JP2016534181A - コーティング系 - Google Patents

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Abstract

コーティング系は、１００質量部のコーティング系を基準として、３０〜９０質量部のバイオ樹脂成分と１０〜７０質量部のイソシアネート成分を含み且つ６０％を上回る固体含有率を有する。バイオ樹脂成分は、アクリルポリマーと天然油から形成されるバイオポリオールを含む。コーティング系による基材へのコーティングの形成方法は、バイオ樹脂成分とイソシアネート成分を組み合わせて、６０パーセントを上回る固体含有率を有する反応混合物を形成する工程、反応混合物を基材上に付与する工程、及び反応混合物を硬化して基材上にコーティングを形成する工程を含む。

Description

本開示の分野
本開示は、概して、コーティング系及び基板上へのコーティングの形成方法に関する。更に詳細には、本開示は、バイオ樹脂成分及びバイオ樹脂成分と反応するイソシアネート成分を含むコーティング系に関する。
関連技術の説明
様々な物品が、粒子状物質をポリマーバインダーと一緒に結合することによって形成されている。例えば、舗装は、多くの場合、ポリウレタンバインダーと一緒に結合されたガラス及び／又は石の粒子を含む。別の例として、敷設されたトラックは、多くの場合、ポリウレタンバインダーと一緒に結合されたゴム粒子を含む。最後の一例として、パーティクルボードは、通常、ポリウレタン、アクリル、アミノ、ホルムアルデヒド、及び他の樹脂と一緒に結合された木材を含む。
ポリマーバインダーと一緒に結合された粒子状物質を含むこれらの物品は、経時的な使用により、摩耗し、変色し、更には損傷し、また、様々な物理的な力（例えば、交通渋滞）、摩擦、ＵＶ曝露、化学物質、温度変動、及び湿気に曝され得る。これらの物品の摩耗、変色、及び破壊は、多くの場合、様々な力や環境条件に曝された時の、ポリマーバインダー、例えば、芳香族ポリウレタンバインダーの損傷に起因し得る。
このように、コーティング系は、かかる物品／基材の表面に付与されて、これらの物品の耐久性だけでなく美的外観をも改善することができる。このため、種々のポリマーコーティングは、かかる物品の耐久性及び審美性を改善することが当該技術分野で知られている。
付与の観点から、従来技術のコーティング系は、硬化するのが速すぎる又は遅すぎることがあり、硬化速度は、周囲温度、基板の温度などの環境条件に応じて変化し得る。コーティング系が速すぎる場合、閉じ込められた気泡、水ぶくれ、及びラップラインは、ポリマーコーティング中に目立つことがある。初期の硬化は、ポリマーコーティングのコンクリート表面への密着性に更に影響を与え得る。コーティング系の硬化が遅すぎる場合、ポリマーコーティングが充分に硬化するまで数時間又は数日かかり、ポリマーコーティングが充分に硬化するまで、ポリマーコーティングは、へこみ、マーキング、及び他の表面の凹凸に対して脆弱である。
環境の観点から、従来技術のコーティング系は、環境に有害であり得る、過剰な量の溶媒及び他の揮発性液体を含み得る。更に、従来技術のコーティング系は、多くの場合、石油などの非再生可能な資源から形成された成分で形成されている。
更に、性能の観点から、従来技術のポリマーコーティング、例えば、ポリアスパラギンコーティングも、経時的な使用により摩耗し、変色し、また、破損し得る。例えば、従来技術の種々のポリマーコーティングは、時間と共に黄変し、ＵＶ及び他の要素に曝露し、被覆された基材に色の変化を与え得る。
本開示の概要及び利点
本開示は、１００質量部のコーティング系を基準として、３０〜９０質量部のバイオ樹脂成分及び１０〜７０質量部のイソシアネート成分を含むコーティング系を提供し、且つ６０％を上回る固体含有率を有する。バイオ樹脂成分は、天然油から形成されるアクリルポリマー及びバイオポリオールを含む。
コーティング系により基板上へコーティングを形成する方法は、バイオ樹脂成分とイソシアネート成分とを組み合わせて、６０パーセントを上回る固体含有率を有する反応混合物を形成する工程、この反応混合物を基材上に付与する（apply）工程、及びこの反応混合物を硬化して基材上にコーティングを形成する工程を含む。
有利には、コーティング系は、部分的に、再生可能な資源から形成され、高い固体含有率（例えば、６０％を上回る固形分）を有する。更に、コーティング系の成分が組み合わされて反応混合物を形成すると、この反応混合物は、優れた付与特性、例えば、ポットライフ及び不粘着時間を示す。更には、コーティング系から形成されたコーティングは、様々な基材に対して優れた接着性を有し、耐久性があり、且つ優れたＵＶ安定性を有する。
本開示の詳細な説明
本開示は、バイオ樹脂成分とイソシアネート成分とを含むコーティング系を提供する。通常、この系は２成分（又は２Ｋ）系である。しかしながら、本明細書で使用されるように、イソシアネート成分及びバイオ樹脂成分への言及は、単に、系の個々の成分の配置のための基準点を確立し、質量部を確立するためであると理解されるべきである。このように、本開示を２Ｋ系のみに限定するものとして解釈されるべきではない。例えば、系の個々の成分は、全て互いに別個に維持することができる。系は、また、追加の成分を含んでもよく、これらはイソシアネート及びバイオ樹脂成分のいずれか１つ又はその両方と一緒に含まれてもよく、又は更に以下に記載されるように、第３の成分のように完全に別個であってもよい。
バイオ樹脂成分は、天然油から形成されるアクリルポリマーとバイオポリオールを含み、これらはそれぞれ、以下に順に記載されている。
バイオ樹脂成分は、１つ以上のアクリルポリマーを含み得る。本明細書で使用されるように、アクリルポリマーは、アクリレート単位を含むオリゴマーとポリマーの両方を指す。更に、アクリレート単位は、アクリレートとメタクリレートから形成される単位を含む。
アクリルポリマーは、少なくとも１つのアクリレート単位を含み且つイソシアネート官能性基と反応する少なくとも１つの官能性基を有する。更に詳細には、アクリルポリマーは、通常、以下のイソシアネート反応性官能基、ヒドロキシル基、アミン基、エポキシ基、フェノール基、及び無水物基のうち少なくとも１つを含む。
