JP2018504478A - 耐候性水性木材被覆剤 - Google Patents

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Abstract

下記の式(I)の構造を有する第四級脂肪アミンを含む水性型被覆組成物が提供される:R1R2R3R4N+X−、式中、R1、R2、R3及びR4は独立して、1個〜30個の炭素原子を含む飽和又は不飽和の、直鎖型又は分岐型の、置換された又は非置換のアルキル基、アラルキル基又はアルケニル基から選択され、それにより、R1、R2、R3及びR4のうちの少なくとも1つがC12〜C30の基であり、X−は、無機酸又は有機酸に由来するアニオンである。第四級脂肪アミンはエトキシ基及び/又はプロポキシ基を含有する場合がある。R1、R2、R3及びR4のうちの1つ又はそれ以上が、置換され、1つ又はそれ以上のヒドロキシル置換基又はエーテル結合を含有する場合がある。式(I)の第四級脂肪アミンを有する被覆組成物を塗布することによって、100%までの水分を有する木材基材に耐水性を与えるための方法他が提供される。

Description

本分野は木材被覆配合物及びそのような被覆剤の製造方法に関する。より具体的には、本分野は、使用者によって木材基材に塗布され得る水性被覆配合物に関する。
様々な木材着色剤配合物が、木材表面の寿命を延ばすために、表面の外観を維持するために、並びに/或いは、木材基材の性能又は耐久性を改善するために外面の木材表面に、例えば、木製の調度品又は取り付け物などに塗布される。外面の木材表面は極度な気象条件(例えば、雪、熱、日光及び雨など)に曝され、そのため、木材はカビ(mold(カビ)、mildew(白カビ))の影響を受けやすくなり、また、UV暴露からの損傷を受ける。1つ又はそれ以上の機能(例えば、耐汚染性、防カビ性、抗菌特性及び害虫抵抗性など)を与える様々な木材着色剤配合物が、木材基材の耐久性を延ばすために使用される。
木材着色剤配合物は油性型又は溶剤型のシステムである場合がある。油性型システムでは、非常に長い乾燥時間が要求され得る。非水性溶媒型システムでは、乾燥時間がより短くなる場合があり、しかし、溶剤を使用するために生態学的にはあまり優しくない。種々の被覆剤システムにおいて許容される揮発性有機化合物(VOC)の量に対する様々な制限を設けてきた環境立法を考慮すると、溶剤系被覆剤から水系システムへの移行が行われている。
水性型被覆剤の方が生態学的に優しい。しかしながら、水系被覆剤の欠点の1つが、そのような被覆組成物は、被覆環境の温度及び湿度に依存する速度で乾燥するということである。湿度が低い条件のもとでは、水系被覆剤は迅速に乾燥するかもしれない。しかしながら、大気湿度が高くなると、被覆組成物からの水の蒸発がより遅くなるため、乾燥時間がより長くなる。そのようなものとして、ある種の水性型被覆剤は、長期に及ぶ乾燥時間の後でのみ耐水性になる。
木材着色剤配合物は典型的には、基材が被覆前に乾燥していることを要求しており、このことは多くの場合、使用者は、被覆剤を塗布する前に基材が乾燥するために1日〜2日待たなければならないことを意味する。いくつかの木材着色剤配合物はまた、被覆剤が、ある特定の温度範囲の範囲内でのみ、また、雨が今後24時間以上にわたって予想されない場合にのみ塗布され得ることを規定している。
現在の水性被覆組成物は、十分に乾燥している基材及び/又は塗布後における雨のない天候条件、同様にまた、温度条件及び湿度条件に依存している乾燥時間を要求するために不都合である。
基材が塗布前に乾燥していることを要求せず、かつ、高い大気湿度のもとでさえ迅速に乾燥することができる水系被覆組成物が短期間で乾燥することが望ましい。
四級ポリ(アリルアミン)を乾燥促進剤として被覆組成物に組み込むことによって水性被覆剤の乾燥時間を改善するために、様々な試みが行われている。米国特許第7,071,260号は、少なくとも1つの結合剤と、少なくとも1つの水溶性四級ポリ(アリルアミン)とを含有する迅速硬化性水性被覆剤に関する。しかしながら、そのような被覆組成物は耐候性タイプの適用には適しておらず、さらなる乳化剤を、この四級ポリ(アリルアミン)を組み込むために必要としている。
自然乾燥時間を改善するための他の取り組みには、エポキシ含有ポリアクリラート、脂肪酸及びモノアミンアンモニウム塩の反応による自然乾燥剤の使用が挙げられる。米国特許第5,089,342号は、自然乾燥性の不飽和脂肪酸部分と四級アンモニウム部分とが化学的に組み込まれているポリアクリラート樹脂をバインダーとして含有する、木材又は木材製品のための装飾用かつ保護用の被覆を提供するための水性被覆剤に関する。
米国特許第5,284,690号は、ポリマーと、少なくとも1つの脂肪酸エステル及び少なくとも1つの四級アミンを有する有機化合物の水溶液又は水性分散液とを含む水性剥離被覆剤を含む物品を記載する。
ベルギー国特許1014749号は、非イオン性界面活性剤及び/又はカチオン性界面活性剤、アルカリ金属メタケイ酸塩、アルカリ金属グルコン酸塩、グリコール並びに水を含む被覆組成物のための添加剤に関する。
米国特許第6,077,888号は、高い粘性及び低いアスファルト残分を示すビチューメン乳化物を製造するために使用することができるビチューメン乳化物に関する。この乳化用組成物は、脂肪アミン及び/又は脂肪ポリアミン、リグニン並びに非イオン性界面活性剤の組み合わせである。
米国特許第7,071,260号 米国特許第5,089,342号 米国特許第5,284,690号 ベルギー国特許1014749号 米国特許第6,077,888号
