TW201910453A - 聚氨酯塗料組合物、固化塗膜及樹脂構件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可形成具有良好的耐擦傷性、同時具有優異的防霧持續性的固化塗膜的液型聚氨酯塗料組合物、及具有該固化塗膜的樹脂構件。所述聚氨酯塗料組合物含有特定量的聚異氰酸酯(a)、聚醚多元醇(b)及表面活性劑(c),所述聚醚多元醇(b)為數目平均分子量為300以上且小於600的聚醚多元醇(b-1)、數目平均分子量為600以上且小於900的聚醚多元醇(b-2)、數目平均分子量為900以上1800以下的聚醚多元醇(b-3),所述表面活性劑(c)為在分子內具有羥基的離子表面活性劑、以及不具有與異氰酸酯基反應的基團的陰離子表面活性劑和/或兩性表面活性劑。

Description

聚氨酯塗料組合物、固化塗膜及樹脂構件
本發明涉及聚氨酯塗料組合物、固化塗膜及樹脂構件。
在以往,已知合成樹脂成型品或玻璃等基材的表面在露點溫度以下時,大氣中的水分會變成小水滴並附著於基材的表面。其結果,引發由附著的水滴引起的光散射,產生霧氣,因此,例如在將上述基材用於眼鏡等時會妨礙視野。
作為防止上述霧氣產生(防霧)的方法,已知在基材的表面上塗布混合了親水性樹脂及表面活性劑等的溶液並形成塗膜(乾燥塗膜或固化塗膜)的方法。
該方法藉由塗膜中所含有的表面活性劑使附著的水滴的接觸角降低,不引起光的散射,從而表現出防霧效果。此外,由於該方法迅速地引起基於表面活性劑的水滴的接觸角的下降,因此能夠迅速地表現出防霧效果。
然而,在考慮到上述塗膜的實際使用時(例如,在長時間使用時、或對塗膜表面進行濕擦時等),塗膜內部中的表面活性劑容易流出,造成防霧性下降。另一方面,雖然藉由大量添加表面活性劑能夠多少提升防霧持續性,但無法使其得到大幅的提升,此外進一步存在塗膜容易損傷、塗膜的外觀也下降的問題。
為了防止這樣的表面活性劑的流出,報告有使用難溶於水的表面活性劑的方法(專利文獻1)及使用反應性表面活性劑的方法(專利文獻2及3)。
習知技術文獻 專利文獻 專利文獻1:日本特開第2015-86370號公報 專利文獻2:日本特開第2005-29723號公報 專利文獻3:日本特開第2004-244612號公報
本發明要解決的技術問題
專利文獻1中揭露的固化塗膜,由於表面活性劑的水溶性低,因此即使浸漬在水中,表面活性劑也不流出至水中,故而能夠期待防霧持續性。此外,推定表面活性劑較多地存在於塗膜的最外層表面,因此能夠形成均勻的水膜。然而,在對防霧塗膜進行濕擦時,有存在於塗膜最外層表面的表面活性劑被去除,無法維持良好的防霧性的可能。
另一方面,專利文獻2及3中揭露的固化塗膜,藉由在含有異氰酸酯成分與多元醇成分的二液固化型樹脂中導入具有與異氰酸酯成分進行反應的官能團的反應性表面活性劑,能夠使塗膜中的樹脂成分與該表面活性劑進行共價鍵合,因此即使在將塗膜浸漬於水中時,表面活性劑的流出也少,能夠期待防霧持續性。然而,已知由於上述反應性表面活性劑為單官能,因此存在塗膜中的交聯密度下降、耐擦傷性不充分的問題。另一方面,已知在將上述反應性表面活性劑的使用量設為能夠維持耐擦傷性程度的最少量時,不表現出防霧性及防霧持續性。
如上所述,在習知技術的塗膜(乾燥塗膜或固化塗膜)的實際使用中,仍存在防霧性下降、或由損傷導致外觀下降的問題。因此,謀求一種在保持能夠表現出良好的耐擦傷性的膜強度的同時,在對塗膜表面進行反復濕擦後仍能表現出良好的防霧性的防霧塗膜。
此外,在含有異氰酸酯成分與多元醇成分的二液型固化型樹脂組合物的組合物中,由於異氰酸酯成分與多元醇成分進行反應,因此存在可使用時間(貯存期)受限的問題。因此,謀求一種具有長貯存期的、或一液型的組合物(產品)。
本發明的目的在於提供一種可形成具有良好耐擦傷性、同時具有優異的防霧持續性的固化塗膜的液型聚氨酯塗料組合物、及具有該固化塗膜的樹脂構件。
解決技術問題的技術手段
本發明涉及一種聚氨酯塗料組合物,其含有聚異氰酸酯(a)、聚醚多元醇(b)及表面活性劑(c),其中聚異氰酸酯(a)為選自由二異氰酸酯及其衍生物組成的群組中的至少一種聚異氰酸酯化合物與熱離解性封端劑進行反應而得到的封端聚異氰酸酯化合物;所述聚醚多元醇(b)為數目平均分子量為300以上且小於600的聚醚多元醇(b-1)、數目平均分子量為600以上且小於900的聚醚多元醇(b-2)、數目平均分子量為900以上1800以下的聚醚多元醇(b-3);所述表面活性劑(c)為在分子內具有羥基的離子表面活性劑、以及不具有與異氰酸酯基反應的基團的陰離子表面活性劑和/或兩性表面活性劑;在所述(a)~(c)成分的總重量中,所述(a)成分為35重量%以上85重量%以下,所述(b-1)成分為3重量%以上18重量%以下,所述(b-2)成分為8重量%以上38重量%以下,所述(b-3)成分為0.5重量%以上8重量%以下,所述(c)成分為1重量%以上10重量%以下。
