JP2003525327A - 高固体含有焼付けエナメル用水性コーティング剤 - Google Patents

高固体含有焼付けエナメル用水性コーティング剤

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、焼付けエナメル用、特に、金属、プラスチック、木材およびガラス用の高固体含有率を有する硬質で、弾性の充填剤の製造用の新規な水性コーティング剤に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、焼付けラッカー用の新規水性コーティング組成物に関し、特に飛石
に対する非常に優れた防護性能を有する、硬質で弾性の高固体充填剤組成物、お
よび、金属、プラスチック、木材、ガラスのコーティングのためのその使用に関
する。
【0002】 (背景技術) 水性ラッカーおよびコーティング剤の重要性は、ラッカー使用中の溶剤放出に
関するより厳しい排出ガイドラインのため、近年急速に増してきている。水性ラ
ッカー系は、既に様々な使用分野で使用されてきているが、耐溶剤および耐薬品
性、或いは弾性および耐機械的応力の面において、溶剤含有ラッカーの高品質レ
ベルにしばしば完全には到達できていない。特に、水相から加工され、硬いが同
時に弾性である自動車車体のコーティング用高固体含有組成物の使用における、
皮膜硬度、衝撃強度、耐飛石性、耐水性および耐薬品性について、実際の高い要
求に完全に合致するポリウレタンベースのコーティング組成物は、未だ知られて
いない。
【0003】 この所見は、芳香族ポリイソシアネートの親水性変性に関するGB−A144
4933、EP−A0061628およびDE−A2359613にも、アニオ
ン性変性脂肪族ポリイソシアネートに関するDE−A4001783にも、ブロ
ックトポリイソシアネートおよび有機ポリヒドロキシ化合物をベースとした水性
焼付け結合剤に関するDE−A2456469、DE−A2814815、EP
−A0012348およびEP−A0424697の系にも同様に当てはまる。
DE−A2708611によるカルボキシル基を含み、マスクされたイソシアネ
ート基を有するポリウレタンプレポリマーをベースとした系、およびDE−A3
234590による水溶性ブロックウレタンプレポリマーは、前述の使用分野に
ほとんど使用出来ない。弾性、耐溶剤性、耐水性および耐薬品性における顕著な
進歩は、特定の水溶性または水分散性のブロックトポリイソシアネート混合物、
並びに特定の水溶性または水分散性のポリヒドロキシ化合物の組み合わせを記載
したDE−A4221924の系により達成されている。もし、水溶性または水
分散性ポリイソシアネート架橋剤が、ブロッキング剤としての、例えばWO97
/12924およびEP−A0802210に記載されるようなピラゾールと共
に使用されると、要求される焼付け温度および焼付けラッカーの反応性の観点か
ら、更なる改良が達成され得る。
【0004】 これらの水性充填剤組成物の結合剤、架橋剤、添加剤、顔料および充填剤(そ
のうちいくつかが、実際に使用される)を含む固体含量は、一般的に、加工粘度
で47〜50および最大53質量%である。しかし、使用中の塗布効率を顕著に
改良するためには、実質的に高い固体含量がこの関連で望ましい。実質的により
高い硬度が、充填剤組成物のよりよいサンダ特性のためにさらに要求され、その
良好な弾性特性が同時に耐飛石性に対して高いレベルの保護を保証する。
【0005】 (発明の開示) 以下により詳細に記載した種々の選択された組み合わせを、結合剤として用い
れば、実際に充填剤組成物により現在の要求が満たされることに加え、水相から
加工処理され、より高い固体含量を有し、焼付け後非常に高硬度のコーティング
を与え、同時に飛石に対して非常に良い防護特性を与える焼付け充填剤組成物の
調製が可能であることが、驚くべきことに見出された。本発明の焼付けラッカー
は、 I)水中に分散した特定のブロックトポリイソシアネート、 II)水溶性または水分散性ポリヒドロキシ化合物、 III)場合により、水溶性または水分散性架橋樹脂、および IV)場合により、更なる水溶性または水分散性物質 を含んでなる。
【0006】 水性焼付けラッカーに本発明による新規な結合剤混合物を使用することにより
、非常に高い固体含量を達成することが出来る。そのため、塗布効率および収量
が向上する。充填剤組成物の塗布において、トップラッカー状態と共に、硬度、
従ってサンダ特性が従来技術よりも顕著に改善されているコーティングが得られ
る。
【0007】 本発明は、 I)水中に分散した特定のブロックトポリイソシアネート、 II)水溶性または水分散性ポリヒドロキシ化合物、 III)場合により、水溶性または水分散性架橋樹脂、および IV)場合により、更なる水溶性または水分散性物質 を含んでなる水性焼付けラッカー用結合剤混合物であって、 成分I)が、 A)一つまたはそれ以上のポリイソシアネート成分40〜80質量%、 B)一つまたはそれ以上の、イソシアネート付加反応の意味における単官能で
あるイソシアネート基用ブロッキング剤10〜40質量%、 C)一つまたはそれ以上の親水化剤1〜30質量%、 D)場合により更なる架橋物質、および E)場合により通常の添加剤 を含んでなり、成分I)が、直接分散方法または単位体積あたり高い分散出力を
もつ分散装置による転相法により調製され、粒径0.05〜10μm、好ましく
は、0.1〜5μm、特には、0.15〜2.5μm、特に好ましくは0.2〜
1.5μmの平均粒度を有することを特徴とする結合剤混合物に関する。
【0008】 単位体積あたり高い分散出力を持つ分散装置、例えば、圧力放出均一化ジェッ
トを、分散工程による本発明に必須の分散体I)の調製に使用する。
【0009】 相当する分散装置は、例えば、Formation of Emulsions, P. Beche, Encyclop
