JP2015199822A - 水性複合樹脂組成物及びそれを用いたコーティング剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリシロキサン複合樹脂(A)の水分散体中でビニル単量体混合物(B)を重合させる工程を経て得られる複合樹脂(C)及び水系媒体を含有する水性複合樹脂組成物であって、前記ポリシロキサン複合樹脂(A)が、親水性基を有するポリウレタン(a1)とビニル重合体(a2)とがポリシロキサン(a3)を介して結合した複合樹脂であることを特徴とする水性複合樹脂組成物を用いる。
【選択図】なし
Description
ポリウレタンを複合化した材料の塗膜は、高耐候性に加え、耐クラック性に優れ、高伸度で基材追従性を有しているが、高度な耐久性が要求される場合には硬化剤を使用することが必須で、作業性に劣る点が指摘されていた。また、造膜性が経時的に悪化し、長期保存後に塗布した場合には得られる塗膜の外観が劣るという問題があった。
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、メチルトリメトキシシラン(以下、「MTMS」と略記する。)1,421質量部を仕込んで、60℃まで昇温した。次いで、前記反応容器中にiso−プロピルアシッドホスフェート(堺化学株式会社製「A−3」)0.17質量部と脱イオン水207質量部との混合物を5分間で滴下した後、80℃の温度で4時間撹拌して加水分解縮合反応させた。
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、プロピレングリコールモノプロピルエーテル(以下、「PnP」と略記する。)125質量部、フェニルトリメトキシシラン(以下、「PTMS」と略記する。)168質量部及びジメチルジメトキシシラン(以下、「DMDMS」と略記する。)102質量部を仕込んで、80℃まで昇温した。
次いで、同温度で、メチルメタクリレート(以下、「MMA」と略記する。)38質量部、ブチルメタクリレート(以下、「BMA」と略記する。)24質量部、ブチルアクリレート(以下、「BA」と略記する。)36質量部、アクリル酸(以下、「AA」と略記する。)24質量部、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(以下、「MPTS」と略記する。)4質量部、PnP 54質量部及びtert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(以下、「TBPEH」と略記する。)6質量部を含有する混合物を、前記反応容器中へ4時間で滴下した後、更に同温度で2時間反応させることによって、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が10,200のアクリル重合体(a2−1)の有機溶剤溶液を得た。
次いで、iso−プロピルアシッドホスフェート(堺化学株式会社製「A−3」)2.7質量部と脱イオン水76質量部との混合物を5分間で滴下し、更に同温度で1時間撹拌して加水分解縮合反応させることで、アクリル重合体(a2−1)の有する加水分解性シリル基と、前記PTMS及びDMDMS由来のポリシロキサンの有する加水分解性シリル基及びシラノール基とが結合した複合樹脂中間体(A’’−1)を含有する液を得た。次いで、前記複合樹脂中間体(A’’−1)を含有する液と合成例1で得られたMTMSの縮合物(a3’−1)を含有する液(有効成分70質量%)291質量部とを混合し、更に、脱イオン水49質量部を添加して同温度で16時間撹拌し、加水分解縮合反応させることによって、前記複合樹脂中間体(A’’−1)とMTMSの縮合物(a3’−1)とが結合したポリシロキサン複合樹脂中間体(A’−1)を含有する液1,000質量部(不揮発分50質量%)を得た。
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、数平均分子量2,000のポリテトラメチレングリコール(三菱化学株式会社製「PTMG−2000」)122質量部、イソホロンジイソシアネート(以下、「IPDI」と略記する。)51質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、ジメチロールプロピオン酸(以下、「DMPA」と略記する。)10質量部、ネオペンチルグリコール(以下、「NPG」と略記する。)4質量部、及びメチルエチルケトン(以下、「MEK」と略記する。)94質量部を、前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(以下、「APTES」と略記する。)23質量部、及びイソプロピルアルコール(以下、「IPA」と略記する。)221質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7,500のポリウレタン(a1−1)の有機溶剤溶液を製造した。
次いで、前記ポリウレタン(a1−1)の有機溶剤溶液の全量と前記ポリシロキサン複合樹脂中間体(A’−1)を含有する液279質量部とを混合し、攪拌下80℃で1時間、加水分解縮合反応させることで、ポリウレタン(a1−1)が有する加水分解性シリル基と、前記ポリシロキサン複合樹脂中間体(A’−1)が有する加水分解性シリル基とが結合した複合樹脂を含有する液を得た。次いで、この液とトリエチルアミン(以下、「TEA」と略記する。)14質量部とを混合することで前記複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得た後、該中和物と脱イオン水610質量部とを混合したものを、300〜10mmHgの減圧下で、40〜60℃の条件で4時間蒸留し、生成したメタノールや有機溶媒及び水を除去することで、不揮発分が35質量%のポリシロキサン複合樹脂(A−1)の水分散体1,000質量部を得た。