したがって、基材が塗布前に乾燥していることを要求することなく、また、被覆された基材が塗布後において乾燥したままであることを要求することなく、より速い乾燥時間を提供することなどによって、外面基材を被覆する際により大きい適応性を使用者に可能にする耐候性被覆剤システムが求められている。
下記の式(I)の構造を有する第四級脂肪アミン(fatty amine quaternary)を含む水性型被覆組成物が提供される:
(I)
式中、R、R、R及びRは独立して、1個〜30個の炭素原子を含む飽和又は不飽和の、直鎖型又は分岐型の、置換又は非置換のアルキル基、アラルキル基又はアルケニル基から選択され、それにより、R、R、R及びRのうちの少なくとも1つがC4〜C30の基であり、Xは、無機酸又は有機酸に由来するアニオンである。第四級脂肪アミンはエトキシ基及び/又はプロポキシ基を含有する場合がある。R、R、R及びRのうちの1つ又はそれ以上が、置換され、1つ又はそれ以上のヒドロキシル置換基又はエーテル結合を含有する場合がある。
別の態様において、100%までの水分含有量を有する基材に耐水性を与える方法が提供される。1つの取り組みにおいて、この方法は、式(I)の第四級脂肪アミンを含む水性型被覆組成物を木材基材に塗布することを含む。第四級脂肪アミンを含む被覆された基材もまた記載される。
式(I)の第四級脂肪アミンを含む水性型被覆組成物を調製する方法もまた提供される。
下記でより詳しく議論するように、上記の水性型被覆組成物、及び、木材基材を耐候性にする方法は、より速い乾燥時間を提供し、かつ、完全に乾燥させていない基材への塗布を可能にすることによって、改善された利便性を消費者に提供する。耐水性を基材に首尾よく与えるために、使用者は天候及び他の環境条件にあまり依存していないので、使用者が被覆剤を塗布し得る季節が拡大される。
図1は、40℃で1日間貯蔵されるコントロール配合物及び本発明の配合物についての水噴霧試験結果を例示する。 図2は、40℃で6日間貯蔵されるコントロール配合物及び本発明の配合物についての水噴霧試験結果を例示する。 図3は、被覆された木材パネルの色の変化を被覆配合物における四級添加物のレベルの関数として例示する。 図4は、40℃で貯蔵された後における、コントロールのDulux(登録商標)WeatherSield木材着色剤配合物のレオロジーを例示する。 図5は、40℃で貯蔵された後における、四級添加物を含有する木材着色剤配合物のレオロジーを例示する。 図6は、40℃で貯蔵された後における、さらに別の四級添加物を含む木材着色剤配合物のレオロジーを例示する。
本開示は一般には、耐水性を基材に与えるための水性被覆組成物、及び、耐水性を基材に与える方法に関連する。基材を、例えば、耐水性を与えることなどによって耐候性にすることにより、基材は、天候及び暴露に関連した損傷を受けにくくなり、かつ、基材の性能を拡張すること及び/又は改善することが可能となる。早期の防湿性を基材に与える水性被覆組成物を調製する方法、及び、被覆された耐水性基材もまた提供される。
本開示の水性型被覆組成物は、従前の耐候性被覆剤システムによって以前には達成されない、塗布における高まった柔軟性を提供する。本開示の水性型被覆組成物は、被覆剤を基材に塗布する前に基材が乾燥していることを要求しないことによって、耐水性を被覆プロセスにおいてより早く提供する。そのうえ、本発明の被覆配合物は迅速に乾燥し、他の水性型被覆組成物によって要求される長期にわたる乾燥時間を必要としないので、被覆プロセスにおける早期の耐水性もまた達成される。
本開示の基材には、様々な材料(例えば、木材、プラスチック、紙又は厚紙など)から作製される広範囲の様々な基材が含まれる。いくつかの態様において、基材は多孔性の基材である(例えば、木材基材など)。
1つの取り組みにおいて、本発明は木材基材に関連する。木材基材の例には、オーク、カエデ、イエローパイン(yellow pine)、カバノキ、トウヒ、クルミ、ポプラ及びアスペンが含まれるが、これらに限定されない。他の木材基材もまた使用される場合があり、同様にまた、様々な合板基材も使用される場合がある。そのような木材基材は、外部環境に曝される表面である場合がある(例えば、屋外のデッキ、調度品又は取り付け物など)。
本開示の水性被覆組成物は、下記の式(I)の第四級脂肪アミンを含む:
(I)
式中、R、R、R及びRは独立して、1個〜30個の炭素原子を含む飽和又は不飽和の、直鎖型又は分岐型の、置換又は非置換のアルキル基、アラルキル基又はアルケニル基から選択され、それにより、R、R、R及びRのうちの少なくとも1つがC4〜C30の基であり、Xは、無機酸又は有機酸に由来するアニオンである。R、R、R及びRのいずれかが、ヒドロキシル置換基又はエーテル結合を含有する場合がある。式(I)の第四級脂肪アミンはエトキシ基及び/又はプロポキシ基を含有する場合がある。
どのような供給源も、式(I)の四級アンモニウム化合物のR基を提供するために使用することができる。好適には、1つのR基、2つのR基、3つのR基、又は4つすべてのR基が、天然の供給源に由来する。好適には、C4〜C30の基が、天然の供給源に由来する。好ましい天然の供給源が油脂であり、例えば、陸生動物、海洋動物及び植物から得られる油脂などである。陸生動物から得られる油脂の供給源には、バター脂肪、蓄積脂肪、ラード油、牛脚油及びタロー(例えば、牛肉又は羊肉から得られるタローなど)が含まれる。海洋動物から得られる油脂の供給源には、タラ肝油、ニシン油、メンヘーデン油、イワシ油、マッコウ鯨油及び鯨油が含まれる。植物から得られる油脂の供給源には、ババス油、ひまし油、カカオ脂、ココナッツ油、トウモロコシ油、綿実油、アマニ油、カラシ油、ニーム油、ニガー油、オイチシカ油、オリーブ油、パーム油、パーム核油、ピーナッツ油、エゴマ油、けし油、ナタネ油、ベニバナ油、ゴマ油、ダイズ油、ヒマワリ油、トール油、キリ油及びコムギ胚種油が含まれる。
