JP2020192497A - 塗装方法、塗膜及び塗料キット - Google Patents
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Abstract
【課題】硬化剤成分の下層への染込み性が良好であり塗膜硬度及び耐薬品性に優れる塗膜が得られる塗装方法の提供。【解決手段】塗装方法は、第1の塗料組成物を被塗物の表面上に塗装し第1の未硬化塗膜を得て第1の未硬化塗膜上に第2の塗料組成物を塗装して第2の未硬化塗膜を得た後、加熱により第1の未硬化塗膜及び第2の未硬化塗膜を同時に硬化させる方法である。第1の塗料組成物は水酸基含有樹脂(PO)成分を含み、第2の塗料組成物はPO成分及びポリイソシアネート(PI)成分を含む。PI成分は、HDIを含む脂肪族ジイソシアネートから誘導されイソシアヌレート基を有し、数平均分子量700以下成分の含有量が70質量%以上であり、ウレトジオン二量体の含有量が2〜30質量%であり、NCO基平均数が2.7以上である。第2の塗料組成物中のNCO/OHが1.0〜5.0である。【選択図】なし
Description
本発明は、塗装方法、塗膜及び塗料キットに関する。
近年、例えば自動車外板部に用いるベースコート用塗料として、水性塗料組成物の使用が増加している。この水性塗料組成物は有機溶剤をほとんど含まないため環境汚染防止の観点で好適である。例えば、特許文献1には、水性ベースポリオールと特定のメラミンを組み合わせた水性塗料組成物が開示されている。
また、自動車外板等に要求される耐チッピング性を向上させるため、例えば、特許文献2、3では、実質的に熱により硬化しないベース塗料を塗装し、その後、熱により硬化するクリア塗料を塗装した後、加熱して複層の未硬化塗膜を同時に硬化させる塗膜形成方法が開示されている。
また、自動車外板等に要求される耐チッピング性を向上させるため、例えば、特許文献2、3では、実質的に熱により硬化しないベース塗料を塗装し、その後、熱により硬化するクリア塗料を塗装した後、加熱して複層の未硬化塗膜を同時に硬化させる塗膜形成方法が開示されている。
しかしながら、特許文献1で開示された技術では、耐チッピング性が不十分である場合がある。
また、特許文献2、3で開示された技術では、耐チッピング性と得られる複層塗膜の硬化性は発現するが、得られる複層塗膜での塗膜硬度の向上が望まれている。また、さらなる硬化性の向上のために、クリア塗料含有層中の硬化剤のベース塗料含有層への染込み性の向上が望まれている。
また、特許文献2、3で開示された技術では、耐チッピング性と得られる複層塗膜の硬化性は発現するが、得られる複層塗膜での塗膜硬度の向上が望まれている。また、さらなる硬化性の向上のために、クリア塗料含有層中の硬化剤のベース塗料含有層への染込み性の向上が望まれている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、塗膜硬度及び耐薬品性に優れる塗膜、並びに、前記塗膜が得られる塗装方法及び塗料キットを提供する。
すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
本発明の第1態様に係る塗装方法は、第1の塗料組成物を被塗物の表面上に塗装し、第1の未硬化塗膜を得て、前記第1の未硬化塗膜上に第2の塗料組成物を塗装して第2の未硬化塗膜を得た後、加熱により、前記第1の未硬化塗膜及び前記第2の未硬化塗膜を同時に硬化させる塗装方法であって、
前記第1の塗料組成物は、水酸基含有樹脂成分を含み、
前記第2の塗料組成物は、前記水酸基含有樹脂成分及びポリイソシアネート成分を含み、
前記ポリイソシアネート成分は、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートを含む脂肪族ジイソシアネートから誘導された、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネートを含み、数平均分子量700以下の成分の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して70質量%以上であり、ウレトジオン二量体の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して2質量%以上30質量%以下であり、且つ、イソシアネート基平均数が2.7以上であり、
前記第2の塗料組成物中において、前記水酸基含有樹脂成分の水酸基(OH基)のモル濃度に対する前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基(NCO基)のモル濃度(NCO/OH)が1.0以上5.0以下である。
本発明の第1態様に係る塗装方法は、第1の塗料組成物を被塗物の表面上に塗装し、第1の未硬化塗膜を得て、前記第1の未硬化塗膜上に第2の塗料組成物を塗装して第2の未硬化塗膜を得た後、加熱により、前記第1の未硬化塗膜及び前記第2の未硬化塗膜を同時に硬化させる塗装方法であって、
前記第1の塗料組成物は、水酸基含有樹脂成分を含み、
前記第2の塗料組成物は、前記水酸基含有樹脂成分及びポリイソシアネート成分を含み、
前記ポリイソシアネート成分は、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートを含む脂肪族ジイソシアネートから誘導された、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネートを含み、数平均分子量700以下の成分の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して70質量%以上であり、ウレトジオン二量体の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して2質量%以上30質量%以下であり、且つ、イソシアネート基平均数が2.7以上であり、
前記第2の塗料組成物中において、前記水酸基含有樹脂成分の水酸基(OH基)のモル濃度に対する前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基(NCO基)のモル濃度(NCO/OH)が1.0以上5.0以下である。
前記第1の塗料組成物及び前記第2の塗料組成物は異なる組成であってもよい。
上記第1態様に係る塗装方法は、前記ポリイソシアネート成分によって、前記第1の未硬化塗膜及び前記第2の未硬化塗膜をともに硬化させてもよい。
上記第1態様に係る塗装方法は、前記第1の塗料組成物がポリイソシアネート成分を更に含み、前記第1の塗料組成物中において、前記水酸基含有樹脂成分の水酸基(OH基)のモル濃度に対する前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基(NCO基)のモル濃度(NCO/OH)が1.0以下であってもよい。
本発明の第2態様に係る塗膜は、上記第1態様に係る塗装方法により形成されてなる。
本発明の第3態様に係る塗料キットは、第1の容器に収容された第1の塗料組成物、及び、第2の容器に収容された第2の塗料組成物を備える塗料キットであって、
前記第1の塗料組成物は、水酸基含有樹脂成分を含み、
前記第2の塗料組成物は、前記水酸基含有樹脂成分及びポリイソシアネート成分を含み、
前記ポリイソシアネート成分は、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートを含む脂肪族ジイソシアネートから誘導された、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネートを含み、数平均分子量700以下の成分の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して70質量%以上であり、ウレトジオン二量体の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して2質量%以上30質量%以下であり、且つ、イソシアネート基平均数が2.7以上であり、
前記第2の塗料組成物中において、前記水酸基含有樹脂成分の水酸基(OH基)のモル濃度に対する前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基(NCO基)のモル濃度(NCO/OH)が1.0以上5.0以下であり、
前記第1の塗料組成物及び前記第2の塗料組成物は異なる組成である。
前記第1の塗料組成物は、水酸基含有樹脂成分を含み、
前記第2の塗料組成物は、前記水酸基含有樹脂成分及びポリイソシアネート成分を含み、
前記ポリイソシアネート成分は、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートを含む脂肪族ジイソシアネートから誘導された、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネートを含み、数平均分子量700以下の成分の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して70質量%以上であり、ウレトジオン二量体の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して2質量%以上30質量%以下であり、且つ、イソシアネート基平均数が2.7以上であり、
前記第2の塗料組成物中において、前記水酸基含有樹脂成分の水酸基(OH基)のモル濃度に対する前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基(NCO基)のモル濃度(NCO/OH)が1.0以上5.0以下であり、
前記第1の塗料組成物及び前記第2の塗料組成物は異なる組成である。
上記態様の塗装方法及び塗料キットによれば、塗膜硬度及び耐薬品性に優れる塗膜が得られる。上記態様の塗膜は、塗膜硬度及び耐薬品性に優れる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」と称する場合がある)について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
本明細書において、「ポリイソシアネート」とは、2つ以上のイソシアネート基(−NCO)を有するモノマーが複数結合した重合体を意味する。
本明細書において、「ポリオール」とは、2つ以上のヒドロキシ基(−OH)を有する化合物を意味する。
本明細書において、「ポリオール」とは、2つ以上のヒドロキシ基(−OH)を有する化合物を意味する。
≪塗装方法≫
本実施形態の塗装方法は、第1の塗料組成物を基材、塗膜等の被塗物の表面上に塗装し、第1の未硬化塗膜を得た後、前記第1の未硬化塗膜上に第2の塗料組成物を塗装して第2の未硬化塗膜を得て、加熱により、前記第1の未硬化塗膜及び前記第2の未硬化塗膜を同時に硬化させる方法である。
本実施形態の塗装方法は、第1の塗料組成物を基材、塗膜等の被塗物の表面上に塗装し、第1の未硬化塗膜を得た後、前記第1の未硬化塗膜上に第2の塗料組成物を塗装して第2の未硬化塗膜を得て、加熱により、前記第1の未硬化塗膜及び前記第2の未硬化塗膜を同時に硬化させる方法である。
前記第1の塗料組成物は、水酸基含有樹脂成分を含む。
前記第2の塗料組成物は、前記水酸基含有樹脂成分及びポリイソシアネート成分を含む。
なお、前記第1の塗料組成物及び前記第2の塗料組成物は同じ組成であってもよく、異なる組成であってもよいが、異なる組成であることが好ましい。
前記第2の塗料組成物は、前記水酸基含有樹脂成分及びポリイソシアネート成分を含む。
なお、前記第1の塗料組成物及び前記第2の塗料組成物は同じ組成であってもよく、異なる組成であってもよいが、異なる組成であることが好ましい。
前記ポリイソシアネート成分は、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、「HDI」と略記する場合がある)を含む脂肪族ジイソシアネートから誘導された、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネートを含む。
また、前記ポリイソシアネート成分において、数平均分子量700以下の成分の含有量の下限値は、ポリイソシアネート成分の総質量に対して70質量%であり、72質量%が好ましく、74質量%がより好ましく、76質量%がさらに好ましい。一方、数平均分子量700以下の成分の含有量の上限値は、90質量%が好ましく、86質量%がより好ましく、82質量%がさらに好ましい。
すなわち、数平均分子量700以下の成分の含有量は、ポリイソシアネート成分の総質量に対して70質量%以上であり、72質量%以上90質量%以下がより好ましく、74質量%以上86質量%以下がさらに好ましく、76質量%以上82質量%以下が特に好ましい。
数平均分子量700以下の成分の含有量が上記下限値以上であることで、第1の未硬化塗膜へのポリイソシアネート成分の染込み性がより良好になり、第1の未硬化塗膜及び第2の未硬化塗膜を効率的に硬化させることができる。これにより、得られる塗膜の硬度をより良好なものとすることができる。
すなわち、数平均分子量700以下の成分の含有量は、ポリイソシアネート成分の総質量に対して70質量%以上であり、72質量%以上90質量%以下がより好ましく、74質量%以上86質量%以下がさらに好ましく、76質量%以上82質量%以下が特に好ましい。
数平均分子量700以下の成分の含有量が上記下限値以上であることで、第1の未硬化塗膜へのポリイソシアネート成分の染込み性がより良好になり、第1の未硬化塗膜及び第2の未硬化塗膜を効率的に硬化させることができる。これにより、得られる塗膜の硬度をより良好なものとすることができる。
ウレトジオン二量体の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して2質量%以上30質量%以下であり、4質量%以上26質量%以下が好ましく、6質量%以上23質量%以下がより好ましく、8質量%以上20質量%以下がさらに好ましい。
ウレトジオン二量体の含有量が上記範囲内であることで、第1の塗膜へのポリイソシアネート成分の染込み性及び得られる塗膜の硬度をより良好なものとすることができる。
ウレトジオン二量体の含有量が上記範囲内であることで、第1の塗膜へのポリイソシアネート成分の染込み性及び得られる塗膜の硬度をより良好なものとすることができる。
なお、「ウレトジオン基」とは、ジイソシアネートモノマー2分子からなるポリイソシアネート由来の官能基であり、下記式(II)で示される基である。また、「ウレトジオン二量体」は、ジイソシアネートモノマー2分子からなるポリイソシアネートであり、下記一般式(I−1)で示される化合物である。
前記一般式(I−1)中、R11及びR12はそれぞれ独立に飽和炭化水素基である。R11及びR12における飽和炭化水素基の炭素数としては、4以上30以下が好ましく、4以上16以下がより好ましく、4以上8以下がさらに好ましい。中でも、R11及びR12としては、炭素数6のヘキサメチレン基が特に好ましい。
ウレトジオン二量体の含有量を上記範囲内に制御する方法としては、例えば、以下の(1)又は(2)の方法が挙げられる。
(1)HDIのイソシアヌレート化反応を実施し、触媒を失活させた後、140℃以上160℃以下程度(好ましくは、145℃以上165℃以下)の温度、数時間程度(好ましくは、1時間以上3時間以下)反応させる方法;
(2)HDIのイソシアヌレート化反応を実施し、第1のポリイソシアネート成分を得て、別途、HDIに第3ホスフィン等のウレトジオン化触媒を添加し、20℃以上80℃以下程度の温度で、数時間以上数十時間以下程度、反応させて、第2のポリイソシアネート成分を得た後、第1のポリイソシアネート成分に、第2のポリイソシアネート成分を一部混合される方法
(1)HDIのイソシアヌレート化反応を実施し、触媒を失活させた後、140℃以上160℃以下程度(好ましくは、145℃以上165℃以下)の温度、数時間程度(好ましくは、1時間以上3時間以下)反応させる方法;
(2)HDIのイソシアヌレート化反応を実施し、第1のポリイソシアネート成分を得て、別途、HDIに第3ホスフィン等のウレトジオン化触媒を添加し、20℃以上80℃以下程度の温度で、数時間以上数十時間以下程度、反応させて、第2のポリイソシアネート成分を得た後、第1のポリイソシアネート成分に、第2のポリイソシアネート成分を一部混合される方法
中でも、ウレトジオン二量体の含有量を上記範囲内に制御する方法としては、入手の容易さの観点から、上記(1)に示す方法が好ましい。
数平均分子量700以下の成分の含有量及びウレトジオン二量体の含有量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」と略記する場合がある。)により測定することができる。
イソシアネート基平均数の下限値が2.7であり、2.8以上が好ましい。一方、イソシアネート基平均数の上限値は、4.0が好ましく、3.5がより好ましく、3.3がさらに好ましい。
すなわち、イソシアネート基平均数は、2.7以上であり、2.7以上4.0以下が好ましく、2.7以上3.5以下がより好ましく、2.7以上3.3以下がさらに好ましく、2.8以上3.3以下が特に好ましい。
イソシアネート基平均数が上記下限値以上であることにより、ポリイソシアネート成分の架橋性をより向上させることができ、塗膜硬度及び耐薬品性により優れる塗膜が得られる。一方、NCO基平均数が上記上限値以下であることにより、下層である第1の未硬化塗膜へのポリイソシアネート成分の染込み性がより優れ、その結果、得られる第1の塗膜及び第2の塗膜からなる複層塗膜の硬度がより良好となる傾向がある。
すなわち、イソシアネート基平均数は、2.7以上であり、2.7以上4.0以下が好ましく、2.7以上3.5以下がより好ましく、2.7以上3.3以下がさらに好ましく、2.8以上3.3以下が特に好ましい。
