JP2024113236A - Water-based paint composition and method for forming multi-layered paint film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水系塗料組成物及び複層塗膜の形成方法に関する。 The present invention relates to a water-based paint composition and a method for forming a multi-layer coating film.
ポリウレタン樹脂塗料は非常に優れた耐摩耗性、耐薬品性及び耐汚染性を有することが知られている。特に、脂肪族ジイソシアネート又は脂環族ジイソシアネートから得られたポリイソシアネートを用いたポリウレタン樹脂塗料はさらに耐候性が優れ、その需要は増加する傾向にある。 Polyurethane resin paints are known to have excellent abrasion resistance, chemical resistance, and stain resistance. In particular, polyurethane resin paints using polyisocyanates derived from aliphatic diisocyanates or alicyclic diisocyanates have even better weather resistance, and demand for them is showing an increasing trend.
しかしながら、一般にポリウレタン樹脂塗料は二液性であるため、その使用は極めて不便である。即ち、通常のポリウレタン樹脂塗料はポリオール及びポリイソシアネートの二成分からなり、ポリオール及びポリイソシアネートを別々に貯蔵し、塗装時に両者を混合する必要がある。また、一旦両者を混合すると塗料は短時間でゲル化し使用できなくなるという課題を有する。 However, polyurethane resin paints are generally two-component, making their use extremely inconvenient. That is, ordinary polyurethane resin paints are made up of two components, polyol and polyisocyanate, and the polyol and polyisocyanate must be stored separately and then mixed when painting. In addition, once the two are mixed, the paint gels in a short time and becomes unusable, which is an issue.
ポリウレタン樹脂塗料はこのような課題を有するため、自動車塗装又は弱電気塗装のようなライン塗装を行う分野において、自動塗装に用いることを困難にしている。また、イソシアネートは水と容易に反応するため、電着塗料の様な水系塗料での使用は不可能である。更に、イソシアネートを含む塗料を用いた場合には、作業終了時の塗装機及び塗装槽の洗浄等を充分に行う必要があるため、作業能率が低下する。 These problems with polyurethane resin paints make them difficult to use in automated painting in fields where line painting is performed, such as automobile painting or low-voltage painting. Also, because isocyanates react easily with water, they cannot be used in water-based paints such as electrodeposition paints. Furthermore, when using paints containing isocyanates, the painters and coating tanks must be thoroughly cleaned at the end of work, reducing work efficiency.
上述の課題を改善するために、従来から、活性なイソシアネート基をすべてブロック剤で封鎖したブロックポリイソシアネートを用いることが提案されている。このブロックポリイソシアネートは、常温ではポリオールと反応しない。しかしながら、加熱することによりブロック剤が解離し、活性なイソシアネート基が再生されてポリオールと反応し架橋反応が起こるので、上述の課題を改善することができる。従って、数多くのブロック剤の検討がなされおり、例えばフェノール、メチルエチルケトオキシム等が代表的なブロック剤として挙げられる。 To improve the above-mentioned problems, it has been proposed to use blocked polyisocyanates in which all active isocyanate groups are blocked with a blocking agent. These blocked polyisocyanates do not react with polyols at room temperature. However, by heating, the blocking agent dissociates, and the active isocyanate groups are regenerated and react with polyols to cause a crosslinking reaction, thereby improving the above-mentioned problems. Therefore, many blocking agents have been investigated, and representative examples include phenol and methyl ethyl ketoxime.
しかしながら、これらのブロック剤を用いたブロックポリイソシアネートを用いた場合には、一般に140℃以上の高い焼付け温度が必要である。高温での焼付けを必要とすることは、エネルギー的に不利であるばかりでなく、基材の耐熱性を必要とし、その用途が限定される要因となる。 However, when using blocked polyisocyanates that use these blocking agents, a high baking temperature of 140°C or higher is generally required. The need for baking at high temperatures is not only disadvantageous in terms of energy, but also requires the substrate to be heat resistant, which limits its applications.
一方、低温焼付け型のブロックポリイソシアネートとして、アセト酢酸エステル、マロン酸ジエステル等の活性メチレン系化合物を用いたブロックポリイソシアネートの研究がなされている。例えば、特許文献1及び2は、90℃で硬化するブロックポリイソシアネート組成物を開示している。 On the other hand, research has been conducted into low-temperature baked blocked polyisocyanates using active methylene compounds such as acetoacetate esters and malonic acid diesters. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose blocked polyisocyanate compositions that cure at 90°C.
近年、地球環境保護の観点や、耐熱性の低いプラスチックへの適応が強く求められており、90℃より低い温度で硬化する塗料組成物が切望されている。そのような状況下、水酸基を有する水系ポリオール(水分散ポリオール)に対して、混合時に良好な分散性を有し、且つ貯蔵時にゲル化や過度な増粘がなく、80℃以下で硬化性が良く、塗膜硬度が良好なものは未だ知られていない。 In recent years, from the viewpoint of protecting the global environment and in order to meet the demand for application to plastics with low heat resistance, there is a strong demand for coating compositions that cure at temperatures below 90°C. Under these circumstances, there is still no known coating composition that has good dispersibility when mixed with an aqueous polyol (water-dispersible polyol) that has hydroxyl groups, does not gel or thicken excessively during storage, cures well at or below 80°C, and provides good coating hardness.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、貯蔵安定性及び80℃以下の低温での硬化性に優れ、かつ、樹脂膜としたときの硬度および外観に優れた水系塗料組成物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a water-based paint composition that has excellent storage stability and curing properties at low temperatures of 80°C or less, and that has excellent hardness and appearance when made into a resin film.
すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
[1]ブロックポリイソシアネート組成物、少なくとも2種類以上のノニオン系分散剤、水酸基含有ポリオール及び脱イオン水を含む水系塗料組成物であって、前記ノニオン系分散剤は、最も高いHLB値を持つ分散剤と最も低いHLB値を持つ分散剤のHLB値の差が5以上であり、前記水系塗料組成物に含まれる全ての前記ノニオン系分散剤のHLB値を加重平均した値が14以上17以下である、水系塗料組成物。
[2]前記ノニオン系分散剤の総量は、前記ブロックポリイソシアネート組成物の総量に対して、1質量%以上30質量%以下である、[1]に記載の水系塗料組成物。
[3]前記ブロックポリイソシアネート組成物は、下記一般式(I)で表される構造、又は窒素を1つ以上含有する複素環を有する、[1]又は[2]に記載の水系塗料組成物。
[4]前記ブロックポリイソシアネート組成物の一部又は全部が、親水性化合物から誘導される構造単位を有する、[1]~[3]のいずれか1つに記載の水系塗料組成物。
[5]電着塗膜の焼付けが完了した自動車車体用の鋼板上に、中塗り塗料組成物、ベース塗料組成物、クリヤー塗料組成物を順次塗装したのち、加熱硬化させて複層塗膜を形成する方法であり、前記中塗り塗料組成物または前記ベース塗料組成物が[1]~[4]のいずれか1つに記載の水系塗料組成物である、複層塗膜の形成方法。
[6]前記加熱硬化の焼付温度が75℃以上100℃以下である、[5]に記載の複層塗膜の形成方法。
That is, the present invention includes the following aspects.
[1] A water-based coating composition comprising a blocked polyisocyanate composition, at least two or more types of nonionic dispersants, a hydroxyl group-containing polyol, and deionized water, wherein the difference in HLB value between the dispersant having the highest HLB value and the dispersant having the lowest HLB value is 5 or more, and the weighted average of the HLB values of all of the nonionic dispersants contained in the water-based coating composition is 14 or more and 17 or less.
[2] The aqueous coating composition according to [1], wherein the total amount of the nonionic dispersant is 1 mass % or more and 30 mass % or less relative to the total amount of the blocked polyisocyanate composition.
[3] The blocked polyisocyanate composition has a structure represented by the following general formula (I) or a heterocycle containing one or more nitrogen atoms, the aqueous coating composition according to [1] or [2]:
[4] The aqueous coating composition according to any one of [1] to [3], wherein a part or all of the blocked polyisocyanate composition has a structural unit derived from a hydrophilic compound.
[5] A method for forming a multilayer coating film, comprising coating an intermediate coating composition, a base coating composition, and a clear coating composition in that order on a steel sheet for an automobile body on which baking of an electrodeposition coating film has been completed, and then heating and curing the composition to form a multilayer coating film, wherein the intermediate coating composition or the base coating composition is the aqueous coating composition described in any one of [1] to [4].
[6] The method for forming a multilayer coating film according to [5], wherein the baking temperature for the heat curing is 75°C or higher and 100°C or lower.
上記態様によれば、貯蔵安定性および80℃以下の低温での硬化性が良好であり、且つ、樹脂膜としたときの硬度および外観が優れた水系塗料組成物を提供することができる。 According to the above aspect, it is possible to provide a water-based paint composition that has good storage stability and curability at low temperatures of 80°C or less, and has excellent hardness and appearance when made into a resin film.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 The following describes in detail the form for carrying out the present invention (hereinafter, "embodiment"). Note that the present invention is not limited to the following embodiment.
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。
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)を有する単量体化合物が複数結合した反応物を意味する。
As used herein, "polyol" means a compound having two or more hydroxy groups (-OH).
As used herein, the term "polyisocyanate" refers to a reaction product in which multiple monomer compounds having one or more isocyanate groups (--NCO) are bonded together.
<水系塗料組成物>
本実施形態の水系塗料組成物は、ブロックポリイソシアネート組成物、少なくとも2種類以上のノニオン系分散剤、水酸基含有ポリオール及び脱イオン水を含む。
<Water-based coating composition>
The water-based coating composition of this embodiment contains a blocked polyisocyanate composition, at least two or more types of nonionic dispersants, a hydroxyl group-containing polyol, and deionized water.
ブロックポリイソシアネート組成物を水系塗料に適用する場合、ブロックポリイソシアネートに親水成分を付与するが、親水成分が多いと塗膜硬度が低下する。一方、親水成分が少ない場合、ブロックポリイソシアネート組成物とその他成分との相溶性が下がり、塗膜表面に凝集物が形成されやすくなる。 When a blocked polyisocyanate composition is applied to a water-based paint, a hydrophilic component is added to the blocked polyisocyanate, but if there is a large amount of hydrophilic component, the hardness of the coating film decreases. On the other hand, if there is a small amount of hydrophilic component, the compatibility of the blocked polyisocyanate composition with other components decreases, and aggregates are more likely to form on the coating film surface.
これに対して、本実施形態の水系塗料組成物は、少なくとも2種類以上のノニオン系分散剤を含み、最も高いHLB値を持つ分散剤と最も低いHLB値を持つ分散剤のHLB値の差を5以上とし、かつ、系内に含む全てのノニオン系分散剤のHLB値を加重平均した値を14以上17以下とすることで、比較的親水成分が少ない場合でも凝集物が生じにくくなり、樹脂膜としたときの外観や塗膜性能に優れる。 In contrast, the water-based coating composition of this embodiment contains at least two or more nonionic dispersants, and the difference in HLB value between the dispersant with the highest HLB value and the dispersant with the lowest HLB value is 5 or more, and the weighted average of the HLB values of all nonionic dispersants contained in the system is 14 to 17. This makes it difficult for aggregates to form even when there is a relatively small amount of hydrophilic components, and results in excellent appearance and coating film performance when made into a resin film.
以下、本実施形態の水系塗料組成物に含まれる各構成成分について、詳細に説明する。 Below, we will explain in detail each of the components contained in the water-based paint composition of this embodiment.
≪ブロックポリイソシアネート組成物≫
ブロックポリイソシアネート組成物は、ポリイソシアネートとブロック剤との反応物である。すなわち、ブロックポリイソシアネート組成物は、ポリイソシアネート中の少なくとも一部のイソシアネート基がブロック剤でブロック化されている。以降、ブロックポリイソシアネート組成物を「ブロックポリイソシアネート」と略記する場合がある。
<Blocked polyisocyanate composition>
The blocked polyisocyanate composition is a reaction product of a polyisocyanate and a blocking agent. That is, in the blocked polyisocyanate composition, at least a part of the isocyanate groups in the polyisocyanate is blocked with a blocking agent. Hereinafter, the blocked polyisocyanate composition may be abbreviated as "blocked polyisocyanate".
