JP6568996B2 - ポリイソシアネート組成物、コーティング組成物、水系コーティング組成物、及びコーティング基材 - Google Patents

ポリイソシアネート組成物、コーティング組成物、水系コーティング組成物、及びコーティング基材 Download PDF

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Description

本発明は、ポリイソシアネート組成物、コーティング組成物、水系コーティング組成物、及びコーティング基材に関する。
1,6−ジイソシアナトヘキサン(以下、「HDI」、「ヘキサメチレンジイソシアネート」ともいう。)を含む脂肪族ジイソシアネートから得られ、イソシアヌレート構造を含有するポリイソシアネート組成物は、耐候性、耐熱性に優れるため、従来から、各種用途に幅広く使用されている。
また、近年、地球環境保護の高まりから、溶剤系塗料として利用されている二液ウレタンコーティング組成物は水系化が望まれている。しかし、二液ウレタンコーティング組成物において、硬化剤として用いられるポリイソシアネートは、水に分散しにくく、水と反応しやすく、その反応により二酸化炭素を発生する。そのため、乳化性を有し、水分散状態でもイソシアネート基と水との反応が抑えられるポリイソシアネートの開発が進められている。
例えば、特許文献1では、ウレトジオン基を含むポリイソシアネート化合物と、エチレンオキシド単位を含むポリエーテルとを含む、水に分散可能なポリイソシアネート混合物が開示されている。また、特許文献2及び特許文献3でも、ウレトジオン基を含む、水に溶解又は分散しうる水性ポリイソシアネート組成物が開示されている。
特開平05−222150号公報 特開平07−330861号公報 特開2007−332193号公報
確かに、特許文献1〜3には、ウレトジオン基を含有するポリイソシアネートを使用することにより、水への分散性を向上させること自体は開示されている。しかしながら、貯蔵時にジイソシアネートモノマー濃度が増加する傾向があり、その使用が制限されている、という問題を有している。
また、ウレトジオン基を含有するポリイソシアネートを使用することにより、基材との密着性を向上させることが開示されているが、まだ不十分である。
さらに、ポリイソシアネートを主剤と混ぜ合わせて使用する量は、少量のものから多量のものまで幅広く、少量の場合は同じ缶を何度も開け閉めして使用するため、イソシアネート基が空気中の湿気と反応してしまうという問題も有している。
以上から、特許文献1から3に記載のポリイソシアネート組成物でも、貯蔵時のジイソシアネートモノマー濃度の増加の抑制と、湿気安定性と、密着性とを満たすには不十分である。
そこで、本発明は、水に分散可能であり、貯蔵安定性及び湿気安定性に優れ、かつ、下地との密着性にも優れる塗膜を形成可能な、ポリイソシアネート組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、脂肪族ジイソシアネート単位を有するポリイソシアネートを含む原料ポリイソシアネート組成物と、親水性化合物と、の反応により得られ、イソシアヌレート基、ウレトジオン基、ウレトンイミノ基、及びイミノオキサジアジンジオン基を有し、当該イソシアヌレート基に対する当該ウレトンイミノ基、及び当該イソシアヌレート基に対する当該イミノオキサジアジンジオン基のモル比率が、特定の範囲であるポリイソシアネート組成物が、貯蔵安定性及び湿気安定性に優れ、かつ、下地との密着性にも優れる塗膜を形成可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は下記の通りである。
[1]
脂肪族ジイソシアネート単位を有するポリイソシアネートを含む原料ポリイソシアネート組成物と、親水性化合物と、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、
イソシアヌレート基、ウレトジオン基、ウレトンイミノ基、及びイミノオキサジアジンジオン基を含み、
前記イソシアヌレート基に対する前記ウレトンイミノ基のモル比率が、0.0010以上0.0050以下であり、かつ、前記イソシアヌレート基に対する前記イミノオキサジアジンジオン基のモル比率が、0.00050以上0.30以下である、ポリイソシアネート組成物。
[2]
前記親水性化合物は、アニオン性化合物、カチオン性化合物、及びノニオン性化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上である、[1]に記載のポリイソシアネート組成物。
[3]
前記親水性化合物は、前記アニオン性化合物を含み、
前記アニオン性化合物は、カルボン酸基を含有する化合物、リン酸基を含有する化合物、及びスルホン酸基を含有する化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上である、[2]に記載のポリイソシアネート組成物。
[4]
前記アニオン性化合物は、前記スルホン酸基を含有する化合物を含み、
前記スルホン酸基を含有する化合物は、水酸基を含有するスルホン酸、及びアミノ基を含有するスルホン酸からなる群より選ばれる1種又は2種以上である、[3]に記載のポリイソシアネート組成物。
[5]
前記親水性化合物は、前記ノニオン性化合物を含み、
前記ノニオン性化合物は、下記一般式(1)で表される構造を有するポリアルキレングリコールアルキルエーテルである、[2]に記載のポリイソシアネート組成物。
Figure 0006568996
(式(1)中、Rは、炭素原子数1〜4のアルキレン基を示し、Rは、炭素数1〜4のアルキル基を示し、nの平均数は、5.0以上20以下である。)
[6]
一般式(1)中、Rは、炭素原子数2のアルキレン基を示し、Rは、炭素数1のアルキル基を示す、[5]に記載のポリイソシアネート組成物。
[7]
前記ポリイソシアネート組成物は、該ポリイソシアネート組成物の総量に対して、前記ポリアルキレングリコールアルキルエーテルに由来する部分を、2.0質量%以上30質量%以下含む、[5]又は[6]に記載のポリイソシアネート組成物。
[8]
前記脂肪族ジイソシアネート単位は、1,6−ジイソシアナトヘキサン単位を含む、[1]〜[7]のいずれかに記載のポリイソシアネート組成物。
[9]
[1]〜[8]のいずれかに記載のポリイソシアネート組成物を含む、コーティング組成物。
[10]
[9]に記載のコーティング組成物と、水と、を含む、水系コーティング組成物。
[11]
基材と、該基材にコーティングされた[9]に記載のコーティング組成物又は[10]に記載の水系コーティング組成物と、を有する、コーティング基材。
本発明に係るポリイソシアネート組成物によれば、水に分散可能であり、貯蔵安定性及び湿気安定性に優れ、かつ、下地との密着性に優れる塗膜を形成可能である。
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、特に断りがない限り、「(メタ)アクリル」はメタクリルとアクリルを包含し、「(メタ)アクリレート」はメタクリレートとアクリレートを包含するものとする。
〔ポリイソシアネート組成物〕
本実施形態のポリイソシアネート組成物は、脂肪族ジイソシアネート単位を有するポリイソシアネートを含む原料ポリイソシアネート組成物(以下、原料となるポリイソシアネート組成物と本実施形態のポリイソシアネート組成物とを区別し、本実施形態のポリイソシアネート組成物の原料となるポリイソシアネート組成物を「原料ポリイソシアネート組成物」ともいう。)と、親水性化合物との反応により得られる。また、本実施形態のポリイソシアネート組成物は、イソシアヌレート基、ウレトジオン基、ウレトンイミノ基、及びイミノオキサジアジンジオン基を含む。さらに、上記イソシアヌレート基に対する上記ウレトンイミノ基のモル比率が、0.0010以上0.0050以下であり、かつ、上記イソシアヌレート基に対する上記イミノオキサジアジンジオン基のモル比率が、0.00050以上0.30以下である。本実施形態のポリイソシアネート組成物は、上記構成を有しているため、水に分散可能であり、貯蔵安定性及び湿気安定性に優れ、かつ、下地との密着性に優れた塗膜が形成可能なものとなる。
本実施形態のポリイソシアネート組成物は、上記親水性化合物と反応していない上記原料ポリイソシアネート組成物(以下、「未反応原料ポリイソシアネート組成物」ともいう)、及び上記原料ポリイソシアネート組成物と反応していない上記親水性化合物(以下、「未反応親水性化合物」ともいう。)を含んでもよい。また、後述する本実施形態のポリイソシアネート組成物の各種物性又は特性は、特に言及のない限り、上記原料ポリイソシアネート組成物に含まれるポリイソシアネートと上記親水性化合物との反応により得られるポリイソシアネート(以下、「変性ポリイソシアネート」ともいう。)、未反応原料ポリイソシアネート、及び未反応親水性化合物を含んだ状態を示す特性である。
また、本実施形態のポリイソシアネート組成物において、未反応原料ポリイソシアネートと変性ポリイソシアネートとの割合は、液体クロマトグラフィーにより測定して求めることができる。
すなわち、本実施形態のポリイソシアネート組成物は、原料ポリイソシアネート組成物に含まれるポリイソシアネートに由来する構成単位と、親水性化合物に由来する構成単位とを有する変性ポリイソシアネートを含む。また、上記ポリイソシアネート組成物は、平均イソシアネート官能基数が、1.0を超えて5.0以下であることが好ましい。
本実施形態のポリイソシアネート組成物は、イソシアヌレート基を含む。本実施形態のポリイソシアネート組成物の構成成分の1つである、イソシアヌレート基とは、ジイソシアネートモノマー3分子からなるポリイソシアネート由来の官能基であり、下記式(II)で表されるものである。
Figure 0006568996
本実施形態のポリイソシアネート組成物における、HDI3分子がイソシアヌレート結合で結合した3量体(以下、「イソシアヌレート3量体」ともいう。)の濃度は、特に限定されないが、30質量%以上90質量%以下であることが好ましく、より好ましくは40質量%以上90質量%以下である。塗膜の架橋性を向上させる観点から、上記濃度は30質量%以上であることが好ましく、本実施形態のポリイソシアネート組成物の粘度を低減する観点から、90質量%以下であることが好ましい。イソシアヌレート3量体の濃度は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」ともいう。)により測定することができる。
本実施形態のポリイソシアネート組成物は、ウレトジオン基を含む。これにより、該組成物の粘度を低下させることができる。本実施形態のポリイソシアネート組成物の構成成分の1つである、ウレトジオン基とは、ジイソシアネートモノマー2分子からなるポリイソシアネート由来の官能基であり、下記式(III)で示されるものである。
Figure 0006568996
本実施形態のポリイソシアネート組成物において、イソシアヌレート基に対するウレトジオン基(以下、「ウレトジオン基/イソシアヌレート基」とも表記する場合がある。)のモル比率は、特に限定されるものではないが、0.010以上0.50以下であることが好ましい。上記モル比率の下限値は0.15であることがより好ましく、さらに好ましくは0.20であり、よりさらに好ましくは0.30である。上記モル比率の上限値は0.45であることがより好ましく、さらに好ましくは0.40であり、よりさらに好ましくは0.38である。本実施形態のポリイソシアネート組成物の粘度を低下させる観点から、上記モル比率は0.010以上であることが好ましく、架橋性を向上させる観点から0.50以上であることが好ましい。ウレトジオン基/イソシアヌレート基のモル比率は、13C−NMRの測定によって求めることができる。具体的には後述する実施例に記載する方法により測定することができる。
ウレトジオン基/イソシアヌレート基のモル比率を、0.010以上0.50以下の範囲に制御する方法としては、例えば、原料ポリイソシアネート組成物の製造時に、1,6−ジイソシアナトヘキサンのイソシアヌレート化反応を実施した後、触媒を失活させ、その後に140〜160℃程度の温度、より好ましくは145〜165℃で、好ましくは数時間程度、より好ましくは1時間〜3時間反応させることにより制御する方法や、1,6−ジイソシアナトヘキサンのイソシアヌレート化反応を実施することにより得られたポリイソシアネート組成物に、1,6−ジイソシアナトヘキサンに対し、第3ホスフィン等のウレトジオン化触媒を添加し、20〜80℃程度の温度で、数時間から数十時間程度、反応させたポリイソシアネート組成物を一部混合される方法が挙げられる。上記方法の中でも、入手の容易さの観点から、前者の1,6−ジイソシアナトヘキサンのイソシアヌレート化反応を実施した後、触媒を失活させ、その後に145〜165℃程度の温度で数時間程度反応させる方法が好ましい。
本実施形態のポリイソシアネート組成物は、ウレトンイミノ基を含む。本実施形態のポリイソシアネート組成物の構成成分の1つである、ウレトンイミノ基とは、ジイソシアネートモノマー3分子からなるポリイソシアネート由来の官能基であり、下記式(IV)で表されるものである。
Figure 0006568996
本実施形態のポリイソシアネート組成物において、イソシアヌレート基に対するウレトンイミノ基(以下、「ウレトンイミノ基/イソシアヌレート基」とも表記する場合がある。)のモル比率は、0.0010以上0.0050以下である。上記モル比率の下限値は0.0012であることが好ましく、より好ましくは0.0015であり、さらに好ましくは0.0020である。上記モル比率の上限値は0.0045であることが好ましく、より好ましくは0.0040であり、さらに好ましくは0.0035である。上記モル比率が0.0010以上であることで、本実施形態のポリイソシアネート組成物の湿気安定性及び密着性が良好となり、0.0050以下であることで、貯蔵後のジイソシアネートモノマー濃度の増加を抑制することができる。ウレトンイミノ基/イソシアヌレート基のモル比率は、後述する実施例に記載する方法により測定することができる。
ウレトンイミノ基/イソシアヌレート基のモル比率を、0.0010以上0.0050以下の範囲に制御する方法としては、例えば、原料ポリイソシアネート組成物の製造時に、1,6−ジイソシアナトヘキサンのイソシアヌレート化反応を実施した後、触媒を失活させ、その後に140〜160℃程度の温度、より好ましくは145〜155℃で、好ましくは数時間程度、より好ましくは1時間〜3時間反応させることにより制御する方法や、上記で得たポリイソシアネート組成物に、1,6−ジイソシアナトヘキサンに対し、1−ブチルホスホラン等のヘテロ環含有リン系化合物を触媒とし、20〜80℃程度の温度で、数時間から数十時間程度、反応させたポリイソシアネート組成物を一部混合される方法が挙げられる。上記方法の中でも、入手の容易さの観点から、前者の1,6−ジイソシアナトヘキサンのイソシアヌレート化反応を実施した後、触媒を失活させ、その後に140〜160℃程度の温度で数時間程度反応させる方法が好ましい。
