JP4620196B2 - 改善された貯蔵安定性をもつ高固形分ポリウレタン−尿素分散液 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高固形分ポリウレタン−尿素分散液、その製造方法並びにラッカー及び塗料組成物におけるその使用に関する。
【0002】
【従来の技術】
親水性改質ポリウレタン又はポリウレタン−ポリ尿素をベースとする水性バインダーは公知であり、例えばHouben−Weyl,Methoden der organischen Chemie,Vol.E20,p.1659(1987)、“Advances in Urethane Science and Technology”,Vol.10,p.121−162(1987)、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,Vol.A21,p.677(1992)に記載されている。
公知水性分散液は一般に、組成に応じて多種多様の用途に適した非常に良好な性質をもつ塗料組成物を構成する。その適用範囲は床の塗装に使用可能な硬質耐摩耗性塗料から、編織布のコーティングに適した軟質高弾性塗料に及ぶ。
【0003】
多種多様のポリウレタン分散液が従来技術から公知であるが、一層良好なポリウレタン及びポリウレタン−ポリ尿素が必要とされている。分子量が高く、イオン基含量が高いにも拘わらず低粘度で少なくとも40%の固形分をもち、高度希釈形態でも貯蔵できるような分散液が必要とされている。
高いイオン基含量は分散液の安定性又はこれらの分散液をベースとする調合塗料組成物の安定性を増し、最適顔料湿潤を保証し、得られる塗膜が非常に良好な光学的性質をもつようにするために必要である。しかし、高分子量ポリマーの分散液でイオン基含量を高くすると、一般に固形分が非常に低くなる。塗布後に化学的架橋反応が全く又はほんの僅かしか生じず、良好な安定性が必要とされる用途では高分子量が不可欠である。金属ベースコートや木材ワニス等の利用分野では、高度希釈形態で分散液を使用することが多い。このような高度希釈液の場合にも良好な安定性を確保しなければならない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、良好な安定性に加え、迅速に乾燥し、有機溶剤を加えずに<0℃の最低塗膜形成温度をもち、非常に良好な清浄性(即ち乾燥後のポリウレタン塗膜もしくはポリマー残渣又は塗布装置もしくは塗布工具から過剰に吹付けられたラッカーを除去できる)をもつポリウレタン−尿素分散液を提供することである。
この目的は、以下に記載する本発明のポリウレタン−尿素分散液により達成することができる。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
a)A)500〜6000の数平均分子量をもつ二官能性ポリオールと、
B)500未満の数平均分子量をもつ少なくとも二官能性の低分子量アルコールと、
C)ジイソシアネート及び/又はトリイソシアネートと、
D)ヒドロキシ基、第1級アミノ基及び第2級アミノ基から構成される群から選択される1又は2個のイソシアネート反応性基と酸基を含み、樹脂固形分に対して12〜27mgKOH/gの酸価を提供するために十分な量で存在する化合物
を反応させることにより末端にイソシアネートをもつプレポリマーを形成し、
b)プレポリマーを水に分散する前に成分D)の酸基の65%〜95%を中和し、
c)中和したプレポリマーを水に分散し、
d)イソシアネート基を水で連鎖延長してポリウレタン−尿素を形成し、
e)連鎖延長反応の完了後に、成分D)の酸基の少なくとも115%を中和するために十分な合計量の中和剤を提供するように付加的中和剤を加える
ことにより製造される少なくとも35重量%の樹脂固形分と少なくとも7.5のpHをもつ水性ポリウレタン−尿素分散液に関し、ポリウレタン−尿素は樹脂固形分に対して1.0〜4.0%の式(I):
【化3】
中の大括弧内に示す孤立(isolated)尿素基を含む。
【0006】
本発明は更に、
a)場合により有機溶液中で成分A)、B)、C)及びD)から末端にイソシアネートをもつ酸官能性ポリウレタンプレポリマーを調製し、
b)酸基の65%〜95%を中和剤で中和し、
c)プレポリマーを水に分散し、
d)プレポリマーを水で連鎖延長し、
e)連鎖延長の完了後に、酸基の少なくとも115%を中和するために十分な中和剤を加える
ことによりこれらのポリウレタン−尿素分散液を製造する方法にも関する。
最後に、本発明は本発明のポリウレタン−尿素分散液を含む塗料組成物にも関する。
【0007】
【発明の実施の形態】
