JP4212673B2 - カルバメート基で官能化されたアミノ樹脂、およびこれを含む塗料組成物 - Google Patents
カルバメート基で官能化されたアミノ樹脂、およびこれを含む塗料組成物 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カルバメート官能架橋剤およびこれらの架橋剤を含有する塗料組成物、特に多官能価アミノ化合物に基ずくカルバメート官能架橋剤を含むトップコートまたはクリアコート塗料組成物、に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
塗料は、例えば1つまたはそれより多いプライマー層および1つまたはそれより多いトップコート層を包含し得る多重層として施されることが多い。トップコートは着色性および他の審美的性質を付与するために用いられる。通常、トップコートはカラーコート、例えば公知アクリルエナメル、としての1層で、またはクリアオーバーコートを用いたカラーコートとしての2層で、のいずれかとして施される。カラー・プラス・クリア複合塗膜は外観が特に優れているので自動車産業に特に広く使用される。自動車塗膜に対する要求性能は特に厳しい。自動車塗膜はつやの優れた所望外観を有するのみでなく、色彩の深さ、イメージの鮮明さ、なども要求される。トップコートもまた環境的沈積物による擦傷、引っ掻き、エッチングもしくは斑点発生、チョーキング、および塗膜劣化の他の形態に対して抵抗性でなけらばならない。カラー・プラス・クリア複合塗膜において、被膜劣化に耐性を有することが重要である。
【0003】
Rehfussらは米国特許第5,356,669号および同第5,42,811号各明細書において、一群のカルバメート反応性基を有する化合物との反応により硬化され得るカルバメート官能ポリマーを含むクリアコート組成物を開示しており、この開示をここに引例として加入する。
【0004】
カルバメート官能反応性希釈剤はHeyらのWO第87/00851号、Richey,Jr.らの米国特許第5,115,015号、Hoyらの米国特許第4,814,382号、Hoyらの米国特許第4,677,168号、およびBlankらの米国特許第4,520,167号各明細書中に開示されており、これらの開示を引例としてここに加入する。このカルバメート官能反応性希釈剤は1つのカルバメート基を有する低分子量化合物である。これらはモノ官能価であるために、かかる化合物は塗料組成物中の架橋剤としては使用できない。
【0005】
カルバメート官能ポリマーに基ずいたジカルバメート官能架橋剤はRehfussによる米国特許第5,373,069号明細書中に開示されており、この開示をここに引例として加入する。
【0006】
イソシアヌレート型物質に基づいたトリカルバメート官能架橋剤はRehfussによる米国特許第5,336,566号明細書中に開示されており、この開示をここに引例として加入する。これらの物質はシアヌル環核および3つの1級カルバメート末端基を有している。
【0007】
アルコキシカルボニルアミノ−1,3,5−トリアジン架橋剤は米国特許第4,939,213号、同第5,084,541号、同第5,288,865号、KuangらのWO第96/15185号、FloodらのWO第96/04258号、BayによるWO第96/11915号、およびFloodらによるEP第0624577号各明細書中に開示されており、これらの開示をここに引例として加入する。これらの引例中に記載の架橋剤はアルコールまたは他の活性水素含有物質と反応し得る、アミノ基上の2級カルバメート基を有している。この反応機構中には、このカルバメート架橋剤からのアルコールの脱落、次いでこの活性水素含有物質とのウレタン結合の形成が包含されるものと考えられる。
【0008】
本発明により、カルバメート官能架橋剤が多官能性アミノ化合物に基づいて合成できることが見いだされた。本発明の組成物中には、バインダー樹脂、例えば付加重合体、またはカルバメート官能性と反応する少なくとも2つの基を有するアミノプラスト樹脂および物質、との組み合わせにおける、多官能性アミノ化合物に基づく1級または2級カルバメート官能架橋剤がまれる。本発明の組成物から形成された塗膜はウレタン連鎖を有する架橋網状構造を有している。これらの連鎖は、Rehfussらによる米国特許第5,356,669号および同第5,474,811号各明細書中で議論されているように堅牢で、かつ環境腐食耐性があることが判った。
【0009】
発明の要約
本発明に従えば、多官能性アミノ化合物に基づくカルバメート官能架橋剤およびこのカルバメート官能架橋剤を含んでなる硬化性塗料組成物が提供される。この架橋剤は、1つまたはそれより多いカルバメート基、またはカルバメートに転換し得る1つまたはそれより多い基、および下式にて表される1つまたはそれより多い多官能性アミノ部位を含む。
【化3】
[式中、Lは炭素鎖長の炭素数が1〜6であるアルキル、アリール、シクロアルキル、またはアルキルアリールである。]
Lはまた追加的橋掛け基、例えばエステル、エーテル、ウレア、またはウレタン基等の追加的橋掛け基を有していてもよい。Rは水素、炭素鎖長の炭素数1〜6のアルキルまたはシクロアルキルであり、PAMは、ウレア、置換ウレア、チオウレア、メラミン類、ベンゾグアナミン類、ジヒドロキシエチレンウレア類、アセトグアナミン類、シクロヘキシルカルボグアナミン類、N,N’−ジメチルウレア類、アルコキシニトリル類、アセチレンジウレア類、ジシアンジアミド類、グアニルウレア類、グリコールウリル類、アミド類、カルバメート類、トリアジン類、トリアゾール類、ジアジン類、グアナミン類、グアナジン類、グアニジン類、ジカルバメート類、アルキロール化ジカルバメート類、アルコキシ化ジカルバメート類、ならびにこれらの化合物とアルデヒドとの反応生成物およびこれらの縮合物からなる群から選択される多官能性アミノ部位である。
【0010】
