JP2682953B2 - 硬化可能なカルバメート官能性ポリマー組成物 - Google Patents
硬化可能なカルバメート官能性ポリマー組成物Info
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Description
物、とりわけアクリル系組成物、に関するものである。
物は業界公知である。これらの組成物は、溶媒、塩およ
びその他の型の環境侵食に対する抵抗性など、種々の望
ましい特性を示す。
る。ポリウレタンの本質的形成ブロックはポリイソシア
ナートである。ポリイソシアナートは高価で取り扱いが
困難である。ポリイソシアナート上のNCO基は高度に
反応性であって、ワンパックコーティング組成物の中に
ポリイソシアナートを使用する事が望ましければ、これ
らのNCO基を化学的に封鎖しなければならない。また
化学的封鎖基を使用すれば、材料価格がさらに上昇し、
望ましくない副作用を有し得る追加成分を組成物の中に
導入すること、ならびに150℃のオーダの高い熱硬化
温度、を必要とする。NCO基が化学的に封鎖されてい
なければポリイソシアナートは2パック組成物の一部と
して使用しなければならない。このような組成物を使用
する場合、高反応性ポリイソシアナートは、基質または
金型に使用する直前まで、周囲の環境および組成物の他
の成分から隔離されていなければならず、これはさらに
プロセスの費用と複雑さを増大する。
を伴う事なくポリウレタンの利点を与える組成物を開発
する事が永く望まれていた。その1つのアプローチは米
国特許第3,479,328号明細書に記載のようにポ
リマーの上にカルバメート基を付加させることにあっ
た。この特許明細書は、重合されるアクリルモノマーの
エステル部分にカルバメート基が付着された不飽和カル
バミルオキシ=カルボキシラートを記載している。この
特許明細書によれば、カルバメート官能性のアミノ基を
アルキロール化またはエーテル化し、次に100−13
5℃の温度で自己架橋結合させる事によってポリマーを
架橋結合する事ができる。あるいは、アルキロール化さ
れたポリマーを、アルキロール含有ポリマー用の公知の
架橋結合剤のいずれかと反応させる事ができる。このア
ルキロール化段階は、硬化性組成物におけるカルバメー
ト アクリルポリマーを使用するプロセスの費用と複雑
さを増大し、また官能基の反応性およびポリマーのその
他の化学特性に影響する可能性がある。
はエーテル化段階の必要なく、硬化性組成物中にカルバ
メート官能アクリルポリマーを使用できる事が発見され
た。なわち、本発明によれば、 (a)下記式によるカルバメート基含有ポリマーを含む
第1成分において、
数または複数の他のエチレン不飽和モノマーから誘導さ
れた反復ユニット、xは10乃至90重量%、またyは
90乃至10重量%、またx+yは100重量%、とす
る第1成分と、 (b)前記のカルバメート基と反応性の複数の官能基を
有する化合物を含む第2成分、とを含む硬化性組成物が
提供される。
レタン型架橋結合を有するがポリイソシアネート化合物
を必要としない材料を提供する。本発明による組成物
は、ポリマーのアルキロール化またはエーテル化を必要
とせず硬化する事ができる。
マー成分(a)は種々の方法で製造する事ができる。こ
のようなポリマーを製造する1つの方法は、モノマーの
エステル部分においてカルバメート官能性を有するアク
リルモノマーを製造するにある。このようなモノマーは
業界公知であって米国特許第3,479,328号、第
3,674,838号、第4,126,747号、第
4,279,833号、第4,340,497号各明細
書に記載され、これらの特許明細書を引例とする。1つ
の合成法は、ヒドロキシエステルを尿素と反応させてカ
ルバミルオキシ=カルボキシレート(すなわちカルバメ
ート変性アクリル酸)を形成するにある。他の合成法は
α,β−不飽和酸エステルをヒドロキシカルバメートエ