此外,本發明涉及一種固化塗膜,其由所述聚氨酯塗料組合物形成。
此外,本發明涉及一種樹脂構件,其具有所述固化塗膜。
發明效果
本發明的聚氨酯塗料組合物為以特定量含有特定的聚異氰酸酯(a)、聚醚多元醇(b)及表面活性劑(c)的聚氨酯塗料組合物。由於所述聚醚多元醇(b)使用具有不同數目平均分子量的聚醚多元醇(b-1)、(b-2)及(b-3),因此推定由該組合物形成的固化塗膜的交聯結構能夠獲得疏密平衡,因此固化塗膜具有良好的耐擦傷性、優異的防霧持續性,故而塗膜能夠經受反復擦拭等,適用於實際使用中。
此外,本發明中,同時使用在分子內具有羥基的離子表面活性劑、以及不具有與異氰酸酯基反應的基團的陰離子表面活性劑和/或兩性表面活性劑作為所述表面活性劑(c)。在分子內具有羥基的離子表面活性劑、以及不具有與異氰酸酯基反應的基團的陰離子表面活性劑和/或兩性表面活性劑各自能夠提升初期防霧性。進一步,推定在單獨使用時容易從固化塗膜中緩釋的兩種表面活性劑成分藉由共存而形成締合體,從而變得難以緩釋,因此能夠提升防霧持續性。
本發明的聚氨酯塗料組合物含有聚異氰酸酯(a)、聚醚多元醇(b)及表面活性劑(c)。
<聚異氰酸酯(a)>
本發明的聚異氰酸酯(a)為選自由二異氰酸酯及其衍生物組成的群組中的至少一種聚異氰酸酯化合物與熱離解性封端劑進行反應而得到的封端聚異氰酸酯化合物。所述聚異氰酸酯(a)可分別單獨使用,也可混合使用兩種以上。
作為所述二異氰酸酯,例如可列舉出1,6-六亞甲基二異氰酸酯等脂肪族二異氰酸酯;1,3-二(異氰酸根合甲基)環己烷、異佛爾酮二異氰酸酯、4,4’-二環己基甲烷二異氰酸酯等脂環式二異氰酸酯;苯二亞甲基二異氰酸酯、甲苯-2,6-二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯等芳香族二異氰酸酯等。作為所述二異氰酸酯的衍生物,例如可列舉出以所述脂肪族二異氰酸酯、脂環式二異氰酸酯和/或芳香族二異氰酸酯等作為起始原料而合成的、雙縮脲體、與三羥甲基丙烷的加合物、異氰脲酸酯體、脲基甲酸酯體等的脂肪族二異氰酸酯的衍生物、脂環式二異氰酸酯的衍生物、芳香族二異氰酸酯的衍生物等。所述聚異氰酸酯化合物可分別單獨使用,也可混合使用兩種以上。
從提高固化塗膜的交聯密度、提升耐擦傷性的角度出發,所述聚異氰酸酯化合物較佳為脂肪族二異氰酸酯的衍生物、脂環式二異氰酸酯的衍生物、芳香族二異氰酸酯的衍生物,更佳為脂肪族二異氰酸酯的衍生物、脂環式二異氰酸酯的衍生物,又更佳為1,6-六亞甲基二異氰酸酯的衍生物、異佛爾酮二異氰酸酯的衍生物。
所述聚異氰酸酯化合物與熱離解性封端劑進行反應可得到所述封端聚異氰酸酯化合物。所述熱離解性封端劑為對所述聚異氰酸酯化合物的異氰酸酯基進行封端(保護)的化合物。此外,“熱離解性”是指藉由加熱而從封端聚異氰酸酯化合物中離解的性質。
所述熱離解性封端劑為在分子內具有一個活性氫的化合物,例如可列舉出醇類化合物、烷基酚類化合物、酚類化合物、活性亞甲基類化合物、硫醇類化合物、酸醯胺類化合物、酸醯亞胺類化合物、咪唑類化合物、脲類化合物、肟類化合物、胺類化合物、醯亞胺類化合物、吡唑類化合物等。所述熱離解性封端劑可分別單獨使用,也可混合使用兩種以上。
作為所述醇類化合物,例如可列舉出甲醇、乙醇、2-丙醇、正丁醇、仲丁醇、2-乙基-1-己醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇等。作為所述烷基酚類化合物,例如可列舉出正丙基苯酚、異丙基苯酚、正丁基苯酚、仲丁基苯酚、叔丁基苯酚、正己基苯酚、2-乙基己基苯酚、正辛基苯酚、正壬基苯酚等單烷基酚類;二正丙基苯酚、二異丙基苯酚、異丙基甲酚、二正丁基苯酚、二叔丁基苯酚、二仲丁基苯酚、二正辛基苯酚、二-2-乙基己基苯酚、二-正壬基苯酚等二烷基酚類等。作為所述酚類化合物,例如可列舉出苯酚、甲酚、乙基苯酚、苯乙烯化苯酚、羥基苯甲酸酯等。作為所述活性亞甲基類化合物,例如可列舉出丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、乙醯丙酮等。作為所述硫醇類化合物,例如可列舉出丁硫醇、十二硫醇等。作為所述酸醯胺類化合物,例如可列舉出乙醯苯胺、乙醯胺、ε-己內醯胺、δ-戊內醯胺、γ-丁內醯胺等。作為所述酸醯亞胺類化合物,例如可列舉出琥珀醯亞胺、馬來醯亞胺等。作為所述咪唑類化合物,例如可列舉出咪唑、2-甲基咪唑等。作為所述脲類化合物,例如可列舉出脲、硫脲、乙烯脲等。作為所述肟類化合物,例如可列舉出甲醛肟、乙醛肟、丙酮肟、甲乙酮肟、環己酮肟等。作為所述胺類化合物,例如可列舉出二苯胺、苯胺、哢唑、二正丙胺、二異丙胺、異丙基乙胺等。作為所述亞胺類化合物,例如可列舉出乙撐亞胺、聚乙烯亞胺等。作為所述吡唑類化合物,可列舉出吡唑、3-甲基吡唑、3,5-二甲基吡唑等。