中でも、ブロックポリイソシアネートが親水性化合物から誘導される構造単位を含む場合、イソシアネート基の全部がブロック剤で封止されていることが好ましい。全てのイソシアネート基がブロック剤で封止されていることは、例えば、フーリエ変換赤外分光法(FT-IR)にて、イソシアネートに起因する吸収の消失により確認することができる。 In particular, when the blocked polyisocyanate contains structural units derived from a hydrophilic compound, it is preferable that all of the isocyanate groups are blocked with a blocking agent. Whether all of the isocyanate groups are blocked with a blocking agent can be confirmed, for example, by the disappearance of absorption due to isocyanate using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR).
本実施形態の水系塗料組成物は、上記ブロックポリイソシアネートを含むことにより、水分散性が良好であり、且つ、樹脂膜としたときの硬度及び低温硬化性に優れる。 The water-based coating composition of this embodiment contains the above-mentioned blocked polyisocyanate, and therefore has good water dispersibility, and when formed into a resin film, it has excellent hardness and low-temperature curing properties.
ブロックポリイソシアネートは、アロファネート基、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基、イソシアヌレート基、ウレタン基及びビウレット基からなる群より選ばれる1種以上の官能基を有することができる。中でも、耐候性が優れることから、イソシアヌレート基を含むことが好ましい。 The blocked polyisocyanate may have one or more functional groups selected from the group consisting of an allophanate group, a uretdione group, an iminooxadiazinedione group, an isocyanurate group, a urethane group, and a biuret group. Of these, it is preferable to have an isocyanurate group, since this has excellent weather resistance.
ブロックポリイソシアネートは、ブロック化されたイソシアヌレート3量体を含むことが好ましい。ここでいう「イソシアヌレート3量体」とは、イソシアネートモノマー3分子から誘導され、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネートを意味する。また、「ブロック化されたイソシアヌレート3量体」とは、イソシアヌレート3量体中のイソシアネート基の少なくとも一部(好ましくは、全部)がブロック剤でブロック化されているものを意味する。ブロック化されたイソシアヌレート3量体を含むことで、樹脂膜としたときの耐熱性がより優れる傾向にある。 The blocked polyisocyanate preferably contains a blocked isocyanurate trimer. The term "isocyanurate trimer" used here means a polyisocyanate derived from three molecules of an isocyanate monomer and having an isocyanurate group. The term "blocked isocyanurate trimer" means that at least a portion (preferably all) of the isocyanate groups in the isocyanurate trimer are blocked with a blocking agent. By containing a blocked isocyanurate trimer, the heat resistance of the resin film tends to be superior.
[ポリイソシアネート]
ブロックポリイソシアネートの製造に用いられるポリイソシアネートは、1つ以上のイソシアネート基(-NCO)を有する単量体化合物(以下、「イソシアネートモノマー」と称する場合がある)を複数反応させて得られる反応物である。
[Polyisocyanate]
The polyisocyanate used in the production of the blocked polyisocyanate is a reaction product obtained by reacting multiple monomer compounds having one or more isocyanate groups (-NCO) (hereinafter, sometimes referred to as "isocyanate monomers").
イソシアネートモノマーとしては、炭素数4以上30以下のものが好ましい。イソシアネートモノマーとして具体的には、例えば、以下のものが例示される。これらイソシアネートモノマーは1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。 As the isocyanate monomer, one having 4 to 30 carbon atoms is preferable. Specific examples of the isocyanate monomer include the following. These isocyanate monomers may be used alone or in combination of two or more.
(1)ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(MDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート(TDI)、キシリレンジイソシアネート、m-テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)等の芳香族ジイソシアネート。
(2)1,4-テトラ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-ジイソシアナトヘキサン、2,4,4-トリメチル-1,6-ヘキサメチレンジイソイシアネート、2-メチルペンタン-1,5-ジイソシアネート(MPDI)、リジンジイソシアネート(以下、「LDI」と称する場合がある)等の脂肪族ジイソシアネート。
(1) Aromatic diisocyanates such as diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (MDI), 1,5-naphthalene diisocyanate, tolylene diisocyanate (TDI), xylylene diisocyanate, and m-tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI).
(2) Aliphatic diisocyanates such as 1,4-tetramethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate (hereinafter sometimes referred to as "HDI"), 2,2,4-trimethyl-1,6-diisocyanatohexane, 2,4,4-trimethyl-1,6-hexamethylene diisocyanate, 2-methylpentane-1,5-diisocyanate (MPDI), and lysine diisocyanate (hereinafter sometimes referred to as "LDI").
(3)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(ジ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、ジイソシアネートノルボルナン、ジ(イソシアネートメチル)ノルボルナン等の脂環族ジイソシアネート。
(4)4-イソシアネートメチル-1,8-オクタメチレンジイソシアネート(以下、「NTI」と称する場合がある)、1,3,6-ヘキサメチレントリイソシアネート(以下、「HTI」と称する場合がある)、ビス(2-イソシアナトエチル)2-イソシアナトグルタレート(以下、「GTI」と称する場合がある)、リジントリイソシアネート(以下、「LTI」と称する場合がある)等のトリイソシアネート。
(3) Alicyclic diisocyanates such as isophorone diisocyanate (hereinafter sometimes referred to as "IPDI"), 1,3-bis(diisocyanatemethyl)cyclohexane, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, diisocyanatenorbornane, and di(isocyanatemethyl)norbornane.
(4) Triisocyanates such as 4-isocyanatomethyl-1,8-octamethylene diisocyanate (hereinafter sometimes referred to as "NTI"), 1,3,6-hexamethylene triisocyanate (hereinafter sometimes referred to as "HTI"), bis(2-isocyanatoethyl) 2-isocyanatoglutarate (hereinafter sometimes referred to as "GTI"), and lysine triisocyanate (hereinafter sometimes referred to as "LTI").
