JP7305794B2 - 水ベースのコーティング組成物及び該組成物を用いた多層コーティングフィルムを形成する方法 - Google Patents

水ベースのコーティング組成物及び該組成物を用いた多層コーティングフィルムを形成する方法 Download PDF

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Description

本発明は、ポリウレタン樹脂をコア部分として、及び架橋アクリル樹脂をシェル部分として含有するコア/シェル粒子の少なくとも1つの分散体と、架橋ポリウレタン-ポリウレア粒子を含有する少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体とを含む水性コーティング組成物、好ましくは顔料入りの水性ベースコート組成物に関するものである。さらに、本発明は、本発明の水性コーティング組成物をベースコート組成物として用いる、基材上に多層コーティングを形成する方法に関するものである。最後に、本発明は、本発明の方法によって製造されたマルチコート塗装系に関するものである。
金属又はプラスチック基材上のマルチコート塗装系、例えば自動車産業分野におけるマルチコート塗装系は、既知である。金属基材から出発して、この種のマルチコート塗装系は一般に、別々に硬化した電着被覆フィルムと、電着被覆フィルムに直接施与されて別々に硬化され、通常はプライマーと呼ばれるフィルムと、着色顔料及び/又は効果顔料を含み、一般にベースコートフィルムと呼ばれる少なくとも1つのフィルム層と、クリアコートフィルムとを含む。
車両内又は車両上に取り付けるための構成要素の分野において関連するプラスチック基材上に、対応するベースコートフィルム及びクリアコートフィルムが施与される場合も、一般的に同様である。いくつかの場合では、ベースコート材料を施与する前に、特定のプライマー又は付着プライマーが施与される。
記載の被覆及びこれら被覆の構築に必要なコーティング材料、すなわち、電着被覆材料、プライマー、着色及び/又は効果顔料を含むベースコート材料及びクリアコート材料の基本的な組成及び機能は、既知である。よって、例えば、電気泳動的に施与される電着被覆の基本的な目的は、基材を腐食から保護することである。プライマーコートの主な機能は、ストーンチップのような機械的曝露からの保護を提供し、基材の凹凸を埋めることである。ベースコートは、色などの審美的品質及び/又はフロックなどの効果を主に生じ、一方でその後に続くクリアコートは、特に耐傷性及び光沢のあるマルチコート塗装系を提供する役割がある。
これらのマルチコート塗装系の製造は一般に、電着被覆材料、とりわけカソード電着被覆材料を、自動車のボディなどの金属基材上に電気泳動的に堆積又は施与することを伴う。金属基材は、電着被覆材料の堆積前に様々な前処理を受けることがあり、例えば、リン酸塩コーティング、とりわけリン酸亜鉛被覆などの既知の変換コーティングを施与することがある。電着被覆材料を堆積させる操作は、一般に、対応する電着コーティングタンクにおいて行われる。電着被覆材料の施与に続き、被覆した基材をタンクから取り出し、場合によりすすぎ、フラッシング及び/又は中間乾燥に供し、そして最後に、施与された電着被覆材料を硬化させる。硬化した電着コーティングの膜厚は、約15~25マイクロメートルであるべきである。
次いでプライマー材料を、硬化した電着被覆に直接施与し、場合によりフラッシング及び/又は中間乾燥に供し、その後硬化させる。硬化したプライマーコートが上記に特定した目的を満たすことを可能にするためには、25~45マイクロメートルの膜厚が必要である。硬化したプライマーコートに直接施与されるのは、着色及び/又は効果顔料を含み、場合によりフラッシング及び/又は中間乾燥に供されるベースコート材料である。このようにして製造されたこのベースコートフィルムは、その後、別個に硬化させることなくクリアコート材料でコーティングする。クリアコートフィルムをフラッシング及び/又は中間乾燥に供した後に、ベースコートフィルム及び任意のクリアコートフィルムを一緒に硬化させることができる(いわゆる2コート1ベーク(2C1B)法)。硬化させたベースコートは10~20マイクロメートルの比較的低い膜厚を有するのに対し、硬化させたクリアコートには30~60マイクロメートルの膜厚が使用されて、記載の技術的応用特性が達成される。プライマー、ベースコート及びクリアコート材料の施与は、例えば、当業者にとって既知の空気圧及び/又は静電スプレー塗布を介して行われることがある。現在では既に、プライマー及びベースコート材料は、環境上の理由から、ますます水性コーティング材料の形態で使用されている。
2C1B法で製造されたマルチコート塗装系は、一般に、自動車産業によって課された技術的応用特性及び審美的プロファイルの観点からの要件を満たすことができる。しかしながら、ますます厳しくなる環境規制及び経済規制により、前述したような比較的複雑な製造操作を簡素化する必要が生じている。
特に、金属基材に関しては、硬化した電着被覆フィルムに直接施与されたコーティング組成物を硬化させる個別の工程(すなわち、上記の標準的な方法内でプライマーと呼ばれるコーティング組成物)を省略すると同時に、場合により、このコーティング組成物から製造されるコーティングフィルムの膜厚を薄くするアプローチ(いわゆる3コート1ベーク(3C1B)法)がある。そしてこの方法では、別個に硬化させないコーティングフィルムをベースコートフィルム(もはやプライマーフィルムではない)と呼ぶことが多く、又は、上に施与する第2のベースコートフィルムと区別するために第1のベースコートフィルムと呼ぶことが多い。いくつかの場合では、このベースコート/第1のベースコートフィルムを省略する試みもある(この場合、単に1つのベースコートフィルムが電着被覆フィルム上に直接製造され、その上に別個の硬化工程なしにクリアコート材料が施与される)。
電着被覆フィルムに直接施与されるコーティング組成物のための別個の硬化工程を回避することは、環境的及び経済的な観点から非常に有利である。なぜなら、これはエネルギーを節約し、製造操作を実質的により少ない時間で進行させることを可能にするからである。
プラスチックプロセスに関連して同様の方法が既知であり、この方法では電着被覆フィルムが必要ではないので、省略される。従って、第1のベースコート材料、第2のベースコート材料及びクリアコート材料から構成される、一緒に硬化させるための系は、例えば、表面活性化前処理が施されていてもよいプラスチック基材に直接施与されるか、あるいは、最初に基材に施与されたプライマーフィルム又は付着プライマーフィルムに施与される。
同様に、マルチコート塗装系を再構成するための再仕上げ法が知られており、ここでマルチコート塗装系は上述のように調製されるが、或る欠陥を含有する。このような再仕上げ方法は、例えば、欠陥の局所的な修復(スポット修復)によって、又は欠陥を有する元の仕上げの完全な再コーティング(二重仕上げ)によって行われる。この場合、一般的には、欠陥を局所的に研磨した後に、プライマー、ベースコート及びクリアコート、又は第1のベースコート、第2のベースコート及びクリアコートから構成される上記の系が施与される。また、1つのベースコートのみを施与し、そこにクリアコートを施与した後、一緒に硬化させることも可能である。この方法では、欠陥を有するマルチコート塗装系(元の仕上げ)が、基材としての役割を果たす。
既存のマルチコート塗装系の技術的特性は、自動車製造者の仕様を満たすのに既に十分であることが多いが、依然として改善する必要性がある。この必要性は特に、最後に記載したマルチコート塗装系を製造するための3C1B法に関連して存在する。しかしながら、前述したマルチコート塗装系を製造するための標準的な方法であっても、この点において依然として最適化することができる。
例えば、第2のベースコート材料及びクリアコート材料のようなさらなるコーティング材料を施与する前に、電着被覆(すなわち第1のベースコート材料)に直接施与されるコーティングフィルムを別個に硬化させないことは、塗装系全体の表面下に気泡を形成させることがあり、最終的な硬化の過程で破裂する可能性がある。その結果として塗装系に形成される穴は、ピンホール及びポップとも呼ばれ、不利な外観につながる。関連する有機溶媒及び/又は水の量、並びに施与手順の結果として導入される空気の量は多すぎるので、硬化の過程で、欠陥を生じさせることなくマルチコート塗装系から全体量を抜くことができない。通常比較的薄いベースコートフィルムを製造する前にプライマーフィルムを別個にか焼する2C1Bプロセスの場合、有機溶媒、水及び空気の合計量は3C1Bプロセスよりもはるかに少ないので、それ自体結果として、最終硬化工程中に不要な気泡が形成されるリスクが低くなる。
しかしながら、標準操作でプライマーとして言及されるコーティング材料が完全に使用されなくなっているマルチコート塗装系の製造においてさえ、ピンホール及びポップと説明される問題にしばしば遭遇する。これは、所望の特性を得るために、このプロセスで必要とされるベースコートフィルム厚が、一般に、標準的な2C1Bプロセスよりも厚いという事実による。よって最終硬化工程で硬化させなければならないコーティングフィルムの全体的な膜厚も、2C1B法よりも実質的に厚くなる。
さらに、記載の2C1B又は3C1Bプロセスを用いてマルチコート塗装系を構成する場合、他の関連する特性が必ずしも十分に達成されるとは限らない。よって、高グレードの全体的な外観を達成することにより課題が生じ、これは特に使用されるコーティング材料の良好な流れに影響される。この場合、コーティング材料は適切なレオロジー挙動(施与挙動)、特に顕著な構造粘性を示さなければならない。この構造粘性は、コーティング材料が、施与プロセス(一般にスプレー塗布)の間に存在する高い剪断速度では低い粘度を有するが、コーティング材料が十分な垂れ耐性を有し、基材からはみ出さない、又は基材への施与後にはみ出さないように十分に高い粘度を有する場合に存在する。付着などの機械的特性に関しても同様の解釈が適用される。その意味でも、適正な品質を確保することは大きな課題である。
マルチコート塗装系の環境プロファイルも依然として改善が必要である。この点での貢献は実際に、水性塗料中の有機溶媒のかなりの画分を水に置き換えることによって既に達成されている。それにもかかわらず、そのような塗料の固形分含量を増加させることによって、大幅な改善が達成可能であろう。しかしながら、特に着色顔料及び/又は効果顔料を含む水性ベースコート材料において、許容可能な貯蔵安定性(沈殿挙動)及び適切なレオロジー特性又は顕著な構造粘性を維持しながら、同時に固形分含量を増加させることは非常に困難である。
コーティング材料又は塗料、例えば水性ベースコート材料の特性は、それらが含有する成分、例えばバインダーとして使用されるポリマーによって主に決定される。
よって先行技術は、多種多様な特定のポリマー、コーティング材料におけるそれらの使用、及び塗装系及びコーティングの種々の性能特性に対するそれらの有利な効果を記載している。
特許出願JP2004-358462A1には、3C1B法において、(i)特定のガラス転移温度、酸価及びヒドロキシル基価を有するアクリル樹脂エマルジョン、(ii)特定の酸価を有するウレタン樹脂エマルジョン、及び(iii)硬化剤を含む第1の水性ベースコート組成物の使用が開示されている。この文献によれば、この組成物を3C1B法で使用することにより、第1のベースコートコーティングフィルムと第2のベースコートコーティングフィルムとの混合を効果的に防止して、表面平滑性に優れた多層コーティングが得られる。
特許出願JP2007-297545A1には、(i)特定のビニルモノマーの混合物を乳化重合して得られる特定量のエマルジョン樹脂と、(ii)アミド基含有水溶性アクリル樹脂と、(iii)ウレタン樹脂エマルジョンと、(iv)3C1B法における硬化剤とを含む第2の水性ベースコート組成物の使用が開示されており、得られる多層コーティングの外観及び耐水性が優れている。
特許出願WO2010/082607A1には、(i)アクリル樹脂、(ii)硬化剤、及び(iii)ウレタン樹脂エマルジョンを含む第1の水性ベースコート組成物、及び3C1B法におけるその使用が開示されており、優れた平滑性、鮮明性及び耐チップ性を有する多層コーティングを製造する。
しかしながら、上記特許出願に開示されたコーティング組成物を、第1の水性ベースコート組成物を施与した後に予備加熱を行わない3C1B法で用いると、第1のコーティングフィルムと第2のコーティングフィルムとの間で層混合が生じ、外観の良好な多層コーティング系を得ることができない。
WO2013/027093A1には、アクリル樹脂をコア部分として、ポリウレタン樹脂をシェル部分として含有するコア/シェル型エマルジョン樹脂を含み、前記コア/シェル型エマルジョン樹脂中のコア部分とシェル部分の質量比が20/80~80/20である水性コーティング組成物が記載されている。このコーティング組成物は、第1のベースコート組成物及び/又は第2のベースコート組成物として3C1Bプロセスで使用することができ、十分な光学的及び機械的抵抗を提供する。しかし、この組成物を、施与された3層すべての硬化が100℃未満の温度で行われる低ベーク3C1Bプロセスで使用する場合、耐ストーンチップ性、再仕上げ用途での付着性、及び得られた多層コーティング系の硬度は十分ではない。
特許出願JP2004-358462A1 特許出願JP2007-297545A1 特許出願WO2010/082607A1 WO2013/027093A1
従って、本発明の目的は、このような水性コーティング組成物を用いて製造された塗装系、特にマルチコート塗装系において有利な性能特性が得られる水性コーティング組成物、好ましくは顔料入りの水性ベースコート組成物を提供することにある。何よりも達成すべき品質には、良好な光学特性、とりわけ良好なピンホール挙動及び良好な耐流れ安定性が含まれるべきである。付着性又は耐ストーンチップ性などの機械的特性も傑出しているべきである。さらに、水性コーティング材料は、良好な貯蔵安定性を有し、且つ高い固形分含量を有していなければならない。高い固形分含量にもかかわらず、コーティング組成物のレオロジー挙動は傑出しているべきである。
本発明のさらなる目的は、本発明のコーティング材料を、基材又は電着被覆系に直接施与し、その後に施与されたさらなるコーティングフィルムと一緒に硬化させる工程で硬化させる、マルチコート塗装系の製造方法を提供することである。このプロセスの単純化にもかかわらず、得られたマルチコート塗装系はピンホールに関して傑出した安定性を示す。さらに、電着被覆とクリアコートとの間に配置されるコーティングフィルム(単数又は複数)の膜厚を可変とすることができ、比較的膜厚が厚くてもピンホールの問題が発生しない、マルチコート塗装系が提供されるべきある。全体的な外観及び付着性に関して、このプロセスで達成される品質は、少なくとも標準の2C1Bプロセスと同等、好ましくはそれよりも良好である。
上記目的は、水性コーティング組成物、好ましくは顔料入りの水性ベースコート組成物であって、
(a) ポリウレタン樹脂をコア部分として、及び架橋アクリル樹脂をシェル部分として含む少なくとも1つのコア/シェル型粒子の水性分散体であって、該粒子が、
(i) 最初に、コア部分としての少なくとも1つのポリウレタン樹脂(P)の水性分散体を充填し、そしてその後、
(ii) ポリウレタンコア部分の存在下でオレフィン性不飽和モノマーの混合物を重合させて、架橋アクリル樹脂(A)シェル部分を得る、
ことによって得られ、
ここで、
(ii-1) 重合は、水溶性開始剤の存在下で生じ、
(ii-2) オレフィン性不飽和モノマーの定量添加は、重合の全持続時間の間、重合の反応溶液中で、オレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて6質量%の濃度を超えないように行われ、そして
(ii-3) オレフィン性不飽和モノマーの混合物が少なくとも1つのポリオレフィン性不飽和モノマーを含む、
コア/シェル型粒子の水性分散体と、
(b) 平均粒度が40~2,000nmであり、ゲル画分が少なくとも50%であるポリウレタン-ポリウレア粒子を含む少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体であって、前記ポリウレタン-ポリウレア粒子は、各場合において
・イソシアネート基を含み、且つアニオン基及び/又はアニオン基に変換されるように構成された基を含む少なくとも1つのポリウレタンプレポリマー(PP)、及び
・2つの第1級アミノ基及び1つ又は2つの第2級アミノ基を含む少なくとも1つのポリアミン(PA)
を反応した形態で含有する、水性ポリウレタン-ポリウレア分散体と
を含む、水性コーティング組成物によって達成できることが見出された。
上記に特定した水性コーティング組成物は、以下で本発明の水性コーティング組成物とも呼ばれ、よって本発明の主題である。本発明の水性コーティング組成物の好ましい実施態様は、以下の記載及び従属請求項から明らかである。
本発明の水性コーティング組成物を使用することにより、3C1Bプロセス、好ましくは同時硬化工程が100℃未満の温度で行われる3C1Bプロセスにおいて、水性コーティング組成物を使用して製造されたマルチコート塗装系の一部で、傑出した性能特性を達成することが可能となる。何よりも特筆すべきは、良好な光学的特性、とりわけ良好なピンホール挙動と良好な耐流れ安定性、及び付着性又は耐ストーンチップ性などの良好な機械的特性である。ピンホールとは、完成したコーティングに見える非常に小さな穴である。これらはスプレー塗装の最も一般的な表面欠陥の一つである。以下の記載及び特許例においてピンホールと呼ばれる欠陥は、漏斗開口の平均直径が約300~700μm及び平均チューブ直径が約15~60μmのピンポイント圧痕程度の大きさで筒状チューブ内に連続する漏斗形状の穴によって特徴付けられ、クリアコート及びベースコートを通ってその下のコートに達する。これらは、閉じ込められた空気などの気体が漏れ出した、又は溶媒が気化した結果である。これらのマルチコート塗装系の全体的な外観及び付着性も傑出しており、上述の標準プロセスによって製造されたマルチコート塗装系のレベルに少なくとも位置している。同時に、水性コーティング組成物は良好な貯蔵安定性を示す。さらに、水性コーティング組成物は、環境的に有利な方法で、とりわけ、高い固形分含量で製造することができる。
同様に、本発明は、基材(S)上に多層コーティング(MC)を形成する方法であって、以下の工程:
(1) 第1の水性コーティング材料(X)を、基材(S)上に直接コーティングし、未硬化の第1のコーティングフィルム(x)を形成する工程、
(2) 第2の水性コーティング材料(Y)を、工程(1)の後に得られた未硬化の第1のコーティングフィルム上に直接コーティングし、未硬化の第2のコーティングフィルム(y)を形成する工程、
(3) クリアコーティング材料(Z)を、工程(2)の後に得られた未硬化の第2のコーティングフィルム上に直接コーティングし、クリアコーティングフィルム(z)を形成する工程、及びその後の、
(4) 工程(1)~(3)の後に得られたこれら3つのコーティングフィルムを同時に硬化させる工程、
を含み、
第1の水性コーティング材料(X)及び/又は第2の水性コーティング材料(Y)は、本発明の水性コーティング組成物から選択されることを特徴とする方法、を提供する。
本発明はまた、本発明の方法によって製造される多層コーティング(MC)を提供する。
詳細な説明
本発明において公式規格を参照する場合、これは当然ながら、出願日に最新であった規格のバージョンを意味し、その日に最新のバージョンが存在しない場合には、最後の最新のバージョンを意味する。
本発明の水性コーティング組成物:
「水性コーティング組成物」という表現は、当業者にとって既知である。これは、その分散媒体として有機溶媒(溶媒とも呼ぶ)を専ら又は主に含まない代わりに、その分散媒体としてかなりの画分の水を含む系を指す。本発明において、「水性」とは、コーティング組成物が、各場合において含有される溶媒(すなわち水及び有機溶媒)の合計量に基づいて、少なくとも20質量%、好ましくは少なくとも25質量%、特に好ましくは少なくとも50質量%の水の割合を有することを意味すると理解される。これらのうち、水の割合は、各場合において存在する溶媒の合計量に基づいて、好ましくは60~100質量%、特に70~98質量%、特に好ましくは75~95質量%である。
コア/シェル型粒子の分散体:
水性コーティング組成物の第1の必須成分は、ポリウレタン樹脂をコア部分として、及び架橋アクリル樹脂をシェル部分として含む、少なくとも1つのコア/シェル型粒子の分散体である。
分散体(a)は、その製造工程(i)及び(ii)を特徴とする。第1の製造工程(i)では、最初に、ポリウレタン樹脂(P)の水性分散体をコア部分として充填する。
好適な飽和又は不飽和ポリウレタン樹脂(P)は、例えば、DE19948004A1、第4頁第19行~第11頁第29行(ポリウレタンプレポリマーB1)、EP0228003A1、第3頁第24行~第5頁第40行、EP0634431A1、第3頁第38行~第8頁第9行、又はWO92/15405、第2頁第35頁~第10頁第32行に記載されている。
ポリウレタン樹脂(P)の調製には、当業者にとって既知の脂肪族、脂環式、脂肪族-脂環式、芳香族、脂肪族-芳香族及び/又は脂環式-芳香族ポリイソシアネートの使用が好ましい。脂肪族及び脂肪族-脂環式ポリウレタン樹脂が特に好ましい。
ポリウレタン樹脂(P)の調製に使用されるアルコール成分は、好ましくは当業者にとって既知の飽和及び不飽和ポリオールであり、そして場合により、少量のモノアルコールでもある。特にジオール、及び場合により少量のトリオールは、分岐の導入に使用される。好適なポリオールの例は、飽和又はオレフィン性不飽和ポリエステルポリオール及び/又はポリエーテルポリオールである。使用されるポリオールは、特にポリエステルポリオール、特に数平均分子量が400~5,000g/モルのものである。数平均モル質量(M)は、蒸気圧浸透圧計10.00(Knauer社製)により、トルエン中50℃の濃度系列で、使用した測定装置の実験的較正定数を決定するための較正物質としてベンゾフェノンを用いて、E.Schroeder,G.Mueller,K.-F.Arndt,「Leitfaden der Polymercharakterisierung」,Akademie-Verlag,Berlin、第47~54頁、1982年の方法によって、決定した。
好ましくは、最初に水性分散体に充填されたポリウレタン樹脂(P)は、親水性に安定化されたポリウレタン樹脂(P)である。親水性安定化又は水性媒体中での分散性を高めるために、ポリウレタン樹脂(P)は、以下の修飾基、
- 中和剤及び/又は第4級化剤によってカチオンに変換できる官能基、及び/又はカチオン基(カチオン性修飾)、又は
- 中和剤によってアニオンに変換できる官能基、及び/又はアニオン基(アニオン性修飾)、又は
- 非イオン性親水性基(非イオン性修飾)、又は
上記の群の組み合わせを含有してよい。このようなポリウレタン樹脂(P)は、本発明において、イオン性又は非イオン性の親水性安定化ポリウレタン樹脂(P)と呼ばれる。イオン性の親水性安定化ポリウレタン樹脂(P)が好ましい。
