JP7044797B2 - 塗膜の耐水性及び硬度保持性を向上させる方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、一般にポリウレタン樹脂塗料は二液性であるため、その使用には極めて不便であった。即ち、通常のポリウレタン樹脂塗料はポリオール及びポリイソシアネートの二成分からなり、ポリオール及びポリイソシアネートを別々に貯蔵し、塗装時に両者を混合する必要がある。また、一旦両者を混合すると塗料は短時間でゲル化し使用できなくなるという課題を有する。ポリウレタン樹脂塗料はこのような課題を有するため、自動車塗装又は弱電気塗装のようなライン塗装を行う分野において、自動塗装に用いることを極めて困難にしている。
また、イソシアネートは水と容易に反応するため、電着塗料のような水系塗料での使用は不可能である。更に、イソシアネートを含む塗料を用いた場合には、作業終了時の塗装機及び塗装槽の洗浄等を充分に行う必要があるため、作業能率は著しく低下する。
しかしながら、これらのブロック剤を用いたブロックポリイソシアネートを用いた場合には、一般に140℃以上の高い焼付け温度が必要である。高温での焼付けを必要とすることは、エネルギー的に不利であるばかりでなく、基材の耐熱性を必要とし、その用途が限定される要因となる。また、複数の塗膜を低温、短時間で乾燥した後に積層していく複層塗膜形成においては、混層等発生し不利である。
一方、テレビ、パソコン、デジタルカメラ、携帯電話等の家電の液晶ディスプレイ用等の光学部材として、各種素材のフィルム及びプレートが、各種機能を発現させるために多く用いられている。また、それらのフィルムの中でも、ポリエステルフィルムは、透明性、寸法安定性、耐薬品性に優れ、さらに比較的安価であるため、幅広く用いられている。
上記光学部材に用いられるポリエステルフィルムは、その上に各種用途に応じた機能層が積層され、光学部材となることから、各種機能層との易接着性が必要とされる。そのための方法として、ポリエステルフィルム表面に、ポリエステル、アクリル、ポリウレタン等の各種樹脂を主成分とする塗布層を設ける方法が挙げられる。
本発明の第1態様に係る方法は、ブロックポリイソシアネート組成物と、多価ヒドロキシ化合物と、を含む、塗料組成物を80℃以下で加熱して硬化させて、塗膜を得ることを含む、塗膜の耐水性及び硬度保持性を向上させる方法であって、
前記ブロックポリイソシアネート組成物は、
ポリイソシアネートと1種類以上のブロック剤とから得られるブロックポリイソシアネートを含み、
前記ブロック剤が、マロン酸ジイソプロピル又はマロン酸ジ-sec-ブチルであり、
前記ブロックポリイソシアネート中の前記ポリイソシアネートに前記マロン酸ジイソプロピル及び前記マロン酸ジ-sec-ブチルが結合した結合構造のモル総量に対する下記一般式(II)で示されるメタンテトラカルボニル構造の含有量が0.5モル%以上10モル%以下であり、
前記ブロックポリイソシアネートの一部又は全部が、ノニオン性親水性基及びアニオン性親水性基からなる群より選択される1種以上を含み、
前記ブロックポリイソシアネートが前記ノニオン性親水性基を含む場合に、前記ノニオン性親水性基の含有量が前記ブロックポリイソシアネート組成物の固形分の質量に対して5.1質量%以下である、方法。
本明細書において、「ポリイソシアネート」とは、1つ以上のイソシアネート基(-NCO)を有する単量体化合物が複数結合した反応物を意味する。
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物は、ポリイソシアネートと、1種類以上のブロック剤とから得られるブロックポリイソシアネートを含む。また、前記ブロック剤は、下記一般式(I)で示される化合物(以下、「化合物(I)」と称する場合がある)を含む。
R12、R13及びR14はそれぞれ独立に、水素原子;ヒドロキシ基;ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基;ヒドロキシ基及びアルキル基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアミノ基;ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアリール基;又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルコキシ基である。前記アミノ基は、2つの前記置換基が互いに連結して環を形成してもよい。但し、R12、R13及びR14のうち2つ以上が水素原子であることはない。)
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物の物性及び構成成分について、以下に詳細を説明する。
[ブロックポリイソシアネート]
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物に含まれるブロックポリイソシアネートは、ポリイソシアネートと1種類以上のブロック剤との反応物であり、ポリイソシアネートのイソシアネート基が上記化合物(I)を含む1種類以上のブロック剤でブロックされた化合物である。
一般式(III)中、R31、R32、R33及びR34はそれぞれ上記R11、R12、R13及びR14と同じである。
一般式(IV)中、R41、R42、R43及びR44はそれぞれ上記R11、R12、R13及びR14と同じである。
一般式(V)中、R51、R52、R53及びR54はそれぞれ上記R11、R12、R13及びR14と同じである。)
メタンテトラカルボニル構造の含有量が上記下限値以上であることにより、塗膜としたときの低温硬化性がより向上させることができる。一方、メタンテトラカルボニル構造の含有量が上記上限値以下であることにより、塗料組成物としたときの貯蔵安定性(粘度安定性)及び塗膜としたときの硬度保持性をより向上させることができる。
また、メタンテトラカルボニル構造の含有量が上記下限値以上であることにより、本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物を使用した接着剤組成物の被着体との密着性及び耐湿熱試験後の密着性をより向上させることができる。一方、メタンテトラカルボニル構造の含有量が上記上限値以下であることにより、本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物を使用した接着剤組成物の貯蔵安定性(水分散安定性、粘度安定性及び硬度保持性)をより向上させることができる。
また、メタンテトラカルボニル構造の含有量が上記下限値以上であることにより、複層塗膜積層体中の塗膜の低温硬化性がより向上させることができる。一方、メタンテトラカルボニル構造の含有量が上記上限値以下であることにより、複層塗膜積層体に用いられる水系塗料組成物の貯蔵安定性(粘度安定性)、及び、複層塗膜積層体中の塗膜の硬度保持性をより向上させることができる。
メタンテトラカルボニル構造の含有量は、後述する実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
また、アロファネート基、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基、イソシアヌレート基、ウレタン基及びビウレット基のモル量をそれぞれa、b、c、d、e及びfとした場合に、アロファネート基、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基、イソシアヌレート基、ウレタン基及びビウレット基の合計モル量に対するアロファネート基のモル量の比であるa/(a+b+c+d+e+f)は、0.05以上が好ましく、0.05以上0.75以下がより好ましく、0.07以上0.5以下がさらに好ましく、0.1以上0.35以下が特に好ましい。
a/(a+b+c+d+e+f)は、後述する実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
一般に、「ウレトジオン基」とは、2つのイソシアネート基を反応させてなる官能基であり、下記式(VIII)で示される基である。
一般に、「イミノオキサジアジンジオン基」とは、3つのイソシアネート基を反応させてなる官能基であり、下記式(IX)で示される基である。
一般に、「イソシアヌレート基」とは、3つのイソシアネート基を反応させてなる官能基であり、下記式(X)で示される基である。
一般に、「ウレタン基」とは、1つのイソシアネート基と1つの水酸基とを反応させてなる官能基であり、下記式(XI)で表される基である。
一般に、「ビウレット基」とは、3つのイソシアネート基とビウレット化剤とを反応させてなる官能基であり、下記式(XII)で表される基である。
ここでいう「イソシアヌレート3量体」とは、イソシアネートモノマー3分子から誘導され、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネートを意味する。また、「ブロック化されたイソシアヌレート3量体」とは、イソシアヌレート3量体中のイソシアネート基の少なくとも一部(好ましくは、全部)がブロック剤でブロック化されているものを意味する。
ブロック化されたイソシアヌレート3量体の含有量が、ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量に対して、10質量%以上が好ましく、12質量%以上50質量%以下がより好ましく、15質量%以上45質量%以下がさらに好ましい。
ブロック化されたイソシアヌレート3量体の含有量が上記範囲内であることで、得られた塗膜の耐熱性がより優れる傾向にある。
ブロック化されたイソシアヌレート3量体の含有量は、後述する実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
また、ブロック化されたイソシアヌレート3量体の含有量が上記範囲内であることで、本実施形態の接着剤組成物を塗装してなる易接着処理層の耐熱性がより優れる傾向にある。
また、ブロック化されたイソシアヌレート3量体の含有量が上記範囲内であることで、複層塗膜積層体中の塗膜の耐熱性がより優れる傾向にある。
ブロックポリイソシアネートの製造に用いられるポリイソシアネートは、1つ以上のイソシアネート基(-NCO)を有する単量体化合物(以下、「イソシアネートモノマー」と称する場合がある)を複数反応させて得られる反応物である。
イソシアネートモノマーとしては、炭素数4以上30以下のものが好ましい。イソシアネートモノマーとして具体的には、例えば、以下のものが例示される。これらイソシアネートモノマーは単独で使用しても、2種類以上併用してもよい。
(1)ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(MDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート(TDI)、キシリレンジイソシアネート、m-テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)等の芳香族ジイソシアネート。
(2)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(以下、「HDI」と称する場合がある)、2,2,4-トリメチル-1,6-ジイソシアナトヘキサン、2,4,4-トリメチル-1,6-ヘキサメチレンジイソイシアネート、2-メチルペンタン-1,5-ジイソシアネート(MPDI)、リジンジイソシアネート(以下、「LDI」と称する場合がある)等の脂肪族ジイソシアネート。
(3)イソホロンジイソシアネート(以下、「IPDI」と称する場合がある)、1,3-ビス(ジイソシアネートメチル) シクロヘキサン、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ジイソシアネートノルボルナン、ジ(イソシアネートメチル)ノルボルナン等の脂環族ジイソシアネート。
(4)4-イソシアネートメチル-1,8-オクタメチレンジイソシアネート(以下、「NTI」と称する場合がある)、1,3,6-ヘキサメチレントリイソシアネート(以下、「HTI」と称する場合がある)、ビス(2-イソシアナトエチル)2-イソシアナトグルタレート(以下、「GTI」と称する場合がある)、リジントリイソシアネート(以下、「LTI」と称する場合がある)等のトリイソシアネート。
ポリイソシアネートの製造方法について、以下に詳細を説明する。
ポリイソシアネートは、例えば、アロファネート基を形成するアロファネート化反応、ウレトジオン基を形成するウレトジオン化反応、イミノオキサジアジンジオン基を形成するイミノオキサジアジンジオン化反応、イソシアヌレート基を形成するイソシアヌレート化反応、ウレタン基を形成するウレタン化反応、及び、ビウレット基を形成するビウレット化反応を、過剰のイソシアネートモノマー存在下で一度に製造して、反応終了後に、未反応のイソシアネートモノマーを除去して得ることができる。すなわち、上記反応により得られるポリイソシアネートは、上述のイソシアネートモノマーが複数結合したものであり、且つ、アロファネート基、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基、イソシアヌレート基、ウレタン基及びビウレット基からなる群より選択される1種類以上を有する反応物である。
また、上記の反応を別々に行ない、それぞれ得たポリイソシアネートを特定比率で混合してもよい。
製造の簡便さからは、上記反応を一度に行いポリイソシアネートを得ることが好ましく、各官能基のモル比を自由に調整する観点からは、別々に製造した後に混合することが好ましい。
アロファネート基含有ポリイソシアネートは、イソシアネートモノマーにアルコールを添加し、アロファネート化反応触媒を用いることにより得られる。
アロファネート基の形成に用いられるアルコールは、炭素、水素及び酸素のみで形成されるアルコールが好ましい。
前記アルコールとして具体的には、以下に限定されるものではないが、例えば、モノアルコール、ジアルコール等が挙げられる。これらアルコールは1種のみを単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
モノアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール等が挙げられる。
ジアルコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2-エチルヘキサンジオール等が挙げられる。
中でも、アルコールとしては、モノアルコールが好ましく、分子量200以下のモノアルコールがより好ましい。
錫のアルキルカルボン酸塩(有機錫化合物)としては、例えば、2-エチルヘキサン酸錫、ジブチル錫ジラウレート等が挙げられる。
鉛のアルキルカルボン酸塩(有機鉛化合物)としては、例えば、2-エチルヘキサン酸鉛等が挙げられる。
亜鉛のアルキルカルボン酸塩(有機亜鉛化合物)としては、例えば、2-エチルヘキサン酸亜鉛等が挙げられる。
ビスマスのアルキルカルボン酸塩としては、例えば、2-エチルヘキサン酸ビスマス等が挙げられる。
ジルコニウムのアルキルカルボン酸塩としては、例えば、2-エチルヘキサン酸ジルコニウム等が挙げられる。
ジルコニルのアルキルカルボン酸塩としては、例えば、2-エチルヘキサン酸ジルコニル等が挙げられる。これら触媒は、1種を単独又は2種以上を併用することができる。
また、後述するイソシアヌレート化反応触媒もアロファネート化反応触媒となり得る。後述するイソシアヌレート化反応触媒を用いて、アロファネート化反応を行なう場合は、イソシアヌレート基含有ポリイソシアネート(以下、「イソシアヌレート型ポリイソシアネート」と称する場合がある)も当然のことながら生成する。
中でも、アロファネート化反応触媒として、後述するイソシアヌレート化反応触媒を用いて、アロファネート化反応とイソシアヌレート反応とを行うことが経済的生産上、好ましい。
上述したアロファネート化反応触媒の使用量の上限値は、仕込んだイソシアネートモノマーの質量に対して、1000質量ppmであることが好ましく、800質量ppmであることがより好ましく、600質量ppmであることがさらに好ましく、500質量ppmであることが特に好ましい。
すなわち、上述したアロファネート化反応触媒の使用量は、仕込んだイソシアネートモノマーの質量に対して、10質量ppm以上1000質量ppm以下であることが好ましく、20質量ppm以上800質量ppm以下であることがより好ましく、40質量ppm以上600質量ppm以下であることがさらに好ましく、80質量ppm以上500質量ppm以下であることが特に好ましい。
また、アロファネート化反応温度の上限値としては、180℃であることが好ましく、160℃であることがより好ましく、140℃であることがさらに好ましい。
すなわち、アロファネート化反応温度としては、40℃以上180℃以下であることが好ましく、60℃以上160℃以下であることがより好ましく、80℃以上140℃以下であることがさら好ましく、100℃以上140℃以下であることが特に好ましい。
アロファネート化反応温度が上記下限値以上であることによって、反応速度をより向上させることが可能である。アロファネート化反応温度が上記上限値以下であることによって、ポリイソシアネートの着色等をより効果的に抑制できる傾向にある。
イソシアネートモノマーからウレトジオン基を有するポリイソシアネートを誘導する場合は、例えば、イソシアネートモノマーを、ウレトジオン化反応触媒を用いて、又は、熱により、多量化することによって製造することができる。
ウレトジオン化反応触媒としては、特に限定されないが、例えば、トリアルキルホスフィン、トリス(ジアルキルアミノ)ホスフィン、シクロアルキルホスフィン等の第3ホスフィン、ルイス酸等が挙げられる。
トリアルキルホスフィンとしては、例えば、トリ-n-ブチルホスフィン、トリ-n-オクチルホスフィン等が挙げられる。
トリス(ジアルキルアミノ)ホスフィンとしては、例えば、トリス-(ジメチルアミノ)ホスフィン等が挙げられる。
シクロアルキルホスフィンとしては、例えば、シクロヘキシル-ジ-n-ヘキシルホスフィン等が挙げられる。
ルイス酸としては、例えば、三フッ化ホウ素、酸塩化亜鉛等が挙げられる。
ウレトジオン化反応触媒を用いる場合には、所望の収率となった時点で、リン酸、パラトルエンスルホン酸メチル等のウレトジオン化反応触媒の失活剤を添加してウレトジオン化反応を停止することが好ましい。
また、ウレトジオン化反応触媒を用いることなく、上記脂肪族ジイソシアネート及び上記脂環族ジイソシアネートからなる群より選ばれる1種以上のジイソシアネートを加熱してウレトジオン基を有するポリイソシアネートを得る場合、その加熱温度は、120℃以上が好ましく、150℃以上170℃以下がより好ましい。また、加熱時間は1時間以上4時間以下が好ましい。
イソシアネートモノマーからイミノオキサジアジンジオン基含有ポリイソシアネートを誘導する場合は、通常、イミノオキサジアジンジオン化反応触媒を用いる。
イミノオキサジアジンジオン化触媒としては、例えば、以下の1)又は2)に示すもの等が挙げられる。
1)一般式M[Fn]、又は、一般式M[Fn(HF)m]で表される(ポリ)フッ化水素
(式中、m及びnは、m/n>0の関係を満たす整数である。Mはn荷電カチオン(混合物)又は合計でn価の1個以上のラジカルである。)
2)一般式R1-CR’2-C(O)O-、又は、一般式R2=CR’-C(O)O-で表される化合物と、第4級アンモニウムカチオン、又は、第4級ホスホニウムカチオンとからなる化合物。
(式中、R1及びR2はそれぞれ独立に、直鎖状、分岐鎖状又は環状の、飽和又は不飽和の炭素数1以上30以下のパーフルオロアルキル基である。複数あるR’はそれぞれ独立に水素原子、又は、ヘテロ原子を含んでもよい炭素数1以上20以下のアルキル基若しくはアリール基である。)
2)の化合物として具体的には、例えば、3,3,3-トリフルオロカルボン酸、4,4,4,3,3-ペンタフルオロブタン酸、5,5,5,4,4,3,3-ヘプタフルオロペンタン酸、3,3-ジフルオロプロパ-2-エン酸等が挙げられる。
中でも、イミノオキサジアジンジオン化反応触媒としては、入手容易性の観点からは、1)が好ましく、安全性の観点からは、2)が好ましい。
イミノオキサジアジンジオン化触媒の使用量の上限値は、生成物の着色及び変色の抑制や反応制御の観点から、原料であるHDI等のイソシアネートモノマーに対して、質量比で、5000ppmが好ましく、2000ppmがより好ましく、500ppmがさらに好ましい。
すなわち、イミノオキサジアジンジオン化触媒の使用量は、原料であるHDI等のイソシアネートモノマーに対して、質量比で、5ppm以上5000ppm以下であることが好ましく、10ppm以上2000ppm以下がより好ましく、20ppm以上500ppm以下がさらに好ましい。
イミノオキサジアジンジオン化の反応温度の上限値は、生成物の着色及び変色の抑制の観点から、150℃が好ましく、120℃がより好ましく、110℃がさらに好ましい。
すなわち、イミノオキサジアジンジオン化の反応温度は、40℃以上150℃以下が好ましく、50℃以上120℃以下がより好ましく、60℃以上110℃以下がさらに好ましい。
イソシアネートモノマーからイソシアヌレート基を含有するポリイソシアネートを誘導するための触媒としては、一般的に使用されるイソシアヌレート化反応触媒が挙げられる。
(1)テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム等のテトラアルキルアンモニウムのハイドロオキサイド、及び、前記テトラアルキルアンモニウムの酢酸塩、プロピオン酸塩、オクチル酸塩、カプリン酸塩、ミリスチン酸塩、安息香酸塩等の有機弱酸塩。
(2)ベンジルトリメチルアンモニウム、トリメチルフェニルアンモニウム等のアリールトリアルキルアンモニウムのハイドロオキサイド、及び、前記アリールトリアルキルアンモニウムの酢酸塩、プロピオン酸塩、オクチル酸塩、カプリン酸塩、ミリスチン酸塩、安息香酸塩等の有機弱酸塩。
(3)トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム、トリメチルヒドロキシプロピルアンモニウム、トリエチルヒドロキシエチルアンモニウム、トリエチルヒドロキシプロピルアンモニウム等のヒドロキシアルキルアンモニウムのハイドロオキサイド、及び、前記ヒドロキシアルキルアンモニウムの酢酸塩、プロピオン酸塩、オクチル酸塩、カプリン酸塩、ミリスチン酸塩、安息香酸塩等の有機弱酸塩。
(4)酢酸、プロピオン酸、カプロン酸、オクチル酸、カプリン酸、ミリスチン酸等のアルキルカルボン酸の錫、亜鉛、鉛等の金属塩。
(5)ナトリウム、カリウム等の金属アルコラート。
(6)ヘキサメチレンジシラザン等のアミノシリル基含有化合物。
(7)マンニッヒ塩基類。
(8)第3級アミン類とエポキシ化合物との混合物。
(9)トリブチルホスフィン等の燐系化合物。
一方、上述したイソシアヌレート化反応触媒の使用量の下限値は、特別な限定はないが、例えば、10質量ppmであってもよい。
なお、ポリイソシアネートを得るためには、反応の進行を初期で停止する必要がある。しかしながら、イソシアヌレート化反応は、初期の反応速度が非常に速いため、反応の進行を初期で停止することに困難が伴い、反応条件、特に触媒の添加量及び添加方法は慎重に選択する必要がある。例えば、触媒の一定時間毎の分割添加方法等が好適なものとして推奨される。
したがって、ポリイソシアネートを得るためのイソシアヌレート化反応の転化率は、10%以上60%以下であることが好ましく、15%以上55%以下であることがより好ましく、20%以上50%以下であることがさらに好ましい。
イソシアヌレート化反応の転化率が上記上限値以下であることによって、ポリイソシアネートを含むブロックポリイソシアネート組成物をより低粘度とすることができる。また、イソシアヌレート化反応の転化率が上記下限値以上であることによって、反応停止操作をより容易に行うことができる。
使用することのできる1価以上6価以下のアルコールとしては、例えば、非重合性アルコール、重合性アルコールが挙げられる。ここでいう「非重合性アルコール」とは、重合性基を有さないアルコールを意味する。一方、「重合性アルコール」とは、重合性基及び水酸基を有する単量体を重合して得られるアルコールを意味する。
非重合性アルコールとしては、例えば、モノアルコール類、ジオール類、トリオール類、テトラオール類等の多価アルコールが挙げられる。
モノアルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブチルアルコール(イソブタノール)、sec-ブタノール、n-ペンタノール、n-ヘキサノール、n-オクタノール、n-ノナノール、2-エチルブタノール、2,2-ジメチルヘキサノール、2-エチルヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、エチルシクロヘキサノール等が挙げられる。
ジオール類としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、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、2,3-ブタンジオール、2-メチル-1,2-プロパンジオール、1,5-ペンタンジオール、2-メチル-2,3-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,2-ヘキサンジオール、2,5-ヘキサンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、2,3-ジメチル-2,3-ブタンジオール、2-エチル-ヘキサンジオール、1,2-オクタンジオール、1,2-デカンジオール、2,2,4-トリメチルペンタンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、2,2-ジエチル-1,3-プロパンジオール等が挙げられる。
トリオール類としては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン等が挙げられる。
テトラオール類としては、例えば、ペンタエリトリトール等が挙げられる。
二塩基酸としては、特に限定されないが、例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ダイマー酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等のカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の二塩基酸が挙げられる。
多価アルコールとしては、特に限定されないが、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、及び、グリセリンからなる群より選ばれる少なくとも1種の多価アルコールが挙げられる。
また、ポリエステルポリオール類としては、例えば、上記多価アルコールを用いて、ε-カプロラクトンを開環重合して得られるようなポリカプロラクトン類等が挙げられる。
アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。
強塩基性触媒としては、例えば、アルコラート、アルキルアミン等が挙げられる。
多価アルコールとしては、上記ポリエステルポリオール類において例示されたものと同様のものが挙げられる。
アルキレンオキサイドとしては、例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、スチレンオキサイド等が挙げられる。
ポリアミン化合物としては、例えば、エチレンジアミン類等が挙げられる。
水酸基を有するエチレン性不飽和結合含有単量体としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリル酸ヒドロキシブチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ヒドロキシブチル等が挙げられる。
水酸基を有するエチレン性不飽和結合含有単量体と共重合可能な他のエチレン性不飽和結合含有単量体としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、不飽和カルボン酸、不飽和アミド、ビニル系単量体、加水分解性シリル基を有するビニル系単量体が挙げられる。
アクリル酸エステルとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸-n-ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸-n-ヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸-2-エチルヘキシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニル等が挙げられる。
メタクリル酸エステルとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸-n-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸-n-ヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸-2-エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル等が挙げられる。
不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等が挙げられる。
不飽和アミドとしては、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N-メチレンビスアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、マレイン酸アミド、マレイミド等が挙げられる。
ビニル系単量体としては、例えば、メタクリル酸グリシジル、スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、アクリロニトリル、フマル酸ジブチル等が挙げられる。
加水分解性シリル基を有するビニル系単量体としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、γ-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
イソシアネートモノマーからウレタン基を含有するポリイソシアネートを誘導する場合は、例えば、過剰のイソシアネートモノマーと、アルコールと、を混合し、必要に応じてウレタン化反応触媒を添加することで製造することができる。
前記アルコールとしては、上記「イソシアヌレート基含有ポリイソシアネートの製造方法」において例示されたものと同様のものが挙げられる。
ウレタン化反応触媒としては、特に限定されないが、例えば、スズ系化合物、亜鉛系化合物、アミン系化合物等が挙げられる。
ウレタン化反応温度としては、50℃以上160℃以下であることが好ましく、60℃以上120℃以下であることがより好ましい。
ウレタン化反応温度が上記上限値以下であることによって、ポリイソシアネートの着色等をより効果的に抑制できる傾向にある。
また、ウレタン化反応時間としては、30分以上4時間以下であることが好ましく、1時間以上3時間以下であることがより好ましく、1時間以上2時間以下であることがさらに好ましい。
アルコールの水酸基のモル量に対するイソシアネートモノマーのイソシアネート基のモル量の比は、2/1以上50/1以下が好ましい。当該モル比が上記下限値以上であることによって、ポリイソシアネートをより低粘度とすることができる。当該モル比が上記上限値以下であることによって、ウレタン基含有ポリイソシアネートの収率をより高められる。
イソシアネートモノマーからビウレット基を含有するポリイソシアネートを誘導するためのビウレット化剤としては、特に限定されないが、例えば、水、1価の第3級アルコール、蟻酸、有機第1モノアミン、有機第1ジアミン等が挙げられる。
ビウレット化剤1モルに対して、イソシアネート基を6モル以上とすることが好ましく、10モル以上とすることがより好ましく、10モル以上80モル以下とすることがさらに好ましい。ビウレット化剤1モルに対するイソシアネート基のモル量が上記下限値以上であれば、ポリイソシアネートが十分に低粘度になり、上記上限値以下であれば、塗料組成物としたときの硬化性がより向上する。
前記溶剤として具体的には、例えば、エチレングリコール系溶剤、リン酸系溶剤等が挙げられる。
エチレングリコール系溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ-n-プロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテルアセテート、エチレングリコールジアセテート、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジ-n-プロピルエーテル、エチレングリコールジイソプロピルエーテル、エチレングリコールジ-n-ブチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、エチレングリコールメチルイソプロピルエーテル、エチレングリコールメチル-n-ブチルエーテル、エチレングリコールエチル-n-プロピルエーテル、エチレングリコールエチルイソプロピルエーテル、エチレングリコールエチル-n-ブチルエーテル、エチレングリコール-n-プロピル-n-ブチルエーテル、エチレングリコールイソプロピル-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノ-n-プロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールジイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールジ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールメチル-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチル-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールエチル-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールエチル-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコール-n-プロピル-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピル-n-ブチルエーテル等が挙げられる。
リン酸系溶剤としては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリブチル等が挙げられる。
これらの溶剤は単独又は2種以上を混合して使用してもよい。
中でも、エチレングリコール系溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールジアセテート又はジエチレングリコールジメチルエーテルが好ましい。
また、リン酸系溶剤としては、リン酸トリメチル又はリン酸トリエチルが好ましい。
反応終了後の反応液から、未反応イソシアネートモノマーを薄膜蒸留、抽出等により除去し、ポリイソシアネートを得ることができる。
酸化防止剤としては、例えば、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール等のヒンダードフェノール等が挙げられる。紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール、ベンゾフェノン等が挙げられる。これら酸化防止剤や紫外線吸収剤は、1種を単独又は2種以上を併用してもよい。これらの添加量は、ポリイソシアネートの質量に対して、10質量ppm以上500質量ppm以下であることが好ましい。
〇平均イソシアネート数
ポリイソシアネートの平均イソシアネート数は、得られる塗膜の硬化性を高める点で、3.3以上が好ましく、得られる塗膜の硬化性、及び、多価アルコール化合物との相溶性の両立の観点から、4.6以上20以下がより好ましく、5以上10以下がさらに好ましい。
ポリイソシアネートの平均イソシアネート数は、後述する実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
また、ポリイソシアネートの数平均分子量は、得られる塗膜の硬化性を高める点で、600以上であることが好ましく、得られる塗膜の硬化性、及び、多価アルコール化合物との相溶性の両立の観点から、600以上10000以下がより好ましく、1000以上8000以下がさらに好ましい。
ポリイソシアネートの数平均分子量は、後述する実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
ブロックポリイソシアネートの製造に用いられるブロック剤は、下記一般式(I)で示される化合物(化合物(I))を含む。ブロック剤は、化合物を1種類単独で含んでもよく、2種類以上組み合わせて含んでもよい。
1.R11
一般式(I)中、R11は、ヒドロキシ基;ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基;ヒドロキシ基及びアルキル基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアミノ基;ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアリール基;又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルコキシ基である。但し、前記アミノ基は、2つの前記置換基が互いに連結して環を形成してもよい。
R11が置換基を有しないアルキル基である場合、該アルキル基としては、炭素数は1以上30以下であることが好ましく、1以上8以下であることがより好ましく、1以上6以下であることがさらに好ましく、1以上4以下であることが特に好ましい。置換基を有しないアルキル基として具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基、sec-ブチル基、イソブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、1-メチルブチル基、n-ヘキシル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、2,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、n-ヘプチル基、2-メチルヘキシル基、3-メチルヘキシル基、2,2-ジメチルペンチル基、2,3-ジメチルペンチル基、2,4-ジメチルペンチル基、3,3-ジメチルペンチル基、3-エチルペンチル基、2,2,3-トリメチルブチル基、n-オクチル基、イソオクチル基、2-エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基等が挙げられる。
置換基としてヒドロキシ基を含むアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。
置換基としてアミノ基を含むアルキル基としては、例えば、アミノメチル基、アミノエチル基、アミノプロピル基、アミノブチル基等が挙げられる。
置換基としてヒドロキシ基及びアミノ基を含むアルキル基としては、例えば、ヒドロキシアミノメチル基、ヒドロキシアミノエチル基、ヒドロキシアミノプロピル基等が挙げられる。
R11が置換基を有するアミノ基である場合、置換基はヒドロキシ基又はアルキル基である。
置換基としてヒドロキシ基を有するアミノ基としては、ヒドロキシアミノ基(-NH-OH)が挙げられる。
置換基としてアルキル基を有するアミノ基としては、例えば、メチルアミノ基、エチルアミノ基、n-ブチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジプロピルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジ-n-ブチルアミノ基、ジ-tert-ブチルアミノ基、ジ-sec-ブチルアミノ基、ジイソブチルアミノ基、2、6-ジメチルピペリジル基等が挙げられる。
置換基としてヒドロキシ基及びアルキル基を有するアミノ基としては、例えば、ヒドロキシメチレンアミノ基、ヒドロキシエチレンアミノ基、ヒドロキシプロピレンアミノ基、ヒドロキシブチレンアミノ基等が挙げられる。
2つの置換基が互いに連結して環を形成しているアミノ基としては、例えば、エチレンイミノ基、アザシクロブチル基、ピロリジル基、ピペリジル基、2、6-ジメチルピペリジル基、ヘキサメチレンイミノ基等が挙げられる。
R11が置換基を有しないアリール基である場合、該アリール基としては、炭素数は5以上30以下であることが好ましく、6以上20以下であることがより好ましく、6以上14以下であることがさらに好ましい。前記アリール基として具体的には、例えば、単環式芳香族炭化水素基、2環式芳香族炭化水素基、3環式芳香族炭化水素基、4環式芳香族炭化水素基、5環式芳香族炭化水素基、6環式芳香族炭化水素基、7環式芳香族炭化水素基等が挙げられる。
単環式芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ベンジル基、トリル基、o-キシリル基等が挙げられる。
2環式芳香族炭化水素基としては、例えば、インダニル基、インデニル基、ペンタレニル基、アズレニル基、ナフチル基、テトラヒドロナフチル基等が挙げられる。
3環式芳香族炭化水素基としては、例えば、アントラセニル基、フルオレニル基、フェナレニル基、フェナントレニル基等が挙げられる。
4環式芳香族炭化水素基としては、例えば、ピレニル基、ナフタセニル基、クリセニル基等が挙げられる。
5環式芳香族炭化水素基としては、例えば、ペリレニル基、ピセニル基、ペンタセニル基等が挙げられる。
6環式芳香族炭化水素基としては、例えば、ナフトビレニル基等が挙げられる。
7環式芳香族炭化水素基としては、例えば、コロネニル基等が挙げられる。
置換基としてヒドロキシ基を含むアリール基としては、例えば、フェノール基等が挙げられる。
置換基としてアミノ基を含むアリール基としては、例えば、アニリン基等が挙げられる。
置換基としてヒドロキシ基及びアミノ基を含むアリール基としては、例えば、アミノフェノール基(ヒドロキシアニリン基)等が挙げられる。
R1が置換基を有しないアルコキシ基である場合、該アルコキシ基としては、炭素数は1以上30以下であることが好ましく、1以上8以下であることがより好ましく、1以上6以下であることがさらに好ましく、1以上4以下であることが特に好ましい。前記アルコキシ基として具体的には、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基、sec-ブトキシ基、イソブトキシ基、n-ペントキシ基、イソペントキシ基、ネオペントキシ基、tert-ペントキシ基、1-メチルブトキシ基、n-ヘキトキシ基、2-メチルペントキシ基、3-メチルペントキシ基、2,2-ジメチルブトキシ基、2,3-ジメチルブトキシ基、n-ヘプトキシ基、2-メチルヘキトキシ基、3-メチルヘキトキシ基、2,2-ジメチルペントキシ基、2,3-ジメチルペントキシ基、2,4-ジメチルペントキシ基、3,3-ジメチルペントキシ基、3-エチルペントキシ基、2,2,3-トリメチルブトキシ基、n-オクトキシ基、イソオクトキシ基、2-エチルヘキトキシ基、ノニノキシ基、デシロキシ基等が挙げられる。
置換基としてヒドロキシ基を含むアルコキシ基としては、例えば、ヒドロキシメチレンオキシ基、ヒドロキシエチレンオキシ基、ヒドロキシプロピレンオキシ基、ヒドロキシブチレンオキシ基等が挙げられる。
置換基としてアミノ基を含むアルコキシ基としては、例えば、アミノメチレンオキシ基、アミノエチレンオキシ基、アミノプロピレンオキシ基、アミノブチレンオキシ基等が挙げられる。
置換基としてヒドロキシ基及びアミノ基を含むアルコキシ基としては、例えば、ヒドロキシアミノメチリジンオキシ基、ヒドロキシアミノエチリジンオキシ基、ヒドロキシアミノプロピリジンオキシ基等が挙げられる。
一般式(I)中、R12、R13及びR14はそれぞれ独立に、水素原子;ヒドロキシ基;ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基;ヒドロキシ基及びアルキル基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアミノ基;ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアリール基;又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルコキシ基である。前記アミノ基は、2つの前記置換基が互いに連結して環を形成してもよい。但し、R12、R13及びR14のうち2つ以上が水素原子であることはない。
上記アルキル基、上記アミノ基、上記アリール基及び上記アルコキシ基としては、上記「R11」において例示されたものと同様のものが挙げられる。
中でも、R12、R13及びR14はそれぞれ独立に、水素原子;ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基;又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアリール基であり、且つ、R12、R13及びR14のうち2つ以上が水素原子であることはないことが好ましい。
中でも、得られる塗膜の更なる低温硬化性の点から、マロン酸ジ-sec-ブチル、マロン酸ジ-tert-ブチル、マロン酸ジ-tert-ペンチル、マロン酸ジイソプロピル又はマロン酸tert-ブチルエチルが好ましく、水分散安定性の観点から、マロン酸ジ-sec-ブチル又はマロン酸ジイソプロピルがより好ましい。
また、本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物が易接着処理積層体を形成するための接着剤組成物として用いられる場合には、被着体との密着性及び耐湿熱試験後の密着性が良好となることから、マロン酸ジ-tert-ブチル又はマロン酸ジ-tert-ペンチルが特に好ましい。
ブロックポリイソシアネートの製造に用いられるブロック剤は、上述の化合物(I)以外に、低温硬化性を阻害しない範囲内で、さらに、他のブロック剤を含んでもよい。
なお、ブロックポリイソシアネートの製造に用いられる全ブロック剤のモル総量に対して、上記化合物(I)の含有量が80モル%以上100モル%以下であることが好ましく、90モル%以上100モル%以下であることがより好ましく、95モル%以上100モル%以下であることがさらに好ましく、99モル%以上100モル%以下であることが特に好ましい。
上記化合物(I)の含有量が上記範囲内であることにより、塗膜としたときの低温硬化性をより向上させることができる。
(2)アルキルフェノール系化合物:炭素原子数4以上のアルキル基を置換基として有するモノ及びジアルキルフェノール類。アルキルフェノール系化合物として具体的には、例えば、n-プロピルフェノール、iso-プロピルフェノール、n-ブチルフェノール、sec-ブチルフェノール、tert-ブチルフェノール、n-ヘキシルフェノール、2-エチルヘキシルフェノール、n-オクチルフェノール、n-ノニルフェノール等のモノアルキルフェノール類;ジ-n-プロピルフェノール、ジイソプロピルフェノール、イソプロピルクレゾール、ジ-n-ブチルフェノール、ジ-tert-ブチルフェノール、ジ-sec-ブチルフェノール、ジ-n-オクチルフェノール、ジ-2-エチルヘキシルフェノール、ジ-n-ノニルフェノール等のジアルキルフェノール類。
(3)フェノール系化合物:フェノール、クレゾール、エチルフェノール、スチレン化フェノール、ヒドロキシ安息香酸エステル等。
(4)活性メチレン系化合物:マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセチルアセトン等。
(5)メルカプタン系化合物:ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン等。
(6)酸アミド系化合物:アセトアニリド、酢酸アミド、ε-カプロラクタム、δ-バレロラクタム、γ-ブチロラクタム等。
(7)酸イミド系化合物:コハク酸イミド、マレイン酸イミド等。
(8)イミダゾール系化合物:イミダゾール、2-メチルイミダゾール等。
(9)尿素系化合物:尿素、チオ尿素、エチレン尿素等。
(10)オキシム系化合物:ホルムアルドオキシム、アセトアルドオキシム、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサノンオキシム等。
(11)アミン系化合物:ジフェニルアミン、アニリン、カルバゾール、ジーn-プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、イソプロピルエチルアミン等。
(12)イミン系化合物:エチレンイミン、ポリエチレンイミン等。
(13)重亜硫酸塩化合物:重亜硫酸ソーダ等。
(14)ピラゾール系化合物:ピラゾール、3-メチルピラゾール、3,5-ジメチルピラゾール等。
(15)トリアゾール系化合物:3,5-ジメチル-1,2,4-トリアゾール等。
親水性ブロックポリイソシアネートの製造に用いられる親水性化合物は、該親水性化合物の1分子に対して、1つ以上のイソシアネート基と反応可能である。さらに、ブロックポリイソシアネート組成物に含まれる親水性ブロックイソシアネートは、親水性化合物に由来する構造単位を有する。これは、親水性化合物が、親水性基を有する化合物であることに由来する。つまり、親水性基とは、親水性化合物がポリイソシアネートと反応することにより、反応後のポリイソシアネートが有することとなる(付加される)官能基であり、これにより、ブロックポリイソシアネート組成物は水分散性に優れるものとなる。
親水性化合物は、1つのイソシアネート基と反応するために、ポリイソシアネートが有するイソシアネート基と反応するための活性水素基を、親水性化合物1分子に対して、1つ以上有することが好ましい。活性水素基として、具体的には、水酸基、メルカプト基、カルボン酸基、アミノ基、チオール基が挙げられる。
親水性基としては、ノニオン性親水性基、カチオン性親水性基、アニオン性親水性基が挙げられる。これら親水性基は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
中でも、親水性基としては、入手容易性及び配合物との電気的な相互作用を受けにくいという観点で、ノニオン性親水性基が好ましく、得られる塗膜の硬度の低下を抑制する観点で、アニオン性親水性基が好ましい。
ノニオン性親水性基を有する親水性化合物として、具体的には、モノアルコール、アルコールの水酸基にエチレンオキサイドを付加した化合物が挙げられる。モノアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール等が挙げられる。アルコールの水酸基にエチレンオキサイドを付加した化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール等が挙げられる。これらノニオン性親水基を有する親水性化合物は、イソシアネート基と反応する活性水素基も有する。
エチレンオキサイドを付加した化合物のエチレンオキサイドの付加数としては、4以上30以下が好ましく、4以上20以下がより好ましい。エチレンオキサイドの付加数が上記下限値以上であることで、ブロックポリイソシアネート組成物に水分散性をより効果的に付与できる傾向にあり、エチレンオキサイドの付加数が上記上限値以下であることで、低温貯蔵時にブロックポリイソシアネート組成物の析出物がより発生しにくい傾向にある。
中でも、ノニオン性親水性基を有する親水性化合物としては、少ない使用量でブロックポリイソシアネート組成物の水分散性を向上できることから、モノアルコールが好ましい。
また、ノニオン性親水性基の含有量の上限値は、得られる塗膜の耐水性の観点から、ブロックポリイソシアネート組成物の固形分の質量に対して、30質量%が好ましく、25質量%がより好ましく、20質量%がさらに好ましく、17質量%が特に好ましい。
すなわち、ノニオン性親水性基の含有量の上限値は、ブロックポリイソシアネート組成物の不揮発分の質量に対して、1質量%以上30質量%以下が好ましく、3質量%以上25質量%以下がより好ましく、4質量%以上20質量%以下がさらに好ましく、4.5質量%以上17質量%以下が特に好ましい。
上記範囲であることにより、ブロックポリイソシアネート組成物がより水に分散し、得られる塗膜の耐水性が向上する傾向にある。
カチオン性親水性基を有する親水性化合物として、具体的には、カチオン性親水性基と活性水素基とを併せて有する化合物が挙げられる。また、グリシジル基等の活性水素基を有する化合物と、スルフィド、ホスフィン等のカチオン性親水性基を有する化合物を併せて、親水性化合物としてもよい。この場合は、予め、イソシアネート基を有する化合物と活性水素基を有する化合物を反応させ、グリシジル基等の官能基を付加し、その後、スルフィド、ホスフィン等の化合物を反応させる。製造の容易性の観点からは、カチオン性親水性基と活性水素基とを併せて有する化合物が好ましい。
カチオン性親水性基と活性水素基とを併せて有する化合物として、具体的には、例えば、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、メチルジエタノールアミン等が挙げられる。また、これらの化合物を用いて付加された三級アミノ基は、例えば、硫酸ジメチル、硫酸ジエチルで四級化することもできる。
