JP2019527752A - 水性再仕上げ組成物を生成するためのミキサー系、その生成方法、およびミキサー系から生成される水性再仕上げ組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、少なくとも相互に異なる構成成分(1)、(2)および(3)、すなわち、ベースワニスとして構成成分(1)、着色ワニスとして構成成分(2)およびレオロジーモジュールとして構成成分(3)を含み、構成成分(1)〜(3)のうちの少なくとも1個が、多段階乳化重合により製造された少なくとも1種のポリマーを含む水性分散単を少なくとも1種含み、構成成分(1)〜(3)のうちの少なくとも1個が、5個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールおよび/または6個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールを含む、再仕上げ組成物を生成するための、より詳細には自動車仕上げ部門のためのミキサー系に関する。本発明は、更に、構成成分(1)〜(3)を混合して生成される水性再仕上げ組成物、また、水性再仕上げ組成物を生成する方法に関する。本発明は、自動車再仕上げのための水性再仕上げ組成物を生成するミキサー系の使用に更に関する。

Description

本発明は、少なくとも相互に異なる構成成分(1)、(2)および(3)、すなわち、ベースワニスとして構成成分(1)、着色ベースとして構成成分(2)、およびレオロジーモジュールとして構成成分(3)を含み、構成成分(1)〜(3)のうちの少なくとも1個が、多段階乳化重合により製造された少なくとも1種のポリマーを含む水性分散体を少なくとも1種含み、構成成分(1)〜(3)のうちの少なくとも1個が、5個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールおよび/または6個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールを含む、再仕上げ組成物を生成するための、より詳細には自動車仕上げ部門のためのミキサー系に関する。本発明は、更に、構成成分(1)〜(3)を混合して生成される水性再仕上げ組成物、また、水性再仕上げ組成物を生成する方法に関する。本発明は、自動車再仕上げのための水性再仕上げ組成物を生成するミキサー系の使用に更に関する。
車体の部品の、可能であればマルチコート塗装系における、とりわけ自動車再仕上げにおける損傷部位を修復する慣用的な方法には、損傷部位の注意深い洗浄および研磨、可能であれば充填、ならびに/または表面仕上げの工程を含む。この後に、可能であれば更なる前処理の後に、損傷部位は、適切なベースコート材料などの、適切なコーティング材料により処理され、例えば、コーティング中におけるコーティング材料は、通常は境界領域を覆い、境界領域と一体化する。このように生成されたコーティングが、フラッシュオフ(flash off)により初期乾燥された後、コーティング区域および境界区域は、慣用的にはクリアコートにより重ね塗りされ、次に、予め塗布された塗装と一緒になって乾燥される。
一方、OEMの生産ライン仕上げ部門は非常に大量の水性コーティング材料を用いるが、いくつかの場合では依然として従来通りの、すなわち溶媒型のコーティング材料が自動車再仕上げ部門に使用されている。しかし環境的な理由から、有機溶媒に基づいたそのようなコーティング材料を水性コーティング材料に代える試みがなされている。しかし、これらの水性コーティング材料では、対応する溶媒型コーティング材料と比較して、多くの場合に、得られるコーティングの品質に関わる問題が生じる。基材への水性ベースコート材料の塗布の際に、例えば、濡れ性の欠陥が生じ得る。他の欠点は、基材上のコーティング材料に十分な隠蔽力が欠如していることである。更に、曇りの増加が観察され、効果顔料の不十分な配向によって、効果コーティング材料によるフロップ(flop)効果が不十分である。特に経済的観点から、溶媒型コーティング材料に対するこの一般的な欠点を補うため、水性コーティング材料の比較的長時間のフラッシュオフおよび乾燥時間を低減する試みがなされたときに、とりわけ、この種の悪影響が生じる。
現在、車両の再仕上げに課されている要求は極めて高い。したがって、視覚的および技術的な観点において、仕上げの結果は、周囲条件が実質的に異なっていても、最初のベーク仕上げに匹敵するべきである。
特に自動車再仕上げ部門において、損傷部位を修復するとき、修復に使用されるコーティング材料は、OEM生産ライン仕上げ操作のコーティングと同じ、または少なくともほぼ同じ色相を有し、それによって、再仕上げの後では、修復が実施されたことを見つけることが全く不可能になることが重要である。
事実、対応するコーティング組成物が、所望の色相で塗料製造業者により直接供給されることは、原則的に可能である。しかし、これの不利な点は、多くの場合にごく少量の塗料が修復に必要であること、なおかつ、議論対象となる完全に配合されたコーティング組成物が、例えば12か月を超える期間などの長時間の貯蔵において、多くの場合に少なくとも安定していないことである。したがって経済的な理由から、この種の手法は不利である。
したがって、コーティング組成物の個別の生成が、特に自動車再仕上げ部門において有利であることが分かった。この目的において、対応するコーティング組成物を生成するため、要件に従って互いに個別に混合される異なる構成成分を含む、対応するミキサー系が提供される。ミキサー系からのこの生成は、全ての色彩が生成され個別に貯蔵される必要がない、したがって、生成、流通および倉庫保管費用を下げることができるという利点を有する。ミキサー系の構成成分が十分な貯蔵安定性(少なくとも12か月)を有することが、この場合には必須である。
自動車再仕上げ部門におけるミキサー系は、原則的に知られている。このようにこれらは、通常、顔料無含有ベースワニス構成成分、多数の異なる顔料着色ベース、ならびにレオロジー制御のための1種以上の有機および/または無機増粘剤を含む。
水性ベースコート組成物を生成するミキサー系は、例えば、国際公開第92/17554A1号および国際公開第01/18129A1号から公知である。これらのミキサー系は、異なる着色ベースから正確に特定された着色を有する組成物の生成を可能にする。
国際公開第92/17554A1号 国際公開第01/18129A1号
したがって、本発明により対処する問題は、自動車再仕上げ用の水性再仕上げ組成物を生成するために使用され得るミキサー系を提供することであった。ミキサー系から生成される水性再仕上げ組成物は、個別の塗装操作の間のフラッシュオフ時間および/または乾燥時間の有意な低減を達成するのに適切であるべきである。更に、水性再仕上げ組成物から生成されるコーティングは、フィルム欠陥を含むべきではない。更に、コーティングは、良好なメタリックフロップを効果仕上げの場合に示し、曇りのない表面を示すべきである。同時に、例えば最初の仕上げへの接着力などのコーティングの他の特性に対して、有害な影響を与えるべきではない。
接着力の問題は、被覆基材が風化に曝露されたときに、とりわけ際立つ。したがって本発明により対処する更なる問題は、風化に曝露された後であっても、依然として顕著な接着特性を有するコーティングのために水性再仕上げ組成物を提供することである。
多くの場合に風化の後に生じる更なる問題、特に膨れおよび膨張がある。そこで、本発明により対処する更なる問題は、追加的に、膨れおよび膨張の発生を防止または低減することであった。
上記の問題は、特許請求の範囲において記載する主題によって解決され、また、下記の発明を実施するための形態に記載するこの主題の好ましい実施形態によっても解決される。
したがって、本発明の最初の主題は、
・顔料無含有ベースワニスとして、少なくとも1種の物理的硬化ポリウレタンまたは自己架橋ポリウレタンまたは外部架橋ポリウレタンを含む、少なくとも1個の構成成分(1)と、
・着色ベースとして、少なくとも1種の物理的硬化ポリウレタンまたは自己架橋ポリウレタンまたは外部架橋ポリウレタン、ならびに少なくとも1種の色付与および/または光学効果付与顔料を含む、少なくとも1個の構成成分(2)と、
・レオロジーモジュールとして、少なくとも1種の無機および/または有機増粘剤を含む、少なくとも1個の構成成分(3)と、
を含む、水性再仕上げ組成物を生成するためのミキサー系であって、
構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個が、少なくとも1種のポリマーSCSを含む水性分散体を含み、構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個が、5個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールおよび/または6個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールを含み、
水性分散体が、オレフィン不飽和性モノマーの3個の相互に異なるモノマー混合物(A)、(B)および(C)の連続ラジカル乳化重合によって製造され、
任意に、モノマー混合物、(A)、(B)および(C)のうちの少なくとも1個が、少なくとも1個のオレフィン不飽和性基を含有する少なくとも1種のポリウレタン(P)を含み、
任意のポリウレタン(P)がモノマー混合物(A)、(B)または(C)のうちの少なくとも1個と混合される前に、
モノマー混合物(A)が、25℃で0.5g/l未満の水溶性を有するモノマーを少なくとも50wt%含み、混合物(A)から製造されるポリマー(a)が、10〜65℃のガラス転移温度を有し、
モノマー混合物(B)が、少なくとも1種のポリ不飽和モノマーを含み、混合物(B)から製造されるポリマー(b)が、−35〜15℃のガラス転移温度を有し、
モノマー混合物(C)から製造されるポリマー(c)が、−50〜15℃のガラス転移温度を有しており、
i.最初にモノマー混合物(A)が重合され、
ii.次に、モノマー混合物(B)が、iで製造されたポリマーの存在下で重合され、
iii.その後にモノマー混合物(C)が、iiで製造されたポリマーの存在下で重合される、
ミキサー系である。
構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個に、上記のように製造される少なくとも1種のポリマーSCSを含み、構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個に、5個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールおよび/または6個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールを含む、新たなミキサー系は、下記において本発明のミキサー系とも呼ばれる。
上記のポリマーSCSは、シード−コア−シェルポリマーと呼ばれるものである。
また、本発明の主題は、本発明のミキサー系の構成成分(1)、(2)および(3)を混合して生成される水性再仕上げ組成物、また、本発明のミキサー系を使用して再仕上げ組成物を生成する方法である。本発明は、とりわけ、自動車再仕上げのための水性再仕上げ組成物を生成する、本発明のミキサー系の使用に関する。
先ず初めに、本発明の文脈に使用されるいくつかの用語を説明する。
用語「含む」は、本発明の意味において、本発明のミキサー系に関連して、1つの好ましい実施形態において「からなる」の定義を有する。用語「含む」は、本発明の意味において、水性分散体に関連して、1つの好ましい実施形態において「からなる」の定義を有する。用語「含む」は、本発明の意味において、水性再仕上げ組成物に関連して、1つの好ましい実施形態において「からなる」の定義を有する。用語「含む」は、本発明の意味において、構成成分(1)、(2)および(3)に関連して、1つの好ましい実施形態において「からなる」の定義を有する。本発明のミキサー系ならびに構成成分(1)、(2)および(3)に関し、この好ましい実施形態では、ミキサー系ならびに/または構成成分(1)、(2)および(3)において、後に下記において明らかにされかつ任意で存在する1種以上の構成成分が存在してもよい。本発明の水性再仕上げ組成物に関しても、同じことが当てはまる。全ての構成成分が、下記に記載されている好ましい実施形態のそれぞれの場合において、ミキサー系において、構成成分(1)、(2)および(3)において、また水性再仕上げ組成物において、存在してもよい。
「水性」は、水性再仕上げ組成物および水性分散体に関して、コーティング組成物または分散体を指し、それぞれ有意な割合の水を含む。この文脈において、本発明の目的において「水性」は、好ましくは、コーティング組成物または分散体が、それぞれの場合に存在する溶媒(すなわち、水および有機溶媒)の総量に対して、少なくとも40wt%、好ましくは少なくとも50wt%、非常に好ましくは少なくとも60wt%の水の割合を有することを意味する。より好ましくは、水の割合は、それぞれの場合に存在する溶媒の総量に対して、40〜99wt%、より特定的には50〜98wt%、非常に好ましくは60〜95wt%である。
用語「(メタ)アクリレート」は、下記において、アクリレートとメタクリレートの両方を示すことが意図される。
規格、例えばDIN規格について、版または発行年が明示的に記載されていない場合、有効な版は、出願日に有効であったものであり、出願日に有効な版が存在しない場合には、規格の最新有効版である。
本発明の目的において特定のパラメーターを決定するために用いられる測定方法は、実施例のセクションにおいて見出すことができる。特定的に示されない限り、これらの測定方法が、議論対象となるパラメーターを決定するために使用される。
用語「バインダー」は、本発明の意味において、DIN EN ISO 4618(ドイツ版、日付:2007年3月)に一致して、好ましくは、顔料および充填剤を除いたフィルム形成に関与する不揮発性物質を指す。不揮発性物質の割合は、DIN EN ISO 3251(日付:2008年6月1日)に準じて決定され得る。より特定的には、用語「バインダー」は、樹脂、より特定的にはポリマー樹脂を指し、これらは議論対象となるコーティング材料に存在し、フィルム形成に関与する。用語「バインダー」は、好ましくは、議論対象となるコーティング材料に任意に存在する架橋剤も包含する。
本発明の文脈において、基材上のコーティング組成物の「硬化」の概念は、基材に塗布されたコーティング組成物のフィルムを、実使用準備完了状態(service−ready state)に変換すること、換言すると、議論対象となるコーティングフィルムを備えた基材を輸送、貯蔵、および意図されるように使用できる状態に変換することを指す。ここで、硬化されたコーティングフィルムは、特に、軟質または粘着性ではなくなり、むしろ、固体コーティングフィルムとして状態調節され、後で以下に記載する硬化条件に更に曝露されても、硬度または基材への接着力などの特性に実質的な変化を何も示さない。
公知であるように、コーティング組成物は、原則的に、バインダーおよび架橋剤などの存在する構成成分に応じて物理的および/または化学的に硬化され得る。化学硬化の場合では、熱化学硬化および化学線化学硬化が考慮される。例えば、コーティング組成物が熱化学硬化可能である場合、これは自己架橋性および/または外部架橋性であり得る。コーティング組成物が自己架橋性および/または外部架橋性であるという表示は、本発明の文脈において、このコーティング組成物が、バインダーとして、および任意に、対応して相互に架橋させることができる架橋剤としてポリマーを含むことを意味する。基礎となるメカニズム、ならびに使用することができるバインダーおよび架橋剤(フィルム形成構成成分)も、以下に記載する。この文脈において、Roempp Chemie Lexikon,Lacke und Druckfarben、Georg Thieme Verlag、1998年、274頁も参照される。
本発明の文脈において、「物理的に硬化可能」(物理的乾燥としても公知である)または用語「物理的硬化」は、ポリマー溶液またはポリマー分散体から溶媒を失うことによって硬化コーティングフィルムを形成すること示し、硬化は、ポリマー鎖の織り込み(interlooping)によって達成される。この種のコーティング組成物は、一般に、1成分コーティング組成物として配合される。
本発明の文脈において、「熱化学的に硬化可能」または用語「熱化学的硬化」は、反応性官能の化学反応により開始されるコーティングフィルムの架橋(硬化コーティングフィルムの形成)を指し、ここで、熱エネルギーによるこの化学反応のエネルギー活性化が可能であるが、必ずしも必要とは限らない。互いに相補的な異なる官能基がここで互いに反応し得(相補的官能基)、および/または硬化塗装の形成は、自己反応性基の反応、換言すると、自分と同じ種類の基と反応する官能基の反応に基づいている。
この架橋は、自己架橋性および/または外部架橋性であり得る。例えば、相補的反応性官能基が、バインダーとして使用されるポリマー中に既に存在する場合、例えば、ポリエステル、ポリウレタンまたはポリ(メタ)アクリレートなどでは、自己架橋が生じる。外部架橋は、例えば、特定の官能基、例えばヒドロキシル基を含有する(最初の)有機ポリマーが、例えばポリイソシアネートおよび/またはメラミン樹脂などのそれ自体公知の架橋剤と反応する場合に生じる。したがって架橋剤は、バインダーとして使用される(最初の)有機ポリマー中に存在する反応性官能基と相補的な反応性官能基を含有する。
特に外部架橋の場合では、それ自体公知の1成分および多成分系、とりわけ2成分系が考慮される。
熱化学的に硬化可能な1成分系では、バインダーとしての有機ポリマーなどの架橋用の構成成分および架橋剤は、例えば互いに一緒に存在し、換言すると、1成分中に存在する。これの要件は、架橋される構成成分が、例えば100℃を超える比較的高温で互いに有効に反応すること、換言すると、硬化反応を受けることである。そうでなければ、早期の少なくとも部分的な熱化学硬化を避けるため、基材に塗布する少し前まで、架橋用の構成成分を互いに別々に貯蔵し、互いに混合しないことが必要である。例示的な組み合わせは、ヒドロキシ官能性ポリエステルおよび/もしくはポリウレタンとメラミン樹脂、ならびに/または架橋剤としてのブロックポリイソシアネートである。