当業者が認識しているように、カチオン性修飾のための官能基は、例えば、第1級、第2級及び/又は第3級アミノ基、第2級スルフィド基及び/又は第3級ホスフィン基、特に第3級アミノ基及び第2級スルフィド基(中和剤及び/又は第4級化剤によってカチオン基に変換できる官能基)である。さらに、当業者にとって既知の中和剤及び/又は第4級化剤を用いて前記官能基から調製されるカチオン基(例えば、第1級、第2級、第3級及び/又は第4級アンモニウム基、第3級スルホニウム基及び/又は第4級ホスホニウム基、特に第4級アンモニウム基及び第3級スルホニウム基)が挙げられる。
周知のように、アニオン性修飾のための官能基は、例えば、カルボン酸、スルホン酸及び/又はホスホン酸基、特にカルボン酸基(中和剤によってアニオン基に変換できる官能基)、及び当業者にとって既知の中和剤を用いて前記官能基から調製されるアニオン基、例えばカルボキシレート、スルホネート及び/又はホスホネート基である。
非イオン性親水性修飾のための官能基は、好ましくはポリ(オキシアルキレン)基、特にポリ(オキシエチレン)基である。
イオン性親水性修飾は、例えば、イオン性基又は潜在的イオン性基を含有するモノマーによって、イソシアネート基に対して反応性のある少なくとも1つの基、好ましくは少なくとも1つのヒドロキシル基及び修飾基を含有する化合物を用いて、ポリウレタン樹脂(P)に導入することができる。非イオン性修飾は、ポリウレタン分子中の側鎖基又は末端基として、例えばポリ(エチレンオキシド)ポリマーの組み込みを通して、導入される。非イオン性修飾の導入には、当業者にとって既知のポリエーテルジオール及び/又はアルコキシポリ(オキシアルキレン)アルコールの使用が好ましい。
最初に充填されたポリウレタン分散体に、少なくとも1つの溶媒を加えることが好ましく、この溶媒は、水と任意の比率で、及びオレフィン性不飽和モノマーの混合物と任意の比率で、混和性である。特に好適な溶媒は、N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドン及びエーテルアルコール、例えば特にメトキシプロパノールである。
次の調製工程(ii)として、ポリウレタンコア部分の存在下、フリーラジカル乳化重合により、少なくとも1つの重合開始剤の存在下で、オレフィン性不飽和モノマー混合物の重合を行って、架橋アクリル樹脂シェル部分を形成する。
使用する重合開始剤は水溶性開始剤(ii-1)でなければならず、好ましくはカリウムペルオキソジスルフェート、ナトリウムペルオキソジスルフェート、アンモニウムペルオキソジスルフェート、過酸化水素、tert-ブチルヒドロペルオキシド、2,2’-アゾビス(2-アミドイソプロパン)ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス(N,N’-ジメチレンイソブチルアミジン)ジ-ヒドロクロリド、2,2’-アゾビス(4-シアノペンタン酸)及びこれらの混合物からなる群から選択される。また、既知のレドックス開始剤系を重合開始剤として使用することも可能である。このようなレドックス開始剤系は、少なくとも1つの過酸化物含有化合物を、レドックス共開始剤、例えば還元性硫黄化合物、例えばアルカリ金属及びアンモニウム化合物の亜硫酸水素塩、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、ジチオン酸塩又はテトラチオン酸塩、ナトリウムヒドロキシメタンスルフィネートジヒドレート及び/又はチオ尿素と組み合わせて含有する。例えば、ペルオキソジスルフェートとアルカリ金属又はアンモニウム亜硫酸水素塩との組み合わせ、例えばアンモニウムペルオキソジスルフェート及びアンモニウムジスルファイトを使用することが可能である。過酸化物含有化合物のレドックス共開始剤に対する質量比は、好ましくは50:1~0.05:1である。開始剤又はレドックス開始剤系と組み合わせて、遷移金属触媒、例えば鉄塩、ニッケル塩、コバルト塩、マンガン塩、銅塩、バナジウム塩又はクロム塩、例えば硫酸鉄(II)、塩化コバルト(II)、硫酸ニッケル(II)、塩化銅(I)、酢酸マンガン(II)、酢酸バナジウム(III)、塩化マンガン(II)を使用することもまた可能である。モノマーに基づいて、これらの遷移金属塩は、典型的には0.1~1000ppmの量で使用される。例えば、過酸化水素の鉄(II)塩との組み合わせ、例えば、0.5~30%の過酸化水素及び0.1~500ppmのモール塩を使用することができる。
開始剤は、好ましくは、工程(ii)で使用されるオレフィン性不飽和モノマーの合計質量に基づいて、0.05~20質量%、好ましくは0.05~10質量%、より好ましくは0.1~5質量%の量で使用される。
水溶性開始剤の使用により、最初に充填された水性分散体に加えられたオレフィン性不飽和モノマーは、直ちに反応してオリゴマーをもたらすことができる。これらのオリゴマーは、小さいモノマーよりも、最初に充填された分散体のポリウレタンコア粒子に浸透する傾向が低く、その結果、架橋されたアクリレートシェル部分が得られる。非水溶性の開始剤を使用した場合、モノマーはオリゴマーを形成する前にポリウレタンコアに浸透し、その結果、架橋されたアクリレートコア部分及びポリウレタンシェル部分が得られる。
重合は、0~160℃、好ましくは60~95℃の温度で適切に行われる。
この文脈において、酸素を排除して、好ましくは窒素流中で作業することが好ましい。一般に、重合は標準圧力で行われるが、特にモノマー及び/又は溶媒の沸点を超える重合温度が使用される場合には、低圧又は高圧の使用も可能である。
本発明のポリマーは、フリーラジカル水性乳化重合によって調製され、そして反応媒体に界面活性剤又は保護コロイドを加えることが可能である。好適な乳化剤及び保護コロイドの一覧は、例えば、Houben Weyl,Methoden der organischen Chemie,volume XIV/1 Makromolekulare Stoffe,Georg Thieme Verlag,Stuttgart 1961年、第411頁以降に見出すことができる。
コア/シェル型粒子の水性分散体(a)を製造するために重要な要因は、コア部分としてのポリウレタン樹脂(P)の存在下におけるオレフィン性不飽和モノマーの混合物の重合反応条件の制御である。これは、「スターブドフィード重合(starved feed polymerization)」の方法で実施される。本発明におけるスターブドフィード重合は、反応の持続時間にわたって反応溶液中の残留モノマーの含有量が最小化される乳化重合であると考えられる。よって工程(ii)において、オレフィン性不飽和モノマー(ii-2)の定量添加が、重合の全持続時間の間、反応溶液中で、オレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて6質量%、好ましくは5質量%、非常に好ましくは4質量%の濃度を超えないように行われることが好ましい。反応溶液中のモノマーの濃度は、以下に記載のようにガスクロマトグラフィーによって決定することができる。
反応溶液中のモノマーの濃度は、本明細書中、以下で遊離モノマーと称し、様々な方法で制御することができる。
遊離モノマーの濃度を低く保つ1つの手段は、オレフィン性不飽和モノマーの混合物の非常に遅い計量速度を選ぶことである。計量添加の速度が十分に遅いので反応溶液に添加されるとすぐにすべてのモノマーが非常に迅速に反応できる場合、遊離モノマーの濃度を確実に最小化することが可能である。
計量速度と同様に、十分なフリーラジカルが常に反応溶液中に存在していて、そのために添加されるモノマーが非常に迅速に反応できることが重要である。この目的のため、反応条件は、好ましくは、オレフィン性不飽和モノマーの計量添加の前に開始剤の供給が既に開始されているように選択するべきである。開始剤の供給を、少なくとも5分早く、より好ましくは少なくとも10分早く開始することが好ましい。好ましくは、各場合において開始剤(ii-1)の合計量に基づいて、少なくとも10質量%、より好ましくは少なくとも20質量%、最も好ましくは少なくとも30質量%の開始剤を、オレフィン性不飽和モノマーの計量添加の開始前に添加する。
開始剤(ii-1)の量は、反応溶液中にフリーラジカルが十分に存在するための重要な要因である。開始剤の量は、添加されるモノマーが反応できるように、いつでも十分なフリーラジカルが利用可能であるように選択するべきである。開始剤の量を増加させた場合、同時により大量のモノマーを添加することも可能である。
反応速度を決定するさらなる要因は、モノマーの構造である。
よって遊離モノマーの濃度は、開始剤の量、開始剤添加の速度、モノマー添加の速度の相互作用により、及びモノマーの選択により、制御することができる。このように計量添加を遅くすること、開始剤の量を増加させること、及び開始剤供給の早期開始が、遊離モノマーの濃度を上述の限界未満に保つ目的に役立つ。
反応の任意の時点で、遊離モノマーの濃度は、ガスクロマトグラフィーによって決定することができる。決定のための典型的なパラメータは、以下のとおりである:ポリエチレングリコール相を有する50mシリカキャピラリーカラム又はポリジメチルシロキサン相を有する50mシリカキャピラリーカラム、ヘリウムキャリアーガス、スプリットインジェクター150℃、オーブン温度40~220℃、フレームイオン化検出器、検出器温度275℃、イソブチルアクリレート内部標準。
この分析において、例えばオレフィン性不飽和モノマーの反応性が非常に低いことが原因で、スターブドフィード重合の限界に近い遊離モノマーの任意の濃度が決定されるならば、上述のパラメータは、反応の制御のために利用可能である。この場合、例えば、モノマーの計量速度を低減するか、又は開始剤の量を増加させることができる。
好適なオレフィン性不飽和モノマーは、モノ-又はポリオレフィン性不飽和であってよい。
好適なモノオレフィン性不飽和モノマーの例には、(メタ)アクリレートをベースとするモノオレフィン性不飽和モノマー、ビニル性モノオレフィン性不飽和モノマー、アルファ-ベータ-不飽和カルボン酸、及びアリル化合物が含まれる。用語「(メタ)アクリレート」とは、本明細書中以下でアクリレートとメタクリレートとの両方を指すものとする。
(メタ)アクリレートをベースとするモノオレフィン性不飽和モノマーは、例えば、(メタ)アクリル酸及び(メタ)アクリル酸のエステル、ニトリル又はアミドであってよい。
オレフィン性不飽和Rラジカルを有する一般式(I)及び/又は(II)
Figure 0007305794000001
の(メタ)アクリル酸のエステルが好ましい。
Rラジカルは、脂肪族又は芳香族、好ましくは脂肪族であってよい。Rラジカルは、例えば、アルキルラジカルであってよく、又はヘテロ原子を含有してもよい。ヘテロ原子を含有するRラジカルの例は、エーテルである。Rラジカルは、好ましくはアルキルラジカルである。
Rがアルキルラジカルである場合、Rは直鎖、分岐又は環状アルキルラジカルであってよい。3つの場合すべてにおいて、アルキルラジカルは、無置換のアルキルラジカル又は官能基により置換されたアルキルラジカルであってよい。アルキルラジカルは、好ましくは1~20個、より好ましくは1~10個の炭素原子を有する。
無置換のアルキルラジカルを有する(メタ)アクリル酸の特に優先的に好適なモノ不飽和エステルは、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、アミル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、エチルヘキシル(メタ)アクリレート、3,3,5-トリメチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、シクロアルキル(メタ)アクリレート、例えばシクロペンチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート及びシクロヘキシル(メタ)アクリレートであり、n-及びtert-ブチル(メタ)アクリレート及びメチルメタクリレートが非常に特に好ましい。
置換されたアルキルラジカルを有する(メタ)アクリル酸の好適なモノ不飽和エステルは、1つ以上のヒドロキシル基で置換されることが好ましい。
1つ以上のヒドロキシル基で置換されたアルキルラジカルを有する(メタ)アクリル酸の特に優先的に好適なモノ不飽和エステルは、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート及び4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートである。
ビニル性モノ不飽和モノマーは、オレフィン性不飽和R’ラジカルをビニル基上に有する一般式(III)
Figure 0007305794000002
のモノマーであってよい。
R’ラジカルは、脂肪族又は芳香族であってよく、芳香族ラジカルが好ましい。R’ラジカルは、ヒドロカルビルラジカルであってよく、又はヘテロ原子を含有してもよい。ヘテロ原子を含有するR’ラジカルの例は、エーテル、エステル、アミド、ニトリル及びヘテロ環である。R’ラジカルは、好ましくは、炭化水素、例えばメチル又はフェニルに由来する1価のラジカルである。
R’がヒドロカルビルラジカルである場合、R’はヘテロ原子で置換されるか又は無置換であってよく、無置換のラジカルが好ましい。
R’ラジカルは、好ましくは芳香族ヒドロカルビルラジカルである。
特に好ましいビニル性オレフィン性不飽和モノマーは、ビニル芳香族炭化水素、特にビニルトルエン、アルファ-メチルスチレン及び特にスチレンである。ヘテロ原子が存在する場合、オレフィン性不飽和モノマー、例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、ビニルアセテート、ビニルプロピオネート、ビニルクロリド、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、N-ビニルホルムアミド、N-ビニルイミダゾール及びN-ビニル-2-メチルイミダゾリンが好ましい。
好適なポリオレフィン性不飽和モノマーの例には、オレフィン性不飽和R”ラジカルを有する一般式(IV)及び/又は(V)の(メタ)アクリル酸のエステル及び1価アルコール又は多価アルコールのアリルエーテルが含まれる。R”ラジカルは、アリルラジカル又は(メタ)アクリル酸エステルであってもよい。
Figure 0007305794000003
好ましいポリオレフィン性不飽和モノマーには、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,2-プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3-プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブタン-1,4-ジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、3-メチルペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート及びアリル(メタ)アクリレートが含まれる。
さらに、好ましいポリオレフィン性不飽和化合物には、2つを超えるOH基を有するアルコールのアクリル酸及びメタクリル酸エステル、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート又はグリセリルトリ(メタ)アクリレートだけでなく、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレートモノアリルエーテル、トリメチロールプロパン(メタ)アクリレートジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートモノアリルエーテル、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレートジアリルエーテル、ペンタエリスリトール(メタ)アクリレートトリアリルエーテル、トリアリルスクロース及びペンタアリルスクロースが含まれる。アリルメタクリレート及び/又はヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートを使用することが特に好ましい。
オレフィン性不飽和モノマーの混合物は、少なくとも1つのポリオレフィン性不飽和モノマーを含む。オレフィン性不飽和モノマーの混合物は、好ましくは、無置換のアルキルラジカルを有する(メタ)アクリル酸の1つ以上のモノ不飽和エステルも含む。
オレフィン性不飽和モノマーの混合物(ii-3)は、各場合においてオレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて、好ましくは0.1~6.0モル%、より好ましくは0.1~2.0モル%、最も好ましくは0.1~1.0モル%のポリオレフィン性不飽和モノマーを含有する。
オレフィン性不飽和モノマーの混合物(ii-3)は、好ましくは0.1~6.0モル%、より好ましくは0.1~2.0モル%、最も好ましくは0.1~2.0モル%のアリルメタクリレート及び/又はヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートを含有する。より好ましくは、アリルメタクリレート及び/又はヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートの他に、さらなるポリオレフィン性不飽和モノマーは混合物中に存在しない。つまり混合物は、アリルメタクリレートの他に、オレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて0質量%のさらなるポリオレフィン性不飽和モノマーを含有する。
オレフィン性不飽和モノマーの混合物(ii-3)は、オレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて、好ましくは10.0質量%未満、より好ましくは5.0質量%未満、非常に好ましくは0質量%のビニル芳香族炭化水素を含有する。
好ましい実施態様において、オレフィン性不飽和モノマーの混合物(ii-3)は、オレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて、
― 98.0~99.5質量%の、無置換のアルキルラジカルを有する(メタ)アクリル酸の1つ以上のモノ不飽和エステルであって、該アルキルラジカルが1~10個、好ましくは3~5個の炭素原子の長さを有する、モノ不飽和エステル、及び
― 0.5~2.0質量%の、(メタ)アクリル酸、好ましくはアリル(メタ)アクリレート及び/又はヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートの1つ以上のポリ不飽和エステル
を含有する。
好ましくは、少なくとも1つの溶媒がオレフィン性不飽和モノマーの混合物(ii-3)に添加され、該溶媒は任意の比率で水と混和性であり、そして任意の比率でオレフィン性不飽和モノマーの混合物と混和性である。特に好適な溶媒は、N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドン及びエーテルアルコール、例えばメトキシプロパノールである。
コア/シェル型粒子の水性分散体(a)は、上記の製造プロセスによってのみ得られる。このコア-シェル構造は、少なくとも1つのポリウレタン樹脂(P)を含むコア及びポリウレタンコアの存在下におけるオレフィン性不飽和モノマーの重合により得られた架橋アクリル樹脂(A)を含むシェルを特徴とする。
コアシェル構造は、スターブドフィード重合の特定の反応条件及び水溶性開始剤の使用によって達成される。反応の全持続時間にわたって、最初に充填されたポリウレタン樹脂(P)に浸透し得る大量のオレフィン性不飽和モノマーは存在しない。水性相へのモノマーの添加の間、水溶性開始剤により提供されるフリーラジカルが常に存在することによって、モノマーの添加時にオリゴマーが直ちに形成される。これらのオリゴマーは、もはやポリウレタンコア(P)に浸透することはできず、よってポリウレタンコア(P)の表面上で重合して、架橋アクリルシェル(A)をもたらす。
コア部分のポリウレタン樹脂(P)のガラス転移温度T、及び/又は、シェル部分の架橋アクリル樹脂(A)のガラス転移温度Tは、好ましくは特定の範囲内である。コア部分のポリウレタン樹脂(P)のガラス転移温度Tは、DIN EN ISO11357-2:2013-05に準拠して測定して、好ましくは-80℃~105℃、より好ましくは-60~80℃、さらにより好ましくは50~60℃であり、及び/又はシェル部分の架橋アクリル樹脂(A)のガラス転移温度Tは、好ましくは-80℃~20℃、より好ましくは-60~20℃である。ポリウレタンコア(P)のTの具体例には、-75、-70、-65、-60、-55、-50、-45、-40、-35、-30、-25、-20、-15、-10、-5、0、5、10、15、20℃が含まれる。アクリルシェル(A)のTの具体例には、-55、-50、-45、-40、-35、-30、-25、-20、-15、-10、-5、0、5、10、15、20℃が含まれる。改善された硬度及び補修付着性、及び改善された耐ストーンチップ性の観点から、ポリウレタンコアが架橋アクリルシェルよりも低いTを有する場合が望ましい。
コア部分及びシェル部分の記載したガラス転移温度Tgとは別に、水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子が、DIN EN ISO11357-2:2013-05に準拠して測定して、-50~30℃のガラス転移温度を有する場合も好ましい。
本発明の目的のため、ガラス転移温度Tは、DIN51005:2005-08及びDIN EN ISO11357-2:2013-05に準拠して、実験的に決定される。これは、10mgの試料を試料皿に量り取り、これをDSC装置に導入することを伴う。装置を開始温度まで冷却し、その後50ml/分の不活性ガス(N)下10K/分の加熱速度で1回目及び2回目の測定ランを行い、測定ランの間には開始温度まで再度冷却する。測定は慣習的に、予測されるガラス転移温度よりも約50℃低い温度から、ガラス転移温度よりも約50℃高い温度までの範囲で行う。本発明の目的のためのガラス転移温度は、DIN EN ISO11357-2:2013-05に準拠して、比熱容量の変化が半分に達する(0.5デルタcp)2回目の測定ランにおける温度である。この温度は、DSC図(温度に対する熱流量のプロット)から決定され、そしてガラス転移の前後における外挿ベースラインの間の中心線と、測定プロットとの交点における温度である。
アクリルシェル部分のガラス転移温度Tについて上述したすべての値は、ポリウレタン樹脂(P)の水性分散体の非存在下で各モノマー混合物(ii-3)が重合したときに形成される特定のポリマーに関するものである。
予測されるガラス転移温度を目的に沿って推定するために、Fox等式を使用することができる:
