空、無気又は静電スプレー塗布方法により、並びに、刷毛、ローラ−、流し込み(pouring) 又はナイフ塗布により塗布することができる。
塗膜は、一般に、定常温度条件、すなわち塗膜を加熱することなく乾燥及び硬化される。しかし、本発明の被覆組成物は、塗布後、高温、例えば40〜250℃、好ましくは40〜150℃、さらに好ましくは40〜100℃で乾燥及び硬化する塗膜の製造に用いることもできる。
硬化剤成分B)として採用された、低エチレンオキシド含有量と組み合わせた高いNCO含有量及び官能価の新規なポリイソシアネート混合物の傑出した分散性のために、本発明の水性2成分被覆組成物は、透明、高光沢かつ高架橋被覆を製造するのに使用できる。これらの被覆は、きわめて良好な耐溶剤性及び耐薬品性に加えて、比較的低い親水性基含有量のために優秀な耐水性を有する。
【0026】
【実施例】
以下の実施例において、すべての部及び%は重量基準である。粘度は、DIN53019(D=40)に従って、ボールアンドプレート(ball-and-plate)粘度計を用いて23℃で測定した。
Figure 2000034439
結果の考察:
本発明に従って配合された充填剤1、2、4及び5は、充填剤3及び6に比べて良好な粘度安定性及び耐溶剤性を有していた。充填剤1〜6の硬度、研削性及びブリスタ限界は、比較できるほどに良好であった。充填剤1、2、4及び5の場合、40℃の水分への3日間暴露において、明確な利点が得られた。特に、充填剤又は上塗りの非露出のマスク面と露出面の間で、違いは見られなかった。それに対して、充填剤3及び6の場合の接着性は、露出域が非露出のマスク面に比べてきわめて貧弱であった。また、充填剤3及び6の露出域は、非露出域(ブリスタなし)とは対照的に、多数のブリスタを示した。
透明ワニス5(本発明)
Figure 2000034439
結果の考察:
本発明に従って調製される透明塗料1、2及び5は、全く透明であり、一方、透明ワニス3及び4は、曇っていた。これらの結果から、本発明の塗料1、2及び5に使用したポリイソシアネートが水相にきわめて良好かつより均一に乳化されたことがわかる。結果として、従来技術の被覆組成物を用いて調製されるものより、高光沢及び低ヘイズの透明塗料が、本発明の被覆組成物を用いて調製できる。これらのことから、透明塗料1、2及び5の水及び溶剤に対する抵抗は、比較の透明塗料3及び4の場合よりきわめて良好であることも明らかである。
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