1つの取り組みにおいて、好適な油脂が、ココナッツ、ダイズ、タロー、ヤシ、パーム核、ナタネ、ラード、ヒマワリ、トウモロコシ、ベニバナ、カノーラ、オリーブ、ピーナッツ及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。別の取り組みにおいて、好適な油脂が、ダイズ油、タロー又はココナッツ油からなる群から選択され、例えば、完全又は部分的に水素化されたダイズ油、完全又は部分的に水素化されたタロー、或いは、完全又は部分的に水素化されたココナッツ油などからなる群から選択される。いくつかの取り組みにおいて、脂肪酸は、完全又は部分的に水素化されたタローであり、ある特定の取り組みにおいて、脂肪酸の供給源は、完全に水素化されたタローである。
好適な脂肪酸には、飽和酸、例えば、イソ吉草酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、フィタン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸及びモンタン酸など、又は、モノ不飽和酸、例えば、カプロレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、バクセン酸、エライジン酸、ブラシジン酸、エルカ酸及びネルボン酸など、ジ不飽和酸、例えば、リノール酸など、トリ不飽和酸、例えば、エレオステリン酸(eleosteric acid)及びリノレン酸など、並びに、テトラ不飽和酸、例えば、アラキドン酸などが含まれる場合がある。いくつかの取り組みにおいて、脂肪酸は、ステアリン酸、アラキジン酸、フィタン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、オレイン酸、バクセン酸エライジン酸、ブラシジン酸、エルカ酸、ネルボン酸、リノール酸、エレオステリン酸、リノレン酸及びアラキドン酸である。さらに他の取り組みにおいて、好適な脂肪酸が、ステアリン酸、オレインバクセン酸、エライジン酸、リノール酸、エレオステリン酸、リノレン酸からなる群から選択される。
、R、R及びRのうちの1つ又はそれ以上が、例えば、それらのうちの2つ以上、3つ以上、又は4つすべてが、C1〜C30(例えば、C4〜C30、又はC18〜C30など)を含む直鎖型又は分岐型のアルキル基又はアルケニル基である。いくつかの取り組みにおいて、R、R、R及びRのうちの1つ又はそれ以上が、例えば、それらのうちの2つ以上、3つ以上、又は4つすべてが、少なくともC6、少なくともC8、例えば、少なくともC12など、又はC12〜C18を含む。他の取り組みにおいて、R、R、R及びRのうちの1つ又はそれ以上が、例えば、それらの2つ以上、3つ以上、又は4つすべてが、C18〜C30を含む。1つの態様において、R、R、R及びRのうちの少なくとも1つ、少なくとも2つ、少なくとも3つ、又は4つすべてが、C18の直鎖型又は分岐型のアルキル基又はアルケニル基である。1つの取り組みにおいて、R、R、R及びRのうちの1つ又はそれ以上がアラルキル基である場合がある。そのようなアラルキル基は非天然資源(例えば、樹脂又はロジンなど)に由来する場合がある。
、R、R及びRのうちの1つ又はそれ以上が飽和又は不飽和である場合がある。R基、R基、R基及びR基はそれぞれが、5〜30のヨウ素価を有する場合がある。R、R、R及びRのうちの1つ又はそれ以上が水素化される場合がある(例えば、部分的又は完全に水素化される場合がある)。いくつかの取り組みにおいて、R、R、R及びRのうちの1つ又はそれ以上が、例えば、それらのうちの2つ以上、3つ以上、又は4つすべてが、完全に水素化される場合がある。さらに他の取り組みにおいて、R、R、R及びRのうちの1つ又はそれ以上が、例えば、それらのうちの2つ以上、3つ以上、又は4つすべてが、C18を含む完全又は部分的に水素化された直鎖型又は分岐型のアルキル基又はアルケニル基である場合があり、例えば、C18を含む完全に水素化された基など、例えば、オレイン酸に由来する完全に水素化されたC18基などである場合がある。
式(I)において、Xは、無機酸又は有機酸に由来するアニオンであり、例えば、Cl、CHSO 、Br及びCHCO などである。
式(I)の第四級脂肪アミンは、エトキシル化、プロポキシル化及び/又はブトキシル化される脂肪酸を含む場合がある。いくつかの取り組みにおいて、第四級脂肪アミンは、約1個〜約30個のアルコキシユニット、又は約1個〜約20個のアルコキシユニット、例えば、約1個〜約15個のアルコキシユニット、又は約1個〜約10個のアルコキシユニットを含む。1つの態様において、そのようなアルコキシ基はエトキシ基である。他の態様において、第四級脂肪アミンは約1個〜約10個のプロポキシユニットを含み、例えば、約1個〜約5個のプロポキシユニットを含む。1つの取り組みにおいて、エトキシ基及びプロポキシ基の数は1〜40の間であり、例えば、2〜20の間である。脂肪アミン四級構造体は、どのような順であれ、ランダム状又はブロック状のどちらであってもエトキシル化及び/又はプロポキシル化される場合がある。1つの取り組みにおいて、第四級脂肪アミンはブロック型アルコキシル化第四級脂肪アミンである。
第四級脂肪アミンはエトキシル化に先立ってプロポキシル化される場合がある。いくつかの取り組みにおいて、エトキシル化対プロポキシル化比が2:1から6:1までであり、例えば、3:1から6:1まで、4:1から6:1まで、5:1から6:1まで、3;1から5:1まで、又は4:1から6:1までである。
