JP4307607B2 - アロファネート基を有するポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アロファネート基を有するポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物、並びに汚染液に対し良好な耐性を示す木材および家具のコーチングのためのその使用に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
有機溶剤の放出を減少させる目的で、溶剤含有組成物の代わりに水性被覆組成物が益々多く使用されつつある。ポリウレタン分散物およびポリアクリレート分散物は重要な種類の水性ラッカー結合剤ビヒクルである。ポリウレタン分散物を製造するための各種のオプションがたとえばD.ディートリッヒ[D.ディートリッヒ、プログレス・オーガニック・コーチングス、第9巻、第281頁(1981)]による参考文献で比較されている。ポリウレタン分散物およびポリアクリレート分散物はしばしば高品質の表面特性を得るために混合される。
さらに、適するビニルモノマーのラジカルメカニズムによる重合を水性ポリウレタン分散物の存在下に行いうることも特に特許公報から公知である。たとえばこれらのポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物の製造に関する特許公報の例はDE−A−1,953,348号並びにEP−A167,188号、EP−A189,945号およびEP−A308,115号を包含する。ポリウレタン分散物とポリアクリレート分散物との混合物と比較し、ハイブリッド分散物はより高い品質を有する。
【0003】
水性コーチングの性能の相当な改善が近代的技術の使用により達成されている。たとえばEP358 979号は、水性アクリレート分散物から作成されるコーチングの耐性をポリイソシアネートの添加によりどのように改善しうるかを記載している。さらに、親水性にされたポリイソシアネート架橋剤の添加によりポリウレタン分散物の被覆特性を向上させることも可能である(たとえばEP−A469,389号)。
この種類の2−成分系の開発に加え、一層容易に塗布しうる1−成分系のための被覆特性における顕著な改善を達成すべく試みがなされている。たとえばEP−A332,326号は、ヒドラジド基およびカルボニル基の縮合反応によりポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物を架橋させる方法を記載している。ポリウレタンおよびポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物の酸化架橋も公知である[アドバンシス・イン・ウレタン・サイエンス・アンド・テクノロジー、第10巻、第121〜162頁(1987)、第4回ニュールンベルグ会議「コーチング技術における創作的進歩」、ペーパー17(1997)]。
ラッカーの性質は上記プロセス工程により若干改善しうるが、ポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物のラッカーフィルムの薬品耐性(特に汚染液に対する耐性)は不充分である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、水性の1−成分ポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物の性質(特に汚染液に対する耐性)を向上させることにある。
この課題は、アロファネート基を有する特殊なポリウレタン分散物に基づくと共に汚染液に対する耐性にて決定的な改善を示す本発明によるポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物により解決することができる。
【0005】
【課題を解決するための手段】
したがって本発明は、
(A)樹脂固形分に対し20〜99重量%のポリウレタン(ここで(i)ポリウレタンは イオン性および/または非イオン性の親水性基により親水性にされ、かつ(ii) ポリウレタンを調製すべく使用されるポリイソシアネート成分はアロファネート基 を有する脂肪族もしくは脂環式ポリイソシアネートを含有する)と、
(B)1〜80重量%(全固形分含有量に対し)のポリアクリレートポリマーとからなり、成分(A)および(B)の合計が(A)および(B)の全重量に対し100%であり、成分(A)が、
