JP2002530508A - カルバメート官能性化合物を含む硬化可能な被覆組成物 - Google Patents

カルバメート官能性化合物を含む硬化可能な被覆組成物

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JP2002530508A
JP2002530508A JP2000584012A JP2000584012A JP2002530508A JP 2002530508 A JP2002530508 A JP 2002530508A JP 2000584012 A JP2000584012 A JP 2000584012A JP 2000584012 A JP2000584012 A JP 2000584012A JP 2002530508 A JP2002530508 A JP 2002530508A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ヒドロキシル基および第一級カルバメート基を有するアクリル樹脂のヒドロキシル基と、ヒドロキシル基をアミノプラスト架橋剤と非反応性の新しい基に変換させる化合物とを反応させる第一段階、アクリル樹脂反応生成物と少なくとも1種のアミノプラスト架橋剤とを組み合わせて被覆組成物を形成する第二段階、および被覆組成物を基体に塗布し、かつ塗布した被覆層を硬化し、その中には実質的にエーテル結合が形成されない第三段階を含む方法を提供する。アミノプラスト架橋剤は、他の理由、例えば穏和な条件下で硬化する優れた外観を有する高固形分被覆を提供するために好ましい。アミノプラスト架橋剤とヒドロキシル基との反応により形成されるエーテル結合の回避は、環境腐食に対する硬化被覆の抵抗性を改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 発明の技術分野 本発明は、硬化可能な被覆組成物、特には高光沢トップコート(topcoat) 、特
には着色−プラス−透明(color-plus-clear)積層被覆の透明塗料のための組成物
に関する。
【0002】 発明の背景 硬化可能、または熱硬化性の被覆組成物は、塗料業界、特には自動車および工
業的塗料産業におけるトップコートとして広く使用されている。下塗り−透明被
覆積層被覆は、ひときわすぐれた光沢、色調の深さ、イメージの鮮明さ、または
特殊なメタリック効果を提供するトップコートである。自動車産業は、下塗り−
透明被覆積層被覆を自動車車体パネルのために広範に使用している。単層トップ
コートおよび着色−プラス−透明積層被覆の透明被覆は、希望する視覚効果に到
達するために著しく高度の透明性および光沢性を要求する。このような被覆は、
希望する高い光沢および高いイメージの鮮明さ(DOI)に到達するために被覆
の表面において低い視覚収差を必要とする。
【0003】 これらの被覆に要求される平滑で光沢がある表面では欠陥が発見されやすいの
で、これらは特に環境腐食として知られる現象を受けやすい。「環境腐食」は、
拭き取れないことが多い被覆の仕上げの上またはその中における斑点または疵を
特徴とする種類の暴露欠陥に適用される用語である。高光沢トップコートまたは
着色−プラス−透明積層被覆が示す環境腐食への抵抗性の程度を予測することは
困難であった。外部塗料、例えばヒドロキシル官能性アクリルポリマーをメラミ
ン−ホルムアルデヒド樹脂を用いて架橋する従来の高固形分エナメルなどに使用
する場合に、その耐久性および/または耐候性が認められている多数の被覆組成
物は、高光沢被覆、例えば着色−プラス−透明積層被覆の透明被覆に使用した場
合に、環境腐食に対して希望するレベルの抵抗性をもたらさない。メラミン−ホ
ルムアルデヒド樹脂のようなアミノプラスト樹脂架橋剤とヒドロキシル官能性樹
脂とにより形成されるエーテル結合は、環境腐食に対する抵抗性の観点からは好
ましくないけれども、アミノプラスト架橋剤は、穏和な条件下で硬化する優れた
外観を有する高固体分被覆を提供するなどの他の理由から好ましい。
【0004】 最近、カルバメート官能性アクリル樹脂に基づく自動車被覆組成物が環境腐食
損傷に対してさらに高い抵抗性であることが示された。カルバメート官能性アク
リル樹脂を用いる硬化可能な被覆組成物は、例えば、米国特許(US)第535
6669号、第5474811号、第5552497号、第5559195号、
第5605965号、第5639554号、第5639828号および第572
6246号の各明細書に記載され、これらのいずれも引用することにより本明細
書内に編入される。カルバメート基は、穏和な温度で、メラミン−ホルムアルデ
ヒド樹脂またはその他のアミノプラスト樹脂と架橋できる。従って、被覆組成物
は、アミノプラスト樹脂の多数の利点を利用し、一方同時に、環境腐食劣化に対
して抵抗性がある被覆を形成することができる。
【0005】 例えば米国特許(US)第5356669号明細書は、カルバメート官能性を
有するアクリルポリマーの製造方法を記載している。示唆されている一つの方法
では、環状カーボネート官能性アクリル(cyclic carbonate-functional acrylic
) とアンモニアとを反応させてカルバメート基または複数のカルバメート基を生
成させる。カーボネート官能性モノマーは、同様にカルバメート官能性モノマー
に変換され、次いでカルバメート官能性モノマーはカルバメート官能性アクリル
ポリマーの重合に使用できる。カルバメート官能性を生成するこれらの合成方法
は利点を有する。カーボネート環開裂合成の欠点は、反応がヒドロキシル基も生
成し、これは次いでアミノプラスト架橋剤と反応して(従来のエナメル組成物と
同様に)好ましくないエーテル結合を形成することにある。
【0006】 カルバメート官能性アクリルポリマーを製造するために示唆されている別の方
法は、希望するカルバメート官能性に加えてヒドロキシル官能性を有するアクリ
ルポリマーをもたらすかまたはもたらす可能性がある。米国特許(US)第55
53497号明細書は、ヒドロキシ官能性アクリルとカルバメート化合物とのエ
ステル交換によりカルバメート官能性アクリルポリマーを製造する方法を記載し
