JP2023525072A - 二重反応性コーティング組成物、その製造及びその使用 - Google Patents

二重反応性コーティング組成物、その製造及びその使用 Download PDF

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Abstract

本発明は、二重反応性コーティング組成物であって、このコーティング組成物は、a).24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、b).9質量%~75質量%の1つのモノマー及び/又は不飽和オリゴマー及び/又は不飽和ポリマー、c).0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及びd).0.5質量%~10質量%の1つの触媒を含み、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく、二重反応性コーティング組成物と、本発明のコーティング組成物の硬化及び乾燥から得られたフィルムと、本発明の二重反応性コーティング組成物でコーティングされた基材とを提供するものである。本発明はまた、本発明の二重反応性コーティング組成物の製造方法と、本発明の二重反応性コーティング組成物を含むロールツーロールコーティング組成物及び1Kクリアコート組成物を提供するものである。

Description

本発明は、二重反応性コーティング組成物に関するものであり、より具体的には、自動車のトップコートとして使用される二重反応性コーティング組成物、その製造及び使用に関するものである。
ナノコンポジットとは、連続したポリマーマトリックス中に微細に分散した無機ナノ粒子から構成される材料である。無機ナノ粒子は、多くの場合ゾル-ゲルプロセスによって生成され、このプロセスはそれぞれの前駆体から開始し、前駆体が加水分解され、そして凝縮して異なる形態の粒子が形成される。透明な有機-無機複合フィルムの製造は、あらかじめ形成された粒子を、一般的なポリマー処理、例えば押出成形を用いてポリマー中に分散させるか、又はモノマー中に分散させ、それから重合させて連続ポリマー相を形成させることによって、行うことができる。しかしながら、どちらの場合も有機相及び無機相の構造、相形態、及び両相間の共有結合の存在が、これら複合体の特性に大きく影響する。
高度な視覚的外観及び長期耐久性が要求される自動車コーティングにとっては、有機-無機複合体に基づいた新しい特性(例えば、引掻抵抗性及び耐薬品性の向上)を従来のコーティングに提供すると同時に、様々な硬化アプローチを可能とし且つ環境的要求を満たすために、シラン官能基を有する反応性ポリマーシステムには、潜在的な魅力がある。
ハイブリッドシラン含有ポリマーはこれまで、水分反応性シーラント、接着剤及び構成材料において広く適用されてきた。これら反応性樹脂は、加水分解メカニズムによって反応してシルセスキオキサンネットワークを形成する加水分解性アルコキシシランを末端基又は側鎖に有する。微細に分散している無機ドメインにより、ポリマーマトリックスには優れた特性、例えば良好な耐薬品性、改善された引掻抵抗性、良好な耐候性、及び改良された表面接着性がもたらされる。しかしながら、硬化後に現れるのは反応性シランベースのシステムの一般的な欠点、割れ及び相分離であり、これらは、例えば耐久性、耐薬品性、外観等の性能低下をもたらすので、自動車コーティングにおいては厳しく制限されている。
一態様において、本発明は、二重反応性コーティング組成物を提供するものであり、このコーティング組成物は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
b). 9質量%~75質量%の1つの不飽和モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
を含み、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
別の態様において、本発明は、二重反応性コーティング組成物を提供するものであり、このコーティング組成物は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル及び/又はポリウレタン変性オリゴマー及び/又はポリエステル変性オリゴマー、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
を含み、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
別の態様において、本発明は、二重反応性コーティング組成物を提供するものであり、このコーティング組成物は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性ポリマー、
b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
を含み、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
別の態様において、本発明は、本発明の二重反応性コーティング組成物を硬化及び乾燥させて得られたフィルムを提供するものである。
別の態様において、本発明は、本発明の二重反応性コーティング組成物でコーティングされた基材を提供するものである。
別の態様において、本発明は、本発明の二重反応性コーティング組成物の製造方法を提供するものであり、この方法は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
b). 9質量%~75質量%の1つの不飽和モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
の混合によるものであり、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
別の態様において、本発明は、本発明の二重反応性コーティング組成物の製造方法を提供するものであり、この方法は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル及び/又はポリエステル変性オリゴマー、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
の混合によるものであり、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
別の態様において、本発明は、本発明の二重反応性コーティング組成物の製造方法を提供するものであり、この方法は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性ポリマー、
b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
の混合によるものであり、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
別の態様において、本発明は、本発明の二重反応性コーティング組成物、反応性希釈剤及び添加剤を含むロールツーロールコーティング組成物を提供するものであり、得られたロールツーロールコーティング組成物の固形分含量は、90質量%以上、及び好ましくは95質量%以上である。
さらなる態様において、本発明は、本発明の二重反応性コーティング組成物、反応性希釈剤、添加剤及び共溶媒を含む1Kクリアコート組成物を提供するものであり、得られたクリアコート組成物のVOC(揮発性有機化合物)は、420g/L以下、及び好ましくは350g/L以下である。
驚くべきことに、二重反応システムを用いることで、得られた敷設コーティングは、耐久性、耐薬品性、外観等において良好な性能を示すことが見出された。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される次の用語は、以下のように定義される。
「a」、「an」、「the」という表現には、用語を定義するために用いられる場合、その用語の複数形及び単数形の両方が含まれる。
すべてのパーセントは、特に断りのない限り、質量で述べる。
用語「及び/又は」には、「及び」、「又は」、及びこの用語に関連する要素のすべての他の可能な組み合わせの意味が含まれる。
ここで使用する「オリゴマー」という用語は、2~3個の繰り返し単位の単一のモノマー化合物を有するホモポリマーを指す。
ここで使用する「1K」という用語は、複数の化合物の混合物であってもよい1つの成分を含む組成物を指す。
ここで使用する「2K」、又は「2成分」という用語は、2つの成分を含む組成物を指し、その各々は、複数の化合物の混合物であってもよい。この2つの成分は、必要な場合は共にブレンドすることができる。そしてまた、2つの成分は、適用する場所で混合することができる2つの独立したバレルであってもよい。
ここで使用する「固形分含量」という用語は、懸濁液、例えばコーティング、塗料等に含有される不揮発性材料の質量パーセントを指す。
ここで使用する「二重反応性」という用語は、コーティング組成物における2つの反応、すなわち(1)モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマーに含有されるオレフィン二重結合の重合、及び(2)モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー中の加水分解性アルコキシシラン又はオルガノアルコキシシラン基の反応を指す。
ここで使用する「架橋性シラン官能性ポリマー」という用語は、シラン官能性モノマー、例えばビニルシランの(共)重合から誘導される架橋性シラン官能基を含有するポリマー及びコポリマーを指す。
ここで使用する「架橋性シラン官能性オリゴマー」という用語は、シラン官能性モノマー、例えばビニルシランの(共)オリゴマー化から誘導される架橋性シラン官能基を含有するオリゴマー及びコ-オリゴマーを指す。
ここで使用する「反応性希釈剤」という用語は、処理のためにコーティングの粘度を低減し、そしてその後コーティングの任意の他の成分(複数可)との(共)重合を介してコーティングの一部となる物質を指す。
ここで使用する「共溶媒」という用語は、難溶性化合物の溶解性を高めるために主溶媒又は反応性希釈剤に少量添加される物質を指す。
シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー
本発明におけるシラン官能性モノマーは、好ましくはビニルアルコキシシランモノマーである。コーティング組成物において、ビニル基はラジカル重合に関与し、一方でアルコキシル基は加水分解及び(自己)縮合反応を起こす。好ましくは、ビニルアルコキシシランモノマーは、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、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2-メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリス(イソプロポキシ)シラン及び3-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランから選択される少なくとも1つである。
シラン官能性オリゴマー及び/又はポリマーは、アクリロシランオリゴマー及び/又はポリマーであり、これは、20質量%~50質量%の一般式I
C=CH-(CH-Si-(R(R3-m
(式中、Rは、C1~C6を有するアリール又はアルキル基であり、Rは、C1~C6を有するアルコキシル基であり、mは0又は1であり、そしてnは0~3の整数である)で表されるエチレン性不飽和ビニルアルコキシシランモノマー、50質量%~80質量%のエチレン性不飽和アクリレートモノマー、及び0~30質量%の、スチレン及びメタクリレートモノマーの一方又は両方から選択されるエチレン性不飽和モノマーの重合生成物であり、質量%はアクリロシランポリマーの総質量に基づくものである。
前記エチレン性不飽和アクリレートモノマーは、好ましくはC1~C12アルキル基を有するアルキルアクリレートであり、そしてより好ましくはメチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート及びラウリルアクリレートから選択される少なくとも1つである。脂環式アクリレート、例えばイソボルニルアクリレート、トリメチルシクロヘキシルアクリレート、及びt-ブチルシクロヘキシルアクリレートを用いてよい。アリールアクリレート、例えばベンジルアクリレートを用いてよい。ポリアクリレートモノマー、例えば1,3ブタンジオールジアクリレート、シクロヘキサンジメタノールジアクリレートを用いてよく、ネオポリアクリレートモノマー、例えば1,3-ブタンジオールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、シクロヘキサンジメタノールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジウレタンジアクリレート、ウレタントリアクリレートを用いてよい。他のアクリレートモノマー、例えばシラン官能性アクリレートも用いてよい。上記のモノマーの混合物も用いてよい。
