JP2000319627A - チキソトロープ剤の製造方法及びその用途 - Google Patents

チキソトロープ剤の製造方法及びその用途

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 明確な構造を有するチキソトロープ剤を製造
する方法を見出すことであり、また、そのような方法で
得られた溶液を数カ月以上安定に貯蔵することを可能に
し、前記溶液の使用信頼性を一層高める。 【解決手段】 モノヒドロキシル化合物を過剰のトルイ
レンジイソシアネートと反応させ、未反応トルイレンジ
イソシアネートを除去し、次いで、得られたモノイソシ
アネート付加物を、リチウム塩の存在下、ジアミンと更
に反応させて尿素ウレタンを含む溶液を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、モノヒドロキシ化
合物をジイソシアネートと反応させてモノイソシアネー
ト付加物とし、これを更に非プロトン性溶媒中、リチウ
ム塩の存在下でジアミンと反応させて得た尿素ウレタン
を含む、チキソトロープ剤として有効な溶液を製造する
方法に関する。さらに、本発明は、例えば、含溶媒、無
溶媒もしくは水性のペイント及びラッカー、ポリ塩化ビ
ニルプラスチゾル、エポキシ系塗料、不飽和ポリエステ
ル樹脂系塗料等の塗料組成物に特にチキソトロープ性を
付与するための前記溶液の用途に関する。
【0002】
【従来の技術】液状塗料組成物のレオロジーを制御する
ために、有機変性ベントナイト,珪酸,水素化ひまし油
及びポリアミドワックス類が主に用いられている。これ
らの物質は通常、乾燥固体であり、半製品とするために
は剪断応力により溶媒に分散させる必要があり、また、
液状塗料組成物に添加する際には系統的な温度制御が必
要であるなどの欠点を有している。適切な温度に保持さ
れない場合、塗膜の欠陥となる微結晶が塗料組成物製品
中に生成する。現在使用されているこれらのレオロジー
助剤に一般的な欠点は、これらが透明塗膜の濁りと曇り
(ヘーズ)を生じることである。更に、製造工程におい
て、乾燥粉末化した物質を取り扱うことはダスト発生の
原因となり好ましくない。
【0003】レオロジー制御に関する成果については、
欧州公開公報EP−A−0198519に記載されてい
る。近年、ペイント樹脂溶液の存在下でイソシアネート
をアミンと反応させて、非常に細かく分散した状態の針
状結晶を形成する尿素が得られている。このような変成
ペイントバインダーが、通称“垂れ抑制剤”と言われて
いるレオロジー制御剤及び垂れ防止バインダーとして提
案されている。これらの欠点は、垂れ抑制剤がその製造
に用いたバインダーに結合したままであり、そのため最
終製品である塗料組成物の特性をその後調整することが
できないという事実である。
【0004】欧州特許EP−B−0006252には上
記の欠点をある程度解決することができるチキソトロー
プ剤の製造方法が開示されている。このチキソトロープ
剤は、非プロトン性溶媒中、LiClの存在下で、イソ
シアネート付加物をポリアミンと反応させて得られた尿
素ウレタンである。この方法により得られたチキソトロ
ープ剤の欠点は、その製造方法に起因して、尿素ウレタ
ンの構造が単一でなく不明確なことである。イソシアネ
ート一付加物が記載されているものの、実施例から明ら
かなように、実際には一付加物は存在せず、複数の異な
る付加物の混合物である。開示されている製造方法で
は、1モルのジイソシアネートをまず1モルのモノアル
コールと反応させている。この製造方法では、目的とす
るNCO−官能性の一付加物が部分的に得られるが、N
CO−官能性を示さない二付加物も製造される。更に、
単量体ジイソシアネートの一部が未反応のまま残留す
る。
【0005】複数の異なる化合物の割合は、NCO基へ
