JP4917105B2 - 水性熱硬化性組成物 - Google Patents
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Description
ウレタン樹脂はその機械的物性、基材に対する耐摩耗性、柔軟性、耐溶剤性などに優れている性質から、塗料、インキ、接着剤、コーティング剤、繊維処理剤などに広く使用されている。一方でアミノ樹脂は、外観特性、耐候性、機械物性などに優れていることから塗料、インキ、接着剤、コーティング剤、繊維処理剤等に使用されている。これら、アミノ樹脂とウレタン樹脂の優れた特性を活かした塗料は非常に高性能であり、従来はそれぞれを異なる2液の硬化剤として組み合わせて配合を行ってきた。
尚、ここで水性とは、「水に溶けているか、一部溶けていないものも含んだ状態」のことを言う。
本発明のアミノ樹脂(A)は、アミノ化合物(a)、アルデヒド(b)、アルコール(c)、より付加脱水縮合して得られるものである。
本発明に使用されるアミノ化合物(a)は、尿素、メラミン、ベンゾグアナミンあるいは他のトリアジン化合物のアミノ化合物が挙げられる。これらの中で、物性の点からメラミンが好ましい。
本発明に使用されるアルデヒド(b)は、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド等が使用可能ではあるが経済性の理由よりホルムアルデヒドが望ましい。
本発明に使用されるアルコール(c)は次式CnH2n+1OH(8≧n≧1)で示されるアルコールが使用可能であり、アルコールは直鎖であっても分岐していても良い。
これらの中で、経済性、塗膜性能の点から4≧n≧1が好ましい。
本発明のウレタン樹脂は、イソシアネート(d)、ポリオール(e)及び2つ以上の水酸基を持つオキシカルボン酸(f)の共重合物として得られる。
本発明に使用されるイソシアネート(d)は、例えば1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,8−ジイソシアネートメチルカプロエート等の脂肪族イソシアネート類、3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート、メチルシクロヘキシル−2,4−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート類、トルイレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフテンジイソシアネート、ジフェルメチルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、4,4−ジベンジルジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート類、塩素化ジイソシアネート類、臭素化ジイソシアネート類、が挙げられる。または、水との付加物であるポリイソシアネート化合物等の1種又は2種以上の混合物が用いられる。
本発明に使用されるポリオール(e)は、通常ウレタン樹脂の製造に使用される公知のポリオール類、例えば、ジエチレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールA、シクロヘキサンジメタノール、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、ポリエチレングリコール、ポリカーボネートポリオール、シクロヘキサンジメタノール、ポリプロピレングリコール、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトン、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリチオエーテルポリオール、ポリアセタールポリオール、ポリブタジエンポリオール、フランジメタノール、等の2種又は、3種以上の混合物が挙げられる。その場合に、期待するウレタン樹脂の性能である柔軟性と強靭性がを発現させるために、1種類以上のポリスチレン換算分子量で重量平均分子量500以上10000以下のポリオールを使用することが好ましい。これらポリオール類は、目的、用途に応じて、適時選択し、硬質、軟質等の必要な物性を容易に設計することが出来る。
