WO2015115291A1 - ポリイソシアネート組成物、2液硬化型ポリウレタン樹脂、塗料および接着剤 - Google Patents

ポリイソシアネート組成物、2液硬化型ポリウレタン樹脂、塗料および接着剤 Download PDF

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Abstract

キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応により得られるポリイソシアネート組成物の、3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体の含有量が、ポリイソシアネート組成物の総量に対して、60質量%以上である。

Description

ポリイソシアネート組成物、2液硬化型ポリウレタン樹脂、塗料および接着剤
 本発明は、ポリイソシアネート組成物、2液硬化型ポリウレタン樹脂、塗料および接着剤に関し、詳しくは、ポリイソシアネート組成物、そのポリイソシアネート組成物が用いられる2液硬化型ポリウレタン樹脂、さらに、その2液硬化型ポリウレタン樹脂からなる塗料および接着剤に関する。
 2液硬化型ポリウレタン樹脂は、ポリイソシアネートを含む硬化剤と、マクロポリオールを含む主剤とをそれぞれ用意して、使用時にそれらを配合するものであって、塗料や接着剤などの分野において広範に使用されている。
 2液硬化型ポリウレタン樹脂として、より具体的には、例えば、キシリレンジイソシアネートのポリオール変性体(トリメチロールプロパン変性体など)と、ヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット変性体、および/または、ヘキサメチレンジイソシアネートの三量体とを、所定の割合で含む硬化剤、および、その硬化剤を含む2液硬化型ポリウレタン樹脂が、提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
 特許文献1において、具体的には、キシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパン変性体としてのタケネートD-110N(三井化学ポリウレタン社製)と、ヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット変性体としてのタケネートD-165N(三井化学ポリウレタン社製)、または、ヘキサメチレンジイソシアネートの三量体としてのタケネートD-170N(三井化学ポリウレタン社製)との混合物が、用いられている。
 このような2液硬化型ポリウレタン樹脂によれば、密着性、耐酸・アルカリ性、耐溶剤性、耐汚染性および耐候性をバランスよく向上させることができる。
特開2010-024386号公報
 一方、2液硬化型ポリウレタン樹脂としては、密着性の更なる向上が要求されており、また、機械物性や、ポットライフの向上が要求されている。
 本発明の目的は、密着性、機械物性およびポットライフの向上を図ることができるポリイソシアネート組成物、そのポリイソシアネート組成物が用いられる2液硬化型ポリウレタン樹脂、さらに、その2液硬化型ポリウレタン樹脂からなる塗料および接着剤を提供することにある。
 上記の目的を達成するため、本発明のポリイソシアネート組成物は、キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応により得られるポリイソシアネート組成物であって、3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体の含有量が、ポリイソシアネート組成物の総量に対して、60質量%以上であることを特徴としている。
 また、本発明のポリイソシアネート組成物では、キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応において、トリメチロールアルカン中の水酸基に対する、キシリレンジイソシアネート中のイソシアネート基の当量比(イソシアネート基/水酸基)が、7.5以上25以下であることが好適である。
 また、本発明のポリイソシアネート組成物では、キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応により得られる粗生成物から、薄膜蒸留によって未反応キシリレンジイソシアネートを除去することにより得られることが好適である。
 また、本発明のポリイソシアネート組成物は、キシリレンジイソシアネートの2量体を、ポリイソシアネート組成物の総量に対して、1質量%以上含有することが好適である。
 また、本発明の2液硬化型ポリウレタン樹脂は、上記のポリイソシアネート組成物を含む硬化剤と、ポリオール成分を含む主剤とを含むことを特徴としている。
 また、本発明の塗料は、上記の2液硬化型ポリウレタン樹脂からなることを特徴としている。
 また、本発明の接着剤は、上記の2液硬化型ポリウレタン樹脂からなることを特徴としている。
 本発明のポリイソシアネート組成物によれば、3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体の含有量が、上記の所定範囲であるため、ポットライフ、機械物性および密着性に優れる2液硬化型ポリウレタン樹脂を得ることができる。
 そのため、本発明の2液硬化型ポリウレタン樹脂、塗料および接着剤は、優れたポットライフを有し、機械物性および密着性に優れる。
図1は、実施例1のポリイソシアネート組成物のゲルパーミエーションクロマトグラムである。 図2は、実施例2のポリイソシアネート組成物のゲルパーミエーションクロマトグラムである。 図3は、比較例1のポリイソシアネート組成物のゲルパーミエーションクロマトグラムである。
 本発明のポリイソシアネート組成物は、キシリレンジイソシアネート(XDI)と、トリメチロールアルカン(TMA)との反応により得ることができ、詳しくは後述するが、3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとが反応して得られるイソシアネート誘導体(以下、トリメチロールアルカン1分子体と称する場合がある。)を、所定の割合で含有している。
 本発明において、キシリレンジイソシアネートとしては、1,2-キシリレンジイソシアネート(o-キシリレンジイソシアネート(o-XDI))、1,3-キシリレンジイソシアネート(m-キシリレンジイソシアネート(m-XDI))、1,4-キシリレンジイソシアネート(p-キシリレンジイソシアネート(p-XDI))が、構造異性体として挙げられる。
 これらキシリレンジイソシアネートは、単独使用または2種類以上併用することができる。キシリレンジイソシアネートとして、好ましくは、1,3-キシリレンジイソシアネート、1,4-キシリレンジイソシアネート、より好ましくは、1,3-キシリレンジイソシアネートが挙げられる。
 本発明において、トリメチロールアルカンとしては、例えば、トリメチロールメタン、トリメチロールエタン、トリメチロールn-プロパン、トリメチロールイソプロパン、トリメチロールn-ブタン、トリメチロールイソブタン、トリメチロールs-ブタン、トリメチロールt-ブタン、トリメチロールペンタン、トリメチロールヘキサン、トリメチロールヘプタン、トリメチロールオクタン、トリメチロールノナン、トリメチロールデカン、トリメチロールウンデカン、トリメチロールドデカンなど、メチロール基を3つ有する炭素数1~20のアルカンが挙げられる。
 これらトリメチロールアルカンは、単独使用または2種類以上併用することができる。
 トリメチロールアルカンとして、好ましくは、メチロール基を3つ有する炭素数4以下のアルカンが挙げられ、より好ましくは、メチロール基を3つ有する炭素数3以下のアルカンが挙げられ、さらに好ましくは、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンが挙げられ、とりわけ好ましくは、トリメチロールプロパンが挙げられる。
 また、必要により、トリメチロールアルカンとともに、その他の低分子量ポリオール(トリメチロールアルカンを除く低分子量ポリオール(以下同様))を併用することができる。
 低分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有する数平均分子量400未満、好ましくは、300未満の化合物であって、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブチレングリコール、1,3-ブチレングリコール、1,2-ブチレングリコール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,2,2-トリメチルペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、アルカン(C7~20)ジオール、1,3-または1,4-シクロヘキサンジメタノールおよびそれらの混合物、1,3-または1,4-シクロヘキサンジオールおよびそれらの混合物、水素化ビスフェノールA、1,4-ジヒドロキシ-2-ブテン、2,6-ジメチル-1-オクテン-3,8-ジオール、ビスフェノールA、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどの2価アルコール、例えば、グリセリンなどの3価アルコール、例えば、テトラメチロールメタン(ペンタエリスリトール)などの4価アルコールなどが挙げられる。
 これらその他の低分子量ポリオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
 トリメチロールアルカンと、その他の低分子量ポリオールとを併用する場合において、それらの配合割合は、トリメチロールアルカンと、その他の低分子量ポリオールとの総量100モルに対して、トリメチロールアルカンが、例えば、1モル以上、好ましくは、10モル以上であり、例えば、99モル以下、好ましくは、90モル以下である。また、その他の低分子量ポリオールが、例えば、1モル以上、好ましくは、10モル以上であり、例えば、99モル以下、好ましくは、90モル以下である。