アクリルポリマーは、通常、コポリマーである、即ち、２つ以上の異なる単位を含むポリマーを含む。当該技術分野で知られる通り、ポリマーは多くの「マー（ｍｅｒｓ）」又は単位から形成される。「単位」との用語は、本明細書では、特定のモノマーから形成される単位を説明するために使用される。例えば、ポリマー鎖内の２−エチルヘキシルアクリレート単位は、２−エチルヘキシルアクリレートから形成される。更には、アクリルポリマーは、本開示全体にわたって使用される通り、様々な質量パーセント単位を含むものとして記載されており、質量パーセント単位は、アクリルポリマーの全質量を基準とした質量パーセント単位を指す。
上記の通り、アクリルポリマーは少なくとも１つのアクリレート単位を含む。適切な、非限定的な例のアクリレート単位は、メタクリレート単位、メチルメタクリレート単位、エチルメタクリレート単位、ブチルメタクリレート単位、プロピルメタクリレート単位、メタクリル酸単位、アクリル酸単位、ヒドロキシエチルメタクリレート単位、グリシジルメタクリレート単位、２−エチルヘキシルアクリレート単位（２−ＥＨＡ）、並びに後述するヒドロキシ官能性アクリレート単位が挙げられる。当然ながら、これらのアクリレート単位の例は、アクリルポリマーに含まれ得るアクリレート単位の非限定的な例である。
好ましい実施形態では、アクリルポリマーもヒドロキシ官能性単位を含む。即ち、アクリルポリマーはヒドロキシ官能性である。ヒドロキシ官能性単位の適切な非限定的な例としては、グリセロールモノメタクリレート単位、２−ヒドロキシエチルアクリレート単位（ＨＥＡ）、ヒドロキシエチルメタクリレート単位（ＨＥＭＡ）、ヒドロキシプロピルメタクリレート単位（ＨＰＭＡ）、ヒドロキシブチルメタクリレート単位（ＨＢＭＡ）、Ｎ−（２−ヒドロキシプロピル）メタクリルアミド単位、ヒドロキシポリエトキシ（１０）アリルエーテル単位（ＨＥＭＡ１０）、ポリエトキシ単位（１０）、エチルメタクリレート単位、ペンタエリトリトールトリアクリレート単位、ポリ（プロピレングリコール）単位、１，１，１−トリメチロールプロパンジアリルエーテル単位、及び１，１，１−トリメチロールプロパンモノ−アリルエーテル単位が挙げられる。特に好ましい実施形態では、アクリルポリマーは、ヒドロキシアルキルメタクリレート単位、例えば、ＨＥＡ、ＨＥＭＡ、ＨＰＭＡ及びＨＢＭＡ単位を含む。
好ましい実施形態では、アクリルポリマーはスチレン単位も含む。スチレン単位の適切な非限定的な例としては、スチレン単位及びα−メチルスチレン単位が挙げられる。当然ながら、これらのスチレン単位の例は、アクリルポリマーに含まれる得るスチレン単位の非限定的な例である。
アクリルポリマーは、通常、５〜９５質量パーセント、あるいは５〜８０質量パーセント、あるいは５〜５０質量パーセント、あるいは２０〜５０質量パーセント、あるいは３０〜４０質量パーセントのアクリレート単位；５〜９５質量パーセント、あるいは５〜８０質量パーセント、あるいは５〜５０質量パーセント、あるいは２０〜５０質量パーセント、あるいは３０〜４０質量パーセントのヒドロキシ官能性アクリレート単位；及び５〜７０質量パーセント、あるいは５〜６０質量パーセント、あるいは５〜５０質量パーセント、あるいは２０〜５０質量パーセント、あるいは３０〜４０質量パーセントのスチレン単位を含む。
当然ながら、アクリルポリマーは、当該技術分野で公知の他の単位、即ち、特に本明細書に記載されたアクリレート単位、ヒドロキシ官能性アクリレート単位、及びスチレン単位以外の単位も含み得る。
アクリルポリマーは、通常、ＡＳＴＭ Ｄ４２７４−１１に従って試験した場合に、５０〜２５０ｍｇ ＫＯＨ／ｇ、あるいは１００〜２００ｍｇ ＫＯＨ／ｇ、あるいは１３５〜１５０ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価；ブルックフィールド粘度計＃４ＬＶ、６０ｒｐｍ、４０秒で試験した場合に５００〜１０，０００ｍＰａ・ｓｅｃ、あるいは５００〜８，０００ｍＰａ・ｓｅｃ、あるいは３，６００〜８，０００ｍＰａ・ｓｅｃの２５０℃での粘度；及びＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３２５１に従って試験した場合に、６０〜８０質量パーセント、あるいは６８〜８０質量パーセント、あるいは６０質量パーセント以上、あるいは６５質量パーセント以上、あるいは７５質量パーセント以上、あるいは８０質量パーセント以上の固体含有率を有する。
適切なアクリルポリマーは、ＪＯＮＣＲＹＬ（登録商標）の商品名で、ニュージャージー州フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されている。
好ましい実施形態では、アクリルポリマーは、３０〜３５質量パーセントの２−ＥＨＡ単位、３０〜３５質量パーセントのＨＥＭＡ単位、及び３０〜３５質量パーセントのスチレン単位を含む。この好ましい実施形態のアクリルポリマーは、通常、１３５〜１５０ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価、２５℃で３，０００〜６，０００ｍＰａ・ｓｅｃの粘度、及び約８０％の固体含有率を有する。有利には、この好ましい実施形態のアクリルポリマーは、高い固体含有率を有し、これはコーティング系の高い全固体含有率に寄与し、また、バイオポリオールと共にイソシアネート成分と反応して、優れた耐ＵＶ性、耐薬品性、及び耐溶媒性を有し、優れた接着性及び耐久性を有し、且つ硬質であっても可撓性であるコーティングを形成する。
アクリルポリマーは、通常、１００質量部のバイオ樹脂成分を基準として、５〜５０質量部、あるいは１０〜４０質量部、あるいは２０〜３０質量部の量でバイオ樹脂成分中に含まれる。アクリルポリマーの量は、上記範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数の値又は小数点を含む値である。更に、２つ以上のアクリルポリマーがバイオ樹脂成分中に含まれてよく、この場合、全てのアクリルポリマーの全量が上記の範囲内に含まれることが理解されるべきである。