ている。この場合にも、アクリルポリマーは、ヒドロキシル基の一部分が変換さ
れないで残るものと予想されるので、カルバメート基に加えてヒドロキシル基を
有することがある。別の合成法として、米国特許(US)第5552497号明
細書は、カルバメート官能性アクリルポリマーを形成するための、ヒドロキシ官
能性アクリルモノマーの付加重合とカルバミン酸アルキル、例えばカルバミン酸
メチルとのエステル化との同時法を開示している。同時に行われる重合およびエ
ステル化は、重合混合物中でのカルバメート含有モノマーの非相容性および先に
形成されたヒドロキシル官能性アクリルポリマーのエステル交換の間の好ましく
ない分子量上昇の問題を避けることができる。しかし、エステル化反応が完結し
ていない場合には、アクリルポリマーはヒドロキシル基を有することがある。カ
ルバメート官能性を生成する他の方法は、尿素の熱分解により生成するHNCO
とヒドロキシル基との反応であり、米国特許(US)第5605965号明細書
に記載されている。化学量論的量以下のHNCOが反応された場合には、ヒドロ
キシル官能性がアクリルポリマー中に残留する。
【0007】 上記の方法はいずれもカルバメート基を有するアクリルポリマーの製造のため
に実行可能であるが、残留ヒドロキシル基はアミノプラスト架橋剤と好ましくな
いエーテル結合を生成することがある。従って、ヒドロキシル官能性にアミノプ
ラスト架橋剤との反応を不可能とさせて、環境腐食に対する硬化被覆の抵抗性を
最大とするために、アクリル樹脂の硬化の間にカルバメート基のみが架橋を形成
することが好ましい。
【0008】 発明の概要 本発明は、硬化可能な被覆組成物のために第一級カルバメート官能性アクリル
ポリマーを形成する方法を提供し、この方法は、変換されたアクリル樹脂および
アミノプラスト架橋剤を含む被覆組成物が硬化する際に、ヒドロキシル基および
第一級カルバメート基を有するアクリル樹脂のすべてのヒドロキシル基をアミノ
プラスト架橋剤と反応しない新しい基に変換する段階を含む。ヒドロキシル基の
変換は、被覆の硬化の際にヒドロキシル基とアミノプラスト架橋剤とが反応する
エーテル結合の形成を妨げる。従って、変換からの基がアミノプラスト架橋剤と
反応しないということは、カルバメート基との反応が起きる条件下で、その基が
アミノプラスト架橋剤と非反応性であることを意味する。本発明に関連して使用
する場合には、用語「第一級カルバメート基」は、構造
【0009】
【化2】
【0010】 を有する基を表す。
【0011】 本発明は、さらに本発明の方法により形成された被覆組成物および本発明によ
る被覆組成物から誘導された硬化被覆がその上に存在する基体を有する物品も提
供する。
【0012】 発明の説明 本発明による方法は、ヒドロキシル基および第一級カルバメート基を有するア
クリル樹脂のヒドロキシル基を、アミノプラスト架橋剤と非反応性の新しい基に
、殊にはヒドロキシル基とそのための化合物との反応により変換する第一段階、
新しい基を有するアクリル樹脂と少なくとも1種のアミノプラスト架橋剤とを組
み合わせて被覆組成物を形成する第二段階、および被覆組成物を基体に塗布し、
かつ塗布した被覆層を硬化して、これにより実質的にエーテル結合が形成されな
い第三段階を含む。
【0013】 ヒドロキシル基および第一級カルバメート基を有するアクリル樹脂は、多数の
方法により形成できる。第一級カルバメート官能基をアクリル樹脂中に導入する
一つの方法は、環状カーボネート官能性アクリルをアンモニアと反応させてカル
バメート基を形成する方法である。環状カーボネート官能性アクリルポリマーは
、当該技術分野では公知であり、例えば米国特許(US)第2979514号明
細書に記載され、その開示内容は引用することにより本明細書に編入される。開
環反応も第一級カルバメート基にβ位にあるヒドロキシル基を生成する。
【0014】 カーボネート官能性モノマーは同時にβ−ヒドロキシ第一級カルバメート官能
性モノマーに変換され、次いでβ−ヒドロキシ第一級カルバメート官能性モノマ
ーは、ヒドロキシル基および第一級カルバメート基を有するアクリル樹脂の重合
に使用される。さらに、カーボネート官能基は、CO との反応によりオキシ
ラン(またはエポキシド)基を有するモノマーを反応させることにより得ること
ができる。これは大気圧から超臨界CO 圧力までのいかなる圧力でも実施で
きるが、しかし、有利には加圧(例えば60〜150psi(4.1〜10.3
バール))下である。この反応のための温度は有利には60〜150℃である。
使用できる触媒は、オキシラン環を活性化するあらゆるもの、例えば第三級アミ
ンまたは第四級塩(例えばテトラメチルアンモニウムブロミド)、有機スズハロ
ゲン化錯体およびアルキルホスホニウムハロゲン化物の組み合わせ(例えば、(
CH SnI、Bu SnI、Bu PI、および(CH PI
)、カリウム塩(例えばK CO 、KI)、有利にはクラウンエーテル、オ
クタン酸スズ、オクタン酸カルシウムなどとの組み合わせを含む。次いで、環状
カーボネート基を上記のようにしてカルバメート基に変換できる。カーボネート
官能性モノマーの場合と同様に、オキシラン基のカルバメート基への変換は、付
加重合反応の前、その間、またはその後に行うことができる。好適なオキシラン
官能性モノマーは、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、およ
びアリルグリシジルエーテルを含み、これに限定はされない。あらゆる不飽和結
合は、最初に過酸化物と反応させてエポキシ基に変換することによりカルバメー
ト基に変換し、次いでCO と反応して環状カーボネートを形成し、次いでア
ンモニアまたは第一級アミンと一緒にカルバメートを形成することもできる。反
応性モノマーのエチレン性不飽和の反応性によって、カルバメート官能基の合成
は、付加重合の後に実行しなければならない。例えば、不飽和結合は、重合の間
にアリルメタクリレートを含ませることにより、または形成されたアクリルポリ
マーへの不飽和の導入により、例えばポリマー上のヒドロキシルとイソシアナー
トエチルメタクリレートとの反応により、アクリルポリマーに導入できる。
【0015】 他の方法では、ヒドロキシ官能性アクリルは、アルキル第一級カルバメート化
