JPWO2018105653A1 - ポリイソシアネート組成物及び塗料組成物 - Google Patents

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Abstract

ポリイソシアネート組成物は、脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートからなる群から選ばれる1種以上のジイソシアネート由来であり、イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネート組成物であって、ゲル浸透クロマトグラフィーによる測定スペクトルにおいて、ジイソシアネート11量体以上の領域にUV吸収を持つ1−ナイロン体由来の多量体が存在し、ジイソシアネート3量体相当物のUV吸収ピーク高さ(A)と、前記1−ナイロン体由来の多量体のUV吸収ピーク高さ(B)との高さ比(B)/(A)が、0.1以上30以下である。

Description

本発明は、ポリイソシアネート組成物及び塗料組成物に関する。
本願は、2016年12月7日に、日本に出願された特願2016−237386号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
ポリイソシアネートを硬化剤とするウレタン系塗料組成物はその塗膜の耐薬品性、可撓性、耐候性等が優れているため、自動車、建築内外装、家電等の塗料として広く用いられている。その中でも、脂肪族ジイソシアネートから誘導されたポリイソシアネートから得られる塗膜は無黄変という特徴がある。さらに、イソシアヌレート型ポリイソシアネートは、耐候性、耐薬品性の塗膜物性に優れることが知られており、これらの性能が要求される分野に使用されている。
脂肪族ジイソシアネート、特に1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、「HDI」と称する場合がある)から誘導されたイソシアヌレート型ポリイソシアネートに関する従来技術として、例えば、特許文献1には、ポリイソシアネート組成物中のリン濃度を一定の範囲に制御することで、湿気安定性に優れるポリイソシアネート組成物が開示されている。
また、特許文献2、3には、組成物中の構成成分とその構成比率とを特定することで、低粘度で、貯蔵時HDIモノマーの発生が少ないポリイソシアネート組成物が開示されている。
さらに、特許文献4には、モノアルコールとHDIとをまず反応させ、ウレタン体を生成後、イソシアヌレート化させることで、高固形分、低粘度及び低極性有機溶剤希釈性を有するポリイソシアネート組成物が開示されている。
特許文献5には、特定の触媒を用いることにより、脂肪族ジイソシアネートのイソシアヌレート化を高反応率で行い、同時に、二量化反応(ウレトジオン生成)を抑制し、イソシアヌレートの割合を増加させる製造方法が開示されている。
特許文献6には、第1段階として、まず高分子量体(1−ナイロン体)を生成し、続く第2段階で高分子量体を分解させるという、二段階の反応を行うことにより高分子量体を実質的に含まないポリイソシアネートを製造する方法が開示されている。
日本国特許第4201582号公報 日本国特許第5178200号公報 日本国特許第5183206号公報 日本国特許第3065889号公報 日本国特開昭58−162581号公報 日本国特開2002−241458号公報
しかし、これらの文献で開示された技術では、耐薬品性の向上に関しては未だ不十分であった。特に、特許文献2、3及び4に開示された技術では、耐薬品性を低下させる場合があった。また、特許文献5及び6に開示された技術では、塗料用途での溶剤希釈時に濁りが発生する場合があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、塗料用硬化剤として使用した場合に溶剤希釈性がよく、耐薬品性において良好な塗膜物性を得ることができるポリイソシアネート組成物を提供する。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ポリイソシアネート組成物中の1−ナイロン体濃度を特定することにより、該ポリイソシアネート組成物を塗料用硬化剤として使用した場合に、塗料化時の溶剤希釈性がよく、耐薬品性の良好な塗膜が得られることを発見し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
本発明の第1態様に係るポリイソシアネート組成物は、脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートからなる群から選ばれる1種以上のジイソシアネート由来であり、イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネート組成物であって、ゲル浸透クロマトグラフィーによる測定スペクトルにおいて、ジイソシアネート11量体以上の領域にUV吸収を持つ1−ナイロン体由来の多量体が存在し、ジイソシアネート3量体相当物のUV吸収ピーク高さ(A)と、前記1−ナイロン体由来の多量体のUV吸収ピーク高さ(B)との高さ比(B)/(A)が、0.1以上30以下である。
上記第1態様に係るポリイソシアネート組成物は、脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートからなる群から選ばれる1種以上のジイソシアネート由来であり、イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネート組成物であって、ゲル浸透クロマトグラフィーによる測定スペクトルにおいて、ジイソシアネート11量体以上の領域にUV吸収を持つ1−ナイロン体由来の多量体が存在し、ジイソシアネート3量体相当物のUV吸収ピーク高さ(A)と、前記1−ナイロン体由来の多量体のUV吸収ピーク高さ(B)との高さ比(B)/(A)が、0.2以上30以下であってもよい。
上記第1態様に係るポリイソシアネート組成物は、脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートからなる群から選ばれる1種以上のジイソシアネート由来であり、イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネート組成物であって、ゲル浸透クロマトグラフィーによる測定スペクトルにおいて、ジイソシアネート11量体以上の領域にUV吸収を持つ1−ナイロン体由来の多量体が存在し、ジイソシアネート3量体相当物のUV吸収ピーク高さ(A)と、前記1−ナイロン体由来の多量体のUV吸収ピーク高さ(B)との高さ比(B)/(A)が、1.0以上30以下であってもよい。
上記第1態様に係るポリイソシアネート組成物は、イソシアヌレート構造(X)とアロファネート構造(Y)とのモル比が、(Y)/(X)=0.1/100以上50/100以下であってもよい。
上記第1態様に係るポリイソシアネート組成物は、イソシアヌレート構造(X)とアロファネート構造(Y)とのモル比が、(Y)/(X)=1/100以上50/100以下であってもよい。
上記第1態様に係るポリイソシアネート組成物は、イソシアヌレート構造(X)と、ウレトジオン構造(Z)とのモル比が、(Z)/(X)=0.01/100以上40/100以下であってもよい。
上記第1態様に係るポリイソシアネート組成物は、イソシアヌレート構造(X)と、ウレトジオン構造(Z)とのモル比が、(Z)/(X)=0.01/100以上1/100以下であってもよい。
上記第1態様に係るポリイソシアネート組成物は、イソシアヌレート構造(X)とアロファネート構造(Y)とのモル比が、(Y)/(X)=5/100以上50/100以下であり、且つ、イソシアヌレート構造(X)と、ウレトジオン構造(Z)とのモル比が、(Z)/(X)=0.4/100以上40/100以下であってもよい。
上記第1態様に係るポリイソシアネート組成物は、前記ジイソシアネートが、脂肪族ジイソシアネートであってもよい。
上記第1態様に係るポリイソシアネート組成物は、前記ジイソシアネートが、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートであってもよい。
本発明の第2態様に係る塗料組成物は、上記第1態様に係るポリイソシアネート組成物とポリオール組成物とを含む。
上記態様のポリイソシアネート組成物によれば、塗料用硬化剤として使用した場合に、塗料化時の溶剤希釈性が良く、耐薬品性が良好な塗膜物性を得ることが可能である。
実施例におけるポリイソシアネートのゲル浸透クロマトグラフィーによる測定結果として得られる屈折率測定チャート及びUV吸収ピーク測定チャートである。図1では、当該2つのチャートを用いたUV吸収ピーク高さ比の測定方法について説明している。
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」と称する場合がある。)について詳細に説明する。以下に示す本実施形態は、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、本明細書において、「ポリイソシアネート」とは、1つ以上のイソシアネート基(−NCO)を有する化合物が複数結合した反応物を意味する。なお、ポリイソシアネートを構成する1つ以上のイソシアネート基(−NCO)を有する化合物1分子を単量体(モノマー)と称する場合がある。