(A1)ポリイソシアネート成分(A1)の重量に対し5〜35%のアロファネート基含 有量(N 2 C 2 O 3 H、MW101として計算)を有する脂肪族もしくは脂環式ポ リイソシアネート成分と、
(A2)30〜200mgKOH/gのOH価および400〜6000の数平均分子量を 有する少なくとも1種のポリマー化合物を含有するイソシアネート反応性成分と 、
(A3)必要に応じ、400未満の平均分子量を有する1種もしくはそれ以上の低分子量 ポリオールおよび/またはポリアミンと、
(A4)少なくとも1個のイオン性基または潜在的イオン性基を有するイソシアネート反 応性成分と、
(A5)必要に応じ、250〜3000の数平均分子量を有すると共に1個もしくはそれ 以上のOH基を有する親水性のポリオキシアルキレンエーテルと
の反応生成物であることを特徴とするポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物に関するものである。
さらに本発明は、基体(特に木材)を被覆するための前記ハイブリッド分散物の使用にも関するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
ポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物は好ましくはポリウレタンAを含有し、このポリウレタンAは
(A1)ポリイソシアネート成分(A1)の重量に対し5〜35%、好ましくは11〜2 7%のアロファネート基含有量(アロファネート基N2 C2 O3 H、MW101の 重量比率として計算)
【化1】
を有する脂肪族もしくは脂環式ポリイソシアネート成分と、
(A2)30〜200mgKOH/gのOH価および400〜6000の数平均分子量を 有する少なくとも1種のポリマー化合物を含有するイソシアネート反応性成分と 、
(A3)必要に応じ、400未満の平均分子量を有する1種もしくはそれ以上の低分子量 ポリオールおよび/またはポリアミンと、
(A4)必要に応じ、少なくとも1個のイオン性基または潜在的イオン性基を有するイソ シアネート反応性成分と、
(A5)必要に応じ、250〜3000の数平均分子量を有すると共に1個もしくはそれ 以上のOH基を有する親水性のポリオキシアルキレンエーテルと
から調製される。
【0007】
適するポリイソシアネート成分(A1)は好ましくは脂肪族もしくは脂環式ジイソシアネート
R1(NCO)2
と脂肪族もしくは脂環式アルコール
R2 OH
との触媒の存在下における反応により調製され、ここで
R1 は4〜12個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素基または6〜15個の炭素原子を有 する脂環式炭化水素基を示し、
R2 は1〜18個、好ましくは4〜12個の炭素原子を有し、エーテル基もしくはヒドロ キシル基により置換しうる脂肪族もしくは脂環式炭化水素基を示す。
【0008】
ジイソシアネートの例はテトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジイソシアナトシクロヘキサン、1−メチル−2,4−イソシアナトシクロヘキサンおよび1−メチル−2,6−イソシアナトシクロヘキサンを包含する。好適ジイソシアヌレートは1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(イソホロンジイソシアネート)およびビス−(4−イソシアナトシクロヘキサン)−メタンを包含する。これらジイソシアネートと前記式に対応する他のジイソシアネートとの混合物も適している。
適するアルコールの例はエタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、n−ペンタノール、イソペンタノール、2−エチルヘキサノール、ヘキサデカノール、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、メトキシプロパノール、ポリエーテルポリオールおよびジオール、たとえばエチレングリコールもしくはブタンジオールを包含する。
【0009】
ジイソシアネート成分およびアルコール成分からのアロファネート基含有ポリイソシアネート(A1)の調製は公知であって刊行物に記載されている。1つの方法においては、ポリイソシアネートと適する触媒とを容器に入れると共にアルコール成分を添加する。代案として、先ず最初にウレタンをポリイソシアネートおよびアルコールから調製し、次いでこれを触媒の添加後にアロファネートまで変換させることもできる。