バイオ樹脂成分はバイオポリオールも含む。通常、バイオポリオールは天然油から形成される。天然油は、再生可能な資源から得られる油である。例えば、天然油は、植物から抽出することができる。天然油は、トリグリセリド又は異なるトリグリセリドの混合物であってよい。幾つかの適切な天然油としては、キャノーラ油、ヒマシ油、ヤシ油、綿実油、オリーブ油、パーム油、ピーナッツ油、菜種油、大豆油、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。バイオポリオールを形成するために使用される天然油は、典型的には、キャノーラ油、ヒマシ油、ヤシ油、綿実油、オリーブ油、パーム油、ピーナッツ油、菜種油、大豆油、及びこれらの組み合わせの群から選択される。特に適切な天然油の１つはヤシ油であり、これはヤシの殻に由来する。即ち、好ましい一実施形態では、バイオポリオールは、ヤシ油を含む天然油から形成される。別の好ましい実施形態では、バイオポリオールは、ヤシ油及び／又はパーム油を含む天然油から形成される。別の適切な天然油は菜種油である。更に別の好適な天然油はヒマシ油である。
当該技術分野で知られる通り、ヒマシ油は、植物源から直接生成され、またヒドロキシル基を含む。ヤシ油などの他の天然油は、植物源から直接生成され、またヒドロキシル基を含まないが、炭素−炭素二重結合を含み、これが酸化されてヒドロキシル基を形成することができる。即ち、天然油は、化学的に修飾され得る、例えば、ヒドロキシル基を含むように修飾され得る。例えば、天然油は、エポキシ化を介して、その後の開環、エステル交換、アルコキシル化（例えば、エトキシル化、プロポキシル化等）、及び他の化学反応によって化学的に修飾され得る。このため、バイオポリオールは、天然油、天然油とこれと共に用いる化合物との反応生成物、並びに、それらの組み合わせを含み得る。言い換えれば、「天然油から形成されたバイオポリオール」という語句の「から形成される」とは、再生可能な資源からの天然油を含み、また、例えばヒドロキシル基を含むように化学的に修飾されている再生可能な資源からの天然油も含むポリオールのことを意味する。
バイオポリオールは、通常、ＡＳＴＭ Ｄ４２７４−１１に従って試験した場合に、１５０〜３５０ｍｇ ＫＯＨ／ｇ、あるいは１６５〜３３０ｍｇ ＫＯＨ／ｇ、あるいは１６５〜１７５ｍｇ ＫＯＨ／ｇ、あるいは３００〜３３０ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価；ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３２１９に従って試験した場合に、１００〜５，０００ｍＰａ・ｓｅｃ、あるいは５００〜４，５００ｍＰａ・ｓｅｃ、あるいは２，８００〜４，０００ｍＰａ・ｓｅｃ、あるいは７００〜１，４００ｍＰａ・ｓｅｃの２０℃での粘度；及びＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３２５１に従って試験した場合に、６０質量パーセントを上回る、あるいは７０質量パーセントを上回る、あるいは８０質量パーセントを上回る、あるいは９０質量パーセントを上回る、あるいは９５質量パーセントを上回る、あるいは９９質量パーセントを上回る、あるいは約１００質量パーセントの固体含有率を有する。
適切なバイオポリオールは、ＳＯＶＥＲＭＯＬ（登録商標）の商品名でニュージャージー州フローラムパークのＢＡＳＦ社から市販されている。
好ましい実施形態では、バイオポリオールはヤシ油から形成される。この実施形態では、バイオポリオールは、通常、３００〜３３０ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価、７００〜１，４００ｍＰａ・ｓｅｃの２０℃での粘度、及び約１００％の固体含有率を有する。有利には、この好ましい実施形態のバイオポリオールは、ポリエーテルポリオールの特性（例えば、加水分解安定性）とポリエステルポリオールの特性（例えば、疎水性）の両方の特性を示し、また、アクリルポリマーと一緒に、イソシアネート成分と反応して、優れた耐ＵＶ性、耐薬品性、及び耐溶媒性を有し、優れた接着性及び耐久性を有し、且つ硬質であっても可撓性であるコーティングを形成する。この好ましい実施形態のバイオポリオールは、顔料の高充填を可能にし、また、コーティング系のセルフレベリングとクラックブリッジング特性をもたらす。
バイオポリオールは、通常、１００質量部のバイオ樹脂成分を基準として、３０〜９０質量部、あるいは４５〜７５質量部、あるいは５５〜６５質量部の量でバイオ樹脂成分中に含まれる。バイオポリオールの量は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数の値又は小数点を含む値である。更に、２つ以上のバイオポリオールがバイオ樹脂成分中に含まれてよく、この場合、全てのバイオポリオールの全量が上記の範囲内に含まれることが理解されるべきである。
バイオ樹脂成分は、補助的なポリオールを任意に含む。当然ながら、バイオ樹脂成分は、１つ以上の補助的なポリオールを含み得る。補助的なポリオールは、バイオポリオール及びアクリルポリマーとは異なる当該技術分野で公知の任意のポリオールであってよい。補助的なポリオールは、１つ以上のＯＨ官能基、通常、少なくとも２つのＯＨ官能基を含む。典型的には、補助的なポリオールは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテル／エステルポリオール、及びこれらの組み合わせの群から選択されるが、他の補助的なポリオールが使用されてもよい。
バイオ樹脂成分は様々な添加剤を含んでもよい。適切な添加剤としては、発泡剤、遮断剤、染料、顔料、希釈剤、触媒、溶媒、特殊な機能性添加剤、例えば、酸化防止剤、紫外線安定剤、帯電防止剤、殺生物剤、難燃剤、芳香剤が挙げられるが、これらに限定されない。
