JP2018513238A - 1,5−ジイソシアナトペンタンを基礎とするシラン基含有のポリイソシアネート - Google Patents

1,5−ジイソシアナトペンタンを基礎とするシラン基含有のポリイソシアネート Download PDF

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Abstract

本発明は、1,5−ジイソシアナトペンタンを基礎とする少なくとも1種のポリイソシアネート(A)と、イソシアネート基に対して反応性の少なくとも1種のシラン化合物(B)とを反応させることによって得られる変性されたポリイソシアネートに関する。また、本発明は、変性されたポリイソシアネートの製造方法に関し、かつ前記変性されたポリイソシアネートの、ポリウレタンプラスチックの製造における出発成分としての、特にポリウレタンペイントおよびコーティングにおける架橋剤成分としての使用に関する。

Description

本発明は、1,5−ジイソシアナトペンタンを基礎とするシラン基含有のポリイソシアネート混合物、ポリイソシアネート混合物の調製方法、ならびにポリイソシアネート混合物の、ポリウレタンプラスチックの製造における出発成分としての、より具体的にはポリウレタンペイントおよびコーティングにおける架橋剤成分としての使用に関する。
アルコキシシラン基含有のポリイソシアネート混合物は、かなり長い時間にわたり知られている。イソシアネート基以外に、第二の反応性構造、すなわち架橋することが可能な構造を有するこの種の生成物は、過去に様々なポリウレタン系およびポリウレタン用途において、特定の特性を得る目的で、例えばコーティングの付着性、耐化学薬品性または耐引掻性を改善するために使用されてきた。
例えば、国際公開第03/054049号は、低モノマー含量の脂肪族または脂環式のポリイソシアネートおよび第二級アミノプロピルトリメトキシシランから調製されるイソシアネート官能性シランをポリウレタンホットメルト接着剤用の接着促進剤として記載している。
同様に、特開2005−015644号公報の教示によれば、窒素で置換された、すなわち第二級アミノプロピルアルコキシシランで変性されたポリイソシアネートまたはイソシアネートプレポリマーは、接着剤および封止剤の接着の改善のために使用することができる。
欧州特許第0994139号明細書の特許請求の範囲には、加速硬化を特徴とする1成分形の湿分架橋性のコーティング、接着剤または封止剤用のバインダーとしての、脂肪族および/または脂環式のポリイソシアネートと、化学量論を下回る量の、欧州特許第0596360号明細書にイソシアネート官能性化合物のための共反応物として記載されるアルコキシシラン官能性アスパラギン酸エステルとが反応され、ポリエチレンオキシドポリエーテルアルコールと反応されていてよい反応生成物が記載されている。
また、脂肪族および/または脂環式のポリイソシアネートと、化学量論を下回る量のアルコキシシラン官能性アスパラギン酸エステルまたは第二級アミノアルキルシランとの反応生成物は、国際公開第02/058569号に、2成分形のポリウレタン接着プライマー用の架橋剤成分として記載されている。
欧州特許第0872499号明細書は、架橋剤成分として、イソシアネート基およびアルコキシシリル基を有する化合物を含む水性2成分形ポリウレタンコーティング材料を記載している。これらの特定のポリイソシアネートの使用は、改善された耐水性と一緒に高い光沢を有するコーティングをもたらす。
親水性変性されているため、より乳化しやすいアルコキシシラン基含有のポリイソシアネートは、同様に、水性の2K(2成分形)コーティング分散液および接着剤分散液用の架橋剤成分として既に挙げられている(例えば、欧州特許出願公開第0949284号明細書)。
耐引掻性コーティングの製造のためには、シラン基含有のポリイソシアネートが特に重要である。
溶剤系の熱硬化性2K自動車用ポリウレタンクリアコートおよびトップコート材料の耐引掻性の改善のために、脂肪族および/または脂環式のポリイソシアネートとN,N−ビス(トリアルコキシシリルプロピル)アミンとの反応生成物が架橋剤成分として示唆されている(欧州特許出願公開第1273640号明細書)。
数多くの更なる刊行物も同様に、OEM自動車量産塗装および自動車補修塗装のための耐候性で耐引掻性のクリアコート層であって、使用される架橋剤成分が、脂肪族および/または脂環式のポリイソシアネートと、イソシアネート基に対して反応性のアルコキシシランのモル不足量との反応生成物であるクリアコート層の製造のためのコーティング組成物を記載している。挙げられる適切な反応性のアルコキシシランは、特に、ビス(アルコキシシリルアルキル)アミンとN−アルキルモノ(アルコキシシリルアルキル)アミン(例えば、国際公開第2008/074489号、国際公開第2008/074490号、国際公開第2010/149236号および国際公開第2014/086530号)、メルカプトアルキルアルコキシシランおよび/または第二級アルコキシシリルアルキルアミン(例えば、国際公開第2009/156148号)との特定の混合物である。
かなり多くの市販されているシラン基含有の公知のポリイソシアネートは、ポリイソシアネート、特に1,6−ジイソシアナトヘキサン(ヘキサメチレンジイソシアネート、HDI)のポリイソシアヌレート型ポリイソシアネートから誘導される。
アルコキシシラン変性されたHDIポリイソシアネートは、多くの種々のペイント用バインダーと良好な相溶性を有し、自己回復特性のため非常に良好な耐引掻性の点で特に優れた高い光沢および高い透明性のコーティングをもたらす。「リフロー」条件下に、すなわちガラス転移温度(Tg)を上回る温度への手短な加熱下に、そのようなペイントに一度加えられた細かい引掻き傷は、引掻き傷のないペイント被膜の出発光沢の近くまで光沢が修復される程度で回復する。
数多くの用途、例えば自動車補修塗装および特にOEM自動車量産塗装のためには、更に改善された耐引掻性を有するコーティング組成物が絶えず求められている。本明細書で特に関心が持たれているのは、「真の」耐引掻性を有する2Kのポリウレタンコーティング材料、すなわち引掻きによって引き起こされる光沢の損失自体が非常に小さいにすぎず、光学的品質を維持するに当たってリフロー効果に依存しないポリウレタンコーティング材料である。
国際公開第03/054049号 特開2005−015644号公報 欧州特許第0994139号明細書 欧州特許第0596360号明細書 国際公開第02/058569号明細書 欧州特許第0872499号明細書 欧州特許出願公開第0949284号明細書 欧州特許出願公開第1273640号明細書 国際公開第2008/074489号 国際公開第2008/074490号 国際公開第2010/149236号 国際公開第2014/086530号 国際公開第2009/156148号
従って、本発明の目的は、シラン基含有のポリイソシアネートのあらゆる使用分野に適しているとともに、特に標準的なペイント用バインダーと組み合わせることで、シラン基含有の公知の先行技術のHDIポリイソシアネートを使用して製造されたコーティングよりも明らかに高い耐引掻性を有すると同時に、その他のペイント特性に関するどのような点においてもこれらに引けを取らないコーティングをもたらす新規のシラン基含有のポリイソシアネートを提供することであった。
前記目的は、以下に記載される1,5−ジイソシアナトペンタン(PDI)を基礎とするシラン基含有の本発明によるポリイソシアネートまたはポリイソシアネート混合物を提供することによって達成される。
耐引掻性ポリウレタンコーティングの製造のための架橋剤として使用することができるシラン基含有のPDI誘導体は、今までのところ知られていなかった。
従って、本発明は、1,5−ジイソシアナトペンタンを基礎とする少なくとも1種のポリイソシアネートA)と、イソシアネート基に対して反応性の少なくとも1種のシラン化合物B)とを反応させることによって得ることができる変性されたポリイソシアネートを提供する。
また、本発明は、本発明の変性されたポリイソシアネートの調製方法であって、
A)1,5−ジイソシアナトペンタンを基礎とする少なくとも1種のポリイソシアネートと、
B)イソシアネート基に対して反応性の少なくとも1種のシラン化合物とを反応させること
を特徴とする調製方法を提供する。
更に本発明は、前記変性されたポリイソシアネートまたは変性されたポリイソシアネートを含む混合物の、ポリウレタンプラスチックの製造のための出発成分としての使用、および前記変性されたポリイソシアネートまたは変性されたポリイソシアネートを含む混合物を含むコーティング組成物を提供する。
1,5−ジイソシアナトペンタンを基礎とする本発明による親水性変性されたポリイソシアネート混合物は、出発ポリイソシアネートA)およびイソシアネート基に対して反応性の少なくとも1種のシラン化合物B)を使用して調製される。