本実施形態のポリイソシアネート組成物は、イミノオキサジアジンジオン基を含む。本実施形態のポリイソシアネート組成物の構成成分の1つである、イミノオキサジアジンジオン基とは、ジイソシアネートモノマー3分子からなるポリイソシアネート由来の官能基であり、下記式(V)で表されるものである。
Figure 0006568996
本実施形態のポリイソシアネート組成物において、イソシアヌレート基に対するイミノオキサジアジンジオン基(以下、「イミノオキサジアジンジオン基/イソシアヌレート基」とも表記する場合がある。)のモル比率は、0.00050以上0.30以下である。上記モル比率の下限値は0.0010であることが好ましく、より好ましくは0.0015であり、さらに好ましくは0.0020であり、よりさらに好ましくは0.0025である。上記モル比率の上限値は0.20であることが好ましく、より好ましくは0.10であり、さらに好ましくは0.050であり、よりさらに好ましくは0.025である。上記モル比率が0.00050以上であることにより、本実施形態のポリイソシアネート組成物の湿気安定性を発現でき、上記モル比率が0.30以下であることにより、下地との密着性に優れた塗膜が形成可能なものとなる。イミノオキサジアジンジオン基/イソシアヌレート基のモル比率は、後述する実施例に記載する方法により測定することができる。
イミノオキサジアジンジオン基/イソシアヌレート基のモル比率を0.00050以上0.30以下に制御する方法としては、例えば、1,6−ジイソシアナトヘキサンのイソシアヌレート化反応を実施した後、触媒を失活させ、その後に、140〜160℃程度の温度で、数時間程度反応させることにより制御する方法や、上記で得たポリイソシアネート組成物に、1,6−ジイソシアナトヘキサンに対し、1−ブチルホスホラン等のヘテロ環含有リン系化合物を触媒とし、20〜80℃程度の温度で、数時間から数十時間程度、反応させたポリイソシアネート組成物を一部混合される方法が挙げられる。上記の中でも、入手の容易さの観点から、前者の1,6−ジイソシアナトヘキサンのイソシアヌレート化反応を実施した後、触媒を失活させ、その後に、140〜160℃程度の温度で、数時間程度反応させる方法が好ましい。
また、本実施形態のポリイソシアネート組成物は、アロファネート基をさらに含んでもよい。アロファネート基とは、アルコールの水酸基とイソシアネート基とから形成され、下記式(VI)で表されるものである。
Figure 0006568996
本実施形態のポリイソシアネート組成物に用い得るアルコールは、炭素、水素及び酸素のみで形成されるアルコールが好ましく、より好ましくはモノアルコールであり、さらに好ましくは分子量200以下のモノアルコールである。上記アルコールとしては、以下に限定されるものではないが、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール等のモノアルコール、エチレングリコール、1,3−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチルヘキサンジオール等のジアルコールが挙げられる。これらは1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のポリイソシアネート組成物において、イソシアヌレート基に対するアロファネート基(以下、「アロファネート基/イソシアヌレート基」とも表記する場合がある。)のモル比率は、0.010以上0.50以下であることが好ましく、より好ましくは0.010以上0.20以下であり、さらに好ましくは0.010以上0.10以下である。アロファネート基/イソシアヌレート基のモル比率は、架橋性を向上させる観点から、0.50以下であることが好ましい。アロファネート基/イソシアヌレート基のモル比率は、後述する実施例に記載する方法により測定することができる。
また、本実施形態のポリイソシアネート組成物は、上記のイソシアヌレート基、ウレトジオン基、ウレトンイミノ基、イミノオキサジアジンジオン基、及びアロファネート基以外に、ウレタン基、ウレア基、ビュレット基、カルボジイミド基等をさらに含んでもよい。
本実施形態のポリイソシアネート組成物中のジイソシアネートモノマー濃度は、好ましくは1.0質量%以下であり、より好ましくは0.5質量%以下であり、さらに好ましくは0.3質量%、よりさらに好ましくは0.2質量%である。ジイソシアネートモノマー濃度が1.0質量%以下であることにより、架橋性をより向上させることができる傾向にある。本実施形態のポリイソシアネート組成物中のジイソシアネートモノマー濃度は、後述するHDIモノマー質量濃度の測定に準じた方法により測定することができる。
本実施形態のポリイソシアネート組成物において、25℃における粘度は、特に限定されないが、100mPa・s以上2000mPa・s以下であることが好ましい。上記粘度の下限値は、140mPa・sであることがより好ましく、さらに好ましくは180mPa・sであり、よりさらに好ましくは200mPa・sであり、さらにより好ましくは220mPa・sである。上記粘度の上限値は、1800mPa・sであることがより好ましく、さらに好ましくは1500mPa・sであり、よりさらに好ましくは1200mPa・sであり、さらにより好ましくは1000mPa・sである。粘度が100mPa・s以上であることにより、架橋性をより向上させることができる傾向にあり、また、粘度が2000mPa・s以下であることにより、水分散性とポリイソシアネート組成物を使用した塗料の固形分濃度とをより高くできる傾向にある。
25℃における粘度を上記範囲に制御する方法として、具体的には、上記ポリイソシアネートと親水性化合物との配合比を調整する方法、粘度が適当な範囲にあるポリイソシアネートを原料として変性させる方法、原料のポリイソシアネートを製造する際に転化率を調整する方法等が挙げられる。本実施形態のポリイソシアネート組成物の粘度は、不揮発性分を98質量%以上に精製したポリイソシアネート組成物を、E型粘度計(トキメック社製)を用いることによって測定することができ、具体的には後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
本実施形態のポリイソシアネート組成物のイソシアネート基含有率は、不揮発分が実質的に100質量%である状態で、架橋性と塗膜物性の観点から、10質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましく、16質量%以上がさらに好ましい。イソシアネート基含有率が10質量%以上であることで、架橋に使用されるイソシアネート基が多くなり、ポリイソシアネート分子の硬化中における分子の動きやすさが良好となるため、架橋性が良好となり、塗膜物性が向上する傾向にある。ここでいうイソシアネート基は、ポリイソシアネート組成物中のすべてのイソシアネート基を併せたものをいう。また、ジイソシアネートモノマー濃度を低減する観点から、上記イソシアネート基含有率は、25質量%以下であることが好ましく、24質量%以下であることがより好ましく、23質量%以下であることがさらに好ましい。
イソシアネート基含有率を上記範囲に制御する方法としては、以下のものに限定されないが、例えば、ポリイソシアネートと親水性化合物の配合比を調整する方法が挙げられる。また、イソシアネート基含有率は、実施例中に記載する方法により測定する。
ポリイソシアネート組成物の不揮発分は、加熱前の質量に対する加熱後の質量の比率(%)であり、10%以上100%以下であることが好ましく、50%以上100%以下であることがより好ましい。不揮発分が10%以上であることで、ポリイソシアネート組成物の粘度が低くなるため、取扱いやすくなる傾向にあり、不揮発分が100%以下であることで、有機溶剤使用量を減少させることができるため、環境問題が改善される傾向にある。
不揮発分を上記範囲に制御する方法としては、以下のものに限定されないが、例えば、ポリイソシアネート組成物と溶剤との配合比を調整する方法が挙げられる。不揮発分は、実施例中に記載する方法により測定する。
本実施形態のポリイソシアネート組成物は、上述した変性ポリイソシアネート、未反応ポリイソシアネート、未反応親水性化合物以外の成分(その他の成分)を含んでいてもよい。その他の成分としては、例えば、溶剤、酸化防止剤、光安定剤、重合禁止剤、及び界面活性剤が挙げられる。
溶剤の含有量は、ポリイソシアネート組成物の総量(100質量%)に対して、0質量%以上90質量%以下であることが好ましく、0質量%以上50質量%以下であることがより好ましく、0質量%以上30質量%以下であることがさらに好ましい。また、酸化防止剤、光安定剤、重合禁止剤、及び界面活性剤の含有量は、各々独立に、ポリイソシアネート組成物の総量(100質量%)に対して、0質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0質量%以上5.0質量%以下であることがより好ましく、0質量%以上2.0質量%以下であることがさらに好ましい。
[原料ポリイソシアネート組成物]
本実施形態の原料ポリイソシアネート組成物は、脂肪族ジイソシアネート単位を有するポリイソシアネートを含む。上記脂肪族ジイソシアネートは、1,6−ジイソシアナトヘキサン(HDI)を含むことが好ましい。ここで、「単位」とは、ある化合物をモノマーとして得られるポリイソシアネートが有する、該ポリイソシアネートの構成単位をいう。例えば、「1,6−ジイソシアナトヘキサン単位」は、1,6−ジイソシアナトヘキサンをモノマーとして得られるポリイソシアネートが有する、1,6−ジイソシアナトヘキサンに由来する構成単位である。また、原料ポリイソシアネート組成物は、未反応のモノマー(HDI等の脂肪族ジイソシアネート)を含んでいてもよいが、未反応のモノマーは含まれていない方が好ましい。
脂肪族ジイソシアネートとしては、特に限定されるものではないが、炭素数4〜30のものが好ましい。炭素数4〜30のものとしては、HDIの他に、例えば、1,4−ジイソシアナトブタン、1,5−ジイソシアナトペンタン、2,2,4−トリメチル−1,6−ジイソシアナトヘキサン、及びリジンジイソシアネートが挙げられる。工業的入手の容易さ及びポリイソシアネート製造時の反応性の観点から、本実施形態においては、HDIを含む脂肪族ジイソシアネート単位から得られる原料ポリイソシアネート組成物が好ましい。脂肪族ジイソシアネートは、1種のみを単独で使用してもいいし、2種以上を併用してもよい。
本実施形態の原料ポリイソシアネート組成物は、脂環族ジイソシアネート単位を含んでもよい。脂環族ジイソシアネートとしては、以下に限定されるものではないが、炭素数8〜30のものが好ましい。炭素数8〜30のものとしては、例えば、イソホロンジイソシアネート(以下、「IPDI」ともいう。)、1,3−ビス(イソシアナトメチル)−シクロヘキサン、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、及び水添キシリレンジイソシアネートが挙げられる。この中でも、耐候性、工業的入手の容易さの観点から、IPDIが好ましい。脂環族ジイソシアネートは1種のみを単独で使用してもいいし、2種以上を併用してもよい。
[原料ポリイソシアネート組成物の製造方法]
以下、本実施形態の原料ポリイソシアネート組成物の製造方法の一例を説明する。原料ポリイソシアネート組成物の原料は、少なくともHDI(1,6−ジイソシアナトヘキサン)を用いる。原料ポリイソシアネート組成物は、イソシアネート基から誘導されるイソシアヌレート基を形成するイソシアヌレート化反応、ウレトジオン基を形成するウレトジオン化反応、ウレトンイミノ基を形成するウレトンイミノ化反応、及びイミノオキサジアジンジオン基を形成するイミノオキサジアジンジオン化反応を、それぞれ逐次又はそのいくつかを並行して、過剰のジイソシアネートモノマー存在下で行い、反応終了後、未反応のジイソシアネートモノマーを除去することにより得られる。また、上記の4反応を別々に実施させたものを混合することによっても得られる。入手の容易さから、上記4反応をそれぞれ逐次行う方法、及び、そのいくつかを並行して実施する方法が好ましい。さらに、副原料として、アルキルモノアルコール、アルキルジオール等のアルコール化合物等も併用することができる、ここで、アルコール化合物を用いる場合には、上述したように、ポリイソシアネート組成物におけるアロファネート基/イソシアヌレート基のモル比率が0.010以上0.20以下の範囲となるように用いることが好ましい。
好ましくは、原料のHDIや上記した副原料に重合触媒を添加し、所定の重合度に到達するまで反応を進行させた後、必要に応じて未反応のHDIを除去することによってポリイソシアネート組成物を得ることができる。
ジイソシアネートモノマーからイソシアヌレート基含有ポリイソシアネートを誘導する場合は、通常、イソシアヌレート化反応触媒を用いる。イソシアヌレート化反応触媒としては塩基性を有するものが好ましい。このようなイソシアヌレート化反応触媒の具体的な例を以下1)〜7)に示す。
1)テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム等のテトラアルキルアンモニウムのヒドロオキシドや、例えば、酢酸、カプリン酸等との有機弱酸塩、
2)トリメチルヒドロキシプロピルアンモニウム、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム、トリエチルヒドロキシプロピルアンモニウム、トリエチルヒドロキシエチルアンモニウム等のヒドロキシアルキルアンモニウムのヒドロオキシドや、例えば、酢酸、カプリン酸等との有機弱酸塩
3)酢酸、カプロン酸、オクチル酸、ミリスチン酸等のアルキルカルボン酸の、例えば、錫、亜鉛、鉛、ナトリウム、カリウム等との金属塩
4)ナトリウム、カリウム等の金属アルコラート
5)ヘキサメチルジシラザン等のアミノシリル基含有化合物
6)マンニッヒ塩基類
7)第3級アミン類とエポキシ化合物との併用
触媒効率の観点から上記1)、2)及び3)が好ましい。より好ましくは、1)の有機弱酸塩である。
上述した触媒を、仕込んだジイソシアネートの質量に対して、好ましくは10質量ppm以上1000質量ppm以下、より好ましくは10質量ppm以上500質量ppm以下、さらに好ましくは10質量ppm以上100質量ppm以下の量で使用し、イソシアヌレート化反応温度を50〜120℃で行うことが好ましい。反応温度の下限値は、54℃であることがより好ましく、さらに好ましくは57℃であり、よりさらに好ましくは60℃である。また、反応温度の上限値は、100℃であることがより好ましく、さらに好ましくは90℃であり、よりさらに好ましくは80℃である。イソシアヌレート化反応温度が120℃以下であることにより、着色等の特性変化が抑制できる傾向にある。
