JP2003055433A - 低粘度ポリイソシアネート組成物 - Google Patents

低粘度ポリイソシアネート組成物

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JP2003055433A JP2001248794A JP2001248794A JP2003055433A JP 2003055433 A JP2003055433 A JP 2003055433A JP 2001248794 A JP2001248794 A JP 2001248794A JP 2001248794 A JP2001248794 A JP 2001248794A JP 2003055433 A JP2003055433 A JP 2003055433A
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 (A)アロファネート基含有ポリイソシ
アネート及び(B)イソシアヌレート基含有ポリイソシ
アネートを(A)成分:(B)成分=50:50〜9
5:5(重量比)の割合で含み、かつ実質的にモノアル
コール又はジオール由来のウレタン化合物を含まず、2
5℃における粘度が400mPa・s以下であることを
特徴とする低粘度ポリイソシアネート組成物。 【効果】 本発明によれば、ポリエステルポリオール等
のウレタン樹脂の原料主剤との相溶性に優れ、耐揮発油
性、耐候性に優れたウレタン樹脂塗膜を与える低粘度ポ
リイソシアネート組成物を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリウレタン樹脂
を得る場合などの硬化剤として有用な低粘度ポリイソシ
アネート組成物に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ポリイ
ソシアネートは、ポリウレタン樹脂塗料、インキ、接着
剤等における硬化剤として有用であり、アロファネート
基含有ポリイソシアネート、イソシアヌレート基含有ポ
リイソシアネート等が知られ、特にヘキサメチレンジイ
ソシアネート(以下、HDIと表わす)から得られるア
ロファネートやイソシアヌレートが従来から用いられて
いる。
【0003】アロファネート基含有ポリイソシアネート
としては、例えば、特開平8−188566号公報にお
いて、有機カルボン酸の金属塩及び有機亜リン酸エステ
ルを用い、ウレタン基を有する化合物とイソシアネート
基を有する化合物とを反応させることにより、アロファ
ネート基含有ポリイソシアネートを製造する方法が提案
されており、この方法により、実質的に2量体及び3量
体を含有せず、実質的に無色のアロファネート基含有ポ
リイソシアネートが得られることが示されている。
【0004】しかし、このアロファネート基含有ポリイ
ソシアネートには、熱的に不安定なウレトジオン結合を
含む2量体や、非極性溶剤への溶解性や高分枝鎖ポリエ
ステル等の樹脂との相溶性を低下させるイソシアヌレー
ト結合を含む3量体を含有していない反面、イソシアヌ
レート基含有型に比べ耐候性が劣るという問題がある。
【0005】一方、イソシアヌレート基含有型ポリイソ
シアネートは、一般に耐候性に優れていることが知られ
ているが、その反面、粘度が高く、ポリエステルポリオ
ール等のウレタン樹脂の原料主剤との相溶性も低いた
め、実際に使用する際には、有機溶剤、特に強い臭気を
有する極性有機溶剤に溶解して使用しなければならな
い。
【0006】そのため、特公平6−62913号公報で
は、イソシアヌレート型ポリイソシアネートとして、H
DIモノマー及び溶剤を実質的に含まない状態での25
℃における粘度が400〜1600cpsであり、かつ
ウレトジオン2量体含有量が10%以下、イソシアヌレ
ート環状3量体を60〜95%含有するポリイソシアヌ
レート型ポリイソシアナート組成物が提案されている。
【0007】しかし、この組成物は従来のものに比べ粘
度が低いものの、イソシアヌレート環状3量体が主成分
であるため、実際の使用には相当量の有機溶剤を使用す
る必要がある。
【0008】また、アロファネート基含有ポリイソシア
ネートとイソシアヌレート基含有ポリイソシアヌレート