の接近し易さおよび温度、時間などの反応条件により変
化する。しかしながら、最も大きな欠点は、この方法で
得られた付加物は全て極めて多量の未反応ジイソシアネ
ートを含むことである。この未反応ジイソシアネート
は、次工程の塩化リチウムの存在下でのポリアミンとの
反応中に、尿素ウレタンの制御不能な連鎖延長の原因と
なり、また、尿素重合体を生成する。これらの生成物は
沈殿する傾向があり、溶液状態を保つことは非常に困難
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】よって、本発明の目的
は、明確な構造を有するチキソトロープ剤を製造する方
法を見出すことであり、また、そのような方法で得られ
た溶液を数カ月以上安定に貯蔵することを可能にし、前
記溶液の使用信頼性を一層高めることにある。。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的は、驚くべきこ
とに、下記一般式(I): R−OH (I) (式中、Rは炭素数4〜22のn−アルキルもしくはイ
ソアルキル、炭素数6〜12のシクロアルキル、炭素数
7〜12のアラールキル、又はCm2m+1(O−C
n2nx−もしくはCm2m+1(OOC−Cv2vx
(ただし、m=1〜22、n=2〜4、x=1〜15及
びV=4又は5)で表される残基)で表されるモノヒド
ロキシル化合物を1.5〜5倍モル過剰のトルイレンジイ
ソシアネートと反応させ、未反応のトルイレンジイソシ
アネートを反応混合物より除去し、次いで得られたモノ
イソシアネート付加物をリチウム塩の存在下で一般式(I
I): H2N−R''−NH2 (II) (式中、R''は−Cy2y−を表し、yは2〜12であ
る)で表される化合物、下記式で表される化合物:
【0008】
【化3】
【0009】及び、下記式で表される化合物:
【0010】
【化4】
【0011】(式中、R'''はメチル基又は水素原子で
ある)からなる群より選ばれた少なくとも一のジアミン
類と反応させることにより解決できることを見出した。
【0012】
【発明の実施の形態】トルイレンジイソシアネートは、
2〜4モル過剰用いるのが好ましく、更に好ましくは2
〜3モル過剰用いられる。トルイレンジイソシアネート
は2,4−異性体を50〜80%の割合で含むのが好ま
しい。
【0013】式R−OHのアルコールとジイソシアネー
トの一部が反応してイソシアネート一付加物を生成する
反応の終了後、未反応の過剰ジイソシアネートは、好ま
しくは真空蒸留により温和な条件下で反応混合物より除
去される。
【0014】リチウム塩としては、LiCl又はLiN
3、好ましくはLiNO3が用いられる。本発明の方法
により得られる尿素ウレタン溶液の固形分含量は5〜8
0%、好ましくは20〜60%、とくに好ましくは25
〜50%である。イソシアネート一付加物とジアミンと
の反応は極性の非プロトン性溶媒、例えばジメチルスル
ホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジ
メチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−ブチ
ルピロリドン又は同等のアルキルピロリドン類等の中で
行われる。
【0015】リチウム化合物の量は、使用するジアミン
のアミン当量に対し0.2〜2モル、好ましくは0.5
〜1.5モル、特に好ましくは0.75〜1.25モル
(リチウム基準)である。
【0016】塩化物イオンは塗料組成物に好ましくない
影響を及ぼし、チキソトロープ性塗料組成物が塗布され
た金属基板の腐食を増進することもあるので、LiNO
3はLiClに比べて特に有利に用いられる。
【0017】
【発明の効果】上記のようにして得られた尿素ウレタン
類は遊離イソシアネート基も遊離アミノ基も含まないの
で、衛生上汚安全である。更に、バインダー又は充填剤