ステルと反応させてカルバミルオキシ=カルボキシレー
トを形成するにある。さらに他の技術は、一次または二
次アミンまたはジアミンをエチレンカーボネートなどの
環式カーボネートと反応させる事によってヒドロキシア
ルキルカルバメートを形成するにある。次にこのヒドロ
キシアルキルカルバメート上のヒドロキシル基をアクリ
ル酸またはメタクリル酸との反応によってエステル化し
てモノマーを形成する。カルバメート変性アクリルモノ
マーの他の製造法は業界公知であって、同様に使用する
事ができる。この場合、アクリルモノマーを、所望なら
ば公知の技術によって他のエチレン不飽和モノマーと重
合する事ができる。
ー(a)の他の製造ルーツは、米国特許第4,758,
632号明細書に記載のように、すでに形成されたアク
リルポリマーを他の成分と反応させて、ポリマーに付着
されたカルバメート官能基を形成するにある。この特許
明細書を引例とする。成分(a)の中に使用されるポリ
マーを製造する1つの技術は、ヒドロキシ官能性アクリ
ルポリマーの存在において(アミノおよびHNCOの発
生のために)尿素を熱分解して、カルバメート官能性ア
クリルポリマーを形成するにある。他の技術は、ヒドロ
キシアルキルカルバメートのヒドロキシル基をイソシア
ネート官能性アクリルまたはビニルモノマーのイソシア
ネート基と反応させて、カルバメート官能性アクリルを
形成するにある。イソシアネート官能性アクリル組成物
は業界公知であって、例えば米国特許第4,301,2
57号明細書に記載され、この特許明細書を引例とす
る。イソシアネートビニルモノマーは業界公知であっ
て、不飽和m−テトラメチルキシレンイソシアネート
(アメリカン・シアナミドから商品名「TMI」として
市販)を含む。さらに他の技術は環状カーボネート官能
アクリル組成物上の環状カーボネート基をアンモニアと
反応させて、カルバメート官能アクリル組成物を形成す
るにある。環状カーボネート官能アクリルポリマーは業
界公知であって、例えば米国特許第2,979,514
号明細書に記載され、この米国特許明細書を引例とす
る。さらに困難であるが実行可能なポリマー製造法はア
クリラートポリマーをヒドロキシアルキルカルバメート
と共にトランスエステル化するにある。
ましくは4000-6000 、の分子量を有する。分子量は、ポ
リスチレン標準を使用してGPC法によって測定する事
ができる。カルバメート官能性等量あたり分子量として
のポリマーのカルバメート含有量は、一般に200乃至
500、好ましくは300乃至350、である。特定の
用途に対するTgを有する硬化組成物をえるため、成分
(a)と(b)のガラス転移温度Tgを調整する事がで
きる。被覆に際して最適性能をえるように各未反応成分
(a)と(b)のTgを調整して、平均Tgを10℃乃
至80℃の範囲内とすべきである。
ンダム反復ユニットによって表わされる。
とする。xとyは重量%を示し、xは10−90重量
%、好ましくは40−60重量%、またyは90−10
重量%、好ましくは60−40重量%、である。
エチレン不飽和モノマーから誘導された反復ユニットを
示す。アクリルモノマーと共重合されるこのようなモノ
マーは業界公知である。これらのモノマーは、(イ)ア
クリルまたはメタクリル酸のアルキルエステル、例えば
アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2−
エチルヘキシル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イ
ソデシル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸
ヒドロキシプロピルおよび類似物、および(ロ)ビニル
モノマー、例えば不飽和m−テトラメチルキシレンイソ
シアネート(アメリカン・シアナミドから商品名「TM