また、本明細書において、「ポリオール」とは、2つ以上のヒドロキシ基(−OH)を有する化合物を意味する。
≪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、ジイソシアネート由来であり、イソシアヌレート構造を含むポリイソシアネート組成物である。また、ゲル浸透クロマトグラフィー(Gel Permeation Chromatography;GPC)による測定スペクトルにおいて、ジイソシアネート11量体以上の領域にUV吸収を持つ1−ナイロン体由来の多量体が存在する。さらに、ジイソシアネート3量体相当物のUV吸収ピーク高さ(A)と、1−ナイロン体由来の多量体のUV吸収ピーク高さ(B)との高さ比(B)/(A)が、0.1以上30以下である。
本実施形態のポリイソシアネート組成物の構成成分について、以下に説明する。
<ジイソシアネート>
本実施形態のポリイソシアネート組成物の由来となるジイソシアネートは、脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートから選ばれる1種以上のジイソシアネートである。
脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートとしては、例えば、炭素数4以上30以下の脂肪族ジイソシアネート、及び、炭素数8以上30以下の脂環族ジイソシアネートが好ましい。
炭素数4以上30以下の脂肪族ジイソシアネートとして具体的には、例えば、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、「HDI」と称する場合がある)、2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等が挙げられる。中でも、炭素数4以上30以下の脂肪族ジイソシアネートとしては、工業的規模において大規模で実施できるため、HDIが好ましい。
炭素数8以上30以下の脂環族ジイソシアネートとして具体的には、例えば、イソホロンジイソシアネート(以下、「IPDI」と称する場合がある)、1,3−ビス(イソシアネートメチル)−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等が挙げられる。中でも、炭素数8以上30以下の脂環族ジイソシアネートとしては、工業的規模において大規模で実施できるため、IPDIが好ましい。
中でも、本実施形態で用いるジイソシアネートとしては、脂肪族ジイソシアネートが好ましく、HDIがより好ましい。
また、上記ジイソシアネートは単独又は2種以上を併用して使用することができる。
<イソシアヌレート>
本実施形態の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は、イソシアヌレート構造を有する。
なお、一般に、「イソシアヌレート構造」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(I)で示される構造である。以下、イソシアヌレート3量体と称する場合がある。
Figure 2018105653
<1−ナイロン体由来の多量体>
本実施形態のポリイソシアネート組成物において、1−ナイロン体由来の多量体は、耐薬品性及び溶剤希釈性の発現の観点から、一定量存在することが好ましい。その存在量は、本実施形態のポリイソシアネート組成物のGPCによる測定スペクトルにおいて、ジイソシアネート3量体相当物のUV吸収ピーク高さを(A)とし、ジイソシアネート11量体以上の領域にUV吸収を持つ1−ナイロン体由来の多量体のピーク高さを(B)とした時に、その高さの比((B)/(A))で表される。
また、高さの比((B)/(A))比は、0.1以上30以下とすることができる。
高さ比((B)/(A))の下限値は、0.1とすることができ、0.2が好ましく、1がより好ましく、3がさらに好ましく、5が特に好ましく、15が最も好ましい。
当該比が上記下限値以上であることで、本実施形態のポリイソシアネート組成物は耐薬品性が発現する。また、後述の実施例に示すように、特に、当該比が1以上である場合、耐薬品性において良好な塗膜物性がより良好なポリイソシアネート組成物となる。
高さ比((B)/(A))の上限値は、30以下とすることができ、27以下が好ましく、25以下がより好ましく、20.5以下がさらに好ましい。
当該比が上記上限値以下であることで、本実施形態のポリイソシアネート組成物の溶剤希釈時の濁りを抑制するとともに、不要な粘度上昇を抑えることができる。
<その他構成成分>
本実施形態のポリイソシアネート組成物は、イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネートに加えて、アルコールから誘導されるアロファネート構造を有するポリイソシアネートを含んでいてもよい。
なお、一般に、「アロファネート構造」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る官能基であり、下記式(II)で示される構造である。
Figure 2018105653
本実施形態のポリイソシアネート組成物は、アロファネート構造を有するポリイソシアネートを含む場合、イソシアヌレート構造(X)とアロファネート構造(Y)とのモル比(Y)/(X)が、0.1/100以上50/100以下であることが好ましく、1/100以上50/100以下であることがより好ましく、5/100以上50/100以下であることがさらに好ましく、5/100以上20/100以下であることが特に好ましく、5/100以上10/100以下であることが最も好ましい。
当該比率を上記下限値以上とすることで、得られるポリイソシアネート組成物の粘度が適度に低減され、また、溶剤希釈時の濁度がより良好となる傾向にある。一方、上記比率を上記上限値以下とすることで、架橋性がより良好となる傾向にある。
本実施形態のポリイソシアネート組成物は、イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネートに加えて、ウレトジオン構造を有するポリイソシアネートを含んでいてもよい。
なお、一般に、「ウレトジオン構造」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)で示される構造である。
Figure 2018105653
本実施形態のポリイソシアネート組成物は、ウレトジオン構造を有するポリイソシアネートを含む場合、イソシアヌレート構造(X)と、ウレトジオン構造(Z)とのモル比(Z)/(X)が、0.01/100以上40/100以下であることが好ましく、0.01/100以上1/100以下であることがより好ましく、0.01/100以上0.5/100以下であることがさらに好ましい。
当該比率を上記範囲内とすることで、ポリイソシアネート組成物の粘度を低くでき、複層塗膜全体の耐溶剤膨潤性を抑制することができる。
後述の実施例に示すように上記(B)/(A)が1以上30以下である場合に、(Y)/(X)が0.1/100以上50/100以下(好ましくは、5/100以上50/100以下)であり、且つ、(Z)/(X)が0.4/100以上40/100以下であることで、耐薬品性のうち、表面耐性及び耐膨潤性に特に優れたポリイソシアネート組成物となる。
また、後述の実施例に示すように、上記(B)/(A)が0.1以上1未満である場合に、(Y)/(X)が0.1/100以上50/100以下(好ましくは、5/100以上50/100以下)であり、且つ、(Z)/(X)が0.4/100以上40/100以下(好ましくは、1.2/100以上40/100以下)である、又は、(Y)/(X)が0.1/100以上5/100未満であり、且つ、(Z)/(X)が0.4/100以上40/100以下(好ましくは、1.2/100以上40/100以下)であることで、耐薬品性において塗膜物性を良好に保ちつつ、塗料用硬化剤として使用した場合における溶剤希釈性がより良好なポリイソシアネート組成物となる。
<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は、上記ジイソシアネートをイソシアヌレート化触媒によってイソシアヌレート化させて得ることができる。本実施形態に用いることのできるイソシアヌレート化触媒としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等、及び、これらの分岐脂肪酸のNa塩、K塩、4級アンモニウム塩等が挙げられる。4級アンモニウムとしては、例えば、テトラメチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ブチルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、ジベンジルジメチルアンモニウム、フェニルトリメチルアンモニウム等が挙げられる。
イソシアヌレート化反応温度は70℃以下であることが好ましく、30℃以上67℃以下であることがより好ましく、35℃以上65℃以下であることがさらに好ましい。
