JP3490123B2 - 部分的に脱官能化されたアミノプラストによる重合体組成物の硬化 - Google Patents
部分的に脱官能化されたアミノプラストによる重合体組成物の硬化Info
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Description
使用する組成物、に関する。
として広く使用されている。アミノプラスト樹脂は、一
般的に特定のポリアミン、例えばメラミンまたは尿素を
アルデヒド、例えばホルムアルデヒド、と反応させ、ア
ミノ窒素上にアルキロール基の置換基を形成することに
より製造される。アルキロール基は、アルコールと反応
させてアルキルアルコキシ基を形成することによりアル
キル化することができる。アルキルアルコキシまたはア
ルキロール基は、重合体骨格に付加できる様々な官能基
と反応し得る。その様な官能基には、ヒドロキシル、酸
(例えばカルボキシル)、カルバミン酸エステル、アミ
ド、およびウレイド基、がある。
ト樹脂で硬化する組成物、は、一般的に、製造されれば
硬化した重合体の物理特性に関して所望の規格を達成す
る。脆化することなく高い硬度を示す硬化重合体を達成
するのが望ましい場合が多い。このことは、硬度がコー
ティングに耐久性を与え、たわみ性が、応力、温度変
化、等にさらされた時に亀裂または剥離を起こさない滑
らかで連続的なコーティングを与える様な、硬化性コー
ティング組成物においては特に望ましい目的である場合
がある。
した重合体組成物の架橋密度を調整することである。こ
れは、重合体上の官能性架橋性基の量を変えるか、ある
いは硬化性組成物中の重合体とアミノプラストの相対的
な量を変えることにより達成することができる。しか
し、架橋密度の調整はある程度限られており、硬度とた
わみ性の間のトレードオフを余儀なくされることが多
い。その結果、所望の硬度および脆さが同時に達成され
なくなる。カラー・プラス・クリア(color-plus-clear
)コーティングのある種の用途、例えばクリアコート
層、では、このトレードオフにより、コーティングが所
望の耐性を示すために十分な硬度を有する場合、過度の
脆さのために様々な問題、例えば環境侵食、が生じるこ
とがある。環境侵食は、コーティングの透明仕上げの上
または中に点またはマークとして現れ、これは研磨して
も除去できないことが多い。
予見することは困難であることが多い。屋外塗料、例え
ばハイソリッドエナメル、として使用した場合の耐久性
および(または)耐候性で知られた多くのコーティング
組成物は、カラー・プラス・クリアコーティングのクリ
アコートとして使用した場合には望ましい耐環境侵食性
を示さない。
体組成物の架橋密度をさらに制御することが望ましい。
ルおよび(または)メチルアルコキシ置換基と反応性が
ある官能基を含む重合体、および (2)アミノ窒素上の置換基として(a)複数のメチロ
ールおよび(または)メチルアルコキシ置換基、および
(b)重合体上の官能基と非反応性であるか、またはメ
チロールおよび(または)メチルアルコキシ置換基が官
能基と反応性を示す温度より高い温度で官能基と反応性
を示す、1個以上の置換基を含むアミノプラスト硬化剤
を含む硬化性コーティング組成物を塗布する工程、およ
び (B)重合体上の官能基をメチロールおよび(または)
メチルアルコキシ置換基と反応させるのに十分な硬化温
度で、ただし、官能基が(b)置換基と反応するにして
も、その反応温度よりは低い硬化温度で、コーティング
を硬化させる工程を含む、硬化したコーティングの製造
法を提供する。
硬化された重合体組成物の架橋密度がさらに制御され
る。これによって、その様な組成物の硬度および脆さの
特性がさらに改良される。コーティング分野では、この
ことは、カラー・プラス・クリアコーティング用の耐環
境侵食性クリアコートに特に有効である。
