JP3334116B2 - 部分ブロックイソシアネート硬化剤組成物および該硬化剤を用いたポリウレタン塗料組成物 - Google Patents

部分ブロックイソシアネート硬化剤組成物および該硬化剤を用いたポリウレタン塗料組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業状の利用分野】本発明は、作業性と硬化性に優
れ、硬化時の発泡、反応制御に優れた部分ブロックイソ
シアネート硬化剤組成物に関するものであり、成形分
野、塗料分野等広く産業界に使用しうる該部分ブロック
イソシアネート硬化剤を用いたポリウレタン塗料組成物
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリウレタン樹脂は、イソシアネートの
強い反応性により常温で硬化反応が進行し、他の樹脂と
比べて耐磨耗性、耐衝撃性、耐薬品性、耐候性等に優れ
た硬化物を形成する。しかし、塗料分野で常乾タイプと
称するいわゆる主剤/硬化剤の二液システムの場合は、
常温で硬化が進行するため硬化性においては加熱などの
強制手段をとる必要がないが、配合液の粘度上昇(以
後、ポットライフという)等の問題があり、作業上の制
約があった。また、成形分野においても発熱が大きく、
焼け、熱膨張、発泡が起こり表面状態が悪くなる傾向に
あった。
【0003】一方、イソシアネート基を適当な活性水素
化合物(以下、ブロック剤と略称する。)例えば、アル
コール類、フェノール類、ラクタム類、オキシム類等で
ブロック(マスク)したブロックイソシアネート化合物
と多価ヒドロキシル化合物とからなる一液型が、ポット
ライフの点では制約がなく作業性に優れており、特に自
動車生産ラインの塗装やPCM(プレコートメタル)塗
装分野等に好んで使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ブロックイソ
シアネートは加熱によりブロック剤が脱離することによ
りイソシアネート基を再生するため、硬化物の発泡、ブ
ロック剤の飛散による体積収縮、肉やせ、ヤニ発生、ブ
ロック剤による硬化物の黄変等の問題が発生し、通常の
二液型より硬化物の外観が悪くなる。さらに、飛散した
ブロック剤による大気汚染や人体への悪影響という欠点
を有する。そして、ブロック剤の種類にもよるが硬化温
度以下では硬化反応が進行しない。例えば、塗料分野
で、加熱乾燥の場合、塗装してすぐ炉に入れて加熱する
と、塗膜中の溶剤が急激に蒸発して塗膜が流れたり、塗
膜の発泡や肌荒れが起こることがある。これを防ぐた
め、炉に入れる前にしばらく常温で放置してある程度溶
剤を蒸発させる。この常温放置のことをセッティングと
称する。そのセッティングの際に樹脂系や塗料系の粘度
が低い場合などは、溶剤をうまく選択しないと成膜化が
遅くなる現象や垂直部分では塗料のたれ現象が起こるな
どの問題が生じてくるため、ある程度の硬化性が必要と
なる。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らはこのような
従来の問題点を解決するため鋭意検討の結果、塗膜の発
泡を起こさない重合性ブロック剤を用い、ポリイソシア
ネート基のすべてをブロックするのではなく、所望の作
業条件(ポットライフと硬化性のバランス)に応じたブ
ロック化率を有する部分ブロックイソシアネート化合
物、および多価ヒドロキシル化合物との硬化性組成物、
さらには多価ヒドロキシル化合物とのポリウレタン塗料
組成物を提供することを目的とする。即ち、本発明は、
ポリイソシアートのイソシアネート基が、アクリルまた
はメタアクリル型二重結合を少なくとも一つ以上含有す
る活性水素化合物(A)および下記一般式(1)及び
(2)で表わされる単官能性活性水素を含有するグリコ
ールエーテル類化合物(B)のブロック剤からなるブロ
ックイソシアネート硬化剤組成物および該ブロックイソ
シアネート硬化剤と多価ヒドロキシ化合物とからなるポ
リウレタン塗料組成物である。
【化3】
【化4】 (式中、R 1 、R 2 は、直鎖または分岐のアルキル基を
示し、nは1以上の整数を示す。)
【0006】本発明のポリイソシアネート用ブロック剤
のうち、アクリルまたはメタアクリル型二重結合を有す
る活性水素化合物(A)としては、例えば、アリルアル
コール、2−ヒドロキシエチルアクリレート(以下、H
EAと略称する。)、2−ヒドロキシプロピルアクリレ
ート、2−ヒドロキシエチルメタアクリレート(以下、
HEMAと略称する。)等のヒドロキシアクリレート類
化合物およびアセト酢酸アリル、マロン酸ジアリル等の
二重結合を有する活性メチレン化合物を挙げることがで
きる。
【0007】これらの化合物は、その分子内に重合性二
重結合を有しているため加熱または紫外線、電子線等の