前記メタクリレートモノマーは、好ましくはアルキルメタクリレートモノマーであり、そしてより好ましくはメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、エチルヘキシルメタクリレート、オクチルメタクリレート、ノニルメタクリレート及びラウリルメタクリレートから選択される少なくとも1つである。脂環式メタクリレート、例えばトリメチルシクロヘキシルメタクリレート及びt-ブチルシクロヘキシルメタクリレートを用いてよい。アリールメタクリレート、例えばベンジルメタクリレートを用いてよい。前記スチレンモノマーは、好ましくはビニル芳香族、例えばスチレン及びメチルスチレンである。
アクリロシランポリマーは、C1~C4アルキル基を有するヒドロキシアルキルアクリレート及びメタクリレート、例えばヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート及びヒドロキシブチルメタクリレートによってもたらされるヒドロキシ官能基を含んでよい。
好ましくは、架橋性シラン官能性オリゴマー又はポリマーは、30,000未満、及び好ましくは20,000未満の質量平均分子量を有し、そして架橋性シラン官能性ポリマーは、0~150mgKOH/gのヒドロキシル価及び0~50mgKOH/gの酸価を有する。
アクリロシランポリマーを形成するために使用される溶媒は、石油留分である。アルコール、例えばメタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、secブタノール、イソブタノール及びプロパノールを用いてよい。ケトン、例えばアセトン、ブタノン、ペンタノン、ヘキサノン及びメチルエチルケトンを用いてよい。酢酸、プロピオン酸及び酪酸のアルキルエステル、例えばエチルアセテート、ブチルアセテート及びアミルアセテートを用いてよい。エーテル、例えばテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、エチレングリコール、ポリエチレングリコールモノアルキル及びジアルキルエーテル、例えばセロソルブ及びカルビトール、及びグリコール、例えばエチレングリコール及びプロピレングリコールも用いてよい。上記モノマーは、使用のために混合してもよい。
アクリロシランポリマーの製造にペルオキシ又はアゾ重合開始剤を用いてよく、例えば、ベンゾイルペルオキシド、ジ-tert-ブチルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、t-ブチルペルオキシピバレート、t-ブチルペルオキシ2-エチルヘキサノエート、2.2’-アゾビス-イソブチロニトリル、2,2’-アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリル、2,2’-アゾビス-メチルブチロニトリル及び1,1’-アゾビス-シアノシクロヘキサンが挙げられる。
本発明により、驚くべきことに、モノマー供給物の組成を反応中に複数の工程で変化させる、最適化された供給戦略に基づく合成手順が見出された。これらの最適化された供給戦略は、ビニルアルコキシシランの均質な組み込みをもたらし、そして同時に、重合後のモノマー残渣の著しい減少をもたらす。優れたフィルム形成及び架橋特性を有し且つ優れた柔軟性を提供する、均質なシラン官能性ポリマーが得られる。よって如何なるフィルム形成ポリマー又は添加剤、例えば硬化剤及び可塑剤も加えることなく、割れ形成が大幅に抑制される。
好ましくは、前記架橋性シラン官能性ポリマーは、2つの工程を含む方法によって製造される:第1の工程において、ビニルアルコキシシランモノマー、(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマー及び開始剤を有機溶媒とブレンドして加熱し、そして第2の工程において、(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマー及び開始剤を添加する。この第2の工程では、前記(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマーを2以上のバッチで添加し、各バッチ間の時間は30分以上であり、各バッチで添加する(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマーの質量比は、1:15~15:1である。
より好ましくは、前記架橋性シラン官能性ポリマーは、2つの工程を含む方法によって製造される:第1の工程において、ビニルアルコキシシランモノマー、(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマー及び開始剤を有機溶媒とブレンドして加熱し、そして第2の工程において、(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマー及び開始剤を添加する。この第2の工程では、前記(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマーを4以上のバッチで添加し、各バッチ間の時間は1時間以上であり、各バッチで添加する(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマーの質量比は、1:15~15:1である。
一例として、架橋性シラン官能性ポリマーを以下のように製造する:
反応器に100~500質量部のShellsol Aを充填し、この初期充填物を90~160℃に加熱する。反応器を圧力下(1.5~6.5バール)に置く。その後、4~7時間かけて、開始剤溶液(50~100質量部のShellsol A中50~100質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、エチレン性不飽和ビニルアルコキシシランモノマーから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、質量比が0.1~10のメチルメタクリレート及びn-ブチルアクリレートからなる供給物2~6を500~1500質量部、各供給物とも撹拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0~60分)、反応器を100~180℃に加熱し、記載した圧力で5~90分間撹拌を続けた後、5~50質量部のShellsol A中5~50質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で0.5~2時間かけて再度添加する。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに0.5~2時間保持する。その後、反応混合物を25~80℃に冷却し、大気圧に降下させる。
別の例として、架橋性シラン官能性ポリマーを以下のように製造する:
反応器に100~500質量部のShellsol Aを充填し、この初期充填物を90~160℃に加熱する。反応器を圧力下(1.5~6.5バール)に置く。その後、4~7時間かけて、開始剤溶液(50~100質量部のShellsol A中50~100質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、エチレン性不飽和ビニルアルコキシシランモノマーから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、質量比が0.1~10のスチレン、メチルメタクリレート及びn-ブチルアクリレートからなる供給物2~6を500~1500質量部、各供給物とも撹拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0~60分)、反応器を100~180℃に加熱し、記載した圧力で5~90分間撹拌を続けた後、5~50質量部のShellsol A中5~50質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を0.5~2時間かけて均一な速度で再度添加する。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに0.5~2時間保持する。その後、反応混合物を25~80℃に冷却し、大気圧に降下させる。
別の例として、架橋性シラン官能性ポリマーを以下のように製造する:
反応器に100~500質量部のShellsol Aを充填し、この初期充填物を90~160℃に加熱する。反応器を圧力下(1.5~6.5バール)に置く。その後、4~7時間かけて、開始剤溶液(50~100質量部のShellsol A中50~100質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、エチレン性不飽和ビニルアルコキシシランモノマーから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、質量比が0.1~10のスチレン、メチルメタクリレート及びエチルヘキシルアクリレートからなる供給物2~6を500~1500質量部、各供給物とも撹拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0~60分)、反応器を100~180℃に加熱し、記載した圧力で5~90分間撹拌を続けた後、5~50質量部のShellsol A中5~50質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で0.5~2時間かけて再度添加する。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに0.5~2時間保持する。その後、反応混合物を25~80℃に冷却し、大気圧に降下させる。
別の例として、架橋性シラン官能性ポリマーを以下のように製造する:
反応器に100~500質量部のブチルアセテートを充填し、この初期充填物を90~160℃に加熱する。反応器を圧力下(1.5~6.5バール)に置く。その後、4~7時間かけて、開始剤溶液(50~100質量部のブチルアセテート中50~100質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に、300~700質量部のエチレン性不飽和ビニルアルコキシシランモノマーを、攪拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。第1の工程において、50~150質量部のメチルメタクリレート及び50~150質量部のn-ブチルアクリレートからなるモノマー混合物を、撹拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて同時に計量供給する。第2の工程において、100~200質量部のメチルメタクリレート及び100~200質量部のn-ブチルアクリレートからなるモノマー混合物を、攪拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。第3の工程において、50~150質量部のメチルメタクリレート及び50~150質量部のn-ブチルアクリレートからなるモノマー混合物を、攪拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。第4の工程において、50~100質量部のメチルメタクリレート及び50~100質量部のn-ブチルアクリレートからなるモノマー混合物を、攪拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。第5の工程において、25~75質量部のメチルメタクリレート及び25~75質量部のn-ブチルアクリレートからなるモノマー混合物を、攪拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0~60分)、反応器を100~180℃に加熱し、記載した圧力で5~90分間撹拌を続けた後、5~50質量部のブチルアセテート中5~50質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で0.5~2時間かけて再度添加する。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに0.5~2時間保持する。その後、反応混合物を25~80℃に冷却し、大気圧に降下させる。