の混合物として、特開平4−306218号公報には、
HDI単独またはHDIとイソホロンジイソシアネート
の混合物からなるジイソシアネートと、炭素数6〜9の
脂肪族モノアルコールをウレタン化反応させたのち、イ
ソシアヌレート化触媒の存在下で反応させて得られるイ
ソシアヌレート構造のポリイソシアネートとアロファネ
ート構造のポリイソシアネートの混合物が提案されい
る。
【0009】しかし、このアロファネート構造のポリイ
ソシアネートとイソシアヌレート構造のポリイソシアネ
ートの両方を同時に生成させる方法で得た混合物は、脂
肪族モノアルコールに由来する成分(即ち、ウレタン成
分)の共存が避けられないため、これを用いたウレタン
樹脂塗膜は耐揮発油性が低くなるという問題があった。
【0010】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
ポリエステルポリオール等のウレタン樹脂の原料主剤と
の相溶性に優れ、耐揮発油性、耐候性に優れたウレタン
樹脂塗膜を与える低粘度ポリイソシアネート組成物を提
供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結
果、(A)アロファネート基含有ポリイソシアネート及
び(B)イソシアヌレート基含有ポリイソシアネートを
特定比率で含み、かつ実質的にモノアルコール又はジオ
ール由来のウレタン化合物を含まず、25℃における粘
度が400mPa・s以下であるポリイソシアネート組
成物が、ポリエステルポリオール等のウレタン樹脂の原
料主剤との相溶性に優れており、更にこの組成物を硬化
剤として用いたウレタン樹脂塗膜が耐揮発油性、耐候性
に優れていることを知見し、本発明をなすに至った。
【0012】従って、本発明は、(A)アロファネート
基含有ポリイソシアネート及び(B)イソシアヌレート
基含有ポリイソシアネートを(A)成分:(B)成分=
50:50〜95:5(重量比)の割合で含み、かつ実
質的にモノアルコール又はジオール由来のウレタン化合
物を含まず、25℃における粘度が400mPa・s以
下であることを特徴とする低粘度ポリイソシアネート組
成物を提供する。
【0013】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の(A)成分のアロファネート基含有ポリイソシ
アネートは、アロファネート基を1個以上有し、かつイ
ソシアネート基を2個以上有するポリイソシアネートで
あり、例えばHDIのアロファネート化により得られる
HDIアロファネートを挙げることができる。
【0014】上記HDIアロファネートとしては、HD
Iアロファネート2量体が好ましいが、この2量体が更
に反応して得られるアロファネート基を2個以上有する
3量体等の多量体を含んでいてもよい。
【0015】また、アロファネート基含有ポリイソシア
ネートの25℃における粘度は、好ましくは300mP
a・s以下、更に好ましくは200mPa・s以下、特
に好ましくは150mPa・sである。300mPa・
sを超えると組成物の粘度が高くなり、作業性が悪くな
る場合がある。
【0016】一方、アロファネート基に結合するモノオ
ール残基としては、メタノール、エタノール、プロパノ
ール、イソプロパノール、ブタノール等のモノアルコー
ル、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオ
ール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオー
ル、1,4−ブタンジオール等のジオール等の脂肪族ア
ルコールに由来する基が好ましく、特にメタノール、イ
ソプロパノール、ブタノールが好ましい。
【0017】本発明のアロファネート基含有ポリイソシ
アネートは、従来公知の方法で製造することができる
が、例えば、HDIのアロファネートを製造する方法と
しては、HDIモノマーと脂肪族アルコールを、HDI
モノマーのイソシアネート基が脂肪族アルコールの水酸
基に対して過剰となるモル比、好ましくはイソシアネー
ト基/水酸基=8(モル比)以上、更に好ましくは8〜
50(モル比)、特に好ましくは10〜50(モル比)