適する反応条件および触媒はたとえばEP−A712,840号、EP−A682,012号、GB−A994,890号もしくはEP−A659,791号に記載されている。好適触媒は錫もしくは亜鉛を含有する化合物、たとえばジラウリン酸ジブチル錫、2−エチル−ヘキサン酸錫、アセチルアセトン酸亜鉛および2−エチルヘキサン酸亜鉛である。
アロファネート基を有するポリイソシアネート成分(A1)は、好ましくは75〜98重量%、好ましくは80〜92重量%の脂肪族もしくは脂環式ポリイソシアネートと2〜25重量%、好ましくは8〜20重量%の脂肪族もしくは脂環式アルコールとから調製され、ここで%はポリイソシアネート成分(A1)の全重量に基づいている。
アロファネート基を含まないポリイソシアネートも、アロファネート基含有ポリイソシアネートの他にポリイソシアネート成分(A1)に存在させることができる。
【0010】
イソシアネート反応性成分(A2)はポリウレタン化学の分野から公知であり、ポリエステル、ポリエステルアミド、ポリエーテル[成分(A5)の範囲に入るものを除く]、ポリチオエーテル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリシロキサンおよびエポキシ樹脂を包含する。ポリマー化合物(A2)は不飽和基を有することもできる。ポリオールは好ましくは650〜2500の数平均分子量を有し、より好ましくは1.9〜3のOH官能価を有する。好適ポリオールはポリエーテル、ポリカーボネートおよびポリエステルポリオール、好ましくはジオールである。
【0011】
成分(A3)は、400未満の分子量を有すると共に成分(A4)とは異なるポリオール、アミノポリオールおよびポリアミンから選択される。ポリウレタンおよびポリウレタン分散物を調製するための連鎖延長剤としての、これら化合物の使用は当業界にて公知である。その例はエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、エチレンジアミン、1,4−ジアミノブタン、イソホロンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ヒドラジンおよびポリオキシプロピレンアミン(たとえばハンツマン社から入手しうるジェファミン(商標)ポリアミン)を包含する。これら連鎖延長剤は好ましくは1.8〜2.5の平均官能価を有する。
イソシアネート基の1部を不飽和アルコール成分、たとえばアクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、トリメチロールプロパンモノ−もしくはジ−アリルエーテルおよびアリルアルコールと反応させることができる。フリーラジカルメカニズムによるその後の重合にて、ポリウレタンに組み込まれる二重結合はグラフト化位置として作用する。
【0012】
イオン性基を形成しうる低分子量化合物(A4)の例はジメチルロールプロピオン酸およびN−メチル−ジエタノールアミンを包含する。
さらに250〜3000の数平均分子量を有するポリオキシアルキレンエーテル(A5)も、ポリウレタンAを調製する際に使用するのに適している。これらポリエーテルは1個もしくはそれ以上のOH基、好ましくは1個のOH基を有し、酸化エチレンと酸化プロピレンとから合成される。これら物質は親水性を付与すると共に水に対するポリウレタンの分散性を向上させることが知られている。
【0013】
水性PUR分散物の調製は公知方法で行われる。アロファネート基を有すると共に場合により未反応モノマーを含有するポリイソシアネート成分(A1)を作成した後、これを第2反応工程にてポリオール成分(A2)および必要に応じ低分子量の連鎖延長剤(A3)および(A4)と完結するまで反応させてポリウレタンを生成させる。必要に応じおよび有利には溶剤を使用し、好ましくはその後に必要に応じ分離しうる溶剤を使用することができる。
第3工程にて、中和しうる基を塩まで変換させ、ポリウレタンを水に分散させる。残留NCO基は水または連鎖延長剤(好ましくは分散前、分散の間または分散後に水に添加しうる低分子量ポリアミン)のいずれかと反応する。低沸点溶剤を使用する場合、これは蒸留により分離および回収することができる。
親水性基の量に応じ、実用的に溶液の外観を有するよう極めて微細な形態で分散物を得ることができる。充分に安定である極めて粗大な粒子分散物も形成しうる。固形分含有量は広範囲(たとえば20〜50重量%の範囲)で変化することができる。