カルボキシル基を有する化合物として、具体的には、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸等が挙げられる。
スルホン基を有する化合物として、具体的には、例えば、エタンスルホン酸等が挙げられる。
燐酸基を有する化合物として、具体的には、例えば、燐酸、酸性燐酸エステル等が挙げられる。
ハロゲン基を有する化合物として、具体的には、例えば、塩酸等が挙げられる。
硫酸基を有する化合物として、具体的には、例えば、硫酸等が挙げられる。
中でも、アニオン基を有する化合物としては、カルボキシル基を有する化合物が好ましく、酢酸、プロピオン酸又は酪酸がより好ましい。
アニオン性親水性基として、具体的には、カルボキシ基、スルホン酸基、燐酸基、ハロゲン基、硫酸基が挙げられる。
アニオン性親水性基を有する親水性化合物として、具体的には、アニオン性基と活性水素基とを併せて有する化合物が挙げられ、より具体的には、例えば、モノヒドロキシカルボン酸、ポリヒドロキシカルボン酸のカルボキシ基をアニオン性基として有する化合物が挙げられる。
モノヒドロキシカルボン酸としては、例えば、1-ヒドロキシ酢酸、3-ヒドロキシプロパン酸、12-ヒドロキシ-9-オクタデカン酸、ヒドロキシピバル酸、乳酸等が挙げられる。
ポリヒドロキシカルボン酸のカルボキシ基をアニオン性基として有する化合物としては、例えば、ジメチロール酢酸、2,2-ジメチロール酪酸、2,2-ジメチロールペンタン酸、ジヒドロキシコハク酸、ジメチロールプロピオン酸等が挙げられる。
また、スルホン酸基と活性水素基とを併せて有する化合物も挙げられ、より具体的には、例えば、イセチオン酸等が挙げられる。
中でも、アニオン性基と活性水素基とを併せて有する化合物としては、ヒドロキシピバル酸又はジメチロールプロピオン酸が好ましい。
アミン系化合物として、具体的には、例えば、アンモニア、水溶性アミノ化合物等が挙げられる。
水溶性アミノ化合物として、具体的には、例えば、モノエタノールアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、トリエタノールアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、2-エチルヘキシルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、メチルエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、モルホリン等が挙げられる。また、トリエチルアミン、ジメチルエタノールアミン等の第3級アミンも挙げられ、これらを用いることもできる。これらのアミン系化合物は1種類単独又は2種類以上を併用することができる。
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物は、特に限定されないが、上述のブロックポリイソシアネートに加えて、活性水素基含有化合物、親水性を向上させる添加剤、溶剤等の添加剤を更に含んでいてもよい。
本実施形態の塗料組成物は、活性水素基含有化合物を含むことで低温硬化性及び貯蔵安定性を両立させ、共に向上させることができる。
すなわち、活性水素基含有化合物としては、例えば、モノアルコール類、ジアルコール類又はアミン類であることが好ましい。これらモノアルコール類、ジアルコール類及びアミン類は直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。
前記モノアルコール類としては、例えば、(1)脂肪族アルコール類、(2)モノ(又はオリゴ)エチレングリコールモノアルキルエーテル類、(3)モノ(又はオリゴ) プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、(4)モノ(又はオリゴ)エチレングリコールモノエステル類、(5)モノ(又はオリゴ)プロピレングリコールモノエステル類等が挙げられる。これらモノアルコール類を、1種を単独で含んでいてもよく、2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
(1)脂肪族アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、2-プロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、tert-ブタノール、2-ブタノール、2-エチル1-ブタノール、イソアミルアルコール、n-ペンタノール、イソペンタノール、2-メチル-1-ペンタノール、2-メチル-1-ペンタノール、ヘキサノール、2-エチルヘキサノール、n-ヘプタノール、2-ヘプタノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、オクタデカノール、2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、2-ブトキシエタノール、及び、これらの異性体アルコール等が挙げられる。
(2)モノ(又はオリゴ)エチレングリコールモノアルキルエーテル類としては、例えば、エチレングリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル類、トリエチレングリコールモノアルキルエーテル類、テトラエチレングリコールモノアルキルエーテル類等が挙げられる。
(3)モノ(又はオリゴ) プロピレングリコールモノアルキルエーテル類としては、例えば、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、トリプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、テトラプロピレングリコールモノアルキルエーテル類等が挙げられる。
(4)モノ(又はオリゴ)エチレングリコールモノエステル類としては、例えば、エチレングリコールモノエステル類、ジエチレングリコールモノエステル類、トリエチレングリコールモノエステル類、テトラエチレングリコールモノエステル類等が挙げられる。
(5)モノ(又はオリゴ)プロピレングリコールモノエステル類としては、例えば、プロピレングリコールモノエステル類、ジプロピレングリコールモノエステル類、トリプロピレングリコールモノエステル類、テトラプロピレングリコールモノエステル類等が挙げられる。
前記ジアルコール類としては、例えば、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、1,2-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、2-エチル-1,6-ヘキサンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、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、1,3-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-ジメチロールシクロヘキサン等が挙げられる。これらジアルコール類を、1種を単独で含んでいてもよく、2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
前記アミン類としては、例えば、(1)一級アミン、(2)直鎖状二級アミン、(3)分岐鎖状二級アミン、(4)不飽和二重結合含有二級アミン、(5)非対称二級アミン、(6)芳香族置換基を有する二級アミン等が挙げられる。これらアミン類を、1種を単独で含んでいてもよく、2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
(1)一級アミンとしては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン等が挙げられる。
(2)直鎖状二級アミンとしては、例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジオクチルアミン、ジラウリルアミン、ジトリデシルアミン、ジステアリルアミン等が挙げられる。
(3)分岐鎖状二級アミンとしては、例えば、ジイソプロピルアミン、ジイソブチルアミン、ジ(2-ブチルアミン)、ジ(tert-ブチル)アミン、ジ(2-エチルヘキシル)アミン、ジシクロヘキシルアミン、ジ(2-メチルシクロヘキシル)アミン等が挙げられる。
(4)不飽和二重結合含有二級アミンとしては、例えば、ジアリルアミン等が挙げられる。
(5)非対称二級アミンとしては、例えば、メチルエチルアミン、N-メチルイソプロピルアミン、メチルtert-ブチルアミン、N-メチルヘキシルアミン、エチルtert-ブチルアミン、N-エチルヘキシルアミン、N-エチル-1,2-ジメチルプロピルアミン、N-エチルイソアミルアミン、N-エチルラウリルアミン、N-エチルステアリルアミン、N-メチルシクロヘキシルアミン、N-エチルシクロヘキシルアミン、N-tert-ブチルシクロヘキシルアミン等が挙げられる。
(6)芳香族置換基を有する二級アミンとしては、例えば、ジフェニルアミン、ジベンジルアミン、メチルベンジルアミン、エチルベンジルアミン、tert-ブチルベンジルアミン、N-メチルアニリン、N-エチルアニリン、N-シクロヘキシルアニリン、3-(ベンジルアミノ)プロピオン酸エチルエステル等が挙げられる。
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物は、親水性を向上させる添加剤を添加することで、より水分散安定性を向上することができる。このような添加剤としては、例えば、ノニオン系化合物、カチオン系化合物、アニオン系化合物、両性化合物等が挙げられる。
カチオン系化合物として、具体的には、例えば、第4級アンモニウム塩型化合物、アルキルアミン塩型化合物等が挙げられる。
アニオン系化合物として、具体的には、例えば、脂肪酸塩型化合物、アルキル硫酸エステル化合物、アルキルベンゼンスルホン酸塩型化合物、スルホコハク酸塩型化合物、アルキルリン酸塩型化合物等が挙げられる。
両性化合物として、具体的には、例えば、アルキルベタイン型化合物、脂肪酸アミドプロピルベタイン型化合物が挙げられる。
前記溶剤としては、例えば、1-メチルピロリドン、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、3-メトキシ-3-メチル-1-ブタノール、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エタノール、メタノール、iso-プロパノール、1-プロパノール、iso-ブタノール、1-ブタノール、2-エチルヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、トルエン、キシレン、ペンタン、iso-ペンタン、ヘキサン、iso-ヘキサン、シクロヘキサン、ソルベントナフサ、ミネラルスピリット等が挙げられる。これら溶剤は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。水への分散性の観点から、溶剤としては、水への溶解度が5質量%以上のものが好ましく、具体的には、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルが好ましい。
本実施形態のブロックイソシアネート組成物は、例えば、上記ポリイソシアネートと上記ブロック剤とを反応させて得られる。
ポリイソシアネートとブロック剤とのブロック化反応は、溶剤の存在の有無に関わらず行うことができ、ブロックポリイソシアネートが得られる。
なお、ブロック剤は、上記化合物(I)のうち1種類を単独で用いてもよく、上記化合物(I)及び上述したその他のブロック剤からなる群から選択される2種類以上を併用してもよい。
ブロック剤の添加量は、通常は、イソシアネート基のモル総量に対して80モル%以上200モル%以下であってよく、100モル%以上150モル%以下であることが好ましい。
溶剤を用いる場合、本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物の総質量に対するポリイソシアネート及びブロック剤に由来する固形分の含有量は、通常は、10質量部以上95質量部以下であってよく、20質量部以上80質量部以下であることが好ましく、30質量部以上70質量部以下であることがより好ましい。
触媒の添加量は、ブロック化反応の温度等により変動するが、通常は、ポリイソシアネート100質量部に対して0.05質量部以上1.5質量部以下であってよく、0.1質量部以上1.0質量部以下であることが好ましい。
ブロック化反応後には、酸性化合物等の添加で中和処理してもよい。
前記酸性化合物としては、無機酸を用いてもよく、有機酸を用いてもよい。無機酸としては、例えば、塩酸、亜燐酸、燐酸等が挙げられる。有機酸としては、例えば、メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート等が挙げられる。
ポリイソシアネートのイソシアネート基と親水性化合物との反応、及び、ポリイソシアネートとブロック剤との反応を同時に行うこともでき、又は、あらかじめどちらかの反応を行った後に、2つ目の反応を行うこともできる。中でも、イソシアネート基と親水性化合物との反応を先に行い、親水性化合物により変性されたポリイソシアネート(以下、「変性ポリイソシアネート」と称する場合がある)を得た後、得られた変性ポリイソシアネートとブロック剤との反応を行うことが好ましい。
[固形分量]
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物において、固形分量は、特に制限されないが、ブロックポリイソシアネート組成物の取り扱いの観点から、30質量%以上80質量%以下であることが好ましく、40質量%以上70質量%以下であることがより好ましい。
なお、固形分量は、後述の実施例に示す方法を用いて算出することができる。
具体的には、まず、アルミ皿を精秤する。次いで、アルミ皿上に約1g乗せた状態でブロックポリイソシアネート組成物を精秤する(W1)。次いで、ブロックポリイソシアネート組成物を均一厚さに調整する。次いで、アルミ皿に乗せた状態のブロックポリイソシアネート組成物を105℃のオーブンで1時間保持する。次いで、アルミ皿が室温になった後、アルミ皿に残存したブロックポリイソシアネート組成物を精秤する(W2)。次いで、下記式(3)からブロックポリイソシアネート組成物の固形分量を算出することができる。
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物において、有効NCO含有率は、特に制限されないが、ブロックポリイソシアネート組成物の保存安定性がより良好となることから、1質量%以上15質量%以下であることが好ましく、2質量%以上10質量%以下であることがより好ましく、3質量%以上9質量%以下であることがさらに好ましい。
なお、有効NCO含有率は、下記式(4)を用いて算出することができる。
=[(ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量[質量%])×{(ブロック化反応に使用したポリイソシアネートの質量)×(ポリイソシアネートのNCO含有率[質量%])}]/(ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物の質量) (4)
本実施形態の塗料組成物は、上述のブロックポリイソシアネート組成物と、多価ヒドロキシ化合物とを含む。本実施形態の塗料組成物は、硬化剤成分と主剤成分とを含む一液型塗料組成物である。
本実施形態の塗料組成物は、粘度安定性に優れ、当該塗料組成物を用いることで、低温硬化性、硬度保持性及び耐水性に優れた塗膜を得られる。
本実施形態の塗料組成物の構成成分について、以下に詳細を説明する。
本明細書において、「多価ヒドロキシ化合物」とは、一分子中に少なくとも2個のヒドロキシ基を有する化合物を意味し、「ポリオール」とも呼ばれる。
前記多価ヒドロキシ化合物として具体的には、例えば、脂肪族炭化水素ポリオール類、ポリエーテルポリオール類、ポリエステルポリオール類、エポキシ樹脂類、含フッ素ポリオール類、アクリルポリオール類等が挙げられる。
中でも、多価ヒドロキシ化合物としては、ポリエステルポリオール類、含フッ素ポリオール類又はアクリルポリオール類であることが好ましい。
前記脂肪族炭化水素ポリオール類としては、例えば、末端水酸基化ポリブタジエンやその水素添加物等が挙げられる。
前記ポリエーテルポリオール類としては、例えば、以下(1)~(3)のいずれかの方法等を用いて得られるものが挙げられる。
(1)多価アルコールの単独又は混合物に、アルキレンオキサイドの単独又は混合物を付加して得られるポリエーテルポリオール類又はポリテトラメチレングリコール類。
(2)アルキレンオキサイドに多官能化合物を反応させて得られるポリエーテルポリオール類。
(3)(1)又は(2)で得られたポリエーテルポリオール類を媒体としてアクリルアミド等を重合して得られる、いわゆるポリマーポリオール類。
前記多価アルコールとしては、例えば、グリセリンやプロピレングリコール等が挙げられる。
前記アルキレンオキサイドとしては、例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等が挙げられる。
前記多官能化合物としては、例えば、エチレンジアミン、エタノールアミン類等が挙げられる。
前記ポリエステルポリオール類としては、例えば、以下の(1)又は(2)のいずれかのポリエステルポリオール類等が挙げられる。
(1)二塩基酸の単独又は2種類以上の混合物と、多価アルコールの単独又は2種類以上の混合物との縮合反応によって得られるポリエステルポリオール樹脂類。
(2)ε-カプロラクトンを多価アルコールで開環重合して得られるポリカプロラクトン類。
前記二塩基酸としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、ダイマー酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸等のカルボン酸等が挙げられる。
前記多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、トリメチルペンタンジオール、シクロヘキサンジオール、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、2-メチロールプロパンジオール、エトキシ化トリメチロールプロパン等が挙げられる。
前記エポキシ樹脂類としては、例えば、ノボラック型エポキシ樹脂、β-メチルエピクロ型エポキシ樹脂、環状オキシラン型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリコールエーテル型エポキシ樹脂、エポキシ型脂肪族不飽和化合物、エポキシ化脂肪酸エステル、エステル型多価カルボン酸、アミノグリシジル型エポキシ樹脂、ハロゲン化型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂類、及びこれらエポキシ樹脂をアミノ化合物、ポリアミド化合物等で変性した樹脂類等が挙げられる。
前記含フッ素ポリオール類としては、例えば、特許文献8、特許文献9等で開示されているフルオロオレフィン、シクロヘキシルビニルエーテル、ヒドロキシアルキルビニルエーテル、モノカルボン酸ビニルエステル等の共重合体等が挙げられる。
前記アクリルポリオール類は、例えば、一分子中に1個以上の活性水素を有する重合性モノマーを重合させる、又は、一分子中に1個以上の活性水素を持つ重合性モノマーと、必要に応じて、当該重合性モノマーと共重合可能な他のモノマーとを、共重合させることによって得られる。
(i)アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、アクリル酸-2-ヒドロキシブチル等の活性水素を持つアクリル酸エステル類。
(ii)メタクリル酸-2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸-2-ヒドロキシブチル等の活性水素を持つメタクリル酸エステル類。
(iii)グリセリンのアクリル酸モノエステル又はメタクリル酸モノエステル、トリメチロールプロパンのアクリル酸モノエステル又はメタクリル酸モノエステル等の多価活性水素を有する(メタ)アクリル酸エステル類。
(i)アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸-n-ブチル、アクリル酸-2-エチルヘキシル等のアクリル酸エステル類。
(ii)メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸-n-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸-n-ヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸グリシジル等のメタクリル酸エステル類。
(iii)アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸。
(iv)アクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等の不飽和アミド。
(v)スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、アクリロニトリル等。
本実施形態の塗料組成物に含まれる多価ヒドロキシ化合物の水酸基価は、10mgKOH/g以上300mgKOH/g以下であることが好ましい。
多価ヒドロキシ化合物の水酸基が上記下限値以上であることにより、ポリイソシアネートとの反応によるウレタンの架橋密度をより増やし、ウレタン結合の機能をより発揮しやすくなる。一方、多価ヒドロキシ化合物の水酸基が上記上限値以下であることにより、架橋密度が増えすぎず、塗膜の機械的物性がより良好となる。
本実施形態の塗料組成物に含まれる多価ヒドロキシ化合物のヒドロキシ基に対するブロックポリイソシアネート組成物のイソシアネート基のモル当量比(NCO/OH)は、必要とする塗膜物性により決定されるが、通常、0.1以上22.5以下である。
本実施形態の塗料組成物は、上述のブロックポリイソシアネート組成物及び上述の多価ヒドロキシ化合物に加えて、更に、その他添加剤を含んでもよい。
その他添加剤としては、例えば、多価ヒドロキシ化合物中の架橋性官能基と反応しうる硬化剤、硬化触媒、溶剤、顔料類(体質顔料、着色顔料、メタリック顔料等)、紫外線吸収剤、光安定剤、ラジカル安定剤、焼付工程時の着色を抑える黄変防止剤、塗面調整剤、流動調整剤、顔料分散剤、消泡剤、増粘剤、造膜助剤等が挙げられる。
また、上述の活性水素基含有化合物を、上述のブロックポリイソシアネート組成物に添加するだけでなく、本実施形態の塗料組成物にも添加してもよい。
前記塩基性化合物としては、例えば、金属ヒドロキシド、金属アルコキシド、金属カルボキシレート、金属アセチルアセチネート、オニウム塩の水酸化物、オニウムカルボキシレート、オニウム塩のハロゲン化物、活性メチレン化合物の金属塩、活性メチレン化合物のオニウム塩、アミノシラン類、アミン類、ホスフィン類等が挙げられる。前記オニウム塩としては、アンモニウム塩、ホスホニウム塩又はスルホニウム塩が好適である。
前記ルイス酸性化合物としては、例えば、有機スズ化合物、有機亜鉛化合物、有機チタン化合物、有機ジルコニウム化合物等が挙げられる。
本実施形態の塗料組成物は、溶剤ベース、水系ベースどちらにも使用可能である。
水系ベースの塗料組成物(水系塗料組成物)を製造する場合には、まず、多価ヒドロキシ化合物又はその水分散体若しくは水溶物に、必要に応じて、多価ヒドロキシ化合物中の架橋性官能基と反応しうる硬化剤、硬化触媒、溶剤、顔料類(体質顔料、着色顔料、メタリック顔料等)、紫外線吸収剤、光安定剤、ラジカル安定剤、焼付工程時の着色を抑える黄変防止剤、塗面調整剤、流動調整剤、顔料分散剤、消泡剤、増粘剤、造膜助剤等の添加剤を加える。次いで、上述のブロックイソシアネート組成物又はその水分散体を硬化剤として添加し、必要に応じて、水や溶剤を更に添加して、粘度を調整する。次いで、攪拌機器により強制攪拌することによって、水系ベースの塗料組成物(水系塗料組成物)を得ることができる。
本実施形態の塗膜は、上述の塗料組成物を硬化させてなる。
本実施形態の塗膜は、上述の塗料組成物を、ロール塗装、カーテンフロー塗装、スプレー塗装、ベル塗装、静電塗装等の公知の方法を用いて塗装し、60℃以上160℃以下で数分から数時間程度保って硬化させることで得られる。本実施形態の塗膜は、低温硬化性、硬度保持性及び耐水性が良好である。
本実施形態の物品は、融点が120℃以下の樹脂基材と、該樹脂基材上に上述の塗料組成物を硬化させてなる塗膜と、を備える。
融点が120℃以下の樹脂基材は、100℃以上の高温の熱をかけると、変形及び収縮する。上述の塗料組成物は90℃以下等の低温でも十分な硬化性を有することから、樹脂基材を変形及び収縮させることなく、本実施形態の物品を製造することができる。また、本実施形態の物品は、後述する実施例に示すように、樹脂基材と塗膜との密着性に優れる。
また、樹脂基材の融点の下限値は、例えば、60℃のものを用いることができる。
樹脂基材としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、AS樹脂、ABS樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)、アクリル樹脂、メタクリル樹脂(PMMA)、ウレア樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(mPPE)、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等から構成される基材を用いることができる。
本実施形態の接着剤組成物は、上記ブロックポリイソシアネート組成物(以下、「ブロックポリイソシアネート成分」と称する場合がある)を含む。
本実施形態の接着剤組成物は、ポリイソシアネートと上記化合物(I)とから得られるブロックポリイソシアネートを架橋剤成分として含むことで、後述の実施例に示すように、被着体との密着性及び耐湿熱試験後の密着性に優れる。
活性水素基含有化合物としては、上記「ブロックポリイソシアネート組成物」において例示されたものと同様のものが挙げられる。
その他の架橋剤成分としては、少なくともカルボキシ基又は水酸基と架橋しうる一般的な架橋剤であれば、特に制限を受けない。カルボキシ基と架橋しうる架橋剤としては、例えば、カルボジイミド基含有化合物、オキサゾリン基含有化合物、エポキシ基含有化合物等が挙げられる。水酸基と架橋しうる架橋剤としては、例えば、メラミン化合物等が挙げられる。中でも、耐水性、下地塗膜との密着性、入手のしやすさ等の観点から、その他の架橋剤成分としては、カルボジイミド基含有化合物、オキサゾリン基含有化合物又はメラミン化合物が好ましい。ブロックポリイソシアネート成分との併用により、高度な耐水性を発現する観点で、カルボジイミド基含有化合物又はオキサゾリン基含有化合物がより好ましい。