で仕込み、20〜120℃でウレタン化反応させた後、
更に70〜150℃でアロファネート化触媒の存在下で
ウレタン基が実質的に存在しなくなるまでアロファネー
ト化反応させるか、アロファネート化触媒の存在下70
〜150℃でウレタン化とアロファネート化を同時に行
い、ウレタン基が実質的に存在しなくなるまで反応させ
る方法が好ましく挙げられる。
【0018】また、ウレタン化反応の際、公知のいわゆ
るウレタン化触媒を用いることができる。具体的には、
ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレー
ト等の有機金属化合物や、トリエチレンジアミンやトリ
エチルアミン等の有機アミンやその塩が挙げられる。
【0019】なお、ウレタン化反応の反応温度は20〜
120℃、特に50〜100℃が好ましく、反応時間
は、触媒の有無や反応温度により異なるが、一般的には
10時間以内、特に1〜5時間が好ましい。
【0020】アロファネート化反応に用いるアロファネ
ート化触媒としてはカルボン酸のジルコニウム塩又は鉛
塩が好ましく、特に酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロ
ン酸、オクチル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミ
チン酸、ステアリン酸、2−エチルヘキサン酸等の飽和
脂肪族モノカルボン酸の塩であることが好ましい。
【0021】また、アロファネート化触媒の使用量はそ
の種類により異なるが、例えば、HDIのアロファネー
ト化の場合、上記HDIモノマーと脂肪族アルコールの
合計100重量部に対して0.0005〜1重量部、特
に0.001〜0.1重量部であることが好ましい。触
媒使用量が0.0005重量部未満では、反応が遅くな
って長時間を要し、熱履歴による着色が起こる場合があ
る。一方触媒使用量が1重量部を超えると、反応制御が
難しくなり、副反応が起こる場合がある。
【0022】なお、アロファネート化反応の反応温度は
70〜150℃、特に50〜100℃が好ましく、反応
時間は、触媒の有無や反応温度により異なるが、一般的
には10時間以内、特に1〜5時間が好ましい。
【0023】更に、アロファネート化反応後には、触媒
毒を添加してアロファネート化反応を停止させる。触媒
毒の添加時期は、アロファネート化反応後であれば特に
制限はないが、ウレタン基が実質的に存在しなくなった
後に添加することが好ましく、特に遊離の有機ジイソシ
アネートを除去する方法に薄膜蒸留法を用いる場合は、
アロファネート化反応後であって薄膜蒸留前に触媒毒を
添加するのが好ましい。これは、薄膜蒸留時の熱によっ
て副反応が起こるのを防止するためである。
【0024】上記触媒毒としてはリン酸、塩酸等の無機
酸、スルホン酸、スルファミン酸基等を有する有機酸及
びこれらのエステル類、アシルハライド等公知のものが
使用できる。触媒毒の添加量はその種類や触媒の種類に
より異なるが、触媒の0.5〜2当量、特に0.8〜
1.5当量が好ましい。触媒毒が少なすぎると、得られ
るポリイソシアネートの貯蔵安定性が低下しやすくなる
恐れがあり、多すぎると、得られるポリイソシアネート
が着色する場合がある。
【0025】また、アロファネート化反応後の生成物
に、遊離のHDIが存在する場合、臭気や経時での濁り
の原因となるので、遊離のジイソシアネート含有量を1
重量%以下、特に0.5重量%以下となるまで除去した
物を用いることが好ましい。
【0026】遊離のHDIを除去する方法としては、蒸
留、再沈、抽出等公知の方法が挙げられるが、蒸留、特
に薄膜蒸留が溶剤を用いることなく除去が可能であるの
で好ましい。蒸留条件としては、圧力0.1kPa以
下、温度100〜200℃、特に圧力0.05kPa以
下、温度120〜180℃が好ましい。
【0027】本発明の(B)成分のイソシアヌレート基
含有ポリイソシアネートは、イソシアヌレート基を1個
以上有し、かつイソシアネート基を3個以上有するポリ
イソシアネートであり、例えばHDIのイソシアヌレー
ト化により得られるHDIイソシアヌレートを挙げるこ
とができる。
