JPH10231348A - 水性ブロックポリイソシアネート組成物 - Google Patents
水性ブロックポリイソシアネート組成物Info
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- JPH10231348A JPH10231348A JP9034551A JP3455197A JPH10231348A JP H10231348 A JPH10231348 A JP H10231348A JP 9034551 A JP9034551 A JP 9034551A JP 3455197 A JP3455197 A JP 3455197A JP H10231348 A JPH10231348 A JP H10231348A
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Abstract
リイソシアネート組成物、及びそれを含む水性塗料組成
物の提供。 【解決手段】 脂肪族及び/または脂環族ブロックポリ
イソシアネート組成物であって、熱解離性ブロックイソ
シアネート基と非イオン性親水基を1分子内に併せ持
ち、かつ、イソシアネート基の熱解離性ブロック剤が活
性メチレン系化合物(例えば、マロン酸ジエステル、ア
セト酢酸エステル等)の少なくとも2種以上からなるこ
とを特徴とする低温硬化性の水性ブロックポリイソシア
ネート組成物、および、これと水親和性ポリオールを含
む水性塗料組成物。
Description
イソシアネートから得られる水性ブロックポリイソシア
ネート組成物、及びそれを用いた水性塗料組成物に関す
る。
から水性塗料が注目されている。建築外装から産業製
品、例えば、食缶用、コイルコーティング用等の工業塗
料に使用されるようになってきた。更に、耐候性、耐薬
品性、耐衝撃性等の高度な品質が要求される自動車用一
液性塗料に関する提案も多く、特開昭56−15735
8号公報、特開昭63−175079号公報、特開昭6
3−193968号公報等に水性塗料が開示されてい
る。ここで用いられている硬化剤の多くはアルキルエー
テル化メラミンである。
系塗料から得られる塗膜は、非常に優れた耐摩耗性、耐
薬品性、耐汚染性を有している上に、イソシアネート成
分として脂肪族・脂環族ジイソシアネートを原料とする
無黄変ポリイソシアネートを用いることにより更に耐候
性が優れ、その需要は増加している。従って、イソシア
ネート架橋できる水性ウレタン系塗料の開発が盛んに行
われている。ライン用塗料等の一液性が必要とされる場
合は、通常、ポリイソシアネートのイソシアネート基は
熱解離性ブロック剤で封鎖され、ブロックポリイソシア
ネートとして使用される。
として、例えば、特開昭52−59657号公報ではブ
ロックポリイソシアネートを水性化するために界面活性
剤を使用している。特開昭56−151753号公報は
炭素数7〜26の高級脂肪酸を含むポリエチレンオキサ
イドを使用し、かつ、ポリイソシアネートのイソシアネ
ート基を重亜硫酸ソーダで封鎖することによりブロック
ポリイソシアネートの水性化を可能にしている。
のポリオキシエチレンを反応させ、親水成分の溶出を防
ぎ、高速撹拌基等を用いて水性化する技術が、特開昭6
1−31422号公報に開示されている。耐熱性のある
イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネートのブ
ロック体を水性化する技術が、特開昭62−15141
9号公報、特開平2−3465号公報に開示されてい
る。
リイソシアネートの一部にポリオキシエチレン基を付加
させ、更にポリエチレングリコール、エチレンオキサイ
ドとプロピレンオキサイドの共重合体等の水溶性高分子
化合物を混合している。また、特開平2−3465号公
報では、ヒドロキシカルボン酸により親水性を付与して
いる。
アネートを用いて架橋塗膜を形成する場合は、高温焼き
付けが必要で、耐熱性のないプラスチック等への使用に
制限があり、しかも、高温焼き付けは大きなエネルギー
コストを必要とする。また、重亜硫酸ソーダで封鎖した
ブロックポリイソシアネートは低温硬化が可能である
が、耐候性に課題を有していた。
れ、かつ、低温硬化性を有する水性ブロックポリイソシ
アネート及びそれを含む水性塗料組成物を提供すること
を目的とする。
を解決するため鋭意検討した結果、本発明に到達した。
即ち、本発明は下記の通りである。 (1)脂肪族及び/または脂環族ブロックポリイソシア
ネート組成物であって、熱解離性ブロックイソシアネー
ト基と非イオン性親水基を1分子内に併せ持ち、かつ、
イソシアネート基の熱解離性ブロック剤が活性メチレン
