JP3861281B2 - Method for producing self-emulsifying allophanate-modified polyisocyanate - Google Patents

Description

【０００７】
（２） 有機ジイソシアネート（ａ）が、ヘキサメチレンジイソシアネートであることを特徴とする前記（１）の製造方法。
【０００８】
（３） 一官能アルコール（ｅ）の使用量が、最終的に得られるポリイソシアネートに対して２〜２０質量％であることを特徴とする、前記（１）又は（２）の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の手段】
本発明に用いられる原料について説明する。
本発明に用いられる、平均官能基数２以上、数平均分子量３００〜３，０００のポリオール（ａ）は、いわゆる高分子ポリオールと呼ばれるもので、ポリエステルポリオール、ポリエステル−アミドポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール等が挙げられる。これらは単独又は２種類以上の混合物であってもよい。本発明では、得られる自己乳化型アロファネート変性ポリイソシアネートの粘度を考慮すると、ポリエーテルポリオールが好ましい。
【００１０】
ポリエステルポリオール、ポリエステル−アミドポリオールは、公知の方法で得られるものであり、後述するポリカルボン酸、酸エステル、又は酸無水物等の１種以上と、後述する低分子ポリオール、低分子ポリアミン、低分子アミノアルコールの１種以上との反応で得られる。
【００１１】
ポリカルボン酸としては、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、ヘキサヒドロオルソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、トリメリット酸等が挙げられる。
【００１２】
低分子ポリオールとしては、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、２−メチル−１，５−ペンタンジオール、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、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、２，２−ジエチル−１，３−プロパンジオール、２−ｎ−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、２−ｎ−ヘキサデカン−１，２−エチレングリコール、２−ｎ−エイコサン−１，２−エチレングリコール、２−ｎ−オクタコサン−１，２−エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、シクロヘキサン−１，４−ジオール、シクロヘキサン−１，４−ジメタノール、水素添加ビスフェノールＡ、ビス（β−ヒドロキシエチル）ベンゼン、あるいはビスフェノールＡのエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイド付加物、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。
【００１３】
低分子ポリアミンとしては、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、水素添加ジフェニルメタンジアミン、ジエチレントリアミン等が挙げられる。
【００１４】
低分子アミノアルコールとしては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノプロパノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジプロパノールアニリン等が挙げられる。
【００１５】
また、低分子ポリオール、低分子ポリアミン、低分子アミノアルコールを開始剤として、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル（ラクトン）モノマーの開環重合で得られるラクトン系ポリエステルポリオールも好適に使用できる。
【００１６】
ポリエーテルポリオールは公知の反応で得られ、前述の低分子ポリオール、低分子ポリアミン、低分子アミノアルコール、アンモニアの１種以上の化合物を開始剤として、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や、テトラヒドロフラン等の環状エーテルを開環付加させて得られる。
【００１７】
ポリカーボネートポリオールとしては、前述の低分子ポリオールと、ジエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート等との脱アルコール反応、脱フェノール反応等で得られる。
【００１８】
（ａ）の平均官能基数は２以上、好ましくは２．５〜６である。平均官能基数が下限未満の場合は、得られるポリイソシアネートの平均官能基数が低下するため、架橋効果が少なくなり、塗膜強度が不十分となりやすい。
【００１９】
（ａ）の数平均分子量は３００〜３，０００であり、好ましくは３００〜２，５００である。数平均分子量が下限未満の場合は、アロファネート化反応後に得られるポリイソシアネートの高粘度となるため、作業性が悪くなりやすい。一方上限を越える場合は、塗膜強度が不十分となりやすい。
【００２０】
なお、得られるポリイソシアネートの平均官能基数調整等の目的で、（ａ）の一部を一官能アルコールに置き換えることもできる。
【００２１】
本発明に用いられる有機ジイソシアネート（ｂ）としては、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，２′−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４′−ジフェニルエーテルジイソシアネート、２−ニトロジフェニル−４，４′−ジイソシアネート、２，２′−ジフェニルプロパン−４，４′−ジイソシアネート、３，３′−ジメチルジフェニルメタン−４，４′−ジイソシアネート、４，４′−ジフェニルプロパンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ナフチレン−１，４−ジイソシアネート、ナフチレン−１，５−ジイソシアネート、３，３′−ジメトキシジフェニル−４，４′−ジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート；ヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、２−メチル−ペンタン−１，５−ジイソシアネート、３−メチル−ペンタン−１，５−ジイソシアネート、リジンジイソシアネート、トリオキシエチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート；キシリレン−１，４−ジイソシアネート、キシリレン−１，３−ジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香脂肪族ジイソシアネート；イソホロンジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネート、水素添加キシレンジイソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加テトラメチルキシレンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート等が挙げられる。これらの有機ジイソシアネートは、単独あるいは２種以上の混合物のいずれの形態で用いてもよい。本発明では得られるアロファネート変性ポリイソシアネートの耐候性等の点を考慮すると、無黄変ジイソシアネートが好ましく、特にヘキサメチレンジイソシアネートが最適である。
【００２２】
本発明に用いられるアロファネート化触媒（ｃ）は、カルボン酸ジルコニウム塩を用いる。カルボン酸ジルコニウム塩を用いることにより、助触媒等を使用することなく、実質的に着色のない（自己乳化型）アロファネート変性ポリイソシアネートが比較的容易に得られる。ここで使用されるカルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロン酸、オクチル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、２−エチルヘキサン酸等の飽和脂肪族カルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロペンタンカルボン酸等の飽和単環カルボン酸、ビシクロ（４．４．０）デカン−２−カルボン酸等の飽和複環カルボン酸、ナフテン酸等の上記したカルボン酸の混合物、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、大豆油脂肪酸、トール油脂肪酸等の不飽和脂肪族カルボン酸、ジフェニル酢酸等の芳香脂肪族カルボン酸、安息香酸、トルイル酸等の芳香族カルボン酸等のモノカルボン酸類、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、酒石酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、クルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、１，４−シクロヘキシルジカルボン酸、α−ハイドロムコン酸、β−ハイドロムコン酸、α−ブチル−α−エチルグルタル酸、α，β−ジエチルサクシン酸、マレイン酸、フマル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等のポリカルボン酸類が挙げられる。これらのカルボン酸ジルコニウム塩は、単独あるいは２種以上の混合物のいずれの形態で用いてもよい。本発明で好ましい（ｃ）は、炭素数１０以下のモノカルボン酸ジルコニウム塩である。
【００２３】
本発明に用いられる触媒毒（ｄ）としては、リン酸、塩酸等の無機酸、スルホン酸基、スルファミン酸基等を有する有機酸及びこれらのエステル類、アシルハライド等公知の物が挙げられる。
【００２４】
本発明に用いられる一官能アルコール（ｅ）は、以下の式で示されるノニオン性親水基を含有するものである。
【化３】