中でも、耐候性が優れることから、イソシアネートモノマーとしては、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択される1種類以上のジイソシアネートであることが好ましい。また、イソシアネートモノマーとしては、工業的入手の容易さから、HDI又はIPDIであることがより好ましい。また、イソシアネートモノマーとしては、ブロックポリイソシアネート成分を低粘度にする観点から、HDIであることがさらに好ましい。 Among them, the isocyanate monomer is preferably one or more diisocyanates selected from the group consisting of aliphatic diisocyanates and alicyclic diisocyanates, because they have excellent weather resistance. Moreover, the isocyanate monomer is more preferably HDI or IPDI, because they are easily available industrially. Moreover, the isocyanate monomer is even more preferably HDI, because it reduces the viscosity of the blocked polyisocyanate component.
ブロックポリイソシアネートは、下記一般式(I)で表される構造、又は窒素を1つ以上含有する複素環を有することが好ましい。 The blocked polyisocyanate preferably has a structure represented by the following general formula (I) or a heterocycle containing one or more nitrogen atoms.
R11、R12、R13、R14、R15及びR16におけるアルキル基は、炭素数は1以上20以下であることが好ましく、1以上8以下であることがより好ましく、1以上6以下であることがさらに好ましく、1以上4以下であることが特に好ましい。 The alkyl group in R 11 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 and R 16 preferably has 1 or more and 20 or less carbon atoms, more preferably has 1 or more and 8 or less carbon atoms, further preferably has 1 or more and 6 or less carbon atoms, and particularly preferably has 1 or more and 4 or less carbon atoms.
置換基を有しないアルキル基として、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基、sec-ブチル基、イソブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、1-メチルブチル基、n-ヘキシル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、2,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、n-ヘプチル基、2-メチルヘキシル基、3-メチルヘキシル基、2,2-ジメチルペンチル基、2,3-ジメチルペンチル基、2,4-ジメチルペンチル基、3,3-ジメチルペンチル基、3-エチルペンチル基、2,2,3-トリメチルブチル基、n-オクチル基、イソオクチル基、2-エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基等が挙げられる。 Specific examples of unsubstituted alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl, sec-butyl, isobutyl, n-pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, 1-methylbutyl, n-hexyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 2,2-dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, n-heptyl, 2-methylhexyl, 3-methylhexyl, 2,2-dimethylpentyl, 2,3-dimethylpentyl, 2,4-dimethylpentyl, 3,3-dimethylpentyl, 3-ethylpentyl, 2,2,3-trimethylbutyl, n-octyl, isooctyl, 2-ethylhexyl, nonyl, and decyl.
また、R11、R12、R13、R14、R15及びR16が、置換基を有するアルキル基である場合、置換基はヒドロキシ基又はアミノ基である。 Furthermore, when R 11 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 and R 16 are alkyl groups having a substituent, the substituent is a hydroxy group or an amino group.
置換基としてヒドロキシ基を含むアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。 Examples of alkyl groups containing a hydroxy group as a substituent include a hydroxymethyl group, a hydroxyethyl group, and a hydroxypropyl group.
置換基としてアミノ基を含むアルキル基としては、例えば、アミノメチル基、アミノエチル基、アミノプロピル基、アミノブチル基等が挙げられる。 Examples of alkyl groups containing an amino group as a substituent include an aminomethyl group, an aminoethyl group, an aminopropyl group, and an aminobutyl group.
置換基としてヒドロキシ基及びアミノ基を含むアルキル基としては、例えば、ヒドロキシアミノメチル基、ヒドロキシアミノエチル基、ヒドロキシアミノプロピル基等が挙げられる。 Examples of alkyl groups containing a hydroxy group and an amino group as a substituent include a hydroxyaminomethyl group, a hydroxyaminoethyl group, and a hydroxyaminopropyl group.
ブロックポリイソシアネートが窒素を1つ以上含有する複素環を有する場合、この複素環は窒素を1以上含有する複素環を有する化合物由来であることが好ましい。窒素を1以上含有する複素環を有する化合物はブロック剤であり、このようなブロック剤として具体的には、例えば、ピラゾール系化合物、トリアゾール系化合物、イミダゾール系化合物等が挙げられる。より具体的には、ピラゾール、3-メチルピラゾール、3,5-ジメチルピラゾール、3,5-ジメチル-1,2,4-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、1,2,3-トリアゾール、イミダゾール、2-メチルイミダゾール、4-メチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、2,4-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、4-メチル-2-フェニルイミダゾール等が挙げられる。この中でも、低温硬化性の観点から、イミダゾール系化合物が好ましく、2-エチルイミダゾールがより好ましい。これらのブロック剤は単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 When the blocked polyisocyanate has a heterocycle containing one or more nitrogen atoms, it is preferable that the heterocycle is derived from a compound having a heterocycle containing one or more nitrogen atoms. The compound having a heterocycle containing one or more nitrogen atoms is a blocking agent, and specific examples of such blocking agents include pyrazole-based compounds, triazole-based compounds, and imidazole-based compounds. More specific examples include pyrazole, 3-methylpyrazole, 3,5-dimethylpyrazole, 3,5-dimethyl-1,2,4-triazole, 1,2,4-triazole, 1,2,3-triazole, imidazole, 2-methylimidazole, 4-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-isopropylimidazole, 2,4-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, and 4-methyl-2-phenylimidazole. Among these, from the viewpoint of low-temperature curing, imidazole-based compounds are preferred, and 2-ethylimidazole is more preferred. These blocking agents may be used alone or in combination of two or more.
(ポリイソシアネートの製造方法)
ポリイソシアネートの製造方法について、以下に詳細を説明する。
ポリイソシアネートは、例えば、アロファネート基を形成するアロファネート化反応、ウレトジオン基を形成するウレトジオン化反応、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、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、ウレタン基を形成するウレタン化反応、及び、ビウレット基を形成するビウレット化反応を、過剰のイソシアネートモノマー存在下で一度に製造して、反応終了後に、未反応のイソシアネートモノマーを除去して得ることができる。すなわち、上記反応により得られるポリイソシアネートは、上述のイソシアネートモノマーが複数結合したものであり、且つ、アロファネート基、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基、イソシアヌレート基、ウレタン基及びビウレット基からなる群より選択される1種類以上を有する反応物である。
また、上記の反応を別々に行ない、それぞれ得たポリイソシアネートを特定比率で混合してもよい。
製造の簡便さからは、上記反応を一度に行いポリイソシアネートを得ることが好ましく、各官能基のモル比を自由に調整する観点からは、別々に製造した後に混合することが好ましい。
(Method for producing polyisocyanate)
The method for producing polyisocyanate will be described in detail below.