別の例として、架橋性シラン官能性ポリマーを以下のように製造する:
反応器に100~500質量部のブチルアセテートを充填し、この初期充填物を90~160℃に加熱する。反応器を圧力下(1.5~6.5バール)に置く。その後、4~7時間かけて、開始剤溶液(50~100質量部のブチルアセテート中50~100質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、エチレン性不飽和ビニルアルコキシシランモノマーから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、質量比が0.1~10のスチレン、メチルメタクリレート及びn-ブチルアセテートからなる供給物2~6を500~1500質量部、各供給物とも撹拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0~60分)、反応器を100~180℃に加熱し、記載した圧力で5~90分間撹拌を続けた後、5~50質量部のブチルアセテート中5~50質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で0.5~2時間かけて再度添加する。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに0.5~2時間保持する。その後、反応混合物を25~80℃に冷却し、大気圧に降下させる。
別の例として、架橋性シラン官能性ポリマーを以下のように製造する:
反応器に100~500質量部のブチルアセテートを充填し、この初期充填物を90~160℃に加熱する。反応器を圧力下(1.5~6.5バール)に置く。その後、4~7時間かけて、開始剤溶液(50~100質量部のブチルアセテート中50~100質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、エチレン性不飽和ビニルアルコキシシランモノマーから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、質量比が0.1~10のスチレン、メチルメタクリレート及びエチルヘキシルアクリレートからなる供給物2~6を500~1500質量部、各供給物とも撹拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0~60分)、反応器を100~180℃に加熱し、記載した圧力で5~90分間撹拌を続けた後、5~50質量部のブチルアセテート中5~50質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で0.5~2時間かけて再度添加する。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに0.5~2時間保持する。その後、反応混合物を25~80℃に冷却し、大気圧に降下させる。
さらなる例として、架橋性シラン官能性ポリマーを以下のように製造する:
反応器に100~500質量部のShellsol Aを充填し、この初期充填物を90~160℃に加熱する。反応器を圧力下(1.5~6.5バール)に置く。その後、4~7時間かけて、開始剤溶液(50~100質量部のShellsol A中50~100質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、エチレン性不飽和ビニルアルコキシシランモノマーから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤供給開始の0~30分後に開始して、質量比が0.1~10のスチレン、メチルメタクリレート及びエチルヘキシルアクリレートからなる供給物2~6を500~1500質量部、各供給物とも撹拌しながら均一な速度で0.5~2時間かけて計量供給する。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0~60分)、反応器を100~180℃に加熱し、記載した圧力で5~90分間撹拌を続けた後、5~50質量部のShellsol A中5~50質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で0.5~2時間かけて再度添加する。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに0.5~2時間保持する。その後、反応混合物を25~80℃に冷却し、大気圧に降下させる。
本発明によるアクリロシランポリマーの合成アプローチにより、モノマーの残留が低減され(5%未満)、そして得られたアクリロシランポリマーは70質量%以上の固形分含量及び15℃未満のTgを有する。
モノマー及び/又は不飽和オリゴマー及び/又は不飽和ポリマー
ここでは、コーティング組成物を製造するための任意の一般的なモノマー、その不飽和オリゴマー及び不飽和ポリマー、例えば(メタ)アクリル酸エステル、不飽和カルボン酸及び不飽和アルコールを使用してよい。好ましくは、前記モノマーは、フェノキシエチルアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート及びトリメチロールプロパントリアクリレートであり、前記不飽和オリゴマーは、ポリウレタン変性アクリレートオリゴマー、例えば、Laromer(登録商標)UA8987、Laromer(登録商標)UA19T、Laromer(登録商標)UA9050及びLaromer(登録商標)UA9136、及びポリエステル変性アクリレートオリゴマー、例えばLaromer(登録商標)PE55F、Laromer(登録商標)PE9121及びLaromer(登録商標)PE9105であり、そして前記不飽和ポリマーは、不飽和ポリエステルである。
好ましくは、前記モノマー又は不飽和オリゴマー又は不飽和ポリマーは、200~20000の質量平均分子量、0~350mgKOH/gのヒドロキシル価及び0~150mgKOH/gの酸価を有する。
好ましくは、前記不飽和ポリエステルは、少なくとも1つの一価不飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸又はその無水物と、少なくとも1つの飽和脂肪族ジオールとの縮合から製造される。そしてより好ましくは、前記不飽和ポリエステルは、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸無水物及びフマル酸から選択される少なくとも1つの一価不飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸又はその無水物と、ネオペンチルグリコール、1,4ブタンジオール、1,6ヘキサンジオール及びシクロヘキシルジメタノールから選択される少なくとも1つの飽和脂肪族ジオールとの縮合から製造される。
1つの例として、不飽和ポリエステルを以下のように製造する:
200~500質量部のトリメチロールプロパン(TMP)、500~1000質量部のイタコン酸(IA)及び300~600質量部の1,4-ブタンジオール(BD)を、還流冷却器、水分離器及びN入口を備えたステンレス鋼反応器に充填する。続いて、5~50質量部のキシレンを同伴剤(entraining agent)として、0.05~0.5質量部の2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)を安定剤として、及び0.5~1質量部のテトラ-n-ブチルチタネート(TBT)を触媒として添加する。得られた反応混合物を2~8時間、N下で加熱する。全反応時間中、反応混合物の温度は200℃を超えない。酸価が5~100mgKOH/gに達した後、反応混合物を50~100℃に冷却し、そして300~700質量部のブチルアセテート(BA)を添加して、ポリマーを希釈する。
別の例として、不飽和ポリエステルを以下のように製造する:
200~500質量部のトリメチロールプロパン(TMP)、400~800質量部の無水マレイン酸(MAH)及び400~800質量部のネオペンチルグリコール(NPG)を、還流冷却器、水分離器及びN入口を備えたステンレス鋼反応器に充填する。続いて、5~50質量部のキシレンを同伴剤として添加する。得られた反応混合物を2~8時間、N下で加熱する。全反応時間中、反応混合物の温度は200℃を超えない。酸価が5~50mgKOH/gに達した後、反応混合物を50~100℃に冷却し、そして300~700質量部のブチルアセテート(BA)を添加して、ポリマーを希釈する。
別の例として、不飽和ポリエステルを以下のように製造する:
200~500質量部のトリメチロールプロパン(TMP)、400~800質量部の無水マレイン酸(MAH)及び400~800質量部のネオペンチルグリコール(NPG)を、還流冷却器、水分離器及びN入口を備えたステンレス鋼反応器に充填する。続いて、5~50質量部のキシレンを同伴剤として、0.05~0.5質量部の2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)を安定剤として添加する。得られた反応混合物を2~8時間、N下で加熱する。全反応時間中、反応混合物の温度は200℃を超えない。酸価が5~50mgKOH/gに達した後、反応混合物を室温に冷却する。得られたポリマーの固形分含量は、95~100%である。
別の例として、不飽和ポリエステルを以下のように製造する:
150~400質量部のトリメチロールプロパン(TMP)、400~800質量部のイタコン酸(IA)及び200~600質量部の1,4-ブタンジオール(BD)を、還流冷却器、水分離器及びN入口を備えたステンレス鋼反応器に充填する。続いて、5~50質量部のキシレンを同伴剤として、0.1~1質量部の4-メトキシフェノール(MEHQ)を安定剤として添加する。得られた反応混合物を2~8時間、N下で加熱する。全反応時間中、反応混合物の温度は230℃を超えない。酸価が5~50mgKOH/gに達した後、反応混合物を室温に冷却する。
さらなる例として、不飽和ポリエステルを以下のように製造する:
100~400質量部のトリメチロールプロパン、300~600質量部のイタコン酸、200~500質量部の1,4-ブタンジオール、5~50質量部のキシレン、0.1~1質量部の4-メトキシフェノール(MEHQ)及び1~5質量部の2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)を反応器に入れ、50~150℃まで加熱して、0.5~2時間保持する。温度を100~200℃に上げてさらに1時間保持した後、220~260℃に上げて1~4時間保持する。キシレンは、反応中に留去される。50~100℃に冷却し、200~400質量部のヘキソヒドロフタル酸無水物、0.05~0.5質量部の2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)及び0.05~0.5質量部の4-メトキシフェノール(MEHQ)を混合物に添加し、そして120~180℃まで数時間加熱する。400~800質量部のCadura E10P、0.05~0.5質量部の2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)及び0.05~0.5質量部の4-メトキシフェノール(MEHQ)を、反応混合物に0.5~3時間かけて加え、25~80℃に冷却し、そしてさらに300~700質量部のトリメチロールプロパントリアクリレート及び300~700質量部の1,6-ヘキサンジオールジアクリレートを添加する。
得られた不飽和ポリエステルは、65質量%以上の固形分含量及び100℃未満のTgを有する。
開始剤及び触媒
ここでは、ラジカル重合に一般的に用いられる任意の開始剤、例えば、ジベンゾイルペルオキシド(BPO)、アゾビスイソブチロニトリル、エチル-2-オキソシクロペンタンカルボキシレート(EOC)及びベンゾピナコール(BP)を用いてよい。
ここでは、シラン縮合に一般的に用いられる任意の触媒、例えば、フェニル酸ホスフェート(PAP)、アミン中和p-トルエンスルホン酸(NARCURE2500)及びアミン中和ホスフェート(NARCURE4575)を用いてよい。
二重反応性コーティング組成物
二重反応性コーティング組成物は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