本発明に使用される2つ以上の水酸基を持つオキシカルボン酸(f)は、ウレタン樹脂分子中に、分岐状にカルボン酸を付与するものならいずれも使用できるが、ウレタン樹脂中のカルボン酸含有量を多くするには、分岐状にカルボキシル基を少なくとも1個有する炭素数3〜10の低分子量のものが好ましく、例えば、2,2−ジメチロールプロピオン酸や2,2−ジメチロールブタン酸等が好ましい。
本発明の水性熱硬化性組成物の製造方法は、イソシアネート(d)、ポリオール(e)及び2つ以上の水酸基を持つオキシカルボン酸(f)をウレタン化反応させるに際し、ポリマー分子の両末端に水酸基を有するウレタン樹脂(B)を製造し、さらにアミノ化合物(a)、アルデヒド(b)、アルコール(c)より付加脱水縮合して得られるアミノ樹脂(A)を反応させるものである。(ここで得られた樹脂を以下、複合化樹脂(R)と称する。)
本発明のアミノ樹脂(A)とウレタン樹脂(B)とを反応するに当たり、反応に用いるアミノ樹脂とウレタン樹脂の総量100重量部に対しアミノ樹脂(A)の使用量は30〜97重量部である。30重量部未満では主剤との硬化反応に寄与しないウレタン樹脂(B)の末端水酸基が余剰になり耐水性が低下する。97重量部以上では未反応のアミノ樹脂が余剰になり、反応後の水性化が困難となる。好ましくは50〜85重量部である。
アミノ樹脂の製造例を示す。温度計、攪拌機、還流冷却管及び溶剤副生成物回収装置を備えた反応器にパラホルムアルデヒド(ホルムアルデヒド92%含有)196部、メラミン126部、n−ブタノール519部を加え、攪拌を行いながら燐酸の10%水溶液を加え反応液のPHを5.0に調整した。還流温度まで過熱し溶解させた。その後、加熱し反応液の温度を90℃に保ち4時間反応を継続した後トリエチルアミンを加え系内のpHを7.0に調整した。70℃迄冷却し減圧下で系内の温度を70℃以下に保ちながら樹脂の不揮発分が70%になるように過剰のn−ブタノールを系外へ除去した。得られたアミノ樹脂はMS相溶性12、気泡粘度Z4のアルキルエーテル化度の高い疎水性のアミノ樹脂であった。
製造例1と同様な装置を用いてアミノ化合物(a)、アルデヒド(b)、アルコール(c)の量、モル比を変化させてアミノ樹脂を製造した。
メラミン系アミノ樹脂である、日本サイテックインダストリーズ(株)製「サイメル325」を比較例として使用した。
以下、A−1、A−2、A−3を表1に示す。
MS相溶性:アミノ樹脂ワニスを試験管に1g取り、20℃でミネラルスピリットを滴下し6号活字が読めなくなる濁度に到達するまでのミネラルスピリット滴定量を測定。MS相溶性値が高いとアミノ樹脂は疎水的になる。
温度計、撹拌機、冷却管、窒素(空気)導入管を備えた2000mlの四ツ口フラスコに、DMBAを40部、NPG25部、PPGを15部、トルエン45部を装入し、窒素を導入しながら攪拌、内温を110℃まで昇温し内容物を溶解した。次に内温を135℃まで昇温しながら溶媒のトルエンを除去し、75部のMEKを入れ、内温を35度まで下げた。内温が35℃まで下がったところでTDI60部を内温55℃以下に保ちながら2時間かけて滴下を行い,ウレタン樹脂を得た。
製造例3と同様な装置を用いてイソシアネート(d)、ポリオール(e)及び2つ以上の水酸基を持つオキシカルボン酸(f)の種類、モル比を変えてウレタン樹脂(B−2〜8)を製造した。
NCO末端ポリウレタン樹脂との比較の為、同様の装置を用いて合成を行った。ジメチロールプロピオン酸100部、ヘキサメチレンジイソシアネート、MEKを仕込み、窒素下にて内温を80℃まで昇温し3時間反応を行った。次いで60℃まで冷却し、25%アンモニア水溶液を投入して1時間反応を行い、ウレタン樹脂を得た。
TDI:トルイレンジイソシアネート
HDI:1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート
NBDI:ノルボルネンジイソシアネート
NPG:ネオペンチルグリコール
PPG−1:重量平均分子量1000のポリプロピレングリコール
PPG−2:重量平均分子量2000のポリプロピレングリコール
PCDol:重量平均分子量1000のポリカーボネートジオール
