JP2005139255A - 2液型ポリウレタン組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを含有する主剤と活性水素含有化合物、及び有機酸金属塩を含む触媒を含有する硬化剤とを高圧2液型吹付け装置によって対象物に吹付け硬化させて得られる2液型ポリウレタン組成物において、主剤及び/又は硬化剤が減粘剤として脂肪酸エステルを含有し、硬化剤が触媒として、有機酸ビスマス塩及び有機酸を含有するものを用いる。
【選択図】 なし
Description
すなわち、本発明は、
1.末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを含有する主剤と、活性水素含有化合物、及び有機酸金属塩を含む触媒を含有する硬化剤とを反応させて得られる2液型ポリウレタン組成物であって、主剤及び/又は硬化剤が減粘剤として脂肪酸エステルを含有する主剤と硬化剤とを高圧2液型吹付け装置によって対象物に吹付け、硬化させて得られることを特徴とする2液型ポリウレタン組成物、
2.脂肪酸エステルが、主剤に含有されていることを特徴とする1項記載の2液型ポリウレタン組成物、
3.脂肪酸エステルの含有量が、主剤全量に対して、1〜50重量%であり、かつ主剤及び硬化剤の合計量に対して1〜25重量%である2項記載の2液型ポリウレタン組成物、
4.脂肪酸エステルが、主剤及び硬化剤に含有されていることを特徴とする1項記載の2液型ポリウレタン組成物、
5.脂肪酸エステルの含有量が、主剤中に主剤全量に対して1〜50重量%であり、硬化剤中に硬化剤全量に対して1〜20重量%であり、かつ主剤及び硬化剤の合計量に対して1〜25重量%である4項記載の2液型ポリウレタン組成物、
6.脂肪酸エステルが、硬化剤に含有されていることを特徴とする1項記載の2液型ポリウレタン組成物、
7.脂肪酸エステルの含有量が、硬化剤全量に対して1〜20重量%であり、かつ主剤及び硬化剤の合計量に対して1〜25重量%である6項記載の2液型ポリウレタン組成物、
8.脂肪酸エステルが、天然物由来の脂肪酸エステルである1〜7項記載の2液型ポリウレタン組成物、
9.有機酸金属塩が、有機酸ビスマス塩である1〜8項記載の2液型ポリウレタン組成物、
10.硬化剤が、硬化剤中に硬化剤全量に対して、0.01〜1重量%の有機カルボン酸を含有する9項記載の2液型ポリウレタン樹脂組成物、
11.有機カルボン酸が、2−エチルヘキサン酸である10項記載の2液型ポリウレタン組成物、
12.1〜11項記載の2液型ポリウレタン組成物からなる塗膜、
13.12項記載の塗膜を壁面及び底面に形成してなる用水路、
14.12項記載の塗膜を表面に形成してなる屋根、
15.12項記載の塗膜を表面に形成してなる床、
16.12項記載の塗膜を表面に形成してなる水耕栽培用プール、
である。
また、従来、プラスチックの好適な可塑剤として、例えば、フタル酸ジブチルエステル(DBP)、フタル酸ジ−n−オクチルエステル(DnOP)、フタル酸ジ(2−エチルヘキシル)エステル(DOP)、アジピン酸ジ(2−エチルヘキシル)エステル(DOA)等が広く使用されていたが、本発明の組成物では、環境ホルモンの疑いがあるこれらの可塑剤を使用しなくても良い。また、減粘剤として脂肪酸エステルを使用するとき、有機酸金属塩触媒として有機酸ビスマス塩と、該触媒の助触媒のような効果を齎す有機酸との併用触媒系を選択することにより環境上問題となる金属塩の使用も回避することができる。
また、脂肪酸エステルが優れた減粘剤としての効果を示すので、高圧2液型吹付け装置により吹付ける2液の粘度を、施工温度、反応温度などを考慮して、作業時間の短縮・作業量の増加や作業の省エネルギー化などをはかり、施工条件を作業上有利に設定できる。
このように、本発明は環境衛生面でも、作業性の面からでも、従来実用されている2液型ポリウレタン組成物に変わるものとして産業上極めて有用である。
主剤で用いる末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーは、イソシアネート基を有する化合物、例えば、芳香族イソシアネート、脂肪族イソシアネート、脂環族イソシアネート、それらの混合物又はウレタンプレポリマー等有機イソシアネート化合物の変成物等と、イソシアネートと反応する活性水素を有する化合物、すなわち、分子末端に2個以上の水酸基を有するポリオール化合物やポリアミン化合物等の活性水素含有化合物とを反応させて得られる。