カルボジイミド基含有化合物は、カルボジイミド基(-N=C=N-)を1分子中に少なくとも1個有する化合物であって、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基同士を脱二酸化炭素反応させることにより得られる。カルボジイミド基含有化合物の市販品としては、例えば、日清紡社製の商品名「カルボジライトV-02」、「カルボジライトV-02-L2」、「カルボジライトV-04」、「カルボジライトE-01」、「カルボジライトE-02」等が挙げられる。
オキサゾリン基含有化合物としては、例えば、オキサゾリン基を側鎖に少なくとも2個有する重合体化合物、1分子中にオキサゾリン基を少なくとも2個有する単量体化合物等が挙げられる。オキサゾリン基含有化合物の市販品としては、例えば、日清紡社製の商品名「エポクロスWS-500(日本触媒製)」等が挙げられる。
エポキシ基含有化合物としては、1分子にエポキシ基を2個以上有する化合物であればよい。エポキシ基含有化合物として具体的には、例えば、ビスフェノールにエポクロルヒドリンを付加させて得られるビスフェノール型エポキシ基含有化合物、フェノールノボラック樹脂にエピクロルヒドリンを付加させて得られるノボラック型エポキシ基含有化合物、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル等が挙げられる。これらエポキシ基含有化合物は、必要に応じて水分散化して使用することができる。
メラミン化合物としては、例えば、メラミンとアルデヒドとの反応によって得られる、部分又は完全メチロール化メラミン化合物等が挙げられる。前記アルデヒドとしては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド等が挙げられる。また、この部分又は完全メチロール化メラミン化合物のメチロール基をアルコールによって部分的に又は完全にエーテル化したものも使用することができる。エーテル化に用いられるアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、2-エチルブタノール、2-エチルヘキサノール等が挙げられる。
メラミン樹脂として具体的には、例えば、日本サイテックインダストリーズ社製の商品名「サイメル303」、「サイメル323」、「サイメル325」、「サイメル327」、「サイメル350」、「サイメル370」、「サイメル380」、「サイメル385」、「サイメル212」、「サイメル251」、「サイメル254」、「マイコート776」等を挙げられる。
本実施形態の接着剤組成物は、被着体表面に塗装されてなる接着剤層(易接着処理層)の表面又は層内において架橋構造を形成するために、上記架橋剤成分の反応相手となるバインダー樹脂成分を含んでもよい。バインダー樹脂成分としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂又はポリカーボネート樹脂が好ましく、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂又はポリカーボネート樹脂が好ましく、ポリエステル樹脂又はポリカーボネート樹脂がさらに好ましい。これらバインダー樹脂成分は、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。また、環境問題の観点から、接着剤組成物は水系であることが好ましいため、その他架橋剤成分及びバインダー樹脂成分は共に、水分散しうることが好ましい。
ポリエステル樹脂としては、例えば、特に限定されないが、例えば、二塩基酸の単独又は混合物と、多価アルコールの単独又は混合物との縮合反応によって得られる生成物が挙げられる。
二塩基酸としては、特に限定されないが、例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ダイマー酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等のカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の二塩基酸が挙げられる。
多価アルコールとしては、特に限定されないが、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、及び、グリセリンからなる群より選ばれる少なくとも1種の多価アルコールが挙げられる。
多価アルコールとしては、さらに、非糖類、糖アルコール系化合物、単糖類、二糖類、三糖類、四糖類等を用いてもよい。非糖類としては、例えば、ジグリセリン、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等が挙げられる。糖アルコール系化合物としては、例えば、エリトリトール、D-トレイトール、L-アラビニトール、リビトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、ガラクチトール、ラムニトール等が挙げられる。単糖類としては、例えば、アラビノース、リボース、キシロース、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、ラムノース、フコース、リボデソース等が挙げられる。二糖類としては、例えば、トレハロース、ショ糖、マルトース、セロビオース、ゲンチオビオース、ラクトース、メリビオース等が挙げられる。三糖類としては、例えば、ラフィノース、ゲンチアノース、メレチトース等が挙げられる。四糖類としては、例えば、スタキオース等が挙げられる。
また、ポリエステル樹脂を水分散させて使用する場合、一般的には親水性官能基をポリエステル樹脂に含有させる。親水性官能基としては、例えば、カルボニル基、スルホニル基等が挙げられ、密着性の観点から、カルボニル基が好ましい。
アクリル樹脂としては、特に限定されないが、例えば、水酸基を有するエチレン性不飽和結合含有単量体の単独又は混合物と、これと共重合可能な他のエチレン性不飽和結合含有単量体の単独又は混合物とを共重合したものが挙げられる。
水酸基を有するエチレン性不飽和結合含有単量体、及び、水酸基を有するエチレン性不飽和結合含有単量体と共重合可能な他のエチレン性不飽和結合含有単量体としては、上記「アクリルポリオール類」において例示されたものと同様のものが挙げられる。
ポリウレタン樹脂としては、特に限定されないが、例えば、常法によりカルボキシ基を含有しないポリオールとイソシアネート成分とを反応させることにより得ることができる。又は、カルボキシ基を有するポリウレタンポリオールを塩基性物質により中和させて得られるものを用いることができる。
前記カルボキシ基を含有しないポリオールとしては、例えば、低分子量のものとして、エチレングリコール、プロピレングリコール等が挙げられる。また、例えば、高分子量のものとして、アクリルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールが挙げられる。
ポリオールとポリイソシアネートとを反応させる際、ポリオールのヒドロキシ基をポリイソシアネートのイソシアネート基よりも過剰となるように反応させて、最終的に得られたポリウレタン樹脂中にヒドロキシ基を残存させることが好ましい。
ポリウレタンポリオール類の市販品としては、例えば、第一工業製薬社製の商品名「スーパーフレックスシリーズ110」、「スーパーフレックスシリーズ150」、「スーパーフレックスシリーズ460S」、アビシア社製の商品名「ネオレッツR9649」、「ネオレッツR966」等が挙げられる。
ポリカーボネート樹脂としては、特に限定されないが、例えば、低分子カーボネート化合物、又は、該低分子カーボネート化合物を縮重合して得られるものが挙げられる。
低分子カーボネート化合物としては、例えば、ジアルキルカーボネート、アルキレンカーボネート、ジアリールカーボネート等が挙げられる。
ジアルキルカーボネートとしては、例えば、ジメチルカーボネート等が挙げられる。
アルキレンカーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート等が挙げられる。
ジアリールカーボネートとしては、例えば、ジフェニルカーボネート等が挙げられる。
ポリオールの樹脂あたりの酸価は、5mgKOH/樹脂g以上150mgKOH/樹脂g以下が好ましく、8mgKOH/樹脂g以上120mgKOH/樹脂g以下がより好ましく、10mgKOH/樹脂g以上100mgKOH/樹脂g以下がさらに好ましい。酸価が上記下限値以上であることにより、本実施形態の接着剤組成物の水分散性をより高く維持することができる傾向にあり、上記上限値以下であることにより、本実施形態の接着剤組成物を用いた易接着処理積層体の耐湿熱性の低下をより効果的に防止することができる傾向にある。
界面活性剤としては、例えば、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤等が挙げられる。
アニオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪族セッケン、ロジン酸セッケン、アルキルスルホン酸塩、ジアルキルアリールスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸塩等が挙げられる。
ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル、ポリオキシエチレンオキシプロピレンブロックコポリマー等が挙げられる。
溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、ミネラルスピリット、ナフサ等の炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンのケトン類等が挙げられ、これらの中から目的及び用途に応じて適宜選択して使用することができる。
また、溶剤としては、水に対し混和性の傾向を示す溶剤を用いてもよく、具体的には、例えば、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、イソブタノール、ブチルグリコール、N-メチルピロリドン、ブチルジグリコール、ブチルジグリコールアセテート等が挙げられる。
これらの溶剤を単独で含んでいてもよく、2種類以上を組み合わせて含んでいてもよい。
中でも、溶剤としては、水に対し混和性の傾向を示す溶剤が好ましく、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-メチルピロリドン又はブチルジグリコールがより好ましく、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル又はジプロピレングリコールジメチルエーテルがさらに好ましい。
本実施形態の接着剤組成物は、上述のブロックポリイソシアネート組成物と、必要に応じて、上述の活性水素基含有化合物、上述のその他架橋剤成分、上述のバインダー樹脂成分、上述の界面活性剤及び上述の溶剤等のその他添加剤とを混合することで得られる。
また、これらその他添加剤は、ポリイソシアネートとブロック剤とを用いたブロック化反応によるブロックポリイソシアネート組成物の製造の際に混合して、接着剤組成物を得てもよい。
希釈媒体中の有機溶剤の使用量は、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましく、0質量%、すなわち、希釈媒体が水のみであることが特に好ましい。
塗料組成物中の全バインダー樹脂成分の固形分濃度は、1質量%以上30質量%以下が好ましく、2質量%以上20質量%以下がより好ましい。
本実施形態の接着剤組成物の使用分野としては、自動車、建材、家電、木工、太陽電池用積層体等が挙げられる。特に、テレビ、パソコン、デジタルカメラ、携帯電話等の家電の液晶ディスプレイ用等の光学部材は、各種機能を発現するため、各種被着体を積層させる必要がある。各種被着体間には十分な密着性が要求されることから、各種被着体間に存在する接着剤層を形成させるために、本実施形態の接着剤組成物は好適に用いることができる。
本実施形態の接着剤組成物の塗装対象となる被着体としては、例えば、ガラス、各種金属、多孔質部材、各種塗装が施された部材、シーリング材硬化物、ゴム類、皮革類、繊維類、不織布、樹脂類のフィルム及びプレート、紫外線硬化型アクリル樹脂層、インキ類からなる層が挙げられる。前記各種金属としては、例えば、アルミニウム、鉄、亜鉛鋼板、銅、ステンレス等が挙げられる。前記多孔質部材としては、例えば、木材、紙、モルタル、石材等が挙げられる。前記各種塗装としては、例えば、フッ素塗装、ウレタン塗装、アクリルウレタン塗装等が挙げられる。前記シーリング材硬化物としては、例えば、シリコーン系、変性シリコーン系、ウレタン系等が挙げられる。前記ゴム類としては、例えば、天然ゴム、合成ゴム等が挙げられる。前記皮革類としては、例えば、天然皮革、人工皮革等が挙げられる。前記繊維類としては、例えば、植物系繊維、動物系繊維、炭素繊維、ガラス繊維等が挙げられる。前記樹脂類のフィルム及びプレートの原料となる樹脂類としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アクリル、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース、ポリオレフィン等が挙げられる。前記インキ類としては、印刷インキ、UVインキ等が挙げられる。中でも、樹脂類のフィルム及びプレート、又は、紫外線硬化型アクリル樹脂層が好ましい。樹脂類のフィルム及びプレートの原料となる樹脂類としては、ポリエステル、アクリル、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース又はポリオレフィンが好ましい。
本実施形態の易接着処理積層体は、被着体と、該被着体上に上記実施形態に係る接着剤組成物を塗装してなる易接着処理層とを備える。
被着体としては、上記「接着剤組成物」の「被着体」において例示されたものと同様のものが挙げられる。中でも、樹脂類のフィルム及びプレート、又は、紫外線硬化型アクリル樹脂層が好ましい。樹脂類のフィルム及びプレートの原料となる樹脂類としては、ポリエステル、アクリル、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース又はポリオレフィンが好ましく、ポリエステルがより好ましい。
前記共重合体成分としては、例えば、ジオール成分、ジカルボン酸成分等が挙げられる。ジオール成分としては、例えば、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ポリアルキレングリコール等が挙げられる。ジカルボン酸成分としては、例えば、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸等が挙げられる。
中でも、ポリエステルフィルム又はポリエステルプレートの原料となるポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリエチレンナフタレートからなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましい。さらに、中でも、ポリエステルフィルム又はポリエステルプレートの原料となるポリエステル樹脂としては、物性とコストのバランスから、ポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。
また、これらポリエステルフィルム又はポリエステルプレートは、二軸延伸することで耐薬品性、耐熱性及び機械的強度等を向上させることができる。
また、ポリエステルプレートの厚みは、特に制限がないが、1mm以上10mm以下が好ましく、2mm以上8mm以下がより好ましく、3mm以上5mm以下がさらに好ましい。
本明細書において、フィルムとプレートとを厚みで区別しており、500μm以下の厚みのものをフィルム、500μmを超えるものをプレートと定義する。
また、本明細書において、「ポリエステルフィルムの厚み」及び「ポリエステルプレートの厚み」とは、ポリエステルフィルム又はポリエステルプレート全体の厚さを意味し、例えば、複数層からなるポリエステルフィルム又はポリエステルプレートの厚さとは、ポリエステルフィルム又はポリエステルプレートを構成するすべての層の合計の厚さを意味する。
易接着処理層は、上記接着剤組成物を塗装してなる層(すなわち、接着剤層)である。
易接着処理層の厚みは、特に限定されないが、0.01μm以上1μm以下が好ましく、0.02μm以上0.5μm以下がより好ましく、0.04μm以上0.3μm以下がさらに好ましい。
本明細書において、「易接着処理層の厚み」とは、易接着処理層全体の厚さを意味し、例えば、複数層からなる易接着処理層の厚さとは、易接着処理層を構成するすべての層の合計の厚さを意味する。
本実施形態の易接着処理積層体の製造方法について説明する。
本実施形態の易接着処理積層体の製造方法としては、例えば、第1の被着体の少なくとも片方の面に上記接着剤組成物を塗装し、易接着処理層を形成させる工程(以下、「塗装工程」と称する場合がある)を備える方法である。塗装工程では、上記接着剤組成物を塗装し、80℃以上100℃以下程度の温度で、10秒以上60秒以下程度の時間乾燥させた後、150℃以上250℃以下程度の温度で、30秒以上5分以下程度の短時間の熱処理を行うことで、易接着処理層を形成させる。上記接着剤組成物は、このような短時間の熱処理であっても、優れた被着体との密着性及び耐湿熱試験後の密着性を発揮することができる。
本実施形態の易接着処理積層体の製造方法は、前記塗装工程の後に、さらに、前記第1の被着体の前記易接着処理層が形成された面と、第2の被着体とを張り合わせる工程(以下、「張り合わせ工程」と称する場合がある)と、前記第1の被着体と前記第2の被着体とを前記易接着処理層を介して張り合わせて得られた前記易接着処理積層体を、加熱して接着させる工程(以下、「接着工程」と称する場合がある)とをこの順に備えてもよい。
また、本実施形態の易接着処理積層体を光学部材の積層フィルムとして使用する場合には、本実施形態の易接着処理積層体の製造方法としては、例えば、第1の塗装工程と第2の塗装工程と接着工程とをこの順に備える方法とすることができる。すなわち、ポリエステルフィルム等の第1の被着体に、予め上記接着剤組成物を塗装し、第1の易接着処理層を形成させ、さらに、前記第1の被着体の前記第1の易接着処理層を形成させた面又はその反対側の面に上記接着剤組成物を塗装し、第2の易接着処理層を形成させた後、前記第1の被着体と第2の被着体とを、前記第1の易接着処理層又は前記第2の易接着処理層を介して張り合わせる方法等がある。
上記接着剤組成物は、これらのいずれの方法においても好適に用いられる。
前記各種添加剤としては、例えば、充填剤、界面活性剤、消泡剤、防腐剤、帯電防止剤等が挙げられる。
前記充填剤としては、無機粒子であってもよく、有機粒子であってもよい。無機粒子としては、例えば、シリカ、タルク等が挙げられる。有機粒子としては、例えば、アクリル系ポリマー粒子、ウレタン系ポリマー粒子、ポリエステル系ポリマー粒子等が挙げられる。
本実施形態の複層塗膜積層体は、基材上に、複数の塗膜を積層させてなる。この複数の塗膜のうち、少なくとも1層の塗膜は、上記ブロックポリイソシアネート組成物(以下、「ブロックポリイソシアネート成分」と称する場合がある)を硬化剤として含む水系塗料組成物を硬化させてもなるものである。
本実施形態の複層塗膜積層体は、上記構成を有することで、複層塗膜積層体中の塗膜を80℃以下の低温においても、低温硬化性に優れたものとすることができる。また、本実施形態の複層塗膜積層体に用いられる水系塗料組成物は、優れた貯蔵安定性(水分散安定性、粘度安定性及び塗膜としたときの硬度保持性)を有するため、一定期間、貯蔵した後においても、製造直後の塗料組成物を用いた場合と同等の優れた付着性及び耐水性を有する複層塗膜積層体が得られる。
本実施形態の塗膜の形成方法は、基材上に複数の塗膜を順次ウェットオンウェットで形成させる方法である。
本実施形態の塗膜の形成方法は、例えば、下記の工程を含む。
基材上にプライマー塗料組成物を塗装し、未硬化のプライマー塗膜形成する工程1;
未硬化のプライマー塗膜上に上記水系塗料組成物を塗装し、未硬化の水系塗料組成物を塗装してなる塗膜(以下、「ベースコート塗膜」と称する場合がある)を形成する工程2;
ベースコート塗膜上にクリヤー塗料組成物を塗装し、未硬化のクリヤー塗膜を形成する工程3;
基材、未硬化のプライマー塗膜、ベースコート塗膜及び未硬化のクリヤー塗膜がこの順に積層してなる複層塗膜積層体を加熱し、複層塗膜を硬化させる工程4
工程1では、基材上にプライマー塗料組成物を塗装し、未硬化のプライマー塗膜を形成する。
プライマー塗料組成物としては、公知の中塗り塗料、プラスチック用プライマー等が挙げられる。プライマー塗料組成物は、例えば、被膜形成性樹脂、架橋剤、着色顔料、体質顔料、光輝性顔料、溶媒等を含有することができ、所望により、紫外線吸収剤、光安定剤、硬化触媒、可塑剤、付着付与剤、相溶化剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、表面調整剤、導電剤等の塗料添加剤を適宜含有することができる。被膜形成性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、及び、それらの任意の組み合わせ等が挙げられ、水酸基を含有していることが好ましい。
プライマー塗料組成物は、架橋剤を添加することにより架橋型とすることができ、或いは、架橋剤を添加せずに実質的に未架橋型とすることができる。また、プライマー塗膜よりも上層の塗膜に含有される架橋剤の染み込みにより架橋する、浸透架橋型であってもよい。架橋剤としては、例えば、メラミン樹脂、ポリイソシアネート化合物、ブロックポリイソシアネート化合物等が挙げられる。
プライマー塗料組成物は、有機溶剤型、又は、水性塗料型のいずれであってもよいが 、水性塗料型が好ましい。プライマー塗料組成物は、例えば、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装、回転霧化塗装等の公知の方法によって塗装することができ、塗装の際、静電印加を行ってもよい。
また、本明細書において、「硬化塗膜」とは、JIS K 5600-1-1:1999に規定された「硬化乾燥」の状態、すなわち、塗面の中央を親指と人差指とで強く挟んで、塗面に指紋によるへこみが付かず、塗膜の動きが感じられず、また、塗面の中央を指先で急速に繰り返しこすって、塗面にすり跡が付かない状態の塗膜を意味する。一方、本明細書において、「未硬化の塗膜」とは、塗膜が上記硬化乾燥状態に至っていない状態であって、JIS K 5600-1-1:1999に規定される「指触乾燥」及び「半硬化乾燥」の状態を含む。
塗装後の未硬化のプライマー塗膜に、プレヒート、エアブロー等を行なうことにより、塗膜の固形分濃度が、通常、約60質量%以上約100質量%以下、好ましくは約80質量%以上約100質量%以下、より好ましくは約90質量%以上約100質量%以下の範囲内となるように調整される。
プレヒートの温度は、約40℃以上約100℃以下が好ましく、約50℃以上約90℃以下がより好ましく、約60℃℃以上約80℃以下がさらに好ましい。プレヒートの時間は、約30秒間以上約15分間以下が好ましく、約1分間以上約10分間分以下がより好ましく、約2分間以上約5分間分以下がさらに好ましい。
エアブローは、通常、被塗物の塗装面に、常温(25℃)又は約25℃以上約80℃以下の温度に加熱された空気を、約30秒間以上約15分間以下程度の時間、吹き付けることにより行うことができる。
工程2では、工程1で得られた未硬化のプライマー塗膜上に、上記水系塗料組成物を塗装し、未硬化のベースコート塗膜を形成する。工程1を省略した場合は、基材上にプライマー塗料として、水系塗料組成物を塗装し、未硬化のベースコート塗膜を形成する。
水系塗料組成物は、例えば、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装、回転霧化塗装、カーテンコート塗装等の公知の方法により被塗物上に塗装することができ、中でも、エアスプレー塗装又は回転霧化塗装が好ましい。また、塗装の際、静電印加を行ってもよい。
プレヒート及びエアブローの条件は、上記「工程1」に記載の条件と同様の条件が挙げられる。
工程3では、工程2で得られた未硬化のベースコート塗膜上に、クリヤー塗料で塗装し、未硬化のクリヤー塗膜を形成する。
クリヤー塗料組成物としては、自動車車体、自動車部品又は家庭電気製品等の塗装用として公知の熱硬化性クリヤー塗料組成物、例えば、架橋性官能基を有する基体樹脂及び架橋剤を含有する有機溶剤型熱硬化性塗料、水性熱硬化性塗料、熱硬化性粉体塗料、熱硬化性粉体スラリー塗料等が挙げられ、中でも、有機溶剤型熱硬化性塗料が好ましい。
基体樹脂が有する架橋性官能基としては、例えば、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、シラノール基、アルコキシシリル基、反応性不飽和基等が挙げられる。
基体樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。
架橋剤としては、例えば、ポリイソシアネート化合物、ブロックポリイソシアネート化合物、メラミン樹脂、尿素樹脂、カルボキシル基含有化合物、カルボキシル基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂、エポキシ基含有化合物等が挙げられる。
クリヤー塗料組成物における基体樹脂及び架橋剤の組み合わせとしては、例えば、カルボキシル基含有樹脂及びエポキシ基含有樹脂、水酸基含有樹脂及びポリイソシアネート化合物、水酸基含有樹脂及びブロックポリイソシアネート化合物、水酸基含有樹脂及びメラミン樹脂等が挙げられる。
また、未硬化のクリヤー塗膜を、所望により、例えば、室温で約1分間以上約60分間以下放置する、又は、約40℃以上約80℃以下の温度で、約1分間以上約60分間以下の時間、プレヒートすることができる。
工程4では、基材、未硬化のプライマー塗膜、ベースコート塗膜及び未硬化のクリヤー塗膜がこの順に積層してなる複層塗膜積層体を加熱し、複層塗膜を硬化させる。
未硬化のプライマー塗膜、ベースコート塗膜及びクリヤー塗膜は、例えば、熱風加熱、赤外線加熱、高周波加熱等の通常の塗膜の焼付け手段により硬化される。
加熱温度は、省エネルギー及び基材の耐熱性の観点から、約70℃以上約120℃以下が好ましく、約70℃以上約110℃以下がより好ましく、約80℃以上約100℃以下がさらに好ましい。
加熱時間は、省エネルギー及び基材の耐熱性の観点から、約10分間以上約60分間以下が好ましく、約15分間以上約40分間以下がより好ましい。
上記加熱により、複層塗膜を一度に硬化させることできる。