イソシアヌレート化反応温度を上記上限値以下とすることで、耐薬品性を発現するための1−ナイロン体の生成が十分となる傾向にある。一方、上記下限値以上とすることで、反応速度が適度に保たれ、経済性の面で好ましい。
反応時間は、触媒量、アルコールの量及び添加方法、並びに、反応温度等によっても異なるが、1時間以上6時間以下であることが一般的である。触媒量は、アルコール、溶剤の使用量により異なるが、一般的には原料ジイソシアネートに対して0.001%以上0.05%以下である。
本実施形態のポリイソシアネート組成物中における、1−ナイロン体の存在量を制御する因子としては、例えば、反応温度、反応速度(触媒量及びアルコール量)、後処理温度、収率等が挙げられる。
本実施形態のポリイソシアネート組成物中における1−ナイロン体を増加させる手段としては、まず反応温度を低くすることが挙げられる。具体的には70℃以下であることが好ましく、67℃以下であることがより好ましく、65℃以下であることがさらに好ましい。
反応温度を上記上限値以下とすることで効率的に1−ナイロン体が生成される。さらに、触媒量が多いほど、また、アルコール量が多いほど1−ナイロン体の生成量が増加する。
また、停止剤を投入する際の温度も反応温度と同様に、70℃以下であることが好ましく、67℃以下であることがより好ましく、65℃以下であることがさらに好ましい。
また、収率が低いほど、最終的に得られたポリイソシアネート組成物中の1−ナイロン体の生成量が増加する。
本実施形態に用いることのできるアルコールとしては、例えば、フェノール性ヒドロキシ化合物、アルコール性ヒドロキシ化合物等が挙げられる。
フェノール性ヒドロキシ化合物としては、例えば、フェノール、クレゾール、トリメチルフェノール等が挙げられる。
アルコール性ヒドロキシ化合物としては、直鎖状アルキルアルコール、分岐鎖状アルキルアルコール、環状アルキルアルコール、多価アルコール等が挙げられる。
直鎖状アルキルアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、n−ブタノール、ヘキサノール等が挙げられる。
分岐鎖状アルキルアルコールとしては、例えば、iso−ブタノール、2−エチルヘキサノール等が挙げられる。
環状アルキルアルコールとしては、例えば、シクロヘキサノール等が挙げられる。
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール等が挙げられる。
アルコールの使用量は、本実施形態のポリイソシアネート組成物におけるアロファネート体の存在量、及び、1−ナイロン体の生成量と相関があり、原料ジイソシアネートに対して500ppm以上30000ppm以下であることが好ましい。
アルコールの使用量を上記上限値以下とすることで、最終的なポリイソシアネート組成物中におけるアロファネート体の存在比率が適正に抑えられ、耐候性及び耐薬品性発現の観点で好ましい。
アルコールの使用量を上記下限値以上とすることで、1−ナイロン体を適正量生成させることができる傾向にある。
アルコールの添加タイミングとしては、イソシアヌレート化反応中にアルコールが反応系中に存在するように添加されていればよい。アルコールの添加タイミングとして具体的には、イソシアヌレート化反応前、イソシアヌレート化触媒と同時(触媒の希釈剤として使用してもよい)、及び、イソシアヌレート化触媒添加終了後のイソシアヌレート化反応進行中のいずれのタイミングで添加してもよい。前記タイミングのうち、いずれかひとつのタイミングでのみ添加してもよいし、すべてのタイミングで添加してもよい。アルコールの添加方法は、一括添加、連続添加いずれでもよい。ただし、反応及び発熱の制御の観点から、イソシアヌレート化反応進行中のアルコール添加に関しては、連続添加であることが好ましい。イソシアヌレート化反応前のアルコール添加に関しては、経済性の面で一括添加が好ましい。
耐薬品性と粘度や塗料化溶剤希釈時の濁り抑制とのバランスのためには、これら制御方法を組み合わせることで、1−ナイロン体の生成量を適切な範囲に制御することが重要である。
イソシアヌレート化の進行にともなうNCO含有量の低下は、滴定分析によって測定できるので、所定のNCO含有量になった時に反応を停止すればよい。
反応停止時のNCO含有量によって、イソシアヌレート化ジイソシアネート重合体のNCO含有量、粘度等が自由に変更できる。
反応停止剤としては、酸性化合物等が挙げられる。反応停止剤として具体的には、例えば、塩酸、リン酸、リン酸ジメチル、リン酸ジエチル、リン酸ジブチル、リン酸ジ2−エチルヘキシル、リン酸ジシクロヘキシル、P−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アセチルクロライド、ベンゾイルクロライド、及び、これらの類似化合物等が挙げられる。
反応停止剤の添加量としては、触媒中のカルボン酸含有量1モルに対して0.5倍モル量以上10倍モル量以下であることが好ましく、1倍モル量以上8倍モル量以下であることがより好ましい。
原料ジイソシアネートモノマーと、反応で生成したポリイソシアネートとの混合溶液に、可溶性の停止剤を使用する場合には、触媒中のカルボン酸含有量1モルに対して1倍量前後でよいが、不溶性の反応停止剤を使用する場合には、2倍量以上8倍量以下の反応停止剤が必要となる傾向にある。
反応停止剤投入後、停止反応を完全にするために加熱養生を行ってもよい。加熱養生する場合、その温度は、80℃以上150℃以下が好ましく、80℃以上130℃以下がより好ましく、90℃以上120℃以下がさらに好ましい。
温度が上記上限値以下であることで、得られるポリイソシアネート組成物中の1−ナイロン体を多くできるとともに、色度を低下させ、多量化の進行による高粘度化等を防止でき、好ましい。
温度が上記下限値以上であることで、停止反応により生成する塩の成長を加速することができ、特に不溶性の塩を形成する触媒と反応停止剤との組み合わせの場合に、濾別可能な大きさの塩を形成しやすくなる傾向にあり、経済的に好ましい。
加熱養生の時間は、温度により最適な時間が異なるが、10分以上120分以下であることが好ましく、10分以上90分以下であることがより好ましく、10分以上60分以下であることがさらに好ましい。
温度にもよるが、加熱養生の時間が上記上限値以下であることで、着色や、ポリイソシアネートのさらなる多量化による高粘度化を防止できる傾向にあり好ましい。
加熱養生の時間が上記下限値以上であることで、塩の形成及び成長が十分となり、不溶性の塩の場合、濾別による分離が容易となる傾向にあり、好ましい。
一般に、生成物(すなわち、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含有量は、その毒性の上から、0.5質量%以下とすることが好ましい。
また、三量体以上の多環化合物が本実施形態のポリイソシアネート組成物中に多く存在すると、粘度や硬度等物性上の問題の他に、溶剤との相容性が低下して白濁を生ずる傾向にある。そのため、蒸留後の重合液中のNCO基含有量が20質量%前後となるように前記反応停止剤を用いて反応を調整することが好ましい。
生成物(すなわち、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含有量はガスクロマトグラフィーにより測定できる。また、生成物(すなわち、本実施形態のポリイソシアネート組成物)中の三量体は、液体クロマトグラフィーにより測定できる。
例えば、ジイソシアネートがHDIの場合には、分子量504(HDIの分子量(約168)×3)付近に明確に現われるので、これを定量することができる。また、イソシアヌレート構造は赤外線吸収スペクトルにより1680cm−1付近に明確な吸収が現われる。
生成物(すなわち、本実施形態のポリイソシアネート組成物)中の多環化合物含有量も同様の方法により定量することができる。また、二量体の生成は、赤外吸収スペクトルにおける1780cm−1付近の吸収により確認できる。
また、本実施形態のポリイソシアネート組成物の好適な製造方法としては、例えば、ジイソシアネートの一部をウレタン化したポリオール付加体を用いて、上記と同じ条件下でイソシアヌレート化を行う方法が挙げられる。
ポリオール付加体を生成させるウレタン化反応は、通常行なわれている方法によってジイソシアネート中へポリオールを添加し、反応温度は100℃以下、好ましくは70℃以上90℃以下で、約2時間反応を行うことにより達成することができる。
反応温度が上記上限値以下であることにより、生成物の着色、又は、副反応の発生を抑制することができるため、好ましい。
ウレタン化に用いるポリオールとしては、分子量が3000以下の2〜3官能ポリオールが適している。ポリオールとして具体的には、例えば、ジオール、トリオール等が挙げられる。ポリオールは、これらポリオールの混合物でもよい。
ジオールとしては、例えば、2価アルコール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等が挙げられる。