シラン基含有の本発明によるポリイソシアネート混合物の製造のためのポリイソシアネートA)は、1,5−ジイソシアナトペンタンの変性によって得ることができ、かつウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、アロファネート構造、ビウレット構造、イミノオキサジアジンジオン構造および/もしくはオキサジアジントリオン構造を有する任意のオリゴマー型のポリイソシアネートまたはそのようなPDIポリイソシアネートの任意の所望の混合物である。これらのポリイソシアネートは、例えばJ.Prakt.Chem.336(1994)185−200および欧州特許出願公開第0798299号明細書に例として記載されるイソシアネートオリゴマー化について自体公知の方法によって、PDI中のイソシアネート基の幾つかを転化させることで、少なくとも2つのジイソシアネート分子からなるポリイソシアネート分子を形成させ、一般的に引き続いて未転化のモノマー型PDIの蒸留または抽出による除去を行うことによって調製される。そのようなオリゴマー型PDIポリイソシアネートの具体的な例は、例えば欧州特許出願公開第2418198号明細書、欧州特許出願公開第2684867号明細書、特開2010−121011号公報、特開2010−254764号公報、特開2010−265364号公報、特開2011−201863号公報、特開2012−152202号公報または特開2013−060542号公報に見出すことができる。
ポリイソシアネートA)の調製のために使用される1,5−ジイソシアナトペンタンは、様々な方法で、例えば液相もしくは気相中でのホスゲン化によって、または例えば天然に存在するアミノ酸のリジンの脱カルボキシル化を介して好ましくは生物工学的に得られる1,5−ジアミノペンタンから出発して、ホスゲン不含の経路によって、例えば熱的ウレタン開裂によって得ることができる。
ポリイソシアネートA)の調製においては、1,5−ジイソシアナトペンタンの他に、脂肪族部、脂環式部、芳香脂肪族部および/または芳香族部に結合されたイソシアネート基を有する更なるジイソシアネートを使用してもよい。これらは、特に140〜400の分子量範囲のジイソシアネート、例えば1,4−ジイソシアナトブタン、1,6−ジイソシアナトヘキサン(HDI)、2−メチル−1,5−ジイソシアナトペンタン、1,5−ジイソシアナト−2,2−ジメチルペンタン、2,2,4−もしくは2,4,4−トリメチル−1,6−ジイソシアナトヘキサン、1,10−ジイソシアナトデカン、1,3−および1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、2,4−および2,6−ジイソシアナト−1−メチルシクロヘキサン、1,3−および1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(イソホロンジイソシアネート、IPDI)、4,4’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、2,4’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、1−イソシアナト−1−メチル−4(3)イソシアナトメチルシクロヘキサン、ビス(イソシアナトメチル)ノルボルナン、1,3−および1,4−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン(XDI)、1,3−および1,4−ビス(2−イソシアナトプロパ−2−イル)ベンゼン(TMXDI)、2,4−および2,6−ジイソシアナトトルエン(TDI)、2,4’−および4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン(MDI)、1,5−ジイソシアナトナフタレンまたはそのようなジイソシアネートの任意の所望の混合物である。
出発ポリイソシアネートA)の調製で使用されてもよいこれらのジイソシアネートは、使用されるとしても、使用されるジイソシアネートの全量に対して、80重量%以下、好ましくは50重量%以下、より好ましくは20重量%以下の量で使用される。
特に好ましい出発化合物A)は、イソシアヌレート構造含有のポリイソシアネートであって、単独のジイソシアネートとしてPDIを使用して調製され、かつ2.3〜5.0の、好ましくは2.5〜4.5の平均NCO官能価と、11.0重量%〜26.0重量%の、好ましくは13.0重量%〜25.0重量%のイソシアネート基含量と、1.0重量%未満の、好ましくは0.5重量%未満のモノマー型PDI含量とを有するポリイソシアネートである。
本発明の特に有利な実施形態においては、ポリイソシアネートA)は、少なくとも2つの1,5−ジイソシアナトペンタン分子からなり、かつウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、アロファネート構造、ビウレット構造、イミノオキサジアジンジオン構造および/もしくはオキサジアジントリオン構造を有するオリゴマー型のポリイソシアネートまたはそのようなポリイソシアネートの任意の所望の混合物である。
本発明の更なる有利な実施形態においては、ポリイソシアネートA)は、少なくとも2つの1,5−ジイソシアナトペンタン分子からなる少なくとも1種のオリゴマー型のポリイソシアネートであって、
a)2.0〜5.0の平均イソシアネート官能価と、
b)11.0重量%〜26.0重量%のイソシアネート基含量と、
を有するポリイソシアネートである。
本発明のシラン化合物B)は、イソシアネート基に対して反応性であり、かつ少なくとも1つのシラン基を有する任意の化合物である。
適切な出発化合物B)は、例えば一般式(I)
Figure 2018513238
[式中、
、RおよびRは、同一または異なる基であり、かつそれぞれ飽和もしくは不飽和の、直鎖状もしくは分枝鎖状の、脂肪族もしくは脂環式の、または置換されていてよい芳香族もしくは芳香脂肪族の基であって、18個以下の炭素原子を有し、かつ酸素、硫黄および窒素の群からの3個以下のヘテロ原子を含んでいてよい基であり、
Xは、直鎖状または分枝鎖状の有機基であって、少なくとも2個の炭素原子を有し、かつ2個以下のイミノ基(−NH−)を含んでいてよい基であり、かつ
は、水素、18個以下の炭素原子を有する、飽和もしくは不飽和の、直鎖状もしくは分枝鎖状の、脂肪族もしくは脂環式の、または置換されていてよい芳香族もしくは芳香脂肪族の基、あるいは式
Figure 2018513238
の基であり、その式中、R、R、RおよびXは、前記の定義を有する]のアミノシランである。
一般式(I)の適切なアミノシランは、例えば3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3−アミノプロピルエチルジエトキシシラン、3−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、3−アミノプロピルジイソプロピルエトキシシラン、3−アミノプロピルトリプロポキシシラン、3−アミノプロピルトリブトキシシラン、3−アミノプロピルフェニルジエトキシシラン、3−アミノプロピルフェニルジメトキシシラン、3−アミノプロピルトリス(メトキシエトキシエトキシ)シラン、2−アミノイソプロピルトリメトキシシラン、4−アミノブチルトリメトキシシラン、4−アミノブチルトリエトキシシラン、4−アミノブチルメチルジメトキシシラン、4−アミノブチルメチルジエトキシシラン、4−アミノブチルエチルジメトキシシラン、4−アミノブチルエチルジエトキシシラン、4−アミノブチルジメチルメトキシシラン、4−アミノブチルフェニルジメトキシシラン、4−アミノブチルフェニルジエトキシシラン、4−アミノ(3−メチルブチル)メチルジメトキシシラン、4−アミノ(3−メチルブチル)メチルジエトキシシラン、4−アミノ(3−メチルブチル)トリメトキシシラン、3−アミノプロピルフェニルメチル−n−プロポキシシラン、3−アミノプロピルメチルジブトキシシラン、3−アミノプロピルジエチルメチルシラン、3−アミノプロピルメチルビス(トリメチルシロキシ)シラン、11−アミノウンデシルトリメトキシシラン、N−メチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−メチル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(n−ブチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(n−ブチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノイソブチルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリス(2−エチルヘキソキシ)シラン、N−(6−アミノヘキシル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミン、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)アミン、(アミノエチルアミノメチル)−フェネチルトリメトキシシラン、N−ビニルベンジル−N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルポリシロキサン、N−ビニルベンジル−N(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルポリシロキサン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3−(m−アミノフェノキシ)プロピルトリメトキシシラン、m−および/もしくはp−アミノフェニルトリメトキシシラン、3−(3−アミノプロポキシ)−3,3−ジメチル−1−プロペニルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルビス(トリメチルシロキシ)シラン、3−アミノプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン、3−アミノプロピルペンタメチルジシロキサンまたはそのようなアミノシランの任意の所望の混合物である。