この多官能性アミノ部位は、1級もしくは2級アミン、アルキロールアミン、またはアルコキシアミン基であってもよい。アミノ樹脂に基づく本発明1級カルバメート官能性架橋剤を利用する塗膜は、WO第96/15185号明細書開示のような架橋剤よりも有利であると考えられ、その理由は後者ではトリアジン環の付近が、主樹脂で形成された硬化連鎖を活性化して架橋結合を劣化させる可能性があるからである。
【0011】
詳細な説明
本発明の多官能性アミノ部位を含むカルバメート官能性架橋剤は、分子当り平均で1つを越えるアミン基、アルコキシル化アミン基、アルコキシル化アミン基、またはこれら3つの基いずれかの混合物を有する、いずれかのアミノ部位またはアミノプラストまたはそれらのいずれかの混合物から形成できる。
【0012】
アミノプラスト類は物質の1クラスとして公知であり、多くのアミノプラスト類が市販されており、例えばCytec Industries,Inc.(米国ニュージャージー州パターソン)から市販のCYMELR およびBEETLER 、またはMonsanto Corporationから市販のRESIMENER が挙げられる。このアミノ部位は、ウレア類、チオウレア類、メラミン類、ベンゾグアナミン類、ジヒドロキシエチレンウレア類、アセトグアナミン類、アルコキシニトリル類、シクロヘキシルカルボグアナミン類、N,N’−ジメチルウレア類、アセチレンジウレア類、アミド類、ジシアンジアミド類、グアニルウレア類、グリコールウリル類、およびその他、これらの物質とアルデヒド、例えばホルムアルデヒド、との生成物、ならびにこれらの縮合物を部分として含み得る。他のトリアジン類、トリアゾール類、ジアジン類、グアニジン類、置換ウレア類、またはグアナミン類もまた使用することができる。
【0013】
上記のように、このアミノ部位はアルデヒドとの反応により1部または全部がアルキロール基に転換されてもよい。通常はホルムアルデヒドが採用されるが、他のアルデヒド、例えば、アセトアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、クロトンアルデヒド、およびベンズアルデヒド、も使用できる。このアミン‐ホルムアルデヒド樹脂は、好ましくは水性ホルムアルデヒドを使用して、酸触媒化縮合による公知方法で製造される。好ましい1実施態様では、米国特許第3,082,180号明細書に記載されているような修飾アミノ‐トリアジン‐アルデヒド樹脂が使用され、この開示を引例としてここに加入する。
【0014】
1つまたはそれより多い1官能価アルコール、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、またはベンジルアルコール、を用いてこのアルキロール基の1部または実質的全部をエーテル化させることも可能である。アミノ化合物の1つの好ましいグループは実質的完全メチル化され、完全メトキシル化されたメラミンであり、これらは例えば米国特許第4,293,692号明細書に開示された方法により製造される。この開示を引例としてここに加入する。アミノ化合物の他の有用な種類は、完全混合アルキル化、実質的完全メチロール化グリコールウリル誘導体、例えば米国特許第4,105,708号明細書に記載されているような、ジメトキシメチル‐ジエトキシメチル‐グリコールウリル、であり、この開示を引例としてここに加入する。
【0015】
このアミノ樹脂はアミノ基上の水素とエポキシとの反応生成物、または官能化アミン、例えば5−アンミノヘキサノール、とメラミンとの交換生成物であってもよい。
【0016】
このアミノ部位はメラミン、ウレア、ウレア含有化合物、メラミン‐ホルムアルデヒド、およびグリコールウリル‐ホルムアルデヒドであることが特に好ましい。このメラミン‐ホルムアルデヒドおよびグリコールウリル‐ホルムアルデヒドは部分または実質的完全アルキル化およびメチロール化されてもよい。このように、この好ましい化合物は、非修飾アミノ基、メチロール基、エーテル基、およびこれらの基の混合物のいずれかの組み合わせを有し得る。特に好ましい例はメラミン、ヘキサメチロールメラミン、ペンタメチロールメラミン、テトラメチロールメラミン、トリメチロールメラミン、ジメチロールメラミン、およびモノメチロールメラミン、ならびにそれらの部分または実質的完全アルキル化誘導体、例えばヘキサメトキシメチルメラミン、である。
【0017】
カルバメート基は、例えば構造式−O−C(=O)−NHRにより一般化される。
多官能性価アミノ化合物に基づくカルバメート官能架橋剤はアミノプラストまたはアミノ部位を、1つもしくはそれより多いカルバメート基を有する化合物と、またはカルバメート基に転換できる1つもしくはそれより多い基を有する化合物と反応させることにより形成される。
【0018】
カルバメート基に転換できる基の例中には、環状カーボネート基、エポキシ基、および不飽和結合が包含される。環状カーボネート基はアンモニウムもしくは1級アミンと反応させてβ−ヒドロキシカルバメートを形成させる反応によりカルバメート基に転換できる。エポキシ基はCO2 と反応させ、次いでβ−ヒドロキシカルバメートに転換することにより環状カーボネートに転換できる。オキシラン基の環状カーボネートへの転換は常圧ないし超臨界CO2 圧、好ましくは約60〜約150psi、温度約60℃〜約150℃で実施できる。有用な触媒の例中にはオキシラン環を活性化し得るいずれかの触媒、例えば、(イ)3級アミンまたは4級アミンの塩、例えばテトラメチルアンモニウム臭化物、(ロ)有機錫ハライド錯体とアルキルホスホニウムハライドとの組み合わせ、例えばテトラメチル錫ヨウ化物、テトラブチル錫ヨウ化物、テトラブチルホスホニウムヨウ化物、およびテトラメチルホスホニウムヨウ化物、(ハ)カリウム塩、例えば炭酸カリウムおよびヨウ化カリウム好ましくは、クラウンエーテルとこれらの組み合わせ、(ニ)錫オクトエート、カルシウムオクトエート、およびその他、が包含される。
【0019】
