JP2001226626A - ポリウレタン塗料用硬化剤 - Google Patents
ポリウレタン塗料用硬化剤Info
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Abstract
塗膜を2コート1ベークで塗装し、硬化せしめ、塗膜形
成するに適した、硬化性、塗膜物性、作業性に優れたト
ップコート塗料用硬化剤の提供。 【解決手段】 1,6−ヘキサメチレンジイソシアネー
トのウレトジオン2量体を1%以上、70%以下含有す
るポリイソシアネートをトップコートの硬化剤として使
用する。
Description
塗膜および該塗膜形成用硬化剤に関し、水酸基含有樹脂
の単独、またはブロックポリイソシアネートを含んだベ
ースコート塗料を塗装し、次いでトップコート塗料とし
て、特定のポリイソシアネートからなる硬化剤を含んだ
ポリウレタン塗料を塗装することにより、全体としてポ
リイソシアネートの量を低減し、耐候性、耐久性に優れ
たウレタン樹脂塗膜を提供する。
クス用塗料において、着色成分であるベースコート塗料
を塗装し、更に耐候性、耐久性、外観向上のためにトッ
プコート塗料を塗装することが行われている。この場合
には、ベースコート塗料およびトップコート塗料におい
て、2液型のポリウレタン樹脂塗料が、優れた塗膜物性
を示すことから、多用されている。
に反応し粘度が上昇していき、ある粘度以上になった塗
料は外観、付着性などが低下するため廃棄しなければな
らず、高価なポリイソシアネートを使用する上で経済的
ではなかった。ブロックポリイソシアネートをベースコ
ート、トップコートの硬化剤として使用する一液型の方
法も知られているが、硬化に130℃以上の加熱が必要
であり、被塗物が金属以外での使用は難しく、またトッ
プコートに使用した場合は焼付け時の着色が問題となる
ため、淡彩色の用途に使用するのは制限があった。
は、ベースコートの塗料として水酸基ならびにカルボキ
シル基を含有する樹脂と触媒からなる塗料を塗装し、次
いで水酸基含有樹脂とポリイソシアネート化合物を主成
分とするトップコート塗料を塗装してトップコート塗料
中のイソシアネート化合物をベースコート層へ一部移行
せしめて硬化させる方法が知られているが、ベースコー
トを架橋せしめるに十分なイソシアネート化合物が移行
しない場合もあり、付着性、耐溶剤性などに問題のある
場合があった。
ト、トップコートからなる2層の塗料を2コート1ベー
クで塗装し硬化せしめて得られるポリウレタン樹脂塗膜
を形成する際に、低温、短時間での乾燥条件において優
れた硬化性、塗膜物性、作業性を奏する硬化剤を提供す
ることにある。
結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明
は、下記の通りである。 1.水酸基含有樹脂を含むベースコート塗料を塗装し、
次いで該塗膜面に、トップコート塗料として、硬化剤と
水酸基含有樹脂とを含み、NCO/OH比が0.8〜
3.0の2液型ポリウレタン塗料を塗装し、硬化してな
るポリウレタン樹脂塗膜形成用の硬化剤であって、該硬
化剤が1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートのウレ
トジオン2量体を1重量%以上、70重量%以下含有す
るポリイソシアネートであることを特徴とするポリウレ
タン塗料用硬化剤、 2.水酸基含有樹脂とブロックポリイソシアネートを含
むベースコート塗料を塗装し、次いで該塗膜面に、トッ
プコート塗料として、硬化剤と水酸基含有樹脂とを含
み、NCO/OH比が0.8〜3.0の2液型ポリウレ
タン塗料を塗装し、加熱硬化してなるポリウレタン樹脂
塗膜形成用の硬化剤であって、該硬化剤が1,6−ヘキ
サメチレンジイソシアネートのウレトジオン2量体を1
重量%以上、70重量%以下含有するポリイソシアネー
トであることを特徴とするポリウレタン塗料用硬化剤、