バイオ樹脂成分は、通常、ＡＳＴＭ Ｄ４２７４−１１に従って試験した場合に５０〜５００ｍｇ ＫＯＨ／ｇ、あるいは１００〜４００ｍｇ ＫＯＨ／ｇ、あるいは１３５〜３３０ｍｇ ＫＯＨ／ｇ、あるいは２００〜３００ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価；ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ３２１９に従って試験した場合に２００〜３，０００ｍＰａ・ｓｅｃ、あるいは３００〜１，０００ｍＰａ・ｓｅｃ、あるいは４００〜８００ｍＰａ・ｓｅｃの２０℃での粘度；及びＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ３２５１に従って試験した場合に、６０〜９５質量パーセント、あるいは７５〜９０質量パーセント、あるいは６０質量パーセントを上回る、あるいは６５質量パーセントを上回る、あるいは７５質量パーセントを上回る、あるいは８０質量パーセントを上回る、あるいは８５質量パーセントを上回る、あるいは９０質量パーセントを上回る、あるいは９５質量パーセントを上回る固体含有率を有する。
バイオ樹脂成分は、通常、１００質量部のコーティング系を基準として、３０〜９０質量部、あるいは４０〜８０質量部、あるいは５０〜６０質量部の量でコーティング系に含まれる。バイオ樹脂成分の量は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、これらの範囲内の整数の値又は小数点を含む値である。
バイオ樹脂成分はイソシアネート成分と反応する。特に、イソシアネート成分は、イソシアネートを含み、これはアクリルポリマー及びバイオ樹脂成分のバイオポリオールと反応する。
当然ながら、イソシアネート成分は、１つ以上の異なるイソシアネートを含み得る。イソシアネートは、２つ以上の官能性基、例えば、２つ以上のＮＣＯ官能基を有するポリイソシアネートであってよい。本開示の目的のための、適切なイソシアネートとしては、従来の脂肪族、脂環式、アリール、及び芳香族イソシアネートが挙げられるが、これらに限定されない。様々な実施形態では、イソシアネートは、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ポリマージフェニルメタンジイソシアネート（ｐＭＤＩ）、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、及びこれらの組み合わせの群から選択される。好ましい実施形態では、イソシアネート成分は、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）又はそれに由来するイソシアネートを含む。
適切なイソシアネートの具体的な、非限定的な例としては、トルエンジイソシアネート；４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート；ｍ−フェニレンジイソシアネート；１，５−ナフタレンジイソシアネート；３−フェニレンジイソシアネート；テトラメチレンジイソシアネート；ヘキサメチレンジイソシアネート；ヘキサメチレンジイソシアネートイソシアヌレート（isocyanural）；１，４−ジシクロヘキシルジイソシアネート；１，４−シクロヘキシルジイソシアネート、２，４，６−トルイレントリイソシアネート、１，３−ジイソプロピルフェニレン−２，４−ジイソシアネート；１−メチル−３，５−ジエチルフェニレン−２，４−ジイソシアネート；１，３，５−トリエチルフェニレン−２，４−ジイソシアネート；１，３，５−トリイソプロプリフェニレン（triisoproply-phenylene）−２．４−ジイソシアネート；３，３’−ジエチル−ビスフェニル−４，４’−ジイソシアネート；３，５，３’，５’−テトラエチルジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート；３，５，３’，５’−テトライソプロピルジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート；１−エチル−４−エトキシフェニル−２，５−ジイソシアネート；１，３，５−トリエチルベンゼン−２，４，６−トリイソシアネート；１−エチル−３，５−ジイソプロピルベンゼン−２，４，６−トリイソシアネート及び１，３，５−トリイソプロピルベンゼン−２，４，６−トリイソシアネートが挙げられる。他の適切なイソシアネートとしては、１つ又は２つのアリール、アルキル、アラルキル又はアルコキシ置換基を有し、その際、これらの置換基のうち少なくとも１つは少なくとも２つの炭素原子を有するイソシアネート又は芳香族ジイソシアネートが挙げられる。
適切なイソシアネートは、次の商品名：ＬＵＰＲＡＮＡＴＥ（登録商標）及びＢＡＳＯＮＡＴ（登録商標）の下でニュージャージー州フローラムパークのＢＡＳＦ社より市販されている。
イソシアネート成分は、通常、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １１９０９に従って試験した場合に、１５〜３５質量パーセント、あるいは１５〜３２質量パーセント、あるいは１６〜２３質量パーセント、あるいは１６〜１７質量パーセント、あるいは２２〜２３質量パーセントのＮＣＯ含有率；ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３２１９に従って測定した場合に１００〜５，０００ｍＰａ・ｓｅｃ、あるいは１００〜４，５００ｍＰａ・ｓｅｃ、あるいは１００〜２，５００ｍＰａ・ｓｅｃ、あるいは１００〜２５０ｍＰａ・ｓｅｃ、あるいは２，５００〜４，５００ｍＰａ・ｓｅｃの２３℃での粘度；及びＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３２５１に従って測定した場合に、６０質量パーセントを上回る、あるいは７０質量パーセントを上回る、あるいは７４質量パーセントを上回る、あるいは８０質量パーセントを上回る、あるいは８５質量パーセントを上回る、あるいは９０質量パーセントを上回る、あるいは９５質量パーセントを上回る、あるいは９９質量パーセントを上回る、あるいは約１００質量パーセントの固体含有率を有する。