利用可能な成分A)としては、少なくとも2個のイソシアネート反応性基、好ましくはヒドロキシル基と、500〜6000の数平均分子量をもつポリマーが挙げられ、例えばポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルポリアミン、ポリカーボネート及びポリエステルアミンである。
ジヒドロキシポリエステルはジカルボン酸又はその無水物とジオールから製造することが好ましい。利用可能な酸及び無水酸の例としては、アジピン酸、コハク酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テトラヒドロフタル酸、無水マレイン酸及びダイマー脂肪酸が挙げられる。ジオールの例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、トリメチルペンタンジオール、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、ネオペンチルグリコール及び1,8−オクタンジオールが挙げられる。
【0008】
少量(即ち0.01〜10重量%)の単、三又は四官能性出発材料(例えば2−エチルヘキサン酸、安息香酸、大豆油脂肪酸、オレイン酸、ステアリン脂肪酸、ヒマワリ油脂肪酸、無水トリメリト酸、トリメチロールプロパン、グリセロール及びペンタエリトリトール)を含むポリエステルを製造することも可能である。
更に、ラクトン、特にε−カプロラクトン、上記ジオールをジアリールもしくはジアルキルカーボネート又はホスゲンと反応させることにより得られるポリカーボネート及びヒマシ油から製造したポリエステルを成分A)として使用することも可能である。
利用可能なポリエーテルとしては、プロピレンオキシド及び/又はテトラヒドロフランと、場合により副次量のエチレンオキシド及び/又はスチレンオキシドをジオール、トリオール、水及びアミン等の適当なスターター分子に加えて重合することにより得られるものが挙げられる。
【0009】
成分A)は840〜2600の分子量をもつ二官能性ポリエステル又はポリカーボネートから選択すると好ましい。
成分B)は500未満、好ましくは350未満の数平均分子量をもつ少なくとも二官能性の低分子量アルコールから選択される。成分B)として利用可能な化合物の例としては、エチレングリコール、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、トリメチロールプロパン、グリセロール、トリメチルペンタンジオール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−シクロヘキサジメタノール及びその混合物が挙げられる。二官能性アルコール(例えばネオペンチルグリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール又はエチレングリコール)と三官能性アルコール(例えばトリメチロールプロパン又はグリセロール)の混合物が好ましい。
【0010】
利用可能な成分C)としては、(シクロ)脂肪族ジイソシアネート及びトリイソシアネート、好ましくはジイソシアネートが挙げられ、例えばヘキサメチレンジイソシアネート、ブタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1−メチル−2,4−及び/又は−2,6−ジイソシアナトシクロヘキサン、ノルボルナンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、ヘキサヒドロキシリレンジイソシアネート、ノナントリイソシアネート及び4,4′−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタンである。2,4−及び/又は2,6−ジイソシアナトトルエン又は4,4′−ジイソシアナトジフェニルメタン等の芳香族イソシアネートを使用してもよい。上記モノマー(シクロ)脂肪族イソシアネートから製造した分子量336〜1500の高分子量又はオリゴマーポリイソシアネートも利用できる。
好ましいジイソシアネートは4,4′−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、1−メチル−2,4−及び/又は−2,6−ジイソシアナトシクロヘキサン並びにその混合物である。
【0011】