從離解溫度低的角度出發,所述熱離解性封端劑較佳為使用所述活性亞甲基類化合物、所述吡唑類化合物,更佳為使用丙二酸二甲酯、3,5-二甲基吡唑。
從提升固化塗膜的耐擦傷性及防霧性的角度出發,所述封端聚異氰酸酯化合物較佳為同時使用由所述脂肪族二異氰酸酯的衍生物與所述熱離解性封端劑反應而得到的化合物(a1)、及由所述脂環式二異氰酸酯的衍生物與所述熱離解性封端劑反應而得到的化合物(a2)。在同時使用所述(a1)及所述(a2)時,從提升固化塗膜的耐擦傷性的角度出發,所述(a1)與所述(a2)的重量比((a1)/(a2))較佳為0.5以上,更佳為0.8以上,並且較佳為10以下,更佳為5以下,又更佳為為3以下。
所述封端聚異氰酸酯化合物的製備方法沒有任何限定,通常可藉由在催化劑存在下、以0~100℃的溫度對所述聚異氰酸酯化合物與所述熱離解性封端劑進行加熱攪拌使其反應而得到。作為所述催化劑,例如可列舉出錫、鋅、鉛等有機金屬鹽;甲醇鈉等鹼金屬醇化物。此外,上述的反應可使用有機溶劑,較佳地將對異氰酸酯基而言為非活性的有機溶劑用作所述有機溶劑,例如可列舉出甲苯、二甲苯等烴類溶劑等。
所述封端聚異氰酸酯化合物可以為所有異氰酸酯基均被封端的化合物,或者也可以是部分異氰酸酯基被封端的化合物,從提升聚氨酯塗料組合物的可使用時間(貯存期)的角度出發,較佳為所有異氰酸酯基均被封端。
作為所述封端聚異氰酸酯化合物的市售品,例如可列舉出1,6-六亞甲基二異氰酸酯的衍生物與丙二酸二甲酯的封端聚異氰酸酯化合物(Asahi Kasei Corporation製造,產品名稱:DURANATE MF-K60B)、1,6-六亞甲基二異氰酸酯的衍生物與丙二酸二甲酯/3,5-二甲基吡唑的封端聚異氰酸酯化合物(Baxenden Chemicals Ltd.製造,產品名稱:TRIXENE BI7992)、異佛爾酮二異氰酸酯的衍生物與3,5-二甲基吡唑的封端聚異氰酸酯化合物(Baxenden Chemicals Ltd.製造,產品名稱TRIXENE BI7951)等。
<聚醚多元醇(b)>
本發明的聚醚多元醇(b)至少為數目平均分子量為300以上且小於600的聚醚多元醇(b-1)、數目平均分子量為600以上且小於900的聚醚多元醇(b-2)、數目平均分子量為900以上1800以下的聚醚多元醇(b-3)。另外,該數目平均分子量能夠藉由測定聚醚多元醇(b)的羥值並以下述公式而求出。後述的聚己內酯多元醇(e)的數目平均分子量也相同。
數目平均分子量=羥值×N×1,000/56.11
羥值:以JIS K-1577的6.4為基準而測定的值
N:多元醇的平均官能團數(一分子多元醇中羥基數量的平均數)
作為所述聚醚多元醇(b-1)、(b-2)及(b-3),例如可列舉出藉由在丙三醇、季戊四醇等多官能醇上加成選自由環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷、四氫呋喃等環氧烷組成的群組中的至少一種而得到的聚合物等。作為所述環氧烷,較佳含有環氧乙烷,更佳為僅加成環氧乙烷。所述聚醚多元醇(b-1)、(b-2)及(b-3)可分別單獨使用,也可混合使用兩種以上。
作為所述聚醚多元醇(b-1)、(b-2)及(b-3),例如可列舉出聚乙二醇、聚丙二醇聚乙二醇/聚丙二醇的共聚物多元醇、聚氧乙烯甘油醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙烯三羥甲基丙烷、聚氧丙烯二甘油醚、季戊四醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚等。尤其是從提升固化塗膜的耐擦傷性、防霧性的角度出發,所述聚醚多元醇(b-1)、(b-2)及(b-3)較佳為使用聚氧乙烯甘油醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯二甘油醚。
從提升固化塗膜的耐擦傷性的角度以及提升擦拭後防霧性的角度出發,所述聚醚多元醇(b-1)的數目平均分子量較佳為350以上,更佳為400以上,並且較佳為550以下,更佳為500以下。
從提升固化塗膜的耐擦傷性的角度以及提升擦拭後防霧性的角度出發,所述聚醚多元醇(b-2)的數目平均分子量較佳為650以上,更佳為700以上,並且較佳為850以下,更佳為800以下。
從提升耐水後防霧性的角度出發,所述聚醚多元醇(b-3)的數目平均分子量較佳為1000以上,更佳為1200以上,並且較佳為1700以下,更佳為1600以下。