Figure 0007305794000004
Tg: 得られたコポリマーのガラス転移温度(ケルビン)
、x、...、x: モノマー成分1、2、...、nの質量部
g1、Tg2、...、Tgn: モノマー成分1、2、...、nのホモポリマーのガラス転移温度(ケルビン)
Fox等式は、ホモポリマーのガラス転移温度及びホモポリマーの質量部に基づいた分子量を含まない近似のみを表すので、合成において当業者へのツール又は目的に沿った指標として使用することができる。しかしながら、本発明の記載に関連するガラス転移温度値は、上述のように測定されるものである。
コア部分を形成するポリウレタン樹脂(P)は、水分散性を確保するために十分な量の前記親水性基を有する。従って、コア部分のポリウレタン樹脂(P)の酸価は、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、好ましくは10~60mgKOH/g、非常に好ましくは30~40mgKOH/gである。ポリウレタン樹脂(P)のOH価は、R.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して、好ましくは20~80mgKOH/gである。酸価が10mgKOH/g未満、又はOH価が20mgKOH/g未満である場合、水性媒体中のポリウレタン樹脂(P)の乳化安定性が低下し、酸価が60mgKOH/gを超える、又はOH価が80mgKOH/gを超える場合、ポリウレタン樹脂(P)の水溶性が高くなりすぎる。両方の場合で、個別のコア/シェル型粒子は、前述のプロセスからはもはや得られない。OH価は、R.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に基づき、無水酢酸によって、触媒としての4-ジメチルアミノピリジンの存在下、テトラヒドロフラン(THF)/ジメチルホルムアミド(DMF)溶液中、室温で、アセチル化後残存する過剰の無水酢酸を完全に加水分解し、酢酸をアルコール性水酸化カリウム溶液で電位差逆滴定することにより、決定することができる。酸価は、DIN EN ISO2114:2002-06に基づき、THF/水(9体積部のTHF及び1体積部の蒸留水)とエタノール性水酸化カリウム溶液の均質溶液中で、決定することができる。
コーティングフィルムの外観及び被覆対象の物体へのコーティングフィルムの付着性に関して、シェル部分の架橋アクリル樹脂(A)のOH価が、R.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して10~140mgKOH/gであり、酸価が、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して0~10mgKOH/gである場合が望ましい。OH価が10mgKOH/g未満である場合、被覆対象の物体への付着性が低下することがあり、ヒドロキシル基価が140mgKOH/gを超える場合、シェル部分の極性が高くなりすぎ、よって多層コーティング法において、第1の水ベースのコーティング材料と第2の水ベースのコーティング材料との間、又は第2の水ベースのコーティング材料とクリアコーティング材料との間で、望ましくない層混合の危険性が高くなる。この層の相互混合は、多層コーティングの外観に悪影響を及ぼす可能性がある。アクリル樹脂(A)の酸価が10mgKOH/gを超える場合、前述の製造プロセスでコア/シェル型粒子が得られないことがあり得る。
上記のコア及びシェル部分の酸価及びOH価とは別に、水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子が特定の酸価及びOH価を有する場合も好ましい。従って、水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子は、前述のように決定して、10~30mgKOH/g固体の酸価及び/又は20~50mgKOH/g固体のOH価を有することが好ましい。
好ましい実施態様では、ポリウレタンコア部分の架橋アクリルシェル部分に対する質量比は、80:20~20:80、より好ましくは60:40~40:60である。コア/シェル型粒子の微細構造は、US2016/0152862A1に記載のように、透過型電子顕微鏡によって検査することができる。
水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子は、好ましくは、Malvern Nano S90(Malvern Instruments社製)を用いて25±1℃で光子相関分光法によって測定して、60~250nm、より好ましくは60~115nmの粒度(z平均)を有する。このユニットは、波長633nmの4mW He-Neレーザを備え、1~3,000nmの範囲のサイズにわたる。
好ましくは、水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子の酸価は、0~220mgKOH/g固体樹脂、より好ましくは0~40mgKOH/g固体樹脂、非常に好ましくは0~25mgKOH/g固体樹脂である。OH価は、好ましくは70未満、より好ましくは20mgKOH/g固体樹脂未満である。酸価及びOH価は、前述のように測定する。
水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子の質量平均モル質量は、好ましくは310g/モル~8.510g/モル、より好ましくは310g/モル~51010g/モルであり、質量平均モル質量は、小角レーザー光散乱により決定可能である。
水性分散体(a)の固形分含量は、DIN EN ISO3251:2008-06に準拠して測定して、好ましくは20~45質量%、非常に好ましくは25~40質量%である。固形分含量は、固定条件下で蒸発濃縮の残留物として残る質量割合を意味すると理解される。固形物は、DIN EN ISO3251により、130℃、60分、開始質量1.0gで決定される。
コア/シェル型粒子は架橋される。水性分散体(a)のゲル含有量は、各場合において分散体中の固体に基づいて、好ましくは40~97質量%、より好ましくは75~90質量%である。ゲル含有量は、分散体を凍結乾燥し、凍結乾燥したポリマーの合計質量を測定し、次いで、過剰のテトラヒドロフラン(テトラヒドロフラン対凍結乾燥ポリマーの比率=300:1)中25℃で24時間ポリマーを抽出することによって、質量測定により決定することができる。不溶画分を除去し、空気循環オーブン中50℃で4時間乾燥させる。その後、乾燥させた不溶画分を秤量し、凍結乾燥ポリマーの合計質量との商を形成する。得られた値は、ゲル含有量に対応する。
本発明の好ましい実施態様によれば、水性コーティング組成物は、少なくとも1つの水性分散体(a)を特定の質量比で含む。好ましくは、水性コーティング組成物は、少なくとも1つの水性分散体(a)を、各場合において水性コーティング組成物の合計量に基づいて、0.5~50質量%、より好ましくは2~40質量%、非常に好ましくは3~30質量%の合計量で含む。上記の量の水性分散体(a)の使用は、良好な光学特性、とりわけ良好なピンホール挙動及び良好な耐流れ安定性、及び良好な機械的特性、例えば高い付着性及び/又は耐ストーンチップ性をもたらす。
水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b):
本発明の水性コーティング組成物は、上記の水性分散体(a)に加えて、ポリウレタン-ポリウレア粒子を含む水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)を含有する。これは、分散体中に存在するポリマー粒子がポリウレタン-ポリウレタンベースであることを意味する。
水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)中に存在するポリウレタン-ポリウレア粒子は、少なくとも50%のゲル画分を有する(測定方法については、実施例の節を参照)。よって分散体(b)は、ポリウレタン-ポリウレアポリマーが、少なくとも部分的に分子内架橋した比較的小さな粒子(すなわち微粒子)の形態で存在するミクロゲル分散体である。後者は粒子のポリマー構造が三次元ネットワーク構造を伴う典型的な巨視的ネットワークに対応することを意味する。粒子は部分的に架橋していてよいが、それにもかかわらず、この系は測定可能な平均粒度を有する個別の粒子を伴う分散体である。
架橋の画分は、例えば、水及び任意の有機溶媒の除去、及び後続する抽出の後に決定することができる。ここでは、好適な有機溶媒に元来可溶であるミクロゲル粒子が、単離後もその内部ネットワーク構造を維持し、固体中で巨視的ネットワークのように挙動する現象を利用する。架橋は、実験的にアクセス可能なゲル画分によって確認される。ゲル画分は、最終的には、溶媒に分子的に溶解することができない分散体からのポリマーの画分である。そしてこの不溶性画分は、分子内架橋粒子又は粒子画分の形態で分散体中に存在するポリマーの画分に対応する(ただし、ポリマー固体の単離後に架橋反応からのゲル画分のさらなる増加が回避されることが条件である)。
水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)中に存在するポリウレタン-ポリウレア粒子は、好ましくは、少なくとも60%、より好ましくは少なくとも70%、特に好ましくは少なくとも80%のゲル画分を有する。従ってゲル画分は、最大で100%、又は約100%、例えば99%又は98%の量であってよい。そしてこのような場合、ポリウレタン-ポリウレアポリマーの全体、又はほぼ全体が、架橋粒子の形態で存在する。具体的な範囲には、60~100%、70~100%、80~100%、80~99%、80~98%、80~95%、80~90%又は85~95%が含まれる。
分散体(b)中に存在するポリウレタン-ポリウレア粒子は、好ましくは、40~1,500nm、より好ましくは50~1,000nm、より好ましくは60~500nm、及びさらにより好ましくは120~300nmの平均粒度を有する。特に好ましい範囲は、70~210nmである。粒度は、25±1℃で光子相関分光法(PCS)によって測定される(測定方法については、実施例の節を参照)。
分散体(b)中に存在するポリウレタン-ポリウレア粒子は、各場合において反応した形態の、少なくとも1つの特定のポリウレタンプレポリマー(PP)及び少なくとも1つの特定のポリアミン(PA)を含む。「反応した形態の或る成分を含む」という用語は、これらの成分が、それぞれのポリマー粒子の調製における出発物質として使用されることを意味する。ポリウレタン-ポリウレア粒子の調製において、成分(PP)及び(PA)を、(PP)のイソシアネート基と(PA)のアミノ基との反応によって互いに反応させ、尿素結合を形成させる。出発物質は反応させたイソシアネート基及びアミノ基以外変化しないままであるので、粒子は2つの成分(PP)及び(PA)を含む。従って、「ポリマーは反応した形態の成分(X)を含む」という表現の意味は、「ポリマーの調製において成分(X)を使用した」という表現の意味と同じである。
ポリウレタン-ポリウレア粒子は、好ましくは2つの成分(PP)及び(PA)からなる。換言すれば、ポリウレタン-ポリウレア粒子はこれら2つの成分のみを用いて調製される。
水性分散体(b)は、特定の3工程の方法により得ることができる。前記方法の第1工程(I)において、特定の組成物(Z)を調製し、これを第2工程(II)において水相に分散させる。方法の工程(III)において、工程(II)で得られた分散体から、少なくとも1つの有機溶媒(OS)を少なくとも部分的に除去する。前記方法の記述において、成分(PP)及び(PA)の好ましい実施態様についても言及する。
第1工程(I)において調製される組成物(Z)は、イソシアネート基を含有し且つブロックされた第1級アミノ基を有する、少なくとも1つ、好ましくは正確に1つの特定の中間体(I1)を含む。
中間体(I1)の調製は、イソシアネート基を含有し且つアニオン基及び/又はアニオン基に変換できる基を含む、少なくとも1つのポリウレタンプレポリマー(PP)と、ポリアミン(PA)に由来する少なくとも1つのポリアミン(PA-a)との反応を伴い、前記ポリアミン(PA-a)は、2つのブロックされた第1級アミノ基及び1つ又は2つの遊離第2級アミノ基を含む。
イソシアネート基を含有し且つアニオン基及び/又はアニオン基に変換できる基を含む、ポリウレタンプレポリマーは、原則として既知である。本発明の目的のために、成分(PP)は、別の成分、特に中間体(I1)を調製するための出発成分として使用されるので、プレポリマーと呼ばれる。
プレポリマー(PP)は、ポリイソシアネートをポリオール、とりわけジオールと反応させすることによって調製され、一般にウレタン及び/又はポリアミンの形成を伴う。プレポリマー(PP)を合成するために好適に使用することができるポリイソシアネート、ポリオール及びポリアミンは、US2018/0002476A1に記載されている。好ましくは、プレポリマー(PP)は、ジオール及びジカルボン酸の生成物である少なくとも1つのポリエステルジオールを用いて調製され、少なくとも1つのポリエステルジオールの調製におけるジカルボン酸の少なくとも50質量%は、少なくとも1つの二量体脂肪酸である。二量体脂肪酸又は二量化脂肪酸は、不飽和脂肪酸を二量化することによって調製される混合物であり、例えば、Radiacid(Oleon社製)又はPripol(Croda社製)の商品名で入手可能である。
プレポリマー(PP)は、アニオン基及び/又はアニオン基に変換できる基、例えば、カルボン酸、スルホン酸及び/又はホスホン酸基、好ましくはカルボン酸基、及び前述の官能基に由来するアニオン基、例えば、とりわけ、カルボキシレート、スルホネート及び/又はホスホネート基、好ましくはカルボキシレート基を含む。このような基の導入は、水中での分散性を増加させることが知られている。存在する中和剤の量に応じて、記載の基は、遊離酸基(例えばカルボン酸)として、又は塩処理された基(例えばカルボキシレート)として存在し得る。しかしながら、記載の基が存在する形態にかかわらず、理解をより容易にするために、本発明において統一した命名法が選択されることが多い。これに関連する区別がある場合、このような区別は、例えば中和度を用いて対応される。
記載の基を導入するために、プレポリマー(PP)の調製に、ウレタン結合を形成できる基、好ましくはヒドロキシル基、及び前述の基、例えばカルボン酸基を含む出発物質を使用することができる。好ましいカルボン酸基を導入するための好適な出発物質は、カルボン酸基含有ポリエーテルポリオール及び/又はポリエステルポリオールである。しかし、プレポリマー(PP)の調製には、少なくとも1つのカルボン酸基及び少なくとも1つのイソシアネート基に対して反応性の官能基、例えばヒドロキシル基を有する低分子量化合物、好ましくはモノマー化合物が好ましく用いられる。用語「低分子量化合物」は、対応する化合物が300g/モル未満の分子量を有することを意味すると理解される。100~200g/モルの範囲が好ましい。
この文脈で好ましい化合物は、2つのヒドロキシル基を含有するモノカルボン酸、例えばジヒドロキシプロピオン酸、ジヒドロキシコハク酸、及びジヒドロキシ安息香酸である。非常に具体的な化合物は、α,α-ジメチロールアルカノン酸、例えば2,2-ジメチロール酢酸、2,2-ジメチロールプロピオン酸、2,2-ジメチロール酪酸、及び2,2-ジメチロールペンタン酸、特に2,2-ジメチロールプロピオン酸である。
好ましい実施態様によれば、ポリウレタンプレポリマー(PP)はカルボン酸基を含む。従ってプレポリマー(PP)は、好ましくは、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、固形分含量に基づいて、10~35mgKOH/g、より好ましくは15~23mgKOH/gの酸価を有する。
プレポリマー(PP)の数平均分子量Mは、広い範囲で変化させてよく、例えば、ベンゾフェノンを較正物質とする蒸気圧浸透圧計10.00を用いて測定して、2,000~20,000g/モル、好ましくは3,500~6,000g/モルの範囲に位置する(上記参照)。
プレポリマー(PP)はイソシアネート基を含有する。好ましくは、プレポリマー(PP)は、DIN EN ISO3251:2008-06、DIN EN ISO11909:2007-05及びDIN EN ISO14896:2009-07に準拠して測定して、固形分含量に基づいて、0.5~6質量%、好ましくは1~5質量%、特に好ましくは1.5~4質量%のイソシアネート含量を有する。
プレポリマー(PP)がイソシアネート基を含有する場合、プレポリマー(PP)のヒドロキシル価は非常に低い。プレポリマーのヒドロキシル価は、R.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して、固形分含量に基づいて、好ましくは15mgKOH/g未満、より好ましくは10mgKOH/g未満、非常に好ましくは5mgKOH/g未満である。
プレポリマー(PP)は、既知で確立された方法によって、バルクで又は溶液中で、好ましくは、有機溶媒、例えばメチルエチルケトン中で、60~120℃の温度で、場合によりポリウレタン調製で典型的な触媒を使用して、出発化合物を反応させることにより、調製してよい。そのような触媒は、当業者にとって既知であり、一例はジブチルスズラウレートである。調製は、好ましくは、以下に後述する有機溶媒(OS)中で行う。なぜなら方法の段階(I)で調製する組成物(Z)中に、この溶媒がどうあろうと存在しなければならないからである。
すでに上で述べたように、プレポリマー(PP)中のアニオン基は、中和剤を用いて部分的に塩処理してもよい。このようにして、プレポリマー(PP)の、それ故中間体(I1)の水分散性を調節することが可能である。
中和剤には、特に、既知の塩基性中和剤、例えば、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩、炭酸水素塩、又は水酸化物、例えばLiOH、NaOH、KOH、又はCa(OH)が含まれる。同様に、中和に好適であり、本発明における使用に好ましいのは、窒素を含有する有機塩基、例えばアミン、例えばアンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルアニリン、トリフェニルアミン、ジメチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、及びこれらの混合物である。
中和剤を用いた、とりわけ窒素含有有機塩基を用いたプレポリマー(PP)の中和は、有機相、とりわけ以下に記載する溶媒(OS)中の、プレポリマー(PP)の調製後に行ってもよい。中和剤は無論、カルボン酸基を含有する開始化合物が中和される場合である、工程(II)の間又は前に添加してよい。プレポリマー(PP)は、好ましくは、その調製後及び中間体(I1)を調製するためのその使用前に、記載のように中和される。
アニオン基に変換できる基の、とりわけカルボン酸基の中和が所望される場合、中和剤は、基の35%~65%の割合が中和される(中和度)ような量で添加してよい。40%~60%の範囲が好ましい(計算方法については、実施例の節を参照)。
ここで記載する中間体(I1)の調製は、上記プレポリマー(PP)と、ポリアミン(PA)に由来する少なくとも1つ、好ましくは正確に1つのポリアミン(PA-a)との反応を伴う。
ポリアミン(PA-a)は、2つのブロックされた第1級アミノ基及び1つ又は2つの遊離第2級アミノ基を含む。ブロックされたアミノ基は、窒素上の水素残留物が、特定の反応条件下で除去することができるブロック剤で置換されているアミノ基である。ブロック後、アミノ基は縮合反応又は付加反応を介して遊離アミノ基のように反応することができず、従ってこの点で非反応性であり、これによって遊離アミノ基からそれらを区別する。ブロックされたアミノ基は、ブロック剤を除去して遊離アミノ基を得た後にのみ反応することができる。従ってこの原理は、ポリマー化学の分野で同様に知られているキャップされた又はブロックされたイソシアネートの原理に類似している。
ポリアミン(PA-a)の第1級アミノ基は、それ自体既知のブロック剤で、例えばケトン及び/又はアルデヒドによって、ブロックされてよい。これらのブロック剤を使用すると、もはや如何なる窒素-水素結合も含有しないケチミン及び/又はアルジミンが得られ、その結果、典型的な縮合反応又はイソシアネート基などのさらなる官能基とのアミノ基の付加反応はもはや不可能である。
この種のブロックされた第1級アミン、例えばケチミンを調製するための反応条件は知られている。このようなブロックは、第1級アミンと、アミンの溶媒として同時に機能する過剰なケトンとの混合物に熱を導入することで実現してよい。この反応中に形成された水は、逆の反応(脱ブロック)が起こるのを防ぐために除去するのが好ましい。ブロックされた第1級アミノ基の脱ブロックのための反応条件は、それ自体既知である。例えば、ブロックされたアミンの水相への添加は、水による濃度圧力が原因で、平衡を遊離アミノ基及び遊離ケトンの側に戻すのに十分である。
以上のことから、本発明において、ブロックされたアミノ基と遊離アミノ基との間には明確な区別がなされている。それにもかかわらず、アミノ基がブロックされているとも遊離しているとも特定されない場合、このアミノ基は遊離アミノ基である。
ポリアミン(PA)の第1級アミノ基をブロックするための好ましい薬剤はケトンである。ケトンの中でも、後述する有機溶媒(OS)としても機能するものが特に好ましい。その理由は、方法の工程(I)により調製した組成物(Z)中には、これらの溶媒(OS)がどうあろうと存在しなければならないからである。ケトンでブロックされた対応する第1級アミンの調製が、過剰のケトン中で特に良好な効果をもたらすことは、既に上記で示した。ブロックのために、そして有機溶媒(OS)としてケトンを使用することによって、ブロック剤の存在がプロセスの後の工程において望ましくない場合には、このブロック剤の高価で不便な除去の必要がない。代わりに、ブロックされたアミンの溶液を直接使用して中間体(I1)を調製することができる。好ましいブロック剤及び有機溶媒(OS)は、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソプロピルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノンであり、特に好ましい薬剤は、ケトン、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトンである。
ケトン及び/又はアルデヒド、とりわけケトンによる好ましいブロック、及びそれに伴うケチミン及び/又はアルジミンの調製は、第1級アミノ基が選択的にブロックされるという利点がある。存在する第2級アミノ基はブロックされないので、遊離のままである。その結果、2つのブロックされた第1級アミノ基とは別に1つ又は2つの遊離第2級アミノ基も含有するポリアミン(PA-a)を、ケトン及び/又はアルデヒドをブロック剤として使用することにより、1つ又は2つの第2級アミノ基及び2つの第1級アミノ基を有するポリアミン(PA)から容易に調製することができる。