【００２５】
（ｅ）は、例えば分子量３２〜２００程度の一官能アルコールを開始剤として、エチレンオキサイドを３０モル％以上含有するアルキレンオキサイドを開環付加させることで得られるものである。ここで使用される開始剤としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉｓｏ−ブタノール、ｔ−ブタノール、シクロヘキサノール、フェノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、アニリン、トリメチロールプロパン、グリセリン等が挙げられる。これらのうちで、メタノール、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール等の炭素数５以下の化合物が、得られる自己乳化型アロファネート変性ポリイソシアネートの水分散性が良好となるので好ましい。
【００２６】
一官能アルコール（ｅ）の使用量は、得られるポリイソシアネートの水分散性を考慮すると、最終的に得られるポリイソシアネートに対して２〜２０質量％であることが好ましい。（ｅ）の導入量が下限未満の場合は、得られるポリイソシアネートが水に分散しないおそれがある。上限を越える場合は、ポリイソシアネートの平均官能基数が低くなり、塗膜強度が不十分となりやすい。
【００２７】
なお必要に応じて（ｅ）以外の他の一官能アルコールを使用してもよい。（ｅ）以外の他の一官能アルコールとしては、前述の（ｅ）の開始剤としての低分子一官能アルコール類、炭素数６以上の高級モノアルコール類、ヒドロキシモノカルボン酸エステル類、（ｅ）以外のポリ（オキシアルキレン）モノオール等が挙げられる。更に具体的には、メタノール、エタノール、オクタノール、ステアリルアルコール、リシノール酸アルキルエステル等が挙げられる。
【００２８】
次に具体的な製造手順について説明する。
本発明は、以下の工程からなる。
第一工程：ポリエーテルポリオール（ａ）と有機ジイソシアネート（ｂ）をアロファネート化触媒（ｃ）の存在下で反応させる工程。
第二工程：触媒毒（ｄ）を添加して、アロファネート化反応を停止する工程。
第三工程：遊離の有機ジイソシアネートを除去する工程。
第四工程：第三工程から得られたポリイソシアネートと、一官能アルコール（ｅ）を反応させる工程。
【００２９】
第一工程は、ウレタン化反応とアロファネート化反応からなる。具体的な手順は、ポリエーテルポリオール（ａ）及び有機ジイソシアネート（ｂ）をイソシアネート基を水酸基に対して過剰となる量を仕込んで、２０〜１００℃でウレタン化反応させた後、７０〜１５０℃にてアロファネート化触媒（ｃ）の存在下でウレタン基が実質的に存在しなくなるまでアロファネート化反応させる、という手順である。
【００３０】
ここで「イソシアネート基を水酸基に対して過剰となる量」とは、原料仕込みの際、イソシアネート基を水酸基に対して過剰となるという意味であり、イソシアネート基と水酸基のモル比がイソシアネート基／水酸基＝８以上が好ましく、１０〜５０が特に好ましい。
【００３１】
ウレタン化反応の反応温度は２０〜１２０℃であり、好ましくは５０〜１００℃である。なお、ウレタン化反応の際、公知のいわゆるウレタン化触媒を用いることができる。具体的には、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート等の有機金属化合物や、トリエチレンジアミンやトリエチルアミン等の有機アミンやその塩等が挙げられる。
【００３２】
ウレタン化反応の反応時間は、触媒の有無や種類、反応温度により異なるが、一般には１０時間以内、好ましくは１〜５時間である。
【００３３】
ウレタン化反応が終了したら、アロファネート化反応を行う。アロファネート化反応は、前述のアロファネート化触媒（ｃ）を添加し、反応温度を７０〜１５０℃、好ましくは８０〜１３０℃にして行う。反応温度が低すぎる場合は、アロファネート基があまり生成せず、得られるポリイソシアネートの平均官能基数が低下することになる。このようなポリイソシアネートを塗料用硬化剤に用いると、塗膜物性が不十分となりやすい。反応温度が高すぎる場合は、得られるポリイソシアネートを不必要に加熱することになり、ポリイソシアネートが着色する原因になることがある。なお、ポリイソシアネートの平均官能基数とは、１分子中に存在するイソシアネート基の平均数である。
【００３４】
なお、本発明においては、ウレタン化反応とアロファネート化反応を同時に行うこともできる。この場合は、ポリエーテルポリオール（ａ）及び有機ジイソシアネート（ｂ）をイソシアネート基を水酸基に対して過剰となる量を仕込んで、７０〜１５０℃にてアロファネート化触媒（ｃ）の存在下でウレタン化反応及びアロファネート化反応を同時に行う。
【００３５】
アロファネート化触媒（ｃ）の使用量はその種類により異なるが、上記（ａ）と（ｂ）の総和量に対して、０．０００５〜１質量％が好ましく、０．００１〜０．１質量％がより好ましい。触媒使用量が０．０００５質量％未満の場合は、反応が遅くなって長時間を要し、熱履歴による着色が起こる場合がある。一方触媒使用量が１質量％を超える場合は、反応制御が難しなり、副反応である二量化反応（ウレトジオン化反応）や三量化反応（イソシアヌレート化反応）が起こる場合があり、また得られたポリイソシアネートを二液型塗料の硬化剤として用いた場合、塗料のポットライフが短くなる等の問題が生じることがある。
【００３６】
反応時間は、触媒の種類や添加量、反応温度により異なるが、通常１０時間以内が好ましく、特に好ましくは１〜５時間である。
【００３７】
なお、このとき必要に応じて有機溶剤を用いることができる。この有機溶剤としては、ｎ−ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素系有機溶剤、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族炭化水素系有機溶剤、アセトン、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有機溶剤、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル等のエステル系有機溶剤、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、３−メチル−３−メトキシブチルアセテート、エチル−３−エトキシプロピオネート等のグリコールエーテルエステル系有機溶剤、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系有機溶剤、塩化メチル、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、臭化メチル、ヨウ化メチレン、ジクロロエタン等のハロゲン化脂肪族炭化水素系有機溶剤、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホニルアミド等の極性非プロトン溶剤等が挙げられる。前記溶剤は１種又は２種以上使用することができる。
【００３８】
第二工程は、アロファネート化反応後、触媒毒（ｄ）を添加してアロファネート化反応を停止させる工程である。触媒毒（ｄ）の添加時期は、アロファネート化反応後であれば特に制限はないが、第三工程における、遊離の有機ジイソシアネートを除去する方法に薄膜蒸留を行う場合は、アロファネート反応後かつ薄膜蒸留前に触媒毒（ｄ）の添加を行うのが好ましい。これは、薄膜蒸留時の熱により、副反応が起こるのを防止するためである。
【００３９】
触媒毒（ｄ）の添加量はその種類や触媒の種類により異なるが、触媒の０．５〜２当量となる量が好ましく、０．８〜１．５当量が特に好ましい。触媒毒が少なすぎる場合は、得られるポリイソシアネートの貯蔵安定性が低下しやすい。多すぎる場合は、得られるポリイソシアネートが着色する場合がある。
【００４０】
第三工程は、遊離の有機ジイソシアネート（ｂ）を除去する工程である。本発明においては、基本的にはアロファネート化反応後の生成物には、遊離の有機ジイソシアネートが存在している。この遊離の有機ジイソシアネートは、臭気や経時変化した場合に濁りの原因となるため、遊離の有機ジイソシアネート含有量が１質量％以下となるまで未反応の有機ジイソシアネート（ｂ）を除去するのが好ましい。
【００４１】
遊離の有機ジイソシアネートを除去する方法としては、蒸留、再沈、抽出等公知の方法が挙げられ、蒸留法、特に薄膜蒸留法を使用すると、溶剤等を用いる必要がないので好ましい。また、好ましい薄膜蒸留の条件としては、圧力：０．１ｋＰａ以下、温度：１００〜２００℃であり、特に好ましい条件は圧力：０．０５ｋＰａ以下、温度：１２０〜１８０℃である。
【００４２】
第四工程は、得られたアロファネート変性ポリイソシアネートと、一官能アルコール（ｅ）を反応させる工程である。反応条件は、反応温度：２０〜１２０℃、好ましくは５０〜１００℃、反応時間：１０時間以内、好ましくは１〜５時間である。なお、反応の際に、公知のいわゆるウレタン化触媒を用いることができる。
【００４３】
本発明によって得られる自己乳化型アロファネート変性ポリイソシアネートの好ましい粘度（２５℃、固形分＝１００％換算）は２００〜１０，０００ｍＰａ・ｓあり、特に好ましくは３００〜８，５００ｍＰａ・ｓである。イソシアネート含量（固形分＝１００％換算）は５〜２０質量％が好ましく、特に好ましくは８〜１８質量％である。平均官能基数は６以上、好ましくは６．５〜１０である。なお、平均官能基数は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる数平均分子量とイソシアネート含量から算出される。
【００４４】
本発明によって得られた自己乳化型アロファネート変性ポリイソシアネートには、必要に応じて、例えば２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール等の酸化防止剤や、紫外線吸収剤、顔料、染料、溶剤、難燃剤、加水分解防止剤、潤滑剤、可塑剤、充填剤、貯蔵安定剤等の添加剤を適宜配合することができる。
【００４５】
【実施例】
本発明について、実施例、比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。なお、実施例、比較例において「％」は「質量％」を意味する。
【００４６】
〔アロファネート変性ポリイソシアネートの製造〕
合成実施例１
攪拌機、温度計、冷却器及び窒素ガス導入管のついた容量：１００Ｌの反応器に、ヘキサメチレンジイソシアネートを９０．０ｋｇ、ポリオール−１を１０．０ｋｇ仕込み、９０℃で２時間ウレタン化反応を行った。反応生成物をＦＴ−ＩＲにて分析したところ、水酸基は消失していた。次に２−エチルヘキサン酸ジルコニウムを０．０２ｋｇ仕込み、１１０℃にて４時間反応させた。反応生成物をＦＴ−ＩＲ及び¹³Ｃ−ＮＭＲにて分析したところ、ウレタン基は消失していた。次いで、リン酸を０．０１ｋｇ仕込み５０℃で１時間停止反応を行った。停止反応後の反応生成物のイソシアネート含量は４１．９％であった。この反応生成物を１３０℃×０．０４ｋＰａにて薄膜蒸留を行い、アロファネート変性ポリイソシアネートＮＣＯ−１を得た。ＮＣＯ−１のイソシアネート含量は１６．０％、２５℃の粘度は６，８３０ｍＰａ・ｓ、平均官能基数は８．７６、遊離のヘキサメチレンジイソシアネート含有量は０．１％であった。また、ＮＣＯ−１をＦＴ−ＩＲ及び¹³Ｃ−ＮＭＲにて分析したところ、ウレタン基は確認されず、アロファネート基の存在が確認された。また、ウレトジオン基及びイソシアヌレート基は痕跡程度であった。結果を表１に示す。
【００４７】
合成実施例２〜４、合成比較例１
合成実施例１と同様にして、表１に示す原料を用いてアロファネート変性ポリイソシアネートの製造を行った。結果を表１に示す。なお、ＮＣＯ−５（合成比較例１）は、合成の際にゲル化した。
【００４８】
【表１】