合物とエステル交換して第一級カルバメート官能性アクリルポリマーを形成する
ことができる。すべてではないヒドロキシル基をエステル化した場合には、アク
リルポリマーはまたヒドロキシル基を有する。過剰のエステル化カルバメート化
合物を用いるとエステル化反応を完結まで進めるので、過剰のカルバメート化合
物の使用は好ましくない副反応をもたらすかおよび/またはエステル化の完了後
に残留した過剰のカルバメート化合物の除去を必要とするであろう。従って、過
剰のカルバメート化合物を使用しないことが有利であり、むしろ一部のヒドロキ
シル基を残すほうがよい。エステル交換のために使用できるアルキル第一級カル
バメートの説明のための例は、カルバミン酸メチル、カルバミン酸エチル、カル
バミン酸プロピル、カルバミン酸イソプロピル、カルバミン酸ブチル、カルバミ
ン酸−2−エチルヘキシル、カルバミン酸シクロヘキシル、カルバミン酸フェニ
ル、カルバミン酸ヒドロキシプロピル、カルバミン酸ヒドロキシエチルなどを含
み、これに限定はされない。エステル交換は、触媒、例えば、スズ化合物、例え
ばジブチルスズオキシド、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセテー
ト、ジブチルスズジメトキシド、アルミニウム化合物、例えばアルミニウムイソ
プロポキシド、亜鉛化合物、チタン酸塩、および強酸触媒を含む有機金属錯体を
用いて実行することができる。このようなエステル化触媒の量は、反応物に対し
て約0.05質量%〜約5質量%であることができる。代表的には、エステル化
触媒は反応物に対して約0.1質量%〜約1質量%である。
【0016】 ヒドロキシル基および第一級カルバメート基を有するアクリル樹脂を製造する
ための別の方法は、米国特許(US)第5552497号明細書に開示されてい
る。アクリルポリマーの重合は、ヒドロキシル官能性モノマーを用いて行われる
。同時に、このモノマーのヒドロキシ基は、重合混合物中にカルバミン酸アルキ
ル、例えば上記のいずれかを含むことによりエステル化される。エステル化反応
を完結まで進行させる試みは、前記の連続重合−エステル化方法に関してすでに
記載したと同じ問題を含む。ヒドロキシル基のエステル化が、ヒドロキシル基の
化学量論的過剰によるかまたは反応条件によるかのために完結していない場合に
は、得られたポリマーはヒドロキシル基を含む。この場合にも、エステル交換触
媒は、反応物(この場合にはモノマー)に対して約0.05質量%〜約5質量%
、有利には約0.1質量%〜約1質量%のレベルで使用することができる。エス
テル交換触媒は、反応の開始時に一回の装入で加えることができるが、しかし有
利には二部分に分割し、その一部分は反応の開始時に加え、その他の部分は付加
重合反応の完結の後に加える。
【0017】 第一級カルバメート官能基を生成する方法の別の例は、ヒドロキシル基と、尿
素の熱分解により生成するHNCOとの反応によるものであり、これは米国特許
(US)第5605965号明細書に記載されている。化学量論的量以下のHN
COを反応させた場合または反応が完結まで進行していない場合には、ヒドロキ
シル官能基がアクリルポリマーに残留する。
【0018】 アクリル樹脂は、有利には約500〜約1000000、さらに有利には約1
500〜約50000の分子量を有する。本明細書中に使用する「分子量」は、
ポリスチレン標準を用いるGPC法により測定できる数平均分子量を表す。第一
級カルバメート含有モノマー単位は、アクリル樹脂の約10〜約90質量%およ
び有利にはアクリル樹脂の約40〜約60質量%であってもよい。
【0019】 ヒドロキシル基および第一級カルバメート基を有するアクリル樹脂のヒドロキ
シ官能性アクリル樹脂からの形成を含むあらゆる方法において、ヒドロキシル官
能性アクリル樹脂は、アクリル樹脂の重合の間にヒドロキシル官能性エチレン性
不飽和モノマーを用いることにより形成することができる。使用できるヒドロキ
シル官能性エチレン性不飽和モノマーは、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒ
ドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプ
ロピルメタクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシブチルメタ
クリレート、メタクリル酸とスチレンオキシドとの反応生成物などを含み、これ
らに限定はされない。有利なヒドロキシモノマーは、化合物のヒドロキシルを有
するアルコール部分が炭素原子1〜約8個を有する直鎖状または分枝状ヒドロキ
シアルキル部分であるメタクリル酸またはアクリル酸のエステルである。
【0020】 ヒドロキシ基、カルバメート基、エポキシ基、非重合性不飽和、またはカーボ
ネート基を有するモノマーは、1種またはそれ以上の他のエチレン性不飽和モノ
マーと一緒に重合させてもよい。共重合のためのこのようなモノマーは、当該技
術分野では公知である。その例は、アクリル酸またはメタクリル酸のアルキルエ
ステル、例えばメチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレ
ート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレ
ート、イソプロピルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレー
ト、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、t−ブチルアクリレ
ート、t−ブチルメタクリレート、アミルアクリレート、アミルメタクリレート
、イソアミルアクリレート、イソアミルメタクリレート、ヘキシルアクリレート
、ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、デシルアクリレ
ート、デシルメタクリレート、イソデシルアクリレート、イソデシルメタクリレ
ート、ドデシルアクリレート、ドデシルメタクリレート、シクロヘキシルアクリ