一般式(I)の好ましいアミノシランは、その式中、
、RおよびRは、それぞれ、6個以下の炭素原子を有するアルキル基および/または3個以下の酸素原子を含むアルコキシ基であるが、但し、R、RおよびR基の少なくとも1つは、この種類のアルコキシ基であるものとし、
Xは、3個または4個の炭素原子を有する直鎖状または分枝鎖状のアルキレン基であり、かつ
は、6個以下の炭素原子を有する、飽和の、直鎖状もしくは分枝鎖状の、脂肪族もしくは脂環式の基、または式
Figure 2018513238
の基であり、その式中、R、R、RおよびXは、前記の定義を有する、アミノシランである。
一般式(I)の特に好ましいアミノシランは、その式中、
、RおよびRは、それぞれメチル、メトキシおよび/またはエトキシであるが、但し、R、RおよびR基の少なくとも1つは、メトキシ基またはエトキシ基であるものとし、
Xは、プロピレン基(−CH−CH−CH−)であり、かつ
は、4個以下の炭素原子を有する直鎖状のアルキル基、または式
Figure 2018513238
の基であり、その式中、R、R、RおよびXは、前記の定義を有する、アミノシランである。
一般式(I)の非常に特に好ましいアミノシランは、N−メチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−メチル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(n−ブチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(n−ブチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンおよび/またはビス(3−トリエトキシシリルプロピル)アミンである。
適切なシラン化合物B)は、例えばまた、一般式(II)
Figure 2018513238
[式中、
、RおよびRは、式(I)について示した定義を有し、
Xは、少なくとも2個の炭素原子を有する直鎖状または分枝鎖状の有機基であり、かつ
およびRは、独立して、1個〜18個の炭素原子を有する、飽和もしくは不飽和の、直鎖状もしくは分枝鎖状の、脂肪族もしくは脂環式の、または芳香族の有機基であって、置換もしくは非置換であり、かつ/または鎖中にヘテロ原子を有する有機基である]のアミノシランである。
一般式(II)のこれらのアミノシランは、欧州特許出願公開第0596360号明細書の教示に従って、第一級アミノ基を有するアミノシランとフマル酸エステルおよび/またはマレイン酸エステルとを反応させることによって得ることができる公知のシラン官能性アスパラギン酸エステルである。
従って、一般式(II)のアミノシランの調製のために適切な出発化合物は、原則的に、一般式(I)
Figure 2018513238
[式中、R、R、RおよびXは、式(II)について示した定義を有し、かつRは、水素である]の任意のアミノシランである。
これらのアミノシランは、一般式(III)
Figure 2018513238
[式中、RおよびR基は、同一または異なる基であり、かつ1個〜18個の、好ましくは1個〜9個の、より好ましくは1個〜4個の炭素原子を有する有機基である]のフマル酸ジエステルおよび/またはマレイン酸ジエステルと反応される。
一般式(II)の好ましいアミノシランは、一般式(I)で示され、その式中、
、RおよびRは、それぞれメチル、メトキシおよび/またはエトキシであるが、但し、R、RおよびR基の少なくとも1つは、メトキシ基またはエトキシ基であるものとし、
Xは、プロピレン基(−CH−CH−CH−)であり、かつ
R4は、水素である、アミノシランと、
一般式(III)で示され、その式中、RおよびR基は、同一または異なる基であり、かつメチル基、エチル基、n−ブチル基または2−エチルヘキシル基であるフマル酸ジエステルおよび/またはマレイン酸ジエステルとの反応生成物である。
一般式(II)の特に好ましいアミノシランは、3−アミノプロピルトリメトキシシランおよび/または3−アミノプロピルトリエトキシシランとマレイン酸ジエチルとの反応生成物である。
また、適切な出発化合物B)は、例えば一般式(IV)
Figure 2018513238
[式中、
、RおよびRは、式(I)について示した定義を有し、
Xは、少なくとも2個の炭素原子を有する直鎖状または分枝鎖状の有機基であり、かつ
は、1個〜8個の炭素原子を有する、飽和の、直鎖状または分枝鎖状の、脂肪族または脂環式の有機基である]のアミノシランである。
一般式(IV)のこれらのアミノシランは、例えば米国特許第4788310号明細書および米国特許第4826915号明細書に開示される方法によって、第一級アミノ基を有するアミノシランとアルキルアルキルカルボキシレートとをアルコールを脱離しつつ反応させることによって得ることができる公知のシラン官能性のアルキルアミドである。
従って、一般式(IV)のアミノシランの調製のために適切な出発化合物は、原則的に、一般式(I)
Figure 2018513238
[式中、R、R、RおよびXは、式(II)について示した定義を有し、かつRは、水素である]の任意のアミノシランである。
これらのアミノシランは、一般式(V)
Figure 2018513238
[式中、
は、水素、または1個〜8個の炭素原子を有する、飽和の、直鎖状もしくは分枝鎖状の、脂肪族もしくは脂環式の有機基であり、かつ
10は、1個〜4個の炭素原子を有する、飽和の脂肪族の有機基である]のアルキルアルキルカルボキシレートと反応される。
一般式(IV)の好ましいアミノシランは、一般式(I)で示され、その式中、
、RおよびRは、それぞれメチル、メトキシおよび/またはエトキシであるが、但し、R、RおよびR基の少なくとも1つは、メトキシ基またはエトキシ基であるものとし、
Xは、プロピレン基(−CH−CH−CH−)であり、かつ
R4は、水素であるアミノシランと、
一般式(V)で示され、その式中、
は、水素であり、かつ
10は、1個〜4個の炭素原子を有する、飽和の脂肪族の有機基であるギ酸アルキルとの反応生成物である。
一般式(IV)の特に好ましいアミノシランは、3−アミノプロピルトリメトキシシランおよび/または3−アミノプロピルトリエトキシシランとギ酸メチルおよび/またはギ酸エチルとの反応生成物である。
最後にまた、適切なシラン化合物B)は、一般式(VI)
Figure 2018513238
[式中、
、RおよびRは、式(I)について示した定義を有し、かつ
Yは、少なくとも2個の炭素原子を有する直鎖状または分枝鎖状の有機基である]の任意のメルカプトシランである。
適切なメルカプトシランB)の例は、2−メルカプトエチルトリメチルシラン、2−メルカプトエチルメチルジメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルジメチルメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルエチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルエチルジエトキシシランおよび/または4−メルカプトブチルトリメトキシシランである。
本発明の方法のために好ましいメルカプトシランB)は、一般式(VI)で示され、その式中、
、RおよびRは、同一または異なる基であり、かつそれぞれ6個以下の炭素原子を有する、飽和の、直鎖状または分枝鎖状の、脂肪族または脂環式の基であって、3個以下の酸素原子を含んでいてよい基であり、かつ
Yは、2個〜10個の炭素原子を有する直鎖状または分枝鎖状のアルキレン基である、メルカプトシランである。
特に好ましいメルカプトシランB)は、一般式(VI)で示され、その式中、
、RおよびRは、それぞれ、6個以下の炭素原子を有するアルキル基および/または3個以下の酸素原子を含むアルコキシ基であるが、但し、基R、RおよびRの少なくとも1つは、この種類のアルコキシ基であるものとし、かつ
Yは、プロピレン基(−CH−CH−CH−)である、メルカプトシランである。
殊に好ましいメルカプトシランB)は、一般式(VI)で示され、その式中、
、RおよびRは、同一または異なる基であり、かつそれぞれメチル、メトキシまたはエトキシであるが、但し、基R、RおよびRの少なくとも1つは、メトキシ基またはエトキシ基であるものとし、かつ
Xは、プロピレン基(−CH−CH−CH−)である、メルカプトシラン、特に3−メルカプトプロピルトリメトキシシランおよび/または3−メルカプトプロピルトリエトキシシランである。