好ましい実施形態では、イソシアネート成分は、イソシアヌレート化ＨＤＩ、例えば、ＨＤＩイソシアヌレート（isocyanural）を含む。通常、高機能性の低粘度イソシアネートであるイソシアヌレート化ＨＤＩは、バイオ樹脂成分と反応して、優れた耐ＵＶ性、耐薬品性、及び耐溶媒性を有し、優れた接着性及び耐久性を有し、且つ硬質であっても可撓性であるコーティングを形成する。この好ましい実施形態のイソシアネート成分は、通常、２１．５〜２２．５質量パーセントのＮＣＯ含有率、２，５００〜４，５００ｍＰａ・ｓｅｃの２３℃での粘度、及び約１００質量パーセントの固体含有率を有する。
イソシアネート成分は、通常、１００質量部のコーティング系を基準として、１０〜７０質量部、あるいは３０〜６０質量部、あるいは４０〜５０質量部の量でコーティング系に含まれる。イソシアネート成分の量は、上記の範囲外で変化し得るが、通常、整数の値又は小数点を含む値である。更に、２つ以上のイソシアネートがイソシアネート成分中に含まれてよく、この場合、全てのイソシアネートの全量が上記の範囲内に含まれることが理解されるべきである。
バイオ樹脂成分とイソシアネート成分を含むコーティング系は、通常、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３２５１に従って試験した場合に、６０質量パーセントを上回る、あるいは６５質量パーセントを上回る、あるいは７０質量パーセントを上回る、あるいは７５質量パーセントを上回る、あるいは８０質量パーセントを上回る、あるいは８５質量パーセントを上回る、あるいは９０質量パーセントを上回る固体含有率を有する。これは、それぞれの成分の固体含有率を決定し、それぞれの成分の量を決定し、且つコーティング系の累積の固体含有率を計算することによって計算された組み合わせの固体含有率である。例えば、コーティング系が、１００％の固形分を有する４５質量部のイソシアネート成分、及び８５％の固形分を有する５５質量部のバイオ樹脂成分を含む場合、コーティング系の固体含有率は以下のように計算される：（（４５ＰＢＷ ＊ １）＋（５５ＰＢＷ ＊ ．８５））＝９２％固形分。あるいは、コーティング系自体の固体含有率は（その成分とは対照的に）固体含有率を決定するためにＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３２５１に従って試験され得る。
コーティング系による基材上へのコーティングの形成方法も本明細書に開示されている。本方法は、バイオ樹脂成分とイソシアネート成分とを組み合わせて、６０％を上回る固体含有率を有する反応混合物を形成する工程、反応混合物を基材上に付与する工程、及び反応混合物を硬化して基材上にコーティングを形成する工程を含む。本方法に関して、コーティング系の成分、例えば、イソシアネート成分、バイオ樹脂成分、アクリルポリマー、バイオポリオール等は上記と同様である。
上記に示したように、本方法は、バイオ樹脂成分とイソシアネート成分とを組み合わせて６０パーセントを上回る固体含有率を有する反応混合物を形成する（即ち、コーティング系は６０パーセントを上回る固体含有率を有する）工程を含む。バイオ樹脂成分とイソシアネート成分は、反応混合物を形成するために当該技術分野で公知の任意の機構によって組み合わされ得る。典型的には、組み合わせ工程は、付与部位で、バケット内で起こる。具体的には、これらの成分は、通常、組み合わされて、コーティング系が付与されるべき付与部位で、バケット内において手で混合される。しかしながら、組み合わせ工程は、また、静的ミキサー、衝突混合室、又は混合ポンプなどの混合装置内でも起こり得る。バイオ樹脂成分とイソシアネート成分は、スプレーノズル内で組み合わされてもよい。典型的には、バイオ樹脂成分とイソシアネート成分は、約９０〜１２０、あるいは１０５〜１１５のイソシアネート指数で組み合わされる。
組み合わされると、反応混合物、即ち、コーティング系の組み合わせた成分は、優れたポットライフ特性を有し、特に、コーティング系の高い固体含有率が考慮される。ポットライフは、組み合わせた粘度が二倍になる時として定義されている。このために、バイオ樹脂成分とイソシアネート成分が組み合わされる時に形成される反応混合物は、典型的には、ＡＳＴＭ Ｄ ２１９６−０５に従って、７４°Ｆ及び２０％ＲＨで試験した場合に、１０分を上回る、あるいは１５分を上回る、あるいは２０分を上回る、あるいは２５分を上回る、あるいは２７分を上回るポットライフを有する。
また、上記に示されているように、この方法は、基板上に反応混合物を付与する工程を含む。一実施形態では、反応混合物は、第１及び第２の被膜で基板上に付与される。反応混合物は、ブラッシング、ローリング、スクィージング、注入、噴霧等の任意の付与技術で付与され得る。特定の付与技術は、温度、日光暴露などの付与条件、更には反応混合物が付与される基材に基づいて選択される。付与技術のわずかな変化は、コーティングの性能特性に影響を与える。従って、特定の用途のガイドラインは、時には表面準備のガイドラインを含めて、付与技術について記載されていることが多い。
一実施形態では、本方法は、プライマーを基材に付与する工程を含む。好適なプライマー、例えば、ポリプロピレン上の塩素化ポリオレフィンは、当該技術分野で公知であり、コーティングの基材への接着性を改善することができる。
付与されると、反応混合物、即ち、コーティング系の組み合わせた成分は、特にコーティング系の高い固体含有率を考慮すると、優れたセルフレベリング性を有している。
更に、反応混合物は、典型的には、ＡＳＴＭ Ｄ５８９５−１３に従って、７４°Ｆ及び２０％ＲＨで試験した場合に、３４０分以下、あるいは３３０分以下、あるいは３２０分以下、あるいは３１０分以下、あるいは３００分以下、あるいは２９０分以下、あるいは２８０分以下、あるいは２７０分以下、あるいは２６０分以下、あるいは２５０分以下、あるいは２４０分以下、あるいは２３０分以下、あるいは２２０分以下の指触乾燥時間（set to touch time）（フィルムが流れなくなる時間）を有する。
更に、反応混合物は、典型的には、ＡＳＴＭ Ｄ５８９５−１３に従って、７４°Ｆ及び２０％ＲＨで試験した場合に、３７０分以下、あるいは３６０分以下、あるいは３５０分以下、あるいは３４０分以下、あるいは３３０分以下、あるいは３２０分以下、あるいは３３０分以下、あるいは３１０分以下、あるいは３００分以下、あるいは２９０分以下、あるいは２８０分以下、あるいは２７０分以下、あるいは２６０分以下のタックフリー時間（tack free time）（接触した際にコーティングの移動が起こらない時間）を有する。