レート、シクロヘキシルメタクリレート、置換シクロヘキシルアクリレートおよ
びメタクリレート、3,5,5−トリメチルヘキシルアクリレート、3,5,5
−トリメチルヘキシルメタクリレート、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イ
ソクロトン酸、ビニル酢酸、およびイタコン酸の相当するエステルなど、および
ビニルモノマー、例えば不飽和m−テトラメチルキシレンイソシアナート、スチ
レン、t−ブチルスチレン、アルファ−メチルスチレン、ビニルトルエンなどを
含み、これらに限定はされない。その他の使用できる重合可能なコモノマーは、
例えばアルコキシ・エチルアクリレートおよびメタクリレート、アクリロキシ・
アクリレートおよびメタクリレート、エチレン性不飽和カルボン酸、例えばアク
リル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、およびフマル酸
、エチレン性不飽和第三級アミノ化合物、例えばN.N’−ジメチルアミノエチ
ルメタクリレート、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン、およびビニルピ
ロリジン、および化合物、例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アク
ロレイン、およびメタクロレインを含む。これらの組み合わせが通常使用される
【0021】 本発明の方法は、ヒドロキシル基および第一級カルバメート基を有するアクリ
ル樹脂のヒドロキシル基を新しい基に、有利には、被覆組成物の硬化の間にアミ
ノプラスト架橋剤と反応しない新しい部分にヒドロキシル基を変換する物質と反
応させることにより変換する段階を含む。アミノプラスト架橋剤とヒドロキシル
基との反応により形成されるエーテル結合を回避することは、環境腐食に対する
硬化した被覆の抵抗性を改善する。さらに、β−ヒドロキシカルバメートの場合
に、β−ヒドロキシル基の除去はアクリル樹脂の安定性を改善し、それというの
もβ−ヒドロキシ−カルバメート基は一定の条件下では閉環するからである。閉
環は被覆組成物の完全な硬化を妨げる可能性がある。
【0022】 多数の異なる物質がヒドロキシル基および第一級カルバメート基を有するアク
リル樹脂のヒドロキシル基と反応させてヒドロキシル基を新しい基に変換させる
ことができる。有利には、この物質は、単官能性イソシアナート、二官能性カル
ボン酸の酸無水物、単官能性カルボン酸の酸無水物、単官能性カルボン酸、アル
キル塩化物を含むアルキルハロゲン化物、およびこれらの組み合わせから選ばれ
る。
【0023】 単官能性イソシアナートは、芳香族、芳香脂肪族、または脂肪族であってもよ
い。有利には、単官能性イソシアナート物質は、脂環式化合物を含む脂肪族化合
物である単官能性イソシアナート化合物を含む。単官能性イソシアナート化合物
は、反応の間に非反応性である他の基、例えばエステル基または酸基を含むこと
ができる。好適な単官能性イソシアナート化合物の例は、ブチルイソシアナート
、プロピルイソシアナート、オクチルイソシアナート、シクロヘキシルイソシア
ナート、アルキルイソシアナトアセタート、例えばエチルイソシアナトアセター
ト、およびこれらの組み合わせを含み、これらに限定はされない。
【0024】 ヒドロキシル基がモノカルボン酸またはジカルボン酸の酸無水物と反応する場
合には、残留する酸基は、アミノプラスト架橋剤とのカルバメート基の反応のた
めの硬化温度において、顕著な程度にアミノプラスト架橋剤と反応するとは予想
されない。いずれの場合にも、反応はエーテル基をもたらさない。好適な酸無水
物は、無水酢酸、無水マレイン酸、無水マロン酸、無水グルタル酸、およびこれ
らの組み合わせを含み、これらに限定はされない。
【0025】 ヒドロキシル基および第一級カルバメート基を有するアクリル樹脂のヒドロキ
シル基は、エステル化反応において単官能性酸と反応させることができる。好適
な単官能性酸は、酢酸、酪酸、オクタン酸、ネオ酸(neoacid)(これらの多くは
エキソン(Exxon) から購入して入手できる)、およびこれらの組み合わせを含み
、これらに限定はされない。ヒドロキシル基は、また酸ハロゲン化物、有利には
酸塩化物と、ヒドロキシル基がエステル化される反応の間に反応させることもで
きる。使用できる酸ハロゲン化物の例は、塩化アセチル、塩化プロピオニル、塩
化ブチリル、などを含み、これらに限定はされない。
【0026】 被覆組成物の硬化の間にアミノプラスト架橋剤とエーテル結合を形成しない新
しい基にヒドロキシル基を変換する別の方法においては、ヒドロキシル基および
第一級カルバメート基を有するアクリル樹脂は、ハロゲン化ギ酸アルキル、特に
はクロロギ酸アルキルと反応させることができる。この反応は、HClを副生成
物としてエステル基を形成する。ハロゲン化ギ酸アルキルの好適な例は、クロロ
ギ酸エチル、クロロギ酸プロピル、およびこれらの組み合わせを含み、これらに
限定はされない。
【0027】 本発明による方法の次の段階において、第一級カルバメート基およびヒドロキ
シル基の変換からもたらされた新しい基を有するアクリル樹脂反応生成物を、少
なくとも1種のアミノプラスト架橋剤と組み合わせて被覆組成物を形成させる。
アミノプラスト架橋剤は、平均して少なくとも約2個の、アクリル樹脂と反応性
の官能基を有する。フェノール/アルデヒド付加物も含めるものであるアミノプ
ラスト架橋剤は、活性のメチロール基またはメチルアルコキシ基を有することを
特徴とする。有利な硬化剤化合物の例は、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂(モ
ノマー性またはポリマー性メラミン樹脂および部分的または完全にアルキル化さ
れたメラミン樹脂を含む)、尿素樹脂(例えばメチロール尿素、例えば尿素・ホ
ルムアルデヒド樹脂、アルコキシ尿素、例えばブチル化尿素ホルムアルデヒド樹
脂)、および重合したイソブトキシメチルアクリルアミド基を有する樹脂を含み
、これらに限定はされない。硬化剤は、これらの組み合わせであってもよい。ト
リス(アルコキシカルボニルアミノ)トリアジンとメラミンホルムアルデヒド樹
