KR100407216B1 - 무용매결합제조성물,및일액형및이액형코팅조성물에서의이의용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은
(a) (i) NCO 함량이 3 내지 16 %이고,
(ii) 평균 관능가가 1.8 내지 4이고,
(iii) 알로파네이트기 함량 (C2HN2O3로 계산, 분자량: 101)이 5 내지 35 %이고,
(iv) 산소를 통하여 알로파네이트기에 결합되어 있으며 평균 2 내지 23개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 사슬 함량이 10 내지 65 %인,
헤테로알로파네이트기 및 방향족 결합 이소시아네이트기를 함유한 폴리이소시아네이트 성분 및
(b) 이소시아네이트-반응성 성분
을 함유하는 본질적으로 무용매인 결합제 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 또한 일액형 및 이액형 코팅 조성물에서의 이의 용도에 관한 것이다.

Description

무용매 결합제 조성물, 및 일액형 및 이액형 코팅 조성물에서의 이의 용도
본 발명은 헤테로알로파네이트기를 갖는 폴리이소시아네이트 성분 및 이소시아네이트-반응성 성분을 함유하는 본질적으로 무용매인 결합제 조성물 및 이액형 코팅 조성물에서의 이의 용도에 관한 것이다.
건축물의 보호 피복물, 특히 고품질의 가요성 코팅물에 사용되는, 에폭시계 이외의 결합제 조성물은 폴리이소시아네이트, 및 중합체 폴리올과 같은 이소시아네이트-반응성 화합물로부터 제조된 것이다. 그러한 용도에서, 막 두께가 증가된 코팅물에 필요로 하므로, 대부분 용매가 함유된 생성물을 사용하지 않는다.
이러한 용도에서, 무용매 지방족 폴리이소시아네이트 기재 결합제 조성물은 뛰어난 내황화성을 나타낸다. 그러나, 상기 조성물은 방향족 결합 이소시아네이트기를 갖는 폴리이소시아네이트와 비교해서 천천히 경화된다. 더구나, 이러한 생성물로부터 수득된 코팅물은 경도가 충분하지 않다.
중합체 폴리올과 혼합할 경우, 방향족 폴리이소시아네이트는 빠른 경화를 나타내고 경도가 증가된다. 그러나 상대적으로 두꺼운 막은 특별한 소수성 폴리에스테르 폴리올을 사용할 경우에만 발포없이 경화될 수 있다.
앞에서 사용된 방향족 시스템에서 필요한 폴리이소시아네이트 성분의 저점도는 디이소시아네이트 단량체로 희석함으로써만 얻을 수 있다. 독성으로 인해, 상기의 디이소시아네이토디페닐메탄 기재 생성물만이 희석에 사용될 수 있다. 이렇게 희석된 폴리이소시아네이트 성분을 카스터유 기재 폴리올과 혼합시켜 결합제 조성물을 생성할 수 있다. 그러나 부적합한 내비누화 반응때문에, 상기 결합제 조성물을 기초적인 기판 위에 이액형계로서 직접 도포할 수 없다. 그러므로 이것은 중간층 및 탑코팅 층 제조에 한정되고 있다.
알로파네이트기를 함유하고 지방족이나 방향족 디이소시아네이트를 기재로 하는 폴리이소시아네이트는 공지되어 있으며, 예를 들면 영국 공개 특허 제994,980호, 유럽 공개 특허 제303,150호, 유럽 공개 특허 제194호, 독일 공개 특허 제2,009,179호 및 동 제2,040,645호 및 미국 특허 제3,769,318호에 개시되어 있다. 그러나, 상기 문헌들에는 경화되어 두꺼운 층에서 경도가 좋은 무발포 코팅물을 형성할 수 있는 무용매 결합제 조성물은 개시되어 있지 않다. 경화가 느리고, 고유 점도가 지나치게 높으며 발포 감수성이 과도하기 때문에, 상기 문헌들에 개시되어 있는, 방향족 결합 이소시아네이트기 및 호모알로파네이트기를 갖는 폴리이소시아네이트와 지방족 결합 이소시아네이트기를 갖는 폴리이소시아네이트는 폴리올과 함께 결합제 조성물을 이루기에는 부적합하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 콘크리트를 봉합하는데 적합하고 두꺼운 층에서도 빠르게 경화되어, 고경도를 갖는 무발포 코팅물을 형성할 수 있는 무용매 결합제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 저점도의 이소시아네이트-반응성 화합물 및 헤테로알로파네이트기를 갖는 무용매 방향족 폴리이소시아네이트를 함유하는 본 발명에 따른 결합제 조성물로 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, "헤테로알로파네이트기"를 함유하는 폴리이소시아네이트는 대부분이 1개의 지방족 이소시아네이트기 및 1개의 방향족 이소시아네이트기로 부터 제조될 수 있는 알로파네이트기를 갖는 생성물로 본다.