成分D)は少なくとも1個の酸基、好ましくはカルボン酸基と、ヒドロキシル基、第1級アミノ基及び第2級アミノ基から選択される少なくとも1個、好ましくは1又は2個のイソシアネート反応性基をもつ化合物から選択される。好ましい化合物の例としては、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)アルカンカルボン酸(例えばジメチロール酢酸、2,2−ジメチロールプロピオン酸、2,2−ジメチロール酪酸及び2,2−ジメチロールペンタン酸)、ジヒドロキシコハク酸、ヒドロキシピバル酸及びその混合物が挙げられる。ジメチロールプロピオン酸及び/又はヒドロキシピバル酸が特に好ましい。
米国特許第4,108,814号に記載されているように、場合によりエーテル基を含むスルホン酸ジオールも成分D)として利用できる。遊離酸基は「潜在イオン」基とも呼ばれるが、中和基で中和後に得られる塩様基、好ましくはカルボン酸基が「イオン」基である。
成分D)は樹脂固形分に対して12〜27、好ましくは15〜25mgKOH/gの酸価を提供するために十分な量を使用する。酸価がこれよりも低いと、分散液の貯蔵安定性及び/又は清浄性が不十分になり、酸価がこれよりも高いと、中和後に分散液の固形分が非常に低くなり、ラッカーや塗料の耐水性が不十分になる。
【0012】
構造成分A)、B)、C)及びD)に加え、少量の成分E)も使用してポリウレタン−尿素分散液を製造することができる。成分E)は1又は2個のイソシアネート反応性基、好ましくはヒドロキシル基を含む非イオン親水性ポリエーテルから選択される。これらの化合物のポリエーテル鎖の少なくとも70%はエチレンオキシド単位を含む。利用可能な親水性ポリエーテルの例としては、350〜2500の数平均分子量をもつ単又は二官能性ポリエチレングリコールモノアルキルエーテルが挙げられる。
【0013】
本発明の好ましい水分散性ポリウレタンは、
A)500〜6000の数平均分子量をもつ1種以上の少なくとも二官能性のポリオール、好ましくは840〜2600の数平均分子量をもつ1種以上の二官能性ポリエステル及び/又はポリカーボネート45〜75重量%、好ましくは50〜70重量%と、
B)500未満、好ましくは350未満の数平均分子量をもつ1種以上の少なくとも二官能性のアルコール、より好ましくは210未満の数平均分子量をもつ二官能性アルコールと三官能性アルコールの混合物1〜6重量%、好ましくは1〜4重量%と、
C)1種以上のジイソシアネート及び/又はトリイソシアネート、好ましくはイソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート及び/又は4,4−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン20〜45重量%、好ましくは25〜40重量%と、
D)ジメチロールプロピオン酸、ジメチロール酪酸及び/又はヒドロキシピバル酸、好ましくはジメチロールプロピオン酸及び/又はヒドロキシピバル酸3〜7重量%、好ましくは4〜6重量%と、
E)350〜2500の数平均分子量をもつ非イオン/親水性単官能性ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル0〜5重量%
の反応生成物である。
【0014】
成分A)、B)、D)及び場合によりE)とイソシアネート官能性成分C)の反応は公知方法で1又は数段階で実施される。反応体の量はNCO:OH当量比が1.25:1〜2.2:1、好ましくは1.4:1〜1.7:1となるように選択される。反応はジブチル錫ジラウレート、2−オクタン酸錫、ジブチル錫オキシド又はジアザビシクロノナン等の触媒を少量加えて実施してもよい。
粘度、撹拌、混合及び除熱に伴う問題を避けるために、反応は45〜95重量%有機溶液中、特に50〜80重量%アセトン溶液中で実施すると好ましい。
NCO官能性ポリウレタンポリマーを水に分散する前に、酸基の65〜95%、好ましくは75〜95%を中和するために十分な中和剤を加える。利用可能な中和剤としては、トリエチルアミン、N−メチルモルホリン、ジメチルイソプロピルアミン、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムが挙げられる。
ポリウレタンプレポリマーを水に分散後、全NCO基が水と反応(連鎖延長)するまで撹拌する。次に、最初に組込まれた酸基の少なくとも115%、好ましくは>150%、より好ましくは>165%を中和するために十分な付加量の中和剤を加える。この段階に利用可能な中和剤としては、上記のものに加え、ジメチルエタノールアミン、アンモニア、モルホリン、メチルジエタノールアミン、アミノメチルプロパノール、トリエタノールアミン及びエタノールアミンを挙げることができる。
【0015】