不飽和結合は、ペルオキシドを用いてエポキシ基を発生させ、次いで上記方法にしたがってエポキシ基をカーボネート基に転換させ、最終的にはカルバメート基に転換させる反応によりカルバメート基に転換できる。このカルバメートはNR基[式中、Rは水素、炭素数1〜6のアルキルもしくはシクロアルキルを示し、置換もしくは非置換型であってもよい]において1級または2級末端である。
【0020】
本発明のカルバメート官能化合物の有用な合成方法では、上記アミノ樹脂のメチロール基を、高温で、好ましくは触媒の存在下で、ウレアもしくはシアン酸と反応させて1級カルバメートを形成させる。カルバメート基は、アルコールとホスゲンとの反応、次いでアンモニウムもしくはアミンとの反応により形成させることもできる。アルコキシル化アミノ化合物もヒドロキシアルキルカルバメートと反応させることができる。他のアプローチは、ヒドロキシカルバメートでハーフキヤッピングされたイソシアネート、例えばヒドロキシプロピルカルバメート、をアミノ樹脂上のアルコール基と反応させることである。3番目の方法はアルコールをアルキルカルバメートでエステル化させることである。低級アルキル基を有するカルバメート化合物はエステル交換させるのに好ましい。このエステル化はルイス酸、錫、またはチタネート触媒により触媒佐用を及ぼされる。有用な触媒の例中には、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫オキシド、およびイソブトキシチタネートが包含される。この反応はブレンステッド酸、例えばパラトルエンスルホン酸、により触媒化佐用を及ぼされてもよい。
【0021】
他の方法では、アルコキシル化アミノ樹脂をグリセリンカーボネートと反応させる。次いでこのカーボネート環をアンモニウムもしくはアミンで開環させてβ−ヒドロキシカルバメートを形成させる。別法として、このカーボネート環は1級もしくは2級アミンで開環させ、次いで上記のいずれかの方法によりカルバメート基に転換できる。
【0022】
他の方法ではアミノ樹脂上のアミノ基と、カルバメート基に転換し得る官能基を含むアミンとの間の交換反応を行う。次いでこの官能基をカルバメート基に転換させる。この非制限的実例としては、アミノアルコール、例えば1−アミノヘキサノール、とメラミンとの交換反応、引続くホスゲンとの反応、さらにアンモニアもしくはアミンとの反応が挙げられる。
【0023】
最後に、アルキルカルバメート、例えばメチルカルバメート、エチルカルバメート、またはブチルカルバメート、を使用したアルコールのトランスカルバミル化による、アミノ樹脂上へのカルバメート基形成によってもカルバメートは調製できる。このトランスカルバニル化は高温で、好ましくは有機金属触媒、例えばジブチル錫ジラウレート、の触媒の存在下で好ましく実施できる。
【0024】
カルバメート官能架橋剤として有用な他のクラスの例中には、BASP Corporation(米国ニュージャージー州マウントオリーブ)からPLASTOPALR として市販されるポリカルバメート樹脂およびアルコキシル化ポリカルバメート樹脂が包含される。特に、好ましい化合物の例中には、ジカルバメート、アルキロール化もしくアルコキシル化ジカルバメート、またはこれらの基の混合物を用いたジカルバメートが包含される。好ましい化合物は下式にて表される。
[式中、R1 、R2 、R3 およびR4 はそれぞれ独立にH、R6 OH、およびR6 OR7 (ここでR6 は炭素数6までのアルキル基、R7 は炭素原子6までのアルキル基であり、かつさらにR5 は炭素数20までのアルキレン基である)からなる群から選択される]
にて表される。
【0025】
好ましい1実施態様では、このアルコキシル化ポリカルバメート樹脂は、イソブタノール、n−ブタノール、またはメタノールを用いてエステル化されたものから選択される。好ましい化合物または樹脂の例中には、Plastopal BTB、Plastopal BTA、Plastpal BTM、およびPlastopal LR8822[いずれもBASF Corporation(米国ニュージャージー州マウントオリーブ)からの市販品]が包含されるが、これらのみに限定されない。
【0026】
ポリカルバメートが使用される場合には、そのアミノ基はアルデヒドとの反応によりアルキロール基に部分的もしくは完全に転換されてもよい。通常ホルムアルデヒドが採用されるが、他のアルデヒド、例えばアセトアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、クロトンアルデヒド、およびベンズアルデヒド、もまた有用である。このアミンホルムアルデヒド樹脂は、好ましくは水性ホルムアルデヒドを用いた酸により触媒作用を及された縮合により公知態様で製造される。
【0027】
このアルキロール基は、1つまたはそれより多い1官能性アルコール、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、またはベンジルアルコール、を用いて部分もしくは実質的完全エーテル化されることも可能である。アミノ樹脂の1つの好ましいグループは実質的完全メチル化、完全メチロール化ポリカルバメート樹脂である。他の有用なアミノ樹脂は完全混合アルキル化、実質的完全メチロール化ポリカルバメート樹脂である。
【0028】
このカルバメート官能性化合物は本発明の塗料組成物中に、アミノプラスト樹脂、物質、またはカルバメート官能基と反応し得る1つを越える基を有するアミノポリマーと組み合わされる。この樹脂、物質、またはカルバメート官能価と反応する1つを越える基を有するポリマーとしては、塗料組成物中に用いて有用ないずれの公知タイプの樹脂でもよい。好ましくは、自動車塗料の場合には特にそうであるが、ポリエステル、ポリウレタン、付加重合体、ポリエステル‐ポリウレタングラフト共重合体、アミノプラストおよびそれらの混合物からなる群から選択された少なくとも1種の樹脂が用いられる。1つまたはそれより多い1級カルバメート反応基を有する付加重合体の使用が特に好ましい。かかる付加重合体の例中には、アクリルポリマー、ビニルエステル共重合体のビニルポリマー、およびその他が包含されるが、これらのみに限定はされない。これらの中ではアクリルポリマーおよびアクリルポリマーを包含する混合物が、少なくとも2つの1級カルバメート反応性官能基を有する樹脂として特に好ましい。別法として、アミノプラスト樹脂が使用でき、ここではメラミン樹脂が好ましいアミノプラストである。このカルバメート反応性基はイソシアネート、無水物、シロキサン、またはアルコキシル化アミノ基であることが好ましい。