エネルギーにより重合する一方、加熱により解離しイソ
シアネート基を再生しうる活性水素を有している。その
ため、この化合物によりブロックされたイソシアネート
化合物、該ブロックイソシアネート化合物と多価ヒドロ
キシル化合物との成型物、該ブロックイソシアネート化
合物と多価ヒドロキシル化合物との塗料組成物は、ブロ
ック剤が反応系外に飛散することなく、硬化物を形成す
ることができる。
【0008】これらの重合性二重結合を有している活性
水素化合物の導入の効果を生かすためには、アクリルま
たはメタアクリル型二重結合を有する活性水素化合物
(A)/単官能性活性水素を含有するグリコールエーテ
ル類化合物(B)のモル比が1.0〜19.0が好まし
い。
【0009】また、本発明で使用する単官能性活性水素
を含有するグリコールエーテル類化合物(B)としては
例えば、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエ
チレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレング
リコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコー
ルモノブチルエーテル、ペンタエチレングリコールモノ
ブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエー
テル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エ
チレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、
ジエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテ
ル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジブロ
ピレングリコールモノメチルエーテル、等を挙げること
ができる。これらの化合物の中では、硬化温度にもよる
が硬化時に成形物や塗膜からの飛散の可能性の少ない高
沸点化合物の方が好ましく、ジエチレングリコールモノ
ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエ
ーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテ
ル、ペンタエチレングリコールモノブチルエーテル、ジ
エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレング
リコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、ジエチレ
ングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテルが好ま
しい。
【0010】本発明のブロックイソシアネート硬化剤組
成物を形成するためのイソシアネート化合物としては、
例えば、トリレンジイソシアネート(以下、TDIと略
称する。)として、2,4−TDI、2,6−TDI、
ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、MDIと略
称する。)として、2,2′−MDI、2,4′−MD
I、4,4′−MDI、キシレンジイソシアネート(以
下、XDIと略称する。)フェニレンジイソシアネー
ト、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイ
ソシアネート、水素化TDI、水素化MDI、水素化X
DI、モノメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ト
リメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンイソ
シアネート、ドデカメチレンジイソシアネート等のジイ
ソシアネート類や、これらジイソシアネート類のウレタ
ン化物、ビュレット化物、イソシアヌレート化(トリマ
ー化)物、カルボジイミド化物およぴ重合物を挙げるこ
とができる。さらに、上記化合物の2種以上の混合物を
用いることもできる。本発明のブロックイソシアネート
硬化剤組成物においてイソシアネート基のブロック化率
5〜95モル%である。
【0011】本発明は、前述のようにポットライフと硬
化性のバランスをとるためポリイソシアネートのイソシ
アネート基のブロック化率を5〜95モル%に限定した
ところに新規性があるが、さらに硬化時に起こる前記の
塗膜の発泡等の問題を解決するためにはこの硬化温度以
上の沸点を有するブロック剤を用いることが好ましく、
これも本発明を構成する重要な項目である。ブロックイ