系化合物の少なくとも2種以上からなることを特徴とす
る低温硬化性の水性ブロックポリイソシアネート組成
物。 (2)活性メチレン系化合物が、マロン酸ジエステル、
アセト酢酸エテルから選ばれる少なくとも2種以上であ
る上記1記載の水性ブロックポリイソシアネート組成
物。 (3)1価アルコール系化合物を含む上記1または2記
載の水性ブロックポリイソシアネート組成物。 (4)水親和性ポリオールと上記1、2または3記載の
水性ブロックポリイソシアネート組成物を含む水性塗料
組成物。
性ブロックイソシアネート組成物の前駆体であるポリイ
ソシアネート組成物は、下記のようなジイソシアネート
を主原料として得られる。ジイソシアネートは、脂肪族
及び/または脂環族ジイソシアネートである。脂肪族ジ
イソシアネートとしては、炭素数4〜30のものが、脂
環族ジイソシアネートとしては炭素数8〜30のものが
好ましく、例えば、1,4−テトラメチレンジイソシア
ネート、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、
1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4
−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアネー
ト、リジンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネ
ート、1,3−ビス(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
アネート等を挙げることが出来る。なかでも、耐候性、
工業的入手の容易さから、1,6−ヘキサメチレンジイ
ソシアネート(以下、HMDIと称す)、イソホロンジ
イソシアネート(以下、IPDIと称す)が好ましく、
単独で使用しても、併用しても良い。
は、1分子中にイソシアネート基を2〜20個有し、例
えば、ビウレット結合、尿素結合、イソシアヌレート結
合、ウレトジオン結合、ウレタン結合、アロファネート
結合、オキサジアジントリオン結合等を形成することに
より製造されたジイソシアネートの2〜20量体のオリ
ゴマーである。
ト組成物は、水、t−ブタノール、尿素などのいわゆる
ビウレット化剤とジイソシアネートを、ビウレット化剤
/ジイソシアネートのイソシアネート基のモル比が約1
/2〜約1/100で反応させた後、未反応ジイソシア
ネートを除去精製し得られる。その具体例としては特開
昭53−106797号公報、特開昭55−11452
号公報、特開昭59−95259号公報などに記載があ
る。
アネート組成物は、例えば、触媒などにより環状3量化
反応を行い、転化率が約5〜約80重量%になった時に
反応を停止し、未反応ジイソシアネートを除去精製して
得られる。この際に、1〜6価のアルコール化合物を併
用することができる。その具体例としては、特開昭55
−38380号公報、特開昭57−78460号公報、
特開昭57−47321号公報、特開昭61−1113
71号公報、特開昭64−33115号公報、特開平2
−250872号公報、特開平6−312969号公報
等に記載がある。
組成物は、例えば、トリメチロールプロパンなどの2〜
6価のアルコール系化合物とジイソシアネートを、アル
コール系化合物の水酸基/ジイソシアネートのイソシア
ネート基のモル比が約1/2〜約1/100で反応させ
た後、未反応ジイソシアネートを除去精製し得られる。
リイソシアネート組成物のイソシアネート基とブロック
剤を反応させることにより得られる。本発明に用いるブ
ロック剤は活性メチレン系化合物であり、その具体例と
して、マロン酸ジエステル、アセト酢酸エステル、アセ
チルアセトン等がある。より具体的には、マロン酸ジエ
ステルとしては、例えば、マロン酸ジメチル、マロン酸
ジエチル、マロン酸ジn−ブチル、マロン酸ジ2−エチ
ルヘキシル、マロン酸メチルn−ブチル、マロン酸エチ
ルn−ブチル、マロン酸メチルsec−ブチル、マロン
酸エチルsec−ブチル、マロン酸メチルt−ブチル、
マロン酸エチルt−ブチル、メチルマロン酸ジエチル、
マロン酸ジベンジル、マロン酸ジフェニル、マロン酸ベ
ンジルメチル、マロン酸エチルフェニル、マロン酸t−
ブチルフェニル、イソプロピリデンマロネート等、アセ
ト酢酸エステルとしては、例えば、アセト酢酸メチル、
アセト酢酸エチル、アセト酢酸n−プロピル、アセト酢
酸イソプロピル、アセト酢酸n−ブチル、アセト酢酸t
−ブチル、アセト酢酸ベンジル、アセト酢酸フェニル等
がある。
を少なくとも2種以上使用する。マロン酸ジエステル1