The polyisocyanate can be obtained by, for example, carrying out an allophanate reaction to form an allophanate group, a uretdione reaction to form a uretdione group, an iminooxadiazinedione reaction to form an iminooxadiazinedione group, an isocyanurate reaction to form an isocyanurate group, a urethanization reaction to form a urethane group, and a biuret reaction to form a biuret group all at once in the presence of an excess of isocyanate monomer, and removing the unreacted isocyanate monomer after the reaction is completed. That is, the polyisocyanate obtained by the above reaction is a reaction product in which a plurality of the above-mentioned isocyanate monomers are bonded, and which has one or more types selected from the group consisting of an allophanate group, a uretdione group, an iminooxadiazinedione group, an isocyanurate group, a urethane group, and a biuret group.
Alternatively, the above reactions may be carried out separately and the resulting polyisocyanates may be mixed in a specific ratio.
From the viewpoint of ease of production, it is preferable to carry out the above reaction at one time to obtain a polyisocyanate, and from the viewpoint of freely adjusting the molar ratio of each functional group, it is preferable to produce them separately and then mix them.
例えば、イソシアネートモノマーからイソシアヌレート基を含有するポリイソシアネートを誘導するための触媒としては、一般的に使用されるイソシアヌレート化反応触媒が挙げられる。 For example, a commonly used catalyst for deriving a polyisocyanate containing an isocyanurate group from an isocyanate monomer is an isocyanurate reaction catalyst.
イソシアヌレート化反応触媒としては、特に限定されないが、一般に塩基性を有するものであることが好ましい。イソシアヌレート化反応触媒として具体的には、例えば、以下に示すもの等が挙げられる。
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、テトラブチルアンモニウム等のテトラアルキルアンモニウムのハイドロオキサイド、及び、前記テトラアルキルアンモニウムの酢酸塩、プロピオン酸塩、オクチル酸塩、カプリン酸塩、ミリスチン酸塩、安息香酸塩等の有機弱酸塩。
2)ベンジルトリメチルアンモニウム、トリメチルフェニルアンモニウム等のアリールトリアルキルアンモニウムのハイドロオキサイド、及び、前記アリールトリアルキルアンモニウムの酢酸塩、プロピオン酸塩、オクチル酸塩、カプリン酸塩、ミリスチン酸塩、安息香酸塩等の有機弱酸塩。
3)トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム、トリメ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、トリエチルヒドロキシプロピ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ハイドロオキサイド、及び、前記ヒドロキシアルキルアンモニウムの酢酸塩、プロピオン酸塩、オクチル酸塩、カプリン酸塩、ミリスチン酸塩、安息香酸塩等の有機弱酸塩。
4)酢酸、プロピオン酸、カプロン酸、オクチル酸、カプリン酸、ミリスチン酸等のアルキルカルボン酸の錫、亜鉛、鉛等の金属塩。
5)ナトリウム、カリウム等の金属アルコラート。
6)ヘキサメチレンジシラザン等のアミノシリル基含有化合物。
7)マンニッヒ塩基類。
8)第3級アミン類とエポキシ化合物との混合物。
9)トリブチルホスフィン等の燐系化合物。
The isocyanurate reaction catalyst is not particularly limited, but is preferably a catalyst having basicity in general. Specific examples of the isocyanurate reaction catalyst include the following.
1) Hydroxides of tetraalkylammonium such as tetramethylammonium, tetraethylammonium, and tetrabutylammonium, and organic weak acid salts such as acetates, propionates, octylates, caprates, myristates, and benzoates of the above tetraalkylammonium.
2) Hydroxides of aryltrialkylammonium such as benzyltrimethylammonium and trimethylphenylammonium, and organic weak acid salts such as acetates, propionates, octylates, caprates, myristates, and benzoates of the above aryltrialkylammonium.
3) Hydroxyalkylammonium hydroxides such as trimethylhydroxyethylammonium, trimethylhydroxypropylammonium, triethylhydroxyethylammonium, and triethylhydroxypropylammonium, and organic weak acid salts such as acetates, propionates, octylates, caprates, myristates, and benzoates of the above hydroxyalkylammoniums.
4) Metal salts, such as tin, zinc, lead, etc., of alkyl carboxylic acids, such as acetic acid, propionic acid, caproic acid, octylic acid, capric acid, and myristic acid.
5) Metal alcoholates such as sodium and potassium.
6) Aminosilyl group-containing compounds such as hexamethylenedisilazane.
7) Mannich bases.
8) Mixtures of tertiary amines and epoxy compounds.
9) Phosphorus compounds such as tributylphosphine.
中でも、不要な副生成物を生じさせにくい観点からは、イソシアヌレート化反応触媒としては、4級アンモニウムのハイドロオキサイド又は4級アンモニウムの有機弱酸塩であることが好ましく、テトラアルキルアンモニウムのハイドロオキサイド、テトラアルキルアンモニウムの有機弱酸塩、アリールトリアルキルアンモニウムのハイドロオキサイド、又は、アリールトリアルキルアンモニウムの有機弱酸塩であることがより好ましい。 Among these, from the viewpoint of preventing the generation of unnecessary by-products, the isocyanurate reaction catalyst is preferably a quaternary ammonium hydroxide or an organic weak acid salt of a quaternary ammonium, and more preferably a tetraalkylammonium hydroxide, an organic weak acid salt of a tetraalkylammonium, an aryltrialkylammonium hydroxide, or an organic weak acid salt of an aryltrialkylammonium.