本発明の変性されたポリイソシアネートの調製のために、出発ポリイソシアネートA)を、シラン官能性化合物B)と、20℃〜200℃の、好ましくは30℃〜160℃の、より好ましくは35℃〜120℃の温度で反応させる。
その調製は、50:1〜1.05:1の、好ましくは20:1〜1.25:1の、より好ましくは10:1〜1.5:1のイソシアネート基と、イソシアネートに対して反応性の基との当量比を遵守して行われる。
出発成分A)およびB)の反応は、触媒を使用せずに行うことができる。しかしながら特に、メルカプトシランB)が使用される場合に、転化を促進するために適切な触媒を使用することも有利なことがある。適切な触媒は、特に、ポリウレタン化学から公知の標準的な触媒であり、その例には、第三級アミン類、例えばトリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルベンジルアミン、ジエチルベンジルアミン、ピリジン、メチルピリジン、ジシクロヘキシルメチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルジアミノジエチルエーテル、ビス(ジメチルアミノプロピル)尿素、N−メチル−/N−エチルモルホリン、N−ココモルホリン、N−シクロヘキシルモルホリン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,3−ブタンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,6−ヘキサンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、N−メチルピペリジン、N−ジメチルアミノエチルピペリジン、N,N’−ジメチルピペラジン、N−メチル−N’−ジメチルアミノピペラジン、1,2−ジメチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、N,N−ジメチルイミダゾール−β−フェニルエチルアミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)およびビス(N,N−ジメチルアミノエチル)アジペート、アミジン類、例えば1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン(DBN)、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)および2,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン、アルカノールアミン化合物、例えばトリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N−メチルジエタノールアミンおよびN−エチルジエタノールアミン、ジメチルアミノエタノールおよび2−(N,N−ジメチルアミノエトキシ)エタノール、N,N’,N’’−トリス(ジアルキルアミノアルキル)ヘキサヒドロトリアジン類、例えばN,N’,N’’−トリス(ジメチルアミノプロピル)−s−ヘキサヒドロトリアジン、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、ならびに金属塩、例えば鉄、鉛、ビスマス、亜鉛および/またはスズのその金属の通常の酸化状態における無機化合物および/または有機化合物、例えば塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、ビスマス(III)、2−エチルヘキサン酸ビスマス(III)、オクタン酸ビスマス(III)、ネオデカン酸ビスマス(III)、塩化亜鉛、2−エチルカプロン酸亜鉛、オクタン酸スズ(II)、エチルカプロン酸スズ(II)、パルミチン酸スズ(II)、ジラウリン酸ジブチルスズ(IV)(DBTL)、二塩化ジブチルスズ(IV)またはオクタン酸鉛が含まれる。
使用されるべき有利な触媒は、上述の種類の第三級アミン類、アミジン類およびスズ化合物である。
特に好ましい触媒は、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン(DBN)、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)およびジラウリン酸ジブチルスズ(IV)(DBTL)である。
例として挙げた触媒は、本発明によるシラン基含有のポリイソシアネートの調製において個別にまたは任意の互いの所望の混合物の形で使用することができ、そして触媒は、使用されるのであれば、使用される出発化合物の全量に対して、使用される触媒の全量として計算して、0.001重量%〜1.0重量%の、好ましくは0.01重量%〜0.5重量%の量で使用される。
本発明によれば、前記調製は、溶剤不含の様式で実施することができる。しかしながら、所望であれば、出発成分の反応性基に対して不活性な適切な溶剤を使用することもできる。適切な溶剤の例は、自体公知の慣用のペイント用溶剤、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテートもしくはエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、1−メトキシ−2−プロピルアセテート(MPA)、3−メトキシ−n−ブチルアセテート、アセトン、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、シクロヘキサノン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ホワイトスピリット、比較的高度に置換された芳香族化合物、例えばソルベントナフサ、Solvesso(登録商標)、Isopar(登録商標)、Nappar(登録商標)(Deutsche EXXON CHEMICAL GmbH、ドイツ、ケルン)およびShellsol(登録商標)(Deutsche Shell Chemie GmbH、ドイツ、エシュボルン)の名称で市販されている種類の芳香族化合物であるが、またプロピレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテートおよびジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、N−メチルピロリドンならびにN−メチルカプロラクタムのような溶剤、またはそのような溶剤の任意の所望の混合物である。
反応の推移は、例えば滴定的手段によってNCO含量を測定することによって監視することができる。
使用される出発化合物A)およびB)の種類および量にかかわらず、得られる生成物は、一般的に120APHA未満の、好ましくは80APHA未満の、より好ましくは60APHA未満の色数および1.3重量%〜24.9重量%の、好ましくは4.0重量%〜23.5重量%の、より好ましくは5.0重量%〜21.0重量%のNCO含量および1.0〜4.9の、好ましくは1.8〜4.8の、より好ましくは2.0〜4.0の平均NCO官能価を有する、透明で事実上無色のシラン基含有のポリイソシアネートである。
本発明によるシラン基含有のポリイソシアネートは、ポリウレタンプラスチックおよび/またはポリ尿素プラスチックのイソシアネート重付加法による製造のために有用な出発材料である。
同時に、それらのシラン基含有のポリイソシアネートは、溶剤を用いずに使用することができるが、必要に応じて、通常の溶剤、例えば本発明の方法で一緒に使用してもよい上述の不活性ペイント用溶剤を使用して、濁りのない希釈形へと変えることもできる。
挙げられた好ましい実施形態およびパラメータは、変性されたポリイソシアネートの調製のための本発明の方法にも同様に当てはまる。
本発明は、同様に、本発明の変性されたポリイソシアネートの、ポリウレタンプラスチックの製造における出発成分としての使用を提供する。
本発明は、更に、本発明の変性されたポリイソシアネートならびにウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、イミノオキサジアジンジオン構造、ウレタン構造、アロファネート構造、ビウレット構造および/またはオキサジアジントリオン構造を有し、かつ脂肪族部、脂環式部、芳香脂肪族部および/または芳香族部に結合されたイソシアネート基を有するポリイソシアネートを含むポリイソシアネート混合物の、ポリウレタンプラスチックの製造における出発成分としての使用を提供する。
本発明によるシラン基含有のポリイソシアネートは、ポリイソシアネートのための共反応物として存在するポリヒドロキシル化合物が、通常のポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールおよび/またはポリアクリレートポリオールである2成分形ポリウレタンコーティング材料のための架橋剤成分としてまたは架橋剤成分の構成成分として極めて適している。本発明のプロセス生成物のための特に好ましい共反応物は、ヒドロキシル基含有のポリアクリレート、すなわち(メタ)アクリル酸アルキルエステルのポリマーおよび/または場合によりスチレンまたはその他の共重合可能なオレフィン性不飽和モノマーとのコポリマーである。