PCLDol:重量平均分子量1000のポリカプロラクトンジオール
PTG:重量平均分子量1000のポリテトラメチレンエーテルグリコール
DMPA:2,2−ジメチロールプロピオン酸
DMBA:2,2−ジメチロールブタン酸
NH3:25%アンモニア水溶液
MEK:メチルエチルケトン
製造例9〜14(アミノ樹脂とウレタン樹脂の複合樹脂R−1〜9)
温度計、攪拌機、還流冷却管及び溶剤副生成物回収装置を備えた反応器に製造例1と2で得られたアミノ樹脂A−1を100部、ウレタン樹脂B−1を20部、IPA30部を仕込み、内温を90℃まで昇温し3時間複合化反応を行った。後にN,N−ジメチルアミノエタノールを3部加え水15部で希釈を行った。減圧下において余分な有機溶剤を除去し、最終的に製造例9のアミノ樹脂とウレタン樹脂の複合化樹脂(R)を得た。さらに同様の反応装置を用いてアミノ樹脂の種類、ウレタン樹脂の種類ならびにアルコールの種類を変えて製造例10〜13の複合化樹脂(R)を得た。以下これら製造例で得られたアミノ樹脂とウレタン樹脂の複合化樹脂(R)をそれぞれ順にR−1、R−2、R−3、R−4、R−5、R−6、R−7、R−8、R−9とする。
不揮発分:JIS K5407−4−3−1により測定
気泡粘度:気泡粘度:JIS K5400−4−5−1により測定
安定性:室温下三ヵ月後の外観で判定 ○:分離、透明性に変化なし、 ×:分離、白濁
水希釈性: ○:任意の割合の水に分散、 ×:白濁、沈殿
比較製造例1〜3
比較製造例1として製造例3のウレタン樹脂を採用した。また製造例8〜13と同様の装置をもちいて「サイメル325」を100部とウレタン樹脂B−1を20部、ダイアセトンアルコール30部ならびに水15部を仕込み室温で撹拌したものを比較製造例2とした。同様に「サイメル325」100部に水15部加えて攪拌したものを比較製造例3とした。
製造例9〜14と同様の装置を用いてメラミン126部、ホルムアルデヒドーイソブタノール溶液(ホルムアルデヒド40%、イソブタノール50%、水10%)450部、及びイソブタノール219部を加え攪拌しながら徐々に過熱し、内温を90℃60分間保持。このメラミンとホルムアルデヒドのイソブタノール溶解液をA−4とした。次いで製造例8で製造したウレタン樹脂を50部加え、共沸する水分を除去しながら内温を93℃まで昇温し5時間反応を行った。反応終了後減圧下で脱溶剤操作を行い、ブチルセロソルブを加えて不揮発分70%に調整した。別に用意した製造装置と同様な装置にその70%に調整された樹脂を100部を仕込みトリエチルアミンにてpH7に調整した後40℃で2時間かけて水60部の滴下を行ったところ乳白色の水性液となった。再び減圧脱溶剤操作を行って、不揮発分を51.0%まで濃縮した。この樹脂を比較製造例4とした。
比較製造例5
比較製造例4と同様の装置を用いてメラミン126部、92%パラホルムアルデヒド130部、水20部、ノルマルブタノール256部を加え攪拌しながら徐々に過熱し、内温を90℃で60分間保持。このメラミンとアルデヒドのノルマルブタノール溶解液をA−5とした。次いで製造例8で製造したウレタン樹脂を25部加え、共沸する水分を除去しながら内温を93℃まで昇温し4時間反応を行った。反応終了後ジメチルエタノールアミンにてpHを7.5に調整して減圧下で脱溶剤操作を行い、ブチルセロソルブを加えて不揮発分70%に調整した。別に用意した製造装置と同様な装置にその70%に調整された樹脂を100部を仕込みジメチルエタノールアミンにてpH7に調整した後40℃で2時間かけて水60部の滴下を行ったところ乳白色の水性液となった。再び減圧脱溶剤操作を行って、不揮発分を51%まで濃縮した。この樹脂を比較製造例5とした。以上の製造例の結果を表4に示す。それぞれの安定度について評価した結果を表5に示す。
不揮発分:JIS K5407−4−3−1により測定
気泡粘度:気泡粘度:JIS K5400−4−5−1により測定
安定性:室温下三ヵ月後の外観で判定 ○:分離、透明性に変化なし、 ×:分離、白濁
水希釈性: ○:任意の割合の水に分散、 ×:白濁、沈殿
[参考製造例]