【００４９】
合成実施例１〜４、合成比較例１、表１において
ポリオール−１：グリセリンを開始剤に用いて、プロピレンオキサイドを開環付加させたポリエーテルポリオール
数平均分子量＝４００
ポリオール−２：グリセリンを開始剤に用いて、プロピレンオキサイドを開環付加させたポリエーテルポリオール
数平均分子量＝７００
ポリオール−３：グリセリンを開始剤に用いて、プロピレンオキサイドを開環付加させたポリエーテルポリオール
数平均分子量＝１，０００
ポリオール−４：メタノールを開始剤に用いて、エチレンオキサイドを開環付加させたポリエーテルポリオール
数平均分子量＝４００
ポリオール−５：トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）を開始剤に用いて、ε−カプロラクトンを開環付加させたポリエステルポリオール
数平均分子量＝４００
ポリオール−６：数平均分子量＝１，０００のポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ジオール（ＨＤ−ＰＣＤ）とＴＭＰとをエステル交換させたポリカーボネートポリオール
但し、ＨＤ−ＰＣＤ／ＴＭＰ＝１／１（モル比）
数平均分子量＝５７０
ＨＤＩ ：ヘキサメチレンジイソシアネート
Ｚｒ−２ＥＨ ：２−エチルヘキサン酸ジルコニウム
Ｐｂ−２ＥＨ ：２−エチルヘキサン酸鉛
【００５０】
表１より、Ｚｒ系触媒を用いることにより、副反応がほぼ抑えることが可能で、かつ、高官能のアロファネート変性ポリイソシアネートが得られた。一方、従来の触媒系（鉛系）では、高官能のアロファネート変性ポリイソシアネートを得ることはできなかった。
【００５１】
〔自己乳化型ポリイソシアネートの製造〕
実施例１
合成実施例１と同様な容量：１Ｌの反応器に、ＮＣＯ−１を９０１ｇ、モノオール−１を９９ｇ、ジオクチルチンジラウレートを０．０５ｇ仕込み、８０℃で４時間反応させて、自己乳化型アロファネート変性ポリイソシアネートＰ−１を得た。Ｐ−１のイソシアネート含量は１３．４％、２５℃の粘度は１０，０００ｍＰａ・ｓ、平均官能基数は８．１３であった。結果を表２に示す。
【００５２】
実施例２〜９、比較例１、２
実施例１と同様にして、表２、３に示す原料を用いて自己乳化型ポリイソシアネートの製造を行った。結果を表２、３に示す。
【００５３】
【表２】