I」として市販)、スチレン、ビニルトルエンおよび類
似物、である。
子の脂肪族基、6−10炭素原子の脂環式または芳香族
結合基、とする。Lの例は、
などである。好ましい実施態様において、−L−は−C
OO−L’−によって示され、ここにこの結合基中のカ
ルボニル基は二重結合側に結合しており、L’は二価結
合基である。このようにして本発明の好ましい実施態様
において、ポリマー成分(a)は下記の式によるランダ
ム反復ユニットによって表わされる。
前記の定義による。L’は、1−8炭素原子の二価脂肪
族結合基、例えば−(CH2)−、−(CH2)2−、
−(CH2)4−など、または好ましくは8炭素原子ま
での二価脂環式結合基、例えばシクロヘキシルなど、で
ある。しかし、ポリマーの製造技術に従って他の二価結
合基を使用する事もできる。例えば、ヒドロキシアルキ
ルカルバメートがイソシアネート官能性アクリルポリマ
ー上に付加されれば、結合基L’はイソシアネート基の
残基としての−NHCOO−ウレタン結合を含むであろ
う。
リマー成分(a)と、この成分(a)のカルバメート基
と反応する複数の官能基を有する化合物としての成分
(b)との反応によって硬化される。このような反応基
は、アミノプラスト架橋結合剤または他の化合物上の活
性メチロール基またはメチルアルコキシ基、例えばフェ
ニル/ホルムアルデヒド付加物、イソシアネート基、シ
ロキサン基、環状カーボネート基および無水物基であ
る。化合物(b)の例は、メラミンホルムアルデヒド樹
脂(モノマーまたはポリマーメラミン樹脂および部分的
または完全にアルキル化されたメラミン樹脂を含む)、
尿素樹脂(例えば、尿素ホルムアルデヒド樹脂などのメ
チロール尿素、ブチラート化尿素ホルムアルデヒド樹脂
などのアルコキシ尿素)、ポリ酸無水物(例えば、無水
ポリコハク酸)およびポリシロキサン(例えば、トリメ
トキシシロキサン)である。メラミンホルムアルデヒド
樹脂または尿素ホルムアルデヒド樹脂などのアミノプラ
スト樹脂が特に好ましい。ジョン・W・レーフスの名義
で提出された同時出願米国特許、「Carbamate-Defuncti
onalized Aminoplast Curing for Plymer Composi-tion
s 」に記載のように、150℃以下の温度のプロセスに
おいて使用するためには、単数または複数のアミノ窒素
をカルバメート基によって置換したアミノプラスト樹脂
がさらに好ましい。
被覆など種々の用途に使用する事ができる。本発明の組
成物において、オプションとして溶媒を使用する事がで
きる。本発明の組成物は実質的に固体の粉体または分散
系として使用する事ができるが、この組成物を実質的に
液状で使用する事が望ましい場合がしばしばある。この
溶媒は、カルバメート官能性ポリマー(a)と成分
(b)との両方に対して溶媒として作用しなければなら
ない。一般に成分(a)と(b)の溶解特性に対応し
て、溶媒は任意の有機溶媒および(または)水とする事
ができる。好ましい実施態様において、溶媒は極性有機
溶媒とする。さらに好ましくは、溶媒は極性脂肪族溶媒
または極性芳香族溶媒とする。さらに好ましくは、溶媒
はケトン、エステル、アセタート、非プロトン性アミ
ド、非プロトン性スルホキシドまたは非プロトン性アミ
ンである。有効な溶媒の例は、メチルエチルケトン、メ
チルイソブチルケトン、m−アミルアセテート、エチレ
ングリコールブチルエーテル−アセテート、プロピレン
グリコール=モノメチルエーテルアセテート、キシレ
ン、n−メチルピロリドン、または芳香族炭化水素の混
合物、である。他の好ましい実施態様において、溶媒は
水、または水と小量の水性共溶媒との混合物とする事が
できる。
の触媒を含む事ができる。例えば、成分(b)としてア
ミノプラスト化合物、特にモノマーメラミンが使用され
る場合、硬化反応を増進するために強酸触媒を使用する
事ができる。このような触媒は業界公知であって、例え