 なお、キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応において、さらにその他の低分子量ポリオールが用いられる場合、本発明のポリイソシアネート組成物は、得られる反応生成物中におけるキシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応生成物を示す。
 好ましくは、その他の低分子量ポリオールを用いることなく、トリメチロールアルカンを単独で用いる。
 そして、ポリイソシアネート組成物を得るには、トリメチロールアルカン(および、必要により配合されるその他の低分子量ポリオール(以下同様))中の水酸基に対する、キシリレンジイソシアネート中のイソシアネート基の当量比(イソシアネート基/水酸基)が、例えば、7以上、好ましくは、7.5以上、より好ましくは、8以上、さらに好ましくは、9以上、例えば、25以下、好ましくは、24以下、より好ましくは、22以下となる割合で、キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとを配合し、ウレタン化反応させる。
 当量比が上記範囲であれば、3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体(トリメチロールアルカン1分子体)の含有量を、後述する範囲に調整することができる。
 また、ウレタン化反応における反応条件としては、例えば、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気、常圧(大気圧)下において、反応温度が、例えば、40℃以上、好ましくは、50℃以上、より好ましくは、60℃以上であり、例えば、120℃以下、好ましくは、100℃以下、より好ましくは、90℃以下である。また、反応時間が、例えば、0.5時間以上、好ましくは、1時間以上であり、例えば、30時間以下、好ましくは、20時間以下、より好ましくは、10時間以下である。
 また、ウレタン化反応は、反応系において、所望のイソシアネート基含有量(仕込み量から算出される、未反応のイソシアネート基濃度の理論量)となった時点で、終了する。
 また、このウレタン化反応では、必要に応じて、例えば、アミン類や有機金属化合物などの公知のウレタン化触媒を添加してもよく、また、公知の有機溶媒を添加してもよい。
 アミン類としては、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ビス-(2-ジメチルアミノエチル)エーテル、N-メチルモルホリンなどの3級アミン類、例えば、テトラエチルヒドロキシルアンモニウムなどの4級アンモニウム塩、例えば、イミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾールなどのイミダゾール類などが挙げられる。
 有機金属化合物としては、例えば、酢酸錫、オクチル酸錫、オレイン酸錫、ラウリル酸錫、ジブチル錫ジアセテート、ジメチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジメルカプチド、ジブチル錫マレエート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジネオデカノエート、ジオクチル錫ジメルカプチド、ジオクチル錫ジラウリレート、ジブチル錫ジクロリドなどの有機錫系化合物、例えば、オクタン酸鉛、ナフテン酸鉛などの有機鉛化合物、例えば、ナフテン酸ニッケルなどの有機ニッケル化合物、例えば、ナフテン酸コバルトなどの有機コバルト化合物、例えば、オクテン酸銅などの有機銅化合物、例えば、オクチル酸ビスマス、ネオデカン酸ビスマスなどの有機ビスマス化合物などが挙げられる。
 さらに、ウレタン化触媒として、例えば、炭酸カリウム、酢酸カリウム、オクチル酸カリウムなどのカリウム塩が挙げられる。
 これらウレタン化触媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。
 有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、例えば、アセトニトリルなどのニトリル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチルなどのアルキルエステル類、例えば、n-ヘキサン、n-ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素類、例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂環族炭化水素類、例えば、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類、例えば、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、メチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、エチル-3-エトキシプロピオネートなどのグリコールエーテルエステル類、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、例えば、塩化メチル、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、臭化メチル、ヨウ化メチレン、ジクロロエタンなどのハロゲン化脂肪族炭化水素類、例えば、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、N,N’-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホニルアミドなどの極性非プロトン類などが挙げられる。
 これら有機溶媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。
 なお、有機溶媒は、そのままポリイソシアネート組成物に含有されていてもよく、また、次に述べるように、未反応のキシリレンジイソシアネートとともに、除去することもできる。
 また、この反応では、得られた粗生成物から、未反応のキシリレンジイソシアネートを除去することができる。
 換言すると、ポリイソシアネート組成物は、未反応のキシリレンジイソシアネートが混入された状態、すなわち、キシリレンジイソシアネートおよびトリメチロールアルカンの反応生成物と、未反応のキシリレンジイソシアネートとの混合物として得られる。
 そして、得られるポリイソシアネート組成物中における、未反応のキシリレンジイソシアネートの濃度(以下、残存モノマー濃度と称する場合がある。)が高い場合には、ポリイソシアネート組成物から未反応のキシリレンジイソシアネートを除去し、残存モノマー濃度を低減する。
 未反応のキシリレンジイソシアネートを除去する方法としては、例えば、薄膜蒸留などの蒸留法や、例えば、液-液抽出などの抽出精製法などが挙げられる。
 薄膜蒸留法では、例えば、上記の反応により得られる粗生成物(未反応のキシリレンジイソシアネートが混入されたポリイソシアネート組成物)を、薄膜蒸留器により蒸留する。
 薄膜蒸留における条件としては、真空度が、例えば、1Pa以上、好ましくは、10Pa以上であり、例えば、3000Pa以下、好ましくは、1000Pa以下である。
 また、温度条件は、例えば、100℃以上、好ましくは、120℃以上であり、例えば、200℃以下、好ましくは、180℃以下である。
 液-液抽出法では、未反応のキシリレンジイソシアネートが混入されたポリイソシアネート組成物に、抽出溶剤を接触させる。これにより、ポリイソシアネート組成物中の、未反応のキシリレンジイソシアネートを分離する。
 より具体的には、液-液抽出法では、特開2010-265364の段落番号[0026]~[0034]の記載に準拠することができる。
 未反応のキシリレンジイソシアネートを除去する方法として、好ましくは、薄膜蒸留が挙げられる。
 薄膜蒸留によれば、未反応のキシリレンジイソシアネートを除去し、残存モノマー濃度を低減するとともに、3分子のキシリレンジイソシアネートと1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体(トリメチロールアルカン1分子体)の含有量を、後述する範囲に調整することができる。
 このようにして得られるポリイソシアネート組成物において、残存モノマー濃度(未反応のキシリレンジイソシアネートの濃度)は、例えば、2質量%以下、好ましくは、1質量%以下、より好ましくは、0.5質量%以下である。
 なお、残存モノマー濃度は、ゲルパーミエーションクロマトグラムにより求めることができる。
 より具体的には、残存モノマー濃度は、後述する実施例に準拠して得られるゲルパーミエーションクロマトグラムにおいて、保持時間27.8分から27.9分の間をピークトップとするピークの面積の、全ピークの面積に対する面積率(%)として求められる。
 そして、このようにして得られるポリイソシアネート組成物において、3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体(トリメチロールアルカン1分子体)の含有量は、ポリイソシアネート組成物の総量に対して、60質量%以上、好ましくは、61質量%以上、より好ましくは、62質量%以上、通常、80質量%以下である。
 3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体(トリメチロールアルカン1分子体)の含有量が上記範囲であれば、ポットライフ、機械物性および密着性に優れる2液硬化型ポリウレタン樹脂を得ることができる。