種以上とアセト酢酸エステル1種以上を併用することが
好ましい。その併用割合は、モル比でマロン酸ジエステ
ル/アセト酢酸エステル=5/1〜1/5が好ましく、
前記値が5/1を越えると、ブロックポリイソシアネー
トの結晶化が生ずる場合があり、1/5未満であると、
塗膜の硬化時の黄変などを生ずる場合がある。特公昭5
8−3491号公報には、活性メチレン系化合物でブロ
ックされた熱解離性ブロックイソシアネート基と非イオ
ン性親水基を1分子内に併せ持つ水性ブロックポリイソ
シアネートの記載があるが、2種以上の活性メチレン系
化合物を使用した効果の記載も示唆もない。
の反応は、溶剤の存在の有無に関わらず行うことができ
る。溶剤を用いる場合、イソシアネート基に対して不活
性な溶剤を用いるのが好ましい。ブロック化反応に際し
て、反応触媒を使用することもできる。具体的な反応触
媒としては、一般に塩基性を有するものが好ましく、
例えば、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアン
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
キサイドや、例えば、酢酸、カプリン酸等の有機弱酸
塩、例えば、トリメチルヒドロキシプロピルアンモニ
ウム、トリメ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、トリエチルヒ
ドロキシエチ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や、例えば、酢酸、カ
プリン酸等の有機弱酸塩、アルキルカルボン酸の例え
ば錫、亜鉛、鉛等のアルキル金属塩、例えば、ナトリ
ウム、カリウム等の金属アルコラート、例えば、ヘキ
サメチルジシラザン等のアミノシリル基含有化合物、
マンニッヒ塩基類、第3級アミン類とエポキシ化合物
との併用、例えば、トリブチルホスフィン等の燐系化
合物等がある。
影響を及ぼす可能性がある場合は、該触媒を酸性化合物
などで中和することが好ましい。この場合の酸性化合物
としては、例えば、塩酸、亜燐酸、燐酸などの無機酸、
メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、p−トル
エンスルホン酸メチルエステル、p−トルエンスルホン
酸エチルエステル等のスルホン酸またはその誘導体、燐
酸エチル、燐酸ジエチル、燐酸イソプロピル、燐酸ジイ
ソプロピル、燐酸ブチル、燐酸ジブチル、燐酸2−エチ
ルヘキシル、燐酸ジ(2エチルヘキシル)、燐酸イソデ
シル、燐酸ジイソデシル、オレイルアシッドホスフェー
ト、テトラコシルアシッドホスフェート、エチレングリ
コールアシッドホスフェート、ピロリン酸ブチル、亜燐
酸ブチル等があり、2種以上を併用しても良い。
とが出来るが、好ましくは0〜100℃である。150
℃を越えると副反応を起こす可能性があり、他方、あま
り低温になると反応速度が小さくなり不利である。本発
明における非イオン性親水基とは、片末端に活性水素を
有し、かつ、ポリエチレンオキサイド鎖を有する化合物
(以下、エチレンオキサイド付加物と言う)である。
ル、エタノール、ブタノール等のモノアルコールにエチ
レンオキサイドを付加して得られ、エチレンオキサイド
含有量は50重量%以上が好ましく、数平均分子量は2
00〜2,000が好ましい。エチレンオキサイド付加
物はプロピレンオキサイド単位を含んでも良い。エチレ
ンオキサイド付加化合物とポリイソシアネートの反応
は、溶剤を用いて行うこともできる。この場合に使用す
る溶剤は、イソシアネートに対して不活性なものが好ま
しい。反応温度は、40〜150℃、好ましくは60〜
120℃である。必要に応じてジブチル錫ジラウレート
等の錫化合物等の塩基性化合物を反応触媒に使用しても
良い。
ソシアネート基とエチレンオキサイド付加物の反応は、
いずれか一方を先行させることもできるし、同時に行う
ことも出来る。ポリイソシアネートのイソシアネート基
は、前記のブロック剤及びエチレンオキサイド付加物の
反応によりすべてが消費される。この場合のブロック剤
とエチレンオキサイド付加物(ポリエーテル鎖単位)の
モル比は98/2〜60/40であり、好ましくは98
/2から70/30である。98/2を越えるとブロッ
クポリイソシアネートの水分散性が低下し、60/40
未満であると塗膜物性が低下する傾向がある。
ノニオン系、アニオン系、カチオン系、両性界面活性剤
を添加することができる。界面活性剤の具体例として
は、例えば、ポリエチレングリコール、多価アルコール
脂肪酸エステル等のノニオン系、脂肪酸塩、アルキル硫