イソシアネート基を有する化合物としては、例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、液状ジフェニルメタンジイソシアネート(液状MDI)、トリレンジイソシアネートの粗製物(クルードTDI)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(クルードMDI)等の芳香族イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)等の脂肪族イソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、水添XDI(H6XDI)、水添MDI(H12MDI)、水添テトラメチルXDI、ノルボルナンジイソシアネートメチル(NBDI)等の脂環族ポリイソシアネートが挙げられる。
好ましくは、MDI系ポリイソシアネート及び/又はその変成体である。これらイソシアネート基を有する化合物は、単独で使用しても、又は2種以上を混合して使用してもよい。
例えば、比較的低分子量の多価アルコールとして、エチレングリコール(EG)、ジエチレングリコール(DEG)、プロピレングリコール(PG)、ジプロピレングリコール(DPG)、1,3−ブタンジオール(1,3−BD)、1,4−ブタンジオール(1,4−BD)、ネオペンチルグリコール(NPG)、4,4’−ジヒドロキシフェニルプロパン、4,4’−ジヒドロキシフェニルメタン等の2価アルコール、グリセリン、1,1,1−トリメチロールプロパン(TMP)、1,2,5−ヘキサントリオール等の3価アルコール、ペンタエリスリトール、グルコース、シュークロース、ソルビトール等の4価以上の多価アルコールが挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン等、又はその他の低分子ポリオールの1種以上とグルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ダイマー酸等又はその他の低分子ジカルボン酸やオリゴマー酸の1種又は2種以上との縮合重合及びカプロラクトン等の開環重合により得られるポリエステルポリオール等が挙げられる。
ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールの変成物としては、前記の公知のポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールにアクリロニトリル、スチレン、メチルメタクリレート等のエチレン性不飽和化合物をグラフト重合させて得たポリマーポリオール等が挙げられる。
その他のポリオールとしては、例えば、ポリカーボネートポリオール、ポリブタジエンポリオール、水添されたポリブタジエンポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオール、ひまし油等が挙げられる。
ポリアミン化合物としては、例えば、エチレンジアミン、ポリエーテルポリアミン等の脂肪族ポリアミンや芳香族ポリアミンを挙げることができる。
これらの活性水素含有化合物は、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることもできる。
ウレタンプレポリマーの合成方法に特に限定はないが、例えば、イソシアネート基含有化合物を、活性水素含有化合物に対して上記のNCO/OH比(又はNCO/H比)の範囲で活性水素含有化合物と一括して混合、又はどちらか一方を先に仕込み、他方を後から添加し、10〜120℃、1〜150時間、必要により反応を速めるために公知の触媒を添加して反応させることができる。
好ましくは天然由来の脂肪酸エステルであり、さらに好ましくはヌカ脂肪酸エステルである。
本発明の2液型ポリウレタン組成物において、これらの脂肪酸エステルの使用量は、主剤及び硬化剤の合計量に対して、1〜25重量%である。