b). 9質量%~75質量%の1つのモノマー及び/又は不飽和オリゴマー及び/又は不飽和ポリマー、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
を混合することにより製造され、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
好ましくは、二重反応性コーティング組成物は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル及び/又はポリエステル変性オリゴマー、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
を混合することにより製造され、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
より好ましくは、二重反応性コーティング組成物は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性ポリマー、
b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
を混合することにより製造され、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
一例として、二重反応性コーティング組成物は、24質量%~90質量%のアクリロシランポリマー及び9質量%~75質量%の不飽和ポリエステルを、0.5質量%~10質量%の、ジベンゾイルペルオキシド(BPO)、エチル-2-オキソシクロペンタンカルボキシレート(EOC)又はベンゾピナコール(BP)から選択される開始剤、及び0.5質量%~10質量%の触媒フェニル酸ホスフェート(PAP、IsleChem,LLC社)と混合し、ブチルアセテートで希釈して固形分含量50質量%とし、そして均一な混合物が得られるまで撹拌することによって、製造される。
別の例として、二重反応性コーティング組成物は、49質量%~85質量%のアクリロシランポリマー及び14質量%~50質量%の不飽和ポリエステルを、0.5質量%~5質量%の、ジベンゾイルペルオキシド(BPO)、エチル-2-オキソシクロペンタンカルボキシレート(EOC)又はベンゾピナコール(BP)から選択される開始剤、及び0.5質量%~5質量%の触媒フェニル酸ホスフェート(PAP、IsleChem,LLC社)と混合し、ブチルアセテートで希釈して固形分含量50質量%とし、そして均一な混合物が得られるまで撹拌することによって、製造される。
別の例として、二重反応性コーティング組成物は、24質量%~90質量%のアクリロシランポリマー及び9質量%~75質量%のポリウレタン及び/又はポリエステル変性アクリレートオリゴマーを、0.5質量%~10質量%の、ジベンゾイルペルオキシド(BPO)、エチル-2-オキソシクロペンタンカルボキシレート(EOC)又はベンゾピナコール(BP)から選択される開始剤、及び0.5質量%~10質量%の触媒フェニル酸ホスフェート(PAP、IsleChem,LLC社)と混合し、ブチルアセテートで希釈して固形分含量50質量%とし、そして均一な混合物が得られるまで撹拌することによって、製造される。
別の例として、二重反応性コーティング組成物は、49質量%~85質量%のアクリロシランポリマー及び14質量%~50質量%のポリエステル変性アクリレートオリゴマーを、0.5質量%~5質量%の、ジベンゾイルペルオキシド(BPO)、エチル-2-オキソシクロペンタンカルボキシレート(EOC)又はベンゾピナコール(BP)から選択される開始剤、及び0.5質量%~5質量%の触媒フェニル酸ホスフェート(PAP、IsleChem,LLC社)と混合し、ブチルアセテートで希釈して固形分含量50質量%とし、そして均一な混合物が得られるまで撹拌することによって、製造される。
別の例として、二重反応性コーティング組成物は、24質量%~90質量%のアクリロシランポリマー及び9質量%~75質量%の、フェノキシエチルアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート又はトリメチロプロパントリアクリレートから選択される(メタ)アクリル酸エステルモノマーを、0.5質量%~10質量%の、ジベンゾイルペルオキシド(BPO)、エチル-2-オキソシクロペンタンカルボキシレート(EOC)又はベンゾピナコール(BP)から選択される開始剤、及び0.5質量%~10質量%の触媒フェニル酸ホスフェート(PAP、IsleChem,LLC社)と混合し、ブチルアセテートで希釈して固形分含量50質量%とし、そして均一な混合物が得られるまで撹拌することによって、製造される。
さらなる例として、二重反応性コーティング組成物は、49質量%~85質量%のアクリロシランポリマー及び14質量%~50質量%の、フェノキシエチルアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート又はトリメチロプロパントリアクリレートから選択される(メタ)アクリル酸エステルモノマーを、0.5質量%~5質量%の、ジベンゾイルペルオキシド(BPO)、エチル-2-オキソシクロペンタンカルボキシレート(EOC)又はベンゾピナコール(BP)から選択される開始剤、及び0.5質量%~5質量%の触媒フェニル酸ホスフェート(PAP、IsleChem,LLC社)と混合し、ブチルアセテートで希釈して固形分含量50質量%とし、そして均一な混合物が得られるまで撹拌することによって、製造される。
混合物を、ドクターブレードでスズ試験パネルに適用して、ぬれ膜厚200umとし、そして140℃で20分間静置して、約35~55umのタックフリーフィルムを得る。3日間の後硬化の後、性能確認のため単層試験を行い、硬度(K振り子)、架橋性能(MEK摩擦試験)、ゲル含有量及び割れ性能(曲げ試験)を評価する。試験結果は、曲げ試験で割れが発生せず、K振り子試験で60~140、及びMEK摩擦試験で200~500である。
得られた二重反応性コーティング組成物は、柔軟性及び硬度のバランスがとれた性能を可能とし、そしてトップコート又はクリアコートの脆弱性及び割れを完全に抑制する。
ロールツーロールコーティング組成物
二重反応性コーティング組成物に基づいて、ロールツーロールコーティング組成物は、反応性希釈剤、例えばフェノキシエチルアクリレート(Laromer(登録商標)POEA)、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート及び/又はトリメチロールプロパントリアクリレート、及び添加剤、例えばHYDROPALAT(登録商標)を添加することにより製造してよい。得られたロールツーロールコーティング組成物の固形分含量は、90質量%以上、及び好ましくは95質量%以上である。
一例として、ロールツーロールコーティング組成物を以下のように製造する:
40質量%~60質量%の脂肪族ウレタンアクリレート樹脂(Laromer(登録商標)UA8987)、10質量%~30質量%のポリエステル変性アクリレートオリゴマー(Laromer(登録商標)PE55F)、9質量%~50質量%の不飽和シラン官能性モノマー(3-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン)、19.5質量%~39.5質量%のアクリレートベースの反応性希釈剤(1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、HDDA)、0.5質量%~10質量%の触媒(Narcore2500、King Industries社)、0.5質量%~10質量%の開始剤(ベンゾピナコール、BP)及び0.5質量%~10質量%の添加剤である湿潤剤(Hydropalat WE3220)を均一に混合して、ロールツーロールコーティング組成物を得る。
コーティング組成物を、Erichsen社製バーコーターを用いてスズパネルにコーティングし、140℃で20分間静置した。3日間の後硬化の後、性能確認のため単層試験を行い、硬度(ケーニッヒ振り子)、架橋密度(MEK二重摩擦試験)、カッピング性能(エリクソンカッピング)及び光沢とヘイズ測定(鏡面反射)を評価する。結果から、得られたロールツーロールコーティング組成物は、高い固形分含量、卓越して高い架橋性能、良好な外観及びカッピング(エリクソンインデックス、EI)を実現できることが示される。
1Kクリアコート組成物
二重反応性コーティング組成物に基づいて、1Kクリアコート組成物は、反応性希釈剤、例えばフェノキシエチルアクリレート(Laromer(登録商標)POEA)、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート及び/又はトリメチロールプロパントリアクリレート、添加剤、例えばBYK3190及び共溶媒、例えば1-ブタノールを添加することにより、製造してよい。得られたクリアコート組成物のVOCは、420g/L以下、及び好ましくは350g/L以下である。
一例として、1Kクリアコート組成物を以下のように製造する:
10質量%~60質量%のシラン官能基を有するアクリレート/スチレン樹脂、10質量%~60質量%の不飽和ポリエステル樹脂、19.5質量%~69.5質量%のアクリレートベースの反応性希釈剤(トリメチロールプロパントリアクリレート、TMPTA)、4質量%~10質量%のシランベースのたれ調整剤(SCA)、1質量%~10質量%の触媒(Narcure4575、King Industries社)、0.4質量%~10質量%の開始剤(ベンゾピナコール、BP)、5質量%~20質量%の共溶媒(1-ブタノール)、及び0.1質量%~2質量%の添加剤であるレベリング剤(BYK3190)を均一に混合して1Kクリアコート組成物を得る。コーティング組成物は、低せん断粘度と高せん断粘度の比がη2(せん断速度=1s-1)/η1(せん断速度=1000s-1)>8でチクソトロピー挙動を示した。コーティング組成物のVOC値を測定したところ325g/Lであり、従来の1Kコーティング組成物(VOC=450~550g/L)と比較すると、VOCレベルが大幅に低減されている。
組成物を、黒色ベースコートでコーティングされたスズパネルに噴霧し、140℃で20分間静置した。3日間の後硬化の後、性能確認のため単層試験を行い、硬度(ケーニッヒ振り子)、架橋密度(MEK二重摩擦試験)、アルカリ-及び酸エッチング耐性、カッピング性能(エリクソンカッピング)、外観(ウェーブスキャン)及び光沢とヘイズ測定(鏡面反射)を評価する。結果から、得られた1Kコーティング組成物は、高い固形分含量及び低いVOC値、卓越して高い架橋性能、良好な外観、カッピング(エリクソンインデックス、EI)、及び酸及びアルカリエッチング耐性を実現できることが示される。
実施態様
第1の実施態様は、二重反応性コーティング組成物であり、このコーティング組成物は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
b). 9質量%~75質量%の1つのモノマー及び/又は不飽和オリゴマー及び/又は不飽和ポリマー、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
を含み、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
第2の実施態様は、二重反応性コーティング組成物であり、このコーティング組成物は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル及び/又はポリウレタン変性オリゴマー及び/又はポリエステル変性オリゴマー、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
を含み、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
第3の実施態様は、二重反応性コーティング組成物であり、このコーティング組成物は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性ポリマー、
b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
を含み、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
第4の実施態様は、実施態様1から3のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物であり、前記架橋性シラン官能性ポリマーが、
i) 20質量%~50質量%の、式I
C=CH-(CH-Si-(R(R3-m