【0014】
アロファネート基を有する得られるポリウレタン分散物は第2工程にてポリイソシアネートポリマーBで改変されてハイブリッド分散物を形成する。予め作成されたポリアクリレート分散物をポリウレタン分散物と混合することも可能であり、或いは好ましくはポリアクリレート分散物をポリウレタン分散物の存在下に乳化重合により調製する。重合しうるモノマーの量は、ポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物の全樹脂固形分に対し1〜80重量%、好ましくは10〜60重量%である。
適するモノマーの例はスチレン;1〜18個の炭素原子をアルコール基中に有する(メタ)アクリル酸のエステル、たとえばメタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシルおよびアクリル酸ステアリル;ジオール、たとえばエチレングリコール、1,4−ブタンジオールもしくは1,6−ヘキサンジオールのジ(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリルアミドもしくは(メタ)アクリロニトリル;並びに2〜12個の炭素原子を有する脂肪族カルボン酸のビニルエステル、たとえば酢酸ビニルもしくはベルサチン酸ビニルエステルを包含する。さらに官能基、たとえばヒドロキシ、カルボニルもしくは酸の基を有するモノマー、たとえばアクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸アセトアセトキシエチル、アクリル酸およびメタクリル酸も適している。酸−官能性モノマーは大して好適でない。
【0015】
好適ポリアクリレートポリマー(B)は10mgKOH/g未満の酸価および0〜120mgKOH/gのOH価を有し、20〜100重量%のアクリル酸、メタクリル酸およびそのエステルと0〜80重量%のスチレンとから合成され、ここで前記範囲は全てポリアクリレートポリマー(B)の樹脂固形分含有量に基づいている。
重合は好ましくは前記モノマーの水性乳化重合により行われ、ラジカル開始剤を用いて開始される。乳化重合は好ましくはポリウレタン分散物Aの存在下に行われる。乳化重合は幾つかの実施形態により行うことができる。1つの実施形態においてはポリウレタン分散物および/または界面活性物質を反応容器に添加し、次いでモノマーおよび開始剤を別々に所定時間かけて、たとえば0.5〜6時間かけて添加する。第2の実施形態においてはポリウレタン分散物および/または界面活性剤物質の1部を反応容器にて添加し、次いで残余のもの並びにモノマーおよび開始剤を別々に所定時間かけて、たとえば0.5〜6時間かけて添加する。第3の実施形態においてはポリウレタン分散物および/または界面活性物質とモノマーと開始剤とを別々かつ重合の全期間にわたり連続的に添加し、所定量の水のみを反応容器に最初から入れる。第4の実施形態、すなわちバッチ法においてはポリウレタン分散物および/または界面活性物質とモノマー混合物と開始剤とを一緒に反応容器に添加し、所望の重合温度まで加熱すると共に、この温度に2〜10時間にわたり保つ。
【0016】
適する開始剤の例は過酸化物、たとえばペルオキシ二硫酸カリウム、ペルオキシ二硫酸アンモニウム、有機過酸化物、有機ヒドロペルオキシドおよび過酸化水素を包含する。レドックス系、たとえば水溶性のラジカル形成性の非イオン発生過酸化物、たとえばt−ブチルヒドロペルオキシドが酸化成分として好適に使用され、たとえばホルムアルデヒドスルホキシレートもしくはアスコルビン酸のような還元成分が触媒量の鉄(II)塩(約10-4〜10-1モル)と共に使用される。
乳化重合は一般に20〜100℃、好ましくは40〜65℃の温度にて行われる。
重合反応の後、微細な水性ポリマーエマルジョンが得られ、これはレーザー相関分光光度法により測定して15〜350nm、好ましくは30〜150nmの平均粒子直径を有する。
重合に使用されるモノマーまたはモノマー混合物から得られるホモポリマーおよび/またはコポリマーの他に、分散物は二重結合にグラフト化され(不飽和OH成分の組み込みによる)またはグラフトベースとしてのポリウレタンのポリマー連鎖にグラフト化されたモノマーのグラフト生成物をも含有する。これらのグラフト化反応は公知であって、たとえばフォルトシュリッテ・デル・ホッホポリマー・フォルシュンク、第1巻、第300頁(1959)、DE1,953,348号に記載されている。
【0017】