本開示のコーティング系は、その耐久性と美観を向上させるために、任意の基材に付与することができる。反応混合物が付与され、コーティングが形成される基板は、ポリマー、木材、金属及びコンクリートを含む任意の材料を含み得る。本開示の目的のためのコンクリートとしては、コンクリート、高強度コンクリート、型打ちコンクリート、高性能コンクリート、自己充填コンクリート、吹付けコンクリート、気泡コンクリート（軽量気泡コンクリート、可変密度コンクリート、発泡コンクリート、及び軽量又は超軽量コンクリート）、迅速強度コンクリート、プレストレスコンクリート、鉄筋コンクリート、更にはアスファルトが挙げられる。コーティングは、コンクリート基材、例えば、フローリング、カウンタートップ、パティオ、車道、高速道路／道路、橋梁／歩道橋、駐車場構造、スタジアム、プレキャスト構造、コンクリートパネル、排水管、トンネル及びリザーバ構造、コンクリート組積単位（concrete masonry unit）、コンクリートブロック（例えば、シンダーブロック）、スプリット直面ブロック、自然石、舗装、漆喰、及びレンガに付与され得る。
本開示のコーティング系は、典型的には、その耐久性と美観を向上させるためにポリマーバインダーと一緒に結合された粒子状物質を含む基材に付与される。非限定的な一例では、コーティング系は、芳香族ポリウレタンバインダーと一緒に結合されたガラス及び／又は石粒子を含む舗装に付与される。別の非限定的な例では、コーティング系は、ポリウレタンバインダーと一緒に結合されたゴム粒子を含む走行トラックに付与される。最後の非限定的な一例として、コーティング系は、アミノ−ホルムアルデヒド樹脂と一緒に結合された木材粒子を含むパーティクルボードに付与される。しかしながら、本明細書では、コーティングが、ポリマーバインダーと一緒に結合された粒子状物質を含むもの以外の物品に付与され得ることが明らかに考慮されている。例えば、上記のように、コーティング系は、耐久性及び審美的外観を改善するために、コンクリート、プラスチック、金属、及び複合基材に付与され得る。
本方法は、基板上にコーティングを形成するために、反応混合物を硬化する工程も含む。反応混合物は、典型的には、付与部位での周囲条件で時間をかけて硬化される。しかしながら、反応混合物は、コーティングを形成するために、熱、赤外線、紫外線、周囲条件での時間、内部封入化学的フリーラジカル発生剤、化学的フリーラジカル発生剤への外部暴露、又はそれらの任意の組合せによって硬化され得る。
この方法では、バイオ樹脂成分とイソシアネート成分とを組み合わせて反応混合物を形成する工程、反応混合物を基材に付与する工程、及び反応混合物を（タックフリー状態まで）硬化して基材上にコーティング形成する工程は、典型的には、まとめて３４０分以下、あるいは３００分以下、あるいは２６０分以下で実施される。
上記のコーティング系の反応生成物を含むコーティングも、本明細書に開示されている。基材上に形成されたコーティングは、典型的には、０．５〜１０ミル、あるいは１〜４ミル、あるいは１．５〜３．０ミルの厚さを有する。コーティングは、様々な基材への優れた接着性、耐久性、及び耐候性／耐ＵＶ性を示す。
コーティングは、優れた耐候性を示す。更に詳細には、コーティングは、典型的には、ＳＡＥ Ｊ−２５２７に従って２５４時間試験した場合に−２〜０、あるいは−１〜０の緑に向けてシフトしたΔａ；及びＳＡＥ Ｊ−２５２７に従って２５４時間試験した場合に０．０〜０．５、あるいは０．０〜０．１の黄色に向けてシフトしたΔｂを有する。更には、コーティングは、典型的には、ＳＡＥ Ｊ−２５２７に従って１３８５時間試験した場合に、−３〜０、あるいは−２．６〜０の緑に向けてシフトしたΔａ；及びAtlas Xenon Weather-ometer Ci65AでＳＡＥ Ｊ−２５２７に従って１３８５時間試験した場合に、０．０〜３．０、あるいは０．０〜２．０の黄色に向けてシフトしたΔｂを有する。
コーティングはまた、強靭で且つ耐久性もある。具体的には、コーティングは、２３℃で７日間の後硬化後に及びＡＳＴＭ Ｄ４０６０（（１０００サイクル、ＣＳ−１７ｍｇのホイール、質量１０００グラム）に従って試験した場合に、８５ｍｇ未満、あるいは８０ｍｇ未満、あるいは７５ｍｇ未満、あるいは７０ｍｇ未満、あるいは６５ｍｇ未満、あるいは６０ｍｇ未満、あるいは５５ｍｇ未満、あるいは５０ｍｇ未満、あるいは４５ｍｇ未満、あるいは４４ｍｇ未満のテーバー耐摩耗性を有する。更には、コーティングは、２３℃で７日間及び５０℃で１５時間の後硬化後に及びＡＳＴＭ Ｄ４０６０（（１０００サイクル、ＣＳ−１７ｍｇのホイール、質量１０００グラム）に従って試験した場合に、８０ｍｇ未満、あるいは７５ｍｇ未満、あるいは７０ｍｇ未満、あるいは６５ｍｇ未満、あるいは６０ｍｇ未満、あるいは５５ｍｇ未満、あるいは５０ｍｇ未満、あるいは４５ｍｇ未満、あるいは４０ｍｇ未満のテーバー耐摩耗性を有する。
コーティングはまた、紫外線への曝露後でさえも強靭で且つ耐久性もある。具体的には、コーティングは、２３℃で７日間の後硬化後及びＡＳＴＭ Ｊ２５２７に従ってＷｅａｔｈｅｒ−ｏｍｅｔｅｒでの１３８５時間の曝露促進ＵＶ老化後に、ＡＳＴＭ Ｄ４０６０（（１０００サイクル、ＣＳ−１７ｍｇのホイール、質量１０００グラム）に従って試験した場合に、９０ｍｇ未満、あるいは８５ｍｇ未満、あるいは８０ｍｇ未満、あるいは７５ｍｇ未満、あるいは７０ｍｇ未満、あるいは６５ｍｇ未満、あるいは６０ｍｇ未満のテーバー耐摩耗性を有する。
コーティングは、種々の基材への優れた接着性を示す。例えば、コーティングは、白色コイル被覆アルミニウムに付与してＡＳＴＭ Ｄ−３３５９に従って試験した場合にクロススクライブ試験に合格し、また、白色コイル被覆アルミニウムに付与してＡＳＴＭ Ｄ−３００２に従って試験した場合にクロスハッチ試験にも合格する。
以下の実施例は、本開示を例示することが意図されており、本開示の範囲を限定するものとみなされるべきではない。
実施例