【0028】上記HDIイソシアヌレートとしては、H
DIイソシアヌレート3量体が好ましいが、この3量体
が更に反応して得られるイソシアヌレート基を2個以上
有する多量体を含んでいてもよい。
【0029】また、イソシアヌレート基含有ポリイソシ
アネートの25℃における粘度は、好ましくは1600
mPa・s以下、更に好ましくは1500mPa・s以
下、特に好ましくは1400mPa・sである。160
0mPa・sを超えると組成物の粘度が高くなり、作業
性が悪くなる場合がある。
【0030】本発明のイソシアヌレート基含有ポリイソ
シアネートは、従来公知の方法で製造することができる
が、例えば、HDIのイソシアヌレートを製造する方法
としては、HDIモノマーを、グリコール類と脂肪酸の
アルカリ金属塩を用いて、65℃以下でイソシアヌレー
ト化反応させる方法が好ましく挙げられる。
【0031】グリコール類は、助触媒として作用するも
のであり、濁り等の発生防止の点から、1分子内に水酸
基を2個有するジオール類、なかでも2級水酸基を有す
るジオール類が好ましく、具体的には1,3−ブタンジ
オール(1,3−BG)が好ましく挙げられる。
【0032】上記グリコールの使用量はHDIモノマー
100重量部に対して0.05〜5重量部、特に0.1
〜2重量部が好ましく、使用量が少なすぎると反応が満
足に進行しない恐れがあり、多すぎると低粘度で高NC
O基含有率のものが得られない恐れがある。
【0033】一方、脂肪酸のアルカリ金属塩は触媒とし
て用いるものであり、具体的にはイソシアヌレート化触
媒として使用される種々のものが使用でき、例えば酢
酸、プロピオン酸、ウンデシル酸、カプリン酸、オクチ
ル酸、ミリスチル酸等のカルボン酸のナトリウム塩、カ
リウム塩等のアルカリ金属塩などが例示される。
【0034】上記触媒の使用量は、通常の触媒量の範囲
で、触媒の活性、助触媒量、反応条件等に応じて適宜調
整できるが、例えば、HDIのイソシアヌレート化の場
合、上記HDIモノマー100重量部に対して0.00
05〜0.1重量部、特に0.001〜0.05重量
部、とりわけ0.001〜0.02重量部であることが
好ましい。触媒使用量が0.0005重量部未満では、
反応が進行しない場合があり、触媒使用量が0.2重量
部を超えると、反応液に濁りや着色が生じる場合があ
る。
【0035】なお、上記イソシアヌレート化反応の反応
温度は65℃以下、特に0〜65℃、とりわけ20〜6
5℃が好ましく、反応時間は、触媒の有無や反応温度に
より異なるが、一般的には10時間以内、特に1〜5時
間が好ましい。
【0036】更に、イソシアヌレート化反応後には、触
媒毒を添加してイソシアヌレート化反応を停止させる。
触媒毒の添加時期は、イソシアヌレート化反応後であれ
ば特に制限はないが、遊離の有機ジイソシアネートを除
去する方法に薄膜蒸留法を用いる場合は、イソシアヌレ
ート化反応後であって薄膜蒸留前に触媒毒を添加するの
が好ましい。これは、薄膜蒸留時の熱によって副反応が
起こるのを防止するためである。触媒毒とその添加量に
ついては前述のアロファネート化反応の場合と同様であ
る。
【0037】また、イソシアヌレート化反応後の生成物
に、遊離のHDIが存在する場合、臭気や経時での濁り
の原因となるので、遊離のジイソシアネート含有量を1
重量%以下、特に0.5重量%以下となるまで除去した
物を用いることが好ましい。遊離のHDIを除去する方
法及び条件については、アロファネート化反応の場合と
同様である。
【0038】なお、上記、ウレタン化反応、アロファネ
ート化反応及びイソシアヌレート化反応は、いずれも溶
剤の存在下又は非存在下で行うことができるが、溶剤の
非存在下でも十分に反応が進行し、目的生成物を得るこ
とができるので、溶剤の非存在下で反応を行うことが好
ましく、これにより、溶剤除去のための後工程を省略で
き、工程の簡略化が可能である。
【0039】本発明の組成物は、上記アロファネート基
含有ポリイソシアネートとイソシアヌレート基含有ポリ
イソシアネートとを混合することにより得ることがで
き、その混合方法は、従来公知の方法を用いることがで
きる。
【0040】なお、アロファネート基含有ポリイソシア
ネートとイソシアヌレート基含有ポリイソシアネートの