料を塗装し、次いで該塗膜面に、トップコート塗料とし
て、硬化剤と水酸基含有樹脂を含み、NCO/OH比が
0.8〜3.0の2液型ポリウレタン塗料を塗装し、硬
化してなるポリウレタン樹脂塗膜であって、該硬化剤が
1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオ
ン2量体を1重量%以上、70重量%以下含有するポリ
イソシアネートであることを特徴とするポリウレタン樹
脂塗膜、 4.水酸基含有樹脂とブロックポリイソシアネートを含
むベースコート塗料を塗装し、次いで該塗膜面に、トッ
プコート塗料として、硬化剤と水酸基含有樹脂を含み、
NCO/OH比が0.8〜3.0の2液型ポリウレタン
塗料を塗装し、加熱硬化してなるポリウレタン樹脂塗膜
であって、該硬化剤が1,6−ヘキサメチレンジイソシ
アネートのウレトジオン2量体を1重量%以上、70重
量%以下含有するポリイソシアネートであることを特徴
とするポリウレタン樹脂塗膜。
2コート1ベークでポリウレタン樹脂塗膜を形成する際
のトップコート用硬化剤につき鋭意検討した結果、特定
のポリイソシアネートを選択することにより、ベースコ
ート層まで十分に架橋し、優れた塗膜物性を形成できる
ことがわかった。ここで言う、特定のポリイソシアネー
トとは、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートから
得られるウレトジオン2量体を1重量%以上、70重量
%(以下、表2の光沢保持率を除き、%は重量%を示
す。)以下含有するものである。
ジイソシアネートのウレトジオン2量体を含むポリイソ
シアネートの製造方法としては、例えば、特許公開公報
昭59−98180号、同昭61−97265号、同
平5−32759号、同平7−309926号、同平8
−269012号、同平9−208563号、同平10
−77324号、同平10−506660号、同平10
−95823号などに記載されている公知の方法で製造
されるポリイソシアネートが使用できる。
温で加熱してウレトジオン結合を副生させる方法を用い
ても良い。従来公知である水や第三級アルコールとの反
応物であるビゥレット構造を有するポリイソシアネート
もウレトジオン2量体を含有するため使用できる。更
に、イソシアヌレート化反応やアロファネート化反応で
得られるポリイソシアネートや多価アルコールとの付加
生成物であるポリイソシアネートを前述の方法で得られ
たウレトジオンを含有するポリイソシアネートと混合し
て、ポリイソシアネート中のウレトジオン2量体の含有
量を1%以上、70%以下に調製しても良い。
トとしては、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート
から得られるウレトジオン2量体を1%以上、70%以
下含むものであり、好ましくは5%以上、50%以下含
むものが良い。1%未満の場合は、トップコート層のポ
リイソシアネートがベースコート層へ移行する割合が小
さくなるため、耐溶剤性、付着性などに十分な性能を発
現しない。一方、70%を超えると、ウレトジオン2量
体は2官能であり、塗膜の架橋性が悪く、耐溶剤性、耐
候性などに劣る。また、ウレトジオン体は熱的に不安定
であるため、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート
(モノマー)に解離し、ポリイソシアネート貯蔵中にモ
ノマーの含有量が増加し、作業環境の点で好ましくな
い。ウレトジオン2量体以外の成分としては、ビゥレッ
ト構造、イソシアヌレート構造、アロファネート構造を
有するポリイソシアネートが好ましく、特にイソシアヌ
レート構造を有するポリイソシアネートが耐候性の点で
好ましい。また、アロファネート構造単独またはイソシ
アヌレート構造を同時に含むポリイソシアネートも低粘