【００５４】
【表３】

【００５５】
実施例１〜９、比較例１〜２、表２〜３において
コロネートＨＸ：日本ポリウレタン工業製ポリイソシアネート
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ポリイソシアネート
イソシアネート含量＝２１．３％
２５℃の粘度＝２，４００ｍＰａ・ｓ
数平均分子量＝４００
ＯＨ−１ ：メタノールを開始剤に用いて、エチレンオキサイドを開環付加させたポリエーテルモノオール
数平均分子量＝４００
ＯＨ−２ ：リシノール酸メチルエステル
ＤＯＴＤＬ ：ジオクチルチンジラウレート
【００５６】
応用実施例１〜９、応用比較例１〜２
得られた自己乳化型ポリイソシアネートを用いて以下の評価を行った。
【００５７】
〔ポットライフ測定〕
容量：３００ｍｌの容器に、ポリイソシアネート／水＝２０ｇ／１８０ｇの割合で配合した後、ホモミキサーで２，０００ｒｐｍ×３０秒攪拌・分散させた。その後、室温下に静置して１時間毎にイソシアネート含量を測定し、イソシアネート含量が０％となったところをポットライフ時間とした。結果を表４、５に示す。
【００５８】
〔ラビング試験〕
容量：３００ｍｌの容器に、以下に示す水性アクリルエマルジョン１００ｇ、ポリイソシアネートを３ｇ仕込み、ホモミキサーで２，０００ｒｐｍ×３０秒攪拌して、クリヤー塗料を調整した。このクリヤー塗料をアルミ板にアプリケーターにて、乾燥膜厚２０μｍになるように塗布した後、５０℃にて２０時間硬化させて塗装サンプルを得た。この塗装サンプルに、キシレンをしみ込ませた脱脂綿を擦り付け、塗膜表面の荒れが生じる回数を測定した。
【００５９】
［水性アクリルエマルジョンの合成］
攪拌機、温度計、窒素シール管、冷却器のついた容量：２，０００ｍｌの反応器に、イオン交換水を１７０ｇ、レベノールＷＺ（アニオン性乳化剤、花王製）を４ｇ、ノイゲンＥＡ−１７０（ノニオン性乳化剤、第一工業製薬製）を１ｇ仕込み、８０℃まで加熱した。次いでメタクリル酸メチルが３００ｇ、アクリル酸ブチルが１８０ｇ、アクリル酸が４ｇ、ダイアセトンアクリルアミドが５ｇ、イオン交換水が３３０ｇ、ノイゲンＥＡ−１７０が５ｇ、過酸化カリウム（開始剤）が１ｇからなる混合液を、反応液中の温度を８０℃に保ちながら３時間かけて滴下し、その後、８０℃で３時間反応させた。反応終了後室温まで冷却し、２５％アンモニア水溶液にてｐＨ８に調製し、固形分４９．５％の水性アクリルエマルジョンを得た。
【００６０】
【表４】

【００６１】
【表５】

【００６２】
表４、５から、本発明によって得られた自己乳化型ポリイソシアネートは、水分散後のポットライフが長く、また高官能性であるので、少ない配合量で良好な架橋物性を示した。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によって得られた自己乳化型アロファネート変性ポリイソシアネートは、従来の自己乳化型ポリイソシアネートと比較して、高官能基数であり、また、水分散後のポットライフが長いという特徴を有するものである。
【００６４】
本発明によって得られる自己乳化型アロファネート変性水性ポリイソシアネートは、水性塗料の硬化剤に最適である。また、水性塗料の主剤や、水性の接着剤、シール材、インキ、繊維・ガラスファイバー処理剤、サイジング剤、目止め剤、プライマー、固結剤、アンカーコート剤、各種バインダー等の主剤や硬化剤として使用することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a self-emulsifying allophanate-modified polyisocyanate.
[0002]
[Prior art]
Various methods for producing self-emulsifying allophanate-modified polyisocyanates have been known. For example, it is shown in JP 2000-34439 A, JP 11-349805 A, JP 11-100396 A, and the like.
[0003]
However, most of the production methods of allophanate-modified polyisocyanates described in these documents aim to generate allophanate groups, but self-addition reaction or self-polymerization reaction proceeds as a side reaction, and by-products are formed. There is a problem that arises. Examples of the by-products include a dimer containing a thermally unstable uretdione group and a viscosity of a final product, and a resin such as a high-molecular polyester and a solubility in nonpolar solvents. And a trimer containing an isocyanurate group that lowers the compatibility. In addition, there is a problem that the final product is discolored or turbid. Furthermore, when producing highly functional polyisocyanates, there is a high risk of gelation.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, achieves high functionality despite substantially not containing a dimer or trimer, and improves the pot life after water dispersion. Another object of the present invention is to provide a method for producing a self-emulsifying allophanate-modified polyisocyanate.
[0005]
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by using a specific metal salt as an allophanate catalyst, and have completed the present invention.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, this invention is shown by the following (1)-(3).
(1) A method for producing a self-emulsifying allophanate-modified polyisocyanate comprising the following steps.
First step: a step of reacting a polyol (a) having an average functional group number of 2 or more and a number average molecular weight of 300 to 3,000 with an organic diisocyanate (b) in the presence of an allophanate catalyst (c) comprising a carboxylic acid zirconium salt. .
Second step: A step of adding the catalyst poison (d) to stop the allophanatization reaction.
Third step: a step of removing free organic diisocyanate.
Fourth step: A step of reacting the polyisocyanate obtained from the third step with a nonionic hydrophilic group-containing monofunctional alcohol (e) represented by the following formula.
[Chemical 2]