從提升固化塗膜的耐擦傷性的角度出發,所述聚醚多元醇(b-1)、(b-2)及(b-3)的每一分子的羥基數較佳為2個以上,更佳為3個以上。從提高與所述聚異氰酸酯(a)的相容性的角度出發,所述聚醚多元醇(b-1)、(b-2)及(b-3)的每一分子的羥基數較佳為6個以下,又更佳為4個以下。
<表面活性劑(c)>
本發明的表面活性劑(c)為在分子內具有羥基的離子表面活性劑、以及不具有與異氰酸酯基反應的基團的陰離子表面活性劑和/或兩性表面活性劑。
所述在分子內具有羥基的離子表面活性劑為陽離子、陰離子、兩性的表面活性劑。所述在分子內具有羥基的離子表面活性劑可分別單獨使用,也可混合使用兩種以上。
作為所述在分子內具有羥基的離子表面活性劑,作為陽離子表面活性劑,例如可列舉出二烷醇胺鹽、三烷醇胺鹽、聚氧化烯烷基胺醚鹽、脂肪酸三烷醇胺酯鹽、聚氧化烯二烷醇胺醚鹽、聚氧化烯三烷醇胺醚鹽、二(聚氧化烯)烷基苄基烷基銨鹽、烷基氨甲醯甲基二(聚氧化烯)銨鹽、聚氧化烯烷基銨鹽、聚氧化烯二烷基銨鹽等。
進一步,在所述在分子內具有羥基的離子表面活性劑中,作為陽離子表面活性劑,例如可列舉出下述通式(1)所表示的化合物,
R1 -NH-(CH2 )n -N R2 R3 R4-
通式(1)中,R1 表示具有碳原子數為8~24的直鏈或支鏈的飽和或不飽和的醯基,且具有一個以上的羥基,n表示1~10,R2 ~R4 獨立地表示氫原子、碳原子數為1~6的烷基、碳原子數為1~6的烷氧基,X表示陰離子。
作為所述通式(1)所表示的化合物,例如可列舉出蓖麻醇酸醯胺丙基二甲基胺、蓖麻醇酸醯胺丙基乙基二甲基銨乙基硫酸鹽、蓖麻醇酸醯胺丙基三甲基氯化銨、蓖麻醇酸醯胺丙基三甲基銨甲基硫酸鹽、椰油醯胺丙基二甲胺、椰油醯胺丙基乙基二甲基銨乙基硫酸鹽、椰油醯胺丙基三甲基氯化銨、山崳醯胺丙基二甲胺、異硬脂醯胺丙基二甲胺、硬脂醯胺丙基二甲胺、季銨鹽-33、十一碳烯醯胺丙基三甲基銨甲基硫酸鹽等。
作為所述在分子內具有羥基的離子表面活性劑,作為陰離子表面活性劑,例如可列舉出蓖麻油單硫酸鹽、蓖麻油單磷酸鹽、去水山梨糖醇脂肪酸酯硫酸鹽、去水山梨糖醇脂肪酸酯磷酸鹽、山梨糖醇脂肪酸酯硫酸鹽、山梨糖醇脂肪酸酯磷酸鹽、蔗糖脂肪酸酯硫酸鹽、蔗糖脂肪酸酯磷酸鹽、聚氧化烯蓖麻油醚單硫酸鹽、聚氧化烯蓖麻油醚單磷酸鹽、聚氧化烯去水山梨糖醇脂肪酸酯硫酸鹽、聚氧化烯去水山梨糖醇脂肪酸酯磷酸鹽、聚氧化烯丙三醇醚單硫酸鹽、聚氧化烯丙三醇醚單磷酸鹽等。
作為所述在分子內具有羥基的離子表面活性劑,作為兩性表面活性劑,例如可列舉出N,N-二(β-羥基烷基)N-羥基乙基-N-羧基烷基銨甜菜鹼、N-β-羥基烷基-N,N-二聚氧化烯-N-羧基烷基銨甜菜鹼、N-烷基-N,N-二(聚氧化烯)胺與二羧酸的單酯、N-(聚氧乙烯)-N′,N′-二(聚氧乙烯)氨基烷基-N-烷基-N-磺基烷基銨甜菜鹼、N,N-二(聚氧乙烯)-N-烷基-N-磺基烷基銨甜菜鹼、N-(β-羥基烷基氨基乙基)-N-(β-羥基烷基)氨基乙基羧酸、N,N′-雙(2-羥基烷基)-N,N′-雙(羧基乙基)乙二胺鹽、N-(β-羥基烷基)-N′,N′-二(聚氧乙烯)-N-羧基乙基乙二胺鹽等。
從容易與所述聚異氰酸酯(a)及所述聚醚多元醇(b)相容、可良好地保持塗膜的外觀的角度出發,所述在分子內具有羥基的離子表面活性劑較佳為陽離子表面活性劑,更佳為所述通式(1)所表示的化合物,又更佳為蓖麻醇酸醯胺丙基乙基二甲基銨乙基硫酸鹽。
所述不具有與異氰酸酯基反應的基團的、陰離子表面活性劑和/或兩性表面活性劑為在該表面活性劑的分子內不具有羥基、氨基、羧基、環氧基、硫醇基等作為所述與異氰酸酯基反應的基團的表面活性劑。所述不具有與異氰酸酯基反應的基團的陰離子和/或兩性表面活性劑可分別單獨使用,也可混合使用兩種以上。
作為所述不具有與異氰酸酯基反應的基團的陰離子表面活性劑,例如可列舉出油酸鈉、油酸鉀等脂肪酸鹽;十二烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸銨等高級醇硫酸酯類;十二烷基苯磺酸鈉、烷基萘磺酸鈉等烷基苯磺酸鹽及烷基萘磺酸鹽;萘磺酸福爾馬林縮合物;通式(2)所表示的琥珀酸酯型陰離子表面活性劑、陰離子氟類表面活性劑等,
[化學式1]・・・(2)
通式(2)中,R1 及R2 獨立地表示具有直鏈或支鏈的烷基,R1 及R2 的總碳原子數為10以上30以下,M表示氫原子、鹼金屬原子、銨基、烷基銨基或烷醇銨基。
在所述琥珀酸酯型陰離子表面活性劑中,所述通式(2)中的R1 及R2 的總碳原子數較佳為12以上,更加為14以上,並且較佳為24以下,更佳為20以下。此外,所述通式(2)中的M較佳為鹼金屬原子、銨基、烷基銨基或烷醇銨基,更佳為鹼金屬原子。
作為所述琥珀酸酯型陰離子表面活性劑,例如可列舉出二己基磺基琥珀酸鈉、二-2-乙基己基磺基琥珀酸鈉、二月桂基磺基琥珀酸銨等,其中,較佳為二-2-乙基己基磺基琥珀酸鈉。
作為所述陰離子氟類表面活性劑,例如可列舉出全氟烷基羧酸鹽、全氟烷基磺酸鹽、全氟烷基磷酸酯等。