度、極性の低い溶剤への溶解性の点で好ましい。
トップコートに使用される水酸基含有樹脂との比率はN
CO/OHで表されるモル比で0.8〜3.0、特に
1.0〜2.0の範囲が好ましい。0.8未満の場合、
トップコート層からベースコート層に移行するポリイソ
シアネートの量が少なくなるため、十分な架橋を形成で
きず、耐溶剤性、耐候性、付着性などの低下が起こる。
一方、3.0を超えた場合は、乾燥性の遅延やポリイソ
シアネートの量が増えるために経済的に好ましくない。
れている、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレ
タン樹脂などが使用でき、例えば、水酸基価は5〜20
0mgKOH/g、好ましくは20〜120mgKOH
/g、酸価は0〜50mgKOH/g、好ましくは0〜
20mgKOH/g、数平均分子量は1000〜100
000,好ましくは2000〜50000の範囲のもの
が使用される。ベースコート塗料は、水酸基含有樹脂の
単独またはブロックポリイソシアネートを調合した一液
型塗料が使用される。ブロックポリイソシアネートとし
ては、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートおよび
/またはイソホロンジイソシアネートから得られるビゥ
レット、イソシアヌレート、ウレタン、ウレトジオン、
アロファネート基のいずれかを有するポリイソシアネー
トを公知のブロック化剤であるオキシム類、ラクタム
類、活性メチレン化合物などでブロック化したものであ
り、例えば、2−ブタノンオキシム、ε−カプロラクタ
ム、アセト酢酸エチル、マロン酸ジエチルなどの化合物
でブロックすることができる。これらのブロックポリイ
ソシアネートは、焼き付け条件に応じて任意に選択する
ことができる。
合、水酸基含有樹脂とブロックポリイソシアネートの比
率は、(有効NCO)/(OH)モル比で1.0以下、
特に0.8以下が好ましい。また、ベースコート塗料に
は通常当該分野で使用される無機および有機系顔料を使
用したソリッドカラー塗料や、鱗片状のアルミニウムな
どの金属微粉、雲母状酸化鉄などを使用したメタリック
塗料、パール塗料を使用することもできる。
ト層から移行してくるウレトジオン2量体の硬化および
ベースコートに調合されているブロックポリイソシアネ
ートの硬化を促進するために、当該分野で使用されてい
る硬化触媒、例えば、有機金属系化合物、酸性燐酸エス
テルや第3級アミン化合物を使用してもよい。これらの
化合物として、例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジオ
クチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、テト
ラブチルジアセトキシジスタノキサン、ナフテン酸鉛、
ナフテン酸コバルト、2−エチルヘキサン酸鉛、2−エ
チルヘキサン酸鉄、リン酸モノブチルエステル、リン酸
ジブトキシエステル、トリエチレンジアミンなどを使用
することができる。
らに具体的に説明するが、本発明は、実施例によりなん
ら限定されるものではない。 <ポリイソシアネート中のHDIのウレトジオン2量体
の含有量>ゲルパーミエーションクロマトグラフィー
(GPC)の測定で得られる流出面積百分率で求めた。
測定条件は、カラム:東ソー(株)G1000HXL、
G2000HXL、G3000HXLを各1本、キャリ
アー:テトラヒドロフラン、検出方法:示差屈折計、デ
ータ処理:東ソー(株)CP8000で行った。 <ウレトジオン含有ポリイソシアネートの製造例>
導入管と温度計、滴下漏斗、攪拌機を備えた1Lの4ツ
口フラスコに、ヘキサメチレンジイソシアネート(以
下、HDIと略) 500gを仕込み、60℃に加熱
し、攪拌下、トリスジエチルアミノホスフィン 5.0
gを加えた。60℃で反応を進行させ、4時間後、反応
