JP2004099903A - 不飽和の非晶質ポリエステルからなる付着改善性添加物 - Google Patents

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Abstract

【課題】架橋系において被覆材料の特性、例えば被覆材料の付着性を改善し、同時に耐食性を向上させ、硬度を高め、光沢性を改善し及び固体含有量を改善し並びに体積収縮を軽減する付着改善性添加物を見出すこと
【解決手段】少なくとも1種のα,β−不飽和ジカルボン酸成分とアルコール成分とを主に有する少なくとも1種の不飽和の非晶質ポリエステルからなる付着改善性添加物において、アルコール成分が、異性体化合物のジシドール混合物からなり、この場合に、それぞれの異性体は混合物中で20〜40%の割合まで含まれていてもよく、3種の異性体の合計は90〜100%であり、この混合物はポリエステルのアルコール成分中で少なくとも5%まで含まれる付着改善性添加物。
【選択図】なし

Description

 本発明は、不飽和の非晶質ポリエステルからなる付着改善性添加物並びに不飽和の非晶質ポリエステルの付着改善性添加物としての使用に関する。
 不飽和ポリエステル樹脂(UP樹脂)は公知である。この樹脂は飽和及び不飽和のジカルボン酸又はその無水物とジオールとの縮合により製造される。この特徴は出発物質の種類及び量比に十分に依存する。
 重合可能な二重結合のキャリアとして、たいていはα,β−不飽和酸が使用され、第1にマレイン酸もしくはその無水物又はフマル酸が重要であり、不飽和ジオールが次に重要である。二重結合の含有量が高ければ、つまり、鎖分子中の二重結合の間隔が短ければそれだけ、ポリエステル樹脂はより反応性となる。これは著しく熱を発生しかつ著しく体積収縮しながら極めて急速に重合して、架橋度の高い、従って比較的脆性の最終生成物が生じる。従って、ポリマー分子中の反応性の二重結合は、飽和脂肪族又は芳香族ジカルボン酸を縮合により組み入れることにより「希釈」される。アルコール成分として直鎖及び/又は分枝鎖のジオールが使用される。個々のUP樹脂タイプは、その製造のために使用された成分だけによるのではなく、飽和酸対不飽和酸の量比によっても区別され、この量比は重合時の架橋密度を決定し、つまり分子量、酸価及びOH価、つまり鎖分子中の末端基の種類、モノマー含有量、添加物の種類を決定する(Ullmann's Encyclopedia oflndustrial Chemistry, VOL A21, S. 217 ff., 1992)。
 ジオール成分としてジシドールをベースとするUP樹脂は、例えばDE 924 889, DE 953 117, DE 22 45 110, DE 27 21 989, EP 114 208, EP 934 988から公知である。
 付着の改善のために不飽和ポリエステル樹脂を使用することは、例えばDE 24 09 800, EP 114 208及びEP 934 988から公知である。
DE 924 889 DE 953 117 DE 22 45 110 DE 27 21 989 EP 114 208 EP 934 988 Ullmann's Encyclopedia oflndustrial Chemistry, VOL A21, S. 217 ff., 1992
 本発明の課題は、架橋系において被覆材料の特性、例えば被覆材料の付着性を改善し、同時に耐食性を向上させ、硬度を高め、光沢性を改善し及び固体含有量を改善し並びに体積収縮を軽減する付着改善性添加物を見出すことである。
 本発明の対象は、主に少なくとも1種のα,β−不飽和ジカルボン酸成分とアルコール成分とを有する少なくとも1種の不飽和の非晶質ポリエステルからなる付着改善性添加物において、アルコール成分が、異性体化合物である3,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、4,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン及び5,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンのジシドール混合物からなり、この場合に、それぞれの異性体は混合物中で20〜40%の割合まで含まれていてもよく、この3種の異性体の合計は90〜100%であり、この混合物はポリエステルのアルコール成分中で少なくとも5%まで存在することを特徴とする。
 本発明の他の対象は、主に少なくとも1種のα,β−不飽和ジカルボン酸成分とアルコール成分とを有する不飽和の非晶質ポリエステルを付着改善性添加物として使用することであり、前記アルコール成分は異性体化合物である3,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、4,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン及び5,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンのジシドール混合物からなり、この場合、それぞれの異性体は混合物中に20〜40%の割合まで含まれ、この3種の異性体の合計は90〜100%であり、この混合物はポリエステルのアルコール成分中で少なくとも5%まで存在することを特徴とする。