edia of Emulsion Technology, vol. 1, New York, Basle, Decker 1983、によ
り知られるが、水性焼付け充填剤組成物のために水性分散体の調製にこれまで使
用されたことがない。
【0010】 分散装置は、単位体積あたりの出力により選択される。微分散された分散体(
約1μm粒径)の調製には、単位体積あたりの高い出力を有する分散装置、例え
ば、高圧ホモジナイザーが必要である。そのような微分散分散体は、回転子/固
定子装置によっては、うまく調製することが出来ない。EP−A0101007
に記載のジェット分散機は、高圧ホモジナイザーよりも実質的に高い効率を有す
る特定の圧放出ジェットである。高圧ホモジナイザイーでは200barが必要
な粒子サイズ分布が、ジェット分散機によれば50barの均一化圧で達成され
る。
【0011】 微分散された分散体を、分散装置としてジェット分散機を用いて、連続的にも
断続的にも特に有利に調製することができる。 本発明によれば、水性分散体は、油中水エマルションから水中油エマルション
へ転相により変換することも出来る。
【0012】 本発明により調製され本発明に必須である水性分散体I)は、成分II)、I
II)および場合によりIV)と組み合わせて、例えば自動車分野で充填剤組成
物として、或いは、単層および/または多層ラッカー皮膜の製造のためのベース
またはトップラッカーとして、様々な所望の耐熱性基材上への焼付けラッカーに
使用することが出来る。好ましい用途は、充填剤組成物分野である。
【0013】 本発明に必須の分散体I)の成分A)は、ビウレット、イソシアヌレート、ウ
レタン、ウレトジオン、アロファネートおよび/またはイミノオキサジアジンジ
オン基を含む脂肪族および/または環状脂肪族ポリイソシアネートを含有する。
異なるポリイソシアネートおよび前述の群のいくつかを含むポリイソシアネート
の所望の混合物も用いることが出来る。ポリイソシアネートを、例えば、三量化
、アロファネート化、ウレタン化またはビウレット化のような既知の方法で調製
するのに用いる既知の脂肪族および/または環状脂肪族ジイソシアネートをポリ
イソシアネートの調製に用いることも出来る。好ましく使用される化合物は、1
,6−ジイソシアナトヘキサン(HDI)、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)、2,4−および/または2,6−ジイソシアナト−1−メチ
ルシクロヘキサンおよび4,4’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン(De
smodur(商標)W、Bayer AG)である。イソシアヌレート、ビウレットおよび/
またはウレタン基を含むポリイソシアネート並びに1,6−ジイソシアナトヘキ
サンを基礎としたイソホロン−ジイソシアネートおよびDesmodur(商標)Wが好ま
しく用いられる。
【0014】 例えば、マロン酸エステル、アセト酢酸エステル、ラクタム、オキシム、ピラ
ゾール、トリアゾ−ル、イミダゾール、アミンまたはこれらの化合物の所望の混
合物のような、既知の単官能ブロッキング剤をブロッキング剤B)として用いる
ことが出来る。180℃まで、特には160℃までの温度範囲で分裂されるブロ
ッキング剤が好ましく用いられる。ブタノンオキシム、シクロヘキサノンオキシ
ムおよび/または3,5−ジメチルピラゾールが好ましい。
【0015】 内部乳化剤、外部乳化剤またはこれらの化合物の所望の混合物を親水化剤C)
として使用する。 エチレンオキシド単位を含む非イオン性親水性ビルダー成分および/またはカ
ルボキシル基を含む(潜在的な)アニオン性ビルダー成分を内部乳化剤として使
用する。 非イオン性親水性ビルダー成分は、イソシアネート基に対して反応性の1つま
たは2つの基、特には水酸基を分子内に含む化合物である。これらの化合物のポ
リエーテル鎖は、少なくとも50質量%まで、好ましくは100質量%までのエ
チレンオキシド単位を含み、これらに加えてプロピレンオキシド単位が存在する
ことも出来る。適当な非イオン性の親水性ビルダー成分は、例えば、分子量35
0〜3000の単官能性ポリエチレングリコールモノアルキルエーテルである。
分子量は、好ましくは500〜1000の間である。
【0016】 イソシアネート基に反応性である少なくとも1つの基を有する化合物が、(潜
在的な)アニオン性ビルダー成分として使用される。これらの化合物は、好まし
くは、少なくとも1つ、好ましくは1つまたは2つの水酸基またはヒドロキシカ
ルボン酸の塩を含むカルボン酸である。適当なそのような酸は、例えば、ジメチ
ロール酢酸、2,2−ジメチロールプロピオン酸、2,2−ジメチロール酪酸ま
たは2,2−ジメチロール吉草酸、ジヒドロキシコハク酸、ヒドロキシピバル酸
またはそのような酸の混合物のような2,2−ビス(ヒドロキシメチル)アルカ
ンカルボン酸である。ジメチロールプロピオン酸および/またはヒドロキシピバ
ル酸が特に好ましく使用される。遊離酸基、特にカルボキシル基は、前述の「潜
在的なアニオン」基であるが、塩基により中和によって得られた塩様基(特にカ
ルボキシレート基)は、上で述べた「アニオン」基である。水中への溶解または
分散には、少なくとも部分的なカルボキシル基の中和が必要である。一般に、カ
ルボキシル基は、少なくとも50%の範囲まで中和されており、過剰の中和剤の
使用も場合により可能である。
【0017】 例えば、Johann Bielmann in Lackadditive[Lacquer Additives], WIELY-VCH
Verlag GmbH Weinheim, New York, Chichester, Brisbane, Singapore, Toronto 1998, 87-92頁に記載されるような通常の乳化剤および分散剤が、外部乳化剤と
して使用される。例えば、特に適当な物質は、エチレンオキシドおよび場合によ