分散液は種々の中和剤の混合物を含むことが好ましく、例えばトリエチルアミン又はジメチルイソプロピルアミンをジメチルエタノールアミン又はアミノメチルプロパノールと混合する。分散液中の中和剤は各々水混和性と蒸気圧が異なるため、特に有利な塗布性及び乾燥性が得られる。
ポリウレタンプレポリマーを調製するために使用した溶剤の一部又は好ましくは全部を分散液から蒸留により分離することができる。本発明の分散液は有機溶剤を含まないことが好ましい。蒸留は、中和剤が同時に留去されないように実施することが好ましい。中和剤が留去された場合には対応量の中和剤を分散液に加えて補充する。
水中でNCO官能性ポリウレタンプレポリマーを連鎖延長するためには、40%までのNCO基を公知単、二又は三官能性アミノ連鎖延長剤又は連鎖停止剤と反応させることができる。これらの物質はイオン基、酸基又はヒドロキシル基も含んでいてもよい。しかし、水のみを使用して連鎖延長を実施することが好ましい。
【0016】
本発明の分散液は樹脂固形分に対して1.0〜4.0重量%、好ましくは1.75〜3.25重量%の孤立尿素基を含む。尿素基の量はプレポリマーのイソシアネート基含量に基づいて計算することができる。尿素基は式(I)中の大括弧内に示される。
【化4】
計算は、ポリウレタンプレポリマー中のNCO基の2分の1が水と反応してCO2 及びアミノ基を形成した後、NCO基の残りの2分の1と反応してモノ尿素基を形成し、分子量を増すという仮定に基づいて行われる。
【0017】
本発明の分散液は、式(II):
【化5】
(式中、Rは炭化水素基、例えば炭素原子数2〜10の低分子量ジアミンを表す)中の大括弧内に示す尿素基を高濃度で含まないことが好ましい。
【0018】
本発明の分散液は(例えばLKS測定により測定した場合に)20〜600、好ましくは50〜150nmの粒径をもつ。
10〜100秒の流出時間(DIN4ビーカー、23℃)に対応する粘度における分散液の固形分は少なくとも35%、好ましくは少なくとも40%である。
分散液のpHは少なくとも7.5、好ましくは少なくとも8.5である。分散液の重量平均分子量(Mw 、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定)は>25,000、好ましくは>50,000である。
本発明の製品は任意支持体、好ましくは木材、セラミック、石、コンクリート、ビチューメン、ハードファイバー、ガラス、磁器及び多種多様のプラスチックの塗装に利用できる。編織布及び皮コーティングの仕上げ剤としても利用できる。特に好ましい利用分野は、良好な顔料湿潤、適切な流動挙動、高分子量、希釈溶液中も含めた粘度及び貯蔵安定性、並びに使用する装置及び設備の良好な清浄性が重視される分野である。これらの分野の例としては、自動車修理及び特に単色又は金属ベースコートによる自動車連続塗装が挙げられる。
【0019】
分散液は他のイオン又は非イオン分散液、例えばポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレート及びコポリマー−プラスチック分散液等と混合することができる。公知外部(即ち化学的に組込まない)乳化剤、好ましくはイオン乳化剤の添加も可能である。
本発明の分散液を含む塗料組成物は、更に他の公知添加剤を添加してもよい。
これらの添加剤としては、湿潤剤(例えばカルボジイミド)、ポリイソシアネート、ブロックトポリイソシアネート、部分又は完全エーテル化メラミン樹脂、顔料、アルミニウムフレークをベースとする金属顔料、充填剤(例えばカーボンブラック、シリカ、タルカム及びカオリン)、二酸化チタン、ガラス粉、ガラス繊維、セルロース、アセト酪酸セルロース、流動助剤、耐候性改善用安定剤、増粘剤及び沈降防止剤が挙げられる。
塗膜を作製するための分散液の加工は刷毛塗り、流し塗り、吹付、浸漬、ロール塗り及びナイフ塗り等の種々の方法により実施することができる。
種々の塗布技術により得られた製品の乾燥は室温又は200℃まで、好ましくは60〜150℃の高温で実施することができる。
【0020】
以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
実施例
実施例中、全ての部及び百分率は重量に基づく。ポリマージオール成分の分子量は数平均分子量である。
実施例1