原料ポリイソシアネート組成物中に存在するウレトジオン基は、ウレトジオン化反応触媒を用いることにより得られる。上記ウレトジオン化反応触媒の具体的な化合物の例としては、以下に限定されないが、第3ホスフィンである、トリ−n−ブチルホスフィン、トリ−n−オクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン;トリス−(ジメチルアミノ)ホスフィン等のトリス(ジアルキルアミノ)ホスフィン;シクロヘキシル−ジ−n−ヘキシルホスフィン等のシクロアルキルホスフィンが挙げられる。これらの化合物の多くは、同時にイソシアヌレート化反応も促進し、ウレトジオン基含有ポリイソシアネートに加えてイソシアヌレート基含有ポリイソシアネートを生成する。所望の収率となった時点で、リン酸、パラトルエンスルホン酸メチル等のウレトジオン化反応触媒の失活剤を添加してウレトジオン化反応を停止する。上述した触媒を、仕込んだジイソシアネートの質量に対して、好ましくは10質量ppm以上10000質量ppm以下、より好ましくは10質量ppm以上1000質量ppm以下、さらに好ましくは10質量ppm以上500質量ppm以下の量で使用し、ウレトジオン化反応温度を20〜120℃で行うことが好ましい。反応温度の下限値は、25℃であることがより好ましく、さらに好ましくは30℃であり、よりさらに好ましくは35℃である。また、反応温度の上限値は、110℃であることがより好ましく、さらに好ましくは100℃であり、よりさらに好ましくは90℃である。ウレトジオン化反応温度が120℃以下であることにより、着色等の特性変化が抑制できる傾向にある。
また、上記のようなウレトジオン化反応触媒を用いることなく、ジイソシアネートのモノマーを加熱することによりウレトジオン基を得ることもできる。その加熱温度としては、130℃〜180℃が好ましい。加熱温度の下限値としては140℃がより好ましく、さらに好ましくは145℃であり、よりさらに好ましくは150℃であり、さらにより好ましくは155℃である。また、加熱温度の上限値は、170℃がより好ましく、さらに好ましくは165℃であり、よりさらに好ましくは162℃であり、さらにより好ましくは160℃である。また、加熱時間は0.2Hr〜8.0Hrであることが好ましい。加熱時間の下限値は、0.4Hrがより好ましく、さらに好ましくは0.6Hrであり、よりさらに好ましくは0.8Hrであり、さらにより好ましくは1.0Hrである。加熱時間の上限値は、6.0Hrがより好ましく、さらに好ましくは4.0Hrであり、よりさらに好ましくは3.0Hrであり、さらにより好ましくは2.0Hrである。加熱時間を0.2Hr以上とすることで、低粘度化を発現できることができる傾向にあり、8.0Hr以下とすることで、ポリイソシアネート自体の着色を抑制することができる傾向にある。
ウレトジオン化反応触媒を使用せずに、本実施形態のポリイソシアネート組成物を得る場合、加熱のみによるウレトジオン化反応と上述したイソシアヌレート化反応とが終了した後、未反応ジイソシアネートモノマーを除去することが、未反応ジイソシアネートモノマー濃度の低減、得られたポリイソシアネート組成物の貯蔵後の分子量変化率の低減、及び高温焼付時の黄変性の低減の観点から好ましい。
原料ポリイソシアネート組成物に存在するウレトンイミノ基は、ウレトンイミノ化反応触媒を用いて、反応させることにより得られる。上記ウレトンイミノ化反応触媒の具体的な化合物の例としては、以下に限定されないが、ヘテロ環含有リン系化合物である1−メチル−1−ホスホラン、1−エチル−1−ホスホラン、1−プロピル−1−ホスホラン、1−ブチル−1−ホスホラン、1−ペンチル−1−ホスホラン、1−ヘキシル−1−ホスホラン、1−オクチル−1−ホスホラン、9−メチル−9−ホスファビシクロノナン、9−エチル−9−ホスファビシクロノナン、9−プロピル−9−ホスファビシクロノナン、9−ブチル−9−ホスファビシクロノナン、9−ペンチル−9−ホスファビシクロノナン、9−ヘキシル−9−ホスファビシクロノナン、9−オクチル−9−ホスファビシクロノナン、9−ドデシル−9−ホスファビシクロノナン、及び9−エイコシル−9−ホスファビシクロノナンが挙げられる。これらの化合物の多くは、同時にイソシアヌレート化反応、ウレトジオン化反応も促進し、ウレトンイミノ基含有ポリイソシアネートに加えてイソシアヌレート基含有ポリイソシアネート、ウレトジオン基含有ポリイソシアネートを生成する。所望の収率となった時点で、リン酸、メチルトルエンスルホネート、酸塩化物ならびに硫黄等のウレトンイミノ化反応触媒の失活剤を添加してウレトンイミノ化反応を停止する。上述した触媒を、仕込んだジイソシアネートの質量に対して、好ましくは10質量ppm以上10000質量ppm以下、より好ましくは10質量ppm以上1000質量ppm以下、さらに好ましくは10質量ppm以上500質量ppm以下の量で使用し、ウレトンイミノ化反応温度を20〜120℃で行うことが好ましい。反応温度の下限値は、25℃であることがより好ましく、さらに好ましくは30℃であり、さらにより好ましくは35℃である。また、反応温度の上限値は、110℃であることがより好ましく、さらに好ましくは100℃であり、よりさらに好ましくは90℃である。ウレトンイミノ化反応温度が120℃以下であることにより、着色等の特性変化が抑制できる傾向にある。
また、上記のようなウレトンイミノ化反応触媒を用いることなく、ジイソシアネートのモノマーを加熱することによりウレトンイミノ基を得ることもできる。その加熱温度としては、130℃〜180℃が好ましい。上記加熱温度の下限値としては140℃がより好ましく、さらに好ましくは145℃であり、よりさらに好ましくは150℃であり、さらにより好ましくは155℃である。また、上記加熱温度の上限値は、170℃がより好ましく、さらに好ましくは165℃であり、よりさらに好ましくは162℃であり、さらにより好ましくは160℃である。加熱温度を120℃以上とすることにより、ウレトンイミノ化反応を効率よく進行させることができる傾向にあり、また、180℃以下とすることにより、ポリイソシアネート自体の着色を抑制することができる傾向にある。また、設定温度での加熱時間は0.2Hr〜8.0Hrであることが好ましい。加熱時間の下限値は、0.4Hrがより好ましく、さらに好ましくは0.6Hrであり、よりさらに好ましくは0.8Hrであり、さらにより好ましくは1.0Hrである。加熱時間の上限値は、6.0Hrがより好ましく、さらに好ましくは5.0Hrであり、よりさらに好ましくは4.0Hrであり、さらにより好ましくは3.0Hrである。加熱時間を0.2Hr以上とすることで、低粘度化を発現できることができる傾向にあり、8.0Hr以下とすることで、ポリイソシアネート自体の着色を抑制することができる傾向にある。さらに、ウレトンイミノ化反応温度に昇温、降温させる速度は、0.5℃/分〜2.5℃/分であることが好ましい。上記速度の下限値としては、0.6℃/分がより好ましく、さらに好ましくは0.8℃/分であり、よりさらにより好ましくは1.0℃/分である。また、上記速度の上限値としては、2.3℃/分がより好ましく、さらに好ましくは2.15℃/分であり、よりさらに好ましくは2.0℃/分である。昇温、降温させる速度が0.5℃/分以上であることにより、製造時間を短時間で終了することが可能である傾向にあり、2.5℃/分以下であることにより、ウレトンイミノ化反応を効率よく進行させることができる傾向にある。ウレトンイミノ化反応触媒を使用せずに、本実施形態のポリイソシアネート組成物を得る場合、加熱のみによるウレトンイミノ化反応と上述したイソシアヌレート化反応、ウレトジオン化反応が終了した後、未反応ジイソシアネートモノマーを除去することが、未反応ジイソシアネートモノマー濃度の低減、及び得られたポリイソシアネート組成物の貯蔵後のジイソシアネートモノマー増加量の低減の観点から好ましい。
原料ポリイソシアネート組成物に存在するアロファネート基は、HDIにアルキルモノアルコール、アルキルジオール等のアルコール化合物等を併用し、アロファネート化反応触媒を用いることにより得られる。本実施形態に用いることのできるアルコール化合物とは、以下に限定されないが、炭素、水素及び酸素のみで形成されるアルコールが好ましく、より好ましくはモノアルコールである。さらに好ましくは分子量200以下のアルコールが好ましい。その具体的な化合物としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール等のモノアルコール、エチレングリコール、1,3−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチルヘキサンジオール等のジアルコールが挙げられ、これらの2種以上を併用してもよい。アルコール化合物の添加量は、以下に限定されないが、HDIのイソシアネート基とアルコール化合物の水酸基との当量比で、好ましくは1000/1以上10/1以下、より好ましくは1000/1以上100/1以下である。当量比が10/1以上であることで、イソシアネート基平均数を確保することができる傾向にある。上記アロファネート化反応触媒の具体的な化合物の例としては、以下に限定されないが、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、ジルコニウム、ジルコニル等のアルキルカルボン酸塩である、2−エチルヘキサン酸錫、ジブチル錫ジラウレート等の有機錫化合物、2−エチルヘキサン酸鉛等の有機鉛化合物、2−エチルヘキサン酸亜鉛等の有機亜鉛化合物、2−エチルヘキサン酸ビスマス、2−エチルヘキサン酸ジルコニウム、及び2−エチルヘキサン酸ジルコニルが挙げられる。
所望の収率となった時点で、リン酸、パラトルエンスルホン酸メチル等のアロファネート化反応触媒の失活剤を添加してアロファネート化反応を停止する。上述した触媒を、仕込んだジイソシアネートの質量に対して、好ましくは10質量ppm以上10000質量ppm以下、より好ましくは10質量ppm以上1000質量ppm以下、さらに好ましくは10質量ppm以上500質量ppm以下の量で使用し、アロファネート化反応温度を60〜160℃で行うことが好ましい。反応温度の下限値は、70℃であることがより好ましく、さらに好ましくは80℃であり、よりさらに好ましくは90℃である。また、反応温度の上限値は、155℃であることがより好ましく、さらに好ましくは150℃であり、よりさらに好ましくは145℃である。アロファネート化反応温度が160℃以下であることにより、着色等の特性変化を抑制できる傾向にある。また、加熱時間は0.2Hr〜8.0Hrであることが好ましい。加熱時間の下限値は、0.4Hrがより好ましく、さらに好ましくは0.6Hrであり、よりさらに好ましくは0.8Hrであり、さらにより好ましくは1.0Hrである。加熱時間の上限値は、6.0Hrがより好ましく、さらに好ましくは4.0Hrであり、よりさらに好ましくは3.0Hrであり、さらにより好ましくは2.0Hrである。加熱時間を0.2Hr以上とすることで、低粘度化を発現できることができる傾向にあり、8.0Hr以下とすることで、ポリイソシアネート自体の着色を抑制することができる傾向にある。
また、上記のイソシアヌレート化反応触媒もアロファネート化反応触媒となり得る。上記のイソシアヌレート化反応触媒を用いて、アロファネート化反応を行う場合、イソシアヌレート基含有ポリイソシアネートも当然のことながら生成する。アロファネート化反応触媒として、上記したイソシアヌレート化反応触媒を用い、アロファネート化反応とイソシアヌレート反応を行うことが経済的生産上、好ましい。
上述した、イソシアヌレート化反応、ウレトジオン化反応、ウレトンイミノ化反応はそれぞれを逐次行うこともできるし、そのいくつかを並行して行うこともできる。また、アロファネート化反応を伴う場合には、好ましくは、イソシアヌレート化反応とアロファネート化反応とを並行して先行させ、その後、ウレトジオン化反応、ウレトンイミノ化反応を行う。より好ましくは、イソシアヌレート化反応とアロファネート化反応とは共通した触媒を用いて同時に行い、その後熱によるウレトジオン化反応、ウレトンイミノ化反応を行う場合、製造工程を簡略化できるため、さらに好ましい。
重合反応が所望の重合度に達した時点で、重合反応を停止させる。重合反応の停止は、以下に限定されないが、例えば、リン酸、酸性リン酸エステル、硫酸、塩酸、スルホン酸化合物の酸性化合物を反応液に添加することで、重合反応触媒を中和、あるいは熱分解、化学分解等により不活性化させることで達成できる。反応停止後、必要があれば、濾過を行う。
反応停止直後の反応液は、未反応のHDIモノマーを含むため、これを薄膜蒸発缶、抽出等で除去することが好ましい。このような後処理を行うことで、ポリイソシアネート組成物に含有されるHDIモノマー濃度を1.0質量%以下に制御することが好ましい。本実施形態のポリイソシアネート組成物におけるHDIモノマー濃度の上限値は、より好ましくは0.7質量%以下であり、さらに好ましくは0.5質量%以下であり、よりさらに好ましくは0.3質量%以下であり、さらにより好ましくは0.2質量%以下である。HDIモノマー濃度を上記上限値以下とすることで、本実施形態のポリイソシアネート組成物の毒性を一層低減でき、安全性を向上させることができる傾向にある。
[親水性化合物]
本実施形態の親水性化合物は、特に限定されないが、アニオン性化合物、カチオン性化合物、及びノニオン性化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上であることが好ましい。また、上記アニオン性化合物、カチオン性化合物、及びノニオン性化合物は、各々独立に、ポリイソシアネート組成物が含むイソシアネート基と反応させるために、活性水素基を含有していることが好ましい。活性水素基としては、特に限定されないが、例えば、水酸基、アミノ基、メルカプト基、及びカルボン酸基が挙げられる。
<アニオン性化合物>
アニオン性化合物は、特に限定されないが、カルボン酸基を含有する化合物、リン酸基を含有する化合物、及びスルホン酸基を含有する化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上であることが好ましい。
カルボン酸基を含有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、1−ヒドロキシ酢酸、3−ヒドロキシプロパン酸、12−ヒドロキシ−9−オクタデカン酸、ヒドロキシピバル酸、乳酸等のモノヒドロキシカルボン酸;ジメチロール酢酸、2,2−ジメチロール酪酸、2,2−ジメチロールペンタン酸、ジヒドロキシコハク酸、ジメチロールプロピオン酸等のポリヒドロキシカルボン酸等の水酸基を含有するカルボン酸が挙げられ、この中でも、ヒドロキシピバル酸、及びジメチロールプロピオン酸が好ましい。
リン酸基を含有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、酸性リン酸エステル、酸性亜リン酸エステル、酸性次亜リン酸エステル、及び特定のポリエーテルホスホネート(例えばRHODAFAC(登録商標)の商品名で市販されているもの(ソルベイ日華株式会社))が挙げられ、この中でも、酸性リン酸エステルが好ましい。
水分散性の観点から、ポリイソシアネート組成物は、該ポリイソシアネート組成物の総量(100質量%)に対して、リン原子の含有率が0.03質量%以上であることが好ましく、0.05質量%以上であることがより好ましく、0.1質量%以上であることがさらに好ましい。リン原子の含有率が0.03質量%以上であることで、界面張力が下がることに起因して、より良好な水分散性を示す傾向にある。