本発明によるポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物は水性被覆組成物のための結合剤として使用することができる。さらに諸性質における改善を達成するには、ポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物の樹脂固形分含有量に対し25重量%まで、好ましくは15重量%までのポリイソシアネートを適用前の前記分散物に添加することができる。
適するポリイソシアネートは米国特許第4,663,377号および第5,200,489号(これら両者を参考のためここに引用する)に記載されたものを包含し、両米国特許は親水性ポリイソシアネート並びに親水性ポリイソシアネートを得るべく改変しうる疎水性ポリイソシアネートを記載している。これらポリイソシアネートの例は親水性にされたポリイソシアネート、たとえばバイヒジュール3100(バイエルAG)または疎水性ポリイソシアネート、たとえばデスモジュール3300、デスモジュール3400もしくはデスモジュールVP LS 2025(バイエルAG)を包含する。
本発明によるポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物はたとえば水分散性アルキド樹脂またはポリウレタン、ポリアクリレートもしくはポリブタジエン油分散物のような他の結合剤と一緒に使用することができる。本発明によるポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物は好ましくはコーチングに使用され、特に好ましくは木材およびプラスチックを被覆するために使用される。
【0018】
【実施例】
以下、限定はしないが実施例により本発明をさらに説明し、ここで部数および%は全て特記しない限り重量による。
【0019】
I. アロファネート基を有するポリイソシアネート成分(A1)
I−a アロファネート基を有すると共にメチレン−ビス−(4−イソシアナトシクロヘキサン)およびn−ブタノールに基づくポリイソシアネート成分(A1)
914gのメチレン−ビス−(4−イソシアナトシクロヘキサン)(デスモジュールW、バイエルAG)および0.5gの触媒(デスモラピッドSO、バイエルAG)を60℃まで加熱した。次いで86gのn−ブタノールを25分間かけて発熱反応を伴いながら添加した。添加に際し温度を冷却により110℃に調整した。このバッチを次いで110℃の温度にて撹拌した。19.7%のNCO含有量に7時間後に達した。ポリイソシアネート成分の計算アロファネート基含有量は11.7重量%であった。
【0020】
I−b アロファネート基を有すると共にイソホロンジイソシアネートおよびn−ブタノールに基づくポリイソシアネート成分(A1)
1332gのイソホロンジイソシアネートおよび0.074gのイソフタル酸ジクロライドを60℃まで加熱した。次いで148gのn−ブタノールを30分間かけて発熱反応を伴いながら添加した。添加に際し温度を冷却により90℃に調整した。このバッチを次いで90℃の温度で撹拌した。18時間後に22.9%のNCO含有量に達した。ポリイソシアネート成分の計算アロファネート基含有量は13.6重量%であった。
【0021】
I−c アロファネート基を有すると共にイソホロンジイソシアネート、メチレン−ビス−(4−イソシアナトシクロヘキサン)およびn−ブタノールに基づくポリイソシアネート成分(A1)
222.3gのイソホロンジイソシアネートと262gのメチレン−ビス−(4−イソシアナトシクロヘキサン)と0.4gの実施例1からの触媒とを60℃まで加熱した。次いで74gのn−ブタノールを30分間かけて発熱反応を伴いながら添加した。このバッチを110℃まで加熱し、次いで110℃温度にて撹拌した。6時間後に14.4%のNCO含有量に達した。ポリイソシアネート成分の計算アロファネート基含有量は18.1重量%であった。
【0022】
I−d アロファネート基を有すると共にヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートおよびn−ブタノールに基づくポリイソシアネート成分(A1)
336gのヘキサメチレンジイソシアネートおよび268gのN−メチルピロリドンを60℃まで加熱した。次いで296gのn−ブタノールを30分間かけて添加した。このバッチを発熱反応により加熱した。添加に際し温度を冷却により100℃に調整した。添加が完了した後、バッチを100℃にさらに5時間にわたり保持した(NCO含有量<0.1%)。さらに238gのN−メチルピロリドンと3.8gの2−エチルヘキサン酸亜鉛と0.4gのイソフタル酸ジクロライドと888gのイソホロンジイソシアネートとを添加し、バッチを90℃まで加熱した。7時間後に8.0%のNCO含有量に達した。ポリイソシアネート成分の計算アロファネート基含有量は26.6重量%であった。