一般に、本発明によるシラン基含有のポリイソシアネートを用いて調合されたコーティング組成物であって、その組成物中にコーティング分野において慣用の助剤および添加剤、例えば流動調節助剤、着色顔料、フィラーまたは艶消し剤が導入されていてよいコーティング組成物は、常温乾燥の場合でさえも良好な工業的コーティング特性を有する。その一方で、もちろん、コーティング組成物は、高められた温度での強制的条件下でも、または260℃以下の温度での焼き付けによっても乾燥させることができる。
硬化速度の制御のために、コーティング組成物の調合に際して、適切な触媒、例えばイソシアネート化学において慣用の触媒、例えば第三級アミン類、例えばトリエチルアミン、ピリジン、メチルピリジン、ベンジルジメチルアミン、N,N−エンドエチレンピペラジン、N−メチルピペリジン、ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N−ジメチルアミノシクロヘキサン、N,N’−ジメチルピペラジンまたは金属塩、例えば塩化鉄(III)、塩化亜鉛、2−エチルカプロン酸亜鉛、オクタン酸スズ(II)、エチルカプロン酸スズ(II)、ジラウリン酸ジブチルスズ(IV)、2−エチルヘキサン酸ビスマス(III)、オクタン酸ビスマス(III)またはグリコール酸モリブデンを含めることが可能である。更に、アルコキシシラン基の加水分解および縮合またはアルコキシシラン基とバインダーとして使用されるポリオール成分のヒドロキシル基との反応を促進する触媒を使用することも可能である。この種の触媒は、上記のイソシアネート触媒以外に、例えばまた酸、例えばp−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、酢酸、トリフルオロ酢酸およびリン酸ジブチル、塩基、例えば窒素で置換されたアミジン類、例えば1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン(DBN)および1,5−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(DBU)であるが、また金属塩または有機金属化合物、例えばチタン酸テトライソプロピル、チタン酸テトラブチル、チタン(IV)アセチルアセトネート、アルミニウムアセチルアセトネート、アルミニウムトリフレートまたはスズトリフレートである。
もちろん、本発明によるシラン基含有のポリイソシアネートは、それらがポリウレタン化学で自体公知の封鎖剤で封鎖されている形で、上述のペイント用バインダーまたはペイント用バインダー成分と組み合わせて1成分形ポリウレタン焼付系として使用することもできる。適切な封鎖剤の例は、マロン酸ジエチル、アセト酢酸エチル、活性化環状ケトン、例えばシクロペンタノン−2−カルボキシメチルエステルおよびシクロペンタノン−2−カルボキシエチルエステル、例えばアセトンオキシム、ブタノンオキシム、ε−カプロラクタム、3,5−ジメチルピラゾール、1,2,4−トリアゾール、ジメチル−1,2,4−トリアゾール、イミダゾール、ベンジル−t−ブチルアミンまたはこれらの封鎖剤の任意の所望の混合物である。
本発明のプロセス生成物は、ポリアミン類、例えば欧州特許第0403921号明細書から公知のポリアスパラギン酸誘導体と組み合わせることもでき、またはアミノ基が封鎖された形であるポリアミン類、例えばポリケチミン類、ポリアルジミン類もしくはオキサゾラン類と組み合わせることもできる。これらの封鎖されたアミノ基に対する水分の作用により、アミノ基は遊離のアミノ基に変化し、オキサゾラン類の場合には同様に遊離のヒドロキシル基に変化し、それらの基は、シラン基含有のチオアロファネート型ポリイソシアネートのイソシアネート基との架橋を伴う反応によって消費される。
また、本発明によるシラン基含有のポリイソシアネートは、水溶液または水性分散液中に存在する、イソシアネート基に対して反応性の基、より具体的にはアルコール性ヒドロキシル基を有するバインダーまたはバインダー成分のための架橋剤成分として、水性2成分形ポリウレタン系の製造において適している。この場合に、前記ポリイソシアネートは、それらの低い粘度に基づき、そのままで、すなわち疎水性形で使用することも、あるいはまた公知法によって、例えば欧州特許第0540985号明細書、欧州特許第0959087号明細書または欧州特許第1287052号明細書に従って親水性変性がなされた形で使用することもできる。
本発明によるシラン基含有のポリイソシアネートを用いて調合されたコーティング系は、任意の所望の更なる加水分解可能なシラン化合物、例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、(3−グリシジルオキシプロピル)メチルジエトキシシラン、(3−グリシジルオキシプロピル)トリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシランもしくはフェニルトリエトキシシランまたはそのようなシラン化合物の混合物を、共反応物として混合されていてもよい。
本発明によるポリイソシアネートについて先に記載した全ての使用において、ポリイソシアネートは、イソシアネート成分として、単独で使用することもでき、そして任意の所望の脂肪族部、脂環式部、芳香脂肪族部および/または芳香族部に結合されたイソシアネート基を有する更なるポリイソシアネートとの、より具体的には、Laas et al.,J.Prakt.Chem.336,1994,185−200、独国特許出願公開第1670666号明細書、独国特許出願公開第3700209号明細書、独国特許出願公開第3900053号明細書、欧州特許出願公開第0330966号明細書、欧州特許出願公開第0336205号明細書、欧州特許出願公開第0339396号明細書および欧州特許出願公開第0798299号明細書に例として記載されるウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、イミノオキサジアジンジオン構造、ウレタン構造、アロファネート構造、ビウレット構造および/またはオキサジアジントリオン構造を有する公知のペイント用ポリイソシアネートとの配合物でも使用することができる。
従ってまた、本発明は、本発明によるシラン基含有のPDIポリイソシアネートの、脂肪族部、脂環式部、芳香脂肪族部および/または芳香族部に結合された、ウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、イミノオキサジアジンジオン構造、ウレタン構造、アロファネート構造、ビウレット構造および/またはオキサジアジントリオン構造を有するイソシアネート基を有するポリイソシアネートとの配合のための使用を提供し、またそれにより得られるシラン基含有のポリイソシアネート混合物自体も提供する。
本発明によるシラン基含有のポリイソシアネートを、ポリオール類および/またはポリアミン類のための架橋剤成分または架橋剤成分の構成成分として含む2成分形ポリウレタンおよび/またはポリ尿素ペイントおよびコーティングにおいて、共反応物は、通常、封鎖されていてよいイソシアネート基1個当たりに、0.5個〜3個の、好ましくは0.6個〜2.0個の、より好ましくは0.8個〜1.6個の封鎖されていてよいイソシアネートに対して反応性の基が存在する量で存在する。
しかしながらまた、本発明のポリイソシアネート混合物には、非常に特別な特性を実現するために、例えば接着向上用添加剤として非官能性のペイント用バインダーを少量で混加してもよい。
本発明によるシラン基含有のポリイソシアネートを使用して調合されたコーティングのために検討される基材には、任意の所望の基材、例えば金属、木材、ガラス、石材、セラミック材料、コンクリート、硬質および軟質のプラスチック、テキスタイル、皮革および紙材が含まれ、その基材には、被覆前に通常のプライマーが設けられていてもよい。
従って、本発明は、更に、本発明の変性されたポリイソシアネートを含むコーティング組成物、そしてまたこれらのコーティング組成物で被覆された基材を提供する。
本発明は、同様に、本発明の変性されたポリイソシアネートならびにウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、イミノオキサジアジンジオン構造、ウレタン構造、アロファネート構造、ビウレット構造および/またはオキサジアジントリオン構造を有し、かつ脂肪族部、脂環式部、芳香脂肪族部および/または芳香族部に結合されたイソシアネート基を有するポリイソシアネートを含むポリイソシアネート混合物を含むコーティング組成物、そしてこれらのコーティング組成物で被覆された基材を提供する。
本発明によるシラン基含有のPDIポリイソシアネートにより、類似した構造を有するHDIを基礎とする先行技術のポリイソシアネートと比較して、機械的応力後により高い残留光沢を有する、すなわちより低い引掻傾向を有するコーティングが得られる。