대조적으로, "호모알로파네이트기"를 함유하는 폴리이소시아네이트는 2개의 지방족 이소시아네이트기 또는 2개의 방향족 이소시아네이트기로부터 제조될 수 있는 알로파네이트기를 갖는 화합물로 본다.
본 발명은
(a) (i) NCO 함량이 3 내지 16 %이고,
(ii) 평균 관능가가 1.8 내지 4이고,
(iii) 알로파네이트기 함량 (C2HN2O3로 계산, 분자량: 101)이 5 내지 35 %이고,
(iv) 산소를 통하여 알로파네이트기에 결합되어 있으며 평균 2 내지 23개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 사슬 함량이 10 내지 65 %인,
헤테로알로파네이트기 및 방향족 결합 이소시아네이트기를 함유한 폴리이소시아네이트 성분 및
(b) 이소시아네이트-반응성 성분
을 포함하는 본질적으로 무용매인 결합제 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 또한 일액형 및 이액형 코팅 조성물에서의 상기 결합제 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따른 결합제 조성물에서, 폴리이소시아네이트 성분 (a)는
(i) NCO 함량이 3 내지 16%, 바람직하게는 5 내지 13%, 좀 더 바람직하게는 7 내지 10.5 %이고,
(ii) 평균 관능가가 1.8 내지 4, 바람직하게는 1.9 내지 3, 좀 더 바람직하게는 약 2.0이고,
(iii) 알로파네이트기 함량 (C2HN2O3로 계산, 분자량: 101)이 5 내지 35 %, 바람직하게는 10 내지 23 %이고,
(iv) 포화 또는 불포화된, 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며, 산소를 통하여 알로파네이트기에 결합되어 있으며, 평균 2 내지 23, 바람직하게는 8 내지 23, 좀 더 바람직하게는 16 내지 23개의 탄소 원자를 가지며, 선택적으로 산소 원자를 포함할 수 있는 탄화수소 사슬 함량이 10 내지 65 %, 바람직하게는 18 내지 53 %, 좀 더 바람직하게는 30 내지 53 %이다.
본 발명에 따른 코팅 조성물에 사용된 폴리이소시아네이트 성분 (a)는 직쇄 지방족 디이소시아네이트 성분 (a1)과 히드록실 성분 (a2)를 NCO/OH 당량비가 1.0:1.0 내지 0.5:1.0, 바람직하게는 1.0:1.0 내지 0.6:1.0, 좀 더 바람직하게는 1.0:1.0이 되도록 반응시킴으로써 제조된다. 이 반응은 40 내지 140 ℃, 바람직하게는 60 내지 120 ℃에서 수행된다.
상기 방법에 따라 생성된 우레탄기를 함유하는 화합물 또는 화합물의 혼합물은 평균 분자량이 250 내지 4000, 바람직하게는 300 내지 2000, 좀 더 바람직하게는 300 내지 1000이며, 이것은 출발 성분의 화학양론으로부터 결정할 수 있다.
만약 우레탄화 반응 동안에 과량의 히드록실 성분 (a2)가 사용된다면, 히드록실 성분 (a2)의 일부분이 반응 생성물에 남게 된다. 본 방법의 실시 태양에서, 과량의 히드록실 성분 (a2) (또는 그의 일부)는 디이소시아네이트 성분 (a3)을 첨가하였을때 첨가될 수 있다. 과량의 히드록실 성분은 디이소시아네이트 성분 (a3)과 반응하여 우레탄을 생성하고 궁극적으로는 알로파네이트기를 생성한다.