は、数多くの公知の重合体、例えば、アルキド、ポリエ
ステル、エポキシ重合体(例えばポリグリシジルエーテ
ルとビスフェノールの縮合重合体)、アクリル重合体
(例えばアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸ブチ
ル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、等の重合体)、
ビニル重合体(例えばスチレンの重合体)、またはポリ
ウレタン、のいずれでもよい。重合体は、特定の所望の
特性に応じて選択する。硬化性組成物がコーティング組
成物として、特に表面コーティング組成物として使用さ
れる好ましい実施態様では、重合体はアクリル重合体、
アクリル/ビニル共重合体、ポリウレタン、エポキシ重
合体、またはポリエステルであり、より好ましくはアク
リルまたはアクリルビニル共重合体、である。
ラスト硬化剤のメチロールおよび(または)メチロール
アルコキシ基と反応性である、どの様な基でもよい。一
般的に、その様な官能基は活性水素を含む。有用な官能
基の例としては、カルバミン酸エステル、ヒドロキシ
ル、カルボキシル、アミド、およびウレイドがある。好
ましくは、官能基はカルバミン酸エステルまたはヒドロ
キシルであり、より好ましくは、官能基はカルバミン酸
エステルである。その様な官能基を重合体材料に導入す
る技術は、この分野では良く知られている。例えば、カ
ルバミン酸エステル官能性重合体は米国特許第3,47
9,328号、第3,674,838号、第4,12
6,747号、第4,279,833号および第4,3
40,497号各明細書、ならびにここに参考として含
める、ジョンW.レーフスおよびドナルドL.St.ア
ウビンの名前で同時に提出された、「硬化性カルバミン
酸エステル重合体組成物」と題する、米国特許出願第0
7/965,509号明細書に記載されている。ヒドロ
キシル官能性アクリル重合体は一般的に、アクリル酸ま
たはメタクリル酸のヒドロキシアルキルエステルと他の
アクリルまたはビニルモノマーとの共重合により形成さ
れる。酸官能性アクリル樹脂は、アクリル酸またはメタ
クリル酸と他のアクリルまたはビニルモノマーとの共重
合により容易に製造される。ヒドロキシル官能性ポリウ
レタンは、一般的にポリイソシアネートと過剰量の、分
子1個あたり2個以上の水酸基を有するポリオールとの
反応により製造される。酸またはヒドロキシ官能性ポリ
エステルは、ポリ酸とポリオールの反応により形成さ
れ、その酸またはヒドロキシル官能性は、原料中に存在
する酸またはヒドロキシル官能性のそれぞれの量により
決定される。上記の説明は一般論であり、無論、この分
野で公知の、アミノプラスト硬化剤と反応性の官能基を
有する他の重合体も本発明の実施に使用できる。
剤は、この分野では良く知られている。最も一般的なア
ミノプラスト樹脂は、アミノプラスト前駆物質、例えば
メラミン、尿素、ベンゾグアナミン、または他の類似の
化合物、のアルデヒド縮合生成物であるが、他のアミノ
プラスト前駆物質、例えばトリアジン、ジアジン、トリ
アゾール、グアニジン、グアナミン、およびその様な化
合物のアルキルまたはアリール置換した誘導体、のアル
デヒド縮合物も使用できる。有用なアミノプラスト前駆
物質の例としては、メラミン、N,N' −ジメチル尿
素、ベンゾグアナミン、ベンゾ尿素、ジシアンジアミ
ド、6−メチル−2,4−ジアミノ−1,3,5−トリ
アジン、トリアミノピリミジン、等がある。これらのア
ミノプラスト前駆物質は、一般的にホルムアルデヒドと
の縮合で反応するが、本発明の利点は、他のアルデヒ
ド、例えばアセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等、を
使用しても達成される。
ル、エタノール、プロパノール、ブタノール、ベンジル
アルコール、等のアルコールとの反応によりアルキル化