りプロピレンオキシドの親水性出発分子、例えばノニルフェノール、フェノール
/スチレン縮合物およびラウリルアルコールおよびステアリルアルコールのよう
な長鎖、場合により分岐のアルコールへの付加生成物である。この種のイオン性
化合物は、例えば、WO97/31960に記載されるようなエチレンオキシド
および場合によりプロピレンオキシド単位を含んでいる硫酸またはリン酸エステ
ル塩である。
【0018】 場合により使用される更なる架橋成分D)は、成分II)の水酸基との化学反
応により本発明のコーティングの硬化を導く物質を含む。記載できる例は、アミ
ノプラスト樹脂、例えばアルコキシル化メラミン樹脂またはメラミン−ホルムア
ルデヒド縮合生成物のような相当するメラミン誘導体(例えば、FR−A943
411、"The Chemistry of Organic Filmformers", 235-240頁, John Wiley &
Sons Inc., New York 1974)および、例えば、エポキシド、無水カルボン酸、フ
ェノプラスト樹脂、レゾール樹脂、尿素樹脂またはグアニジン樹脂またはそれら
の混合物のような通常の架橋剤であって、それらは、アルコール性水酸基に反応
性である。
【0019】 場合により使用される通常の添加剤E)は、例えば、中和剤、触媒、助剤物質
および/または添加剤であって、例えば湿潤剤、脱気剤、沈殿防止剤、流動化剤
、フリーラジカル捕捉剤、抗酸化剤、UV吸収剤、増粘剤、少量の溶剤および殺
生物剤である。
【0020】 本発明に必須の分散体I)は、いくつかの段階で調製され、反応相手の量の比
は、成分A)のイソシアネート基と、イソシアネート基に反応性の成分B)およ
び場合により成分C)の基の当量比が、1:0.5〜1:2、好ましくは1:0
.8〜1:1.2および特に好ましくは1:0.9〜1:1であるように選ばれ
る。
【0021】 内部乳化剤を成分C)として使用する場合、イソシアネート基に反応性の水酸
基が存在する。この場合、本発明に必須の分散体I)の調製のために、反応相手
の量の比は、成分A)のイソシアネート基の、イソシアネート基に反応性の成分
B)およびC)に対する当量比が1:0.5〜1:2、好ましくは1:0.8〜
1:1.2および特に好ましくは1:0.9〜1:1になるように選ばれる。
【0022】 非イオン性親水性ビルダー成分が使用される場合、成分C)の量は、本発明に
必須の得られる分散体I)中に、末端および/または側位でポリエーテル鎖の中
に取り込まれるエチレンオキシド単位(Cとして計算、分子量=44)が
0.1〜10質量%、好ましくは、0.5〜5質量%の割合で存在するような量
である。
【0023】 (潜在的な)アニオン性ビルダー成分が用いられる場合、成分C)は、化学的
に固定されたカルボン酸基(COOHとして計算、分子量45)の0.1〜5質
量%、好ましくは0.5〜1.5質量%が、本発明に必須の得られる分散体I)
中に存在するような量で用いられる。
【0024】 外部乳化剤が成分C)として使用される場合、イソシアネート基に反応する基
は存在しない。この場合、反応相手の量比は、成分A)のイソシアネート基の、
イソシアネート基に反応性である成分B)の基に対する当量比が1:0.8〜1
:1.2、好ましくは1:0.9〜1:1になるように、選ばれる。用いられる
外部乳化剤C)の量は、成分A)、B)およびC)の全量を基準にして1〜10
質量%であり、好ましくは3〜7質量%、特に好ましくは4〜6質量%である。
【0025】 成分I)の調製のために、ポリイソシアネートA)を、所望の順序でまたは同
時に、ブロッキング剤B)および場合により内部親水化剤C)と、上記のNCO
/OH当量比で反応させる。内部親水性化剤が用いられない場合、外部乳化剤C
)を、上記NCO/OH当量比での成分A)および成分B)の反応前、反応の間
または後に上記量比で混合する。
【0026】 反応は、大抵20〜140℃、好ましくは70〜120℃の温度範囲で実施さ
れ、(潜在的な)アニオン性ビルダー成分C)との反応は、カルボキシル基がイ
ソシアネート基と反応するのを避けるために、温和な条件下で特に行われる。
【0027】 反応は、溶剤なしで、または不活性溶剤中で実施することが出来る。乳化段階
の後に、減圧蒸留により分散体の水相から完全にまたは部分的に除去できる不活
性溶剤中での反応が好ましい。記載することの出来る例は、アセトン、メチルエ
チルケトンのようなケトン、並びに酢酸エチルおよび酢酸ブチルのようなエステ
ル、トルエンおよびキシレンのような芳香族化合物である。メチルエチルケトン
中での反応が特に好ましい。
【0028】 反応終了時、(潜在的な)アニオン性ビルダー成分C)による親水性化が生じ
た場合、取り込まれたカルボキシル基の少なくとも部分的中和が生じる。このた
めに必要な中和剤の添加は、分散段階の前、間または後に行うことが出来る。こ
れに適当な塩基は、アンモニア、アミン、例えばN−メチルモルホリン、ジメチ
ルイソプロパノールアミン、トリエチルアミン、N,N−ジメチルエタノールア
ミン、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モルホリン、トリプ
ロピルアミン、トリイソプロピルアミンおよび2−ジエチルアミノ−2−メチル
−1−プロパノールおよびそれらの混合物、並びに他の中和剤である。例えば、
水酸化ナトリウム、水酸化リチウムまたは水酸化カリウムのようなアルカリ金属
またはアルカリ土類金属の水酸化物も適当であるが、中和剤としてはそれほど好
ましくない。N,N−ジメチルエタノールアミンが好ましい中和剤である。
【0029】 水性懸濁体を調製するために、成分A)、B)および場合によりC)による反
応生成物の有機溶液を水と混合する。これは、有機相が水相に分散される直接分
散法、または当初存在する油中水エマルションが水中油エマルショへと変換され
る転相法のいずれかによって果たされる。これは、単位体積あたり高い分散出力