ばp−トルエンスルホン酸、ジノニルナフタレン ジス
ルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、リン酸フェニ
ル酸、マレイン酸ブチルおよびヒドロキシリン酸エステ
ルを含む。本発明の組成物において使用できる他の触媒
はルイス酸、亜鉛塩、およびスズ塩を含む。
明の組成物がコーティング組成物として使用される。こ
のような組成物において、溶媒は本発明の組成物の中に
約0.01重量%乃至約99重量%、好ましくは約10
重量%乃至約60重量%、さらに好ましくは約30乃至
50重量%、の量で使用される。
任意の技術によって被覆される。これらの技術は例えば
スプレーコーティング、デイップコーティング、ロール
コーティング、カーテンコーティングなどを含む。自動
車のパネルの場合には、スプレーコーティングが好まし
い。
の組成物はカラー・プラス・クリアコーティングの一部
として、顔料を含むベース被覆上の透明および(また
は)無色コーティング組成物として使用される。このよ
うな複合被覆は、そのカラーの深さと液状の光沢面の故
に一般に好まれる。この種の複合被覆は特に自動車被覆
の分野で広く受け入れられている。また本発明の組成物
はカラー・プラス・クリアコーティングのベースコート
として使用する事もできる。
の組成は業界公知であって、詳細に説明する必要はな
い。ベース被覆の組成物の中に使用される業界公知のポ
リマーは、アクリル、ビニル、ポリウレタン、ポリカー
ボネート、ポリエステル、アルキド、およびポリシロキ
サンを含む。好ましいポリマーはアクリルおよびポリウ
レタンである。ベースコートは好ましくは架橋結合性と
し、従って単数または複数の架橋結合性官能基を含む。
このような官能基は例えばヒドロキシル基、イソシアネ
ート基、アミン基、エポキシ基、アクリレート基、ビニ
ル基、シラン基、およびアセトアセテート基を含む。こ
れらの基は、一般に高温の所望の硬化条件において解封
鎖されて架橋結合反応を成しうるようにマスキングされ
または封鎖される。有用な架橋結合性官能基はヒドロキ
シル基、エポキシ基、酸、無水物、シランおよびアセト
アセテート基を含む。好ましい架橋結合性官能基はヒド
ロキシ官能基およびアミノ官能基を含む。
合性とする事ができ、あるいはポリマーの反応基と反応
する別個の架橋結合剤を使用する事ができる。例えばポ
リマーがヒドロキシル官能基を含む場合、架橋結合剤は
アミノプラスト樹脂、イソシアネートおよび封鎖された
イソシアネート(イソシアヌレートを含む)、および酸
性または無水物官能性架橋結合剤とする事ができる。
よって被覆された後に、コーティング層を硬化させる条
件を加える。種々の硬化法を使用する事ができるが、熱
硬化が好ましい。一般に熱硬化は、放射熱源により被覆
製品を高温に露出するにある。硬化温度は、架橋結合剤
の中に使用される特定の封鎖基に依存して変動するが、
一般に93−177℃、好ましくは121−141℃、
の範囲内にある。硬化時間は使用される特定の成分と、
層の厚さなどの物性に依存するが、代表的硬化時間は1
5−60分である。
る。
ル 3口5−1丸底フラスコの中央口に撹拌器を備え、また
反応温度をモニタするために両側口の一方に熱電対を取
付けた。またこの口に窒素掃気ラインを取付けた。第2
の側口にクライゼンアダプタと水冷凝縮器を取付けた。
ードの混合芳香族溶媒(商品名「ソルベッソ」)と、2
25gのウレタングレードのトルエンとを装入した。混
合物を撹拌し加熱して窒素掃気をもって還流した。混合
物が還流温度、127℃に達した時、窒素掃気を中断し
た。
テトラメチルキシレンイソシアネート、アメリカン・シ
アナミド)と、692gのエチルヘキシルアクリレート
と、過酢酸t−ブチルの無臭ミネラル・スピリット中5
0%溶液269gとを別の容器の中に装入した。この混
合物を3.5時間にわたって、前記還流溶媒にポンプ輸