撹拌機、冷却器及び加熱装置を取り付けた10リットル容反応容器にポリカーボネートジオール(分子量2000、ヘキサンジオール/ε−カプロラクトン系)1340g、ポリエステルジオール(分子量2000、アジピン酸/ネオペンチルグリコール系)900g、ジメチロールプロピオン酸180g、1,4−ブタンジオール31.7g及びトリメチロールプロパン62.2gを配量した。混合物をアセトン1700gに溶かした後、理論NCO含量が得られるまで還流温度でイソホロンジイソシアネート1018g及び4,4′−ジシクロヘキサメチレンジイソシアネート177gと反応させた。次にトリエチルアミン121gと水5200gを加え、NCO基が検出されなくなるまで混合物を50℃で撹拌した。次にトリエチルアミン121gを加え、アセトンを留去した。pH9.6の低粘度42%分散液1)が得られた。カルボキシル基組込量に対する中和剤の量は分散前は89%、最終分散液中では178%であった。樹脂固形分に対する酸価は約20mgKOH/gであった。孤立尿素基の含量は樹脂固形分に対して2.7%であった。
【0021】
比較実施例2
合計量242gの中和剤(カルボキシル基に対して178%の量に対応)を分散前に加えた以外は実施例1と同様に操作した。連鎖延長が完了したら、アセトンを留去した。分散液2)を分散液1)と同一粘度にするためには、分散液2)の固形分を30%まで低下するような量の水を加える必要があった。
【0022】
実施例3
撹拌機、冷却器及び加熱装置を取り付けた10リットル容反応容器にポリエステルジオール(分子量2000、アジピン酸/ヘキサンジオール/ネオペンチルグリコール系、ジオールモル比65:35)2240g、ブタンジオール43.2g、ジメチロールプロピオン酸180g及びトリメチロールプロパン62.2gを配量した。混合物をアセトン1300gに溶かした後、理論NCO含量が得られるまでイソホロンジイソシアネート1261gと反応させた。次にトリエチルアミン113gと蒸留水4650gを加え、NCO基が検出されなくなるまで混合物を50℃で撹拌した。次にジメチルエタノールアミン122.5gを加え、アセトンを留去した。pH9.6の45%分散液3)が得られた。カルボキシル基の量に対する中和剤の合計量は186%であった。樹脂固形分に対する酸価は約20mgKOH/gであった。孤立尿素基の量は樹脂固形分に対して3.1%であった。
【0023】
実施例4
撹拌機、冷却器及び加熱装置を取り付けた10リットル容反応容器にポリエステルジオール(分子量2000、無水フタル酸/ヘキサンジオール系)800g、ポリエステルジオール(分子量1700、アジピン酸/ヘキサンジオール/ネオペンチルグリコール系、ジオールモル比65:35)1224g、ジメチロールプロピオン酸139.4g、ヒドロキシピバル酸49.1g、1,6−ヘキサンジオール19g及びトリメチロールプロパン93.8gを配量した。混合物をアセトン1070gに溶かした後、理論NCO含量が得られるまで還流温度で4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート1389gと反応させた。次にトリエチルアミン130gと水4800gを加え、NCO基が検出されなくなるまで混合物を50℃で撹拌した。次に2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール106gを加え、アセトンを留去した。pH9.3の42%分散液4)が得られた。カルボキシル基の量に対する中和剤の合計量は170%であった。樹脂固形分に対する酸価は約22mgKOH/gであった。孤立尿素基の含量は樹脂固形分に対して2.6%であった。
【0024】
比較実施例5
トリエチルアミン80.5gを中和剤の第1回添加分として加え、トリエチルアミン72gを中和剤の第2回添加分として加えた以外は実施例1と同様に操作した。カルボキシル基組込量に対する中和剤の量は分散前は60%、最終分散液中では112%であった。pH9.3の42%分散液5)が得られた。
比較実施例6
第2回添加分の中和剤を加えなかった以外は実施例1と同様に操作した。pH7.5の42%分散液6)が得られた。カルボキシル基の量に対する中和剤の量は89%であった。
【0025】
比較実施例7
撹拌機、冷却器及び加熱装置を取り付けた10リットル容反応容器にポリエステルジオール(分子量2000、アジピン酸/ヘキサンジオール/ネオペンチルグリコール系、ジオールモル比65:35)996g、ポリカーボネートジオール(分子量2000、ヘキサンジオール/ε−カプロラクトン系)996g、ジメチロールプロピオン酸69g(樹脂固形分に対して2.25%の量の成分D)に対応)、ブタンジオール54g及びトリメチロールプロパン46.8gを配量した。混合物をアセトン1464gに溶かした後、理論NCO含量が得られるまでイソホロンジイソシアネート877gと反応させた。次にトリエチルアミン46.2gと蒸留水4131gを加え、NCO基が検出されなくなるまで混合物を50℃で撹拌した。次に2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール40.2gを加え、アセトンを留去した。pH9.4の42%分散液7)が得られた。カルボキシル基の量に対する中和剤の合計量は177%であった。樹脂固形分に対する酸価は約9mgKOH/gであった。分散液は貯蔵安定性が非常に不良であり、室温で数日間貯蔵後に相分離した。