 なお、3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体(トリメチロールアルカン1分子体)の含有量は、ゲルパーミエーションクロマトグラムにより求めることができる。
 より具体的には、3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体の含有割合は、後述する実施例に準拠して得られるゲルパーミエーションクロマトグラムにおいて、保持時間26.1分から26.2分の間をピークトップとするピークの面積の、全ピークの面積に対する面積率(%)として求められる。
 また、上記のように得られるポリイソシアネート組成物は、好ましくは、キシリレンジイソシアネートの2量体を含有している。
 より具体的には、例えば、キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応時や、薄膜蒸留による精製時において、未反応(遊離)のキシリレンジイソシアネートが加熱され、2量化する場合がある。このような場合には、得られるポリイソシアネート組成物が、キシリレンジイソシアネートの2量体を含有する。
 キシリレンジイソシアネートの2量体の含有割合は、ポリイソシアネート組成物の総量に対して、例えば、1質量%以上、好ましくは、1.5質量%以上、より好ましくは、2質量%以上、通常、10質量%以下である。
 キシリレンジイソシアネートの2量体の含有量が上記範囲であれば、ポットライフ、機械物性および密着性に優れる2液硬化型ポリウレタン樹脂を得ることができる。
 なお、キシリレンジイソシアネートの2量体の含有量は、ゲルパーミエーションクロマトグラムにより求めることができる。
 より具体的には、キシリレンジイソシアネートの2量体の含有割合は、後述する実施例に準拠して得られるゲルパーミエーションクロマトグラムにおいて、保持時間26.9分から27.1分の間をピークトップとするピークの面積の、全ピークの面積に対する面積率(%)として求められる。
 また、このようにして得られるポリイソシアネート組成物の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)測定による標準ポリスチレン換算で、例えば、850以上、好ましくは、900以上であり、例えば、1600以下、好ましくは、1400以下である。
 また、このようにして得られるポリイソシアネート組成物のイソシアネート基濃度は、例えば、14質量%以上、好ましくは、15質量%以上であり、例えば、19質量%以下、好ましくは、21質量%以下である。
 また、このようにして得られるポリイソシアネート組成物の平均官能基数は、例えば、3.0以上、好ましくは、3.1以上であり、例えば、4.5以下、好ましくは、4.3以下である。
 なお、平均官能基数は、数平均分子量を、イソシアネート基の当量で除することにより求めることができる。
 そして、このようにして得られるポリイソシアネート組成物は、各種有機溶剤に溶解させて、2液硬化型ポリウレタン樹脂(例えば、塗料、接着剤など)の硬化剤として用いることができ、さらに、その他、数多くの産業用途、工業的用途に使用できる。また、必要であれば、無溶剤にて使用することもできる。
 有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、例えば、アセトニトリルなどのニトリル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチルなどのアルキルエステル類、例えば、n-ヘキサン、n-ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素類、例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂環族炭化水素類、例えば、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類、例えば、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、メチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、エチル-3-エトキシプロピオネートなどのグリコールエーテルエステル類、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、例えば、塩化メチル、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、臭化メチル、ヨウ化メチレン、ジクロロエタンなどのハロゲン化脂肪族炭化水素類、例えば、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、N,N’-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホニルアミドなどの極性非プロトン類などが挙げられる。
 さらに、有機溶剤としては、例えば、非極性溶剤(非極性有機溶剤)が挙げられ、これら非極性溶剤としては、脂肪族、ナフテン系炭化水素系有機溶剤、アニリン点が、例えば、10~70℃、好ましくは、12~65℃の、低毒性で溶解力の弱い非極性有機溶剤や、ターペン油に代表される植物性油などが挙げられる。
 かかる非極性有機溶剤は、市販品として入手可能であり、そのような市販品としては、例えば、ハウス(シェル化学製、アニリン点15℃)、スワゾール310(丸善石油製、アニリン点16℃)、エッソナフサNo.6(エクソン化学製、アニリン点43℃)、ロウス(シェル化学製、アニリン点43℃)、エッソナフサNo.5(エクソン製、アニリン点55℃)、ペガゾール3040(モービル石油製、アニリン点55℃)などの石油炭化水素系有機溶剤、その他、メチルシクロヘキサン(アニリン点40℃)、エチルシクロヘキサン(アニリン点44℃)、ガムテレピンN(安原油脂製、アニリン点27℃)などのターペン油類などが挙げられる。
 ポリイソシアネート組成物が有機溶剤に溶解される場合には、その溶液におけるポリイソシアネート組成物の濃度は、例えば、30質量%以上、好ましくは、40質量%以上、より好ましくは、50質量%以上であり、例えば、95質量%以下、好ましくは、90質量%以下である。
 また、上記の割合でポリイソシアネート組成物が有機溶剤に溶解される場合には、その溶液のイソシアネート基濃度は、例えば、3質量%以上、好ましくは、5質量%以上であり、例えば、20質量%以下、好ましくは、18質量%以下である。
 また、上記の割合でポリイソシアネート組成物が有機溶剤に溶解される場合には、その溶液の25℃における粘度は、例えば、10mPa・s以上、好ましくは、20mPa・s以上、より好ましくは、50mPa・s以上であり、例えば、5000mPa・s以下、好ましくは、4000mPa・s以下、より好ましくは、3000mPa・s以下である。なお、粘度の測定方法は、後述する実施例に準拠する。
 そして、上記のポリイソシアネート組成物(キシリレンジイソシアネートのトリメチロールアルカン変性体)では、3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体の含有量が、上記の所定範囲であるため、ポットライフ、機械物性および密着性に優れる2液硬化型ポリウレタン樹脂を得ることができる。
 2液硬化型ポリウレタン樹脂は、硬化剤と主剤とが、それぞれ独立したパッケージとして調製され、それらが使用時に配合される組成物である。
 本発明の2液硬化型ポリウレタン樹脂において、硬化剤は、必須成分として、上記したポリイソシアネート組成物を含んでいる。
 また、硬化剤は、任意成分として、その他のポリイソシアネート(上記したポリイソシアネート組成物を除くポリイソシアネート)を含むことができる。
 その他のポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネートなどのポリイソシアネート単量体などが挙げられる。
 芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート(2,4-または2,6-トリレンジイソシアネートもしくはその混合物)(TDI)、フェニレンジイソシアネート(m-、p-フェニレンジイソシアネートもしくはその混合物)、4,4’-ジフェニルジイソシアネート、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)、ジフェニルメタンジイソシネート(4,4’-、2,4’-または2,2’-ジフェニルメタンジイソシネートもしくはその混合物)(MDI)、4,4’-トルイジンジイソシアネート(TODI)、4,4’-ジフェニルエーテルジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネートなどが挙げられる。
 芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、キシリレンジイソシアネート(XDI(単量体))、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(1,3-または1,4-テトラメチルキシリレンジイソシアネートもしくはその混合物)(TMXDI)、ω,ω’-ジイソシアネート-1,4-ジエチルベンゼンなどの芳香脂肪族ジイソシアネートなどが挙げられる。
 脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリメチレンジイソシアネート、1,2-プロピレンジイソシアネート、ブチレンジイソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、1,2-ブチレンジイソシアネート、2,3-ブチレンジイソシアネート、1,3-ブ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(PDI)、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(別名:ヘキサメチレンジイソシアネート)(HDI)、2,4,4-または2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,6-ジイソシアネートメチルカプエートなどの脂肪族ジイソシアネートなどが挙げられる。
 脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、水添キシリレンジイソシアネート(HXDI)、1,3-シクロペンタンジイソシアネート、1,3-シクロペンテンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート(1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、1,3-シクロヘキサンジイソシアネート)、3-イソシアナトメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(別名:イソホロンジイソシアネート)(IPDI)、メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(別名:ビス(イソシアナトシクロヘキシル)メタン)(4,4’-、2,4’-または2,2’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)これらのTrans,Trans-体、Trans,Cis-体、Cis,Cis-体、もしくはその混合物)(H12MDI)、メチルシクロヘキサンジイソシアネート(メチル-2,4-シクロヘキサンジイソシアネート、メチル-2,6-シクロヘキサンジイソシアネート)、ノルボルナンジイソシアネート(各種異性体もしくはその混合物)(NBDI)などの脂環族ジイソシアネートなどが挙げられる。
 その他のポリイソシアネートには、それら誘導体(キシリレンジイソシアネートのトリメチロールアルカン変性体、および、キシリレンジイソシアネートの2量体を除く)が含まれる。
 ポリイソシアネートの誘導体としては、例えば、ポリイソシアネートの多量体(例えば、2量体、3量体(例えば、イソシアヌレート変性体、イミノオキサジアジンジオン変性体)、5量体、7量体など)(キシリレンジイソシアネートの2量体を除く)、アロファネート変性体(例えば、ポリイソシアネートと、低分子量ポリオールとの反応より生成するアロファネート変性体など)、ポリオール変性体(例えば、ポリイソシアネートと低分子量ポリオールとの反応より生成するポリオール変性体(アルコール付加体)など)(キシリレンジイソシアネートのトリメチロールアルカン変性体を除く)、ビウレット変性体(例えば、ポリイソシアネートと、水やアミン類との反応により生成するビウレット変性体など)、ウレア変性体(例えば、ポリイソシアネートとジアミンとの反応により生成するウレア変性体など)、オキサジアジントリオン変性体(例えば、ポリイソシアネートと炭酸ガスとの反応により生成するオキサジアジントリオンなど)、カルボジイミド変性体(ポリイソシアネートの脱炭酸縮合反応により生成するカルボジイミド変性体など)、ウレトジオン変性体、ウレトンイミン変性体などが挙げられる。
 これらの誘導体は、単独使用または2種類以上併用することができる。
 その他のポリイソシアネート(上記したポリイソシアネート組成物を除くポリイソシアネート)が配合される場合には、その配合割合は、上記したポリイソシアネート組成物と、その他のポリイソシアネートとの総量100質量部に対して、その他のポリイソシアネートが、例えば、30質量部以下、好ましくは、20質量部以下であり、通常、1質量部以上である。
 なお、好ましくは、硬化剤として、上記のポリイソシアネート組成物(キシリレンジイソシアネートのトリメチロールアルカン変性体)を単独で使用する。
 本発明において、主剤は、ポリオール成分を含み、ポリオール成分としては、低分子量ポリオールおよび高分子量ポリオールが挙げられる。
 低分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有する数平均分子量400未満、好ましくは、300未満の化合物であって、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブチレングリコール、1,3-ブチレングリコール、1,2-ブチレングリコール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,2,2-トリメチルペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、アルカン(C7~20)ジオール、1,3-または1,4-シクロヘキサンジメタノールおよびそれらの混合物、1,3-または1,4-シクロヘキサンジオールおよびそれらの混合物、水素化ビスフェノールA、1,4-ジヒドロキシ-2-ブテン、2,6-ジメチル-1-オクテン-3,8-ジオール、ビスフェノールA、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどの2価アルコール、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリイソプロパノールアミンなどの3価アルコール、例えば、テトラメチロールメタン(ペンタエリスリトール)、ジグリセリンなどの4価アルコール、例えば、キシリトールなどの5価アルコール、例えば、ソルビトール、マンニトール、アリトール、イジトール、ダルシトール、アルトリトール、イノシトール、ジペンタエリスリトールなどの6価アルコール、例えば、ペルセイトールなどの7価アルコール、例えば、ショ糖などの8価アルコールなどが挙げられる。
 これら低分子量ポリオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
 高分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有する数平均分子量400以上、好ましくは、300以上の化合物であって、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリウレタンポリオール、エポキシポリオール、植物油ポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、および、ビニルモノマー変性ポリオールが挙げられる。
 ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリアルキレン(C2~3)ポリオール、ポリテトラメチレンエーテルポリオールなどが挙げられる。
 ポリアルキレン(C2~3)ポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールまたは芳香族/脂肪族ポリアミンを開始剤とする、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドの付加重合物(2種以上のアルキレンオキサイドのランダムおよび/またはブロック共重合体を含む。)が挙げられる。具体的には、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレンオキサイド-プロピレンオキサイド共重合体(ランダムおよび/またはブロック共重合体)などが挙げられる。
 ポリテトラメチレンエーテルポリオールとしては、例えば、テトラヒドロフランのカチオン重合により得られる開環重合物や、テトラヒドロフランの重合単位に上記した2価アルコールを共重合した非晶性ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられる。
 ポリエステルポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールと多塩基酸とを、公知の条件下、反応させて得られる重縮合物が挙げられる。
 多塩基酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタール酸、アジピン酸、1,1-ジメチル-1,3-ジカルボキシプロパン、3-メチル-3-エチルグルタール酸、アゼライン酸、セバシン酸、その他の飽和脂肪族ジカルボン酸(C11~13)、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、その他の不飽和脂肪族ジカルボン酸、例えば、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、その他の芳香族ジカルボン酸、例えば、ヘキサヒドロフタル酸、その他の脂環族ジカルボン酸、例えば、ダイマー酸、水添ダイマー酸、ヘット酸などのその他のカルボン酸、および、それらカルボン酸から誘導される酸無水物、例えば、無水シュウ酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水2-アルキル(C12~C18)コハク酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水トリメリット酸、さらには、これらのカルボン酸などから誘導される酸ハライド、例えば、シュウ酸ジクロライド、アジピン酸ジクロライド、セバシン酸ジクロライドなどが挙げられる。
 また、ポリエステルポリオールとして、例えば、上記した低分子量ポリオールを開始剤として、ヒドロキシル基含有植物油脂肪酸(例えば、リシノレイン酸を含有するひまし油脂肪酸、12-ヒドロキシステアリン酸を含有する水添ひまし油脂肪酸など)などのヒドロキシカルボン酸を、公知の条件下、縮合反応させて得られる植物油系ポリエステルポリオールなどが挙げられる。