(式中、Rは、C1~C6を有するアリール又はアルキル基であり、Rは、C1~C6を有するアルコキシル基であり、mは0又は1であり、そしてnは0~3の整数である)で表されるビニルアルコキシシラン、
ii) 50質量%~80質量%の(メタ)アクリレートモノマー、及び
iii) 0~30質量%のスチレンモノマー
を含むモノマーの重合により製造され、すべての質量パーセントは、シラン官能性ポリマーの総質量に基づくものである。
第5の実施態様は、実施態様1から4のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物であり、前記架橋性シラン官能性ポリマーが、
i) 20質量%~50質量%のビニルトリメトキシシラン、
ii) 50質量%~80質量%の、メチルメタクリレート、n-ブチルアクリレート、エチルヘキシルアクリレート及びヒドロキシプロピルメタクリレートから選択される少なくとも1つの(メタ)アクリレートモノマー、及び
iii) 0質量%~30質量%のスチレン
を含むモノマーの重合により製造され、すべての質量パーセントは、シラン官能性ポリマーの総質量に基づくものである。
第6の実施態様は、実施態様1から5のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物であり、前記架橋性シラン官能性オリゴマー又はポリマーが、30,000未満、及び好ましくは20,000未満の平均分子量を有する。
第7の実施態様は、実施態様1から6のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物であり、前記架橋性シラン官能性ポリマーが、0~150mgKOH/gのヒドロキシル価及び0~50mgKOH/gの酸価を有する。
第8の実施態様は、実施態様1及び4から7のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物であり、前記モノマー又は不飽和オリゴマー又は不飽和ポリマーが、200~20000の質量平均分子量を有する。
第9の実施態様は、実施態様1及び4から8のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物であり、前記モノマー又は不飽和オリゴマー又は不飽和ポリマーが、0~350mgKOH/gのヒドロキシル価及び0~150mgKOH/gの酸価を有する。
第10の実施態様は、実施態様2から3のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物であり、前記不飽和ポリエステルが、少なくとも1つの一価不飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸又はその無水物と、少なくとも1つの飽和脂肪族ジオールとの縮合から製造される。
第11の実施態様は、実施態様10に記載の二重反応性コーティング組成物であり、前記不飽和ポリエステルが、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸無水物及びフマル酸から選択される少なくとも1つの一価不飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸又はその無水物と、ネオペンチルグリコール、1,4ブタンジオール、1,6ヘキサンジオール及びシクロヘキシルジメタノールから選択される少なくとも1つの飽和脂肪族ジオールとの縮合から製造される。
第12の実施態様は、実施態様1から11のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物であり、前記開始剤が、ジベンゾイルペルオキシド(BPO)、エチル-2-オキソシクロペンタンカルボキシレート(EOC)及びベンゾピナコール(BP)から少なくとも選択される。
第13の実施態様は、実施態様1から12のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物であり、前記触媒は、フェニル酸ホスフェート(PAP)、アミン中和p-トルエンスルホン酸(NARCURE2500)及びアミン中和ホスフェート(NARCURE4575)から少なくとも選択される。
第14の実施態様は、実施態様1から13のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物であり、前記架橋性シラン官能性ポリマーは、2つの工程を含む方法によって製造され:第1の工程において、ビニルアルコキシシランモノマー、(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマー及び開始剤を有機溶媒とブレンドして加熱し、そして第2の工程において、(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマー及び開始剤を添加し、この第2の工程では、前記(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマーを2以上のバッチで添加し、各バッチ間の時間は30分以上であり、各バッチで添加する(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマーの質量比は、1:15~15:1である。
第15の実施態様は、実施態様1から14のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物であり、この組成物は、シラン官能性たれ調整剤をさらに含む。
第16の実施態様は、実施態様1から15のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物の硬化及び乾燥から得られたフィルムである。
第17の実施態様は、実施態様1から15のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物でコーティングされた基材である。
第18の実施態様は、実施態様17に記載の基材であり、前記基材は、自動車又はトラックである。
第19の実施態様は、実施態様1に記載の二重反応性コーティング組成物の製造方法であり、該方法は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
b). 9質量%~75質量%の1つのモノマー及び/又は不飽和オリゴマー及び/又は不飽和ポリマー、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
の混合によるものであり、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
第20の実施態様は、実施態様2に記載の二重反応性コーティング組成物の製造方法であり、該方法は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル及び/又はポリウレタン変性オリゴマー及び/又はポリエステル変性オリゴマー、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
の混合によるものであり、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
第21の実施態様は、実施態様3に記載の二重反応性コーティング組成物の製造方法であり、該方法は、
a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性ポリマー、
b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル、
c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
の混合によるものであり、すべての質量パーセントは、コーティング組成物の総質量に基づく。
第22の実施態様は、実施態様1から15のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物、反応性希釈剤及び添加剤を含むロールツーロールコーティング組成物であり、得られたロールツーロールコーティング組成物の固形分含量は、90質量%以上、及び好ましくは95質量%以上である。
第23の実施態様は、実施態様1から15のいずれか1つに記載の二重反応性コーティング組成物、反応性希釈剤、添加剤及び共溶媒を含む1Kクリアコート組成物であり、得られたクリアコート組成物のVOCは420g/L以下、及び好ましくは350g/L以下である。
本発明を実施例を参照して記述するが、実施例は本発明を限定することを意図するものではない。
実施例1~3:ビニルシラン含有アクリレートポリマーの製造
反応器に378質量部のShellsol Aを充填し、この初期充填物を145℃に加熱した。反応器を圧力下(3.5バール)に置いた。その後、5.38時間かけて、開始剤溶液(68.6質量部のShellsol A中82.9質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を撹拌しながら均一な速度で計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、VTMSから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、以下の表1に示す組成のメチルメタクリレート及びn-ブチルアクリレートからなる供給物2-a~2-eを、各供給物とも攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0.15時間)、反応器を155℃に加熱し、記載した圧力で45分間撹拌を継続した後、22.4質量部のShellsol A中27質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で1.2時間かけて再度添加した。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに1.1時間保持した。その後、反応混合物を60℃まで冷却し、大気圧まで降下させた。得られたコポリマーの溶液の固形分含量、数平均分子量、ガラス転移温度、及びモノマー残留を、以下の表2に示す。
Figure 2023525072000001
Figure 2023525072000002
実施例4~13:ビニルシラン含有アクリレート/スチレンコポリマーの製造
反応器に378質量部のShellsol Aを充填し、この初期充填物を145℃に加熱した。反応器を圧力下(3.5バール)に置いた。その後、5.38時間かけて、開始剤溶液(68.6質量部のShellsol A中82.9質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、VTMSから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、以下の表3に示す組成のスチレン、メチルメタクリレート及びn-ブチルアクリレートからなる供給物3-a~3-eを、各供給物とも撹拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0.15時間)、反応器を155℃に加熱し、記載した圧力で45分間撹拌を続けた後、22.4質量部のShellsol A中27質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で1.2時間かけて再度添加した。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに1.1時間保持した。その後、反応混合物を60℃に冷却し、大気圧に降下させた。得られたコポリマーの溶液の固形分含量、数平均分子量、ガラス転移温度、及びモノマー残留を、以下の表4に示す。
Figure 2023525072000003
Figure 2023525072000004
実施例14~15: ビニルシラン含有アクリレート/スチレン/エチルヘキシルアクリレートコポリマーの製造