また、ポリイソシアネート組成物は、塗膜物性の観点から、ポリイソシアネート組成物の総量(100質量%)に対して、リン原子の含有率が6.0質量%以下であることが好ましく、3.0質量%以下であることがより好ましく、1.0質量%以下であることが更に好ましい。リン原子の含有率が6.0質量%以下であることで、架橋に使用されるイソシアネート基が多くなることに起因して、塗膜物性がより良好となる傾向にある。
上記含有率を上記範囲に制御する方法としては、以下のものに限定されないが、例えば、上記リン酸基を含有する化合物と原料ポリイソシアネート組成物との配合比を調整する方法が挙げられる。また、上記含有率は、実施例中に記載する方法により測定する。
スルホン酸基を含有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、2−ヒドロキシエタンスルホン酸、3−ヒドロキシプロパンスルホン酸、4−ヒドロキシブタンスルホン酸、5−ヒドロキシペンタンスルホン酸、6−ヒドロキシヘキサンスルホン酸、ヒドロキシベンゼンスルホン酸、ヒドロキシ(メチル)ベンゼンスルホン酸、4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジンエタンスルホン酸、4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジンプロパンスルホン酸、2−ヒドロキシ−3−モルホリノプロパンスルホン酸、特定のポリエーテルスルホネート、例えばTegomer(登録商標)の商品名で市販されているもの(The Goldschmidt AG,Essen,ドイツ)等の水酸基を含有するスルホン酸が挙げられる。また、2−アミノエタンスルホン酸、2−メチルアミノエタンスルホン酸、2−(シクロヘキシルアミノ)−エタンスルホン酸、3−(シクロヘキシルアミノ)−プロパンスルホン酸、4−アミノトルエン−2−スルホン酸、5−アミノトルエン−2−スルホン酸、2−アミノナフタレン−4−スルホン酸、4−アミノベンゼンスルホン酸、3−アミノベンゼンスルホン酸等のアミノ基を含有するスルホン酸が挙げられる。
上記の中でも、2−ヒドロキシエタンスルホン酸、3−ヒドロキシプロパンスルホン酸、ヒドロキシベンゼンスルホン酸、ヒドロキシ(メチル)ベンゼンスルホン酸、2−(シクロヘキシルアミノ)−エタンスルホン酸、及び3−(シクロヘキシルアミノ)−プロパンスルホン酸が好ましい。
アニオン性化合物のカルボン酸基、リン酸基、スルホン酸基等の酸性基は、無機塩基や有機アミン化合物で中和することが好ましい。無機塩基としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなどのアルカリ金属;マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属;マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、カドミウム、鉛、アルミニウム等の金属;アンモニアが挙げられる。
有機アミン化合物としては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン、トリラウリルアミン、トリトリデシルアミン、トリステアリルアミンのような直鎖三級アミン類;トリイソプロピルアミン、トリイソブチルアミン、トリ−2−エチルヘキシルアミン、トリ分岐トリデシルアミンのような分岐三級アミン類;N,N−ジメチルエチルアミン、N,N−ジメチルプロピルアミン、N,N−ジメチルイソプロピルアミン、N,N−ジメチルブチルアミン、N,N−ジメチルイソブチルアミン、N,N−ジメチルオクチルアミン、N,N−ジメチル−2−エチルヘキシルアミン、N,N−ジメチルラウリルアミン、N,N−ジメチル(分岐)トリデシルアミン、N,N−ジメチルステアリルアミン、N,N−ジエチルブチルアミン、N,N−ジエチルヘキシルアミン、N,N−ジエチルオクチルアミン、N,N−ジエチル−2−エチルヘキシルアミン、N,N−ジエチルラウリルアミン、N,N−ジイソプロピルメチルアミン、N,N−ジイソプロピルエチルアミン、N,N−ジイソプロピルブチルアミン、N,N−ジイソプロピル−2−エチルヘキシルアミン、のような混合炭化水素基を有する三級アミン類等の他に、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N−ジエチルベンジルアミン、N,N−ジエチルシクロヘキシルアミン、N,N−ジシクロヘキシルメチルアミン、N,N−ジシクロヘキシルエチルアミン、トリシクロヘキシルアミンのような脂環三級アミン類;N,N−ジメチルベンジルアミン、N,N−ジエチルベンジルアミン、N,N−ジベンジルメチルアミン、トリベンジルアミン、N,N−ジメチル−4−メチルベンジルアミン、N,N−ジメチルフェニルアミン、N,N−ジエチルフェニルアミン、N,N−ジフェニルメチルアミンのような芳香環置換基を持つ三級アミン類;N−メチルピロリジン、N−エチルピロリジン、N−プロピルピロリジン、N−ブチルピロリジン、N−メチルピペリジン、N−エチルピペリジン、N−プロピルピペリジン、N−ブチルピペリジン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、N−プロピルモルホリン、N−ブチルモルホリン、N−sec−ブチルモルホリン、N−tert−ブチルモルホリン、N−イソブチルモルホリン、キヌクリジンのような環状アミン類等、及びこれらの任意の混合物が挙げられる。
上述した中で好ましい例としては、総炭素数5〜30の三級のアミン類から選ばれる少なくとも一種が挙げられ、その具体例としては、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン、トリラウリルアミン、トリデシルアミン、トリイソプロピルアミン、トリイソブチルアミン、トリ−2−エチルヘキシルアミン、トリ分岐トリデシルアミン、N,N−ジメチルプロピルアミン、N,N−ジメチルイソプロピルアミン、N,N−ジメチルブチルアミン、N,N−ジメチルイソブチルアミン、N,N−ジメチルオクチルアミン、N,N−ジメチル−2−エチルヘキシルアミン、N,N−ジメチルラウリルアミン、N,N−ジメチル(分岐)トリデシルアミン、N,N−ジメチルステアリルアミン、N,N−ジエチルブチルアミン、N,N−ジエチルヘキシルアミン、N,N−ジエチルオクチルアミン、N,N−ジエチル−2−エチルヘキシルアミン、N,N−ジエチルラウリルアミン、N,N−ジイソプロピルメチルアミン、N,N−ジイソプロピルエチルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N−ジエチルシクロヘキシルアミン、N,N−ジシクロヘキシルメチルアミン、N,N−ジシクロヘキシルエチルアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、N,N−ジエチルベンジルアミン、N,N−ジベンジルメチルアミン、トリベンジルアミン、N,N−ジメチルフェニルアミン、N,N−ジエチルフェニルアミン、N,N−ジフェニルメチルアミン、N−メチルピペリジン、N−エチルピペリジン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、キヌクリジン、ピリジン、キノリン等、及びこれらの任意の混合物が挙げられる。
ポリイソシアネートを水に分散させるために、親水性化合物で変性を行うが、変性する割合を高くしすぎないことにより、塗膜物性(硬度、耐溶剤性、耐水性)の低下を抑制できる傾向にある。すなわち、アニオン性化合物は乳化力が高いため、少量で高い乳化効果を得ることができる。
水分散性の観点から、ポリイソシアネート組成物は、該ポリイソシアネート組成物の総量(100質量%)に対して、硫黄原子の含有率が0.03質量%以上であることが好ましく、0.05質量%以上であることがより好ましく、0.08質量%以上であることがさらに好ましい。硫黄原子の含有率が0.03質量%以上であることで、界面張力が下がることに起因して、より良好な水分散性を示す傾向がある。
また、ポリイソシアネート組成物は、塗膜物性の観点から、ポリイソシアネート組成物の総量(100質量%)に対して、硫黄原子の含有率が3.0質量%以下であることが好ましく、2.5質量%以下であることがより好ましく、2.0質量%以下であることがさらに好ましい。上記含有率が3.0質量%以下であることで、架橋に使用されるイソシアネート基が多くなることに起因して、塗膜物性がより良好となる傾向にある。
上記含有率を上記範囲に制御する方法としては、以下のものに限定されないが、例えば、上記スルホン酸基を含有する化合物と原料ポリイソシアネート組成物との配合比を調整する方法が挙げられる。また、上記含有率は、実施例中に記載する方法により測定する。
原料ポリイソシアネート組成物と上記アニオン性化合物とを反応させる方法として、以下のものに限定されないが、例えば、原料ポリイソシアネート組成物のポリイソシアネートが有する末端イソシアネート基と、上記アニオン性化合物が有する活性水素基とを反応させる方法が挙げられる。
<カチオン性化合物>
カチオン性化合物としては、特に限定されないが、例えば、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、N,N−ジメチルアミノヘキサノール、N,N−ジメチルアミノエトキシエタノール、N,N−ジメチルアミノエトキシエトキシエタノール、N,N,N‘−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、N−メチル−N−(ジメチルアミノプロピル)アミノエタノール等の水酸基を含有するアミン化合物が挙げられ、ポリイソシアネートに変性された三級アミノ基(カチオン型親水基)は、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル等で四級化することもできる。この中でも、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、N,N−ジメチルアミノヘキサノール、N,N−ジメチルアミノエトキシエタノール、及びN,N−ジメチルアミノエトキシエトキシエタノールが好ましい。
カチオン性化合物の三級アミノ基は、アニオン基を有する化合物で中和されることが好ましい。このアニオン基としては、特に限定されないが、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、燐酸基、ハロゲン基、及び硫酸基が挙げられる。上記カルボキシル基を有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、及び乳酸が挙げられる。また、上記スルホン基を有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、エタンスルホン酸が挙げられる。さらに、上記隣酸基を有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、隣酸、及び酸性隣酸エステルが挙げられる。またさらに、上記ハロゲン基を有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、塩酸が挙げられる。さらにまた、上記硫酸基を有する化合物としては特に限定されないが、例えば、硫酸が挙げられる。これらの中でもカルボキシル基を1つ有する化合物が好ましく、より好ましくは、酢酸、プロピオン酸、及び酪酸である。
<ノニオン性化合物>
ノニオン性化合物としては、特に限定されないが、例えば、ポリアルキレングリコールアルキルエーテルが挙げられ、また、このポリアルキレングリコールアルキルエーテルは、下記一般式(1)で表される構造を有する。
Figure 0006568996
上記ポリアルキレングリコールアルキルエーテルは、単一成分ではなく、重合度を示すn(「重合度n」、「n」)の数が異なる物質の集合体である。そのため、重合度nは、その平均値で示す。
式(1)中のRは、アルキレン基を示し、親水性付与の観点から、炭素原子数1〜4のアルキレン基を示すことが好ましい。また、より親水性が付与できる観点から、炭素原子数2のアルキレン基(エチレン基)を示すことがより好ましい。また、Rは、アルキル基を示し、親水性付与の観点から、炭素原子数1〜4のアルキル基を示すことが好ましい。より親水性が付与できる観点から、炭素原子数1のアルキル基(メチル基)を示すことがより好ましい。
ポリイソシアネートを水系主剤に配合する際、主剤と混ぜたときの増粘が問題となる場合が多い。増粘が多い場合は、ポリイソシアネートが主剤へ均一に分散することができず、塗膜物性の低下につながる傾向にある。
nの平均数は、水分散性と主剤への分散性及との観点から、5.0以上20以下であることが好ましく、5.5以上16以下であることがより好ましく、6.0以上12以下であることがさらに好ましい。
nの平均数が5.0以上であると、乳化力が増すため分散性が向上する傾向にあり、20以下であると、粘度上昇を防ぐため、容易に分散することができる傾向にある。上記ポリアルキレングリコールアルキルエーテルは、nの平均数が異なるものを1種又は2種以上を組み合わせて使用することもできる。原料のポリアルキレングリコールアルキルエーテルのnの平均数は、後述する実施例に記載の方法により測定する。
ポリアルキレングリコールアルキルエーテルとしては、以下のものに限定されないが、例えば、ポリエチレングリコール(モノ)メチルエーテル、ポリ(エチレン、プロピレン)グリコール(モノ)メチルエーテル、及びポリエチレングリコール(モノ)エチルエーテルが挙げられる。親水性付与の観点から、ポリエチレングリコール(モノ)メチルエーテルが好ましい。
ポリアルキレングリコールアルキルエーテルが有する水酸基の数は、ポリイソシアネート組成物の粘度を低くする観点から、好ましくは1つである。
ポリイソシアネート組成物は、該ポリイソシアネート組成物の総量(100質量%)に対して、ポリアルキレングリコールアルキルエーテルに由来する部分を、塗膜物性の観点から、2.0質量%以上30質量%以下含むことが好ましく、より好ましくは4.0質量%以上20質量%以下含み、さらに好ましくは6.0質量%以上18質量%以下含み、よりさらに好ましくは6.0質量%以上16質量%以下含む。ポリアルキレングリコールアルキルエーテルに由来する部分の含有率が2.0質量%以上30質量%以下であることで、架橋に使用されるイソシアネート基が多くなり、塗膜物性(外観、硬度、表面乾燥性、及び耐水性)並びに、湿気安定性がより良好となる傾向にある。
上記含有率を2.0質量%以上30質量%以下に制御する方法としては、以下のものに限定されないが、例えば、上記ポリアルキレングリコールアルキルエーテルとポリイソシアネートとの配合比を調整する方法が挙げられる。また、上記含有率は、実施例中に記載する方法により測定する。
