JP2011162633A - ブロックポリイソシアネート組成物及び一液型熱硬化性組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記構造式(I):
(式中、Rは、少なくとも1種以上の脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネート、並びに少なくとも1種以上のポリオールから誘導されるポリイソシアネートの残基であり、ジイソシアネートとポリオールの少なくとも一部はアロファネート結合を介して結合されており、脂肪族ジイソシアネートと脂環族ジイソシアネートの質量比が、95/5〜50/50であり、nが4.5〜20である。)で表されるポリイソシアネートを含むポリイソシアネート組成物をマロン酸ジエステル化合物でブロックし、マロン酸ジエステル化合物の90モル%以上がマロン酸ジエチルであり、かつ、沸点が200℃以下の1価アルコールを含むブロックイソシアネート組成物。
【選択図】なし
Description
しかし、ピラゾール系ブロックポリイソシアネートにおいても120℃程度の焼付け温度が必要であり、更なる低温硬化性が望まれていた。
(1) 下記構造式(I):
(式中、Rは、少なくとも1種以上の脂肪族ジイソシアネート、少なくとも1種以上の脂環族ジイソシアネート及び少なくとも1種以上のポリオールから誘導されるポリイソシアネートのイソシアネート基を除く残基であり、ジイソシアネートとポリオールの結合部分の少なくとも一部はアロファネート結合を介して結合されており、脂肪族ジイソシアネート成分と脂環族ジイソシアネート成分との質量比(脂肪族ジイソシアネート成分/脂環族ジイソシアネート成分)が、95/5〜50/50であり、n(ポリイソシアネート1分子が持つ統計的平均のイソシアネート基数)が4.5〜20である。)
で表されるポリイソシアネートを含み 、かつ、
i)ジイソシアネートモノマー濃度が、3質量%以下、
ii)ポリイソシアネート組成物中のポリオール成分含有量が、1〜50質量%、及び
iii)ガラス転移温度が、−50〜0℃
の全てを満足するポリイソシアネート組成物をマロン酸ジエステル化合物でブロックしたブロックポリイソシアネート組成物であって、マロン酸ジエステル化合物の90モル%以上がマロン酸ジエチルであり、かつ、沸点が200℃以下の1価アルコールを少なくとも成分として含むブロックイソシアネート組成物、
(2) 構造式(I)のRを構成するポリオールの1分子あたりの水酸基平均数が3〜8である、上記(1)に記載のブロックポリイソシアネート組成物、
(3) 構造式(I)のRを構成するポリオールの数平均分子量が500以下である、上記(1)又は(2)に記載のブロックポリイソシアネート組成物、
(4) ポリイソシアネート組成物中にイソシアヌレート結合が含まれる、上記(1)〜(3)のいずれかに記載のブロックポリイソシアネート組成物、
(5) 上記(1)〜(4)のいずれかに記載のブロックポリイソシアネート組成物を含む、一液型塗料組成物、
に関するものである。
のガラス転移温度(以下Tgと言う)は通常−50℃〜0℃であり、好ましくは−45℃〜−10℃である。Tgが−50℃以上であればブロックポリイソシアネート組成物を含む塗料組成物の塗膜硬度がより高くなり、一方、Tgが0℃以下であればブロックポリイソシアネート組成物の低温安定性が良好となる。
本発明で使用されるポリイソシアネート組成物を得るため、まず、上記した脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネートのイソシアネート基とポリオールの水酸基を反応させる。本発明で使用されるポリイソシアネート組成物(すなわち反応後)の脂肪族ジイソシアネート成分/脂環族ジイソシアネート成分比率(質量比)は、反応前のそれに比べて大きくなる。このことは意外なことであった。米国特許第4419513号明細書には、反応前の脂肪族ジイソシアネート成分と脂環族ジイソシアネート成分の比率と、生成したポリイソシアネート中の前記比率は一致していると記載している。
例えば
(1)テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、トリメチルベンジルアンモニウム等のテトラアルキルアンモニウムの、ハイドロオキサイドや酢酸、カプリン酸等の有機弱酸塩;
(2)トリメチルヒドロキシプロピルアンモニウム、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム、トリエチルヒドロキシプロピルアンモニウム、トリエチルヒドロキシエチルアンモニウム等のヒドロキシアルキルアンモニウムの、ハイドロオキサイドや酢酸、カプリン酸等の有機弱酸塩;
(3)アルキルカルボン酸の錫、亜鉛、鉛等のアルキル金属塩;
(4)ナトリウム、カリウム等の金属アルコラート;
(5)ヘキサメチルジシラザン等のアミノシリル基含有化合物;
(6)マンニッヒ塩基類;
(7)第3級アミン類とエポキシ化合物との併用;
(8)トリブチルホスフィン等の燐系化合物;