酸エステル、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル
リン酸塩等のアニオン系、アルキルアミン塩、アルキル
ベタイン等のカチオン系、カルボン酸アミン塩、スルホ
ン酸アミン塩、硫酸エステル塩等の界面活性剤が挙げら
れる。
ために1価アルコール系化合物を含むことが好ましい。
該1価アルコール系化合物としては、脂肪族、脂環族、
芳香族などがあり、脂肪族が好ましい。炭素数1〜20
が好ましく、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、se
c−ブタノール、tert−ブタノール、2−メチル−
1−プロパノール、n−アミルアルコール、2−ペンタ
ノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノー
ル、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブ
タノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2,−ジ
メチル−1−プロパノール等の飽和アルコール、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、3,6−ジオキサ−1−ヘプタノール
等のエーテルアルコール等がある。その添加量は、熱解
離性ブロックイソシアネート基に対して0.2〜10倍
モル量が好ましい。
クポリイソシアネート組成物は、水親和性ポリオールと
共に混合され水性塗料組成物の主要構成成分を形成す
る。本発明に使用する水親和性ポリオールとは、通常、
水性塗料用に用いられているものであれば特に制限なく
使用可能であり、アニオン系、カチオン系、両性イオン
系でも、またイオン性を持たないものであってもよい。
アルキド系、ポリエステル系、エポキシ系、フッ素系、
アクリル系等がある。樹脂分水酸基価は10〜300m
gKOH/gであり、水を主たる成分とする分散媒に、
溶解または分散されているものである。樹脂分水酸基価
10mgKOH/g未満の場合には、イソシアネート成
分との反応によるウレタン架橋の密度が減少して、本発
明の目的とする物性を必ずしも十分には達成することが
出来ず、樹脂水酸基価が300mgKOH/gを超える
と、逆に架橋密度が増大し、塗膜の機械的物性が低下す
る傾向がある。
量2,000〜50,000であり、例えば、特開昭6
3−295680号公報、特開昭63−175059号
公報、特開昭62−216671号公報、特開平2−1
91692号公報等にその製造方法が開示されている。
分散型のポリオールとしては、水酸基を含有するラテッ
クスであり、その製法としては、例えば、特開昭56−
157358等に記載がある。
あるフッ素ポリオールとしては、特開昭57−3410
7号公報、特開昭61−231044号公報、特開平3
−37252号公報等にその製造方法が開示されてい
る。アクリル樹脂としては、特開昭63−295680
号公報、特開昭63−175059号公報、特開昭56
−157358号公報等に開示されている。
性ブロックイソシアネート基と水親和性ポリオールの水
酸基の当量比は、通常10:1〜1:10に設定され
る。硬化剤としてメラミン系硬化剤を併用することもで
きる。メラミン系硬化剤としては、ヘキサメトキシメチ
ロールメラミン、メチル・ブチルエーテル化メラミン等
が代表的なものとして例示される。
収剤、顔料、アルミ等の金属粉顔料、ジブチル錫ジラウ
レート等の有機金属化合物等の架橋促進剤、レベリング
剤、レオロジーコントロール剤、溶剤等を添加してもよ
い。通常は、水親和性ポリオール、硬化剤、添加剤等を
混合し、水を主成分とする媒体を添加し、塗装方法に応
じた塗料粘度に調整することにより水性塗料組成物とな
る。
レー塗装、ロール塗装、シャワー塗装、浸漬塗装等の方
法で、金属、プラスチック、無機材料等に塗装され、耐
チッピング塗料、プレコートメタル用塗料等としても有
用である。本発明の低温硬化性水性ブロックポリイソシ
アネート組成物は、塗料以外に、インキ、接着剤、繊
維、フィルム、セラミック等の無機材料、紙、木材、樹
脂等の改質剤、表面処理剤、バインダーとしても有用で
ある。
を更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限
定されるものではない。尚、%は重量%、部は重量部を
表す。評価は下記に従い行った。 (数平均分子量の測定)数平均分子量は下記の装置を用
いたゲルパーミエーションクロマトグラフ測定によるポ