【0026】
比較実施例8
撹拌機、冷却器及び加熱装置を取り付けた20リットル容反応容器にポリエステルジオール(分子量2000、アジピン酸/ヘキサンジオール/ネオペンチルグリコール系、ジオールモル比65:35)900g、ポリカーボネートジオール(分子量2000、ヘキサンジオール/ε−カプロラクトン系)900g、ジメチロールプロピオン酸279.6g(樹脂固形分に対して7.7%の量の成分D)に対応)、ブタンジオール16.2g及びトリメチロールプロパン70.2gを配量した。混合物をアセトン1680gに溶かした後、理論NCO含量が得られるまでイソホロンジイソシアネート1315gと反応させた。次にトリエチルアミン187.2gと蒸留水4540gを加えた。高粘性分散液が得られ、これに更に水7040gを加え、所望の低粘度にした。その後、NCO基が検出されなくなるまで混合物を50℃で撹拌した。次に2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール165gを加え、アセトンを留去した。pH9.6の22.5%分散液8)が得られた。カルボキシル基の量に対する中和剤の合計量は179%であった。樹脂固形分に対する酸価は約32mgKOH/gであった。
【0027】
分散液の貯蔵安定性
分散液の貯蔵安定性を試験した。相分離を示さず、沈降(沈殿の形成)が観察されなかった分散液を「OK」とみなした。
a)分散液を水で希釈(1:1重量比)し、室温で1週間貯蔵した。
分散液1) OK
分散液2) OK
分散液3) OK
分散液4) OK
分散液5) 少量の沈殿
分散液6) 沈殿
分散液7) 沈殿、2相
分散液8) OK
b)元の分散液を希釈せずに50℃で1週間貯蔵した。
分散液1) OK
分散液2) OK
分散液3) OK
分散液4) OK
分散液5) 少量の沈殿
分散液6) 沈殿
分散液7) 多量の沈殿、2相
分散液8) OK
【0028】
清浄性
清浄性を試験するために、分散液をガラスプレートに未乾燥膜厚90μmに塗布し、21℃/20%相対湿度で40分間乾燥した。次に、ガラスプレートに洗浄液(水90%、ブチルグリコール9.2%及びジメチルエタノールアミン0.8%の混合物)2mlを滴下し、ガラスプレートを傾けた。洗浄液を表面に滴下している間の溶解挙動を評価した。約15分後のガラス表面も評価した。
以下の基準(1〜5;1=最良値、5=最低値)に基づいて評価を行った。
1: 洗浄液を表面に滴下すると直ぐに塗膜が溶ける。表面に残渣/塗膜は残らない。
2: 洗浄液を表面に滴下するとゆっくりと塗膜が溶ける。表面に残渣/塗膜は殆ど残らない。
3: 洗浄液を表面に滴下すると塗膜の一部のみが溶ける。表面に残渣又は薄い塗膜が残る。
4: 洗浄液を表面に滴下すると塗膜の一部のみが溶ける。表面にかなりの残渣が残る。
5: 洗浄液を表面に滴下しても塗膜は殆ど溶けない。少量しか除去されない。
分散液1) 1
分散液2) 2
分散液3) 1
分散液4) 1
分散液5) 5
分散液6) 3
分散液7) 3
分散液8) 1
【0029】
本発明の分散液1)、3)及び4)は希釈形態でも元の未希釈形態でも良好な貯蔵安定性を示した。また、非常に良好な清浄性も示した。カルボキシル基と中和剤の含量が高く、pH値も分子量も高いにも拘わらず、分散液の固形分は40%を上回り、しかも粘度は非常に低かった(23℃、DIN4ビーカー流出時間<30秒)。従って、ポリウレタン−尿素分散液の典型的な高品質特性(例えば硬度、弾性、耐光性、耐候性、迅速乾燥及び高い層強度)が必要とされる分野で経済的製造と種々の適用が可能になる。
比較分散液2)及び8)は良好な貯蔵安定性を示した。しかし、固形分が夫々30%及び22.5%と非常に低いため、製造が不経済であり、固形分が高いほうが有利な多くの利用分野にはあまり適していない。固形分が低いと、塗料で達成可能な問題のない乾燥塗膜強度が著しく制限される。比較分散液2)の清浄性は本発明の分散液よりも著しく不良であった。比較分散液8)の清浄性は非常に良好であった。しかし、カルボキシル基と中和剤の含量が非常に高いため、対応するラッカー及び塗料の耐水性が制限された。
比較分散液5)、6)及び7)は固形分は高かったが、貯蔵安定性と清浄性は本発明の分散液よりも著しく不良であった。
【0030】
