JP2020180247A - ポリイソシアネート組成物およびそれを用いた塗料組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
R−(O−C2H4)n−OH (式1)
[式中Rは、アルキル基であり、nは、5〜22を表す。]。
ポリエステルポリオールとしては、例えばフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、酒石酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、グルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,4−シクロヘキシルジカルボン酸、α−ハイドロムコン酸、β−ハイドロムコン酸、α−ブチル−α−エチルグルタル酸、α,β−ジエチルサクシン酸、マレイン酸、フマル酸等のジカルボン酸またはこれらの無水物等の1種類以上と、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、3,3−ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン−1,4−ジオール、シクロヘキサン−1,4−ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールAのエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド付加物、ビス(β−ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の分子量500以下の低分子ポリオール類の1種類以上との縮重合反応から得られるもの等を挙げることができる。また、ε−カプロラクトン、アルキル置換ε−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、アルキル置換δ−バレロラクトン等の環状エステル(いわゆるラクトン)モノマーの開環重合から得られるラクトン系ポリエステルポリオール等を挙げることができる。更に、低分子ポリオールの一部をヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、モノエタノールアミン等の低分子ポリアミンや低分子アミノアルコールに代えて得られるポリエステル−アミドポリオールを使用することもできる。
また、ポリエーテルポリオールとしては、例えばエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、3,3−ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン−1,4−ジオール、シクロヘキサン−1,4−ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールA、ビス(β−ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の低分子ポリオール類、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トルエンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、キシリレンジアミン等の低分子ポリアミン類等の活性水素基を2個以上、好ましくは2〜3個有する化合物を開始剤として、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイド類を付加重合させることによって得られるポリエーテルポリオール、或いはメチルグリシジルエーテル等のアルキルグリシジルエーテル類、フェニルグリシジルエーテル等のアリールグリシジルエーテル類、テトラヒドロフラン等の環状エーテルモノマーを開環重合することで得られるポリエーテルポリオールを挙げることができる。
また、ポリカーボネートポリオールとしては、例えばエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、3,3−ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン−1,4−ジオール、シクロヘキサン−1,4−ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールAのエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド付加物、ビス(β−ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の低分子ポリオールの1種類以上と、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のジアルキルカーボネート類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のアルキレンカーボネート類、ジフェニルカーボネート、ジナフチルカーボネート、ジアントリルカーボネート、ジフェナントリルカーボネート、ジインダニルカーボネート、テトラヒドロナフチルカーボネート等のジアリールカーボネート類との脱アルコール反応や脱フェノール反応から得られるものを挙げることができる。
ポリオレフィンポリオールとしては、例えば水酸基を2個以上有するポリブタジエン、水素添加ポリブタジエン、ポリイソプレン、水素添加ポリイソプレン等を挙げることができる。