と好ましくない副反応を起こさない。本発明の方法で得
られる尿素ウレタン溶液の貯蔵安定性は極めて高く、通
常の貯蔵温度において6ヶ月以上の貯蔵安定性が確実に
得られる。
【0018】
【実施例】以下の実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。
【0019】(A) 比較例(EP0006252に対
応) 1モル(174g)のトルイレンジイソシアネート
(2,4−異性体含量=65%、以下、T65と略称す
る)を反応容器中へ入れ、1モルのブチルトリグリコー
ル(ブチルトリエチレングリコール、平均分子量=21
2g)を撹拌しながらゆっくりと滴下し、公知の方法に
より反応を終結させた。反応中温度を40℃未満に保っ
た。このようにして得られたイソシアネート付加物に含
まれる未反応TDI(トルイレンジイソシアネート)の
量は7.3%であった。一方、全NCO量は10.9%
であった。この反応混合物を、0.5モル(68g)の
キシリレンジアミン及びアミン当量に対して0.75モ
ルのLiClを含むN−メチルピロリドン(NMP)溶
液に加えた。固体分含量は50重量%であった。反応は
発熱を伴って進行した。このようにして得られた尿素溶
液は、比較的短時間で結晶を生成するか又はゲルを生成
する傾向があった。
【0020】(B) 実施例1〜8(本発明の方法によ
るモノ付加物の調製) 実施例1 0.5モル(37g)のn−ブタノールを30℃におい
て1.25モル(217.5g)のトルイレンジイソシ
アネート(2,4−異性体含量=80%、以下、T80
と略称する)に2時間かけて添加した。添加操作中、温
度を45℃未満に保った。添加終了後、理論NCO量が
33.0%になるまで撹拌を更に2時間継続した。過剰
のイソシアネートを150〜170℃、0.1ミリバー
ルの真空下で蒸留により除去した。NCO量は16.9
%であり、遊離TDI量は0.5%未満であった。
【0021】実施例2 0.25モル(53g)のブチルトリグリコール(ヒド
ロキシル価:265)を室温で0.625モル(10
8.75g)のトルイレンジイソシアネート(T65)
に2時間かけて添加した。添加操作中、温度を45℃未
満に保った。添加終了後、理論NCO量が26.0%に
なるまで、更に2.5時間撹拌を続けた。過剰のイソシ
アネートを150〜170℃、0.1ミリバールの真空
下で蒸留により除去した。NCO量は10.7%であ
り、遊離TDI量は0.5%未満であった。
【0022】実施例3 0.3モル(47.4g)の1−デカノールを50℃に
て0.6モル(104.4g)のトルイレンジイソシア
ネート(T80)に2時間かけて添加した。添加操作
中、温度を50℃〜55℃の間に保った。添加終了後、
理論NCO量が24.9%に達するまで、更に3時間撹
拌を続けた。過剰のイソシアネートを150〜170
℃、0.1ミリバールの真空下で蒸留により除去した。
NCO量は12.7%であり、遊離TDI量は0.5%
未満であった。
【0023】実施例4 0.3モル(55.8g)の1−ドデカノールを50℃
にて0.6モル(104.4g)のトルイレンジイソシ
アネート(T80)に2時間かけて添加した。添加操作
中、温度を50℃〜55℃の間に保った。添加終了後、
理論NCO量が23.6%に達するまで、更に3時間撹
拌を続けた。過剰のイソシアネートを150〜170
℃、0.1ミリバール真空下で蒸留により除去した。N
CO量は11.7%であり、遊離TDI量は0.5%未
満であった。
【0024】実施例5 0.2モル(20g)のシクロヘキサノールを30℃に
て0.8モル(139.2g)のトルイレンジイソシア
ネート(T65)に2時間で添加した。添加操作中、温
度を上昇させて50℃〜55℃の間に保った。添加終了
後、理論NCO量が36.9%に達するまで、更に3.