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、数平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(三菱化学株式会社製「PTMG−2000」)61質量部、IPDI 26質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、DMPA 5質量部、NPG 2質量部、及びMEK 47質量部を前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、APTES 12質量部、及びIPA 110質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7,500のポリウレタン(a1−2)の有機溶剤溶液を製造した。
次いで、前記ポリウレタン(a1−2)の有機溶剤溶液の全量と前記ポリシロキサン複合樹脂中間体(A’−1)を含有する液489部とを混合し、攪拌下80℃で1時間加水分解縮合反応させることで、ポリウレタン(a1−2)が有する加水分解性シリル基と、前記複合樹脂中間体(A’−1)が有する加水分解性シリル基とが結合した複合樹脂を含有する液を得た。次いで、この液とTEA 14質量部とを混合することで前記複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得た後、該中和物と脱イオン水610質量部とを混合したものを、300〜10mmHgの減圧下で、40〜60℃の条件で4時間蒸留し、生成したメタノールや有機溶媒及び水を除去することで、不揮発分が35質量%のポリシロキサン複合樹脂(A−2)の水分散体1,000質量部を得た。
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、脱イオン水426質量部を仕込んで80℃まで昇温した。
次いで、同温度で、脱イオン水 61質量部、ポリオキシエチレン−1−(アリルオキシメチル)アルキル硫酸エステルアンモニウム塩25%水溶液(第一工業製薬(株)製 アクアロン KH−1025)31質量部、MMA 125質量部、2EHA 139質量部、CHMA 154質量部、MPTS 1質量部、ポリオキシエチレンモノメタクリレート(日油株式会社製「ブレンマーPME−400」)22質量部からなる重合性単量体乳化溶液のうち5質量%を一括添加した。
15分撹拌した後、脱イオン水 35質量部に過硫酸ナトリウム 1質量部を溶解させた水溶液のうち20質量%を続いて一括添加した。更に15分撹拌した後、前記の重合性単量体乳化溶液のうち残り90質量%を3時間、前記の過硫酸ナトリウム水溶液のうち残り80質量%を3時間15分で同時に滴下した。
滴下した後、同温度で30分間反応させ、TBPEH 0.2質量部を添加し、更に同温度で2時間反応させることで、不揮発分が45.0%のアクリル樹脂水分散体(W−1)1000質量部を得た。
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、前記ポリシロキサン複合樹脂(A−1)の水分散体214質量部、脱イオン水289質量部を仕込んで80℃まで昇温した。
次いで、同温度で、脱イオン水 73質量部、ポリオキシエチレン−1−(アリルオキシメチル)アルキル硫酸エステルアンモニウム塩25%水溶液(第一工業製薬株式会社製「アクアロン KH−1025」)26質量部、MMA 104質量部、2−エチルヘキシルアクリレート(以下、「2EHA」と略記する。)115質量部、シクロヘキシルメタクリレート(以下、「CHMA」と略記する。)128質量部、MPTS 1質量部、メトキシポリオキシエチレンモノメタクリレート(日油株式会社製「ブレンマーPME−400」)18質量部からなる重合性単量体乳化溶液及び、脱イオン水29質量部に過硫酸ナトリウム1質量部を溶解させた水溶液を3時間で滴下した。
滴下した後、同温度で30分間反応させ、TBPEH 0.2質量部を添加し、更に同温度で2時間反応させることで、不揮発分が45.0%の水性複合樹脂組成物(1)1000質量部を得た。
上記で得られた水性複合樹脂組成物(1)の最低造膜温度(以下、「初期MFT」と略称する。)と、水性複合樹脂組成物(1)を50℃の環境下に30日間放置した後の最低造膜温度(以下、「保存後MFT」と略称する。)とを測定し、最低造膜温度の差(℃)(「保存後MFT」−「初期MFT」)により、下記評価基準に従って保存安定性を評価した。
○:5℃未満
△:5℃以上10℃未満
×:10℃以上
上記で得られた水性複合樹脂組成物(1)94.3質量部と、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート5.7質量部とを混合し、コーティング剤(1)を調製した。
上記で得られたコーティング剤(1)をガラス板上に、膜厚が30μmとなるように塗装し、23℃、50%RHの環境下で7日間乾燥させたものを、23℃の水道水に24時間浸漬した後に水から取り出した直後の外観を下記評価基準に従って目視で評価した。
○:白化なし
△:白化が認められる。
×:基材からの剥がれが認められる。