熱化学的に硬化可能な2成分系では、バインダーとしての有機ポリマーなどの架橋用の構成成分および架橋剤は、例えば、少なくとも2成分中に互いに別々に存在し、塗布の少し前まで合わされることはない。この形態は、架橋用の構成成分が、周囲温度または例えば40〜90℃というわずかに高温であっても、互いに有効に反応する場合に選択される。例示的な組み合わせは、ヒドロキシ官能性ポリエステルおよび/またはポリウレタンおよび/またはポリ(メタ)アクリレートと、架橋剤としての遊離ポリイソシアネートである。
バインダーとしての有機ポリマーが自己架橋官能基および外部架橋官能基の両方を有し、それから架橋剤と合わされることも可能である。
本発明の文脈において、「化学線化学硬化可能」または用語「化学線化学硬化」は、硬化が、化学放射線、すなわち近赤外線(NIR)およびUV線、とりわけUV線などの電磁放射線、ならびに硬化用の電子ビームなどの特定の放射線の適用により実行可能であることを指す。UV線による硬化は、慣用的にラジカルまたはカチオン性光開始剤により開始される。典型的な化学線硬化可能な官能基は、炭素−炭素二重結合であり、この場合、一般にラジカル光開始剤が用いられる。したがって化学線硬化は、同様に化学架橋に基づいている。
当然のことながら、化学的に硬化可能であると確認されているコーティング組成物の硬化では、常に物理的硬化も存在し、換言すると、ポリマー鎖の織り込みも存在する。物理的硬化が大部分を占めることもあり得る。いずれにしても、化学的に硬化可能なフィルム形成構成成分の少なくとも一部分を含む限り、この種のコーティング組成物は、化学的に硬化可能であると確認される。
コーティング組成物の性質およびそれが含む構成成分に従って、硬化は異なるメカニズムによってもたらされ、当然のことながら、異なる条件、より詳細には異なる硬化温度および硬化時間が硬化段階において必要となることが、上記からわかる。
生産ライン仕上げのコーティング組成物と対照的に、再仕上げ組成物は、実質的に低い温度で硬化する。基材物体のコーティング組成物をベーキングすることができないので、このことが必要である。物体温度の80℃を超えてならず、そうでなければ、プラスチック部品の融解、タイヤの変形、および電子系統への不可逆的な損傷などの損傷が生じ得るからである。
このため、本発明のミキサー系から生成される水性再仕上げ組成物は、好ましくは物理的および/または化学線により化学的に硬化可能であり、とりわけ好ましくは物理的に硬化可能である。
コーティング組成物を生成するためのミキサー系は、特に自動車再仕上げ部門に広まっており(例えば、Brock/Groteklaes/Mischke「Lehrbuch der Lacktechnologie」、2版、Vincentz Verlag 2000、332頁以降を参照すること)、例えば色相など設定されるべき多数の特性が、対応する完全に配合されたコーティング組成物を供給することおよび在庫に保持することを困難にしているからである。したがって、異なる構成成分を有するミキサー系の使用が代わりに確立され、これらの構成成分は、コーティング組成物の要件に従って互いに個別に混合され得る。Roempp Lexikon,Lacke und Druckfarben、Georg Thieme Verlag、1998年、393〜394頁の用語「Mixer system(ミキサー系)」の項目によると、そのようなミキサー系は、特に自動車再仕上げ部門における通常の枠組みの一部である。ミキサー系は、慣用的に種々のベース構成成分を含む。これらのべース構成成分には、慣用的に、少なくとも1種のベースワニス、1種以上の顔料着色ベース、およびミキサー系から生成されるコーティング組成物のレオロジー特性を設定するための少なくとも1種のレオロジーモジュールが含まれる。当業者は認識しているように、自動車再仕上げ部門におけるミキサー系は、例えば、OEM仕上げのベースコートを生成するために使用される種類の従来の配合物と異なる。
ベースワニスは、慣用的に、少なくとも1種の物理的硬化および/または1種の自己架橋および/または1種の外部架橋バインダーを含む、顔料無含有組成物である。外部架橋バインダーの場合では、適切であれば架橋剤の混合が、コーティング組成物の硬化のために必要である。
着色ベースは、少なくとも1種の物理的硬化および/または1種の自己架橋および/または1種の外部架橋バインダーに加えて、慣用的に、少なくとも1種の色付与および/または光学効果付与顔料を含む。異なる着色ベースをベースワニスと混合することによって、極めて多種多様な特性のいずれかを有するコーティング組成物を生成することができる。これらの特性には、とりわけ、異なる色相、および/または、例えばコーティングのカラーフロップもしくはメタリックフロップなどの異なる強調光学効果が含まれる。
ミキサー系からもたらされるコーティング組成物のレオロジー特性の設定では、少なくとも1種の無機および/または有機増粘剤を含むレオロジー制御組成物の使用が慣用的である。
ミキサー系
水性再仕上げ組成物を生成する本発明のミキサー系は、顔料無含有ベースワニスとして、少なくとも1種の物理的硬化ポリウレタンまたは自己架橋ポリウレタンまたは外部架橋ポリウレタンを含む、少なくとも1個の構成成分(1)と、着色ベースとして、少なくとも1種の物理的硬化ポリウレタンまたは自己架橋ポリウレタンまたは外部架橋ポリウレタンならびに少なくとも1種の色付与および/または光学効果付与顔料を含む、少なくとも1個の構成成分(2)と、レオロジーモジュールとして、少なくとも1種の無機および/または有機増粘剤を含む、少なくとも1個の構成成分(3)とを含み、これらについて、以下により詳細に説明する。
ここで、構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個は、少なくとも1種のポリマーSCSを含む水性分散体を含み、構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個は、5個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールおよび/または6個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールを含むことが、本発明にとって必須である。構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個は、少なくとも1種のポリマーSCSを含む水性分散体のみならず、5個の炭素の原子を有する脂肪族モノアルコールおよび/または6個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールも含むことが好ましい。
しかし、原則的に、構成成分(1)、(2)および(3)のうちの2個、さらには3個全てが、少なくとも1種のポリマーSCSを含む少なくとも1種の水性分散体を含むことも可能である。同じことが、5個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールおよび/または6個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールにも当てはまる。
構成成分(1)−ベースワニス
本発明のミキサー系は、顔料無含有ベースワニスとして、少なくとも1種の物理的硬化ポリウレタンまたは自己架橋ポリウレタンまたは外部架橋ポリウレタンを含む、少なくとも1個の構成成分(1)を含む。
構成成分(1)に使用される適切なポリウレタンの例を以下に記載する。ポリウレタンは、好ましくは、イオン性および/または非イオン性であって、親水的に安定化されている。本発明の好ましい実施形態において、ポリウレタンは、イオン性で親水的に安定化されている。好ましいポリウレタンは、直鎖である、または分枝の場合を含む。ポリウレタンは、オレフィン不飽和性モノマーが重合されたときに存在していたものであってもよい。このポリウレタンは、オレフィン不飽和性モノマーの重合由来のポリマーと共に存在してもよく、これらがないと、ポリマーは互いに共有結合しない。しかし同様に、ポリウレタンはオレフィン不飽和性モノマーの重合由来のポリマーに共有結合することもある。オレフィン不飽和性モノマーは、好ましくはアクリレート基および/またはメタクリレート基を含有するモノマーである。アクリレートまたはメタクリレート基を含有しない他のオレフィン不飽和性化合物と組み合わせて使用される、アクリレート基および/またはメタクリレート基を含有するモノマーも同様に好ましい。ポリウレタンに結合されたオレフィン不飽和性モノマーは、より好ましくは、アクリレート基またはメタクリレート基を含有し、それによってポリウレタン(メタ)アクリレートを生成するモノマーである。非常に好ましくは、ポリウレタン樹脂は、ポリウレタン(メタ)アクリレートである。好ましく存在するポリウレタン樹脂は、物理的におよび/または化学線によって硬化可能である。
適切な飽和または不飽和ポリウレタン樹脂は、例えば、
− ドイツ特許出願第19914896A1号、第1欄29行目〜49行目および第4欄23行目〜第11欄5行目、
− ドイツ特許出願第19948004A1号、4頁19行目〜13頁48行目、
− ヨーロッパ特許出願第0228003A1号、3頁24行目〜5頁40行目、
− ヨーロッパ特許出願第0634431A1号、3頁38行目〜8頁9行目、または
− 国際特許出願第92/15405号、2頁35行目〜10頁32行目、
− ドイツ特許出願第4437535A1号、7頁55行目〜8頁23行目、
− 国際特許出願第91/15528号、23頁29行目〜24頁24行目
に記載されている。
構成成分(1)のポリウレタンは、好ましくは、当業者に公知である脂肪族、脂環式、脂肪族−脂環式、芳香族、脂肪族−芳香族、および/または脂環式−芳香族ポリイソシアネートを使用して製造される。
ポリウレタンを製造するアルコール構成成分として、当業者に公知である比較的高い分子質量および低い分子質量の飽和および不飽和ポリオール、ならびに任意に、少量のモノアルコールを使用することが好ましい。使用される低分子質量ポリオールは、より特定的にはジオールであり、分枝を導入する場合は、少量のトリオールである。比較的高分子質量の適切なポリオールの例は、飽和またはオレフィン不飽和性のポリエステルポリオールおよび/またはポリエーテルポリオールである。使用される比較的高分子質量のポリオールは、より特定的にはポリエステルポリオールであり、とりわけ、GPCにより決定して400〜5000g/molの数平均分子質量を有するものである。
水性媒体中において親水的に安定化させるおよび/または分散性を増加させるために、ポリウレタン樹脂は、好ましくは特定のイオン性基および/またはイオン性基に変換され得る基(潜在的イオン性基)を含有してもよい。この種のポリウレタン樹脂は、本発明の文脈において、イオン性親水性安定化ポリウレタンと呼ばれる。同様に非イオン性親水性修飾基が存在してもよい。しかし、イオン性親水性安定化ポリウレタンが好ましい。より正確な用語として、修飾基は、
− 中和剤および/もしくは四級化剤によりカチオンに変換され得る官能基、および/もしくはカチオン性基(カチオン性修飾)、
または
− 中和剤によりアニオンに変換され得る官能基、および/もしくはアニオン性基(アニオン性修飾)、
ならびに/または
− イオン性親水性基(非イオン性修飾)
のいずれかである。
当業者に認識されているように、カチオン性修飾の官能基は、例えば、第一級、第二級および/もしくは第三級アミノ基、第二級スルフィド基、ならびに/または第三級ホスフィン基、より特定的には第三級アミノ基および第二級スルフィド基(中和剤および/または四級化剤によりカチオン性基に変換され得る官能基)である。第一級、第二級、第三級および/もしく第四級アンモニウム基、第三級スルホニウム基、ならびに/または第四級ホスホニウム基、より特定的には第四級アンモニウム基および第三級スルホニウム基など、当業者に公知の中和剤および/または四級化剤を使用して前述の官能基から製造される基である、カチオン性基を挙げることもできる。
周知のことであるが、アニオン性修飾の官能基は、例えば、カルボン酸、スルホン酸および/またはホスホン酸基、より特定的にはカルボン酸基(中和剤によりアニオン性基に変換され得る官能基)、ならびにカルボキシレート、スルホネートおよび/またはホスホネート基などの、当業者に公知の中和剤の使用により前述の官能基から製造される基である、アニオン性基である。
非イオン性親水性修飾の官能基は、好ましくは、ポリ(オキシアルキレン)基、より好ましくはポリ(オキシエチレン)基である。
イオン性親水性修飾は、(潜在的)イオン性基を含有するモノマーを介してポリウレタンに導入することができる。非イオン性修飾は、例えば、ポリ(オキシエチレン)オキシドポリマーをポリウレタン分子の側基または末端基として組み込むことによって導入される。親水性修飾は、例えば、イソシアネート基に対して反応性を有する少なくとも1個の基、好ましくは少なくとも1個のヒドロキシル基を含有する化合物を介して導入される。イオン性修飾は、少なくとも1個のヒドロキシル基を修飾基と共に含有するモノマーを使用して導入され得る。非イオン性修飾を導入するためには、当業者に公知のポリエーテルジオールおよび/またはアルコキシポリ(オキシアルキレン)アルコールを使用することが好ましい。
構成成分(1)のポリウレタンがグラフトポリマーであることも可能である。この場合、ポリウレタンは、例えば、オレフィン不飽和性モノマーに基づいている側基および/または側鎖でグラフトされている。これらは、より特定的には、ポリ(メタ)アクリレートに基づいた側鎖である。本発明の目的のポリ(メタ)アクリレートは、アクリレートおよび/またはメタクリレート基を含有するモノマーを含む、好ましくは、アクリレートおよび/またはメタクリレート基を含有するモノマーからなる、ポリマーまたはポリマーラジカルである。ポリ(メタ)アクリレートに基づいた側鎖とは、(メタ)アクリレート基を含有するモノマーを使用したグラフト重合の際に構築される側鎖を意味することが理解される。グラフト重合において、グラフト重合に使用されるモノマーの総量に対して、50mol%を超える、より特定的には75mol%を超える、とりわけ100mol%の、(メタ)アクリレート基を含有するモノマーを使用することが、ここでは好ましい。
説明した側鎖は、好ましくは一次ポリウレタン分散体の製造後に、ポリマーに導入される。この場合、一次分散体に存在するポリウレタンは、オレフィン不飽和性側基および/または末端基を含有してもよく、それを介して、オレフィン不飽和性化合物のグラフト重合が進行する。したがってグラフトにおけるポリウレタンは、不飽和ポリウレタン(Z)であり得る。この場合のグラフト重合は、オレフィン不飽和性反応体のラジカル重合である。例えば、グラフト重合に使用されるオレフィン不飽和性化合物が、少なくとも1個のヒドロキシル基を含有することも可能である。この場合、先ず最初に、ポリウレタンの遊離イソシアネート基との反応によって、これらのヒドロキシル基を介してオレフィン不飽和性化合物を結合することも可能である。この結合は、オレフィン不飽和性化合物と、ポリウレタンに任意に存在するオレフィン不飽和性側基および/または末端基とのラジカル反応に代わって、または加えて実施される。ここでも、上述したラジカル重合を介したグラフト重合が、この後に続く。いずれの場合においても、結果は、オレフィン不飽和性化合物、好ましくはオレフィン不飽和性モノマーがグラフトされたポリウレタンである。
ポリウレタン(Z)に好ましくグラフトされるオレフィン不飽和性化合物として、当業者にとってこの目的のために利用可能な実質的に全てのラジカル重合性のオレフィン不飽和性および有機モノマーを使用することが可能である。多数の好ましいモノマーのクラスを例として特定し得る。
− (メタ)アクリル酸または他のアルファ、ベータ−エチレン性不飽和カルボン酸のヒドロキシアルキルエステル、
− アルキルラジカルに20個までの炭素原子を有する(メタ)アクリル酸アルキルおよび/またはシクロアルキルエステル、
− 少なくとも1個の酸基、より特定的には正確に1個の、例えば(メタ)アクリル酸などのカルボン酸基を含むエチレン性不飽和モノマー、
− アルファ位置で分枝されており5〜18個の炭素原子を有するモノカルボン酸のビニルエステル、
− (メタ)アクリル酸と、アルファ位置で分枝されており5〜18個の炭素原子を有するモノカルボン酸のグリシジルエステルとの反応生成物、
− オレフィン(例えば、エチレン)、(メタ)アクリルアミド、ビニル芳香族炭化水素(例えば、スチレン)、塩化ビニルなどのビニル化合物、および/またはエチルビニルエーテルなどのビニルエーテルなど、更なるエチレン性不飽和モノマー。
(メタ)アクリレート基を含有し、したがってグラフトにより結合している側鎖がポリ(メタ)アクリレートに基づいた側鎖であるモノマーが、好ましく使用される。
ポリウレタン樹脂におけるオレフィン不飽和性側基および/または末端基は、それによりオレフィン不飽和性化合物によるグラフト重合を進行させることができ、好ましくは特定のモノマーによってポリウレタン樹脂に導入される。これらの特定のモノマーは、オレフィン不飽和性基に加えて、例えば、少なくとも1個の、イソシアネート基に対して反応性である基も含む。ヒドロキシル基ならびに第一級および第二級アミノ基も好ましい。ヒドロキシル基が、とりわけ好ましい。
オレフィン不飽和性側基および/または末端基をポリウレタン樹脂に導入することができる、説明したモノマーを、ポリウレタンをオレフィン不飽和性化合物によって後に追加的にグラフトすることなく用いることも、当然のことながらできる。
ポリウレタン樹脂は、ポリマー化学の慣用的な方法によって製造される。このことは、例えば、ポリウレタンを形成するためのポリイソシアネートおよびポリオールの重付加、および任意に後に続くオレフィン不飽和性化合物によるグラフト重合を意味する。これらの方法は、当業者に公知であり、個別に改変され得る。例示的な製造方法および反応条件は、ヨーロッパ特許第052928B1号、2頁57行目〜8頁16行目に見出すことができる。