【0029】
これらの物質はそれら自体で、または他の架橋性部位との組み合わせで硬化される。他の架橋性部位としてはカルバメートまたはカルバメート架橋性種と反応し得るものでも、反応し得ないものでもよい。これらは、別個の物質であってもよく、またはカルバメート官能アミノ架橋剤の1部分もしくはそれより多くおよび/またはカルバメート官能性アミノ架橋剤と反応性し得る基の1部分もしくはそれより多くに共有結合している物質であってもよい。この非限定的例としては、酸官能性樹脂とエポキシ官能性樹脂との付加である。他の非限定的例としては、米国特許第4,939,213号明細書に開示されているアルコキシカルボニルアミノ−1,3,5−トリアジン架橋剤とヒドロキシ官能アクリル樹脂の付加がある。
【0030】
このカルバメート反応性材料が少なくとも2つのカルバメート反応性官能基との付加重合体である場合の好ましい付加重合体は、(イ)アルコキシル化アクリルアミドおよびアルコキシル化メタアリルアミド、例えばN−ブトキシメタクリルアミド、N−メトキシメタクリルアミド、およびN−イソブトキシメタクリルアミド、(ロ)アルキルアクリルアミドグリコレートアルキルエーテルおよび関連するエステル化、エーテル化されたアクリルアミドもしくはメタクリルアミド誘導体、これはメチルアクリルアミドグリコレートメチルエーテル[CytecIndustries(米国コネチカット州スタムフォード)から商標名MAGMEとして市販]、およびブチルアクリルアミドグリコレートメチルエーテルを包含する、(ハ)アルコキシル化ウレアアクリレートおよびメタクリレート、例えばヒドロキシエチルエチレンウレアメタクリレート[Elf Atochem社からNorsocryl 100として市販される、メタアクリル酸でエステル化されたHEEU]等の、等のモノマーを包含させ、次いで(イ)アルデヒド(ロ)イソシアネート官能モノマー、例えばメタイソプロピル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート[Cytec Industries(米国コネチカット州スタムフォード)から商標名TMIR として市販される]、イソシアナトエチルメタアクリレート[Dow Corp.(米国ミネソタ州ミッドランド)から市販される]、(ハ)無水酸官能性モノマー、例えば無水マレイン酸、および(ニ)シロキサンモノマーまたはポリシロキサンマクロモノマー、例えばHuls社から市販されるようなもの、と反応させることにより形成させることができるが、これらのみには限定はされない。有用なアルコキシル化アミドの例中には、(イ)N−(1,1−ジメチル−3−オキシブチル)アクリルアミドのような化合物、(ロ)N−アルコキシアミド、例えばメチロールアミド、(ハ)N−アルコキシアクリルアミド、例えばn−ブトキシアクリルアミド、(ニ)N−アミノアルキルアクリルアミドまたはミタクリルアミド、例えばアミノメチルアクリルアミド、1−アミノエチル−2−アクリルアミド、1−アミノプロピル−2−アクリルアミド、1−アミノプロピル−2−メタアクリルアミド、N−1−(N−ブチルアミノ)プロピル−(3)−アクリルアミドおよび1−アミノヘキシル−(6)−アクリルアミドおよび1−(N,N−ジメチルアミノ)エチル(2)−メタクリルアミド、1−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル−(3)−アクリルアミドおよび1−(N,N−ジメチルアミノ)ヘキシル−(6)メタクリルアミド、包含されるが、これらのみには限定はされない。MAGME含有アクリル共重合体はHoward R.Lucasによる“Effect of α−Methyl Groups on Room Temperature Crosslinking in Acrylic Polymers Containing MAGME Monomers”、Journal of Coatings Technology,57巻、49の731号(1985年12月)中に記載があり、この開示をここに引例とし加入する。N−(アルコキシメチル)アクリルアミドのポリマーはChristensonらの米国特許第3,079,434号、Tuckerによる米国特許第3,326,868号、Flegenheimerにより米国特許第3,344,097号、およびChristensonらの米国特許第3,247,139号各明細書を包含する多くの文献中に記載があり、これらの開示をここに引例として加入する。
【0031】
カルバメート反応性官能基を有する不飽和モノマーは1種またはそれより多い公知不飽和共重合性モノマーと一緒に重合できる。かかる共重合性モノマーの例中には、(イ)炭素数3〜5のα,β−エチレン性不飽和モノカルボキシル酸およびそれらの酸のエステルもしくはニトリル、(ロ)炭素数4〜6のα,β−エチレン性不飽和ジカルボキシル酸およびそれら酸の無水物、モノエステルおよびジエステル、(ハ)ビニルエステル、ビニルエーテル、ビニルケトン、および芳香族もしくは複素環式脂肪族ビニル化合物が包含されるが、これらのみに限定はされない。
【0032】