 また、ポリエステルポリオールとして、例えば、上記した低分子量ポリオール(好ましくは、2価アルコール)を開始剤として、例えば、ε-カプロラクトン、γ-バレロラクトンなどのラクトン類を開環重合して得られる、ポリカプロラクトンポリオール、ポリバレロラクトンポリオール、さらには、それらに上記した2価アルコールを共重合したラクトン系ポリエステルポリオールなどが挙げられる。
 ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオール(好ましくは、2価アルコール)を開始剤とするエチレンカーボネートの開環重合物や、例えば、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオールや1,6-ヘキサンジオールなどの2価アルコールと、開環重合物とを共重合した非晶性ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。
 また、ポリウレタンポリオールは、上記により得られたポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールおよび/またはポリカーボネートポリオールを、イソシアネート基(NCO)に対する水酸基(OH)の当量比(OH/NCO)が1を超過する割合で、ポリイソシアネートと反応させることによって、ポリエステルポリウレタンポリオール、ポリエーテルポリウレタンポリオール、ポリカーボネートポリウレタンポリオール、あるいは、ポリエステルポリエーテルポリウレタンポリオールなどとして得ることができる。
 エポキシポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールと、例えば、エピクロルヒドリン、β-メチルエピクロルヒドリンなどの多官能ハロヒドリンとの反応により得られるエポキシポリオールが挙げられる。
 植物油ポリオールとしては、例えば、ひまし油、やし油などのヒドロキシル基含有植物油などが挙げられる。例えば、ひまし油ポリオール、または、ひまし油脂肪酸とポリプロピレンポリオールとの反応により得られるエステル変性ひまし油ポリオールなどが挙げられる。
 ポリオレフィンポリオールとしては、例えば、ポリブタジエンポリオール、部分ケン価エチレン-酢酸ビニル共重合体などが挙げられる。
 アクリルポリオールとしては、例えば、ヒドロキシル基含有アクリレートと、ヒドロキシル基含有アクリレートと共重合可能な共重合性ビニルモノマーとを、共重合させることによって得られる共重合体が挙げられる。
 ヒドロキシル基含有アクリレートとしては、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2,2-ジヒドロキシメチルブチル(メタ)アクリレート、ポリヒドロキシアルキルマレエート、ポリヒドロキシアルキルフマレートなどが挙げられる。好ましくは、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
 共重合性ビニルモノマーとしては、例えば、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、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、s-ブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルアクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート(炭素数1~12)、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α-メチルスチレンなどの芳香族ビニル、例えば、(メタ)アクリロニトリルなどのシアン化ビニル、例えば、(メタ)アクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸などのカルボキシル基を含むビニルモノマー、または、そのアルキルエステル、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(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、オリゴエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートなどのアルカンポリオールポリ(メタ)アクリレート、例えば、3-(2-イソシアネート-2-プロピル)-α-メチルスチレンなどのイソシアネート基を含むビニルモノマーなどが挙げられる。
 そして、アクリルポリオールは、これらヒドロキシル基含有アクリレート、および、共重合性ビニルモノマーを、適当な溶剤および重合開始剤の存在下において共重合させることにより得ることができる。
 また、アクリルポリオールには、例えば、シリコーンポリオールやフッ素ポリオールが含まれる。
 シリコーンポリオールとしては、例えば、上記したアクリルポリオールの共重合において、共重合性ビニルモノマーとして、例えば、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのビニル基を含むシリコーン化合物が配合されたアクリルポリオールが挙げられる。
 フッ素ポリオールとしては、例えば、上記したアクリルポリオールの共重合において、共重合性ビニルモノマーとして、例えば、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンなどのビニル基を含むフッ素化合物が配合されたアクリルポリオールが挙げられる。
 ビニルモノマー変性ポリオールは、上記した高分子量ポリオールと、ビニルモノマーとの反応により得ることができる。
 高分子量ポリオールとして、好ましくは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールおよびポリカーボネートポリオールから選択される高分子量ポリオールが挙げられる。
 また、ビニルモノマーとしては、例えば、上記したアルキル(メタ)アクリレート、シアン化ビニルまたはシアン化ビニリデンなどが挙げられる。これらビニルモノマーは、単独使用または2種類以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、アルキル(メタ)アクリレートが挙げられる。
 そして、ビニルモノマー変性ポリオールは、これら高分子量ポリオール、および、ビニルモノマーを、例えば、ラジカル重合開始剤(例えば、過硫酸塩、有機過酸化物、アゾ系化合物など)の存在下などにおいて反応させることにより得ることができる。
 これら高分子量ポリオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
 これらポリオール成分は、単独使用または2種類以上併用することができる。
 ポリオール成分として、好ましくは、高分子量ポリオール、さらに好ましくは、アクリルポリオールが挙げられる。
 ポリオール成分の水酸基価は、例えば、5~200mgKOH/g、好ましくは、10~100mgKOH/gである。なお、水酸基価は、JISK1557-1のA法またはB法に準拠するアセチル化法またはフタル化法などから求めることができる。
 また、ポリオール成分の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)測定による標準ポリスチレン換算で、例えば、2000~100000、好ましくは、5000~50000である。
 そして、上記したポリオール成分は、必要により溶剤に溶解され、主剤として調製される。
 溶剤としては、例えば、上記した有機溶媒が挙げられ、好ましくは、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチルなどが挙げられる。
 そして、上記した2液硬化型ポリウレタン樹脂は、硬化剤および主剤を使用時に配合し、混合撹拌することにより、塗料(2液硬化型塗料)、接着剤(2液硬化型接着剤)などとして好適に用いられる。
 より具体的には、まず、上記主剤と上記硬化剤とをそれぞれ用意し、使用直前に主剤と硬化剤とを混合して、2液硬化型ポリウレタン樹脂(塗料、接着剤)を調製し、その2液硬化型ポリウレタン樹脂を、被塗物または被着物に塗布する。
 主剤および硬化剤の配合割合は、例えば、主剤(ポリオール成分)中の水酸基に対する、硬化剤(ポリイソシアネート組成物)中のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)として、例えば、0.5~1.5、好ましくは、0.8~1.2となる割合である。
 なお、本発明では、必要に応じて、公知の添加剤、例えば、塗料としては、着色顔料、染料、紫外線吸収剤、硬化促進剤、光安定剤、つや消し剤など、接着剤としては、塗膜の付着性向上のためのリンの酸素酸またはその誘導体やシランカップリング剤などを配合することができる。
 着色顔料、染料としては、例えば、耐候性の良好なカーボンブラック、酸化チタンなどの無機顔料、例えば、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、キナクリドンレッド、インダンスレンオレンジ、イソインドリノン系イエローなどの有機顔料、染料などが挙げられる。
 紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、シアノアクリレート系の紫外線吸収剤が挙げられ、より具体的には、チヌビン213、チヌビン234、チヌビン326、チヌビン571(以上、チバ・ジャパン社製、商品名)などが挙げられる。
 硬化促進剤としては、例えば、ジブチル錫ジラウレートなどが挙げられる。
 光安定剤としては、例えば、ヒンダードアミン系光安定剤(例えば、アデカスタブLA62、アデカスタブLA67(以上、アデカアーガス化学社製、商品名)、チヌビン765、チヌビン144、チヌビン770、チヌビン622(以上、チバ・ジャパン社製、商品名)など)、ブレンド系光安定剤(例えば、チヌビンB75、チヌビンPUR866(以上、チバ・ジャパン社製、商品名)など)などが挙げられる。