基材は、特に限定されるものではなく、例えば、乗用車、トラック、オートバイ、バス等の自動車車体の外板部;バンパー等の自動車部品;携帯電話、オーディオ機器等の家庭電気製品の外板部等は挙げられ、中でも、自動車車体の外板部又は自動車部品が好ましい。
基材の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、鉄、アルミニウム、真鍮、銅、ブリキ、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼、亜鉛合金(Zn-Al、Zn-Ni、Zn-Fe等)メッキ鋼等の金属材料;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂類、各種のFRP等のプラスチック材料;ガラス、セメント、コンクリート等の無機材料;木材;紙、布等の繊維材料等が挙げられ、中でも、金属材料又はプラスチック材料が好ましい。
塗膜が形成された基材としては、必要に応じて表面処理を施し、その上に下塗り塗膜が形成されたもの、例えば、電着塗料によって下塗り塗膜が形成された車体であってもよい。
基材は、上記プラスチック材料の表面、又は、上記金属材料から成形された自動車部品等のプラスチック表面に、所望による表面処理を行ったものであってもよい。
また、基材は、プラスチック材料と金属材料とが組み合わさったものであってもよい。
なお、実施例及び比較例中の「部」は重量基準である。また、実施例及び比較例中の「%」は「質量%」である。
但し、実施例1-1~実施例1-15、実施例2-1~2-14、実施例3-1~実施例3-12、実施例4-1~実施例4-10、実施例5-1~実施例5-13、及び実施例6-1~実施例6-10は参考例である。
<試験項目>
合成例で得られたポリイソシアネート、実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物、該ブロックポリイソシアネート組成物を含む塗料組成物、並びに、該塗料組成物から得られる塗膜について、以下に示す方法に従い、各物性の測定及び各評価を行った。
三角フラスコにポリイソシアネート1~3gを精秤した(Wg)。次いで、トルエン20mLを添加し、ポリイソシアネートを溶解した。次いで、2規定のジ-n-ブチルアミンのトルエン溶液10mLを添加し、混合後、15分間室温放置した。次いで、イソプロピルアルコール70mLを加え、混合した。次いで、この液を1規定塩酸溶液(ファクターF)で、指示薬に滴定した。得られた滴定値をV2mLとした。次いで、同様の操作をポリイソシアネートなしで行い、得られた滴定値をV1mlとした。次いで、下記式(1)からポリイソシアネートのイソシアネート基(NCO)含有率を算出した。
ポリイソシアネートを試料として、ポリイソシアネートの数平均分子量(Mn)を、下記の装置及び条件を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)測定により、ポリスチレン基準の数平均分子量として求めた。
装置:HLC-802A(東ソー社製)
カラム:G1000HXL×1本(東ソー社製)
G2000HXL×1本(東ソー社製)
G3000HXL×1本(東ソー社製)
キャリアー:テトラハイドロフラン
流速:0.6mL/分
試料濃度:1.0質量%
注入量:20μL
温度:40℃
検出方法:示差屈折計
ポリイソシアネートを試料として、下記式(2)により、平均イソシアネート数を求めた。
= (ポリイソシアネート数平均分子量(Mn)×NCO含有率(質量%)×0.01)/42 (2)
ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量は、次のように求めた。
まず、底直径38mmのアルミ皿を精秤した。次いで、アルミ皿上に約1g乗せた状態で、実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W1)。次いで、ブロックポリイソシアネート組成物を均一厚さに調整した。次いで、アルミ皿に乗せた状態のブロックポリイソシアネート組成物を105℃のオーブンで1時間保持した。次いで、アルミ皿が室温になった後、アルミ皿に残存したブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W2)。次いで、下記式(3)からブロックポリイソシアネート組成物の固形分量(質量%)を算出した。
= W2/W1×100 (3)
ブロックポリイソシアネート組成物の有効イソシアネート基(NCO)含有率は、次のように求めた。
なお、ここでいう「有効イソシアネート基(NCO)含有率」とは、ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物中に存在する架橋反応に関与しうるブロックイソシアネート基量を定量化したものであって、イソシアネート基の質量%で表したものである。
有効NCO含有率は、下記式(4)により算出した。下記式(4)において、「ポリイソシアネートのNCO含有率」及び「ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量」は、それぞれ上述の物性1-1及び物性1-4で算出された値を用いた。なお、試料が溶剤等で希釈されている場合は、希釈された状態での値を算出した。
=[(ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量[質量%])×{(ブロック化反応に使用したポリイソシアネートの質量)×(ポリイソシアネートのNCO含有率[質量%])}]/(ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物の質量) (4)
ブロックポリイソシアネート組成物を試料として、上記「物性2」で求めたポリイソシアネートの数平均分子量と同様の測定方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物をGPC測定した。次いで、得られた測定結果から、ブロックポリイソシアネート組成物全体の面積に対する、ブロック剤3分子でブロック化されたイソシアヌレート3量体の面積の比を求め、これをブロックポリイソシアネート組成物中のブロック剤3分子でブロック化されたイソシアヌレート3量体の含有量とした。
Bruker社製Biospin Avance600(商品名)を用いて、以下に示す条件にて、13C-NMRを測定し、ブロックイソシアネート組成物中のアロファネート基、イソシアヌレート基、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基、ウレタン基及びビウレット基の各モル量を求めた。
13C-NMR装置:AVANCE600(ブルカー社製)
クライオプローブ(ブルカー社製)
Cryo Probe
CPDUL
600S3-C/H-D-05Z
共鳴周波数:150MHz
濃度:60wt/vol%
シフト基準:CDCl3(77ppm)
積算回数:10000回
パルスプログラム:zgpg30(プロトン完全デカップリング法、待ち時間2sec)
ウレトジオン基:157ppm付近:積分値÷2
イミノオキサジアジンジオン基:144ppm付近の積分値÷1
イソシアヌレート基:148ppm付近の積分値÷3
アロファネート基:154ppm付近の積分値÷1
ウレタン基:156.5ppm付近の積分値÷1-アロファネート基の積分値
ビウレット基:156ppm付近の積分値÷2
ブロックポリイソシアネート組成物中の化合物(I)が結合したポリイソシアネートのモル総量に対するメタンテトラカルボニル構造の含有量は、以下に示す方法を用いて算出した。
具体的には、BrukerBiospin社製「Avance600」(商品名)を用いた、1H-NMRの測定により、メタンテトラカルボニル構造、メタントリカルボニル構造のケト体及びメタントリカルボニル構造のエノール体の合計モル量に対するメタンテトラカルボニル構造のモル量の比(メタンテトラカルボニル構造/(メタンテトラカルボニル構造+メタントリカルボニル構造のケト体+メタントリカルボニル構造のエノール体))を求め、これをメタンテトラカルボニル構造の含有量とした。測定条件は以下のとおりであった。
装置:BrukerBiospin社製「Avance600」(商品名)
溶剤:重クロロホルム
積算回数:256回
試料濃度:5.0質量%
ケミカルシフト基準:テトラメチルシランを0ppmとした。
下記一般式(II)で示されるメタンテトラカルボニル構造のNHプロトン:8.0ppm付近、積分値÷2
一般式(IV)中、R41、R42、R43及びR44はそれぞれ上記R11、R12、R13及びR14と同じである。)
アクリルポリオール(Nuplex社製 Setalux1767(商品名)、樹脂分水酸基価150mgKOH/g 、樹脂分65%)と、ポリイソシアネート組成物の各々を、水酸基のモル量に対するイソシアネート基のモル量の比(イソシアネート基/水酸基)が0.8となるように配合し、さらに酢酸ブチルを配合して、固形分40質量%になるように調製し、塗料組成物を得た。次いで、得られた塗料組成物20gについて、初期粘度、及び、20mLガラス瓶にて、40℃で10日貯蔵した時の粘度を測定(粘度計:東機産業社製 RE-85R)した。初期粘度に対する貯蔵後の粘度の変化率を算出し、以下の評価基準に従い、粘度安定性を評価した。
◎:粘度の変化率が±30%未満
○:粘度の変化率が±30%以上±50%未満
△:粘度の変化率が±50%以上の場合
×:固化物が発生した場合
「評価1-1」と同様の方法を用いて、各塗料組成物を調製した。次いで、得られた塗料組成物をポリプロピレン板上に乾燥膜厚40μmになるよう塗装した後、80℃30分加熱乾燥し、硬化塗膜を得た。得られた塗膜のゲル分率の測定を行い、以下の評価基準に従って、低温硬化性を評価した。なお、ゲル分率は、塗膜をアセトン中に23℃、24時間浸漬し、未溶解部分質量を浸漬前質量で除した値の百分率(質量%)として求めた。
◎:ゲル分率が80質量%以上
○:ゲル分率が60質量%以上80質量%未満
△:ゲル分率が60質量%未満
「評価1-1」と同様の方法を用いて、各塗料組成物を調製した。次いで、得られた塗料組成物20gを20mLガラス瓶にて、40℃で10日貯蔵した。調製初期の塗料組成物と貯蔵後の塗料組成物をそれぞれ、ガラス板上に乾燥膜厚40μmになるよう塗装した後、100℃30分加熱乾燥し、硬化塗膜を得た。得られた塗膜のケーニッヒ硬度を測定し、調製初期の硬度に対する貯蔵後の硬度の比(貯蔵後の硬度/調製初期の硬度)を算出し、以下の評価基準に従って、塗膜の硬度保持性を評価した。
◎:貯蔵後の硬度/調製初期の硬度が1.2未満
〇:貯蔵後の硬度/調製初期の硬度が1.2以上1.5未満
△:貯蔵後の硬度/調製初期の硬度が1.5以上
「評価1-1」と同様の方法を用いて、各塗料組成物を調製した。次いで、得られた塗料組成物をガラス板上に乾燥膜厚40μmになるよう塗装した後、100℃30分加熱乾燥し、硬化塗膜を得た。得られた塗膜を23℃で水に浸漬し、24時間後の塗膜外観を観察し、塗膜の白濁及びブリスターの発生の有無を確認して、以下の評価基準に従って、耐水性を評価した。
◎:塗膜の白濁及びブリスターの発生がない場合
〇:塗膜の白濁又はブリスターの発生があるが、少ない場合
△:塗膜の白濁又はブリスターの発生が多い場合
「評価1-1」と同様の方法を用いて、各塗料組成物を調製した。次いで、得られた塗料組成物をABS樹脂からなる基材(融点110℃)上に乾燥膜厚40μmになるよう塗装した後、実施例では80℃30分、比較例では100℃30分加熱乾燥し、硬化塗膜を得た。得られた塗膜に、隙間間隔2mmのカッタ-ガイドを用いて、塗膜層のみ貫通する100個のマス目状の切り傷をつけた。その後、セロハン粘着テープ(ニチバン社製、405番:24mm幅)をマス目状の切り傷面に貼り付け、消しゴムでこすって完全に密着させた。その後、180°の剥離角度で急激にセロハン粘着テープをABS樹脂からなる基材から引き剥がす作業を行った。次いで、剥離面を監察し、剥離したマス目を数えて、以下の評価基準に従って、塗膜の密着性を評価した。
◎:剥がれたマス目の数が0
〇:剥がれたマス目の数が1以上10以下
△:剥がれたマス目の数が11以上31以下
×:剥がれたマス目の数が31マス以上
[合成例1-1]ポリイソシアネートP1-1の合成
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:1000部、及び、トリメチロールプロパン:33gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が48%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP1-1」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP1-1のNCO含有率は19.9質量%、数平均分子量は1080、平均イソシアネート基数は5.1であった。
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:800部、IPDI:200g、及び、トリメチロールプロパン:75gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が46%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDI及びIPDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP1-2」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP1-2のNCO含有率は18.5質量%、数平均分子量は1200、平均イソシアネート基数は5.3であった。
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:1000g、及び、2-エチルヘキサン-1,3-ジオール:2gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が40%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP1-3」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP1-3のNCO含有率は21.8質量%、数平均分子量は655、平均イソシアネート基数は3.4であった。
[実施例1-1]ブロックポリイソシアネート組成物BL1-a1の製造
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、合成例1で得られたポリイソシアネートP-1:100g、マロン酸ジイソプロピル:98g、及び、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(Dipropylene Glycol Dimethyl Ether;DPDM):117gを仕込み、さらに、ナトリウムメチラート(28質量%)含有メタノール溶液:0.9部を室温で添加し、40℃で4時間ブロック反応させて、ブロックポリイソシアネート組成物BL1-a1を得た。得られたブロックポリイソシアネート組成物BL1-a1について、固形分は60質量%、有効NCO含有率は6.3質量%、イソシアヌレート3量体の含有量は14質量%、a/(a+b+c+d+e+f)は0.28、メタンテトラカルボニル構造の含有量は3.1モル%であった。また、上記方法を用いて、各種評価を行った。結果を以下の表1に示す。
表1に記載のポリイソシアネート、ブロック剤の種類及び配合量、並びに、溶媒の配合量とし、さらに、40℃4時間のブロック反応後に2-プロパノールを添加し、40℃1時間撹拌した以外は、実施例1と同様の方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物BL1-a2~BL1-a13及びBL1-b1を製造した。
B1-1:マロン酸ジイソプロピル
B1-2:マロン酸ジ-sec-ブチル
B1-3:マロン酸ジ-tert-ブチル
B1-4:マロン酸tert-ブチルエチル
B1-5:マロン酸イソプロピルエチル
B1-6:マロン酸ジエチル
B1-7:アセト酢酸イソプロピル
表1に記載のポリイソシアネート、ブロック剤の種類及び配合量、溶媒の配合量、ブロック反応条件、並びに、2-プロパノールの添加有無を変更した以外は、実施例1と同様の方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物BL1-a14~BL1-a15及びBL1-b2~BL1-b3を製造した。
一方、化合物(I)以外のブロック剤を用いたブロックポリイソシアネートを含むブロックポリイソシアネート組成物BL1-b1(比較例1-1)、並びに、メタンテトラカルボニル構造の含有量が0.5モル%未満又は10モル&超であるブロックポリイソシアネート組成物BL1-b2及びBL1-b3(比較例1-2及び1-3)では、塗料組成物としたときの粘度安定性、並びに、塗膜としたときの低温硬化性、硬度保持性及び耐水性を両立することはできなかった。また、ブロックポリイソシアネート組成物BL1-b1~BL1-b3(比較例1-1~1-3)を用いた塗膜は、樹脂基材との密着性が劣っていた。
また、ブロック剤としてB1-3(マロン酸ジ-tert-ブチル)又はB1-4(マロン酸tert-ブチルエチル)を用いたブロックポリイソシアネート組成物BL1-a4及びBL1-a5(実施例1-4及び1-5)では、それ以外のブロック剤を用いたブロックポリイソシアネート組成物BL1-a1~BL1-a3及びBL1-a6~BL1-a15(実施例1-1~1-3及び1-6~1-15)よりも、塗膜としたときの低温硬化性及び耐水性が特に良好であった。
また、ブロック剤としてB1-1(マロン酸ジイソプロピル)又はB1-2(マロン酸ジ-sec-ブチル)を用いたブロックポリイソシアネート組成物BL1-a1~BL1-a3及びBL1-a7~BL1-a15(実施例1-1~1-3及び1-7~1-15)では、それ以外のブロック剤を用いたブロックポリイソシアネート組成物BL1-a4~BL1-a6(実施例1-4~1-6)よりも、塗膜としたときの硬度保持性が特に良好であった。
<試験項目>
以下に示す方法に従い、実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物、該ブロックポリイソシアネート組成物を含む一液型塗料組成物、及び、該一液型塗料組成物から得られる塗膜について、以下に示す各物性の測定及び各評価を行った。
三角フラスコにポリイソシアネート1~3gを精秤した(Wg)。次いで、トルエン20mLを添加し、ポリイソシアネートを溶解した。次いで、2規定のジ-n-ブチルアミンのトルエン溶液10mLを添加し、混合後、15分間室温放置した。次いで、イソプロピルアルコール70mLを加え、混合した。次いで、この液を1規定塩酸溶液(ファクターF)で、指示薬に滴定した。得られた滴定値をV2mLとした。次いで、同様の操作をポリイソシアネートなしで行い、得られた滴定値をV1mlとした。次いで、下記式(1)からポリイソシアネートのNCO含有率を算出した。
ブロックポリイソシアネート組成物の不揮発分(固形分量)は、次のように求めた。
まず、底直径38mmのアルミ皿を精秤した。次いで、アルミ皿上に約1g乗せた状態で、実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W1)。次いで、ブロックポリイソシアネート組成物を均一厚さに調整した。次いで、アルミ皿に乗せた状態のブロックポリイソシアネート組成物を105℃のオーブンで1時間保持した。次いで、アルミ皿が室温になった後、アルミ皿に残存したブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W2)。次いで、下記式(3)からポリイソシアネートのブロックポリイソシアネート組成物の不揮発分(固形分量)を算出した。
= W2/W1×100 (3)
実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物の有効NCO含有率は、次のように求めた。
なお、ここでいう「有効NCO含有率」とは、ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物中に存在する架橋反応に関与しうるブロックイソシアネート基量を定量化したものであって、イソシアネート基の質量%で表したものである。
有効NCO含有率は、下記式(4)により算出した。下記式(4)において、「ポリイソシアネートのNCO含有率」及び「ブロックポリイソシアネート組成物の不揮発分」は、それぞれ上述の物性2-1及び物性2-2で算出された値を用いた。なお、試料が溶剤等で希釈されている場合は、希釈された状態での値を算出した。
=[(ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量[質量%])×{(ブロック化反応に使用したポリイソシアネートの質量)×(ポリイソシアネートのNCO含有率[質量%])}]/(ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物の質量) (4)
ブロックポリイソシアネート中の下記一般式(I-1)で示される化合物(以下、「化合物(I-1)」と称する場合がある)が結合したポリイソシアネートのモル総量に対するメタンテトラカルボニル構造の含有量は、以下に示す方法を用いて算出した。
装置:BrukerBiospin社製「Avance600」(商品名)
溶剤:重クロロホルム
積算回数:256回
試料濃度:5.0質量%
ケミカルシフト基準:テトラメチルシランを0ppmとした。
・下記一般式(III-1)で示されるメタントリカルボニル構造のケト体のNHプロトン:7.3ppm付近、積分値÷1
実施例及び比較例で製造された塗膜の低温硬化性は次に示すゲル分率の測定により評価した。なお、ゲル分率が高い値であるほど、低温硬化性に優れると判断できる。
実施例及び比較例で製造された塗膜をアセトン中に20℃、24時間浸漬した。次いで、未溶解部分質量を浸漬前質量で除した値をゲル分率[質量%]として求めた。
実施例及び比較例で製造された一液型塗料組成物の貯蔵安定性は次に示す方法により評価した。
一液型塗料組成物20gを20mLガラス瓶にて、40℃で1日貯蔵した時の粘度を測定(粘度計:東機産業社製 RE-85R)した。測定結果から、以下の評価基準に基づいて評価した。
〇:初期粘度に対して1.5倍以下
△:初期粘度に対して1.5倍以上
×:ゲル化
温度計、攪拌羽根、還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、HDIを1000部仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムカプリエートを加え、収率が40%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「P2-1」と称する)を得た。
得られたP2-1のNCO含有率は21.8質量%であった。
(1)ブロックポリイソシアネート組成物BL2-1aの製造
温度計、攪拌羽根、還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、合成例1で得られたP2-1を100部、マロン酸ジ-tert-ブチルを112部(イソシアネート(NCO)基に対して100モル当量%) 、酢酸ブチルを141部、ナトリウムメチラート(28質量%)含有メタノール溶液を0.9部(ナトリウムメチラートとして0.252部含有)室温で添加し、40℃で4時間ブロック反応させて、ブロックポリイソシアネート組成物BL2-1aを得た。得られたブロックポリイソシアネート組成物BL2-1aは、有効NCO含有率6.2質量%、不揮発分60質量%であった。
次いで、(1)で得られたブロックポリイソシアネート組成物BL2-1aとアクリルポリオール(Nuplex社製 Setalux1767(商品名)、樹脂分水酸基価150mgKOH/g 、樹脂分65%)とを、ブロックされたNCO基とアクリルポリオールの水酸基とが当量になるように配合した。次いで、これに酢酸ブチルを加え、全樹脂分45%の一液型塗料組成物T2-1aを得た。
次いで、(2)で得られた一液型塗料組成物T2-1aを乾燥膜厚30μmになるように塗装した。次いで、70℃、80℃及び90℃に保持されている乾燥オーブン中でそれぞれ30分焼付けて、各塗膜を得た。
得られた各塗膜について、上述の評価方法に従い、低温硬化性(ゲル分率)を評価した。その結果、70℃焼付塗膜のゲル分率は76質量%、80℃焼付塗膜のゲル分率は86質量%、90℃焼付塗膜のゲル分率は90質量%であった。この結果は、以下の表2にも示した。
(1)ブロックポリイソシアネート組成物BL2-2a~BL2-8a、BL2-10a、2-11a及びBL2-2b、BL2-3bの製造
ポリイソシアネート及びブロック剤の種類、使用質量、並びに、ブロック反応条件が表1に示すとおりとした以外は、実施例1の(1)と同様の方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物BL2-2a~BL2-8a、BL2-10a、2-11a及びBL2-2b、BL2-3bを製造した。得られた各ブロックイソシアネート組成物の有効NCO含有率及び不揮発分を、以下の表1に示す。なお、実施例4で用いたブロック剤は、以下の式(VI)で示される化合物である。
次いで、(1)で得られた各ブロックイソシアネート組成物について、実施例1の(2)と同様の方法を用いて、一液型塗料組成物T2-10a、T2-11a及びT2-2b、T2-3bを製造した。
次いで、(2)で得られた各一液型塗料組成物について、実施例1の(3)と同様の方法を用いて、各塗膜を製造した。得られた各塗膜について、上述の評価方法に従い、低温硬化性(ゲル分率)を評価した。結果を以下の表2に示す。
(1)ブロックポリイソシアネート組成物BL2-9a、BL2-12a~BL2-14a及びBL2-1b、BL2-4bの製造
ポリイソシアネート及びブロック剤の種類及び使用質量、並びに、反応条件が表1に示すとおりとした以外は、実施例1の(1)と同様の方法を用いて、ブロック反応を行った。次いで、ブロック反応後の生成物に表2に示す使用質量の溶剤2(n-ブタノール又はイソブタノール)を添加して、80℃で1時間混合し、ブロックポリイソシアネート組成物BL2-9a、BL2-12a~BL2-14a及びBL2-1b、BL2-4bを得た。得られた各ブロックイソシアネート組成物の有効NCO含有率及び不揮発分を、以下の表2に示す。
次いで、(1)で得られた各ブロックイソシアネート組成物について、実施例1の(2)と同様の方法を用いて、一液型塗料組成物T2-9a、T2-12a~T2-14a及びT2-1b、T2-4bを製造した。
次いで、(2)で得られた各一液型塗料組成物について、実施例1の(3)と同様の方法を用いて、各塗膜を製造した。得られた各塗膜について、上述の評価方法に従い、低温硬化性(ゲル分率)を評価した。結果を以下の表2に示す。