液の屈折率が0.006上昇した時点で、リン酸4.0
gを添加し反応を停止した。リン酸添加後、更に60℃
で1時間、加熱を続けた後、室温に冷却した。反応液を
濾過し析出物を除いた後、流下式薄膜蒸発装置を用い
て、1回目を3Torr/155℃、2回目を0.2T
orr/145℃で未反応のHDIを除去し、微黄色透
明の液体で、25℃での粘度が52mPa・s、イソシ
アネート基含有量が24.0%のポリイソシアネート−
Aを得た。ポリイソシアネート−Aのウレトジオン2量
体含有量は75%であり、赤外線吸収スペクトラム(I
R)では、1760cm-1にウレトジオン結合に基づく
強い吸収が観察された。
じ反応装置に、HDI 560g、トリメチル燐酸 1
20g、メチルセロソルブ 120gと水を2.8g仕
込み、125℃に昇温して2時間、更に160℃に昇温
して4時間反応させた後、室温まで冷却を行った。反応
液を濾過し析出物を除去した後、実施例1と同じ流下式
薄膜蒸発装置を用いて、未反応のHDIを除去し、微黄
色透明の液体で、25℃での粘度が1100mPa・
s、イソシアネート基含有量が23.8%のポリイソシ
アネート−Bを得た。ポリイソシアネート−Bのウレト
ジオン2量体含有量は13%であった。
じ反応装置に、HDI 700g 、1,3−ブタンジ
オール28gを仕込み、160℃に3時間保持し反応を
行った後、室温まで冷却を行った。反応液を濾過し、実
施例1と同様に未反応のHDIを除去し、微黄色透明の
液体で、25℃での粘度が530mPa・s、イソシア
ネート基含有量が19.6%のポリイソシアネート−C
を得た。ポリイソシアネート−Cのウレトジオン2量体
含有量は16%であった。IRスペクトラムからは、ウ
レタンとウレトジオンに基づく吸収が認められた。<ウ
レトジオンを含有しないポリイソシアネートの製造例>
じ反応装置に、HDI 700gを仕込み、60℃に加
温し、攪拌下、三量化触媒としてテトラメチルアンモニ
ウム・カプリエートを反応液の屈折率が0.0010上
昇するまで0.2g分割添加した。その後、リン酸0.
15gを加え、90℃に加温して1時間加熱を続けた
後、室温に冷却して触媒の失活物を析出させ、濾過を行
った後、流下式薄膜蒸発装置を用いて、未反応のHDI
を除去して、微黄色、透明の液体で、25℃における粘
度が1350mPa・s、NCO含有量が23.1%の
ポリイソシアネート−Dを得た。ポリイソシアネート−
Dのウレトジオン2量体含有量は1%未満であり、IR
ではウレトジオンに基づく吸収は観察されなかった。
じ反応装置に、HDI 700g 、2−エチルヘキシ
ルアルコール30gを仕込み、攪拌下80℃で反応を行
った。次いで、温度を60℃に下げた後、テトラメチル
アンモニウム・カプリエート0.2gを30分毎に分割
して8回加えた。4時間、60℃で反応を行った後、8
5%リン酸0.20gを加え反応を停止させた後、さら
に90℃まで温度を上げて1時間加熱を行い、室温に冷
却した。析出物のある反応液を濾過により除去した後、
流下式薄膜蒸発装置を用いて未反応のHDIを除去し、
微黄色、透明の液体で、25℃における粘度は440m
Pa・s、NCO含有量が21.0%のポリイソシアネ
ート−Eを得た。ポリイソシアネート−Eのウレトジオ
ン2量体含有量は1%未満であり、ウレトジオンに基づ
く吸収は観察されなかった。
考例1と同じ反応装置に、イソホロンジイソシアネート
の3量体であるVestagone T1890L(ヒ
ュルス社製品)400g、キシレン 86gを仕込み均
一に溶解させた。更に、アセト酢酸エチル 164gを
加えて均一にした後、ナトリウムメチラート溶液(28
%溶液)0.72gを、反応液の温度が80℃を越えな
いように注意しながら、3時間かけて滴下、添加した。
その後n−ブタノールを10g添加し、更に90℃に加
熱してIRでイソシアネート基の吸収がなくなるまで2