 つや消し剤としては、例えば、超微粉合成シリカなどが挙げられる。つや消し剤を配合すれば、優雅な半光沢、つや消し仕上げの塗膜を形成することができる。
 これら着色顔料、染料、紫外線吸収剤、硬化促進剤、光安定剤およびつや消し剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
 リンの酸素酸またはその誘導体において、リンの酸素酸としては、例えば、次亜リン酸、亜リン酸、オルトリン酸、次リン酸などのリン酸類、例えば、メタリン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸、ポリリン酸、ウルトラリン酸などの縮合リン酸類などが挙げられる。
 また、リンの酸素酸の誘導体としては、例えば、ナトリウム、カリウムなどのリン酸塩または縮合リン酸塩、例えば、オルトリン酸モノメチル、オルトリン酸モノエチル、オルトリン酸モノプロピル、オルトリン酸モノブチル、オルトリン酸モノ-2-エチルヘキシル、オルトリン酸モノフェニル、亜リン酸モノメチル、亜リン酸モノエチル、亜リン酸モノプロピル、亜リン酸モノブチル、亜リン酸モノ-2-エチルヘキシル、亜リン酸モノフェニルなどのモノエステル類、例えば、オルトリン酸ジ-2-エチルヘキシル、オルトリン酸ジフェニル、オルトリン酸トリメチル、オルトリン酸トリエチル、オルトリン酸トリプロピル、オルトリン酸トリブチル、オルトリン酸トリ-2-エチルヘキシル、オルトリン酸トリフェニル、亜リン酸ジメチル、亜リン酸ジエチル、亜リン酸ジプロピル、亜リン酸ジブチル、亜リン酸ジ-2-エチルヘキシル、亜リン酸ジフェニル、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリプロピル、亜リン酸トリブチル、亜リン酸トリ-2-エチルヘキシル、亜リン酸トリフェニルなどのジ、トリエステル類、または、縮合リン酸とアルコール類とから得られるモノ、ジ、トリエステル類などが挙げられる。
 リンの酸素酸またはその誘導体は、上記した各種リンの酸素酸またはその誘導体を、単独使用または複数種類併用することができる。
 シランカップリング剤は、例えば、構造式R-Si≡(X)またはR-Si≡(R’)(X)(式中、Rは、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、イミノ基、イソシアネート基またはメルカプト基を有する有機基を示し、R’は炭素数1~4の低級アルキル基を示し、Xはメトキシ基、エトキシ基またはクロル原子を示す。)で示される。
 シランカップリング剤として、具体的には、例えば、ビニルトリクロルシランなどのクロロシラン、例えば、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、ジ(γ-グリシドキシプロピル)ジメトキシシランなどのエポキシシラン、例えば、N-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ-プロピルメチルジメトキシシラン、n-(ジメトキシメチルシリルプロピル)エチレンジアミン、n-(トリエトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、N-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノシラン、例えば、ビニルトリエトキシシランなどのビニルシラン、例えば、γ-イソシアナトプロピルトリメトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルトリエトキシシランなどのイソシアナトシランなどが挙げられる。
 シランカップリング剤は、上記した各種シランカップリング剤を、単独使用または複数種類併用することができる。
 これら添加剤は、予め、上記主剤および/または硬化剤に配合してもよく、あるいは、主剤および硬化剤を配合した後の2液硬化型ポリウレタン樹脂に配合することもできる。
 なお、添加剤の配合割合は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。
 そして、このような2液硬化型ポリウレタン樹脂は、特に制限されず、被塗物に対して、例えば、スプレー塗装、エアスプレー塗装、はけ塗り、浸漬法、ロールコーター、フローコーターなどの任意の塗装方法により塗装することができ、また、被着物に対して、例えば、ドライラミネート法、ウェットラミネート法、ダイレクトコート法などの任意の塗工方法により塗工し、接着させることができる。
 また、被塗物としては、特に制限されず、例えば、コンクリート、自然石、ガラスなどの無機物、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、チタンなどの金属、例えば、プラスチック、ゴム、接着剤、木材などの有機物が挙げられる。
 また、被着物としては、特に制限されず、例えば、各種建材および各種積層フィルムが挙げられる。より具体的には、プラスチックフィルム、金属箔、金属蒸着フィルムなどの包装材料、FRP、鋼材などの土木材料などが挙げられる。
 そして、このような2液硬化型ポリウレタン樹脂、さらに、この2液硬化型ポリウレタン樹脂が用いられる塗料および接着剤は、優れたポットライフを有し、機械物性および密着性に優れる。
 とりわけ、このような2液硬化型ポリウレタン樹脂は、プラスチック用塗料、自動車用塗料、フィルムコート剤、各種インキ、各種接着剤、粘着剤、シーリング材、各種マイクロカプセル、プラスチックレンズ、人工および合成皮革、RIM成形品、スラッシュパウダー、弾性成形品(スパンデックス)、ウレタンフォームなどの幅広い分野において、好適に用いられる。
 以下に、実施例および比較例を挙げて、本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の説明において、特に言及がない限り、「部」および「%」は質量基準である。なお、以下に示す実施例の数値は、実施形態において記載される対応する数値(すなわち、上限値または下限値)に代替することができる。また、製造例などに用いられる測定方法を、以下に示す。
<固形分濃度(単位:質量%)>
 ポリイソシアネート組成物の固形分濃度は、JIS K5601 1-2に準拠して得られる固形分(加熱残分)から求めた。
<イソシアネート基濃度(単位:質量%)>
 ポリイソシアネート組成物のイソシアネート基濃度は、電位差滴定装置を用いて、JIS K-1556に準拠したn-ジブチルアミン法により測定した。
<粘度測定(単位:mPa・s)>
 粘度は、B型粘度計RB85L(東機産業社製)を用いて、25℃で測定した。
<ゲルパーミエーションクロマトグラフ(ポリイソシアネート組成物の数平均分子量、3分子のキシリレンジイソシアネートと1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体の含有量、残存モノマー濃度)>
 各実施例および各比較例において得られるポリイソシアネート組成物を、メタノールと反応させ、得られるメチルウレタン化物を試料とした。
 そして、上記の試料40mgを、テトラヒドロフラン4mlに溶解させて、サンプルを調製した。
 Alliance(WATERS社製)において、カラムPlgel 5μmMixed-C(測定分子量範囲;100-1000000、Polymerlab社製)3本を直列に連結した。
 テトラヒドロフランを遊離液として使用し、検出器として示差屈折率検出器を用い、流量を1.0mL/min、カラムおよび検出器をそれぞれ40℃として、分子量150-3800000の範囲の標準ポリスチレン(商品名:TSK標準ポリエチレンオキシド、東ソー社製)により、検量線を作成し、保持時間によりEMPOWERデータ処理装置(WATERS社製)を使用して、ポリイソシアネート組成物の数平均分子量を求めた。
 また、同装置にて、得られたクロマトグラムから保持時間26.1分から26.2分をピークトップとするピークの面積の、全ピークの面積に対する割合(面積%)を求め、その面積割合(面積%)を、3分子のキシリレンジイソシアネートと1分子のトリメチロールアルカンとが反応したイソシアネート誘導体の含有割合とした。
 また、同装置にて、得られたクロマトグラムから保持時間26.9分から27.1分をピークトップとするピークの面積の、全ピークの面積に対する割合(面積%)を求め、その面積割合(面積%)を、キシリレンジイソシアネート2量体の含有割合とした。
 さらに、保持時間27.8分から27.9分をピークトップとするピークの面積の、全ピークの面積に対する割合(面積%)を求め、その面積割合(面積%)を、残存モノマー濃度とした。
<ポリイソシアネート組成物の製造>
  実施例1(ポリイソシアネート組成物(DI-1)の製造)
 トリメチロールプロパン(以下、TMPと略記する。)中の水酸基に対するm-キシシレンジイソシアネート(三井化学製タケネート500、以下XDIと略記する。)中のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が20となるように、TMPとXDIとを、ウレタン化反応させた。
 すなわち、滴下ロートにTMPを34.8質量部仕込み、リボンヒーターにより加熱し、TMPを溶解させた。次いで、攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、XDIを1465.2質量部装入し、窒素雰囲気下、攪拌しながら70℃まで昇温した。次いで、溶解したTMPを約60分間かけて、滴下し、滴下終了後73℃まで昇温した。その後、イソシアネート基濃度が計算値に達するまで、反応を継続した。
