JPH09302309A - 水性被覆組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水性の２液型ウレタン系被覆組成物につい
て、水性高分子ポリオールの酸価に関係なく外観が良好
な塗膜を形成することができるようにし、しかもポット
ライフを長くする。 【解決手段】 水性被覆組成物は、水性高分子ポリオー
ルと、自己乳化型ポリイソシアネートと、硫酸エステル
塩，スルホン酸塩およびリン酸エステル塩からなる群か
ら選ばれた少なくとも１種のアニオン性界面活性剤とを
含んでいる。ここで、アニオン性界面活性剤の添加量
は、自己乳化型ポリイソシアネートに対して０．１〜５
０重量％に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、被覆組成物、特
に、水性被覆組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】溶剤系の２液型ウレタン系の
被覆組成物は、常温から強制乾燥程度の条件で架橋し、
しかも優れた膜性能を示すことから、建築用や自動車補
修用などに広く用いられている。しかし、近年、地球環
境の保護および作業環境の安全性確保などの面から水性
化が進められ、水性高分子ポリオールと自己乳化型ポリ
イソシアネートとを混合することにより調製される２液
型の水性被覆組成物が開発されている。

【０００３】このような２液型の水性被覆組成物におい
て、乳化されたポリイソシアネートは、水性高分子ポリ
オールとの架橋反応だけでなく、媒体の水とも反応し得
るので、混合した状態で放置すると架橋反応と水による
分解とを受けて比較的短時間のうちに使用が困難にな
る。すなわち、この種の被覆組成物は、ポットライフが
短い。

【０００４】このため、ポットライフが長いウレタン系
の水性被覆組成物として、樹脂固形分酸価が５以下の乳
化重合エマルションをポリオール成分とする樹脂組成物
が提案されている（特開平８−３４３７号）。また、高
酸価の水溶性樹脂をポリオール成分とするものとして、
疎水性ポリイソシアネートとの組成物も提案されている
（特開平２−１０５８７９号）。しかし、これらの水性
被覆組成物では、ポリイソシアネートの分散粒子径が大
きいため、外観が良好な塗膜を形成するのが困難であ
る。

【０００５】本発明の目的は、水性の２液型ウレタン系
被覆組成物について、水性高分子ポリオールの酸価に関
係なく外観が良好な塗膜を形成することができるように
し、しかもポットライフを長くすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る水性被覆組
成物は、水性高分子ポリオールと、自己乳化型ポリイソ
シアネートと、硫酸エステル塩，スルホン酸塩およびリ
ン酸エステル塩からなる群から選ばれた少なくとも１種
のアニオン性界面活性剤とを含んでいる。ここで、アニ
オン性界面活性剤の添加量は、自己乳化型ポリイソシア
ネートに対して０．１〜５０重量％に設定されている。

【０００７】なお、この水性被覆組成物において、自己
乳化型ポリイソシアネートは、例えば、乳化時の平均粒
子径が５０〜３００ｎｍになるものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係る水性被覆組成物は、
水性高分子ポリオールと自己乳化型ポリイソシアネート
とアニオン性界面活性剤とを含んでいる。

【０００９】本発明で用いられる水性高分子ポリオール
は、水溶性型高分子ポリオール、水分散型高分子ポリオ
ール、または水溶性型高分子ポリオールと水分散型高分
子ポリオールとの混合物である。ここで、水溶性型高分
子ポリオールは、特に限定されるものではないが、例え
ば、アミン中和型のアクリル樹脂、アミン中和型のポリ
エステル樹脂、ポリビニルアルコール、セルロース誘導
体などを挙げることができる。一方、水分散型高分子ポ
リオールは、同様に特に限定されるものではないが、例
えば、乳化重合エマルション、ポリウレタンディスパー
ジョン、ポリエステルディスパージョンなどを挙げるこ
とができる。

【００１０】なお、本発明では、上述の水性高分子ポリ
オールとして、従来の２液ウレタン系被覆組成物ではポ
ットライフが短縮化するために利用が困難であった高酸
価の水性高分子ポリオール、具体的には固形分酸価が５
〜１５０程度の水性高分子ポリオールを用いることもで
きる。

【００１１】本発明で用いられる自己乳化型ポリイソシ
アネートは、脂肪族系または脂環族系のポリイソシアネ
ート或いはそれらの誘導体の一部のイソシアネート基
と、ポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルと
を反応させることにより、当該ポリイソシアネート或い
はその誘導体に親水基を導入し、水中で乳化可能とした
ものである。

【００１２】ここで、脂肪族系または脂環族系のポリイ
ソシアネートとしては、例えば、イソシアヌレート基、
ウレトジオン基、ウレタン基、アロファネート基、ビウ
レット基、カルボジイミド基およびウレトンイミン基の
うちの少なくとも１種を含む１，６−ヘキサンジオール
ジイソシアネートやイソホロンジイソシアネートなどを
挙げることができる。