作為所述不具有與異氰酸酯基反應的基團的兩性表面活性劑,例如可列舉出二甲基烷基十二烷基甜菜鹼、二甲基烷基十八烷基甜菜鹼等脂肪酸型兩性離子類表面活性劑,如二甲基烷基磺基甜菜鹼這樣的磺酸型兩性離子類表面活性劑,兩性氟類表面活性劑等。
作為所述兩性氟類表面活性劑,例如可列舉出全氟烷基甜菜鹼等。
所述陰離子氟類表面活性劑、所述兩性氟類表面活性劑可以具有直鏈或支鏈的全氟烷基,較佳為支鏈,更佳為支鏈的全氟烯基,又更佳為下述通式(3)~(5)中的任意一個所表示的支鏈的全氟烯基。
[化學式2]・・・(3)
[化學式3]・・・(4)
[化學式4]・・・(5)
作為具有所述支鏈的全氟烷基的氟類表面活性劑,例如可列舉出全氟烯基氧基苯磺酸鈉(NEOS Co.,Ltd.製造,產品名稱:FTERGENT 100,產品名稱:FTERGENT 110)、全氟烯基氧基苄基膦酸(NEOS Co.,Ltd.製造,產品名稱:FTERGENT 140A)、全氟烯基氧基苯基磺醯基-N-甲基羧酸鈉(NEOS Co.,Ltd.製造,產品名稱:FTERGENT 150)等陰離子型;氟烷基甜菜鹼(NEOS Co.,Ltd.製造,產品名稱:FTERGENT 400S,產品名稱:FTERGENT 400SW)等兩性型等。
進一步,本發明的聚氨酯塗料組合物可含有HLB為10~18的矽油(d)。藉由含有所述矽油(d),可提升固化塗膜的平滑性。此外,藉由使用所述矽油(d),能夠提升長期的防霧持續性。另外,HLB(親水性-親油性的平衡,Hydrophilic-Lypophilic Balance)表示親水基部分占表面活性劑總分子量的分子量。HLB藉由格里芬(Griffin)公式求出。所述矽油(d)可分別單獨使用,也可混合使用兩種以上。
作為所述矽油(d),較佳為具有矽油的側鏈和/或末端的烴基被有機基團取代的結構的化合物。作為所述有機基團,例如可列舉出聚醚基、長鏈烷基、高級脂肪酸酯基等,其中較佳為聚醚基。
作為所述聚醚基,例如可列舉出聚乙烯氧基、聚丙烯氧基、乙烯氧基(EO)與丙烯氧基(三亞甲基氧基或丙烷-1,2-二基氧基;PO)以嵌段狀或無規方式加成的聚烯化氧基。
從提升固化塗膜的防霧性的角度出發,所述矽油(d)的HLB較佳為12以上,並且從提高與聚氨酯塗料組合物中的各成分的相容性的角度出發,較佳為16以下。
作為所述矽油(d),例如可列舉出聚醚改性有機聚矽氧烷(HLB值=12,Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.製造,產品名稱:KF-642),聚醚改性有機聚矽氧烷(HLB值=14,Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.製造,產品名稱:KF-640)、聚醚改性有機聚矽氧烷(HLB值=12,Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.製造,產品名稱:KF-351A)等。
本發明的聚氨酯塗料組合物可含有聚己內酯多元醇(e)。所述聚己內酯多元醇(e)的數目平均分子量為300以上1800以下。藉由含有所述聚己內酯多元醇(e),可提升固化塗膜的耐擦傷性。所述聚己內酯多元醇(e)可分別單獨使用,也可混合使用兩種以上。另外,如上所述,該數目平均分子量可藉由聚己內酯多元醇(e)的羥值計算得出。
所述聚己內酯多元醇(e)為使丙三醇、季戊四醇等多官能醇與ε-己內酯進行開環聚合而得到的化合物,可列舉出聚己內酯二醇、聚己內酯三醇、聚己內酯四醇、聚己內酯六醇等。
從提高與聚氨酯塗料組合物中的各成分的相容性的角度出發,所述聚己內酯多元醇(e)的數目平均分子量較佳為400以上,更佳為450以上,並且從提升固化塗膜的耐擦傷性的角度出發,較佳為1500以下,更佳為1000以下。從提升固化塗膜的耐擦傷性的角度出發,所述聚醚多元醇(b)每一分子的羥基數較佳為3個以上,並且從提高與聚氨酯塗料組合物中的各成分的相容性的角度出發,較佳為6個以下。
以下,對本發明的聚氨酯塗料組合物的各成分的摻合量進行說明。另外,以下,將所述聚異氰酸酯(a)稱為(a)成分,對於除(a)以外的其他成分(例如(b))也以相同方式進行稱謂。
在所述(a)~(c)成分的總重量中,所述(a)成分為35重量%以上85重量%以下。從提升固化塗膜的耐擦傷性的角度出發,在所述(a)~(c)成分的總重量中,所述(a)成分較佳為40重量%以上,更佳為50重量%以上,並且從提高固化塗膜的柔軟性的角度出發,較佳為75重量%以下,更佳為70重量%以下。
在所述(a)~(c)成分的總重量中,所述(b-1)成分為3重量%以上18重量%以下。從提升固化塗膜的耐擦傷性的角度出發,在所述(a)~(c)成分的總重量中,所述(b-1)成分較佳為5重量%以上,更佳為7重量%以上,並且從提升擦拭後防霧性的角度出發,較佳為15重量%以下,更佳為12重量%以下。