更にまた、本発明によるシラン基含有のPDIポリイソシアネート混合物を用いて作成されたペイント被膜は、同じNCO官能価および同じシラン基の割合である場合に、幾らかの場合において、シラン変性されたHDIポリイソシアネートに対して溶剤安定性および化学的安定性の点で明らかな改善も示す。
[実施例]
全てのパーセンテージ表記は、特段の記載がない限り重量に対するものである。
NCO含量は、滴定法によってDIN EN ISO 11909に従って測定した。
残留モノマー含量は、DIN EN ISO 10283に従って内部標準を用いたガスクロマトグラフィーによって測定した。
全ての粘度測定は、Anton Paar Germany GmbH(ドイツ)社製のPhysica MCR 51レオメータを用いてDIN EN ISO 3219に従って行った。
出発ポリイソシアネート中に存在するウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、アロファネート構造、イミノオキサジアジンジオン構造および/またはビウレット構造の含量(mol%)は、プロトンデカップリング13C NMRスペクトル(Bruker DPX−400機器で記録される)の積分から計算され、存在するウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、アロファネート構造、イミノオキサジアジンジオン構造および/またはビウレット構造の総合計をそれぞれ基礎とするものである。PDIポリイソシアネートおよびHDIポリイソシアネートの場合に、個々の構造要素は、以下の化学シフト(ppm):ウレトジオン:157.1;イソシアヌレート:148.4;アロファネート:155.7および153.8、ビウレット:155.5;イミノオキサジアジンジオン:147.8、144.3および135.3を有する。ハーゼン色数は、分光測光法によってDIN EN 1557に従ってLange(ドイツ)社製のLICO 400分光測光器を用いて測定した。
ポリイソシアネートA)
ポリイソシアネートA1)
1000g(6.49mol)のペンタメチレン1,5−ジイソシアネート(PDI)を、撹拌機、還流冷却器、N用導管および内部温度計を備えた四ツ口フラスコ中に初充填し、それを約50mbarの真空をかけることによって室温で3回脱ガスし、窒素を導入した。引き続き、その混合物を60℃に加熱し、触媒溶液(メタノールおよび2−エチル−1−ヘキサノールの1:1混合物中の1.5%のN,N,N−トリメチル−N−ベンジルアンモニウムヒドロキシド溶液)を、反応混合物の温度の増大が、三量体化反応が発熱的に生ずるにもかかわらず、最高80℃であるような速度で計量供給した。47.8重量%のNCO含量が得られたら、リン酸ジブチル(使用されるトリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシドに対する等モル量)を使用して反応を停止させ、そして未転化のモノマー型PDIを140℃の温度および0.5mbarの圧力で薄膜蒸発器で除去した。以下の特性値を有する事実上無色のポリイソシアヌレート型ポリイソシアネートが得られた:
NCO含量: 24.2%
NCO官能価(計算値): 約3.3
粘度(23℃): 2200mPas
モノマー型PDI: 0.06%
色数(APHA): 30ハーゼン
オリゴマー構造型の分布:
イソシアヌレート: 78mol%
イミノオキサジアジンジオン 3mol%
ウレトジオン 3mol%
アロファネート: 16mol%
出発ポリイソシアネートA2)
出発ポリイソシアネートA1)について記載した方法によって、そこに記載される触媒溶液を使用して、1000g(6.49mol)のPDIを、36.7%のNCO含量にまで転化させた。触媒を失活させ、次いで未転化のモノマー型PDIを蒸留により薄膜蒸発器を用いて140℃および0.5mbarで除去した後に、以下の特性値を有する事実上無色のポリイソシアヌレート型ポリイソシアネートが得られた:
NCO含量: 21.7%
NCO官能価(計算値): 約3.5
粘度(23℃): 9850mPas
モノマー型PDI: 0.05%
色数(APHA): 34ハーゼン
オリゴマー構造型の分布:
イソシアヌレート: 84mol%
イミノオキサジアジンジオン 3mol%
ウレトジオン 3mol%
アロファネート: 10mol%
出発ポリイソシアネートA3)
欧州特許出願公開第0150769号明細書の方法を基礎として、1016g(6.6mol)のPDIを、1.0molの水と0.05molの無水ピバル酸の存在下で125℃の温度において反応させた。42.7%のNCO含量が得られたら、未転化のPDIを、無水ピバル酸と一緒に、薄膜蒸留によって130℃の温度および0.2mbarの圧力で除去した。以下の特性値を有する事実上無色のビウレット型ポリイソシアネートが得られた:
NCO含量: 24.2%
NCO官能価: 約3.2
粘度(23℃): 8000mPas
モノマー型PDI: 0.2%
色数(APHA): 26ハーゼン
オリゴマー構造型の分布:
ビウレット: 89.3mol%
ウレトジオン 10.7mol%
[実施例1]
(本発明によるシラン変性されたPDIポリイソシアネート)
620g(3.2当量)の出発ポリイソシアネートA2)を385gの酢酸ブチル中に溶かして30℃で乾燥窒素下で初充填したものに、282g(1.2当量)のN−(n−ブチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランを、撹拌しながら90分間にわたって、その反応混合物の温度が50℃を超過しないように添加した。添加が完了した後に、その混合物を更に30分間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 4.4%
NCO官能価: 2.2
固体含量: 70%
粘度(23℃): 99mPas
色数(APHA): 24ハーゼン
[実施例2]
(比較のためのシラン変性されたHDIポリイソシアネート)
620g(3.2当量)の、NCO含量21.7%、平均NCO官能価3.5(GPCによる)、モノマー型HDI含量0.1%および粘度3000mPas(23℃)を有するHDIベースのイソシアヌレート基含有のポリイソシアネート(オリゴマー構造型の分布:イソシアヌレート:88mol%、イミノオキサジアジンジオン:5mol%、ウレトジオン:3mol%、アロファネート:4mol%)を385gの酢酸ブチル中に溶かして30℃で窒素下で初充填したものに、282g(1.2当量)のN−(n−ブチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランを、撹拌しながら90分間にわたって、その反応混合物の温度が50℃を超過しないように添加した。添加が完了した後に、その混合物を更に30分間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 4.4%
NCO官能価: 2.2
固体含量: 70%
粘度(23℃): 85mPas
色数: 26APHA
[実施例3]
(本発明によるシラン変性されたPDIポリイソシアネート)
620g(3.2当量)の出発ポリイソシアネートA2)を800gの酢酸ブチル中に溶かして30℃で乾燥窒素下で初充填したものに、235g(1.0当量)のN−(n−ブチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランおよび341g(1.0当量)のビス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンの混合物を、撹拌しながら90分間にわたって、その反応混合物の温度が50℃を超過しないように添加した。添加が完了した後に、その混合物を更に30分間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 2.5%
NCO官能価: 1.3
固体含量: 60%
粘度(23℃): 80mPas
色数: 22APHA
[実施例4]
(本発明によるシラン変性されたPDIポリイソシアネート)
620g(3.2当量)の出発ポリイソシアネートA2)を225gの酢酸ブチル中に溶かして30℃で乾燥窒素下で初充填したものに、275g(0.8当量)のビス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンを、撹拌しながら90分間にわたって、その反応混合物の温度が50℃を超過しないように添加した。添加が完了した後に、その混合物を更に30分間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 9.0%
NCO官能価: 2.6
固体含量: 80%
粘度(23℃): 860mPas
色数: 27APHA
[実施例5]
(本発明によるシラン変性されたPDIポリイソシアネート)
700g(4.0当量)の出発ポリイソシアネートA1)を280gの酢酸ブチル中に溶かして30℃で乾燥窒素下で初充填したものに、421g(1.2当量)の欧州特許出願公開第0596360号明細書の実施例5に従って調製されたアミノプロピルトリメトキシシランのマレイン酸ジエチルへの付加物を、撹拌しながら90分間にわたって、その反応混合物の温度が50℃を超過しないように添加した。添加が完了した後に、その混合物を更に30分間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 8.4%