【００１３】なお、上述の自己乳化型ポリイソシアネー
トとしては、水中で乳化したときに平均粒子径が５０〜
３００ｎｍの微粒子となるものを用いるのが好ましい。
平均粒子径が５０ｎｍ未満の場合は、表面積が大きく水
の攻撃を受けやすくなり、結果的に本発明の組成物のポ
ットライフが短くなる。逆に、３００ｎｍを超えると、
本発明の組成物により形成される塗膜の外観が低下する
おそれがある。

【００１４】本発明で用いられるアニオン性界面活性剤
は、硫酸エステル塩、スルホン酸塩およびリン酸エステ
ル塩からなる群から選ばれた少なくとも１種のものであ
る。ここで、硫酸エステル塩としては、アルキル硫酸エ
ステル塩、アルキルエーテル硫酸塩、アルキルアリルエ
ーテル硫酸塩、アルキルアミド硫酸塩、ポリオキシエチ
レンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアル
キルフェニルエーテル硫酸塩を例示することができる。
スルホン酸塩としては、アルカンスルホン酸塩、アルキ
ルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アル
キルナフタレンスルホン酸塩、アルキルジフェニルエー
テルジスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、α
−オレフィンスルホン酸塩、Ｎ−アシルスルホン酸塩を
例示することができる。リン酸エステル塩としては、ア
ルキルリン酸塩、アルキルエーテルリン酸塩、アルキル
アリルエーテルリン酸塩を例示することができる。

【００１５】なお、アニオン性界面活性剤としては、上
述のもののうち、より強酸塩型の界面活性剤である点で
硫酸エステル塩およびスルホン酸塩が好ましい。特に、
ポリエチレンオキサイドの平均付加モル数が５以下の硫
酸エステル塩およびスルホン酸塩がより好ましく、ポリ
エチレンオキサイド鎖を全く含まないものがさらに好ま
しい。

【００１６】本発明の被覆組成物において、上述の水性
高分子ポリオールと自己乳化型ポリイソシアネートとの
配合割合は、ＮＣＯ基：ＯＨ基＝０．０１：１〜５：１
（当量比）となるように設定するのが好ましい。水性高
分子ポリオールがこの割合よりも多い場合、および水性
高分子ポリオールがこの割合よりも少ない場合は、とも
に硬化不良が起こり易く、満足すべき塗膜性能が得られ
にくい。

【００１７】また、アニオン性界面活性剤は、使用する
自己乳化型ポリイソシアネートに対して０．１〜５０重
量％に設定するのが好ましく、０．５〜３０重量％に設
定するのがより好ましい。アニオン性界面活性剤の使用
量が０．１重量％未満の場合は、本発明の被覆組成物の
ポットライフが短くなり、当該組成物を長時間放置後に
使用するのが困難になる。逆に、使用量が５０重量％を
超えると、本発明の被覆組成物を用いて形成した塗膜の
外観が損なわれ、また、当該塗膜の耐水性も低下する場
合がある。

【００１８】本発明の水性被覆組成物は、水性高分子ポ
リオール、自己乳化型ポリイソシアネートおよびアニオ
ン性界面活性剤を所定の割合で混合することにより調製
することができる。この際、アニオン性界面活性剤は、
予め水性高分子ポリオールまたは自己乳化型ポリイソシ
アネートのいずれか一方に添加されていてもよい。

【００１９】本発明の水性被覆組成物では、自己乳化型
ポリイソシアネートのエマルションの表面がアニオン性
界面活性剤により被覆され、これにより当該自己乳化型
ポリイソシアネートのエマルション粒子に対する水、溶
剤、水性高分子ポリオールなどの作用が遅延されるもの
と考えられる。この結果、本発明の組成物は、従来のも
のに比べてポットライフが長くなるものと考えられる。

【００２０】なお、本発明の水性被覆組成物は、そのま
まで、或いは着色顔料、体質顔料およびその他の一般的
な塗料用添加剤が添加され、例えば、自動車の補修用塗
料、建築用塗料などとして用いられる。

【００２１】

【実施例】製造例１（水性高分子ポリオール：水溶性アクリルポリ
オールの製造） 窒素導入管、撹拌機、温度調節器、滴下漏斗および冷却
管を備えた１リットルの反応容器を用意した。これに、
２−メトキシプロパノール４２重量部とジエチレングリ
コールモノブチルエーテル９０重量部とを仕込み、１０
５℃に加熱した。