ポリイソシアネート組成物中において、ポリアルキレングリコールアルキルエーテルが変性された割合(変性率)は、原料のポリイソイソシアネートのイソシアネート基100当量に対して、ポリアルキレングリコールアルキルエーテルが変性された割合である。
変性率は、ポリアルキレングリコールアルキルエーテルに由来する部分の含有率を上述した好ましい範囲に調整する観点から、0.5%以上40%以下であることが好ましく、1.0%以上30%以下であることがより好ましく、2.0%以上20%以下であることがさらに好ましい。変性率は、実施例中に記載する方法により測定する。
ポリイソシアネートと上記ポリアルキレングリコールアルキルエーテルとを反応させる方法として、以下のものに限定されないが、例えば、ポリイソシアネートが有する末端イソシアネート基と、上記ポリアルキレングリコールアルキルエーテルが有する水酸基とを反応させる方法が挙げられる。
〔ポリイソシアネート組成物の製造方法〕
本実施形態のポリイソシアネート組成物の製造方法は、上記原料ポリイソシアネート組成物と、親水性化合物とを混合反応させる工程(反応工程)を含むことが好ましい。
反応工程において、上記原料ポリイソシアネート組成物と、アニオン性化合物との混合比率は、水分散性と塗膜物性との観点から、原料ポリイソシアネート組成物中のイソシアネート基のモル量(100モル%)に対して、上記アニオン性化合物中の活性水素基が0.5モル%以上50モル%以下となるように反応されていることが好ましく、1.0モル%以上40モル%以下となるように反応されていることがより好ましい。
反応工程において、上記原料ポリイソシアネート組成物と、ノニオン性化合物との混合比率は、水分散性と塗膜物性との観点から、ポリイソシアネート組成物100質量%に対して、上記ノニオン性化合物が、2.0質量%以上30質量%以下となるように反応されていることが好ましく、4.0質量%以上20質量%以下となるように反応されていることがより好ましい。
反応工程において、反応温度や反応時間は、反応の進行に応じて適宜決められるが、反応温度は0℃以上150℃以下であることが好ましく、反応時間は0.5時間以上48時間以下であることが好ましい。
また、反応工程において、場合により公知の触媒を使用してもよい。触媒として、具体的には、オクタン酸スズ、2−エチル−1−ヘキサン酸スズ、エチルカプロン酸スズ、ラウリン酸スズ、パルミチン酸スズ、ジブチルスズオキシド、ジブチルスズジクロライド、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジマレート、ジブチルスズジラウレート、ジオクチルスズジアセテート、ジオクチルスズジラウレート等の有機スズ化合物;塩化亜鉛、オクタン酸亜鉛、2−エチル−1−ヘキサン酸亜鉛、2−エチルカプロン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、アセチルアセトン酸亜鉛等の有機亜鉛化合物;有機チタン化合物;有機ジルコニウム化合物;トリエチルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジイソプロピルエチルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン等の三級アミン類;トリエチレンジアミン、テトラメチルエチレンジアミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等のジアミン類が挙げられる。これらは単独又は混合して使用してもよい。
本実施形態のポリイソシアネート組成物の製造方法において、溶剤を使用してもよいし、使用しなくてもよい。本実施形態のポリイソシアネート組成物の製造方法に用いられる溶剤は、親水性溶剤でも疎水性溶剤でもよい。
疎水性溶剤として、例えば、ミネラルスピリット、ソルベントナフサ、LAWS(Low Aromatic White Spirit)、HAWS(High Aromatic White Spirit)、トルエン、キシレン、シクロヘキサン等;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類が挙げられる。
親水性溶剤として、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、2−エチルヘキサノール等のアルコール類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエ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、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエーテルアルコール類のエステル類が挙げられる。これらは単独又は混合して使用することができる。
本実施形態のポリイソシアネート組成物の製造方法において、上記親水性化合物と、ポリイソシアネートとに加えて、酸化防止剤、光安定剤、重合禁止剤、及び界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも1種をさらに添加してもよい。
〔コーティング組成物、水系コーティング組成物〕
本実施形態のコーティング組成物は、上述のポリイソシアネート組成物を含む。コーティング組成物は、特に限定されず、有機溶剤系のコーティング組成物としても、水を主とする媒体中に塗膜形成成分である樹脂類が溶解又は分散している水系コーティング組成物としてしてもよく、水系コーティング組成物とすることが、有機溶剤の使用量低減の観点から好ましい。本実施形態の水系コーティング組成物は、コーティング組成物と、水とを含む。コーティング組成物は、例えば、建築用塗料、自動車用塗料、自動車補修用塗料、プラスチック用塗料、粘着剤、接着剤、建材、家庭用水系塗料、その他コーティング剤、シーリング剤、インキ、注型材、エラストマー、フォーム、プラスチック原料、及び繊維処理剤に使用することができる。
水系コーティング組成物における主剤の樹脂類として、特に限定されないが、例えば、アクリル樹脂類、ポリエステル樹脂類、ポリエーテル樹脂類、エポキシ樹脂類、フッ素樹脂類、ポリウレタン樹脂類、ポリ塩化ビニリデン共重合体、ポリ塩化ビニル共重合体、酢酸ビニル共重合体、アクリロニトリルブタジエン共重合体、ポリブタジエン共重合体、及びスチレンブタジエン共重合体が挙げられる。
アクリル樹脂類として、特に限定されないが、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル等の(メタ)アクリル酸エステル類;(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸−3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−4−ヒドロキシブチル等の活性水素を持つ(メタ)アクリル酸エステル類;アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸類;アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等の不飽和アミド類;メタクリル酸グリシジル、スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、アクリロニトリル、フマル酸ジブチル、p−スチレンスルホン酸、アリルスルホコハク酸等のその他の重合性モノマー類等から選ばれた単独又は混合物を重合させて得られるアクリル樹脂類が挙げられる。その重合方法としては、乳化重合が一般的であるが、懸濁重合、分散重合、及び溶液重合でも製造できる。乳化重合では段階的に重合することもできる。
ポリエステル樹脂類として、特に限定されないが、例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ダイマー酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等のカルボン酸の群から選ばれた単独又は混合物と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、2−メチル−1,2−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、2−メチル−2,3−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,3−ジメチル−2,3−ブタンジオール、2−エチル−ヘキサンジオール、1,2−オクタンジオール、1,2−デカンジオール、2,2,4−トリメチルペンタンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール等のジオール類;グリセリン、トリメチロールプロパン等のトリオール類;ジグリセリン、ジメチロールプロパン、ペンタエリトリトール等のテトラオール類等の群から選ばれた多価アルコールの単独又は混合物と、の縮合反応によって得られるポリエステル樹脂類等、及び低分子量ポリオールの水酸基にε−カプロラクトンを開環重合して得られるようなポリカプロラクトン類が挙げられる。
ポリエーテル樹脂類として、特に限定されないが、例えば、多価ヒドロキシ化合物の単独又は混合物に、リチウム、ナトリウム、カリウム等の水酸化物;アルコラート、アルキルアミン等の強塩基性触媒等を使用して、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、スチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドの単独又は混合物を付加して得られるポリエーテルポリオール類;エチレンジアミン類等の多官能化合物にアルキレンオキサイドを反応させて得られるポリエーテルポリオール類;テトラヒドロフラン等の環状エーテル類の開環重合によって得られるポリエーテルポリオール類;これらポリエーテル類を媒体としてアクリルアミド等を重合して得られる、いわゆるポリマーポリオール類が挙げられる。
これらの樹脂類の中では、アクリル樹脂類、及びポリエステル樹脂類が好ましい。また、必要に応じて、メラミン系硬化剤、ウレタンディスパージョン、ウレタンアクリルエマルジョン等の樹脂を併用することができる。
これらの樹脂類は、水に乳化、分散又は溶解することが好ましい。そのために、樹脂類に含まれるカルボキシル基、スルホン基等を中和することができる。
カルボキシル基、スルホン基等を中和するための中和剤として、具体的には、アンモニア、水溶性アミノ化合物であるモノエタノールアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、トリエタノールアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、メチルエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、モルホリン等から選択される1種以上を用いることができる。中和剤としては、第三級アミンであるトリエチルアミン、及びジメチルエタノールアミンが好ましい。
さらに、一般的に塗料に加えられる無機顔料、有機顔料、体質顔料、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、有機リン酸塩、有機亜リン酸塩、増粘剤、レベリング剤、チキソ化剤、消泡剤、凍結安定剤、艶消し剤、架橋反応触媒、皮張り防止剤、分散剤、湿潤剤、充填剤、可塑剤、潤滑剤、還元剤、防腐剤、防黴剤、消臭剤、黄変防止剤、紫外線吸収剤、静電防止剤又は帯電調整剤、沈降防止剤等を組み合わせてもよい。塗料への分散性を良くするために、さらに界面活性剤を添加してもよいし、塗料の保存安定性を良くするために、さらに酸化防止剤、光安定剤、重合禁止剤を添加してもよい。
硬化促進用の触媒の例としては、以下に限定されないが、例えば、ジブチルスズジラウレート、2−エチルヘキサン酸スズ、2−エチルヘキサン酸亜鉛、コバルト塩、等の金属塩;トリエチルアミン、ピリジン、メチルピリジン、ベンジルジメチルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、N−メチルピペリジン、ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N’−エンドエチレンピペラジン、N,N’−ジメチルピペラジン等の3級アミン類が挙げられる。
〔コーティング基材〕
本実施形態コーティング基材は、基材と、該基材にコーティングされた上述のコーティング組成物と、を有する。
本実施形態のコーティング基材に用いる所望の基材としては、コーティング組成物をコーティングできるものであれば特に限定されないが、例えば、金属、木材、ガラス、石、セラミック材料、コンクリート、硬質及び可撓性プラスチック、繊維製品、皮革製品、紙が挙げられる。場合により、基材は、コーティング前に通常のプライマーを備えてもよい。
以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて本実施形態をより具体的に説明するが、本実施形態はその要旨を超えない限り、以下の実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。実施例及び比較例における、ポリイソシアネート組成物の物性は、以下のとおり測定した。なお、特に明記しない場合は、「部」及び「%」は、「質量部」及び「質量%」を意味する。
(物性1)粘度
ポリイソシアネート組成物を試料として、粘度は、E型粘度計(トキメック社製)を用いて25℃で測定した。測定に際しては、標準ローター(1°34’×R24)を用いた。回転数は、以下のとおりとした。
100rpm (128mPa・s未満の場合)
50rpm (128mPa・s以上256mPa・s未満の場合)
20rpm (256mPa・s以上640mPa・s未満の場合)
10rpm (640mPa・s以上1280mPa・s未満の場合)
5.0rpm (1280mPa・s以上2560mPa・s未満の場合)
なお、後述する各実施例及び各比較例で製造したポリイソシアネート組成物の不揮発分を以下に記載の方法によって調べ、その値が98質量%以上であったものは、そのまま測定に供した。
(物性2)不揮発分
ポリイソシアネート組成物を試料として、溶剤希釈をした場合には、アルミニウム製カップの質量を精秤し、試料約1gを入れて、加熱乾燥前のカップ質量を精秤した。上記試料を入れたカップを105℃の乾燥機中で3時間加熱した。上記加熱後のカップを室温まで冷却した後、再度カップの質量を精秤した。試料中の乾燥残分の質量%を不揮発分とした。不揮発分の計算方法は以下のとおりである。なお、溶剤希釈なしの場合には、不揮発分は実質的に100%であるとして扱った。
不揮発分(質量%)=(加熱乾燥後のカップ質量−アルミニウム製カップ質量)/(加熱乾燥前のカップ質量−アルミニウム製カップ質量)×100%。
(物性3)イソシアネート基含有率