どのような理論であれ、特定の理論によってとらわれることを望まないが、エトキシル化された第四級脂肪アミンの頭部基が、湿潤時には負に帯電する木材に対して親和性を有しており、したがって、脂肪尾部が被覆の大気側表面に向かわされて耐水特性を伝えるように配向することが考えられる。既存の木材着色剤配合物(例えば、Dulux(登録商標)Trade Weathershield Aquatech(AkzoNobel Inc.)など)への第四級脂肪アミンの組み込みが、第四級脂肪アミンのエトキシル化によって、その結果、R鎖、R鎖、R鎖及びR鎖のうちの1つ又はそれ以上の配向が維持されることによってさらに安定化される場合がある。
脂肪尾部が被覆の大気側表面に向かわされて耐水性を伝えるように配向が維持されるとき、水性被覆組成物は、下にある木材基材が乾燥していない場合でさえ、下にある木材基材を覆う保護層を提供する。本開示の耐候性水性被覆剤は、木材基材に塗布されるや耐候性の保護を提供するために、乾燥していない基材に塗布することができる。本開示の被覆剤は、迅速に乾燥する層を提供し、しかし、本開示の被覆剤は、何らかの反応(例えば、架橋など)が、保護層が形成される前に生じることを要求しないので、乾燥プロセスの期間中において保護もまた提供する。
第四級脂肪アミンが、乳化剤を必要とすることなく、例えば、非イオン性界面活性剤(例えば、アルキルエトキシラート及び/又はアリールエトキシラートなど)などを必要とすることなく、既存の木材着色剤配合物に組み込まれる場合がある。いくつかの取り組みにおいて、水性組成物は乳化剤を実質的に含まない。
水性組成物における第四級脂肪アミンは、1分子あたり1つの四級官能基から構成され、そのようなものとして、1分子あたり2つ以上の四級官能基を含むポリ四級化合物と比較して、より大きい反応性を有する。第四級脂肪アミンの数平均分子量は約100g/モル〜約1500g/モルの間であり、例えば、約150g/モル〜約750g/モルの間又は約200g/モル〜約500g/モルの間などである。
いくつかの取り組みにおいて、水性被覆組成物は、重量比で約0.1%〜約20%(例えば、約0.1%〜約10%など、例えば、約1%〜約8%など、例えば、約3%〜約6%など)の第四級脂肪アミン、又は、重量比で約0.5%〜約5%の間(例えば、約1%〜約3%の間又は約1%〜約2%の間など)の第四級脂肪アミンを含む。被覆組成物は、1つ又はそれ以上の第四級脂肪アミンの組み合わせを界面活性組成物の一部として含む場合がある。
水性被覆組成物の他の成分には、バインダー及び添加物が含まれる。1つの取り組みにおいて、バインダーは、ラテックス、アルキドエマルション、又はそれらの組み合わせを含むハイブリッド系を含む。ラテックスには、アクリル、例えば、ビニルアクリル、アクリルラテックス又はスチレンアクリルなど、或いは、ポリウレタン又はエポキシが含まれる場合がある。アルキドは、自己酸化によって乾燥し、したがって、架橋されたネットワークを形成する、アルコール及び有機酸に由来するポリエステル(例えば、脂肪酸変性ポリエステルなど)である。ハイブリッドシステムにおいて、ハイブリッド組成物におけるラテックス(例えば、アクリルなど)の量は約60%〜約90%である場合があり(例えば、約80%など)、アルキドのレベルが約10%から約30%にまで及ぶ場合がある(例えば、約20%など)。いくつかの取り組みにおいて、水性被覆組成物におけるラテックスの量が約40%〜約90%(%固形分)の間である場合があり、例えば、約50%〜約90%(%固形分)の間など、例えば、約60%〜約80%(%固形分)の間又は約50%〜約80%(%固形分)などである場合がある。他の取り組みにおいて、水性被覆組成物におけるアルキドの量が約10%〜約90%(%固形分)の間である場合があり、例えば、約20%〜約80%(%固形分)又は約10%〜約50%(%固形分)などである場合がある。
本発明の被覆組成物は必要に応じて、0.01wt.%〜10wt.%までの添加物(例えば、1重量%〜8重量%の添加物、例えば、3重量%〜6重量%の添加物)を含む場合がある。限定されないが、好適な添加物には、界面活性剤、酸化防止剤、フィラー、増量剤、顔料、蛍光増白剤、光安定剤、殺生物剤、増粘剤、防腐剤及び共溶媒が含まれる。そのような添加物はどれも、好ましくは均質に、被覆組成物全体に分散されなければならない。
界面活性剤(表面活性剤)は、滑らかで均一な被覆剤を提供するために被覆組成物に存在する場合がある添加物の重要な一群を形成する。好適な界面活性剤には、流れ調整剤、湿潤化剤、分散剤、接着強化剤及び消泡剤が含まれるが、これらに限定されない。好ましい界面活性剤が非イオン性又はアニオン性のどちらかである。
流れ調整剤は、被覆剤が基材を濡らし、可能性のある混入物を覆って流れることを助けることができる有機化合物である。例示的な流れ調整剤が、BYK344(BYK Chemie、Wallingford、Conn.)、Air Products HS−30、及び、Witco L−7500の商品名で販売されている。
例示的な顔料には、二酸化チタン(白色)、カーボンブラック、ランプブラック、黒色酸化鉄、赤色酸化鉄、透明赤色酸化物、黄色酸化鉄、透明黄色酸化物、褐色酸化鉄(赤色酸化物及び黄色酸化物の黒色との混合物)、フタロシアニングリーン、フタロシアニンブルー、有機赤色物(例えば、ナフトールレッド、キナクリドンレッド及びトルイジンレッドなど)、キナクリドンマゼンタ、キナクリドンバイオレット、DNAオレンジ又は有機黄色物(例えば、モノアゾイエローなど)及びそれらの混合物が含まれる。被覆組成物に含まれるための特に好適な顔料が透明酸化鉄である。5色の透明酸化鉄(黄色S102、赤色S202、黒色S301、褐色S401及び緑色S501)がSuncom(中国)から市販されている。