【0023】
II. ポリウレタン分散物
II−a ポリイソシアネートI−aに基づくポリウレタン分散物
286gのポリ(テトラヒドロフラン)と41gのシクロヘキサンジメタノールと58gのジメチロールプロピオン酸と413gのN−メチルピロリドンとを2リットルの4つ首フラスコ内にて70℃まで加熱した。透明溶液が生成した後、直ちに695gのポリイソシアネートI−aを添加した。このバッチを100℃に2時間保った(NCO含有量3.2%)。80℃まで冷却した後、44gのトリエチルアミンを添加すると共に撹拌しながら30分間にわたりホモゲナイズした。1250gの得られたプレポリマー溶液を撹拌しながら、1537gの水(温度40℃)を含有する第2フラスコに添加した。次いで171gの水に溶解された10gのエチレンジアミンと11gのジエチレントリアミンとを30分間かけて添加した。このバッチを次いで濾過した。生成物は次の性質を有するポリウレタン分散物であった:
平均粒子寸法
(レーザー相関分光光度法;LCSによる):25nm
樹脂固形分含有量: 34.2%
pH: 8.2
【0024】
II−b 比較例: II−aと同様であるが、アロファネート基を含まないジイソシアネートに基づくポリウレタン分散物
275gのポリ(テトラヒドロフラン)と54gのシクロヘキサンジメタノールと42gのジメチロールプロピオン酸と301gのN−メチルピロリドンとを2リットルの4つ首フラスコ内にて70℃まで加熱した。透明溶液が生成した後、直ちに389gのメチレン−ビス−(4−イソシアナトシクロヘキサン)を添加した。このバッチを100℃にて2時間保った(NCO含有量4.6%)。50℃まで冷却した後、41gのトリエチルアミンを添加すると共に30分間にわたり撹拌しながら、ホモゲナイズした。900gの得られたプレポリマー溶液を撹拌しながら831gの水(温度40℃)を含有する第2フラスコに添加した。次いで92gの水に溶解された9gのエチレンジアミンと10gのジエチレントリアミンとを30分間かけて添加した。このバッチを次いで濾過した。生成物は次の性質を有するポリウレタン分散物であった:
平均粒子寸法(LCS): 36nm
樹脂固形分含有量: 37.1%
pH: 7.8
【0025】
II−c 比較例: II−bと同様であるが、より高比率の硬質セグメントを有するポリウレタン分散物
196gのポリ(テトラヒドロフラン)と28gのシクロヘキサンジメタノールと33gのエチレングリコールと40gのジメチロールプロピオン酸と276gのN−メチルピロリドンとを2リットルの4つ首フラスコ内にて70℃まで加熱した。透明溶液が生成した後、直ちに414gのメチレン−ビス−(4−イソシアナトシクロヘキサン)を添加した。このバッチを100℃にて3時間保った(NCO含有量3.9%)。50℃まで冷却した後、30gのトリエチルアミンを添加すると共に30分間にわたり撹拌しながら、ホモゲナイズした。850gの得られたプレポリマー溶液を撹拌しながら794gの水(温度40℃)を含有する第2フラスコに添加した。次いで92gの水に溶解された7gのエチレンジアミンと8gのジエチレントリアミンとを30分間かけて添加した。次いで、このバッチを濾過した。生成物は次の性質を有するポリウレタン分散物であった:
平均粒子寸法(LCS): 26nm
樹脂固形分含有量: 37.1%
pH: 7.8
【0026】
II−d ポリイソシアネートI−bに基づくポリウレタン分散物
196gのポリ(テトラヒドロフラン)と32gのシクロヘキサンジメタノールと36gのジメチロールプロピオン酸と259gのN−メチルピロリドンとを70℃まで2リットルの4つ首フラスコ内にて加熱した。透明溶液が生成した後、直ちに389gのポリイソシアネートI−bを添加した。このバッチを100℃にて2時間保った(NCO含有量3.7%)。55℃まで冷却した後、27gのトリエチルアミンを添加すると共に撹拌しながら30分間にわたりホモゲナイズした。800gの得られたプレポリマー溶液を撹拌しながら、743gの水(温度40℃)を含有する第2フラスコに添加した。次いで82gの水に溶解された7gのエチレンジアミンおよび8gのジエチレントリアミンを30分間かけて添加した。次いでバッチを濾過した。生成物は次の性質を有するポリウレタン分散物であった:
