JP2652166B2 - ウレタン塗料のポリオール成分用ヒマシ油脂肪酸エステル組成物 - Google Patents

ウレタン塗料のポリオール成分用ヒマシ油脂肪酸エステル組成物

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ウレタン塗料、殊に防食性のすぐれた二液
型ウレタン塗料のポリオール成分として有用なビスフェ
ノール構造を内包する低粘度のヒマシ油脂肪酸エステル
組成物に関するものである。
従来の技術 〈タール系防食塗料〉 防食塗料としては、従来より、コールタールエナメ
ル、アスファルト、タールエポシキ塗料、タールウレタ
ン塗料などのタール系防食塗料が使用されている。
〈ウレタン系防食塗料〉 また、ヒマシ油系ポリオールおよびビスフェノール系
ポリオールをポリオール成分として使用するウレタン系
防食塗料の研究も種々なされている。
すなわち、ヒマシ油系ポリオールは一般に粘度が低い
ため高濃度処方が可能になると共に、低発泡性であるこ
と、耐水性を付与できること、耐衝撃性、無機物分散性
を付与することができることなどの利点があるが、反面
金属密着性が不足すること、防食性が必ずしも充分では
ないこと、耐アルカリ性が不足することなどの欠点を持
っている。一方、一般に良く知られているエクピトロル
ヒドリン・ビスフェノール型エポキシ樹脂は、金属に対
する密着性付与という点で極めてすぐれているが、硬く
て脆い上に耐水性に乏しいという欠点を持っている。同
様に、エポシキ樹脂エステルやビスフェノールアルキレ
ンオキサイド付加ポリオールも上記のような欠点を持っ
ている。
このようにヒマシ油系ポリオールとビスフェノール系
ポリオールは、塗料用組成物の材料としてそれぞれ長
所、短所を補い、助長する関係にあるので、ヒマシ油系
ポリオールとビスフェノール系ポリオールとをポリオー
ル成分として用いるウレタン組成物の研究が種々なされ
てきた。
〈ビスフェノール・エピクロルヒドリン型エポシキ樹脂
を使用するもの〉 上述の防食ウレタン塗料のうち、ビスフェノール・エ
ピクロルヒドリン型エポキシ樹脂を使用するものとし
て、次のような出願がある。
特公昭58−18397号公報(特開昭51−41737号公報)に
は、 (A)ヒマシ油と分子内に水酸基を2〜4個有する化合
物とのポリオール、およびエポキシ化合物と脂肪酸モノ
カルボン酸との反応により得られるエポキシン変性体か
らなる混合物、 (B)有機ポリイソシアネート、 (C)顔料及び必要に応じてその他の添加剤、 からなる防食塗料が示されている。
特開昭54−87737号公報には、ビスフェノール型エポ
キシ樹脂1モルに脂肪酸(ヒマシ油脂肪酸など)2モル
を反応させて得られるエポキシエステル、末端ヒドロキ
シル化ポリブタジエン、および1分子中に3個のヒドロ
キシル基を有する多価アルコール1モルと脂肪酸(ヒマ
シ油脂肪酸など)1モルとを反応させて得られる脂肪酸
エステルを含有してなる防食ウレタン塗料用樹脂組成物
が示されている。
〈ビスフェノールのアルキレンオキサイド付加物を使用
するもの〉 上述の防食ウレタン塗料のうち、ビスフェノールのア
ルキレンオキサイド付加物とヒマシ油系ポリオールとを
混合使用するものとして、次のような出願がある。
特開昭57−44678号公報には、ポリメチレンポリフェ
ニルポリイソシアネートからなるNCO成分(A)ならび
にビスフェノール類のオキシアルキレンエーテル、低分
子量ポリオールおよび高分子量ポリオール(ヒマシ油系
ポリオール、ポリエンポリオール)からなる活性水素成
分(B)を必須成分としてなる防食塗料の組成物が示さ
れている。
特開昭57−92060号公報には、ポリメチレンポリフェ
ニルポリイソシアネートからなるNCO成分(A)ならび
にビスフェノール類のオキシアルキレンエーテルおよび
高分子量ポリオール(ヒマシ油系ポリオール、ポリエン
ポリオール)からなる活性水素成分(B)を必須成分と
してなるポリウレタン系防食塗料用の組成物が示されて
いる。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のうちタール系防食塗料は、防食
性の点ではすぐれているものの、低温における硬化性、
脆化防止性、耐衝撃性、可撓性が必ずしも良好ではない
上、タールは発ガン物質を含んでいるのでその使用が制
限される傾向ある。また、タールエポキシ塗料は硬化時
間が長く、特に冬期の低温時は硬化が遅きにすぎて実用
上問題がある。この対策としてタールウレタン塗料が冬
期だけ使用されることもあるが、タールウレタン塗料は