上述したイソシアヌレート化反応触媒の使用量の上限値は、仕込んだイソシアネートモノマーの質量に対して、1000質量ppmであることが好ましく、500質量ppmであることがより好ましく、100質量ppmであることがさらに好ましい。
一方、上述したイソシアヌレート化反応触媒の使用量の下限値は、特別な限定はないが、例えば、10質量ppmであってもよい。
The upper limit of the amount of the isocyanurate reaction catalyst used is preferably 1000 ppm by mass, more preferably 500 ppm by mass, and even more preferably 100 ppm by mass, based on the mass of the charged isocyanate monomer.
On the other hand, the lower limit of the amount of the isocyanurate reaction catalyst used is not particularly limited, and may be, for example, 10 ppm by mass.
イソシアヌレート化反応温度としては、50℃以上120℃以下であることが好ましく、55℃以上90℃以下であることがより好ましい。イソシアヌレート化反応温度が上記上限値以下であることによって、ポリイソシアネートの着色等をより効果的に抑制できる傾向にある。 The isocyanurate reaction temperature is preferably 50°C or higher and 120°C or lower, and more preferably 55°C or higher and 90°C or lower. By keeping the isocyanurate reaction temperature below the upper limit, coloration of the polyisocyanate tends to be more effectively suppressed.
所望の転化率(仕込んだイソシアネートモノマーの質量に対する、イソシアヌレート化反応で生成したポリイソシアネートの質量の割合)になった時点で、イソシアヌレート化反応を、酸性化合物(例えば、リン酸、酸性リン酸エステル等)の添加によって停止する。
なお、ポリイソシアネートを得るためには、反応の進行を初期で停止する必要がある。しかしながら、イソシアヌレート化反応は、初期の反応速度が非常に速いため、反応の進行を初期で停止することに困難が伴い、反応条件、特に触媒の添加量及び添加方法は慎重に選択する必要がある。例えば、触媒の一定時間毎の分割添加方法等が好適なものとして推奨される。
When a desired conversion rate (the ratio of the mass of polyisocyanate produced in the isocyanuration reaction to the mass of the charged isocyanate monomer) is reached, the isocyanuration reaction is stopped by adding an acidic compound (e.g., phosphoric acid, an acidic phosphoric acid ester, etc.).
In order to obtain polyisocyanate, it is necessary to stop the reaction at an early stage. However, since the reaction rate of the isocyanurate reaction is very fast at the early stage, it is difficult to stop the reaction at an early stage, and therefore the reaction conditions, particularly the amount and method of adding the catalyst, must be carefully selected. For example, a method of adding the catalyst in portions at regular intervals is recommended as a suitable method.
したがって、ポリイソシアネートを得るためのイソシアヌレート化反応の転化率は、10%以上60%以下であることが好ましく、15%以上55%以下であることがより好ましく、20%以上50%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の転化率が上記上限値以下であることによって、ブロックポリイソシアネート成分をより低粘度とすることができる。また、イソシアヌレート化反応の転化率が上記下限値以上であることによって、反応停止操作をより容易に行うことができる。
Therefore, the conversion rate of the isocyanurate reaction to obtain a polyisocyanate is preferably 10% or more and 60% or less, more preferably 15% or more and 55% or less, and even more preferably 20% or more and 50% or less.
By setting the conversion rate of the isocyanurate reaction to the upper limit or less, the viscosity of the blocked polyisocyanate component can be made lower. By setting the conversion rate of the isocyanurate reaction to the lower limit or more, the reaction terminating operation can be more easily carried out.
また、イソシアヌレート基を含有するポリイソシアネートを誘導する際に、上記イソシアネートモノマー以外に1価以上6価以下のアルコールを用いることができる。
使用することのできる1価以上6価以下のアルコールとしては、例えば、非重合性アルコール、重合性アルコールが挙げられる。ここでいう「非重合性アルコール」とは、重合性基を有さないアルコールを意味する。一方、「重合性アルコール」とは、重合性基及び水酸基を有する単量体を重合して得られるアルコールを意味する。
When deriving a polyisocyanate containing an isocyanurate group, a monohydric to hexahydric alcohol can be used in addition to the above-mentioned isocyanate monomer.
Examples of alcohols having a valence of 1 to 6 that can be used include non-polymerizable alcohols and polymerizable alcohols. The term "non-polymerizable alcohol" used herein means an alcohol that does not have a polymerizable group. On the other hand, the term "polymerizable alcohol" means an alcohol obtained by polymerizing a monomer having a polymerizable group and a hydroxyl group.
非重合性アルコールとしては、例えば、モノアルコール類、ジオール類、トリオール類、テトラオール類等の多価アルコールが挙げられる。
モノアルコール類としては、例えば、メタノール、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、イソブタノール、sec-ブタノール、n-ペンタノール、n-ヘキサノール、n-オクタノール、n-ノナノール、2-エチルブタノール、2,2-ジメチルヘキサノール、2-エチルヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、エチルシクロヘキサノール等が挙げられる。
Examples of the non-polymerizable alcohol include polyhydric alcohols such as monoalcohols, diols, triols, and tetraols.
Examples of monoalcohols include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol, n-pentanol, n-hexanol, n-octanol, n-nonanol, 2-ethylbutanol, 2,2-dimethylhexanol, 2-ethylhexanol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, and ethylcyclohexanol.
ジオール類としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、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が挙げられる。 Examples of diols include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 2-methyl-1,2-propanediol, 1,5-pentanediol, 2-methyl-2,3-butanediol, Examples include hexanediol, 1,6-hexanediol, 1,2-hexanediol, 2,5-hexanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2,3-dimethyl-2,3-butanediol, 2-ethyl-hexanediol, 1,2-octanediol, 1,2-decanediol, 2,2,4-trimethylpentanediol, 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol, and 2,2-diethyl-1,3-propanediol.
トリオール類としては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン等が挙げられる。
テトラオール類としては、例えば、ペンタエリトリトール等が挙げられる。
Examples of triols include glycerin and trimethylolpropane.
An example of the tetraols is pentaerythritol.
重合性アルコールとしては、特に限定されないが、例えば、ポリエステルポリオール類、ポリエーテルポリオール類、アクリルポリオール類、ポリオレフィンポリオール類等が挙げられる。 Polymerizable alcohols include, but are not limited to, polyester polyols, polyether polyols, acrylic polyols, polyolefin polyols, etc.