ポリイソシアネート組成物を試料として、イソシアネート基含有率の測定は、JIS K7301−1995(熱硬化性ウレタンエラストマー用トリレンジイソシアネート型プレポリマー試験方法)に記載の方法に従って実施した。以下に、より具体的なイソシアネート基含有率の測定方法を示す。
(1)試料1gを200mL三角フラスコに採取し、該フラスコにトルエン20mLを添加し、試料を溶解させた。
(2)その後、上記フラスコに2.0Nのジ−n−ブチルアミン・トルエン溶液20mLを添加し、15分間静置した。
(3)上記フラスコに2−プロパノール70mLを添加し、溶解させて溶液を得た。
(4)上記(3)で得られた溶液について、1mol/L塩酸を用いて滴定を行い、試料滴定量を求めた。
(5)試料を添加しない場合にも、上記(1)〜(3)と同様の方法で測定を実施し、ブランク滴定量を求めた。
上記で求めた試料滴定量及びブランク滴定量から、イソシアネート基含有率を以下の計算方法により算出した。
イソシアネート基含有率(質量%)=(ブランク滴定量−試料滴定量)×42/[試料質量(g)×1,000]×100%
(物性4)HDIモノマー質量濃度
まず、20mLサンプル瓶をデジタル天秤に乗せ試料を約1g精秤した。次に、ニトロベンゼン(内部標準液)を0.03〜0.04g加え精秤した。さらに、酢酸エチルを約9mL加えた後、蓋をしっかりしてよく混合し、サンプルを調整した。
上記調整液を以下の条件で、ガスクロマトグラフィー分析し、定量した。
装置:SHIMADZU(株)GC−8A
カラム:信和化工(株)Silicone OV−17
カラムオーブン温度;120℃
インジェクション/ディテクター温度;160℃
(物性5)原料ポリアルキレングリコールアルキルエーテルのnの平均数
原料のポリアルキレングリコールアルキルエーテルを試料として、nの平均数は、下記の水酸基価から算出した。
水酸基価の測定は、JIS K 0070−1992(化学製品の酸価,けん化価,エステル価,よう素価,水酸基価及び不けん化物の試験方法)及び、JIS K 1557−1(プラスチック−ポリウレタン原料ポリオール試験方法−第1部:水酸基価の求め方)に記載の方法に従って実施した。
上記で求めた水酸基価から、ポリアルキレングリコールアルキルエーテルの分子量を求め、その値を用いてnの平均数を以下の計算方法により算出した。
nの平均数=(ポリアルキレングリコールアルキルエーテルの分子量−アルキル基の分子量−水酸基の分子量)/(アルキレンオキサイドの分子量)
ポリアルキレングリコールアルキルエーテルの分子量=56.1×1000/[水酸基価(mgKOH/g)]
例えば、使用したポリアルキレングリコールアルキルエーテルがポリエチレングリコール(モノ)メチルエーテルだった場合、以下のように求められる。
nの平均数=(ポリエチレングリコール(モノ)メチルエーテルの分子量−メチル基の分子量(15)−水酸基の分子量(17))/(エチレンオキサイドの分子量(44))
(物性6)ポリイソシアネート組成物中のポリアルキレングリコールアルキルエーテルのnの平均数
ポリイソシアネート組成物を試料として、nの平均数は、以下の装置及び条件を用いてプロトン核磁気共鳴(NMR)により求めた。ここでは、アルキレン基に対応する相対強度の積分値とアルキル基に対応する相対強度の積分値を対応させることにより、ポリイソシアネート組成物中のポリアルキレングリコールアルキルエーテルのnの平均数を求めた。
NMR装置:Bruker Biospin Avance600(商品名)
観測核:1H
周波数:600MHz
溶媒:CDCl
積算回数:256回
(物性7)ポリアルキレングリコールアルキルエーテルが変性された割合(変性率)
ポリイソシアネート組成物を試料として、変性率は、原料のポリイソイソシアネートのイソシアネート基100当量に対して、ポリアルキレングリコールアルキルエーテルが変性された割合であり、液体クロマトグラフィー(LC)の220nmにおける、未変性イソシアヌレート3量体、1変性イソシアヌレート3量体、2変性イソシアヌレート3量体、及び3変性イソシアヌレート3量体のピーク面積比から求めた。用いた装置及び条件は以下のとおりである。
LC装置:Waters社製、UPLC(商品名)、
カラム:Waters社製、ACQUITY UPLC HSS T3 1.8μm C18 内径2.1mm×長さ50mm
流速:0.3mL/min
移動相:A=10mM酢酸アンモニウム水溶液、B=アセトニトリル
グラジェント条件:初期の移動相組成はA/B=98/2で、試料注入後Bの比率を直線的に上昇させ、10分後にA/B=0/100とした。
検出方法:フォトダイオードアレイ検出器、測定波長は220nm
(物性8)ポリアルキレングリコールアルキルエーテルに由来する部分の含有率
ポリイソシアネート組成物を試料として、ポリイソシアネート組成物中の、変性ポリイソシアネートのポリアルキレングリコールアルキルエーテルに由来する部分の含有率は、(物性3)で測定したイソシアネート基含有率と、(物性6)で求めたポリアルキレングリコールアルキルエーテルのnの平均数から算出されるポリアルキレングリコールアルキルエーテルの分子量と、(物性7)で求めた変性率とから以下のとおり算出した。
含有率(%)=イソシアネート基含有率(質量%)/100%/42/(100−変性率(%))×変性率(%)×ポリアルキレングリコールアルキルエーテルの分子量×100%
例えば、使用したポリアルキレングリコールアルキルエーテルがポリエチレングリコール(モノ)メチルエーテルだった場合、以下のように求められる。
ポリエチレングリコール(モノ)メチルエーテルの分子量=メチル基の分子量(15)+水酸基の分子量(17)+(エチレンオキサイドの分子量(44)×nの平均数)
(物性9)ポリイソシアネート組成物の総量(100質量%)当たりのリン原子含有率
ポリイソシアネート組成物を試料として、ポリイソシアネート組成物中の、リン酸基に由来するリン原子含有率は、以下の装置及び条件を用いて誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−AES)により求めた。
ICP−AES装置:サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製、iCAP6300Duo(商品名)
高周波出力:1150W
クーラントガス:12L/min
プラズマガス:0.5L/min
キャリアガス:0.5L/min
パージガス:0.6MPa
トーチ:横軸
検出器:CID
測定波長:180.731nm
前処理方法:試料を硫酸及び過酸化水素で分解し検液とした。
(物性10)ポリイソシアネート組成物の総量(100質量%)当たりの硫黄原子含有率
ポリイソシアネート組成物を試料として、ポリイソシアネート組成物中の、スルホン酸基に由来する硫黄原子含有率は、以下の装置及び条件を用いてイオンクロマトグラフィー(IC)により求めた。
IC装置:サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製、ICS−1500(商品名)
カラム:AS12A
移動相:2.7mmol/L NaCO,0.3mmol/L NaHCO
流量:1.5mL/min
試料注入量:1mL
サプレッサー:AERS−500
検出器:電気伝導度検出器
前処理方法:試料を炉内で燃焼させ、その燃焼ガスを吸収液に吸収させた。
(物性11)ウレトジオン基/イソシアヌレート基、ウレトンイミノ基/イソシアヌレート基、イミノオキサジアジンジオン基/イソシアヌレート基、アロファネート基/イソシアヌレート基のモル比率
BrukerBiospin社製 Avance600(商品名)を用いた、13C−NMRの測定により、ウレトジオン基/イソシアヌレート基、ウレトンイミノ基/イソシアヌレート基、イミノオキサジアジンジオン基/イソシアヌレート基、アロファネート基/イソシアヌレート基のモル比率をそれぞれ求めた。
具体的な測定条件は以下の通りとした。
13C−NMR装置:AVANCE600(ブルカーバイオスピン社製)
クライオプローブ:CP DUL 600S3 C/H−D−05 Z
(ブルカーバイオスピン社製)
共鳴周波数:150MHz
濃度:60wt/vol%
シフト基準:CDCl(77ppm)
積算回数:10000回
パルスプログラム:zgpg30(プロトン完全デカップリング法、待ち時間2sec)
なお、上記測定においては、以下のシグナルの積分値を、測定している炭素の数で除し、その値から各モル比率を求めた。
イソシアヌレート基:148.6ppm付近:積分値÷3
ウレトジオン基:157.5ppm付近:積分値÷2
アロファネート基:154ppm付近:積分値÷1
ウレトンイミノ基:159.5ppm付近:積分値÷1
イミノオキサジアジンジオン基:137.3ppm付近:積分値÷1
〔原料ポリイソシアネート組成物の製造〕
(製造例1)
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6,000g、イソブタノール7.0gを仕込み、撹拌下反応器内温度を80℃、2Hr保持した。その後、イソシアヌレート化触媒トリメチル−2−メチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドをイソブタノールで5質量%に希釈した溶液5.0gを加え、イソシアヌレート化反応を行い、反応液のNCO含有率が44.6質量%になった時点でリン酸を添加し反応を停止した。この反応で増加したウレトジオン2量体濃度は1.0質量%以下であった。この後、昇温速度1.6℃/分の速度で、160℃まで昇温させ、160℃で、1Hr保持した。その後、降温速度1.5℃/分の速度で、40℃まで降温させた。この加熱によりウレトジオン基並びに、ウレトンイミノ基が生成した。薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製し、不揮発分99.5質量%、粘度520mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、HDIモノマー濃度0.11質量%のポリイソシアネート組成物P−1を得た。
(製造例2)
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6,000g、イソブタノール11.0gを仕込み、撹拌下反応器内温度を80℃、2Hr保持した。その後、イソシアヌレート化触媒トリメチル−2−メチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドをイソブタノールで5質量%に希釈した溶液5.0gを加え、イソシアヌレート化反応を行い、反応液のNCO含有率が45.5質量%になった時点でリン酸を添加し反応を停止した。この反応で増加したウレトジオン2量体濃度は1.0質量%以下であった。この後、昇温速度1.6℃/分の速度で、160℃まで昇温させ、160℃で、1Hr保持した。その後、降温速度1.5℃/分の速度で、40℃まで降温させた。この加熱によりウレトジオン基並びに、ウレトンイミノ基が生成した。薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製し、不揮発分99.5質量%、粘度280mPa・s(25℃)、NCO含有率23.2質量%、HDIモノマー濃度0.11質量%のポリイソシアネート組成物P−2を得た。
(製造例3)
イソシアヌレート化反応後の反応液の昇温速度、降温速度をそれぞれ、2.2℃/分、2.4℃/分に変更した。その他の条件は実施例1と同様に行い、不揮発分99.6質量%、粘度540mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、HDIモノマー濃度0.12質量%のポリイソシアネート組成物P−3を得た。
(製造例4)
イソシアヌレート化反応後の反応液の加温条件を155℃、1.0Hrに変更した。
その他の条件は実施例1と同様に行い、不揮発分99.7質量%、粘度530mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、HDIモノマー濃度0.10質量%のポリイソシアネート組成物P−4を得た。
(製造例5)
イソシアヌレート化反応後の反応液の加温条件を165℃、5.0Hrに変更した。
その他の条件は実施例1と同様に行い、不揮発分99.5質量%、粘度510mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、HDIモノマー濃度0.09質量%のポリイソシアネート組成物P−5を得た。
(比較製造例1)
イソシアヌレート化反応後の反応液の昇温速度、降温速度をそれぞれ、2.6℃/分、4.5℃/分に変更した。その他の条件は実施例1と同様に行い、不揮発分99.6質量%、粘度530mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、HDIモノマー濃度0.10質量%のポリイソシアネート組成物C−1を得た。
(比較製造例2)
イソシアヌレート化反応後、昇温速度0.3℃/分の速度で、165℃まで昇温させ、165℃で、8Hr保持した。その後、降温速度0.3℃/分の速度で、40℃まで降温させた。その他の条件は実施例1と同様に行い、不揮発分99.6質量%、粘度520mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、HDIモノマー濃度0.11質量%のポリイソシアネート組成物C−2を得た。
(比較製造例3)
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6,000g、イソブタノール7.0gを仕込み、撹拌下反応器内温度を80℃、2Hr保持した。その後、イソシアヌレート化触媒トリメチル−2−メチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドをイソブタノールで5質.0量%に希釈した溶液5.0gを加え、イソシアヌレート化反応を行い、反応液のNCO含有率が44.1質量%になった時点でリン酸を添加し、反応を停止した。この反応で増加したウレトジオン2量体濃度は1.0質量%以下であった。反応液を更に100℃、1Hr保持した。薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製し、不揮発分99.5質量%、粘度1050mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、HDIモノマー濃度0.09質量%のポリイソシアネート組成物C−3を得た。
(比較製造例4)
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 6,000gを仕込み、撹拌下反応器内温度を30℃、2Hr保持した。その後、14.8g(0.1mol)の1−ブチルホスホランを添加し、15Hr保持した。その後、3.6g(0.11mol)の元素状硫黄の添加により、反応を停止した。薄膜蒸発缶を用いて、160℃、0.2Torrの条件で2回精製し、不揮発分99.5質量%、粘度1000mPa・s(25℃)、NCO含有率23.3質量%、HDIモノマー濃度0.12質量%のポリイソシアネート組成物C−4を得た。