配合比は、アロファネート基含有ポリイソシアネート:
イソシアヌレート基含有ポリイソシアネート=50:5
0〜95:5(重量比)、好ましくは60:40〜9
5:5(重量比)、更に好ましくは70:30〜90:
10(重量比)である。上記範囲以外では、組成物の粘
度が高くなったり、組成物を硬化剤として用いた場合の
塗膜の耐候性が低下したりする恐れがある。
【0041】また、本発明の組成物は、アロファネート
基含有ポリイソシアネートやイソシアヌレート基含有ポ
リイソシアネート製造時に添加するモノアルコール又は
ジオールに由来するウレタン化合物を実質的に含まない
ものである。このウレタン化合物としては、例えばモノ
アルコール1分子とジイソシアネーモノマー1分子から
生成するウレタンやジオール1分子とジイソシアネート
2分子から生成するウレタンが挙げられ、GPC(ゲル
パーミエーションクロマトグラフィー)で測定されるこ
れらウレタン化合物の量が2%以下、特に1%以下、と
りわけ0.5%以下であることが好ましい。
【0042】また、本発明の組成物の25℃における粘
度は400mPa・s以下、好ましくは300mPa・
s以下、更に好ましくは250mPa・s以下である。
400mPa・sを超えると、硬化剤として組成物を用
いる際に、粘度が高いためより多くの溶剤を使用する必
要が生ずる。
【0043】
【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。なお、下記実施例及び比較例で用いたポリ
イソシアネートは、下記参考例に示す方法で製造したも
のを用いた。
【0044】[参考例]ポリイソシアネートP−1,P−2の製造 温度計、攪拌機、冷却器及び窒素ガス導入管を備えた5
00mlの蓋付ガラス製四つ口フラスコに、HDI、メ
タノール又はブタノールを表1に示す量で仕込み、表1
に示す条件でウレタン化反応を行った。次に2−エチル
ヘキサン酸ジルコニウムを表1に示す量で仕込み、表1
に示す条件でアロファネート化反応を行い、更にリン酸
を加えて50℃で1時間攪拌し、反応を停止させた。こ
の反応液中のイソシアネート含有量を表1に示す。
【0045】次に、得られた生成物を130℃、0.0
4kPaの条件下で薄膜蒸留して缶出液を得た。この缶
出液のイソシアネート含有量、粘度及びF−HDI(未
反応の遊離HDI)含量を測定した。結果を表1に示
す。なお、F−HDI量は、ガスクロマトグラフィーに
より測定した。
【0046】また、FT−IR、13C−NMR及びGP
C(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用
い、上記缶出液中の成分の量を測定、評価した。
【0047】なお、缶出液中のウレタン、ダイマー、ト
リマー及びアロファネートの量は、下記化合物等のGP
Cにおけるピーク面積から求めた。 ウレタン:モノアルコール1分子+HDI1分子から得
られるウレタン化合物 、又はジオール+HDI2分子から得られるウレタン化
合物 ダイマー:2分子のHDIからなるウレトジオン含有H
DI2量体 トリマー:3分子のHDIからなるイソシアヌレート含
有HDI3量体 アロファネート:モノアルコール1分子+HDI2分子
から得られるアロファネート、又はジオール1分子+H
DI3分子から得られるアロファネート 結果を表1に示す。
【0048】ポリイソシアネートP−3,P−4の製造 温度計、攪拌機、冷却器及び窒素ガス導入管を備えた5
00mlの蓋付ガラス製四つ口フラスコに、HDI、
1,3−BG及びカプリン酸カリウムを表1に示す量で
仕込み、表1に示す条件でイソシアヌレート化反応を行
い、更にリン酸を加えて50℃で1時間攪拌し、反応を
停止させた。この反応液中のイソシアネート含有量を表
1に示す。
【0049】次に、得られた生成物を上記P−1、P−
2と同様の条件で蒸留して缶出液を得、このイソシアネ
ート含有量、粘度、F−HDI含量及び缶出液中のウレ
タン等の量をP−1、P−2と同様の方法で測定、評価
した。結果を表1に示す。
【0050】ポリイソシアネートP−5,P−6の製造 温度計、攪拌機、冷却器及び窒素ガス導入管を備えた5