2価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,3−ブタンジオール(以下、「1,3−BG」と称する場合がある)、1,4−ブタンジオール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサングリコール(以下、「11,6−HG」と称する場合がある)等が挙げられる。
トリオールとしては、例えば、3価アルコール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等が挙げられる。
3価アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等が挙げられる。
≪塗料組成物≫
次に、本実施形態のポリイソシアネート組成物を含む塗料組成物について述べる。
すなわち、本実施形態の塗料組成物は、上記実施形態のポリイソシアネート組成物と、少なくとも一種のポリオール組成物とを含む。例えば、上記のように得られたポリイソシアネート組成物と、イソシアネート基と反応性を有する水酸基を分子内に2個以上含むポリオール組成物とを混合することにより、本実施形態の塗料組成物を製造することができる。これらの構成成分は互いに反応し、架橋塗膜を形成できる。
<ポリオール組成物>
ポリオール組成物としては、特別に限定されないが、例えば、アクリルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオレフィンポリオール、エポキシポリオール、フッ素系ポリオール等が挙げられる。
中でも、ポリオール組成物としては、アクリルポリオール、ポリエステルポリオール、又は、ポリエーテルポリオールであることが好ましい。
[アクリルポリオール]
アクリルポリオールとしては、特別に限定されないが、例えば、以下の(i)に示す群から選ばれるモノマーの単独又は混合物と、以下の(ii)に示す群から選ばれるモノマーの単独又は混合物と、を用いて、以下の(iii)に示す群から選ばれるその他の重合性モノマーの単独又は混合物の存在下、又は、非存在下において、重合させて得られるアクリルポリオール等が挙げられる。
(i)活性水素を持つアクリル酸エステル、グリセリンのアクリル酸モノエステル又はメタクリル酸モノエステル、及び、トリメチロールプロパンのアクリル酸モノエステル又はメタクリル酸モノエステル。
前記活性水素を持つアクリル酸エステルとしては、例えば、アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−2−ヒドロキシブチル等が挙げられる。
(ii)アクリル酸エステル、活性水素を持つメタクリル酸エステル、及び、メタクリル酸エステル
前記アクリル酸エステルとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸−n−ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル等が挙げられる。
前記活性水素を持つメタクリル酸としては、例えば、エステルメタクリル酸−2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−2−ヒドロキシブチル、メタクリル酸−3−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−4−ヒドロキシブチル等が挙げられる。
前記メタクリル酸エステルとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸−n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸−n−ヘキシル、メタクリル酸ラウリル等が挙げられる。
(iii)不飽和カルボン酸、不飽和アミド、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、及び、フマル酸ジブチル
前記不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等が挙げられる。
前記不飽和アミドとしては、例えば、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が挙げられる。
[ポリエステルポリオール]
ポリエステルポリオールとしては、特別に限定されないが、例えば、(iv)に示す群から選ばれた二塩基酸の単独又は混合物と、(v)に示す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ポリオール等が挙げられる。
(iv)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、及び、テレフタル酸
(v)エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、及び、グリセリン
これらのポリエステルポリオールは芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート、及び、これらから得られるポリイソシアネートで変性することができる。この場合、耐候性、耐黄変性等から、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート、及び、これらから得られるポリイソシアネートで変性されたポリエステルポリオールが特に好ましい。
[ポリエーテルポリオール]
ポリエーテルポリオールとしては、特別に限定されないが、例えば、分子量500以下のポリオールの単独又は混合物に、(vi)に示す群から選ばれる触媒の単独又は混合物を使用して、(viii)に示す群から選ばれるアルキレンオキサイドの単独又は混合物を、ランダム或いはブロック付加して得られるポリエーテルポリオール等が挙げられる。
(vi)強塩基性触媒、及び、複合金属シアン化合物錯体
強塩基性触媒としては、例えば、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、アルキルアミン等が挙げられる。
前記複合金属シアン化合物錯体としては、例えば、金属ポルフィリン、ヘキサシアノコバルト酸亜鉛錯体等が挙げられる。
(viii)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、及び、スチレンオキサイド
また、ポリエーテルポリオールとしては、例えば、エチレンジアミン類等のポリアミン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、及び、上記方法で得られたポリエーテルポリオール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等が挙げられる。
[ポリオレフィンポリオール]
ポリオレフィンポリオールとしては、特別に限定されないが、例えば、水酸基を2個以上有するポリブタジエン、水酸基を2個以上有する水素添加ポリブタジエン、水酸基を2個以上有するポリイソプレン、水酸基を2個以上有する水素添加ポリイソプレン等が挙げられる。
[エポキシポリオール]
エポキシポリオールとしては、特別に限定されないが、例えば、ノボラック型、β−メチルエピクロ型、環状オキシラン型、グリシジルエーテル型、グリコールエーテル型、脂肪族不飽和化合物のエポキシ型、エポキシ化脂肪酸エステル型、多価カルボン酸エステル型、アミノグリシジル型、ハロゲン化型、レゾルシン型等のエポキシポリオール、並びに、これらのアミノ化合物、又は、ポリアミド化合物等で変性した化合物等が挙げられる。
[フッ素ポリオール]
フッ素系ポリオールは分子内にフッ素を含むポリオールである。フッ素系ポリオールとしては、特別に限定されないが、例えば、米国特許第4345057号明細書、EP第180962号公報等で開示されているフルオロオレフィン、シクロヘキシルビニルエーテル、ヒドロキシアルキルビニルエーテル、モノカルボン酸ビニルエステル等の共重合体等が挙げられる。
本実施形態において、塗料組成物の構成成分として使用されるポリオール組成物の水酸基価は30mgKOH/g以上200mgKOH/g以下であることが好ましい。また、上記ポリオール組成物の酸価は0mgKOH/g以上30mgKOH/g以下であることが好ましい。これらのポリオール組成物は2種以上の上記ポリオールの併用であってもよい。中でも、使用されるポリオール組成物の水酸基価は70mgKOH/g以上165mgKOH/g以下であり、かつ、酸価2mgKOH/g以上20mgKOH/g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を用いて塗料組成物を調製する場合、ポリイソシアネート組成物のイソシアネート基と上記ポリオール組成物の水酸基とのモル比は、1/2から2/1までの範囲から適宜選択されることが好ましい。
<その他構成成分>
また、塗料組成物の用途、目的に応じて各種溶剤、紫外線吸収剤、光安定剤、有機顔料、無機顔料、メタリック顔料、光干渉顔料、硬化促進剤等を配合することができる。
紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール、ベンゾフェノン等が挙げられる。
光安定剤としては、例えば、ヒンダードアミン、ヒンダードフェノール等が挙げられる。
有機顔料としては、例えば、キナクリドン、ピグメントレッド、フタロシアニンブルー等が挙げられる。