[0007]
(2) The production method of the above (1), wherein the organic diisocyanate (a) is hexamethylene diisocyanate.
[0008]
(3) The production method of (1) or (2) above, wherein the amount of the monofunctional alcohol (e) used is 2 to 20% by mass with respect to the finally obtained polyisocyanate.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The raw material used for this invention is demonstrated.
The polyol (a) having an average functional group number of 2 or more and a number average molecular weight of 300 to 3,000 used in the present invention is a so-called polymer polyol, and is a polyester polyol, polyester-amide polyol, polyether polyol, polycarbonate polyol. And polyolefin polyols. These may be used alone or as a mixture of two or more. In the present invention, polyether polyol is preferred in consideration of the viscosity of the resulting self-emulsifying allophanate-modified polyisocyanate.
[0010]
The polyester polyol and the polyester-amide polyol are obtained by a known method. One or more of polycarboxylic acid, acid ester, or acid anhydride described later, and low molecular polyol, low molecular polyamine, low Obtained by reaction with one or more of the molecular amino alcohols.
[0011]
Polycarboxylic acids include succinic acid, adipic acid, sebacic acid, azelaic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, orthophthalic acid, hexahydroterephthalic acid, hexahydroisophthalic acid, hexahydroorthophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, trimellitic acid Etc.
[0012]
Low molecular polyols include ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol. 1,6-hexanediol, 2-methyl-1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, neopentyl glycol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, neopentyl Glycol, 2,2-diethyl-1,3-propanediol, 2-n-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, 2-ethyl -1,3-hexanediol, 2-n-hexadecane-1,2-ethylene glycol, 2-n-eicosane-1,2-ethylene Glycol, 2-n-octacosane-1,2-ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, cyclohexane-1,4-diol, cyclohexane-1,4-dimethanol, hydrogenated bisphenol A, bis (β -Hydroxyethyl) benzene or ethylene oxide or propylene oxide adduct of bisphenol A, trimethylolpropane, glycerin, pentaerythritol and the like.
[0013]
Examples of the low molecular weight polyamine include ethylenediamine, hexamethylenediamine, isophoronediamine, diphenylmethanediamine, hydrogenated diphenylmethanediamine, and diethylenetriamine.
[0014]
Examples of the low molecular amino alcohol include monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, monopropanolamine, N, N-dipropanolaniline and the like.
[0015]
Also suitable are lactone polyester polyols obtained by ring-opening polymerization of cyclic ester (lactone) monomers such as ε-caprolactone and γ-valerolactone using low molecular polyols, low molecular polyamines, and low molecular amino alcohols as initiators. it can.
[0016]
Polyether polyol is obtained by a known reaction, and the above-described low molecular polyol, low molecular polyamine, low molecular amino alcohol, and one or more compounds of ammonia as an initiator, alkylene oxide such as ethylene oxide and propylene oxide, tetrahydrofuran It can be obtained by ring-opening addition of a cyclic ether such as
[0017]
The polycarbonate polyol can be obtained by dealcoholization reaction, dephenol reaction, or the like of the low molecular polyol described above with diethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, diphenyl carbonate or the like.
[0018]
The average number of functional groups in (a) is 2 or more, preferably 2.5-6. When the average number of functional groups is less than the lower limit, the average number of functional groups of the resulting polyisocyanate decreases, so that the crosslinking effect is reduced and the coating strength tends to be insufficient.
[0019]
The number average molecular weight of (a) is 300 to 3,000, preferably 300 to 2,500. When the number average molecular weight is less than the lower limit, the polyisocyanate obtained after the allophanatization reaction has a high viscosity, so that the workability is likely to deteriorate. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the coating film strength tends to be insufficient.
[0020]
For the purpose of adjusting the average number of functional groups of the polyisocyanate obtained, a part of (a) can be replaced with a monofunctional alcohol.
[0021]
Examples of the organic diisocyanate (b) used in the present invention include 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,2'- Diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenyl ether diisocyanate, 2-nitrodiphenyl-4,4'-diisocyanate, 2,2'-diphenylpropane-4,4'-diisocyanate, 3,3'-dimethyldiphenylmethane-4,4 ' -Diisocyanate, 4,4'-diphenylpropane diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, naphthylene-1,4-diisocyanate, naphthylene-1,5-diisocyanate, 3,3 ' Aromatic diisocyanates such as dimethoxydiphenyl-4,4'-diisocyanate; hexamethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, 2-methyl-pentane-1,5-diisocyanate, 3-methyl-pentane-1,5-diisocyanate, lysine diisocyanate, Aliphatic diisocyanates such as trioxyethylene diisocyanate; aromatic aliphatic diisocyanates such as xylylene-1,4-diisocyanate, xylylene-1,3-diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate; isophorone diisocyanate, hydrogenated tolylene diisocyanate, hydrogenated xylene Alicyclic dii such as diisocyanate, hydrogenated diphenylmethane diisocyanate, hydrogenated tetramethylxylene diisocyanate Cyanate, and the like. These organic diisocyanates may be used alone or in the form of a mixture of two or more. In the present invention, considering the weather resistance of the allophanate-modified polyisocyanate obtained, non-yellowing diisocyanate is preferable, and hexamethylene diisocyanate is particularly optimal.
[0022]
The allophanatization catalyst (c) used in the present invention uses a carboxylic acid zirconium salt. By using a zirconium carboxylate, an allophanate-modified polyisocyanate having substantially no color (self-emulsifying type) can be obtained relatively easily without using a promoter or the like. Examples of the carboxylic acid used herein include saturated aliphatic carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid, butyric acid, caproic acid, octylic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, 2-ethylhexanoic acid, and cyclohexanecarboxylic acid. Acids, saturated monocyclic carboxylic acids such as cyclopentanecarboxylic acid, saturated polycyclic carboxylic acids such as bicyclo (4.4.0) decane-2-carboxylic acid, mixtures of the above carboxylic acids such as naphthenic acid, oleic acid, Unsaturated aliphatic carboxylic acids such as linoleic acid, linolenic acid, soybean oil fatty acid and tall oil fatty acid, aromatic aliphatic carboxylic acids such as diphenylacetic acid, monocarboxylic acids such as aromatic carboxylic acids such as benzoic acid and toluic acid, phthalates Acid, isophthalic acid, terephthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, succinic acid, tartaric acid, oxalic acid, malonic acid, Taric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, kurtaconic acid, azelaic acid, sebacic acid, succinic acid, adipic acid, sebacic acid, azelaic acid, 1,4-cyclohexyldicarboxylic acid, α-hydromuconic acid, β-hydro Examples thereof include polycarboxylic acids such as muconic acid, α-butyl-α-ethylglutaric acid, α, β-diethylsuccinic acid, maleic acid, fumaric acid, trimellitic acid and pyromellitic acid. These zirconium carboxylates may be used alone or in the form of a mixture of two or more. (C) preferred in the present invention is a monocarboxylic acid zirconium salt having 10 or less carbon atoms.
[0023]
Examples of the catalyst poison (d) used in the present invention include inorganic acids such as phosphoric acid and hydrochloric acid, organic acids having a sulfonic acid group, a sulfamic acid group, and the like, and esters thereof and acyl halides.
[0024]
The monofunctional alcohol (e) used in the present invention contains a nonionic hydrophilic group represented by the following formula.
[Chemical 3]