を有する分散装置を用いて行われる。そのような装置は、例えば、籠状(ケージ
)攪拌器、溶解器、回転子/固定子混合器または圧力放出ジェット分散機であっ
てよく、好ましくはジェット分散機であって、分散工程における単位体積あたり
の分散出力は、1〜10W/cm、好ましくは1〜5×10W/cm
特に好ましくは1〜3×10W/cmである。水性分散体または懸濁体の粒
子の平均粒子サイズは、0.05〜10μm、好ましくは0.1〜5μm、特に
は0.15〜2.5μm、特に好ましくは0.2〜1.5μmである。特定の粒
子サイズ分布を得るためには、単位体積あたりの決められた出力で、いくつかの
段階で分散を実施することが適当である。
【0030】 ジェット分散機による分散操作の前に、まず攪拌器または溶解器により予備エ
マルションを調製し、その後この予備エマルションをジェット分散機に送り込む
ことが有利であると判明している。分散体またはエマルションの調製に使用する
水の量は、本発明に必須である結合剤I)の分散体またはエマルションに対して
、20〜75質量%、好ましくは30〜70質量%、特に好ましくは35〜70
質量%である。水の添加が終了したとき、溶剤は、蒸留、好ましくは減圧蒸留に
より除去される。
【0031】 分散は、例えば10℃という低い温度から、例えば150℃といったポリマー
混合物の融点を明らかに超える高温までの広い温度範囲で、実施することが出来
る。そのような高温では、結合剤系の反応性のために、秒の範囲の短時間で熱に
さらすことのみ可能である。
【0032】 場合により用いられる更なる架橋物質D)および通常の添加剤E)を、分散操
作の前に、成分A)、B)および場合によりC)の反応生成物の有機溶液に加え
ることが出来る。水溶性または水分散性物質D)およびE)の場合は、分散およ
び蒸留後、水相に加えることも可能である。
【0033】 ポリヒドロキシ成分II)は、例えば、ゲル浸透クロマトグラフィー(ポリス
チレン標準)により決定できる数平均分子量Mnが1000〜100000、好
ましくは2000〜50000の、それ自体ポリウレタン・ラッカー化学で良く
知られた種類の水溶性または水分散性のポリヒドロキシ化合物であり、ただし、
ポリヒドロキシ化合物が、それらの水中での溶解性または分散性に十分な量の親
水性基、特にポリエーテル鎖がカルボキシレート基および/またはエチレンオキ
シド単位を含んでいる。しかし、不十分な親水性の親水性ポリヒドロキシ化合物
を、それのみでまたは外部乳化剤との混合物として、使用することも、原理的に
可能である。
【0034】 自体既知の、ポリヒドロキシポリエステル、ポリヒドロキシポリエーテル、ポ
リヒドロキシポリウレタン、ポリヒドロキシカーボネート、ウレタン変性ポリエ
ステルポリオール、ウレタン変性ポリエーテルポリオール、ウレタン変性ポリカ
ーボネートポリオールまたは水酸基含有高分子、例えばポリヒドロキシポリアク
リレートなどが、成分II)として可能である。しかし、前記ポリヒドロキシ化
合物または系内で調製されたこれらポリヒドロキシ化合物の組み合わせを任意に
グラフトしたもの、例えば、ポリエステル−ポリアクリレートポリオール、ポリ
エーテルポリアクリレートポリオール、ポリウレタン−ポリアクリレートポリオ
ール、ポリエステル−ポリウレタン、ポリエーテル−ポリウレタン、ポリカーボ
ネート−ポリウレタンおよびポリエーテル−ポリエステルまたはそれらの混合物
を成分II)として使用することも出来る。
【0035】 ポリアクリレートポリオールは、アクリル酸および/またはメタクリル酸の単
純なエステル、水酸基の導入の目的で共使用されるこれらの酸のアルキルエステ
ル、例えば、2−ヒドロキシエチル、2−ヒドロキシプロピル、2−,3−,ま
たは4−ヒドロキシブチルエステルの自体既知の共重合体である。アクリル酸お
よび/またはメタクリル酸は、例えばカルボキシレートへの変換の目的でアミン
により中和できるカルボキシル基を導入するのに適している。更なる可能なコモ
ノマーは、オレフィン性不飽和化合物、例えば、芳香族ビニル、アクリロニトリ
ル、マレイン酸およびジ(シクロ)アルキルエステル、ビニルエステルおよびビ
ニルエーテルである。
【0036】 一方で、ポリマーは、乳化剤の働きにより水中で直接調製することが出来(そ
の場合エマルション共重合体)、いわゆる「一次分散体」とも呼ばれるものが形
成される。他方で、イオン性基の導入後、有機溶剤中での調製および水相への引
き続く変換も可能であり、この場合いわゆる「二次分散体」と呼ばれるものが得
られる。
【0037】 適当なポリエーテルポリオールは、、例えば、水、エチレングリコール、プロ
パンジオール、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリトリトール
および/またはソルビトールのような適当に2−〜6−官能化出発分子のエトキ
シリル化および/またはプロポキシル化生成物であり、それ自体ポリウレタン化
学でよく知られる
【0038】 適当なポリエステルポリオールの例は、特にポリウレタン化学にそれ自体良く
知られるポリヒドロキシアルコール、例えば先に記載したような種類のアルカン
ポリオールとポリカルボン酸または無水ポリカルボン酸、特にはジカルボン酸ま
たは無水ジカルボン酸との反応生成物である。適当な、ポリカルボン酸または無
水ポリカルボン酸は、例えば、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、無水フタ
ル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、マレイン酸、無
水マレイン酸、それらのシクロペンタジエンとのDiels−Alder付加物
、フマル酸或いは、2量化または3量化脂肪酸である。ポリエステルポリオール
の特定の分子量または官能価を確立するため、2−エチルヘキサノール、シクロ
ヘキサノールのような単官能アルコール並びに/或いは2−エチルカプロン酸、