最終的に適しているのは、それ自体既知であり、2つの第1級アミノ基及び1つ又は2つの第2級アミノ基を有する、あらゆる脂肪族、芳香族、又は芳香脂肪族(脂肪族と芳香族の混合)ポリアミン(PA)である。これは、記載のアミノ基だけでなく、任意の脂肪族、芳香族、又は芳香脂肪族の基それ自体が存在してもよいことを意味する。例えば、第2級アミノ基の末端基として位置する1価の基、又は2つのアミノ基の間に位置する2価の基などが可能である。本発明における脂肪族とは、芳香族ではないあらゆる有機基を指す残基である。例えば、記載のアミノ基と同様に存在する基は、脂肪族炭化水素基、換言すれば、炭素及び水素のみからなり、芳香族ではない基であってよい。これらの脂肪族炭化水素基は、直鎖、分岐、又は環状であってよく、そして飽和であっても不飽和であってもよい。これらの基は無論、環状の部位及び直鎖状又は分岐状の部位の両方を含んでもよい。脂肪族基が、ヘテロ原子を、とりわけエーテル基、エステル基、アミド基及び/又はウレタン基などの架橋基の形態で含有することも可能である。可能な芳香族基も同様に知られており、これ以上の説明は不要である。
ポリアミン(PA-a)は、好ましくは、2つのブロックされた第1級アミノ基、及び1つ又は2つの遊離第2級アミノ基を有する。好ましくは、合計で、ポリアミン(PA-a)は、3つ又は4つのアミノ基を有し、これらの基は、ブロックされた第1級アミノ基からなる群及び遊離第2級アミノ基からなる群から選択される。特に好ましいポリアミン(PA-a)は、2つのブロックされた第1級アミノ基、1つ又は2つの遊離第2級アミノ基、及び脂肪族飽和炭化水素基からなるものである。同様の好ましい実施態様は、1つ又は2つの第2級アミノ基、2つの第1級アミノ基及び脂肪族飽和炭化水素基からなるポリアミン(PA)にも適用される。
第1級アミノ基のブロックによってポリアミン(PA-a)が調製される好ましいポリアミン(PA)の例は、(a)ブロックのための1つの第2級アミノ基及び2つの第1級アミノ基を含むポリアミン(PA)、例えばジエチレントリアミン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルアミン、ジプロピレン-トリアミン、N1-(2-(4-(2-アミノエチル)ピペラジン-1-イル)エチル)エタン-1,2-ジアミン、(b)ブロックのための2つの第2級アミノ基及び2つの第1級アミノ基を含むポリアミン(PA)、例えばトリエチレンテトラミン、及びN,N’-ビス(3-アミノプロピル)エチレンジアミン、及び(c)それらの混合物が挙げられる。
純粋な技術的合成に関連する理由から、ポリアミン(PA)の第1級アミノ基のブロックは必ずしも定量的ではなく、つまりポリアミン(PA)の全ての利用可能な第1級アミノ基がブロック剤によって完全にブロックされるわけではない。本発明において、使用されるポリアミン(PA)の量に存在する第1級アミノ基が95モル%を超えてブロックされる場合(IR分光法で決定可能、実施例の節を参照)、ポリアミン(PA-a)は第1級アミノ基をブロックしており、これはつまり、ブロックに使用されるポリアミン(PA)の合計量の大部分が、実際にはブロックされた第1級アミノ基のみ、具体的には正確に2つのブロックされた第1級アミノ基を含有することを意味する。
中間体(I1)の調製は、プレポリマー(PP)のイソシアネート基とポリアミン(PA-a)の遊離第2級アミノ基との反応を伴い、第1級アミノ基を脱ブロックすることなく尿素結合を形成する。従って、遊離又はブロックされた第2級アミノ基又は遊離アミノ基又はブロックされた第1級アミノ基を有する他のアミン、又は第1級アミノ基の脱ブロックをもたらす反応条件は、中間体(I1)の製造に使用されないことは容易に明らかである。中間体(I1)は、既知の確立された技術により、バルク又は溶液中で、好ましくは(PP)及び(PA-a)の官能基に対して非反応性である有機溶媒中で(PP)と(PA-a)とを反応させることにより、調製することができる。溶媒としては、少なくとも比例的に、後述するように有機溶媒(OS)、特にメチルエチルケトンを用いることが好ましい。なぜならこの溶媒は、方法の工程(I)で調製した組成物(Z)中にどうあろうと存在しなければならないからである。溶媒(OS)中のプレポリマー(PP)の溶液を、溶媒(OS)中のポリアミン(PA-a)の溶液と混合して中間体(I1)を調製することが好ましい。
無論、このようにして調製された中間体(I1)は、調製中又は調製後に、既に上で記載した中和剤を用いて、プレポリマー(PP)について上述したのと同様に中和してもよい。それにもかかわらず、プレポリマー(PP)は、中間体(I1)を調製するために使用する前に、上記のようにして中和されることが好ましい。従って、このような場合には、プレポリマー(PP)の中和度を中間体(I1)の中和度と等しくすることができる。従って、方法において中和剤のさらなる添加が全くない場合、最終的に調製された水性分散体(b)中に存在するポリマーの中和度も、プレポリマー(PP)の中和度と等しくすることもできる。
従って、中間体(I1)は、ブロックされた第1級アミノ基及びイソシアネート基を含有する。よって(PP)と(PA-a)の反応では、これらの成分の比率を、生成物、すなわち中間体(I1)がイソシアネート基を含有するように選択しなければならない。(PA-a)の遊離第2級アミノ基のみが(PP)のイソシアネート基と反応するので、(PP)からのイソシアネート基の(PA-a)の遊離第2級アミノ基に対するモル比は、1より大きくなければならない。イソシアネート基、遊離第2級アミノ基、及びブロックされた第1級アミノ基のモル量(n)は、この好ましい実施態様において、以下の条件を満たす:[n((PP)からのイソシアネート基)-n(((PA-a)からの遊離第2級アミノ基)]/n((PA-a)からのブロックされた第1級アミノ基)=1.2/1~4/1、好ましくは1.5/1~3/1、非常に好ましくは1.8/1~2.2/1、さらにより好ましくは2/1。
この好ましい実施態様において、(PP)のイソシアネート基と(PA-a)の遊離第2級アミノ基との反応によって形成される中間体(I1)は、ブロックされた第1級アミノ基に関して過剰のイソシアネート基を有する。この過剰は、(PP)のイソシアネート基の(PA-a)の遊離第2級アミノ基及びブロックされた第1級アミノ基の合計量に対するモル比を、(I1)の調製及び遊離第2級アミノ基との反応による対応するイソシアネート基の消費の後でさえ、対応する過剰のイソシアネート基が残るのに十分な大きさに選択することによって、最終的に達成される。例えば、ポリアミン(PA-a)が1つの遊離第2級アミノ基及び2つのブロックされた第1級アミノ基を有する場合、特に好ましい実施態様における(PP)のイソシアネート基のポリアミン(PA-a)に対するモル比は5/1に設定される。すると、遊離第2級アミノ基との反応における1つのイソシアネート基の消費は、上記の条件に関して4/2(又は2/1)が実現されることを意味する。
中間体(I1)の画分は、各場合において組成物(Z)の合計量に基づいて、15~65質量%、好ましくは25~60質量%、より好ましくは30~55質量%、非常に好ましくは35~52.5質量%、そして、1つの非常に特定の実施態様においては40~50質量%である。中間体(I1)の画分は、組成物(Z)の固形分含量に対応するが、これは、この組成物は中間体(I1)及び有機溶媒のみを含有するからである(固形分含量の決定については実施例の節を参照)。
組成物(Z)は、少なくとも1つの特定の有機溶媒(OS)をさらに含む。
溶媒(OS)は、20℃の温度で38質量%以下の水への溶解度を有する(測定方法については、実施例の節を参照)。20℃の温度における水への溶解度は、好ましくは30質量%未満である。好ましい範囲は、1~30質量%である。よって溶媒(OS)は、かなり穏やかな水への溶解性を有し、特に、水と完全には混和せず、又は水に対する無限の溶解性を有しない。溶媒は、分離を生じることなく水と任意の割合で混合することができる場合、水と完全に混和性である。
溶媒(OS)の例は、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、トルエン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレンカーボネート、シクロヘキサノン、又はこれらの溶媒の混合物である。水への溶解度が20℃で24質量%であるメチルエチルケトンが好ましい。対照的に、アセトン、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、N-ホルミルモルホリン、ジメチルホルムアミド又はジメチルスルホキシドは、特許請求する水への溶解性を有していないので、溶媒(OS)としては不適当である。
水への溶解性が限定された特定の溶媒(OS)を選択することの特別な効果は、組成物(Z)を方法の工程(II)で水相に分散させると、均質な溶液が形成されないことである。存在する分散体が、工程(II)における架橋反応(中間体(I1)の遊離第1級アミノ基及びイソシアネート基の付加反応)を限定された体積で行うことを可能にし、それによって最終的に上記のように定義される微粒子の形成をもたらすと仮定される。
上述の水溶性とは別に、好ましい溶媒(OS)は、120℃以下、より好ましくは90℃以下の沸点を(1.013バールで)有する。これは、方法の工程(III)において、方法の工程(II)で導入された大量の水を同時に除去することなく、工程(II)で調製された分散体から蒸留によって少なくとも1つの有機溶媒(OS)を少なくとも部分的に除去することができるという利点がある。従って、分散体(b)の水性の性質を保持するために、手間のかかる水の再添加を行う必要はない。
少なくとも1つの有機溶媒(OS)の画分は、各場合において組成物(Z)の合計量に基づいて、35~85質量%、好ましくは40~75質量%、より好ましくは45~70質量%、特に好ましくは47.5~65質量%、そして、1つの非常に特定の実施態様においては、50~60質量%である。
組成物(Z)中における、特定量の中間体(I1)及び特定の溶媒(OS)の選択の組み合わせにより、特許請求する粒度及びゲル画分を有するポリウレタンポリウレア粒子を含むポリウレタン-ポリウレア分散液を提供することが可能である。
記載の成分(I1)及び(OS)は、組成物(Z)の少なくとも90質量%を合計で構成することが好ましい。好ましくは、2つの成分は、組成物(Z)の少なくとも95質量%、とりわけ少なくとも97.5質量%を構成する。非常に特に好ましくは、組成物(Z)はこれらの2つの成分からなる。この文脈において、上記のような中和剤を用いる場合には、中間体(I1)の量を算出する際に、これらの中和剤は中間体に帰することに留意されたい。
組成物(Z)が、成分(I1)及び(OS)に加えて他の成分を含む場合、これら他の成分は、好ましくは単に有機溶媒である。従って、組成物(Z)の固形分含量は、好ましくは、組成物(Z)における中間体(I1)の画分に対応する。従って組成物(Z)は、好ましくは、組成物(Z)の合計量に基づいて、15~65質量%、好ましくは25~60質量%、より好ましくは30~55質量%、非常に好ましくは35~52.5質量%の固形分含量を有し、そして1つの特に好ましい実施態様では、40~50質量%の固形分含量を有する。従って特に好ましい組成物(Z)は、合計で少なくとも90質量%の成分(I1)及び(OS)を含有し、中間体(I1)以外は、有機溶媒のみを含む。
組成物(Z)の利点は、環境に優しくなく且つ健康に有害な有機溶媒、例えばN-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン、及びN-エチル-2-ピロリドンを使用せずに調製できることである。よって好ましくは、組成物(Z)は、10質量%未満、好ましくは5質量%未満、より好ましくは2.5質量%未満、非常に好ましくは0質量%未満の、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン、及びN-エチル-2-ピロリドンからなる群から選択される有機溶媒を含有する。
方法の第2の工程(II)において、組成物(Z)を水相に分散させる。この分散によって、中間体(I1)のブロックされた第1級アミノ基が脱ブロックし、遊離第1級アミノ基が形成される。次いで得られた遊離第1級アミノ基は、中間体(I1)にも存在するイソシアネート基と、尿素結合の形成を伴う付加反応によって反応する。イソシアネート基とブロックされていない第1級アミノ基との上記の反応の他に、中間体(I1)のこれらのイソシアネート基は、二酸化炭素の脱離を伴って水とも反応して遊離第1級アミノ基を形成することができ、次いでこのアミノ基は、依然として存在するイソシアネート基と反応することができる。これらの反応と変換は、互いに平行して進行する。分子間及び分子内反応又は架橋の結果として、所定の平均粒度及び架橋度又はゲル画分を有するポリウレタン-ポリウレア粒子を含む分散体が形成される。
好ましくは、例えば調製後に20~25℃の温度又は30~60℃の上昇した温度を有する組成物(Z)を、水相中に撹拌して分散体を生成する。好ましくは、水相は室温を有する。分散は純水(脱イオン水)中で行ってよく、つまり水相は好ましくは水のみからなる。水の他に、水相は、乳化剤及び保護コロイドなどの典型的な助剤も含んでよい。好適な乳化剤及び保護コロイドを集めたものは、例えば、Houben Weyl,Methoden der organischen Chemie,volume XIV/1 Makromolekulare Stoffe,Georg Thieme Verlag,Stuttgart 1961年、第411頁以降に見出すことができる。
方法の工程(II)において、得られる分散体が、1より大きい、好ましくは1.05~2/1、特に好ましくは1.1~1.5/1の水対有機溶媒の質量比を有するように、有機溶媒及び水の質量比が選択されると有利である。
方法の工程(III)において、少なくとも1つの有機溶媒(OS)を、工程(II)で得られた分散体から少なくとも部分的に除去する。無論、方法の工程(III)は、例えば組成物(Z)中の他の溶媒の除去も、必然的に伴い得る。少なくとも1つの有機溶媒(OS)及び任意のさらなる有機溶媒の除去は、既知の任意の方法、例えば、室温に対してわずかに上昇した温度、例えば30~60℃での真空蒸留によって達成することができる。従って得られるポリウレタン-ポリウレア分散体(b)は、水性である(「水性」の基本的な定義については、前記を参照)。
固形分含量に基づいて、分散体(b)中に存在するポリウレタン-ポリウレア粒子は、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、10~35mgKOH/g、とりわけ15~23mgKOH/gの酸価を有することが好ましい。
分散体(b)中に存在するポリウレタン-ポリウレア粒子は、ヒドロキシル基をほとんど又は全く有しないことが好ましい。粒子のOH価は、固形分含量に基づいて、R.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して、好ましくは15mgKOH/g未満、より好ましくは10mgKOH/g未満、非常に好ましくはなお5mgKOH/g未満である。
分散体(b)中のポリウレタン-ポリウレア粒子の画分は、各場合において分散体の合計量に基づいて、好ましくは25~55質量%、好ましくは30~50質量%、より好ましくは35~45質量%である(固形分含量を介して決定)。
分散体(b)中の水の画分は、各場合において分散体の合計量に基づいて、好ましくは45~75質量%、好ましくは50~70質量%、より好ましくは55~65質量%である。
分散体(b)が、少なくとも90質量%、好ましくは少なくとも92.5質量%、非常に好ましくは少なくとも95質量%、そしてより好ましくは少なくとも97.5質量%程度まで、ポリウレタン-ポリウレア粒子及び水(関連する数字は、粒子の量(すなわち、固形分含量によって決定されるポリマーの量)と水の量を合計して得られる)からなることが必須である。さらなる成分、特に有機溶媒などのこの低い画分にもかかわらず、分散体(b)は非常に保存安定性がある。
ポリマー以外の分散体(b)は、水及び有機溶媒のみ、例えば、方法の工程(III)で完全に除去されない残留画分を含むことが、さらにより好ましい。従って分散体(PD)の固形分含量は、分散体(b)の合計量に基づいて、好ましくは25~55質量%、好ましくは30~50質量%、より好ましくは35~45質量%であり、そしてなおより好ましくは、分散体中の粒子の画分に等しい。
分散体(b)の利点は、環境に優しくなく且つ健康に有害な有機溶媒、例えばN-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン、及びN-エチル-2-ピロリドンを使用せずに調製できることである。よって分散体(b)は、好ましくは7.5質量%未満、好ましくは5質量%未満、より好ましくは2.5質量%未満、非常に好ましくは0質量%未満の、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン、及びN-エチル-2-ピロリドンからなる群から選択される有機溶媒を含有する。
本発明の好ましい実施態様によれば、水性コーティング組成物は、少なくとも1つの水性分散体(b)を特定量で含む。好ましくは、水性コーティング組成物は、少なくとも1つの水性分散体(b)を、各場合において水性コーティング組成物の合計量に基づいて、10~55質量%、より好ましくは15~45質量%、非常に好ましくは20~35質量%の合計量で含む。記載の量の水性分散体(b)の使用は、良好な光学特性、とりわけ良好なピンホール挙動及び良好な耐流れ安定性、及び良好な機械的特性、例えば高い付着性及び/又は耐ストーンチップ性をもたらす。
水性コーティング組成物が、少なくとも1つのコア/シェル型粒子の水性分散体(a)、及び少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)を、特定の質量比で含む場合がさらに好ましい。従って、水性コーティング組成物は、好ましくは、少なくとも1つのコア/シェル型粒子の水性分散体(a)の、少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)に対する質量比を、各場合において分散体の固形分含量に基づいて、2:1~1:15、非常に好ましくは1:1.2~1:10で含む。分散体(a)及び(b)のこの質量比の使用は、良好な光学的及び機械的特性をもたらすが、水性コーティング組成物の高い貯蔵安定性ももたらす。
本発明の水性コーティング組成物の固形分含量は、手元の事例の要件に従って変化させてよい。固形分含量は、主に施与、とりわけスプレー塗布に必要な粘度に導かれる。特定の利点は、本発明の水性コーティング組成物が、比較的高い固形分含量を有するにもかかわらず、適切な施与を可能にする粘度を有することである。本発明の水性コーティング組成物の固形分含量は、コーティング組成物の合計量に基づいて、DIN EN ISO3251:2008-06に準拠して測定して、好ましくは5~80質量%、より好ましくは10~75質量%、非常に好ましくは15~65質量%である。
本発明の好ましい水性コーティング組成物は、記載の固形分含量において、23℃で1000 1/sの剪断速度で、40~150mPas、とりわけ70~85mPasの粘度を有する(測定方法の詳細については、実施例の節を参照)。本発明の目的のために、記載の剪断速度下におけるこの範囲内の粘度は、スプレー粘度(実用的な粘度(working viscosity))と呼ばれる。既知であるように、コーティング材料は、スプレー粘度で施与され、これはつまり、その時に存在する条件下(高剪断荷重)で、それらが効果的な施与を可能にする粘度を有することを意味する。このことは、水性コーティング組成物をスプレー法によって施与することを可能にし、被覆対象の基材上に完全で均一なコーティングフィルムを形成することを確実にするために、スプレー粘度の設定が重要であることを意味する。特定の利点は、スプレー粘度に調節された本発明の水性コーティング組成物でさえ、高い固形分含量を有することである。
水性コーティング組成物のさらなる成分:
本発明の水性コーティング組成物は、記載の分散体(a)及び(b)以外のさらなる成分を含有することができる。
本発明の水性コーティング組成物は、好ましくは、既知の少なくとも1つの典型的な架橋剤をさらに含む。本発明の水性コーティング組成物は、好ましくは、架橋剤として、ポリカルボジイミド、アミノプラスト樹脂、ポリイソシアネート、ブロックされたポリイソシアネート及びこれらの混合物、特にポリカルボジイミドを含む。親水性カルボジイミドがポリカルボジイミドとして好ましい。親水性ポリカルボジイミドの例には、1分子当たり少なくとも2つのイソシアネート基を有するポリカルボジイミド化合物と、分子末端にヒドロキシル基を有するポリオールとを、NCO/OHモル比が1よりも大きいような割合で反応させ、次いで得られた反応生成物と、活性水素原子及び親水性部分を有する親水化剤とを反応させることによって得られる化合物が含まれる。
本発明において、硬化剤としてポリカルボジイミド化合物を用いる場合、水ベースのコーティング組成物中のNCN/COOHモル比は、好ましくは0.5~2、より好ましくは0.8~1.5である。これらの比は、良好なフィルム外観及び被覆対象の基材又は下にあるフィルム層への付着性をもたらす。
この点に関して、架橋剤、とりわけポリカルボジイミドの割合は、各場合において本発明の水性コーティング組成物の合計質量に基づいて、好ましくは0.5~20質量%、より好ましくは3~15質量%、非常に好ましくは6~11質量%の範囲である。
記載の架橋剤は、本発明の水性コーティング組成物が、多層コーティングを製造するための3C1Bプロセスにおいて第1のベースコートコーティング組成物(CP1組成物とも呼ばれる)として使用される場合、存在することが好ましい。
本発明の水性コーティング組成物が、多層コーティングを製造するための3C1Bプロセスにおいて第2のベースコート組成物(CP2組成物とも呼ばれる)として使用される場合、水性コーティング組成物は、好ましくは架橋剤を含有せず、このことは、この組成物が、水性コーティング組成物の合計量に基づいて0質量%の合計量の架橋剤を含むことを意味する。
本発明の水性コーティング組成物は、好ましくは、上記の分散体(a)及び(b)とは異なる硬化性バインダーをさらに含む。本発明における、及びDIN EN ISO4618に準拠する「バインダー」とは、顔料及びフィラーを含まないコーティング組成物の不揮発性成分である。しかしながら、以下では、この表現は、場合により熱硬化性であってもよい特定の物理的に硬化可能なポリマー、例えば、上述のポリマーのポリウレタン、ポリエステル、ポリアクリレート及び/又はコポリマーに関して主に使用される。本発明におけるコポリマーは、異なるポリマーから形成されたポリマー粒子を指す。これには、互いに共有結合しているポリマーと、異なるポリマーが付着によって互いに結合しているポリマーの両方とが明示的に含まれる。この定義では、2種類の結合の組み合わせも対象とする。