イソシアネート基平均数が上記下限値以上であることにより、ポリイソシアネート成分の架橋性をより向上させることができ、塗膜硬度及び耐薬品性により優れる塗膜が得られる。一方、NCO基平均数が上記上限値以下であることにより、下層である第1の未硬化塗膜へのポリイソシアネート成分の染込み性がより優れ、その結果、得られる第1の塗膜及び第2の塗膜からなる複層塗膜の硬度がより良好となる傾向がある。
ポリイソシアネート成分のイソシアネート基平均数(Fn)は以下の式により、算出することができる。なお、式中、Mnはポリイソシアネート成分の数平均分子量であり、NCO%はポリイソシアネート成分におけるイソシアネート基の含有率である。
Fn = (Mn×NCO%×0.01)/42
また、前記第2の塗料組成物中において、前記水酸基含有樹脂成分の水酸基(OH基)のモル濃度に対する前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基(NCO基)のモル濃度(NCO/OH)の下限値は、1.0であり、1.2が好ましく、1.3がより好ましい。一方、NCO/OHの上限値は、5.0であり、3.0が好ましく、2.0がより好ましい。
すなわち、第2の塗料組成物中において、NCO/OHは1.0以上5.0以下であり、1.2以上3.0以下が好ましく、1.3以上2.0以下がより好ましい。
NCO/OHが上記下限値以上であることで、第2の塗料組成物の硬化性、ポリイソシアネート成分の第1の未硬化塗膜への染込み性及び得られる塗膜硬度がより優れる傾向がある。一方、NCO/OHが上記上限値以下であることで、乾燥初期の塗膜架橋性及び得られる塗膜硬度がより優れる傾向がある。
すなわち、第2の塗料組成物中において、NCO/OHは1.0以上5.0以下であり、1.2以上3.0以下が好ましく、1.3以上2.0以下がより好ましい。
NCO/OHが上記下限値以上であることで、第2の塗料組成物の硬化性、ポリイソシアネート成分の第1の未硬化塗膜への染込み性及び得られる塗膜硬度がより優れる傾向がある。一方、NCO/OHが上記上限値以下であることで、乾燥初期の塗膜架橋性及び得られる塗膜硬度がより優れる傾向がある。
本実施形態の塗装方法によれば、上記構成を有することで、下層である第1の未硬化塗膜への硬化剤成分であるポリイソシアネート成分の染込みがより良好になり、第1の未硬化塗膜及び第2の未硬化塗膜を効率的に硬化させることができる。これにより、得られる塗膜の硬度をより良好なものとすることができる。また、耐薬品性に優れる塗膜が得られる。
本実施形態の塗装方法で得られる塗膜は、第1の塗膜と第2の塗膜とがこの順に積層されたものである。
第1の塗膜及び第2の塗膜はいずれもポリウレタン樹脂塗膜である。
また、第1の塗膜及び第2の塗膜はそれぞれ、1層のみからなってもよく、2層以上の複数の層からなってもよい。
第1の塗膜及び第2の塗膜はいずれもポリウレタン樹脂塗膜である。
また、第1の塗膜及び第2の塗膜はそれぞれ、1層のみからなってもよく、2層以上の複数の層からなってもよい。
なお、本明細書において、「塗膜」とは、特別な記載がない限り、塗料組成物を硬化させてなる硬化物を意味する。すなわち、塗膜は、未硬化塗膜を硬化させてなるものである。
本実施形態の塗装方法において、第1の未硬化塗膜に第2の未硬化塗膜を積層させることで、第1の未硬化塗膜に、第2の塗料組成物に含まれるポリイソシアネート成分の一部を移行させ、前記第1の未硬化塗膜及び前記第2の未硬化塗膜にポリイソシアネート成分を存在させることで、前記第1の未硬化塗膜と第2の未硬化塗膜を加熱時に一括して硬化させることが好ましい。
本実施形態の塗装方法において、第1の未硬化塗膜及び第2の未硬化塗膜の形成方法としては、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物をそれぞれ、例えば、ロール塗装、カーテンフロー塗装、スプレー塗装、ベル塗装、静電塗装等の方法を用いて、基材、塗膜等の被塗物上に積層させることで形成できる。前記基材としては、例えば、金属(鋼板、表面処理鋼板等)、プラスチック、木材、無機材料等の素材を成形してなる成形品等が挙げられる。また、これら成形品の形状は特に限定されず、例えば、フィルム、シート、ボード等の厚みが小さいものであってもよく、円柱、立体構造物等の厚みの大きいものであってもよい。また、チューブ等の中空のものであってもよい。前記塗膜としては、ポリオール等の主剤と、(ブロック)ポリイソシアネート、メラミン等の硬化剤を塗装し、硬化させたもののほかに、硬化させる前の未硬化塗膜が挙げられる。本実施形態の塗装方法において、前記被塗物は未硬化塗膜であることが好ましい。
第1の塗膜及び第2の塗膜の硬化膜厚の下限値は、各々、10μmが好ましく、15μmがより好ましい。また硬化膜厚の上限値は60μmが好ましく、50μmがより好ましい。この範囲にあることで、塗膜の耐久性が維持できる。
本実施形態の塗装方法において、第2の未硬化塗膜を得た後に第1の未硬化塗膜及び第2の未硬化塗膜を同時に硬化させるための加熱温度の下限値は、60℃が好ましく、80℃がより好ましい。また、加熱温度の上限値は160℃が好ましく、150℃がより好ましい。
加熱時間の下限値は、10分が好ましく、15分がより好ましい。また、加熱時間の上限値は40分が好ましく、35分がより好ましい。上記加熱温度及び加熱時間の範囲とすることで、塗膜の硬化性及び塗膜の耐黄変性がより良好となる。
加熱時間の下限値は、10分が好ましく、15分がより好ましい。また、加熱時間の上限値は40分が好ましく、35分がより好ましい。上記加熱温度及び加熱時間の範囲とすることで、塗膜の硬化性及び塗膜の耐黄変性がより良好となる。
本実施形態の塗装方法において、第1の未硬化塗膜を得た後、又は、未硬化塗膜を基材とし、第1の未硬化塗膜を塗装する前に、短時間のプレヒートを行うことができる。プレヒートは、約70℃以上80℃以下、約1分以上5分以下の低温短時間乾燥の工程であり、第1の未硬化塗膜が硬化しない条件で行うことができる。
本実施形態の塗装方法に用いられる塗料組成物について、以下に詳細を説明する。
本実施形態の塗装方法に用いられる塗料組成物について、以下に詳細を説明する。
<塗料組成物>
第1の塗料組成物は、水酸基含有樹脂成分を含む。また、第1の塗料組成物は、ポリイソシアネート成分を更に含んでいてもよい。
第2の塗料組成物は、水酸基含有樹脂成分及びポリイソシアネート成分を含む。
なお、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は同じ組成であってもよく、異なる組成であってもよいが、異なる組成であることが好ましい。
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物の各構成成分について、以下に詳細を説明する。
第1の塗料組成物は、水酸基含有樹脂成分を含む。また、第1の塗料組成物は、ポリイソシアネート成分を更に含んでいてもよい。
第2の塗料組成物は、水酸基含有樹脂成分及びポリイソシアネート成分を含む。
なお、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は同じ組成であってもよく、異なる組成であってもよいが、異なる組成であることが好ましい。
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物の各構成成分について、以下に詳細を説明する。
[ポリイソシアネート成分]
ポリイソシアヌレート成分は、第1の未硬化塗膜及び第2の未硬化塗膜を一括して硬化させるための硬化剤として用いられる。
ポリイソシアネート成分は、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートを含む脂肪族ジイソシアネートから誘導された、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネート(以下、「以下、「イソシアヌレート型ポリイソシアネート」と称する場合がある)を含む。
第1の塗料組成物がポリイソシアネート成分を含む場合、イソシアヌレート型ポリイソシアネートを含んでもよい。
ポリイソシアヌレート成分は、第1の未硬化塗膜及び第2の未硬化塗膜を一括して硬化させるための硬化剤として用いられる。
ポリイソシアネート成分は、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートを含む脂肪族ジイソシアネートから誘導された、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネート(以下、「以下、「イソシアヌレート型ポリイソシアネート」と称する場合がある)を含む。
第1の塗料組成物がポリイソシアネート成分を含む場合、イソシアヌレート型ポリイソシアネートを含んでもよい。
なお、「イソシアヌレート基」とは、ジイソシアネートモノマー3分子からなるポリイソシアネート由来の官能基であり、下記式(II)で示される基である。また、ジイソシアネートモノマー3分子からなるポリイソシアネートであって、下記一般式(II−1)で示される化合物をイソシアヌレート3量体又はイソシアヌレート型ポリイソシアネートと称する。すなわち、イソシアヌレート3量体又はイソシアヌレート型ポリイソシアネートは、ジイソシアネートモノマー3分子から誘導される反応物である。
前記一般式(II−1)中、R21、R22及びR23は、それぞれR11及びR12と同じである。
イソシアヌレート型ポリイソシアネートの製造に用いられるジイソシアネートモノマーとしては、HDIが必須成分として含まれ、別途、その他の脂肪族ジイソシアネートや脂環族ジイソシアネートが含まれてもよい。
HDI以外の脂肪族ジイソシアネートとしては、炭素数4以上30以下のものが好ましい。脂肪族ジイソシアネートとして具体的には、例えば、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等が挙げられる。
脂環族ジイソシアネートとしては炭素数8以上30以下のものが好ましい。脂環族ジイソシアネートとして具体的には、例えば、イソホロンジイソシアネート(以下、「IPDI」と称する)、1,3−ビス(イソシアネートメチル)−シクロヘキサン、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
これらジイソシアネートは単独又は2種以上を併用して使用することもできる。
中でも、イソシアヌレート型ポリイソシアネートの製造に用いられるジイソシアネートモノマーとしては、工業的入手の容易さ、ポリイソシアネート製造時の反応性、及び、低粘度の観点から、HDIであることが好ましい。又は、耐候性、及び、工業的入手の容易さの観点から、IPDIであることが好ましい。
ポリイソシアネート成分において、イソシアヌレート3量体の含有量は特に限定されないが、ポリイソシアネート成分の総質量に対して55質量%以上95質量%以下が好ましく、60質量%以上95質量%以下がより好ましい。イソシアヌレート3量体の含有量が上記下限値以上であることにより、ポリイソシアネート成分の粘度をより低減できる。一方、イソシアヌレート3量体の含有量が上記上限値以下であることにより、ポリイソシアネート成分の収率をより高くすることができる。
イソシアヌレート3量体の含有量は、GPCにより測定することができる。
イソシアヌレート3量体の含有量は、GPCにより測定することができる。
ポリイソシアネート成分は、イソシアヌレート基に加えて、上述のとおり、ウレトジオン基を必須成分として有する。また、ポリイソシアネート成分は、その他の官能基として、イミノオキサジアジンジオン基及びアロファネート基からなる群より選ばれる少なくとも1種を更に有してもよい。
なお、一般に、「イミノオキサジアジンジオン基」とは、ジイソシアネートモノマー3分子からなるポリイソシアネート由来の官能基であり、下記式(III)で示される基である。
また、一般に、「アロファネート基」とは、アルコールの水酸基とイソシアネート基とから形成される官能基であり、下記式(IV)で示される基である。
また、一般に、「アロファネート基」とは、アルコールの水酸基とイソシアネート基とから形成される官能基であり、下記式(IV)で示される基である。
また、ポリイソシアネート成分は、上記官能基以外に、ウレタン基、ウレア基、ビュレット基、カルボジイミド基等を更に有してもよい。
(ポリイソシアネート成分の製造方法)
1.イソシアヌレート型ポリイソシアネートの製造方法
イソシアヌレート型ポリイソシアネートは、ジイソシアネートモノマーを、イソシアヌレート化触媒及び助触媒としてのアルコールを使用して、反応させることでイソシアヌレート型ポリイソシアネートが得られる。
1.イソシアヌレート型ポリイソシアネートの製造方法
イソシアヌレート型ポリイソシアネートは、ジイソシアネートモノマーを、イソシアヌレート化触媒及び助触媒としてのアルコールを使用して、反応させることでイソシアヌレート型ポリイソシアネートが得られる。
イソシアヌレート型ポリイソシアネートの製造に用いられるイソシアヌレート化触媒としては、例えば、脂肪酸のナトリウム塩、カリウム塩、4級アンモニウム塩等が挙げられる。
脂肪酸としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等が挙げられる。また、これら脂肪酸は直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。
4級アンモニウムとしては、例えば、テトラメチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ブチルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、ジベンジルジメチルアンモニウム、フェニルトリメチルアンモニウム等が挙げられる。
イソシアヌレート化触媒の使用量は、助触媒及び溶剤の使用量により異なるが、通常、ポリイソシアネートの原料としてHDIを用いる場合、HDIの質量に対して、0.001質量%以上0.05質量%以下とすることができる。
助触媒としてのアルコールとしては、例えば、フェノール性ヒドロキシ化合物、アルコール性ヒドロキシ化合物を用いることができる。これによって、イソシアヌレート化反応はさらに容易に進行する。
フェノール性ヒドロキシ化合物としては、例えば、フェノール、クレゾール、トリメチルフェノール等が挙げられる。
アルコール性ヒドロキシ化合物としては、例えば、直鎖状アルコール、分岐鎖状アルコール、環状アルコール、多価アルコール等が挙げられる。
直鎖状アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、n−ブタノール、1−ヘキサノール等が挙げられる。
分岐鎖状アルコールとしては、例えば、イソブタノール、2−エチルヘキサノール等が挙げられる。
環状アルコールとしては、例えば、シクロヘキサノール等が挙げられる。
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール等が挙げられる。
分岐鎖状アルコールとしては、例えば、イソブタノール、2−エチルヘキサノール等が挙げられる。
環状アルコールとしては、例えば、シクロヘキサノール等が挙げられる。
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール等が挙げられる。
アルコールの使用量は、ポリイソシアネート成分に含まれるポリイソシアネートのアロファネート基の存在量と相関がある。ポリイソシアネートの原料としてHDIを用いる場合、HDIに対して、質量比で500ppm以上30000ppm以下が好ましい。アルコールの使用量を上記上限値以下とすることで、最終的なポリイソシアネート成分に含まれるポリイソシアネートのイソシアヌレート基の存在比率が適度に保たれ、耐候性及び耐薬品性がより良好となる。一方、アルコールの使用量を上記下限値以上とすることで、反応速度がより高く保たれ、経済性の面でより良好な生産性となる。
イソシアヌレート型ポリイソシアネートの製造において、アルコールの添加タイミングとしては、イソシアヌレート化反応中にアルコールが反応系中に存在するように添加されていればよい。具体的には、イソシアヌレート化反応前、イソシアヌレート化触媒と同時、及び、イソシアヌレート化触媒添加終了後ヌレート化反応進行中、のいずれのタイミングで添加してもよい。また、前記タイミングのうち、いずれかひとつのタイミングでのみ添加してもよいし、すべてのタイミングで添加してもよい。アルコールの添加方法は、一括添加及び連続添加のいずれでもよい。ただし、反応及び発熱の制御の観点から、イソシアヌレート化反応進行中のアルコール添加に関しては、連続添加が好ましい。イソシアヌレート化反応前のアルコール添加に関しては、経済性の面で一括添加が好ましい。
イソシアヌレート化反応温度は70℃以下であることが好ましく、30℃以上65℃以下がより好ましい。イソシアヌレート化反応温度を上記上限値以下とすることで、色度のよりよいポリイソシアネートを得ることができる。一方、イソシアヌレート化反応温度を上記下限値以上とすることで、反応速度がより適度に保たれ、経済性の面でより良好な生産性となる。
反応時間は、触媒量、助触媒であるアルコールの量及び添加方法、並びに、反応温度等によっても異なるが、通常、1時間以上6時間以下とすることができる。
イソシアヌレート化の進行にともなうイソシアネート基の含有量(NCO%)の低下は、滴定分析によって測定できるので、所定のNCO%になった時に反応を停止すればよい。
反応停止時のNCO%によって、イソシアヌレート型ポリイソシアネートのNCO%、粘度等を自由に変更できる。
反応停止剤としては、酸性化合物を用いることができる。酸性化合物としては、例えば、塩酸、リン酸、リン酸ジメチル、リン酸ジエチル、リン酸ジブチル、リン酸ジ2−エチルヘキシル、リン酸ジシクロヘキシル、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アセチルクロライド、ベンゾイルクロライド等が挙げられる。また、これら酸性化合物の類似化合物を用いてもよい。