水性被覆組成物の固形分含有量が、水性被覆組成物の重量比で約1%〜約60%(例えば、約10%〜約50%、又は約20%〜約40%など)である場合がある。水性被覆組成物の粘度が、Brookfield粘度計を使用して25℃で測定される場合、約1Pas〜約100Pas(例えば、約10Pas〜約90Pasなど、例えば、約30Pas〜約70Pas、又は約40Pas〜約60Pasなど)である場合がある。当業者によって認識されるであろうように、種々の塗布方法のために好適である粘度はかなり異なる。1つの取り組みにおいて、水性被覆組成物は、約20重量%〜約50重量%のバインダー、約2重量%〜約10重量%の相溶化剤又は溶媒(例えば、トルレン(tolulene)など)、約0.5重量%〜約5重量%の界面活性添加物、約5%未満のフィラー、顔料及び他の添加物、並びに、約50重量%〜約75重量%の水を含む。
いくつかの取り組みにおいて、水性被覆組成物はポリエチレンイミンを実質的に含まない。実質的に含まないとは、本明細書中で使用される場合、当該成分が約0.05パーセント以下で存在すること、また、いくつかの取り組みでは、約0.03パーセント以下(例えば、0.01パーセントなど)で存在すること、又は全く存在しないことを意味する。
他の取り組みにおいて、水性被覆組成物は、短鎖脂肪酸(例えば、8個の炭素までの鎖長を有する脂肪酸、例えば、炭素が1個〜4個の間である鎖長を有する脂肪酸など)を実質的に含まない。
1つの取り組みにおいて、水性被覆組成物は、溶媒(例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ブチルジグリコール及びブトキシトリグリコールなど)を実質的に含まない。
次に、耐水性を基材に与える方法についてであるが、本開示は、水性溶媒と、上記で示されるような構造(I)の第四級脂肪アミンとを含む水性被覆組成物を基材に塗布することによって、耐水性を基材に与える方法を提供する。
1つの取り組みによる基材は木材基材である。被覆されることになる木材基材は、当分野では公知であるどのような形態のものであってもよく、これには、例えば、耳付き材(unedged timber)、フリッチ、ブール(boule)、ハーフエッジドボード(half-edged board)、スクエアエッジドランバー(square-edged lumber)、ストリップ、正角、カーカシング(carcassing)、トラス桁、挽割類及びさねはぎフローリング(例えば、寄木張りなど)、敷板(decking)(E2E又はE4E)、並びに、滑り防止敷板(1辺又は2辺)が含まれる。本発明の被覆剤は、前記基材を完全に覆うために、又は、縁、曲線表面、ルーター加工領域及び傾斜領域を含めて、その一部のみを覆うために塗布される場合がある。被覆されることになる具体的な木材表面は、開示された被覆組成物の塗布のための清浄化及び調製が、当業者にはよく知られている様々な方法(例えば、サンダー研磨など)を使用して行われる場合がある。
驚くべきことに、完全に乾燥させた基材を耐候性被覆剤の塗布の前に要求する従前の水性被覆組成物に反して、本開示の耐候性水性被覆組成物は、完全に乾燥させた基材をこの水性被覆組成物の塗布の前に要求しない。本開示の水性被覆配合物は、数日間水に浸された基材への塗布を含めて、広範囲の水分含有量を有する基材に塗布することができる。そのうえ、塗布されるや、耐候性水性被覆組成物は、被覆された基材が完全に乾燥されることを、改善された耐水性が与えられる前に要求しない。早期の防湿性又は耐水性が、10℃での30分間以下の乾燥の後で、また、85%までの相対湿度において達成される。
基材は、水分含有量が100%までである場合があり、例えば、約10%〜約80%の間の水分含有量、例えば、約30%〜約50%の間の水分含有量を有する場合がある。いくつかの取り組みにおいて、水性被覆組成物が、約30%〜約50%の水分を有する基材に塗布されるとき、少なくとも約70%の耐水性(塗布が、乾燥させた基材に対してであるときに、同じ乾燥条件のもとで達成される耐水性に対して)が達成される。
水性被覆組成物は、従来の塗布方法によって、例えば、フラッディング(flooding)、浸漬、はけ塗り、ロールコーティング、ドクターブレード塗布、印刷法、空気噴霧化(air-atomized)スプレー、エアアシストスプレー、エアレススプレー、大容量低圧噴霧、エアシスト・エアレススプレー及び高速回転ベルなどによって塗布される場合がある。
被覆剤は、100cm(表面積の単位)あたり約0.1グラム〜約10グラムの間の量で、例えば、約0.1グラム〜約5グラムの間の量で、又は約0.3グラム〜約3グラムの量で塗布される場合がある。
次に、被覆組成物を調製する方法についてであるが、本開示は、式(I)の第四級脂肪アミンを水性木材着色剤被覆組成物に組み込むことによって調製される耐候性水性被覆組成物を提供する。式(I)の第四級脂肪アミンの1つ又はそれ以上が、本開示の耐候性水性被覆組成物を提供するために耐候性水性被覆組成物と組み合わされる場合がある。
式(I)の第四級脂肪アミンは、四級添加物と、木材着色剤被覆組成物の1つ又はそれ以上の成分とを、ミキサーを用いて組み合わせることによって、例えば、混合することなどによって組み込まれる場合がある。1つの取り組みにおいて、混合することが、ミキサーを室温において少なくとも15分間、300RPMで運転することによって達成される場合がある。脂肪アミン四級添加剤が木材着色剤配合物に加えられると、四級添加物と木材着色剤配合物のポリマー系の成分との間における相互作用は、安定化するために1日又は数日(例えば、6日まで)を要する場合がある。