【００２２】一方、スチレン１５重量部、メチルメタク
リレート６３重量部、２−ヒドロキシエチルメタクリレ
ート４８重量部、ｎ−ブチルアクリレート１１７重量
部、メタクリル酸２７重量部、アクリルアミドの２−メ
トキシプロパノール溶液９０重量部（うち、アクリルア
ミドは３０重量部）および重合開始剤としてのｔ−ブチ
ルパーオキシ２−エチルヘキサノエート２．４重量部を
混合することにより、モノマー溶液を調製した。このモ
ノマー溶液を窒素雰囲気下で撹拌しながら反応容器に３
時間かけて滴下し、１０５℃で２０分間保持した。その
後、ｔ−ブチルパーオキシ２−エチルヘキサノエート３
重量部と２−メトキシプロパノール１５重量部とからな
る開始剤溶液を２０分間かけてさらに滴下して１時間３
０分撹拌を継続したところ、数平均分子量が１２，００
０、水酸基価が６９、酸価が５９のアクリル樹脂ワニス
が得られた。

【００２３】得られたアクリル樹脂ワニス２００重量部
を１リットルの反応容器に取り、減圧下で溶剤を３８重
量部留去した。これにＮ，Ｎ−ジメチルエタノールアミ
ン１０．９重量部を加えて中和し、３０分間撹拌した後
に脱イオン水３２１重量部を添加してさらに１時間撹拌
を継続したところ、不揮発分が２２重量％のアクリル樹
脂ワニス（水溶性アクリルポリオール）が得られた。

【００２４】製造例２（水性高分子ポリオール：アクリ
ルポリオールエマルションの製造） 窒素導入管、撹拌機、温度調節器、滴下漏斗および冷却
管を備えた１リットルの反応容器を用意した。これに、
脱イオン水６０重量部を仕込み、窒素雰囲気下で８３℃
に加熱した。

【００２５】一方、スチレン９０重量部、メチルメタク
リレート７２重量部、２−エチルヘキシルアクリレート
９０重量部および２−ヒドロキシエチルアクリレート４
８重量部からなるモノマー混合物を、ＡｎｔｏｘＭＳ−
６０（日本乳化剤株式会社製の乳化剤：有効成分＝９０
重量％）６．６重量部とアクアロンＲＮ−５０（第一工
業製薬株式会社製の乳化剤：有効成分＝６５重量％）
９．３重量部とを脱イオン水１８０重量部に溶解させた
乳化剤水溶液に対して撹拌しながら添加して乳化させ、
モノマーエマルションを得た。また、ＡＣＶＡ（大塚化
学株式会社製の重合開始剤：有効成分＝８０重量％）３
重量部に脱イオン水７５重量部を加え、これをＮ，Ｎ−
ジメチルエタノールアミン１．５重量部を用いて中和し
て溶解させた開始剤水溶液を得た。

【００２６】上述の反応容器に、上述のモノマーエマル
ションを３時間かけて、また、上述の開始剤水溶液を３
時間２０分かけて並行して均一に滴下した。開始剤水溶
液の滴下終了後、８３℃で２時間撹拌を継続し、反応を
完結させた。反応液を冷却後に篩いを用いて濾過したと
ころ、平均粒子径が１８０ｎｍ、不揮発分が５０重量％
のアクリルポリオールエマルションが得られた。

【００２７】実施例１〜４ 製造例１または２で得られた水性高分子ポリオールに表
１に示すアニオン性界面活性剤を添加し、その後アクア
ネート１００（日本ポリウレタン工業株式会社製の自己
乳化型ポリイソシアネート：ＮＣＯ含有量＝１７重量
％）の５０％乳化物と脱イオン水とを添加して水性被覆
組成物を調製した。なお、配合割合は、表１に示す通り
である。

【００２８】次に、得られた水性被覆組成物をガラス板
に塗布し、乾燥後の塗膜外観を評価した。また、水性被
覆組成物を室温下で放置し、６時間後の状態を観察し
た。なお、評価の基準は下記の通りである。結果を表１
に示す。

【００２９】（塗膜外観） ○：透明で平滑。 ×：濁りがあり、凹凸がある。 （６時間後の状態） ○：著しい粘度上昇がない。 ×：著しい増粘または凝集物の発生がある。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１中に示した界面活性剤は下記の通りで
ある。 ◎エマールＯ：花王株式会社製のラウリル硫酸ナトリウ
ム（有効成分＝９９重量％） ◎ペレックスＯＴ−Ｐ：花王株式会社製のビス（２−エ
チルヘキシル）スルホコハク酸ナトリウム（有効成分＝
７０重量％） ◎ネオペレックスＦ−２５：花王株式会社製のドデシル
ベンゼンスルホン酸ナトリウム（有効成分＝２５重量
％） ◎エマール２０Ｃ：花王株式会社製のポリオキシエチレ
ンラウリルエーテル硫酸ナトリウム（有効成分＝２５重
量％）