反応停止剤の使用量としては、イソシアヌレート化触媒中のカルボン酸含有量1モルに対して、0.5倍モル量以上10倍モル量以下とすることができ、1倍モル量以上8倍モル量以下が好ましい。原料であるジイソシアネートモノマーと、反応で生成したポリイソシアネートの混合溶液に可溶性の反応停止剤を使用する場合には、イソシアヌレート化触媒中のカルボン酸含有量1モルに対して、1倍モル量前後とすることができ、不溶性の反応停止剤を使用する場合には、イソシアヌレート化触媒中のカルボン酸含有量1モルに対して、2倍モル量以上8倍量以下とすることができる。
反応停止剤投入後、停止反応を完全にするために加熱養生を行ってもよい。加熱養生する場合、その温度は、80℃以上150℃以下が好ましく、80℃以上130℃以下がより好ましく、90℃以上120℃以下がさらに好ましい。温度が上記上限値以下であることにより、得られるイソシアヌレート型ポリイソシアネートを含有するポリイソシアネート成分中の1−ナイロン体の減少をより抑制することができ、さらに、色度の低下、及び、イソシアヌレート型ポリイソシアネートの多量化の進行による高粘度化をより抑制することができる。温度が上記下限値以上であることにより、停止反応により生成する塩の成長をより早くでき、特に不溶性の塩を形成する触媒と反応停止剤との組み合わせの場合には、ろ別可能な大きさの塩をより形成させることができるため、経済性の面でより良好な生産性となる。
加熱養生の時間は、温度により最適な時間が異なるが、10分以上120分以下とすることができ、10分以上90分以下が好ましく、10分以上60分以下がより好ましい。温度にもよるが、時間が上記上限値以下であることにより、着色、及び、ポリイソシアネートのさらなる多量化による高粘度化をより抑制することができる。一方、時間が上記下限値以上であることにより、塩の形成及び成長をより十分なものとすることができ、不溶性の塩の場合、ろ別による分離をより容易にすることができる。
2.ウレトジオン二量体の製造方法
ウレトジオン二量体は、ウレトジオン化反応触媒を用いることにより得られる。
ウレトジオン二量体は、ウレトジオン化反応触媒を用いることにより得られる。
ウレトジオン化反応触媒としては、以下に限定されないが、例えば、トリアルキルホスフィン、トリス(ジアルキルアミノ)ホスフィン、シクロアルキルホスフィン等の第3ホスフィンが挙げられる。
トリアルキルホスフィンとしては、例えば、トリ−n−ブチルホスフィン、トリ−n−オクチルホスフィン等が挙げられる。
トリス(ジアルキルアミノ)ホスフィンとしては、例えば、トリス−(ジメチルアミノ)ホスフィン等が挙げられる。
シクロアルキルホスフィンとしては、例えば、シクロヘキシル−ジ−n−ヘキシルホスフィン等が挙げられる。
トリス(ジアルキルアミノ)ホスフィンとしては、例えば、トリス−(ジメチルアミノ)ホスフィン等が挙げられる。
シクロアルキルホスフィンとしては、例えば、シクロヘキシル−ジ−n−ヘキシルホスフィン等が挙げられる。
これらの化合物の多くは、同時にイソシアヌレート化反応も促進し、ウレトジオン二量体に加えて、イソシアヌレート型ポリイソシアネートを生成する。
所望の収率となった時点で、リン酸、パラトルエンスルホン酸メチル等のウレトジオン化反応触媒の失活剤を添加してウレトジオン化反応を停止する。
上述したウレトジオン化反応触媒の使用量は、原料であるジイソシアネートに対して、質量比で10ppm以上10000ppm以下が好ましく、10ppm以上1000ppm以下がより好ましく、10ppm以上500ppm以下がさらに好ましい。
ウレトジオン化の反応温度の下限値は、20℃が好ましく、25℃がより好ましく、30℃がさらに好ましく、35℃が特に好ましい。一方、ウレトジオン化の反応温度の上限値は、120℃が好ましく、110℃がより好ましく、100℃がさらに好ましく、90℃が特に好ましい。
すなわち、ウレトジオン化の反応温度は、20℃以上120℃以下が好ましく、25℃以上110℃以下がより好ましく、30℃以上100℃以下がさらに好ましく、35℃以上90℃以下が特に好ましい。
ウレトジオン化の反応温度が上記上限値以下であることにより、着色等の得られるポリイソシアネート成分の特性変化がより効果的に防止できる。
すなわち、ウレトジオン化の反応温度は、20℃以上120℃以下が好ましく、25℃以上110℃以下がより好ましく、30℃以上100℃以下がさらに好ましく、35℃以上90℃以下が特に好ましい。
ウレトジオン化の反応温度が上記上限値以下であることにより、着色等の得られるポリイソシアネート成分の特性変化がより効果的に防止できる。
また、上記ウレトジオン化反応触媒を用いることなく、ジイソシアネートモノマーを加熱することでウレトジオン基含有ポリイソシアネートを得ることもできる。
上記ウレトジオン化反応触媒を用いない場合、ジイソシアネートモノマーの加熱温度の下限値としては、120℃が好ましく、130℃がより好ましく、140℃がさらに好ましく、145℃が特に好ましい。一方、ジイソシアネートモノマーの加熱温度の上限値は、180℃が好ましく、175℃がより好ましく、170℃がさらに好ましく、165℃が特に好ましい。
すなわち、ジイソシアネートモノマーの加熱温度は、120℃以上180℃以下が好ましく、130℃以上175℃以下がより好ましく、140℃以上170℃以下がさらに好ましく、145℃以上165℃以下が特に好ましい。
すなわち、ジイソシアネートモノマーの加熱温度は、120℃以上180℃以下が好ましく、130℃以上175℃以下がより好ましく、140℃以上170℃以下がさらに好ましく、145℃以上165℃以下が特に好ましい。
上記ウレトジオン化反応触媒を用いない場合、加熱時間の下限値は、0.2時間が好ましく、0.4時間がより好ましく、0.6時間がさらに好ましく、0.8時間が特に好ましく、1.0時間が最も好ましい。一方、加熱時間の上限値は、8時間が好ましく、6時間がより好ましく、4時間がさらに好ましく、3時間が特に好ましく、2時間が最も好ましい。
すなわち、加熱時間は、0.2時間以上8時間以下が好ましく、0.4時間以上6時間以下がより好ましく、0.6時間以上4時間以下がさらに好ましく、0.8時間以上3時間以下が特に好ましく、1.0時間以上2時間以下が最も好ましい。
加熱時間を上記下限値以上とすることで、より低粘度とするできることができ、上記上限値以下とすることで、ポリイソシアネート自体の着色をより抑制することができる。
すなわち、加熱時間は、0.2時間以上8時間以下が好ましく、0.4時間以上6時間以下がより好ましく、0.6時間以上4時間以下がさらに好ましく、0.8時間以上3時間以下が特に好ましく、1.0時間以上2時間以下が最も好ましい。
加熱時間を上記下限値以上とすることで、より低粘度とするできることができ、上記上限値以下とすることで、ポリイソシアネート自体の着色をより抑制することができる。
ウレトジオン化反応触媒を使用せずに、ポリイソシアネート成分を得る場合、加熱のみによるウレトジオン化反応と前述したイソシアヌレート化反応が終了した後、未反応ジイソシアネートモノマー濃度の低減、得られたポリイソシアネート成分の貯蔵後の分子量変化率の低減、及び、高温焼付時の黄変性の低減の観点から、未反応ジイソシアネートモノマーを除去することが好ましい。
3.イミノオキサジアジンジオン基を有するポリイソシアネートの製造方法
イミノオキサジアジンジオン基を有するポリイソシアネート(イミノオキサジアジンジオン基含有ポリイソシアネート)は、イミノオキサジアジンジオン化反応触媒を用いることにより得られる。
イミノオキサジアジンジオン基を有するポリイソシアネート(イミノオキサジアジンジオン基含有ポリイソシアネート)は、イミノオキサジアジンジオン化反応触媒を用いることにより得られる。
イミノオキサジアジンジオン化触媒としては、以下が例示される。
(1)一般式M[Fn]、又は、一般式M[Fn(HF)m]で表される(ポリ)フッ化水素
(式中、m及びnは、m/n>0の関係を満たす整数である。Mはn荷電カチオン(混合物)又は合計でn価の1個以上のラジカルである。)
(式中、m及びnは、m/n>0の関係を満たす整数である。Mはn荷電カチオン(混合物)又は合計でn価の1個以上のラジカルである。)
(1)の化合物((ポリ)フッ化水素)として具体的には、例えば、テトラメチルアンモニウムフルオリド水和物、テトラエチルアンモニウムフルオリド等が挙げられる。
(2)一般式R1−CR’2−C(O)O−、又は、一般式R2=CR’−C(O)O−で表される化合物と、第4級アンモニウムカチオン、又は、第4級ホスホニウムカチオンとからなる化合物。
(式中、R1、及びR2は、必要に応じて分岐状、環状、及び/又は不飽和の炭素数1〜30のパーフルオロアルキル基であり、R’は同一又は異なって、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、及びアリール基からなる群から選択され、必要に応じてヘテロ原子を含有する。)
(式中、R1、及びR2は、必要に応じて分岐状、環状、及び/又は不飽和の炭素数1〜30のパーフルオロアルキル基であり、R’は同一又は異なって、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、及びアリール基からなる群から選択され、必要に応じてヘテロ原子を含有する。)
(2)の化合物として具体的には、例えば、3,3,3−トリフルオロカルボン酸;4,4,4,3,3−ペンタフルオロブタン酸;5,5,5,4,4,3,3−ヘプタフルオロペンタン酸;3,3−ジフルオロプロパ−2−エン酸等が挙げられる。
イミノオキサジアジンジオン化触媒の使用量の下限値は、特に限定されないが、反応性の観点から、原料であるHDIに対して、質量比で、5ppmが好ましく、10ppmがより好ましく、20ppmがさらに好ましい。一方、イミノオキサジアジンジオン化触媒の使用量の上限値は、生成物の着色及び変色の抑制や反応制御の観点から、原料であるHDIに対して、質量比で、5000ppmが好ましく、2000ppmがより好ましく、500ppmがさらに好ましい。
すなわち、イミノオキサジアジンジオン化触媒の使用量は、原料であるHDIに対して、質量比で、5ppm以上5000ppm以下が好ましく、10ppm以上2000ppm以下がより好ましく、20ppm以上500ppm以下がさらに好ましい。
すなわち、イミノオキサジアジンジオン化触媒の使用量は、原料であるHDIに対して、質量比で、5ppm以上5000ppm以下が好ましく、10ppm以上2000ppm以下がより好ましく、20ppm以上500ppm以下がさらに好ましい。
イミノオキサジアジンジオン化の反応温度の下限値は、特に限定されないが、反応速度の観点から、40℃が好ましく、50℃がより好ましく、60℃がさらに好ましい。一方、イミノオキサジアジンジオン化の反応温度の上限値は、生成物の着色及び変色の抑制の観点から、150℃が好ましく、120℃がより好ましく、110℃がさらに好ましい。
すなわち、イミノオキサジアジンジオン化の反応温度は、40℃以上150℃以下が好ましく、50℃以上120℃以下がより好ましく、60℃以上110℃以下がさらに好ましい。
すなわち、イミノオキサジアジンジオン化の反応温度は、40℃以上150℃以下が好ましく、50℃以上120℃以下がより好ましく、60℃以上110℃以下がさらに好ましい。
イミノオキサジアジンジオン化反応が所望のイミノオキサジアジンジオン基含有量に達した時点で、イミノオキサジアジンジオン化反応を停止させることができる。イミノオキサジアジンジオン化反応は、例えば、リン酸、酸性リン酸エステル、硫酸、塩酸、スルホン酸化合物等の酸性化合物を反応液に添加することで、停止することができる。これにより、イミノオキサジアジンジオン化反応触媒を中和、熱分解、又は、化学分解等により不活性化される。反応停止後、必要があれば、ろ過を行う。
4.アロファネート基を有するポリイソシアネート
アロファネート基を有するポリイソシアネート(アロファネート基含有ポリイソシアネート)は、HDIにアルコール化合物等を併用し、アロファネート化反応触媒を用いることにより得られる。
アロファネート基を有するポリイソシアネート(アロファネート基含有ポリイソシアネート)は、HDIにアルコール化合物等を併用し、アロファネート化反応触媒を用いることにより得られる。
アロファネート基含有ポリイソシアネートの製造に用いられるアルコール化合物としては、以下に限定されないが、炭素、水素及び酸素のみで形成されるアルコールが好ましい。また、アルコール化合物は分子量が200以下であることが好ましい。
アルコール化合物としては、例えば、モノアルコール、ジアルコール等が挙げられる。
モノアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール等が挙げられる。
ジアルコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチルヘキサンジオール等が挙げられる。
ジアルコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチルヘキサンジオール等が挙げられる。
これらアルコール化合物は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
中でも、アルコール化合物としては、モノアルコールが好ましい。
アルコール化合物の使用量は、以下に限定されないが、HDIのイソシアネート基とアルコール化合物の水酸基とのモル比で10/1以上1000/1以下であることが好ましく、100/1以上1000/1以下であることがより好ましい。上記下限値以上であることで、得られるポリイソシアネートにおいて、イソシアネート基平均数をより適切な数確保することができる。
アロファネート化反応触媒としては、以下に限定されないが、例えば、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、ジルコニウム、ジルコニル等のアルキルカルボン酸塩等が挙げられる。
錫のアルキルカルボン酸塩(有機錫化合物)としては、例えば、2−エチルヘキサン酸錫、ジブチル錫ジラウレート等が挙げられる。
鉛のアルキルカルボン酸塩(有機鉛化合物)としては、例えば、2−エチルヘキサン酸鉛等が挙げられる。
亜鉛のアルキルカルボン酸塩(有機亜鉛化合物)としては、例えば、2−エチルヘキサン酸亜鉛等が挙げられる。
ビスマスのアルキルカルボン酸塩としては、例えば、2−エチルヘキサン酸ビスマス等が挙げられる。
ジルコニウムのアルキルカルボン酸塩としては、例えば、2−エチルヘキサン酸ジルコニウム等が挙げられる。
ジルコニルのアルキルカルボン酸塩としては、例えば、2−エチルヘキサン酸ジルコニル等が挙げられる。
所望の収率となった時点で、リン酸、p−トルエンスルホン酸メチル等のアロファネート化反応触媒の失活剤を添加して、アロファネート化反応を停止することができる。
上記アロファネート化反応触媒の使用量は、原料であるジイソシアネートに対して、質量比で、10ppm以上10000ppm以下が好ましく、10ppm以上1000ppm以下がより好ましく、10ppm以上500ppm以下がさらに好ましい。
アロファネート化の反応温度の下限値は、60℃が好ましく、70℃がより好ましく、80℃がさらに好ましく、90℃が特に好ましい。一方、アロファネート化の反応温度の上限値は、160℃が好ましく、155℃がより好ましく、150℃がさらに好ましく、145℃が特に好ましい。
すなわち、アロファネート化の反応温度は、60℃以上160℃以下が好ましく、70℃以上155℃以下がより好ましく、80℃以上150℃以下がさらに好ましく、90℃以上145℃以下が特に好ましい。
アロファネート化反応温度が上記上限値以下であることにより、得られるポリイソシアネートの着色等の特性変化をより効果的に防止できる。
すなわち、アロファネート化の反応温度は、60℃以上160℃以下が好ましく、70℃以上155℃以下がより好ましく、80℃以上150℃以下がさらに好ましく、90℃以上145℃以下が特に好ましい。
アロファネート化反応温度が上記上限値以下であることにより、得られるポリイソシアネートの着色等の特性変化をより効果的に防止できる。
反応時間の下限値は、0.2時間が好ましく、0.4時間がより好ましく、0.6時間がさらに好ましく、0.8時間が特に好ましく、1.0時間が最も好ましい。一方、反応時間の上限値は、8時間以下が好ましく、6時間がより好ましく、4時間がさらに好ましく、3時間が特に好ましく、2時間が最も好ましい。
すなわち、アロファネート化の反応時間は0.2時間以上8時間以下が好ましく、0.4時間以上6時間以下がより好ましく、0.6時間以上4時間以下がさらに好ましく、0.8時間以上3時間以下が特に好ましく、1.0時間以上2時間以下が最も好ましい。
アロファネート化の反応時間を上記下限値以上とすることで、より低粘度とするできることができ、上記上限値以下とすることで、ポリイソシアネート自体の着色をより抑制することができる。
すなわち、アロファネート化の反応時間は0.2時間以上8時間以下が好ましく、0.4時間以上6時間以下がより好ましく、0.6時間以上4時間以下がさらに好ましく、0.8時間以上3時間以下が特に好ましく、1.0時間以上2時間以下が最も好ましい。
アロファネート化の反応時間を上記下限値以上とすることで、より低粘度とするできることができ、上記上限値以下とすることで、ポリイソシアネート自体の着色をより抑制することができる。
また、上記イソシアヌレート化反応触媒をアロファネート化反応触媒として用いることができる。上記イソシアヌレート化反応触媒を用いて、アロファネート化反応を行う場合、イソシアヌレート型ポリイソシアネートも同時に生成させる。中でも、経済面から生産性を向上できる観点から、アロファネート化反応触媒として、上記イソシアヌレート化反応触媒を用い、アロファネート化反応とイソシアヌレート化反応とを行うことが好ましい。