성분 (a1) 및 (a2)로부터 제조된 우레탄은, 예를 들면 유럽 공개 특허 제27,940호, 동 제27,952호, 동 제27,953호, 동 제323,514호 및 동 제355,443호에서 개시된 공지의 무포스겐 우레탄 합성법을 이용하여 아민 기재 이소시아네이트 성분 (a1)로부터 제조될 수 있다. 그러나, 이 방법이 바람직한 것은 아니다.
성분 (a1) 및 (a2)로부터 제조된 우레탄 성분은, 20 ℃ 내지 150 ℃, 바람직하게는 50 ℃ 내지 120 ℃, 좀 더 바람직하게는 60 ℃ 내지 90 ℃에서, NCO/우레탄 당량비가 3:1 내지 100:1, 바람직하게는 6:1 내지 60:1, 좀 더 바람직하게는 8:1 내지 30:1이 되도록 디이소시아네이트 성분 (a3)과 반응시킨다. 바람직하게는 상기 알로파네이트화 반응은 문헌에서 공지된 통상의 촉매를 사용하여 가속화시킬 수 있다.
이용가능한 촉매의 예로는 테트라알킬암모늄 히드록사이드 또는 아릴알킬암모늄 히드록사이드; 염화철 (III) 및 칼륨 옥토에이트와 같은 금속염; 아연 스테아레이트, 아연 옥토에이트, 아연 나프테네이트 및 아연 아세틸아세토네이트와 같은 아연 화합물; 주석 (II) 옥토에이트, 주석 (II) 에틸헥사노에이트 및 주석 (II) 라우레이트, 디부틸틴 옥사이드, 디부틸틴 디클로라이드, 디부틸틴 디아세테이트, 디부틸틴 디라우레이트, 디부틸틴 말레에이트 및 디옥틸틴 디아세테이트와 같은 주석 화합물; 망간, 코발트, 니켈의, 트리플루오로아세트산, 황산, 염산, 브롬화 수소산, 인산 및 과염소산과 같은 무기산과의 화합물; 알루미늄 트리(에틸아세토-아세테이트); 및 이들의 혼합물을 들 수가 있다.
예를 들면 유럽 공개 특허 제194호에서 개시된 것과 같이 강산은 또한 우레탄기의 반응에서 방향족 이소시아네이트기와 함께 사용된다. 그러나, 이것이 바람직한 것은 아니다.
촉매는 알로파네이트화 반응전 또는 우레탄화 반응전에 첨가될 수 있다. 촉매들은 반응물의 중량 기준으로 0.001 % 내지 5 %, 바람직하게는 0.005 % 내지 1 % 농도로 사용된다. 가능하다면, 사용 촉매는 증류에 의해 반응 혼합물로부터 제거될 수 있다. 그러나, 적합한 촉매 독 (예를 들면, 물이나 산 염화물)을 투입하여 반응을 종결하는 것도 가능하다.
알로파네이트화 반응후에, 바람직하게는 막 증류법을 사용하여 과량의 증류가능한 출발 디이소시아네이트 (a3)를 제거하여 생성물내의 잔류물 함량을 0.5 중량% 미만, 바람직하게는 0.2 중량% 미만으로 낮출 수 있다. 방향족 결합 이소시아네이트기를 갖는 헤테로알로파네이트는 일반적으로 열안정성이 충분하여 과량의 성분 (a3)을 증류하는 동안 우레탄 및 디이소시아네이트로 상당할 정도로 다시 분해되지는 않는다.
NCO 함량이 30 내지 60 %, 바람직하게는 40 내지 60 %이고 지방족 결합 이소시아네이트기를 갖는 직쇄 또는 분지쇄의 디이소시아네이트는 디이소시아네이트 성분 (a1)로서 사용될 수 있다. 그 예로는 1,4-디이소시아네이토부탄, 1,5-디이소시아네이토펜탄, 1,6-디이소시아네이토헥산 (HDI), 2,2,4- 및 2,4,4-트리메틸-1,6-디이소시아네이토-헥산, 1,11-디이소시아네이토운데칸, 도데카메틸렌 디이소시아네이트 및 이들의 혼합물을 들 수가 있다.