平均粒子寸法(LCS): 41nm
樹脂固形分含有量: 35.9%
pH: 7.6
【0027】
III. ポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物
III−a ポリウレタン分散物II−aに基づくポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物
2478gのポリウレタン分散物II−a(847gの樹脂固形分)と733gの水と4gの水における硫酸鉄(II)の1%溶液と4gの水におけるエチレンジアミン四酢酸の1%溶液とを50℃まで加熱した。各溶液I、IIおよびIIIの25%(下記参照)を撹拌しながら5分間かけて添加した。若干の発熱作用は重合反応の開始を示した。反応混合物を50℃にて30分間撹拌し、次いで溶液I、IIおよびIIIの残余75%を1時間かけて並行添加した。この混合物をさらに1時間にわたり反応させ、次いで25℃まで冷却した。混合物を濾過し(T5500フィルタ、ザイツ社により供給)。分散物は次の性質を有した:
平均粒子寸法(LCS): 40nm
樹脂固形分含有量: 34.4%
pH: 7.8
【0028】
【表1】
【0029】
III−b 比較例: ポリウレタン分散物II−bに基づくポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物
ハイブリッド分散物III−aの作成を反復したが、ただしポリウレタン分散物II−aの代わりにポリウレタン分散物II−bを使用した。最終生成物は次の性質を有した:
平均粒子寸法(LCS): 46nm
樹脂固形分含有量: 36.0%
pH: 8.5
【0030】
III−c 比較例: ポリウレタン分散物II−cに基づくポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物
ハイブリッド分散物III−aの作成を反復したが、ただしポリウレタン分散物II−aの代わりにポリウレタン分散物II−cを使用した。最終生成物は次の性質を有した:
平均粒子寸法(LCS): 27nm
樹脂固形分含有量: 35.5%
pH: 8.0
【0031】
III−d ポリウレタン分散物II−dに基づくポリウレタン−ポリアクリ
レートハイブリッド分散物
ハイブリッド分散物III−aの作成を反復したが、ただしポリウレタン分散物II−aの代わりにポリウレタン分散物II−dを使用した。最終生成物は次の性質を有した:
平均粒子寸法(LCS): 52nm
樹脂固形分含有量: 36.5%
pH: 8.2
【0032】
IV−a〜IV−d ポリウレタン分散物II−a〜II−dからの透明被覆組成物の処方
以下の処方添加物を100重量部の各分散物II−a〜II−dに添加した:
0.2重量部の消泡剤(テゴ・フォルメックス805、テゴ・ヘミー社、供給のまま)
0.5重量部の基体の濡らしを向上させる添加物(Byk346、Bykヘミー社、供給のまま)
1.0重量部の増粘剤(アクリソルRM8、ローム・アンド・ハース社、水中5%)。
【0033】
V−a〜V−d ポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物III−a〜III−dからの透明被覆組成物の処方
透明ラッカーを処方すべく次の処方成分を100重量部の各分散物III−a〜III−dに添加した:
10重量部のブチルグリコールと水との1:1混合物
0.2重量部の消泡剤(テゴ・フォルメックス805、テゴ・ヘミー社、供給のまま)
0.5重量部の基体の濡らしを向上させる添加物(Byk346、Bykヘミー社、供給のまま)
1.0重量部の増粘剤(アクリソルRM8、ローム・アンド・ハース社、水中5%)。
【0034】
透明被覆組成物の試験:
汚染液に対する耐性をDIN 68861に従って試験した。被覆組成物を200μmの湿潤フィルム厚さにて白色合板紙カードに塗布した。室温にて7日間乾燥させた後、表面を赤ワインおよびマスタードで5時間にわたり濡らし、さらにコーヒーで16時間濡らした。次いで付着物を拭い取り、10日間後に損傷を0(変化なし)〜5(強力な変色)の尺度にて評価した。
【0035】
【表2】
【0036】
試験結果は、汚染液に対する耐性がポリウレタン分散物の存在下におけるアクリレートモノマーの重合により改善されることを示す。さらに、この耐性における改善がポリウレタン分散物およびポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物の両者につき、ポリイソシアネート出発物質へのアロファネート基の組み込みにより達成されることも明らかである。