上記イソシアヌレート化反応、及び、上記ウレトジオン化反応はそれぞれを逐次行うこともできるし、並行して行うこともできる。
また、アロファネート化反応を伴う場合には、製造工程を簡略化できるため、イソシアヌレート化反応とアロファネート化反応を並行して先行させ、その後、ウレトジオン化反応を行うことが好ましい。
アロファネート化反応は、所望のアロファネート基含有量に達した時点で、停止させることができる。
アロファネート化反応は、以下に限定されないが、例えば、リン酸、酸性リン酸エステル、硫酸、塩酸、スルホン酸化合物等の酸性化合物を反応液に添加することで、停止することができる。これにより、アロファネート化反応触媒を中和、熱分解、又は、化学分解等により不活性化させることができる。反応停止後、必要があれば、ろ過を行う。
5.収率
ポリイソシアネート成分中において、数平均分子量700以下の成分の含有量を上記範囲に制御するために、収率の下限値は、5質量%が好ましく、10質量%がより好ましく、15質量%がさらに好ましい。一方、収率の上限値は、40質量%が好ましく、35質量%がより好ましく、30質量%がさらに好ましい。
すなわち、収率は、5質量%以上40質量%以下が好ましく、10質量%以上35質量%以下がより好ましく、15質量%以上30質量%以下がさらに好ましい。
収率が上記下限値以上であることで、生産性をより向上することができる。一方、収率が上記上限値以下であることで、数平均分子量700以下の成分の含有量をより高くすることができる。
ポリイソシアネート成分中において、数平均分子量700以下の成分の含有量を上記範囲に制御するために、収率の下限値は、5質量%が好ましく、10質量%がより好ましく、15質量%がさらに好ましい。一方、収率の上限値は、40質量%が好ましく、35質量%がより好ましく、30質量%がさらに好ましい。
すなわち、収率は、5質量%以上40質量%以下が好ましく、10質量%以上35質量%以下がより好ましく、15質量%以上30質量%以下がさらに好ましい。
収率が上記下限値以上であることで、生産性をより向上することができる。一方、収率が上記上限値以下であることで、数平均分子量700以下の成分の含有量をより高くすることができる。
また、数平均分子量700以下の成分の含有量を上記範囲に制御するために、ポリイソシアネート成分は、ウレトジオン基及びアロファネート基を有するポリイソシアネートを含むことが好ましい。
6.薄膜蒸留工程及び加熱処理工程
反応停止直後の反応液は、通常、未反応のHDI等のジイソシアネートモノマーを含むため、これを薄膜蒸発缶、抽出等で除去することが好ましい。
薄膜蒸留工程は、高沸成分からの低沸成分の分離効率を高めるための工程である。具体的な対策法としては、例えば、流量を少なくし滞留時間を延ばす、蒸留時の温度を高くする、ワイパー回転数を高くする、蒸留回数を増やす等の対策が考えられ、いずれの方法を選択してもよい。中でも、熱履歴を小さくし、分離効率を高める目的から、蒸留回数を増やす方法が好ましい。蒸留回数としては、1回以上5回以下が好ましい。
反応停止直後の反応液は、通常、未反応のHDI等のジイソシアネートモノマーを含むため、これを薄膜蒸発缶、抽出等で除去することが好ましい。
薄膜蒸留工程は、高沸成分からの低沸成分の分離効率を高めるための工程である。具体的な対策法としては、例えば、流量を少なくし滞留時間を延ばす、蒸留時の温度を高くする、ワイパー回転数を高くする、蒸留回数を増やす等の対策が考えられ、いずれの方法を選択してもよい。中でも、熱履歴を小さくし、分離効率を高める目的から、蒸留回数を増やす方法が好ましい。蒸留回数としては、1回以上5回以下が好ましい。
なお、ポリイソシアネート成分中の製造直後のHDI含有量は、0.5質量%以下が好ましく、0.4質量%以下がより好ましく、0.3質量%以下がさらに好ましく、0.2質量%以下が特に好ましく、0.1質量%以下が最も好ましい。
製造直後のHDI含有量を上記上限値以下とすることで、ポリイソシアネート成分の毒性をより低減でき、安全性をより向上させることができる。
製造直後のHDI含有量を上記上限値以下とすることで、ポリイソシアネート成分の毒性をより低減でき、安全性をより向上させることができる。
(ポリイソシアネート成分の物性)
1.粘度
ポリイソシアネート成分の25℃における粘度の下限値は、100mPa・sが好ましく、140mPa・sがより好ましく、180mPa・sがさらに好ましく、200mPa・sが特に好ましく、220mPa・sが最も好ましい。一方、粘度の上限値は、1500mPa・sが好ましく、1000mPa・sがより好ましく、800mPa・sがさらに好ましく、700mPa・sが特に好ましく、600mPa・sが最も好ましい。
すなわち、ポリイソシアネート成分の25℃における粘度は、100mPa・s以上1500mPa・s以下が好ましく、140mPa・s以上1000mPa・s以下がより好ましく、180mPa・s以上800mPa・s以下がさらに好ましく、200mPa・s以上700mPa・s以下が特に好ましく、220mPa・s以上600mPa・s以下が最も好ましい。
粘度が上記下限値以上であることにより、ポリイソシアネート成分の架橋性をより向上させることができる。一方、粘度が上記上限値以下であることにより、ポリイソシアネート成分を使用した塗料組成物の固形分濃度をより高くできる。
1.粘度
ポリイソシアネート成分の25℃における粘度の下限値は、100mPa・sが好ましく、140mPa・sがより好ましく、180mPa・sがさらに好ましく、200mPa・sが特に好ましく、220mPa・sが最も好ましい。一方、粘度の上限値は、1500mPa・sが好ましく、1000mPa・sがより好ましく、800mPa・sがさらに好ましく、700mPa・sが特に好ましく、600mPa・sが最も好ましい。
すなわち、ポリイソシアネート成分の25℃における粘度は、100mPa・s以上1500mPa・s以下が好ましく、140mPa・s以上1000mPa・s以下がより好ましく、180mPa・s以上800mPa・s以下がさらに好ましく、200mPa・s以上700mPa・s以下が特に好ましく、220mPa・s以上600mPa・s以下が最も好ましい。
粘度が上記下限値以上であることにより、ポリイソシアネート成分の架橋性をより向上させることができる。一方、粘度が上記上限値以下であることにより、ポリイソシアネート成分を使用した塗料組成物の固形分濃度をより高くできる。
粘度は、不揮発成分(固形分)を99.5質量%以上に精製したポリイソシアネート成分を、E型粘度計(トキメック社製)を用いることによって測定することができる。具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
2.イソシアネート基の含有率
ポリイソシアネート成分のイソシアネート基の含有率(NCO含有率)の下限値は、21質量%が好ましく、21.5質量%がより好ましく、22.0質量%がさらに好ましい。一方、NCO含有率の上限値は、25質量%が好ましく、24質量%がより好ましく、23.7質量%がさらに好ましい。
すなわち、ポリイソシアネート成分のNCO含有率は、21質量%以上25質量%以下が好ましく、21.5質量%以上24質量%以下がより好ましく、22.0質量%以上23.7質量%以下がさらに好ましい。
NCO含有率が上記下限値以上であることにより、得られる塗膜の硬度等の塗膜物性をより良好とすることができる。一方、NCO含有率が上記上限値以下であることにより、ポリイソシアネート成分の収率をより高くすることができる。
ポリイソシアネート成分のイソシアネート基の含有率(NCO含有率)の下限値は、21質量%が好ましく、21.5質量%がより好ましく、22.0質量%がさらに好ましい。一方、NCO含有率の上限値は、25質量%が好ましく、24質量%がより好ましく、23.7質量%がさらに好ましい。
すなわち、ポリイソシアネート成分のNCO含有率は、21質量%以上25質量%以下が好ましく、21.5質量%以上24質量%以下がより好ましく、22.0質量%以上23.7質量%以下がさらに好ましい。
NCO含有率が上記下限値以上であることにより、得られる塗膜の硬度等の塗膜物性をより良好とすることができる。一方、NCO含有率が上記上限値以下であることにより、ポリイソシアネート成分の収率をより高くすることができる。
NCO含有率は、ポリイソシアネート成分のイソシアネート基を過剰の2Nアミンで中和した後、1N塩酸による逆滴定によって求めることができる。
なお、NCO含有率は、ポリイソシアネート成分の固形分に対する値である。また、ポリイソシアネート成分の固形分は、ポリイソシアネート成分を105℃、3時間加熱した場合の残存量から求めることができる。
なお、NCO含有率は、ポリイソシアネート成分の固形分に対する値である。また、ポリイソシアネート成分の固形分は、ポリイソシアネート成分を105℃、3時間加熱した場合の残存量から求めることができる。
3.数平均分子量
ポリイソシアネート成分中の固形分の数平均分子量の下限値は、400が好ましく、430がより好ましく、460がさらに好ましく、480が特に好ましい。一方、数平均分子量の上限値は、1000が好ましく、800がより好ましく、700がさらに好ましく、600が特に好ましい。
すなわち、ポリイソシアネート成分中の固形分の数平均分子量は、400以上1,000以下が好ましく、430以上800以下がより好ましく、460以上700以下がさらに好ましく、480以上600以下が特に好ましい。
数平均分子量が上記下限値以上であることで、ポリイソシアネート成分の収率がより向上する傾向にある。一方、数平均分子量が上記上限値以下であることにより、下層である第1の未硬化塗膜へのポリイソシアネート成分の染込み性がより優れ、その結果、得られる第1の塗膜及び第2の塗膜からなる複層塗膜の硬度がより良好となる傾向がある。
ポリイソシアネート成分中の固形分の数平均分子量の下限値は、400が好ましく、430がより好ましく、460がさらに好ましく、480が特に好ましい。一方、数平均分子量の上限値は、1000が好ましく、800がより好ましく、700がさらに好ましく、600が特に好ましい。
すなわち、ポリイソシアネート成分中の固形分の数平均分子量は、400以上1,000以下が好ましく、430以上800以下がより好ましく、460以上700以下がさらに好ましく、480以上600以下が特に好ましい。
数平均分子量が上記下限値以上であることで、ポリイソシアネート成分の収率がより向上する傾向にある。一方、数平均分子量が上記上限値以下であることにより、下層である第1の未硬化塗膜へのポリイソシアネート成分の染込み性がより優れ、その結果、得られる第1の塗膜及び第2の塗膜からなる複層塗膜の硬度がより良好となる傾向がある。
[水酸基含有樹脂成分]
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物に含まれる水酸基含有樹脂成分は、水酸基を分子内に2個以上有する化合物(すなわち、ポリオール)を含有することが好ましい。ポリオールとしては、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、アクリルポリオール、ポリオレフィンポリオール、フッ素ポリオール等が挙げられる。中でも、ポリオールとしては、耐候性、耐薬品性及び硬度の観点からは、アクリルポリオールが好ましく、機械強度及び耐油性の観点からは、ポリエステルポリオールが好ましい。
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物に含まれる水酸基含有樹脂成分は、水酸基を分子内に2個以上有する化合物(すなわち、ポリオール)を含有することが好ましい。ポリオールとしては、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、アクリルポリオール、ポリオレフィンポリオール、フッ素ポリオール等が挙げられる。中でも、ポリオールとしては、耐候性、耐薬品性及び硬度の観点からは、アクリルポリオールが好ましく、機械強度及び耐油性の観点からは、ポリエステルポリオールが好ましい。
(ポリエステルポリオール)
ポリエステルポリオールとしては、例えば、二塩基酸等の単独又は混合物と、多価アルコールの単独又は混合物とを、縮合反応させることによって得ることができる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、二塩基酸等の単独又は混合物と、多価アルコールの単独又は混合物とを、縮合反応させることによって得ることができる。
前記二塩基酸としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、ダイマー酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸等のカルボン酸等が挙げられる。
前記多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、トリメチルペンタンジオール、シクロヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、2−メチロールプロパンジオール、エトキシ化トリメチロールプロパン等が挙げられる。
ポリエステルポリオールの製造方法として具体的には、例えば、上記の成分を混合し、次いで、約160℃以上220℃以下で加熱することによって、縮合反応を行う方法等が挙げられる。
又は、ポリエステルポリオールの製造方法として具体的には、例えば、ε−カプロラクトン等のラクトン類を、多価アルコールを用いて開環重合して、ポリカプロラクトン類を得る方法が挙げられ、この得られたポリカプロラクトン類をポリエステルポリオールとして用いることができる。
これらのポリエステルポリオールは、芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート及びこれらから得られるポリイソシアネートを用いて、変性させることができる。この場合、特に脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート及びこれらから得られるポリイソシアネートが、耐候性及び耐黄変性等の観点から好ましい。
水系ベース塗料として用いる場合には、一部残した二塩基酸等の一部のカルボン酸を残存させておき、アミン、アンモニア等の塩基で中和することで、水溶性又は水分散性の樹脂とすることができる。
(ポリエーテルポリオール)
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、多価ヒドロキシ化合物の単独又は混合物に、例えば水酸化物、強塩基性触媒、複合金属シアン化合物錯体等を使用して、アルキレンオキシドの単独又は混合物を、多価ヒドロキシ化合物にランダム又はブロック付加して、得られるポリエーテルポリオール類、エチレンジアミン類等のポリアミン化合物にアルキレンオキシドを反応させて得られるポリエーテルポリオール類、及び、これらポリエーテルポリオール類を媒体としてアクリルアミド等を重合して得られる、いわゆるポリマーポリオール類等が挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、多価ヒドロキシ化合物の単独又は混合物に、例えば水酸化物、強塩基性触媒、複合金属シアン化合物錯体等を使用して、アルキレンオキシドの単独又は混合物を、多価ヒドロキシ化合物にランダム又はブロック付加して、得られるポリエーテルポリオール類、エチレンジアミン類等のポリアミン化合物にアルキレンオキシドを反応させて得られるポリエーテルポリオール類、及び、これらポリエーテルポリオール類を媒体としてアクリルアミド等を重合して得られる、いわゆるポリマーポリオール類等が挙げられる。
前記水酸化物としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。
前記強塩基性触媒としては、例えば、アルコラート、アルキルアミン等が挙げられる。
前記複合金属シアン化合物錯体としては、例えば、金属ポルフィリン、ヘキサシアノコバルト酸亜鉛錯体等が挙げられる。
前記アルキレンオキシドとしては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、シクロヘキセンオキシド、スチレンオキシド等が挙げられる。
前記多価ヒドロキシ化合物としては、例えば、ジグリセリン、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、糖アルコール系化合物、単糖類、二糖類、三糖類、四糖類等が挙げられる。
糖アルコール系化合物としては、例えば、エリトリトール、D−トレイトール、L−アラビニトール、リビトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、ガラクチトール、ラムニトール等が挙げられる。
単糖類としては、例えば、アラビノース、リボース、キシロース、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、ラムノース、フコース、リボデソース等が挙げられる。
二糖類としては、例えば、トレハロース、ショ糖、マルトース、セロビオース、ゲンチオビオース、ラクトース、メリビオース等が挙げられる。
三糖類としては、例えば、ラフィノース、ゲンチアノース、メレチトース等が挙げられる。
四糖類としては、例えば、スタキオース等が挙げられる。
前記強塩基性触媒としては、例えば、アルコラート、アルキルアミン等が挙げられる。
前記複合金属シアン化合物錯体としては、例えば、金属ポルフィリン、ヘキサシアノコバルト酸亜鉛錯体等が挙げられる。