또한 부틸 이소시아네이트, 스테아릴 이소시아네이트 및 2-에틸헥실 이소시아네이트와 같은 소량의 (20 몰% 이하) 일관능성 또는 이관능성 이상의 이소시아네이트 화합물이 사용될 수 있다. 그러나, 이것이 바람직한 것은 아니다.
1,6-디이소시아네이토헥산, 1,4-디이소시아네이토부탄 및 이들의 혼합물이 상기 디이소시아네이트 성분 (a1)로서 바람직하다.
알코올 성분 (a2)는 평균 탄화수소 사슬이 2 내지 23개, 바람직하게는 8 내지 23개, 좀 더 바람직하게는 16 내지 23개의 탄소 원자를 갖는 포화 또는 불포화된, 직쇄 또는 분지쇄의 알코올이나 알코올의 혼합물에서 선택될 수 있다. 알코올 성분의 OH 관능가는 1 내지 1.5, 바람직하게는 1 내지 1.2, 좀 더 바람직하게는 1이다.
그 예로는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소-프로판올, 메톡시프로판올, 이성질체 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올 및 n-노난올, n-데칸올, n-도데칸올, n-옥타데칸올, 로롤 (Lorol) 알코올 (헨켈사로부터 구입가능), 포화된 지방 알코올 및 이들의 혼합물을 들 수가 있다.
고관능성 알코올 성분은 또한 일관능성 알코올과 혼합될 수 있다. 이런 알코올의 예로는 에틸렌 글리콜, 1,2- 및 1,3-프로판디올, 1,4- 및 1,3-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올, 1,12-도데칸디올, 1,12-옥타데칸디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-비스히드록시-메틸시클로헥산, 2-메틸-1,3-프로판디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 지방 알코올 이량체, 지방 알코올 삼량체, 글리세롤, 트리메틸올프로판 (TMP), 트리메틸올에탄, 헥산트리올 이성질체, 수 평균 분자량 4000인 폴리에테르 및 이들의 혼합물을 들 수가 있다.
불포화 합성 지방산 및 천연 지방산의 적당한 산이나 산 혼합물로부터 유도된, 트리메틸올프로판 디알릴 에테르, 부탄올 이성질체 및 일관능성 알코올과 같은 불포화 알코올이 또한 사용될 수 있다. 천연에서 존재하는 지방산 혼합물은 카스터유, 경화된 땅콩 기름, 면실유, 홍화 기름, 유동 (油桐) 기름, 콩기름, 해바라기 기름, 아마인유, 유채 기름, 톨유, 고래 기름 및 청어 기름으로부터 추출된 산을 함유한다.
또한, 불포화 일관능성 알코올외에, 앞에서 언급한 불포화 또는 포화 지방산과, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드, 스티렌 옥사이드 및 2-에틸헥실 옥사이드와 같은 에폭시드 화합물로부터 제조된 반응 생성물을 알코올 성분 (a2)로서 사용할 수 있다.
마지막으로, 지방산 기재 트리글리세라이드와, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 및 소르비톨과 같은 다관능성 폴리올로부터 제조된 에스테르 교환 반응의 생성물을 알코올 성분 (a2)로서 사용하는 것도 또한 가능하다. 상기 생성물들은 미반응된 트리글리세라이드외에, 일가, 이가 및 삼가 알코올 성분을 함유한다.
디이소시아네이트 성분 (a3)은 방향족 결합 이소시아네이트기를 가지며 NCO 함량이 35 내지 53%, 바람직하게는 40 내지 50 %인 디이소시아네이트로부터 선택된다. 그 예로는 톨릴렌 디이소시아네이트 이성질체, 나프틸렌 디이소시아네이트, 페닐렌 디이소시아네이트 및 이들의 혼합물 및 다른 방향족 디이소시아네이트를 들 수가 있다.