送した。この第1フィードの終了時に、27gの過酢酸
t−ブチルと27gのウレタングレード混合芳香族との
第2添加分を30分間装入した。この第2開始剤フィー
ド後に、8.2gのウレタングレード混合芳香族をポン
プを通して反応混合物の中に装入した。次に反応混合物
を還流温度、135℃に1時間保持した。
した。1.1gのジラウリン酸ジブチルスズをバッチの
中に装入し5分間混合した。この時点において、565
gのヒドロキシプロピルカルバメートを反応混合物の中
に30分間装入した。次にこのバッチをゆっくりと10
0℃まで加熱し、赤外線分光測光器または滴定によって
イソシアネート官能性が消失するまで、この温度に保持
した。イソシアネートが消失した時に、エチレングリコ
ールのモノブチルエーテル852gを容器に装入して、
均質化させた。反応に対する加熱を切り、容器からカル
バメート官能性アクリルを除去した。
ン 3口5−1丸底フラスコの中央口に撹拌器を備え、また
反応温度をモニタするために両側口の一方に熱電対を取
付けた。第2側口に一時的に水冷凝縮器を取付けた。こ
の側口から、捕集容器と過冷却凝縮器とを通して真空を
加えた。
キシラート化モノマーメラミンと1044gのブチルカ
ルバメートとを装入した。混合物をゆっくり60℃まで
加熱しながら撹拌して均質化した。混合物が60℃に達
した時、1.2gのドデシルベンジルスルホン酸を容器
に装入した。凝縮器を除去し、フラスコを真空装置に取
付けた。混合物を1℃/分のレートで100℃まで加熱
した。混合物が70℃に達した時、15−20”真空を
加えた。メタノールが過冷却凝縮器の中に凝縮するに従
って、これを捕集した。25”真空と100℃で、2.
5時間で化学量論的量のメタノール、279gを除去し
た。この量が除去された後に、熱と真空を中断した。容
器に433gのキシレンを装入し、均質化し、カルバメ
ート変性メラミンを混合物から分離した。
物を製造した。 665g カルバメート化アクリル(製法例1) 167g カルバメート化メラミン(製法例2) 345g 酢酸ブチル 44g 商品名「Exxate 800」(メチルオク
トエート異性体) 19g 商品名「Tinuvin 384B」 6g 商品名「Tinuvin 123」 12g 25%活性オキシゾリジンで封鎖されたドデシ
ルベンジルスルホン酸
プレーされフラッシングされた鋼パネル上に前記のコー
ティング組成物をスプレーした。粘度を酢酸ブチルによ
って30秒に調整した。パネルを82℃で10分間、ま
た132℃で20分間、焙焼した。 フィルムビルド: ベースコート 15μm 透明コート 51μm Tukon硬度 13.5 MEKラブテスト 200、軽度のスコアリング
物を製造した。 184g カルバメート化アクリル(製法例1) 60g ヘキサメトキシラート化モノマー メラミン 130g 酢酸ブチル 14g ブチル セロソルブ アセタート 6g 商品名「Tinuvin 384B」 1.9g 商品名「Tinuvin 123」 3.8g 25%活性オキシゾリジンで封鎖されたドデ
シルベンジルスルホン酸
れフラッシングされた鋼パネル上に前記のコーティング
組成物を噴霧した。粘度を酢酸ブチルによって20秒に
調整した。パネルを82℃で10分間、また132℃で
20分間、焙焼した。 フィルムビルド: ベースコート 15μm 透明コート 58μm
ル 3口5−1丸底フラスコの中央口に撹拌器を備え、また
反応温度をモニタするために両側口の一方に熱電対を取
付けた。またこの口に窒素掃気ラインを取付けた。第2
の側口にクライゼン アダプタと水冷凝縮器を取付け
た。
6gの酢酸アミルを装入した。混合物を撹拌し加熱し、
窒素掃気により還流した。混合物が還流温度、143℃
に達した時、窒素掃気を中断した。301gのスチレ
ン、196gのエチルヘキシルアクリラート、337g
のエチルヘキシルメタクリレート、445gのヒドロキ