することができるが、メタノールおよびブタノールが好
ましい。
ノ窒素上の1個以上の置換基は、重合体上の官能基と非
反応性であるか、またはメチロールおよび(または)メ
チルアルコキシ置換基がこれらの官能基と反応性である
温度よりも高い温度で、これらの官能基と反応性を示
す。その様な非反応性の、またはより高い温度で反応性
の基には、カルバミン酸エステル基およびアミド基があ
るが、カルバミン酸エステル基が好ましい。これらの基
は、メチロールまたはメチルアルコキシと反応させた時
に、重合体官能基と非反応性であるか、またはメチロー
ルおよび(または)メチルアルコキシ置換基が重合体官
能基と反応する温度よりも高い温度で反応する基を与え
る化合物とアミノプラストを反応させることにより、ア
ミノプラストに付加させることができる。その様な化合
物の例としてはカルバミン酸アルキルおよびアルキルア
ミドがある。
ラスト硬化剤は、本発明の実施で有用な、好ましい種類
の化合物を代表する。その様な硬化剤は、ここに参考と
して含める米国特許第4,708,984号および第
4,710,542号各明細書に記載されている。これ
らの化合物は、カルバミン酸アルキルをアミノプラスト
化合物と反応させることにより形成される。反応は一般
的に溶融物中で、または例えばベンゼン、トルエン、キ
シレン、等による溶液中で行う。触媒、例えばp−トル
エンスルホン酸、硝酸、または硫酸、を使用すべきであ
る。反応温度は80〜150℃、好ましくは90〜12
0℃、である。アミノプラストのメチロールまたはメチ
ルアルコキシ基の置換度は、カルバミン酸アルキルの化
学量論的な量を所望の置換度に調節することにより調整
することができる。
ラスト硬化剤は式
2 OR8 または−CH2 −NR' −CO2 R″であり、
R8 はH、アルキル、またはアリールであり、R' はH
またはアルキルであり、R″はアルキルであるが、ただ
し、R2 、R3 、R4 、R5 、R6 、およびR7 の少な
くとも2つは−CH2 OR8であり、R2 、R3 、
R4 、R5 、R6 、およびR7 の少なくとも1つは−C
H2 −NR' −CO2 R″である。無論、本発明では、
置換基が本発明の実行に悪影響を与えない限り、アルキ
ルは置換されたアルキルを含むことができ、アリールは
置換されたアリールを含むことができる。上記のアルキ
ル基は好ましくは1〜8個の炭素原子を有し、上記のア
リール基は好ましくは6〜12個の炭素原子を有する。
上記のR基に対する有用なアルキル基の例としては、メ
チル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、i−ブチ
ル、3−クロロプロピル、およびベンジルがある。R8
に対する有用なアリール基の例としては、フェニル、ナ
フチル、2−クロロフェニル、4−クロロフェニル、2
−トリル、および4−トリルがある。
(I)の、 R2 、R3 、R4 、R5 、R6 およびR7 の3つが−C
H2 OR8 であり、R2、R3 、R4 、R5 、R6 およ
びR7 の3つが−CH2 −NR' −CO2 R″であるア
ミノプラストである。
えば鋳造物、成形物、およびコーティング、に使用でき
る。本発明の組成物には、所望により溶剤を使用するこ
とができる。本発明の組成物は、例えば実質的に固体粉
末または分散液の形で使用できるが、組成物が、溶剤を
使用して達成できる実質的に液体の状態であるのが望ま
しい場合が多い。この溶剤は成分(A)(1)および
(A)(2)の両方に対して溶剤として作用すべきであ
る。一般的に、成分(A)(1)および(A)(2)の
溶解性に応じて、溶剤はどの有機溶剤および(または)
水でもよい。好ましい実施態様では、溶剤は極性有機溶
剤である。より好ましくは、溶剤は極性の脂肪族溶剤ま
たは極性の芳香族溶剤である。さらに好ましくは、溶剤