 この添加物が被覆材料及び/又は接着剤及び/又は接合剤の他の成分と全般的に相容性であることが示された。例えば、この付着改善性添加物は、ポリアクリレート、ポリオレフィン、飽和及び/又は不飽和ポリエステル及びコポリエステル、セルロースニトレート、フェノール−及び/又はメラミン−ホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、アクリル化されたポリエステル、ポリアミド、フェノール−もしくはケトン−ホルムアルデヒド樹脂、ケトン樹脂、ポリウレタン、ポリ尿素、エポキシ樹脂、ポリビニルクロリド及びその誘導体、例えばコポリマー及びターポリマー、ポリビニルアルコール、PVDF、ポリエーテル、シリコーン樹脂、クロロゴム、環化ゴム、セルロースアセトブチレートと混合することができる。
 付着改善性添加物は、例えばパテ剤中の結合剤として使用することができ、その際に酸化性の乾燥又はラジカル反応によって耐食性の層を形成できる。この良好な付着性及び架橋反応を行う能力により、耐食性保護用の本発明による樹脂を提供する。この付着性の向上の他に、さらに上方の境界層と下方の境界層との中間層付着性が改善される。本発明による樹脂の他の利点は高い耐加水分解性である。本発明による添加物を含有する被覆材料はさらに高い光沢性及び良好なレベリングを特徴とする。噴霧塗料の場合にはさらに噴霧体吸収性を著しく高める。
 付着改善性添加物は、上記のポリマーと共に、水性、溶剤含有(ノーマルソリッド、ミデアムソリッド、ハイソリッド、ベリーハイソリッド)及び/又は溶剤不含(粉末及び/又は液状)の熱硬化性、放射線硬化性、空気乾燥性(酸化による及び物理的な)被覆材料、パテ剤及び/又は接合剤及び接着剤中で使用され、改質樹脂としてプライマー、サーフェーサー、ベースコート、シングルコートトップコート、クリアコート、接着剤、シーラント、道路標示塗料、耐食性塗料用に適している。
 次に、不飽和の非晶質ポリエステルからなる本発明による付着改善性添加物を詳細に記載する。
 本発明による不飽和の非晶質ポリエステル樹脂は、アルコール成分と酸成分との反応により得られる。
 アルコール成分として、本発明の場合には、異性体化合物の3,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、4,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン及び5,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンのジシドール混合物が使用され、この場合に、各異性体は混合物中で20〜40%の割合まで含有してもよく、この3種の異性体の合計は90〜100%、有利に95〜100%であり、この混合物はポリエステルのアルコール成分中で少なくとも5%まで存在する。ジシドール混合物の異性体含有量は例えばGC分析により定性的及び定量的に、又は分取GC又はHPLCによる分離及び引き続くNMR分光分析により定量的に測定できる。9位のジシドールの相応する全ての異性体は、上記の異性体の鏡面対称に基づき、そのシス−及びトランス−異性体も同様に、通常の実際に即した状況の下で区別されない。
 さらに、ジシドール混合物は10%まで他のジシドール異性体及び/又はシクロペンタジエンからのディールス−アルダー反応生成物のトリマーのジオール及び/又はより高級の異性体のジオールを含有することができる。アルコール成分が20%、50%、有利に90%、特に有利に100%ジシドール混合物からなるのが有利であり、この場合に、これは前記の3種の異性体化合物を95〜100%含有するのが特に有利である。
 ジシドール混合物の他に、アルコール成分は直鎖及び/又は分枝鎖の脂肪族及び/又は環式脂肪族及び/又は芳香族ジオール及び/又はポリオールを含有することができる。付加的なアルコールとして、エチレングリコール、1,2−及び/又は1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,2−及び/又は1,4−ブタンジオール、1,3−ブチルエチルプロパンジオール、1,3−メチルプロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、グリセリン、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン及び/又はペンタエリトリット並びにビスフェノールA、B、C、F、ノルボルニレングリコール、1,4−ベンジルジメタノール及び−エタノール、2,4−ジメチル−2−エチルヘキサン−1,3−ジオールを使用するのが有利である。
 本発明による不飽和の非晶質ポリエステル樹脂は、原料の酸成分として少なくとも1種のα,β−不飽和ジカルボン酸を含有する。この不飽和のポリエステル樹脂は、シトラコン酸、フマル酸、イタコン酸、マレイン酸及び/又はメサコン酸を含有するのが有利である。