第四級脂肪アミンを含む被覆組成物は、既存の木材着色剤配合物と同程度である安定した貯蔵寿命を有する。40℃の上昇した貯蔵温度に、かつ、長期間(例えば、30日に至るまでの長期間)曝されたときでさえ、本開示の被覆組成物は、好適なレオロジー特性を維持する。
式(I)の第四級脂肪アミンを含む被覆された耐水性木材基材が、水性被覆組成物を上記の方法によって記載されるように基材に塗布することによって調製される場合がある。
本発明の実施形態及びその多くの利点のより良い理解が、下記の実施例により明確になる場合がある。下記の実施例は例示的であり、範囲又は精神のどちらであってもその限定ではない。当業者は、これらの実施例に記載されるこれらの構成要素、方法、工程及び装置の様々な変形が使用され得ることを容易に理解するであろう。別途記される場合を除き、本開示において記されるすべての百分率及び部は重量比である。
実施例1
本実施例では、異なる条件のもとで貯蔵される、様々な四級添加物を含む木材着色剤配合物の成績が、木材着色剤配合物が湿性基材に塗布され、水噴霧試験に供された後、当該四級添加物を含まないコントロール木材着色剤配合物に対して比較される。
木材着色剤配合物を、重量に基づく1%の第四級脂肪アミンをコントロール木材着色剤(Dulux Trade Weathershield Aquatech、AkzoNobel Inc.)に加えることによって表1に記載されるように調製した。配合物を、四級添加物と木材着色剤配合物とを室温で少なくとも15分間、ミキサーにより300rpmで混合することによって調製した。その後、サンプルを、湿ったマツ木材パネルでの塗布の前に40℃で24時間又は6日間貯蔵した。
湿ったマツ木材パネル(30cm×5cm×1cmのサイズ)を、マツ木材パネルを水に一晩浸すことによって準備した。木材着色剤配合物を塗布する前に、マツ木材パネルを水から取り出し、静かに拭いて表面の水を除く。四級添加物を含む木材着色剤配合物と、四級添加物を含まない木材着色剤配合物とを、標準的なペンキ用刷毛を使用してマツ木材パネルの表面に塗布した。マツ木材は、ほとんどの他の木材タイプよりも高い木材水分含有量に達することができ、したがって、マツ木材パネルは、より過酷で、より厳しい試験条件を提供することを可能にするため、マツ木材パネルが選択された。
それぞれの木材パネルに塗布された木材着色剤配合物の量が重量測定され、200グラムの木材基材に対して約2グラムであると求められる。その後、被覆されたパネルを、水噴霧試験による試験を行う前に45分間、約10℃の温度及び85%の相対湿度を有する制御された環境に放置する。
その後、それぞれのパネルの様々な部分が、人工降雨に対するパネルの抵抗性を評価するために水噴霧の連続的圧力に2分間にわたって供される。2分間の連続した水噴霧の期間中において、パネルはそれぞれが約510mLの水に曝される。その後、パネルを、目視評価される前に乾燥させるために約25℃及び約40%のRHで一晩放置する。
40℃で1日間貯蔵されたコントロールサンプル及び本発明のサンプル(#1〜#7)についての水噴霧試験の後における乾燥後の結果が図1に示される。40℃で6日間貯蔵されたコントロールサンプル及び本発明のサンプル(#1〜#7)についての水噴霧試験の後における乾燥後の結果が図2に示される。図1及び図2に例示されるように、サンプル#1〜#7のすべて(これらは40℃での1日又は6日の貯蔵に供された)が、湿った木材基材に塗布されたときでさえのサンプル#1〜#7の改善された耐水性を含めて、コントロールサンプルを上回る改善された色保持及び/又は色均一性を示す。少なくとも、図1及び図2のサンプル#1、サンプル#3及びサンプル#4は良好な色保持及び色均一性を示す。
実施例2
本実施例では、湿ったマツ木材から除かれた、又は損なわれたコントロール被覆物及び本発明の被覆物の量が、分光光度分析を使用して水噴霧試験によって、また、試験パネルを重量測定することによって比較される。
(A)分光光度計分析を使用する色測定
湿ったマツ木材パネルを実施例1に記載されるように調製した。40℃での6日の貯蔵から得られるコントロール木材着色剤配合物及び本発明の木材着色剤配合物(サンプル#1及びサンプル#4)を、実施例1に記載されるように、湿ったマツ木材パネルに塗布した。サンプルを、10℃の温度及び85%の相対湿度で5分間、15分間、25分間、35分間及び45分間乾燥させ、その後、マツ木材パネルを実施例1の水噴霧試験に供した。
水が噴霧されたサンプルを乾燥させた後、パネルの色及び画像を「Konica Minolata分光光度計(モデル#CM−2600D)」及び「J画像分析ソフトウェア」によって測定して、水噴霧によって除かれた、又は損なわれた被覆物のレベルを評価した。国際照明委員会(CIE)labの3つの座標(L*、a*及びb*)により、色の明度が表される。
水噴霧試験後の様々な乾燥時間による木材着色剤処理マツ木材の色測定結果が表2(下記)に示される。
結果は、短い乾燥時間(5分)の場合でさえ、サンプル1及びサンプル4が、四級添加物を含まないコントロール木材着色剤配合物を上回る改善された結果を示すことを示している。乾燥時間のそれぞれにおいて、サンプル#1及びサンプル#4は、コントロールサンプルを上回る改善されたL*(D65)をもたらしている。
(B)重量による木材着色剤残分の測定