好ましく存在するポリウレタンは、GPCによって決定すると、好ましくは200〜30000g/mol、より好ましくは2000〜20000g/molの数平均分子質量を有する。例えば0〜250mgKOH/g、より好ましくは20〜150mgKOH/gのヒドロキシル価を更に有する。ポリウレタン樹脂の酸価は、好ましくは5〜200mgKOH/g、より好ましくは10〜40mgKOH/gである。
構成成分(2)−着色ベース
本発明のミキサー系は、着色ベースとして、少なくとも1種の物理的硬化ポリウレタンまたは1種の自己架橋ポリウレタンまたは1種の外部架橋ポリウレタンを含む、少なくとも1個の構成成分(2)を含む。構成成分(2)は、少なくとも1種の色付与および/または光学効果付与顔料を更に含む。
少なくとも1種の物理的硬化ポリウレタンまたは自己架橋ポリウレタンまたは外部架橋ポリウレタンに関しては、構成成分(1)に関して述べられた記載が有効である。
用語「顔料」は、例えば、DIN 55945(日付:2001年10月)によって当業者に公知である。本発明の意味における「顔料」は、例えば構成成分(2)などの周囲媒体において、実質的に、好ましくは完全に不溶性である粉末または小板形態の化合物を、好ましく指す。これらに物質は、好ましくは着色剤、ならびに/または磁気的、電気的および/もしくは電磁的特性によって顔料として使用され得る物質である。顔料は、好ましくは屈折率において「充填剤」と異なり、顔料は≧1.7である。
顔料は、好ましくは、無機および有機の着色顔料、効果顔料、ならびにこれらの混合物からなる群から選択される。
適切な無機着色顔料の例は、二酸化チタン、亜鉛華、硫化亜鉛、またはトポンなどの白色顔料;カーボンブラック、鉄マンガンブラックまたはスピネルブラックなどの黒色顔料;酸価クロム、酸化クロム水和物グリーン、コバルトグリーンもしくはウルトラマリングリーン、コバルトブルー、ウルトラマリンブルー、またはマンガンブルー、ウルトラマリンバイオレットもしくはコバルトバイオレット、およびマンガンバイオレット、酸化鉄赤、硫セレン化カドミウム、モリブデンレッドまたはウルトラマリンレッドなどの有彩顔料;ブラウン酸化鉄、ミックスブラウン、スピネル相およびコランダム相、またはクロムオレンジ;あるいは鉄黄、ニッケルチタンイエロー、クロムチタンイエロー、硫化カドミウム、硫化カドミウム亜鉛、クロムイエロー、またはビスマスバナデートである。他の無機着色顔料は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化アルミニウム水和物、より特定的には、ベーマイト、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、およびこれらの混合物である。
適切な有機着色顔料の例は、モノアゾ顔料、ジスアソ顔料、アントラキノン顔料、ベンゾイミダゾール顔料、キナクリドン顔料、キノフタロン顔料ジケトピロロピロール顔料、ジオキサジン顔料、インダントロン顔料、イソインドリン顔料、イソインドリノン顔料、アゾメチン顔料、チオインジゴ顔料、金属錯体顔料、ペリノン顔料、ペリレン顔料、フタロシアニン顔料、またはアニリンブラックである。
当業者は、効果顔料の概念を十分に知っている。効果顔料は、より特定的には、光学効果を付与する、したがって、例えばコーティングにメタリック効果をもたらす顔料である。対応する顔料の区分けは、DIN 55944(日付:2011年12月)に準じて行うことができる。効果顔料は、好ましくは、有機および無機光学効果顔料、彩色および光学効果顔料からなる群から選択される。これらは、より好ましくは、有機および無機、光学効果、または彩色および光学効果顔料からなる群から選択される。特に、有機および無機光学効果顔料、ならびに彩色および光学効果顔料は、任意に被覆されたメタリック効果顔料、任意に被覆された酸化金属効果顔料、任意に被覆された金属および非金属から構成された効果顔料、ならびに任意に被覆されたノンメタリック効果顔料からなる群から選択される。例えばケイ酸塩被覆ピグメントなどの任意に被覆されたメタリック効果顔料は、より特定的には、アルミニウム効果顔料、鉄効果顔料、または銅効果顔料である。とりわけ好ましくは、例えばこの種のケイ酸塩被覆顔料などの任意に被覆されたアルミニウム効果顔料は、特に、Stapa(登録商標)Hydrolac、Stapa(登録商標)Hydroxal、Stapa(登録商標)Hydrolux、およびStapa(登録商標)Hydrolan、最も好ましくはStapa(登録商標)HydroluxおよびStapa(登録商標)HydrolanなどのEckart社から市販されている製品である。本発明に使用される効果顔料、とりわけ、例えばケイ酸塩被覆アルミニウム効果顔料などの任意に被覆された顔料は、例えば小葉形態および/または小板形態、より特定的には(コーン)フレーク形態または1ドル硬貨形態など当業者に公知の慣用的な形態のいずれかによって存在し得る。金属および非金属から構成される効果顔料は、特に、ヨーロッパ特許出願第0562329A2号に記載されている、酸化鉄で被覆された小板形状アルミニウム顔料;金属により、とりわけアルミニウムにより被覆されたガラス小葉;または金属から、より特定的にはアルミニウムから作製され、かつ強いカラーフロップを有する反射層を含む、干渉顔料である。ノンメタリック効果顔料は、特に、真珠光沢顔料、特に、雲母顔料;酸化金属で被覆されている小板形状グラファイト顔料;金属反射層を有さないが、強いカラーフロップを示す干渉顔料;色相がピンク色から褐色を帯びた赤色である、酸化鉄にも℃付いた小板形状効果顔料;または有機液晶効果顔料である。本発明に使用される効果顔料についての更なる詳細には、Roempp Lexikon Lacke und Druckfarben、Georg Thieme Verlag、1998年、176頁、「Effect pigments」、ならびに380頁および381頁、「Metal oxide−mica pigments」から「Metal pigments」が参照される。
本発明のミキサー系は、着色ベースとして1個を超える相互に異なる構成成分(2)を含むことが好ましい。
構成成分(3)−レオロジーモジュール
本発明のミキサー系は、いわゆるレオロジーモジュールとして、少なくとも1種の無機および/または有機増粘剤を含む、少なくとも1個の構成成分(3)を含む。
増粘剤の概念は、当業者には十分知られている。Roempp Lexikon, Lacke und Druckfarben、Georg Thieme Verlag、1998年、599頁の定義によると、増粘剤(または増粘化剤)は、バインダー、溶媒(混合物)、および顔料/充填剤画分の選択への補完として、コーティングの稠度を上昇させるために必要である。増粘剤の作用は、例えば、膨張、ゲル化、ミセルの会合、溶媒化、網目構造の発生および/または水素結合などの様々な効果、ならびにこれらの効果の相互作用に基づいている。
無機増粘剤は、好ましくは、非晶質シリカおよび層状ケイ酸塩の部類の純粋な形態または改質形態から選択される。本発明の文脈では、層状ケイ酸塩の群から選択される少なくとも1種の無機増粘剤が好ましく用いられる。とりわけ適している層状ケイ酸塩は、スメクタイトの部分群からのもの、より特定的には、モンモリロナイト、ヘクトライトおよび合成Laponiteの部分群からのものである。無機増粘剤の典型的な代表例は、商標名Laponite(登録商標)RDで入手可能なマグネシウムナトリウム層状ケイ酸塩である。
有機増粘剤は、好ましくは、(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリレートコポリマー増粘剤からなる群から選択されるもの、例えば、市販製品Rheovis(登録商標)AS1130(BASF SE)、およびポリウレタン増粘剤からなる群から選択されるもの、例えば、BASF SEによる市販製品のRheovis(登録商標)PU1250である。(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリレートコポリマー増粘剤は、アクリル酸および/またはメタクリル酸のみならず、1種以上のアクリル酸エスエル(すなわち、アクリレート)および/または1種以上のメタクリル酸エステル(すなわち、メタクリルレート)も共重合形態で含有するものである。(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリレートコポリマー増粘剤に共通した特徴は、アルカリ性媒体において、換言すると、pHレベルが>7、より特定的には>7.5において、アクリル酸および/またはメタクリル酸の塩の形成によって、換言すると、カルボキシレート基の形成によって、強い粘度増加を示すことである。(メタ)アクリル酸およびC〜Cアルカノールから形成される(メタ)アクリル酸エスエルが使用される場合、生成物は、例えば上述のRheovis(登録商標)AS1130などの、本質的に非会合性の(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリレートコポリマー増粘剤である。本質的に非会合性の(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリレートコポリマー増粘剤は、文献においてASE増粘剤(「アルカリ可溶性/膨張性エマルション」または分散体)とも呼ばれる。しかし、(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリレートコポリマー増粘剤として使用することも可能なものは、HASE増粘剤(「疎水性修飾アニオン性可溶性エマルション」または分散体)として公知のものである。これらは、アルカノールとして、C〜Cアルカノールに代えて、またはそれらに加えて、多数の炭素原子、例えば7〜30個または8〜20個の炭素原子を有するものを使用することによって得られる。HASE増粘剤は、本質的に会合性増粘剤効果を有する。使用することができる(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリレートコポリマー増粘剤は、これらの増粘特性のために、バインダー樹脂として適しておらず、したがって、バインダーとして識別される物理的、熱的、または熱的と化学線的の両方で硬化可能なバインダーの部類に入らず、したがって、構成成分(3)に用いることができるポリ(メタ)アクリレートに基づいたバインダーと明確に異なっている。ポリウレタン増粘剤は、文献においてHEUR(「疎水性修飾酸化エチレンウレタンレオロジー改質剤」)として識別されている会合性増粘剤である。化学的には、これらは、ウレタン結合により互いに連結しかつ8〜30個の炭素原子を有する末端長鎖アルキルまたはアルキレン基を有するポリエチレンオキシド鎖から(時折、ポリプロピレンオキシドからも)構成される、非イオン性で分枝または非分枝のブロックコポリマーである。
典型的なアルキル基は、例えば、ドデシルまたはステアリル基であり、典型的なアルケニル基は、例えばオレイル基であり、典型的なアリール基は、フェニル基であり、典型的なアルキル化アリール基は、例えばノニルフェニル基である。ポリウレタン増粘剤は、これらの増粘特性および構造のため、物理的、熱的、または熱的と物理的の両方で硬化可能なバインダー樹脂として適していない。したがって、これらは、構成成分(1)および(2)におけるバインダーとして使用されるポリウレタンと明確に異なっている。
任意の構成成分
構成成分(1)、(2)および/または(3)は、任意の構成成分として補助剤を更に含むことができる。この場合、これらの対応する補助剤が、構成成分(1)、(2)および/または(3)において、それぞれの場合に技術的に妥当な方法によって使用されること、ならびにこれらの配合が構成成分(1)、(2)および/または(3)においていかなる矛盾をも引き起こさないことを確実にするべきである。当業者にとって、これは、例えば、顔料無含有構成成分(1)に任意の補助剤として顔料を添加しないことを意味する。また当業者は、用いられる顔料の分散性を増強するために、分散剤が着色ベースに頻繁に加えられることを認識している。
そのような補助剤の例は、残留物を残すことなくまたは残留物を実質的に残すことなく熱的に分解され得る塩、物理的、熱的および/または化学線により硬化可能でありかつ前述のポリウレタン樹脂と異なる、バインダーとしての樹脂、架橋剤、有機溶媒、反応性希釈剤、充填剤、分子分散性可溶性色素、ナノ粒子、光安定剤、酸化防止剤、脱気剤、乳化剤、滑剤、重合抑制剤、ラジカル重合開始剤、接着促進剤、流れ調整剤、皮膜形成助剤、垂れ制御剤(SCA)、難燃剤、腐食抑制剤、ワックス、乾燥剤、殺生剤、およびつや消し剤である。
前述の種類の適切な補助剤は、例えば、
− ドイツ特許出願第19948004A1号、14頁4行目〜17頁5行目、
− ドイツ特許第10043405C1号、第5欄、段落番号[0031]〜[0033]から公知である。
これらは慣用的な公知の量で使用される。
水性分散体
本発明のミキサー系に存在する水性分散体は、少なくとも1種のポリマーSCSを含む。分散体は、好ましくは、そのようなポリマーを正確に1種含む。ポリマーの製造は、オレフィン性不飽和モノマーの3個の相互に異なるモノマー混合物(A)、(B)および(C)の連続ラジカル乳化重合を含む。
多段階ポリマーSCSの製造は、i.最初に混合物(A)が重合され、次に、ii.混合物(B)が、i.で製造されたポリマーの存在下で重合され、更に、iii.混合物(c)が、ii.で製造されたポリマーの存在下で重合される、多段階ラジカル乳化重合である。したがって3個のモノマー混合物は、全て、それぞれ別々に実施されるラジカル乳化重合(すなわち、段階または重合段階)を介して重合され、これらの段階は連続的に実施される。時間の観点において、これらの段階は、互いの直ぐ後に行われ得る。議論対象となる反応溶液を、1つの段階の終了後に、ある特定の時間にわたって貯蔵し、および/または異なる反応容器に移し、それから次の段階を実施することも可能である。特定の多段階ポリマーの製造は、好ましくは、モノマー混合物(A)、(B)および(C)の重合以外の他の重合工程を含まない。
ラジカル乳化重合の概念は、当業者に公知であり、またこれも以下により詳細に説明されている。
この種の重合において、オレフィン性不飽和モノマーは、少なくとも1種の水溶性開始剤を使用し、少なくとも1種の乳化剤の存在下で、水性媒体中において重合される。
対応する水溶性開始剤も同様に公知である。少なくとも1種の水溶性開始剤は、好ましくは、ペルオキソ二硫酸カリウム、ナトリウムまたはアンモニウム、過酸化水素、tert−ブチルヒドロペルオキシド、2,2’−アゾビス(2−アミドイソプロパン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス(N,N’−ジメチレンイソブチルアミジン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス(4−シアノペンタン酸)、および前述の開始剤の混合物(例えば過酸化水素と過硫酸ナトリウムなど)からなる群から選択される。記載した好ましい群のメンバーはまた、それ自体公知のレドックス開始剤系である。
レドックス開始剤系とは、特に、少なくとも1種の過酸化物含有化合物を、少なくとも1種のレドックス共開始剤と組み合わせて含む開始剤であり、共開始剤の例は、例えば、アルカリ金属およびアンモニウム化合物の重亜硫酸塩、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、亜ジチオン酸塩もしくは四チオン酸塩、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム二水和物および/またはチオ尿素などの還元性硫黄化合物である。したがって、ペルオキソ二硫酸塩とアルカリ金属亜硫酸水素塩または亜硫酸水素アンモニウムとの組み合わせ、例えばペルオキソ二硫酸アンモニウムと二亜硫酸アンモニウムとの組合せを使用することが可能である。過酸化物含有化合物とレドックス共開始剤との質量比は、好ましくは50:1〜0.05:1である。
開始剤と組み合わせて、鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、銅、バナジウムまたはクロムの塩などの遷移金属触媒、例えば、硫酸鉄(II)、塩化コバルト(II)、硫酸ニッケル(II)、塩化銅(I)、酢酸マンガン(II)、酢酸バナジウム(III)、塩化マンガン(II)などを追加的に使用することが可能である。重合に使用されるオレフィン性不飽和モノマーの総質量に対して、これらの遷移金属塩は、慣用的に0.1〜1000ppmの量で用いられる。したがって、例えば0.5〜30wt%の過酸化水素および0.1〜500ppmのモール塩など、過酸化水素と鉄(II)塩との組み合わせを使用することが可能であり、この場合、割合の範囲は、それぞれの場合において、対応する重合段階に使用されるモノマーの総質量に対するものである。
開始剤は、対応する重合段階で使用されるモノマーの総質量に対して、0.05〜20wt%、好ましくは0.05〜10、より好ましくは0.1〜5wt%の量で好ましく使用される。
乳化重合は、連続媒体として水を含み、かつミセルの形態で少なくとも1種の乳化剤を含む反応媒体中において実施される。重合は、水中における水溶性開始剤の分解によって開始される。成長ポリマー鎖が乳化剤ミセルに進入し、そこで更なる重合がミセル内で実施される。したがって、反応混合物は、モノマー、少なくとも1種の水溶性開始剤、および少なくとも1種の乳化剤に加えて、主に水からなる。言及した構成成分、すなわち、モノマー、水溶性開始剤、乳化剤および水は、好ましくは反応混合物の少なくとも95wt%を占める。反応混合物は、好ましくは、これらの構成成分からなる。
少なくとも1種の乳化剤は、それぞれの場合に対応する重合段階で使用されるモノマーの総質量に対して、好ましくは0.1〜10wt%、より好ましくは0.1〜5wt%、非常に好ましくは0.1〜3wt%の量で使用される。
乳化剤も、基本的に公知である。双性イオン性乳化剤を含む非イオン性またはイオン性乳化剤、および任意に前述の乳化剤の混合物も使用することができる。
好ましい乳化剤は、可能であれば任意にエトキシル化および/またはプロポキシル化されている10〜40個の炭素原子を有するアルカノールである。これらは、異なる程度のエトキシル化および/またはプロポキシル化を有することがある(例えば、5〜50個の分子単位からなるポリ(オキシ)エチレンおよび/またはポリ(オキシ)プロピレン鎖で修飾された付加物)。言及した生成物の硫酸化、スルホン化またはリン酸化された誘導体を使用することも可能である。そのような誘導体は、一般に中和形態で用いられる。