5時間撹拌を続けた。過剰のイソシアネートを150〜
170℃、0.1ミリバールの真空下で蒸留により除去
した。NCO量は15.4%であり、遊離TDI量は
0.5%未満であった。
【0025】実施例6 0.25モル(50g)のイソトリデカノールを40℃
にて0.75モル(130.5g)のトルイレンジイソ
シアネート(T65)に2時間かけて添加した。添加操
作中、温度を60℃未満に保持した。添加終了後、理論
NCO量が29.1%に達するまで、更に2時間撹拌を
続けた。過剰のイソシアネートを150〜170℃、
0.1ミリバールの真空下で蒸留により除去した。NC
O量は11.3%であり、遊離TDI量は0.5%未満
であった。
【0026】実施例7 0.25モル(18g)のブタノールを0.5モル(5
7g)のカプロラクトン及び0.1%(0.075g)
のジブチル錫ジラウレート(DBTL)と160℃にて
6時間反応させ、次いで50℃に冷却した。このように
して得られたヒドロキシエステル(BuCP2)(ヒド
ロキシル価:186)を40℃で2時間かけて0.75
モル(130.5g)のトルイレンジイソシアネートに
添加した。添加操作中、温度を60℃未満に保った。添
加終了後、理論NCO量が25.5%に達するまで、更
に2時間撹拌を続けた。過剰のイソシアネートを150
〜170℃、0.1ミリバールの真空下で蒸留により除
去した。NCO量は8.9%、遊離TDI量は0.5%
未満であった。
【0027】実施例8 0.2モル(70g)のメトキシポリ(エチレングリコ
ール)350を50℃で0.6モル(104.4g)の
トルイレンジイソシアネート(T80)に2時間かけて
添加した。添加操作中、温度を50℃〜55℃間に保持
した。添加終了後、理論NCO量が24.1%に達する
まで、更に3時間撹拌を続けた。過剰のイソシアネート
を150〜170℃、0.1ミリバールの真空下で蒸留
により除去した。NCO量は8.0%、遊離TDI量は
0.5%未満であった。
【0028】 表1:モノ付加物実施例No. アルコール NCO量 当量 モル比 1 ブタノール 16.9% 248 2.5:1 2 ブチルトリグリコール 10.7% 392 2.5:1 3 デカノール 12.7% 330 2:1 4 ドデカノール 11.7% 358 2:1 5 シクロヘキサノール 15.4% 274 4:1 6 イソトリデカノール 11.3% 372 3:1 7 RuCP2 8.9% 457 3:18 MPEG350 8.0% 525 3:1
【0029】2 実施例9−16(本発明による尿素ウ
レタンの調製) 実施例9 15.9gのLiCl及び68g(0.5モル)のキシ
リレンジアミンを80℃にて332gのN−メチルピロ
リドンに溶解した。次いで、この溶液に実施例1で得ら
れた一付加物の248gを1時間かけて添加した。添加
終了後、更に30分間撹拌を続け、室温まで冷却した。
このようにして得られた尿素ウレタン溶液の固形分含量
は50重量%であった。透明な溶液が得られ、ゲルを生
成することなくかなり長時間安定であった。
【0030】実施例10 15.9gのLiCl及び68g(0.5モル)のキシ
リレンジアミンを80℃にて476gのN−メチルピロ
リドンに溶解した。次いで、この溶液に実施例2で得ら
れたモノ付加物の386gを1時間かけて添加した。添
加終了後、更に30分間撹拌を続け、室温まで冷却し
た。このようにして得られた尿素ウレタン溶液の固形分
含量は50重量%であった。長時間安定な透明溶液が得
られた。
【0031】実施例11 25.8gのLiNO3と68g(0.5モル)のキシ
リレンジアミンを80℃にて424gのジメチルホルム
アミドに溶解した。次いで、この溶液に実施例3で得ら
れたモノ付加物の332gを1時間かけて添加した。添
加終了後、更に30分間撹拌を続け、室温まで冷却し
た。このようにして得られた尿素ウレタン溶液の固形分
含量は50重量%であった。得られた溶液はかなり長期
にわたり透明であった。
【0032】実施例12 25.8gのLiNO3及び68g(0.5モル)のキ
シリレンジアミンを80℃にて839gのジメチルアセ
トアミドに溶解した。次いで、この溶液に実施例4で得