 付加的に、芳香族及び/又は脂肪族及び/又は環式脂肪族モノカルボン酸及び/又はジカルボン酸及び/又はポリカルボン酸を含有することもでき、これらは、例えばフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、セバシン酸、メチルテトラ−、メチルヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ドデカン二酸、アジピン酸、アゼライン酸、イソノナン酸、2−エチルヘキサン酸、ピロメリト酸及び/又はトリメリト酸である。フタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、アジピン酸及び/又はアゼライン酸が特に有利である。
 この酸成分は、部分的に又は完全に無水物及び/又はアルキルエステル、有利にメチルエステルからなることができる。
 一般に、アルコール成分は酸成分に対して0.5〜2.0対1、有利に0.8〜1.5対1のモル比で含まれる。アルコール成分は酸成分に対して1.0〜1.1対1のモル比で反応させるのが特に有利である。
 本発明による不飽和の非晶質ポリエステルは、1〜200mg KOH/g、有利に1〜100、特に有利に1〜50mg KOH/gの酸価を有し、1〜200mg KOH/g、有利に1〜100、特に有利に1〜50mg KOH/gのOH価を有することができる。
 本発明による不飽和の非晶質ポリエステルのTgは−30〜+80℃、有利に−20〜+50℃、特に有利に−10〜+40℃である。
 特に有利な実施態様Iの場合には、本発明による不飽和ポリエステル(UP樹脂)は、異性体化合物の3,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、4,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン及び5,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンのジシドール混合物少なくとも90%、有利に95%、特に有利に100%と、フマル酸及び/又はマレイン酸(無水物)とからなる。他の有利な実施態様IIの場合には、上記のIに示したような出発成分を含有するが、付加的に他の酸をアジピン酸又はフタル酸(無水物)から選択し、その際、α,β−不飽和の酸対付加的な酸の比は2対1〜1対4の間で可変である。約1対1〜1対2の割合が有利である。このポリエステルは一般に1〜200mg KOH/g、有利に1〜100mg KOH/g、特に有利に1〜50mg KOH/gの酸価を有し、1〜200mg KOH/g、有利に1〜100mg KOH/g、特に有利に1〜50mg KOH/gのOH価を有し、−30〜+80℃、有利に−20〜+50℃、特に有利に−10〜+40℃のTgを有する。
 本発明によるポリエステルは、阻害剤、水及び/又は有機溶剤、中和剤、界面活性物質、酸素捕捉剤及び/又はラジカル捕捉剤、触媒、光保護剤、蛍光増白剤、光増感剤、チキソトロープ剤、皮膜形成抑制剤、消泡剤、静電防止剤、増粘剤、熱可塑性添加物、着色剤、顔料、難燃処理剤、内部離型剤、充填剤及び/又は発泡剤から選択される助剤及び添加剤を有することもできる。
 本発明によるポリエステルは、1工程法又は2工程法で原料の酸とアルコールとの(半)連続的又は不連続的エステル化及び縮合によって製造される。
 実施例
原料成分のジシドール混合物(請求項1)、異性体比は約1:1:1
 ドデカン二酸及びフマル酸(割合0.6:0.4)をジシドールと1:1.05の割合で180℃で窒素雰囲気中で、酸価24mg KOH/g及びOH価34mg KOH/gに達するまで反応させる。このためにまずフマル酸をジシドールで1時間にわたりエステル化し、次いでドデカン二酸を添加した。M=2200g/mol、M=5500g/mol、ガラス転移温度4℃。
 アジピン酸及びマレイン酸(割合1:1)をジシドールと1:1.05の割合で180℃で窒素雰囲気中で、酸価26mg KOH/g及びOH価37mg KOH/gに達するまで反応させる。このためにまずマレイン酸をジシドールで1時間にわたりエステル化し、次いでアジピン酸を添加した。M=1800g/mol、M=4300g/mol、ガラス転移温度12℃。
 適用例
適用例1
 可溶性VCコポリマーをベースとする赤色耐食塗料中の結合剤それぞれ5質量%を、キシレン中の60%溶液の形の実施例1及び2記載の本発明による樹脂に置き換えた。亜鉛メッキ板上で当初悪い付着性(格子切れ目試験値として測定してG5)が、この添加物によりそれぞれ著しく良好な値(G0)に改善された。
Figure 2004099903
適用例2
 クロロゴム(Chlorkautschuk)をベースとする白色耐食塗料中の結合剤それぞれ5質量%を、キシレン中の60%溶液の形の実施例1及び2記載の本発明による樹脂に置き換えた。この添加物は未処理の鋼、亜鉛メッキ鋼及びアルミニウム上でのこの種の塗料の付着性を明らかに改善する。
Figure 2004099903