などがあり、これらの2種以上を併用してもよい。
用いた反応触媒が塗料または塗膜物性に悪影響を及ぼす可能性がある場合には、該触媒を酸性化合物などで失活させることが好ましい。この場合の酸性化合物としては、例えば、塩酸、亜燐酸、燐酸などの無機酸、メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸メチルエステル、p−トルエンスルホン酸エチルエステル等のスルホン酸またはその誘導体、燐酸エチル、燐酸ジエチル、燐酸イソプロピル、燐酸ジイソプロピル、燐酸ブチル、燐酸ジブチル、燐酸2−エチルヘキシル、燐酸ジ(2−エチルヘキシル)、燐酸イソデシル、燐酸ジイソデシル、オレイルアシッドホスフェート、テトラコシルアシッドホスフェート、エチルグリコールアシッドホスフェート、ピロリン酸ブチル、亜燐酸ブチル等があり、これらを2種以上を併用することができる。
(1)ジグリセリン、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールなど;
(2)エリスリトール、D−トレイトール、L−アラビニトール、リビトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、ガラクチトール、ラムニトール等糖アルコール系化合物;
(3)アラビノース、リボース、キシロース、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、ラムノース、フコース、リボデソース等の単糖類;
(4)トレハロース、ショ糖、マルトース、セロビオース、ゲンチオビオース、ラクトース、メリビオースなどの二糖類;
(5)ラフィノース、ゲンチアノース、メレチトースなどの三糖類;
(6)スタキオースなどの四糖類;
等が挙げられる。
られる。
(数平均分子量の測定)
ポリイソシアネート組成物の数平均分子量は下記の装置を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフ(以下GPCという)測定によるポリスチレン基準の数平均分子量である。
装置:東ソー(株)HLC−8120GPC(商品名)
カラム:東ソー(株)TSKgel SuperH1000(商品名)×1本
TSKgel SuperH2000(商品名)×1本
TSKgel SuperH3000(商品名)×1本
キャリアー:テトラハイドロフラン
検出方法:示差屈折計
装置:東ソー(株)HLC−8120GPC(商品名)
カラム:東ソー(株)TSKgel SuperHM−H(商品名)×2本
キャリアー:N,N−ジメチルホルムアミド
検出方法:示差屈折計
E型粘度計(トキメック社製VISCONIC ED型(商品名))を用いて、25℃で測定した。
以下の装置を用いたNMR測定から、ウレタン結合、アロファネート結合、イソシアヌレート結合の存在を確認した。
装置:日本電子社製JNM−LA400(商品名)
ブロックポリイソシアネート組成物を5℃で2週間貯蔵した。貯蔵後に、結晶が析出しない場合を○、結晶が析出する場合を×とした。
硬化塗膜を、アセトン中に23℃、24時間浸漬後、未溶解部質量の浸漬前質量に対す
る値を計算した。ゲル分率が80%以上の場合を○、60%以上80%未満の場合を△、60%未満の場合を×とした。
硬化塗膜を、ケーニッヒ硬度計(BYK Gardner社のPendulum Hardness tester)を用いて20℃で測定した。(単位:回)。塗膜硬度が40回以上の場合を○、20回以上40回未満の場合を△、20回未満の場合を×とした。
攪拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管を取り付けた4つ口フラスコの内部を窒素置換し、HDI:700部、IPDI:300部、3価アルコールであるトリメチロールプロパン(分子量134)25部を仕込み、攪拌下反応器内温度90℃1時間保持しウレタン化反応を行った。その後反応器内温度を80℃に保持し、イソシアヌレート化触媒トリメチルベンジルアンモニウム・ヒドロキサイド:0.1部を加えて、反応液の屈折率を測定し、収率が43%になった時点でリン酸0.2部を添加して反応を停止した。反応液を濾過した後、薄膜蒸留缶を用いて、未反応のHDI、IPDIを除去した。
得られたポリイソシアネートの25℃における粘度は165,000mPa・s、イソシアネート基含有量は19.2質量%、ジイソシアネートモノマー濃度は0.3質量%、数平均分子量は1050、イソシアネート基平均数は4.8、HDI成分/IPDI成分の質量比は78/22であった。その後、NMR測定により、アロファネート基、イソシアヌレート基の存在を確認した。ウレタン結合は、確認できなかった。
仕込み原料の組成、反応条件及び得られたポリイソシアネート組成物の物性を表1に示す。
表1に示す以外は製造例1と同様に行った。仕込み原料の組成、反応条件及び得られたポリイソシアネート組成物の物性を表1に示す。