また、メタンテトラカルボニル構造の含有量(メタンテトラカルボニル比率)が0.5モル%未満又は10.0モル%超であるブロックポリイソシアネート組成物BL2-3b及びBL2-4bを用いて製造された塗膜(比較例2-3及び2-4)は、低温硬化性は優れていたが、貯蔵安定性が劣っていた。
<試験項目>
以下に示す方法に従い、実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物、該ブロックポリイソシアネート組成物を含む塗料組成物、及び、該塗料組成物から得られる塗膜について、以下に示す各物性の測定及び各評価を行った。
三角フラスコにポリイソシアネート1~3gを精秤した(Wg)。次いで、トルエン20mLを添加し、ポリイソシアネートを溶解した。次いで、2規定のジ-n-ブチルアミンのトルエン溶液10mLを添加し、混合後、15分間室温放置した。次いで、イソプロピルアルコール70mLを加え、混合した。次いで、この液を1規定塩酸溶液(ファクターF)で、指示薬に滴定した。得られた滴定値をV2mLとした。次いで、同様の操作をポリイソシアネートなしで行い、得られた滴定値をV1mLとした。次いで、下記式(1)からポリイソシアネートのNCO含有率を算出した。
ブロックポリイソシアネート組成物の不揮発分は、次のように求めた。
まず、底直径38mmのアルミ皿を精秤した。次いで、アルミ皿上に約1g乗せた状態で、実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W1)。次いで、ブロックポリイソシアネート組成物を均一厚さに調整した。次いで、アルミ皿に乗せた状態のブロックポリイソシアネート組成物を105℃のオーブンで1時間保持した。次いで、アルミ皿が室温になった後、アルミ皿に残存したブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W2)。次いで、下記式(3)からブロックポリイソシアネート組成物の不揮発分(固形分量)を算出した。
= W2/W1×100 (3)
実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物の有効NCO含有率は、次のように求めた。
なお、ここでいう「有効NCO含有率」とは、ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物中に存在する架橋反応に関与しうるブロック化されたイソシアネート基量を定量化したものであって、イソシアネート基の質量%で表したものである。
=[(ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量[質量%])×{(ブロック化反応に使用したポリイソシアネートの質量)×(ポリイソシアネートのNCO含有率[質量%])}]/(ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物の質量) (4)
ブロックポリイソシアネート組成物中の下記一般式(I-2)で示される化合物(以下、「化合物(I-2)」と称する場合がある)が結合したポリイソシアネートのモル総量に対する下記一般式(II-2)で示されるメタンテトラカルボニル構造の含有量は、以下に示す方法を用いて算出した。
装置:BrukerBiospin社製「Avance600」(商品名)
溶剤:重クロロホルム
積算回数:256回
試料濃度:5.0質量%
ケミカルシフト基準:テトラメチルシランを0ppmとした。
・下記一般式(III-2)で示されるメタントリカルボニル構造のケト体NHプロトン:7.3ppm付近、積分値÷1
実施例及び比較例で製造された塗膜の低温硬化性は次に示すゲル分率の測定により評価した。なお、ゲル分率が高い値であるほど、低温硬化性に優れると判断できる。
実施例及び比較例で製造された塗膜をアセトン中に20℃、24時間浸漬した。次いで、未溶解部分質量を浸漬前質量で除した値をゲル分率[質量%]として求めた。
実施例及び比較例で製造された塗料組成物の貯蔵安定性は次に示す方法により評価した。
塗料組成物20gをガラス瓶にて、40℃で10日貯蔵した時の粘度を測定(粘度計:東機産業社製 RE-85R)した。測定結果から、以下の評価基準に基づいて評価した。
〇:初期粘度に対して3.0倍未満
△:初期粘度に対して3.0倍以上
×:ゲル化
温度計、攪拌羽根、還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDIを1000部仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムカプリエートを加え、収率が40%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「P3-1」と称する)を得た。得られたP3-1のNCO含有率は21.8質量%であった。
(1)ブロックポリイソシアネート組成物BL3-1a~BL3-4aの製造
温度計、攪拌羽根、還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、合成例1で得られたP3-1、マロン酸ジ-tert-ブチル(イソシアネート(NCO)基に対して100モル当量%)又はマロン酸tert-ブチルエチル(イソシアネート(NCO)基に対して、100モル当量%)、及び、酢酸ブチルを測り取り、室温で均一になるまで数分間、撹拌した。次いで、ナトリウムメチラート(28質量%)含有メタノール溶液(ナトリウムメチラートとして0.252部含有)を室温で添加し、40℃又は80℃に昇温して4時間ブロック反応させた。なお、各成分の使用量は表3に示す。次いで、ブロック反応後の生成物に、活性水素基含有化合物として、表3に示す使用質量の溶剤2(n-ブタノール、イソブタノール又は2-プロパノール)を添加して、40℃で1時間混合し、ブロックポリイソシアネート組成物BL3-1a~BL3-4aを得た。得られたブロックポリイソシアネート組成物BL3-1a~BL3-4aの有効NCO含有率、不揮発分は表3に示す。
まず、アクリルポリオール(Nuplex社製 Setalux1767(商品名)、樹脂分水酸基価150mgKOH/g 、樹脂分65%)を酢酸ブチルで希釈した。次いで、(1)で得られたイソシアネート成分1~5を撹拌しながら、アクリルポリオールを少しずつ添加し、全樹脂分45%の塗料組成物1~5を得た。配合量はブロックポリイソシアネート組成物BL3-1a~BL3-4aのブロックされたNCO基とアクリルポリオールの水酸基とが当量になるようにした。得られた塗料組成物について、上述の評価方法に従い、貯蔵安定性を評価した。結果を以下の表3に示す。
次いで、(2)で得られた塗料組成物T3-1a~T3-4aを乾燥膜厚30μmになるように塗装した。次いで、70℃、80℃及び90℃に保持されている乾燥オーブン中でそれぞれ30分焼付けて、塗膜を得た。
得られた塗膜について、上述の評価方法に従い、低温硬化性(ゲル分率)を評価した。結果を以下の表3に示す。
(1)ブロックポリイソシアネート組成物BL3-5a~BL3-6aの製造
ポリイソシアネート及びブロック剤の種類及び使用質量を表3に示すとおりとし、ブロック反応を行った。ブロック化反応後、不揮発分が60%となるように減圧条件下で酢酸ブチルを除去した。次いで溶剤2(n-ブタノール)を添加して、40℃で1時間混合し、ブロックポリイソシアネート組成物BL3-5a~BL3-6aを得た。得られた各ブロックポリイソシアネート組成物の有効NCO含有率及び不揮発分を、以下の表3に示す。
次いで、(1)で得られたブロックポリイソシアネート組成物について、実施例1の(2)と同様の方法を用いて、塗料組成物T3-5a~T3-6aを製造した。得られた塗料組成物T3-5a~T3-6aについて、上述の評価方法に従い、貯蔵安定性を評価した。結果を以下の表3に示す。
次いで、(2)で得られた各塗料組成物について、実施例1の(3)と同様の方法を用いて、塗膜を製造した。得られた各塗膜について、上述の評価方法に従い、低温硬化性(ゲル分率)を評価した。結果を以下の表3に示す。
(1)ブロックポリイソシアネート組成物BL3-7a~BL3-11aの製造
ポリイソシアネート及びブロック剤の種類及び使用質量を表3に示すとおりとし、溶剤2(n-ブタノール、イソブタノール又は2-プロパノール)を添加しなかった以外は、実施例1の(1)と同様の方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物BL3-7a~BL3-11aを製造した。得られた各ブロックポリイソシアネート組成物の有効NCO含有率及び不揮発分を、以下の表3に示す。
まず、アクリルポリオール(Nuplex社製 Setalux1767(商品名)、樹脂分水酸基価150mgKOH/g 、樹脂分65%)を酢酸ブチルで希釈した。次いで、(1)で得られたブロックポリイソシアネート組成物BL3-7a~BL3-11aに表3に示す使用質量の活性水素化合物(イソブタノール、2-プロパノール又は1,3-ブタンジオール)を添加し、これを撹拌しながら、アクリルポリオールを少しずつ添加し、全樹脂分45%の塗料組成物T3-7a~T3-11aを得た。なお、配合量はブロックポリイソシアネート組成物BL3-7a~BL3-11aのブロックされたNCO基とアクリルポリオールの水酸基とが当量になるようにした。得られた塗料組成物について、上述の評価方法に従い、貯蔵安定性を評価した。結果を以下の表3に示す。
次いで、(2)で得られた各塗料組成物について、実施例1の(3)と同様の方法を用いて、塗膜を製造した。得られた各塗膜について、上述の評価方法に従い、低温硬化性(ゲル分率)を評価した。結果を以下の表3に示す。
(1)ブロックポリイソシアネート組成物BL3-12aの製造
ポリイソシアネート及びブロック剤の種類及び使用質量を表3に示すとおりとし、溶剤2(n-ブタノール、イソブタノール又は2-プロパノール)を添加しなかった以外は、実施例1の(1)と同様の方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物BL3-12aを製造した。得られた各ブロックポリイソシアネート組成物の有効NCO含有率及び不揮発分を、以下の表3に示す。
次いで、(1)で得られたブロックポリイソシアネート組成物BL3-12aとアクリルポリオール(Nuplex社製 Setalux1767(商品名)、樹脂分水酸基価150mgKOH/g 、樹脂分65%)とを、ブロックされたNCO基とアクリルポリオールの水酸基とが当量になるように配合した。次いで、これに酢酸ブチルを加えて撹拌し、最後に表3に示す使用質量の活性水素化合物(2-プロパノール)を添加し、全樹脂分45%の塗料組成物13を得た。得られた塗料組成物について、上述の評価方法に従い、貯蔵安定性を評価した。結果を以下の表3に示す。
次いで、(2)で得られた塗料組成物について、実施例1の(3)と同様の方法を用いて、塗膜を製造した。得られた塗膜について、上述の評価方法に従い、低温硬化性(ゲル分率)を評価した。結果を以下の表3に示す。
(1)ブロックポリイソシアネート組成物BL3-1b、BL3-2bの製造
ポリイソシアネート及びブロック剤の種類及び使用質量、並びに、反応条件を表3に示すとおりとした以外は、実施例1の(1)と同様の方法を用いて、ブロック反応を行った。次いで、ブロック反応後の生成物に表3に示す使用質量の溶剤2(n-ブタノール)を添加して、80℃で1時間混合し、ブロックポリイソシアネート組成物BL3-1b、BL3-2bを得た。得られたブロックポリイソシアネート組成物BL3-1b、BL3-2bの有効NCO含有率及び不揮発分を、以下の表3に示す。
次いで、(1)で得られたブロックポリイソシアネート組成物BL3-1b、BL3-2bについて、実施例1の(2)と同様の方法を用いて、塗料組成物T3-1b、T3-2bを製造した。得られた塗料組成物について、上述の評価方法に従い、貯蔵安定性を評価した。結果を以下の表3に示す。
次いで、(2)で得られた塗料組成物T3-1b、T3-2bについて、実施例1の(3)と同様の方法を用いて、各塗膜を製造した。得られた塗膜について、上述の評価方法に従い、低温硬化性(ゲル分率)を評価した。結果を以下の表3に示す。
<試験項目>
実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物、該ブロックポリイソシアネート組成物を含む塗料組成物、及び、該塗料組成物から得られる塗膜について、以下に示す方法に従い、各物性の測定及び各評価を行った。
三角フラスコにポリイソシアネート1~3gを精秤した(Wg)。次いで、トルエン20mLを添加し、ポリイソシアネートを溶解した。次いで、2規定のジ-n-ブチルアミンのトルエン溶液10mLを添加し、混合後、15分間室温放置した。次いで、イソプロピルアルコール70mLを加え、混合した。次いで、この液を1規定塩酸溶液(ファクターF)で、指示薬に滴定した。得られた滴定値をV2mLとした。次いで、同様の操作をポリイソシアネートなしで行い、得られた滴定値をV1mlとした。次いで、下記式(1)からポリイソシアネートのイソシアネート基(NCO)含有率を算出した。
ポリイソシアネートを試料として、ポリイソシアネートの数平均分子量を、下記の装置及び条件を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフ測定により、ポリスチレン基準の数平均分子量として求めた。
装置:HLC-802A(東ソー社製)
カラム:G1000HXL×1本(東ソー社製)
G2000HXL×1本(東ソー社製)
G3000HXL×1本(東ソー社製)
キャリアー:テトラハイドロフラン
流速:0.6mL/分
試料濃度:1.0質量%
注入量:20μL
温度:40℃
検出方法:示差屈折計
ポリイソシアネートを試料として、下記式(2)により、平均イソシアネート数を求めた。
= (ポリイソシアネート数平均分子量(Mn)×NCO含有率(質量%)×0.01)/42 (2)
ブロックポリイソシアネート組成物の不揮発分(固形分量)は、次のように求めた。
まず、底直径38mmのアルミ皿を精秤した。次いで、アルミ皿上に約1g乗せた状態で、実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W1)。次いで、ブロックポリイソシアネート組成物を均一厚さに調整した。次いで、アルミ皿に乗せた状態のブロックポリイソシアネート組成物を105℃のオーブンで1時間保持した。次いで、アルミ皿が室温になった後、アルミ皿に残存したブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W2)。次いで、下記式(3)からポリイソシアネートのブロックポリイソシアネート組成物の不揮発分(固形分量)を算出した。
= W2/W1×100 (3)
実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物の有効イソシアネート基(NCO)含有率は、次のように求めた。
なお、ここでいう「有効イソシアネート基(NCO)含有率」とは、ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物中に存在する架橋反応に関与しうるブロックイソシアネート基量を定量化したものであって、イソシアネート基の質量%で表したものである。
有効NCO含有率は、下記式(4)により算出した。下記式(4)において、「ポリイソシアネートのNCO含有率」及び「ブロックポリイソシアネート組成物の不揮発分」は、それぞれ上述の物性4-1及び物性4-4で算出された値を用いた。なお、試料が溶剤等で希釈されている場合は、希釈された状態での値を算出した。
=[(ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量[質量%])×{(ブロック化反応に使用したポリイソシアネートの質量)×(ポリイソシアネートのNCO含有率[質量%])}]/(ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物の質量) (4)
ブロックポリイソシアネート組成物を試料として、上記「物性4-2」で求めたポリイソシアネートの数平均分子量と同様の測定方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物をゲルパーミエーションクロマトグラフ測定した。次いで、得られた測定結果から、ブロックポリイソシアネート組成物全体の面積に対する、ブロック剤3分子でブロック化されたイソシアヌレート3量体の面積の比を求め、これをブロックポリイソシアネート組成物中のイソシアヌレート3量体の含有量とした。
Bruker社製Biospin Avance600(商品名)を用いて、以下に示す条件にて、13C-NMRを測定し、アロファネート基、イソシアヌレート基、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基、ウレタン基及びビウレット基の各モル量を求めた。
13C-NMR装置:AVANCE600(ブルカー社製)
クライオプローブ(ブルカー社製)
Cryo Probe
CPDUL
600S3-C/H-D-05Z
共鳴周波数:150MHz
濃度:60wt/vol%
シフト基準:CDCl3(77ppm)
積算回数:10000回
パルスプログラム:zgpg30(プロトン完全デカップリング法、待ち時間2sec)
ウレトジオン基:157ppm付近:積分値÷2
イミノオキサジアジンジオン基:144ppm付近の積分値÷1
イソシアヌレート基:148ppm付近の積分値÷3
アロファネート基:154ppm付近の積分値÷1
ウレタン基:156.5ppm付近の積分値÷1-アロファネート基の積分値
ビウレット基:156ppm付近の積分値÷2
ブロックポリイソシアネート組成物中の化合物(I)が結合したポリイソシアネートのモル総量に対するメタンテトラカルボニル構造の含有量は、以下に示す方法を用いて算出した。
具体的には、BrukerBiospin社製「Avance600」(商品名)を用いた、1H-NMRの測定により、メタンテトラカルボニル構造、メタントリカルボニル構造のケト体及びメタントリカルボニル構造のエノール体の合計モル量に対するメタンテトラカルボニル構造のモル量の比(メタンテトラカルボニル構造/(メタンテトラカルボニル構造+メタントリカルボニル構造のケト体+メタントリカルボニル構造のエノール体))を求め、これをメタンテトラカルボニル構造の含有量とした。測定条件は以下のとおりであった。
装置:BrukerBiospin社製「Avance600」(商品名)
溶剤:重クロロホルム
積算回数:256回
試料濃度:5.0質量%
ケミカルシフト基準:テトラメチルシランを0ppmとした。
下記一般式(II)で示されるメタンテトラカルボニル構造のNHプロトン:8.0ppm付近、積分値÷2
一般式(IV)中、R41、R42、R43及びR44はそれぞれ上記R11、R12、R13及びR14と同じである。)
ブロックポリイソシアネート組成物の不揮発分(固形分量)の質量に対する、使用したノニオン性親水性基を有する化合物の質量の比を求め、これをブロックポリイソシアネート組成物中のノニオン性親水性基の含有量とした。
アクリルディスパージョン(Nuplex Resin社の商品名「SETAQUA6510」樹脂分濃度42%、水酸基濃度4.2%(樹脂基準))と、ポリイソシアネート組成物の各々を、水酸基のモル量に対するイソシアネート基のモル量の比(イソシアネート基/水酸基)が0.8となるように配合し、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルの質量に対する水の質量の比(水/ジプロピレングリコールモノメチルエーテル)が90/10の混合液で固形分37質量%になるように調製し、塗料組成物を得た。得られた塗料組成物をポリプロピレン板上に乾燥膜厚40μmになるよう塗装した後、80℃30分加熱乾燥し、硬化塗膜を得た。得られた塗膜のゲル分率の測定により低温硬化性を評価した。なお、ゲル分率は、塗膜をアセトン中に23℃、24時間浸漬し、未溶解部分質量を浸漬前質量で除した値の百分率(質量%)として求めた。
得られたゲル分率について、以下の評価基準に従い低温硬化性を評価した。
◎:ゲル分率が80質量%以上
〇:ゲル分率が60質量%以上80質量%未満
△:ゲル分率が60質量%未満
「評価4-1」と同様の方法を用いて、各塗料組成物を調製した。次いで、得られた塗料組成物20gを20mLガラス瓶にて、23℃で貯蔵した時の外観を観察し、沈殿及び分離の発生有無、期間で評価した。以下の評価基準に従い、水分散安定性を評価した。
◎:沈殿及び分離が発生しなかった。
〇:10日以降で沈殿又は分離が発生した。
△:10日より前に沈殿又は分離が発生した。
「評価4-1」と同様の方法を用いて、各塗料組成物を調製した。次いで、得られた塗料組成物20gを20mLガラス瓶にて、40℃で10日貯蔵した時の粘度を測定(粘度計:東機産業社製 RE-85R)した。以下の評価基準に従い、粘度安定性を評価した。
◎:初期粘度に対する貯蔵後の粘度の変化率が±30%未満
○:初期粘度に対する貯蔵後の粘度の変化率が±30%以上±50%未満
△:初期粘度に対する貯蔵後の粘度の変化率が±50%以上、又は、固化物が発生。
「評価4-1」と同様の方法を用いて、各塗料組成物を調製した。次いで、得られた、塗料組成物20gを20mLガラス瓶にて、40℃で10日貯蔵した時の塗料組成物を得た。調製初期の塗料組成物と貯蔵後の塗料組成物をそれぞれ、ガラス板上に乾燥膜厚40μmになるよう塗装した後、100℃30分加熱乾燥し、硬化塗膜を得た。得られた塗膜のケーニッヒ硬度を測定し、初期硬度に対する貯蔵後の硬度の変化により塗膜硬度保持性を評価した。
塗膜硬度保持性の具体的な評価基準としては、以下のとおりである。
◎:初期硬度に対する貯蔵後の硬度の比(貯蔵後の硬度/初期硬度)が1.2未満
〇:貯蔵後の硬度/初期硬度が1.2以上1.5未満
△:貯蔵後の硬度/初期硬度が1.5以上
「評価4-1」と同様の方法を用いて、各塗料組成物を調製した。次いで、得られた塗料組成物をガラス板上に乾燥膜厚40μmになるよう塗装した後、100℃30分加熱乾燥し、硬化塗膜を得た。得られた塗膜を23℃で水に浸漬し、24時間後の塗膜外観を観察し、塗膜の白濁及びブリスターの発生の有無を評価した。 耐水性の評価基準としては、以下のとおりである。
○:塗膜の白濁及びブリスターの発生がなかった。
△:塗膜の白濁又はブリスターの発生があった。
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:1000部、及び、トリメチロールプロパン:33gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が48%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP4-1」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP4-1のNCO含有率は19.9質量%、数平均分子量は1080、平均イソシアネート基数は5.1であった。
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:800部、IPDI:200g、及び、トリメチロールプロパン:75gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が46%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDI及びIPDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP4-2」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP4-2のNCO含有率は18.5質量%、数平均分子量は1200、平均イソシアネート基数は5.3であった。
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:1000g、及び、2-エチルヘキサン-1,3-ジオール:2gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が40%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP4-3」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP4-3のNCO含有率は21.8質量%、数平均分子量は655、平均イソシアネート基数は3.4であった。
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、合成例4-1で得られたポリイソシアネートP4-1:100g、及び、親水性化合物であるポリエチレンオキサイド(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG-081」、数平均分子量:690)33gを仕込み、120℃に加熱撹拌しながら4時間保持した。次いで、反応液を室温まで冷却し、マロン酸ジイソプロピル:80g、及び、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(Dipropylene Glycol Dimethyl Ether;DPDM):142gを仕込み、さらに、ナトリウムメチラート(28質量%)含有メタノール溶液:0.9部を室温で添加し、40℃で4時間ブロック反応させて、ブロックポリイソシアネート組成物:BL4-1aを得た。得られたブロックポリイソシアネート組成物BL4-1aについて、不揮発分は60質量%、有効NCO含有率は5.0質量%、イソシアヌレート3量体の含有量は12質量%、a/(a+b+c+d+e+f)は0.28、メタンテトラカルボニル構造の含有量は3.1モル%、ノニオン性親水性基の含有量は15.4質量%であった。
さらに、ブロックポリイソシアネート組成物BL4-1aを用いた塗膜の低温硬化性は◎、塗料組成物の水分散安定性は◎、塗料組成物の粘度変化は◎、塗料組成物の塗膜硬度保持性は◎、塗膜の耐水性は○であった。なお、上記物性及び評価を表4にも示す。
表4に記載のポリイソシアネート、親水性化合物、ブロック剤の種類及び配合量、並びに、溶媒の配合量とした以外は、実施例4-1と同様の方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物を製造した。
H4-1:ポリエチレンオキサイド(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG-081」、数平均分子量:690)
H4-2:ポリエチレンオキサイド(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG-130U」、数平均分子量:420)
H4-3:ヒドロキシピバリン酸(Hydroxypivalic acid;HPA)(数平均分子量:119)
B4-1:マロン酸ジイソプロピル
B4-2:マロン酸ジ-sec-ブチル
B4-3:マロン酸ジ-tert-ブチル