リスチレン基準の数平均分子量である。 (粘度測定)エミラ型回転粘度計を用いて25℃で測定
した。 (貯蔵安定性)5℃で2週間貯蔵し、溶液状態が結晶
化、沈殿などを生じ変化したものを×、変化しないもの
を○と評価した。 (ゲル分率)硬化塗膜を、アセトンに20℃で24時間
浸漬した時の未溶解部分重量の浸漬前対する値を計算
し、85%未満は×、85%以上は○で表した。 (ブロックポリイソシアネートの水分散性評価)ブロッ
クポリイソシアネートと純水を重量比2:10で混合
し、その後の溶液状態を肉眼で観察した。混合液が均一
で沈降物のない状態を○、沈殿物のある状態を×と評価
した。
ートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、
HMDIを600部、1,3−ブタンジオール7.2部
を仕込み、撹拌下反応器内温度を80℃、2時間保持し
ウレタン化反応を行った。その後反応器内温度を60℃
に保持し、イソシアヌレート化触媒テトラメチルアンモ
ニウムカプリエートを加え、収率が28%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、
薄膜蒸発缶を用いて未反応のHMDIを除去した。得ら
れたポリイソシアネート組成物の25℃における粘度は
2300mPa・s、イソシアネート含有量は21.2
%、数平均分子量は710、平均イソシアネート官能基
数は3.6であった。
の製造) 撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、滴下ロ
ートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、
製造例1で得られたポリイソシアネート組成物100
部、分子量400のメトキシポリエチレングリコール
(日本油脂の商標「ユニオックスM400」)20部
(ポリイソシアネートの全イソシアネート基の10%と
反応する)、プロピレングリコールモノメチルエーテル
アセテート30部を仕込み、80℃で7時間保持した。
その後反応液温度を60℃に保持し、マロン酸ジエチル
36部、アセト酢酸エチル30部、28%ナトリウムメ
チラート0.76部を添加し、4Hr保持した。n−ブ
タノール32部を添加し、反応液温度80℃で2Hr保
持した。2−エチルヘキシルアシッドホスフェート0.
74部を添加した。反応液の赤外スペクトルを測定した
結果、イソシアネート基が消失し、固形分濃度75重量
%の水性ブロックポリイソシアネート組成物が得られ
た。水分散性、貯蔵安定性の評価結果を表1に示す。
例1と同様に行った。評価結果を表1に示す。
ポリオール(日本触媒(株)の商標「アロロン76」、
樹脂分水酸基価64mgKOH/g、樹脂分濃度50重
量%)と実施例1で得られた水性ブロックポリイソシア
ネート組成物を、ブロックイソシアネート基/水酸基の
当量比が1/1になるように混合した。更に水を添加
し、塗料粘度が、フォードカップNo.4で30秒にな
るように調整した。この塗料をアプリケータ塗装し、1
00℃、30分で硬化させた。塗膜評価結果を表2に示
す。
果を表2に示す。
ト組成物、及びそれを含む水性塗料組成物は、耐候性、
低温硬化性に極めて優れた性能を有する。
Claims (4)
- 【請求項1】 脂肪族及び/または脂環族ブロックポリ
イソシアネート組成物であって、熱解離性ブロックイソ
シアネート基と非イオン性親水基を1分子内に併せ持
ち、かつ、イソシアネート基の熱解離性ブロック剤が活
性メチレン系化合物の少なくとも2種以上からなること
を特徴とする低温硬化性の水性ブロックポリイソシアネ
ート組成物。 - 【請求項2】 活性メチレン系化合物が、マロン酸ジエ
ステル、アセト酢酸エテルから選ばれる少なくとも2種
以上である請求項1記載の水性ブロックポリイソシアネ
ート組成物。 - 【請求項3】 1価アルコール系化合物を含む請求項1
または2記載の水性ブロックポリイソシアネート組成
物。 - 【請求項4】 水親和性ポリオールと請求項1、2また
は3記載の水性ブロックポリイソシアネート組成物を含
む水性塗料組成物。
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JP03455197A JP3947260B2 (ja) | 1997-02-19 | 1997-02-19 | 水性ブロックポリイソシアネート組成物 |
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1997
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