1重量%未満では、粘度が高すぎて、スプレー工法に好ましくなく、一方、25重量%を超えると、硬化物の性状に好ましくない影響を与える。
脂肪酸エステル類は、主剤及び硬化剤の粘度が略近い値となるように、主剤及び硬化剤に分けて添加するのが好ましい。
脂肪酸エステルを主剤に添加する場合は、脂肪酸エステルの使用量は、主剤の全量に対して、1〜50重量%であり、主剤と硬化剤との合計量に対して25重量%を超えないような量が好ましい。
主剤と硬化剤とに分けて、いずれにも添加する場合は、主剤に主剤全量に対して1〜50重量%、硬化剤に硬化剤全量に対して1〜20重量%で、かつ主剤と硬化剤との合計量に対して1〜25重量%である。
本発明において、減粘剤として脂肪酸エステルの使用量は、DOPを可塑剤として用いる場合に比べ少なくても、主剤の粘度を所望の値に調整できる。
活性水素含有化合物としては、通常、一分子中に2以上の水酸基を有するポリオール又は一分子中に2以上のアミノ基を有するポリアミンであり、ポリオールとポリアミンとを併用してもよい。
ポリオールとしては、例えば、比較的低分子量の多価アルコール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールやポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールの変成物を挙げることができる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン等又はその他の低分子ポリオールの1種又は2種以上とグルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ダイマー酸等又はその他の低分子ジカルボン酸やオリゴマー酸の1種又は2種以上との縮合重合及びカプロラクトン等の開環重合して得られるポリエステルポリオール等が挙げられる。
その他のポリオールとしては、例えば、ポリカーボネートポリオール、ポリブタジエンポリオール、水添されたポリブタジエンポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオール、ひまし油等が挙げられる。
このようなポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールの変成物を活性水素含有化合物として用いる場合、その使用量は、得られるポリウレタンの目的や物性に合わせて適宜設定すれば良い。
本発明では好ましくは有機酸ビスマス塩が用いられ、例えば、有機酸ビスマス塩又は炭素原子数8〜20の脂肪酸ビスマス塩が挙げられる。
有機酸ビスマス塩としては、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、d−ピマル酸、イソ−d−ピマル酸、ポドカルプ酸およびこれらの2種以上を主成分とする樹脂酸ビスマスなどの脂環族系有機酸のビスマス塩、安息香酸、ケイ皮酸、p−オキシケイ皮酸などの芳香族系有機酸のビスマス塩などが挙げられる。炭素原子数8〜20の脂肪酸ビスマス塩としては、オクチル酸、ネオデカン酸、ネオドデカン酸などのビスマス塩が挙げられる。
硬化剤中の有機酸ビスマス塩の量は、硬化剤全量に対して、金属ビスマス分として0.001〜1重量%であり、好ましくは0.005〜0.5重量%、さらに好ましくは0.01〜0.5重量%である。
有機酸を有機酸ビスマス塩と併用する場合、有機酸の添加量は、硬化剤全量に対して、0.01〜5重量%、好ましくは0.01〜1重量%である。
これらの脂肪酸エステルは硬化剤の粘度を主剤の粘度と略近い値に調整し、本発明のポリウレタン組成物を2液性としてスプレー工法に適用される時に好ましく使用される。
硬化剤に添加する脂肪酸エステルの量は、硬化剤の全量に対して1〜20重量%であり、主剤と硬化剤との合計量に対して1〜25重量%である。
また、用途に応じて整泡剤、発泡剤を加えることにより、発泡体として用いることもできる。これらのその他添加剤は本発明の効果を損なわない範囲であれば配合量の一部又は全量を主剤に配合しても良い。
この際の主剤と硬化剤の使用量は、4:1〜1:4の容量比あり、NCO Index(末端イシソアネート基含有ウレタンプレポリマー中のNCO基と硬化剤中の活性水素との当量比)が0.9〜1.3、好ましくは1〜1.2の範囲となるようにする。