B4-4:マロン酸ジ-tert-ペンチル
B4-5:マロン酸tert-ブチルエチル
B4-6:マロン酸イソプロピルエチル
B4-7:マロン酸ジエチル
B4-8:アセト酢酸イソプロピル
一方、ポリイソシアネートと、ブロック剤として化合物(I)以外のブロック剤と、親水性化合物と、から得られるブロックポリイソシアネートを含むブロックポリイソシアネート組成物BL4-1b(比較例4-1)では、塗料組成物としたときの水分散安定性、粘度安定性及び塗膜硬度保持性、並びに、塗膜としたときの低温硬化性及び耐水性を両立することはできなかった。
また、ブロック剤としてB4-1(マロン酸ジイソプロピル)又はB4-2(マロン酸ジ-sec-ブチル)を用いたブロックポリイソシアネート組成物BL4-1a~BL4-2a及びBL4-7a~BL4-13a(実施例4-1~4-2及び4-7~4-13)では、ブロック剤B4-3~B4-6を用いたブロックポリイソシアネート組成物BL4-3a~BL4-6a(4-3~4-6)よりも、塗料組成物としたときの粘度安定性及び塗膜硬度保持性が特に良好であった。
また、ノニオン性親水性基の含有量が5.1質量%以下であるブロックポリイソシアネート組成物BL4-11a~BL4-13a(実施例4-11~4-13)は、ノニオン性親水性基の含有量が上記値よりも大きいブロックポリイソシアネート組成物BL4-1a~Bl4-10a(実施例4-1~4-10)よりも、塗膜としたときの耐水性が特に良好であった。
<試験項目>
合成例で合成されたポリイソシアネート、製造例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物、実施例及び比較例で製造された接着剤組成物、及び、該接着剤組成物を被着体に塗装してなる易接着処理層を備える易接着処理積層体について、以下に示す方法に従い、各物性の測定及び各評価を行った。
三角フラスコにポリイソシアネート1~3gを精秤した(Wg)。次いで、トルエン20mLを添加し、ポリイソシアネートを溶解した。次いで、2規定のジ-n-ブチルアミンのトルエン溶液10mLを添加し、混合後、15分間室温放置した。次いで、イソプロピルアルコール70mLを加え、混合した。次いで、この液を1規定塩酸溶液(ファクターF)で、指示薬に滴定した。得られた滴定値をV2mLとした。次いで、同様の操作をポリイソシアネートなしで行い、得られた滴定値をV1mlとした。次いで、下記式(1)からポリイソシアネートのイソシアネート基(NCO)含有率を算出した。
ポリイソシアネートを試料として、ポリイソシアネートの数平均分子量(Mn)を、下記の装置及び条件を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフ測定により、ポリスチレン基準の数平均分子量として求めた。
装置:HLC-802A(東ソー社製)
カラム:G1000HXL×1本(東ソー社製)
G2000HXL×1本(東ソー社製)
G3000HXL×1本(東ソー社製)
キャリアー:テトラハイドロフラン
流速:0.6mL/分
試料濃度:1.0質量%
注入量:20μL
温度:40℃
検出方法:示差屈折計
ポリイソシアネートを試料として、下記式(2)により、平均イソシアネート数を求めた。
= (ポリイソシアネート数平均分子量(Mn)×NCO含有率(質量%)×0.01)/42 (2)
ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量は、次のように求めた。
まず、底直径38mmのアルミ皿を精秤した。次いで、アルミ皿上に約1g乗せた状態で、実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W1)。次いで、ブロックポリイソシアネート組成物を均一厚さに調整した。次いで、アルミ皿に乗せた状態のブロックポリイソシアネート組成物を105℃のオーブンで1時間保持した。次いで、アルミ皿が室温になった後、アルミ皿に残存したブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W2)。次いで、下記式(3)からブロックポリイソシアネート組成物の固形分量(質量%)を算出した。
= W2/W1×100 (3)
ブロックポリイソシアネート組成物の有効イソシアネート基(NCO)含有率は、次のように求めた。
なお、ここでいう「有効イソシアネート基(NCO)含有率」とは、ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物中に存在する架橋反応に関与しうるブロックイソシアネート基量を定量化したものであって、イソシアネート基の質量%で表したものである。
有効NCO含有率は、下記式(4)により算出した。下記式(4)において、「ポリイソシアネートのNCO含有率」及び「ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量」は、それぞれ上述の物性5-1及び物性5-4で算出された値を用いた。なお、試料が溶剤等で希釈されている場合は、希釈された状態での値を算出した。
=[(ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量[質量%])×{(ブロック化反応に使用したポリイソシアネートの質量)×(ポリイソシアネートのNCO含有率[質量%])}]/(ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物の質量) (4)
ブロックポリイソシアネート組成物を試料として、上記「物性5-2」で求めたポリイソシアネートの数平均分子量と同様の測定方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物をゲルパーミエーションクロマトグラフ測定した。次いで、得られた測定結果から、ブロックポリイソシアネート組成物全体の面積に対する、ブロック剤3分子でブロック化されたイソシアヌレート3量体の面積の比を求め、これをブロックポリイソシアネート組成物中のブロック剤3分子でブロック化されたイソシアヌレート3量体の含有量とした。
Bruker社製Biospin Avance600(商品名)を用いて、以下に示す条件にて、13C-NMRを測定し、ブロックイソシアネート成分中のアロファネート基、イソシアヌレート基、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基、ウレタン基及びビウレット基の各モル量を求めた。
13C-NMR装置:AVANCE600(ブルカー社製)
クライオプローブ(ブルカー社製)
Cryo Probe
CPDUL
600S3-C/H-D-05Z
共鳴周波数:150MHz
濃度:60wt/vol%
シフト基準:CDCl3(77ppm)
積算回数:10000回
パルスプログラム:zgpg30(プロトン完全デカップリング法、待ち時間2sec)
ウレトジオン基:157ppm付近:積分値÷2
イミノオキサジアジンジオン基:144ppm付近の積分値÷1
イソシアヌレート基:148ppm付近の積分値÷3
アロファネート基:154ppm付近の積分値÷1
ウレタン基:156.5ppm付近の積分値÷1-アロファネート基の積分値
ビウレット基:156ppm付近の積分値÷2
ブロックポリイソシアネート組成物中の化合物(I)が結合したポリイソシアネートのモル総量に対するメタンテトラカルボニル構造の含有量は、以下に示す方法を用いて算出した。
具体的には、BrukerBiospin社製「Avance600」(商品名)を用いた、1H-NMRの測定により、メタンテトラカルボニル構造、メタントリカルボニル構造のケト体及びメタントリカルボニル構造のエノール体の合計モル量に対するメタンテトラカルボニル構造のモル量の比(メタンテトラカルボニル構造/(メタンテトラカルボニル構造+メタントリカルボニル構造のケト体+メタントリカルボニル構造のエノール体))を求め、これをメタンテトラカルボニル構造の含有量とした。測定条件は以下のとおりであった。
装置:BrukerBiospin社製「Avance600」(商品名)
溶剤:重クロロホルム
積算回数:256回
試料濃度:5.0質量%
ケミカルシフト基準:テトラメチルシランを0ppmとした。
下記一般式(II)で示されるメタンテトラカルボニル構造のNHプロトン:8.0ppm付近、積分値÷2
一般式(IV)中、R41、R42、R43及びR44はそれぞれ上記R11、R12、R13及びR14と同じである。)
ブロックポリイソシアネート組成物の固形分の質量に対する、使用したノニオン性親水性基を有する化合物の質量の比を求め、これをブロックポリイソシアネート組成物中のノニオン性親水性基の含有量とした。
ポリエステルプレートとして、タキロン社製のポリエチレンテレフタレートプレート(製品名:スーパーPETプレートPET-6010、膜厚:4mm)を用いた。
上記ポリエチレンテレフタレートプレート表面に、樹脂固形分10質量%に調整した各接着剤組成物を、アプリケーターで塗布し、90℃で30秒乾燥させた。その後、200℃、1分間の熱処理工程を行い、その後、冷却し、膜厚0.1μmの易接着処理層を有する易接着処理ポリエステルプレートを得た。
また、180℃、1分の条件で熱処理工程を行った以外は、上記と同じ方法で別の易接着処理ポリエステルプレートも作成した。
さらに、易接着処理層面に、以下の組成を有する紫外線硬化型アクリル樹脂をアプリケーターで塗布し、プレート面側から、紫外線ランプを用いて、積算光量900mJ/cm2の紫外線を5分間照射し、厚み20μmの紫外線硬化型アクリル樹脂層を有する積層ポリエステルプレートを得た。
・2,2-ビス(4-(アクリロキシジエトキシ)フェニル)プロパン(新中村化学社製 NKエステルA-BPE-4(商品名)):50質量%
・テトラヒドロフルフリルアクリレート(大阪有機化学工業社製 ビスコート#150(商品名)):40質量%
・光重合開始剤(チバスペシャリティーケミカル社製 イルガキュア(登録商標)184(商品名)):10質量%
得られた各積層ポリエステルプレートの紫外線硬化型アクリル樹脂層面に、隙間間隔2mmのカッタ-ガイドを用いて、紫外線硬化型アクリル樹脂層のみ貫通する100個のマス目状の切り傷をつけた。その後、セロハン粘着テープ(ニチバン社製、405番:24mm幅)をマス目状の切り傷面に貼り付け、消しゴムでこすって完全に密着させた。その後、180°の剥離角度で急激にセロハン粘着テープを積層ポリエステルプレートの紫外線硬化型アクリル樹脂層面から引き剥がす作業を行った後、剥離面を監察し、剥離したマス目を数えた。初期密着性の評価基準は以下のとおりとした。
◎:剥がれたマス目の数が0
〇:剥がれたマス目の数が1以上20以下
△:剥がれたマス目の数が21以上40以下
×:剥がれたマス目の数が41マス以上
得られた各積層ポリエステルプレートを、高温高湿槽中で80℃、95%RHの環境下48時間放置した。その後、積層ポリエステルプレートを取り出し、常温下10時間放置した。その後、初期密着性評価時と同じ方法で、以下に示す評価基準に従い、耐湿熱試験後の密着性を評価した。
◎:剥がれたマス目の数が0
〇:剥がれたマス目の数が1以上20以下
△:剥がれたマス目の数が21以上40以下
×:剥がれたマス目の数が41マス以上
[合成例5-1]ポリイソシアネートP5-1の合成
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:1000部、及び、トリメチロールプロパン:33gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が48%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP5-1」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP5-1のNCO含有率は19.9質量%、数平均分子量は1080、平均イソシアネート基数は5.1であった。
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:800部、IPDI:200g、及び、トリメチロールプロパン:75gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が46%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDI及びIPDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP5-2」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP5-2のNCO含有率は18.5質量%、数平均分子量は1200、平均イソシアネート基数は5.3であった。
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:1000g、及び、2-エチルヘキサン-1,3-ジオール:2gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が40%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP5-3」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP5-3のNCO含有率は21.8質量%、数平均分子量は655、平均イソシアネート基数は3.4であった。
[製造例5-1]ブロックポリイソシアネート組成物BL5-1aの製造
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、合成例1で得られたポリイソシアネートP5-1:100g、及び、親水性化合物であるポリエチレンオキサイド(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG-081」、数平均分子量:690):33gを仕込み、120℃に加熱撹拌しながら4時間保持した。次いで、反応液を室温まで冷却し、マロン酸ジイソプロピル:80g、及び、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(Dipropylene Glycol Dimethyl Ether;DPDM):142gを仕込み、さらに、ナトリウムメチラート(28質量%)含有メタノール溶液:0.9部を室温で添加し、40℃で4時間ブロック反応させて、ブロックポリイソシアネート組成物BL5-1aを得た。得られたブロックポリイソシアネート組成物BL5-1aについて、固形分は60質量%、有効NCO含有率は5.0質量%、イソシアヌレート3量体の含有量は12質量%、a/(a+b+c+d+e+f)は0.28、メタンテトラカルボニル構造の含有量は3.1モル%、ノニオン性親水性基の含有量は15.4質量%であった。
表5に記載のポリイソシアネート、親水性化合物、ブロック剤の種類及び配合量、並びに、溶媒の配合量とした以外は、製造例5-1と同様の方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物BL5-2a~BL5-13a及びBL-1bを製造した。
H5-1:ポリエチレンオキサイド(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG-081」、数平均分子量:690)
H5-2:ポリエチレンオキサイド(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG-130U」、数平均分子量:420)
H5-3:ヒドロキシピバリン酸(Hydroxypivalic acid;HPA)(数平均分子量:119)
B5-1:マロン酸ジイソプロピル
B5-2:マロン酸ジ-sec-ブチル
B5-3:マロン酸ジ-tert-ブチル
B5-4:マロン酸ジ-tert-ペンチル
B5-5:マロン酸tert-ブチルエチル
B5-6:マロン酸イソプロピルエチル
B5-7:マロン酸ジエチル
B5-8:アセト酢酸イソプロピル
1,6-ヘキサンジオールとジエチルカーボネートとからなる数平均分子量が2000のポリカーボネートポリオール:80部、数平均分子量400のポリエチレングリコール:4部、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート:8部、及び、ジメチロールプロピオン酸:3部からなる樹脂を、トリエチルアミンで中和してポリカーボネート樹脂1を得た。
[実施例5-1]接着剤組成物S5-1aの製造
ポリカーボネート樹脂1:7.0部、製造例1で得られたブロックポリイソシアネートBL5-1a:3.0部、ジエチレングリコールジメチルエーテル:5.0部、及び、水:85.0部を攪拌しながら添加し、混合した。これらの成分を全て添加後、10分間攪拌し、固形分10質量%の接着剤組成物S5-1aを得た。得られた接着剤組成物S5-1aの成分及び割合を以下の表6に示す。また、得られた接着剤組成物S5-1aを用いて、上記に記載の方法を用いて、積層ポリエステルプレートを作製し、各種評価を行った。結果を以下の表6に示す。
表6に示す組成とした以外は、実施例5-1と同様の方法を用いて、接着剤組成物S5-2a~S5-13a及びS5-1bを製造した。得られた接着剤組成物S5-2a~S5-13a及びS5-1bの成分及び割合を以下の表6に示す。また、得られた接着剤組成物S5-2a~S5-13a及びS5-1bを用いて、上記に記載の方法を用いて、積層ポリエステルプレートを作製し、各種評価を行った。結果を以下の表6に示す。
また、種類の異なるブロック剤を用いて得られたブロックポリイソシアネート組成物を含む接着組成物S5-1a~S5-7aにおいて、ブロック剤B5-1~B5-5を単体で用いたブロックポリイソシアネート組成物を含む接着剤組成物S5-1a~S5-5aを塗装してなる易接着処理層は、ブロック剤B5-6を用いたブロックポリイソシアネート組成物を含む接着剤組成物S5-6a、及び、ブロック剤B5-1及びB5-8を組み合わせて用いたブロックポリイソシアネート組成物を含む接着剤組成物S5-7aを塗装してなる易接着処理層よりも、200℃で1分間の熱処理を行った場合において、初期密着性が特に良好であった。
また、種類の異なるブロック剤を用いて得られたブロックポリイソシアネート組成物を含む接着組成物S5-1a~S5-6aにおいて、ブロック剤B5-3及びB5-4を用いたブロックポリイソシアネート組成物を含む接着剤組成物S5-3a及びS5-4aを塗装してなる易接着処理層は、それ以外のブロック剤を用いたブロックポリイソシアネート組成物を含む接着剤組成物S5-1a、S5-2a、S5-5a及びS5-6aを塗装してなる易接着処理層よりも、180℃及び200℃のいずれの温度で1分間の熱処理を行った場合においても、耐湿熱試験後の密着性が特に良好であった。
<試験項目>
実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物、該ブロックポリイソシアネート組成物を含む水系塗料組成物、及び、該水系塗料組成物から得られる塗膜を基材上に塗装した試験板について、以下に示す方法に従い、各物性の測定及び各評価を行った。
三角フラスコにポリイソシアネート1~3gを精秤した(Wg)。次いで、トルエン20mLを添加し、ポリイソシアネートを溶解した。次いで、2規定のジ-n-ブチルアミンのトルエン溶液10mLを添加し、混合後、15分間室温放置した。次いで、イソプロピルアルコール70mLを加え、混合した。次いで、この液を1規定塩酸溶液(ファクターF)で、指示薬に滴定した。得られた滴定値をV2mLとした。次いで、同様の操作をポリイソシアネートなしで行い、得られた滴定値をV1mlとした。次いで、下記式(1)からポリイソシアネートのイソシアネート基(NCO)含有率を算出した。
ポリイソシアネートを試料として、ポリイソシアネートの数平均分子量(Mn)を、下記の装置及び条件を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)測定により、ポリスチレン基準の数平均分子量として求めた。
装置:HLC-802A(東ソー社製)
カラム:G1000HXL×1本(東ソー社製)
G2000HXL×1本(東ソー社製)
G3000HXL×1本(東ソー社製)
キャリアー:テトラハイドロフラン
流速:0.6mL/分
試料濃度:1.0質量%
注入量:20μL
温度:40℃
検出方法:示差屈折計
ポリイソシアネートを試料として、下記式(2)により、平均イソシアネート数を求めた。
= (ポリイソシアネート数平均分子量(Mn)×NCO含有率(質量%)×0.01)/42 (2)
ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量は、次のように求めた。
まず、底直径38mmのアルミ皿を精秤した。次いで、アルミ皿上に約1g乗せた状態で、実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W1)。次いで、ブロックポリイソシアネート組成物を均一厚さに調整した。次いで、アルミ皿に乗せた状態のブロックポリイソシアネート組成物を105℃のオーブンで1時間保持した。次いで、アルミ皿が室温になった後、アルミ皿に残存したブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W2)。次いで、下記式(3)からブロックポリイソシアネート組成物の固形分量(質量%)を算出した。
= W2/W1×100 (3)
ブロックポリイソシアネート組成物の有効イソシアネート基(NCO)含有率は、次のように求めた。
なお、ここでいう「有効イソシアネート基(NCO)含有率」とは、ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物中に存在する架橋反応に関与しうるブロックポリイソシアネート基量を定量化したものであって、イソシアネート基の質量%で表したものである。
有効NCO含有率は、下記式(4)により算出した。下記式(4)において、「ポリイソシアネートのNCO含有率」及び「ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量」は、それぞれ上述の物性6-1及び物性6-4で算出された値を用いた。なお、試料が溶剤等で希釈されている場合は、希釈された状態での値を算出した。
=[(ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量[質量%])×{(ブロック化反応に使用したポリイソシアネートの質量)×(ポリイソシアネートのNCO含有率[質量%])}]/(ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物の質量) (4)
ブロックポリイソシアネート組成物を試料として、上記「物性2」で求めたポリイソシアネートの数平均分子量と同様の測定方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物をGPC測定した。次いで、得られた測定結果から、ブロックポリイソシアネート組成物全体の面積に対する、ブロック剤3分子でブロック化されたイソシアヌレート3量体の面積の比を求め、これをブロックポリイソシアネート組成物中のブロック剤3分子でブロック化されたイソシアヌレート3量体の含有量とした。
Bruker社製Biospin Avance600(商品名)を用いて、以下に示す条件にて、13C-NMRを測定し、ブロックポリイソシアネート組成物中のアロファネート基、イソシアヌレート基、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基、ウレタン基及びビウレット基の各モル量を求めた。
13C-NMR装置:AVANCE600(ブルカー社製)
クライオプローブ(ブルカー社製)
Cryo Probe
CPDUL
600S3-C/H-D-05Z
共鳴周波数:150MHz
濃度:60wt/vol%
シフト基準:CDCl3(77ppm)
積算回数:10000回
パルスプログラム:zgpg30(プロトン完全デカップリング法、待ち時間2sec)
ウレトジオン基:157ppm付近:積分値÷2
イミノオキサジアジンジオン基:144ppm付近の積分値÷1
イソシアヌレート基:148ppm付近の積分値÷3
アロファネート基:154ppm付近の積分値÷1
ウレタン基:156.5ppm付近の積分値÷1-アロファネート基の積分値
ビウレット基:156ppm付近の積分値÷2
ブロックポリイソシアネート組成物中の化合物(I)が結合したポリイソシアネートのモル総量に対するメタンテトラカルボニル構造の含有量は、以下に示す方法を用いて算出した。
具体的には、BrukerBiospin社製「Avance600」(商品名)を用いた、1H-NMRの測定により、メタンテトラカルボニル構造、メタントリカルボニル構造のケト体及びメタントリカルボニル構造のエノール体の合計モル量に対するメタンテトラカルボニル構造のモル量の比(メタンテトラカルボニル構造/(メタンテトラカルボニル構造+メタントリカルボニル構造のケト体+メタントリカルボニル構造のエノール体))を求め、これをメタンテトラカルボニル構造の含有量とした。測定条件は以下のとおりであった。
装置:BrukerBiospin社製「Avance600」(商品名)
溶剤:重クロロホルム
積算回数:256回
試料濃度:5.0質量%
ケミカルシフト基準:テトラメチルシランを0ppmとした。
下記一般式(II)で示されるメタンテトラカルボニル構造のNHプロトン:8.0ppm付近、積分値÷2
一般式(IV)中、R41、R42、R43及びR44はそれぞれ上記R11、R12、R13及びR14と同じである。)
ブロックポリイソシアネート組成物の固形分の質量に対する、使用したノニオン性親水性基を有する化合物の質量の比を求め、これをブロックポリイソシアネート組成物中のノニオン性親水性基の含有量とした。
塗料の水酸基価及び酸価は、JIS K1557に準拠して測定した。具体的には、以下に示す方法を用いて測定した。
まず、三角フラスコに試料を適量秤量した(Wg)。次いで、アセチル化試薬25mLを滴下し、試料を溶解した。三角フラスコに冷却器を付け、接合部を1~2滴のピリジンで密閉し30分間還流した。還流後、三角フラスコを冷却し、冷却器、接合部を水ですすぎ、すすぎ液を三角フラスコに入れた。ビーカーに溶液を移し、三角フラスコを水ですすぎ、すすぎ液もビーカーに入れた。この液を0.5(c)mol/Lの水酸化ナトリウムで、指示薬に滴定した。得られた滴定値をV2mLとした。同様の操作を試料なしで行い、得られた滴定値をV1mLとした。下記式(5)から水酸基価を算出した。
試料約50gを300mLビーカーに精秤した(Wg)。次いで、アセトン125mLを加えて、試料を溶解した。0.1(c)mol/Lの水酸化ナトリウム溶液で電位差滴定を行い、得られた滴定曲線の変曲点(V1mL)を終点とした。同様の操作を試料なしで実施し、変曲点(V2mL)を得た。下記式(6)から水酸基価を算出した。