実施例で使用する主剤のポスエステル樹脂の製造例を示す。攪拌機、温度計、還流冷却管、及び窒素導入管を備えた四つ口フラスコにイソフタル酸270部、アジピン酸120部、ネオペンチルグリコール285部、トリメチロールプロパン60部を仕込み窒素気流中で230℃に加熱し、水を系外に除去しながら、約5時間反応させポリエステル樹脂を得た。この樹脂をエチレングリコールモノブチルエーテルで加熱残分が60%になるように希釈して、樹脂酸価30のポリエステル樹脂を得た。
ソルトスプレー(100Hr)
膜厚:kett製、COATING THICKNESS TESTER(LZ200W)にて測定
鉛筆硬度 :JIS K5400−8−4に準ずる。
碁盤目密着:JIS K5400−8−5−2によりテープ剥離後の密着部位の個数で評価
エリクセン:JIS K−5400−8−2
デュポン :JIS K5400−8−3 デュポン式に準じ、300g荷重で先端1/2inchRの打付具を使用し測定した。
折り曲げ:塗装板を折り曲げたときの塗膜強度を評価。0Tは0.3mm厚の板を挟まずにヒビ割れが無いことを示し、最も耐折り曲げ性能がある。1Tは0.3mm厚の板を1枚挟んだときにヒビ割れ無し。2Tは同じ板が2枚必要と折り曲げ条件が緩くなる。
耐水性:60℃水中へ48時間浸漬し、取り出し1時間後の白化状態を観察。○:サビ、フクレなし、×:サビ、フクレあり
伸び、強度:塗膜を基剤より剥離してフィルムとし、INTESCOモデル210型により測定。2号ダンベル、50mm/min
ソルトスプレー:40℃、5%食塩水を霧化し100Hr耐久試験 ○:糸サビ、はがれなし、×:糸サビ、はがれあり
Claims (10)
- ポリオール(e)および2つ以上の水酸基を持つオキシカルボン酸(f)と、イソシアネート(d)とを、ポリオール(e)および2つ以上の水酸基を持つオキシカルボン酸(f)の水酸基の合計1モルに対して、イソシアネート(d)の持つイソシアネート基を0.5〜0.9モルの割合となるように反応させて、末端に水酸基を有するウレタン樹脂(B)を製造する工程、
該ウレタン樹脂(B)に、アミノ化合物(a)、アルデヒド(b)およびアルコール(c)を付加脱水縮合して得られるアミノ樹脂(A)を反応させて複合化樹脂(R)を製造する工程、および
該反応後水性化して、複合化樹脂(R)を水に溶かす、あるいは一部溶けていないものも含んだ状態とする工程を経て製造される水性熱硬化性組成物。 - 上記ポリオール(e)として、少なくとも重量平均分子量500以上であるポリオールを含むことを特徴とする請求項1記載の水性硬化性樹脂組成物。
- ウレタン樹脂(B)の末端官能基がアミノ樹脂と反応可能な水酸基であり、かつ、少なくとも1つの該水酸基がアミノ樹脂(A)と反応している請求項1又は2に記載の水性熱硬化性組成物。
- アミノ樹脂(A)が炭素数1〜8のアルコール(c)でアルキルエーテル化されている請求項1〜3の何れかに記載の水性熱硬化性組成物。
- ポリオール(e)および2つ以上の水酸基を持つオキシカルボン酸(f)と、イソシアネート(d)とを、ポリオール(e)および2つ以上の水酸基を持つオキシカルボン酸(f)の水酸基の合計1モルに対して、イソシアネート(d)の持つイソシアネート基を0.5〜0.9モルの割合となるように反応させて、末端に水酸基を有するウレタン樹脂(B)を製造する工程、
該ウレタン樹脂(B)に、アミノ化合物(a)、アルデヒド(b)およびアルコール(c)を付加脱水縮合して得られるアミノ樹脂(A)を反応させてアミノ樹脂(A)とウレタン樹脂(B)との少なくとも一部を反応させ複合化樹脂(R)を製造する工程、および
該反応後水性化して、複合化樹脂(R)を水に溶かす、あるいは一部溶けていないものも含んだ状態とする工程を含む請求項1に記載の水性熱硬化性組成物の製造方法。 - アルコール(c)とは異なる種類のアルコール(C)を反応溶剤に用いる請求項5に記載の水性熱硬化性組成物の製造方法。
- アミノ樹脂(A)とウレタン樹脂(B)との少なくとも一部を反応後、有機又は無機の塩基性化合物で中和する請求項5又は6に記載の水性熱硬化性組成物の製造方法。
- 請求項1に記載の水性熱硬化性組成物を含む塗料。
- 請求項1に記載の水性熱硬化性組成物を含むコーティング剤。
- 請求項1に記載の水性熱硬化性組成物を含む接着剤。
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