특정한 성질들을 얻기 위하여, 예를 들면 페닐 이소시아네이트 또는 트리이소시아네이트와 같은 모노이소시아네이트를 최고 20 몰%까지 선택적으로 사용할 수 있다.
성분 (a3)로서 2,4- 및(또는) 2,6-톨릴렌 디이소시아네이트를 사용하는 것이 바람직하다.
성분 (b)는 2개 이상의 이소시아네이트-반응성기, 또는 가수분해에 의해 이소시아네이트-반응성 기로 전환될 수 있는 2개 이상의 기를 갖는 화합물로부터 선택된다. 또한 유리된 이소시아네이트-반응성기 및 상기의 가역적으로 블록킹된 이소시아네이트-반응성기를 갖는 화합물을 사용할 수 있다. 또한 여러가지 타입의 화합물의 혼합물이나 이소시아네이트-반응성기를 가진 화합물과 가역적으로 블록킹된 이소시아네이트-반응성기를 갖는 화합물과의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다.
바람직하게는 성분 (b)는 평균 2 내지 6개의 유리되거나 블록킹된 이소시아네이트-반응성기를 갖고 있다. 성분 (b)의 분자량은 중요하며 넓은 영역에서 변화 할 수 있다. 바람직하게는, 저분자량 화합물, 예를 들면 약 100 내지 600의 분자량을 갖는 것들이 사용된다.
성분 (b)의 양은, 성분 (b)의 유리 및(또는) 가역적으로 블록킹된, 이소시아네이트-반응성기에 대한 성분 (a)의 이소시아네이트기의 당량비가 0.8:1 내지 10:1, 바람직하게는 0.9:1 내지 4:1, 좀 더 바람직하게는 1:1 내지 2:1, 가장 바람직하게는 1:1 내지 1.2:1가 되도록 계산할 수 있다.
성분 (b)로서 사용될 수 있는 화합물의 예는 다음을 포함한다:
폴리우레탄 화학분야에서 공지되고, 예를 들면 독일 공개 특허 제2,018,233호 (미국 특허 제3,743,626호, 본 명세서에 참고 문헌으로 삽입됨) 및 독일 공개 특허 제2,446,438호 (미국 특허 제4,002,601호, 본 명세서에 참고 문헌으로 삽입됨)에 개시된 폴리옥사졸리딘;
- 폴리우레탄 화학분야에서 공지되고, 예를 들면 독일 공개 특허 제1,520,139호 (미국 특허 제3,420,800호, 본 명세서에 참고 문헌으로 삽입됨) 및 독일 공개 특허 제3,308,418호 (미국 특허 제4,481,345호, 본 명세서에 참고 문헌으로 삽입됨)에 개시된 폴리케티민 또는 폴리알디민;
- 예를 들면 미국 특허 제4,218,543호에서 사슬 연장제로 개시된 것과 같은 방향족 폴리아민, 특히 입체 장애된 아미노기를 갖는 디아민 및
- 분자량이 62 내지 1000, 바람직하게는 62 내지 399, 좀 더 바람직하게는 400 내지 1000인 다가 알코올.
적합한 저분자량 알코올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 또는 이들의 혼합물들을 포함한다. 적합한 고분자량 알코올은 폴리히드록시 화합물, 예를 들면 에폭시드 수지, 페놀 수지, 알키드 수지, 카스터유, 히드록실기를 갖는 폴리에스테르 수지, 실리콘 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르, 폴리카르보네이트 및 이들의 혼합물을 포함한다.
본 결합제 조성물은 개개의 성분 (a) 및 (b)와 선택적으로 (c)를 혼합하여 제조한다. 성분 (b)가 가역적으로 블록킹된, 이소시아네이트-반응성기를 갖는 화합물로부터 선택되는 결과로, 생성되는 코팅 조성물은 물의 부재하에 저장시 안정하다. 코팅 조성물이 적당한 기판위에 도포되면, 코팅 조성물은 수분의 존재하에서 빠르게 경화된다. 필요하다면, p-톨루엔술폰산, 디부틸틴 옥토에이트 또는 염화 아연과 같은 공지의 촉매를 첨가하여 경화 반응을 가속화시킬 수도 있다.