防食性がタールエポキシ塗料に比しかなり劣るという問
題がある。
ヒマシ油系ポリオールおよびビスフェノール系ポリオ
ールを用いた防食ウレタン塗料のうち、ビスフェノール
・エピクロルヒドリン型エポキシ樹脂を使用するもの
は、一般的に高粘度液体か固体であるため、無溶媒また
はハイソリッド塗料としての使用には著しい用途制限を
受ける。
ヒマシ油系ポリオールおよびビスフェノール系ポリオ
ールを用いた防食ウレタン塗料のうち、ビスフェノール
のアルキレンオキサイド付加物を使用するものも、次の
ような問題点がある。すなわち、ビスフェノールのアル
キレンオキサイド付加物は、アルキレンオキサイドの付
加モル数が多いほど粘度は低下するが、エーテル結合の
影響で防食性が阻害されるため、防食塗料の目的にはア
ルキレンオキサイドの付加モル数が小さいものを用いる
必要がある。ところがアルキレンオキサイドの付加モル
数の小さいものは粘度が高くなるため、低粘度のヒマシ
油系ポリオールと併用してポリイソシアネートとの反応
に供するときに、混合操作に細心の注意を払わないと均
一反応に支障を生ずることがある。
本発明は、ヒマシ油系ポリオールおよびビスフェノー
ル系ポリオールを用いた防食ウレタン塗料における上記
のような問題点を克服することを目的とするものであ
る。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため各種の化合物を合成し、そ
のウレタンポリオールとしての有用性を調べた結果、ビ
スフェノールAのアルキレンオキサイド2〜5モル付加
物のヒマシ油脂肪酸モノまたはジエステルからなるウレ
タン塗料のポリオール成分用ヒマシ油脂肪酸エステル組
成物がこの目的に有用であることを見い出し、本発明を
完成するに至った。
本発明のヒマシ油脂肪酸エステル組成物は、ビスフェ
ノールAのアルキレンオキサイド2〜5モル付加物に、
ヒマシ油、ヒマシ油脂肪酸またはヒマシ油脂肪酸アルキ
ルを1〜2モル(ただしヒマシ油の場合にはその構成ヒ
マシ油脂肪酸として1〜2モル)反応させることにより
製造される。
ビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物として
は、ビスフェノールAに、エチレンオキサイド、プロピ
レンオキサイド、ブチレンオキサイドなどのアルキレン
オキサイドを付加したものが用いられる。アルキレンオ
キサイドの付加モル数は、防食性が阻害されない範囲で
ある2〜5に設定される。上記中、本発明の目的に特に
好ましいものは、ビスフェノールAのプロピレンオキサ
イド2〜5モル付加物またはビスフェノールAのエチレ
ンオキサイド2〜5モル付加物である。
ヒマシ油脂肪酸アルキルとしては、ヒマシ油脂肪酸の
低級アルキルエステル、殊にメチルエステルが用いられ
る。
ビスフェノールAのアルキレンオキサイド2〜5モル
付加物と、ヒマシ油またはヒマシ油脂肪酸アルキルとの
反応は、通常、不活性ガス雰囲気下に両者をアルカリ触
媒の存在下に加熱反応させることにより達成できる。ビ
スフェノールAのアルキレンオキサイド2〜5モル付加
物とヒマシ油脂肪酸との反応は、通常、不活性ガス雰囲
気下に両者を酸触媒の存在下に加熱反応させることによ
り達成できる。
反応温度は160〜250℃、殊に180〜240℃とし、反応時
間は1〜10時間程度とする。
このようにして得られたビスフェノール構造を内包す
るヒマシ油脂肪酸エステル組成物は、二液型ウレタンシ
ステムにおいてポリイソシアネート成分と反応させるた
めのポリオール成分として特に有用である。
ウレタンシステムにおけるポリイソシアネート成分と
しては、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、
ポリメライズドMDI、カルポジイミド変性MDI、トリレン
ジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、キシ
レンジイソシアネート、ジフェニルスルホンジイソシア
ネート、トリフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサ
メチレンジイソシアネート、3−イソシアネートメチル
シクロヘキルジイソシアネート、ジフェニルプロパンジ
イソシアネート、フェニレンジイソシアネート、シクロ
ヘキシレンジイソシアネート、3,3′−ジイソシアネー
トジプロピルエーテル、トリフェニルメタントリイソシ
アネート、イソフォロンジイソシアネート、ジフェニル
−4,4′−ジイソシアネート、1,8−ジイソシチネート−