ポリエステルポリオール類としては、特に限定されないが、例えば、二塩基酸の単独又は混合物と、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生成物が挙げられる。
二塩基酸としては、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、テレフタル酸等のカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の二塩基酸が挙げられる。
The polyester polyols are not particularly limited, but examples thereof include products obtained by a condensation reaction between a dibasic acid alone or a mixture of dibasic acids and a polyhydric alcohol alone or a mixture of polyhydric alcohols.
The dibasic acid is not particularly limited, but examples thereof include at least one dibasic acid selected from the group consisting of carboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, sebacic acid, dimer acid, maleic anhydride, phthalic anhydride, isophthalic acid, and terephthalic acid.
多価アルコールとしては、特に限定されないが、例えば、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、グリセリンからなる群より選ばれる少なくとも1種の多価アルコールが挙げられる。
また、ポリエステルポリオール類としては、例えば、上記多価アルコールを用いて、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等が挙げられる。
The polyhydric alcohol is not particularly limited, but examples thereof include at least one polyhydric alcohol selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, neopentyl glycol, trimethylolpropane, and glycerin.
Examples of polyester polyols include polycaprolactones obtained by ring-opening polymerization of ε-caprolactone using the above polyhydric alcohols.
ポリエーテルポリオール類としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属の水酸化物、又は、強塩基性触媒を使用して、多価アルコールの単独又は混合物に、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、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類、上記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。
アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。
強塩基性触媒としては、例えば、アルコラート、アルキルアミン等が挙げられる。
多価アルコールとしては、上記ポリエステルポリオール類において例示されたものと同様のものが挙げられる。
アルキレンオキサイドとしては、例えば、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が挙げられる。
ポリアミン化合物としては、例えば、エチレンジアミン類等が挙げられる。
The polyether polyols are not particularly limited, but examples thereof include polyether polyols obtained by adding an alkylene oxide or a mixture of an alkylene oxide to a polyhydric alcohol or a mixture of an alkylene oxide using an alkali metal hydroxide or a strong basic catalyst, polyether polyols obtained by reacting an alkylene oxide with a polyamine compound, and so-called polymer polyols obtained by polymerizing acrylamide or the like using the above-mentioned polyethers as a medium.
Examples of the alkali metal include lithium, sodium, and potassium.
Examples of the strong basic catalyst include alcoholates and alkylamines.
Examples of the polyhydric alcohol include the same ones as those exemplified for the polyester polyols above.
Examples of the alkylene oxide include ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, cyclohexene oxide, and styrene oxide.
Examples of the polyamine compound include ethylenediamines.
アクリルポリオール類としては、特に限定されないが、例えば、水酸基を有するエチレン性不飽和結合含有単量体の単独又は混合物と、これと共重合可能な他のエチレン性不飽和結合含有単量体の単独又は混合物とを共重合したものが挙げられる。 The acrylic polyols are not particularly limited, but examples include copolymers of a single or mixture of ethylenically unsaturated bond-containing monomers having a hydroxyl group and a single or mixture of other ethylenically unsaturated bond-containing monomers copolymerizable therewith.
水酸基を有するエチレン性不飽和結合含有単量体としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリル酸ヒドロキシブチル、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、メタクリル酸ヒドロキシブチル等が挙げられる。
水酸基を有するエチレン性不飽和結合含有単量体と共重合可能な他のエチレン性不飽和結合含有単量体としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、不飽和カルボン酸、不飽和アミド、ビニル系単量体、加水分解性シリル基を有するビニル系単量体が挙げられる。
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、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸-n-ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸-n-ヘキシル、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、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニル等が挙げられる。
The ethylenically unsaturated bond-containing monomer having a hydroxyl group is not particularly limited, but examples thereof include hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxybutyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, and hydroxybutyl methacrylate.
The other ethylenically unsaturated bond-containing monomer copolymerizable with the ethylenically unsaturated bond-containing monomer having a hydroxyl group is not particularly limited, and examples thereof include acrylic acid esters, methacrylic acid esters, unsaturated carboxylic acids, unsaturated amides, vinyl-based monomers, and vinyl-based monomers having a hydrolyzable silyl group.
Examples of acrylic esters include methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-hexyl acrylate, cyclohexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl acrylate, benzyl acrylate, and phenyl acrylate.
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、メタクリル酸プロピル、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、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸-2-エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル等が挙げられる。
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。
Examples of methacrylic acid esters include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, lauryl methacrylate, benzyl methacrylate, and phenyl methacrylate.
Examples of the unsaturated carboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, and itaconic acid.
不飽和アミドとしては、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N-メチレンビスアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、マレイン酸アミド、マレイミド等が挙げられる。 Examples of unsaturated amides include acrylamide, methacrylamide, N,N-methylenebisacrylamide, diacetone acrylamide, diacetone methacrylamide, maleic acid amide, and maleimide.
ビニル系単量体としては、例えば、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、フマル酸ジブチル等が挙げられる。
加水分解性シリル基を有するビニル系単量体としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、γ-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
Examples of the vinyl monomer include glycidyl methacrylate, styrene, vinyl toluene, vinyl acetate, acrylonitrile, and dibutyl fumarate.
Examples of vinyl monomers having a hydrolyzable silyl group include vinyltrimethoxysilane, vinylmethyldimethoxysilane, and γ-(meth)acryloxypropyltrimethoxysilane.
ポリオレフィンポリオール類としては、例えば、末端水酸基化ポリブタジエン及びその水素添加物等が挙げられる。 Examples of polyolefin polyols include hydroxyl-terminated polybutadiene and its hydrogenated products.
アロファネート化反応、ウレトジオン化反応、イミノオキサジアジンジオン化反応、イソシアヌレート化反応、ウレタン化反応、及び、ビウレット化反応は、それぞれ逐次行ってもよく、そのいくつかを並行して行ってもよい。
反応終了後の反応液から、未反応イソシアネートモノマーを薄膜蒸留、抽出等により除去し、ポリイソシアネートを得ることができる。
The allophanate formation reaction, the uretdione formation reaction, the iminooxadiazinedione formation reaction, the isocyanurate formation reaction, the urethanization reaction, and the biuret formation reaction may each be carried out successively, or some of them may be carried out in parallel.