反応器に378質量部のShellsol Aを充填し、この初期充填物を145℃に加熱した。反応器を圧力下(3.5バール)に置いた。その後、5.38時間かけて、開始剤溶液(68.6質量部のShellsol A中82.9質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、VTMSから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、以下の表5に示す組成のスチレン、メチルメタクリレート及びエチルヘキシルアクリレートからなる供給物4-a~4-eを、各供給物とも撹拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0.15時間)、反応器を155℃に加熱し、記載した圧力で45分間撹拌を続けた後、22.4質量部のShellsol A中27質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で1.2時間かけて再度添加した。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに1.1時間保持した。その後、反応混合物を60℃に冷却し、大気圧に降下させた。得られたコポリマーの溶液の固形分含量、数平均分子量、ガラス転移温度、及びモノマー残留を、以下の表6に示す。
Figure 2023525072000005
Figure 2023525072000006
実施例16:ブチルアセテート中のビニルシラン含有アクリレートポリマーの製造
反応器に378質量部のブチルアセテートを充填し、この初期充填物を145℃に加熱した。反応器を圧力下(3.5バール)に置いた。その後、5.38時間かけて、開始剤溶液(68.6質量部のブチルアセテート中82.9質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給した。開始剤供給開始の15後に開始して、659.2質量部のVTMSを、攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。第1の工程において、91.2質量部のメチルメタクリレート及び91.2質量部のn-ブチルアクリレートからなるモノマー混合物を、撹拌しながら均一な速度で1時間かけて同時に計量供給した。第2の工程において、167.8質量部のメチルメタクリレート及び167.8質量部のn-ブチルアクリレートからなるモノマー混合物を、攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。第3の工程において、102質量部のメチルメタクリレート及び102質量部のn-ブチルアクリレートからなるモノマー混合物を、攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。第4の工程において、74質量部のメチルメタクリレート及び74質量部のn-ブチルアクリレートからなるモノマー混合物を、攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。第5の工程において、59.4質量部のメチルメタクリレート及び59.4質量部のn-ブチルアクリレートからなるモノマー混合物を、攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0.15時間)、反応器を155℃に加熱し、記載した圧力で45分間撹拌を続けた後、22.4質量部のブチルアセテート中27質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で1.2時間かけて再度添加した。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに1.1時間保持した。その後、反応混合物を60℃に冷却し、大気圧に降下させた。得られたコポリマーの溶液の固形分含量は73.0%であった。コポリマーの質量平均分子量は5002g/モルであった。コポリマーのガラス転移温度は-21.0℃であった。メチルメタクリレート、n-ブチルアクリレート及びビニルトリメトキシシランのモノマー残留はそれぞれ0.03%、<0.01%及び0.26%であった。
実施例17~19: ブチルアセテート中のビニルシラン含有アクリレート/スチレンコポリマーの製造
反応器に378質量部のブチルアセテートを充填し、この初期充填物を145℃に加熱した。反応器を圧力下(3.5バール)に置いた。その後、5.38時間かけて、開始剤溶液(68.6質量部のブチルアセテート中82.9質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、VTMSから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、以下の表7に示す組成のスチレン、メチルメタクリレート及びn-ブチルアセテートからなる供給物3-f~3-jを、各供給物とも撹拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0.15時間)、反応器を155℃に加熱し、記載した圧力で45分間撹拌を続けた後、22.4質量部のブチルアセテート中27質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で1.2時間かけて再度添加した。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに1.1時間保持した。その後、反応混合物を60℃に冷却し、大気圧に降下させた。得られたコポリマーの溶液の固形分含量、数平均分子量、ガラス転移温度、及びモノマー残留を、以下の表8に示す。
Figure 2023525072000007
Figure 2023525072000008
実施例20~21: ブチルアセテート中のビニルシラン含有アクリレート/スチレン/エチルヘキシルアクリレートコポリマーの製造
反応器に378質量部のブチルアセテートを充填し、この初期充填物を145℃に加熱した。反応器を圧力下(3.5バール)に置いた。その後、5.38時間かけて、開始剤溶液(68.6質量部のブチルアセテート中82.9質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、VTMSから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、以下の表9に示す組成のスチレン、メチルメタクリレート及びエチルヘキシルアクリレートからなる供給物4-a~4-eを、各供給物とも撹拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0.15時間)、反応器を155℃に加熱し、記載した圧力で45分間撹拌を続けた後、22.4質量部のブチルアセテート中27質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で1.2時間かけて再度添加した。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに1.1時間保持した。その後、反応混合物を60℃に冷却し、大気圧に降下させた。得られたコポリマーの溶液の固形分含量、数平均分子量、ガラス転移温度、及びモノマー残留を、以下の表10に示す。
Figure 2023525072000009
Figure 2023525072000010
実施例22~23: ビニルシラン含有アクリレート/スチレン/ヒドロキシ官能性アクリレートコポリマーの製造
反応器に378質量部のShellsol Aを充填し、この初期充填物を145℃に加熱した。反応器を圧力下(3.5バール)に置いた。その後、5.38時間かけて、開始剤溶液(68.6質量部のShellsol A中82.9質量部のジ-tert-ブチルペルオキシド)を攪拌しながら均一な速度で計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、VTMSから構成される供給物1を、攪拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤供給開始の15分後に開始して、以下の表11に示す組成のスチレン、メチルメタクリレート及びヒドロキシプロピルメタクリレートからなる供給物5-a~5-eを、各供給物とも撹拌しながら均一な速度で1時間かけて計量供給した。開始剤溶液の完全添加後(モノマー混合物の添加終了後0.15時間)、反応器を155℃に加熱し、記載した圧力で45分間撹拌を続けた後、22.4質量部のShellsol A中27質量部のジ-tert-ブチルペルオキシドからなる溶液を均一な速度で1.2時間かけて再度添加した。その後、バッチを、記載した温度及び記載した圧力でさらに1.1時間保持した。その後、反応混合物を60℃に冷却し、大気圧に降下させた。得られたコポリマー溶液の固形分含量、数平均分子量、ガラス転移温度、及びモノマー残留を、以下の表12に示す。
Figure 2023525072000011
Figure 2023525072000012
実施例24: ブチルアセテート中のイタコン酸をベースとする不飽和ポリエステル
342.3質量部のトリメチロールプロパン(TMP)、819.2質量部のイタコン酸(IA)及び536.2質量部の1,4-ブタンジオール(BD)を、還流冷却器、水分離器及びN入口を備えたステンレス鋼反応器に充填した。続いて、20質量部のキシレンを同伴剤として、0.252質量部の2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)を安定剤として、及び0.756質量部のテトラ-n-ブチルチタネート(TBT)を触媒として添加した。得られた反応混合物を5時間、N下で加熱した。全反応時間中、反応混合物の温度は200℃を超えなかった。酸価が52mgKOH/gに達した後、反応混合物を80℃に冷却し、そして580.4質量部のブチルアセテート(BA)を添加して、ポリマーを希釈した。得られたポリマーの溶液の固形分含量は69.03%であった。得られた不飽和ポリエステルの数平均分子量は509g/モル、質量平均分子量は1260g/モル、OH価は301.7mgKOH/g、及びガラス転移温度は65.9℃であった。
実施例25: ブチルアセテート中の無水マレイン酸をベースとする不飽和ポリエステル
341.3質量部のトリメチロールプロパン(TMP)、615.7質量部の無水マレイン酸(MAH)及び618質量部のネオペンチルグリコール(NPG)を、還流冷却器、水分離器及びN入口を備えたステンレス鋼反応器に充填した。続いて、20質量部のキシレンを同伴剤として添加した。得られた反応混合物を4時間、N下で加熱した。全反応時間中、反応混合物の温度は200℃を超えなかった。酸価が12mgKOH/gに達した後、反応混合物を80℃に冷却し、そして525質量部のブチルアセテート(BA)を添加して、ポリマーを希釈した。得られたポリマーの溶液の固形分含量は69.00%であった。得られた不飽和ポリエステルの数平均分子量は801g/モル、質量平均分子量は2047g/モル、OH価は272.2mgKOH/g、及びガラス転移温度は0.6℃であった。
実施例26: 無水マレイン酸をベースとする不飽和ポリエステル
341.3質量部のトリメチロールプロパン(TMP)、615.7質量部の無水マレイン酸(MAH)及び618質量部のネオペンチルグリコール(NPG)を、還流冷却器、水分離器及びN入口を備えたステンレス鋼反応器に充填した。続いて、20質量部のキシレンを同伴剤として、0.158質量部の2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)を安定剤として添加した。得られた反応混合物を4時間、N下で加熱した。全反応時間中、反応混合物の温度は200℃を超えなかった。酸価が17mgKOH/gに達した後、反応混合物を室温に冷却した。得られたポリマーの固形分含量は、100%であった。得られた不飽和ポリエステルの数平均分子量は805g/モル、質量平均分子量は1937g/モル、OH価は264.4mgKOH/g及びガラス転移温度は-14.0℃であった。
実施例27: 反応性希釈剤中の無水マレイン酸をベースとする不飽和ポリエステル
1595.2質量部の実施例23を、還流冷却器、水分離器及びN入口を備えたステンレス鋼反応器に充填して80℃に加熱した。その後、262質量部のヘキサンジオールジアクリレート(HDDA)及び262質量部のトリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)を添加してポリマーを希釈した。得られたポリマーの溶液の固形分含量は75.00%であった。得られた不飽和ポリエステルの数平均分子量は805g/モル、質量平均分子量は1937g/モル、OH価は256.6mgKOH/g及びガラス転移温度は-14.0℃であった。
実施例28: イタコン酸をベースとする不飽和ポリエステル