【0037】
以上、本発明を例示の目的で詳細に説明したが、この詳細は単に例示の目的に過ぎず、本発明の思想および範囲を逸脱することなく種々の改変をなしうることが当業者には了解されよう。
Claims (8)
- (A)樹脂固形分に対し20〜99重量%のポリウレタン(ここで(i)ポリウレタンは イオン性および/または非イオン性の親水性基により親水性にされ、かつ(ii) ポリウレタンを調製すべく使用されるポリイソシアネート成分はアロファネート基 を有する脂肪族もしくは脂環式ポリイソシアネートからなる)と、
(B)1〜80重量%(全固形分含有量に対し)のポリアクリレートポリマーと
からなり、成分(A)および(B)の合計は(A)および(B)の全重量に対し100%であり、成分(A)が、
(A1)ポリイソシアネート成分(A1)の重量に対し5〜35%のアロファネート基含 有量(N 2 C 2 O 3 H、MW101として計算)を有する脂肪族もしくは脂環式ポ リイソシアネート成分と、
(A2)30〜200mgKOH/gのOH価および400〜6000の数平均分子量を 有する少なくとも1種のポリマー化合物を含有するイソシアネート反応性成分と 、
(A3)400未満の平均分子量を有する1種もしくはそれ以上の低分子量ポリオールお よび/またはポリアミンと、
(A4)必要に応じ、少なくとも1個のイオン性基または潜在的イオン性基を有するイソ シアネート反応性成分と、
(A5)必要に応じ、250〜3000の数平均分子量を有すると共に1個もしくはそれ 以上のOH基を有する親水性のポリオキシアルキレンエーテルと
の反応生成物であることを特徴とする水性ポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物。 - ポリアクリレートポリマーBが、ラジカル乳化重合によりポリウレタン分散物Aの存在下に調製される請求項1に記載のポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物。
- 脂肪族もしくは脂環式ポリイソシアネート成分(A1)が、ポリイソシアネート成分(A1)の重量に対し11〜27%のアロファネート基含有量(N2C2O3H、MW101として計算)を有する請求項1に記載のポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物。
- 成分(A2)が、650〜2500の数平均分子量および1.9〜3の官能価を有するポリエステル、ポリエーテルもしくはポリカーボネートポリオールである請求項1に記載のポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物。
- ポリアクリレートポリマー(B)が10mgKOH/g未満の酸価および120mgKOH/gのOH価を有すると共に、20〜100重量%のアクリル酸、メタクリル酸およびそれらのエステルと0〜80重量%のスチレンとから合成され、前記範囲は全てポリアクリレートポリマー(B)の樹脂固形分含有量に基づく請求項1に記載のポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物。
- 請求項1に記載のポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物を結合剤として含有する被覆組成物。
- 請求項1に記載のポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物を結合剤として含有すると共に、ポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物の樹脂固形分含有量に対し25重量%までの量の遊離イソシアネート基を有するポリイソシアネートを含有する被覆組成物。
- 請求項1に記載のポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物を結合剤として含有すると共に、ポリウレタン−ポリアクリレートハイブリッド分散物の樹脂固形分含有量に対し25重量%までの量の遊離イソシアネート基を有する親水性ポリイソシアネートを含有する被覆組成物。
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