前記アルキレンオキシドとしては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、シクロヘキセンオキシド、スチレンオキシド等が挙げられる。
前記多価ヒドロキシ化合物としては、例えば、ジグリセリン、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、糖アルコール系化合物、単糖類、二糖類、三糖類、四糖類等が挙げられる。
糖アルコール系化合物としては、例えば、エリトリトール、D−トレイトール、L−アラビニトール、リビトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、ガラクチトール、ラムニトール等が挙げられる。
単糖類としては、例えば、アラビノース、リボース、キシロース、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、ラムノース、フコース、リボデソース等が挙げられる。
二糖類としては、例えば、トレハロース、ショ糖、マルトース、セロビオース、ゲンチオビオース、ラクトース、メリビオース等が挙げられる。
三糖類としては、例えば、ラフィノース、ゲンチアノース、メレチトース等が挙げられる。
四糖類としては、例えば、スタキオース等が挙げられる。
(アクリルポリオール)
アクリルポリオールは、例えば、一分子中に1個以上の活性水素含有基を有する重合性モノマーと、当該重合性モノマーと共重合可能な他のモノマーとを、共重合させることによって得ることができる。
アクリルポリオールは、例えば、一分子中に1個以上の活性水素含有基を有する重合性モノマーと、当該重合性モノマーと共重合可能な他のモノマーとを、共重合させることによって得ることができる。
一分子中に1個以上の活性水素含有基を有する重合性モノマーとしては、例えば、活性水素含有基を有するアクリル酸エステル類、活性水素含有基を有するメタクリル酸エステル類、多価活性水素含有基を有する(メタ)アクリル酸エステル類、ポリエーテルポリオール類と上記の活性水素含有基を有する(メタ)アクリル酸エステル類とのモノエーテル、グリシジル(メタ)アクリレートと一塩基酸との付加物、上記の活性水素含有基を有する(メタ)アクリル酸エステル類の活性水素含有基にラクトン類を開環重合させることにより得られる付加物等が挙げられる。これらを1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
前記活性水素含有基を有するアクリル酸エステル類としては、例えば、アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−2−ヒドロキシブチル等が挙げられる。
前記活性水素含有基を有するメタクリル酸エステル類としては、例えば、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−2−ヒドロキシブチル、メタクリル酸−3−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−4−ヒドロキシブチル等が挙げられる。
前記多価活性水素含有基を有する(メタ)アクリル酸エステル類としては、例えば、グリセリンやトリメチロールプロパン等のトリオールの(メタ)アクリル酸モノエステル等が挙げられる。
前記ポリエーテルポリオール類としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール等が挙げられる。
前記一塩基酸としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、p−tert−ブチル安息香酸等が挙げられる。
前記ラクトン類としては、例えば、ε−カプロラクタム、γ−バレロラクトン等が挙げられる。
前記活性水素含有基を有するメタクリル酸エステル類としては、例えば、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−2−ヒドロキシブチル、メタクリル酸−3−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−4−ヒドロキシブチル等が挙げられる。
前記多価活性水素含有基を有する(メタ)アクリル酸エステル類としては、例えば、グリセリンやトリメチロールプロパン等のトリオールの(メタ)アクリル酸モノエステル等が挙げられる。
前記ポリエーテルポリオール類としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール等が挙げられる。
前記一塩基酸としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、p−tert−ブチル安息香酸等が挙げられる。
前記ラクトン類としては、例えば、ε−カプロラクタム、γ−バレロラクトン等が挙げられる。
上記重合性モノマーと共重合可能な他のモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸エステル類、不飽和カルボン酸類、不飽和アミド類、加水分解性シリル基を有するビニルモノマー類、その他の重合性モノマー等が挙げられる。これらを1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
前記(メタ)アクリル酸エステル類としては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸−n−ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸−n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸−n−ヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸グリシジル等が挙げられる。
不飽和カルボン酸類としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等が挙げられる。
不飽和アミド類としては、例えば、アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等が挙げられる。
加水分解性シリル基を有するビニルモノマー類としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
その他の重合性モノマーとしては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、アクリルニトリル、フマル酸ジブチル等が挙げられる。
不飽和カルボン酸類としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等が挙げられる。
不飽和アミド類としては、例えば、アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等が挙げられる。
加水分解性シリル基を有するビニルモノマー類としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
その他の重合性モノマーとしては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、アクリルニトリル、フマル酸ジブチル等が挙げられる。
例えば、上記の単量体成分を、公知の過酸化物やアゾ化合物等のラジカル重合開始剤の存在下で溶液重合し、必要に応じて有機溶剤等で希釈することによって、アクリルポリオールを得ることもできる。
水系ベースアクリルポリオールを得る場合には、オレフィン性不飽和化合物を溶液重合し、水層に転換する方法や乳化重合等の公知の方法で製造することができる。その場合、アクリル酸、メタクリル酸等のカルボン酸含有モノマーやスルホン酸含有モノマー等の酸性部分をアミンやアンモニアで中和することによって水溶性又は水分散性を付与することができる。
(フッ素ポリオール)
フッ素ポリオールとは、分子内にフッ素を含むポリオールであり、例えば、特開昭57−34107号公報(参考文献1)、特開昭61−275311号公報(参考文献2)等で開示されているフルオロオレフィン、シクロビニルエーテル、ヒドロキシアルキルビニルエーテル、モノカルボン酸ビニルエステル等の共重合体等が挙げられる。
フッ素ポリオールとは、分子内にフッ素を含むポリオールであり、例えば、特開昭57−34107号公報(参考文献1)、特開昭61−275311号公報(参考文献2)等で開示されているフルオロオレフィン、シクロビニルエーテル、ヒドロキシアルキルビニルエーテル、モノカルボン酸ビニルエステル等の共重合体等が挙げられる。
[ポリオールの水酸基価及び酸価]
ポリオールの水酸基価の下限値は、特に限定されないが、10mgKOH/gが好ましく、20mgKOH/gがより好ましく、30mgKOH/gがさらに好ましい。
一方、ポリオールの水酸基価の上限値は、200mgKOH/gが好ましい。
すなわち、ポリオールの水酸基価は、10mgKOH/g以上200mgKOH/g以下が好ましく、20mgKOH/g以上200mgKOH/g以下がより好ましく、30mgKOH/g以上200mgKOH/g以下がさらに好ましい。
ポリオールの酸価は、0mgKOH/g以上30mgKOH/g以下が好ましい。
水酸基価及び酸価は、JIS K1557に準拠して測定することができる。
ポリオールの水酸基価の下限値は、特に限定されないが、10mgKOH/gが好ましく、20mgKOH/gがより好ましく、30mgKOH/gがさらに好ましい。
一方、ポリオールの水酸基価の上限値は、200mgKOH/gが好ましい。
すなわち、ポリオールの水酸基価は、10mgKOH/g以上200mgKOH/g以下が好ましく、20mgKOH/g以上200mgKOH/g以下がより好ましく、30mgKOH/g以上200mgKOH/g以下がさらに好ましい。
ポリオールの酸価は、0mgKOH/g以上30mgKOH/g以下が好ましい。
水酸基価及び酸価は、JIS K1557に準拠して測定することができる。
[NCO/OH]
第1の塗料組成物がポリイソシアネート成分を含む場合、第1の塗料組成物中において、NCO/OHは1.0以下が好ましく、1.0未満がより好ましい。NCO/OHが上記上限値以下であることにより、第2の塗料組成物のポリイソシアネート成分が第1の塗料組成物(第1の未硬化塗膜)へより良好に染込む傾向にあり、第1の塗料組成物をより効率的に硬化することができる。なお、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は異なる組成である場合には、第1の塗料組成物におけるNCO/OHが1.0である場合に、第2の塗料組成物のNCO/OHは1.0超である。
第1の塗料組成物がポリイソシアネート成分を含む場合、第1の塗料組成物中において、NCO/OHは1.0以下が好ましく、1.0未満がより好ましい。NCO/OHが上記上限値以下であることにより、第2の塗料組成物のポリイソシアネート成分が第1の塗料組成物(第1の未硬化塗膜)へより良好に染込む傾向にあり、第1の塗料組成物をより効率的に硬化することができる。なお、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は異なる組成である場合には、第1の塗料組成物におけるNCO/OHが1.0である場合に、第2の塗料組成物のNCO/OHは1.0超である。
[その他成分]
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は、上記ポリイソシアネート成分及び上記水酸基含有樹脂成分に加えて、更に、その他成分を含んでもよい。
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は、上記ポリイソシアネート成分及び上記水酸基含有樹脂成分に加えて、更に、その他成分を含んでもよい。
その他成分としては、例えば、不飽和結合含有化合物、不活性化合物、金属原子 、塩基性アミノ化合物、二酸化炭素、ハロゲン原子等が挙げられる。これら成分を1種単独で又は2種以上を組み合わせて含んでもよい。
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物中において、その他成分の含有量の下限値は、ポリイソシアネート成分の含有量を基準として、1.0質量ppmとすることができ、3.0質量ppmとすることができ、5.0質量ppmとすることができ、10質量ppmとすることができる。
一方、その他成分の含有量の上限値は、ポリイソシアネート成分の含有量を基準として、1.0×104質量ppmとすることができ、5.0×103質量ppmとすることができ、3.0×103質量ppmとすることができ、1.0×103質量ppmとすることができる。
すなわち、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物中において、その他成分の含有量は、長期保存時の着色防止及び長期保存安定性向上の観点から、ポリイソシアネート成分の含有量を基準として、1.0質量ppm以上1.0×104質量ppm以下とすることができ、3.0質量ppm以上5.0×103質量ppm以下とすることができ、5.0質量ppm以上3.0×103質量ppm以下とすることができ、10質量ppm以上1.0×103質量ppm以下とすることができる。
一方、その他成分の含有量の上限値は、ポリイソシアネート成分の含有量を基準として、1.0×104質量ppmとすることができ、5.0×103質量ppmとすることができ、3.0×103質量ppmとすることができ、1.0×103質量ppmとすることができる。
すなわち、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物中において、その他成分の含有量は、長期保存時の着色防止及び長期保存安定性向上の観点から、ポリイソシアネート成分の含有量を基準として、1.0質量ppm以上1.0×104質量ppm以下とすることができ、3.0質量ppm以上5.0×103質量ppm以下とすることができ、5.0質量ppm以上3.0×103質量ppm以下とすることができ、10質量ppm以上1.0×103質量ppm以下とすることができる。
(不飽和結合含有化合物)
不飽和結合含有化合物としては、その不飽和結合を、炭素−炭素間の不飽和結合、炭素−窒素間の不飽和結合又は炭素−酸素間の不飽和結合である化合物とすることができる。化合物の安定性の観点から、不飽和結合は、二重結合である化合物が好ましく、炭素−炭素間の二重結合(C=C)又は炭素−酸素間の二重結合(C=O)がより好ましい。また、該化合物を構成する炭素原子は、3つ以上の原子と結合している炭素原子とすることができる。
一般的に、炭素−炭素間の二重結合は芳香環を構成する炭素−炭素間の二重結合である場合もあるが、塗料組成物中の不飽和結合含有化合物に含まれる不飽和結合は、芳香環を構成する炭素−炭素間の二重結合を含まない。
炭素−酸素間の二重結合を有する化合物としては、例えば、炭酸誘導体が挙げられる。炭酸誘導体としては、例えば、尿素化合物、炭酸エステル、N−無置換カルバミン酸エステル、N−置換カルバミン酸エステル等が挙げられる。
不飽和結合含有化合物としては、その不飽和結合を、炭素−炭素間の不飽和結合、炭素−窒素間の不飽和結合又は炭素−酸素間の不飽和結合である化合物とすることができる。化合物の安定性の観点から、不飽和結合は、二重結合である化合物が好ましく、炭素−炭素間の二重結合(C=C)又は炭素−酸素間の二重結合(C=O)がより好ましい。また、該化合物を構成する炭素原子は、3つ以上の原子と結合している炭素原子とすることができる。
一般的に、炭素−炭素間の二重結合は芳香環を構成する炭素−炭素間の二重結合である場合もあるが、塗料組成物中の不飽和結合含有化合物に含まれる不飽和結合は、芳香環を構成する炭素−炭素間の二重結合を含まない。
炭素−酸素間の二重結合を有する化合物としては、例えば、炭酸誘導体が挙げられる。炭酸誘導体としては、例えば、尿素化合物、炭酸エステル、N−無置換カルバミン酸エステル、N−置換カルバミン酸エステル等が挙げられる。
(不活性化合物)
不活性化合物は、例えば、下記化合物A〜化合物Gに分類される。
具体的には、炭化水素化合物が化合物A及び化合物Bに、エーテル化合物及びスルフィド化合物が下記化合物C〜Eに、ハロゲン化炭化水素化合物が下記化合物Fに、含ケイ素炭化水素化合物、含ケイ素エーテル化合物及び含ケイ素スルフィド化合物が下記化合物Gにそれぞれ分類される。なお、ここに挙げる化合物A〜化合物Gは芳香族環以外に不飽和結合を含まず、上記した不飽和結合を有する化合物は含まれない。
化合物A:直鎖状、分岐鎖状又は環状の脂肪族炭化水素化合物。
化合物B:脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい芳香族炭化水素化合物。
化合物C:エーテル構造又はスルフィド基と、脂肪族炭化水素基とを有する化合物であり、同種又は異種の脂肪族炭化水素化合物が、エーテル構造又はスルフィド基を介して結合した化合物。
化合物D:エーテル構造又はスルフィド基と、芳香族炭化水素基とを有する化合物であり、同種又は異種の芳香族炭化水素化合物が、エーテル構造又はスルフィド基を介して結合した化合物。
化合物E:エーテル構造又はスルフィド基と、脂肪族炭化水素基と、芳香族炭化水素基とを有する化合物。
化合物F:脂肪族炭化水素化合物を構成する少なくとも1つの水素原子、又は、芳香族炭化水素化合物を構成する少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子に置換されたハロゲン化物。
化合物G:上記化合物A〜化合物Eの炭素原子の一部又は全部がケイ素原子に置換された化合物。
不活性化合物は、例えば、下記化合物A〜化合物Gに分類される。