無機顔料としては、例えば、酸化チタン、カーボンブラック等が挙げられる。
メタリック顔料としては、例えば、アルミニウム粉等が挙げられる。
光干渉顔料としては、例えば、パールマイカ粉等が挙げられる。
硬化促進剤としては、例えば、錫化合物、亜鉛化合物、アミン化合物等が挙げられる。
溶剤としては、特別に限定されないが、例えば、ケトン類、エステル類、ブタノール、アルコール類等からなる群から目的及び用途に応じて適宜選択して使用することができる。これらの溶剤は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。
エステル類としては、例えば、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、酢酸セロソルブ等が挙げられる。
アルコール類としては、例えば、イソプロピルアルコール等が挙げられる。
このように調製された塗料組成物は、例えば、ロール塗装、カーテンフロー塗装、スプレー塗装等の方法が利用できる。また、通常、乾燥膜厚10μm以上100μm以下程度で塗装される。特に、自動車補修塗料、プラスチック塗料等の分野に有用である。また、本実施形態の塗料組成物は、クリアコートに用いることもできる。
以下に実施例により、さらに本実施形態を説明するが、本実施形態は、これに制限されるものではない。
[各種試験項目の測定方法]
(1)イソシアネート基濃度の測定
ポリイソシアネートのイソシアネート基濃度は、ポリイソシアネートが含有するイソシアネート基の含有量(質量%)と定義され、以下の方法により測定した。
まず、ポリイソアシネート5〜10gを精秤してトルエン20mLに溶解した。次いで、得られた溶液に2規定のn−ジブチルアミンのトルエン溶液を20mL加え、室温で15分間放置して反応を行った。反応終了後、京都電子社製APB−410型自動滴定装置を用いて、得られた反応混合液の全量を1規定塩酸で逆滴定した。これにより、反応混合物中の未反応n−ジブチルアミンの中和に要する1規定塩酸の体積(試料滴定量)を求めた。一方、ポリイソシアネートを用いないこと以外は上記と同じ操作を行い、同様に未反応n−ジブチルアミンの中和に要する1規定塩酸の体積(ブランク滴定量)を求めた。試料質量、試料滴定量、及び、ブランク滴定量から、以下の式(1)を用いて、イソシアネート基濃度(質量%)を求めた。
イソシアネート基濃度(質量%)=[{ブランク滴定量(ml)−試料滴定量(ml)}×42/{試料質量(g)×1000}]×100 ・・・(1)
(2)ジイソシアネートモノマー濃度の測定
下記に記載のゲル浸透クロマトグラフィー(Gel Permeation Chromatography;GPC)測定条件により、ジイソシアネートモノマーの分子量に対応する保持時間を有するピークの面積を求めた。このピーク面積のクロマトグラム中の全ピークの総面積に対するパーセンテージを求め、その値をジイソシアネートモノマー濃度(質量%)とした。
<測定条件>
・キャリアー:テトラハイドロフラン(以下、「THF」と略記する場合がある)
・流速:0.6mL/min
・カラム:「TSKgel SuperH1000」、「TSKgel SuperH2000」、「TSKgel SuperH3000」(いずれも東ソー社製)のカラムをシリーズに連結
・検出器:屈折計
・GPC装置:「HLC−8120GPC」(東ソー社製)
(3)UV吸収ピークの高さ比測定
図1は、ポリイソシアネートのゲル浸透クロマトグラフィーによる測定結果として得られる屈折率測定チャート及びUV吸収ピーク測定チャートである。図1を参照しながら、UV吸収ピークの高さ比の具体的な測定方法について、以下に説明する。
まず、下記に記載のGPC測定条件により、ジイソシアネート3量体の分子量に対応する保持時間(11.7分前後)のUV吸収ピーク高さ(A)と、1−ナイロン体由来の多量体の分子量に対応する保持時間(保持時間が10分未満の領域にあるUV吸収ピーク)のUV吸収ピークの高さ(B)とを求めた。また、各分子量に対応する保持時間は、GPCの機種や測定条件によっても異なるが、イソシアヌレート体を主に含むポリイソシアネートを測定し、屈折率のチャートにおいて、3量体、5量体、7量体、9量体相当のピークを特定し、各ピークトップの位置から3〜9量体の分子量に対応する保持時間を特定した。9量体のピークよりも左側の領域(保持時間が短い領域)が11量体以上の分子量を有するポリイソシアネートの領域となった。その領域において、屈折率のチャートでは観測されないか、又は、極小さなピークとして観測されるに過ぎないが、UV(254nm)のチャートでは、大きなピークとして観測されるものが、1−ナイロン体由来の多量体のピークであった。このピークは、合成方法によってはUVチャートにおいて明確なピークトップを持った形状として観測されない場合もあるが(例えば、台形状等、ピーク位置を一義的に特定できないような形状)、その場合は、11量体以上の分子量を有する領域において最も高い部分をピーク高さとした。こうして得られた各ピーク高さから、(B)/(A)を算出し、1−ナイロン体由来の多量体/ジイソシアネート3量体のUV吸収ピーク高さ比を求めた。(B)/(A)を算出し、1−ナイロン体由来の多量体/ジイソシアネート3量体のUV吸収ピーク高さ比を求めた。
<測定条件>
・キャリアー:THF
・流速:0.6mL/min
・カラム:「TSKgel SuperH1000」、「TSKgel SuperH2000」、「TSKgel SuperH3000」(いずれも東ソー社製)のカラムをシリーズに連結
・検出器:UV(高さ比算出時に使用)(測定波長:254nm)
屈折率計(イソシアヌレート3量体の特定に利用)
・GPC装置:「HLC−8120GPC」(東ソー社製)
(4)粘度の測定
トキメック社製VISCONIC・ED型、E型粘度計を用い、25℃にて測定した。
(5)アロファネート構造(Y)/イソシアヌレート構造(X)、ウレトジオン構造(Z)/イソシアヌレート構造(X)のモル比測定
各種ポリイソシアネート組成物のCDCl溶液を調整し、以下の測定条件で13C−NMR測定を行った。各シグナルの積分値より、イソシアヌレート構造を「100」としたときの、アロファネート構造、ウレトジオン構造の各成分比(モル比)を算出である(Y)/(X)及び(Z)/(X)を算出した。なお、表1〜5において、「/100」の記載を省略した。
<測定条件>
・測定装置:Burker Biospin Avance600
・観測核:13C(150MHz)
・溶媒:CDCl
・積算回数:10000回
・化学シフト基準:CDCl(77ppm)
ウレトジオン構造:157.3ppm付近の強いピーク
(6)耐薬品性試験
下記に示す配合の塗料組成物を作成し、ガラス板上に乾燥膜厚が15〜20μmとなるように塗布し、室温で20分間放置した。その後、120℃で20分間焼き付けを行い、ウレタン塗膜を得た。
<塗料配合>
・ポリイソシアネート:各種ポリイソシアネート組成物
・ポリオール:Setalux1767(アクリルポリオール、Nuplex Resins社製)
・配合比率:NCO/OH=1.05
・希釈溶剤:酢酸ブチル
・塗料固形分:50%
得られたウレタン塗膜上に、メチルエチルケトンをしみこませた脱脂綿を置き30分間放置した。その後、脱脂綿を取り除き、黒色版の上にガラス板を設置して、塗膜の外観変化(白濁、つや引け、タック発生の有無、膨潤の有無)を目視、触診で判定した。判定基準は以下のとおりである。
<判定基準>
・全く変化なし:◎
・わずかに変化あり(溶剤揮発後は元の状態に戻る):○
・わずかに変化あり(溶剤揮発後もわずかに痕跡が残る):△
・明らかに変化あり(溶剤揮発後、塗膜変化の痕跡が残る):×
(7)酢酸エチル希釈時濁度(NTU)
HACH社製、濁度計/色度計「2100AN」を用い、25℃、測定波長860nmで測定した。
<測定サンプル調整>
・溶剤:酢酸エチル
・希釈度:ポリイソシアネート/酢酸エチル=50質量%/50質量%
<判定基準>
・0.0以上0.2未満:◎(特に優れている)
・0.2以上0.4未満:○(良好)
・0.4以上0.6未満:△(実用上問題ない)
・0.6以上:×(実用上支障をきたす場合がある)
(8)ポリイソシアネート組成物の着色度(APHA)
各ポリイソシアネート組成物のハーゼン色数(APHA)を、ロビボンド自動比色計PFXi−195を用いて測定した。
<評価基準>
APHAが14以下 : ◎
APHAが15以上24以下 : ○
APHAが25以上30以下 : △(実用上問題ない)
APHAが31以上 : ×(実用上、用途によっては問題となる場合がある)
(9)複層塗膜表面のキシレン耐性及びキシレン膨潤性
下記に示す配合Aの塗料組成物を作製し、ガラス板上に乾燥膜厚が15〜20μmとなるように塗布し、室温で20分間放置した。その後、80℃で20分間焼き付けを行い、ウレタン塗膜を得た。次に、下記に示す配合Bの塗料組成物を作製し、上記にて作製した塗膜上に乾燥塗膜厚が15〜20μmとなるように塗布し、室温で20分間放置した。その後、120℃で30分間焼き付けを行い、複層塗膜を得た。
<塗料配合A>
・ポリイソシアネート:各種ポリイソシアネート組成物
・ポリオール:Setalux1767(アクリルポリオール、Nuplex Resins社製)