脂および/またはブロックされたイソシアナート硬化剤の組み合わせは、同様に
好適であり、好ましい。
【0028】 被覆組成物は、カルバメートまたは尿素基を有する他の物質を含んでいてもよ
い。第一に、被覆組成物は、少なくとも1個のカルバメート基または尿素基を有
しかつラクトンまたはヒドロキシカルボン酸部分を有する成分を含んでもよい。
本発明と関連して使用される場合には、用語「カルバメート基」は、構造
【0029】
【化3】
【0030】 〔式中、RはHまたはアルキルである〕を有する基を表す。有利には、RはHま
たは炭素原子1〜4個を有するアルキルであり、さらに有利にはRはH(第一級
カルバメート)である。本発明と関連して使用される場合には、末端尿素基は構
【0031】
【化4】
【0032】 〔式中、R’およびR”はそれぞれ独立してHまたはアルキルであるか、または
R’およびR”は一緒になって複素環式構造を形成する〕を有する基を表す。有
利には、R’およびR”はそれぞれ独立してHまたは炭素原子1〜4個を有する
アルキルであるかまたは一緒になってエチレン架橋を形成し、かつさらに有利に
はR’およびR”はそれぞれ独立してHである。本発明の末端尿素基は、R”が
アルキル以外のものである場合の尿素結合基とは区別される。
【0033】 有利な化合物(a)は、構造
【0034】
【化5】
【0035】 〔式中、R、R’、およびR”は上記に定義されている。R は、アルキレン
またはアリールアルキレン、有利にはアルキレン、かつ殊には炭素原子5〜10
個を有するアルキレンであり、R は、アルキレンまたは置換アルキレン、有
利には炭素原子約2〜約4個を有するものであり、R は、アルキレン(シク
ロアルキレンを含む)、アルキルアリーレン、アリーレン、またはシアヌル環を
有する構造、ウレタン基、尿素基、カルボジイミド基、ビウレット構造、または
アロフォネート(allophonate) 基、有利にはアルキレン(シクロアルキレンを含
む)またはシアヌル環を有する構造であり、nは0〜約10、有利には0〜約5
であり、mは2〜約6、有利には2または3であり、かつLはO、NH、または
NR (式中R はアルキル、有利には炭素原子1〜約6個を有するアルキル
である)である〕により表すことができる。
【0036】 化合物(a)は、ラクトンまたはヒドロキシカルボン酸と、カルバメートまた
は尿素基またはカルバメートまたは尿素基に変換できる基およびラクトンまたは
ヒドロキシカルボン酸と反応性の基を含む化合物とを一緒に反応させる段階を含
む方法により製造することができる。カルバメートまたは尿素基に変換できる基
の場合に、その基は、ラクトンまたはヒドロキシカルボン酸との反応の間または
その後のいずれかで、カルバメートまたは尿素基に変換される。化合物(a)の
製造方法は、第一段階のヒドロキシ官能性生成物を少なくとも2個のイソシアナ
ート基を有する化合物と反応させる別の段階を含んでいてもよい。
【0037】 被覆組成物は、本発明による少なくとも1個のカルバメート基または末端尿素
基を有しかつウレタンまたは尿素である少なくとも2個の結合基を有する化合物
(b)を含んでいてもよい。有利な化合物(b)は、構造
【0038】
【化6】
【0039】 〔式中、R、R’、R”、R、R 、R 、L、およびmは上記に定義され
ており、pは1〜5、有利には1または2であり、かつm+pは2〜6、有利に
は約3である〕のいずれかで表されてもよい。有利にはR はアルキレン(シ
クロアルキレンを含む)、アルキルアリーレン、アリーレン、またはシアヌル環
を含む構造である。
【0040】 化合物(b)は、有利にはポリイソシアナート(b)(2)およびカルバメー
トまたは末端尿素基またはカルバメートまたは末端尿素基に変換できる基を有し
かつイソシアナート官能基と反応性の基も有する化合物(b)(1)を一緒に反
応させる段階を有する方法により製造することができる。カルバメートまたは末
端尿素基に変換できる基の場合に、カルバメートまたは末端尿素基への変換は、
ポリイソシアナートを含む反応と同時かまたは第二成分を形成した後のいずれか
で行われる。
【0041】 最後に、被覆組成物は、カルバメート基、末端尿素基から選ばれている少なく
とも2個の基、または二者の組み合わせおよびウレタンまたは尿素結合基を少な
くとも4個有する成分(c)を含むことができる。有利な成分(c)は、構造
【0042】
【化7】
【0043】 〔式中、R、R’、R”、R 、L、およびmは上記に定義されており、R
およびR は、それぞれ独立してアルキレン(シクロアルキレンを含む)であ
り、有利には炭素原子1〜約18個を有するアルキレン、殊に有利には炭素原子
約5〜約12個を有するアルキレン、アルキルアリーレン、またはアリーレン、
またはR はシアヌル環を含む構造、ビウレット構造、またはアロフォネート
基である〕のいずれかにより表すことができる。
【0044】 化合物(c)は、カルバメートまたは末端尿素基またはカルバメートまたは末
端尿素基に変換できる基およびイソシアナート基も含む化合物(c)(1)およ
びイソシアナート官能基と反応性の少なくとも2個の基を有する化合物(c)(
2)とを一緒に反応する段階を含む合成により製造することができる。化合物(
c)(1)がカルバメートまたは末端尿素基に変換できる基を含む場合には、カ
ルバメートまたは尿素への変換はイソシアナート官能性と反応性の少なくとも2
個の基を有する化合物との反応と同時、または成分(c)を生成する反応の後に
行ってもよい。成分(a)、(b)、および(c)のこれ以上の詳細は、米国特
許出願09/184195号明細書、1998年11月2日付け出願に記載され
、引用することにより本明細書中に編入される。
【0045】 溶剤も場合により被覆組成物の内に含まれてもよい。被覆組成物は、例えば実
質的に固体粉末または分散液の形で使用できるけれども、しばしば組成物が実質
的に液体状であることが好ましく、これは溶剤の使用により達成できる。一般に
溶剤は、あらゆる有機溶剤および/または水であることができる。一つの有利な
態様では、溶剤は極性有機溶剤である。さらに有利には、溶剤は極性脂肪族溶剤
または極性芳香族溶剤から選ばれる。さらにより有利には、溶剤はケトン、エス