[0025]
(E) is obtained, for example, by ring-opening addition of alkylene oxide containing 30 mol% or more of ethylene oxide using a monofunctional alcohol having a molecular weight of about 32 to 200 as an initiator. The initiator used here is methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, iso-butanol, t-butanol, cyclohexanol, phenol, ethylene glycol, propylene glycol, aniline, trimethylolpropane. And glycerin. Among these, compounds having 5 or less carbon atoms such as methanol, ethanol, ethylene glycol, propylene glycol and the like are preferable because water dispersibility of the obtained self-emulsifying allophanate-modified polyisocyanate becomes good.
[0026]
Considering the water dispersibility of the resulting polyisocyanate, the amount of the monofunctional alcohol (e) used is preferably 2 to 20% by mass with respect to the finally obtained polyisocyanate. When the amount of (e) introduced is less than the lower limit, the resulting polyisocyanate may not be dispersed in water. When the upper limit is exceeded, the average number of functional groups of the polyisocyanate becomes low and the coating strength tends to be insufficient.
[0027]
If necessary, other monofunctional alcohols other than (e) may be used. Examples of monofunctional alcohols other than (e) include low molecular monofunctional alcohols as initiators for (e) described above, higher monoalcohols having 6 or more carbon atoms, and hydroxy monocarboxylic acid esters, (e) And other poly (oxyalkylene) monools. More specifically, methanol, ethanol, octanol, stearyl alcohol, ricinoleic acid alkyl ester and the like can be mentioned.
[0028]
Next, a specific manufacturing procedure will be described.
The present invention comprises the following steps.
First step: a step of reacting the polyether polyol (a) and the organic diisocyanate (b) in the presence of the allophanatization catalyst (c).
Second step: A step of adding the catalyst poison (d) to stop the allophanatization reaction.
Third step: a step of removing free organic diisocyanate.
Fourth step: A step of reacting the polyisocyanate obtained from the third step with the monofunctional alcohol (e).
[0029]
The first step consists of a urethanization reaction and an allophanatization reaction. Specifically, the polyether polyol (a) and the organic diisocyanate (b) were charged in an excess amount with respect to the hydroxyl group of the isocyanate group, and urethanized at 20 to 100 ° C, and then 70 to 150 ° C. The allophanatization reaction is carried out in the presence of the allophanatization catalyst (c) until the urethane group is substantially absent.
[0030]
Here, the “amount of isocyanate group in excess with respect to the hydroxyl group” means that the isocyanate group becomes excessive with respect to the hydroxyl group when the raw material is charged, and the molar ratio of isocyanate group to hydroxyl group is isocyanate group / hydroxyl group. = 8 or more is preferable, and 10 to 50 is particularly preferable.
[0031]
The reaction temperature of the urethanization reaction is 20 to 120 ° C, preferably 50 to 100 ° C. In the urethanization reaction, a known so-called urethanization catalyst can be used. Specific examples include organic metal compounds such as dibutyltin dilaurate and dioctyltin dilaurate, organic amines such as triethylenediamine and triethylamine, and salts thereof.
[0032]
The reaction time of the urethanization reaction varies depending on the presence / absence and type of catalyst and the reaction temperature, but is generally within 10 hours, preferably 1 to 5 hours.
[0033]
When the urethanization reaction is completed, an allophanatization reaction is performed. The allophanatization reaction is carried out by adding the above-described allophanate catalyst (c) and setting the reaction temperature to 70 to 150 ° C, preferably 80 to 130 ° C. When the reaction temperature is too low, allophanate groups are not generated so much and the average number of functional groups of the resulting polyisocyanate is lowered. When such a polyisocyanate is used as a curing agent for paint, the physical properties of the coating film tend to be insufficient. When the reaction temperature is too high, the resulting polyisocyanate is unnecessarily heated, which may cause the polyisocyanate to be colored. The average number of functional groups of polyisocyanate is the average number of isocyanate groups present in one molecule.
[0034]
In the present invention, the urethanization reaction and the allophanatization reaction can be performed simultaneously. In this case, the polyether polyol (a) and the organic diisocyanate (b) are urethanized in the presence of an allophanate catalyst (c) at 70 to 150 ° C. in an amount that makes the isocyanate group excessive with respect to the hydroxyl group. The reaction and the allophanatization reaction are performed simultaneously.
[0035]
The amount of the allophanatization catalyst (c) used varies depending on the type thereof, but is preferably 0.0005 to 1% by mass, 0.001 to 0.1% by mass based on the total amount of the above (a) and (b). Is more preferable. When the amount of the catalyst used is less than 0.0005% by mass, the reaction becomes slow and a long time is required, and coloring due to heat history may occur. On the other hand, when the amount of the catalyst used exceeds 1% by mass, it is difficult to control the reaction, and a dimerization reaction (uretodione reaction) or a trimerization reaction (isocyanurate reaction) may occur and are obtained. When the polyisocyanate is used as a curing agent for a two-component paint, there may be a problem that the pot life of the paint is shortened.
[0036]
The reaction time varies depending on the type of catalyst, the amount added, and the reaction temperature, but is usually preferably within 10 hours, particularly preferably 1 to 5 hours.
[0037]
At this time, an organic solvent can be used as necessary. Examples of the organic solvent include aliphatic hydrocarbon organic solvents such as n-hexane and octane, alicyclic hydrocarbon organic solvents such as cyclohexane and methylcyclohexane, ketone organics such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone. Solvents, ester organic solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, ethylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol methyl ether acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, ethyl-3-ethoxypropionate Glycol ether ester organic solvents such as diethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane and other organic solvents such as methyl chloride, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, methyl bromide, methylene iodide, Halogenated aliphatic hydrocarbon organic solvents chloroethane, etc., N- methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, polar aprotic solvents such as hexamethylphosphoric phosphonyl amides. The said solvent can be used 1 type, or 2 or more types.
[0038]
The second step is a step of adding the catalyst poison (d) after the allophanate reaction to stop the allophanate reaction. There is no particular limitation on the timing of addition of the catalyst poison (d) as long as it is after the allophanatization reaction. However, when thin film distillation is performed in the method of removing free organic diisocyanate in the third step, after the allophanate reaction and thin film distillation. The catalyst poison (d) is preferably added before. This is to prevent side reactions from occurring due to heat during thin film distillation.
[0039]
The amount of the catalyst poison (d) added varies depending on the type and type of the catalyst, but is preferably 0.5 to 2 equivalents, particularly preferably 0.8 to 1.5 equivalents of the catalyst. When there is too little catalyst poison, the storage stability of the polyisocyanate obtained tends to fall. When there are too many, the obtained polyisocyanate may color.
[0040]
The third step is a step of removing free organic diisocyanate (b). In the present invention, free organic diisocyanate is basically present in the product after the allophanatization reaction. Since this free organic diisocyanate causes odor and turbidity when it changes over time, it is preferable to remove the unreacted organic diisocyanate (b) until the free organic diisocyanate content is 1% by mass or less.
[0041]
As a method for removing free organic diisocyanate, known methods such as distillation, reprecipitation, extraction and the like can be mentioned, and it is preferable to use a distillation method, particularly a thin film distillation method, because it is not necessary to use a solvent. Further, preferable conditions for thin film distillation are pressure: 0.1 kPa or less, temperature: 100 to 200 ° C., and particularly preferable conditions are pressure: 0.05 kPa or less and temperature: 120 to 180 ° C.
[0042]
The fourth step is a step of reacting the obtained allophanate-modified polyisocyanate with a monofunctional alcohol (e). The reaction conditions are: reaction temperature: 20 to 120 ° C., preferably 50 to 100 ° C., reaction time: within 10 hours, preferably 1 to 5 hours. In the reaction, a known so-called urethanization catalyst can be used.
[0043]
The preferred viscosity (25 ° C., solid content = 100% conversion) of the self-emulsifying allophanate-modified polyisocyanate obtained by the present invention is 200 to 10,000 mPa · s, particularly preferably 300 to 8,500 mPa · s. The isocyanate content (solid content = 100% conversion) is preferably 5 to 20% by mass, particularly preferably 8 to 18% by mass. The average number of functional groups is 6 or more, preferably 6.5 to 10. The average number of functional groups is calculated from the number average molecular weight and isocyanate content by gel permeation chromatography.
[0044]
The self-emulsifying type allophanate-modified polyisocyanate obtained according to the present invention may contain, for example, an antioxidant such as 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, an ultraviolet absorber, a pigment, and a dye as necessary. Additives such as solvents, flame retardants, hydrolysis inhibitors, lubricants, plasticizers, fillers, storage stabilizers and the like can be appropriately blended.
[0045]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto. In Examples and Comparative Examples, “%” means “% by mass”.
[0046]
[Production of allophanate-modified polyisocyanate]
Synthesis Example 1
Capacity with stirrer, thermometer, cooler, and nitrogen gas introduction tube: 90.0 kg of hexamethylene diisocyanate and 10.0 kg of polyol-1 were charged into a 100 L reactor and subjected to urethanization reaction at 90 ° C. for 2 hours. It was. When the reaction product was analyzed by FT-IR, the hydroxyl group had disappeared. Next, 0.02 kg of zirconium 2-ethylhexanoate was charged and reacted at 110 ° C. for 4 hours. The reaction product is FT-IR and ¹³ When analyzed by C-NMR, the urethane group had disappeared. Next, 0.01 kg of phosphoric acid was added and a stop reaction was carried out at 50 ° C. for 1 hour. The isocyanate content of the reaction product after the termination reaction was 41.9%. This reaction product was subjected to thin film distillation at 130 ° C. × 0.04 kPa to obtain allophanate-modified polyisocyanate NCO-1. The isocyanate content of NCO-1 was 16.0%, the viscosity at 25 ° C. was 6,830 mPa · s, the average number of functional groups was 8.76, and the free hexamethylene diisocyanate content was 0.1%. In addition, NCO-1 is converted into FT-IR and ¹³ When analyzed by C-NMR, the urethane group was not confirmed, and the presence of the allophanate group was confirmed. Moreover, the uretdione group and the isocyanurate group were traces. The results are shown in Table 1.
[0047]
Synthesis Examples 2 to 4, Synthesis Comparative Example 1
In the same manner as in Synthesis Example 1, the allophanate-modified polyisocyanate was produced using the raw materials shown in Table 1. The results are shown in Table 1. NCO-5 (Synthesis Comparative Example 1) gelled during synthesis.
[0048]
[Table 1]