時間反応を続けた後、ジブチルリン酸2.3gを加え1
時間攪拌を続けた後、室温まで冷却しブロックポリイソ
シアネートを得た。ブロックポリイソシアネートは固形
分60%,有効イソシアネート基量は7.4%、25℃
での粘度は550mPa・sであった。
A(固形分55%,水酸基価30、ガラス転移温度10
℃)を乾燥膜厚40ミクロンとなるよう塗工し、室温に
30分間放置後、更に60℃で30分間乾燥させベース
コートの塗膜を得た。次いで、該塗面上にアクリルポリ
オールB(固形分55%、水酸基価45、ガラス転移温
度35℃)100重量部(以下、部と略記する。)とポ
リイソシアネートBを17.0部、酢酸n−ブチル/キ
シレン混合溶剤27部を均一に混合しNCO/OH比が
1.2のトップコート塗料を乾燥膜厚80ミクロンにな
るように塗工した。室温で15分間放置後、90℃で3
0分間乾燥した後、塗膜をポリプロピレン板から剥離
し、ポリプロピレン板面側のベースコート塗膜の窒素と
炭素の比率を以下に記載したX線光電子分光分析(以
下、ESCAと略)方法で測定し、その強度比でもって
トップコート塗膜からベースコート塗膜へのポリイソシ
アネートの移行性の測定をした。測定の結果、ベースコ
ート塗膜の窒素/炭素比は、1.9であった。また、ア
クリルポリオールAだけを塗工、乾燥した塗膜を同様の
操作を行い窒素/炭素比を測定した結果は0.9である
ことからベースコート塗膜中にトップコートのポリイソ
シアネートが移行していることが確認された。
レス製の水平試料ホルダー(直径10mm)上に、中心
から直径6mm以上になるように粘着テープで固定し、
試料チャンバー内にセットして塗膜表面の窒素と炭素の
強度を測定した。光電子脱出角度を90度とし、X線源
にMgKα1.2を用い、出力を7KV×30mAで、
試料チャンバー室を3×10-5Pa以下の真空に保っ
た。窒素はN1sで410〜392eVの範囲を積分回
数16回、炭素はC1sで294〜280eVの範囲を
積分回数1回で測定し、各々バックグラウンド除去した
後、ピーク面積を求め、装置固有の感度補正値(本実施
例ではC1sで1.00,N1sで1.77)で除し、
原子数比としての窒素/炭素比を算出した。
リイソシアネートの種類、量を変更した以外は実施例1
と同様に行い測定した結果を表1に示す。
00部とブロックポリイソシアネート 18.2部(N
CO/OH比0.6)を加え、キシレン/酢酸nブチル
混合溶剤にて塗料粘度をフォードカップNo.4で14
秒に調製しベースコート塗料を作成した。また、実施例
1と同じアクリルポリオールB 100部とポリイソシ
アネートB 17.0部を加え、キシレン/酢酸nブチ
ル混合溶剤にて塗料粘度をフォードカップNo.4で同
じく14秒に調製し、NCO/OH比が1.2のトップ
コート塗料を作成した。作成したベースコート塗料をア
ルミ板(JIS K5410に規定されるアルミ板をイ
ソプロピルアルコールとキシレンの1:1混合溶剤で洗
浄、乾燥したもの)に、乾燥膜厚が40ミクロンになる
ようにエアースプレー塗装し、室温に15分放置後、ト
ップコート塗料を乾燥膜厚が30ミクロンになるように
エアースプレー塗装した。15分室温に放置後、90℃
の乾燥炉にて30分焼き付け乾燥を行った。得られた塗
膜性能の結果を表2に示す。
00部をキシレン/酢酸nブチル混合溶剤にて塗料粘度
をフォードカップNo.4で14秒に調製しベースコー
ト塗料を作成した。また、実施例1と同じアクリルポリ
オールB 100部とポリイソシアネートB 21.2
部を加え、キシレン/酢酸nブチル混合溶剤にて塗料粘
度をフォードカップNo.4で同じく14秒に調製し、
NCO/OH比が1.5のトップコート塗料を作成し
た。実施例6と同じように塗装、乾燥して得られた塗膜
の結果を表2に示す。
ートをポリイソシアネートBとポリイソシアネートDを
各々4.2, 12.7部の混合物(NCO%=23.