・配合比率:NCO/OH=0.6
・希釈溶剤:酢酸ブチル
・塗料固形分:50%
<塗料配合B>
・ポリイソシアネート:各種ポリイソシアネート組成物
・ポリオール:Setalux1767(アクリルポリオール、Nuplex Resins社製)
・配合比率:NCO/OH=1.50
・希釈溶剤:酢酸ブチル
・塗料固形分:50%
得られた複層塗膜上に、キシレンをしみこませた脱脂綿を置き30分間放置。その後脱脂綿を取り除き、黒色版の上にガラス板を設置して、塗膜の外観変化(白濁、つや引け、タック発生の有無、膨潤の有無)を目視、触診で判定した。判定基準は以下の通り。
<判定基準>
(キシレン耐性)
・全く変化なし:◎
・変化あり(キシレン揮発後は元の状態に戻る):○
・変化あり(キシレン揮発後もわずかに痕跡が残る):△
・明らかに変化あり(キシレン揮発後、塗膜変化の痕跡が残る):×
(キシレン膨潤性)
・全く変化なし:◎
・わずかに膨潤しているが、塗膜上にしわ等の異常は認められない:○
・膨潤しており、塗膜上にしわ等の異常がわずかにみられる:△
・大きく膨潤しており、塗膜上に多数しわが見られる:×
[実施例1]ポリイソシアネート組成物PI−1の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、65℃に加温した。その後、2−エチルヘキサノール(以下、「2−EHOH」と称する場合がある)0.35部を添加し10分間攪拌を行った。その後、カプリン酸テトラメチルアンモニウム(以下、「TMACA」と称する場合がある)の5%イソブタノール(以下、「i−BuOH」と称する場合がある)溶液を、TMACAとして0.006部となるように添加した。なお、添加速度は、TMACAとして0.0001部/分とした。反応中は、65±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−1を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表1に示すとおりであった。
[実施例2〜4]ポリイソシアネート組成物PI−2〜PI−4の製造
反応温度、触媒量、触媒濃度、停止剤投入温度等を表1に記載のとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして、ポリイソシアネート組成物PI−2〜PI−4を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表1に示すとおりであった。
[実施例5]ポリイソシアネート組成物PI−5の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、50℃に加温した。その後、2−EHOH 0.35部を添加し10分間攪拌を行った。その後、TMACAの2.6%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.003部となるように60分間かけて添加した。TMACA添加終了後、i−BuOH 0.114部を、30分間かけて添加した。反応中は、50±2℃となるように温度調整を行った。i−BuOH添加終了後、反応液を60℃に昇温し、目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−5を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表1に示すとおりであった。
[実施例6]ポリイソシアネート組成物PI−6の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、40℃に加温した。その後、TMACAの5.0%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.006部となるように30分間かけて添加した。反応中は、40±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−6を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表1に示すとおりであった。
[実施例7]ポリイソシアネート組成物PI−7の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、40℃に加温した。その後、TMACAの47.0%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.018部となるように5分間かけて添加した。反応中は、40±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.036部を加え100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−7を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表1に示すとおりであった。
[実施例8]ポリイソシアネート組成物PI−8の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、60℃に加温した。その後、2−EHOH0.35部を添加し10分間攪拌を行った。その後、TMACAの5.0%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.003部となるように添加した。なお添加速度は、TMACAとして0.0001部/分とした。TMACA添加終了後、i−BuOH 0.057部を、30分間かけて添加した。反応中は、60±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−8を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表2に示すとおりであった。
[実施例9、10]ポリイソシアネート組成物PI−9、10の製造
触媒濃度、触媒量、TMACA添加終了後に添加するi−BuOH量を表2に記載の通りに変更した以外は、実施例8と同様にして、ポリイソシアネート組成物PI−9、10を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表2に示すとおりであった。
[実施例11]ポリイソシアネート組成物PI−11の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、65℃に加温した。その後、TMACAの50%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.005部となるように2分間かけて添加した。TMACA添加終了後、2−EHOH 0.35部とi−BuOH 0.109部の混合アルコールを、60分間かけて添加した。反応中は、65±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−11を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表2に示すとおりであった。
[実施例12、13]ポリイソシアネート組成物PI−12、13の製造
反応温度、触媒量、停止剤添加温度を表2に記載の通りに変更し、TMACA添加終了後に添加する2−EHOHとi−BuOHとの混合アルコール量を、2−EHOH/i−BuOH=0.35部/0.1315部とした以外は、実施例11と同様にして、ポリイソシアネート組成物PI−12、13を得た。なお、TMACAのi−BuOH溶液は2分間で添加した。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表2に示すとおりであった。
[比較例1]ポリイソシアネート組成物PI−15の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、60℃に加温した。その後、TMACAの2%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.002部となるように20分間かけて添加した。反応中は、60±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え、100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−15を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表3に示すとおりであった。
[比較例2]ポリイソシアネート組成物PI−16の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、60℃に加温した。その後、2−EHOH 0.3846部を添加し10分間攪拌を行った。その後、TMACAの50%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.01部となるように60分間かけて添加した。反応中は、60±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え、100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−16を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表3に示すとおりであった。