られた360gの一付加物を1時間かけて添加した。添
加終了後、更に30分間撹拌を続け、室温まで冷却し
た。このようにして得られた尿素ウレタン溶液の固形分
含量は35重量%であった。長期間安定な透明溶液が得
られた。
【0033】実施例13 15.9gのLiClと84g(0.5モル)のヘキサ
メチレンジアミンを80℃にて374gのN−メチルピ
ロリドンに溶解した。次いで、この溶液に実施例5で得
られた一付加物の274gを1時間かけて添加した。添
加終了後、更に30分間撹拌を続けたのち、室温まで冷
却した。このようにして得られた尿素ウレタン溶液の固
形分含量は50重量%であった。長期間安定な透明溶液
が得られた。
【0034】実施例14 12.9gのLiNO3と42g(0.25モル)のヘ
キサメチレンジアミンを80℃にて361.5gのジメ
チルホルムアミドに溶解した。次いで、この溶液に実施
例6で得られたモノ付加物の186gを1時間かけて添
加した。添加終了後、更に30分間撹拌を続けたのち、
室温まで冷却した。このようにして得られた尿素ウレタ
ン溶液の固形分含量は40重量%であった。長期間安定
な透明の製品が得られた。
【0035】実施例15 8.0gのLiClと27.2g(0.2モル)のキシ
リレンジアミンを80℃にて652gのN−メチルピロ
リドンに溶解した。次いで、この溶液に実施例7で得ら
れたモノ付加物の191gを1時間かけて添加した。添
加終了後、更に30分間撹拌を続行したのち、室温まで
冷却した。このようにして得られた尿素ウレタン溶液の
固形分含量は25重量%であった。長期間安定な透明溶
液が得られた。
【0036】実施例16 9.0gのLiClと27.2g(0.2モル)のキシ
リレンジアミンを80℃にて245gのN−メチルピロ
リドンに溶解した。次いで、この溶液に実施例8で得ら
れたモノ付加物の210gを1時間かけて添加した。添
加終了後、更に30分間撹拌を続行したのち、室温まで
冷却した。このようにして得られた尿素ウレタン溶液の
固形分含量は50重量%であった。長期間安定な透明溶
液が得られた。
【0037】 表2:尿素ウレタン 実施例 付加物のNo. 実施例No. ジアミン 溶媒 9 1 キシリレンジアミン N−メチルピロリドン 10 2 キシリレンジアミン N−メチルピロリドン 11 3 キシリレンジアミン ジメチルホルムアミド 12 4 キシリレンジアミン N−メチルピロリドン 13 5 ヘキサメチレンジアミン N−メチルピロリドン 14 6 ヘキサメチレンジアミン ジメチルホルムアミド 15 7 キシリレンジアミン N−メチルピロリドン16 8 キシリレンジアミン N−メチルピロリドン
【0038】(D)応用例 本発明の尿素ウレタンの水中、混合溶媒中、及びバイン
ダー溶液中におけるゲル生成能力を調べた。更に、バイ
ンダー中における達成可能な層の厚さを測定した。
【0039】混合溶媒として、n−ブタノール/キシレ
ン(1:4)及びn−ブチルアセテート/メトキシプロ
パノール(3:1)を用いた。
【0040】また、次の各種バインダーを用いた。デス
モフェン(Desmophen)VPLS2009:固形分含量
70%のヒドロキシ官能性ポリアクリレート/n−ブチ
ルアセテート(Bayer AG)。プレキシガム(Plexigum)
PQ610:熱可塑性ポリアクリレート粉体を溶解した
n−ブチルアセテート;固形分含量60%(Rohm Gmb
H)。
【0041】バインダー中のテスト:1%の尿素ウレタ
ン溶液を含溶媒バインダー中へ強く撹拌しながら混合し
た(Dispermat、2m/sec)。24時間後、塗膜の垂れテ
ストを膜厚30〜300μmにて実施した。この目的の
ため、得られた混合物をドクターブレードを用いて種々
の膜厚に塗布した。 評価:たるみ性(層の厚さ)(μm)
【0042】溶媒又は水中のテスト:水中又は溶媒中の
ゲル強度を調べるため、尿素ウレタンを水又は溶媒に加
え、振り混ぜた。4時間後、評価を行った。 評価結果(水中又は溶媒混合中):1=ゲル強度大〜6
=ゲル生成せず。