コーティングは、本開示によるコーティング系から形成される。比較のポリアスパラギンコーティングは、比較のために形成される。コーティング系は、以下の表１に記載されている。表１中の量は、規定される通り、質量パーセントである。
Figure 2016534181
バイオポリオールＡは、ヤシ油から形成され、３００〜３３０ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価と７００〜１４００ｍＰａ・ｓの２５℃での粘度を有する。
アクリルポリマーＡは、ＨＥＭＡ、２−ＥＨＡ、及びスチレンから形成され、１３５〜１５０ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価と３６００〜８０００ｍＰａ・ｓの２５℃での粘度を有する。
希釈剤Ａはプロピレンカーボネートである。
添加剤Ａは酢酸である。
添加剤Ｂは、ジブチル錫ジラウレート（ＤＢＴＤＬ）である。
添加剤Ｃは、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン湿潤剤である。
添加剤Ｄは、ポリシロキサン消泡剤である。
添加剤Ｅは、ヒドロキシフェニルベンゾトリアゾール紫外線吸収剤である。
添加剤Ｆは、ヒンダードアミン光安定剤である。
イソシアネートＡは、２２〜２３パーセントのＮＣＯ含有率と２，５００〜４，５００ｍＰａ・ｓの２３℃での粘度を有するイソシアヌレート化ＨＤＩである。
コーティングを形成するために、ここで表１を参照すると、反応混合物を形成するために、５５質量部のバイオ樹脂成分が４５質量部のイソシアネート成分と組み合わされる。このように、これらの成分は、１１０のイソシアネート指数で組み合わされている。反応混合物は、次いで基材に塗布され、硬化されてコーティングを形成する。
表１を更に参照すると、コーティング系は、再生可能な資源から形成されている２５質量％を上回るバイオポリオールを含む。更には、コーティング系は９２％の固体含有率を有する。
コーティング系／反応混合物及びコーティングの特性を試験し、以下の表２に記載する。ポリアスパラギンコーティング系／反応混合物と、それから形成される比較のポリアスパラギンコーティングの特性も、比較のために表２に記載する。
Figure 2016534181
＊比較のコーティングは、ポリアスパラギンコーティングである。
ここで付与の観点から表２を参照すると、コーティング系は、特に比較のコーティング系と比較した際に、優れたポットライフ、指触乾燥時間、及びタックフリー時間を示す。更に、性能の観点から、コーティングは、特に比較のコーティングと比較した際に、耐久性があり且つ試験した基材への優れた接着性を示す。
Figure 2016534181
ここで表３を参照すると、耐候性の観点から、コーティングは、ＦＩＬＴＥＲＰＡＶＥ（登録商標）に対して、即ち、粒状ガラス及び芳香族ポリウレタンバインダーを含み且つその上に２ミルの厚さのコーティングを有する基材に対して優れたＵＶ安定性を示す。とりわけ、コーティングは、広範囲の曝露（即ち、試験時間）に対して比較のコーティングよりも、Δａ及びΔｂによって表される顕著に少ない色の変化を示す。具体的には、耐候性に関して、Δａの変化が少ないほど良好であり、Δｂがより低い（又は０に近い）ほど良好である。このように、コーティングは、比較のコーティング系よりも優れた耐候性を有する。
Figure 2016534181
ここで耐候性の観点から表４を参照すると、コーティングは、コイル被覆白色アルミニウム基材に対して優れたＵＶ安定性も示す。再度、コーティングは、広範囲の曝露（即ち、試験時間）に対して比較のコーティングよりも、Δａ及びΔｂによって表される顕著に少ない色の変化を示す。具体的には、耐候性に関して、Δａの変化が少ないほど良好であり、Δｂが低い（又は０に近い）ほど良好である。このように、コーティングは、比較のコーティング系よりも優れた耐候性を有する。
要約すると、コーティング系は、特に比較のコーティング系と比較した際に、優れたポットライフ、指触乾燥時間、及びタックフリー時間を示す。更に、コーティング系から形成されるコーティングは、特に比較のコーティングと比較した際に、耐久性があり、様々な基材への優れた接着性及び耐摩耗性（耐候試験後でも）を示す。とりわけ、コーティングの優れた特性、例えば、耐摩耗性及び耐ＵＶ性は、わずか２ミルのコーティング厚さで達成される。
添付の特許請求の範囲は、詳細な説明に記載された表現及び特定の化合物、成分、又は方法に限定されず、これらは添付の特許請求の範囲内に入る特定の実施形態の間で変化し得ることが理解されるべきである。様々な実施形態の特定の特徴又は態様を記載するための本明細書に依存する任意のマーカッシュ群に関しては、異なる、特別な、及び／又は予期しない結果が、全ての他のマーカッシュメンバーから独立してそれぞれのマーカッシュ群の各メンバーから得られ得ることが理解されるべきである。マーカッシュ群の各メンバーは、別個に又は組み合わせて依存してよく、添付の特許請求の範囲内の特別な実施形態に適切な裏付けを提供する。
また、本開示の様々な実施形態を記載する際に依存する任意の範囲及び部分範囲が、独立的に及び包括的に添付の特許請求の範囲内に含まれ、かかる値が本明細書に明記されていない場合でも、その範囲内の整数の値及び／又は小数点を含む値を含む全ての範囲を記載し且つ考慮することが理解されるべきである。当業者は、列挙された範囲及び部分範囲が本開示の種々の実施形態を十分に記載し且つ可能にし、かかる範囲及び部分範囲が、関連する２分の１、３分の１、４分の１、５分の１等で更に詳細に記載され得ることを容易に理解する。ほんの一例として、「０．１〜０．９の」範囲は、下方の３分の１、即ち、０．１〜０．３、中央の３分の１、即ち、０．４〜０．６、上方の３分の１、即ち、０．７〜０．９で更に詳細に記載することができ、これらは個別的に且つ包括的に添付の特許請求の範囲内に含まれ、個別に及び／又は包括的に依存され、添付の特許請求の範囲内の特定の実施形態について適切な裏付けを提供する。加えて、「少なくとも」、「よりも大きい」、「未満」、「以下」などの範囲を規定又は修飾する言葉に関して、そのような言葉は、部分範囲及び／又は上限若しくは下限を含むことが理解されるべきである。別の例として、「少なくとも１０」の範囲は、本質的に、少なくとも１０〜３５の部分範囲、少なくとも１０〜２５の部分範囲、２５〜３５の部分範囲などを含み、各部分範囲は、個別的に及び／又は包括的に依存され得、添付の特許請求の範囲内の特定の実施形態について適切な裏付けを提供する。最後に、開示された範囲内の個々の数値は、添付の特許請求の範囲内の特定の実施形態に依存され得、該実施形態について適切な裏付けを提供する。例えば、「１〜９の」範囲は、種々の個々の整数、例えば３、及び小数点（又は分数）を含む個々の数値、例えば４．１を含み、これは添付の特許請求の範囲内の特定の実施形態に依存され得、該実施形態について適切な裏付けを提供する。