アクリルポリオールとしては、アクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステル〔以下(メタ)アクリル酸エステルという〕と、反応点となりうる少なくとも分子内に1個以上の水酸基を有するアクリル酸ヒドロキシ化合物及び/又はメタクリル酸ヒドロキシ化合物〔以下(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物という〕と、重合開始剤とを熱エネルギーや紫外線または電子線などの光エネルギー等を使用し、アクリルモノマーを共重合したものを挙げることができる。
(メタ)アクリル酸エステルとしては、炭素数1〜20のアルキルエステルを挙げることができる。このような(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸の脂環属アルコールとのエステル;(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸アリールエステルを挙げることができる。このような(メタ)アクリル酸エステルは単独または2種類以上組み合わせたものを挙げることができる。
(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物としては、ポリイソシアネートとの反応点となりうる少なくとも分子内に1個以上の水酸基を有しており、具体的には、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピルアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等のアクリル酸ヒドロキシ化合物が挙げられる。また、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピルメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート等のメタクリル酸ヒドロキシ化合物が挙げられる。これら(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物は、単独または2種以上を組み合わせたものを挙げることができる。
シリコーンポリオールとしては、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどを重合したビニル基含有シリコーン化合物、及び分子中に少なくとも1個の末端水酸基を有する、α,ω−ジヒドロキシポリジメチルシロキサン、α,ω−ジヒドロキシポリジフェニルシロキサン等のポリシロキサンを挙げることができる。
ヒマシ油系ポリオールとしては、例えばヒマシ油脂肪酸とポリオールとの反応により得られる線状または分岐状ポリエステルポリオールが挙げられる。また、脱水ヒマシ油、一部分を脱水した部分脱水ヒマシ油、水素を付加させた水添ヒマシ油も使用することができる。
フッ素系ポリオールとしては、例えば含フッ素モノマーとヒドロキシ基を有するモノマーとを必須成分として共重合反応により得られる線状または分岐状のポリオールを挙げることができる。ここで、含フッ素モノマーとしては、フルオロオレフィンであることが好ましく、例えば、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、トリクロロフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、トリフルオロメチルトリフルオロエチレンが挙げられる。また、ヒドロキシル基を有するモノマーとしては、例えば、ヒドロキシエチルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、シクロヘキサンジオールモノビニルエーテル等のヒドロキシアルキルビニルエーテル、2−ヒドロキシエチルアリルエーテル等のヒドロキシアルキルアリルエーテル、ヒドロキシアルキルクロトン酸ビニル等のヒドロキシル基含有カルボン酸ビニル又はアリルエステル等のヒドロキシル基を有するモノマーが挙げられる。
表1、表2に示す配合に従い、攪拌機、温度計、冷却管、および窒素ガス導入管を備えた容量1リットルの四つ口フラスコに、HDI(東ソー社製、NCO含量:49.9質量%)、モノオールを仕込み、これらを撹拌しながら40℃に加熱し、1時間ウレタン化反応を行った。その後60℃に昇温し、この反応液中に触媒を添加し、65℃にて所定の反応転化率に達するまで反応させた後、反応停止剤であるリン酸エステル(JP−508、城北化学工業製)を添加し、60℃で1時間停止反応を行った。ここで反応生成物から、薄膜蒸留(条件:140℃,0.04kPa)により過剰のHDIを除去し、表1、表2に記載のポリイソシアネート組成物C−1〜C−16を得た。
(1)測定装置:ECX400M(日本電子社製、1H−NMR)
(2)測定温度:23℃
(3)試料濃度:0.1g/1ml
(4)積算回数:16
(5)緩和時間:5秒
(6)溶剤:重水素ジメチルスルホキシド
(7)化学シフト基準:重水素ジメチルスルホキシド中のメチル基の水素原子シグナル(2.5ppm)
(8)評価方法:8.5ppm付近のシグナルをアロファネート基の窒素原子に結合した水素原子として、3.7ppm付近のシグナルをイソシアヌレート基の窒素原子に隣接したメチレン基の水素原子としてそれぞれ同定し、それらの面積比から結合基の含有量を算出した。
ポリイソシアヌレートであるコロネートHXLV(商品名、東ソー社製、NCO含量23.2%、25℃における粘度1100mPa・s)を用いた。
攪拌機、温度計、冷却管、および窒素ガス導入管を備えた容量1リットルの四つ口フラスコに、コロネートHXLV900gと、ノニオン性親水基含有一官能性アルコールとしてメトキシポリエチレングリコール(分子量400、東邦化学社製)100gを仕込み、これらを撹拌しながら80℃に昇温し、6時間反応させた。得られたポリイソシアネートはNCO含量21.5%、25℃における粘度1050mPa・sであった。