[比較例3]ポリイソシアネート組成物PI−17の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、60℃に加温した。その後、TMACAの2.5%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.01部となるように100分間かけて添加した。反応中は、60±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え、100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターでろ過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−17を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表3に示すとおりであった。
[比較例4]ポリイソシアネート組成物PI−18の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、80℃に加温した。その後、2−EHOH 8部を添加し10分間攪拌を行った。その後、TMACAの50%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.006部となるように60分間かけて添加した。反応中は、80±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え、100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターでろ過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−18を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表3に示すとおりであった。
[比較例5]ポリイソシアネート組成物PI−19の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、90℃に加温した。その後、2−EHOH 10部を添加し10分間攪拌を行った。その後、TMACAの50%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.006部となるように60分間かけて添加した。反応中は、90±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え、100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−19を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表3に示すとおりであった。
[比較例6]ポリイソシアネート組成物PI−20の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、60℃に加温した。その後、TMACAの9.1%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.01部となるように100分間かけて添加した。反応中は、60±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え、100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−20を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表3に示すとおりであった。
[実施例14]ポリイソシアネート組成物PI−14の製造
比較例1で作製したポリイソシアネート組成物PI−15と比較例2で作製したポリイソシアネート組成物PI−16とを、PI−15:PI−16=33:67の質量割合で混合して、ポリイソシアネート組成物PI−14を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表2に示すとおりであった。
[実施例15〜26]ポリイソシアネート組成物PI−21〜PI−32の製造
反応温度、触媒量、触媒濃度、停止剤投入温度、後処理条件等を表3に記載のとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして、ポリイソシアネート組成物PI−21〜PI−32を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表4に示すとおりであった。
[実施例27]ポリイソシアネート組成物PI−33の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、65℃に加温した。その後、TMACAの25%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.008部となるように20分間かけて添加した。反応中は、65±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.016部を加え150℃に昇温し、150℃到達後30分間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−33を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表5に示すとおりであった。
[実施例28]ポリイソシアネート組成物PI−34の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、65℃に加温した。その後、TMACAの25%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.008部となるように20分間かけて添加した。反応中は、65±2℃となるように温度調整を行った。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.016部を加え100℃に昇温し、100℃到達後30分間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−34を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表5に示すとおりであった。
[実施例29〜36]ポリイソシアネート組成物PI−35〜PI−42の製造
表4に記載の比率で、各種ポリイソシアネート組成物をブレンドすることで、ポリイソシアネート組成物PI−35〜PI−42を得た。なお、比率の記載値は、質量比である。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表5に示すとおりであった。
[実施例37]ポリイソシアネート組成物PI−43の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、65℃に加温した。その後、TMACAの50%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.005部となるように2分間かけて添加した。TMACA添加終了後、2−EHOH 0.35部とi−BuOH 0.109部との混合アルコールを、60分間かけて添加した。反応中は、65±2℃となるように温度調整を行った。混合アルコール添加終了後、反応液を70℃に昇温した。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−43を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表6に示すとおりであった。
[合成例1]ウレトジオン構造を有するポリイソシアネート組成物UD−1の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ3L四ツ口ガラスフラスコにHDI 2400gを計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、160℃に加温した。160℃到達後、2時間攪拌を続け、その後冷却した。得られた反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ウレトジオン構造を有するポリイソシアネート組成物UD−1を得た。
[実施例38]ポリイソシアネート組成物PI−44の製造
表6に記載の比率で、ポリイソシアネート組成物PI−13とポリイソシアネート組成物UD−1とをブレンドすることで、ポリイソシアネート組成物PI−44を得た。なお、比率の記載値は、質量比である。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表6に示すとおりであった。