適用例3 完全にメチルエーテル化したメラミン樹脂で架橋した、ヒドロキシル基含有ポリアクリレート樹脂をベースとする白色焼き付け塗料中の結合剤それぞれ5質量%を、キシレン中の60%溶液の形の実施例1及び2記載の本発明による付着樹脂に置き換えた。O型サンプルで亜鉛メッキ鋼上での中程度の付着性が明らかに改善された。
Figure 2004099903
適用例4
 ブロックドポリイソシアネートで架橋した、ヒドロキシル基含有の飽和ポリエステル樹脂をベースとする白色焼き付け塗料中の結合剤それぞれ5質量%を、キシレン中の60%溶液の形の実施例1及び2記載の本発明による付着樹脂に置き換えた。亜鉛メッキ鋼上での当初は中程度の付着性が著しく改善された。
Figure 2004099903

Claims (28)

  1.  少なくとも1種のα,β−不飽和ジカルボン酸成分とアルコール成分とを主に有する少なくとも1種の不飽和の非晶質ポリエステルからなる付着改善性添加物において、アルコール成分が、異性体化合物である3,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、4,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン及び5,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンのジシドール混合物からなり、この場合に、それぞれの異性体は混合物中で20〜40%の割合まで含まれていてもよく、3種の異性体の合計は90〜100%であり、この混合物はポリエステルのアルコール成分中で少なくとも5%まで含まれることを特徴とする、付着改善性添加物。
  2.  10%まで他のジシドール異性体及び/又はシクロペンタジエンからのディールス−アルダー反応生成物のトリマーのジオール及び/又はより高級の異性体のジオールを含有する、請求項1記載の付着改善性添加物。
  3.  酸成分は、さらに芳香族及び/又は脂肪族及び/又は環式脂肪族モノカルボン酸及び/又はジカルボン酸及び/又はポリカルボン酸を含有する、請求項1又は2記載の付着改善性添加物。
  4.  酸成分は部分的に又は完全に無水物及び/又はアルキルエステルからなる、請求項1から3までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  5.  アルコール成分は、さらに直鎖及び/又は分枝鎖の、脂肪族及び/又は環式脂肪族及び/又は芳香族ジオール及び/又はポリオールを含有する、請求項1から4までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  6.  α,β−不飽和ジカルボン酸としてシトラコン酸、フマル酸、イタコン酸、マレイン酸及び/又はメサコン酸を有している、請求項1から5までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  7.  付加的な酸として、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、セバシン酸、メチルテトラヒドロフタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ドデカン二酸、アジピン酸、アゼライン酸、ピロメリト酸及び/又はトリメリト酸、これらの酸無水物及び/又はメチルエステルを有し、並びにイソノナン酸及び2−エチルヘキサン酸を有している、請求項1から6までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  8.  付加的なアルコールとして、エチレングリコール、1,2−及び/又は1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,2−及び/又は1,4−ブタンジオール、1,3−ブチルエチルプロパンジオール、1,3−メチルプロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、グリセリン、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン及び/又はペンタエリトリット、ビスフェノールA、B、C、F、ノルボルニレングリコール、1,4−ベンジルジメタノール、1,4−ベンジルジエタノール、2,4−ジメチル−2−エチルヘキサン−1,3−ジオールを有している、請求項1から7までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  9.  アルコール成分は少なくとも20%まで請求項1又は2記載の異性体からなる、請求項1から8までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  10.  アルコール成分は少なくとも50%まで請求項1又は2記載の異性体からなる、請求項1から8までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  11.  アルコール成分は少なくとも90%まで請求項1又は2記載の異性体からなる、請求項1から8までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  12.  