テル、アセテート、非プロトン性アミド、非プロトン性スルホキシド、非プロト
ン性アミン、またはこれらのいずれかの組み合わせである。使用できる溶剤の例
は、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、m−アミルアセテート、エ
チレングリコールブチルエーテル−アセテート、プロピレングリコールモノメチ
ルエーテルアセテート、キシレン、N−メチルピロリドン、芳香族炭化水素の混
合物、およびこれらの混合物を含み、これらに限定はされない。別の有利な態様
では、溶剤は水または水と少量の補助溶剤との混合物である。
【0046】 本発明の有利な態様において、溶剤は、被覆組成物中に約0.01質量%〜約
99質量%、有利には約10質量%〜約60質量%、かつさらに有利には約30
質量%〜約50質量%の量で存在する。
【0047】 本発明の実施の際に使用される被覆組成物は、硬化反応を促進するために触媒
を含んでいてもよい。例えば、アミノプラスト化合物、殊にはモノマー状メラミ
ンは、硬化反応を促進するために強酸触媒を使用してもよい。このような触媒は
、当該技術分野では周知であり、かつp−トルエンスルホン酸、ジノニルナフタ
レンジスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、リン酸フェニル酸(phenyl ac
id phosphate) 、マレイン酸モノブチル、リン酸ブチル、およびヒドロキシリン
酸エステルを含み、これらに限定はされない。強酸触媒は、しばしば例えばアミ
ンを用いてブロックされる。本発明の組成物内で使用してもよいその他の触媒は
、ルイス酸、亜鉛塩、およびスズ塩である。
【0048】 付加的な薬剤、例えば界面活性剤、充填剤、安定剤、湿潤剤、分散剤、粘着促
進剤、UV吸収剤、立体障害アミン光安定剤などは、被覆組成物中に組み込まれ
てもよい。このような添加剤は、当該技術分野では周知であるので、使用する量
は、被覆特性に不利な作用を回避するように制御されなければならない。
【0049】 本発明による被覆組成物は、有利には積層着色−プラス−透明被覆の高光沢被
覆および/または透明被覆に使用される。本明細書中に使用される高光沢被覆は
、20°光沢(ASTM D523−89)または少なくとも80のDOI(A
STM E430−91)を有する被覆である。
【0050】 本発明の被覆組成物を高光沢顔料入り塗料被覆として使用する場合に、顔料は
、あらゆる有機または無機化合物または着色物質、充填剤、金属性またはその他
の無機フレーク物質、例えば雲母またはアルミニウムフレーク、および通常この
ような被覆に含まれるその他の種類の物質であってもよい。顔料およびその他の
不溶性粒子状化合物、例えば充填剤は、通常、組成物中に、結合剤成分の全固体
質量に対して1%〜100%の量(すなわち顔料対結合剤比0.1〜1)で使用
される。
【0051】 本発明による被覆組成物を積層着色−プラス−透明被覆の透明被覆として使用
する場合に、顔料を入れた下塗り組成物は、当該技術分野で周知の多数の種類の
いずれでもよく、かつここで詳細に記載する必要はない。下塗り組成物中に使用
できる当該技術分野で公知のポリマーは、アクリル、ビニル、ポリウレタン、ポ
リカーボネート、ポリエステル、アルキド、およびポリシロキサンを含む。有利
なポリマーは、アクリルおよびポリウレタンを含む。本発明の一つの有利な態様
では、下塗り組成物はまたカルバメート官能性アクリルポリマーも使用する。下
塗りポリマーは、熱可塑性であってもよいが、しかし有利には架橋可能であり、
1種またはそれ以上の種類の架橋可能な官能基を含む。このような基は、例えば
ヒドロキシ、イソシアナート、アミン、エポキシ、アクリレート、ビニル、シラ
ン、およびアセトアセテート基を含む。これらの基は、希望する硬化条件、一般
には高温下で架橋反応のためにブロックされないで利用できるように、マスクま
たはブロックされてもよい。使用できる架橋可能な官能基は、ヒドロキシ、エポ
キシ、酸、酸無水物、シラン、およびアセトアセテート基を含む。有利な架橋可
能な官能基は、ヒドロキシ官能基およびアミノ官能基を含む。
【0052】 下塗りポリマーは、自己架橋性であってもよく、またはポリマーの官能基と反
応性である別の架橋剤を必要としてもよい。ポリマーがヒドロキシ官能基を含む
場合には、例えば架橋剤がアミノプラスト樹脂、イソシアナートおよびブロック
されたイソシアナート(イソシアヌラートを含む)、および酸または酸無水物官
能性架橋剤であってもよい。
【0053】 被覆組成物は、当該業界では周知の多数の技術のいずれを用いてでも物品上に
被覆できる。これらは、例えば、吹付け塗布、浸漬塗布、ロール塗布、流し塗布
などを含む。自動車車体パネル向けには吹付け塗布が有利である。
【0054】 本明細書中に記載の被覆組成物は、有利には被覆層を硬化するための条件にさ
らされる。硬化の種々の方法を使用してもよいけれども、熱硬化が有利である。
一般に、熱硬化は、主として放射熱源によりもたらされる高温に被覆した物品を
暴露して行う。硬化温度は、架橋剤内に使用される特定のブロッキング基に応じ
て変化するが、しかしこれらは一般には90℃〜180℃の範囲内にある。本発
明による第一の化合物は、有利には比較的低い硬化温度でも反応性である。従っ
て、有利な態様では、硬化温度はブロックされた酸触媒系に対して有利には11
5℃〜150℃、かつさらに有利には115℃〜140℃の温度である。非ブロ
ック酸触媒系に対しては、硬化温度は有利には80℃〜100℃の間である。硬
化時間は、使用される特定の成分、および物理パラメーター、例えば層の厚さに
応じて変化するが、しかし、代表的な硬化時間はブロックされた酸触媒系に対し
て15〜60分間、かつ有利には15〜25分間、また非ブロック酸触媒系に対
しては10〜20分間である。
【0055】 本発明は、以下の実施例によりさらに説明される。実施例は説明ののために示
したにすぎず、記載および請求される本発明の範囲をいかなる意味でも制限する
ものではない。すべての部は、特に断らないかぎり質量部である。
【0056】 実施例 比較例A グリシジルメタクリレートの環状カーボネート(グリシジルメタクリレートと二