具体的には、炭化水素化合物が化合物A及び化合物Bに、エーテル化合物及びスルフィド化合物が下記化合物C〜Eに、ハロゲン化炭化水素化合物が下記化合物Fに、含ケイ素炭化水素化合物、含ケイ素エーテル化合物及び含ケイ素スルフィド化合物が下記化合物Gにそれぞれ分類される。なお、ここに挙げる化合物A〜化合物Gは芳香族環以外に不飽和結合を含まず、上記した不飽和結合を有する化合物は含まれない。
化合物A:直鎖状、分岐鎖状又は環状の脂肪族炭化水素化合物。
化合物B:脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい芳香族炭化水素化合物。
化合物C:エーテル構造又はスルフィド基と、脂肪族炭化水素基とを有する化合物であり、同種又は異種の脂肪族炭化水素化合物が、エーテル構造又はスルフィド基を介して結合した化合物。
化合物D:エーテル構造又はスルフィド基と、芳香族炭化水素基とを有する化合物であり、同種又は異種の芳香族炭化水素化合物が、エーテル構造又はスルフィド基を介して結合した化合物。
化合物E:エーテル構造又はスルフィド基と、脂肪族炭化水素基と、芳香族炭化水素基とを有する化合物。
化合物F:脂肪族炭化水素化合物を構成する少なくとも1つの水素原子、又は、芳香族炭化水素化合物を構成する少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子に置換されたハロゲン化物。
化合物G:上記化合物A〜化合物Eの炭素原子の一部又は全部がケイ素原子に置換された化合物。
(金属原子)
金属原子は、金属イオンとして存在していても、金属原子単体として存在していてもよい。1種の金属原子であってもよく、複数の種類の金属原子を組み合わせてもよい。金属原子としては、2価以上4価以下の原子価をとりうる金属原子が好ましく、中でも、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、スズ、銅及びチタンから選ばれる1種以上の金属がより好ましい。
金属原子は、金属イオンとして存在していても、金属原子単体として存在していてもよい。1種の金属原子であってもよく、複数の種類の金属原子を組み合わせてもよい。金属原子としては、2価以上4価以下の原子価をとりうる金属原子が好ましく、中でも、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、スズ、銅及びチタンから選ばれる1種以上の金属がより好ましい。
(塩基性アミノ化合物)
塩基性アミノ化合物は、アンモニアの誘導体で、アルキル基やアリール基で、その水素原子のうち一つが置換された化合物(第一級)、二つが置換された化合物(第二級)、三つとも置換された化合物(第三級)等が挙げられる。中でも、塩基性アミノ化合物としては、第二級又は第三級のアミノ化合物が好ましく、脂肪族アミン、芳香族アミン、複素環式アミン又は塩基性アミノ酸がより好ましい。
塩基性アミノ化合物は、アンモニアの誘導体で、アルキル基やアリール基で、その水素原子のうち一つが置換された化合物(第一級)、二つが置換された化合物(第二級)、三つとも置換された化合物(第三級)等が挙げられる。中でも、塩基性アミノ化合物としては、第二級又は第三級のアミノ化合物が好ましく、脂肪族アミン、芳香族アミン、複素環式アミン又は塩基性アミノ酸がより好ましい。
(二酸化炭素)
二酸化炭素は、常圧でのイソシアネート溶存分でもよく、圧力容器に入れて加圧状態で溶存させてもよい。水分を含んでいる二酸化炭素を使用するとイソシアネートの加水分解を引き起こす場合があるので、二酸化炭素に含有される水分量は必要に応じて管理することが好ましい。
二酸化炭素は、常圧でのイソシアネート溶存分でもよく、圧力容器に入れて加圧状態で溶存させてもよい。水分を含んでいる二酸化炭素を使用するとイソシアネートの加水分解を引き起こす場合があるので、二酸化炭素に含有される水分量は必要に応じて管理することが好ましい。
(ハロゲン原子)
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物中に含まれるハロゲン原子含有量は、着色防止の観点から、1.0×102質量ppm以下が好ましい。ハロゲン原子は、特に限定されないが、塩素原子及び臭素原子のうち少なくともいずれかが好ましく、塩素イオン、臭素イオン、加水分解性塩素及び加水分解性臭素からなる群より選ばれる少なくとも1種のイオン又は化合物がより好ましい。加水分解性塩素としては、例えば、イソシアネート基に塩化水素が付加したカルバモイルクロリド化合物、加水分解性臭素としては、イソシアネート基に臭化水素が付加したカルバモイルブロミド化合物等が挙げられる。
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物中に含まれるハロゲン原子含有量は、着色防止の観点から、1.0×102質量ppm以下が好ましい。ハロゲン原子は、特に限定されないが、塩素原子及び臭素原子のうち少なくともいずれかが好ましく、塩素イオン、臭素イオン、加水分解性塩素及び加水分解性臭素からなる群より選ばれる少なくとも1種のイオン又は化合物がより好ましい。加水分解性塩素としては、例えば、イソシアネート基に塩化水素が付加したカルバモイルクロリド化合物、加水分解性臭素としては、イソシアネート基に臭化水素が付加したカルバモイルブロミド化合物等が挙げられる。
[メラミン系硬化剤]
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は、上記ポリイソシアネート成分及び上記水酸基含有樹脂成分に加えて、必要に応じて、メラミン系硬化剤を更に、含んでもよい。メラミン系硬化剤としては、例えば、完全アルキル型、メチロール型アルキル、イミノ基型アルキル等が挙げられる。
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は、上記ポリイソシアネート成分及び上記水酸基含有樹脂成分に加えて、必要に応じて、メラミン系硬化剤を更に、含んでもよい。メラミン系硬化剤としては、例えば、完全アルキル型、メチロール型アルキル、イミノ基型アルキル等が挙げられる。
[有機溶剤]
また、上記ポリイソシアネート成分、上記水酸基含有樹脂成分、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は、いずれも、有機溶剤と混合して使用できる。有機溶剤としては、水酸基及びイソシアネート基と反応する官能基を有していないものが好ましい。また、ポリイソシアネート成分と相溶するものが好ましい。このような有機溶剤としては、一般に塗料溶剤として用いられているものを用いることができ、具体的には、例えば、エステル化合物、エーテル化合物、ケトン化合物、芳香族化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル系の化合物、ポリエチレングリコールジカルボキシレート系の化合物、炭化水素系溶剤、芳香族系溶剤等が挙げられる。
また、上記ポリイソシアネート成分、上記水酸基含有樹脂成分、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は、いずれも、有機溶剤と混合して使用できる。有機溶剤としては、水酸基及びイソシアネート基と反応する官能基を有していないものが好ましい。また、ポリイソシアネート成分と相溶するものが好ましい。このような有機溶剤としては、一般に塗料溶剤として用いられているものを用いることができ、具体的には、例えば、エステル化合物、エーテル化合物、ケトン化合物、芳香族化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル系の化合物、ポリエチレングリコールジカルボキシレート系の化合物、炭化水素系溶剤、芳香族系溶剤等が挙げられる。
[その他添加剤]
また、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は、上記ポリイソシアネート成分及び上記水酸基含有樹脂成分に加えて、目的や用途に応じて、本実施形態の効果を損なわない範囲で、例えば、硬化促進用の触媒、顔料、レベリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、可塑剤、界面活性剤等の当該技術分野で使用されている各種添加剤を更に含んでもよい。
また、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は、上記ポリイソシアネート成分及び上記水酸基含有樹脂成分に加えて、目的や用途に応じて、本実施形態の効果を損なわない範囲で、例えば、硬化促進用の触媒、顔料、レベリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、可塑剤、界面活性剤等の当該技術分野で使用されている各種添加剤を更に含んでもよい。
硬化促進用の触媒としては、例えば、金属塩、三級アミン類等が挙げられる。
金属塩としては、例えば、ジブチルスズジラウレート、2−エチルヘキサン酸スズ、2−エチルヘキサン酸亜鉛、コバルト塩等が挙げられる。
三級アミン類としては、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−ジメチルシクロヘキシルアミン、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’−エンドエチレンピペラジン、N,N’−ジメチルピペラジン等が挙げられる。
金属塩としては、例えば、ジブチルスズジラウレート、2−エチルヘキサン酸スズ、2−エチルヘキサン酸亜鉛、コバルト塩等が挙げられる。
三級アミン類としては、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−ジメチルシクロヘキシルアミン、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’−エンドエチレンピペラジン、N,N’−ジメチルピペラジン等が挙げられる。
[用途]
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は、例えば、金属(鋼板、表面処理鋼板等)、プラスチック、木材、無機材料等の素材に対するプライマーや上中塗り塗料として有用である。また、防錆鋼板を含むプレコートメタル、自動車塗装等に美粧性、耐候性、耐酸性、防錆性、耐チッピング性等を付与するための塗料としても有用である。また、接着剤、粘着剤、エラストマー、フォーム、表面処理剤等のウレタン原料としても有用である。
第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は、例えば、金属(鋼板、表面処理鋼板等)、プラスチック、木材、無機材料等の素材に対するプライマーや上中塗り塗料として有用である。また、防錆鋼板を含むプレコートメタル、自動車塗装等に美粧性、耐候性、耐酸性、防錆性、耐チッピング性等を付与するための塗料としても有用である。また、接着剤、粘着剤、エラストマー、フォーム、表面処理剤等のウレタン原料としても有用である。
また、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物を組み合わせて、塗料キットとして提供することもできる。すなわち、一実施形態において、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物を備える塗料キットを提供する。第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物はそれぞれ第1の容器及び第2の容器に収容された状態で提供される。第1の容器及び第2の容器としては、塗料の収容に用いられる公知の形状、材質のものが使用できる。この塗料キットによれば、上記ポリイソシアネート成分が硬化剤として作用し、硬化剤成分の下層への染込み性が良好であり、塗膜硬度及び耐薬品性に優れる塗膜が得られる。
なお、本実施形態の塗料キットにおいて、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は異なる組成である。
なお、本実施形態の塗料キットにおいて、第1の塗料組成物及び第2の塗料組成物は異なる組成である。
<被塗物>
本実施形態の塗装方法で用いられる被塗物としては、特別な限定はなく、例えば、金属(鋼板、表面処理鋼板等)、プラスチック、木材、無機材料等の素材を成形してなる成形品等が挙げられる。また、これら成形品の形状は特に限定されず、例えば、フィルム、シート、ボード等の厚みが小さいものであってもよく、円柱、立体構造物等の厚みの大きいものであってもよい。また、チューブ等の中空のものであってもよい。
本実施形態の塗装方法で用いられる被塗物としては、特別な限定はなく、例えば、金属(鋼板、表面処理鋼板等)、プラスチック、木材、無機材料等の素材を成形してなる成形品等が挙げられる。また、これら成形品の形状は特に限定されず、例えば、フィルム、シート、ボード等の厚みが小さいものであってもよく、円柱、立体構造物等の厚みの大きいものであってもよい。また、チューブ等の中空のものであってもよい。
≪塗膜≫
本実施形態の塗膜は、上記塗装方法により形成される。上記塗装方法と同じ構成についてはその説明を省略する。
本実施形態の塗膜は、具体的には、第1の塗料組成物を基材、塗膜等の被塗物の表面上に塗装し、第1の未硬化塗膜を得た後、前記第1の未硬化塗膜上に第2の塗料組成物を塗装して第2の未硬化塗膜を得て、加熱により、前記第1の未硬化塗膜及び前記第2の未硬化塗膜を同時に硬化させることで形成される。
前記第1の未硬化塗膜上に、前記第2の未硬化塗膜を積層させると、前記第2の塗料組成物が第1の未硬化塗膜に一部移行し、第1の未硬化塗膜中、第2の未硬化塗膜側から被塗物側に向かってポリイソシアネート成分が移行する。故に、第1の未硬化塗膜と第2の未硬化塗膜との密着性が向上する。
さらに、被塗物が未硬化塗膜である場合には、未硬化塗膜に前記第1の塗料組成物が移行してなるプレコート層が形成される。水酸基含有樹脂成分はプレコート層においても存在する。故に、プレコート層を介して前記第1の未硬化塗膜が前記被塗物により密着した状態で硬化される。さらに、第2の未硬化塗膜から前記第1の未硬化塗膜を経由して移行したポリイソシアネート成分もプレコート層において存在することが好ましく、ポリイソシアネート成分の存在下で、プレコート層、前記第1の未硬化塗膜、及び、第2の未硬化塗膜を一括して硬化させることで塗膜の密着性をより高めることができる。
ここで、未硬化塗膜である被塗物は、主剤としてポリオールを含み、メラミン系硬化剤を更に含むものであることが好ましい。メラミン系硬化剤は、上記塗装方法で記載の通りである。
本実施形態の塗膜は、上記塗装方法により形成される。上記塗装方法と同じ構成についてはその説明を省略する。
本実施形態の塗膜は、具体的には、第1の塗料組成物を基材、塗膜等の被塗物の表面上に塗装し、第1の未硬化塗膜を得た後、前記第1の未硬化塗膜上に第2の塗料組成物を塗装して第2の未硬化塗膜を得て、加熱により、前記第1の未硬化塗膜及び前記第2の未硬化塗膜を同時に硬化させることで形成される。
前記第1の未硬化塗膜上に、前記第2の未硬化塗膜を積層させると、前記第2の塗料組成物が第1の未硬化塗膜に一部移行し、第1の未硬化塗膜中、第2の未硬化塗膜側から被塗物側に向かってポリイソシアネート成分が移行する。故に、第1の未硬化塗膜と第2の未硬化塗膜との密着性が向上する。
さらに、被塗物が未硬化塗膜である場合には、未硬化塗膜に前記第1の塗料組成物が移行してなるプレコート層が形成される。水酸基含有樹脂成分はプレコート層においても存在する。故に、プレコート層を介して前記第1の未硬化塗膜が前記被塗物により密着した状態で硬化される。さらに、第2の未硬化塗膜から前記第1の未硬化塗膜を経由して移行したポリイソシアネート成分もプレコート層において存在することが好ましく、ポリイソシアネート成分の存在下で、プレコート層、前記第1の未硬化塗膜、及び、第2の未硬化塗膜を一括して硬化させることで塗膜の密着性をより高めることができる。
ここで、未硬化塗膜である被塗物は、主剤としてポリオールを含み、メラミン系硬化剤を更に含むものであることが好ましい。メラミン系硬化剤は、上記塗装方法で記載の通りである。
以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて本実施形態をより具体的に説明するが、本実施形態はその要旨を超えない限り、以下の実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。実施例及び比較例における、ポリイソシアネート成分の物性及び塗膜の評価は、以下のとおり測定及び評価した。なお、特に明記しない場合は、「部」及び「%」は、「質量部」及び「質量%」を意味する。
<物性の測定方法>
[物性1]ポリイソシアネート成分の粘度
ポリイソシアネート成分の粘度は、E型粘度計(トキメック社製)を用いて25℃で測定した。測定に際しては、標準ローター(1°34’×R24)を用いた。回転数は、以下のとおりである。
[物性1]ポリイソシアネート成分の粘度
ポリイソシアネート成分の粘度は、E型粘度計(トキメック社製)を用いて25℃で測定した。測定に際しては、標準ローター(1°34’×R24)を用いた。回転数は、以下のとおりである。
(回転数)
100rpm(128mPa・s未満の場合)
50rpm(128mPa・s以上256mPa・s未満の場合)
20rpm(256mPa・s以上640mPa・s未満の場合)
10rpm(640mPa・s以上1280mPa・s未満の場合)
5rpm(1280mPa・s以上2560mPa・s未満の場合)
100rpm(128mPa・s未満の場合)
50rpm(128mPa・s以上256mPa・s未満の場合)
20rpm(256mPa・s以上640mPa・s未満の場合)
10rpm(640mPa・s以上1280mPa・s未満の場合)
