JP3293033B2 - ポリイソシアネート硬化剤、これを使用したポリウレタン塗料用樹脂組成物 - Google Patents

ポリイソシアネート硬化剤、これを使用したポリウレタン塗料用樹脂組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリイソシアネート硬
化剤及びポリウレタン塗料用樹脂組成物に関する、更に
詳しくは、金属、プラスチック、木材等あらゆる被塗物
に有用なポリウレタン塗料用樹脂組成物に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】ヘキサメチレンジイソシアネート(以下
HDIという)から誘導されるポリウレタンは、その特
性により耐候性に優れていることが、良く知られてい
る。そこで塗料用としてHDIのポリオール付加体やビ
ュレット結合による変性体がポリイソシアネート硬化剤
として用いられている。しかし、ポリオール付加体やビ
ュレット結合による変性体とも加熱による分解劣化が起
り易く耐候性にも限界がある。また、HDI系化合物は
活性水素化合物との反応が遅く、架橋密度を上げ優れた
耐久性を得るためには焼付乾燥に頼らざるをえなかっ
た。一方、芳香族ジイソシアネートは、加熱による分解
劣化については、HDIのような脂肪族ジイソシアネー
トより優れているが、光により黄変するため芳香族ジイ
ソシアネートは耐候性塗料としては適していない。しか
し、反応性については、HDI系より速く、焼付条件に
おいてもHDI系に見られるような制限がない。そのた
め耐候性と耐熱性更に硬化性を具備したイソシアネート
が要望されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、従来の
問題点を改善するため鋭意研究検討を重ねた結果、HD
Iイソシアヌレート変性体とNCO基末端プレポリマー
とを併用することにより改善できることを見出し本発明
に至った。
【0004】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、ヘキサメ
チレンジイソシアネートのイソシアヌレート変性体とN
CO基末端プレポリマーとから成るポリイソシアネート
硬化剤及び、該硬化剤と分子量 500以上のポリオールと
から成るポリウレタン塗料用樹脂組成物である。
【0005】本発明のポリイソシアネート硬化剤は、H
DIのイソシアヌレート変性体とNCO基末端プレポリ
マーとから成るものである。HDIのイソシアヌレート
変性体は、1分子中にイソシアヌレート環を1個以上と
NCO基を2個以上同時に有するものである。イソシア
ヌレート変性体の製造としては、HDIに一般式CnH
2n+1COOHで示される有機酸のカリウム又はナトリウ
ム塩を触媒として、単独使用又は併用し、必要に応じて
助触媒をも併用し、 100℃以下で反応を行なうことがで
きる。使用できる触媒としては、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、ウンデシル酸及びこれらの分岐脂
肪酸のカリウム又はナトリウム塩が挙げられる。これら
の触媒と同時に、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、または第三級アミン類を助
触媒として用いると反応はさらに容易に進む。このよう
なHDIのイソシアヌレート化反応は、特開昭57−4
7319号公報に記載されている方法で行うことができ
る。このような変性体のNCO含量は17.0〜23.5重量%
である。
【0006】本発明のNCO基末端プレポリマーを得る
ためのポリイソシアネートとしては、芳香族、脂肪族、
脂環族等が用いられる。
【0007】芳香族ポリイソシアネートとしては、例え
ば、2,4−又は2,6−トルイレンジイソシアネー
ト、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、4,
4′,4″−トリイソシアナトトリフェニルメタン、
2,4,6−トリイソシアナトトルエン、又はアニリン
−ホルムアルデヒド縮合及びその後のホスゲン化により
つくられるようなポリフェニルポリメチレンポリイソシ
アネート(ポリメリックMDI)、ジフェニルメタンジ
イソシアネート(MDI)等があり、脂肪族又は脂環族
ポリイソシアネートとしては、例えばテトラメチレンジ
イソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、シク
ロブタン−1,3−ジイソシアネート、シクロヘキサン
−1,3−及び−1,4−ジイソシアネート、1−イソ
シアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナト
メチルシクロヘキサン(IPDI)、ペルヒドロ−2,
4−及び/又は−2,6−ジイソシアナトトルエン又は
ペルヒドロ2,4′−及び/又は−4,4′−ジイソシ
アナトジフェニルメタン等がある。
【0008】好ましいNCO基末端プレポリマーは、芳
香族ポリイソシアネートを使用したプレポリマーであ
り、特に好ましくは、2,2′−MDI、2,4′−M
DI、4,4′−MDI、ポリメリックMDI等の単独
又は任意の混合物、あるいはこれらイソシアネートの一
部をビウレット、アロファネート、カルボジイミド、オ
キサゾリドン、アミド、イミド等に変性したものと活性
水素基含有化合物とをイソシアネート基過剰で反応させ
ることにより得られるものである。このようなプレポリ
マーのNCO含量は、16.0〜30.0重量%である。
【0009】NCO基末端プレポリマーを得るための活
性水素基を有する化合物としては、低分子ポリオール、
ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオー
ル、ひまし油系ポリオール等が挙げられる。これらは単
独、又は2種以上の混合物として使用することができ
る。低分子ポリオールとしては、2価のもの例えば、エ
チレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレン
グリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサ
ンジオール、ネオペンチルグリコール、水添ビスフェノ
ールA等、3価以上のもの(3〜8価のもの)として
は、例えばグリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキ
サントリオール、ペンタエリスリトール、ソルビトー
ル、シュークローズ等が挙げられる。低分子ポリオール
の分子量は、62〜500 、他のポリオールの分子量は 300
〜5000が好ましい。
【0010】本発明に用いられる硬化剤は、HDIのイ
ソシアヌレート変性体と、NCO基末端プレポリマーと
を10〜90重量%:90〜10重量%の範囲で任意に混合使用
することができる。この範囲を外れると耐熱性、耐候性
及び硬化性のバランスがくずれて好ましくない。更に密
着性、耐汚染性、耐摩耗性等も劣るようになる。
【0011】本発明に使用することができる分子量 500
以上のポリオールとしては、ポリエステルポリオール、
ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオー
ル、アクリルポリオール等があり、ポリエステルポリオ
ールとしては、分子量 500〜9000のもので例えば、エチ
レングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレン
グリコール、1,2−プロピレングリコール、トリメチ
レングリコール、1,3−又は1,4−ブタンジオー
ル、1,6−ヘキサンジオール、デカメチレングリコー
ル、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリ
スリトール、ソルビトール等のヒドロキシル基を2個以
上有する単分子化合物の1種又は2種以上とアジピン
酸、コハク酸、マロン酸、マレイン酸、酒石酸、セバシ
ン酸、フタール酸、テレフタール酸、イソフタール酸、
トリメリット酸等のカルボキシル基を2個有する単分子
化合物、あるいはひまし油脂肪酸等の1種又は2種以上
との縮合反応により得られるものやε−カプロラクト
ン、メチル−δ−バレロラクトン等の開環重合によるラ
クトンエステル等が用いられる。
【0012】ポリエーテルポリオールとしては、分子量
500〜5000のもので例えば、エチレングリコール、ジエ
チレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレ
ングリコール等のグリコール類、グリセリン、トリメチ
ロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリス
リトール等のポリオール類にエチレンオキサイド、プロ
ピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを附加重合
せしめた水酸基含有ポリエーテルポリオール類が挙げら
れる。
【0013】ポリカーボネートポリオールとしては、分
子量 500〜3000のもので例えば、グリコール類とジメチ
ル、ジエチル等のジアルキルカーボネートの脱アルコー
ル縮合反応、あるいはグリコール類とジフェニルカーボ
ネートの脱フェノール縮合反応、あるいはグリコール類
とエチレンカーボネートの脱エチレングリコール縮合反
応などで得られるものが挙げられる。このグリコール類
としては、例えば、1,6−ヘキサンジオール、ジエチ
レングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタ
ンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、
ネオペンチルグリコール等の脂肪族ジオール、あるい
は、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロ
ヘキサンジメタノール等の脂環族ジオールが挙げられ
る。
【0014】アクリルポリオールとしては、分子量 500
〜100,000 のもので例えば、水酸基源としてヒドロキシ
アルキルアクリレートを用い、これにアルキルアクリレ
ート及びそれらと共重合し得る化合物等を組合せ共重合
によって得られる。ヒドロキシアルキルアルキレートと
しては、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒド
ロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシブチルアクリ
レート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒ
ドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキシブチルメ
タクリレート等があり、アルキルアクリレートとしては
アルキル基の炭素数が2〜16のもので、たとえばエチル
アクリレート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシ
ルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタク
リレート、ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシル
メタクリレート、ラウリルメタクリレート等がある。ま
た、共重合し得る化合物としては、スチレン、ジブチル
フマレート、ジブチルマレート、アリルアルコール等が
ある。
【0015】ポリオールの分子量が 500より小になる
と、塗膜が極端に硬くて脆くなり塗料としては適さな
い。分子量が 100,000を越えて高くなると粘度が高くな
り作業性が劣り、塗膜は軟くなりすぎて塗料としては適
さない。
【0016】本発明の塗料用樹脂組成物は、前述のHD
Iイソシアヌレート変性体及びNCO基末端プレポリマ
ーとポリオールとをNCO/OH比 0.8〜1.2 の配合に
より得られ、溶剤はこの分野で一般的なものが使用でき
るが、これを例示すれば次の通りである。即ち、トルエ
ン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢セロ、メチ
ルエチルケトン等を挙げることができる。塗料化には、
更に必要に応じて他の成分例えば、顔料、可塑剤、レベ
リング剤、界面活性剤その他の充填剤、添加剤等が併用
できる。又油変性して用いるにはヒマシ油等の乾性油を
用い、その他に通常の如く、アミン類、有機金属塩等の
触媒、増量剤、流れ改良剤、乾燥調整剤、つや消剤等の
各種塗料補助材料を用いることができる。
【0017】本発明による組成物は、耐熱性及び耐候性
が優れているので酸化防止剤、紫外線吸収剤等を添加し
なくとも耐候性塗料としての性能を十分に発揮すること
ができる。前述のようにして配合された塗料組成物は、
例えば、スプレー、刷毛塗り、浸漬、流し塗り、ロー
ル、ナイフコート等通常用いられている塗装方法のいず
れも適用でき、硬化はその基材により条件が異なるが、
常温又は加熱により硬化せしめればよい。また必要に応
じて触媒を加えることにより硬化を促進せしめることが
できる。本発明により得られた塗料は、耐熱、耐候性が
優れているため各種の金属類、プラスチック類、皮革
類、ガラス類、木材類、等すべての基材に対して広範囲
に応用できる。また、本発明のポリイソシアネート硬化
剤は、塗料用だけでなく、接着剤用樹脂、合成皮革用樹
脂、繊維用樹脂、磁気記録媒体用樹脂等の硬化剤として
応用することにより硬化を促進し、更に得られる硬化物
の耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性等あらゆる物性を向上さ
せ改良することができる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、硬化剤として、HDI
のイソシアヌレート変性体とNCO基末端プレポリマー
とからなる成分を使用することにより、耐熱性、耐候
性、硬化性等において相互のバランスがよく優れた性能
を示す。また、密着性、耐汚染性、耐摩耗性等において
も優れた物性を有している。
【0019】
【実施例】以下に、実施例及び比較例を掲げ本発明をさ