安息香酸またはシクロヘキサンカルボン酸のような単官能カルボン酸を用いる可
能性もある。モノ−または多官能性アルコールの所望の混合物、或いはモノ−ま
たは多価カルボン酸または無水カルボン酸の所望の混合物を、ポリエステルポリ
オールの調製に使用することももちろん出来る。
【0039】 ポリエステルポリオールは、例えば、Houben-Weyl, Methoden der organische
n Chemie[Methods of Organic Chemistry], volume XIV/2, G.Thieme-Verlag, S
tuttgart, 1963, 1−47頁に記載されるような既知の方法で調製される。
【0040】 場合により要求されるこれらポリエステルポリオールの親水化変性は、例えば
EP−A0157291またはEP−A0427028に開示されるような既知
の方法により行われる。これらの文献に記載の水溶性または水分散性のウレタン
変性ポリエステルは、成分II)として本発明に特に適している。DE−A42
21924に記載されるようなウレタン変性ポリエステル樹脂は、成分II)と
して特に好ましい。DE−A3829587に記載の、水溶性または水分散性の
水酸基を有するポリアクリレートも適当であるが、それほど好ましくない。
【0041】 可能な多官能性架橋樹脂III)は、水溶性または水分散性のブロックトポリ
イソシアネート、或いはメラミンおよび尿素樹脂のような水溶性または水分散性
アミノ樹脂の両方である。従来技術に既に記載のような水溶性または水分散性ポ
リイソシアネートは、原則として適当である。しかし、DE−A4221924
およびDE−A19810660に記載された水溶性または水分散性のブロック
トポリイソシアネートは、特に適当である。
【0042】 本発明に必須の成分I)に組み合わせる相手として、成分II)およびIII
)の成分の既に仕上げられた混合物を、使用することも可能である。室温での良
好な貯蔵安定性のために、そのような仕上げられた混合物は既に実際に用いられ
ている。
【0043】 使用可能な更なる水分散性物質IV)は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール
樹脂、ポリアミン樹脂、低分子量エポキシ架橋剤および低分子量ポリアミン架橋
剤である。
【0044】 即用コーティング組成物、とりわけ充填剤組成物を調製するために、本発明に
必須の特定の分散体I)を、ポリヒドロキシ化合物II)、場合により架橋剤I
II)および場合により成分IV)と混合する。成分I)〜III)についての
混合比は、固体を基準で、50:45:5〜5:45:50質量%、好ましくは
45:45:10〜10:45:45質量%、特に好ましくは、40:45:1
5〜15:45:40質量%の範囲である。成分IV)の代表例は、固体基準で
20質量%まで、好ましくは10質量%までの量で任意に使用することが出来る
。特に好ましくは、成分I)およびII)および場合によりIII)の混合物の
みが使用される。この方法で得られた一成分結合剤は、一般に所望の長さの時間
で貯蔵することが出来る。任意に共用されるコーティング技術の補助剤および添
加剤、例えば、顔料、充填剤、流動化剤、湿潤および分散剤、消泡剤、触媒等は
、水性結合剤または結合剤混合物および/または個々の成分I)、II)場合に
よりIII)およびIV)へ添加することが出来る。即用ペーストを得るために
、個々の成分I)、II)および場合によりIII)およびIV)、或いはI)
並びにII)および場合によりIII)の混合物を助剤物質、顔料および充填剤
と共に加工することは、特に有利である。次いで、このペーストは、上記の範囲
で所望のように相互に混合できる。特定の要求のために極めて特殊な特性をこの
様にして達成することが出来る。例えば流動化剤または触媒のようないくつかの
添加剤を成分I)に加えた後に,水中でそれを分散する可能性もある。
【0045】 本発明に必須の分散体I)を含んでなる一成分コーティング組成物は、スプレ
ー、ブラシ、浸漬、ローラーおよびドクターブレードによる塗装のようなコーテ
ィング技術の全ての所望の方法で、一層または数層で所望の耐熱性基材へ塗布す
ることが出来る。
【0046】 例えば、コーティングは、金属、プラスチック、木材またはガラス上に、80
〜220℃、好ましくは100〜200℃、特に好ましくは120〜180℃で
ラッカー皮膜を硬化することにより得られる。
【0047】 本発明の結合剤は、例えば車体、機械、パネルまたはコンテナーの製造用に使
用される鋼板上に、コーティングおよびラッカーリングするのに好ましく適当で
ある。それらは、車体用充填剤組成物の調製に好ましく使用される。一般に、ラ
ッカー皮膜は、0.01〜0.3mmの乾燥層厚を有する。
【0048】 (従来技術より有効な効果) 本発明の結合剤は、実施例に示されたように、長寿命の表面防護性を与える。
互いに矛盾する性質である、高い皮膜硬度を伴っている驚くほど高い耐飛石性は
類を見ない。このことは、結合剤を、飛石に対する良好な防護性と高いラッカー
皮膜硬度の組み合わせが必要とされる塗装に対して、特に適当なものとする。
【0049】 新規な水性結合剤の特別な利点は、室温および30〜60℃の少し高温の両方
での貯蔵の間の高い安定性に加えて、今まで知られている水性結合剤によっては
一般に達成されていないような、55質量%以上の高い固体含量が達成されるこ
とである。
【0050】 以下の実施例は本発明を解説するが、これに限定されない。 実施例 全てのパーセントデータは、特に他の記載が無い限り質量%である。 実施例1:出発物質の調製と説明 1.1 ポリイソシアネート成分A1) イソホロン−ジイソシアネート(IPDI)1332gを、窒素下で、攪拌器
、ガス導入管、内部温度計、滴下ロートおよび還流冷却器を備えた4つ口フラス
コ(2リットル)に最初に投入し、80℃に加熱した。2−エチル−1,3−ヘ