特に好ましい適切な乳化剤は、Cytecから例えばEF−800として市販されている、中性ジアルキルスルホコハク酸エステルまたはアルキルジフェニルオキシドジスルホネートである。
乳化重合は、0〜160℃、好ましくは15〜95℃。より好ましくは60〜95℃の温度で有用に実施される。
酸素の不在下で、好ましくは不活性ガス雰囲気下で操作することが、ここでは好ましい。重合は、一般に大気圧で実施されるが、より低い圧力または高い圧力の適用も可能である。特に、大気圧下で水、使用されるモノマーおよび/または有機溶媒の沸点を超える重合温度が用いられる場合、より高い圧力を選択することが通常である。
多段階ポリマーの製造における個別の重合段階は、例えば、いわゆる「スターブフィード(starved feed)」重合(「スターブフィードする(starve feed)」または「スターブフィードされた(starve fed)」重合としても知られている)として実施することができる。
本発明の意味におけるスターブフィード重合は、反応溶液(反応混合物とも呼ばれる)中の遊離オレフィン性不飽和モノマーの量が、反応時間の全体を通して最小限である乳化重合である。このことは、反応時間の全体にわたって、反応溶液中の遊離モノマーの割合が、それぞれ対応する重合段階で使用されるモノマーの総量に対して、6.0wt%、好ましくは5.0wt%、より好ましくは4.0wt%、特に有利には3.5wt%を超えないような、オレフィン性不飽和モノマーの計量添加を意味する。0.01〜6.0wt%、好ましくは0.02〜5.0wt%、より好ましくは0.03〜4.0wt%、より特定的には0.05〜3.5wt%のオレフィン性不飽和モノマーの濃度範囲が、これらの制限内において更に好ましい。例えば、反応の際に検出可能な最高の質量の割合は、0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%、2.0wt%、2.5wt%、または3.0wt%であってもよく、一方、他の検出値は、全て、ここに示された値を下回る。対応する重合段階に使用されるモノマーの総量(総質量とも呼ばれる)は、段階.iではモノマー混合物(A)の総量、段階ii.ではモノマー混合物(B)の総量、段階iii.ではモノマー混合物(C)の総量に相当することが明白である。
反応溶液中のモノマー濃度は、ここでは、例えばガスクロマトグラフィーによって決定してもよい。その場合、反応溶液の試料を、試料採取した直後に液体窒素で冷却し、阻害剤として4−メトキシフェノールを添加する。次の工程では、試料をテトラヒドロフランに溶解し、次にn−ペンタンを加えて、試料採取時に形成されたポリマーを沈殿させる。次に液体相(上澄み)を、モノマーを決定するために極性カラムおよび無極性カラム、ならびに水素炎イオン化検出器を使用するガスクロマトグラフィーによって分析する。ガスクロマトグラフィー決定における典型的なパラメーターは、以下である。5%フェニル−および1%ビニル−メチルポリシロキサン相を有する25mのシリカ毛管カラム、または50%フェニル−および50%メチル−ポリシロキサン相を有する30mのシリカ毛管カラム、キャリヤガス水素、スプリットインジェクタ150℃、オーブン温度50〜180℃、水素炎イオン化検出器、検出温度275℃、内部基準のアクリル酸イソブチル。測定は、通常、前述の変形によってのみ実施される。その選択は、測定の結果に影響を及ぼすべきではない。しかし、ごくわずかな場合には、シグナルの重複があり、定量的評価の可能性が取り去られてしまうこともある。その場合、測定は使用していなかった変形を用いて繰り返される。モノマーの濃度は、本発明の目的において、好ましくはガスクロマトグラフィーによって、より特定的には上記に規定されたパラメーターに従って、決定される。
遊離モノマーの割合は、様々な方法によって制御され得る。
遊離モノマーの割合を低く保つための1つの可能性は、モノマーが開始剤と接触する実際の反応溶液の中に入れるオレフィン性不飽和モノマー混合物に、非常に低い計量供給速度を選択することである。計量供給速度が、全てのモノマーが反応溶液に入ると実質的に直ぐに反応できるほど低い場合、遊離モノマーの割合が最小限であると確証することができる。
計量供給速度に加えて、添加されたモノマーのそれぞれが非常に素早く反応することを可能にするのに十分なラジカルが、反応溶液に中に常に存在することが重要である。この方法によって、ポリマーの更なる鎖成長が更に保証され、遊離モノマーの割合が低く保たれる。
この目的のため、反応条件は、開始剤の供給が、オレフィン性不飽和モノマーの計量供給を始める前であっても開始されるように好ましく選択される。計量供給は、好ましくは少なくとも5分前、より好ましくは少なくとも10分前に開始される。それぞれの場合に開始剤の総量に対して、好ましくは少なくとも10wt%の開始剤、より好ましくは少なくとも20wt%、非常に好ましくは少なくとも30wt%の開始剤が、オレフィン性不飽和モノマーの計量供給を始める前に添加される。
開始剤の一定した分解を可能にする温度を選択することが好ましい。
同様に開始剤の量も、反応溶液中におけるラジカルの十分な存在のために重要な要素である。開始剤の量は、任意の所定の時点で、添加されたモノマーの反応を可能にするのに十分なラジカルが利用可能であるように選択されるべきである。開始剤の量が増加すると、大量のモノマーが同時に反応することも可能である。
反応速度を決定する他の要素は、モノマーの反応性である。
したがって遊離モノマーの割合を制御することは、開始剤の量、開始剤の添加速度、モノマーの添加速度、およびモノマーの選択の相互作用によって誘導され得る。計量供給を遅くすることばかりでなく、開始剤の量を増加することも、および開始剤添加を早期に開始することも、遊離モノマーの濃度を上記に言及した範囲より少なく保つ目的に役立つ。
反応における任意の時点で、遊離モノマーの濃度は、上記のガスクロマトグラフィーによって決定することができる。
この分析が、例えば高度に反応性のオレフィン性不飽和モノマーの割合が小さいという結果によって、遊離モノマーの濃度がスターブフィード重合の限界値に近いことを見出す場合には、上記に参照されたパラメーターを利用して、反応を制御することができる。このような場合では、例えば、モノマーの計量供給速度を低減することができる、または開始剤の量を増加することができる。
本発明の目的において、重合段階ii.およびiii.はスターブフィード条件下で実施されることが好ましい。これは、これらの2つの重合段階の範囲内における新たな粒子核の形成が事実上最小限になるという利点を有する。その代わりに、段階i.の後に存在する粒子(したがって、下記においてシードとも呼ばれる)は、モノマー混合物Bの重合により、段階ii.において更に成長することができる(したがって、下記においてコアとも呼ばれる)。同様に、段階ii.の後に存在する粒子(下記において、シードおよびコアを含むポリマーとも呼ばれる)が、モノマー混合物Cの重合を介して段階iii.において更に成長し(したがって、下記においてシェルとも呼ばれる)、最終的にシード、コアおよびシェルを含有する粒子を含むポリマーをもたらすことも可能である。
当然のことながら段階i.をスターブフィード条件下で実施することができる。
混合物(A)、(B)および(C)は、オレフィン性不飽和モノマーの混合物である。本発明の目的において、モノマー混合物(A)、(B)および(C)、ならびに、少なくとも1個のオレフィン性不飽和基を含有する少なくとも1種のポリウレタンを任意に含む対応するモノマー混合物は、それぞれの場合に区別される。モノマー混合物(A)、(B)および(C)、ならびにこれらのモノマー混合物から製造されるポリマー(a)、(b)および(c)は、ポリウレタン(P)が混合される前に、以下に記載されている特徴を有する。
モノマー混合物(A)、(B)および(C)は、ポリウレタン(P)の任意の混合を除いて、マクロモノマーを含有しないことが望ましい。マクロモノマーの概念は、当業者に公知である。マクロモノマーは、反応性官能基を有し、モノマーとして機能するポリマーまたはオリゴマーを指す。この結果、マクロモノマーは、ポリマーまたはオリゴマー側鎖を標的ポリマーに導入するための仲介手段になる。
原則的に適しているオレフィン性不飽和モノマーは、モノまたはポリオレフィン性不飽和であり得る。
原則的に使用することができ、混合物(A)、(B)および(C)の全てにわたって適しているモノマー、ならびに任意に好ましいモノマーを、まず最初に下記に記載する。個別の混合物の特に好ましい実施形態を、それ以降に説明する。混合物(A)、(B)および(C)は、それぞれ下記に対応して記載するモノマーからなることが好ましい。
適したモノオレフィン性不飽和モノマーの例には、特に、(メタ)アクリレートに基づいたモノオレフィン性不飽和モノマー、アリル基を含有するモノオレフィン性不飽和モノマー、および例えばビニル芳香族モノマーなどのビニル基を含有する他のモノオレフィン性不飽和モノマーが含まれる。本発明の目的における用語(メタ)アクリル酸または(メタ)アクリレートは、メタクリレートとアクリレートの両方を包含する。(メタ)アクリレートに基づいたモノオレフィン性不飽和モノマーが、いずれにしても使用するのに好ましいが、必ずしも限定的ではない。
(メタ)アクリレートに基づいたモノオレフィン性不飽和モノマーは、例えば、(メタ)アクリル酸および(メタ)アクリル酸のエステル、ニトリルまたはアミドであり得る。
オレフィン性不飽和ではないラジカルRを有する(メタ)アクリル酸のエステルが、好ましい。
Figure 2019527752
ラジカルRは、飽和脂肪族、芳香族、または飽和脂肪族−芳香族混合型であり得る。本発明の目的における脂肪族ラジカルは、全て、芳香族ではない有機ラジカルである。好ましくは、ラジカルRは脂肪族である。
飽和脂肪族ラジカルは、純粋な炭化水素ラジカルであり得る、または架橋基のヘテロ原子(例えば、エーテル基もしくはエステル基の酸素)を含み得る、および/あるいはヘテロ原子を含有する官能基(例えば、アルコール基)で置換され得る。したがって、本発明の目的において、ヘテロ原子を含有する架橋基とヘテロ原子を含有する官能基(すなわち、ヘテロ原子を含有する末端官能基)との間に、明確な区別がつけられる。
飽和脂肪族ラジカルRが純粋な炭化水素ラジカル(アルキルラジカル)であるモノマー、換言すると、架橋基からのヘテロ原子(例えば、エーテル基からの酸素)を全く含まず、官能基(例えば、アルコール基)により置換されてもいないモノマーを使用することが、いずれにしても好ましいが、必ずしも限定的ではない。
Rがアルキルラジカルである場合、例えば、直鎖、分枝または環状アルキルラジカルであり得る。そのようなアルキルラジカルは、当然のことながら、直鎖および環状、または分枝および環状構造の構成成分でもあり得る。アルキルラジカルは、好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜10個の炭素原子を有する。
アルキルラジカルを有する(メタ)アクリル酸の特に好ましいモノ不飽和エステルは、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、アミル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、エチルヘキシル(メタ)アクリレート、3,3,5−トリメチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、シクロアルキル(メタ)アクリレート、例えば、シクロペンチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレートまたシクロヘキシル(メタ)アクリレートであり、n−およびtert−ブチル(メタ)アクリレートならびにメチルメタクリレートが、極めて特定的に好ましい。
他の適したラジカルRの例は、ヘテロ原子を含有する官能基(例えば、アルコール基またはリン酸エステル基)を含む飽和脂肪族ラジカルである。
1個以上のヒドロキシル基で置換されている飽和脂肪族ラジカルを有する(メタ)アクリル酸の適したモノ不飽和エステルは、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、および4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートであり、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが、極めて特定的に好ましい。
リン酸エステル基を有する(メタ)アクリル酸の適したモノ不飽和エステルは、例えば、Rhodiaから市販されているSipomer PAM 200などの、ポリプロピレングリコールモノメタクリレートのリン酸エステルである。
ビニル基を含有する可能性のある更なるモノオレフィン性不飽和モノマーは、上記のアクリレートに基づいたモノマーと異なり、オレフィン性不飽和ではないビニル基にラジカルR’を有するモノマーである。
ラジカルR’は、飽和脂肪族、芳香族、または飽和脂肪族−芳香族混合型であってもよく、芳香族型ラジカル、および脂肪族構成成分がアルキル基を表す飽和脂肪族−芳香族混合型ラジカルが好ましい。
特に好ましいビニルオレフィン性不飽和モノマーは、ビニル芳香族炭化水素、特に、ビニルトルエン、アルファ−メチルスチレン、とりわけスチレン、または下記:
Figure 2019527752
であり、式中、ラジカルR1およびR2は、合計で7個の炭素原子を有するアルキルラジカルである。後者のモノマーは、Momentiveから名称VeoVa 10で市販されている。
原則的に適している更なるモノマーは、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、塩化ビニル、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルイミダゾール、N−ビニル−2−メチルイミダゾリンなどのオレフィン性不飽和モノマー、および更なる不飽和アルファ−ベータ−カルボン酸である。
適切なポリオレフィン性不飽和モノマーの例には、オレフィン性不飽和基R“を有する(メタ)アクリル酸のエステル、および一価または多価アルコールのアリルエーテルを包む。基R“は、アリル基または(メタ)アクリロイル基であり得る。
Figure 2019527752
好ましいポリオレフィン性不飽和モノマーには、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,2−プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、2,2−プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブタン−1,4−ジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、3−メチルペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、およびアリル(メタ)アクリレートが含まれる。
更に、好ましいポリオレフィン性不飽和化合物には、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートまたはグリセロールトリ(メタ)アクリレートなどであるが、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレートモノアリルエーテル、トリメチロールプロパン(メタ)アクリレートジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートモノアリルエーテル、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレートジアリルエーテル、ペンタエリスリトール(メタ)アクリレートトリアリルエーテル、トリアリルスクロース、およびペンタアリルスクロースなどの、2個を超えるOH基を有するアルコールのアクリルおよびメタクリル酸エステルが包含される。
例えば、トリメチロールプロパンモノアリルエーテルなどの、一価または多価アルコールのアリルエーテルも可能である。
使用される場合、好ましいポリオレフィン性不飽和モノマーは、ヘキサンジオールジアクリレートおよび/またはアリル(メタ)アクリレートである。
各重合段階に使用されるモノマー混合物(A)、(B)および(C)に関して、下記の特定の条件が観察されるべきである。
最初に言及すべきは、混合物(A)、(B)および(C)は、いずれにしても互いに異なっていることである。したがって、これらはそれぞれ異なるモノマーを含有し、および/または少なくとも1種の規定したモノマーを異なる割合で含有する。
混合物(A)は、25℃で0.5g/l未満の水溶性を有するオレフィン性不飽和モノマーを少なくとも50wt%、好ましくは少なくとも55wt%含む。そのような好ましいモノマーの1種は、スチレンである。
水中のモノマーの溶解度は、水相の上方にあるガス空間の平衡を確立することによって(参考文献X.−S.Chai、Q.X.Hou、F.J.Schork、Journal of Applied Polymer Science、99巻、1296〜1301頁(2006年)と同様にして)決定され得る。
この目的のため、20mlのガス空間試料管において、規定の体積の水、好ましくは2mlに、対応するモノマーの質量を加え、この質量は、選択された体積の水にいずれにしても完全に溶解され得ないような程度のものである。加えて、乳化剤が添加される(試料混合物の総質量に対して10ppm)。平衡濃度を得るために、混合物を連続して振とうする。上部のガス相を不活性ガスに置き換え、それによって平衡を再度確立する。抜き取られたガス層において検出される物質の割合を(好ましくは、ガスクロマトグラフィーにより)、それぞれの場合について測定する。水中の平衡濃度は、ガス相におけるモノマーの割合をプロットすることによって、決定することができる。曲線の勾配は、過剰なモノマーの割合が混合物から除去されると直ぐに、実質的に一定値(S1)から有意な負勾配(S2)に変化する。ここで平衡濃度は、直線と勾配S1、および直線と勾配S2の交差点に達する。記載した決定は、25℃で実施される。