以上、例示の目的で本発明を詳細に説明したが、以上の説明は単に例示の目的に過ぎず、発明の精神及び範囲内で種々の変形が当業者により可能であり、本発明は請求の範囲によってのみ制限されると理解されたい。
Claims (9)
- a)A)500〜6000の数平均分子量をもつ二官能性ポリオールと、
B)500未満の数平均分子量をもつ少なくとも二官能性の低分子量アルコールと、
C)ジイソシアネート及び/又はトリイソシアネートと、
D)ヒドロキシ基、第1級アミノ基及び第2級アミノ基から構成される群から選択される1又は2個のイソシアネート反応性基と酸基を含み、樹脂固形分に対して12〜27mgKOH/gの酸価を提供するために十分な量で存在する化合物
を反応させることにより末端にイソシアネートをもつプレポリマーを形成し、
b)プレポリマーを水に分散する前に、トリエチルアミン、N−メチルモルホリン、ジメチルイソプロピルアミン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ジメチルエタノールアミン、モルホリン、メチルジエタノールアミン、アミノメチルプロパノール、トリエタノールアミン、エタノールアミン及びそれらの混合物からなる群から選択される中和剤を用いて成分D)の酸基の65%〜95%を中和し、
c)中和したプレポリマーを水に分散し、
d)イソシアネート基を水で連鎖延長してポリウレタン−尿素を形成し、
e)連鎖延長反応の完了後に、成分D)の酸基の少なくとも115%を中和するために十分な合計量の中和剤を提供するように、トリエチルアミン、N−メチルモルホリン、ジメチルイソプロピルアミン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ジメチルエタノールアミン、モルホリン、メチルジエタノールアミン、アミノメチルプロパノール、トリエタノールアミン、エタノールアミン及びそれらの混合物からなる群から選択される付加的中和剤を加える
ことにより製造される少なくとも35重量%の樹脂固形分と少なくとも7.5のpHをもつ水性ポリウレタン−尿素分散液であって、ポリウレタン−尿素が樹脂固形分に対して1.0〜4.0%の式(I):
- 末端にイソシアネートをもつプレポリマーが、
A)500〜6000の数平均分子量をもつ少なくとも二官能性のポリオール45〜75重量%と、
B)<350の数平均分子量をもつ少なくとも二官能性のアルコール1〜6重量%と、
C)ジイソシアネート及び/又はトリイソシアネート20〜45重量%と、
D)ジメチロールプロピオン酸、ジメチロール酪酸及び/又はヒドロキシピバル酸3〜7重量%と、
E)数平均分子量350〜2500の非イオン/親水性単官能性ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル0〜5重量%
を反応させることにより製造される請求項1に記載の水性ポリウレタン−尿素分散液。 - 少なくとも8.5のpHと、15〜25mgKOH/gの酸価と、少なくとも40%の樹脂固形分をもち、
a)A)840〜2600の数平均分子量をもつ二官能性ポリエステル及び/又はポリカーボネート50〜70重量%と、
B)<210の数平均分子量をもつ二官能性アルコールと三官能性アルコールの混合物1〜4重量%と、
C)イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート及び/又は4,4−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン25〜40重量%と、
D)ジメチロールプロピオン酸及び/又はヒドロキシピバル酸4〜6重量%を反応させることにより末端にイソシアネートをもつプレポリマーを形成し、
b)プレポリマーを水に分散する前に成分D)の酸基の75%〜95%を中和し、
c)中和したプレポリマーを水に分散し、
d)イソシアネート基を水で連鎖延長してポリウレタン−尿素を形成し、
e)連鎖延長反応の完了後に、成分D)の酸基の>150%を中和するために十分な合計量の中和剤を提供するように付加的中和剤を加える
ことにより製造され、ポリウレタン−尿素が樹脂固形分に対して1.75〜3.25%の式(I)中の大括弧内に示す孤立尿素基を含む請求項1に記載の水性ポリウレタン−尿素分散液。 - 無溶剤であり、中和剤の合計量が成分D)の酸基の>165%を中和するために十分である請求項1〜3のいずれかに記載の水性ポリウレタン−尿素分散液。
- 成分C)の少なくとも50%が1−メチル−2,4(2,6)−ジイソシアナトシクロヘキサンである請求項1に記載の水性ポリウレタン−尿素分散液。
- 少なくとも35重量%の樹脂固形分と少なくとも7.5のpHをもつ水性ポリウレタン−尿素分散液の製造方法であって、