本発明において、「物理的硬化」という用語は、ポリマー溶液又はポリマー分散体からの溶媒の蒸発によるフィルムの形成を意味する。典型的には、この硬化に架橋剤は必要ない。
本発明において、「熱硬化」という用語は、コーティングフィルムの熱開始架橋を意味し、これは自己架橋性バインダー又は別個の架橋剤とバインダー(外部架橋)との組み合わせのいずれかを使用する。架橋剤は、バインダー中に存在する反応性官能基に相補的な反応性官能基を含むので、バインダー及び架橋剤の反応の際に肉眼的に架橋されたコーティングフィルムが形成される。
本発明のコーティング組成物中に存在するバインダー成分は、常に少なくともある割合の物理的硬化を示す。従って、コーティング組成物が熱硬化性であるバインダー成分を含むと言われている場合、これは無論、硬化を除外せず、また或る割合の物理的硬化も含む。
本発明の水性コーティング組成物は、好ましくは、分散体(a)及び(b)中に存在するポリマーとは異なる少なくとも1つのバインダー、とりわけポリウレタン、ポリエステル、ポリアクリレート、これらのポリマーのコポリマー及びこれらのポリマーの混合物、とりわけポリアクリレート及び/又はポリウレタンポリアクリレートからなる群から選択される少なくとも1つのバインダーをさらに含む。好ましいポリエステルは、例えば、DE4009858A1の第6列第53行目~第7列第61行目及び第10列第24行目~第13列第3行目に記載されている。好ましいポリウレタン-ポリアクリレートコポリマー(アクリレート化ポリウレタン)及びこれらの調製は、例えば、WO91/15528A1、第3頁、第21行目~第20頁、第33行目、DE4437535A1、第2頁、第27行目~第6頁、第22行目及びEP0649865A1に記載されている。好ましいポリアクリレートは、例えば、各場合においてモノマーの合計量に基づいて、少なくとも50質量%のメチルメタクリレート、少なくとも10質量%のブチルアクリレート及び5質量%以下のブチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメチクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート及びメタクリル酸の混合物のラジカル乳化重合によって得ることができる。バインダーはヒドロキシ官能性であってよく、好ましくは20~200mgKOH/g、より好ましくは40~150mgKOH/gの範囲のOH価を有する。本発明の水性コーティング組成物は、より好ましくは、少なくとも1つのヒドロキシ官能性ポリウレタン-ポリアクリレートコポリマー、少なくとも1つのヒドロキシ官能性ポリアクリレート及び少なくとも1つの酸官能性ポリウレタン-ポリアクリレートコポリマーを含む。
バインダーとしてのさらなるポリマーの割合(各場合においてバインダー固形物に基づく)は、広く変動してよく、各場合において本発明の水性コーティング組成物の合計質量に基づいて、好ましくは0.5~40質量%、より好ましくは1~30質量%、非常に好ましくは1.5~20質量%の範囲にある。
本発明の水性コーティング組成物は、好ましくは顔料入りの水性コーティング組成物である。従って、コーティング組成物が、着色顔料、効果顔料及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの顔料をさらに含む場合が好ましい。このような着色顔料及び効果顔料は当業者にとって既知であり、例えば、Roempp-Lexikon Lacke and Druckfarben,Georg Thieme Verlag,Stuttgart,New York、1998年、第176頁及び第451頁に記載されている。「着色顔料(coloring pigment)」及び「色顔料(color pigment)」という用語は、「視覚効果顔料」及び「効果顔料」という用語とちょうど同じ様に交換可能である。
有用な効果顔料は、例えば、ラメラアルミニウム顔料、ゴールドブロンズ、酸化ブロンズ及び/又は酸化鉄-アルミニウム顔料のような血小板形金属効果顔料、パールエッセンスのような真珠光沢顔料、塩基性炭酸鉛、ビスマスオキシドクロライド及び/又は金属酸化雲母顔料、及び/又は他の効果顔料、例えば血小板形グラファイト、血小板形酸化鉄、PVDフィルム及び/又は液晶ポリマー顔料から構成される多層効果顔料である。特に好ましいのは、血小板形金属効果顔料、とりわけ板状アルミニウム顔料である。
典型的な色顔料には、無機色顔料、例えば二酸化チタン、白亜鉛、硫化亜鉛又はリソポンなどの白色顔料、カーボンブラック、鉄マンガンブラック又はスピネルブラックなどの黒色顔料、酸化クロム、酸化クロム水和物グリーン、コバルトグリーン又はウルトラマリングリーン、コバルトブルー、ウルトラマリンブルー又はマンガンブルー、ウルトラマリンバイオレット又はコバルトバイオレット及びマンガンバイオレット、赤酸化鉄、スルホセレン化カドミウム、モリブデートレッド又はウルトラマリンレッドなどの有彩色顔料、褐色酸化鉄、混合褐色、スピネル相及びコランダム相又はクロムオレンジ、又は黄色酸化鉄、ニッケルチタンイエロー、クロムチタンイエロー、硫化カドミウム、硫化カドミウム亜鉛、クロムイエロー又はビスマスバナデート及びこれらの混合物が含まれる。さらに、典型的な色顔料には、有機色顔料、例えばモノアゾ顔料、ジアゾ顔料、アントラキノン顔料、チナクリドン顔料、チノフタロン顔料、ジケトピロロピロール顔料、ジオキサジン顔料、インダンスロン顔料、イソインドリノン顔料、金属錯体顔料、ペリノン顔料、ペリレン顔料、フタロシアニン顔料、アニリンブラックアゾメチン顔料及びこれらの混合物なども含まれる。
少なくとも1つの顔料の画分は、好ましくは、各場合において水性コーティング組成物の合計質量に基づいて、1~30質量%、より好ましくは1.5~20質量%、非常に好ましくは2~15質量%の合計量で存在する。
好ましくは、本発明のコーティング組成物は、フィロシリケート、(メタ)アクリル酸-(メタ)アクリレートコポリマー、疎水性ポリウレタン、エトキシル化ポリウレタン、ポリアミド及びこれらの混合物からなる群から選択される、少なくとも1つの増粘剤をさらに含む。
好適な増粘剤は、リチウムアルミニウムマグネシウムシリケートなどフィロシリケートの群からの無機増粘剤である。それにもかかわらず、そのような無機増粘剤の一次使用又は主要な使用によってレオロジー特性のプロファイルが決定されるコーティング組成物は、重要な性能特性に負の影響を及ぼすことなく、明らかに低い固形分含量(例えば20%未満)でのみ処方できることが知られている。本発明の水性コーティング組成物の特定の利点は、増粘剤として使用されるそのような無機フィロシリケートなしで又は大量の画分なしで、配合できることである。よって増粘剤として使用される無機フィロシリケートの画分は、水性コーティング組成物の合計質量に基づいて、好ましくは0.5質量%未満、より好ましくは0.25質量%未満、そして非常に好ましくは0.05質量%未満である。非常に特に好ましくは、水性コーティング組成物はそのような無機フィロシリケート増粘剤を0質量%含有する、これはつまりそのような増粘剤を全く含まないことを意味する。
代わりに、水性コーティング組成物は、好ましくは、少なくとも1つの有機増粘剤、例えば(メタ)アクリル酸-(メタ)アクリレートコポリマー増粘剤、ポリウレタン増粘剤又はポリアミド増粘剤を含む。会合性ポリウレタン増粘剤などの会合性増粘剤が好ましくは用いられる。会合性増粘剤は、鎖末端又は側鎖に強い疎水性基を有する、及び/又は親水性鎖がその骨格に疎水性ブロック又はモノマーを含む、水溶性ポリマーである。結果として、これらのポリマーは界面活性特性を有し、水相中でミセルを形成することができる。界面活性剤と同様に、親水性領域は水相中に残り、一方、疎水性領域はポリマー分散体の粒子中に入り、顔料及び/又はフィラーのような他の固体粒子の表面に吸着し、及び/又は水相中でミセルを形成する。この種の増粘剤は、例えばAdekanol(株式会社ADEKAから)という商品名で市販されている。ポリアミド増粘剤は、商品名Disparlonとして市販されている(楠本化成株式会社製)。
少なくとも1つの増粘剤の割合は、好ましくは、各場合において水性コーティング組成物の合計質量に基づいて、0.01~2質量%、より好ましくは0.05~1質量%、非常に好ましくは0.1~0.6質量%の合計量で存在する。
さらに、本発明の水性コーティング組成物は、少なくとも1つの補助剤をさらに含む。そのような補助剤の例は、残留物を伴わないか、又は残留物を実質的に伴わない、熱分解性である塩、物理的に、熱的に及び/又は化学線により硬化でき、バインダーとして既に記載されたポリマーとは異なる、バインダーとしてのポリマー、さらなる架橋剤、有機溶媒、酸又は塩基、反応性希釈剤、透明顔料、フィラー、分子が分散的に溶解する染料、ナノ粒子、光安定剤、抗酸化剤、脱気剤、乳化剤、スリップ添加剤、重合抑制剤、ラジカル重合の開始剤、付着促進剤、流動制御剤、フィルム形成助剤、垂れ抑制剤(SCA)、難燃剤、腐食防止剤、ワックス、乾燥剤、殺生物剤、及びつや消し剤である。そのような補助剤は、慣例的且つ既知の量で使用される。
本発明の方法
本発明の水性コーティング組成物は、3C1Bプロセスにおいて多層コーティングを調製するためのベースコート組成物として使用することができる。
本発明の方法では、以下の工程:
(1) 第1の水性コーティング材料(X)を、基材(S)上に直接コーティングし、未硬化の第1のコーティングフィルム(x)を形成する工程、
(2) 第2の水性コーティング材料(Y)を、工程(1)の後に得られた未硬化の第1のコーティングフィルム上に直接コーティングし、未硬化の第2のコーティングフィルム(y)を形成する工程、
(3) クリアコーティング材料(Z)を、工程(2)の後に得られた未硬化の第2のコーティングフィルム上に直接コーティングし、クリアコーティングフィルム(z)を形成する工程、及びその後の、
(4) 工程(1)~(3)の後に得られたこれら3つのコーティングフィルムを同時に硬化させる工程、
によって、基材(S)上に多層コーティングを作り上げ、
第1の水性コーティング材料(X)及び/又は第2の水性コーティング材料(Y)は、前述の本発明の水性コーティング組成物から選択される。
基材(S)は、好ましくは、金属基材、硬化した電着被覆で被覆された金属基材、プラスチック基材及び金属成分とプラスチック成分とを含む基材から選択され、特に好ましくは、硬化した電着被覆で被覆された金属基材から選択される。
この点で、好ましい金属基材(S)は、鉄、アルミニウム、銅、亜鉛、マグネシウム及びこれらの合金、及び鋼から選択される。好ましい基材は鉄及び鋼のものであり、例として自動車産業分野で使用される鉄及び鋼の基材が挙げられる。基材自体は如何なる形状、例えば、単純な金属パネル、又は自動車のボディ及びその部品などの複雑な構成要素でよい。
好ましいプラスチック基材(S)は基本的に、(i)ポリカーボネート、ポリアミド、ポリスチレン、スチレンコポリマー、ポリエステル、ポリフェニレンオキシド及びこれらのプラスチックのブレンドなどの極性プラスチック、(ii)ポリウレタンRIM、SMC、BMCなどの合成樹脂、及び(iii)PP-EPDMなどのゴム含量の高いポリエチレン及びポリプロピレン型のポリオレフィン基材、及び表面活性化ポリオレフィン基材を含むか又はこれらからなる基材である。プラスチックはさらに、特に炭素及び/又は金属繊維を用いて繊維強化されてよい。
好ましい基材は、電着被覆材料を基材に電気泳動的に施与し、続いて電着被覆材料を硬化させて金属基材上に硬化した電着被覆を生成することによって被覆される金属基材である。好適な電着被覆材料及びこれらの硬化は、例えば、WO2017/088988A1に記載されている。硬化した電着被覆の膜厚は、例えば、10~40マイクロメートル、好ましくは15~25マイクロメートルである。
基材(S)は、本発明の方法の工程(1)の前に、又は電着被覆材料を施与する前に、任意の従来の方法で前処理してよく、つまり、既知の変換コーティングで洗浄及び/又は既知の変換コーティングを提供する。洗浄は、例えばワイピング、サンディング、及び/又は研磨によって機械的に、及び/又は例えば塩酸又は硫酸による、酸浴又はアルカリ浴における初期エッチングによる酸洗法で化学的に実現してもよい。有機溶媒又は水性洗浄剤を用いた洗浄も無論可能である。同様に前処理は、変換コーティングの施与によって、とりわけリン酸塩処理及び/又はクロメート処理、好ましくはリン酸塩処理によって、行われてもよい。いずれにせよ、金属基材は好ましくは変換コーティングされ、とりわけリン酸塩処理され、好ましくはリン酸亜鉛被覆が提供される。
工程(1):
本発明の方法の工程(1)では、第1の水性コーティング材料(X)を基材(S)に直接施与して、未硬化の第1のコーティングフィルム(x)を製造する。第1の水性コーティング材料(X)は、静電スプレー塗布(ESTA)により施与することができる。基材(S)上にコーティング材料(X)を直接施与すると、コーティングフィルム(x)と基材(S)とが直接接触する。よって、コーティングフィルム(x)と基材(S)との間に他の被覆は配置されない。
好ましい実施態様では、本発明の方法の工程(1)における第1の水性コーティング材料(X)の施与後に、予備乾燥又は硬化は行わない。その代わりに、工程(2)で第2の水性コーティング材料(Y)を施与する前に、基材(S)上に直接施与された第1の水性コーティング材料(X)を好ましくはフラッシュオフする。
「フラッシング」又は「フラッシュオフ」とは、コーティング材料(X)からの有機溶媒及び/又は水の受動的又は能動的蒸発として理解され、好ましくは15~35℃で持続期間は0.5~30分間である。従ってフラッシング相の後、コーティングフィルム(x)は、施与されたコーティング材料(X)と比較して、より少ない水及び/又は溶媒を含むが、まだ使用可能な状態ではない。これはもはや流動性はないが、まだ柔らかく及び/又は粘着性であり、部分的にしか乾燥していない。特に、以下に後述するように、コーティングフィルム(x)は未だ硬化していない。
対照的に、予備乾燥は、コーティング材料(X)からの有機溶媒及び/又は水の受動的又は能動的蒸発として理解され、フラッシングに使用されるよりも高い温度、例えば、40~90℃で持続期間は1~60分である。予備乾燥の間、施与されたコーティング材料(X)は、有機溶媒及び/又は水の画分を失う。よってフラッシングと比較して、予備乾燥はより高い温度で進行し、これは、施与されたコーティング材料(X)から出る有機溶媒及び/又は水の画分がより高いことを意味する。しかし、予備乾燥を行っても、コーティングフィルムはまだ使用可能な状態ではなく、すなわち後述するように、硬化したコーティングフィルムではない。
よってコーティングフィルムの硬化は、そのようなフィルムを使用可能な状態に変換すること、すなわち、当該コーティングフィルムを備えた基材を、その意図された方法で輸送、保管、及び使用することができる状態に変換することであると理解される。従って硬化したコーティングフィルムは、もはや柔らかくなく又は粘着性がないが、その代わりに、固体コーティングフィルムとして調整され、後述する硬化条件にさらに暴露されても、硬度又は基材への付着性などの特性に実質的な変化をもはや示さなくなる。
第1の水性コーティング材料(X)は、第1のコーティングフィルム(x)が5~35μm、好ましくは10~30μmの膜厚を有するように施与される。本発明において報告されるあらゆる膜厚は、乾燥膜厚として理解されるべきである。従ってこれは、各場合において硬化膜の厚さである。よって、コーティング材料が特定の膜厚で施与されることが報告されている場合、これは、硬化後に記載の膜厚になるようにコーティング材料を施与することを意味する。
本発明の方法の特に好ましい実施態様では、先に記載した本発明のコーティング組成物を第1の水性コーティング組成物(X)として使用する。
良好な光学特性、とりわけ良好なピンホール挙動及び良好な耐流れ安定性、及び良好な機械的特性を得るために、コア/シェル型粒子の水性分散体(a)の水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)に対する特定の質量比を含む第1の水性コーティング組成物(X)を使用することが有利である。従って、少なくとも1つのコア/シェル型粒子の水性分散体(a)の、少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)に対する質量比が、第1の水性コーティング組成物(X)中で、各場合において分散体の固形分含量に基づいて、10:1~1:30、好ましくは1:1.6~1:10であることが好ましい。
本発明の方法の工程(1)において、少なくとも1つの水性分散体(a)を、各場合においてコーティング材料(X)の合計量に基づいて、0.5~40質量%、より好ましくは2~30質量%、非常に好ましくは3~25質量%の合計量で好ましくは含む、第1の水性コーティング材料(X)を使用することも、得られた多層コーティングの優れた機械的挙動及び硬度に関して有利であることが証明された。
第1の水性コーティング材料(X)が、さらに好ましくは、前記した少なくとも1つの架橋剤を、非常に好ましくは前述の量で含むことがさらに好ましい。
工程(2):
本発明の方法の工程(2)では、第2の水性コーティング材料(Y)を未硬化の第1のコーティングフィルム(x)に直接施与して、未硬化の第2のコーティングフィルム(y)を製造する。第2の水性コーティング材料(Y)は、静電スプレー塗布(ESTA)によって施与することもできる。未硬化の第1のコーティングフィルム(x)上にコーティング材料(Y)を直接施与すると、コーティングフィルム(y)とコーティングフィルム(x)とが直接接触する。よって、コーティングフィルム(x)とコーティングフィルム(y)との間に他の被覆は配置されない。
好ましい実施態様によれば、第2の水性コーティング材料(Y)は、施与後、好ましくは40~90℃で5~60分間予備加熱に供される。
第2の水性コーティング材料(Y)は、工程(4)で硬化させた後の第2のコーティングフィルム(y)が、好ましくは、5~35μm、より好ましくは10~30μmの膜厚を有するように施与される。
本発明の方法の特に好ましい実施態様では、前述した本発明のコーティング組成物を第2の水性コーティング組成物(Y)として使用する。非常に好ましくは、前述の本発明のコーティング組成物は、本発明の方法の工程(1)及び工程(2)において使用される。しかしながら、これは、本発明の方法の第1及び第2工程において、同一の水性コーティング組成物が使用されることを必ずしも意味するものではない。これは単に、本発明の方法の工程(1)及び(2)で使用されるコーティング組成物(X)及び(Y)が、各々少なくとも記載された必須成分(a)及び(b)を含むが、組成物(X)及び(Y)に存在する任意成分に関しては異なることができることを意味する。
さらに好ましい実施態様では、第2の水性コーティング組成物(Y)は、コア/シェル型粒子の水性分散体(a)及び水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)の特定の質量比も含む。この質量比は、特に好ましくは、水性コーティング組成物(X)中のこれら2成分の質量比よりも小さい。従って、少なくとも1つのコア/シェル型粒子の水性分散体(a)の、少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)に対する質量比が、第2の水性コーティング材料(Y)中で、各場合において分散体の固形分含量に基づいて、好ましくは2:1~1:10、非常に好ましくは1:1.2~1:5である。記載の質量比は、コーティング材料(Y)に高い可撓性をもたらし、従って耐チッピング性の増加をもたらす。
本発明の方法の工程(1)及び(2)における成分(a)及び(b)の異なる質量比を含むコーティング組成物の使用は、特に本発明の方法の工程(4)における硬化が100℃未満の温度で行われる場合、優れた光学的及び機械的挙動をもたらす。
第2の水性コーティング材料(Y)は、好ましくは、少なくとも1つの水性分散体(a)を、各場合においてコーティング材料(Y)の合計量に基づいて、1~45質量%、より好ましくは5~35質量%、非常に好ましくは10~25質量%の合計量で含む。
本発明の方法の工程(1)及び(2)における成分(a)の異なる量を含むコーティング組成物の使用は、特に本発明の方法の工程(4)における硬化が100℃未満の温度で行われる場合に、優れた光学的及び機械的挙動をもたらす。
水性コーティング組成物(X)は、少なくとも1つの架橋剤を含有することが好ましいが、水性コーティング組成物(Y)は、好ましくは、少なくとも1つの架橋剤を含まない、すなわち、架橋剤は、コーティング材料(Y)の合計量に基づいて、0質量%の合計量で存在する。第2の水性コーティング材料は化学的に架橋されていないが、本発明により得られる多層コーティングは、優れた硬度を有する。
工程(3):
本発明の方法の工程(3)では、未硬化のコーティング第2のコーティングフィルム(y)上に直接、クリアコートフィルム(z)を製造する。この製造は、対応するクリアコート材料(Z)の施与によって達成される。クリアコート材料(Z)を未硬化の第2のコーティングフィルム(y)に直接施与することにより、コーティングフィルム(y)とクリアコーティングフィルム(z)とが直接接触する。よって、コーティングフィルム(z)と(z)との間に他の被覆は配置されない。
クリアコート材料(Z)は、当業者にとって既知の任意の所望の透明なコーティング材料であってよい。「透明」とは、コーティング材料で形成されたフィルムが不透明に着色されず、代わりに下にあるベースコート系の色が見えるような構成を有することを意味する。しかしながら既知であるように、これは、顔料がクリアコート材料中に含まれる可能性を排除するものではなく、そのような顔料は、例えば、系全体の色の深さを支持するものである可能性がある。
当該クリアコート材料(Z)は、水性又は溶媒含有の透明なコーティング材料であり、これは一成分としてだけでなく、二成分又は多成分コーティング材料として配合してよい。粉末スラリーのクリアコート材料も好適である。溶媒系のクリアコート材料が好ましい。
使用されるクリアコート材料(Z)は、特に、熱化学的に硬化可能及び/又は化学線により化学的に硬化可能であってよい。特に、それらは熱化学的に硬化可能であり、外部架橋性である。熱化学的に硬化可能な2成分のクリアコート材料が好ましい。
従って、典型的には且つ好ましくは、クリアコート材料は、官能基を有するバインダーとしての少なくとも1つの(第1の)ポリマーと、バインダーの官能基に相補的な官能性を有する少なくとも1つの架橋剤とを含む。好ましくは、少なくとも1つのヒドロキシ官能性ポリ(メタ)アクリレートポリマーをバインダーとして使用し、遊離及び/又はブロックされたポリイソシアネートを架橋剤として使用する。
好適なクリアコート材料は、例えば、WO2006/042585A1、WO2009/077182A1及びWO2008/074490A1に記載されている。