はケトン、エステル、酢酸エステル、非プロトン性アミ
ド、非プロトン性スルホキシド、または非プロトン性ア
ミンである。有用な溶剤の例としては、メチルエチルケ
トン、メチルイソブチルケトン、酢酸m−アミル、酢酸
エチレングリコールブチルエーテル、酢酸プロピレング
リコールモノメチルエーテル、キシレン、N−メチルピ
ロリドン、または芳香族炭化水素の混合物がある。別の
好ましい実施態様では、溶剤は水または水と少量の水性
共溶剤の混合物である。
めの触媒を含むことができる。例えば、成分(A)
(2)としてアミノプラスト化合物、特に単量体メラミ
ンを使用する場合、硬化反応を強化するために強酸触媒
を使用することができる。その様な触媒は、この分野で
は良く知られており、例えばp−トルエンスルホン酸、
ジノニルナフタレンジスルホン酸、ドデシルベンゼンス
ルホン酸、フェニル酸リン酸エステル、マレイン酸モノ
ブチル、リン酸ブチル、およびヒドロキシリン酸エステ
ルがある。
組成物はコーティング組成物として使用される。その様
な組成物では、溶剤は本発明の組成物中に約0.01重
量%〜約99重量%、好ましくは約10重量%〜約60
重量%、より好ましくは約30重量%〜約50重量%、
の量で存在する。
られている多くの方法により製品上に塗布することがで
きる。その例としては、スプレーコーティング、ディッ
プコーティング、ロールコーティング、カーテンコーテ
ィング、等がある。自動車の車体パネルには、スプレー
コーティングが好ましい。
物は、カラー・プラス・クリアコーティングの一部とし
て、着色ベースコート上の透明および(または)無色コ
ーティング組成物として使用される。その様な複合材料
コーティングは、それらの色の深さおよび液体の様な光
沢のある表面外観のために人気がある。その様なコーテ
ィングは自動車用コーティングの分野で特に広く受け入
れられている。本発明の組成物は、カラー・プラス・ク
リアコーティングのベースコートとしても使用できる。
色ベースコート組成物は、この分野では良く知られてお
り、ここで詳細に説明する必要はない。この分野で公知
の、ベースコート組成物に有用な重合体には、アクリル
樹脂、ビニル樹脂、ポリウレタン、ポリカーボネート、
ポリエステル、アルキド、およびポリシロキサンがあ
る。好ましい重合体はアクリル樹脂およびポリウレタン
である。ベースコート重合体は好ましくは架橋性であ
り、したがって1種以上の架橋性官能基を含む。その様
な基には、例えば水酸基、イソシアネート、アミン、エ
ポキシ、アクリル酸エステル、ビニル、シラン、および
アセト酢酸エステル基がある。これらの基はマスクまた
はブロックしておき、所望の硬化条件下、一般的に高温
で脱ブロックして架橋反応に使用することができる。効
果的な架橋性官能基には、水酸基、エポキシ、酸、無水
物、シラン、およびアセト酢酸エステル基がある。好ま
しい架橋性官能基にはヒドロキシ官能性基およびアミノ
官能性基がある。
ても、あるいは重合体の官能基と反応し得る別の架橋剤
を必要としてもよい。重合体が例えば官能性水酸基を有
する場合、架橋剤はアミノプラスト樹脂、イソシアネー
トおよびブロックドイソシアネート(イソシアヌレート
を含む)、および酸または無水物官能性架橋剤でよい。
した後、組成物を、コーティング層を硬化させる条件に
さらす。様々な硬化方法を使用できるが、熱硬化が好ま
しい。一般的に、熱硬化は、主として放射熱源から与え
られる高温に被覆した物体を露出することにより行う。
硬化温度は、使用するアミノプラストおよび官能性重合
体により異なるが、一般的に93℃〜177℃、好まし
くは121℃〜141℃、である。硬化時間は、使用す
る特定の成分、および層の厚さなどの物理的パラメータ
により異なるが、一般的な硬化時間は15〜60分間で
ある。
る。
り付け、反応温度を監視するために熱電対を一方の側方
口に取り付けた。窒素掃気ラインもこの口を通して接続