酸化炭素とを加圧下で反応させて製造)824.5質量部、2−エチルヘキシル
アクリレート762.6質量部、およびVAZO(R) 67(デュポン(DuPont)か
ら入手可能)129.8質量部の混合物を4時間の間で還流しているプロピレン
グリコールモノメチルエーテルアセタート995.3部に加えた。この添加に続
いて、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート76.4質量部とV
AZO(R) 67 24.3質量部との混合物を加えた。次いで反応混合物を室温
まで冷却し、かつメタノール850.1質量部を加えた。次いで、ヒドロキシカ
ルバメート形成が完結するまでアンモニアガスを反応混合物内にバブリングして
入れた。次いで過剰のアンモニアおよびメタノールを減圧蒸留により除去した。
この樹脂の最終の不揮発性成分含有量は60質量%であった。
【0057】 実施例1 比較例Aの樹脂1164質量部とジブチルスズジラウレート0.4質量部との混
合物を不活性雰囲気中で47℃に加熱した。次いでシクロヘキシルイソシアナー
ト226質量部を加えた。すべてのイソシアナートを加えた後、反応混合物の温
度を100℃までゆっくりと上昇させた。反応が完結した後、プロピレングリコ
ールモノメチルエーテルアセタート206.8質量部およびn−ブタノール10
質量部を加えた。この樹脂の最終の不揮発性成分含有量は60.1質量%であっ
た。
【0058】 比較例B グリシジルメタクリレートの環状カーボネート(グリシジルメタクリレートと二
酸化炭素とを加圧下で反応させて製造)549.6質量部、2−エチルヘキシル
アクリレート339.5質量部、スチレン322.5部、2−エチルヘキシルメ
タクリレート93.4質量部、メチルメタクリレート342.9部、およびVA
ZO(R) 67(デュポン(DuPont)から入手可能)131.7質量部の混合物を4
時間の間で還流しているプロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート9
95.3部に加えた。この添加に続いて、プロピレングリコールモノメチルエー
テルアセタート77.6質量部とVAZO(R) 67 24.7質量部との混合物
を加えた。次いで反応混合物を室温まで冷却し、かつメタノール863質量部を
加えた。次いで、ヒドロキシカルバメート形成が完結するまでアンモニアガスを
反応混合物内にバブリングして入れた。次いで過剰のアンモニアおよびメタノー
ルを減圧蒸留により除去した。この樹脂の最終の不揮発性成分含有量は56.7
質量%であった。
【0059】 実施例2 比較例Bの樹脂1350質量部とジブチルスズジラウレート0.4質量部との混
合物を不活性雰囲気中で65℃に加熱した。次いでシクロヘキシルイソシアナー
ト156.3質量部を加えた。すべてのイソシアナートを加えた後、反応混合物
の温度を100℃までゆっくりと上昇させた。反応が完結した後、プロピレング
リコールモノメチルエーテルアセタート20質量部およびn−ブタノール10質
量部を加えた。この樹脂の最終の不揮発性成分含有量は62.8質量%であった
【0060】 添加樹脂の製造 被覆組成物評価のための添加樹脂は、カルバミン酸ヒドロキシプロピル51.7
質量部およびイソホロンイソシアナート48.3質量部を一緒にして、プロピレ
ングリコールモノメチルエーテルアセタートと酢酸アミルとの質量50:50の
混合物中で、ジブチルスズジラウレート触媒を用い、米国特許(US)第537
3069号明細書(引用することにより本明細書に編入)の実施例1(2−エチ
ル−1,3−ヘキサンジオール反応物を省略)の方法に従って反応させて製造し
た。最終生成物は65.4質量%の不揮発性成分含有量を有していた。
【0061】 被覆組成物評価 実施例1および2ならびに比較例AおよびBの樹脂を含む透明被覆組成物を下記
の表に記載のようにして製造した。透明被覆組成物は、下塗りしたパネルを黒色
下塗塗料で被覆し、次いで透明被覆組成物の一種をウエット−オン−ウエットで
被覆して評価した。被覆パネルを120℃で30分間焼き付けた。硬化した透明
被覆膜は厚さ約1.8〜2.0ミル(46〜51μm)であった。次いで被覆パ
ネルを14週間、フロリダ州ジャクソンヴィル(Jacksonville, FL)環境腐食試験
プログラムにより屋外暴露試験した。環境腐食の量は、評点1〜10で評価し、
ここで評点1では被膜損傷が全くまたはほとんどなく、10では著しい膜損傷が
ある。
【0062】
【表1】
【0063】 1.光安定剤パッケージ4.2質量部、ブロックされたスルホン酸触媒4質量部
、および流動性付与添加剤0.2質量部、およびアルコール、ケトン、およびア
セテート溶剤15質量部の混合物。
【0064】 本発明は、その有利な態様を引用して詳細に説明した。しかし、変更および更
改は、本発明およびこれに続く請求範囲の精神および範囲内で行うことができる
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD ,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL, PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,S L,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US ,UZ,VN,YU,ZA,ZW (71)出願人 3000 Continental Driv e−North,Mount oliv e, NJ 07828−1234, U.S.A (72)発明者 ジョン レーファス アメリカ合衆国 ノースキャロライナ ハ ンタースヴィル チルグローヴ レイン 15130 Fターム(参考) 4D075 CB04 DC12 EA43 EB22 4J038 CG001 DA142 DA162 GA03 GA08 JA08 JA09 JA37 JA42 JB18 KA03 LA02 NA01 PB07 PC02 PC08 4J100 AB02Q AB03Q AB04Q AF06Q AG04Q AJ02Q AJ08Q AJ09Q AL03Q AL04Q AL05Q AL08P AL08Q AL11P AL34Q AL44Q AM02Q AQ06Q AQ12Q BA02H BA04Q BA20H BA31Q BA35P BA38H BC04Q BC60P CA01 CA04 CA31 HA00 HA13 HB43 HC05 HC27 HC28 HC42 HC51 HE14 HE41 JA01