5rpm(1280mPa・s以上2560mPa・s未満の場合)
[物性2]ポリイソシアネート成分のイソシアネート基(NCO)含有率(NCO%)
ポリイソシアネート成分のイソシアネート基含有率(NCO%)(質量%)は、各イソシアネート成分中のイソシアネート基を過剰の2Nアミンで中和した後、1N塩酸による逆滴定によって求めた。
ポリイソシアネート成分のイソシアネート基含有率(NCO%)(質量%)は、各イソシアネート成分中のイソシアネート基を過剰の2Nアミンで中和した後、1N塩酸による逆滴定によって求めた。
[物性3]ポリイソシアネート成分のイソシアネート基平均数(Fn)
ポリイソシアネート成分のイソシアネート基平均数(Fn)は下記式を用いて求めた。なお、式中、Mnは数平均分子量を示し、後述する「物性4」に記載の方法を用いて、測定した。
ポリイソシアネート成分のイソシアネート基平均数(Fn)は下記式を用いて求めた。なお、式中、Mnは数平均分子量を示し、後述する「物性4」に記載の方法を用いて、測定した。
Fn = (Mn×NCO%×0.01)/42
[物性4]数平均分子量700以下成分の含有量及びウレトジオン二量体の含有量
ポリイソシアネート成分の数平均分子量(Mn)は、下記測定条件にてGPCにより、ポリスチレン基準の数平均分子量を求めた。
ポリイソシアネート成分の数平均分子量(Mn)は、下記測定条件にてGPCにより、ポリスチレン基準の数平均分子量を求めた。
(測定条件)
装置:東ソー社製「HLC−8120GPC」(商品名)
カラム:東ソー社製「TSKgel SuperH1000」(商品名)×1本
「TSKgel SuperH2000」(商品名)×1本
「TSKgel SuperH3000」(商品名)×1本
キャリア:テトラハイドロフラン(THF)
検出方法:示差屈折計
試料濃度:5wt/vol%
検出方法:視差屈折計
流出量:0.6mL/min
カラム温度:40℃
装置:東ソー社製「HLC−8120GPC」(商品名)
カラム:東ソー社製「TSKgel SuperH1000」(商品名)×1本
「TSKgel SuperH2000」(商品名)×1本
「TSKgel SuperH3000」(商品名)×1本
キャリア:テトラハイドロフラン(THF)
検出方法:示差屈折計
試料濃度:5wt/vol%
検出方法:視差屈折計
流出量:0.6mL/min
カラム温度:40℃
次いで、得られた分子量を用いて、下記式から数平均分子量700以下成分の含有量(質量%)を求めた。
分子量700以下成分の含有量(質量%)
= (分子量700以下成分の質量)/(ポリイソシアネート成分の総質量)×100
= (分子量700以下成分の質量)/(ポリイソシアネート成分の総質量)×100
さらに、ウレトジオン2量体の質量%は、数平均分子量336である成分のピーク比率から測定した。
[物性5]イソシアヌレート基の確認
BrukerBiospin社製 Avance600(商品名)を用いた、13C−NMRの測定により、イソシアヌレート基を確認した。
具体的な測定条件は以下の通りとした。
BrukerBiospin社製 Avance600(商品名)を用いた、13C−NMRの測定により、イソシアヌレート基を確認した。
具体的な測定条件は以下の通りとした。
(測定条件)
13C−NMR装置:AVANCE600(ブルカーバイオスピン社製)
クライオプローブ:CP DUL 600S3 C/H−D−05 Z
(ブルカーバイオスピン社製)
共鳴周波数:150MHz
濃度:60wt/vol%
シフト基準:CDCl3(77ppm)
積算回数:10000回
パルスプログラム:zgpg30(プロトン完全デカップリング法、待ち時間2sec)
成分中の特徴的ピーク(化学シフト値)
イソシアヌレート基:148.5ppm付近の強いピーク
13C−NMR装置:AVANCE600(ブルカーバイオスピン社製)
クライオプローブ:CP DUL 600S3 C/H−D−05 Z
(ブルカーバイオスピン社製)
共鳴周波数:150MHz
濃度:60wt/vol%
シフト基準:CDCl3(77ppm)
積算回数:10000回
パルスプログラム:zgpg30(プロトン完全デカップリング法、待ち時間2sec)
成分中の特徴的ピーク(化学シフト値)
イソシアヌレート基:148.5ppm付近の強いピーク
<評価方法>
[評価1]塗膜硬度
各実施例及び比較例で得られたサンプル塗板のケーニッヒ硬度を測定した。以下の評価基準に従い、塗膜硬度を評価した。
[評価1]塗膜硬度
各実施例及び比較例で得られたサンプル塗板のケーニッヒ硬度を測定した。以下の評価基準に従い、塗膜硬度を評価した。
(評価基準)
◎:40回以上
○:30回以上39回以下
△:20回以上29回以下
×:19回以下
◎:40回以上
○:30回以上39回以下
△:20回以上29回以下
×:19回以下
[評価2]染込み性
各実施例及び比較例で得られたサンプル塗板を作製し、ブロードイオンビームにより、複層塗膜の断面加工を行った。加工の際、熱ダメージを抑制するために必要に応じてサンプル塗板を直前まで冷却させた。具体的には、−20℃の冷却装置にサンプル塗板を12時間静置した。これにより、平滑な塗膜断面が得られた。得られた塗膜断面のうち、第1の塗膜のうち基材との接着面付近の顕微IR測定を行い、1730±50cm−1及び2960±50cm−1の吸光度のピーク頂点をそれぞれA、Bとしたとき、A/Bの値を算出した。算出したA/Bの値から、以下の評価基準に従い、ポリイソシアネート成分の下層への染込み性を評価した。
各実施例及び比較例で得られたサンプル塗板を作製し、ブロードイオンビームにより、複層塗膜の断面加工を行った。加工の際、熱ダメージを抑制するために必要に応じてサンプル塗板を直前まで冷却させた。具体的には、−20℃の冷却装置にサンプル塗板を12時間静置した。これにより、平滑な塗膜断面が得られた。得られた塗膜断面のうち、第1の塗膜のうち基材との接着面付近の顕微IR測定を行い、1730±50cm−1及び2960±50cm−1の吸光度のピーク頂点をそれぞれA、Bとしたとき、A/Bの値を算出した。算出したA/Bの値から、以下の評価基準に従い、ポリイソシアネート成分の下層への染込み性を評価した。
(評価基準)
◎:A/Bが5.5以上
○:A/Bが5.0以上5.5未満
×:A/Bが5.0未満
◎:A/Bが5.5以上
○:A/Bが5.0以上5.5未満
×:A/Bが5.0未満
[評価3]耐薬品性
各実施例及び比較例で得られたサンプル塗板に、20質量%の硫酸水溶液を1mL滴下し、80℃、30分間乾燥した。30分経過後、流水で硫酸水溶液を洗い流し、キムタオルで水分を拭取った後の塗膜の状態を目視で観察した。以下の評価基準に従い、塗膜の耐薬品性を評価した。
各実施例及び比較例で得られたサンプル塗板に、20質量%の硫酸水溶液を1mL滴下し、80℃、30分間乾燥した。30分経過後、流水で硫酸水溶液を洗い流し、キムタオルで水分を拭取った後の塗膜の状態を目視で観察した。以下の評価基準に従い、塗膜の耐薬品性を評価した。
(評価基準)
○:変化なし
×:痕跡あり
○:変化なし
×:痕跡あり
<ポリイソシアネート成分の合成>
[合成例1]ポリイソシアネート成分P−1の合成
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6000g、及び、イソブタノール7.0gを仕込み、撹拌下反応器内温度を80℃で2時間保持した。次いで、イソシアヌレート化触媒トリメチル−2−メチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドをイソブタノールで5質量%に希釈した溶液5.0gを加え、イソシアヌレート化反応を行った。次いで、反応液のNCO含有率が44.6質量%になった時点でリン酸を添加し反応を停止した。次いで、反応液を更に150℃で2時間保持した。反応液を冷却後、反応液を濾過し析出物を除いた後、薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−1を得た。得られたポリイソシアネート成分P−1は、粘度480mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、イソシアネート基平均数3.0、数平均分子量700以下成分の含有量79質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量12質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
[合成例1]ポリイソシアネート成分P−1の合成
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6000g、及び、イソブタノール7.0gを仕込み、撹拌下反応器内温度を80℃で2時間保持した。次いで、イソシアヌレート化触媒トリメチル−2−メチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドをイソブタノールで5質量%に希釈した溶液5.0gを加え、イソシアヌレート化反応を行った。次いで、反応液のNCO含有率が44.6質量%になった時点でリン酸を添加し反応を停止した。次いで、反応液を更に150℃で2時間保持した。反応液を冷却後、反応液を濾過し析出物を除いた後、薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−1を得た。得られたポリイソシアネート成分P−1は、粘度480mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、イソシアネート基平均数3.0、数平均分子量700以下成分の含有量79質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量12質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
[合成例2]ポリイソシアネート成分P−2の合成
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6000g、及び、イソブタノール11.0gを仕込み、撹拌下反応器内温度を80℃で2時間保持した。次いで、イソシアヌレート化触媒トリメチル−2−メチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドをイソブタノールで5質量%に希釈した溶液5.0gを加え、イソシアヌレート化反応を行った。次いで、反応液のNCO含有率が45.5質量%になった時点でリン酸を添加し反応を停止した。次いで、反応液を更に150℃で2時間保持した。反応液を冷却後、反応液を濾過し析出物を除いた後、薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−2を得た。得られたポリイソシアネート成分P−2は、粘度280mPa・s(25℃)、NCO含有率23.2質量%、イソシアネート基平均数2.8、数平均分子量700以下成分の含有量80質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量14質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6000g、及び、イソブタノール11.0gを仕込み、撹拌下反応器内温度を80℃で2時間保持した。次いで、イソシアヌレート化触媒トリメチル−2−メチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドをイソブタノールで5質量%に希釈した溶液5.0gを加え、イソシアヌレート化反応を行った。次いで、反応液のNCO含有率が45.5質量%になった時点でリン酸を添加し反応を停止した。次いで、反応液を更に150℃で2時間保持した。反応液を冷却後、反応液を濾過し析出物を除いた後、薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−2を得た。得られたポリイソシアネート成分P−2は、粘度280mPa・s(25℃)、NCO含有率23.2質量%、イソシアネート基平均数2.8、数平均分子量700以下成分の含有量80質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量14質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
[合成例3]ポリイソシアネート成分P−3の合成
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6000gを仕込み、撹拌下、トリスジエチルアミノホスフィン 60gを加え、60℃で、4時間後保持し、反応液のNCO含有率が43.5質量%になった時点でリン酸を添加し反応を停止した。リン酸添加後、更に60℃で1時間、加熱を続けた後、室温に冷却した。反応液を濾過し析出物を除いた後、流下式薄膜蒸発装置を用いて、140℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−3を得た。得られたポリイソシアネート成分P−3は、粘度52mPa・s(25℃)、NCO含有率24.0質量%、イソシアネート基平均数2.2、数平均分子量700以下成分の含有量82質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量75質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6000gを仕込み、撹拌下、トリスジエチルアミノホスフィン 60gを加え、60℃で、4時間後保持し、反応液のNCO含有率が43.5質量%になった時点でリン酸を添加し反応を停止した。リン酸添加後、更に60℃で1時間、加熱を続けた後、室温に冷却した。反応液を濾過し析出物を除いた後、流下式薄膜蒸発装置を用いて、140℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−3を得た。得られたポリイソシアネート成分P−3は、粘度52mPa・s(25℃)、NCO含有率24.0質量%、イソシアネート基平均数2.2、数平均分子量700以下成分の含有量82質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量75質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
[合成例4]ポリイソシアネート成分P−4の合成
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 4200g、トリメチルリン酸 900g、メチルセルソルブ 900gと水38gを仕込み、撹拌下反応器内温度を125℃で2時間保持した。さらに160℃に昇温し、4時間反応させた後、冷却後、反応液を濾過し析出物を除いた後、薄膜蒸発缶を用いて、150℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−4を得た。得られたポリイソシアネート成分P−4は、粘度1100mPa・s(25℃)、NCO含有率23.8質量%、イソシアネート基平均数3.1、数平均分子量700以下成分の含有量60質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量13質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基が存在しないことを確認した。
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 4200g、トリメチルリン酸 900g、メチルセルソルブ 900gと水38gを仕込み、撹拌下反応器内温度を125℃で2時間保持した。さらに160℃に昇温し、4時間反応させた後、冷却後、反応液を濾過し析出物を除いた後、薄膜蒸発缶を用いて、150℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−4を得た。得られたポリイソシアネート成分P−4は、粘度1100mPa・s(25℃)、NCO含有率23.8質量%、イソシアネート基平均数3.1、数平均分子量700以下成分の含有量60質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量13質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基が存在しないことを確認した。
[合成例5]ポリイソシアネート成分P−5の合成
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6000g、及び、1,3−ブタンジオール240gを仕込み、撹拌下反応器内温度を160℃で3時間保持した。その後、冷却後、反応液を濾過し析出物を除いた後、薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−5を得た。得られたポリイソシアネート成分P−5は、粘度530mPa・s(25℃)、NCO含有率19.6質量%、イソシアネート基平均数2.3、数平均分子量700以下成分の含有量85質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量16質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基が存在しないことを確認した。