00mlの蓋付ガラス製四つ口フラスコに、HDI、ブ
タノールを表1に示す量で仕込み、表1に示す条件でウ
レタン化反応を行った。次にカプリン酸カリウムを表1
に示す量で仕込み、表1に示す条件でアルファネート化
とイソシアヌレート化を同時に行い、更にリン酸を加え
て50℃で1時間攪拌し、反応を停止させた。この反応
液中のイソシアネート含有量を表1に示す。
【0051】次に、得られた生成物を上記P−1、P−
2と同様の条件で蒸留して缶出液を得、このイソシアネ
ート含有量、粘度、F−HDI含量及び缶出液中のウレ
タン等の量をP−1、P−2と同様の方法で測定、評価
した。結果を表1に示す。
【0052】
【表1】
【0053】[実施例、比較例]参考例の方法で製造し
たポリイソシアネートを表2に示す割合で用いて組成物
を得た。これを用いて組成物と主剤との相溶性、及びこ
の組成物を硬化剤として用いて得た塗膜の耐揮発油性、
耐候性を下記方法で評価した。結果を表2及び3に示
す。
【0054】相溶性 主剤[ニッポランN−800(日本ポリウレタン工業製
水酸基価290のポリエステルポリオール)60重量
部、酸化チタン(石原産業(株)製 CR−90)40
重量部]及び上記組成物を、主剤の全活性水素基と組成
物中の全イソシアネート基との当量比が1.0となるよ
うに配合し、更に酢酸ブチルを50重量%となるよう配
合して得た混合物の相溶性を目視にて確認した。
【0055】耐揮発油性及び耐候性 上記混合物を良く攪拌し、鋼板上に塗布して20℃、6
5%RHの環境下で1週間放置し、膜厚30〜40μm
の塗膜を形成させ、得られた塗膜をニュウソルA(日本
石油化学(株)製)に25℃で4時間浸漬し、外観の変
化から対揮発油性を評価した。また、同様の方法で得ら
れた塗膜についてQUV照射による光沢保持率で耐候性
を評価した。
【0056】
【表2】
【0057】
【表3】 相溶性 ○:透明、×:濁り又は分離 耐揮発油性 ○:変化なし、△:塗膜に膨れがある、
×:塗膜が剥がれる 耐候性 ○:500時間照射後の光沢保持率が70%以
上、△:500時間照射後の光沢保持率が70%未満
【0058】上記表2及び3より、本発明の組成物が粘
度が低く、相溶性に優れ、耐揮発油性、耐候性に優れて
いることがわかる。これに対してアロファネートのみを
含むものは耐候性が悪く、アロファネート及びイソシア
ヌレートを含むものであってもイソシアヌレートが多い
場合は粘度が高くなり、ウレタン基含有成分を含むもの
は耐揮発油性が悪いことがかわる。
【0059】
【発明の効果】本発明によれば、ポリエステルポリオー
ル等のウレタン樹脂の原料主剤との相溶性に優れ、耐揮
発油性、耐候性に優れたウレタン樹脂塗膜を与える低粘
度ポリイソシアネート組成物を得ることができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)アロファネート基含有ポリイソシ
    アネート及び(B)イソシアヌレート基含有ポリイソシ
    アネートを(A)成分:(B)成分=50:50〜9
    5:5(重量比)の割合で含み、かつ実質的にモノアル
    コール又はジオール由来のウレタン化合物を含まず、2
    5℃における粘度が400mPa・s以下であることを
    特徴とする低粘度ポリイソシアネート組成物。
  2. 【請求項2】 (A)成分のアロファネート基含有ポリ
    イソシアネートの25℃における粘度が300mPa・
    s以下であり、(B)成分のイソシアヌレート基含有ポ
    リイソシアネートの25℃における粘度が1600mP
    a・s以下であることを特徴とする請求項1記載の低粘
    度ポリイソシアネート組成物。
  3. 【請求項3】 (A)成分のアロファネート基含有ポリ
    イソシアネートがヘキサメチレンジイソシアネートのア
    ロファネートであり、(B)成分のイソシアヌレート基
    含有ポリイソシアネートがヘキサメチレンジイソシアネ
    ートのイソシアヌレートであることを特徴とする請求項
    1又は2記載の低粘度ポリイソシアネート組成物。
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