a)A)500〜6000の数平均分子量をもつ二官能性ポリオールと、
B)500未満の数平均分子量をもつ少なくとも二官能性の低分子量アルコールと、
C)ジイソシアネート及び/又はトリイソシアネートと、
D)ヒドロキシ基、第1級アミノ基及び第2級アミノ基から構成される群から選択される1又は2個のイソシアネート反応性基と酸基を含み、樹脂固形分に対して12〜27mgKOH/gの酸価を提供するために十分な量で存在する化合物
を反応させることにより末端にイソシアネートをもつプレポリマーを形成する段階と、
b)プレポリマーを水に分散する前に、トリエチルアミン、N−メチルモルホリン、ジメチルイソプロピルアミン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ジメチルエタノールアミン、モルホリン、メチルジエタノールアミン、アミノメチルプロパノール、トリエタノールアミン、エタノールアミン及びそれらの混合物からなる群から選択される中和剤を用いて成分D)の酸基の65%〜95%を中和する段階と、
c)中和したプレポリマーを水に分散する段階と、
d)イソシアネート基を水で連鎖延長してポリウレタン−尿素を形成する段階と、
e)連鎖延長反応の完了後に、成分D)の酸基の少なくとも115%を中和するために十分な合計量の中和剤を提供するように、トリエチルアミン、N−メチルモルホリン、ジメチルイソプロピルアミン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ジメチルエタノールアミン、モルホリン、メチルジエタノールアミン、アミノメチルプロパノール、トリエタノールアミン、エタノールアミン及びそれらの混合物からなる群から選択される付加的中和剤を加える段階
を含み、ポリウレタン−尿素が樹脂固形分に対して1.0〜4.0%の式(I):
- 末端にイソシアネートをもつプレポリマーが、
A)500〜6000の数平均分子量をもつ少なくとも二官能性のポリオール45〜75重量%と、
B)<350の数平均分子量をもつ少なくとも二官能性のアルコール1〜6重量%と、
C)ジイソシアネート及び/又はトリイソシアネート20〜45重量%と、
D)ジメチロールプロピオン酸、ジメチロール酪酸及び/又はヒドロキシピバル酸3〜7重量%と、
E)数平均分子量350〜2500の非イオン/親水性単官能性ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル0〜5重量%
を反応させることにより製造される請求項6に記載の方法。 - 水性ポリウレタン−尿素分散液が無溶剤であり、少なくとも8.5のpHと少なくとも40%の樹脂固形分をもち、
a)A)840〜2600の数平均分子量をもつ二官能性ポリエステル及び/又はポリカーボネート50〜70重量%と、
B)<210の数平均分子量をもつ二官能性アルコールと三官能性アルコールの混合物1〜4重量%と、
C)イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、1−メチル−2,4−及び/又は−2,6−ジイソシアナトシクロヘキサン又はその混合物25〜40重量%と、
D)ジメチロールプロピオン酸及び/又はヒドロキシピバル酸4〜6重量%を1.25:1〜2.2:1のNCO:OH当量比で反応させることにより50〜80%有機溶液中で末端にイソシアネートをもつプレポリマーを形成する段階と、
b)プレポリマーを水に分散する前に成分D)の酸基の75%〜95%を中和する段階と、
c)中和したプレポリマーを水に分散する段階と、
d)アミノ及び/又はヒドロキシ官能性連鎖延長剤を加えずにイソシアネート基を水のみで連鎖延長してポリウレタン−尿素を形成する段階と、
e)連鎖延長反応の完了後に、成分D)の酸基の>150%を中和するために十分な合計量の中和剤を提供するように付加的中和剤を加える段階と、
f)溶剤を留去する段階
を含み、ポリウレタン−尿素が樹脂固形分に対して1.75〜3.25%の式(I)中の大括弧内に示す孤立尿素基を含む請求項6に記載の方法。 - 請求項1に記載の水性ポリウレタン−尿素分散液を含む塗料組成物。
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DE19824484A DE19824484A1 (de) | 1998-06-02 | 1998-06-02 | Festkörperreiche Polyurethandispersionen mit hoher Applikationssicherheit |
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