クリアコート材料(Z)は、液体コーティング材料を施与するための当業者にとって既知の方法、例えば、浸漬、ナイフコーティング、スプレー、圧延などによって施与される。圧縮空気スプレー(空気塗布)及び静電スプレー塗布(ESTA)などのスプレー塗布法を用いることが好ましい。
クリアコート材料(Z)又は対応するクリアコートフィルム(z)は、施与後に、好ましくは15~35℃で持続期間0.5~30分の間、フラッシング及び/又は中間乾燥に供する。これらのフラッシング及び中間乾燥条件は、特に、クリアコート材料(Z)が熱化学的に硬化可能な2成分コーティング材料を含む好ましい場合に適用される。しかし、これは、クリアコート材料(Z)が他の硬化可能なコーティング材料であること、及び/又は他のフラッシング及び/又は中間乾燥条件が使用されることを除外しない。
クリアコート材料(Z)は、工程(4)の硬化後のクリアコートフィルムが、例えば15~80μm、好ましくは20~65μm、非常に好ましくは25~60μmの膜厚を有するように施与される。
本発明の方法は、さらなるコーティング材料の存在を排除するものではなく、例えば、クリアコート材料(Z)の施与後にさらなるクリアコート材料が施与され、このようにしてさらなるクリアコートフィルムが製造される。このようなさらなるコーティングフィルムは、次に、以下に記載する工程(4)において同様に硬化される。しかしながら、好ましくは、工程(4)に記載のように、1つのクリアコート材料(Z)のみを施与し、次いで硬化させる。
工程(4):
本発明の方法の工程(4)では、未硬化の第1のコーティングフィルム(x)と、未硬化の第2のコーティングフィルム(y)と、クリアコートフィルム(z)とを一緒に硬化させる。
一緒の硬化は、好ましくは60~90℃、より好ましくは85℃の温度で、5~60分、非常に好ましくは15~25分の時間で行う。水性コーティング材料(X)及び(Y)は熱化学的に硬化可能な一成分コーティング材料であるので、これらの条件は一般に、記載の硬化を達成するために必要である。例えば、クリアコート材料(Z)が同様に熱化学的に硬化可能な一成分コーティング材料である場合、対応するクリアコートフィルム(z)も無論これらの条件下で同様に硬化される。クリアコート材料(Z)が熱化学的に硬化可能な2成分コーティング材料である場合も同じである。
しかしながら、上記の記載は、水性コーティング材料(X)及び(Y)、並びにクリアコート材料(Z)が、さらなる硬化条件下でさらに硬化できることを除外しない。
本発明の方法により、別個の硬化工程を伴わずに基材上に多層コーティングを製造することができる。それにもかかわらず、本発明の方法を適用すると、ピンホールに対して優れた安定性を示す多層コーティングが得られ、これは、対応する第1及び第2のコーティングフィルム(x)及び(y)が比較的高い膜厚であっても、審美性を損なうことなく作り上げることができることを意味する。付着性又は全体の外観などの特性も、傑出している。
本発明によるコーティング組成物について述べたことは、本発明の方法のさらなる好ましい実施態様、特に本発明の方法の工程(1)及び(2)で使用される第1及び第2の水性コーティング組成物(X)及び(Y)の好ましい実施態様に準用される。
発明の多層コーティング:
本発明の方法の工程(4)の終了後の結果は、本発明の多層コーティング(MC)である。
本発明によるコーティング組成物及び本発明の方法について述べたことは、本発明の多層コーティングのさらなる好ましい実施態様に準用される。
本発明は、特に以下の実施態様によって記載される:
第1の実施態様によれば、本発明は、水性コーティング組成物、好ましくは顔料入りの水性ベースコート組成物に関するものであり、この組成物は、
(a) ポリウレタン樹脂をコア部分として、及び架橋アクリル樹脂をシェル部分として含む少なくとも1つのコア/シェル型粒子の水性分散体であって、該粒子が、
(i) 最初に、コア部分としての少なくとも1つのポリウレタン樹脂(P)の水性分散体を充填し、そしてその後、
(ii) ポリウレタンコア部分の存在下でオレフィン性不飽和モノマーの混合物を重合させて、架橋アクリル樹脂(A)シェル部分を得る、
ことによって得られ、
ここで、
(ii-1) 重合は、水溶性開始剤の存在下で生じ、
(ii-2) オレフィン性不飽和モノマーの定量添加は、重合の全持続時間の間、重合の反応溶液中で、オレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて6質量%の濃度を超えないように行われ、そして
(ii-3) オレフィン性不飽和モノマーの混合物が少なくとも1つのポリオレフィン性不飽和モノマーを含む、
コア/シェル型粒子の水性分散体と、
(b) 平均粒度が40~2,000nmであり、ゲル画分が少なくとも50%であるポリウレタン-ポリウレア粒子を含む少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体であって、前記ポリウレタン-ポリウレア粒子は、各場合において
・イソシアネート基を含み、且つアニオン基及び/又はアニオン基に変換されるように構成された基を含む少なくとも1つのポリウレタンプレポリマー(PP)、及び
・2つの第1級アミノ基及び1つ又は2つの第2級アミノ基を含む少なくとも1つのポリアミン(PA)
を反応した形態で含有する、水性ポリウレタン-ポリウレア分散体と
を含む。
第2の実施態様によれば、本発明は、水溶性開始剤(ii-1)が、カリウムペルオキソジスルフェート、ナトリウムペルオキソジスルフェート、アンモニウムペルオキソジスルフェート、過酸化水素、tert-ブチルヒドロペルオキシド、2,2’-アゾビス(2-アミドイソプロパン)ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス-(N,N’-ジメチレンイソブチルアミジン)ジヒドロクロリド、2,2’-アゾビス(4-シアノペンタン酸)及びこれらの混合物からなる群から選択される、実施態様1に記載の水性コーティング組成物に関する。
第3の実施態様によれば、本発明は、オレフィン性不飽和モノマー(ii-2)の定量添加が、重合の全持続時間の間、反応溶液中で、オレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて6質量%、好ましくは5質量%、非常に好ましくは4質量%の濃度を超えないように行われる、実施態様1又は2に記載の水性コーティング組成物に関する。
第4の実施態様によれば、本発明は、オレフィン性不飽和モノマーの混合物(ii-3)が、各場合においてオレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて、0.1~6モル%、好ましくは0.1~2モル%の少なくとも1つのポリオレフィン性不飽和モノマーを含む、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第5の実施態様によれば、本発明は、少なくとも1つのポリオレフィン性不飽和モノマーが、アリル(メタ)アクリレート及び/又はヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートから選択され、及び/又はオレフィン性不飽和モノマーの混合物が任意のさらなるポリオレフィン性不飽和モノマーを含有しない、実施態様6に記載の水性コーティング組成物に関する。
第6の実施態様によれば、本発明は、オレフィン性不飽和モノマーの混合物(ii-3)が、各場合においてオレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて、98~99.5質量%の、無置換のアルキルラジカルを有する(メタ)アクリル酸の1つ以上のモノ不飽和エステルを含み、該アルキルラジカルが、1~10個、好ましくは3~5個の炭素原子の長さを有し、そして0.5~2質量%の、(メタ)アクリル酸、好ましくはアリル(メタ)アクリレート及び/又はヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートの1つ以上のポリ不飽和エステルを有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第7の実施態様によれば、本発明は、オレフィン性不飽和モノマーの混合物(ii-3)が、各場合においてオレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて、0~10質量%未満、好ましくは0~5質量%未満、より好ましくは0質量%のビニル芳香族モノマーを含む、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第8の実施態様によれば、本発明は、コア部分のポリウレタン樹脂(P)のガラス転移温度Tが、-80℃~105℃、好ましくは-60~80℃、さらにより好ましくは50~60℃であり、及び/又はシェル部分の架橋アクリル樹脂(A)のガラス転移温度Tが、-60℃~80℃、好ましくは-60~20℃であり、測定はDIN EN ISO11357-2:2013-05に準拠する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第9の実施態様によれば、本発明は、コア部分のポリウレタン樹脂(P)が、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、10~60mgKOH/g、好ましくは30~40mgKOH/gの酸価、及びR.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して、20~80mgKOH/gのOH価を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第10の実施態様によれば、本発明は、シェル部分の架橋アクリル樹脂(A)が、R.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して、10~140mgKOH/gのOH価を有し、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、0~10mgKOH/gの酸価を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第11の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子が、80:20~20:80、好ましくは60:40~40:60のコア対シェルの質量比を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第12の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子が、DIN EN ISO11357-2:2013-05に準拠して測定して、-50~30℃のガラス転移温度を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第13の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子が、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、10~30mgKOH/g固体の酸価、及び/又はR.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して、20~50mgKOH/g固体のOH価を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第14の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子が、25±1℃で光子相関分光法(PCS)により測定して、60~250nm、好ましくは60~115nmの粒度(z平均)を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第15の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子が、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、0~220mgKOH/g固体樹脂、好ましくは0~40mgKOH/g固体樹脂、より好ましくは0~25mgKOH/g固体樹脂、及びR.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して、70mgKOH/g固体樹脂、好ましくは20mgKOH/g固体樹脂未満のOH価を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第16の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(a)中のコア/シェル型粒子の質量平均モル質量が、小角レーザー光散乱によって測定して、310g/モル~8.510g/モル、好ましくは310g/モル~51010g/モルである、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第17の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(a)が、DIN EN ISO3251:2008-06に準拠して測定して、20~45質量%、好ましくは25~40質量%の固形分を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第18の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(a)が、各場合において分散体中の固体に基づいて、40~97質量%、好ましくは75~90質量%のゲル含有量を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第19の実施態様によれば、本発明は、水性コーティング組成物が、各場合において水性コーティング組成物の合計量に基づいて、0.5~50質量%、好ましくは2~40質量%、より好ましくは3~30質量%の合計量で、少なくとも1つの水性分散体(a)を含む、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第20の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(b)が、各場合において分散体(b)の固体に基づいて、70%~100%、好ましくは80%~100%、より好ましくは80~98%、非常に好ましくは80~90%のゲル画分を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第21の実施態様によれば、本発明は、分散体(b)中のポリウレタン-ポリウレア粒子が、25±1℃で光子相関分光法(PCS)により測定して、50~1,000nm、より好ましくは60~500nm、そしてさらにより好ましくは120~300nm、特に好ましくは70~210nmの平均粒度(体積平均)を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第22の実施態様によれば、本発明は、ポリウレタンプレポリマー(PP)が、ジオールとジカルボン酸との生成物である少なくとも1つのポリエステルジオールを含み、そして少なくとも1つのポリエステルジオールの調製におけるジカルボン酸の少なくとも50質量%が、少なくとも1つの二量体脂肪酸である、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第23の実施態様によれば、本発明は、ポリウレタンプレポリマー(PP)がカルボン酸基を含む、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第24の実施態様によれば、本発明は、ポリウレタンプレポリマー(PP)が、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、固形分含量に基づいて、10~35mgKOH/g、特に15~23mgKOH/gの酸価を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第25の実施態様によれば、本発明は、ポリウレタンプレポリマー(PP)が、ベンゾフェノンを較正物質とする蒸気圧浸透圧計10.00を用いて測定して、2,000~20,000g/モル、好ましくは3,500~6,000g/モルの数平均分子量を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第26の実施態様によれば、本発明は、ポリウレタンプレポリマー(PP)が、DIN EN ISO3251:2008-06、DIN EN ISO11909:2007-05及びDIN EN ISO14896:2009-07に準拠して測定して、0.5~6質量%、好ましくは1~5質量%、特に好ましくは1.5~4質量%のイソシアネート含量を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第27の実施態様によれば、本発明は、ポリウレタンプレポリマー(PP)が、R.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して、0~15mgKOH/g未満、とりわけ0~10mgKOH/g未満、さらにより好ましくは0~5mgKOH/g未満のOH価を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第28の実施態様によれば、本発明は、少なくとも1つのポリアミン(PA)が、1つ又は2つの第2級アミノ基、2つの第1級アミノ基及び脂肪族飽和炭化水素基からなる、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第29の実施態様によれば、本発明は、少なくとも1つのポリアミン(PA)が、ジエチレントリアミン、3-(2-アミノエチル)-アミノプロピルアミン、ジプロピレン-トリアミン、N1-(2-(4-(2-アミノエチル)ピペラジン-1-イル)エチル)エタン-1,2-ジアミン、トリエチレン-テトラミン、及びN,N’-ビス(3-アミノ-プロピル)エチレンジアミン及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つである、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第30の実施態様によれば、本発明は、分散体(b)中のポリウレタン-ポリウレア粒子が、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、10~35mgKOH/g、とりわけ15~23mgKOH/gの酸価を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第31の実施態様によれば、本発明は、分散体(b)中のポリウレタン-ポリウレア粒子が、R.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して、0~15mgKOH/g未満、とりわけ0~10mgKOH/g未満、より好ましくは0~5mgKOH/g未満のOH価を有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第32の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(b)が、25~55質量%のポリウレタン-ポリウレア粒子及び45~75質量%の水の含有量を有し、分散体(b)中のポリウレタン-ポリウレア粒子及び水の合計画分が、各場合において分散体(b)の合計量に基づいて、少なくとも90質量%、好ましくは95質量%である、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第33の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(b)が、各場合において分散体(b)の合計量に基づいて、25~55質量%、好ましくは30~50質量%、より好ましくは35~45質量%の合計量でポリウレタン―ポリウレア粒子を含有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第34の実施態様によれば、本発明は、水性分散体(b)が、0~7.5質量%未満、好ましくは0~5質量%未満、より好ましくは0~2.5質量%未満、非常に好ましくは0質量%の、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン、及びN-エチル-2-ピロリドン及びこれらの混合物からなる群から選択される有機溶媒を含有する、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第35の実施態様によれば、本発明は、水性コーティング組成物が、各場合において水性コーティング組成物の合計量に基づいて、10~55質量%、好ましくは15~45質量%、より好ましくは20~35質量%の合計量で、少なくとも1つの水性分散体(b)を含む、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第36の実施態様によれば、本発明は、少なくとも1つのコア/シェル型粒子の水性分散体(a)の、少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)に対する質量比を、各場合において分散体の固形分含量に基づいて、2:1~1:15、好ましくは1:1.2~1:10で含む、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第37の実施態様によれば、本発明は、水性コーティング組成物の固形分が、DIN EN ISO3251:2008-06に準拠して測定して、コーティング組成物の合計量に基づいて、5~80質量%、より好ましくは10~75質量%、非常に好ましくは15~65質量%である、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第38の実施態様によれば、本発明は、組成物が、ポリカルボジミド、アミノプラスト樹脂、ポリイソシアネート、ブロックされたポリイソシアネート及びこれらの混合物、特にポリカルボジイミドからなる群から選択される少なくとも1つの架橋剤をさらに含む、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第39の実施態様によれば、本発明は、架橋剤、好ましくは少なくとも1つのカルボジイミドが、水性コーティング組成物の合計量に基づいて、0.5~20質量%、より好ましくは3~15質量%、非常に好ましくは6~11質量%の合計量で存在する、実施態様38に記載の水性コーティング組成物に関する。