4−イソシアネートメチルオクタンなど、あるいはこれ
らのポリイソシアーネとポリオールまたはモノオールを
反応させて得られる末端イソシアネートプレポリマーな
どが用いられる。
ウレタン化反応に際しての本発明のヒマシ油脂肪酸エ
ステル組成物とポリイソシアネートとの配合割合は、ヒ
マシ油脂肪酸エステル中のOH基とポリイソシアネート中
のNCO基との割合NCO/OHが0.8〜1.4の範囲となるように
するのが、充分な硬化が図られるので好ましい。
硬化は、室温で行ってもよく、加熱下に行ってもよ
い。
なおウレタン化反応に際しては、必要に応じ、充填剤
または顔料、難燃剤、硬化促進剤、架橋剤、触媒、消泡
剤、揺変剤、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、レベ
リング剤等の添加剤を配合することができる。
本発明のヒマシ油脂肪酸エステル組成物をポリオール
成分として用いた二液型ウレタンシステムは、港湾施
設、船舶、橋梁、埋設鋼官、原油・石油製品用タンク、
プラント構築物などに塗装する防食塗料として特に有用
であり、木工・皮革その他金属以外の塗料としても有用
である。また、コーティング剤、接着剤、コーキング
剤、シーラント、ライニング剤、床材などとしても用い
ることができる。
作用および発明の効果 本発明におけるビスフェノールAのアルキレンオキサ
イド2〜5モル付加物のヒマシ油脂肪酸モノまたはジエ
ステルは、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド2
〜5モル付加物がビスフェノールAプロピレンオキサイ
ド2モル付加物である場合を例にとると、下記の式で表
わされる。
ビスフェノールAのアルキレンオキサイド2〜5モル
付加物単位をX、ヒマシ油脂肪酸単位をYで表わすと、
本発明のヒマシ油脂肪酸エステル組成物は、モノエステ
ルの場合が「X−Y」、ジエステルの場合が「Y−X−
Y」で表されることになる。
従って、ウレタン化に際しこのヒマシ油脂肪酸エステ
ル組成物とポリイソシアネートとを反応させれば、「X
−Y」または「Y−X−Y」の単位にポリイソシアネー
トIが付加反応することになる。
ちなみに、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド
2〜5モル付加物とヒマシ油との機械的混合物にポリイ
ソシアネートIを加えて反応させるときは、これらにI
がランダムに反応することになるので、得られるポリウ
レタンは、化学構造的にも本発明のヒマシ油脂肪酸エス
テル組成物を用いたウレタンシステムとは相違すること
になる。
本発明のヒマシ油脂肪酸エステル組成物は、上記X単
位の利点である防食性、金属密着性と、上記Y単位の利
点である低粘度成、可塑剤、低発泡性、耐水性、耐衝撃
性、無機物分散性とを併せ有しており、X単位の欠点で
ある硬くて脆い性質、耐水性の不足と、Y単位の欠点で
ある高い粘度、防食性の不足、耐アルカリ性の不足と
は、実用上支障のない程度にまでカバーされている。
加えて、これら性質の異なる2種の単位X,Yをエステ
ルとして分子を構成したため、ウレタンポリオールとし
て使用した場合、ポリイソシアネートとの均一混合性が
よく、作業性が向上し、また安定した物性の硬化物が得
られる。
実 施 例 次に実施例をあげて本発明をさらに説明する。以下、
「部」、「%」とあるのは重量基準で示したものであ
る。
実施例1 ヒマシ油脂肪酸メチル(OH価169.4mgKOH/g、粘度25ca
p/25℃)47部(0.147モル)、旭電化工業株式会社製ア
デカポリエーテルBPX−11(ビスフェノールAのプロピ
レンオキサイド 2.1モル付加物、分子量362、OH価310m
gKOH/g、粘度10万cps 以上(25℃))53部(0.146モ
ル)、および触媒としての和光純薬株式会社製SM−28
(ソジウムメチラート28%)1部を反応器に仕込み、窒
素ガス雰囲気下、200〜220℃で3時間、常圧で反応さ
せ、その後リン酸で中和し、白土、セライトを加えてろ
過し、目的とするヒマシ油脂肪酸モノエステルを得た。
得られたモノエステルのOH価は172.9mgKOH/g、粘度は
5320cps/25℃であった。
実施例2 ヒマシ油脂肪酸メチルを57部(0.178モル)、BPX−11
を43部(0.119モル)、触媒としてのSM−28を1部用い
たほかは、実施例1と同様にしてヒマシ油脂肪酸モノエ
ステルとジエステルのほぼ等量の混合物を得た。
得られたエステルのOH価は142.5mgKOH/g、粘度は2350