した。第二の側方口にクライゼンアダプターおよび水冷
凝縮器を取り付けた。
名「ソルベッソ100」)198gおよびウレタングレ
ードのトルエン225gをこのフラスコに入れた。この
混合物を攪拌し、窒素掃気しながら還流加熱した。混合
物が還流温度127℃に達した時、窒素掃気を停止し
た。
−テトラメチルキシレンイソシアネート、アメリカン・
シアナミド)923g、アクリル酸エチルヘキシル69
2gおよび過酢酸t−ブチルの無臭ミネラルスピリット
中50%溶液269gを入れた。この混合物を還流溶剤
に3.5時間かけてポンプ輸送した。この最初の供給が
完了した後、2回目の、過酢酸t−ブチル溶液27gお
よびウレタングレードの混合芳香族溶剤27gを30分
間かけて加えた。2回目の開始剤を加えた後、ウレタン
グレードの混合芳香族溶剤8.2gをポンプを通して反
応混合物中に送り込んだ。次いで反応混合物を還流状
態、135℃に1時間保持した。
した。このバッチにジラウリン酸ジブチルスズ1.1g
を入れ、5分間攪拌した。この時点で、反応混合物にカ
ルバミン酸ヒドロキシプロピル565gを30分間かけ
て加えた。次いでこのバッチを徐々に100℃に加熱
し、赤外分光分析または滴定により測定してイソシアネ
ート官能性がなくなるまでこの温度に保持した。イソシ
アネートが消失してから、エチレングリコールのモノブ
チルエーテル852gを容器に入れ、均質化した。反応
させるための加熱を停止し、容器からカルバミン酸エス
テル官能性アクリルを取り出した。
ミン 5リットルの3つ口丸底フラスコの中央口に真空密封攪
拌機を取り付け、反応温度を監視するために熱電対を一
方の側方口に取り付けた。第二の側方口には一時的に水
冷凝縮器を取り付けた。反応フラスコのこの側方口を経
由し、補集容器および過冷却した凝縮器を通して真空を
作用させた。
8gおよびカルバミン酸ブチル1044gをフラスコに
入れた。徐々に60℃に加熱しながら混合物を攪拌して
均質化した。混合物が60℃に達したところで、ドデシ
ルベンジルスルホン酸1.2gをこの容器に入れた。凝
縮器を取り外し、フラスコを真空装置に取り付けた。混
合物を1℃/分の速度で100℃に加熱した。混合物が
70℃に達した時、15〜20''の真空を作用させた。
過冷却凝縮器中で凝縮したメタノールを収集した。2
5''真空および100℃で2.5時間以内で、化学量論
的な量のメタノール279gが除去された。この量を除
去した後、加熱および真空を停止した。容器にキシレン
433gを入れ、均質化し、カルバミン酸エステル変性
メラミンを混合物から分離した。
た。 カルバミン酸エステル化したアクリル(製造例1) 665g カルバミン酸エステル化したメラミン(製造例2) 167g 酢酸ブチル 345g 商品名「Exxate800」(メチルオクトエート異性体) 44g 商品名「Tinuvin384B」 19g 商品名「Tinuvin123」 6g 25%活性オキシゾリジンでブロックされた ドデシルベンジルスルホン酸 12g
リル系ベースコートをスプレーし、乾燥させた鋼製パネ
ル上にスプレーした。粘度は酢酸ブチルで30秒間に調
節した。これらのパネルを82℃で10分間、および1
32℃で20分間焼き付けした。 フィルム厚:ベースコート 15μm クリアコート 51μm ツーコン硬度 13.5 MEK摩擦200、僅かな引っ掻き傷
した。しかし無論、本発明の精神および範囲内で変形お
よび修正が可能である。
Claims (14)
- 【請求項1】(A)基材上に、 (1)アミノプラスト硬化剤のアミノ窒素上のメチロー
ルおよび(または)メチルアルコキシ置換基と反応性が
ある官能基を含む重合体、および (2)アミノ窒素上の置換基として(a)複数のメチロ
ールおよび(または)メチルアルコキシ置換基、および
(b)重合体上の官能基と非反応性であるか、またはメ