上記で得られたコーティング剤(1)をクロメート処理されたアルミ板(株式会社エンジニアリングテストサービス製)上に、膜厚が30μmとなるように塗装し、23℃、50%RHの環境下で7日間乾燥させたものを、デューパネル光ウェザーメーター(スガ試験機株式会社製、光照射時:30W/m2、70℃;湿潤時:湿度90%以上、50℃、光照射/湿潤サイクル=8時間/4時間)で2,500時間曝露試験を行い、塗膜の外観を下記評価基準に従って評価した。
○:塗膜表面にクラックの発生がみられない。
△:塗膜表面の一部分にクラックの発生がみられる。
×:塗膜表面全体にクラックの発生がみられる。
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、前記ポリシロキサン複合樹脂(A−1)の水分散体429質量部、脱イオン水170質量部、25%アンモニア水3質量部を仕込んで80℃まで昇温した。
次いで、同温度で、脱イオン水 59質量部、ポリオキシエチレン−1−(アリルオキシメチル)アルキル硫酸エステルアンモニウム塩25%水溶液(第一工業製薬株式会社製「アクアロン KH−1025」)21質量部、MMA 83質量部、2EHA92質量部、CHMA 103質量部、MPTS 1質量部、ポリオキシエチレンモノメタクリレート(日油株式会社製「ブレンマーPME−400」)15質量部からなる重合性単量体乳化溶液のうち5%を一括添加した。
15分撹拌した後、脱イオン水 23質量部に過硫酸ナトリウム1質量部を溶解させた水溶液のうち20%を続いて一括添加した。更に15分撹拌した後、前記の重合性単量体乳化溶液のうち残り90%を3時間、前記の過硫酸ナトリウム水溶液のうち残り80%を3時間15分で同時に滴下した。
滴下した後、同温度で30分間反応させ、TBPEH 0.2質量部を添加し、更に同温度で2時間反応させることで、不揮発分が45.0%の水性複合樹脂組成物(2)1000質量部を得た。
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、前記ポリシロキサン複合樹脂(A−2)の水分散体737質量部、脱イオン水30質量部、25%アンモニア水5質量部を仕込んで80℃まで昇温した。
次いで、同温度で、脱イオン水 34質量部、ポリオキシエチレン−1−(アリルオキシメチル)アルキル硫酸エステルアンモニウム塩25%水溶液(第一工業製薬株式会社製「アクアロン KH−1025」)12質量部、MMA 48質量部、2EHA 53質量部、CHMA 59質量部、MPTS 0.5質量部、ポリオキシエチレンモノメタクリレート(日油株式会社製「ブレンマーPME−400」)8質量部からなる重合性単量体乳化溶液のうち5%を一括添加した。
15分撹拌した後、脱イオン水 13質量部に過硫酸ナトリウム 0.5質量部を溶解させた水溶液のうち20%を続いて一括添加した。更に15分撹拌した後、前記の重合性単量体乳化溶液のうち残り90%を3時間、前記の過硫酸ナトリウム水溶液のうち残り80%を3時間15分で同時に滴下した。
滴下した後、同温度で30分間反応させ、TBPEH 0.2質量部を添加し、更に同温度で2時間反応させることで、不揮発分が43.0%の水性複合樹脂組成物(3)1000質量部を得た。
合成例5で製造したアクリル樹脂水分散体(W−1)を水性樹脂組成物(R−1)として用いた。
合成例3で製造したポリシロキサン複合樹脂(A−1)の水分散体を水性樹脂組成物(R−2)として用いた。
合成例3で製造したポリシロキサン複合樹脂(A−1)95質量部に、合成例5で製造したアクリル樹脂水分散体(W−1)148質量部を均一に混合することにより、水性樹脂組成物(R−3)を調製した。
Claims (4)
- ポリシロキサン複合樹脂(A)の水分散体中でビニル単量体混合物(B)を重合させる工程を経て得られる複合樹脂(C)及び水系媒体を含有する水性複合樹脂組成物であって、前記ポリシロキサン複合樹脂(A)が、親水性基を有するポリウレタン(a1)とビニル重合体(a2)とがポリシロキサン(a3)を介して結合した複合樹脂であることを特徴とする水性複合樹脂組成物。
- 前記親水性基を有するポリウレタン(a1)と前記ポリシロキサン(a3)との結合が、前記ポリウレタン(a1)が有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基と前記ポリシロキサン(a3)の有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基との反応によって形成されたものであり、前記ビニル重合体(a2)と前記ポリシロキサン(a3)との結合が、前記ビニル重合体(a2)の有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基と前記ポリシロキサン(a3)の有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基との反応によって形成されたものである請求項1記載の水性複合樹脂組成物。
- 前記ポリシロキサン複合樹脂(A)と前記ビニル単量体混合物(B)との質量割合[(A)/(B)]が10/90〜80/20の範囲である請求項1又は2記載の水性複合樹脂組成物。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載の水性複合樹脂組成物を含有することを特徴とするコーティング剤。
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