攪拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管を取り付けた4つ口フラスコの内部を窒素置換し、HDI:700部、IPDI:300部を仕込み、80℃で攪拌下、イソシアヌレート化触媒トリメチルベンジルアンモニウム・ヒドロキサイド:0.1g部を加えた。反応液の屈折率を測定し、収率が37%になった時点でリン酸0.2部を添加して反応を停止した。反応液を濾過した後、薄膜蒸留缶を用いて、未反応のHDI、IPDIを除去した。
得られたポリイソシアネートの25℃における粘度は16,500mPa・s、イソシアネート基含有量は21.0質量%、ジイソシアネートモノマー濃度は0.3質量%、数平均分子量は660、イソシアネート基平均数は3.3、HDI成分/IPDI成分の質量比は70/30であった。その後、NMR測定により、イソシアヌレート結合の存在を確認した。アロファネート基、ウレタン結合は、確認できなかった。
仕込み原料の組成、反応条件及び得られたポリイソシアネート組成物の物性を表1に示す。
表1に示す以外は製造例2と同様に行った。仕込み原料の組成、反応条件及び得られたポリイソシアネート組成物の物性を表1に示す。
攪拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、製造例1で得られたポリイソシアネート組成物100部、酢酸n−ブチル42.6部、マロン酸ジエチル76.9部を仕込み、60℃に保持した。その後、28%ナトリウムメチラート0.73部を添加し、60℃で6時間反応した。その後、n−ブタノール67.8部を添加し、その温度で1時間攪拌を継続した。そこに、2−エチルヘキシルアシッドホスフェート0.71部を添加した。
得られた固形分濃度60質量%のブロックポリイソシアネート組成物の有効NCO%は6.7質量%であった。仕込み原料の組成、反応条件及び得られたブロックポリイソシアネート組成物の物性を表2に示す。
表2に示す以外は実施例1と同様に行った。仕込み原料の組成、反応条件及び得られたポリイソシアネート組成物の物性を表2に示す。
(低温貯蔵安定性評価)
主剤にアクリルポリオール(Nuplex社の商品名「SETALUX1767」、樹脂分濃度65質量%、樹脂あたりの水酸基価150mgKOH/g)100部と実施例1で得られたブロックポリイソシアネート組成物108.9部(ブロックイソシアネート基と主剤の水酸基の当量比を1.0で配合)を配合し、酢酸ブチルで塗料固形分が50質量%になるように調製した。作成した塗料溶液を5℃で2週間貯蔵し、結晶の有無を確認した。その結果を表3に示す。
上記で作成した塗料溶液を乾燥後膜厚40μmになるようにアプリケーター塗装し、80℃、90℃でそれぞれ30分間焼付けし、ゲル分率を測定した。その結果を表3に示す。
上記で作成した塗料溶液を乾燥後膜厚40μmになるようにガラス板にアプリケーター塗装し、90℃でそれぞれ30分間焼付け後、焼付塗膜の塗膜硬度を測定した。その結果を表3に示す。
表3に示す以外は実施例5と同様に行った。得られたポリイソシアネート組成物の評価結果を表3に示す。
Claims (5)
- 下記構造式(I):
(式中、Rは、少なくとも1種以上の脂肪族ジイソシアネート、少なくとも1種以上の脂環族ジイソシアネート及び少なくとも1種以上のポリオールから誘導されるポリイソシアネートのイソシアネート基を除く残基であり、ジイソシアネートとポリオールの結合部分の少なくとも一部はアロファネート結合を介して結合されており、脂肪族ジイソシアネート成分と脂環族ジイソシアネート成分との質量比(脂肪族ジイソシアネート成分/脂環族ジイソシアネート成分)が、95/5〜50/50であり、n(ポリイソシアネート1分子が持つ統計的平均のイソシアネート基数)が4.5〜20である。)
で表されるポリイソシアネートを含み、かつ、
i)ジイソシアネートモノマー濃度が、3質量%以下、
ii)ポリイソシアネート組成物中のポリオール成分含有量が、1〜50質量%、及び
iii)ガラス転移温度が、−50〜0℃
の全てを満足するポリイソシアネート組成物をマロン酸ジエステル化合物でブロックしたブロックポリイソシアネート組成物であって、マロン酸ジエステル化合物の90モル%以上がマロン酸ジエチルであり、かつ、沸点が200℃以下の1価アルコールを少なくとも成分として含むブロックイソシアネート組成物。 - 構造式(I)のRを構成するポリオール1分子あたりの水酸基平均数が3〜8である、請求項1に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
- 構造式(I)のRを構成するポリオールの数平均分子量が500以下である、請求項1又は2に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
- ポリイソシアネート組成物中にイソシアヌレート結合が含まれる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のブロックポリイソシアネート組成物を含む、一液型塗料組成物。
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