アクリル酸、メタアクリル酸およびクロトン酸の有用なエステルの代表例中には、(イ)上記酸のアルキルおよび置換アルキルエステルのような化合物、特に炭素数1〜20の飽和脂肪族および環状脂肪族アルコールとの反応で得られるもの、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、2−エチルヘキシル、ラウリル、ステアリル、シクロヘキシル、トリメチルシクロヘキシル、テトラヒドロフルフリル、スルホエチル、およびイソボルニルアクリレートおよびメタアクリレート、ならびに(ロ)ポリアルキレングリコールアクリレートおよびメタアクリレートが包含されるが、これらのみには限定はされない。
【0033】
他のエチレン性不飽和重合性モノマーの代表例中には、フマル酸無水物、マレイン酸無水物、およびイタコン酸無水物、ハーフエステル、およびエステルが包含されるが、これらのみに限定はされない。
【0034】
重合用ビニルモノマーの代表例中には、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ビニルエチルエーテル等のビニルエーテル、ビニルおよびビニリデンハライド、およびビニルエチルケトンのような化合物が包含されるが、これらに限定はされない。
【0035】
芳香族もしくは複素環式脂肪族ビニル化合物の代表例中には、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、t−ブチルスチレン、および2−ビニルピロリドンのような化合物が包含されるが、これらのみには限定はされない。
【0036】
他の好適な共重合性モノマーの例中には、(イ)α−オレフイン化合物、例えば、エチレン、プロピレン、(ロ)ジエン化合物、例えば、ブタジエンおよびイソプレン、および(ハ)フッ素もしくはケイ素原子を伴った化合物、例えば1H,1H,5H−オクタフルオロペンチルアクリレートおよびトリメチルシロキシエチルアクリレート、が包含される。
【0037】
上記付加共重合体はアクリルポリマーであることが好ましい。本発明の目的の場合、アクリルポリマーとは炭素数3〜5の1種もしくはそれより多いα,β−エチレン性不飽和モノカルボキシル酸またはこれらの酸の誘導体、例えば上記のエステル、を包含するポリマーであると定義される。好ましいアクリルポリマーは公知手段、例えば遊離ラジカル重合、カチオン重合、またはアニオン重合、を採用して例えばバッチもしくはセミバッチ方式で調製できる。例えばこの重合は、有機ペルオキシドもしくはアゾ化合物等の遊離ラジカル源の存在下、バッチ方式の場合には任意の連鎖移動剤の存在下、塊状もしくは有機溶液中もしくは水性分散物中でこのエチレン性不飽和モノマーを加熱することにより実施でき、別法として、上記モノマー、抑制剤、および連鎖移動剤のいずれかをセミバッチ方式で、溶剤を入れた加熱反応器中に一定速度で供給してもよい。
【0038】
代表的遊離ラジカル源は有機ペルオキシドであり、これらの例中には(イ)ジアルキルペルオキシド、例えばジ−tert−ブチルペルオキシドおよびジクミルペルオキシド、ペルオキシエステル、(例えばtert−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエートおよびtert−ブチルペルオキシピバレート)、(ロ)ペルオキシジカーボネート、例えば、ジ−2−エチルヘキシルペルオキシジカーボネートおよびジシクロヘキシルペルオキシカーボネート、(ハ)ジアシルペルオキシド、例えば、ジベンゾイルペルオキシドおよびジラウロイルペルオキシド、(ニ)ヒドロペルオキシド、例えば、クメンドロペルオキシドおよびtert−ブチルヒドロペルオキシド、(ホ)ケトンペルオキシド、例えば、シクロヘキサノンペルオキシドおよびメチルイソブチルケトンペルオキシド、および(ヘ)ペルオキシケタール、例えば、1,1−ビス(tert−ブチルペルオキシ)−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン、および1,1−ビス(tert−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、ならびに(ト)アゾ化合物、例えば、2,2’−アゾビス(2−メチルブタンニトリル)および1,1’−アジビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、が包含される。典型的連鎖移動剤としては(イ)メルカプタン、例えばオクチルメルカプタン、n−もしくはtert−ドデシルメルカプタン、チオサリシル酸、メルカプト酢酸、およびメルカプトエタノール、(ロ)ハロゲン化化合物、および(ハ)α−メチルスチレンダイマーが挙げられる。
【0039】
遊離ラジカル重合は約20℃〜約200℃、好ましくは90℃〜170℃、で行うのが普通である。反応は還流下で行うのが簡便であるが、必要条件ではない。上記開始剤は反応における半減期で選択すべきである。
【0040】
カルバメート官能基と反応し得る少なくとも2つの基を有する上記樹脂がアクリルポリマーである場合には、このポリマーの平均分子量は一般的には約1000〜約40,000、好ましくは約1000〜約6000、および一層好ましくは約1000〜約3000、のものである。この分子量はポリスチレン標準を使用したゲル・パーミエーション・クロマトグラフイーで測定して決める。当量は一般に約200および1500の間、一層好ましくは約300および340の間、である。ガラス転移温度は共重合体の選択および割り当てを通じて公知方法にしたがって調整できる。好ましい1実施態様では、カルバメート反応性官能価を有するアクリルポリマーのTg は約20℃および80℃の間、一層好ましくは約20℃および60℃の間、にある。
【0041】