キサンジオール/メタノール(6:1質量部)中の2−ヒドロキシプロピルトリ
メチルアンモニウム・ヒドロオキシド5質量%溶液15mlを、滴下ロートより
45分間で、ゆっくりと均一に加えた。この操作の間、温度は88℃に昇温した
(90℃を超えてはならない、なぜなら、高すぎる温度では非特異的に3量化が
進行し、最終物の粘度がより高くなるからである)。滴下終了後、反応混合物を
、そのNCO含量が30.6%に達するまで、80℃で攪拌した。その後、反応
を、IPDI中のジブチルホスフェート25%溶液0.36g(70ppmモル
)の添加により停止した。過剰の単量体IPDIを薄膜蒸留により除去した。実
質的に無色の透明樹脂が、収率44%で得られ、それをメチルエチルケトン中に
溶解(70%)した。23℃での溶液の粘度は、300mPa.sであり、イソ
シアネート含量は11.8%であって、遊離の単量体IPDIの含量は0.18
%であった。
【0051】 1.2 ポリイソシアネート成分A2) Desmodur(商標)N 3300(Bayer AG)固体含量:100%、23℃での粘度
:3500mPa.s、イソシアネート含量:21.8%。
【0052】 実施例2 本発明に必須の分散体I)の調製 2.1 分散体I.1): ポリイソシアネート成分A1)355.93gを、攪拌器、内部温度計および
還流冷却器を備えた4つ口フラスコ(1リットル)に最初に投入し、メチルエチ
ルケトン411.15g中に溶解し、その溶液を60℃に加熱した。その後、3
,5−ジメチルピラゾール96.13gを攪拌しながら少量ずつ加えた。その反
応混合物を、IRスペクトル中にイソシアネートバンドがもはや見えなくなるま
で、60℃で攪拌した。その後、Emulsifier WN(乳化助剤、Bayer AG)11
.51gおよびSynperonic(商標)PE/F127(乳化助剤、ICI)5.18gを加え
、攪拌により成分の均一混合物を調製した。この溶液から、溶解器を使って、水
359.67gと激しく混合することにより、油中水エマルションを調製し、そ
の後、EP0101007に従って、加圧下(10bar)でジェット分散機を
通すことにより、水中油エマルションに転相した。メチルエチルケトンを減圧下
留去した。その後、分散体は10μm幅メッシュのフィルターを通してろ過した
。以下の特性データを有する生成物が得られた: 流動時間(ISO4cup、23℃): 10秒 固体含量: 50.3質量% 平均粒子サイズ: 0.42μm (レーザー相関スペクトロスコピー) ブロックトNCO含量: 11.64% (固体を基準に計算)
【0053】 2.2 分散体I.2) ポリイソシアネート成分A2)192.66gを攪拌器、内部温度計および還
流冷却器を備えた4つ口フラスコ(1リットル)に最初に投入し、メチルエチル
ケトン419.67gに溶解し、その溶液を60℃に加熱した。その後、ブタノ
ンオキシム87.12gを攪拌しながら、少量ずつ加えた。反応混合物を、IR
スペクトル中にイソシアネートバンドがもはや見えなくなるまで、60℃で攪拌
した。その後、Rhodafac PA17(乳化助剤、Rhodia)14.90gおよび中和剤
トリエチルアミン1.2gを加え、攪拌により成分の均一混合物を調製した。こ
の溶液から、溶解器を使って、水195.25gと激しく混合することにより、
油中水エマルションを調製し、その後、EP0101007に従って、加圧下(
1bar)でジェット分散機を通すことにより、水中油エマルションに転相した
。メチルエチルケトンを減圧下留去した。その後、分散体は10μm幅メッシュ
のフィルターを通してろ過した。以下の特性データを有する生成物が得られた: 流動時間(ISO4cup、23℃): 23秒 固体含量: 60.0質量% 平均粒子サイズ: 0.36μm (レーザー相関スペクトロスコピー) ブロックトNCO含量: 14.25% (固体を基準に計算)
【0054】 2.3 分散体I.3) ポリイソソアネート成分A1)177.96およびポリイソシアネートA2)
96.33gを、攪拌器、内部温度計および還流冷却器を備えた4つ口フラスコ
(1リットル)に最初に投入し、メチルエチルケトン447.72gに溶解し、
その溶液を50℃に加熱した。その後、シクロヘキサノンオキシム113.16
gを、少量ずつ攪拌しながら加えた。反応混合物を、IRスペクトル中にイソシ
アネートバンドがもはや見えなくなるまで、50℃で攪拌した。その後、Rhodaf
ac PA14(乳化助剤、Rhodia)17.70gおよび中和剤N,N−ジメチルエタ
ノールアミン1.67gを加え、攪拌により成分の均一混合物を調製した。この
溶液から、溶解器を使って、水350.10gと激しく混合することにより、油
中水エマルションを調製し、その後、EP0101007に従って、加圧下(4
bar)でジェット分散機を通すことにより、水中油エマルションに転相した。
メチルエチルケトンを減圧下留去した。その後、分散体は10μm幅メッシュの
フィルターを通してろ過した。以下の特性データを有する生成物が得られた: 流動時間(ISO4cup、23℃): 14秒 固体含量: 49.6質量% 平均粒子サイズ: 0.36μm (レーザー相関スペクトロスコピー) ブロックトNCO含量: 14.25% (固体を基準に計算)
【0055】 実施例3 基本ペーストの調製 通常実際に用いられるような基本ペーストの調製を説明する。 3.1. 水中に分散したポリヒドロキシ化合物および水中に分散したブロッ
クトポリイソシアネートを含んで成る自己架橋ポリウレタン分散体(Bayhydorol
(商標)VP LS 2153、Bayer AG)に基づく基本ペースト(本発明によら
ない) ビーズミル中で30分間粉砕するために、以下の成分を秤量し、溶解器により
約10分間予備分散した:40%自己架橋PU分散体Bayhydrol VP LS215
3 667.7質量部、市販の抗クレーター剤4.8質量部、市販の湿潤剤4.