(比較製造例5)
撹拌機、温度計、窒素吹き込み管を取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、比較製造例1で得たポリイソシアネート組成物C−1 700g、比較製造例4で得たポリイソシアネート組成物C−4 300gを仕込み、40℃、2Hr撹拌し、不揮発分99.7質量%、粘度690mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、HDIモノマー濃度0.11質量%のポリイソシアネート組成物C−5を得た。
(製造例6)
撹拌機、温度計、窒素吹き込み管を取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、比較製造例1で得たポリイソシアネート組成物C−1 820g、比較製造例4で得たポリイソシアネート組成物C−4 180gを仕込み、40℃、2Hr撹拌し、不揮発分99.5質量%、粘度520mPa・s(25℃)、NCO含有率23.1質量%、HDIモノマー濃度0.11質量%のポリイソシアネート組成物P−6を得た。
(製造例7(スルホン酸アミン塩の製造))
2−ヒドロキシエタンスルホン酸70質量%水溶液20質量部に、1−プロパノールを10質量部添加して撹拌して溶液を得た。更に、当量比1となるようにトリエチルアミンを量り取り、同質量部の1−プロパノールで希釈した液を、撹拌中の上記溶液に滴下していった。滴下開始から1時間後に撹拌を止め、エバポレーターで脱水及び脱溶剤し、固形分99.0質量%の2−ヒドロキシエタンスルホン酸トリエチルアミン塩を得た。
(製造例8(スルホン酸アミン塩の製造))
2−ヒドロキシエタンスルホン酸70質量%水溶液20質量部に、1−プロパノールを10質量部添加して撹拌して溶液を得た。更に、当量比1となるようにN,N−ジイソプロピルエチルアミンを量り取り、同質量部の1−プロパノールで希釈した液を、撹拌中の上記溶液に滴下していった。滴下開始から1時間後に撹拌を止め、エバポレーターで脱水及び脱溶剤し、固形分99.1質量%の2−ヒドロキシエタンスルホン酸N,N−ジイソプロピルエチルアミン塩を得た。
(製造例9(スルホン酸アミン塩の製造))
2−ヒドロキシエタンスルホン酸70質量%水溶液20質量部に、1−プロパノールを10質量部添加して撹拌して溶液を得た。更に、当量比1となるようにトリブチルアミンを量り取り、同質量部の1−プロパノールで希釈した液を、撹拌中の上記溶液に滴下していった。滴下開始から1時間後に撹拌を止め、エバポレーターで脱水及び脱溶剤し、固形分99.1質量%の2−ヒドロキシエタンスルホン酸トリブチルアミン塩を得た。
(製造例10(スルホン酸アミン塩の製造))
2−ヒドロキシエタンスルホン酸70質量%水溶液20質量部に、1−プロパノールを10質量部添加して撹拌して溶液を得た。更に、当量比1となるようにN,N−ジメチルシクロヘキシルアミンを量り取り、同質量部の1−プロパノールで希釈した液を、撹拌中の上記溶液に滴下していった。滴下開始から1時間後に撹拌を止め、エバポレーターで脱水及び脱溶剤し、固形分99.8質量%の2−ヒドロキシエタンスルホン酸N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン塩を得た。
(実施例1)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:80.0質量部に、エチレンオキサイド繰返単位の平均数:4.2のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG」):14.3質量部と、エチレンオキサイド繰返単位の平均数:9.0のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG−130」):5.7質量部添加し、エチレンオキサイド繰返単位の平均数が5.0となるように調整し、窒素下、100℃で4時間攪拌して反応を行った。反応終了後、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は、不揮発分100質量%、粘度600mPa・s(25℃)、NCO含有率15.0質量%、HDIモノマー濃度0.09質量%であった。得られた組成物中の変性率:17.9%であり、NMRから検出されたエチレンオキサイド繰返単位の平均数は5.1であった。よって、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルの含有率は20.0%と算出された。
また、13C−NMR測定によりウレトジオン基/イソシアヌレート基のモル比率は0.32、ウレトンイミノ基/イソシアヌレート基のモル比率は0.0022、イミノオキサジアジンジオン基/イソシアヌレート基のモル比率は0.0038、アロファネート基/イソシアヌレート基のモル比率は0.070であった。その後、ポリイソシアネート組成物の貯蔵後ジイソシアネート(DI)増加量、湿気安定性を評価した。さらに上記ポリイソシアネート組成物の水分散性を評価した。評価結果を表1に示す。
(実施例2)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:82.0質量部に、エチレンオキサイド繰返単位の平均数:4.2のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG」):10.4質量部と、エチレンオキサイド繰返単位の平均数:9.0のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG−130」):7.6質量部添加し、エチレンオキサイド繰返単位の平均数が5.5となるように調整し、窒素下、100℃で4時間攪拌して反応を行った。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表1に示す。
(実施例3)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:85.0質量部に、エチレンオキサイド繰返単位の平均数:4.2のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG」):6.9質量部と、エチレンオキサイド繰返単位の平均数:9.0のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG−130」):8.1質量部添加し、エチレンオキサイド繰返単位の平均数が6.0となるように調整し、窒素下、100℃で4時間攪拌して反応を行った。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表1に示す。
(実施例4)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:90.0質量部に、エチレンオキサイド繰返単位の平均数:9.0のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG−130」):10.0質量部を添加し、窒素下、100℃で4時間攪拌して反応を行った。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表1に示す。
(実施例5)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:94.0質量部に、分子量550のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(日油株式会社製、商品名「M550」エチレンオキサイド繰返単位の平均数:11.8):6.0質量部を添加し、窒素下、100℃で4時間攪拌して反応を行った。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表1に示す。
(実施例6)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:96.0質量部に、エチレンオキサイド繰返単位の平均数:15.0のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG−130」):4.0質量部を添加し、窒素下、100℃で4時間攪拌して反応を行った。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表1に示す。
(実施例7)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:98.0質量部に、分子量750のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(ダウ・ケミカル株式会社製、商品名「750」エチレンオキサイド繰返単位の平均数:16.3):2.0質量部を添加し、窒素下、100℃で4時間攪拌して反応を行った。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表1に示す。
(実施例8)
モノブチルリン酸20gと、トリエチルアミン13.0gを混合し、モノブチルリン酸の一部を中和した。製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:1000質量部に、上記より得られたモノブチルリン酸とトリエチルアミンの混合物33.0質量部を添加し、窒素下、90℃で4時間攪拌して反応を行った。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。また、ICP−AESで検出されたリン原子の濃度は0.38質量%であった。評価結果を表1に示す。
(実施例9)
モノブチルリン酸10gと、トリエチルアミン6.5gを混合し、モノブチルリン酸の一部を中和した。製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:1000質量部に、分子量400のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(日油株式会社製、商品名「M400」エチレンオキサイド繰返単位の平均数:8.4):100質量部と、上記より得られたモノブチルリン酸とトリエチルアミンの混合物16.5質量部を添加し、窒素下、90℃で4時間攪拌して反応を行った。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例8と同様に行った。評価結果を表1に示す。
(実施例10)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:1000質量部に、3−シクロヘキシルアミノプロパンスルホン酸:6.1質量部と、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン:3.5質量部を添加し、窒素下、100℃で5時間攪拌して反応を行った。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。また、イオンクロマトグラフィーで検出された硫黄原子の濃度は0.09質量%であった。評価結果を表1に示す。
(実施例11)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:1000質量部に、製造例7で得られた2−ヒドロキシエタンスルホン酸トリエチルアミン塩:12.5質量部と、アセトン:200質量部と、ジブチルスズジラウレート:0.05質量部とを添加し、窒素下、還流下、70℃で5時間攪拌して反応を行った。その後、還流を外して100℃で0.5時間撹拌して反応を継続した。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例10と同様に行った。評価結果を表1に示す。
(実施例12)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:1000質量部に、製造例8で得られた2−ヒドロキシエタンスルホン酸N,N−ジイソプロピルエチルアミン塩:27.7質量部と、アセトン:200質量部と、ジブチルスズジラウレート:0.05質量部とを添加し、窒素下、還流下、70℃で5時間攪拌して反応を行った。その後、還流を外して100℃で0.5時間撹拌して反応を継続した。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例10と同様に行った。評価結果を表1に示す。
(実施例13)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:1000質量部に、製造例9で得られた2−ヒドロキシエタンスルホン酸トリブチルアミン塩:85.5質量部を添加し、窒素下、100℃で6時間攪拌して反応を行った。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例10と同様に行った。評価結果を表2に示す。
(実施例14)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1:1000質量部に、製造例10で得られた2−ヒドロキシエタンスルホン酸N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン塩:7.0質量部と、エチレンオキサイド繰返単位の平均数:9.0のポリエチレングリコールモノメチルエーテル(日本乳化剤株式会社製、商品名「MPG−130」)を20.0質量部とを添加し、窒素下、100℃で4時間攪拌して反応を行った。反応終了後、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例10と同様に行った。評価結果を表2に示す。
(実施例15)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1を、製造例2で得られたポリイソシアネートP−2に変えた以外は実施例4と同様に行い、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表2に示す。
(実施例16)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1を、製造例3で得られたポリイソシアネートP−3に変えた以外は実施例4と同様に行い、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表2に示す。
(実施例17)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1を、製造例4で得られたポリイソシアネートP−4に変えた以外は実施例4と同様に行い、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表2に示す。