カルバメート官能基と反応し得る少なくとも2つの基を有する樹脂の形成のためには、予め形成させたポリマーまたは樹脂をカルバメート反応性官能基を有する化合物と付加生成させることにより形成が可能であり、ある場合には好ましい。例えばこのポリマーまたは樹脂上の官能基と反応し得る少なくとも1つの基と一緒に、少なくとも1つのイソシアネート基、無水物基、アルコキシル化アミノ基、またはシロキサン基を有する化合物が使用できる。カルバメート官能基と反応し得る少なくとも2つの基を有するポリマーまたは樹脂の好ましい合成法では、酸官能性ポリマーまたは樹脂をヒドロキシエチルエチレンウレアと反応させ、次いでこれをアルデヒドと反応させる。1級カルバメート官能基と反応し得る少なくとも2つの基を有するポリマーまたは樹脂を生成するはずの、付加生成性化合物と官能ポリマーまたは樹脂との他の組み合わせは、当業者にとり予想できるところであり、かつそれらは公知である。
【0042】
本発明の塗料組成物は、本発明の少なくとも1つのカルバメート官能性架橋剤、およびカルバメート官能基と反応し得る少なくとも2つの基を有する少なくとも1つのポリマーまたは樹脂を含有する。このカルバメート官能性架橋剤の含有量は約10重量%〜約90重量%、好ましくは約20重量%〜約80重量%、(溶剤以外の組成物全重量基準)である。特に好ましい実施態様では、このカルバメート官能性架橋剤の含有量は溶剤を除く全組成物重量基準で約30重量%〜約70重量%である。1級カルバメート官能価と反応し得る少なくとも2つの基を有するこのポリマーまたは樹脂は、溶剤を除いた全組成物の重量基準で約10〜約90重量%、好ましくは約20重量%〜約80重量%、の量で含まれる。特に好ましい実施態様では、1級官能基と反応し得る少なくとも2つの基を有するポリマーまたは樹脂は溶剤を除いた組成物の重量基準で約30〜約70重量%で含まれる。
【0043】
この組成物は、1種またはそれより多い触媒、および好ましくは少なくとも1種の架橋反応に対する触媒を含有していてもよい。有用な触媒の例中には、(イ)アルキルスルホン酸、アリールスルホン酸およびアルキルアリールスルホン酸、例えばメタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、およびドデシルベンゼンスルホン酸、(ロ)ジノニルナフタレンジスルホン酸、(ハ)リン酸およびそのエステル、例えばフェニル酸ホスフェート、ヒドロキシホスフェートエステル、およびブチルホスフェート、(ニ)ルイス酸、例えばボロントリフルオライドエーテレート、トリメリット酸、モノブチルマレエート、トリフリック酸、およびその他、が包含されるが、これらのみには限定されない。触媒を使用する場合、触媒の使用量は塗料組成物の全重量基準で約0.01重量%〜約2.0重量%、好ましくは約0.05重量%〜約1.0重量%、である。
【0044】
本発明の塗料組成物は粉末塗料としても使用できるが、好ましい実施態様では、この塗料組成物はさらに有機溶剤または水を含有する。特に好ましい実施態様では、この組成物は溶剤性塗料組成物である。有機溶剤の使用量は樹脂組成物の重量基準で約5重量%〜約99重量%、好ましくは約20重量%〜約80重量%、一層好ましくは約20重量%〜約50重量%、である。
【0045】
特定溶剤の選択は業界公知の方法にしたがって行うことができる。最適溶剤または溶剤混合物の選択はその特定溶剤を直接試験することにより達せられる。一般的に、有用な溶剤の例中には、エステル類(特にアセテート、プロピオネートおよびブチレート)、アルコール類、ケトン類、芳香族溶剤、グリコールエーテル、およびグリコールエステルが包含されるが、これらのみに限定はされない。使用溶剤の非限定的例中には、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸アミル、酢酸ブチル、エチレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、キシレン,トルエン、イソプロパノール、ブタノール、ナフサおよび芳香族炭化水素の他の混合物、N−メチルピロリドン、酢酸ブチル、およびイソブチルイソブチレートが包含されるが、これらのみに限定されない。使用溶剤の特定タイプまたは複数タイプおよび最適使用量は塗料組成物中の特定バインダーおよび架橋剤に依存する。溶剤の選択および数量割り当ては直接試験により実施できる。
【0046】
本発明の塗料組成物は水性組成物であってもよい。水性組成物では、水の使用量は塗料の重量基準で約20重量%〜約95重量%、好ましくは約30重量%〜約70重量%、である。また水性組成物は好ましくは1種またはそれより多い補助溶剤、例えばブチルセロソルブ、セロソルブアセテート、またはTexanol、のを全塗料組成物基準で約1重量%〜約20重量%、好ましくは約5重量%〜約10重量%の濃度で含有できる。
【0047】
本発明の塗料組成物中には、いずれの公知添加剤が含まれいてもよく、これらの例中には界面活性剤、フィラー、安定剤、湿潤剤、分散剤、接着促進剤、UV吸収剤、酸化防止剤、ヒンダードアミンもしくはアミド光安定剤、チキソトロープ等のレオロジー制御添加剤、レベリング剤、スリップ剤、反応性希釈剤、ワックス、抗クレーター添加剤、およびその他が包含される。かかる添加剤の使用量および組み合わせは、業界で採用する公知方法に準拠して決めてよい。
【0048】
この組成物はカルバメートもしくはカルバメート反応性官能基と反応し得る、または反応し得ない追加的架橋テクノロジーを包含してもよい。これらの追加的架橋テクノロジーは独立したものでもよく、またはカルバメート官能アミノ架橋剤および/またはこのカルバメート官能アミノ架橋剤と反応し得る基の1部分またはそれより多くと共有結合していてもよい。この種の非制限的例示は、エポキシ官能性樹脂と酸官能性樹脂との付加である。他の非制限的例示は、EPA第0624577A号、PCT/US/95/09520号およびWO第96/15185号各明細書に開示されているアルコキシカルボニルアミノ−1,3,5−トリアジン架橋剤の付加である。この種の非限定的例示としては、カルバメート官能架橋剤を、メラミンベースアミノプラストの混合物、例えば、ヘキサメトキシメチルメラミン単量体およびイソブトキシメチルアクリルアミドアクリル樹脂、を使用して硬化させる例が挙げられる。