8重量部、ラッカー工業で通常の沈殿防止剤4.1質量部、通常の水系用消泡剤
10.8質量部、二酸化チタン118.8質量部、酸化鉄ブラック1.3質量部
、微粉化バライト119.7質量部、カーボネート無含有タルク29.2質量部
および蒸留水38.8質量部。その結果、ペーストにおける固体含有率は約53
.6質量%であった。
【0056】 3.2. 本発明に必須の分散体I.2)と水性ポリヒドロキシ成分II)(B
ayhydrol(商標)VP LS 2056、Bayer AG)の組み合わせてに基づく基本ペー
スト(本発明) 以下の成分を秤量し、溶解器により約10分間予備分散した後、冷却ビーズミ
ル中30分間粉砕した:ポリヒドロキシ化合物Bayhydrol VP LS 2056の47
%分散体387.9質量部、60%分散体I.2)237.8質量部、市販の抗
クレーター剤5.9質量部、市販の湿潤剤5.9質量部、ラッカー工業で通常の
沈殿防止剤4.9質量部、通常の水系用消泡剤13質量部、二酸化チタン143
.6質量部、酸化鉄ブラック1.6質量部、微粉化バライト144.7質量部、
カーボネート無含有タルク35.3質量部および蒸留水19.4質量部。その結
果、ペーストにおける固体含有率は約65.0質量%であった。
【0057】 3.3. 本発明に必須の分散体I.3)と水性ポリヒドロキシ成分II)(Ba
yhydrol(商標)VP LS 2056、Bayer AG)の組み合わせに基づく基本ペースト
(本発明) 以下の成分を秤量し、溶解器により約10分間予備分散した後、冷却ビーズミ
ル中30分間粉砕した:ポリヒドロキシ化合物Bayhydrol VP LS 2056の47
%分散体339.9質量部、49.6%分散体I.3)315.3質量部、市販
の抗クレーター剤5.7質量部、市販の湿潤剤5.7質量部、ラッカー工業で通
常の沈殿防止剤4.8質量部、通常の水系用消泡剤12.6質量部、二酸化チタ
ン139.6質量部、酸化鉄ブラック1.5質量部、微粉化バライト140.6
質量部およびカーボネート無含有タルク34.3質量部。その結果、ペーストに
おける固体含有率の約63.2質量%であった。
【0058】 実施例4 基本ペースト3.1〜3.3に基づく水性充填剤組成物の調製 ペーストを、以下の表に記載された比に従って溶解器で10分間分散させるこ
とにより均一に混合し、適切な場合水により≦35秒(ISOcup5mm、IS
O2431)の加工粘度の値になるようにした。得られた水性充填剤組成物の組
成および特性データを、以下の表1に示す。
【0059】
【表1】
【0060】 本発明による充填剤組成物2〜5の固体含量は顕著に高く、40℃で貯蔵後の
それらの粘度安定性は、高品質の比較充填剤組成物1の場合より優れている。 水性充填剤組成物1〜5を、5barの空気圧を用いて市販の粘度カップ・ガ
ンにより、陰極電解メッキプライマー(約20μm)でコートしたリン酸亜鉛化
鋼板上へ、約65%の相対湿度(23℃)の条件下でスプレーすることにより塗
布した。
【0061】 23℃で10分間空気中で蒸発後、まず70℃で10分間、その後165℃で
20分間空気循環オーブンの中で、充填剤組成物の硬化を行った。乾燥皮膜厚は
約35μmであった。
【0062】 充填剤組成物の特性を以下の表2に示す。
【表2】
【0063】 本発明による充填剤組成物2〜5は、市販の充填剤組成物1と比べて非常に高
い硬度および、この硬さに対して非常によい弾性を有している。本発明による充
填剤組成物2〜5の光沢値は、市販の充填剤組成物1の光沢値に同等のレベルで
ある。 アルキッド/メラミンに基づいた市販の自動車用トップラッカーを、約30μ
mの乾燥皮膜厚で、空気噴霧スプレー・ガンにより充填剤組成物層に塗布し、1
30℃で30分間硬化させた。
【0064】 充填剤組成物の使用に対して決め手となる最も重要な試験結果を以下の表にま
とめた。説明していない耐性値、例えば、耐溶剤性、耐水性および耐塩水噴霧性
は、実際の要求に完全に対応する。
【0065】 用いた試験方法 トップラッカー状態: Byk製波きず走査測定機による波きずの測定 耐飛石性: 用いた試験機は、 a)500gの鋼鉄製弾丸(角張った、4−5mm)を、23℃で1.5ba
rの空気圧で各2回打ち出す、VDAに従った飛石試験機(エリクセン、モデル
508)である。金属板までの貫通の観点につき比較する(0〜10、0=貫通
なし、10=非常に多くの貫通)。 b)BMW標準DBPno.34.31.390に従った個別衝撃試験機(B
yk)、金属板からの充填剤組成物の破片をmmで測定する。
【0066】トップラッカー状態、波きず走査測定機(Byk)による測定(補正値)
【表3】
【0067】 短いおよび長い波きずの両方の数値が低いほど、より良好なトップラッカー状
態である。本発明の充填剤組成物2〜5は、比較充填剤組成物1よりもよいトッ
プラッカー状態を与えた。
【0068】 飛石試験 500g鋼鉄製弾丸2回、1.5bar(特性評価1−10)
【表4】
【0069】 本発明の充填剤組成物が相当に高い硬度を持つにもかかわらず、本発明による
充填剤組成物4〜5は高品質比較充填剤組成物1と同等の高いレベルである。こ
の結果は驚くべきことであり、故に予測できない。本発明の充填剤組成物2およ
び3は、若干劣る耐飛石性を有する。