本発明で減粘剤である脂肪酸エステルを使用する場合、末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを含有する主剤の粘度、及び活性水素含有化合物、及び有機酸金属塩を含む触媒を含有する硬化剤の粘度が、従来使用されていた可塑剤を使用する場合に比べ低いので、高圧2液型吹付け装置において、スプレーガンに送り込む主剤及び硬化剤の加熱温度を、より低く、適切な反応温度に合わせて設定でき、所定温度まで到達する加熱時間を短縮できる。結果として、1日当たりの吹付け作業量を増大できる。
すなわち、本発明の組成物は、エネルギーを節減可能であり、塗膜形成作業量の効率を向上させて各種の対象物に塗膜を形成する施工に用いられる
このような特徴を有する本発明の2液型ポリウレタン組成物は、各種の建造・構造物の塗装に有用であり、この組成物の塗膜を壁面並びに底面に形成した用水路又は水耕栽培用プール、建造物の屋根、床等の表面への塗膜形成施工が可能である。
これらの塗膜の性状は優れ、施工の作業性は優れている。
なお各実施例、比較例の評価方法については以下の通り行った。
指触乾燥時間は、塗膜形成後直ちに指触にて表面べたつきの消失する時間を測定した。
残存タックは、吹き付け1時間経過後、タックが消失するか否かについて判定した。べたつきが残らないものについては◎、べたつきが残るものについては×とした。
ゴム弾性発現性は、指触乾燥後、塗膜を爪でひっかきゴム状弾性が発現しているか否かにつき判定した。ゴム弾性の発現が良好なものについては◎、ゴム弾性の発現が悪く、いつまでも塗膜が脆いものについては×とした。
主剤として、コスモネートPH(ピュアMDI:三井武田ケミカル社製)18.716重量部、およびアクトコールD−3000(数平均分子量3000のポリプロピレンエーテルジオール:三井武田ケミカル社製)41.284重量部とをファインエステルR−1000(ヌカ脂肪酸エステル:ミヨシ油脂社製)40.000重量部の存在下にて90℃、3時間反応させてNCO%5.0、粘度400mPa・s/25℃のプレポリマーを得た。
一方、硬化剤として、アクトコールD−700(数平均分子量700のポリプロピレンエーテルジオール:三井武田ケミカル社製)90.344重量部、Ethacure#100(ジエチルトルエンジアミン:アルベマール浅野製)9.156重量部、プキャットB−7(樹脂酸ビスマス:ビスマス金属含有量7%:日本化学産業製)1.500重量部、2−エチルヘキサン酸0.150重量部、チヌビンB−75(3種混合液状安定剤:チバガイギー社製)0.500重量部を混合、粘度400mPa・s/25℃の混合液を調整した。
主剤(A)と硬化剤(B)をA/B=3.3/1(容量比)、NCO Index 1.1にて、ガスマー社製H−20スプレーマシンを用いて吹付を行った。スプレーマシンへの送液はグラコ社製サプライポンプ(エアー駆動2:1タイプ)に空気圧0.5MPaをかけて行った。スプレーマシンは静止時圧力14MPa、スプレー時圧力10〜12MPaで使用した。
液の温度調整は主剤プライマリーヒーター65℃、硬化剤プライマリーヒーター65℃、ホースヒーター60℃に設定した。
スプレーガンはグラスクラフト社製プロブラーガンのラウンドチャンバー#1を用いて吹付を行った。
モールドは厚さ約1.5mmのポリプロピレン板を用い、3〜5回の積層を行い厚さ約2mmの塗膜を形成した。
実施例1と同様の方法で、使用する材料およびそれぞれの使用量を表1に示すように変えて塗膜を形成した。使用した材料及び使用量並びに評価結果を表1に纏めて示す
実施例1と同様の方法で、使用する材料およびそれぞれの使用量を表1に示すように変えて塗膜を形成した。使用した材料及び使用量並びに評価結果を表1に纏めて示す。
主剤の粘度が4200mPa・sと高いため、混合性が悪く指触乾燥時間が600秒以上と長く、1時間経過しても残存タックが消失しなかった。塗膜も脆い状態であった。
実施例1と同様の方法で、使用する材料およびそれぞれの使用量を表1に示すように変えて塗膜を形成した。使用した材料及び使用量並びに評価結果を表1に纏めて示す。