성분 (b)가 블록킹되지 않은 이소시아네이트-반응성기, 예를 들면 특히 아미노기 또는 히드록실기를 갖고 있을 때, 본 결합제 조성물은 제한된 저장 수명만을 가지므로 결합제 조성물은 이 기간 내에 이용되어야 한다.
"결합제 조성물"이란 말은, 본 발명에 따른 결합제가 개개의 성분 (a) 및 (b)를, 성분 (b)가 블록킹된 이소시아네이트-반응성기를 갖는 일액형계 형태이거나 성분 (b)가 블록킹되지 않은 이소시아네이트-반응성기를 갖는 이액형계 형태로 함유한다는 것을 의미한다.
이러한 폴리올 및 블록킹 및(또는) 유리된 이소시아네이트-반응성기를 갖는 히드록시-관능성 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트 및 폴리아크릴레이트 또는 그의 혼합물들이 성분 (b)로 사용되는 것이 바람직하다. 좀 더 바람직하게는 히드록실기를 함유한 폴리에테르가 사용된다.
본 발명에 따른 결합제 조성물은 직접 코팅 조성물이나 밀봉제로서, 즉 첨가제 (c)의 첨가없이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 그들은 공지되어 있는, 가소제 (트리크레실 포스페이트, 프탈산 디에스테르 및 클로로파라핀), 습윤제, 평탄제, 피막 방지제, 소포제, 소광제 (예를 들면, 실리카, 알루미늄 실리케이트 및 고비점 왁스), 점도 조절제, 안료, 증량제 (예를 들면, 이산화티탄, 황산바륨 및 초크), 카본 블랙, 착색제, UV 흡수제, 및 열 또는 산화 안정제를 포함하는 첨가제 (c)와 혼합하여 사용된다.
또한 보조제 (c)로서, N,N-디메틸벤질-아민, N-메틸-모르폴린, 디부틸틴 디라우레이트, DABCO (디아자비시클로-옥탄)과 같은 촉매를 건조제와 함께 사용하는 것도 가능하다. 적합한 건조제는 여러 문헌들 (문헌명: Ullmann, Enzyklopadie der technischen Chemie, 4th edition, volume 23, p421, Verlag Chemie 1983, 독일 공개 특허 제4,032,546호 및 그 속에서 인용된 문헌들)에 공표되어 있다. 코발트, 납, 마그네슘, 지르코늄, 알루미늄, 망간, 칼슘, 세륨, 구리, 니켈, 바나듐, 바륨 및 아연 건조제, 및 이들의 혼합물들을 예로 들 수 있다.
본 발명에 따른 결합제는 목재, 플라스틱, 가죽, 종이, 직물, 유리, 세라믹, 석고, 석조물, 금속 및 콘크리트와 같은 필요한 어떤 재료를 코팅하는 경우에도 코팅 조성물로서 사용될 수 있다. 이 코팅 조성물은 스프레이, 브러싱, 유동 코팅, 주입, 침지 및 롤러 코팅과 같은 통상적인 방법으로 도포될 수 있다. 본 코팅 조성물은 투명한 래커 및 착색된 래커로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 코팅 조성물은 발포에 대해 상당할 정도로 저 감수성을 가진 것이 특징적이다. 또다른 잇점은 본 조성물이 콘크리트와 같은 기초적인 기판에 직접 사용될 수 있다는 것이다.
이어지는 실시예에서는 달리 언급되지 않는다면 모든 부 및 퍼센트는 중량 기준으로 한 것이다.