モノマー混合物(A)は、好ましくはヒドロキシ官能モノマーを含有しない。同様に好ましくは、モノマー混合物(A)は、酸官能モノマーを含有しない。
非常に好ましくは、モノマー混合物(A)は、ヘテロ原子を含有する官能基を有するモノマーを全く含有しない。これは、ヘテロ原子が存在する場合、架橋基の形態でのみ存在することを意味する。例えば、ラジカルRとしてアルキルラジカルを有する、(メタ)アクリレートに基づいた上記のモノオレフィン性不飽和モノマーが、その事例である。
1つの特に好ましい実施形態において、モノマー混合物(A)は、アルキルラジカルを有する少なくとも1種の(メタ)アクリル酸モノ不飽和エステル、およびビニル基を含有する少なくとも1種のモノオレフィン性不飽和モノマーを含み、モノオレフィン性不飽和モノマーは、ビニル基上に配置された芳香族型または飽和脂肪族−芳香族混合型ラジカルを有し、飽和脂肪族−芳香族混合型の場合、ラジカルの脂肪族部分はアルキル基である。
混合物(A)に存在するモノマーは、それらから製造されるポリマー(a)が10〜65℃、好ましくは30〜50℃のガラス転移温度を有するように選択される。
測定において予測されるガラス転移温度の有用な推定値には、既知のFox方程式を用いることができる(T.G.Fox、Bull.Am.Phys.Soc.1(1956年)123を参照すること)。Fox方程式は、分子質量を組み込むことなく、ホモポリマーのガラス転移温度およびこれらの質量部に基づいて良好な推定を表すので、当業者は合成における有用な助けとして用いることができ、いくつかの目標指向実験によって、望ましいガラス転移温度を設定することを可能にする。
モノマー混合物(A)の乳化重合により段階i.において製造されたポリマーは、シードとも呼ばれる。
シードは、好ましくは20〜125nmの粒径(DIN ISO 13321に準じた動的光散乱によって測定)を有し、本発明の目的における粒径は、測定された平均粒子直径(Z平均)を指す。粒径は、例えば「Malvern Nano S90」(Malvern Instruments)を使用して測定され得る。
モノマー混合物(B)は、少なくとも1種のポリオレフィン性不飽和モノマー、好ましくは少なくとも1種のジオレフィン性不飽和モノマーを含む。そのような好ましいモノマーの1種は、ヘキサンジオールジアクリレートである。
モノマー混合物(B)は、好ましくは、ヒドロキシ官能モノマーを含有しない。同様に好ましくは、モノマー混合物(B)は、酸官能モノマーを含有しない。
非常に好ましくは、モノマー混合物(B)は、ヘテロ原子を含有する官能基を有するモノマーを全く含有しない。これは、ヘテロ原子が存在する場合、架橋基の形態でのみ存在することを意味する。例えば、ラジカルRとしてアルキルラジカルを有する、(メタ)アクリレートに基づいた上記のモノオレフィン性不飽和モノマーが、その事例である。
1つの特に好ましい実施形態において、モノマー混合物(B)は、少なくとも1種のポリオレフィン性不飽和モノマーのほか、いずれにしても以下の更なるモノマーを含み、まず第1に、アルキルラジカルを有する少なくとも1種の(メタ)アクリル酸モノ不飽和エステル、第2に、ビニル基を含有する少なくとも1種のモノオレフィン性不飽和モノマーを含み、モノオレフィン性不飽和モノマーは、ビニル基上に配置された芳香族型または飽和脂肪族−芳香族混合型ラジカルを有し、飽和脂肪族−芳香族混合型の場合、ラジカルの脂肪族部分はアルキル基である。
ポリ不飽和モノマーの割合は、モノマー混合物(B)のモノマーの総モル量に対して、好ましくは0.05〜3mol%である。
混合物(B)に存在するモノマーは、それらから製造されるポリマー(b)が−35〜15℃、好ましくは−25〜+7℃のガラス転移温度を有するように選択される。
モノマー混合物(B)の乳化重合による段階ii.において、シードの存在下で製造されたポリマーは、コアとも呼ばれる。段階ii.の後では、結果物はシードおよびコアを含むポリマーである。
段階ii.の後に得られるポリマーは、80〜280nm、好ましくは120〜250nmの粒径を好ましく有する。
混合物(C)に存在するモノマーは、それらから製造されるポリマーが−50〜15℃、好ましくは−20〜+12℃のガラス転移温度を有するように選択される。
この混合物(C)のオレフィン性不飽和モノマーは、シード、コアおよびシェルを含む得られるポリマーが、10〜25の酸価を有するように好ましく選択される。
したがって、混合物(C)は、好ましくは少なくとも1種のアルファ−ベータ不飽和カルボン酸、とりわけ好ましくは(メタ)アクリル酸を含む。
混合物(C)のオレフィン性不飽和モノマーは、シード、コアおよびシェルを含む得られるポリマーが、0〜30、好ましくは10〜25のOH価を有するように更に好ましく選択される。
前述の酸価およびOH価は、全て、任意のポリウレタン(P)を混合していない、用いられるモノマー混合物(A)、(B)および(C)全体に対して計算された値である。
1つの特に好ましい実施形態において、モノマー混合物(C)は、少なくとも1種のアルファ−ベータ不飽和カルボン酸、および、少なくとも1種の、ヒドロキシル基で置換されているアルキル基を有する(メタ)アクリル酸のモノ不飽和エステルを含む。
1つの特に好ましい実施形態において、モノマー混合物(C)は、少なくとも1種のアルファ−ベータ不飽和カルボン酸、少なくとも1種の、ヒドロキシル基で置換されているアルキル基を有する(メタ)アクリル酸のモノ不飽和エステル、および、少なくとも1種の、アルキル基を有する(メタ)アクリル酸のモノ不飽和エステルを含む。
本発明の文脈において、アルキルラジカルについて言及する場合、更なる特定を伴うことはなく、このことは、官能基およびヘテロ原子を有さない純粋なアルキルラジカルを常に意味している。
モノマー混合物(C)の乳化重合により、段階iii.においてシードおよびコアの存在下で製造されたポリマーは、シェルとも呼ばれる。段階iii.の後では、結果物は、シード、コアおよびシェルを含むポリマーSCSである。
ポリウレタン(P)
1つの好ましい実施形態において、モノマー混合物、(A)、(B)および(C)のうちの少なくとも1個は、少なくとも1個のオレフィン不飽和性基を含有する少なくとも1種のポリウレタン(P)を含む。
ポリウレタン(P)は、23℃で40mN/m〜55mN/mの範囲の表面張力を有し、10未満の多分散性dを有する。表面張力は、DIN EN 14210:2004−03のようなリング法(ring method)によって好ましく決定され、表面張力の測定値は、DIN EN 14370:2014−11のように修正される。表面張力の測定は、23℃の温度で実施される。ポリウレタン(P)は、23℃で40.5mN/m〜50mN/mの範囲の表面張力を有すことが、更に好ましい。
表面張力の概念は、当業者にはよく知られており、例えば、表面の間(界面)、液体と、空気などの気体との間に存在する特性を示す。
少なくとも1個のオレフィン不飽和性基を含有する少なくとも1種のポリウレタン(P)は、10未満の多分散性dを有することが更に好ましい。ポリウレタン(P)は、2〜7の範囲、より好ましくは3〜6の範囲の多分散性を有することが更に好ましい。
多分散性の概念は、当業者にはよく知られている。この用語は、分子質量分布の幅を表し、質量平均分子質量Mと数平均分子質量Mとの比によって計算される。質量平均および数平均分子質量の決定は、DIN55672−1(2016年3月)に準じたゲル浸透透過クロマトグラフィー(GPC)によって行われる。
好ましく使用されるポリウレタン(P)は、少なくとも1個のオレフィン性不飽和基を有する。少なくとも1個のオレフィン性不飽和基は、ポリウレタン(P)が、乳化重合においてモノマー混合物(A)、(B)または(C)と混合されるとき、シードまたはコアまたはシェルにそれぞれ共重合されることを確実にする。
ポリウレタン(P)は、好ましくはNCO基を含まない。本発明の意味において、これは、NCO基の量が0.01wt%未満であることを意味する。
ポリウレタン(P)は、好ましくは、正確に1個のオレフィン性不飽和基を有する。しかし、小さな二次的な反応が、ポリウレタン(P)の合成の反応レジームにおいて発生し、1個を超えるオレフィン性不飽和基を有するポリウレタン(P)をもたらす可能性がある。したがって、少なくとも90wt%、好ましくは少なくとも95wt%、非常に好ましくは少なくとも98wt%の程度まで正確に1個のオレフィン性不飽和基を有するポリウレタン(P)を使用することが、好ましい。
少なくとも1個のオレフィン不飽和性基を含有するポリウレタン(P)は、少なくとも1種のポリエステルジオールと少なくとも1種のポリイソシアネートとの反応と、それに続く、少なくとも1個のオレフィン不飽和性基を含有し、かつイソシアネート基に反応性がある少なくとも1個の官能基を有する、少なくとも1種の化合物との鎖伸長反応によって、好ましくは製造される。
好ましく使用される少なくとも1種のポリエステルジオールは、少なくとも1種のポリカルボン酸および/またはそのエステルもしくは無水物と、少なくとも1種のポリオールとのエステル化反応によって好ましく製造される。ポリエステルジオールの製造には、特別なことは何もない。エステル化は、通常、水分離器の助けを借りて実施される。
ポリエステルジオールの合成では、ポリカルボン酸より少なくとも少しモル過剰量のポリオールを使用することが好ましい。この文脈において、ポリカルボン酸のカルボン酸基とポリオールのアルコール基との比が、1:1.05〜1:2であることが、特に好ましい。より好ましくは、比は1:1.1〜1:2である。
ポリカルボン酸は、好ましくは脂肪族飽和または芳香族カルボン酸であり、これは、好ましくはジカルボン酸である。適した脂肪族飽和ジカルボン酸の例は、エタン二酸(シュウ酸)、プロパン二酸(マロン酸)、ブタン二酸(コハク酸)、ペンタン二酸(グルタル酸)、ヘキサン二酸(アジピン酸)、ヘプタン二酸(ピメリン酸)、オクタン二酸(スベリン酸)、ノナン二酸(アゼライン酸)、デカン二酸(セバシン酸)、マレイン酸、およびヘキサヒドロフタル酸である。
適した芳香族ジカルボン酸の例は、1,2−ベンゼンジカルボン酸(フタル酸)、1,3−ベンゼンジカルボン酸(イソフタル酸)、および1,4−ベンゼンジカルボン酸(テレフタル酸)である。存在する場合は、対応する無水物を使用することもできる。
更なる可能性は、ポリカルボン酸として二量体脂肪酸を使用することである。二量体脂肪酸(二量体化脂肪酸または二量体酸としても長く知られている)は、不飽和脂肪酸のオリゴマー化によって製造される混合物のために一般的に使用され、とりわけ本発明の文脈において使用される用語である。例えば、これらは不飽和植物脂肪酸の触媒二量化によって製造可能であり、使用される出発材料は、特に不飽和C12〜C22脂肪酸である。連結は、原則的にディールスアルダー型に従って進行し、二量体脂肪酸の製造に使用される脂肪酸における二重結合の数および位置に応じて、主に二量体生成物の混合物をもたらし、これは、カルボン酸基の間に、脂環式、直鎖脂肪族、分枝脂肪族およびC芳香族の炭化水素基を有する。メカニズムおよび/または後に続く任意の水素化に応じて、脂肪族ラジカルは飽和または不飽和であってもよく、芳香族基の割合も変わり得る。この場合、カルボン酸基の間のラジカルは、例えば、24〜44個の炭素原子を含有する。18個の炭素原子を有する脂肪酸が、製造のために好ましく使用され、それは、二量体生成物が36個の炭素原子を有することを意味する。二量体脂肪酸のカルボキシル基を接続するラジカルは、好ましくは不飽和結合を有さず、芳香族炭化水素ラジカルを有さない。したがって、本発明の意味において、C18脂肪酸が二量体脂肪酸の製造に好ましく使用される。リノレン酸、リノール酸および/またはオレイン酸が特に好ましく使用される。
反応レジームに応じて、上記に指定されたオリゴマー化は、主に二量体分子を含むが三量体分子および単量体分子ならびに他の副産物も含む混合物を生成する。蒸留精製が標準的な手順である。市販の二量体脂肪酸は、一般に、少なくとも80wt%の二量体分子、19wt%までの三量体分子、1wt%以下の単量体分子、および他の副産物を含有する。
二量体脂肪酸分子を少なくとも90wt%、好ましくは少なくとも95wt%、非常に好ましくは少なくとも98wt%の程度で含む二量体脂肪酸を使用することが、好ましい。
本発明の目的において、二量体分子を少なくとも90wt%、三量体分子を5wt%未満、単量体分子を5wt%未満の程度で、および他の副産物を含む二量体脂肪酸を使用することが、好ましい。二量体分子を95〜98wt%、三量体分子を5wt%未満、単量体分子を1wt%未満、の程度で、および他の副産物を含む二量体脂肪酸を使用することが、特に好ましい。同様に、二量体分子を少なくとも98wt%、三量体分子を1.5wt%未満、単量体分子を0.5wt%未満の程度で、および他の副産物を含む二量体脂肪酸を使用することが、特に好ましい。二量体脂肪酸における単量体、二量体および三量体分子の割合ならびに他の副産物の割合の決定は、例えば、ガスクロマトグラフィー(GC)によって行うことができる。この場合、GC分析の前に、二量体脂肪酸は三フッ化ホウ素法により対応するメチルエステルに変換され(DIN EN ISO 5509を参照すること)、その後GCにより分析される。
ここで、本発明の目的における「二量体脂肪酸」の基本的な特徴は、これらの製造が不飽和脂肪酸のオリゴマー化を伴うことである。このオリゴマー化は、主に、すなわち、好ましくは少なくとも80wt%、より好ましくは少なくとも90wt%、非常に好ましくは少なくとも95wt%、より特定的には少なくとも98wt%の程度で、二量体生成物をもたらす。オリゴマー化が、正確に2個の脂肪酸分子を含有する二量体生成物を優勢的に生成するという事実は、この命名を正当化し、これは、どのような場合においても通常のことである。
好ましく使用される二量体脂肪酸は、市販の製品として得ることができる。例には、OleonからのRadiacid 0970、Radiacid 0971、Radiacid 0972、Radiacid 0975、Radiacid 0976、およびRadiacid 0977、CrodaからのPripol 1006、Pripol 1009、Pripol 1012、およびPripol 1013、BASF SEからのEmpol 1008、Empol 1061、およびEmpol 1062、ならびにArizona ChemicalからのUnidyme 10およびUnidyme TIが含まれる。
異なるポリオールを、好ましいポリエステルジオールを製造するエステル化反応に用いることができる。ジオールの使用がこの文脈においてとりわけ好ましく、62〜500g/molの分子質量を有する脂肪族ジオールの使用が、更に好ましい。
ジオールは、脂環式であり得るが、好ましくは、置換基として2個のヒドロキシル基を有する非環状脂肪族化合物である。
適切なジオールの例は、エチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,2−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、および1,2−シクロヘキサンジメタノールである。
下記の一般構造式のポリエーテルがポリオールとして更に考慮され、
Figure 2019527752
式中、RはC〜Cアルキルラジカルである。指数nは、それぞれの場合において、このポリエーテルが450〜2200g/molの数平均分子質量を有するように選択されるべきである。より好ましくは、700〜1400g/mol、非常に好ましくは800〜1200g/molの数平均分子質量を有する。
使用されるポリエーテルでは、n個のラジカルRは全て同じであり得る。しかし、異なる種類のラジカルRが存在することも等しく可能である。好ましくは、全てのラジカルRが同じである。
Rは、好ましくは、CまたはCアルキレンラジカルである。より好ましくは、イソプロピレンまたはテトラメチレンラジカルである。
非常に好ましくは、本発明に使用されるポリエーテルは、ポリプロピレングリコールまたはポリテトラヒドロフランである。
エステル化反応により得られるポリエステルジオールの更なる反応では、コーティングの分野に使用される全ての慣用で公知のポリイソシアネートが原則的に考慮される。
適したポリイソシアネートの例は、イソホロンジイソシアネート(=5−イソシアナト−1−イソシアナトメチル−1,3,3−トリメチルシクロヘキサン)、5−イソシアナト−1−(2−イソシアナトエタ−1−イル)−1,3,3−トリメチルシクロヘキサン、5−イソシアナト−1−(3−イソシアナトプロパ−1−イル)−1,3,3−トリメチルシクロヘキサン、5−イソシアナト(4−イソシアナトブタ−1−イル)−1,3,3−トリメチル−シクロヘキサン、1−イソシアナト−2−(3−イソシアナトプロパ−1−イル)シクロヘキサン、1−イソシアナト−2−(3−イソシアナトエタ−1−イル)シクロヘキサン、1−イソシアナト−2−(4−イソシアナトブタ−1−イル)シクロヘキサン、1,2−ジイソシアナトシクロブタン、1,3−ジイソシアナトシクロブタン、1,2−ジイソシアナトシクロペンタン、1,3−ジイソシアナトシクロペンタン、1,2−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,3−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン2,4’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン4,4’−ジイソシアネート、トリメチ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、ペンタ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、エチルエチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサンジイソシアネート、ヘプタメチレンジイソシアネート、あるいはHenkelにより商標名DD 1410で市販され、特許国際公開第97/49745号および国際公開第97/49747号に記載されている二量体脂肪酸から誘導されたジイソシアネート、とりわけ、2−ヘプチル−3,4−ビス(9−イソシアナトノニル)−1−ペンチルシクロヘキサン、1,2−、1,4−もしくは1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,2−、1,4−もしくは1,3−ビス(2−イソシアナトエタ−1−イル)シクロヘキサン、1,3−ビス(3−イソシアナトプロパ−1−イル)シクロヘキサン、または1,2−、1,4−もしくは1,3−ビス(4−イソシアナトブタ−1−イル)シクロヘキサン、m−テトラメチルキシリレンジイソシアネート(すなわち、1,3−ビス(2−イソシアナトプロパ−2−イル)ベンゼン)、またはトリレンジイソシアネートである。