【００３２】比較例１〜５ 界面活性剤の種類および使用量を変えて実施例１〜４と
同様の水性被覆組成物を調製し、同様の評価をした。配
合割合および評価の結果を表２に示す。なお、表２中に
示した界面活性剤は下記の通りである。

【００３３】◎ラムテルＡＳＫ：花王株式会社製のアル
ケニルコハク酸塩（有効成分＝２８重量％） ◎ニューコール５０４（ノニオン性界面活性剤）：日本
乳化剤株式会社製のポリオキシエチレンノニルフェニル
エーテル（有効成分＝１００重量％） ◎レベノールＷＺ（アニオン性界面活性剤）：花王株式
会社製のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル
硫酸ナトリウム（有効成分＝２６重量％）

【００３４】

【表２】

【００３５】製造例３（水性メタリックベース塗料の調
製） 製造例１で得られた水溶性ポリオール２００重量部にア
ルミニウム顔料ペースト（東洋アルミニウム株式会社製
のアルペースト６０−６００）１３重量部を加えて均一
に分散した。これに、製造例２で得られたポリオールエ
マルション７５重量部を加えて均一に混合し、水性メタ
リックベース塗料を得た。

【００３６】実施例５ 製造例３で得られた水性メタリックベース塗料２８８重
量部に脱イオン水７重量部を添加し、さらにアニオン性
界面活性剤（上述のペレックスＯＴ−Ｐ）の１０％水溶
液を３０重量部加えた。これに、上述のアクアネート１
００の５０％乳化物を２０重量部加え、水を添加して粘
度をＮＫ−２カップで２０秒に調整した。この塗料を２
５℃で放置し、６時間後の塗料状態を観察した。評価の
基準は下記の通りである。

【００３７】 ○：著しい粘度上昇がない。 ×：増粘またはゲル化により塗装不可能。

【００３８】一方、得られた塗料を乾燥膜厚が１５〜２
０μｍになるよう中塗り鋼板にスプレー塗装し、６０℃
で１５分間乾燥した。さらに、その上に市販の溶剤型２
液アクリルウレタン系クリヤー塗料を乾燥膜厚が４０〜
５０μｍになるようスプレー塗装し、６０℃で１時間乾
燥させて１週間放置した。この塗装板の外観を下記の基
準により評価した。

【００３９】 ○：メタルムラなし。 ×：メタルムラあり。

【００４０】さらに、得られた塗装板を４０℃の脱イオ
ン水中に３日間浸漬し、その後カッターナイフを用いて
２ｍｍ間隔で１００個のゴバン目を切り、これにセロハ
ンテープを貼付けて勢いよく引きはがした。この際に剥
離せずに残存したゴバン目の数を数え、塗膜の密着性を
評価した。各評価の結果を表３に示す。

【００４１】比較例６ 製造例３で得られた水性メタリックベース塗料２９０重
量部に脱イオン水４４重量部を添加し、これに上述のア
クアネート１００の５０％乳化物を２０重量部加え、界
面活性剤を添加せずに実施例５と同様に塗料を調整し
た。得られた塗料について、実施例５と同様の評価をし
た。結果を表３に示す。

【００４２】比較例７ アクアネート１００の５０％乳化物２０重量部に代えて
自己乳化性のないポリイソシアネート（イソシアネート
基含有量が２１重量％のイソシアヌレート基含有ヘキサ
メチレンジイソシアネート重合体：日本ポリウレタン工
業株式会社製のコロネートＥＨ）１０重量部を用い、他
は実施例５と同様にして塗料を調製した。得られた塗料
について、実施例５と同様の評価をした。結果を表３に
示す。

【００４３】

【表３】

【００４４】

【発明の効果】本発明に係る水性被覆組成物は、上述の
ように微粒子化された自己乳化型ポリイソシアネートの
エマルションを特定のアニオン性界面活性剤を用いて安
定化しているので、水性高分子ポリオールの酸価に関係
なく外観が良好な塗膜を形成することができ、しかも従
来のものに比べてポットライフが長い。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水性高分子ポリオールと、 自己乳化型ポリイソシアネートと、 硫酸エステル塩、スルホン酸塩およびリン酸エステル塩
   からなる群から選ばれた少なくとも１種のアニオン性界
   面活性剤とを含み、 前記アニオン性界面活性剤の添加量が、前記自己乳化型
   ポリイソシアネートに対して０．１〜５０重量％に設定
   されている、水性被覆組成物。
2. 【請求項２】前記自己乳化型ポリイソシアネートは、乳
   化時の平均粒子径が５０〜３００ｎｍになるものであ
   る、請求項１に記載の水性被覆組成物。