第40の実施態様によれば、本発明は、組成物が、水性コーティング組成物の合計量に基づいて、架橋剤を0質量%の合計量で含む、実施態様1から37のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第41の実施態様によれば、本発明は、水性コーティング組成物が、水性分散体(a)及び(b)とは異なり、且つポリウレタン、ポリエステル、ポリアクリレート、これらのポリマーのコポリマー、及びこれらのポリマーの混合物、とりわけポリアクリレート及び/又はポリウレタンポリアクリレートからなる群から選択される少なくとも1つのバインダーをさらに含む、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第42の実施態様によれば、本発明は、少なくとも1つのバインダーが、各場合において水性コーティング組成物の合計質量に基づいて、0.5~40質量%バインダー固体、より好ましくは1~30質量%バインダー固体、非常に好ましくは1.5~20質量%バインダー固体の合計量で存在する、実施態様41に記載の水性コーティング組成物に関する。
第43の実施態様によれば、本発明は、水性コーティング組成物が、着色顔料、効果顔料及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの顔料をさらに含む、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第44の実施態様によれば、本発明は、少なくとも1つの顔料が、各場合において水性コーティング組成物の合計質量に基づいて、1~30質量%、好ましくは1.5~20質量%、より好ましくは2~15質量%の合計量で存在する、実施態様43に記載の水性コーティング組成物に関する。
第45の実施態様によれば、本発明は、水性コーティング組成物が、フィロシリケート、(メタ)アクリル酸-(メタ)アクリレートコポリマー、疎水性ポリウレタン、エトキシル化ポリウレタン、ポリアミド及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの増粘剤をさらに含む、上記実施態様のいずれかに記載の水性コーティング組成物に関する。
第46の実施態様によれば、本発明は、少なくとも1つの増粘剤が、各場合において水性コーティング組成物の合計質量に基づいて、0.01~2質量%、好ましくは0.05~1質量%、より好ましくは0.1~0.6質量%の合計量で存在する、実施態様45に記載の水性コーティング組成物に関する。
第47の実施態様によれば、本発明は、基材(S)上に多層コーティング(MC)を形成する方法に関するものであって、以下の工程:
(1) 第1の水性コーティング材料(X)を、基材(S)上に直接コーティングし、未硬化の第1のコーティングフィルム(x)を形成する工程、
(2) 第2の水性コーティング材料(Y)を、工程(1)の後に得られた未硬化の第1のコーティングフィルム上に直接コーティングし、未硬化の第2のコーティングフィルム(y)を形成する工程、
(3) クリアコーティング材料(Z)を、工程(2)の後に得られた未硬化の第2のコーティングフィルム上に直接コーティングし、クリアコーティングフィルム(z)を形成する工程、及びその後の、
(4) 工程(1)~(3)の後に得られたこれら3つのコーティングフィルムを同時に硬化させる工程を含み、
第1の水性コーティング材料(X)及び/又は第2の水性コーティング材料(Y)が、実施態様1から44に記載の水性コーティング組成物から選択されることを特徴とする方法に関する。
第48の実施態様によれば、本発明は、基材(S)が、金属基材、硬化した電着被覆で被覆された金属基材、プラスチック基材及び金属成分とプラスチック成分とを含む基材から選択され、特に好ましくは、硬化した電着被覆で被覆された金属基材から選択される、実施態様47に記載の方法に関する。
第49の実施態様によれば、本発明は、金属基材が、鉄、アルミニウム、銅、亜鉛、マグネシウム及びこれらの合金、及び鋼を含むか又はこれらからなる群から選択される、実施態様48に記載の方法に関する。
第50の実施態様によれば、本発明は、工程(1)の後に予備乾燥又は硬化を行わない、実施態様47から49に記載の方法に関する。
第51の実施態様によれば、本発明は、少なくとも1つのコア/シェル型粒子の水性分散体(a)の、少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)に対する質量比が、第1の水性コーティング組成物(X)中で、各場合において分散体の固形分含量に基づいて、10:1~1:30、好ましくは1:1.6~1:10である、実施態様47から50に記載の方法に関する。
第52の実施態様によれば、本発明は、第1の水性コーティング材料(X)が、各場合においてコーティング材料(X)の合計量に基づいて、0.5~40質量%、好ましくは2~30質量%、より好ましくは3~25質量%の合計量で少なくとも1つの水性分散体(a)を含む、実施態様47から51に記載の方法に関する。
第53の実施態様によれば、本発明は、少なくとも1つのコア/シェル型粒子の水性分散体(a)の、少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)に対する質量比が、第2の水性コーティング材料(Y)中で、各場合において分散体の固形分含量に基づいて、2:1~1:10、好ましくは1:1.2~1:5である、実施態様47から52に記載の方法に関する。
第54の実施態様によれば、本発明は、第2の水性コーティング材料(Y)が、各場合においてコーティング材料(Y)の合計量に基づいて、1~45質量%、好ましくは5~35質量%、より好ましくは10~25質量%の合計量で少なくとも1つの水性分散体(a)を含む、実施態様47から53に記載の方法に関する。
第55の実施態様によれば、本発明は、第2の水性コーティング材料(Y)が、コーティング材料(Y)の合計量に基づいて0質量%の合計量で架橋剤を含む、実施態様47から54に記載の方法に関する。
第56の実施態様によれば、本発明は、クリアコーティング材料(Z)が溶媒ベースの1K又は2Kクリアコーティング材料である、実施態様47から55に記載の方法に関する。
第57の実施態様によれば、本発明は、クリアコーティング材料(Z)が、ヒドロキシ官能性ポリアクリレートからなる群から選択される少なくとも1つのバインダーと、ブロックされた及び/又はブロックされていないポリイソシアネートからなる群から選択される少なくとも1つの架橋剤とを含む、実施態様47から56に記載の方法に関する。
第58の実施態様によれば、本発明は、同時硬化(4)が、60~90℃、好ましくは85℃の温度で、5~60分、好ましくは15~25分の時間行われる、実施態様47から57に記載の方法に関する。
第59の実施態様によれば、本発明は、実施態様47から58のいずれかに記載の方法によって製造された多層コーティング(MC)に関する。
本発明を以下に実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。さらに、実施例における「部」、「%」及び「比率」とは、別段の記載がない限り、それぞれ「質量部」、「質量%」及び「質量比」を意味する。
決定方法:
1. 固形分含量(固体、不揮発性画分)
別段の記載がない限り、固形分含量は、以下で固形画分とも呼ばれ、DIN EN ISO3251に準拠して130℃で60分、初期質量1.0gで測定した。
2. イソシアネート含量
イソシアネート含量は、以下でNCO含量とも呼ばれ、DIN EN ISO3251、DIN EN ISO11909、及びDIN EN ISO14896に基づく方法で、キシレン中の2%N,N-ジブチルアミン溶液を、アセトン/N-エチルピロリドン(1:1 体積%)中の試料の均一溶液に過剰に添加し、アミン過剰分を0.1N塩酸で電位差逆滴定することによって決定した。ポリマーのNCO含有量(固形分ベース)は、溶液中のポリマーの割合(固形分)を介して算出することができる。
3. ヒドロキシル価
ヒドロキシル価は、R.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に基づいて、触媒としての4-ジメチルアミノピリジンの存在下で無水酢酸を用いて、テトラヒドロフラン(THF)/ジメチルホルムアミド(DMF)溶液中、室温で、アセチル化後に残った過剰の無水酢酸を十分に加水分解し、アルコール性水酸化カリウム溶液で酢酸の電位差逆滴定を行うことにより、決定した。完全な変換を保証するためのアセチル化時間60分は、すべての場合において十分であった。
4. 酸価
酸価は、DIN EN ISO2114に基づく方法で、テトラヒドロフラン(THF)/水(9体積部のTHFと1体積部の蒸留水)の均質な溶液中で、水酸化カリウムのエタノール溶液を用いて決定した。
5. ガラス転移温度Tg(DSC)
別段の記載がない限り、T(DSC)とも呼ばれるガラス転移温度は、DIN EN ISO11357-2に準拠した10K/分の加熱速度で-80℃~150℃の間の2回目の加熱ランから示差走査熱量計(TA Instruments社Q2000)で決定した。
6. 粘度
別段の記載がない限り、粘度はDIN53014に準拠し、シリンダー回転粘度計を用いて23℃及び1000s-1の剪断速度で決定した。
7. 溶媒含有量
混合物、例えば水性分散体中の有機溶媒の量は、ガスクロマトグラフィーによって決定した(Agilent7890A、ポリエチレングリコール相を有する50mシリカキャピラリーカラム又はポリジメチルシロキサン相を有する50mシリカキャピラリーカラム、ヘリウムキャリアガス、スプリットインジェクター250℃、40~220℃のオーブン温度、フレームイオン化検出器、275℃の検出器温度、内部標準としてn-プロピルグリコール)。
8. 平均粒度
分散体(a)及び(b)中に存在する粒子の平均粒度は、本発明において、光子相関分光法(PCS)によって決定した。
具体的には、測定にMalvern Nano S90(Malvern Instruments社製)を25±1℃で用いた。この装置は、3~3,000nmのサイズ範囲を網羅し、633nmで4mW He-Neレーザを備えていた。分散体(a)及び(b)を、粒子を含まない、脱イオン水を分散媒として希釈し、その後好適な散乱強度で1mlのポリスチレンセル中での測定に供した。評価は、Zetasizer分析ソフトウェアのバージョン6.32(Malvern Instruments社製)を補助としてデジタル相関器を使用して行った。測定を5回行い、2回目の新しく調製した試料について測定を繰り返した。5倍決定の標準偏差は4%以下であった。報告する平均粒度(体積平均)は、個別の調製物の平均粒度(体積平均)の相加平均であり、Z平均は強度加重平均粒子径である。50~3,000nmの間の認証粒度を有するポリスチレン標準を用いて検証を行った。
9. ゲル画分
本発明において、分散体(a)及び(b)に存在する粒子のゲル画分を、質量測定で決定した。まず最初に、それぞれのポリマーを水性分散体(a)又は(b)の試料から凍結乾燥によって単離した(初期質量1.0g)。凝固温度(温度をさらに低下させたときに試料の電気抵抗がさらなる変化を示さない温度)の決定に続き、慣例的に5ミリバール~0.05ミリバールの間の乾燥真空圧範囲で、凝固温度よりも10℃低い乾燥温度で、完全に凍結した試料を本乾燥に供した。ポリマー下の加熱表面の温度を段階的に25℃に上昇させることにより、ポリマーの迅速な凍結乾燥が達成された。典型的には12時間の乾燥時間後、単離したポリマー(凍結乾燥により決定した固形画分)の量は一定であり、長時間凍結乾燥してももはや変化しなかった。その後、ポリマーの下の表面の温度を30℃とし、周囲圧力を最大(典型的には0.05~0.03ミリバール)まで下げて乾燥させると、ポリマーの最適な乾燥が得られた。
次いで単離されたポリマーを、130℃の強制空気オーブン中で1分間焼結し、その後、過剰のテトラヒドロフラン(テトラヒドロフラン対固形画分比=300:1)中、25℃で24時間抽出した。次いで、単離されたポリマーの不溶性画分(ゲル画分)を好適なフリット上で分離し、50℃の強制空気オーブン中で4時間乾燥してから、再秤量した。
130℃の焼結温度において、焼結時間を1分から20分の間で変化させることで、ミクロゲル粒子に関して見出されたゲル画分が、焼結時間とは無関係であることがさらに確実となった。従ってこのことにより、ポリマー固体の単離後の架橋反応が、ゲル画分をさらに増加させるということを除外できる。
このようにして本発明に従って判定したゲル画分は、ゲル画分(凍結乾燥)とも呼ばれる。
並行して、以下ゲル画分(130℃)とも呼ばれるゲル画分を質量測定により、水性分散体(初期質量1.0g)からポリマー試料を130℃で60分間(固形分含量)単離することによって決定した。ポリマーの質量を確認した後、25℃において過剰なテトラヒドロフラン中で、上記の操作に類似して、ポリマーを24時間抽出し、その後、不溶性画分(ゲル画分)を分離し、乾燥して、再秤量した。
10. 水への溶解度
有機溶媒の水への溶解度は、20℃で以下のようにして決定した。有機溶媒及び水をそれぞれ好適なガラス容器内で合わせて混合し、その後続いて混合物を平衡化した。水及び溶媒の量は、互いに分離した2つの相が平衡後に得られるように選択した。平衡後、シリンジを用いて水性相(すなわち、有機溶媒よりも多くの水を含有する層)から試料を採取し、この試料をテトラヒドロフランを用いて1/10の比率で希釈し、ガスクロマトグラフィーによって溶媒の画分を決定した(条件については、8.溶媒含量の節を参照)。
水及び溶媒の量に関係なく2つの相が形成されない場合、溶媒は任意の質量比で水と混和する。従って、水に無限に可溶なこの溶媒(例えばアセトン)は、いずれにしても溶媒(OS)ではない。
11. 多層コーティングの調製
カチオン電着コーティング材料(製品名「CathoGuard800」、BASF Coatings社製)を、静電沈着によって、りん酸亜鉛処理軟鋼プレートに被覆し、乾燥後の膜厚を20μmとした。次いでプレートを25分間175℃でか焼して、評価用の電着コーティングプレート(以下「電着プレート」とも呼ぶ)を得た。
多層コーティングを調製するために、回転霧化式ベルコータ(製品名「Metallic bell RB-1000bell」、ABB社製造)を用いて、温度25℃及び相対湿度75%で、以下に記載のように電着プレートを被覆した。
第1の水性コーティング材料(X)を、乾燥後の膜厚が20μmとなるように電着プレートに施与した。プレートを室温で5分間保持した後、第2の水性コーティング材料(Y)を、乾燥後の膜厚が12μmとなるように施与した。プレートを室温で5分間保持し、次いで80℃で5分間乾燥した。プレートを室温まで冷却した後、クリアコート材料(製品名「Evergloss」BASF Coatings社製造)を、乾燥後の膜厚が40μrnとなるように被覆した。このコーティングの後、プレートを室温で10分間保持し、次いで85℃で25分間か焼して、本発明の多層コーティングで被覆されたプレートを製造した。
12. 試験測定
被覆したプレートを以下の試験に供した。
12.1 耐チッピング性の評価
70mm×150mmの大きさを有する得られたプレートを、-20℃の環境下でグラベロネータ(スガ試験機社製造)内で45°の角度にセットし、50gの第7番砕石を4kg/crnの空気圧で塗装フィルム表面に噴射した。その後、剥離したコーティングフィルムの面積を評価した。数値が小さいほど耐チッピング性が高いことを示す。パネルは、1.0mm/cmが剥離されない場合、満足な耐チッピング性を有する。
12.2 フィルム外観の評価
短波値(SW値)及び長波値(LW値)をBYK社製造の波動スキャナDOIで測定した。数値が小さいほど外観が良くなる。SWが10以下、LWが3以下の場合、試験パネルはこの試験に合格した。
12.3 付着性の評価
初期付着試験:
被覆されたプレートを、カッターナイフを用いて2mm×2mmの大きさの100のグリッドセルに分割した。セロテープをグリッドセルに強く結合させ、テープの端は一回の移動で45°の角度で剥離した後、グリッドセルの膜の外観を観察し、次のように評価した。
可:コーティングフィルムの剥離は観察されなかった。
不可:コーティングフィルムの剥離が観察された。
耐水性後の付着試験:
被覆されたプレートを40℃の温水に20日間浸漬し,初期付着試験を行った。
再被覆されたプレートの付着試験:
第1の水性コーティング材料(X)、第2の水性コーティング材料(Y)及びクリアコーティング材料を、11項に記載の方法に従って電着プレート上に施与した。しかし、クリアコーティング材料組成物の施与後、プレートを100℃で25分間か焼した。次に、被覆されたプレートを、第1の水性コーティング材料(X)、第2の水性コーティング材料(Y)及びクリア塗料で再被覆した後、再被覆されたプレートを80℃で25分間か焼した。得られた再被覆プレートについて、初期付着試験を行った。
12.4 ピンホール数の評価
450mm×300mmの大きさを有する電着プレートを用意した。第1の水性コーティング材料(X)、第2の水性コーティング材料(Y)及びクリアコーティング材料を11項に記載のとおり施与した。しかし、第1の水性コーティング材料(X)の厚さは乾燥後30μm、そして第2の水性コーティング材料 (Y)の厚さは乾燥後20μmであった。
被覆されたプレートのピンホール数を目視で計数した。ピンホール数が少ないほど望ましい。
水性分散体(a)及び(b)及び水性コーティング組成物の調製
1. 水性分散体(a)
1.1項~1.3項に記載のようにWO2015/007427A1に基づき、コア/シェル型粒子の水性分散体(a)を調製した。
1.1 コア/シェル型粒子の水性分散体(PD-A1)
アリル基を有する不飽和ポリエステルウレアウレタンの分散体(アリル-PD)の製造
アリル含有ポリエステルウレアウレタンのポリウレタン分散体(アリル-PD)を、特許明細書WO2015/007427A1、第24頁、実施例D-P1に基づき、以下の改変を加えて調製した:ポリエステルウレアウレタンはアリル基を含有し、N-メチルピロリドンはメチルエチルケトンに対して完全に交換した。合成は以下のように行った。
撹拌機、内部温度計、還流冷却器及び電気ヒーターを備えた反応容器に、440.0質量部の直鎖ポリエステルポリオール及び71.0質量部のジメチロールプロピオン酸(GEO Speciality Chemicals社製)を、425.4質量部のメチルエチルケトン中に窒素下で溶解させた。二量化脂肪酸(Pripol(登録商標)1012、Uniqema社製)、イソフタル酸(BP Chemicals社製)及びヘキサン-1,6-ジオール(BASF SE社製)(出発物質の質量比:二量体の脂肪酸対イソフタル酸対ヘキサン-1,6-ジオール=54.00:30.02:15.98)から予め調製した直鎖ポリエステルポリオールは、73mgKOH/g固体のヒドロキシル価及び1379g/モルの数平均モル質量を有していた。
得られた溶液に、45℃で、イソシアネート含量37.75質量%を有するイソホロンジイソシアネート(Basonat(登録商標)I、BASF SE社製)294.2質量部を添加した。発熱反応がおさまった後、反応混合物を撹拌しながら徐々に80℃まで加熱した。この温度で、溶液のイソシアネート含量が3.3質量%になるまで撹拌を続けた。その後、反応混合物を65℃に冷却し、9.4質量部のアリルアルコール(LyondellBasell社製)、22.2質量部のトリメチロールプロパン(BASF SE社製)及び21.3質量部のメチルエチルケトンの混合物を同時に添加した。得られた反応混合物を、溶液のイソシアネート含量が1.0質量%に減少するまで65℃で撹拌した。次いで、22.6質量部のジエタノールアミン(BASF SE社製)を加え、遊離イソシアネート基がもはや検出できなくなるまでイソシアネート基の含有量をモニターした。得られた溶解ポリウレタンを、28.8質量部のメチルエチルケトン、142.3質量部のメトキシプロパノール及び45.5質量部のトリエチルアミン(BASF SE社製)と混合した。トリエチルアミンの添加30分後、溶液の温度を60℃に下げ、次いで1977質量部の脱イオン水を30分間にわたって攪拌しながら加えた。得られた分散体から、減圧下60℃でメチルエチルケトンを留出した。その後、溶媒と水の損失を補填した。
このようにして得られたアリル含有ポリエステルウレアウレタンの分散体は、固形分含量29.0質量%、酸価34.6mgKOH/g固形分含量、ヒドロキシル価27.7mgKOH/g固形分含量、及びpH7.1(23℃で測定)を有していた。メトキシプロパノールのレベルは3.6質量%(GC)であり、そしてメチルエチルケトンのレベルは0.1質量%(GC)であった。
コア/シェル型粒子の水性分散体(PD-A1)の調製
コア/シェル型粒子の水性分散体(PD-A1)は、特許明細書WO2015/007427A1、第34頁、実施例D-B1に基づき、以下の改変を加えて調製した:ポリエステルウレアウレタンポリマーはアリル基を有し、n-ブチルメタクリレート及び2-ヒドロキシエチルアクリレートがモノマーとして使用され、最終分散体はピロリドンを含まない。水性分散体(PD-A1)は、以下のようにして得られる。
ポリエステルウレアウレタン-ポリアクリレートコポリマーの一次分散体を調製するために、窒素雰囲気下で、1961.2質量部の予め調製したアリル-PDを、43.3質量部のメトキシプロパノール及び744.4質量部の脱イオン水で希釈し、3.6質量部のトリエチルアミン(BASF SE社製)で中和し、80℃に加熱した。反応器内容物を80℃に加熱した後、35.7質量部の脱イオン水に溶解した0.6質量部のアンモニウムペルオキソジスルフェートを標準圧力下で反応器に加えた。続いて、連続的に撹拌しながら、538.3質量部のn-ブチルメタクリレート、26.3質量部の2-ヒドロキシエチルアクリレート、4.2質量部のアリルメタクリレート及び70.0質量部のブチルグリコール(BASF SE社製)の混合物を5時間にわたって均一に添加した。モノマー混合物の添加を開始し、71.3質量部の脱イオン水中1.1質量部のアンモニウムペルオキソジスルフェートの溶液を、同様に5時間以内で添加した。
フリーラジカル重合の間、30分の間隔で、遊離モノマーの含有量をガスクロマトグラフィーによって測定し、分散体に基づく最大の合計モノマー含有量を30分後に決定したところ、0.5質量%(ビニルモノマーに基づき3.1質量%)であった。
モノマー及び開始剤の計量添加の同時終了後、得られた反応混合物を80℃でさらに1時間撹拌し、次いで室温に冷却した。
室温(23℃)に冷却した後、分散体を孔径25μmのフィルターで濾過した。ポリエステルウレアウレタン-ポリアクリレートコポリマー分散体(PD-A1)は、凝固物を含まなかった。このようにして得られた安定な乳白色のコア/シェル型粒子の水性分散体(PD-A1)は、以下の特性を有する:
ポリウレタン含有量 50質量%固形分含量(理論に基づいて計算)
固形分含量 32.7質量%
酸価 22mgKOH/g固形分含量
ヒドロキシル価 25mgKOH/g固形分含量
pH 7.1(23℃で測定した元の値)
粘度 85mPa・s
凝固物 0.0質量%(濾過及び130℃で60分の乾燥後に質量測定により決定)
粒度 109nm(体積平均)
溶媒内容物
メトキシプロパノール 3.3質量%