イソシアネート、ビウレット、アロファネート、イミノオキサジアジンジオン、ウレタン、尿素、カルボジイミド、および/またはウレトジオン基を含有するポリイソシアネートの使用も可能である。
ポリイソシアネートとして飽和イソシアネートを使用することが好ましく、イソホロンジイソシアネートおよびm−テトラメチルキシリレンジイソシアネートの群から選択されるポリイソシアネートが、特に好ましい。
ポリエステルジオールとポリイソシアネートとの反応は、更なるカルボキシル基をポリウレタン(P)に導入する化合物の存在下で実施されることが更に好ましい。この目的において、例えば、2,2−ジメチロール酢酸、2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)、2,2−ジメチロール酪酸および2,2−ジメチロールペンタン酸などのα,α−ジメチロールアルカン酸を使用することが可能であり、2,2−ジメチロールプロピオン酸が特に好ましい。
好ましく使用される少なくとも1種のポリエステルジオールは、少なくとも1種のポリイソシアネートと、好ましくはDMPAの存在下で反応して、イソシアネート基を有する中間体をもたらす。この反応は、周知のポリウレタン化学の方法に従って実施される(例えば、Kunststoff−Handbuch[Plastics Handbook]、7巻:Polyurethanes、Dr.G.Oertel編、Carl Hanser Verlag,Munich−Vienna 1983年を参照すること)。反応は無溶媒的に実施することができるが、好ましくは、イソシアネート基に対して不活性であり、かつ水に混和性である溶媒中において実施される。上記の特性のみならず、製造されるポリウレタンにとって良溶媒であり、かつ水性混合物から容易に分離され得る溶媒を使用することが、有益である。とりわけ適している溶媒は、アセトンおよびメチルエチルケトンである。
使用されるポリエステルジオール、ポリイソシアネートおよびDMPAの割合は、好ましくは、ポリエステルジオールおよびDMPAの全てのヒドロキシル基と、ポリイソシアネートのイソシアネート基との全体的な比が、0.08〜0.1wt%の範囲の残留イソシアネート基含有量を有する反応生成物をもたらすように選択される。
上記の反応の後に、好ましくは、イソシアネート基を含有する得られた中間体と、少なくとも1個のオレフィン性不飽和モノマー基を含有し、かつイソシアネート基に反応性がある少なくとも1個の官能基を有する少なくとも1種化合物との反応が存在する。イソシアネート基に反応性がある基は、特にヒドロキシル基ならびに第一級および第二級アミンによって代表され、ヒドロキシル基が特に好ましい。使用される化合物が正確に1個のオレフィン性不飽和基を有することが、とりわけ好ましい。
(メタ)アクリレートに基づいたモノオレフィン性不飽和アルコール、アリル基を有するモノオレフィン性不飽和アルコール、およびビニル基を含有する他のモノオレフィン性不飽和アルコールが、いわゆる鎖伸長反応にアルコールとして使用されることが好ましい。
特に、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、および4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなど、ヒドロキシル基で置換されている飽和脂肪族ラジカルを有する(メタ)アクリル酸のモノ不飽和エステルが、特に適しており、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートがとりわけ好ましい。
ポリウレタン(P)は、原則的に、乳化重合において、モノマー混合物(A)、(B)または(C)のいずれかと混合され得る。ここでは、ポリウレタン(P)がモノマー混合物(A)、(B)または(C)の1個のみと混合されることが可能である。混合がモノマー混合物(A)と実施される場合、ポリウレタンは、ポリマーSCSのシードに共重合される。混合がモノマー混合物(B)と実施される場合、ポリウレタン(P)は、ポリマーSCSのコアに組み込まれる。ポリウレタン(P)がモノマー混合物(C)と混合する場合、ポリマーSCSのシェルの中に重合される。しかし、ポリウレタン(P)がモノマー混合物の1個のみならず、3個の混合物(A)、(B)および(C)のうちの2個と混合して、ポリウレタン(P)を含有することも可能である。更に、3個の混合物(A)、(B)および(C)の全てが、ポリウレタン(P)と混合することも可能である。その場合、ポリウレタン(P)は、ポリマーSCSのシードおよびコアおよびシェルに重合する。
原則的に、ポリウレタン(P)は、混合物(A)、(B)および/または(C)に、非常に広範囲の質量百分率の割合で添加され得る。対応する混合物(A)、(B)または(C)におけるポリウレタン(P)の割合は、対応するモノマー混合物(A)、(B)または(C)の固形分含有量に対して、0.1〜10.0wt%の範囲であることが好ましい。
ポリウレタン(P)をモノマー混合物(A)、(B)または(C)に添加する効果は、コモノマーとして共重合されることであり、ポリウレタン(P)は、追加的に乳化効果を有する。しかし、十分な乳化剤効果を得るため、ポリウレタン(P)がモノマー混合物(A)、またはモノマー混合物(B)および/もしくは(C)のどちらかと混合されるかを、区別するべきである。ポリウレタン(P)がモノマー混合物(A)に添加される場合、比較的大量のポリウレタン(P)が、乳化重合の開始時に十分なミセル形成を確実にするために必要である。十分なミセル形成は、望ましい粒径の制御を可能にするために必要である。したがって、モノマー混合物(A)におけるポリウレタンの割合は、モノマー混合物(A)の固形分含有量に対して、0.1〜10wt%、好ましくは1〜9wt%、より好ましくは5〜8wt%であることが好ましい。
ポリウレタン(P)をモノマー混合物(B)および/または(C)と混合する場合、必要なポリウレタン(P)の量は、一般に、達成されるべき十分な乳化剤効果のためには低いものである。したがって、ポリウレタン(P)がモノマー混合物(B)および/または(C)と混合される場合、ポリウレタン(P)の割合は、対応するモノマー混合物(B)または(C)の固形分含有量に対して、0.1〜1.0wt%、好ましくは0.15wt%〜0.8wt%、より好ましくは0.2〜0.6wt%であることが好ましい。しかし、とりわけモノマー混合物(B)および(C)に関して、より高い割合のポリウレタン(P)がモノマー混合物と混合されることも可能である。
ポリウレタン(P)が3個のモノマー混合物(A)、(B)および(C)の全てと混合され得る場合、ポリウレタン(P)の割合は、水性分散体の固形分含有量に対して、0.05〜1.8wt%、好ましくは0.08wt%〜1.6wt%、より好ましくは0.1〜1.5wt%であることが好ましい。
ポリマーSCSを含む水性分散体
この製造の後、ポリマーSCSは、好ましくは100〜500nm、より好ましくは125〜400nm、非常に好ましくは130〜300nmの粒径を有する。
乳化重合におけるモノマー混合物の割合は、好ましくは、以下のように互いに調和している。混合物(A)、(B)および(C)各々の量の合計に対して、それぞれ、混合物(A)の割合は、0.1〜10wt%であり、混合物(B)の割合は、60〜80wt%であり、混合物(C)の割合は、10〜30wt%である。
水性分散体は、好ましくは5.0〜9.0、より好ましくは7.0〜8.5、非常に好ましく7.5〜8.5のpHを有する。pHは、例えば以下において更に明らかにされるように、塩基の使用によってそれ自体の製造の際に一定に保たれ得る。そうでなければ、pHは、ポリマーSCSが製造された後に意図的に設定され得る。
とりわけ好ましい実施形態において、水性分散体は、5.0〜9.0のpHを有し、その中に存在する少なくとも1種のポリマーは、100〜500nmの粒径を有する。より一層好ましい範囲の組み合わせは、以下のとおりであり、7.0〜8.5のpHおよび125〜400nmの粒径、より好ましくは、7.5〜8.5のpHおよび130〜300nmの粒径である。
記載した段階i.〜iii.は、pHを設定するためのものとして公知の酸または塩基の添加なしで好ましく実施される。ポリマーの製造において、段階iii.の文脈において好ましい、例えばカルボキシ官能モノマーが使用される場合、分散体のpHは、段階iii.の終了後には7未満であり得る。したがって、例えば好ましい範囲内の値などより高い値にpHを調整するために、塩基の添加が必要である。
したがって上記から分かるように、好ましくは段階iii.の後のpHは、特に、(有機)窒素含有塩基などの塩基、例えば、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルアニリン、トリフェニルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、またはトリエタノールアミンなどのアミンなどの添加を介して、および炭化水素ナトリウムもしくはホウ酸塩、またこの物質の混合物の添加によっても、調整され、または調整される必要がある。しかし、このことは、乳化重合の前、その最中、またはその後、そうでなければ個別の乳化重合の間に、pHを調整する可能性を排除するものではない。モノマーの選択によって、望ましい値にpHを調整する必要性が全くない可能性も同様に存在する。
ここでpHの測定は、組合せpH電極(例えば、Mettler−Toledo InLab(登録商標)Routine)を有するpHメーター(例えば、Mettler−Toledo S20 SevenEasy pHメーター)を使用して、好ましく実施される。
ポリマーSCSを含む分散体は、水性である。分散体の固形分含有量および分散体中の水の割合の百分率の合計は、少なくとも80wt%、好ましくは少なくとも90wt%であることが好ましい。また、80〜99wt%、とりわけ90〜97.5wt%の範囲が好ましい。この数値において、固形分含有量は、伝統的に単位「%」のみを有するが、「wt%」で報告される。固形分含有量は最終的に質量百分率の数値でも表されるので、この形態の提示が正当化される。したがって、例えば分散体が25%の固形分含有量および70wt%の含水量を有する場合、上記に定義された固形分含有量および水の割合の百分率の合計は95wt%になる。
このように分散体は、大量の水およびポリマーSCSからなり、特に有機溶媒などの環境負荷構成成分は、わずかな割合でしか存在しない、または全く存在しない。
5または6個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコール
本発明のミキサー系、更にはポリマーSCSを含む水性分散体は、構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個に、5個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールおよび/または6個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールを含む。本発明のミキサー系は、5個の炭素原子を有する正確に1種の肪族モノアルコールおよび/または6個の炭素原子を有する正確に1種の脂肪族モノアルコールを含むことが更に好ましい。
構成成分(1)、(2)または(3)それぞれにおける、5個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールおよび6個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールの全ての合計の質量百分率の割合は、対応する構成成分(1)、(2)または(3)に対して好ましくは5wt%未満であり、構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個は、対応する構成成分(1)、(2)または(3)の総質量に対して、5個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールおよび6個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールの全ての合計の質量百分率の割合が少なくとも1.0wt%である。
本発明に使用される脂肪族モノアルコールは、好ましくは、ヒドロキシル基以外に他のヘテロ原子を含有しない脂肪族モノアルコールである。モノアルコールの脂肪族炭素鎖は、構造において分枝、直鎖または環状であってもよく、直鎖構造のモノアルコールがとりわけ好ましい。
5個の炭素原子を有する適切な脂肪族モノアルコールの例は、ペンタン−1−オール(n−ペンタノール)、ペンタン−2−オール、ペンタン−3−オール、2−メチルブタン−1−オール、2−メチルブタン−2−オール、3−メチルブタン−1−オール、3−メチルブタン−2−オール、2,2−ジメチルプロパン−1−オール、およびシクロペンタノールである。ペンタン−1−オール、ペンタン−2−オール、およびペンタン−3−オールが特に好ましく、ペンタン−1−オールが更に特定的に好ましい。
6個の炭素原子を有する適切な脂肪族モノアルコールの例は、ヘキサン−1−オール(n−ヘキサノール)、ヘキサン−2−オール、ヘキサン−3−オール、2−メチルペンタン−1−オール、3−メチルペンタン−1−オール、4−メチルペンタン−1−オール、2−メチルペンタン−2−オール、3−メチルペンタン−2−オール、3−メチルペンタン−2−オール、4−メチルペンタン−2−オール、2−メチルペンタン−3−オール、3−メチルペンタン−3−オール、2,2−ジメチルブタン−1−オール、2,3−ジメチルブタン−1−オール、3,3−ジメチルブタン−1−オール、2,3−ジメチルブタン−2−オール、3,3−ジメチルブタン−2−オール、2−エチルブタン−1−オール、およびシクロヘキサノールである。ヘキサン−1−オール、ヘキサン−2−オールおよびヘキサン−3−オールが特に好ましく、ヘキサン−1−オールが特定的に好ましい。
原則的に、前述のモノアルコールの混合物を使用することも可能である。5個の炭素原子を有する異なるモノアルコールの混合物、および6個の炭素原子を有する異なるモノアルコールの混合物の両方、また5個の炭素原子を有するモノアルコールと6個の炭素原子を有するモノアルコールとの間の混合物も、この場合に考慮される。
水性再仕上げ組成物
本発明の更なる主題は、本発明のミキサー系の構成成分(1)、(2)および(3)を混合することによって生成される水性再仕上げ組成物である。この文脈において、外部架橋ポリウレタンが構成成分(1)および/または(2)に使用される場合、追加の架橋剤が硬化のために必要となり得ることに留意すべきである。そのような架橋剤は、構成成分(1)および/もしくは(2)と直接混合する、または塗布の少し前に別の構成成分(4)を介して導入することができる。前者の場合では、架橋剤は、結果として貯蔵安定な構成成分(1)および/または(2)となるように選択されるべきである。このことは、混合の最中または直後にあらゆる架橋反応があるべきではなく、むしろ架橋が、例えば高温または放射線作用による、活性化を必要とすることを意味する。ここでは、例えば、ブロックイソシアネート使用することが可能である。
架橋剤が別の構成成分(4)を介して再仕上げ組成物に導入される場合、この構成成分(4)は、塗布の少し前に、予め混合された再仕上げ組成物と混合されるべきである。この場合は、構成成分(1)および/または(2)の外部架橋ポリウレタンと、熱および/または放射線への追加的な曝露を有することなく反応する架橋剤、ならびにそのような活性化を必要とする架橋剤の両方を使用することが可能である。最初の代替案では、この時点で挙げることができる例は、非ブロックイソシアネートである。
使用される架橋剤の性質は、原則的に、再仕上げ組成物のバインダーに存在する反応性基に依存する。特に、架橋剤の性質は、ポリウレタンの官能性基、さらには生成される多段階ポリマーにも適応しなければならない。この時点で可能な架橋剤として挙げることができる例は、アミノ樹脂、とりわけメラミン樹脂、ならびにブロックおよび非ブロックポリイソシアネートである。
再仕上げ組成物は、自動車仕上げに使用され、かつ自動車の最初の仕上げの仕上げ修復および修正に用いられる、彩色および/または効果コーティング組成物である。通常は、例えば研磨および洗浄などの基材への対応する前処理の後に、金属またはプラスチック基材に塗布される。彩色再仕上げ組成物を特に環境の影響から保護するため、少なくとも1種の追加のクリアコートが塗布される。
水性着色再仕上げ組成物の総質量に対する少なくとも1種の水性分散体の割合は、好ましくは5〜60wt%、より好ましくは10〜50wt%、非常に好ましくは20〜45wt%である。
水性ベースコート材料の総質量に対する水性分散体由来のポリマーSCSの割合は、好ましくは1〜24wt%、より好ましくは2.5〜20.0wt%、非常に好ましくは3〜18.0wt%である。
水性再仕上げ組成物に使用される水性分散体に由来するポリマーSCSの割合を決定する、または特定することは、構成成分(1)、(2)または(3)に使用される水性分散体の固形分含有量(不揮発性物質の割合または固形分の割合とも呼ばれる)の決定を介して行うことができる。
本発明の再仕上げ組成物の固形分含有量は、取り組むべき事案の要件に従って変わり得る。固形分含有量は、塗布、とりわけ噴霧塗布に必要な粘度によって主に導き出され、したがって、適切であれば範囲測定検査の助けを借りて、当業者の一般知識に基づいて設定され得る。