25℃条件下、B型粘度計を用いて、ポリイソシアネートの粘度を測定した。評価A、またはBであれば、わずかな量の有機溶剤による希釈、さらには有機溶剤で希釈せずとも十分に作業性を確保でき、良好といえる。
・800mPa・s以下:A
・1000mPa・s以下:B
・1000mPa・s超:C。
ポリイソシアネートC−1〜C−18について、ポリイソシアネート10g、蒸留水90gを順に200mlビーカーに仕込み、電動攪拌機に接続された40mm径の3枚翼プロペラ羽根を用い、1分間あたり250回転の速度で混合し、撹拌開始から一定時間経過後に3枚翼プロペラ羽根を取り除き1分静置後、上澄み液を取り除き、ビーカーの底のポリイソシアネート残渣が質量で10%未満となるまでの時間を測定し評価した。評価A、またはBであれば水分散性は良好といえる。
・5分未満:A
・10分未満:B
・10分以上:C
・分散せず(水層と油層に分離):D。
ポリイソシアネートC−1〜C−18について、ポリイソシアネート10g、蒸留水90gを順に200mlビーカーに仕込み、電動攪拌機に接続された40mm径の3枚翼プロペラ羽根を用い、1分間あたり250回転の速度で混合し、撹拌開始から10分経過後に3枚翼プロペラ羽根を取り除き1時間静置後、上澄み液を取り除き、ビーカーの底に沈降したポリイソシアネート残渣の質量を測定し評価した。評価A、またはBであれば分散安定性は良好といえる。
・残渣5wt%未満:A
・残渣10wt%未満:B
・残渣10wt%以上:C
表6、表7に示す配合に従い、ポリオール、ポリイソシアネート、有機溶剤の順に200mlビーカーに仕込み、電動攪拌機に接続された40mm径の3枚翼プロペラ羽根を用い、1分間あたり250回転の速度で5分間混合し、塗料組成物(SB−1〜SB−18)を調製した。ここでは、ポリオールとポリイソシアネートはR(イソシアネート基/水酸基のモル比)=1.0になるように配合し、有機溶剤を加え固形分が50質量%になるように調製した。また、ポリオールには、アクリルポリオール(商品名:アクリディックA−801、水酸基価:50mgKOH/g、固形分:50質量%、DIC社製)を使用し、有機溶剤には、酢酸ブチルを使用し調製した。
表8、表9に示す配合に従い、ポリイソシアネート組成物、蒸留水の順に200mlビーカーに仕込み、電動攪拌機に接続された40mm径の3枚翼プロペラ羽根を用い、1分間あたり250回転の速度で5分間混合し、さらにポリオールを仕込み5分間混合し、塗料組成物(WB−1〜WB−18)を調製した。ここでは、ポリオールとポリイソシアネート組成物は、R(イソシアネート基/水酸基のモル比)=1.5になるように配合し、蒸留水を加え固形分が40質量%になるように調製した。
ポリオールには、アクリルエマルション(商品名:バーノックWE−303、水酸基価:固形分として84mgKOH/g、固形分:45質量%、DIC社製)を使用した。
調製した塗料組成物を、それぞれメチルエチルケトンで脱脂した白色カラー鋼板(ユタカパネルサービス製)にアプリケーターを用い、任意の膜厚になるように塗布した。その後、室温で30分予備乾燥した後、温度80℃の乾燥機中で10時間加熱処理を行い、コーティング塗膜(WB−1〜WB−18)を得た。
メチルエチルケトンを含ませた脱脂綿で塗膜を擦るラビング試験にて耐溶剤性を評価した。上記塗料組成物の配合条件に於いて、ポリイソシアネートの溶剤溶解性や水分散性が不十分の場合、ポリオールとポリイソシアネートとの比率が設定通りとならず、不均一な塗膜となってしまい、耐溶剤性は著しく低下する。
メチルエチルケトンを含ませた脱脂綿を用い、0.5kg/cm2荷重にてラビング100往復後の塗膜外観を観察した。評価A、またはBであれば耐溶剤性良好といえる。
・外観変化なし:A
・すり傷程度の外観変化:B
・一部塗膜剥離:C
・塗膜完全剥離:D
Claims (7)
- 脂肪族ジイソシアネート(A)、変性剤(B)、および触媒(C)から得られるアロファネート変性ポリイソシアネート、およびイソシアヌレート変性ポリイソシアネートを含むポリイソシアネート組成物であって、脂肪族ジイソシアネート(A)がヘキサメチレンジイソシアネートであり、変性剤(B)がノニオン性親水基含有一官能性アルコールを含み、アロファネート基とイソシアヌレート基とのモル比が15/85〜65/35であることを特徴とするポリイソシアネート組成物。
- 前記ノニオン性親水基含有一官能性アルコールが、下記式1により表されることを特徴とする、請求項1に記載のポリイソシアネート組成物。
R−(O−C2H4)n−OH (式1)
[式中Rは、アルキル基であり、nは、5〜22を表す。] - 前記ノニオン性親水基含有一官能性アルコールの数平均分子量が250〜1000であることを特徴とする請求項1または2に記載のポリイソシアネート組成物。
- 触媒(C)として4級アンモニウム塩、有機酸スズ、および有機酸ジルコニウムから選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のポリイソシアネート組成物。
- 25℃における粘度が1000mPa・s以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のポリイソシアネート組成物。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載のポリイソシアネート組成物とポリオールとを含む塗料組成物。
- 請求項6に記載の塗料組成物から形成された塗膜。
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