273.8質量部のトリメチロールプロパン(TMP)、655.3質量部のイタコン酸(IA)、及び429.0質量部の1,4-ブタンジオール(BD)を、還流冷却器、水分離器及びN入口を備えたステンレス鋼反応器に充填した。続いて、16質量部のキシレンを同伴剤として、0.4質量部の4-メトキシフェノール(MEHQ)を安定剤として添加した。得られた反応混合物を4時間、N下で加熱した。全反応時間中、反応混合物の温度は230℃を超えなかった。酸価が43mgKOH/gに達した後、反応混合物を室温に冷却した。得られたポリマーの固形分含量は100.00%であった。得られた不飽和ポリエステルの数平均分子量は907g/モル、質量平均分子量は2030g/モル、OH価は255.6mgKOH/g及びガラス転移温度は9.6℃であった。
実施例29: 反応性希釈剤中のイタコン酸をベースとする不飽和ポリエステル
1374.5質量部の実施例28から得られた不飽和ポリエステルを、還流冷却器、水分離器及びN入口を備えたステンレス鋼反応器に充填して80℃に加熱した。その後、363質量部のヘキサンジオールジアクリレート(HDDA)及び363質量部のトリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)を添加してポリマーを希釈した。得られたポリマーの溶液の固形分含量は65.00%であった。得られた不飽和ポリエステルの数平均分子量は805g/モル、質量平均分子量は1937g/モル、OH価は248.3mgKOH/g及びガラス転移温度は9.6℃であった。
実施例30: 反応性希釈剤中の疎水変性したイタコン酸及びヘキサヒドロフタル酸無水物をベースとする不飽和ポリエステル
210gのトリメチロールプロパン、503gのイタコン酸、329gの1,4-ブタンジオール、12gのキシレン、0.5gのMEHQ及び1.5gのBHTを反応器に入れ、100℃まで加熱して、1時間保持した。温度を160℃に上げてさらに1時間保持した後、230℃に上げて2時間保持した。キシレンは、反応中に留去された。80℃に冷却し、322gのヘキソヒドロフタル酸無水物、100mgのBHT及び80mgのMEHQ(ヒドロキノンモノメチルエーテル)を混合物に添加し、そして140℃まで数時間加熱した。623gのCadura E10P、100mgのBHT及び80mgのMEHQを、反応混合物に1.5時間かけて加え、40℃に冷却し、そして500gのトリメチロールプロパントリアクリレート及び500gの1,6-ヘキサンジオールジアクリレートを添加した。反応により、酸価が10~50mgKOH/g、ヒドロキシル価が100~300mgKOH/g及びガラス転移温度が-55℃である、無溶媒で低粘度の不飽和ポリエステル樹脂(反応性希釈剤中67%)が得られた。
実施例31: シランベースのたれ調整剤(ブチルアセテート中12質量%)
44.25gの3-アミノプロピルトリエトキシシランを、37.05gのブチルアセテート中に溶解し、それから370.43gのブチルアセテートを含有する1Lの金属バケツに投入した。この溶液を溶解機で2分間、2000rpmで攪拌した。次に、16.53gのヘキサメチレンジイソシアネートを31.74gのブチルアセテートに溶解し、自動投入機に入れた。金属バケツ内の液体を、溶解機で速度2000rpmで攪拌した。その後、イソシアネート溶液を20分にわたって液滴状に添加した。この工程の後、溶液を分散機内でさらに2分間保持した。全固形分含量12質量%、η(せん断率=1000s-1)=46mPas、η(せん断率=1s-1)=13759mPa.sであった。
実施例32: シランベースのたれ調整剤(ブチルアセテート中12質量%)
88.50gの3-アミノプロピルトリエトキシシランを、37.05gのブチルアセテート中に溶解し、それから293.78gのブチルアセテートを含有する1Lの金属バケツに投入した。この溶液を溶解機で2分間、2000rpmで攪拌した。次に、33.06gのヘキサメチレンジイソシアネートを47.61gのブチルアセテートに溶解し、自動投入機に入れた。金属バケツ内の液体を、溶解機で速度2000rpmで攪拌した。その後、イソシアネート溶液を30分にわたって液滴状に添加した。この工程の後、溶液を分散機内でさらに2分間保持した。全固形分含量24質量%、η(せん断率=1000s-1)=60mPas、η(せん断率=1s-1)=16833mPa.sであった。
実施例33~50: 二重反応性コーティング組成物
実施例33~50の成分を、開始剤ジベンゾイルペルオキシド(BPO)、エチル-2-オキソシクロペンタンカルボキシレート(EOC)又はベンゾピナコール(BP)、及びフェニル酸ホスフェート触媒(PAP、IsleChem,LLC社)と以下の表に示すように混合し、ブチルアセテートで希釈して固形分含量50質量%とし、そして均一な混合物が得られるまで撹拌した。混合物を、ドクターブレードでスズ試験パネルに適用し、ぬれ膜厚200nmとし、そして140℃で20分間静置して、約35~55nmのタックフリーフィルムを得た。3日間の後硬化の後、性能確認のため単層試験を行い、硬度(K振り子)、架橋性能(MEK摩擦試験)、ゲル含有量及び割れ性能(曲げ試験)を評価した。値を以下の表13に示す。実施例33~50の乾燥及び硬化させたフィルムは、タックフリーの透明なコーティングとして得られた。
Figure 2023525072000013
実施例51~53: ロールツーロールコーティング組成物の製造及び適用
以下の表14に示す量に従い、脂肪族ウレタンアクリレート樹脂(Laromer(登録商標)UA8987)、ポリエステル変性アクリレートオリゴマー(Laromer(登録商標)PE55F、Laromer(登録商標)PE9121、Laromer(登録商標)PE9105)、不飽和シラン官能性モノマー(3-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン)、アクリレートベースの反応性希釈剤(1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、HDDA;Laromer(登録商標)POEA)、触媒(Narcure2500、King Industries社)、開始剤(ベンゾピナコール、BP)及び添加剤である湿潤剤(Hydropalat WE3220)を、均一に混合し、実施例51~53としてのロールツーロールコーティング組成物を得た。このコーティング組成物を、Erichsen社製バーコーターを用いてスズパネルに適用し、140℃で20分間静置した。3日間の後硬化の後、性能確認のため単層試験を行い、硬度(ケーニッヒ振り子)、架橋密度(MEK二重摩擦試験)、カッピング性能(エリクソンカッピング)、及び光沢とヘイズ測定(鏡面反射)を評価した。実施例51~53の乾燥及び硬化させたフィルムは、タックフリーの透明なコーティングとして得られた。値を以下の表14に示す。
Figure 2023525072000014
実施例54: 1Kクリアコート組成物の製造及び噴霧適用
以下の表15に示す量に従い、シラン官能基を有するアクリレート/スチレン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリレートベースの反応性希釈剤(トリメチロールプロパントリアクリレート、TMPTA)、シランベースのたれ調整剤(SCA)、触媒(Narcure4575、King Industries社)、開始剤(ベンゾピナコール、BP)、共溶媒(1-ブタノール)、及び添加剤であるレベリング剤(BYK3190)を均一に混合して、1Kクリアコート組成物を実施例54として得た。コーティング組成物は、低せん断粘度と高せん断粘度の比がη2(せん断速度=1s-1)/η1(せん断速度=1000s-1)>8のチクソトロピー挙動を示した。コーティング組成物のVOC値を測定したところ325g/Lであり、これは従来の1Kコーティング組成物(VOC=450~550g/L)と比較すると、VOCレベルが大幅に低減されている。組成物を、黒色ベースコートでコーティングしたスズパネルに噴霧し、140℃で20分間静置した。3日間の後硬化の後、性能確認のため単層試験を行い、硬度(ケーニッヒ振り子)、架橋密度(MEK二重摩擦試験)、アルカリ-及び酸エッチング耐性、カッピング性能(エリクソンカッピング)、外観(ウェーブスキャン)及び光沢とヘイズ測定(鏡面反射)を評価した。実施例62の乾燥及び硬化させたフィルムは、タックフリーの透明なコーティングとして黒色ベースコート上で得られた。値を以下の表15に示す。実施例54から、本発明の技術的アプローチにより、従来の1Kポリウレタン又は酸/エポキシクリアコートと比較すると、高い固形分含量及び低いVOC値、卓越して高い架橋性能、良好な外観、同等のカッピング(エリクソンインデックス、EI)及びより良好な酸及びアルカリエッチング耐性を実現できることが明確に分かる。
Figure 2023525072000015
<樹脂の特性評価>
当業者には、酸価、OH価、エポキシ当量、固形分、及び数平均分子量と質量平均分子量を決定する方法は知られている。これらは、後述する規格に従い決定される。
酸価はDIN EN ISO2114(日付:2002年6月)に準拠して決定される。OH価は、DIN53240-2(日付:2007年11月)に準拠して決定される。エポキシ当量は、DIN EN ISO3001(日付:1999年11月)に準拠して決定される。固形分含量は、DIN EN ISO3251(日付:2008年6月)に準拠して決定される。数平均分子量及び質量平均分子量は、DIN55672-1(日付:2007年8月)に準拠して決定される。
<固形分含量>
実施例51~54のクリアコート組成物の固形分含量は、組成物の130℃、60分での質量減少量に基づき計算される。
<性能試験>
(1) 硬度
ケーニッヒ(Koenig)又はペルソス(Persoz)に従う振子式減衰試験を使用し、コーティングの表面硬度を機械的に測定する。コーティングの硬度は、2つの規定角度(ケーニッヒ振り子では6~3度、又はペルソス振り子では12~4度)の間で振り子が起こした振動数により決定される。コーティング表面の硬度が高くなるにつれ、振動数は増加する。測定方法は、ISO1522で標準化されている。
(2) 溶媒摩擦試験
架橋を評価し、コーティングシステムが硬化したことを確認するために、メチルエチルケトン(MEK)を溶媒として用いる溶媒摩擦試験を実施する。この試験は、長期間の暴露結果を待たずに、硬化の程度が迅速に相対評価されるので、塗料産業で広く用いられている。摩擦は、MEK耐性及び硬化の程度についての測定値を示す二重摩擦(前進一回、後退一回で二重摩擦が構成される)としてカウントされる。従来の2Kポリウレタン、又は酸/エポキシクリアコートのMEK二重摩擦値は、約200回である。
(3) 曲げ試験
曲げ試験を用いて、金属パネル上の硬化したコーティングの弾性、接着性及び伸び特性に及ぼす曲げの影響を決定する。円錐曲げ試験機は、直径3.2~38.1mmの鋼製円錐マンドレル上で旋回するローラー付きの曲げレバーを有するフレームから構成される。試験片はマンドレルの全長の一部又は全長に沿って曲げることができ、異なる試験直径に対応する結果(割れ)を単回の操作で観察することができる。
(4) VOC試験
コーティング組成物の揮発性有機化合物(VOC)放出量を測定するために、質量法を適用した。VOC含有量は、105℃で60分間加熱したときの組成物の質量減少に基づいて測定した。
(5) レオロジー試験
たれ製造剤及びコーティング組成物のチクソトロピー効果は、Anton Paarレオメータを使用して特性評価した。2Dレオロジープロファイルは、高速せん断速度変化により測定した。この試験は、2つの異なるせん断速度を有する2つの区間からなる(せん断速度1=1s-1)、せん断速度2=1000s-1)。チクソトロピーインデックスは、高せん断(η2)及び低せん断(η1)におけるサンプルの粘度の比として定義される。
(6) カッピング試験
エリクソンカッピングを用いて、コーティングの破壊に対する抵抗力を試験することにより、柔軟性を評価する。この試験では、直径20mmの半球状ポンチを使用し、室温で金属パネル上の乾燥及び硬化させたコーティングをゆっくりと引き伸ばす。コーティングの破壊が確認されるまで試験を行い、破壊時のへこみ深さ(単位:mm)をエリクソン指数、IEという。従来のコーティングのIEは5mmより大きい。
(7) 外観
乾燥及び硬化させたコーティングの外観は、BYKウェーブスキャンデュアルで測定される表面テクスチャによって評価する。表面テクスチャは、非常に細かいものから非常に粗いものまでの範囲の、種々のテクスチャの混合である。BYKウェーブスキャンデュアルは、異なるスケールレベルで表面テクスチャを測定し、波長によって同定される6つのカテゴリに分類される(Du、Wa、Wb、Wc、Wd、We)。これらの測定データに基づいて、Du、Lw、Swが計算され、ペインの出現レベルを示す。Du、Lw、Swの値が小さいほど、外観性能が良いことを表す。通常、良好な外観性能は、Lw<5及びSw<20を同時に満たすことと定義される。