在所述(a)~(c)成分的總重量中,所述(b-2)成分為8重量%以上38重量%以下。從提升固化塗膜的耐擦傷性的角度出發,在所述(a)~(c)成分的總重量中,所述(b-2)成分較佳為10重量%以上,更佳為15重量%以上,並且從提升擦拭後防霧性的角度出發,較佳為35重量%以下,更佳為30重量%以下。
在所述(a)~(c)成分的總重量中,所述(b-3)成分為0.5重量%以上8重量%以下。從提升耐水後防霧性的角度出發,在所述(a)~(c)成分的總重量中,所述(b-3)成分較佳為1重量%以上,更佳為1.5重量%以上,並且從提升擦拭後防霧性的角度出發,較佳為5重量%以下,更佳為3重量%以下。
較佳以(a)成分的異氰酸酯基/(b)成分的羥基的當量比為0.4以上2以下的方式、更佳以為0.5以上1.7以下的方式摻合所述(a)成分及所述(b)成分。
在所述(a)~(c)成分的總重量中,作為所述(c)成分的在分子內具有羥基的離子表面活性劑、以及不具有與異氰酸酯基反應的基團的陰離子表面活性劑和/或兩性表面活性劑的總重量為1.0重量%以上10重量%以下。從提升固化塗膜的防霧性的角度出發,在所述(a)~(c)成分的總重量中,所述(c)成分較佳為2重量%以上,更佳為3重量%以上,並且從提高與聚氨酯塗料組合物中的各成分的相容性的角度、以及對固化塗膜賦予透明性的角度出發,較佳為8重量%以下。
在所述(c)成分中,不具有與異氰酸酯基反應的基團的陰離子表面活性劑和/或兩性表面活性劑相對於在分子內具有羥基的離子表面活性劑的重量比較佳為0.1以上,更佳為1.0以上,並且較佳為5.0以下,更佳為4.0以下。
此外,所述聚氨酯塗料組合物中含有所述(d)成分時,從提高固化塗膜的平滑性的角度出發,在所述(a)~(d)成分的總重量中,所述(d)成分較佳為0.05重量%以上,更佳為0.1重量%以上,並且從提高與聚氨酯塗料組合物中的各成分的相容性的角度、以及提升固化塗膜的防霧性的角度出發,較佳為3重量%以下,更佳為2重量%以下,又更佳為1重量%以下。
此外,所述聚氨酯塗料組合物含有所述(e)成分時,從提高與聚氨酯塗料組合物中的各成分的相容性的角度、以及提升固化塗膜的防霧性的角度出發,在所述(a)~(e)成分的總重量中,所述(e)成分較佳為10重量%以下,更佳為5重量%以下。另外,在所述(a)~(e)成分的總重量中,只要所述(e)成分為0.5重量%以上,則可期待固化塗膜的耐擦傷性的提升。
所述聚氨酯塗料組合物中含有所述(e)成分時,較佳以(a)成分的異氰酸酯基/{(b)成分與(e)成分的總羥基}的當量比為0.2以上4以下的方式、更佳以為0.3以上2.5以下的方式摻合所述(a)成分、所述(b)成分及所述(e)成分。
本發明的聚氨酯塗料組合物可使用有機溶劑進行稀釋而製備。
作為所述有機溶劑,例如可列舉出醇類、羧酸酯類、酮類、醯胺類、醚類、脂肪族及芳香族烴類溶劑等。作為醇類溶劑,例如可列舉出甲醇、異丙醇、正丁醇、二丙酮醇、2-甲氧基乙醇(甲基溶纖劑)、2-乙氧基乙醇(乙基溶纖劑)、2-丁氧基乙醇(丁基溶纖劑)、叔戊醇等。作為羧酸酯類溶劑,例如可列舉出乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸丁酯、甲酸丁酯等。作為酮類溶劑,例如可列舉出甲乙酮、甲基異丁酮、丙酮、環己酮等。作為醯胺類溶劑,例如可列舉出二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺等。作為醚類溶劑,例如可列舉出二乙醚、甲氧基甲苯、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二丁氧基乙烷、1,1-二甲氧基甲烷、1,1-二甲氧基乙烷、1,4-二噁烷、四氫呋喃等。作為脂肪族及芳香族烴類溶劑,例如可列舉出己烷、戊烷二甲苯、甲苯、苯等。所述有機溶劑可分別單獨使用,也可混合使用兩種以上。從溶解性、揮發性及密著性的角度出發,所述有機溶劑較佳為將二丙酮醇、叔戊醇等極性溶劑與羧酸酯和/或酮類溶劑混合而成的溶劑。
所述聚異氰酸酯(a)的異氰酸酯基與所述聚醚多元醇(b)的羥基及所述聚己內酯多元醇(e)的羥基進行反應,形成氨基甲酸酯鍵。可根據需要在形成氨基甲酸酯鍵的反應中加入習知的催化劑。作為習知的催化劑,例如可列舉出三乙胺、四(2-乙基己基)鈦酸鹽、二月桂酸二正丁基錫、1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷等。相對於100重量份的所述聚異氰酸酯(a),使用這些催化劑時的使用量通常為0.001~10重量份。所述催化劑可分別單獨使用,也可混合使用兩種以上。