ソシアネートにおいては、ブロック剤が解離して塗膜か
ら揮散するのが一般的な機構であり、その揮散の際塗膜
の発泡、ワキ等が起こる。本発明に用いることのできる
ブロックイソシアネートは、攪拌機、温度計、還流冷却
器を備えた反応器に、該当ポリイソシアネートを仕込
み、これを攪拌しながら該当するブロック剤を仕込み、
70〜80℃に加熱し、目標イソシアネート含量(以
下、目標NCO含量と称する。)に到達するまで反応さ
せることにより目的物を得ることができる。
【0012】通常、これらの反応は溶剤系または無溶剤
系でおこなうことができる。溶剤系の場合は、ポリウレ
タン工業に常用の不活性溶剤、たとえばトルエン、キシ
レン等の芳香族系溶剤、メチルエチルケトン、メチルイ
ソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、
酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル等のエステル
系溶剤、エチレングリコ−ルエチルエ−テルアセテ−
ト、プロピレングリコ−ルメチルエ−テルアセテ−ト、
3−メチル−3−メトキシブチルアセテ−ト、エチル−
3−エトキシプロピオネ−ト等のグリコ−ルエ−テルエ
ステル系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエ
−テル系溶剤を1種または2種以上使用することもでき
るため、使用条件に応じた粘度に調整することができ
る。
【0013】一方、本発明のポリウレタン塗料組成物に
使用される多価ヒドロキシル化合物としては、分子内に
2個以上の水酸基を有する多価ヒドロロキシル化合物が
好ましい。例えば、飽和または不飽和ポリエステルポリ
オール、ポリカプロラクトンポリオール、飽和または不
飽和の油変性または脂肪酸変性アルキッドポリオール、
アミノアルキッドポリオール、ポリカ−ボネ−トポリオ
ール、アクリルポリオール、ポリエ−テルポリオール、
エポキシポリオール、含フッ素ポリオール、さらには飽
和または不飽和ポリエステル樹脂、ポリカプロラクトン
樹脂、飽和または不飽和の油変性または脂肪酸変性アル
キッド樹脂、アミノアルキッド樹脂、ポリカ−ボネ−ト
樹脂、アクリル樹脂、ポリエ−テル樹脂、エポキシ樹
脂、ポリウレタン樹脂、セルロ−スアセテ−トブチラ−
ト樹脂、含フッ素樹脂等が挙げられる。
【0014】本発明に用いるブロックイソシアネート硬
化剤組成物の全イソシアネート基と上記の多価ヒドロキ
シル化合物の水酸基とのモル比は0.2〜1.5、好ま
しくは0.5〜1.5の範囲である。本発明の硬化剤、
塗料組成物は、硬化促進触媒、遅延剤、紫外線吸収剤、
酸化防止剤、レベリング剤などの各種添加剤および各種
顔料等を含んでいてもよい。更に、本発明の硬化剤、塗
料組成物は、ポリウレタン成形分野で使用されている成
形機、発泡機を使用することができ、そして塗料分野で
は、従来より行われている通常の塗装方法によって塗装
することができ、塗装にはエアレススプレ−機、エアス
プレ−機、静電塗装機、浸漬、ロ−ル塗装機、ハケ等を
用いることができる。
【0015】
【発明の効果】本発明により、ポットライフと硬化性の
バランスがとれ、硬化時の発泡、反応制御に優れた部分
ブロックイソシアネート硬化剤組成物、および該硬化剤
組成物と多価ヒドロキシル化合物とからなるポリウレタ
ン塗料組成物を得ることができる。本発明の部分ブロッ
クイソシアネート硬化剤組成物を用いれば、一般的な二
液タイプほど急激な反応が進行しないため、急激な粘度
上昇が抑えられ流れ性の改善が達成でき、また急激な熱
膨張も抑えられる。そして、塗料分野においては従来の
塗料よりも作業性が向上し、厚塗りすることができ、ワ
キ、タレ限界が向上し、金属、プラスチック、コンクリ
ート、木材、オーディオテープ・ビデオテープ・フロッ
ピーディスクなどの記録媒体等の広範囲の分野に適用が
可能で、広く産業界に寄与できる。
【0016】
【実施例】次に、本発明について、実施例および比較例
によりさらに説明する。実施例および比較例における
「部」および「%」は、すべて「重量部」、「重量%」
を意味する。
【0017】部分ブロックイソシアネート硬化剤の製造実施例1、2 攪拌機、温度計、還流冷却器を取り付けた四つ口フラス
コに、表1に記載の各種原料を仕込んだ。すなわち、有
機ポリイソシアネートを仕込み、HEAまたはアセト酢
酸アリルを仕込み、目標NCO含量に達するまでポリウ
レタン化を進めた後、表1に記載の各種グリコールエー
テルを仕込みさらにブロック化反応を行った。これらの
反応生成物の原料を表1、性状を表2に示す。
【0018】比較例3 TDI325.8gと酢酸ブチル400gとを仕込み、
トリメチロールプロパン16.5g、ポリプロピレング