再仕上げ組成物の固形分含有量は、好ましくは5〜70wt%、より好ましくは10〜65wt%、とりわけ好ましくは15〜60wt%である。
5個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールおよび6個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールの全ての合計の質量百分率の割合は、再仕上げ組成物の総質量に対して、0.2〜3.02wt%、好ましくは0.4〜2.5wt%であることが更に好ましい。
本発明の水性再仕上げ組成物は、好ましくは250g/l未満のVOC含有量を有する。
特定の割合範囲で好ましい水性分散体を含む水性再仕上げ組成物に対して特定化が可能な場合、以下が適用される。当然のことながら、好ましい群の範囲内に入らない水性分散体が水性再仕上げ組成物の中に存在してもよい。その場合、特定の割合範囲は、好ましい群の水性分散体のみに適用される。いずれにしても、好ましい群の分散体および好ましい群の部分ではない分散体からなる水性分散体の合計の割合も、同様に特定の割合範囲の対象となることが好ましい。
したがって、10〜50wt%の割合範囲および好ましい群の水性分散体に限定される場合、この割合範囲は、初めは好ましい群の水性分散体のみに適用されることが明らかである。しかしこの場合では、好ましい群の水性分散体および好ましい群の部分を形成しない水性分散体からなる元々包含されている全ての水性分散体に合計で10〜50wt%が存在することも、同様に好ましい。したがって、好ましい群の水性分散体の35wt%が使用される場合、好ましくない群の水性分散体の15wt%以下を使用することができる。
記載した原則は、本発明の目的において、再仕上げ組成物の全ての記載した構成成分およびこれらの割合範囲について、例えば、下記に特定される顔料について、または下記に特定される架橋剤について、有効である。
水性再仕上げ組成物は、一般に、着色顔料および/または光学効果顔料を含み、これらは少なくとも1個の構成成分(2)を介して再仕上げ組成物に導入される。
顔料の割合は、例えば、水性再仕上げ組成物の総質量に対して、1〜40wt%、好ましくは2〜20wt%、より好ましくは5〜15wt%の範囲であり得る。
本発明の更なる主題は、水性再仕上げ組成物の生成方法であって、本発明のミキサー系を使用することを含む方法である。
したがって本発明の更なる主題は、自動車再仕上げのための水性再仕上げ組成物を生成する、本発明のミキサー系の使用である。本発明のミキサー系に関連して以上に説明した好ましい実施形態は、全て、自動車再仕上げのための水性再仕上げ組成物を生成することに使用される文脈における、本発明のミキサー系の好ましい実施形態でもある。
本発明を実施例の形態で下記において説明する。
方法の説明
酸価の決定
酸価は、DIN EN ISO 2114(日付:2002年6月)に準じ、「方法A」を使用して決定された。酸価は、DIN EN ISO 2114により特定された条件下で1gの試料を中和するのに必要な水酸化カリウムの質量(mg)に対応する。報告される酸価は、DIN規格により特定された総酸価に対応する。
OH価の決定
OH価は、DIN 53240−2(日付:2007年11月)に準じて決定された。OH基は、過剰量の無水酢酸を用いる反応によってアセチル化される。次に過剰量の無水酢酸を水の添加によって酢酸に分けて、全ての酢酸をエタノールKOHで逆滴定する。OH価は、KOHの量(mg)を示し、アセチル化により試料1gに結合した酢酸の量と同等である。
数平均および質量平均分子質量の決定
数平均分子質量(M)は、DIN 55672−1(日付:2007年8月)に準じたゲル浸透透過クロマトグラフィー(GPC)によって決定された。数平均分子質量の他に、この方法を使用して、質量平均分子質量(M)、また多分散性d(質量平均分子質量(M)と数平均分子質量(M)の比)も決定することができる。テトラヒドロフランが溶出剤として使用される。決定は、ポリスチレン基準に対して実施される。カラム材料は、スチレン−ジビニルベンゼンコポリマーからなる。
表面張力の決定
ポリウレタン(P)の表面張力は、DIN EN 14210:2004−03のリング法を23℃で使用して決定した。使用した対応する機器は、Laudaのリング/プレートテンシオメーター(Du NoueyリングおよびWilhelmyプレートを備えたLauda TE1C)であった。表面張力値は、DIN EN 14370:2014−11のように修正される。
固形分含有量または不揮発性物質の割合の決定
水性分散体の固形分含有量を、DIN EN ISO 3151(2008年6月1日)に準じて、125℃、60分間、初期質量1.0gで決定した(DIN EN ISO 3151の表A.2.、方法C)。再仕上げ組成物の固形分含有量、およびミキサー系の個別の構成成分の固形分含有量を、DIN EN ISO 3251、表A.1(日付:2008年6月1日)に準じて決定した。この決定では、1gの試料を計り分けて、前もって乾燥させたアルミニウム皿に入れ、乾燥オーブンにより130℃で60分間乾燥し、乾燥器で冷却し、次に再び計量する。導入した試料の総量に対する残留分が、固形分含有量に相当する。
乾燥フィルム厚の決定
フィルム厚は、ElectroPhysikのMiniTest(登録商標)3100−4100機器を使用して、DIN EN ISO 2808(日付:2007年5月)、方法12Aのように決定された。
マルチコート系の生成
本発明、また比較例組成物の水性ベースコート材料の特性を決定するため、マルチコート塗装系を以下の一般的プロトコールに従って生成した。
標準的な陰極電気塗装(BASF CoatingsからのCathoGuard(登録商標)580)で被覆されたスチールパネルにパッドをかけ(すなわち、3M(商標)Scotch−Brite(商標)研磨パッドを使用して手作業により部分的に基材を粗面にして)、次に洗浄組成物(Glasurit(登録商標)700−1)で洗浄する。先ず初めに、噴霧ガン(SATAjet(登録商標)HVLP 4000、流入圧力:2bar、ノズル圧力:0.7bar)を使用して、市販のプライマー−サーフェサー(surfacer)(Glasurit(登録商標)285−270 Grundfueller Pro、Glasurit(登録商標)929−58 Fuellerhaerter Pro、およびGlasurit(登録商標)352−91 Einstellzusatzの体積比5:1:1)を2回の噴霧パスにより塗布し、続いて60℃で30分間乾燥し、得られた乾燥フィルムの標的厚さは60μmである。
研磨は偏心研磨機(接着性研磨シート150mm P400)を使用して実施し、続いて洗浄組成物(Glasurit(登録商標)700−1)で洗浄した後、噴霧ガン(SATAjet(登録商標)HVLP 4000、流入圧力:2bar、ノズル圧力:0.7bar)を使用して、方法A(最初に2回の噴霧を行い、それぞれの後に、得られたフィルムを、表面が無光沢になるまで約10〜15分間フラッシュオフし、その後に当業者に公知の効果パスを続けて、良好なメタリック効果を確実にし、その後に更に5分間フラッシュオフする)、または方法B(2回の噴霧パスを、その間にフラッシュオフをすることなく行い、すなわち、ウエットオンウエット塗布を行い、続いてフラッシュオフを表面が無光沢になるまで約15〜20分間行い、その後に効果パスを行わない)によって、各水性ベースコート材料を塗布する。対応するコーティング組成物により得られた乾燥フィルムの全体的な厚さは、10μmである。
この後に、市販のクリアコート(Glasurit(登録商標)923−335 HS−Multi−KlarlackおよびGlasurit(登録商標)929−33 Haerterの体積比2:1;この混合物に対して10体積%の割合のGlasurit(登録商標)352−91 Rheologiemodul)の2回の噴霧パスによる塗布が続き、標的乾燥フィルム厚は50〜60μmである。乾燥を60℃で30分間実施する。
水分抵抗性の決定
水分に対する本発明のコーティング組成物の抵抗性、および比較例組成物の抵抗性を決定するため、対応の被覆された基材を、EIN EN ISO 6270−2(日付:2005年9月)に準じてコンディショニングチャンバによりCH試験条件で一定凝縮条件試験に10日間にわたって付した。続いてパネルを、コンディショニングチャンバから取り出した1時間後および24時間後に、膨れおよび膨張について点検した。膨張が生じていない場合は、結果をOK(満足)と記録する。わずかな膨張がある場合、結果をbOK(基本的に満足)とランク付けし、より重大な膨張がある場合には、結果をnOK(不満足)とランク付けする。
膨れの発生は、2つのスコアの組合せによって以下のように評価される。
− 膨れの数は0〜5の個数の数値によってスコア付けされ、m1は非常に少ない膨れを示し、m5は非常に多い膨れを示す。
− 膨れのサイズは、同様に1〜5のサイズの数値によって評価され、g1は非常に小さな膨れを示し、g5は非常に大きな膨れを示す。
したがってm0g0という指定は、凝縮貯蔵後に膨れのないコーティングを意味し、膨れに関してOKの結果を表す。
マルチコート系の技術的特性を評価するため、凝縮曝露の後にクロスカットをDIN EN ISO 2409に準じて実施した(評価GT0〜GT5、0=最良のスコア、5=最悪のスコア)。
ストーンチップおよび蒸気噴射試験による接着力特性の決定
マルチコート塗装系をストーンチップ接着力についてDIN EN ISO 20567−1(2007年4月)、方法Bのようにして評価する。得られた損傷パターンを同様にDIN EN ISO 20567−1によって評価する。更に、蒸気噴射試験をDIN 55662、方法Bのようにして実施した。傷(対角線交差)を、Sikkensスクラッチニードルを使用して作った(DIN EN ISO 17872添付Aを参照すること)。蒸気噴射試験の結果の評価をDIN 55662に準じて行い、特に剥離の最大幅(ミリメートル)を確認した。
角度依存明度/フロップインデックスの決定
明度またはフロップインデックスを決定するため、対応の被覆された基材(上記の方法AまたはBによるマルチコート系)を、分光光度計(例えば、X−Rite MA60B+BA Multi−Angle Spectrophotometer)の使用による測定に付す。ここで光源を用いて表面に照射する。可視範囲のスペクトル検出を異なる角度で実施する。このようにして得られたスペクトル測定値を、標準スペクトル値および使用した光源の反射スペクトルも考慮して使用して、CIEL色空間における色値を計算することが可能であり、ここで、Lは、明度を特定し、aは、赤緑値を特定し、bは、黄青値を特定する。この方法は、例えば、とりわけ顔料が少なくとも1種の効果顔料を含むコーティングについて、ASTM E2194−12に記載されている。導き出された値は、多くの場合に、いわゆるメタリック効果を定量化するために用いられ、フロップインデックスと呼ばれ、明度と観察角度の関係を記載している。視野角の25°および75°で決定される明度値から、フロップインデックス(FI)は下記式:
FI=(L 25°/L 75°)100
に従って計算することができ、式中、Lは、対応する角度(25°および75°)で測定された明度値を表す。
遊離イソシアネート基含有量の決定
下記においてNCO含有量とも呼ばれる遊離イソシアネート量の決定はキシレン中2%N,N−ジブチルアミン溶液をアセトン/N−エチルピロリドン(1:1vol%)中の試料の均質溶液に添加することにより、DIN EN ISO 3251、DIN EN ISO 11909、およびDIN EN ISO 14896のように過剰量のアミンを0.1N塩酸で電位差逆滴定することによって行った。溶液中のポリマーの割合(固形分含有量)を介して、固形分含有量に基づいてポリマーのNCO含有量を計算することができる。
ポリマーのガラス転移温度Tgの決定
本発明の目的において、ガラス転移温度Tは、DIN 51005「Thermal Analysis(TA)−terms」およびDIN 53765(1994年3月)「Thermal Analysis−Dynamic Scanning Calorimetry(DSC)」に基づいて、実験的に決定される。15mgの試料を計り取ってサンプルボート(sample boat)に入れ、DSC装置に挿入する。開始温度まで冷却した後、第1回目および第2回目の測定を、50ml/分の不活性ガスブランケッティング下で10K/分の加熱速度により実施し、各測定の間には再び開始温度まで冷却する。測定は、予測されるガラス転移温度の約50℃未満から、ガラス転移温度を約50℃超えるまでの温度範囲で慣用的に実施される。本発明の目的におけるガラス移転温度は、DIN 5376、セクション8.1に準じて、比熱容量の変化の半分(0.5デルタcp)が達成された第2回目の測定における温度である。これは、DSCダイアグラム(温度に対する熱流量のプロット)から決定される。これは、中央線と、ガラス移転前後の推定ベースライン間の測定プロットとの交点に対応する温度を表す。
ポリマーの粒径の決定
ポリマーの粒径を、DIN ISO 13321(2004年10月)のように動的光散乱によって決定した。
VOC含有量の決定
水性再仕上げ組成物のVOC含有量は、DIN ISO 11890−1(2009年9月)に準じて決定される。
実施例
以下の本発明の実施例および比較例は、本発明を説明するために役立つが、限定として解釈されるべきではない。
特に示されない限り、部による量は質量部であり、パーセントによる量は、それぞれの場合において質量の百分率である。
1.使用される構成成分
下記において明らかにされ、本発明のミキサー系および対応する比較例の生成に使用される構成成分の定義は、以下のとおりである。
二量体脂肪酸 ポリマー脂肪酸(二量体含有量が少なくとも98wt%、三量体含有量が2wt%以下、モノマー含有量がごく微量)、例えば、CrodaからのPripol(登録商標)1012
PTHF BASF SEから入手可能なPolyTHF(登録商標)1000
DMPA ジメチロールプロピオン酸
NCO イソシアネート
IPDI イソホロンジイソシアネート
DMEA ジメチルエタノールアミン
TMP−Al Perstorpから市販されているトリメチロールプロパンモノアリルエーテル
DI水 脱イオン水
EF 800 Cytecから市販されているAerosol(登録商標)EF800
APS ペルオキソ二硫酸アンモニウム
1,6−HDDA 1,6−ヘキサンジオールジアクリレート
2−HEA 2−ヒドロキシエチルアクリレート
MMA メタクリル酸メチル
Acrysol RM−8 The Dow Chemical Companyからの非イオン性ポリウレタン増粘剤
Acticide B20 Thor GmbHからの殺生剤
Aquacer 840 BYK Chemie GmbHからの酸化HD(高密度)ポリエチレンワックスのカチオン性エマルション
Rheovis AS1130 BASF SEから入手可能なアクリレート増粘剤
Aerosil(登録商標)R 972 Evonik Industries AGから入手可能な疎水化ヒュームドシリカ
Aerodisp(登録商標)WR 8520 Evonik Industries AGから入手可能なシリカ分散体
Raybo 61 AquaWet Raybo Chemical Companyから入手可能な表面添加剤
Laponite(登録商標)RD BYK Chemie GmbHからのNaMg層状ケイ酸塩
Pluriol(登録商標)P900 BASF SEから入手可能なポリプロピレンオキシド
Parmetol DF 35 Schuelke & Mayr GmbHから入手可能な殺生剤
1.少なくとも1種のポリマーSCSを含む水性分散体の製造例
1.1 ポリウレタン(P)の合成
a)ポリエステルジオールED1の製造
ポリマー脂肪酸(二量体含有量が少なくとも98wt%、三量体含有量が2wt%以下、モノマー含有量がごく微量)を、撹拌機、還流冷却器および水分離器を備えた反応容器に入れ、ジオール構成成分と、また共留剤としてのシクロヘキサンとも混合する。混合物を、望ましい量の水が除去され、完全なまたは望ましい変換を示すまで、撹拌しながら160〜240℃の範囲の温度で加熱する。
Figure 2019527752
b)ポリウレタン(P1)の製造
ポリウレタンジオールED1、DMPAおよびジイソシアネート構成成分を計量し、例えば不活性溶媒のMEKと一緒に、撹拌機および還流冷却器を備えた反応容器に入れる。次に混合物を80℃に加熱する。この温度を、測定された遊離イソシアネート基の量が一定になるまで維持する。
続いて、(20%過剰量の)オレフィン不飽和性基を含有するヒドロキシル化合物によって、鎖伸長を80℃で実施する。添加は30分間にわたって行う。この後に、0.01wt%未満の遊離イソシアネート含有量が得られるまで、一定温度で更に撹拌し、依然として存在する任意の残留イソシアネート基をブタノールと反応させる。
次に80℃でDMEAを一定速度によって30分かけて添加し、続いて1時間均質化して、80%の中和度を得る。その後、樹脂を脱イオン水により対応する固形分含有量に調整し、水を一定速度で90分かけて添加する。更に1時間均質化した後、溶媒を減圧下により80℃で留去する。
Figure 2019527752
Figure 2019527752
1.2 ポリマーSCS1を含有する水性分散体BM1の合成
モノマー混合物(A)、段階i.
80wt%の表1.4の項目1および2を、還流冷却器を備えたスチール反応器(容量5L)に入れ、80℃に加熱する。表1.4の「初期投入」に提示されている構成成分の残りの部分を別個の容器において予め混合する。この混合物、およびこれとは別個の開始剤溶液(表1.4の項目5および6)を、反応器に20分かけて同時に滴加し、反応溶液中のモノマーの割合は、段階i.に使用されるモノマーの総量に対して、反応時間の全体にわたって6.0wt%を超えない。その後に30分間撹拌する。
モノマー混合物(B)、段階ii.
表1.4の「Mono1」に示されている構成成分を別個の容器において予め混合する。この混合物を反応器に2時間かけて滴加し、反応溶液中のモノマーの割合は、段階ii.に使用されるモノマーの総量に対して、反応時間の全体にわたって6.0wt%を超えない。その後に1時間撹拌する。
モノマー混合物(C)、段階iii.