本開示を例示的な方法で記載してきたが、使用した用語は、限定よりもむしろ説明の用語の範疇にあることが意図されることが理解されるべきである。明らかに、本開示の多くの修飾及び変更は、上記の教示に照らして可能である。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲内で具体的に記載された以外でも実施され得ることが理解されるべきである。

Claims (19)

  1. （Ａ）１００質量部のコーティング系を基準として、３０〜９０質量部のバイオ樹脂成分であって、
    （ｉ）アクリルポリマー、及び
    （ｉｉ）天然油から形成されるバイオポリオール
    を含む、前記バイオ樹脂成分と；
    （Ｂ）１００質量部のコーティング系を基準として、１０〜７０質量部のイソシアネート成分であって、前記バイオ樹脂成分と反応する、前記イソシアネート成分と；
    を含み、
    ６０パーセントを上回る固体含有率を有する、前記コーティング系。
  2. 前記天然油が、キャノーラ油、ヒマシ油、ヤシ油、綿実油、オリーブ油、パーム油、ピーナッツ油、菜種油、大豆油、及びこれらの組み合わせの群から選択される、請求項１に記載のコーティング系。
  3. 前記天然油がヤシ油を含む、請求項１に記載のコーティング。
  4. 前記バイオポリオールが、１５０〜３５０ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価及び／又は１００〜５，０００ｍＰａ・ｓの２０℃での粘度を有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載のコーティング系。
  5. 前記アクリレートコポリマーが、５〜５０質量パーセントの２−エチルヘキシルアクリレート単位、５〜５０質量パーセントのヒドロキシエチルメタクリレート単位、及び／又は５〜５０質量パーセントのスチレン単位を含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載のコーティング系。
  6. 前記アクリルポリマーが、５０〜２５０ｍｇ ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル価及び／又は５００〜１０，０００ｍＰａ・ｓの２５℃での粘度を有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載のコーティング系。
  7. 前記イソシアネート成分が１５〜３５質量パーセントのＮＣＯ含有率を有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載のコーティング系。
  8. 前記イソシアネート成分が１００〜５，０００ｍＰａ・ｓの２３℃での粘度を有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載のコーティング系。
  9. 前記イソシアネート成分がイソシアヌレート化ＨＤＩを含む、請求項１から８までのいずれか１項に記載のコーティング系。
  10. 前記イソシアネート成分がＨＤＩイソシアヌレートを含む、請求項１から９までのいずれか１項に記載のコーティング系。
  11. 請求項１から１０までのいずれか１項に記載のコーティング系の反応生成物を含むコーティング。
  12. ０．５〜１０ミルの厚さを有する請求項１１に記載のコーティング。
  13. ＳＡＥ Ｊ−２５２７に従って２５４時間試験した場合に−２〜０のΔａ及び０．０〜０．５０のΔｂを有する請求項１１に記載のコーティング。
  14. ＡＳＴＭ Ｄ４０６０（１０００サイクル、ＣＳ−１７ｍｇホイール、質量１０００グラム）に従って試験した場合に６０ｍｇ未満のテーバー耐摩耗性を有する請求項１１に記載のコーティング。
  15. アクリルコポリマーと天然油から形成されるバイオポリオールとを含むバイオ樹脂成分を含み、また前記バイオ樹脂成分と反応するイソシアネート成分を含むコーティング系により、基材上へコーティングを形成する方法であって、
    （Ａ）３０〜９０質量部のバイオ樹脂成分と１０〜７０質量部のイソシアネート成分とを組み合わせて６０パーセントを上回る固体含有率を有する反応混合物を形成する工程；
    （Ｂ）前記反応混合物を基材上に付与する工程；及び
    （Ｃ）前記反応混合物を硬化して基材上にコーティングを形成する工程
    を含む、前記形成方法。
  16. バイオ樹脂成分及びイソシアネート成分が９０〜１２０のイソシアネート指数で組み合わされる、請求項１５に記載の方法。
  17. 反応混合物が、ＡＳＴＭ Ｄ２１９６−０５に従って、７４°Ｆ及び２０％ＲＨで試験した場合に、１０分を上回るポットライフを有する、請求項１５又は１６に記載の方法。
  18. 反応混合物が、ＡＳＴＭ Ｄ５８９５−１３に従って７４°Ｆ及び２０％ＲＨで試験した場合に３４０分以下の指触乾燥時間、及び／又はＡＳＴＭ Ｄ５８９５−１３に従って７４°Ｆ及び２０％ＲＨで試験した場合に３７０分以下のタックフリー時間を有する、請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の方法。
  19. 基材がポリマーバインダーと一緒に結合された粒子状物質を含む、請求項１５から１８までのいずれか１項に記載の方法。
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