NCO官能価: 2.3
固体含量: 80%
粘度(23℃): 1080mPas
色数: 32APHA
[実施例6]
(比較のためのシラン変性されたHDIポリイソシアネート)
700g(3.8当量)の、NCO含量23.0%、平均NCO官能価3.3(GPCによる)、モノマー型HDI含量0.1%および粘度1200mPas(23℃)を有するHDIベースのイソシアヌレート基含有のポリイソシアネート(オリゴマー構造型の分布:イソシアヌレート:89mol%、イミノオキサジアジンジオン:3mol%、ウレトジオン:3mol%、アロファネート:5mol%)を280gの酢酸ブチル中に溶かして30℃で窒素下で初充填したものに、421g(1.2当量)の欧州特許出願公開第0596360号明細書の実施例5に従って調製されたアミノプロピルトリメトキシシランのマレイン酸ジエチルへの付加物を、撹拌しながら90分間にわたって、その反応混合物の温度が50℃を超過しないように添加した。添加が完了した後に、その混合物を更に30分間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 7.8%
NCO官能価: 2.3
固体含量: 80%
粘度(23℃): 570mPas
色数: 44APHA
[実施例7]
(本発明によるシラン変性されたPDIポリイソシアネート)
620g(3.2当量)の出発ポリイソシアネートA2)を390gの酢酸ブチル中に溶かして60℃で乾燥窒素下で初充填したものに、294g(1.5当量)のメルカプトプロピルトリメトキシシランを添加し、0.02g(20ppm)の1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)を添加した後に、その混合物を、完全な転化に相当する5.5%のNCO含量が得られるまで1時間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 5.5%
NCO官能価: 1.9
固体含量: 70%
粘度(23℃): 53mPas
色数: 20APHA
[実施例8]
(比較のためのシラン変性されたHDIポリイソシアネート)
620g(3.2当量)の、比較のためのポリイソシアネートA2)の調製において記載されるHDIベースのイソシアヌレート基含有のポリイソシアネートを390gの酢酸ブチル中に溶かして60℃で乾燥窒素下で初充填したものに、294g(1.5当量)のメルカプトプロピルトリメトキシシランを添加し、0.02g(20ppm)のDABCOを添加した後に、その混合物を、完全な転化に相当する5.5%のNCO含量が得られるまで1時間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 5.5%
NCO官能価: 1.9
固体含量: 70%
粘度(23℃): 56mPas
色数: 26APHA
[実施例9]
(本発明によるシラン変性されたPDIポリイソシアネート)
620g(3.2当量)の出発ポリイソシアネートA2)を560gの酢酸ブチル中に溶かして60℃で乾燥窒素下で初充填したものに、160g(0.8当量)のメルカプトプロピルトリメトキシシランおよび270g(0.8当量)のビス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンの混合物を添加し、その混合物を、完全な転化に相当する4.2%のNCO含量が得られるまで1時間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 4.2%
NCO官能価: 1.8
固体含量: 65%
粘度(23℃): 63mPas
色数: 24APHA
[実施例10]
(比較のためのシラン変性されたHDIポリイソシアネート)
620g(3.2当量)の、比較のためのポリイソシアネートA2)の調製において記載されるHDIベースのイソシアヌレート基含有のポリイソシアネートを560gの酢酸ブチル中に溶かして60℃で乾燥窒素下で初充填したものに、160g(0.8当量)のメルカプトプロピルトリメトキシシランおよび270g(0.8当量)のビス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンの混合物を添加し、その混合物を、完全な転化に相当する4.2%のNCO含量が得られるまで1時間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 4.2%
NCO官能価: 1.8
固体含量: 65%
粘度(23℃): 55mPas
色数: 28APHA
[実施例11]
(本発明によるシラン変性されたPDIポリイソシアネート)
700g(4.0当量)の出発ポリイソシアネートA1)を90gの酢酸ブチル中に溶かして60℃で乾燥窒素下で初充填したものに、100g(0.5当量)のメルカプトプロピルトリメトキシシランを添加し、0.02g(20ppm)の1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)を添加した後に、その混合物を、完全な転化に相当する5.5%のNCO含量が得られるまで1時間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 16.5%
NCO官能価: 2.9
固体含量: 90%
粘度(23℃): 2050mPas
色数: 28APHA
[実施例12]
(本発明によるシラン変性されたPDIポリイソシアネート)
700g(4.0当量)の出発ポリイソシアネートA1)を60℃で乾燥窒素下で初充填したものに、40g(0.2当量)のメルカプトプロピルトリメトキシシランを添加し、0.02g(30ppm)の1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)を添加した後に、その混合物を、完全な転化に相当する5.5%のNCO含量が得られるまで1時間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 21.6%
NCO官能価: 3.1
固体含量: 100%
粘度(23℃): 2680mPas
色数: 34APHA
[実施例13]
(本発明によるシラン変性されたPDIポリイソシアネート)
520g(3.2当量)の出発ポリイソシアネートA3)を196gの酢酸ブチル中に溶かして60℃で乾燥窒素下で初充填したものに、265g(1.35当量)のメルカプトプロピルトリメトキシシランを添加し、0.02g(20ppm)の1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)を添加した後に、その混合物を、完全な転化に相当する7.1%のNCO含量が得られるまで1時間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 7.1%
NCO官能価: 1.8
固体含量: 80%
粘度(23℃): 610mPas
色数: 22APHA
[実施例14]
(比較のためのシラン変性されたHDIポリイソシアネート)
650g(3.4当量)の、NCO含量21.9%、平均NCO官能価3.6(GPCによる)、モノマー型HDI含量0.1%および粘度9700mPas(23℃)を有する、HDIベースのビウレット基含有のポリイソシアネート(オリゴマー構造型の分布:ビウレット:88.7mol%、ウレトジオン:11.3mol%)を236gの酢酸ブチル中に溶かして60℃で乾燥窒素下で初充填したものに、294g(1.5当量)のメルカプトプロピルトリメトキシシランを添加し、0.02g(20ppm)のDABCOを添加した後に、その混合物を、完全な転化に相当する6.7%のNCO含量が得られるまで1時間にわたって撹拌した。室温に冷却した後に、以下の特性値を有する無色透明なポリイソシアネート混合物が存在した:
NCO含量: 6.7%
NCO官能価: 2.0
固体含量: 80%
粘度(23℃): 920mPas
色数: 28APHA
[実施例15](使用)
供給品形に関して3.0mgKOH/gのOH価を有する酢酸ブチル/キシレン(3:1)の65%溶液における市販のポリアクリレートポリオール100重量部(Setalux(登録商標)A 665 BA/X、Nuplex GmbH、ドイツ、ビターフェルト)を、市販のレベリング剤(Byk(登録商標)331、BYK−Chemie GmbH、ドイツ、ヴェーゼル)のMPA中の10%溶液6.5重量部、触媒としてのテトラ−n−ブチルアンモニウムベンゾエートのMPA中の10%溶液22.2重量部、および溶剤としての酢酸ブチル32.7重量部と混合した。この混合物に、169.0重量部の実施例1からの本発明によるポリイソシアネート(イソシアネート基対アルコール性ヒドロキシル基の当量比1:1に相当する)を添加し、その混合物を1000rpmで5分間にわたって撹拌することによって均質化した。