らに具体的に説明する。ただし、本発明は、これらに限
定されるものではない。実施例及び比較例における
「部」及び「%」は、特に言及しない限り全て「重量
部」、「重量%」である。
【0020】HDIのイソシアヌレート変性体の製造
(A) 温度計、攪拌機、窒素シール管を備えた 500ml容摺合せ
蓋付ガラス製四ツ口フラスコにHDI 300部、触媒とし
てカプリン酸カリウム 0.3部の割合で入れ、フラスコ中
の空気を窒素で置換し、攪拌しながら反応温度40℃に加
温した。同温度で6時間反応しNCO含量を測定したと
ころ42.5%であった。反応液は淡黄色透明の液体であっ
た。この反応液に停止剤としてリン酸0.21部を加え、反
応温度で1時間攪拌後、分子蒸留装置により遊離HDI
を除去した。得られた液は、淡黄色透明液体でNCO含
量21.0%、粘度 2800mPa・ s/25℃、遊離HDI 0.3%で
あった。 (A)
【0021】NCO基末端プレポリマーの製造(B) B−1 変性体の製造(A)と同様の装置を用いてMDI(日本
ポリウレタン工業製、商品名ミリオネートMT)318部と
ジエチレングリコール15部とを80℃で4時間反応させて
NCO含量28.5%、粘度 80cps/25℃のプレポリマーを
得た。このプレポリマーをB−1とする。
【0022】B−2 B−1と同様の装置を用いてカルボジイミド変性MDI
(日本ポリウレタン工業製、商品名ミリオネートMT
L)233部とPPG−2000 (旭電化製ポリエーテル)115.5
部とを80℃で4時間反応させてNCO含量18.0%、粘度
800mPa ・ s/25 ℃のプレポリマーを得た。このプレポリ
マーをB−2とする。
【0023】実施例1〜8、比較例1〜4 塗料用樹脂組成物の調製及び塗膜試験 表1に示す割合で塗料を調製した。そして、このように
して得られた塗料組成物の耐熱性、耐候性、硬化性を各
々、下記の試験法により測定した。結果を表2に示す。 耐熱性 ・・・・ この塗料組成物を離型紙上に塗布し、20
℃、65%RHの環境下で1週間放置して乾燥膜厚 100μ
のフィルムを得た。そして、そのフィルムをJIS K 6301
に準拠して4号ダンベルにて打ち抜き試験片を作成し
た。そのフィルムを50℃、 150℃の条件下で経過時間ご
とのフィルム物性、引張強さ(TB ) 、伸び(EB ) の
保持率 (%) を測定した。
【0024】耐候性 ・・・・ 上記の塗料組成物をトリクロ
ロエチレンで脱脂した鋼板(JIS G3141〈SPCC−SB〉、
仕様:PF−1077、日本テストパネル工業製;ボンデ鋼
板)に塗布し、20℃、65%RHの環境下で1週間放置
し、乾燥膜厚=40〜50μの塗膜を形成させた。そして、
サンシャインウェザオメータ(スガ試験機製)にて、ブ
ラックパネル温度=63±3℃、噴霧時間= 120分で18分
間の条件で、JIS K 5400に準じて 2,000時間後の光沢保
持率 (%) 、変色度(△E)を測定した。 硬化性 ・・・・ 耐熱性テストと同様の方法で作成したフィ
ルムを小さく切り、ソックスレー抽出装置に入れ、抽出
溶剤としてアセトンを用い、その沸点(56℃) にて4時
間、還流下アセトンによる抽出操作を行なった。そして
下記の式によりゲル分率値(%)を求めた。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】実施例9〜12、比較例5〜6 塗料用樹脂組成物の調製及び塗膜試験 表3に示す割合で塗料を調製した。そして、塩ビ床材に
バーコーターを用いて、その乾燥膜厚が 100μになるよ
うに塗布し、80℃で20分強制乾燥後、室温で15時間養生
して塗膜試験を行った。結果を表3に示す。 密着性試験: JIS K 5400 による。 耐汚染性:塗膜表面にマジックインキを塗布し、5分後
にブタノールを含浸させた布で拭き取り易さをみた。 ○───良好 △───劣る 耐摩耗性:テーバー試験法による。
【0028】
【表3】
【0029】表3の註 1)ひまし油系ポリエステルポリオール、酸価2、水酸
基価74、分子量2350、(ひまし油 500部、ジエチレング
リコール 132部、1,4−ブタンジオーール 157部、ア
ジピン酸 438部をエステル化反応により得た。)塗料化
は実施例1と同様に溶剤で希釈し、樹脂分を35%とし
た。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヘキサメチレンジイソシアネートのイソ
    シアヌレート変性体とNCO基末端プレポリマーとから
    成る硬化剤と分子量500以上のポリオールとから成る
    ことを特徴とするポリウレタン塗料用樹脂組成物。
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