[0049]
In Synthesis Examples 1 to 4, Synthesis Comparative Example 1, Table 1
Polyol-1: Polyether polyol obtained by ring-opening addition of propylene oxide using glycerol as an initiator
Number average molecular weight = 400
Polyol-2: polyether polyol obtained by ring-opening addition of propylene oxide using glycerol as an initiator
Number average molecular weight = 700
Polyol-3: polyether polyol obtained by ring-opening addition of propylene oxide using glycerol as an initiator
Number average molecular weight = 1,000
Polyol-4: polyether polyol obtained by ring-opening addition of ethylene oxide using methanol as an initiator
Number average molecular weight = 400
Polyol-5: Polyester polyol obtained by ring-opening addition of ε-caprolactone using trimethylolpropane (TMP) as an initiator
Number average molecular weight = 400
Polyol-6: Polycarbonate polyol obtained by transesterifying poly (hexamethylene carbonate) diol (HD-PCD) having a number average molecular weight of 1,000 and TMP
However, HD-PCD / TMP = 1/1 (molar ratio)
Number average molecular weight = 570
HDI: Hexamethylene diisocyanate
Zr-2EH: Zirconium 2-ethylhexanoate
Pb-2EH: Lead 2-ethylhexanoate
[0050]
From Table 1, by using a Zr-based catalyst, side reactions can be substantially suppressed, and a highly functional allophanate-modified polyisocyanate was obtained. On the other hand, with a conventional catalyst system (lead system), it was not possible to obtain a highly functional allophanate-modified polyisocyanate.
[0051]
[Production of self-emulsifying polyisocyanate]
Example 1
Self-emulsifying allophanate having the same capacity as Synthesis Example 1: 901 g of NCO-1, 99 g of monool-1 and 0.05 g of dioctyltin dilaurate were charged in a 1 L reactor and reacted at 80 ° C. for 4 hours. Modified polyisocyanate P-1 was obtained. The isocyanate content of P-1 was 13.4%, the viscosity at 25 ° C. was 10,000 mPa · s, and the average number of functional groups was 8.13. The results are shown in Table 2.
[0052]
Examples 2 to 9, Comparative Examples 1 and 2
In the same manner as in Example 1, self-emulsifying polyisocyanate was produced using the raw materials shown in Tables 2 and 3. The results are shown in Tables 2 and 3.
[0053]
[Table 2]