 得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度50Pa、温度150℃)に通液して未反応のXDIを除去し、ポリイソシアネート組成物を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(D-1)の残存モノマー濃度は0.6質量%、数平均分子量は951、イソシアネート基濃度は17.4質量%、GPCチャートにおけるTMPの1分子とXDIの3分子とが反応したイソシアネート誘導体(トリメチロールプロパン1分子体(以下、TMP1分子体と略記する。))の面積%(すなわち、TMP1分子体の含有割合)は67%、GPCチャートにおけるXDIの2量体の面積%(すなわち、XDIの2量体の含有割合)は7.0%であり、平均イソシアネート基数は3.9であった。
 このGPCのチャート(ゲルパーミエーションクロマトグラム)を図1に示す。
 さらに、固形分濃度(以下、NVと略記する。)が75質量%となるよう酢酸エチルを加え、ポリイソシアネート組成物(DI-1)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(DI-1)のイソシアネート基濃度は12.9%、粘度は170mPa・s/25℃、NVは74.3%であった。
  実施例2(ポリイソシアネート組成物(DI-2)の製造)
 TMPとXDIとの反応における当量比(NCO/OH)を10とした以外は、実施例1と同様の方法にて、ポリイソシアネート組成物(D-2)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(D-2)の残存モノマー濃度は0.4質量%、数平均分子量は1014、イソシアネート基濃度は16.7質量%、TMP1分子体の面積%(すなわち、TMP1分子体の含有割合)は62%、XDIの2量体の面積%(すなわち、XDIの2量体の含有割合)は4.1%であり、平均イソシアネート基数は4.0であった。
 このGPCのチャート(ゲルパーミエーションクロマトグラム)を図2に示す。
 さらに、固形分濃度(以下、NVと略記する。)が75質量%となるよう酢酸エチルを加え、ポリイソシアネート組成物(DI-2)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(DI-2)のイソシアネート基濃度は12.4%、粘度は241mPa・s/25℃、NVは74.2%であった。
  実施例3(ポリイソシアネート組成物(DI-3)の製造)
 TMPとXDIとの反応における当量比(NCO/OH)を25とし、TMPとXDIとの反応温度を55℃とした以外は、実施例1と同様の方法にて、ポリイソシアネート組成物(D-3)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(D-3)の残存モノマー濃度は0.5質量%、数平均分子量は995、イソシアネート基濃度は16.7質量%、TMP1分子体の面積%(すなわち、TMP1分子体の含有割合)は70%、XDIの2量体の面積%(すなわち、XDIの2量体の含有割合)は6.3%であり、平均イソシアネート基数は4.0であった。
 さらに、固形分濃度(以下、NVと略記する。)が75質量%となるよう酢酸エチルを加え、ポリイソシアネート組成物(DI-3)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(DI-3)のイソシアネート基濃度は12.4%、粘度は250mPa・s/25℃、NVは74.2%であった。
  実施例4(ポリイソシアネート組成物(DI-4)の製造)
 TMP中の水酸基に対するXDI中のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が20となるように、TMPとXDIとを、ウレタン化反応させた。
 すなわち、滴下ロートにTMPを12.7質量部仕込み、リボンヒーターにより加熱し、TMPを溶解させた。次いで、攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、XDIを533.4質量部装入し、窒素雰囲気下、攪拌しながら70℃まで昇温した。次いで、溶解したTMPを約60分間かけて、滴下し、滴下終了後73℃まで昇温した。その後、イソシアネート基濃度が計算値に達するまで、反応を継続した。
 次いで、この反応溶液を55℃まで降温した後、混合抽出溶剤(n-ヘキサン/酢酸エチル=82/18(質量比))を240質量部加え、10分間撹拌し、5分間静置した後、抽出溶剤層を除去した。同抽出操作を10回繰り返した。
 その後、得られた反応液から、減圧下、83℃に加熱して、反応液中に残留する抽出溶剤を除去し、ポリイソシアネート組成物(D-4)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(D-4)の残存モノマー濃度は1.6質量%、数平均分子量は975、イソシアネート基濃度は17.1質量%、TMP1分子体の面積%(すなわち、TMP1分子体の含有割合)は65%、XDIの2量体の面積%(すなわち、XDIの2量体の含有割合)は6.5%であり、平均イソシアネート基数は4.0であった。
 さらに、固形分濃度(以下、NVと略記する。)が75質量%となるよう酢酸エチルを加え、ポリイソシアネート組成物(DI-4)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(DI-4)のイソシアネート基濃度は12.8%、粘度は195mPa・s/25℃、NVは74.8%であった。
  比較例1(ポリイソシアネート組成物(DI-5)の製造)
 市販のタケネートD-110N(XDIのTMP変性体、三井化学社製)を、ポリイソシアネート組成物(D-5)とした。
 なお、タケネートD-110Nは、TMPとXDIとの反応における当量比(NCO/OH)を6.3とし、未反応XDIを液-液抽出により除去して得られるポリイソシアネート組成物である。
 また、ポリイソシアネート組成物(D-5)の残存モノマー濃度は0.7質量%、数平均分子量は1188、イソシアネート基濃度は15.8質量%、TMP1分子体の面積%(すなわち、TMP1分子体の含有割合)は50%、XDIの2量体の面積%(すなわち、XDIの2量体の含有割合)は0.4%であり、平均イソシアネート基数は4.5であった。
 このGPCのチャート(ゲルパーミエーションクロマトグラム)を図3に示す。
 さらに、固形分濃度(以下、NVと略記する。)が75質量%となるよう酢酸エチルを加え、ポリイソシアネート組成物(DI-5)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(DI-5)のイソシアネート基濃度は11.8%、粘度は530mPa・s/25℃、NVは74.9%であった。
  比較例2(ポリイソシアネート組成物(DI-6)の製造)
 TMPとXDIとの反応における当量比(NCO/OH)を6.3とした以外は、実施例1と同様の方法(薄膜蒸留法)にて、ポリイソシアネート組成物(D-6)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(D-6)の残存モノマー濃度は0.7質量%、数平均分子量は1102、イソシアネート基濃度は16.0質量%、TMP1分子体の面積%(すなわち、TMP1分子体の含有割合)は53%、XDIの2量体の面積%(すなわち、XDIの2量体の含有割合)は0.4%であり、平均イソシアネート基数は4.2であった。
 さらに、固形分濃度(以下、NVと略記する。)が75質量%となるよう酢酸エチルを加え、ポリイソシアネート組成物(DI-6)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(DI-6)のイソシアネート基濃度は12.0%、粘度は490mPa・s/25℃、NVは74.9%であった。
   実施例5(ポリイソシアネート組成物(DI-7)の製造)
 TMPとXDIとの反応における当量比(NCO/OH)を7.0とした以外は、実施例1と同様の方法にて、ポリイソシアネート組成物(D-7)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(D-7)の残存モノマー濃度は0.7質量%、数平均分子量は1056、イソシアネート基濃度は16.3質量%、TMP1分子体の面積%(すなわち、TMP1分子体の含有割合)は60%、XDIの2量体の面積%(すなわち、XDIの2量体の含有割合)は1.8%であり、平均イソシアネート基数は4.1であった。
 さらに、固形分濃度(以下、NVと略記する。)が75質量%となるよう酢酸エチルを加え、ポリイソシアネート組成物(DI-7)を得た。
 得られたポリイソシアネート組成物(DI-7)のイソシアネート基濃度は12.2%、粘度は340mPa・s/25℃、NVは74.9%であった。
<2液硬化型ポリウレタン樹脂の調製および塗膜の形成>
  調製例1
 実施例1で得られたポリイソシアネート組成物DI-1と、アクリルポリオール(三井化学社製、商品名:オレスターQ666、以下、Q666と略する。)とを、アクリルポリオール中の水酸基に対するポリイソシアネート組成物中のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が1.0となる割合で配合し、シンナー(酢酸エチル/酢酸ブチル/プロピレングリコールメチルエーテルアセテート=1/1/1(質量比)の混合溶媒)で固形分50%に調整して、23℃で10分間攪拌し、反応混合液を得た。
 次いで、この反応混合液を、表1に示す各標準試験板に塗布し、その後、80℃で30分にて乾燥、硬化させ、厚みが約45μmのポリウレタン樹脂塗膜aを得た。
 得られたポリウレタン樹脂塗膜aを、23℃、相対湿度50%の室内にて7日間静置した。
  調製例2
 実施例2で得られたポリイソシアネート組成物DI-2を用いた以外は、調製例1と同様の条件および操作にて、厚みが約45μmのポリウレタン樹脂塗膜bを得た。
 得られたポリウレタン樹脂塗膜bを、23℃、相対湿度50%の室内にて7日間静置した。