【0043】 表3:応用例の結果 ゲル強度 層厚み n−ブタノール ブチルアセテート Desmophen Plexigum /キシレン /メトキシプロパ VPLS200 PQ610 (1:4) ノール(3:1) 比較例 3−4 3−4 120μm/ 90μm/ 少量の微結晶 微結晶生成 実施例 9 2−3 2 150μm/ 150μm/ 微結晶なし 微結晶なし 10 2 2−3 180μm/ 150μm/ 微結晶なし 微結晶なし 11 2 2 150μm/ 180μm/ 微結晶なし 微結晶なし 12 2 2 150μm/ 210μm/ 微結晶なし 微結晶なし 13 2−3 2 150μm/ 150μm/ 微結晶なし 微結晶なし 14 2 2 180μm/ 150μm/ 微結晶なし 微結晶なし 15 2 2−3 150μm/ 120μm/ 微結晶なし 微結晶なし 水中ゲル強度 16 2 − 150μm/ − 微結晶なし −
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C09D 5/04 C09D 5/04 201/00 201/00

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モノヒドロキシル化合物をジイソシアネ
    ートと反応させて得られたモノイソシアネート付加物を
    非プロトン性溶媒中、リチウム塩の存在下、ジアミンと
    更に反応させて生成した尿素ウレタンを含有する、チキ
    ソトロープ剤として有効な溶液を製造する方法におい
    て、一般式(I): R−OH (I) (式中、Rは炭素数4〜22のn−アルキルもしくはイ
    ソアルキル、炭素数6〜12のシクロアルキル、炭素数
    7〜12のアラールキル、又はCm2m+1(O−C
    n2nx−もしくはCm2m+1(OOC−Cv2vx
    (ただし、m=1〜22、n=2〜4、x=1〜15及
    びV=4又は5)で表される残基)で表されるモノヒド
    ロキシル化合物を1.5〜5倍モル過剰のトルイレンジイ
    ソシアネートと反応させ、未反応のトルイレンジイソシ
    アネートを反応混合物より除去し、次いで、得られたモ
    ノイソシアネート付加物を、リチウム塩の存在下で、一
    般式(II): H2N−R''−NH2 (II) (式中、R''は−Cy2y−を表し、yは2〜12であ
    る)で表される化合物、下記式で表される化合物: 【化1】 及び、下記式で表される化合物: 【化2】 (式中、R'''はメチル基又は水素原子である)からな
    る群より選ばれた少なくとも一のジアミン類と反応させ
    ることを特徴とするチキソトロープ剤として有効な溶液
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 溶液の固形分含量が5〜80重量%であ
    ることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 トルイレンジイソシアネートの過剰モル
    数が2〜4モルであることを特徴とする請求項1又は2
    記載の製造方法。
  4. 【請求項4】 2,4−異性体の割合が50〜80重量
    %であるトルイレンジイソシアネートの異性体混合物を
    使用することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記
    載の製造方法。
  5. 【請求項5】 ジアミンの当量に対し0.2〜2モルの
    リチウム化合物を使用することを特徴とする請求項1〜
    4のいずれかに記載の製造方法。
  6. 【請求項6】 リチウム塩としてLiNO3 を使用す
    ることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の製
    造方法。
  7. 【請求項7】 塗料組成物にチキソトロープ性を賦与す
    ることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の
    製造方法により得られた溶液の用途。
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