(8) 光沢とヘイズ測定
乾燥及び硬化させたコーティングの光沢及びヘイズは、光沢計を用いて表面の鏡面反射光沢を測定することにより評価する。光沢は、一定の強度と角度の光線を表面に照射し、20°及び60°それぞれの等反射角度で反射された光量を測定することによって決定される。ヘイズは、微細な表面構造によって反射光の方向がわずかに変化し、鏡面(光沢)角度に隣接してブルームが発生するものである。表面は、低下した反射コントラスト及び浅い乳白色効果を有する。光沢計は、ヘイズと同様に画像の明瞭さ(DOI)を測定することによって、オレンジピールを定量化することができる。通常、良好な外観性能は、DOI>90及びヘイズ<20を同時に満たすことと定義される。
(9) 酸耐性
酸エッチング耐性は、酸処理後の20°光沢保持率により評価する。酸処理は、0.35MのFe(II)SO溶液を0.5MのHSOに浸漬することにより行った。試験中、コーティングを完全に酸で覆い、70℃で60分間保存した。酸処理前及び後の20°光沢を比較した。光沢保持率が高いほど、耐酸化性が優れることを示す。従来の2Kポリウレタン又は酸/エポキシクリアコートの20°光沢保持率は約70%である。
(10) アルカリエッチング耐性
アルカリエッチング耐性は、アルカリ処理後の20°光沢保持率により評価する。アルカリ処理は、1%水酸化ナトリウム溶液にコーティングを浸漬することにより行った。試験中、コーティングを完全にアルカリ溶液で覆い、70℃で60分間保存した。アルカリ処理前及び後の20°光沢を比較した。光沢保持率が高いほど、アルカリエッチング耐性が優れることを示す。従来の2Kポリウレタン又は酸/エポキシクリアコートの20°光沢保持率は約60%である。

Claims (23)

  1. a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
    b). 9質量%~75質量%の1つのモノマー及び/又は不飽和オリゴマー及び/又は不飽和ポリマー、
    c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
    d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
    を含む二重反応性コーティング組成物であって、
    すべての質量パーセントは、前記コーティング組成物の総質量に基づく、二重反応性コーティング組成物。
  2. a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
    b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル及び/又はポリウレタン変性オリゴマー及び/又はポリエステル変性オリゴマー、
    c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
    d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
    を含む二重反応性コーティング組成物であって、
    すべての質量パーセントは、前記コーティング組成物の総質量に基づく、二重反応性コーティング組成物。
  3. a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性ポリマー、
    b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル、
    c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
    d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
    を含む二重反応性コーティング組成物であって、
    すべての質量パーセントは、前記コーティング組成物の総質量に基づく、二重反応性コーティング組成物。
  4. 前記架橋性シラン官能性ポリマーが、
    i) 20質量%~50質量%の、式I
    C=CH-(CH-Si-(R(R3-m
    (式中、Rは、C1~C6を有するアリール又はアルキル基であり、Rは、C1~C6を有するアルコキシル基であり、mは0又は1であり、そしてnは0~3の整数である)で表されるビニルアルコキシシラン、
    ii) 50質量%~80質量%の(メタ)アクリレートモノマー、及び
    iii) 0~30質量%のスチレンモノマー
    を含むモノマーの重合により製造され、すべての質量パーセントは、前記シラン官能性ポリマーの総質量に基づくものである、請求項1から3のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物。
  5. 前記架橋性シラン官能性ポリマーが、
    i) 20質量%~50質量%のビニルトリメトキシシラン、
    ii) 50質量%~80質量%の、メチルメタクリレート、n-ブチルアクリレート、エチルヘキシルアクリレート及びヒドロキシプロピルメタクリレートから選択される少なくとも1つの(メタ)アクリレートモノマー、及び
    iii) 0~30質量%のスチレン
    を含むモノマーの重合により製造され、すべての質量パーセントは、前記シラン官能性ポリマーの総質量に基づくものである、請求項1から4のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物。
  6. 前記架橋性シラン官能性オリゴマー又はポリマーが、30,000未満、及び好ましくは20,000未満の質量平均分子量を有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物。
  7. 前記架橋性シラン官能性ポリマーが、0~150mgKOH/gのヒドロキシル価及び0~50mgKOH/gの酸価を有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物。
  8. 前記不飽和モノマー又はオリゴマー又はポリマーが、200~20000の質量平均分子量を有する、請求項1及び4から7のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物。
  9. 前記不飽和モノマー又はオリゴマー又はポリマーが、0~350mgKOH/gのヒドロキシル価及び0~150mgKOH/gの酸価を有する、請求項1及び4から8のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物。
  10. 前記不飽和ポリエステルが、少なくとも1つの一価不飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸又はその無水物と、少なくとも1つの飽和脂肪族ジオールとの縮合から製造される、請求項2又は3に記載の二重反応性コーティング組成物。
  11. 前記不飽和ポリエステルが、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸無水物及びフマル酸から選択される少なくとも1つの一価不飽和直鎖脂肪族ジカルボン酸又はその無水物と、ネオペンチルグリコール、1,4ブタンジオール、1,6ヘキサンジオール及びシクロヘキシルジメタノールから選択される少なくとも1つの飽和脂肪族ジオールとの縮合から製造される、請求項10に記載の二重反応性コーティング組成物。
  12. 前記開始剤が、ジベンゾイルペルオキシド(BPO)、エチル-2-オキソシクロペンタンカルボキシレート(EOC)及びベンゾピナコール(BP)から少なくとも選択される、請求項1から11のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物。
  13. 前記触媒が、フェニル酸ホスフェート(PAP)、アミン中和p-トルエンスルホン酸(NARCURE2500)及びアミン中和ホスフェート(NARCURE4575)から少なくとも選択される、請求項1から12のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物。
  14. 前記架橋性シラン官能性ポリマーが、2つの工程を含む方法により製造され、第1の工程において、ビニルアルコキシシランモノマー、メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマー及び開始剤を有機溶媒とブレンドして加熱し、そして第2の工程において、(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマー及び開始剤を添加し、この第2の工程では、前記(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマーを2以上のバッチで添加し、各バッチ間の時間は30分以上であり、各バッチで添加する(メタ)アクリレートモノマー及び任意のスチレンモノマーの質量比が1:15~15:1である、請求項1から13のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物。
  15. シラン官能性たれ調整剤をさらに含む、請求項1から14のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物。
  16. 請求項1から15のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物の硬化及び乾燥から得られたフィルム。
  17. 請求項1から15のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物でコーティングされた基材。
  18. 前記基材が自動車又はトラックである、請求項17に記載の基材。
  19. 請求項1に記載の二重反応性コーティング組成物の製造方法であって、
    a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
    b). 9質量%~75質量%の1つのモノマー及び/又は不飽和オリゴマー及び/又は不飽和ポリマー、
    c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
    d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
    の混合によるものであり、すべての質量パーセントが、前記コーティング組成物の総質量に基づく、方法。
  20. 請求項2に記載の二重反応性コーティング組成物の製造方法であって、
    a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性モノマー及び/又はオリゴマー及び/又はポリマー、
    b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル及び/又はポリウレタン変性オリゴマー及び/又はポリエステル変性オリゴマー、
    c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
    d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
    の混合によるものであり、すべての質量パーセントが、前記コーティング組成物の総質量に基づく、方法。
  21. 請求項3に記載の二重反応性コーティング組成物の製造方法であって、
    a). 24質量%~90質量%の架橋性シラン官能性ポリマー、
    b). 9質量%~75質量%の不飽和ポリエステル、
    c). 0.5質量%~10質量%の1つの開始剤、及び
    d). 0.5質量%~10質量%の1つの触媒
    の混合によるものであり、すべての質量パーセントが、コーティング組成物の総質量に基づく、方法。
  22. 請求項1から15のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物、反応性希釈剤及び添加剤を含み、固形分含量が90質量%以上、及び好ましくは95質量%以上である、ロールツーロールコーティング組成物。
  23. 請求項1から15のいずれか1項に記載の二重反応性コーティング組成物、反応性希釈剤、添加剤及び共溶媒を含み、VOC(揮発性有機化合物)が420g/L以下、及び好ましくは350g/L以下である、1Kクリアコート組成物。
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