<실시예 1>
본 발명에 따른 폴리이소시아네이트 성분 (a)의 제조
알코올 (HD-Ocenol 110/130, Henkel KGaA의 제조물, 200-220의 OH가 및 110-130의 요오드가를 가짐, 18개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 사슬이 약 95 %임) 815.4 g (3.0몰)을 질소로 세척한 교반기에 투입하고, 70 ℃에서 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 168 g (1.0몰)과 혼합하였다. 90 ℃에서 약 3시간 동안 반응시킨 후에는, 생성되는 우레탄 성분의 NCO 함량이 0.1 % 아래로 떨어졌다. 그후 88 ℃에서 톨릴렌 디이소시아네이트 (TDI, 2,4- 대 2,6- 이성질체 비율 = 80:20) 1740 g (10.0몰)을 투입하여 알로파네이트화 반응을 시작한 후, 이어서 아연 스테아레이트 140 mg으로 촉매 반응시켰다. 9시간 후에, 이소프탈로일 클로라이드 140 mg을 첨가하여 NCO 함량이 24.2 %일 때 상기 반응을 종결했다. 그후 0.1-0.3 mbar의 진공하 및 150 ℃에서 과량의 톨릴렌 디이소시아네이트를 막 증류법으로 분리하였다.
[표 1]
<실시예 2>
본 발명에 따른 폴리이소시아네이트 성분 (a)의 제조
실시예 1의 알코올 271.8 g (1.0몰)을 질소로 세척한 교반기에 투입하고 90 ℃에서 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트 (BDI) 84 g (0.5몰)과 혼합하였다. 95 ℃에서 약 8시간 동안 반응시킨 후에는, 생성되는 디우레탄의 NCO 함량이 0.2 % 아래로 떨어졌다. 그후 88 ℃에서 TDI (실시예 1 참조) 870 g (5.0몰)을 첨가하여 알로파네이트화 반응을 시작한 후, 이어서 아연 스테아레이트 60 mg으로 촉매 반응시켰다. 5시간 후에, 이소프탈로일 클로라이드 120 mg을 첨가하여 NCO 함량이 30.5 %일 때 상기 반응을 종결했다. 그 후 0.1-0.3 mbar의 진공하 및 150 ℃에서 과량의 TDI를 막 증류법으로 분리하였다.
[표 2]
<실시예 3>
본 발명에 따른 폴리이소시아네이트 성분 (a)의 제조
알코올 (기술적인 등급 Lorol, Henkel KGaA의 제품, 265-275의 OH수 및 0.5 미만의 요오드수를 가짐, 12 내지 18개의 탄소 원자를 가진 탄화수소 사슬) 203.3 g (1.0몰)을 폴리에테르 (프로필렌 글리콜을 프로폭실화한 후 프로폭실화 생성물을 에폭시화하여 제조함, PO/EO 혼합물 비 79/21, OH가: 28.5) 500 g (0.125몰)과 함께 질소로 세척한 교반기에 투입하고, 70 ℃에서 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 105 g (0.625몰)과 혼합하였다. 100 ℃에서 약 13시간 동안 반응시킨 후에는, 생성되는 디우레탄 성분의 NCO 함량이 0.2 % 아래로 떨어졌다. 그후 85 ℃에서 TDI (실시예 1 참조) 652.5 g (3.75 몰)을 투입하여 알로파네이트화 반응을 시작한 후 이어서 아연 스테아레이트 73 mg으로 촉매 반응시켰다. 9시간 후에 이소프탈로일 클로라이드 70 mg을 첨가하여 NCO 함량이 17.3 %일 때 상기 반응을 종결했다. 그 후 0.1-0.3 mbar의 진공하 및 140 ℃에서 과량의 TDI를 막 증류법으로 분리하였다.
[표 3]
<실시예 4 및 5>
본 발명에 따른 결합제 조성물 및 비교 결합제
표 1에 나타낸 이소시아네이트-반응성 성분 (b)의 양을 건조제 및 탈기제와 함께 고속의 실험실 교반기에서 격렬하게 혼합하고, 상온으로 냉각한 후, 실시예 1의 폴리이소시아네이트 성분 (a) 또는 본 발명에 부합되지 않는 폴리이소시아네이트 성분을 혼합하여 테스트 샘플로서 주조했다. 비교 대상이 되는 이소시아네이트는, 고급 동족체와 혼합된 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI)를 함유하는 폴리이소시아네이트를 폴리에테르 폴리올 (바이엘 악티엔게젤샤프트사로부터 구입할 수 있는 데스모더 (Desmodur) E-21임, NCO 함량이 16 %이고 점도가 6500 mPa.s임)과 반응시켜 제조된 방향족 프리폴리머이었다.