表1のコントロール木材着色剤配合物及び本発明の木材着色剤配合物(サンプル#1、サンプル#4及びサンプル#7)により被覆される湿ったマツ木材サンプルを実施例1に従って10℃及び85%の相対湿度で45分間乾燥させ、水噴霧試験に供した。
水噴霧試験の前後におけるマツ木材パネルの重量を記録して、水噴霧に対する被覆喪失量を求めた。被覆物の量を水噴霧試験の前後で比較する測定結果が表3(下記)に示される。
表3における結果は、四級添加物を含有する本発明の木材着色剤配合物が、コントロールサンプルよりも大きい割合の被覆物を水噴霧試験後に保持することを示している。
実施例3
実施例3では、水噴霧試験後の木材着色剤処理マツ木材パネルの、分光光度計での色測定データが、15EOを有するエトキシル化モノタロー四級化合物の様々な量を有する木材着色剤配合物(表1のサンプル#4)で処理されるマツ木材について比較される。
水が噴霧されたサンプルを乾燥させた後、パネルの色及び画像を「Konica Minolata分光光度計(モデル#CM−2600D)」及び「J画像分析ソフトウェア」によって測定して、水噴霧によって除かれた、又は損なわれた被覆物のレベルを評価した。L*、a*及びb*はCIELABの3つの座標であり、L*は色の明度を表し、a*は赤色/緑色の値を表し、b*は黄色/青色の値を表す。ΔEは、処理木材と未処理木材との間における色差である。より小さいΔEは、色がより明るいことを示している。
結果が表4(下記)に示され、図3に例示される。
表4からの結果は、処理木材と未処理木材とにおける最大の差ΔEが、15EOを有するエトキシル化モノタロー四級化合物を約1%〜約2%の間で使用するときに達成されることを示しており、このことは、四級添加物の約1%〜約2%の量により、より良好な色(被覆物)保持がもたらされることを示している。
実施例4
本実施例では、コントロール配合物と、サンプル#1及びサンプル#4を含む本発明の配合物とのレオロジーが、40℃での貯蔵の後で比較される。コントロール配合物、サンプル#1配合物及びサンプル#4配合物のそれぞれについて、1日目、6日目、14日目、22日目及び31日目についての40℃での貯蔵からの結果が、図4〜図6にそれぞれ示される。
図4は、コントロールの、元のWeathershield木材着色剤配合物は、1ヶ月超にわたる40℃での貯蔵の期間中、概して安定であり、有意な配合物のレオロジー変化が何ら伴わないことを示す。
図5〜図6は、1日目以降、四級添加物(サンプル#1及びサンプル#4)を含む本発明の配合物がそれぞれ、40℃での貯蔵の期間中、概して安定であり、コントロール配合物と概して同程度であるレオロジープロフィルを有することを例示しており、このことは、四級添加物(サンプル#1及びサンプル#4)の添加は最小限の影響を木材着色剤配合物の全般的レオロジーに対して有しており、コントロールの木材着色剤配合物と同程度である安定性を維持し得ることを示している。
四級添加物が木材着色剤配合物に加えられると、四級添加物と、木材着色剤配合物の残余成分との間における相互作用は、完結し、安定化するために数日を要する。このことが、四級添加物(サンプル#1及びサンプル#4)を含有する本発明の木材着色剤配合物の1日目のレオロジープロフィルと、6日目(及び6日目以降)のレオロジープロフィルとを比較することによって例示される。1日目以降、例えば、四級添加物と、木材着色剤配合物のポリマー系の成分との間における相互作用が安定した6日目などにおいて、コントロール配合物及び本発明の配合物のレオロジーは同程度である。
本発明の方法及び組成物の性質を説明するために本明細書中に記載されている、また例示されている配合物及び成分の細部、材料及び配置における様々な変化が、本明細書中の説明及び請求項の原理及び範囲の範囲内において当業者によってなされ得ることが理解されるであろう。
本発明の方法及び組成物の性質を説明するために本明細書中に記載されている、また例示されている配合物及び成分の細部、材料及び配置における様々な変化が、本明細書中の説明及び請求項の原理及び範囲の範囲内において当業者によってなされ得ることが理解されるであろう。
上記の開示によって提供される発明として、以下のものが挙げられる。
[1] 下記の成分:
・水性溶媒、
・下記の構造を有する第四級脂肪アミン:

(式中、R 、R 、R 及びR は独立して、1個〜30個の炭素原子を含む飽和又は不飽和の、直鎖型又は分岐型の、置換又は非置換のアルキル基、アラルキル基又はアルケニル基から選ばれ、それにより、R 、R 、R 及びR のうちの少なくとも1つがC12〜C30の基であり、好ましくはC16〜C30の基であり、より好ましくはC18〜C30の基であり、一層より好ましくはC18〜C24の基であり、最も好ましくはC18の基であり、X は、無機酸又は有機酸に由来するアニオンである)、及び
・水性被覆組成物の40重量%〜90重量%の間の量でのバインダー
を含む水性被覆組成物。
[2] 前記第四級脂肪アミンがエトキシ基及び/又はプロポキシ基を含有する、[1]に記載の水性被覆組成物。
[3] R 、R 、R 及びR のうちの少なくとも1つがヒドロキシル置換基又はエーテル結合を含有する、[1]又は[2]に記載の水性被覆組成物。
[4] エトキシ基の数が1〜30の間であり、好ましくは1〜10の間である、[2]又は[3]に記載の水性被覆組成物。
[5] プロポキシ基の数が1〜10の間であり、好ましくは1〜5の間である、[2]又は[3]に記載の水性被覆組成物。
[6] エトキシ基及びプロポキシ基の数が1〜40の間であり、好ましくは2〜20の間である、[2]〜[5]のいずれか一項に記載の水性被覆組成物。