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6000g、及び、1,3−ブタンジオール240gを仕込み、撹拌下反応器内温度を160℃で3時間保持した。その後、冷却後、反応液を濾過し析出物を除いた後、薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−5を得た。得られたポリイソシアネート成分P−5は、粘度530mPa・s(25℃)、NCO含有率19.6質量%、イソシアネート基平均数2.3、数平均分子量700以下成分の含有量85質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量16質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基が存在しないことを確認した。
[合成例6]ポリイソシアネート成分P−6の合成
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6000g、次いで、イソシアヌレート化触媒トリメチル−2−メチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドをイソブタノールで20質量%に希釈した溶液1.2gを加え、撹拌下反応器内温度を60℃でイソシアヌレート化反応を実施し、反応液のNCO含有率が44.1質量%になった時点でリン酸を添加し反応を停止した。次いで、冷却後、反応液を濾過し析出物を除いた後、薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−6を得た。得られたポリイソシアネート成分P−6は、粘度1350mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、イソシアネート基平均数3.3、数平均分子量700以下成分の含有量67質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量0質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6000g、次いで、イソシアヌレート化触媒トリメチル−2−メチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドをイソブタノールで20質量%に希釈した溶液1.2gを加え、撹拌下反応器内温度を60℃でイソシアヌレート化反応を実施し、反応液のNCO含有率が44.1質量%になった時点でリン酸を添加し反応を停止した。次いで、冷却後、反応液を濾過し析出物を除いた後、薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製を行い、ポリイソシアネート成分P−6を得た。得られたポリイソシアネート成分P−6は、粘度1350mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、イソシアネート基平均数3.3、数平均分子量700以下成分の含有量67質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量0質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
[合成例7]ポリイソシアネート成分P−7の合成
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、合成例1で得られたポリイソシアネート成分P−1 4800g、及び、合成例3で得られたポリイソシアネート成分P−3 1200gを加え、攪拌下反応器内温度50℃で1時間保持し、ポリイソシアネート成分P−7を得た。得られたポリイソシアネート成分P−7は、粘度380mPa・s(25℃)、NCO含有率23.3質量%、イソシアネート基平均数2.8、数平均分子量700以下成分の含有量80質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量25質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、合成例1で得られたポリイソシアネート成分P−1 4800g、及び、合成例3で得られたポリイソシアネート成分P−3 1200gを加え、攪拌下反応器内温度50℃で1時間保持し、ポリイソシアネート成分P−7を得た。得られたポリイソシアネート成分P−7は、粘度380mPa・s(25℃)、NCO含有率23.3質量%、イソシアネート基平均数2.8、数平均分子量700以下成分の含有量80質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量25質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
[合成例8]ポリイソシアネート成分P−8の合成
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、合成例1で得られたポリイソシアネート成分P−1 3600g、及び、合成例6で得られたポリイソシアネート成分P−6 2400gを加え、攪拌下反応器内温度50℃で1時間保持し、ポリイソシアネート成分P−8を得た。得られたポリイソシアネート成分P−8は、粘度800mPa・s(25℃)、NCO含有率23.2質量%、イソシアネート基平均数3.1、数平均分子量700以下成分の含有量74質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量7質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、合成例1で得られたポリイソシアネート成分P−1 3600g、及び、合成例6で得られたポリイソシアネート成分P−6 2400gを加え、攪拌下反応器内温度50℃で1時間保持し、ポリイソシアネート成分P−8を得た。得られたポリイソシアネート成分P−8は、粘度800mPa・s(25℃)、NCO含有率23.2質量%、イソシアネート基平均数3.1、数平均分子量700以下成分の含有量74質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量7質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
[合成例9]ポリイソシアネート成分P−9の合成
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、合成例3で得られたポリイソシアネート成分P−3 3600g、及び、合成例6で得られたポリイソシアネートP−6成分 2400gを加え、攪拌下反応器内温度50℃で1時間保持し、ポリイソシアネート成分P−9を得た。得られたポリイソシアネート成分P−9は、粘度500mPa・s(25℃)、NCO含有率23.6質量%、イソシアネート基平均数2.6、数平均分子量700以下成分の含有量76質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量45質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、合成例3で得られたポリイソシアネート成分P−3 3600g、及び、合成例6で得られたポリイソシアネートP−6成分 2400gを加え、攪拌下反応器内温度50℃で1時間保持し、ポリイソシアネート成分P−9を得た。得られたポリイソシアネート成分P−9は、粘度500mPa・s(25℃)、NCO含有率23.6質量%、イソシアネート基平均数2.6、数平均分子量700以下成分の含有量76質量%であり、ウレトジオン二量体の含有量45質量%であった。また、13C−NMR測定により、イソシアヌレート基を有していることを確認した。
<サンプル塗板の製造>
[実施例1]サンプル塗板T−a1の作製
基材として、JIS G 3141(SPCC,SD)カチオン電着塗装板を用い、第1の塗料組成物として、樹脂固形分18質量%になるよう酢酸ブチル/キシレン(質量比1/1)で希釈したアクリルポリオール(DIC社製、「アクリディックA−801(商品名)」)を乾燥膜厚が20μmになるよう塗装した後、80℃3分のプレヒートを行った。プレヒート後、アクリルポリオール(Allnex社製、「SETALUX1767(商品名)」)と、ポリイソシアネート成分P−1とを、イソシアネート基/水酸基(NCO/OH)のモル比1.5で配合し、酢酸ブチルで樹脂固形分50質量%に希釈した第2の塗料組成物を乾燥膜厚35μmになるよう塗装した。その後、120℃30分の乾燥を行い、複層塗膜が塗装されたサンプル塗板T−a1を得た。得られたサンプル塗板T−a1について、上記記載の方法を用いて、塗膜硬度、染込み性及び耐薬品性を評価した。その結果、塗膜硬度は◎であり、染込み性は◎であり、耐薬品性は○であった。結果を表1にも示す。
[実施例1]サンプル塗板T−a1の作製
基材として、JIS G 3141(SPCC,SD)カチオン電着塗装板を用い、第1の塗料組成物として、樹脂固形分18質量%になるよう酢酸ブチル/キシレン(質量比1/1)で希釈したアクリルポリオール(DIC社製、「アクリディックA−801(商品名)」)を乾燥膜厚が20μmになるよう塗装した後、80℃3分のプレヒートを行った。プレヒート後、アクリルポリオール(Allnex社製、「SETALUX1767(商品名)」)と、ポリイソシアネート成分P−1とを、イソシアネート基/水酸基(NCO/OH)のモル比1.5で配合し、酢酸ブチルで樹脂固形分50質量%に希釈した第2の塗料組成物を乾燥膜厚35μmになるよう塗装した。その後、120℃30分の乾燥を行い、複層塗膜が塗装されたサンプル塗板T−a1を得た。得られたサンプル塗板T−a1について、上記記載の方法を用いて、塗膜硬度、染込み性及び耐薬品性を評価した。その結果、塗膜硬度は◎であり、染込み性は◎であり、耐薬品性は○であった。結果を表1にも示す。
[実施例2〜6及び比較例1〜6]サンプル塗板T−a2〜T−a6及びT−b1〜T−b6の作製
ポリイソシアネート成分の種類、ポリイソシアネート成分と水素基含有樹脂成分(アクリルポリオール(Allnex社製、「SETALUX1767(商品名)」))との配合比を表1及び表2に示すとおりとした以外は、実施例1と同様の方法を用いてサンプル塗板を得た。得られた各サンプル塗板について、上記記載の方法を用いて、塗膜硬度、染込み性及び耐薬品性を評価した。結果を表1及び表2に示す。
ポリイソシアネート成分の種類、ポリイソシアネート成分と水素基含有樹脂成分(アクリルポリオール(Allnex社製、「SETALUX1767(商品名)」))との配合比を表1及び表2に示すとおりとした以外は、実施例1と同様の方法を用いてサンプル塗板を得た。得られた各サンプル塗板について、上記記載の方法を用いて、塗膜硬度、染込み性及び耐薬品性を評価した。結果を表1及び表2に示す。
表1から、数平均分子量700以下成分の含有量が70質量%以上であり、ウレトジオン二量体の含有量が2質量%以上30質量%以下であり、且つ、イソシアネート基平均数が2.7以上であるポリイソシアネート成分を用いて、NCO/OHが1.0以上5.0以下である第2の塗料組成物を硬化してなる第2の塗膜を備えるサンプル塗板T−a1〜T−a6(実施例1〜6)は、ポリイソシアネート成分の第1の塗膜への染込み性、塗膜硬度及び耐薬品性のいずれも優れていた。
一方、上記構成条件に該当しないポリイソシアネート成分を用いた、又は、NCO/OHが1.0未満である第2の塗料組成物を硬化してなる第2の塗膜を備えるサンプル塗板T−b1〜T−b6(比較例1〜6)では、イソシアネート成分の第1の塗膜への染込み性、塗膜硬度及び耐薬品性の全てが優れるものは得られなかった。
一方、上記構成条件に該当しないポリイソシアネート成分を用いた、又は、NCO/OHが1.0未満である第2の塗料組成物を硬化してなる第2の塗膜を備えるサンプル塗板T−b1〜T−b6(比較例1〜6)では、イソシアネート成分の第1の塗膜への染込み性、塗膜硬度及び耐薬品性の全てが優れるものは得られなかった。
また、第2の塗料組成物におけるNCO/OHが異なるサンプル塗板T−a1、T−a5及びT−a6(実施例1、5及び6)において、第2の塗料組成物におけるNCO/OHが1.5であるサンプル塗板T−a5では、塗膜硬度が特に良好であった。
また、第2の塗料組成物におけるNCO/OHが異なるサンプル塗板T−a1、T−a5及びT−a6(実施例1、5及び6)において、第2の塗料組成物におけるNCO/OHが1.5以上であるサンプル塗板T−a5(実施例5)では、ポリイソシアネート成分の第1の塗膜への染込み性が特に良好であった。
また、ポリイソシアネート成分の種類が異なるサンプル塗板T−a1〜T−a4(実施例1〜4)において、ポリイソシアネート成分におけるウレトジオン二量体の含有量が12質量%以上であるサンプル塗板T−a1〜T−a3(実施例1〜3)では、ポリイソシアネート成分の第1の塗膜への染込み性が特に良好であり、さらに、ウレトジオン二量体の含有量が12質量%以上14質量%以下であるサンプル塗板T−a1〜T−a2(実施例1〜2)では、塗膜硬度が特に良好であった。
また、第2の塗料組成物におけるNCO/OHが異なるサンプル塗板T−a1、T−a5及びT−a6(実施例1、5及び6)において、第2の塗料組成物におけるNCO/OHが1.5以上であるサンプル塗板T−a5(実施例5)では、ポリイソシアネート成分の第1の塗膜への染込み性が特に良好であった。
また、ポリイソシアネート成分の種類が異なるサンプル塗板T−a1〜T−a4(実施例1〜4)において、ポリイソシアネート成分におけるウレトジオン二量体の含有量が12質量%以上であるサンプル塗板T−a1〜T−a3(実施例1〜3)では、ポリイソシアネート成分の第1の塗膜への染込み性が特に良好であり、さらに、ウレトジオン二量体の含有量が12質量%以上14質量%以下であるサンプル塗板T−a1〜T−a2(実施例1〜2)では、塗膜硬度が特に良好であった。
本実施形態の塗装方法及び塗料キットによれば、塗膜硬度及び耐薬品性に優れる塗膜が得られる。本実施形態の塗膜は、前記塗装方法及び塗料キットにより得られ、例えば、耐候性、耐酸性、防錆性、耐チッピング性等が付与されている。
Claims (6)
- 第1の塗料組成物を被塗物の表面上に塗装し、第1の未硬化塗膜を得て、前記第1の未硬化塗膜上に第2の塗料組成物を塗装して第2の未硬化塗膜を得た後、加熱により、前記第1の未硬化塗膜及び前記第2の未硬化塗膜を同時に硬化させる塗装方法であって、
前記第1の塗料組成物は、水酸基含有樹脂成分を含み、
前記第2の塗料組成物は、前記水酸基含有樹脂成分及びポリイソシアネート成分を含み、
前記ポリイソシアネート成分は、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートを含む脂肪族ジイソシアネートから誘導された、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネートを含み、数平均分子量700以下の成分の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して70質量%以上であり、ウレトジオン二量体の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して2質量%以上30質量%以下であり、且つ、イソシアネート基平均数が2.7以上であり、
前記第2の塗料組成物中において、前記水酸基含有樹脂成分の水酸基(OH基)のモル濃度に対する前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基(NCO基)のモル濃度(NCO/OH)が1.0以上5.0以下である、塗装方法。 - 前記第1の塗料組成物及び前記第2の塗料組成物は異なる組成である、請求項1記載の塗装方法。
- 前記ポリイソシアネート成分によって、前記第1の未硬化塗膜及び前記第2の未硬化塗膜をともに硬化させる、請求項1又は2に記載の塗装方法。
- 前記第1の塗料組成物がポリイソシアネート成分を更に含み、
前記第1の塗料組成物中において、前記水酸基含有樹脂成分の水酸基(OH基)のモル濃度に対する前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基(NCO基)のモル濃度(NCO/OH)が1.0以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の塗装方法。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の塗装方法により形成されてなる、塗膜。
- 第1の容器に収容された第1の塗料組成物、及び、第2の容器に収容された第2の塗料組成物を備える塗料キットであって、
前記第1の塗料組成物は、水酸基含有樹脂成分を含み、
前記第2の塗料組成物は、前記水酸基含有樹脂成分及びポリイソシアネート成分を含み、
前記ポリイソシアネート成分は、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートを含む脂肪族ジイソシアネートから誘導された、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネートを含み、数平均分子量700以下の成分の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して70質量%以上であり、ウレトジオン二量体の含有量がポリイソシアネート成分の総質量に対して2質量%以上30質量%以下であり、且つ、イソシアネート基平均数が2.7以上であり、
前記第2の塗料組成物中において、前記水酸基含有樹脂成分の水酸基(OH基)のモル濃度に対する前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基(NCO基)のモル濃度(NCO/OH)が1.0以上5.0以下であり、
前記第1の塗料組成物及び前記第2の塗料組成物は異なる組成である、塗料キット。
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