ブチルグリコール 2.0質量%
メチルエチルケトン 0.1質量%
ゲル画分 82.7質量部%
ゲル画分(凍結乾燥) 80.7質量部%
ガラス転移温度 20℃
1.2 コア/シェル型粒子の水性分散体(PD-A2)
PD-A1の調製と同様に、コア/シェル型粒子の水性分散体(PD-A2)を調製した。しかし、ポリエステルウレアウレタン含有量は33.3質量%に低減した。
ポリエステルウレタン-ポリアクリレートコポリマーの一次分散体を調製するために、窒素雰囲気下、1.1項で調製した1372.8質量部のアリル-PDを、64.4質量部のメトキシプロパノール及び1106.9質量部の脱イオン水で希釈し、5.1質量部のトリエチルアミン(BASF SE社製)で中和し、80℃に加熱した。反応器内容物を80℃に加熱した後、46.4質量部の脱イオン水に溶解した0.7質量部のアンモニウムペルオキソジスルフェートを標準圧力下で反応器に加えた。続いて、連続的に撹拌しながら、697.7質量部のn-ブチルメタクリレート、36.2質量部の2-ヒドロキシエチルアクリレート、5.5質量部のアリルメタクリレート(全てBASF SE社製のモノマー)及び70.0質量部のブチルグリコール(BASF SE社製)の混合物を5時間にわたって均一に添加した。モノマー混合物の添加開始時に、92.7質量部の脱イオン水中1.5質量部のアンモニウムペルオキソジスルフェートの溶液を、同様に5時間以内で添加した。
フリーラジカル重合の間、30分の間隔で、遊離モノマーの含有量をガスクロマトグラフィーによって測定し、分散体に基づく最大の合計モノマー含有量を30分後に決定したところ、0.5質量%(ビニルモノマーに基づき2.4質量%)であった。
モノマー及び開始剤の計量添加の同時終了後、得られた反応混合物を80℃でさらに1時間撹拌し、次いで室温に冷却した。
室温(23℃)に冷却した後、分散体を孔径25μmのフィルターで濾過した。このようにして得られた安定な乳白色のコア/シェル型粒子の水性分散体(PD-A2)は、以下の特性を有する:
ポリウレタン含有量 33質量%固形分含量(理論に基づいて計算)
固形分含量 32.8質量%
酸価 14mgKOH/g固形分含量
ヒドロキシル価 26mgKOH/g固形分含量
pH 7.3(23℃で測定した元の値)
粘度 55mPa・s
凝固物 0.2質量%(濾過及び130℃で60分の乾燥後に質量測定により決定)
粒度 90nm(体積平均)
溶媒内容物
メトキシプロパノール 3.4質量%
ブチルグリコール 2.0質量%
メチルエチルケトン 0.1質量%
ゲル画分 86.1質量部%
ゲル画分(凍結乾燥) 85.5質量部%
ガラス転移温度 18℃
1.3 コア/シェル型粒子の水性分散体(PD-A3)
PD-A1の調製と同様に、コア/シェル型粒子の水性分散体(PD-A3)を調製した。しかし、n-ブチルアクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレート及びアリルメタアクリレートをモノマーとして使用した。
ポリエステルウレタン-ポリアクリレートコポリマーの一次分散体を調製するために、窒素雰囲気下、1.1項で調製した1961.2質量部のアリル-PDを、46.3質量部のメトキシプロパノール及び795.8質量部の脱イオン水で希釈し、3.5質量部のトリエチルアミン(BASF SE社製)で中和し、80℃に加熱した。反応器内容物を80℃に加熱した後、17.8質量部の脱イオン水に溶解した0.3質量部のアンモニウムペルオキソジスルフェートを標準圧力下で反応器に加えた。続いて、連続的に撹拌しながら、495.1質量部のn-ブチルアクリレート、68.9質量部の4-ヒドロキシブチルアクリレート、4.8質量部のアリルメタクリレート(全てBASF SE社製のモノマー)及び70.0質量部のブチルグリコール(BASF SE社製)の混合物を、5時間にわたって均一に添加した。モノマー混合物の添加開始時に、35.7質量部の脱イオン水中0.6質量部のアンモニウムペルオキソジスルフェートの溶液を、同様に5時間以内で添加した。
フリーラジカル重合の間、30分の間隔で、遊離モノマーの含有量をガスクロマトグラフィーによって測定し、分散体に基づく最大の合計モノマー含有量を30分後に決定したところ、0.4質量%(ビニルモノマーに基づき2.5質量%)であった。
モノマー及び開始剤の計量添加の同時終了後、得られた反応混合物を80℃でさらに1時間撹拌し、次いで室温に冷却した。
室温(23℃)に冷却した後、分散体を孔径25μmのフィルターで濾過した。このようにして得られた安定な乳白色のコア/シェル型粒子の水性分散体は、以下の特性を有する:
ポリウレタン含有量 50質量%固形分含量(理論に基づいて計算)
固形分含量 32.5質量%-%
酸価 19mgKOH/g固形分含量
ヒドロキシル価 40mgKOH/g固形分含量
pH 7.2(23℃で測定した元の値)
粘度 136mPa・s
凝固物 0.0質量%(濾過及び130℃で60分の乾燥後に質量測定により決定)
粒度 68nm(体積平均)
溶媒内容物
メトキシプロパノール 3.3質量%
ブチルグリコール 2.0質量%
メチルエチルケトン 0.1質量%
ゲル画分 86.6質量部%
ゲル画分(凍結乾燥) 84.0質量部%
ガラス転移温度 -38℃
2. ポリウレタン-ポリウレア粒子水性分散体(b)(PD-B)
WO2016/177514A1の第72~74頁の合成実施例「PD」に従って、ポリウレタン-ポリウレア粒子(b)の水性分散体を調製した。
3. 水性ベースコート材料の調製
以下の表に示す配合物の構成成分及びこれらの量に関しては、以下のことを考慮されたい。市販の製品又は他の文献に記載されている製造プロトコルに対する言及がなされる場合、その言及は、問題の構成成分に関して選択される原則的呼称とは無関係に、厳密にその市販製品に対するものであるか、あるいは厳密にその言及されたプロトコルで製造された製品に対するものである。
従って、配合物の構成成分が、「メラミン-ホルムアルデヒド樹脂」という原則的呼称を保有する場合、且つ市販の製品がこの構成成分に関して示されている場合、このメラミン-ホルムアルデヒド樹脂は、厳密に、この市販製品の形態で使用される。従って、(メラミン-ホルムアルデヒド樹脂の)活性物質の量について結論が導かれる場合、この市販製品中に存在する任意のさらなる構成成分、例えば溶媒などについて考慮されなければならない。
従って、配合物の構成成分の調製プロトコルに対して言及がなされる場合、且つそのような調製によって、例えば、定められた固形分含量を有するポリマー分散体が得られる場合、厳密にこの分散体が使用される。最重要因子要因は、選択された原則的呼称が「ポリマー分散体」という用語であるか、あるいは単に活性物質、例えば「ポリマー」、「ポリエステル」又は「ポリウレタン修飾ポリアクリレート」であるかということではない。(ポリマーの)活性物質の量に関して結論が導かれる場合、このことについて考慮されなければならない。
表中に示されるすべての割合は質量部である。
3.1 黒色ペーストP1の製造
黒色ペーストは、25質量部のアクリレート化ポリウレタン分散体(WO91/15528-バインダー分散体Aに従って調製)、10質量部のカーボンブラック、0.1質量部のメチルイソブチルケトン、1.36質量部のジメチルエタノールアミン(DI水中10%強度)、2質量部の市販ポリエーテル(BASF SE社製Pluriol(登録商標)P900)、及び61.45質量部の脱イオン水から製造した。黒色ペーストは、顔料の含有量が10質量部であり、樹脂固形分含量が10質量部であった。
3.2 白色ペーストP2の製造
白色ペーストは、43質量部のアクリレート化ポリウレタン分散体(WO91/15528-バインダー分散体Aに従って調製)、50質量部のチタンルチル2310、3質量部の1-プロポキシ-2-プロパノール、及び4質量部の脱イオン水から製造した。白色ペーストは、顔料の含有量が50質量部であり、樹脂固形分含量が17.2質量部であった。
3.3 第1の水性コーティング材料(X)の製造:
表1に列挙した成分1~9を記載の順序で一緒に撹拌して、第1の水性コーティング材料(X)を得た。添加後、第1の水性コーティング材料(X)を30分間撹拌し、N,N-ジメチルエタノールアミン(BASF SE社製)でpH8.5に調節した(成分10)。その後、せん断荷重1000s-1(23℃で回転粘度計(Mettler-Toledo社製Rheomat RM180装置)を用いて測定)で100mPasまで脱イオン水(成分11)を添加して粘度を調節した。
Figure 0007305794000005
* 本発明の水性コーティング組成物
**コア/シェル型粒子の水性分散体(a)の水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)に対する、それぞれの分散体の固形分含量に基づく比率
本発明の水性コーティング材料X-I1~X-I6は、40℃で4週間保存しても安定であった。これらは全く沈降傾向を示さず、低せん断粘度(回転粘度計(Mettler-Toledo社製Rheomat RM180装置)を用いて23℃で測定した1s-1のせん断荷重)で有意な変化(15%未満)を示さなかった。
3.4 第2の水性コーティング材料(Y)の製造:
「水相」の表2に記載の成分を記載の順序で添加して水性混合物を得た。水性混合物を60分間撹拌した。次の工程で、「有機相」に列挙した成分を添加して有機混合物を製造した。有機混合物を水性混合物に添加し、30分間撹拌し、N,N-ジメチルエタノールアミン(BASF SE社製)でpH8.0に調節した。その後、回転粘度計(Mettler-Toledo社製Rheomat RM180装置)を用いて23℃で測定した剪断荷重1000s-1で、脱イオン水により粘度を100mPasに調節した。pH及び粘度の調節に必要なN,N-ジメチルエタノールアミン及び水のそれぞれの量を、表2の「調節」に示す。
Figure 0007305794000006
* 本発明の水性コーティング組成物
1) 3質量%のLaponite(登録商標)RD(ナトリウム-リチウム-マグネシウムシートシリケート、Rockwood Additives社)と、3質量%のPluriol(登録商標)P900(BASF SE社)との水溶液
2) アルミニウム顔料(Eckart効果顔料)
3) アルミニウム顔料(Eckart効果顔料)
4) DE4009858A1、実施例D(第16列、第37~59行目)に従って調製した
**コア/シェル型粒子の水性分散体(a)の水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)に対する、それぞれの分散体の固形分含量に基づく比率
本発明の水性コーティング材料Y-I1~Y-I6は、40℃で4週間保存しても安定であった。これらは全く沈降傾向を示さず、低せん断粘度(回転粘度計(Mettler-Toledo社製Rheomat RM 180装置)を用いて23℃で測定した1s-1のせん断荷重)で有意な変化(15%未満)を示さなかった。
結果
1. 多層コーティングMC-I1~MCI-6、MC-C1及びMC-C2
本発明の多層コーティングMC-I1~MC-I6は、本発明の第1の水性コーティング材料X-I1~X-I6及び本発明の第2の水性コーティング材料Y-I1~Y-I6(使用した第1及び第2のコーティング材料の組み合わせについては表3を参照)を用いて、上述のように調製した(「決定方法」の11項を参照)。さらに、比較例の多層コーティングMC-C1及びMC-C2を、第1の水性コーティング材料X-C1及びX-C2、及び第2の水性コーティング材料Y-C1及びY-C2をそれぞれ用いて、上述のように調製した(「決定方法」の11項を参照)。次いで、本発明の多層コーティングMC-I1~MC-I6を、耐チッピング性、フィルム外観、付着性、及び耐ピンホール性に関して比較例の多層コーティングMC-C1及びMC-C2と比較した。得られた結果を表3に示す。
Figure 0007305794000007
コア/シェル型粒子の水性分散体(a)のみを含むコーティング材料(X)及び(Y)から調製された比較例の多層コーティングMC-C1は、特許請求する分散体(a)及び(b)の組み合わせを含むコーティング材料(X)及び(Y)から調製された本発明の多層コーティングMC-I1~MC-I6よりも、耐チッピング性、フィルム外観、及び耐ピンホール性が低かった。さらに、比較例の多層コーティングMC-C1は、水浸漬後の付着性が低かった。
水性コーティング材料(X)、(Y)(比較例の多層コーティングMC-C2)にポリウレタン-ポリウレア分散体(b)を使用することにより、多層コーティングMC-C1と比較して水浸漬後の耐チッピング性及び付着性が向上した。しかし、再被覆付着性は大幅に低下した。
対照的に、本発明の多層コーティングMC-I1~MC-I7の調製に、コア/シェル型粒子の水性分散体(a)及び水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)の組み合わせを使用することは、優れた耐チッピング性、フィルム外観及び耐ピンホール性をもたらしただけでなく、水浸漬後又は再被覆に使用した場合でも優れた付着性をもたらした。
2. 多層コーティングMC-I7~MC-I12、MC-C3及びMC-C4
第1の水性コーティング材料X-I1~X-I6、並びにX-C1及びX-C2をカルボジイミド硬化剤(日清紡化学社製のCarbodilite v-02-l2、固体:40質量%)と、第1の水性コーティング材料対カルボジイミド硬化剤が100:10の比率で混合して、第1の水性コーティング材料X-I7~X-I12、X-C3及びX-C4を調製した。
次いで、表4に記載のカルボジイミドを含有する第1の水性コーティング材料それぞれ及び第2の水性コーティング材料それぞれを用いて、上記のように多層コーティングMC-I7~MC-I12、MC-C3及びMC-C4を調製した(「決定方法」の11項を参照)。本発明の多層コーティングMC-I7~MC-I12を、比較例の多層コーティングMC-C3及びMC-C4と、耐チッピング性、フィルム外観、付着性及び耐ピンホール性に関して比較した。得られた結果を表4に示す。
Figure 0007305794000008
コア/シェル型粒子の水性分散体(a)のみを含むコーティング材料(X)及び(Y)から調製された比較例の多層コーティングMC-C3は、特許請求する分散体(a)及び(b)の組み合わせを含むコーティング材料(X)及び(Y)から調製された本発明の多層コーティングMC-I7~MC-I12よりも、耐チッピング性、フィルム外観、及び耐ピンホール性が低かった。さらに、比較例の多層コーティングMC-C3は、水浸漬後の付着性が低かった。
水性コーティング材料(X)及び(Y)(比較例の多層コーティングMC-C4)にポリウレタン-ポリウレア分散体(b)を使用することにより、多層コーティングMC-C3と比較して水浸漬後の耐チッピング性及び付着性が向上した。しかし、再被覆付着性は大幅に低下した。
対照的に、本発明の多層コーティングMC-I7~MC-I12の調製に、コア/シェル型粒子の水性分散体(a)及び水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)の組み合わせを使用することは、優れた耐チッピング性、フィルム外観及び耐ピンホール性をもたらすだけでなく、水浸漬後又は再被覆に使用した場合でも優れた付着性をもたらした。さらに、本発明の多層コーティングMC-I7~MC-I12の耐チッピング性は、第1の水性コーティング材料にカルボジイミド硬化剤を添加することによって、第1の水性コーティング材料とカルボジイミド硬化剤を混合せずに調製した本発明の多層コーティングMC-I1~MC-I6と比較して、さらに増加させることができる。

Claims (15)

  1. a) ポリウレタン樹脂をコア部分として、及び架橋アクリル樹脂をシェル部分として含む少なくとも1つのコア/シェル型粒子の水性分散体であって、前記粒子が、
    (i) 最初に、コア部分としての少なくとも1つのポリウレタン樹脂(P)の水性分散体を充填し、そしてその後、
    (ii) ポリウレタンコア部分の存在下でオレフィン性不飽和モノマーの混合物を重合させて、架橋アクリル樹脂(A)シェル部分を得る、
    ことによって得られ、
    ここで、
    (ii-1) 前記重合は、水溶性開始剤の存在下で生じ、
    (ii-2) 前記オレフィン性不飽和モノマーの定量添加は、前記重合の全持続時間の間、重合の反応溶液中で、前記オレフィン性不飽和モノマーの合計量に基づいて6質量%の濃度を超えないように行われ、そして
    (ii-3) 前記オレフィン性不飽和モノマーの混合物が少なくとも1つのポリオレフィン性不飽和モノマーを含む、
    コア/シェル型粒子の水性分散体と、
    (b) 平均粒度が40~2,000nmであり、ゲル画分が少なくとも50%であるポリウレタン-ポリウレア粒子を含む少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体であって、前記ポリウレタン-ポリウレア粒子は、各場合において
    ・イソシアネート基を含み、且つアニオン基及び/又はアニオン基に変換されるように構成された基を含む少なくとも1つのポリウレタンプレポリマー(PP)、及び
    ・2つの第1級アミノ基及び1つ又は2つの第2級アミノ基を含む少なくとも1つのポリアミン(PA)
    を反応した形態で含有する、水性ポリウレタン-ポリウレア分散体と
    を含む、水性コーティング組成物。
  2. コア部分の前記ポリウレタン樹脂(P)のガラス転移温度Tが、-80℃~105℃であり、及び/又はシェル部分の前記架橋アクリル樹脂(A)のガラス転移温度Tが、-60℃~80℃であり、それらの測定はDIN EN ISO11357-2:2013-05に準拠する、請求項1に記載の水性コーティング組成物。
  3. コア部分の前記ポリウレタン樹脂(P)が、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、10~60mgKOH/gの酸価、及びR.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して、20~80mgKOH/gのOH価を有する、請求項1又は2に記載の水性コーティング組成物。
  4. シェル部分の前記架橋アクリル樹脂(A)が、R.-P.Krueger,R.Gnauck and R.Algeier,Plaste und Kautschuk,20,274(1982)に従って測定して、10~140mgKOH/gのOH価、及びDIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、0~10mgKOH/gの酸価を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の水性コーティング組成物。
  5. 前記水性分散体(a)のゲル含有量が、各場合において前記分散体中の固体に基づいて、40~97質量%である、請求項1から4のいずれか1項に記載の水性コーティング組成物。
  6. 前記水性コーティング組成物が、各場合において前記水性コーティング組成物の合計量に基づいて、0.5~50質量%の合計量で、少なくとも1つの前記水性分散体(a)を含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の水性コーティング組成物。
  7. 前記水性分散体(b)が、前記分散体(b)の固体に基づいて、70%~100%のゲル画分を有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の水性コーティング組成物。
  8. 前記ポリウレタンプレポリマー(PP)が、ジオールとジカルボン酸との生成物である少なくとも1つのポリエステルジオールを含み、そして前記少なくとも1つのポリエステルジオールの調製における前記ジカルボン酸の少なくとも50質量%が、少なくとも1つの二量体脂肪酸である、請求項1から7のいずれか1項に記載の水性コーティング組成物。
  9. 前記ポリウレタンプレポリマー(PP)が、DIN EN ISO2114:2002-06に準拠して測定して、固形分含量に基づいて、10~35mgKOH/gの酸価を有する、請求項1から8のいずれか1項に記載の水性コーティング組成物。
  10. 前記ポリウレタンプレポリマー(PP)が、DIN EN ISO3251:2008-06、DIN EN ISO11909:2007-05及びDIN EN ISO14896:2009-07に準拠して測定して、0.5~6質量%のイソシアネート含量を有する、請求項1から9のいずれか1項に記載の水性コーティング組成物。
  11. 前記少なくとも1つのポリアミン(PA)が、ジエチレントリアミン、3-(2-アミノエチル)-アミノプロピルアミン、ジプロピレントリアミン、N1-(2-(4-(2-アミノエチル)ピペラジン-1-イル)エチル)エタン-1,2-ジアミン、トリエチレンテトラミン、及びN,N’-ビス(3-アミノ-プロピル)エチレンジアミン、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つである、請求項1から10のいずれか1項に記載の水性コーティング組成物。
  12. 前記水性コーティング組成物が、各場合において前記水性コーティング組成物の合計量に基づいて、10~55質量%の合計量で、少なくとも1つの水性分散体(b)を含む、請求項1から11のいずれか1項に記載の水性コーティング組成物。
  13. 前記少なくとも1つのコア/シェル型粒子の水性分散体(a)の、前記少なくとも1つの水性ポリウレタン-ポリウレア分散体(b)に対する質量比を、各場合において前記分散体の固形分含量に基づいて、2:1~1:15で含む、請求項1から12のいずれか1項に記載の水性コーティング組成物。
  14. 基材(S)上に多層コーティング(MC)を形成する方法であって、以下の工程:
    (1) 第1の水性コーティング材料(X)を、前記基材(S)上に直接コーティングし、未硬化の第1のコーティングフィルム(x)を形成する工程、
    (2) 第2の水性コーティング材料(Y)を、工程(1)の後に得られた前記未硬化の第1のコーティングフィルム上に直接コーティングし、未硬化の第2のコーティングフィルム(y)を形成する工程、
    (3) クリアコーティング材料(Z)を、工程(2)の後に得られた前記未硬化の第2のコーティングフィルム上に直接コーティングし、クリアコーティングフィルム(z)を形成する工程、及びその後の、
    (4) 工程(1)~(3)の後に得られたこれら3つのコーティングフィルムを同時に硬化させる工程、
    を含み、前記第1の水性コーティング材料(X)及び/又は前記第2の水性コーティング材料(Y)は、請求項1から13のいずれか1項に記載の水性コーティング組成物から選択されることを特徴とする、方法。
  15. 請求項14に記載の方法によって製造された多層コーティング(MC)。
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