相応して、同じ方法によって、それぞれ100重量部のSetalux(登録商標)A 665 BA/Xおよび実施例2および実施例7〜実施例12による本発明によるポリイソシアネートまたは比較のためのポリイソシアネート(それぞれの場合に、イソシアネート基対アルコール性ヒドロキシル基の当量比1:1に相当する)を使用してクリアコートを製造した。
こうして得られた約2時間の同等のポットライフを有するクリアコート配合物を、それぞれエアレス吹き付けシステムを用いて約60μmの湿式被膜厚でガラス板と、黒色ベースコートで予備被覆された金属板に適用した。短いフラッシュオフ時間後に、被膜を乾燥棚において140℃で30分間にわたって乾燥させ、次いで60℃で16時間にわたって貯蔵した。
以下の表は、得られたコーティングのペイント関連特性を示している。
Figure 2018513238
Figure 2018513238

Claims (17)

  1. 1,5−ジイソシアナトペンタンを基礎とする少なくとも1種のポリイソシアネートA)と、イソシアネート基に対して反応性の少なくとも1種のシラン化合物B)とを反応させることによって得ることができる変性されたポリイソシアネート。
  2. 前記ポリイソシアネートA)が、少なくとも2つの1,5−ジイソシアナトペンタン分子からなり、かつウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、アロファネート構造、ビウレット構造、イミノオキサジアジンジオン構造および/またはオキサジアジントリオン構造を有するオリゴマー型ポリイソシアネートまたはそのようなポリイソシアネートの任意の所望の混合物であることを特徴とする、請求項1に記載の変性されたポリイソシアネート。
  3. 前記ポリイソシアネートA)が、少なくとも2つの1,5−ジイソシアナトペンタン分子からなり、かつ
    a)2.0〜5.0の平均イソシアネート官能価と、
    b)11.0重量%〜26.0重量%のイソシアネート基含量と、
    を有するオリゴマー型ポリイソシアネートであることを特徴とする、請求項1または2に記載の変性されたポリイソシアネート。
  4. イソシアネート基に対して反応性の前記シラン化合物B)が、一般式(I)
    Figure 2018513238
    [式中、
    、RおよびRは、同一または異なる基であり、かつそれぞれ飽和もしくは不飽和の、直鎖状もしくは分枝鎖状の、脂肪族もしくは脂環式の、または置換されていてよい芳香族もしくは芳香脂肪族の基であって、18個以下の炭素原子を有し、かつ酸素、硫黄および窒素の群からの3個以下のヘテロ原子を含んでいてよい基であり、
    Xは、直鎖状または分枝鎖状の有機基であって、少なくとも2個の炭素原子を有し、かつ2個以下のイミノ基(−NH−)を含んでいてよい基であり、かつ
    は、水素、18個以下の炭素原子を有する、飽和もしくは不飽和の、直鎖状もしくは分枝鎖状の、脂肪族もしくは脂環式の、または置換されていてよい芳香族もしくは芳香脂肪族の基、あるいは式
    Figure 2018513238
    の基であり、その式中、R、R、RおよびXは、前記の定義を有する]のアミノシランであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の変性されたポリイソシアネート。
  5. イソシアネート基に対して反応性の前記シラン化合物B)が、N−メチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−メチル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(n−ブチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(n−ブチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンおよび/またはビス(3−トリエトキシシリルプロピル)アミンであることを特徴とする、請求項4に記載の変性されたポリイソシアネート。
  6. イソシアネート基に対して反応性の前記シラン化合物B)が、一般式(II)
    Figure 2018513238
    [式中、
    R1、R2およびR3は、請求項4に示される定義を有し、
    Xは、少なくとも2個の炭素原子を有する直鎖状または分枝鎖状の有機基であり、かつ
    およびRは、独立して、1個〜18個の炭素原子を有し、置換もしくは非置換であり、かつ/または鎖中にヘテロ原子を有する、飽和もしくは不飽和の、直鎖状もしくは分枝鎖状の、脂肪族もしくは脂環式の、または芳香族の有機基である]のアミノシランであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の変性されたポリイソシアネート。
  7. イソシアネート基に対して反応性の前記シラン化合物B)が、3−アミノプロピルトリメトキシシランおよび/または3−アミノプロピルトリエトキシシランとマレイン酸ジエチルとの反応生成物であることを特徴とする、請求項6に記載の変性されたポリイソシアネート。
  8. イソシアネート基に対して反応性の前記シラン化合物B)が、一般式(IV)
    Figure 2018513238
    [式中、
    、RおよびRは、請求項4に示される定義を有し、
    Xは、少なくとも2個の炭素原子を有する直鎖状または分枝鎖状の有機基であり、かつ
    は、1個〜8個の炭素原子を有する、飽和の、直鎖状または分枝鎖状の、脂肪族または脂環式の有機基である]のアミノシランであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の変性されたポリイソシアネート。
  9. イソシアネート基に対して反応性の前記シラン化合物B)が、3−アミノプロピルトリメトキシシランおよび/または3−アミノプロピルトリエトキシシランとギ酸メチルおよび/またはギ酸エチルとの反応生成物であることを特徴とする、請求項8に記載の変性されたポリイソシアネート。
  10. イソシアネート基に対して反応性の前記シラン化合物B)が、一般式(VI)
    Figure 2018513238
    [式中、
    、RおよびRは、請求項4に示される定義を有し、かつ
    Yは、少なくとも2個の炭素原子を有する直鎖状または分枝鎖状の有機基である]のメルカプトシランであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の変性されたポリイソシアネート。
  11. イソシアネート基に対して反応性の前記シラン化合物B)が、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランおよび/または3−メルカプトプロピルトリエトキシシランであることを特徴とする、請求項10に記載の変性されたポリイソシアネート。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の変性されたポリイソシアネートの調製方法であって、
    A)1,5−ジイソシアナトペンタンを基礎とする少なくとも1種のポリイソシアネートと、
    B)イソシアネート基に対して反応性の少なくとも1種のシラン化合物とを反応させること
    を特徴とする、調製方法。
  13. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の変性されたポリイソシアネートの、ポリウレタンプラスチックの製造における出発成分としての使用。
  14. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の変性されたポリイソシアネートならびにウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、イミノオキサジアジンジオン構造、ウレタン構造、アロファネート構造、ビウレット構造および/またはオキサジアジントリオン構造を有し、かつ脂肪族部、脂環式部、芳香脂肪族部および/または芳香族部に結合されたイソシアネート基を有するポリイソシアネートを含むポリイソシアネート混合物の、ポリウレタンプラスチックの製造における出発成分としての使用。
  15. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の変性されたポリイソシアネートを含むコーティング組成物。
  16. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の変性されたポリイソシアネートならびにウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、イミノオキサジアジンジオン構造、ウレタン構造、アロファネート構造、ビウレット構造および/またはオキサジアジントリオン構造を有し、かつ脂肪族部、脂環式部、芳香脂肪族部および/または芳香族部に結合されたイソシアネート基を有するポリイソシアネートを含むポリイソシアネート混合物を含むコーティング組成物。
  17. 請求項15または16に記載のコーティング組成物で被覆された基材。
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