アルコール成分は100%まで請求項1又は2記載の異性体からなる、請求項1から8までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  13.  α,β−不飽和の酸成分としてフマル酸及び/又はマレイン酸(無水物)を含有している、請求項1から12までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  14.  他のジカルボン酸としてアジピン酸及び/又はフタル酸(無水物)を含有している、請求項1から13までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  15.  アルコール成分は酸成分に対して0.5〜2.0対1のモル比で含有されている、請求項1から14までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  16.  アルコール成分は酸成分に対して0.8〜1.5対1のモル比で含有されている、請求項1から14までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  17.  アルコール成分は酸成分に対して1.0〜1.1対1のモル比で含有されている、請求項1から14までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  18.  酸価が1〜200mg KOH/g、有利に1〜100、特に有利に1〜50mg KOH/gである、請求項1から17までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  19.  OH価が1〜200mg KOH/g、有利に1〜100、特に有利に1〜50mg KOH/gである、請求項1から18までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  20.  助剤及び添加剤を含有している、請求項1から19までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  21.  阻害剤、水及び/又は有機溶剤、中和剤、界面活性物質、酸素捕捉剤及び/又はラジカル捕捉剤、触媒、光保護剤、蛍光増白剤、光増感剤、チキソトロープ剤、皮膜形成抑制剤、消泡剤、静電防止剤、増粘剤、熱可塑性添加物、着色剤、顔料、難燃処理剤、内部離型剤、充填剤及び/又は発泡剤から選択される助剤及び添加剤を含有している、請求項1から20までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  22.  アルコール成分は少なくとも90%まで請求項1及び/又は請求項2記載のジシドール混合物からなり、フマル酸及び/又はマレイン酸(無水物)をジオール/酸の割合0.9〜1.1対1で含有している、請求項1から21までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  23.  酸成分として付加的にアジピン酸及び/又はフタル酸(無水物)を、α,β−不飽和の酸対付加的な酸の割合3対1〜1対4、有利に1対1〜1対2で含有している、請求項1から22までのいずれか1項記載の付着改善性添加物。
  24.  少なくとも1種のα,β−不飽和ジカルボン酸成分とアルコール成分とを主に有する、請求項1から23までのいずれか1項記載の不飽和の非晶質ポリエステルの付着改善性添加物としての使用において、前記アルコール成分は異性体化合物である3,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、4,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン及び5,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンのジシドール混合物からなり、この場合、それぞれの異性体は混合物中に20〜40%の割合まで含まれていてもよく、この3種の異性体の合計は90〜100%であり、この混合物はポリエステルのアルコール成分中で少なくとも5%まで存在することを特徴とする、請求項1から23までのいずれか1項記載の不飽和の非晶質ポリエステルの付着改善性添加物としての使用。
  25.  出発成分として請求項2から23までに記載の化合物を含有している、請求項24記載の使用。
  26.  水及び/又は溶剤を含有するか又は有機溶剤及び/又は水を含有しない被覆材料中での付着改善性添加物としての、請求項24又は25記載の使用。
  27.  ペイント、塗料、ワニス、道路標示塗料、パテ剤、顔料ペーストから選択される被覆材料中での付着改善性添加物としての、請求項26記載の使用。
  28.  プライマー、サーフェーサー、ベースコート、カバーコート及びクリアコート中での付着改善性添加物としての、請求項27記載の使用。
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