[実施例39]ポリイソシアネート組成物PI−45の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、60℃に加温した。その後、TMACAの50%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.0025部となるように2分間かけて添加した。TMACA添加終了後、2−EHOH 0.35部とi−BuOH 0.1315部との混合アルコールを、60分間かけて添加した。反応中は、60±2℃となるように温度調整を行った。混合アルコール添加終了後、反応液を70℃に昇温した。目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.012部を加え、70℃のまま1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去する操作を3回行い、ポリイソシアネート組成物PI−45を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表6に示すとおりであった。
[実施例40]ポリイソシアネート組成物PI−46の製造
温度計、撹拌機、及び、窒素シール管を持つ1L四ツ口ガラスフラスコにHDI 100部を計量し、フラスコ中の空気を窒素で置換し、85℃に加温した。その後、TMACAの40%i−BuOH溶液を、TMACAとして0.01部となるように100分間かけて添加した。TMACA添加終了後、85℃を100分間維持した。この間、温度調整は85±2℃となるように行った。その後、反応液温度を60℃に調整し、目的のNCO%となったところで、反応停止剤として85%リン酸水溶液0.020部を加え、100℃に昇温し、100℃到達後1時間撹拌を続けた。反応液は無色透明の液体であった。この反応液を細孔サイズ1μmのメンブレンフィルターで濾過して、反応残渣を分離した後、薄膜蒸留装置により遊離HDIを留去し、ポリイソシアネート組成物PI−46を得た。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表6に示すとおりであった。
[実施例41]ポリイソシアネート組成物PI−47の製造
表5に記載の比率で、ポリイソシアネート組成物PI−13とポリイソシアネート組成物PI−18とをブレンドすることで、ポリイソシアネート組成物PI−47を得た。なお、比率の記載値は、質量比である。得られたポリイソシアネート組成物はほぼ無色透明で、そのNCO含有量、粘度、及び、遊離のHDI濃度等のポリイソシアネート組成物の物性、塗膜物性に関するデータは、表6に示すとおりであった。
Figure 2018105653
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表1〜6から、実施例1〜41に示す(B)/(A)が0.1以上30以下であるポリイソシアネート組成物を用いた塗膜では、溶剤である酢酸エチル希釈時の濁度が低く、耐薬品性、複層塗膜のキシレン耐性及び複層塗膜全体の耐キシレン膨潤性が良好であった。
一方、比較例1〜6に示す(B)/(A)が0.1より低い、又は、30より大きいポリイソシアネート組成物を用いた塗膜では、溶剤希釈性及び耐薬品性、複層塗膜のキシレン耐性及び複層塗膜全体の耐キシレン膨潤性をすべて実用上問題とならないレベルにするものはなかった。
また、実施例2〜10、12〜14、32〜36及び38〜41に示す(B)/(A)が1以上30以下であるポリイソシアネート組成物を用いた塗膜では、耐薬品性及び複層塗膜のキシレン耐性が特に良好であった。
また、実施例1、11、15〜28及び37に示す(B)/(A)が0.1以上1.0未満であるポリイソシアネート組成物において、実施例1、11、15、16、19、20、23、24及び37に示す(Y)/(X)が5/100以上10/100以下であり、且つ、(Z)/(X)が0.3/100以上12/100以下であるポリイソシアネート組成物は、得られる塗膜物性を実用上問題ないレベルに保ちながら、溶剤希釈性が特に良好であった。
本実施形態のポリイソシアネート組成物によれば、塗料用硬化剤として使用した場合に、塗料化時の溶剤希釈性が良く、耐薬品性が良好な塗膜物性を得ることが可能である。また、本実施形態のポリイソシアネート組成物は、塗料、粘接着剤、シーリング材、防水材、フォーム、エラストマー、繊維処理剤等に有用である。

Claims (11)

  1. 脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートからなる群から選ばれる1種以上のジイソシアネート由来であり、イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネート組成物であって、
    ゲル浸透クロマトグラフィーによる測定スペクトルにおいて、ジイソシアネート11量体以上の領域にUV吸収を持つ1−ナイロン体由来の多量体が存在し、
    ジイソシアネート3量体相当物のUV吸収ピーク高さ(A)と、前記1−ナイロン体由来の多量体のUV吸収ピーク高さ(B)との高さ比(B)/(A)が、0.1以上30以下であるポリイソシアネート組成物。
  2. 脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートからなる群から選ばれる1種以上のジイソシアネート由来であり、イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネート組成物であって、
    ゲル浸透クロマトグラフィーによる測定スペクトルにおいて、ジイソシアネート11量体以上の領域にUV吸収を持つ1−ナイロン体由来の多量体が存在し、
    ジイソシアネート3量体相当物のUV吸収ピーク高さ(A)と、前記1−ナイロン体由来の多量体のUV吸収ピーク高さ(B)との高さ比(B)/(A)が、0.2以上30以下である請求項1に記載のポリイソシアネート組成物。
  3. 脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートからなる群から選ばれる1種以上のジイソシアネート由来であり、イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネート組成物であって、
    ゲル浸透クロマトグラフィーによる測定スペクトルにおいて、ジイソシアネート11量体以上の領域にUV吸収を持つ1−ナイロン体由来の多量体が存在し、
    ジイソシアネート3量体相当物のUV吸収ピーク高さ(A)と、前記1−ナイロン体由来の多量体のUV吸収ピーク高さ(B)との高さ比(B)/(A)が、1.0以上30以下である請求項1又は2に記載のポリイソシアネート組成物。
  4. イソシアヌレート構造(X)とアロファネート構造(Y)とのモル比が、(Y)/(X)=0.1/100以上50/100以下である請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリイソシアネート組成物。
  5. イソシアヌレート構造(X)とアロファネート構造(Y)とのモル比が、(Y)/(X)=1/100以上50/100以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリイソシアネート組成物。
  6. イソシアヌレート構造(X)と、ウレトジオン構造(Z)とのモル比が、(Z)/(X)=0.01/100以上40/100以下である請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリイソシアネート組成物。
  7. イソシアヌレート構造(X)と、ウレトジオン構造(Z)とのモル比が、(Z)/(X)=0.01/100以上1/100以下である請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリイソシアネート組成物。
  8. イソシアヌレート構造(X)とアロファネート構造(Y)とのモル比が、(Y)/(X)=5/100以上50/100以下であり、且つ、イソシアヌレート構造(X)と、ウレトジオン構造(Z)とのモル比が、(Z)/(X)=0.4/100以上40/100以下である請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリイソシアネート組成物。
  9. 前記ジイソシアネートが、脂肪族ジイソシアネートである請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリイソシアネート組成物。
  10. 前記ジイソシアネートが、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートである請求項1〜9のいずれか一項に記載のポリイソシアネート組成物。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載のポリイソシアネート組成物とポリオール組成物とを含む塗料組成物。
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