本發明的聚氨酯塗料組合物中可根據需要使用紫外線吸收劑、抗氧化劑、光穩定劑等穩定劑、著色劑、阻燃劑、除所述聚異氰酸酯(a)以外的異氰酸酯化合物、除所述聚醚多元醇(b)及聚己內酯多元醇(e)以外的多元醇、除所述矽油(d)以外的調平劑,相對於共100重量份的所述(a)~(c)成分,較佳為0.1~10重量份。
<固化塗膜>
可藉由對通常的塗料進行塗布的方法,將本發明的聚氨酯塗料組合物塗布在基材上,藉由加熱固化,從而在基材的表面上形成固化塗膜。
作為所述基材,其種類不限,可使用習知的樹脂基材(構件)。作為所述樹脂基材(構件),例如可列舉出聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯腈-苯乙烯共聚樹脂、聚氯乙烯樹脂、乙酸酯樹脂、ABS樹脂、聚酯樹脂、聚醯胺樹脂等。
作為將本發明的聚氨酯塗料組合物塗布在所述樹脂基材(構件)上的方法,沒有特別限定,可採用棒塗機塗布、刷塗、流塗、浸塗、噴塗、旋塗、澆塗等習知的方法。
對本發明的聚氨酯塗料組合物進行加熱固化的溫度較佳為60℃以上150℃以下,又更佳為80℃以上130℃以下,根據使用的基材樹脂的耐熱性或熱變形性等進行適當調整即可。加熱時間因加熱溫度而異,為數分鐘~數小時左右。
從提升固化塗膜的防霧性的角度出發,所述固化塗膜的膜厚較佳為1.0μm以上,更佳為3.0μm以上。從提高固化塗膜的平滑性的角度出發,所述固化塗膜的膜厚較佳為30μm以下,更佳為20μm以下。
實施例
以下藉由實施例等對本發明進行說明,但本發明並不受其限定。
各實施例及比較例中所使用的原料如下所述。
<原料>
<聚異氰酸酯(a)>
a-1:1,6-六亞甲基二異氰酸酯的衍生物與丙二酸二甲酯/3,5-二甲基吡唑的封端聚異氰酸酯化合物(固體成分70重量%,丙二醇單甲醚30重量%,對溶液異氰酸酯基含有率9.2%,Baxenden Chemicals Ltd.製造,TRIXENE BI7992)
a-2:異佛爾酮二異氰酸酯的衍生物與3,5-二甲基吡唑的封端聚異氰酸酯化合物(固體成分65重量%,乙酸丁酯12.5重量%,C9 Aromatic 12.5重量%,對溶液異氰酸酯基含有率7.8%,Baxenden Chemicals Ltd.製造,TRIXENE BI7951)
<聚醚多元醇(b)>
b-1:聚氧乙烯甘油醚(固體成分100%,每一分子的羥基數為3,數目平均分子量為450,NOF Corporation製造,Uniox G450)
b-2:聚氧乙烯甘油醚(固體成分100%,每一分子的羥基數為3,數目平均分子量為750,NOF Corporation製造,Uniox G750)
b-3:聚氧丙烯甘油醚(固體成分100%,每一分子的羥基數為3,數目平均分子量為1500,Sanyo Chemical Industries Ltd.製造,SANNIX GP1500)
<表面活性劑(c)>
c-1:蓖麻醇酸醯胺丙基乙基二甲基銨乙基硫酸鹽(固體成分100%,VANTAGE Specialty Ingredients, Inc.製造,Lipoquat R)
c-2:二-2-乙基己基磺基琥珀酸鈉
c-3:陰離子氟類表面活性劑(固體成分100%,磺酸鈉鹽,NEOS Co.,Ltd.製造,FTERGENT 100)
c-4:兩性氟類表面活性劑(固體成分50%,NEOS Co.,Ltd.製造,FTERGENT 400SW)
<矽油(d)>
d-1:聚醚改性有機聚矽氧烷(HLB值=12,Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.製造,KF-642)
d-2:聚醚改性有機聚矽氧烷(HLB值=14,Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.製造,KF-640)
<聚己內酯多元醇(e)>
e-1:聚己內酯三醇(固體成分100%,每一分子的羥基數為3,數目平均分子量為800,Daicel Corporation製造,PLACCEL308)
<其他成分>
b´-1:聚乙二醇(固體成分100%,每一分子的羥基數為2,數目平均分子量為200,Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.製造,PEG200)
b´-2:聚乙二醇(固體成分100%,每一分子的羥基數為2,數目平均分子量為2000,Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.製造,PEG2000)
c´-1:非離子氟類表面活性劑(固體成分100%,NEOS Co.,Ltd.製造,FTERGENT 215M)