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 以下の段階: (a)ヒドロキシル基および第一級カルバメート基を有するアクリル樹脂を製造
    し、 (b)アクリル樹脂のヒドロキシル基を新しい基に変換し、 (c)新しい基を有する段階(b)のアクリル樹脂を少なくとも1種のアミノプ
    ラスト架橋剤と組み合わせて被覆組成物を形成し、かつ (d)被覆組成物を基体に塗布し、かつ塗布した被覆層を硬化して基体上に硬化
    被覆を生成させ、その際、段階(b)で形成された新しい基が段階(d)の硬化
    の間にアミノプラスト架橋剤と反応しない、 からなる方法。
  2. 【請求項2】 段階(a)で製造されるアクリル樹脂が、環状カーボネート
    官能性アクリル樹脂とアンモニアとを反応させることにより形成される、請求項
    1記載の方法。
  3. 【請求項3】 段階(a)で製造されるアクリル樹脂が、β−ヒドロキシ・
    カルバメート官能性モノマーを用いる重合反応により形成される、請求項1記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 段階(a)で製造されるアクリル樹脂が、ヒドロキシル官能
    性アクリル樹脂とカルバミン酸アルキル化合物とのエステル交換反応により形成
    される、請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 カルバミン酸アルキル化合物が、カルバミン酸メチル、カル
    バミン酸エチル、カルバミン酸プロピル、カルバミン酸イソプロピル、カルバミ
    ン酸ブチル、カルバミン酸−2−エチルヘキシル、カルバミン酸シクロヘキシル
    、カルバミン酸フェニル、カルバミン酸ヒドロキシプロピル、カルバミン酸ヒド
    ロキシエチルから成る群から選ばれている、請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 段階(a)で製造されるアクリル樹脂が、ヒドロキシル基を
    有するモノマーを用いる重合反応および同時に起きるヒドロキシル基とカルバミ
    ン酸アルキルとのエステル交換反応により形成される、請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 段階(a)で製造されるアクリル樹脂が、ヒドロキシル官能
    性アクリル樹脂とHNCOとの反応により形成される、請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 段階(b)が、アクリル樹脂と、単官能性イソシアナート、
    二官能性カルボン酸の酸無水物、単官能性カルボン酸の酸無水物、単官能性カル
    ボン酸、ハロゲン化アルキル、塩化アルキル、およびこれらの組み合わせから成
    る群から選ばれている物質との反応により行われる、請求項1記載の方法。
  9. 【請求項9】 物質が単官能性イソシアナートを含む、請求項8記載の方法
  10. 【請求項10】 物質がブチルイソシアナートを含む、請求項8記載の方法
  11. 【請求項11】 段階(c)のアミノプラスト架橋剤がメラミンホルムアル
    デヒド樹脂である、請求項1記載の方法。
  12. 【請求項12】 段階(c)の被覆組成物が、さらに構造 【化1】 〔式中、RはHまたはアルキルであり、R’およびR”はそれぞれ独立してHま
    たはアルキルであるか、またはR’およびR”は一緒になって複素環式構造を形
    成し、R はアルキレンまたは置換されたアルキレンであり、R 、R
    およびR は独立してアルキレン、シクロアルキレン、またはアリールア
    ルキレンであるか、またはR 、R およびR は独立してアリーレン、ま
    たはシアヌル環、ウレタン基、尿素基、カルボジイミド基、ビウレット構造、ま
    たはアロフォネート基を含む構造であり、nは0〜約10であり、mは2〜約6
    であり、およびLはO、NH、またはNR (式中、R はアルキルである)
    であり、式中、pは1〜5であり、およびm+pは2〜6であり、式中、R
    およびR はそれぞれ独立してアルキレン、シクロアルキレン、アルキルアリ
    ーレン、またはアリーレンであるか、またはR はシアヌル環、ビウレット構
    造、またはアロフォネート基を含む構造である〕を有する化合物から成る群から
    選ばれている化合物およびこれらの混合物を含んでいる、請求項1記載の方法。
  13. 【請求項13】 段階(d)の基体が、金属およびプラスチック基体を含む
    群から選ばれている、請求項1記載の方法。
  14. 【請求項14】 段階(c)の被覆組成物が、トップコート被覆組成物であ
    る、請求項1記載の方法。
  15. 【請求項15】 段階(c)の被覆組成物が、透明被覆組成物である、請求
    項1記載の方法。
  16. 【請求項16】 段階(d)の硬化被覆が高光沢被覆である、請求項1記載
    の方法。
  17. 【請求項17】 請求項1記載の方法により製造された被覆。
  18. 【請求項18】 (a)第一級カルバメート基および少なくとも1種のその
    他の種類の基を有するアクリル樹脂、この場合にその他の種類の基はヒドロキシ
    ル基の変換により形成される、かつ (b)アミノプラスト架橋剤 から成る被覆組成物であって、ここで第一級カルバメート基とアミノプラスト架
    橋剤との反応のための条件下では新しい基がアミノプラスト架橋剤と反応しない
    被覆組成物。
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