各試験板を、Zygo社非接触表面形状測定機NewView 600sを用い、走査型白色干渉法で観察視野2.8×2.1mm、対物レンズ2.5倍の条件で測定した。測定結果から以下の評価基準に従い、平滑性を評価した。
〇:垂直方向の凹凸が0.025μm未満
×:垂直方向の凹凸が0.025μm以上
各試験板を、「Wave Scan DOI」(商品名、BYK Gardner社製)でスキャンし、Wa値を測定した。測定されたWa値から以下の評価基準に従い、鮮映性を評価した。
〇:Wa値が20未満
×:Wa値が20以上
各試験板を、50℃の温水に240時間浸漬し、引き上げ、20℃で12時間乾燥した後、各試験板の複層塗膜を、カッターで素地に達するように格子状に切り込み、大きさ2mm×2mmのサイズの碁盤目を100個形成した。続いて、その表面にセロハンテープを貼り付け、20℃においてセロハンテープを急激に剥離した後の碁盤目塗膜の残存状態を調べた。残存した碁盤目塗膜の個数から以下の評価基準に従い、耐水付着性(初期)を評価した。
○:碁盤目塗膜の残存数が100個であった。
△:碁盤目塗膜の残存数が90個以上99個以下であった。
×:碁盤目塗膜の残存数が89個以下であった。
40℃で1ヶ月貯蔵した各水系塗料組成物を用いて、複層塗膜を有する各試験板を作製した。各試験板を50℃の温水に240時間浸漬し、引き上げ、そして20℃で12時間乾燥した後、各試験板の複層塗膜を、カッターで素地に達するように格子状に切り込み、2mm×2mmのサイズの碁盤目を100個形成した。その表面にセロハンテープを貼り付け、20℃においてセロハンテープを急激に剥離した後のゴバン目塗膜の残存状態を調べた。残存した碁盤目塗膜の個数から以下の評価基準に従い、耐水付着性(貯蔵後)を評価した。
○:碁盤目塗膜の残存数が100個であった。
△:碁盤目塗膜の残存数が90個以上99個以下であった。
×:碁盤目塗膜の残存数が89個以下であった。
[合成例6-1]ポリイソシアネートP6-1の製造
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:1000部、及び、トリメチロールプロパン:33gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が48%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP6-1」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP6-1のNCO含有率は19.9質量%、数平均分子量は1080、平均イソシアネート基数は5.1であった。
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:800部、IPDI:200g、及び、トリメチロールプロパン:75gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が46%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDI及びIPDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP6-2」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP6-2のNCO含有率は18.5質量%、数平均分子量は1200、平均イソシアネート基数は5.3であった。
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:1000g、及び、2-エチルヘキサン-1,3-ジオール:2gを仕込み、撹拌しながら、反応器内温度を70℃に保持した。これにテトラメチルアンモニウムヒドロキサイドを加え、収率が40%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、未反応のHDIを薄膜蒸留装置により除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP6-3」と称する場合がある)を得た。
得られたポリイソシアネートP6-3のNCO含有率は21.8質量%、数平均分子量は655、平均イソシアネート基数は3.4であった。
[合成例6-4]水酸基含有アクリル樹脂(AC)の製造
温度計、サーモスタット、攪拌装置、還流冷却器及び水分離器を備えた反応容器に、エチレングリコールモノブチルエーテル:60部及びイソブチルアルコール:15部を加え、窒素気流中で内容物を110℃に加温した。内容物の温度が110℃に達したら、スチレン:10部、メチルメタクリレート:48部、n-ブチルアクリレート:26部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート:10部、アクリル酸:6部、及び、アゾビスイソブチロニトリル:1部の混合物を、反応容器に3時間かけて滴下した。添加終了後、反応液を110℃で30分間熟成し、アゾビスイソブチロニトリル:1部及びエチレングリコールモノブチルエーテル:15部の混合物を、反応容器内に1時間かけて滴下した。さらに、反応液を110℃で1時間熟成をした後、冷却し、ジメチルアミノエタノールで当量中和し、脱イオン水を加えて水酸基含有アクリル樹脂(AC)の溶液を得た。水酸基含有アクリル樹脂の溶液の固形分は50%であった。
1.水酸基含有ポリエステル樹脂(PE)の製造
温度計、サーモスタット、攪拌装置、還流冷却器及び水分離器を備えた反応容器に、トリメチロールプロパン:109部、1,6-ヘキサンジオール:141部、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸無水物:126部、及び、アジピン酸:120部を添加した。次いで、内容物を160℃から230℃まで3時間かけて昇温させ、生成した縮合水を水分離器により留去させながら、230℃で4時間、内容物を縮合反応させた。次いで、得られた縮合反応生成物にカルボキシル基を付加するために、反応容器に無水トリメリット酸:38.3部を添加し、170℃で30分間反応させた。その後、内容物をエチレングリコールモノブチルエーテルで希釈し、固形分濃度70%の水酸基含有ポリエステル樹脂(PE)の溶液を得た。水酸基含有ポリエステル樹脂(PE)において、酸価は46mgKOH/g、水酸基価は150mgKOH/g、数平均分子量は1400であった。
混合容器に、上記「1.」で得られた水酸基含有ポリエステル樹脂(PE)の溶液:42.9部(固形分30部)と、「JR-806」(商品名、テイカ社製、ルチル型二酸化チタン):112部と、「ケッチェンブラックEC600J」(商品名、ライオン社製、導電性カーボン):8部と、脱イオン水:137.1部とを添加し、内容物を混合した。次いで、2-(ジメチルアミノ)エタノールを用いて、内容物のpHを8.0に調整した。次いで、内容物と、分散メジアとしての直径約1.3mmφのガラスビーズとを広口ガラスビンに入れ、広口ガラスビンを密封した。その後、広口ガラスビンをペイントシェイカーにて4時間振とうすることにより、顔料分散液を得た。
合成例6-4で得られた水酸基含有アクリル樹脂の溶液:30部(固形分15部)と、「タケラックWS5000」:50部(固形分15部)(商品名、三井武田ケミカル社製、ポリウレタンディスパージョン、シラノール基含有の自己架橋型、固形分30%)と、「スーパークロンE-403」:133.3部(固形分40部)(商品名、日本製紙社製、塩素化ポリプロピレンの水分散品、樹脂の塩素含有率15%、固形分30%)と、上記「2.」で得られた顔料分散液:300部とを混合容器に添加し、内容物を混合した。次いで、「ACRYSOL ASE-60」(商品名、ロームアンドハース社製、ポリアクリル酸系増粘剤)、2-(ジメチルアミノ)エタノール及び脱イオン水により、混合液のpH、濃度及び粘度を調整し、pH8.0、固形分濃度45%、及び、粘度40秒(フォードカップNo.4,20℃)の水性プライマー塗料を得た。
温度計、サーモスタット、攪拌機、加熱装置及び精留塔を具備した反応容器に、ヘキサヒドロ無水フタル酸:92.4部、アジピン酸:52.6部、1,6-ヘキサンジオール:82.6部、ネオペンチルグリコール:10.5部、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール:32部、無水マレイン酸:1.96部、及び、ジブチル錫オキサイド:0.12部を添加し、反応容器を、攪拌しながら160℃まで昇温した。次いで、内容物を160℃から240℃まで4時間かけて徐々に昇温し、精留塔を通して生成した縮合水を留去した。240℃で90分間反応を続けた後、精留塔を水分離器と置換し、反応容器にトルエン:約15部を加え、水とトルエンとを共沸させて縮合水を除去した。トルエン添加の1時間後から、内容物の酸価の測定を開始し、内容物の酸価が3.5未満になったことを確認して加熱を停止した。次いで、反応容器からトルエンを減圧除去し、反応容器を冷却し、次いで、反応容器に2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール:58部を加えた。反応容器を130℃まで冷却した後、反応容器に、スチレン:8.7部、アクリル酸:12.2部、アクリル酸-2-エチルヘキシル:22.7部、及び、tert-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート:2.2部の混合物を、2時間かけて滴下した。130℃の温度を30分間保持した後、反応容器に、追加触媒としてtert-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート:0.44部を加え、1時間熟成させた。次いで、反応容器を85℃まで冷却し、内容物をジメチルエタノールアミン:14.6部で中和し、内容物に脱イオン水:468.7部を加え、内容物を水分散させ、固形分35%のアクリル変性水性ポリエステル樹脂の水分散体を得た。得られたアクリル変性水性ポリエステル樹脂において、酸価は35mgKOH/g、水酸基価は11mgKOH/g、数平均分子量は13000であった。
1.コア部用モノマー乳化物の調製
脱イオン水:54部、「アデカリアソープSR-1025」:3.1部、アリルメタクリレート:1部、スチレン:10部、n-ブチルアクリレート:35部、メチルメタクリレート:10部、エチルアクリレート:20部、及び、2-ヒドロキシエチルメタクリレート:1部を混合することにより、コア部用モノマー乳化物を得た。
脱イオン水:50部、「アデカリアソープSR-1025」:1.8部、6%過硫酸アンモニウム水溶液:0.04部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート:5.3部、メタクリル酸:2.6部、エチルアクリレート:8部、及び、メチルメタクリレート:7.1部を混合することにより、シェル部用モノマー乳化物を得た。
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に、脱イオン水:120部、及び、「アデカリアソープSR-1025」(商品名、ADEKA社製、乳化剤、有効成分25%):0.8部を添加し、内容物を撹拌しながら、反応容器を、窒素気流中で80℃に昇温させた。次いで、「1.」で得られたコア部用モノマー乳化物の全量のうちの5%量及び6%過硫酸アンモニウム水溶液:2.5部を反応容器内に導入し80℃で15分間保持した。その後、コア部用モノマー乳化物の残部を3時間かけて、同温度に保持した反応容器に滴下し、滴下終了後1時間熟成した。次に、「2.」で得られたシェル部用モノマー乳化物を1時間かけて滴下し、1時間熟成した後、5%2-(ジメチルアミノ)エタノール水溶液:3.8部を反応容器に徐々に加えながら30℃まで冷却し、100メッシュのナイロンクロスで濾過しながら排出し、平均粒径100nm、固形分30%のアクリル系重合体微粒子の水分散体を得た。得られたアクリル系重合体微粒子において、酸価は17.2mgKOH/g、水酸基価は27.2mgKOH/gであった。
1.リン酸基含有重合性不飽和モノマーの調製
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に、モノブチルリン酸:57.5部、及び、イソブタノール:41部を添加し、反応容器を90℃に昇温し、反応容器にグリシジルメタクリレート:42.5部を2時間かけて滴下し、そして内容物を1時間攪拌して熟成させた。次いで、反応容器に、イソプロパノ-ル:59部を加えて、固形分濃度50%のリン酸基含有重合性不飽和モノマーの溶液を得た。得られたリン酸基含有重合性不飽和モノマーにおいて、リン酸基に由来する酸価は285mgKOH/gであった。
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に、メトキシプロパノール:27.5部、及び、イソブタノール:27.5部を含む混合溶剤を添加し、反応容器を110℃に加熱し、反応容器に、スチレン:25部、n-ブチルメタクリレート:27.5部、「イソステアリルアクリレート」(商品名、大阪有機化学工業社製、分岐高級アルキルアクリレート):20部、4-ヒドロキシブチルアクリレート:7.5部、「1.」で得られたリン酸基含有重合性不飽和モノマー:15部、2-メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート:12.5部、イソブタノール:10部、及び、tert-ブチルパーオキシオクタノエート:4部を含む混合物:121.5部を、4時間かけて添加した。次いで、tert-ブチルパーオキシオクタノエート:0.5部、及び、イソプロパノール:20部を含む混合物を、反応容器に1時間かけて滴下した。次いで、内容物を1時間攪拌しながら熟成させ、固形分濃度50%のリン酸基含有分散樹脂の溶液を得た。得られたリン酸基含有分散樹脂において、酸価は83mgKOH/g、水酸基価ば29mgKOH/g、重量平均分子量は10000であった。
混合容器に、アルミニウム顔料ペースト「GX-180A」(商品名、旭化成メタルズ社製、金属含有量74%):17.5部、2-エチル-1-ヘキサノール:34.8部、「2.」で得られたリン酸基含有分散樹脂の溶液:10部(固形分5部)、及び、2-(ジメチルアミノ)エタノール:0.2部を均一に混合して、光輝性顔料分散液(AL)を得た。
[実施例6-1]試験板S6-1aの製造
1.ブロックポリイソシアネート組成物BL6-1aの製造
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、合成例6-1で得られたポリイソシアネートP6-1:100g、及び、親水性化合物であるポリエチレンオキサイド(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG-081」、数平均分子量:690)(以下、「親水性化合物H-1」と称する場合がある):33gを仕込み、120℃に加熱撹拌しながら4時間保持した。次いで、反応液を室温まで冷却し、マロン酸ジイソプロピル:80g、及び、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(Dipropylene Glycol Dimethyl Ether;DPDM):142gを仕込み、さらに、ナトリウムメチラート(28質量%)含有メタノール溶液:0.9部を室温で添加し、40℃で4時間ブロック反応させて、ブロックポリイソシアネート組成物BL6-1aを得た。得られたブロックポリイソシアネート組成物BL6-1aについて、上記記載の方法を用いて、各種物性を測定した結果、固形分量は60質量%、有効NCO含有率は5.0質量%、イソシアヌレート3量体の含有量は12質量%、a/(a+b+c+d+e+f)は0.28、メタンテトラカルボニル構造の含有量は3.1モル%、ノニオン性親水性基の含有量は15.4質量%であった。
合成例6-4で得られたアクリル変性ポリエステル樹脂の水分散体:50.0部(固形分40部)、「1.」で得られたブロックポリイソシアネート組成物BL6-1aの溶液:33.3部(固形分20部)、合成例6-7で得られたアクリル系重合体微粒子の水分散体:133.3部(固形分35部)、合成例6-8で得られた光輝性顔料分散液(AL):67.5部(樹脂固形分5部)、及び、2-エチル-1-ヘキサノール:10部を混合容器に入れ、内容物を均一に混合した。次いで「ACRYSOL ASE-60」、2-(ジメチルアミノ)エタノール及び脱イオン水により、混合液のpH、固形分濃度及び粘度を調整して、pH8.0、固形分濃度25%、及び、粘度40秒(フォードカップNo.4,20℃)の水系塗料組成物T6-1aを得た。
脱脂処理をしたポリプロピレン板(PP板)に、合成例5で得られたプライマー塗液を、硬化膜厚が15μmとなるようにエアスプレー塗装し、PP板の上に未硬化のプライマー塗膜を形成した。未硬化のプライマー塗膜を有するPP板を、3分間静置した後、60℃で3分間プレヒートした。次いで、未硬化のプライマー塗膜を有するPP板に、水系塗料組成物T-a1を、硬化膜厚が15μmとなるようにエアスプレー塗装し、未硬化のプライマー塗膜の上に未硬化のベースコート塗膜を形成した。未硬化のベースコート塗膜を有するPP板を、5分間静置し、60℃で5分間プレヒートした。次いで、未硬化のベースコート塗膜を有するPP板に、クリヤー塗料である、「ソフレックス#520クリヤー」(関西ペイント社製、商品名、ポリイソシアネート化合物含有2液アクリルウレタン系有機溶剤型クリヤー塗料)を、硬化膜厚が35μmとなるようにエアスプレー塗装し、未硬化のベースコート塗膜の上に未硬化のクリヤー塗膜を形成した。未硬化のクリヤー塗膜を有するPP板を、7分間静置し、次いで、80℃で30分間加熱することにより、上記プライマー塗膜、ベースコート塗膜及びクリヤー塗膜を一度に硬化させ、試験板S6-1aを作製した。得られた試験板S6-1aを用いて、上記記載の方法を用いて、各種評価を行った。結果を以下の表7に示す。
1.ブロックポリイソシアネート組成物BL6-2a~BL6-13a及びBL6-1bの製造
表7に記載のポリイソシアネート、親水性化合物、ブロック剤の種類及び配合量、並びに、溶媒の配合量とした以外は、実施例6-1と同様の方法を用いて、ブロックポリイソシアネート組成物BL6-2a~BL6-13a及びBL6-1bを製造した。各ブロックポリイソシアネート組成物について、上記記載の方法を用いて、各種物性を測定した。結果を以下の表7に示す。
次に、ブロックポリイソシアネート組成物BL6-1aの代わりに、「1.」で得られたブロックポリイソシアネート組成物BL6-2a~BL6-13a及びBL6-1bを用いた以外は、実施例1と同様の方法を用いて、水系塗料組成物T6-2a~T6-13a及びT6-1bを製造した。
次に、水系塗料組成物T6-1aの代わりに、「2.」で得られた水系塗料組成物T6-2a~T6-13a及びT6-1bを用いた以外は、実施例1と同様の方法を用いて、試験板S6-2a~S6-13a及びS6-1bを作製した。得られた試験板S6-2a~S6-13a及びS6-1bを用いて、上記記載の方法を用いて、各種評価を行った。結果を以下の表7に示す。
1.ブロックポリイソシアネート組成物BL6-2bの製造
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、合成例6-1で得られたポリイソシアネートP6-3:100g、及び、親水性化合物であるポリエチレンオキサイド(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG-130U」、数平均分子量:420):17gを仕込み、120℃に加熱撹拌しながら4時間保持した。次いで、反応液を室温まで冷却し、マロン酸ジイソプロピル:70g、及び、DPDM:34gを仕込み、さらに、ナトリウムメチラート(28質量%)含有メタノール溶液:0.9部を室温で添加し、65℃で8時間ブロック反応させた。さらに、反応液に、4-メチルー2-ペンタノール:189部を加え、80℃で3時間かけて溶剤を留去し、ブロックポリイソシアネート組成物BL6-2bを得た。得られたブロックポリイソシアネート組成物BL6-2bにおいて、上記記載の方法を用いて、各種物性を測定した結果、固形分量は60質量%、有効NCO含有率は6.5質量%、イソシアヌレート3量体の含有量は47質量%、a/(a+b+c+d+e+f)は0.10、メタンテトラカルボニル構造の含有量は13モル%、ノニオン性親水性基の含有量は9.1質量%であった。
次に、ブロックポリイソシアネート組成物BL6-1aの代わりに、「1.」で得られたブロックポリイソシアネート組成物BL6-2bを用いた以外は、実施例6-1と同様の方法を用いて、水系塗料組成物T6-2bを製造した。
次に、水系塗料組成物T6-1aの代わりに、「2.」で得られた水系塗料組成物T6-2bを用いた以外は、実施例1と同様の方法を用いて、試験板S6-2bを作製した。得られた試験板S6-2bを用いて、上記記載の方法を用いて、各種評価を行った。結果を以下の表7に示す。
H6-1:ポリエチレンオキサイド(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG-081」、数平均分子量:690)
H6-2:ポリエチレンオキサイド(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG-130U」、数平均分子量:420)
H6-3:ヒドロキシピバリン酸(Hydroxypivalic acid;HPA)(数平均分子量:119)
B6-1:マロン酸ジイソプロピル
B6-2:マロン酸ジ-sec-ブチル
B6-3:マロン酸ジ-tert-ブチル
B6-4:マロン酸ジ-tert-ペンチル
B6-5:マロン酸tert-ブチルエチル
B6-6:マロン酸イソプロピルエチル
B6-7:マロン酸ジエチル
B6-8:アセト酢酸イソプロピル
これに対して、化合物(I)以外のブロック剤を使用したブロックポリイソシアネート組成物を含む水系塗料組成物を用いた試験板S6-1b(比較例6-1)は、平滑性、鮮映性、並びに、初期及び貯蔵後の耐水付着性がいずれも劣っていた。また、メタンテトラカルボニル構造の含有量が10モル%超であるブロックポリイソシアネート組成物を含む水系塗料組成物を用いた試験板S6-2b(比較例6-2)は、平滑性及び鮮映性等の外観は良好であったが、初期及び貯蔵後の耐水付着性がいずれも劣っていた。
本実施形態の接着剤組成物によれば、被着体との初期密着性及び耐湿熱試験後の密着性に優れる接着性組成物を提供することができる。本実施形態の易接着処理積層体は、前記接着剤組成物からなる易接着処理層を備え、被着体との密着性及び耐湿熱試験後の密着性に優れる。
本実施形態の複層塗膜積層体は、低温で硬化することができ、塗膜外観、付着性及び耐水性に優れ、自動車車体の外板部や自動車部品等に好適に用いられる。
Claims (10)
- ブロックポリイソシアネート組成物と、多価ヒドロキシ化合物と、を含む、塗料組成物を80℃以下で加熱して硬化させて、塗膜を得ることを含む、塗膜の耐水性及び硬度保持性を向上させる方法であって、
前記ブロックポリイソシアネート組成物は、
ポリイソシアネートと1種類以上のブロック剤とから得られるブロックポリイソシアネートを含み、
前記ブロック剤が、マロン酸ジイソプロピル又はマロン酸ジ-sec-ブチルであり、
前記ブロックポリイソシアネート中の前記ポリイソシアネートに前記マロン酸ジイソプロピル及び前記マロン酸ジ-sec-ブチルが結合した結合構造のモル総量に対する下記一般式(II)で示されるメタンテトラカルボニル構造の含有量が0.5モル%以上10モル%以下であり、
前記ブロックポリイソシアネートの一部又は全部が、ノニオン性親水性基及びアニオン性親水性基からなる群より選択される1種以上を含み、
前記ブロックポリイソシアネートが前記ノニオン性親水性基を含む場合に、前記ノニオン性親水性基の含有量が前記ブロックポリイソシアネート組成物の固形分の質量に対して5.1質量%以下である、方法。
- 前記ブロックポリイソシアネート中の前記ポリイソシアネートに前記マロン酸ジイソプロピル及び前記マロン酸ジ-sec-ブチルが結合した結合構造のモル総量に対する前記一般式(II)で示されるメタンテトラカルボニル構造の含有量が0.5モル%以上8モル%以下である、請求項1に記載の方法。
- 前記ブロックポリイソシアネート中の前記ポリイソシアネートに前記マロン酸ジイソプロピル及び前記マロン酸ジ-sec-ブチルが結合した結合構造のモル総量に対する前記一般式(II)で示されるメタンテトラカルボニル構造の含有量が0.5モル%以上6モル%以下である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記ブロックポリイソシアネートが、ブロック化されたイソシアヌレート3量体を含み、
前記ブロック化されたイソシアヌレート3量体の含有量が、前記ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量に対して、10質量%以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記ブロックポリイソシアネートが、アロファネート基と、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基、イソシアヌレート基、ウレタン基及びビウレット基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基と、を有し、
前記アロファネート基、前記ウレトジオン基、前記イミノオキサジアジンジオン基、前記イソシアヌレート基、前記ウレタン基及び前記ビウレット基のモル量をそれぞれa、b、c、d、e及びfとした場合に、a/(a+b+c+d+e+f)が0.05以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記ノニオン性親水性基がポリエチレンオキサイドに由来する構造単位である、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アニオン性親水性基がヒドロキシピバリン酸に由来する構造単位である、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポリイソシアネートが、脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートからなる群から選択される1種類以上のジイソシアネートから得られるポリイソシアネートである、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ジイソシアネートはヘキサメチレンジイソシアネートを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記ポリイソシアネートのイソシアネート平均数が3.3以上である、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
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