[0054]
[Table 3]

[0055]
In Examples 1-9, Comparative Examples 1-2, and Tables 2-3
Coronate HX: Polyisocyanate manufactured by Nippon Polyurethane Industry
Isocyanurate-modified polyisocyanate of hexamethylene diisocyanate
Isocyanate content = 21.3%
Viscosity at 25 ° C. = 2,400 mPa · s
Number average molecular weight = 400
OH-1: Polyether monool obtained by ring-opening addition of ethylene oxide using methanol as an initiator
Number average molecular weight = 400
OH-2: ricinoleic acid methyl ester
DOTDL: Dioctyltin dilaurate
[0056]
Application Examples 1-9, Application Comparative Examples 1-2
The following evaluation was performed using the obtained self-emulsifying polyisocyanate.
[0057]
[Pot life measurement]
Capacity: After mixing in a 300 ml container at a ratio of polyisocyanate / water = 20 g / 180 g, the mixture was stirred and dispersed with a homomixer at 2,000 rpm × 30 seconds. Then, it left still at room temperature, the isocyanate content was measured every hour, and the place where the isocyanate content became 0% was made into the pot life time. The results are shown in Tables 4 and 5.
[0058]
[Rubbing test]
Capacity: A 300 ml container was charged with 100 g of the following aqueous acrylic emulsion and 3 g of polyisocyanate, and stirred with a homomixer at 2,000 rpm × 30 seconds to prepare a clear paint. This clear paint was applied to an aluminum plate with an applicator so as to have a dry film thickness of 20 μm, and then cured at 50 ° C. for 20 hours to obtain a coated sample. Absorbent cotton soaked with xylene was rubbed against this coated sample, and the number of times the coating film surface was roughened was measured.
[0059]
[Synthesis of aqueous acrylic emulsion]
Capacity with a stirrer, thermometer, nitrogen seal tube and cooler: 2,000 ml reactor, 170 g of ion exchange water, 4 g of lebenol WZ (anionic emulsifier, manufactured by Kao), Neugen EA-170 (nonionic) 1 g of emulsifier (Daiichi Kogyo Seiyaku) was charged and heated to 80 ° C. Next, a mixed solution comprising 300 g of methyl methacrylate, 180 g of butyl acrylate, 4 g of acrylic acid, 5 g of diacetone acrylamide, 330 g of ion-exchanged water, 5 g of Neugen EA-170, and 1 g of potassium peroxide (initiator). Was added dropwise over 3 hours while maintaining the temperature in the reaction solution at 80 ° C., and then reacted at 80 ° C. for 3 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature and adjusted to pH 8 with 25% aqueous ammonia solution to obtain an aqueous acrylic emulsion having a solid content of 49.5%.
[0060]
[Table 4]

[0061]
[Table 5]

[0062]
From Tables 4 and 5, since the self-emulsifying type polyisocyanate obtained by the present invention has a long pot life after water dispersion and high functionality, it exhibited good cross-linking properties with a small amount.
[0063]
【The invention's effect】
The self-emulsifying allophanate-modified polyisocyanate obtained by the present invention is characterized by a higher number of functional groups and a longer pot life after water dispersion compared to conventional self-emulsifying polyisocyanates. .
[0064]
The self-emulsifying allophanate-modified aqueous polyisocyanate obtained by the present invention is most suitable as a curing agent for aqueous paints. In addition, main agents and curing agents for water-based paints, water-based adhesives, sealants, inks, fiber / glass fiber treatment agents, sizing agents, sealants, primers, caking agents, anchor coating agents, various binders, etc. Can be used as

Claims (3)

A process for producing a self-emulsifying allophanate-modified polyisocyanate comprising the following steps.
First step: a step of reacting a polyol (a) having an average functional group number of 2 or more and a number average molecular weight of 300 to 3,000 with an organic diisocyanate (b) in the presence of an allophanate catalyst (c) comprising a carboxylic acid zirconium salt. .
Second step: A step of adding the catalyst poison (d) to stop the allophanatization reaction.
Third step: a step of removing free organic diisocyanate.
Fourth step: A step of reacting the polyisocyanate obtained from the third step with a nonionic hydrophilic group-containing monofunctional alcohol (e) represented by the following formula.

The method according to claim 1, wherein the organic diisocyanate (a) is hexamethylene diisocyanate. The production method according to claim 1 or 2, wherein the amount of the monofunctional alcohol (e) used is 1 to 30% by mass with respect to the finally obtained polyisocyanate.