シエチルメタクリレート、226gのシクロヘキシルメ
タクリレート、過酢酸t−ブチルの無臭ミネラル・スピ
リット中50%溶液123g、および116gのキシレ
ンを別の容器の中に装入した。この混合物を4時間にわ
たって、還流溶媒中にポンプ輸送した。このフィードが
終了した時、35gのキシレンを反応混合物の中にポン
プ輸送した。反応混合物を還流温度、140℃に1時間
保持した。
素を装入した。尿素が溶解するに従って、温度が低下し
た。反応混合物をゆっくり150℃まで加熱し、合成プ
ロセスの残余時間中この温度に保持した。
リー触媒商品名「Nacure XP−348」(金属
カルバレート)を装入した。この時点において、尿素の
熱分解から生じるアンモニアの排出を容易にするため、
窒素をもって反応物を掃気した。
加した。ヒドロキシルの消失を滴定によってモニタし
た。ヒドロキシルが滴定によって検出されなくなった時
に、窒素掃気と熱を切り、560gのメチルイソブチル
ケトンを混合物に添加した。混合物を均質化し、次にポ
リマーを分離した。
メトキシレート化モノマーメラミン7.7gと、0.6
gのオキシゾリジンで封鎖されたドデシルベンジルスル
ホン酸とを配合する事によってコーティング組成物を形
成した。この組成物をガラスプレート上に被覆し、次に
真空を引き出して厚さ200μmの層を形成した。硬化
した被覆を132℃で、30分間焙焼した。この被覆は
200MEKラブテストを通った。
でなく、その主旨の範囲内において任意に変更実施でき
る。
Claims (12)
- 【請求項1】(a)下記式によるカルバメート基含有ポ
リマーを含む第1成分において、 【化1】 ここにR1はHまたはCH3、Lは二価結合基、Aは単
数または複数の他のエチレン不飽和モノマーから誘導さ
れた反復ユニット、xは10乃至90重量%、またyは
90乃至10重量%、またx+yは100重量%、およ
び、 (b)前記のカルバメート基と反応性の複数の官能基を
有する化合物を含む第2成分、 とを含む硬化性組成物。 - 【請求項2】前記ポリマーが、カルバメート基を有する
少なくとも1つのモノマーを含む単数または複数のエチ
レン不飽和モノマーから誘導される、請求項1に記載の
硬化性組成物。 - 【請求項3】成分(b)が、アミノプラスト樹脂、ポリ
シロキサン、ポリ酸無水物および複数の活性メチロール
感応基を有する化合物から成るグループから選定され
る、請求項1または2に記載の硬化性組成物。 - 【請求項4】成分(b)が、アミノプラスト樹脂であ
る、請求項1乃至3のいずれかに記載の硬化性組成物。 - 【請求項5】前記アミノプラスト樹脂が、メラミンホル
ムアルデヒド樹脂である、請求項4に記載の硬化性組成
物。 - 【請求項6】前記メラミンホルムアルデヒド樹脂が、完
全にまたは部分的にアルキル化されている、請求項5に
記載の硬化性組成物。 - 【請求項7】R1が、CH3である、請求項1乃至6の
いずれかに記載の硬化性組成物。 - 【請求項8】xが40乃至60重量%、yが60乃至4
0重量%、である、請求項1乃至7のいずれかに記載の
硬化性組成物。 - 【請求項9】−L−が、式−COO−L’−によって表
わされ、ここにこの結合基中のカルボニル基は二重結合
側に結合しており、L’は二価結合基である、請求項1
乃至8のいずれかに記載の硬化性組成物。 - 【請求項10】組成物が、コーティング組成物である、
請求項1乃至9のいずれかに記載の硬化性組成物。 - 【請求項11】組成物が、固体粉末、または有機溶剤を
使用して達成できる液体の状態で使用されるものであ
る、請求項1乃至10のいずれかに記載の硬化性組成
物。 - 【請求項12】請求項1乃至11のいずれかに記載の組
成物を硬化する事によって得られたコーティングをもっ
て被覆された物品。
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