c´-2:陽離子氟類表面活性劑(固體成分100%,季銨鹽(I鹽或Br鹽),NEOS Co.,Ltd.製造,FTERGENT 300)
<有機溶劑>
二丙酮醇(DAA)
<聚氨酯塗料組合物的製備>
<實施例1~10、比較例1~13>
以表1及表2所示的比例摻合上述原料,進一步,相對於100重量份的聚異氰酸酯,分別加入0.5重量份的二月桂酸二正丁基錫作為催化劑,得到了實施例及比較例的聚氨酯塗料組合物。
以使固化後的膜厚成為8μm左右的方式,用棒塗機將在上述中得到的各聚氨酯塗料組合物塗布在聚碳酸酯樹脂板(7.5cm×10cm×2mm,MITSUBISHI GAS CHEMICAL COMPANY, INC.製造,Iupilon)上,在設定為120℃的烘箱中熱固化30分鐘,得到了具有固化塗膜的樹脂基材(構件)。藉由下述試驗方法進行了評估。將結果示於表1及表2。
<外觀的評估>
藉由目視判斷固化塗膜的表面,以下述的評估基準進行了評估。 ○:正常 ×:存在不透明、白化等異常,或者不平滑
<耐擦傷性的評估>
將載有500g負載的鋼絲棉(#0000)置於固化塗膜的表面上,使用摩擦測試機以往復11次的試驗條件進行試驗後,利用霧度計(NIPPON DENSHOKU INDUSTRIES CO.,LTD.製造,NDH5000)測定試驗後的具有固化塗膜的樹脂構件的霧度(%),以下述的評估基準進行了評估。 ○:試驗後的霧度值小於10 ×:試驗後的霧度值為10以上
<密著性的評估>
將固化塗膜橫切為10×10塊(1mm間隔)後,進行透明膠帶剝離試驗,藉由目視確認了剩餘的塊。 ○:無剝離 ×:有剝離
<初期防霧性的評估>
在25℃的恆溫室內,將固化塗膜的表面在50℃的溫水蒸氣中暴露1分鐘,藉由目視,根據下述的評估基準對有無霧氣進行了評估。 ◎:迅速形成水膜 ○:一瞬起霧後形成水膜 ×:產生霧氣
<耐水後防霧性的評估>
將具有固化塗膜的樹脂基材在常溫的蒸餾水中浸漬1小時後取出,在室溫下靜置了1小時。然後,進行上述初期防霧性的評估試驗,確認了有無霧氣。 ◎:迅速形成水膜 ○:一瞬起霧後形成水膜 ×:產生霧氣
<擦拭後防霧性的評估>
將滲入有5ml左右的蒸餾水的無塵擦拭紙(BEMCOT M-3II,250mm×250mm, Ozu Corporation製造)放置在固化塗膜的表面上,使其往復3次。進一步將該具有該固化塗膜的樹脂基材(構件)在25℃、50%RH的室內靜置1小時後,在25℃的恆溫室內,將固化塗膜的表面在50℃溫水蒸氣中暴露了5分鐘。重複5次該操作後,藉由目視,根據下述的評估基準對有無霧氣進行了評估。當表面活性劑僅存在於固化塗膜的表面上時,表面活性劑被無塵擦拭紙擦去,存在容易產生霧氣的傾向。 ◎:在第5次的評估中迅速地形成水膜 ○:在第5次的評估中一瞬起霧後形成水膜 ×:在第5次的評估中產生霧氣
表1
表2

Claims (5)

  1. 一種聚氨酯塗料組合物,其含有聚異氰酸酯(a)、聚醚多元醇(b)及表面活性劑(c),其中, 該聚異氰酸酯(a)為選自由二異氰酸酯及其衍生物組成的群組中的至少一種聚異氰酸酯化合物與熱離解性封端劑進行反應而得到的封端聚異氰酸酯化合物, 該聚醚多元醇(b)為數目平均分子量為300以上且小於600的聚醚多元醇(b-1)、數目平均分子量為600以上且小於900的聚醚多元醇(b-2)、數目平均分子量為900以上1800以下的聚醚多元醇(b-3), 該表面活性劑(c)為在分子內具有羥基的離子表面活性劑、以及不具有與異氰酸酯基反應的基團的陰離子表面活性劑和/或兩性表面活性劑, 在該(a)~(c)成分的總重量中,該(a)成分為35重量%以上85重量%以下,該(b-1)成分為3重量%以上18重量%以下,該(b-2)成分為8重量%以上38重量%以下,該(b-3)成分為0.5重量%以上8重量%以下,該(c)成分為1重量%以上10重量%以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的聚氨酯塗料組合物,其中, 含有HLB為10~18的矽油(d), 在該(a)~(d)成分的總重量中,該(d)成分為3重量%以下。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的聚氨酯塗料組合物,其中, 含有聚己內酯多元醇(e), 該聚己內酯多元醇(e)的數目平均分子量為300以上1800以下, 在該(a)~(e)成分的總重量中,該(e)成分為10重量%以下。
  4. 一種固化塗膜,其由申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的聚氨酯塗料組合物形成。
  5. 一種樹脂構件,其具有如申請專利範圍第4項所述的固化塗膜。
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