MDI-기재 비교 결합제 조성물과 비교했을 때, 본 발명에 따른 결합제 조성물은 촉매를 함유함에도 불구하고 좀더 긴 저장 수명을 나타냈고, 대기의 습도가 증가하더라도 두꺼운 무발포 코팅물을 형성하도록 경화됐다. 습도와 온도가 좀 더 낮은 더 좋은 조건하에서 경화되더라도, 비교 결합제 조성물의 경우 심각할 정도로 발포된 코팅물만이 수득되었다.
[표 4]
결합제 조성물의 조성
본 발명에 따른 결합제 조성물은 두꺼운 층에서도 빠르게 경화되며, 고경도를 갖는 무발포 코팅물을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 결합제 조성물은 콘크리트와 같은 기초적인 기판위에 직접 도포하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. (a) (i) NCO 함량이 3 내지 16 %이고,
    (ii) 평균 관능가가 1.8 내지 4이고,
    (iii) 알로파네이트기 함량 (C2HN2O3로 계산, 분자량: 101)이 5 내지 35 %이고,
    (iv) 산소를 통하여 알로파네이트기에 결합되어 있으며 평균 2 내지 23개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 사슬 함량이 10 내지 65 %인,
    헤테로알로파네이트기 및 방향족 결합 이소시아네이트기를 함유한 폴리이소시아네이트 성분 및
    (b) 이소시아네이트-반응성 성분
    을 포함하는 본질적으로 무용매인 결합제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리이소시아네이트 성분의
    (i) NCO 함량이 5 내지 13%이고,
    (ii) 평균 관능가가 1.9 내지 3이고,
    (iii) 알로파네이트기 함량이 10 내지 23 %이고,
    (iv) 평균 8 내지 23개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 사슬 함량이 18 내지 53 %인 결합제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이소시아네이트-반응성기가 히드록실기 또는 아미노기인 결합제 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 이소시아네이트-반응성기가 히드록실기 또는 아미노기인 결합제 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이소시아네이트-반응성기가 가역적으로 블록킹된 아미노기인 결합제 조성물.
  6. 제2항에 있어서, 상기 이소시아네이트-반응성기가 가역적으로 블록킹된 아미노기인 결합제 조성물.
  7. a1) 이소시아네이트기 함량이 30 내지 60 %인 선형 지방족 디이소시아네이트와 a2) 2 내지 23개의 탄소 원자의 탄화수소 사슬 및 1.5 미만의 평균 관능가를 갖는 히드록실 성분을 NCO/OH 당량비가 약 1.0:1.0 내지 0.5:1.0이 되도록 반응시켜 우레탄기를 함유하는 화합물을 생성하고, 이 화합물을 과량의 a3) 이소시아네이트기 함량이 35 내지 53 %인 방향족 디이소시아네이트 성분과 반응시켜 상기 우레탄기를 알로파네이트기로 전환시키고, 이어서 미반응된 디이소시아네이트 성분 (a3)를 그 함량이 폴리이소시아네이트 중량 기준으로 0.5 % 미만이 되도록 제거하는 것을 포함하는,
    (i) NCO 함량이 3 내지 16 %이고,
    (ii) 평균 관능가가 1.8 내지 4이고,
    (iii) 알로파네이트기 함량 (C2HN2O3로 계산, 분자량: 101)이 5 내지 35 %이고,
    (iv) 산소를 통하여 알로파네이트기에 결합되어 있으며 평균 2 내지 23개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 사슬 함량이 10 내지 65 %인, 헤테로알로파네이트기 및 방향족 결합 이소시아네이트기를 함유한 폴리이소시아네이트의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 디이소시아네이트 성분 (a3)이 2,4- 및(또는) 2,6-톨릴렌 디이소시아네이트를 포함하는 방법.
  9. 결합제로서 제1항에 따른 결합제 조성물을 함유하는 코팅 조성물.
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