[7] 前記エトキシ基及び/又はプロポキシ基がランダム状又はブロック状の配置である、[6]に記載の水性被覆組成物。
[8] 前記第四級脂肪アミンが、タロー、ココナッツ、ダイズ、ヤシ、パーム核、トール油、ナタネ、ラード、ヒマワリ油、トウモロコシ油、ベニバナ油、カノーラ油、オリーブ油及びピーナッツ油からなる群から選択される脂肪酸成分を含み、好ましくは前記脂肪酸成分の供給源がタローである、[1]〜[7]のいずれか一項に記載の水性被覆組成物。
[9] 前記第四級脂肪アミンが、オレイン酸又はエルカ酸である脂肪酸を含む、[1]〜[7]のいずれか一項に記載の水性被覆組成物。
[10] R 、R 、R 及びR のうちの少なくとも1つが、少なくともC4、少なくともC6、好ましくは少なくともC8、好ましくはC12〜C30、より好ましくはC18を含む、[1]〜[9]のいずれか一項に記載の水性被覆組成物。
[11] 前記第四級脂肪アミンが水性被覆組成物の約0.1wt%〜約20wt%(好ましくは約0.5wt%〜約5wt%)の量で存在する、[1]〜[10]のいずれか一項に記載の水性被覆組成物。
[12] 100%までの水分を有する木材基材に耐水性を与えるための請求項1〜11のいずれか一項に記載される水性被覆組成物の使用であって、好ましくは100cm の基材表面積あたり0.1グラム〜10グラムの前記水性被覆組成物を塗布することによる、使用。
[13] 約30%〜約50%の間の水分含有量を有する木材基材において少なくとも70%の耐水性を達成するための[12]に記載の使用。
[14] [1] 〜[11]のいずれか一項に記載される第四級脂肪アミンを水性被覆組成物と混合する工程を含む、早期の防湿性を有する水性被覆組成物を調製する方法。
[15] [1]〜[11]のいずれか一項に記載される第四級脂肪アミンを含む被覆された耐水性木材基材。

Claims (15)

  1. 下記の成分:
    ・水性溶媒、
    ・下記の構造を有する第四級脂肪アミン:

    (式中、R、R、R及びRは独立して、1個〜30個の炭素原子を含む飽和又は不飽和の、直鎖型又は分岐型の、置換又は非置換のアルキル基、アラルキル基又はアルケニル基から選ばれ、それにより、R、R、R及びRのうちの少なくとも1つがC12〜C30の基であり、好ましくはC16〜C30の基であり、より好ましくはC18〜C30の基であり、一層より好ましくはC18〜C24の基であり、最も好ましくはC18の基であり、Xは、無機酸又は有機酸に由来するアニオンである)、及び
    ・水性被覆組成物の40重量%〜90重量%の間の量でのバインダー
    を含む水性被覆組成物。
  2. 前記第四級脂肪アミンがエトキシ基及び/又はプロポキシ基を含有する、請求項1に記載の水性被覆組成物。
  3. 、R、R及びRのうちの少なくとも1つがヒドロキシル置換基又はエーテル結合を含有する、請求項1又は2に記載の水性被覆組成物。
  4. エトキシ基の数が1〜30の間であり、好ましくは1〜10の間である、請求項2又は3に記載の水性被覆組成物。
  5. プロポキシ基の数が1〜10の間であり、好ましくは1〜5の間である、請求項2又は3に記載の水性被覆組成物。
  6. エトキシ基及びプロポキシ基の数が1〜40の間であり、好ましくは2〜20の間である、請求項2〜5のいずれか一項に記載の水性被覆組成物。
  7. 前記エトキシ基及び/又はプロポキシ基がランダム状又はブロック状の配置である、請求項6に記載の水性被覆組成物。
  8. 前記第四級脂肪アミンが、タロー、ココナッツ、ダイズ、ヤシ、パーム核、トール油、ナタネ、ラード、ヒマワリ油、トウモロコシ油、ベニバナ油、カノーラ油、オリーブ油及びピーナッツ油からなる群から選択される脂肪酸成分を含み、好ましくは前記脂肪酸成分の供給源がタローである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の水性被覆組成物。
  9. 前記第四級脂肪アミンが、オレイン酸又はエルカ酸である脂肪酸を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の水性被覆組成物。
  10. 、R、R及びRのうちの少なくとも1つが、少なくともC4、少なくともC6、好ましくは少なくともC8、好ましくはC12〜C30、より好ましくはC18を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の水性被覆組成物。
  11. 前記第四級脂肪アミンが水性被覆組成物の約0.1wt%〜約20wt%(好ましくは約0.5wt%〜約5wt%)の量で存在する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の水性被覆組成物。
  12. 100%までの水分を有する木材基材に耐水性を与えるための請求項1〜11のいずれか一項に記載される水性被覆組成物の使用であって、好ましくは100cmの基材表面積あたり0.1グラム〜10グラムの前記水性被覆組成物を塗布することによる、使用。
  13. 約30%〜約50%の間の水分含有量を有する木材基材において少なくとも70%の耐水性を達成するための請求項12に記載の使用。
  14. 請求項1〜11のいずれか一項に記載される第四級脂肪アミンを水性被覆組成物と混合する工程を含む、早期の防湿性を有する水性被覆組成物を調製する方法。
  15. 請求項1〜11のいずれか一項に記載される第四級脂肪アミンを含む被覆された耐水性木材基材。
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