【0049】
本発明の塗料組成物は、通常の技法、例えば静電塗装を包含するスプレー塗装、ディップ塗装、ロール塗装、カーテン塗装、で施工できる。自動車ボデイパネルの場合には、スプレー塗装が好ましい。
【0050】
本発明の塗料組成物は金属、プラスチック、セラミック、紙、皮、および木材ならびに木材様基質を包含する各種の基質上に施工できる。本発明の組成物はプライマー層上に施工するのが好ましい。
【0051】
本発明の塗料組成物を着色されたトップコートとして使用する場合には、有機もしくは無機の顔料または染料、金属性もしくは他のフレーク顔料、またはこれらの組み合わせのいずれもが使用できる。フレーク顔料としては例えばマイカもしくはアルミニウムフレークが使用できる。通常は顔料は顔料:バインダー比として約0.1〜約1.0のレベルでトップコート組成物中に使用される。
【0052】
好ましい実施態様では、この発明の組成物は複合カラー・プラス・クリア塗膜の1部として着色ベースコート上のクリアコート層として使用できる。この着色されたベースコートはプライマー層上に施すのが好ましい。かかる複合塗膜の場合の着色ベースコート組成物は業界公知であり、多くの特許文献および随所に詳細な記載が見られる。ベースコート組成物に有用な業界公知のポリマーの例中には、アクリル、ビニル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエステル、アルキッド、およびポリシロキサン類が包含される。好ましいポリマーの例中にはアクリルおよびポリウレタンが包含される。ベースコート組成物は、硬化して不溶性の架橋層を形成するような熱硬化性組成物が好ましい。ウエット・オン・ウエットベース/クリアシステムであって、このクリアコート組成物が後者の硬化に先立ってベースコートに施工されるようなシステムが好ましい。
【0053】
少なくとも、アミノ樹脂に基づくカルバメート官能性架橋剤を含む本発明の組成物を、用いて物品を被覆後、被覆物品は被覆層もしくは被覆複数層が硬化するような条件下にさらしてよい。各種の硬化方法が可能であるが、熱硬化が普通であり好ましい。一般に、熱硬化は例えば放射線源により供給された高温に被覆物品を曝すことにより促進される。硬化温度は好ましくは約180°F〜約310°F、一層好ましくは約250°F〜約285°F、である。この物品は約15分〜約45分、好ましくは約20分〜約30分、で硬化できる。
【0054】
【実施例】
下記の諸例にしたがって本発明をさらに説明する。これらの実施例は説明目的のものであり、この発明の特許請求の範囲を制限するものではない。すべての部は特記しない限り重量基準である。
例1(ヘキサメトキシメチルメラミンに基づいたカルバメート官能性架橋剤)
A.ヒドロキシ官能メラミンの調整
「CYMELR 303」[Cytec Industries社(米国コネチカット州スタムフォード)から入手]914部、ヒドロキシプロピルカルバメート826.8部、およびメタノール1000部の混合物を不活性雰囲気中、69℃に加熱した。全量で12部のドデシルベンゼンスルホン酸をこの混合物に添加した。すべてのヒドロキシプロピルカルバメートがメラミン中に取り入れられるまで反応混合物を70℃に維持した。
【0055】
この時点でメチルカルバメート379.5部をこの混合物中に加えた。この混合物を加熱して還流させ、メチルカルバメートが最早取り入れられなくなるまで還流を維持した。
【0056】
「AMP−95」[Angus Chemical Corp.(米国イリノイ州バッファローグローブ)が市販のアミノメチルプロパノール、95%)]3.5部を添加後、この混合物を減圧ストリップして未反応メチルカバメートを除いた。減圧ストリップ後、酢酸アミル882部を添加した。生成樹脂溶液のヒドロキシル当量は348g./equiv.溶液であった。
【0057】
B.カルバメート官能性メラミンの調整
イソホロンジイソシアネート68部、メチルイソアミルケトン73.6部、およびジブチル錫ジラウレート0.2部の混合物を調製し、この混合物中にヒドロキシプロピルカルバメート36.5部を徐々に添加した。添加中、反応温度が39℃より高温にならないようにした。ジブチルアミンを用いたNCO滴定によりヒドロキシプロピルカルバメートが取り入れられたことを確認した後、項目Aで調製したヒドロキシル官能メラミン110.5部を添加した。すべてのイソシアネートが消費(ジブチル錫使用の滴定で確認)されるまで反応混合物を65℃に加熱した。この反応混合物を冷却し、次いでn−ブタノール28部を加えた。
【0058】
C.ヘキサメトキシメチルメラミンに基づくカルバメート官能架橋剤の硬化
項目Bで調製したカルバメート官能性メラミン52.8部、ヘキサメトキシメチルメラミン3.9部、およびドデシルベンゼンスルホン酸0.3部の混合物を厚さ8ミリのガラス板上に塗布した。塗膜を285°Fで30分間ベーキングした。硬化塗膜層は硬く透明であった。この硬化塗膜をメチルエチルケトン中に1分間浸漬したが観察し得る影響はなかった。この硬化塗膜層をメチルエチルケトンを用いた200ダブルラブ試験に処したが、観察し得る影響はなかった。
【0059】
例2(ヘキサメトキシメチルメラミンに基づくカルバメート官能性架橋剤)
A.カルバメート官能性メラミンの調製
適当な反応器中で、ヘキサメトキシメチルメラミン単量体400部、ヒドロキシプロピルカルバメート318部、ブチルカルバメート300部、および触媒量の硝酸亜鉛の混合物を不活性雰囲気中で徐々に60℃に加熱した。反応混合物に減圧を適用して反応副産物メタノールを除いた。この反応混合物が100℃に達した後、計算重量のメタノールが除去されるまで温度100℃に維持した。
【0060】