2)を使用したNCO/OH比が0.9のトップコート
塗料を用いた他は実施例6と同じにした結果を表2に示
す。
アネートに代えてポリイソシアネートAを21.2部
(NCO/OH比1.5)用いた他は実施例6と同じに
した結果を表2に示す。
ソシアネートDを7.7部配合し、キシレン/酢酸nブ
チルの混合溶剤でフォードカップNo.4で15秒の粘
度に調製したNCO/OH比が0.8のベースコート塗
料を作成した。また、アクリルポリオールBにポリイソ
シアネートDを14.7部加え、同じくキシレン/酢酸
nブチルの混合溶剤で塗料粘度をフォードカップNo.
4で14秒に調製したNCO/OH比1.0のトップコ
ート塗料を作成した。実施例6と同じように塗装、乾燥
して得られた塗膜の結果を表2に示した。
トから得られるウレトジオン2量体を1%以上含有する
ポリイソシアネートをトップコート用2液型ポリウレタ
ン塗料の硬化剤に使用することにより、ベースコート塗
膜も十分に架橋させることが可能である。そのため、該
硬化剤を用いて形成したポリウレタン樹脂塗膜は、付着
性、耐溶剤性、耐候性において優れた特性を発現でき
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 水酸基含有樹脂を含むベースコート塗料
を塗装し、次いで該塗膜面に、トップコート塗料とし
て、硬化剤と水酸基含有樹脂とを含み、NCO/OH比
が0.8〜3.0の2液型ポリウレタン塗料を塗装し、
硬化してなるポリウレタン樹脂塗膜形成用の硬化剤であ
って、該硬化剤が1,6−ヘキサメチレンジイソシアネ
ートのウレトジオン2量体を1重量%以上、70重量%
以下含有するポリイソシアネートであることを特徴とす
るポリウレタン塗料用硬化剤。 - 【請求項2】 水酸基含有樹脂とブロックポリイソシア
ネートを含むベースコート塗料を塗装し、次いで該塗膜
面に、トップコート塗料として、硬化剤と水酸基含有樹
脂とを含み、NCO/OH比が0.8〜3.0の2液型
ポリウレタン塗料を塗装し、加熱硬化してなるポリウレ
タン樹脂塗膜形成用の硬化剤であって、該硬化剤が1,
6−ヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン2
量体を1重量%以上、70重量%以下含有するポリイソ
シアネートであることを特徴とするポリウレタン塗料用
硬化剤。 - 【請求項3】 水酸基含有樹脂を含むベースコート塗料
を塗装し、次いで該塗膜面に、トップコート塗料とし
て、硬化剤と水酸基含有樹脂を含み、NCO/OH比が
0.8〜3.0の2液型ポリウレタン塗料を塗装し、硬
化してなるポリウレタン樹脂塗膜であって、該硬化剤が
1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオ
ン2量体を1重量%以上、70重量%以下含有するポリ
イソシアネートであることを特徴とするポリウレタン樹
脂塗膜。 - 【請求項4】 水酸基含有樹脂とブロックポリイソシア
ネートを含むベースコート塗料を塗装し、次いで該塗膜
面に、トップコート塗料として、硬化剤と水酸基含有樹
脂を含み、NCO/OH比が0.8〜3.0の2液型ポ
リウレタン塗料を塗装し、加熱硬化してなるポリウレタ
ン樹脂塗膜であって、該硬化剤が1,6−ヘキサメチレ
ンジイソシアネートのウレトジオン2量体を1重量%以
上、70重量%以下含有するポリイソシアネートである
ことを特徴とするポリウレタン樹脂塗膜。
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