(実施例18)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1を、製造例5で得られたポリイソシアネートP−5に変えた以外は実施例4と同様に行い、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表2に示す。
(実施例19)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1を、製造例6で得られたポリイソシアネートP−6に変えた以外は実施例4と同様に行い、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表2に示す。
(比較例1)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1を、比較製造例1で得られたポリイソシアネートC−1に変えた以外は実施例4と同様に行い、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表2に示す。
(比較例2)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1を、比較製造例2で得られたポリイソシアネートC−2に変えた以外は実施例4と同様に行い、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表2に示す。
(比較例3)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1を、比較製造例3で得られたポリイソシアネートC−3に変えた以外は実施例4と同様に行い、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表2に示す。
(比較例4)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1を、比較製造例4で得られたポリイソシアネートC−4に変えた以外は実施例4と同様に行い、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表2に示す。
(比較例5)
製造例1で得られたポリイソシアネートP−1を、比較製造例5で得られたポリイソシアネートC−5に変えた以外は実施例4と同様に行い、ポリイソシアネート組成物を得た。その後の測定は実施例1と同様に行った。評価結果を表2に示す。
以下、表1及び表2において、「B/Aモル比率」は13C−NMRにおける積分値より算出した(ウレトジオン基吸収×1/2)/(イソシアヌレート基吸収×1/3)を示し、「C/Aモル比率」は13C−NMRにおける積分値より算出した(ウレトンイミノ基吸収)/(イソシアヌレート基吸収×1/3)を示し、「D/Aモル比率」は13C−NMRにおける積分値より算出した(イミノオキサジアジンジオン基吸収)/(イソシアヌレート基吸収×1/3)を示し、「E/Aモル比率」は13C−NMRにおける積分値より算出した(アロファネート基吸収)/(イソシアヌレート基吸収×1/3)を示した。
実施例1〜19、及び比較例1〜5で得られたポリイソシアネート組成物は、以下のとおり評価した。評価結果を表1及び表2に示す。
(評価1)水分散性
(1)ポリイソシアネート組成物を、固形分換算で3gとなるように50mLをPETスクリュー瓶に採取し、脱イオン水27gを添加した。
(2)スパチュラで1分間撹拌し、目視で観察した。
判定方法は以下の通りである。
A:簡単に分散し、スパチュラにあまり残らない。
B:増粘し、スパチュラに多く残る。
C:ひどく増粘し、撹拌が困難。
(評価2)貯蔵後ジイソシアネートモノマー(DI)増加量
ポリイソシアネート組成物を窒素雰囲気下、40℃で30日間貯蔵後、上記HDIモノマー質量濃度の測定条件のガスクロマトグラフ測定によりジイソシアネートモノマー濃度を測定した。
以下の計算方法で、貯蔵によるジイソシアネートモノマーの増加量を求めた。
増加量(%)=貯蔵後のジイソシアネートモノマー濃度−貯蔵前のジイソシアネートモノマー濃度
判定方法は以下のとおりとした。
A:0.20質量%以下
C:0.20質量%超
(評価3)湿気安定性
ポリイソシアネート組成物を50mLのガラス瓶に40g入れて、23℃/50%RHの雰囲気下で蓋を開けた状態で4時間開放した。その後窒素シールをせずに瓶の蓋を閉じ、24時間後にまた瓶の蓋を開け、4時間放置した。同様の作業を10サイクル繰り返した後に粘度を測定し、粘度の上昇度合いを以下のように求めて評価した。
粘度の上昇度合い=10サイクル後の粘度÷初期粘度
判定方法は以下のとおりとした。
A:1.06以下
B:1.07以上、1.10未満
C:1.10以上
Figure 0006568996
Figure 0006568996
(製造例11(アクリル系ポリオール水分散体の製造))
反応器として、撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、滴下ロートを取り付けた4ツ口のセパラブルフラスコを用いた。該反応器内を窒素雰囲気にし、エチレングリコールモノブチルエーテル300質量部を仕込み、攪拌下、反応器内温度を80℃に保持した。該反応器に、モノマーとしてメタクリル酸メチル146.3質量部、スチレン105質量部、アクリル酸−n−ブチル257.6質量部、メタクリル酸14質量部、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル177.1質量部、重合開始剤として2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.7質量部、及び連鎖移動剤としてn−ドデシルメルカプタン0.3質量部を均一に混合した混合物を4.5時間かけて一定速度で連続的に加えた。その後、反応器内温度を80℃のまま2時間保持した。その後、反応器内の混合物を冷却し、アンモニア25質量%水溶液を11.6質量部加えて15分間撹拌した。さらに、反応器内の混合物を、攪拌下、イオン交換水を1300質量部加えて水分散体を得た。得られた水分散体を、ロータリーエバポレーターを用いて固形分が約45質量%になるまで濃縮した。その後、得られた濃縮物を、アンモニア25質量%水溶液でpH8.0に調整し、アクリル系ポリオールの水分散体を得た。得られたアクリル系ポリオールの水分散体は、水分散体中の粒子の平均粒子径が90nmであり、ポリオール樹脂分のヒドロキシル基濃度が仕込み原材料からの計算値で3.3質量%であり、ポリオール樹脂分の数平均分子量が9600であった。
(実施例20〜38、比較例6〜10)
実施例1〜19、及び比較例1〜5で得られたポリイソシアネート組成物を用いて、下記のようにコーティング組成物を作製した。
[コーティング組成物の作製]
製造例11で作製したポリオール水分散体40g容器に計り取り、レベリング剤Byk348を15部と、TegoWet270を19部と、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート266部を予め混合しておいたものを3.0g加え、さらに分散剤Disperbyk192を37.5部とプロピレングリコール−n−プロピルエーテル62.5部を予め混合しておいたものを3.2g加え、ディスパー羽を使用し、600rpmで3分間撹拌した。これに、ポリイソシアネート組成物中のイソシアネート基とポリオール水分散体中のヒドロキシル基とのモル比が、NCO/OH=1.25になるように、ポリイソシアネート組成物を加えて混合物を得た。更に上記混合物に、コーティング組成物の固形分が44質量%となるように脱イオン水を加え、ディスパー羽を使用し、600rpmで10分間撹拌し、コーティング組成物を作製した。作製したコーティング組成物を用いて、以下の塗膜評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。
(評価4)塗膜の外観
上記のコーティング組成物を用いて、ガラス板上に、厚さ40μmの塗膜を塗装し、60℃で30分間焼成した。得られた塗膜をBYK Garder社製、商品名「haze−gloss version3.40」を用いて、屈折率が1.567の黒色ガラス標準板での測定結果を100グロスユニットとして、20°の光沢値を測定した。なお、塗装に用いたガラス板単体の20°の光沢値は174であった。判定方法は以下のとおりとした。
AA:160以上
A:150以上160未満
B:100以上150未満
C:100未満
(評価5)塗膜の硬度
上記のコーティング組成物を用いて、ガラス板上に、厚さ40μmの塗膜を塗装し、60℃で30分間焼成した。23℃/50%RHの雰囲気下で冷却し、翌日、得られた塗膜をケーニッヒ硬度計(BYK Garder社製、商品名「Pendulum hardness tester」)を用いて測定した。判定方法は以下のとおりとした。
AA:50以上
A:40以上50未満
B:30以上40未満
C:30未満
(評価6)塗膜の表面乾燥性
上記のコーティング組成物を用いて、ガラス板上に、厚さ40μmの塗膜を塗装し、23℃/50%RHの雰囲気下で乾燥し、4時間後、得られた塗膜上に直径2.5cm、高さ2.0cmの円柱型のコットンを置き、その上に100gの分銅を60秒間置いた。その後、分銅とコットンを取り除き、塗膜上に残ったコットン跡を観察した。判定方法は以下のとおりとした。
AA:コットン跡なし
A:コットン跡わずかにあり
B:コットン跡ややあり
C:コットン跡多くあり
(評価7)塗膜の耐溶剤性
上記のコーティング組成物を用いて、ガラス板上に、厚さ40μmの塗膜を塗装し、60℃で30分間焼成した後、23℃/50%RHの雰囲気下で冷却し、翌日、得られた塗膜上にキシレンを1g含ませた直径10mmのコットンボールを5分間置き、表面に残ったキシレンを除いた後の塗膜の様子を観察した。判定方法は以下のとおりとした。
AA:透明、凹みなし
A:わずかに白濁、又はわずかに凹みあり
B:やや白濁、又はやや凹みあり
C:白濁、又は凹みあり
(評価8)塗膜の耐水性
上記のコーティング組成物を用いて、アロジン処理されたアルミ板上に、厚さ40μmの塗膜を塗装し、60℃で30分間焼成した後、23℃/50%RHの雰囲気下で冷却し、翌日、得られた塗膜上に直径30mmのシリコン製Oリングを載せ、その中に水を0.5g注ぎ入れた。23℃で24時間置き、表面に残った水を除いた後の塗膜の様子を観察した。判定方法は以下のとおりとした。
AA:透明、ブリスターなし
A:わずかに白濁、又はわずかにブリスターあり
B:やや白濁、又はややブリスターあり
C:白濁、又はブリスターあり
(評価9)塗膜の密着性
上記のコーティング組成物を用いて、ポリカーボネート板(タキロン株式会社製、PC−1600)上に、厚さ40μmの塗膜を塗装し、60℃で30分間焼成した後、23℃/50%RHの雰囲気下で冷却した。翌日、得られた塗膜において、JIS K5600−5−6に準じて密着性試験を行い、剥離したマスの数で評価した。
判定方法は以下のとおりとした。
AA:0マス以上10マス未満
A:10マス以上20マス未満
B:20マス以上50マス未満
C:50マス以上
(評価10)塗膜の耐水密着性
上記のコーティング組成物を用いて、ポリカーボネート板(タキロン株式会社製、PC−1600)上に、厚さ40μmの塗膜を塗装し、60℃で30分間焼成した後、23℃/50%RHの雰囲気下で冷却した。翌日、得られた塗膜上に直径30mmのシリコン製Oリングを載せ、その中に水を0.5g注ぎ入れた。23℃で24時間置き、表面に残った水を除き、その部分において、JIS K5600−5−6に準じて密着性試験を行い、剥離したマスの数で評価した。
判定方法は以下のとおりとした。
AA:0マス以上10マス未満
A:10マス以上20マス未満
B:20マス以上50マス未満
C:50マス以上
Figure 0006568996
Figure 0006568996
本出願は、2016年3月9日に日本国特許庁へ出願された日本特許出願(特願2016−045987号)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims (10)

  1. 脂肪族ジイソシアネート単位を有するポリイソシアネートを含む原料ポリイソシアネート組成物と、親水性化合物と、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、
    イソシアヌレート基、ウレトジオン基、ウレトンイミノ基、及びイミノオキサジアジンジオン基を含み、
    前記イソシアヌレート基に対する前記ウレトンイミノ基のモル比率が、0.0010以上0.0050以下であり、かつ、前記イソシアヌレート基に対する前記イミノオキサジアジンジオン基のモル比率が、0.00050以上0.30以下であり、
    前記親水性化合物は、アニオン性化合物、カチオン性化合物、及びノニオン性化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上である、ポリイソシアネート組成物。
  2. 前記親水性化合物は、前記アニオン性化合物を含み、
    前記アニオン性化合物は、カルボン酸基を含有する化合物、リン酸基を含有する化合物、及びスルホン酸基を含有する化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上である、請求項に記載のポリイソシアネート組成物。
  3. 前記アニオン性化合物は、前記スルホン酸基を含有する化合物を含み、
    前記スルホン酸基を含有する化合物は、水酸基を含有するスルホン酸、及びアミノ基を含有するスルホン酸からなる群より選ばれる1種又は2種以上である、請求項に記載のポリイソシアネート組成物。
  4. 前記親水性化合物は、前記ノニオン性化合物を含み、
    前記ノニオン性化合物は、下記一般式(1)で表される構造を有するポリアルキレングリコールアルキルエーテルである、請求項に記載のポリイソシアネート組成物。
    Figure 0006568996
    (式(1)中、R1は、炭素原子数1〜4のアルキレン基を示し、R2は、炭素数1〜4のアルキル基を示し、nの平均数は、5.0以上20以下である。)
  5. 一般式(1)中、R1は、炭素原子数2のアルキレン基を示し、R2は、炭素数1のアルキル基を示す、請求項に記載のポリイソシアネート組成物。
  6. 前記ポリイソシアネート組成物は、該ポリイソシアネート組成物の総量に対して、前記ポリアルキレングリコールアルキルエーテルに由来する部分を、2.0質量%以上30質量%以下含む、請求項又はに記載のポリイソシアネート組成物。
  7. 前記脂肪族ジイソシアネート単位は、1,6−ジイソシアナトヘキサン単位を含む、請求項1〜のいずれか一項に記載のポリイソシアネート組成物。
  8. 請求項1〜のいずれか一項に記載のポリイソシアネート組成物を含む、コーティング組成物。
  9. 請求項に記載のコーティング組成物と、水と、を含む、水系コーティング組成物。
  10. 基材と、該基材にコーティングされた請求項に記載のコーティング組成物又は請求項に記載の水系コーティング組成物と、を有する、コーティング基材。
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