表1.4の「Mono2」に示されている構成成分を別個の容器において予め混合する。この混合物を反応器に1時間かけて滴加し、反応溶液中のモノマーの割合は、段階iii.に使用されるモノマーの総量に対して、反応時間の全体にわたって6.0wt%を超えない。その後に2時間撹拌する。
その後、反応混合物を60℃に冷却し、中和混合物(表1.4の項目20、21、および22)を別個の容器において予め混合する。中和混合物を反応器に40分間かけて滴加し、反応溶液のpHを7.5〜9.5の値に調整する。続いて反応生成物を30分以上にわたって撹拌し、25℃に冷却し、濾過する。
Figure 2019527752
水性分散体BM1の固形分含有量は、反応をモニターすることによって決定した。結果を、ポリマーSCS1において見出されたpHおよび粒径と一緒に表1.5に報告する。
Figure 2019527752
2.ベースワニス(SL)、着色ベース(BF)およびレオロジーモジュール(EZ)を生成する更なる構成成分の合成
2.1 ポリウレタンバインダー分散体PD1の合成
a)ポリエステルプレポリマーPP1の製造
アンカー撹拌機、温度計、冷却器、オーバーヘッド温度測定用温度計および水分離器を装備した4lのステンレス鋼反応器中において、ポリエステル樹脂を、二量体化脂肪酸(Pripol(登録商標)1012、Croda)、イソフタル酸(BP Chemicals)およびヘキサン−1,6−ジオール(BASF SE)から製造する。出発材料の二量体化脂肪酸とイソフタル酸とヘキサン−1,6−ジオールとの質量比は、54.00:30.02:15.98である。2wt%のシクロヘキサンが、共留剤としてこの混合物に添加される。
最初に混合物を100℃に加熱する。凝縮が始まるまで、ゆっくりと更に加熱する。最大オーバーヘッド温度の85℃で、加熱を段階的に220℃まで続ける。反応の進行を、酸価の決定によってモニターする。≦3mgKOH/gの酸価が達成されたら、依然として存在するシクロヘキサンを減圧下で留去する。得られたポリマーをメチルエチルケトンで希釈して、固形分含有量の73%をもたらす。得られたポリマーは、73mgKOH/gの固形分割合のヒドロキシル価および1379g/molの(算出)数平均分子質量と、2.0のOH官能価を有した。
実験データ:
:1250g/mol
粘度:632mPa.s(Brookfield CAP 2000+回転粘度計、スピンドル3、剪断速度:10,000s−1により23℃で測定)
b)ポリウレタンバインダー分散体PD1の製造
撹拌機、還流冷却器および温度計を装備した4Lのステンレス鋼反応器の中において、ポリウレタンバインダー分散体を、改変アセトン法に従って合成する。
この目的のために、108.9部のジメチロールプロピオン酸、587.7部のジシクロヘキシルメタン4,4’−ジイソシアネート、22.6部のネオペンチルグリコール、および1218.7部のプレポリマーPP1を合わせる。続いてメチルエチルケトンを添加し、混合物(固形分含有量67±1%)を、80〜82℃で撹拌しながら反応させる。
反応を、DIN EN ISO 3251に準じてジブチルアミンによりイソシアネート含有量を滴定することによってモニターする。イソシアネート含有量が一定になり、存在する溶液に対して0.8〜1.2%に達したら、測定された遊離NCOの量に対してモル過剰量の115%のトリメチルロールプロパンを加える。
合成を、NCO含有量が溶液に対して0.3%未満のレベルに達するまで続ける。この時点での粘度は、1200〜1400mPa.sである(N−エチル−2−ピロリドンとの1:1混合物、プレート/コーン、CAP 03、5000s−1、23℃)。
次に残りのイソシアネートを、過剰量のブタノールと80〜82℃で3時間反応させて消費する。次に中和のためにジメチルエタノールアミンおよび水の混合物を加え、カルボキシル官能基の約65〜70%を中和する。更に30分後、脱イオン水を加えて、固形分含有量(メチルエチルケトン以外)を約28〜30%にする。加えて、標的分散体の固形分含有量に対して5wt%のBASF SEからのPluriol(登録商標)P900を共溶媒として加える。次に、減圧下でメチルエチルケトンを留去し、次に、ポリマーについて固形分含有量を決定して、30〜32%とする。このようにして得られた白色がかった分散体は、500〜2000mPa.sの粘度を有する(回転粘度計、Z3、23℃、10s−1)。
2.2 ポリウレタンバインダー分散体PD2の合成
撹拌機、還流冷却器および温度計を装備した4Lのステンレス鋼反応器の中において、ポリウレタンバインダー分散体PD2を、改変アセトン法に従って合成する。
この目的のために、91.8部のジメチロールプロピオン酸、495.8部のジシクロヘキシルメタン4,4’−ジイソシアネート、19.22部のネオペンチルグリコール、および1028.1部のPP1を合わせる。続いてメチルエチルケトンを添加し、混合物(固形分含有量67±1%)を、80〜82℃で撹拌しながら反応させる。
反応を、DIN EN ISO 3251に準じてジブチルアミンによりイソシアネート含有量を滴定することによってモニターする。イソシアネート含有量が一定になり、存在する溶液に対して1.0〜1.2%に達したら、測定された遊離NCOの量に対してモル過剰量の130%のトリメチルロールプロパンを加える。次に重合を、粘度を進行中に測定しながら、粘度が680〜750mPa.sに達するまで続ける(N−エチル−2−ピロリドンとの1:1混合物、プレート/コーン、CAP 03、5000s−1、23℃)。標的範囲に達したら、100部のブチルグリコールを添加する。中和のためにジメチルエタノールアミンおよびブチルグリコールの混合物を加え、それによってカルボキシル官能性の約65〜70%を中和し、得られた固形分含有量は、蒸留によってケトンを除去した後に44±1%である。このことによって、ブチルグリコール中35%の固形分含有量で測定したときに1400〜1850mPa.sの粘度を有する、透明な黄色を帯びた溶液を得る。
2.3アクリレートバインダー分散体AD1
アクリレートバインダー分散体AD1は、ポリエーテル基で修飾され、かつ水/ブチルグリコール(1:1)中42.5±1%の固形分割合を有するアクリレートであり、修飾に使用されるポリエーテルの分子質量は2000g/molである。
アクリレートバインダー分散体AD1は、900〜100mPa.sの粘度を有する(CAP2000、23℃、Cone3、5000/s)。分子質量は、Mが5000〜8000g/molであり、Mが15,000〜30,000g/molであることが分かった。
3.水性再仕上げ組成物を生成するためのミキサー系の例
3.1 NaMg層状ケイ酸塩分散体の製造
a)1.5%のNaMg層状ケイ酸塩分散体の製造
1.5wt%の市販のマグネシウムナトリウム層状ケイ酸塩(好ましくは、BYK−Chemie GmbHから入手可能なLaponite RD)を、1.0wt%のPluriol(登録商標)900(BASF SEから入手可能)の存在下で脱イオン水に分散して、混合物を形成する。
b)3%のNaMg層状ケイ酸塩分散体の製造
3.0wt%の市販のマグネシウムナトリウム層状ケイ酸塩(好ましくは、BYK−Chemie GmbHから入手可能なLaponite RD)を、3.0wt%のPluriol(登録商標)900(BASF SEから入手可能)の存在下で脱イオン水に分散して、混合物を形成する。
3.2 異なるベースワニスSL1〜SL7の生成
表3.1に提示された構成成分を、撹拌しながら、記載された順番に一緒にして、水性混合物を形成する。続いてこの混合物を更に10分間激しく撹拌する。
Figure 2019527752
3.3 異なる着色ベースBF1およびBF2の生成
表3.2に提示された構成成分を記載された順番に一緒に撹拌して、混合物を形成する。次に、この混合物を10分間撹拌する。
Figure 2019527752
3.4 異なるレオロジーモジュールEZ1〜EZ7の生成
表3.3に提示された構成成分を、撹拌しながら、記載された順番に一緒にして、水性混合物を得る。次に、この混合物を更に10分間激しく撹拌する。
Figure 2019527752
4.構成成分SL1〜SL7、BF1およびBF2ならびにEZ1〜EZ7に基づいた、それぞれミキサー系としての、本発明ではない水性コーティング組成物WBM1およびWBM2、本発明の水性コーティング組成物WBM3〜WBM4、ならびに本発明ではない水性コーティング組成物WBM6〜WBM8の生成
対応するコーティング組成物(WBM1〜WBM9)を、表4.1に提示された構成成分を記載された順番に混合することによって生成した。対応する着色ベースを対応するベースワニスに添加した後、かつ対応する標準化添加剤を前記混合物に添加した後、得られた混合物を撹拌した。組成物それぞれに粘度が生じ、更なる調整はしない。DIN4カップで測定すると、WBM1の場合では、粘度/流動時間は、20〜25秒間であり、一方、他の全てのコーティング組成物では、25〜35秒間である。
Figure 2019527752
5.1 水分に対する抵抗性、ストーンチップおよび蒸気噴射試験における接着力特性、ならびに角度依存明度に関する水性コーティング組成物WBM1およびWBM4の比較
凝縮感受性、ストーンチップ接着力および蒸気噴射接着力ならびに色相を、上記の方法に従って水性コーティング組成物WBM1およびWBM4において評価した。結果を表5.1〜5.4にまとめる。
Figure 2019527752
Figure 2019527752
結果は、ポリマーSCS1をn−ペンタノールと組み合わせて含有する水性分散体BM1に基づいた本発明の水性コーティング組成物WBM4は、本発明ではないコーティング組成物WBM1と比べて、凝縮曝露において欠点を有さず、ストーンチップおよび蒸気噴射試験においても同一の結果が認められることを実証している。
Figure 2019527752
Figure 2019527752
中間フラッシュオフ(方法A)で被覆された場合、およびウェットオンウェット(wet−on−wet)(方法B)で被覆された場合の両方において、本発明のコーティング組成物WBM4は、比較例の材料WBM1より良好なアルミニウム顔料配向を示し、したがって、より良好なフロップを示す。更にWBM4では、顕著に小さな差が2つのコーティング方法の間に認められ、したがって、色相のより良い一貫性が、異なるコーティングパラメーターで認められる。
5.2 角度依存明度(フロップ)に関する水性コーティング組成物WBM2およびWBM3の比較
水性コーティング組成物WBM2(本発明ではない)およびWBM3(本発明)を、上記の方法により色相(角度依存明度またはフロップ)に関して検査した。結果を表5.6にまとめる。
Figure 2019527752
結果は、効果顔料の顕著な配向、したがって良好なフロップをもたらすポリマーSCS1を含有する水性分散体BM1の使用のみならず、有機共溶媒の選択も重要であることを実証している。n−ペンタノールをブチルグリコールに置換すると(WBM2)、コーティング方法と無関係に、顕著に乏しいフロップ、およびコーティングパラメーターへのフロップのより大きな依存性も認められる。
5.3 色相(フロップインデックス)に関する、本発明の水性コーティング組成物WBM3およびWBM5と、本発明ではない水性コーティング組成物WBM6〜WBM8との比較
水性コーティング組成物WBM3およびWBM5(本発明、ポリマーSCS1をn−ペンタノールおよびn−ヘキサノールと組み合わせて含む水性分散体を含む)、ならびにWBM6〜WBM8(本発明ではない、本発明に使用されないアルコールを含む)に対する検査を、上記の方法に従って実施した。表5.7〜5.9に結果をまとめる。
Figure 2019527752
本発明の水性コーティング組成物WBM3およびWBM5は、コーティング方法と無関係に、最良のフロップ値を示し、更に、異なるコーティングパラメーター間で、色相に最も小さな差を示す。対照的に、より短鎖のモノアルコールおよびより長鎖のモノアルコールを両方とも使用することは、色相値に悪化をもたらし、用いたコーティング方法に対して、色相のより大きな感受性をもたらす。
本発明の再仕上げコーティング組成物は、全て、250g/l未満のVOC含有量を有する。

Claims (15)

  1. ・顔料無含有ベースワニスとして、少なくとも1種の物理的硬化ポリウレタンまたは自己架橋ポリウレタンまたは外部架橋ポリウレタンを含む、少なくとも1個の構成成分(1)と、
    ・着色ベースとして、少なくとも1種の物理的乾燥ポリウレタンまたは自己架橋ポリウレタンまたは外部架橋ポリウレタン、ならびに少なくとも1種の色付与および/または光学効果付与顔料を含む、少なくとも1個の構成成分(2)と、
    ・レオロジーモジュールとして、少なくとも1種の無機および/または有機増粘剤を含む、少なくとも1個の構成成分(3)と、
    を含む、水性再仕上げ組成物を生成するためのミキサー系であって、
    前記構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個が、少なくとも1種のポリマーSCSを含む水性分散体を含み、前記構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個が、5個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールおよび/または6個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールを含み、
    前記水性分散体が、オレフィン不飽和性モノマーの3個の相互に異なるモノマー混合物(A)、(B)および(C)の連続ラジカル乳化重合によって製造され、
    任意に、前記モノマー混合物、(A)、(B)および(C)のうちの少なくとも1個が、少なくとも1個のオレフィン不飽和性基を含有する少なくとも1種のポリウレタン(P)を含み、
    前記任意のポリウレタン(P)が前記モノマー混合物(A)、(B)または(C)のうちの少なくとも1個と混合される前に、
    前記モノマー混合物(A)が、25℃で0.5g/l未満の水溶性を有するモノマーを少なくとも50wt%含み、前記混合物(A)から製造されるポリマー(a)が、10〜65℃のガラス転移温度を有し、
    前記モノマー混合物(B)が、少なくとも1種のポリ不飽和モノマーを含み、前記混合物(B)から製造されるポリマー(b)が、−35〜15℃のガラス転移温度を有し、
    前記モノマー混合物(C)から製造されるポリマー(c)が、−50〜15℃のガラス転移温度を有しており、
    i.最初に前記モノマー混合物(A)が重合され、
    ii.次に、前記モノマー混合物(B)が、iで製造されたポリマーの存在下で重合され、
    iii.その後に前記モノマー混合物(C)が、iiで製造されたポリマーの存在下で重合される、
    ミキサー系。
  2. 前記構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個が、少なくとも1種のポリマーSCSを含む前記水性分散体のみならず、前記5個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールおよび/または6個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールも含む、請求項1に記載のミキサー系。
  3. 前記モノマー混合物(A)、(B)または(C)のうちの少なくとも1個が、少なくとも1種のポリウレタン(P)を含む、請求項1および2のいずれか一項に記載のミキサー系。
  4. 前記5個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールが、n−ペンタノールであり、前記6個の炭素原子を有する少なくとも1種の脂肪族モノアルコールが、n−ヘキサノールである、請求項1から3のいずれか一項に記載のミキサー系。
  5. 構成成分(1)、(2)または(3)それぞれにおける、5個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールおよび6個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールの全ての合計の質量百分率の割合が、対応する構成成分(1)、(2)または(3)に対して5wt%未満であり、前記構成成分(1)、(2)または(3)のうちの少なくとも1個は、対応する構成成分(1)、(2)または(3)の総質量に対して、5個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールおよび6個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールの全ての合計の質量百分率の割合が少なくとも1.0wt%である、請求項1から4のいずれか一項に記載のミキサー系。
  6. 前記混合物(A)、(B)および(C)各々の量の合計に対して、それぞれ、前記モノマー混合物(A)の割合が0.1〜10wt%であり、前記モノマー混合物(B)の割合が60〜80wt%であり、前記モノマー混合物(C)の割合が10〜30wt%である、請求項1から5のいずれか一項に記載のミキサー系。
  7. 前記モノマー混合物(A)が、アルキルラジカルを有する少なくとも1種の(メタ)アクリル酸モノ不飽和エステル、およびビニル基を含有する少なくとも1種のモノオレフィン性不飽和モノマーを含み、前記モノオレフィン性不飽和モノマーは、ビニル基上に配置された芳香族型または飽和脂肪族−芳香族混合型ラジカルを有し、飽和脂肪族−芳香族混合型の場合、前記ラジカルの脂肪族部分はアルキル基である、請求項1から6のいずれか一項に記載のミキサー系。
  8. 前記モノマー混合物(B)が、少なくとも1種のポリオレフィン性不飽和モノマーに加えて、アルキルラジカルを有する少なくとも1種の(メタ)アクリル酸モノ不飽和エステル、およびビニル基を含有する少なくとも1種のモノオレフィン性不飽和モノマーも更に含み、前記モノオレフィン性不飽和モノマーは、ビニル基上に配置された芳香族型または飽和脂肪族−芳香族混合型ラジカルを有し、飽和脂肪族−芳香族混合型の場合、前記ラジカルの脂肪族部分はアルキル基である、請求項1から7のいずれか一項に記載のミキサー系。
  9. 前記モノマー混合物(C)が、少なくとも1種のアルファ−ベータ−不飽和カルボン酸、少なくとも1種の、ヒドロキシル基で置換されているアルキル基を有する(メタ)アクリル酸のモノ不飽和エステル、および、少なくとも1種の、アルキル基を有する(メタ)アクリル酸のモノ不飽和エステルを含む、請求項1から8のいずれか一項に記載のミキサー系。
  10. 請求項1から9のいずれか一項に記載のミキサー系の構成成分(1)、(2)および(3)を混合することによって生成され、構成成分(1)および/または(2)が外部架橋ポリウレタンを含む場合、架橋剤と更に混合される、水性再仕上げ組成物。
  11. 前記水性分散体における少なくとも1種の前記ポリマーSCSの質量百分率の割合が、前記水性再仕上げ組成物の総質量に対して、1.0〜24.0wt%である、請求項10に記載の水性再仕上げ組成物。
  12. 5個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールおよび6個の炭素原子を有する脂肪族モノアルコールの全ての合計の質量百分率の割合が、前記再仕上げ組成物の総質量に対して、0.2〜3.0wt%である、請求項10および11のいずれか一項に記載の水性再仕上げ組成物。
  13. 前記水性再仕上げ組成物が、250g/l未満のVOC含有量を有する、請求項10から12のいずれか一項に記載の水性再仕上げ組成物。
  14. 再仕上げ組成物を生成する方法であって、その目的のために請求項1から9のいずれか一項に記載のミキサー系を使用することを含む、方法。
  15. 自動車再仕上げ用の再仕上げ組成物を生成するための、請求項1から9のいずれか一項に記載のミキサー系を使用する方法。
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