この時点で、トルエン500部、メチルカルバメート260部、触媒量のジブチル錫オキシドを反応器中に添加した。この反応混合物を加熱して還流させた。交換カルバメーション反応の副産物であるメタノールを除去した。反応の進行はヒドロキシル官能基の滴定によりモニターした。ヒドロキシル濃度が初期濃度の10%未満まで低減したら、このバッチを減圧下でストリップし、溶剤および未反応物質を除去した。「DowanolR 」[Dow Corp.(米国ミネソタ州ミッドランド)から市販]104部を添加して生成樹脂の粘度を調整した。
【0061】
B.ヘキサメトキシメチルメラミンに基づくカルバメート官能性架橋剤の硬化
項目Aで調製したカルバメート官能メラミン120部、ヘキサメトキシメチルメラミン14.5部、「DowanolR PM」35部、およびオキサゾリジノンでブロッキングされたドデシルベンゼンスルホン酸1.0部の混合物を厚さ8ミリのガラス板上に塗布した。塗膜を275°Fで25分間ベーキングした。硬化塗膜層は硬く透明であった。この硬化塗膜層をメチルエチルケトン中に1分間浸漬したが観察できる影響は認められなかった。この硬化塗膜層をメチルエチルケトンを用いた200ダブルラブ試験に処したが、観察し得る影響は認められなかった。
【0062】
例3(ヘキサメトキシメチルメラミンに基づくカルバート官能架橋剤含有塗料組成物)
A.N−イソブトキシメタアクリルアミドポリマーの調製
凝縮器を具備した適当な容器中で、イソブチルアルコール1125部を窒素気流中で加熱し還流させた。還流後、窒素を止め、N−イソブトキシメタアクリルアミド988部、スチレン748部、2−エチルヘキシルアクリレート747部、「VAZO−67」[DuPont de Nemours Inc.(CITY,ST)から市販]248部、イソブタノール115部の混合物を2時間に亙って添加した。すべての部は重量基準である。添加終了後、イソブタノール200部を加えた。さらに30分間還流を維持した。
【0063】
B.塗料組成物の調製
例1、項目Bのカルバメート官能メラミン35.6部、N−イソブトキシメタアクリルアミドポリマー(例3、項目A)27.2部、およびドデシルベンゼンスルホン酸0.19部から混合物を調製した。
【0064】
この混合物を厚さ8ミリのガラス板上に塗布した。この塗膜を285°Fで30分間ベーキングした。この硬化塗膜層は硬く透明であった。この硬化塗膜層をメチルエチルケトン中に1分間浸漬したが観察できる影響は認められなかった。この硬化塗膜層をメチルエチルケトンを用いた200ダブルラブ試験に処したが、観察し得る影響は認められなかった。
【0065】
以上、好ましい実施態様を参照しながら本発明を説明した。しかし本発明の精神と範囲内で、種々の変更、修飾をなし得ることは理解されるべきである。
Claims (14)
- 1つもしくはそれより多いカルバメート基、またはカルバメート基に転換し得る1つもしくはそれより多い基、および下式にて表される1つもしくはそれより多い多官能性アミノ部位を含んでなることを特徴とする架橋剤。
- 上記多官能性アミノ部位がアルコキシル化アミノプラストまたはアミノ樹脂を含んでなることを特徴とする、請求項1記載の架橋剤。
- 上記多官能性アミノ部位が、混合アルキル化、メチロール化グリコールウリル、ウレア、およびウレア含有部位からなる群から選択される、請求項1記載の架橋剤。
- 上記多官能性アミノ部位が、メラミン、メラミン・ホルムアルデヒド、グリコールウリル・ホルムアルデヒド、およびウレア部位から選択される、請求項1記載の架橋剤。
- 上記−L−基がCH2、CHR、またはCHR’CHR”−(式中、R、R’、R”は水素またはアルキル基である)である、請求項4記載の架橋剤。
- 多官能性アミノ化合物を、多官能性アミンと反応し得る基を有する化合物と反応させ、かつ1級カルバメート化合物と、またはカルバメートへ転換可能な基を有する化合物と反応させることを特徴とする、カルバメート官能架橋剤の製法。
- カルバメート転換可能化合物を使用し、カルバメートへ転換可能な基をホスゲンと反応させ、次いでアミンもしくはアンモニアを用いて反応させてカルバメート官能基に転換させることをさらに包含する、請求項6記載の方法。
- 上記アミノ化合物上の反応性基を、1級カルバメート官能イソシアネートを用いて反応させてカルバメートへ転換させることを特徴とする、請求項6記載の方法。
- 上記アミノ化合物上の反応性基を、触媒の存在下、昇温された温度でアルキルカルバメートを用いてエステル化させることを特徴とする、請求項6記載の方法。
- 上記アミノ化合物上の反応性基を、アミン基上の水素とエポキシとの反応、次いでそのヒドロキシ基をカルバメート基への転換により形成させる、請求項6記載の方法。
- 下記(a)および(b)を含んでなる塗料組成物。
(a)カルバメート官能基と反応し得る1つを越える基を有し、かつ上記架橋剤がその架橋剤である樹脂または物質、および
(b)請求項1〜5のいずれかに記載の架橋剤。 - 上記多官能性アミノ部位が、1級アミン類、2級アミン類、アルキロールアミン類、アルキロール化カルバメート類、アルコキシアミン類およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項11記載の塗料組成物。
- カルバメートと反応性の官能基を有する上記樹脂または物質が、ポリエステル、ポリウレタン、付加重合体、ポリエステル・ポリウレタングラフト共重合体、アミノプラストおよびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項11記載の塗料組成物。
- (a)カルバメート官能基と反応し得る1つを越える基を有する樹脂または物質および架橋剤を含んでなる塗料組成物を基質上に施し、かつ
(b)この塗膜を温度180°F〜310°Fで15分〜45分焼き付けることを包含する方法であって、上記架橋剤が1つもしくはそれより多いカルバメート基、またはカルバメート基に転換し得る基、および式
にて表される多官能性アミノ部位を含むことを特徴とする基質を被覆する方法。
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