チロールおよび(または)メチルアルコキシ置換基が官
能基と反応性を示す温度より高い温度で官能基と反応性
を示す、1個以上の置換基を含むアミノプラスト硬化剤
を含む硬化性コーティング組成物を塗布する工程、およ
び (B)重合体上の官能基を前記メチロールおよび(また
は)メチルアルコキシ置換基と反応させるのに十分な硬
化温度で、ただし、官能基が前記(b)置換基と反応す
るにしても、その反応温度よりは低い硬化温度で、コー
ティングを硬化させる工程を含むことを特徴とする、硬
化したコーティングの製造法。 - 【請求項2】前記(b)置換基が、カルバミン酸エステ
ル基を含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】前記硬化温度が、100℃〜150℃であ
る、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】前記硬化温度が、110℃〜140℃であ
る、請求項2に記載の方法。 - 【請求項5】前記硬化温度が、120℃〜135℃であ
る、請求項2に記載の方法。 - 【請求項6】重合体(A)(1)上の官能基が、ヒドロ
キシル、酸、カルバミン酸エステル、アミド、およびウ
レイドからなる群から選択される、請求項1〜5のいず
れか1項に記載の方法。 - 【請求項7】アミノプラストが、メラミンまたは尿素ア
ミノプラストである、請求項1〜6のいずれか1項に記
載の方法。 - 【請求項8】アミノプラストが、メラミンアミノプラス
トであり、メラミンのアミノ窒素上の置換基の3個が
(b)置換基である、請求項1〜7のいずれか1項に記
載の方法。 - 【請求項9】(b)置換基が、それぞれ独立して式−C
H2 −NR' −CO2 R″にしたがい、R' がHまたは
アルキルであり、R″がアルキルである、請求項1〜8
のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項10】前記アミノプラスト硬化剤が、式 【化1】 (式中、 R2 、R3 、R4 、R5 、R6 、およびR7 はそれぞれ
独立して−CH2 OR8または−CH2 −NR' −CO
2 R″であり、R8 はH、アルキル、またはアリールで
あり、R' はHまたはアルキルであり、R″はアルキル
であるが、ただし、R2 、R3 、R4 、R5 、R6 、お
よびR7 の少なくとも2つは−CH2 OR8 であり、R
2 、R3 、R4 、R5 、R6 、およびR7 の少なくとも
1つは−CH2 −NR' −CO2 R″である。)を有す
る、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項11】前記アミノプラスト硬化剤が、式 【化2】 (式中、R9 、R10、R11、およびR12はそれぞれ独立
して−CH2 OR8 または−CH2 −NR' −CO
2 R″であり、R' はHまたはアルキルであり、R8は
H、アルキル、またはアリールであり、R″はアルキル
であるが、ただし、R9 、R10、R11、およびR12の少
なくとも2つは−CH2 OR8 であり、R9、R10、R
11、およびR12の少なくとも1つは−CH2 −NR' −
CO2 R″である。)を有する、請求項1〜7または9
のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項12】前記コーティング組成物が、透明コーテ
ィング組成物である、請求項1〜11のいずれか1項に
記載の方法。 - 【請求項13】前記基材が、その上に着色ベースコート
組成物の層を有する物品である、請求項1〜12のいず
れか1項に記載の方法。 - 【請求項14】請求項1〜13のいずれか1項に記載の
方法により製造された物品。
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