主剤にDOPを使用し良好な塗膜が得られたものの、使用量が多く、地球環境上も好ましくない。
コスモネートLK:カルボジイミド変性MDI;三井武田ケミカル社製
コスモネートCR−200:クルードMDI;三井武田ケミカル社製
アクトコールD−1000:数平均分子量1000のポリプロピレンエーテルジオール;
三井武田ケミカル社製
アクトコールD−2000:数平均分子量2000のポリプロピレンエーテルジオール;
三井武田ケミカル社製
アクトコールD−3000:数平均分子量3000のポリプロピレンエーテルジオール;
三井武田ケミカル社製
ファインエステルR−1000:ヌカ脂肪酸エステル;ミヨシ油脂社製
DOP:フタル酸ジオクチル
アクトコールD−700:数平均分子量700のポリプロピレンエーテルジオール;三井
武田ケミカル社製
アクトコールED−37B:数平均分子量3000のポリエチレンプロピレンエーテルジ
オール;三井武田ケミカル社製
アクトコールSU−464:ポリプロピレンエーテルポリオールOH価450;三井武田
ケミカル社製
Ethacure#100:ジエチルトルエンジアミン;アルベマール浅野社製
プキャットB−7:樹脂酸ビスマス;ビスマス金属含有量7%;日本化学産業製
プキャット25:オクチル酸ビスマス;ビスマス金属含有量25%;日本化学産業株式会
社製
ネオスタンU−600:オクチル酸ビスマス;ビスマス金属含有量20%;日東化成株式
会社製
チヌビンB−75:3種混合液状安定剤;チバガイギー社製
本発明は、この工法に一段と優れた適用性を示す組成物として、また、使用される減粘剤及び硬化触媒などが、環境衛生上問題がなく、また、作業性及び安定性が改善できる。
このように、本発明は環境衛生面でも従来実用されている施工法に変わる方法として産業上極めて有用である。
Claims (16)
- 末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを含有する主剤と、活性水素含有化合物、及び有機酸金属塩を含む触媒を含有する硬化剤とを反応させて得られる2液型ポリウレタン組成物であって、主剤及び/又は硬化剤が減粘剤として脂肪酸エステルを含有する主剤と硬化剤とを高圧2液型吹付け装置によって対象物に吹付け、硬化させて得られることを特徴とする2液型ポリウレタン組成物。
- 脂肪酸エステルが、主剤に含有されていることを特徴とする請求項1記載の2液型ポリウレタン組成物。
- 脂肪酸エステルの含有量が、主剤全量に対して、1〜50重量%であり、かつ主剤及び硬化剤の合計量に対して1〜25重量%である請求項2記載の2液型ポリウレタン組成物。
- 脂肪酸エステルが、主剤及び硬化剤に含有されていることを特徴とする請求項1記載の2液型ポリウレタン組成物。
- 脂肪酸エステルの含有量が、主剤中に主剤全量に対して1〜50重量%であり、硬化剤中に硬化剤全量に対して1〜20重量%であり、かつ主剤及び硬化剤の合計量に対して1〜25重量%である請求項4記載の2液型ポリウレタン組成物。
- 脂肪酸エステルが、硬化剤に含有されていることを特徴とする請求項1記載の2液型ポリウレタン組成物。
- 脂肪酸エステルの含有量が、硬化剤全量に対して1〜20重量%であり、かつ主剤及び硬化剤の合計量に対して1〜25重量%である請求項6記載の2液型ポリウレタン組成物。
- 脂肪酸エステルが、天然物由来の脂肪酸エステルである請求項1〜7記載の2液型ポリウレタン組成物。
- 有機酸金属塩が、有機酸ビスマス塩である請求項1〜8記載の2液型ポリウレタン組成物。
- 硬化剤が、硬化剤中に硬化剤全量に対して、0.01〜1重量%の有機カルボン酸を含有する請求項9記載の2液型ポリウレタン樹脂組成物。
- 有機カルボン酸が、2−エチルヘキサン酸である請求項10記載の2液型ポリウレタン組成物。
- 請求項1〜11記載の2液型ポリウレタン組成物からなる塗膜。
- 請求項12記載の塗膜を壁面及び底面に形成してなる用水路。
- 請求項12記載の塗膜を表面に形成してなる屋根。
- 請求項12記載の塗膜を表面に形成してなる床。
- 請求項12記載の塗膜を表面に形成してなる水耕栽培用プール。
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