cps/25℃であった。
実施例3 ヒマシ油脂肪酸メチルを63部(0.197モル)、BPX−11
を37部(0.102モル)、触媒としてのSM−28を1部用い
たほかは、実施例1と同様にしてヒマシ油脂肪酸ジエス
テルを得た。
得られたジエステルのOH価は、122.3mgKOH/g、粘度は
1640cps/25℃であった。
実施例4 ヒマシ油脂肪酸を46部(0.147モル)、BPX−11を54部
(0.149モル)、触媒としてのp−トルエンスルホン酸
を0.2部用いたほかは、実施例1と同様にしてヒマシ油
脂肪酸モノエステルを得た。
得られたモノエステルのOH価は133.1mgKOH/g、粘度は
4480cps/25℃であった。
実施例5 ヒマシ油脂肪酸を56部(0.178モル)、BPX−11を44部
(0.122モル)、触媒としてのp−トルエンスルホン酸
を0.2部用いたほかは、実施例1と同様にしてヒマシ油
脂肪酸モノエステルとジエステルのほぼ等量の混合物を
得た。
得られたエステルのOH価は120.0mgKOH/g、粘度は、29
80cps/25℃であった。
実施例6 ヒマシ油脂肪酸63部(0.197モル)、BPX−11を37部
(0.102モル)、触媒としてのp−トルエンスルホン酸
を0.2部用いたほかは、実施例1と同様にしてヒマシ油
脂肪酸ジエステルを得た。
得られたジエステルのOH価は90.7mgKOH/g、粘度は222
0cps/25℃であった。
実施例7 ヒマシ油(OH価161.6mgKOH/g、粘度680cps/25℃)を6
3部(0.066モル)、PBX−11を37部(0.102モル)、およ
び触媒としてのSM−28を1部用い、窒素ガス雰囲気下、
230℃で2時間、常圧で反応させ、その後リン酸で中和
し、白土、セライトを加えてろ過し、目的とするヒマシ
油脂肪酸ジエステルを得た。
得られたジエステルのOH価は205.0mgKOH/g、粘度は22
00cps/25℃であった。
実施例8 ヒマシ油脂肪酸メチル(OH価169.4mgKOH/g、粘度25cp
s/25℃)61部(0.191モル)、三洋化成工業株式会社BPE
(ビスフェノールAのエチレンオキサイド4モル付加
物、分子量404、OH価277mgKOH/g)39部(0.097モル)、
および触媒としてのSM−28を1部用い、窒素ガス雰囲気
下、180〜220℃で3時間、常圧で反応させ、その後リン
酸で中和し、白土、セライトを加えてろ過し、目的とす
るヒマシ油脂肪酸ジエステルを得た。
得られたジエステルのOH価は116.6mgKOH/g、粘度430c
ps/25℃であった。
実施例1〜8で得られたヒマシ油脂肪酸エステル組成
物の特性値を、第1表にまとめて示す。
表中、Yは、ヒマシ油脂肪酸メチル、ヒマシ油脂肪
酸、またはヒマシ油中の構成ヒマシ油脂肪酸のモル数で
ある。Xは、BPX−11またはBPEのモル数である。
第1表に示したように、本発明のヒマシ油脂肪酸エス
テル組成物は、ウレタンポリオールとして取り扱いやす
い粘度を有する。
〈ウレタン化反応〉 試験例1 実施例1〜8で得たヒマシ油脂肪酸エステル組成物と
カルポジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート
(日本ポリウレタン工業株式会社製ミリオネートMTL)
とをNCO/OH=1.05〜1.15の割合で混合後、サンドブラス
ト鋼板に塗布して常温に14日間放置し、膜厚30μの乾燥
塗膜を得たが、いずれの場合も容易に均一混合を行うこ
とができた。また、二液混合のポットライフは50〜90
分、指触乾燥時間は120〜190分と適度であり、得られた
硬化物は、ゴバン目試験、屈曲試験、デュポン衝撃試
験、耐酸性試験、耐アルカリ性試験、塩水試験におい
て、実用上満足すべき物性を示した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−1521(JP,A) 特開 昭57−87417(JP,A) 特開 昭58−138724(JP,A) 特開 昭62−227915(JP,A) 特開 昭61−26676(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ビスフェノールAのアルキレンオキサイド
    2〜5モル付加物のヒマシ油脂肪酸モノまたはジエステ
    ルからなるウレタン塗料のポリオール成分用ヒマシ油脂
    肪酸エステル組成物。
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