  調製例3
 実施例3で得られたポリイソシアネート組成物DI-3を用いた以外は、調製例1と同様の条件および操作にて、厚みが約45μmのポリウレタン樹脂塗膜cを得た。
 得られたポリウレタン樹脂塗膜cを、23℃、相対湿度50%の室内にて7日間静置した。
  調製例4
 実施例4で得られたポリイソシアネート組成物DI-4を用いた以外は、調製例1と同様の条件および操作にて、厚みが約45μmのポリウレタン樹脂塗膜dを得た。
 得られたポリウレタン樹脂塗膜dを、23℃、相対湿度50%の室内にて7日間静置した。
  比較調製例1
 比較例1で得られたポリイソシアネート組成物DI-5を用いた以外は、調製例1と同様の条件および操作にて、厚みが約45μmのポリウレタン樹脂塗膜eを得た。
 得られたポリウレタン樹脂塗膜eを、23℃、相対湿度50%の室内にて7日間静置した。
  比較調製例2
 比較例2で得られたポリイソシアネート組成物DI-6を用いた以外は、調製例1と同様の条件および操作にて、厚みが約45μmのポリウレタン樹脂塗膜fを得た。
 得られたポリウレタン樹脂塗膜fを、23℃、相対湿度50%の室内にて7日間静置した。
  調製例5
 実施例5で得られたポリイソシアネート組成物DI-7を用いた以外は、調製例1と同様の条件および操作にて、厚みが約45μmのポリウレタン樹脂塗膜gを得た。
 得られたポリウレタン樹脂塗膜gを、23℃、相対湿度50%の室内にて7日間静置した。
<<塗料評価>>
 各調製例および各比較調製例で得られた2液硬化型ポリウレタン樹脂のポットライフ、また、塗膜の基材密着性、耐衝撃性を以下の方法で測定した。その結果を表1に示す。
<ポットライフ(単位:時間)>
 各調製例において、混合反応液が23℃下に流動性がなくなるまでの時間をさす。その結果を表1に示す。
<基材密着性>
 上記調製例において、金属テストピースとして鋼板(JIS G 3141 SPCC SB)、プラスチックテストピースとしてポリメチルメタクリレート(PMMA、JIS K 6717)を用いた。
 得られた各塗膜に対し、碁盤目法(JIS K5600 5-6に準拠)によって密着試験を行った。なお、密着性においては、JIS記載の以下の分類に従って評価した。
分類0;カットの縁が完全に滑らかで、どの格子の目にもはがれがない。
分類1;カットの交差点における塗膜の小さなはがれ。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に5%を上回ることはない。
分類2;塗膜がカットの縁に沿って、及び/又は交差点においてはがれている。クロスカット部分で影響を受けるのは明確に5%を超えるが15%を上回ることはない。
分類3;塗膜がカットの縁に沿って、部分的又は全面的に大はがれを生じており、及び/又は目のいろいろな部分が、部分的又は全面的にはがれている。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に15%を超えるが35%を上回ることはない。
分類4;塗膜がカットの縁に沿って、部分的又は全面的に大はがれを生じており、及び/又は数ヶ所の目が部分的又は全面的にはがれている。クロスカット部分で影響を受けるのは、明確に35%を上回ることはない。
分類5;分類4でも分類できないはがれ程度のいずれか。
その結果を表1に示す。
<耐衝撃性試験>
 各調製例において、鋼板(JIS G 3141 SPCC SB)を用いて、各塗膜を作成した。デュポン式衝撃試験器により、おもり(500g、1/2インチ)を用いて、金属製テストピースの塗膜の形成された面から衝撃を加え、塗膜に損傷が現れた時の重りの高さを測定した。その結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
<<接着剤評価>>
(ラミネート接着剤用硬化剤の調製例1~5、比較調製例1、2)
 各実施例および各比較例で調製したポリイソシアネート組成物(DI-1からDI-6)と、タケネートD-140N(イソホロンジイソシアネートのTMPアダクト体酢酸エチル溶液、固形分75%、三井化学社製)を、質量比3対1で混合し、それぞれをラミネート接着剤用硬化剤ADI-1、ADI-2、ADI-3、ADI-4、ADI-5、ADI-6およびADI-7とした。
(ラミネート接着剤の評価実施例1~5、評価比較例1、2)
 タケラックA-505(三井化学社製,末端水酸基含有ウレタン樹脂,固形分50%)と、上記のラミネート接着剤用硬化剤の調製で得られたADI-1からADI-7とを、質量比9対1で混合し、全体の固形分を酢酸エチルにて30質量%として、ラミネート接着剤を調製した。
 さらに、水を0.5質量%の割合で添加して、40℃で保存し、経時での配合液の濁り具合を観察した。
 また、この接着剤を用いて、アルミニウム箔(東洋アルミ製、品番9μ)と、無延伸ポリプロピレンフィルムRXC-22(三井化学東セロ社製、品番60μ)とを、乾燥塗布量が3.5g/mとなるように塗工して貼りあわせ、40℃で48時間硬化養生させてから貼合せ品の接着強度を測定した。
 なお、接着強度は、24℃下および120℃下において、T型剥離により、15mm幅、引張速度300mm/分にて測定した。その結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示されるように、各調製例および各比較調製例の硬化剤を用いた接着剤は、ラミネート強度が9.0~9.4N/15mmと同程度であったが、各調製例の硬化剤を用いた接着剤は、各比較調製例の硬化剤を用いた接着剤に比べ、長いポットライフを有していた。
 なお、上記発明は、本発明の例示の実施形態として提供したが、これは単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。当該技術分野の当業者によって明らかな本発明の変形例は、後記特許請求の範囲に含まれる。
 本発明のポリイソシアネート組成物、また、そのポリイソシアネート組成物を用いて得られる2液硬化型ポリウレタン樹脂、塗料および接着剤は、プラスチック用塗料、自動車用塗料、フィルムコート剤、各種インキ、各種接着剤、粘着剤、シーリング材、各種マイクロカプセル、プラスチックレンズ、人工および合成皮革、RIM成形品、スラッシュパウダー、弾性成形品(スパンデックス)、ウレタンフォームなどの幅広い分野において、好適に用いられる。
 

Claims (7)

  1.  キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応により得られるポリイソシアネート組成物であって、
     3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体の含有量が、ポリイソシアネート組成物の総量に対して、60質量%以上であること
    を特徴とする、ポリイソシアネート組成物。
  2.  キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応において、
     トリメチロールアルカン中の水酸基に対する、キシリレンジイソシアネート中のイソシアネート基の当量比(イソシアネート基/水酸基)が、7.5以上25以下である
    ことを特徴とする、請求項1に記載のポリイソシアネート組成物。
  3.  キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応により得られる粗生成物から、薄膜蒸留によって未反応キシリレンジイソシアネートを除去することにより得られることを特徴とする、請求項1に記載のポリイソシアネート組成物。
  4.  キシリレンジイソシアネートの2量体を、ポリイソシアネート組成物の総量に対して、1質量%以上含有することを特徴とする、請求項1に記載のポリイソシアネート組成物。
  5.  ポリイソシアネート組成物を含む硬化剤と、
     ポリオール成分を含む主剤と
    を含み、
     前記ポリイソシアネート組成物は、
     キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応により得られるポリイソシアネート組成物であって、
     3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体の含有量が、ポリイソシアネート組成物の総量に対して、60質量%以上であること
    を特徴とする、2液硬化型ポリウレタン樹脂。
  6.  2液硬化型ポリウレタン樹脂からなり、
     前記2液硬化型ポリウレタン樹脂は、ポリイソシアネート組成物を含む硬化剤と、
     ポリオール成分を含む主剤と
    を含み、
     前記ポリイソシアネート組成物は、
     キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応により得られるポリイソシアネート組成物であって、
     3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体の含有量が、ポリイソシアネート組成物の総量に対して、60質量%以上であること
    を特徴とする、塗料。
  7.  2液硬化型ポリウレタン樹脂からなり、
     前記2液硬化型ポリウレタン樹脂は、ポリイソシアネート組成物を含む硬化剤と、
     ポリオール成分を含む主剤と
    を含み、
     前記ポリイソシアネート組成物は、
     キシリレンジイソシアネートとトリメチロールアルカンとの反応により得られるポリイソシアネート組成物であって、
     3分子のキシリレンジイソシアネートと、1分子のトリメチロールアルカンとの反応により得られるイソシアネート誘導体の含有量が、ポリイソシアネート組成物の総量に対して、60質量%以上であること
    を特徴とする、接着剤。
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