リコール(分子量1000)257.8gを仕込み、目
標NCO含量=12.0%(固形分60%)に達するま
でポリウレタン化を進め、TDIプレポリマーAを得
た。そのうち、表1に記載の量だけを別のフラスコにと
り、HEAを仕込み目標NCO含量に達するまでブロッ
ク化反応を進めた。これらの反応生成物の原料を表1、
性状を表2に示す。
【0019】比較例1、2、4 実施例 と同様の方法で反応生成物を得た。これらの反応
生成物の原料を表1、性状を表2に示す。
【0020】なお、HEAまたはアセト酢酸アリルによ
るブロック化反応および各種グリコールエーテルによる
ブロック化反応によりブロックされるイソシアネート基
の量を有効イソシアネート含量(以下、有効NCO含量
と称する。)と称する。そして、ブロックされていない
イソシアネート基の量を末端イソシアネート含量(以
下、末端NCO含量と称する。)と称する。
【0021】表1に商品名で記載したポリイソシアネー
トおよび記号で記載したポリオールの内容は以下の通
り。 ミリオネートMR200:日本ポリウレタン工業製ポリ
メリックMDI コロネートHX :日本ポリウレタン工業製HD
I系ポリイソシアヌレート グリコールエーテルA:エチレングリコールモノ−n−
ヘキシルエーテル グリコールエーテルB:プロピレングリコールモノメチ
ルエーテル グリコールエーテルC:トリエチレングリコールモノブ
チルエーテル グリコールエーテルD:ジエチレングリコールモノ−2
−エチルヘキシルエーテル
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】実施例、比較例5〜9 実施例1、2、比較例1〜で得られた反応生成物を用
いて表3に示す塗料組成物を得た。表中のニッポラン1
100は、日本ポリウレタン工業製ポリエステルポリオ
ールで水酸基価213、固形分100%である。
【0025】なお、ニッポラン1100との配合は、該
ブロックイソシアネート化合物の有効NCO含量と末端
NCO含量の合計から求めたイソシアネート基のモル数
と、ニッポラン1100の水酸基価から求めたイソシア
ネート基のモル比を1.0として配合した。
【0026】
【表3】
【0027】表3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〈3141−S
B〉、仕様:PF−1077、日本テストパネル工業株
式会社製、以下、ボンデ鋼板と略称する。)に塗布し、
180℃、20分加熱し、乾燥膜厚=180〜200μ
の塗膜を形成させ、塗膜外観を観察した。粘度上昇率、
たるみ性は以下の方法により測定した。その結果を表4
に示す。
【0028】粘度上昇率 表2の各組成物(ワニス)を160gずつ、200ml
のサンプルビンにとり、 25℃雰囲気下で粘度を測定
し、1時間後の増粘率(%)を粘度上昇率(%)として
表現した。たるみ性 JIS K5400に準拠して測定した。たるみが「あ
る」または「なし」の表現で表した。塗膜外観 JIS K5400に準拠して測定した。但し、発泡性
は目視で判断した。
【0029】
【表4】
【0030】
【0031】比較例10 比較例1より得られるイソシアネート119.3gとポ
リプロピレングリコール(分子量2000)880.7
gとを配合し、上記と同様の混合機を用い、従来通り8
0℃、30分で成形したところ成形物は発泡を起こし外
観が不良であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/00 - 18/87 C09D 175/04 - 175/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリイソシアートのイソシアネート基
    が、アクリルまたはメタアクリル型二重結合を少なくと
    も一つ以上含有する活性水素化合物(A)と下記一般式
    (1)及び(2)で表わされる単官能性活性水素を含有
    するグリコールエーテル類化合物(B)、該活性水素化
    合物(A)/該グリコールエーテル類化合物(B)のモ
    ル比が1.0〜19.0であるブロック剤からなる、ブ
    ロック化率が5〜95モル%の部分ブロックイソシアネ
    ート硬化剤組成物。【化1】 【化2】 (式中、R 1 、R 2 は、直鎖または分岐のアルキル基を
    示し、nは1以上の整数を示す。)
  2. 【請求項2】請求項1記載の部分ブロックイソシアネー
    ト硬化剤、多価ヒドロキシル化合物を含有してなる塗料
    組成物であって、その全イソシアネート基と水酸基のモ
    ル比が0.2〜1.5の範囲になるようなポリウレタン
    塗料組成物。
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