【0070】結果のまとめと考察 本発明の充填剤組成物2〜5は、非常に高い固体含有率および非常に高い硬度
によって特徴付けられる。従って、耐飛石性の不足および乏しいトップラッカー
状態を伴う低い弾性のみが、期待されるであろう。しかし、試験結果は、本発明
の充填剤組成物が、従来技術のデータとは対照的に、良好な弾性値および非常に
良好な耐飛石性およびトップラッカー状態の両方を有すること、並びに、それゆ
え高品質の市販ポリウレタン充填剤組成物より優れることを明確に示している。
それらは、特性の全体のスペクトルについて、これまで知られていない品質を有
する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 100 09 413.9 (32)優先日 平成12年2月28日(2000.2.28) (33)優先権主張国 ドイツ(DE) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ, VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 ハイノ・ミューラー ドイツ連邦共和国デー−51377レーフエル クーゼン、オットー−ミューラー−シュト ラーセ3番 (72)発明者 ヨアヒム・ペッツォルト ドイツ連邦共和国デー−40789モンハイム、 イルティスシュトラーセ2番 Fターム(参考) 4J034 AA01 AA04 AA06 BA07 DA01 DC50 DF01 DF03 DF32 DG01 DP18 HA01 HA06 HB05 HB07 HB08 HC02 HC17 HC22 HC46 HC71 HD12 HD15 MA24 QB05 RA07 4J038 DA111 DA112 DG111 DG121 DG131 DG191 DG271 DG291 DG301 KA03 MA08 MA10 PA19 PB07 PC02 PC03 PC06 PC08

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 I)水中分散した特定のブロックトポリイソシアネート、 II)水溶性または水分散性ポリヒドロキシ化合物、 III)場合により、水溶性または水分散性架橋樹脂、および IV)場合により、更なる水溶性または水分散性物質 を含んでなる水性焼付けラッカー用結合剤混合物であって、 成分I)が、 A)一つまたはそれ以上のポリイソシアネート成分40〜80質量%、 B)一つまたはそれ以上の、イソシアネート付加反応の意味における単官能で
    あるイソシアネート基用ブロッキング剤10〜40質量%、 C)一つまたはそれ以上の親水化剤1〜30質量%、 D)場合により更なる架橋物質、および E)場合により通常の添加剤 を含んでなり、成分I)が、直接分散方法または単位体積あたり高い分散出力を
    もつ分散装置による転相法により調製され、粒径0.05〜10μmの平均粒度
    を有することを特徴とする結合剤混合物。
  2. 【請求項2】 ビウレット、イソシアヌレート、ウレタン、ウレトジオン、
    、アロファネートおよび/またはイミノオキサジアジンジオン基を含む脂肪族お
    よび/または環状脂肪族ポリイソシアネートを、成分I)のポリイソシアネート
    成分A)として用いることを特徴とする請求項1に記載の結合剤混合物。
  3. 【請求項3】 オキシムおよび/またはピラゾールを成分I)のブロッキン
    グ剤B)として用いることを特徴とする請求項1に記載の結合剤混合物。
  4. 【請求項4】 外部乳化剤を成分I)の親水性化剤C)として用いることを
    特徴とする請求項1に記載の結合剤混合物。
  5. 【請求項5】 ポリヒドロキシポリエステル、ポリヒドロキシポリエーテル
    、ポリヒドロキシポリウレタン、ポリヒドロキシカーボネート、ウレタン変性ポ
    リエステルポリオール、ウレタン変性ポリエーテルポリオール、ウレタン変性ポ
    リカーボネートポリオール、水酸基含有高分子、ポリエステル−ポリアクリレー
    トポリオール、ポリエーテル−ポリアクリレートポリオール、ポリウレタン−ポ
    リアクリレートポリオール、ポリエステル−ポリウレタン、ポリエーテル−ポリ
    ウレタン、ポリカーボネート−ポリウレタン、ポリエーテル−ポリエステルまた
    はそれらの混合物を、成分II)として用いることを特徴とする請求項1に記載
    の結合剤混合物。
  6. 【請求項6】 水溶性または水分散性ブロックトポリイソシアネートを成分
    III)として用いることを特徴とする請求項1に記載の結合剤混合物。
  7. 【請求項7】 水溶性または水分散性アミノ樹脂を、成分III)として用
    いることを特徴とする請求項1に記載の結合剤混合物。
  8. 【請求項8】 任意にコーティング技術の通常の助剤および添加剤を含んで
    なる水性焼付けラッカーの調製のための請求項1〜7のいずれかに記載の結合剤
    混合物の使用。
  9. 【請求項9】 金属成分用充填剤の調製のための請求項8に記載の水性焼付
    けラッカーの使用。
  10. 【請求項10】 自動車車体要素用充填剤組成物の調製のための請求項8に
    記載の水性焼付けラッカーの使用。
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