After the reaction is completed, unreacted isocyanate monomer can be removed from the reaction solution by thin-film distillation, extraction, or the like to obtain a polyisocyanate.
また、得られたポリイソシアネートに対して、例えば、貯蔵時の着色を抑制する目的で、酸化防止剤や紫外線吸収剤を添加してもよい。
酸化防止剤としては、例えば、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール等のヒンダードフェノール等が挙げられる。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。これら酸化防止剤や紫外線吸収剤は、1種を単独又は2種以上を併用してもよい。これらの添加量は、ポリイソシアネートの質量に対して、10質量ppm以上500質量ppm以下であることが好ましい。
Furthermore, an antioxidant or an ultraviolet absorber may be added to the obtained polyisocyanate, for example, for the purpose of suppressing coloration during storage.
Examples of the antioxidant include hindered phenols such as 2,6-di-tert-butyl-p-cresol. Examples of the ultraviolet absorber include benzotriazole and benzophenone. These antioxidants and ultraviolet absorbers may be used alone or in combination of two or more. The amount of these added is preferably 10 ppm by mass or more and 500 ppm by mass or less based on the mass of the polyisocyanate.
(ポリイソシアネートの平均イソシアネート官能基数)
ポリイソシアネートの平均イソシアネート官能基数は、樹脂膜としたときの低温硬化性を高める点で、2.0以上であることが好ましく、樹脂膜としたときの低温硬化性、及び、多価アルコール化合物との相溶性の両立の観点から、3.0以上がより好ましく、4.6以上20以下がさらに好ましく、5以上10以下が特に好ましい。
ポリイソシアネートの平均イソシアネート官能基数は、後述する実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
(Average number of isocyanate functional groups of polyisocyanate)
The average number of isocyanate functional groups of the polyisocyanate is preferably 2.0 or more from the viewpoint of improving the low-temperature curing property when formed into a resin film, and from the viewpoint of achieving both the low-temperature curing property when formed into a resin film and compatibility with a polyhydric alcohol compound, it is more preferably 3.0 or more, further preferably 4.6 or more and 20 or less, and particularly preferably 5 or more and 10 or less.
The average number of isocyanate functional groups of the polyisocyanate can be measured by the method described in the Examples below.
[ブロック剤]
ブロック剤としては、マロン酸ジエステル化合物、または、窒素を1つ以上含有する複素環を有する化合物が好ましい。これらのブロック剤は単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[Blocking agent]
As the blocking agent, a malonic acid diester compound or a compound having a heterocycle containing one or more nitrogen atoms is preferable. These blocking agents may be used alone or in combination of two or more kinds.
マロン酸ジエステルとしては、特に限定はないが、2級アルキル基を有するマロン酸ジエステル又は1級アルキル基を有するマロン酸ジエステル、及び、3級アルキル基を有するマロン酸ジエステルを含むことが好ましく、2級アルキル基を有するマロン酸ジエステル及び3級アルキル基を有するマロン酸ジエステルを含むことがより好ましい。ブロック剤は、2級アルキル基を有するマロン酸ジエステル、1級アルキル基を有するマロン酸ジエステル、及び3級アルキル基を有するマロン酸ジエステルをそれぞれ1種類含んでもよく、2種以上組み合わせて含んでもよい。 The malonic acid diester is not particularly limited, but preferably includes a malonic acid diester having a secondary alkyl group or a malonic acid diester having a primary alkyl group, and a malonic acid diester having a tertiary alkyl group, and more preferably includes a malonic acid diester having a secondary alkyl group and a malonic acid diester having a tertiary alkyl group. The blocking agent may include one type each of a malonic acid diester having a secondary alkyl group, a malonic acid diester having a primary alkyl group, and a malonic acid diester having a tertiary alkyl group, or may include a combination of two or more types.
1級アルキル基を有するマロン酸ジエステルとしては、例えば、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジプロピル、マロン酸ジブチル、マロン酸ジシクロヘキシル、マロン酸ジフェニル等が挙げられる。中でも、1級アルキル基を有するマロン酸ジエステルとしては、マロン酸ジエチルが好ましい。 Examples of malonic acid diesters having a primary alkyl group include dimethyl malonate, diethyl malonate, dipropyl malonate, dibutyl malonate, dicyclohexyl malonate, and diphenyl malonate. Among these, diethyl malonate is preferred as a malonic acid diester having a primary alkyl group.
2級アルキル基を有するマロン酸ジエステルとしては、例えば、マロン酸ジ-sec-ブチル、マロン酸ジイソプロピル、マロン酸イソプロピルエチル等が挙げられる。中でも、2級アルキル基を有するマロン酸ジエステルとしては、マロン酸ジイソプロピルが好ましい。 Examples of malonic acid diesters having a secondary alkyl group include di-sec-butyl malonate, diisopropyl malonate, and isopropylethyl malonate. Among these, diisopropyl malonate is preferred as a malonic acid diester having a secondary alkyl group.
3級アルキル基を有するマロン酸ジエステルとしては、例えば、マロン酸ジ-tert-ブチル、マロン酸ジ(2-メチル-2-ブチル)、マロン酸ジ(2-メチル-2-ペンチル)、マロン酸(tert-ブチル)エチル、マロン酸(2-メチル-2ーブチル)エチル、マロン酸(2-メチル-2-ブチル)イソプロピル、マロン酸(2-メチル-2-ペンチル)エチル、マロン酸(2-メチル-2-ペンチル)イソプロピル、マロン酸(2-メチル-2-ペンチル)ヘキシルイソプロピル等が挙げられる。中でも、マロン酸ジ(2-メチル-2-ブチル)、マロン酸ジ(2-メチル-2-ペンチル)、マロン酸(2-メチル-2-ブチル)イソプロピル、マロン酸(2-メチル-2-ペンチル)エチル、マロン酸(2-メチル-2-ペンチル)イソプロピルが好ましく、マロン酸(2-メチル-2-ブチル)エチル、マロン酸(2-メチル-2-ブチル)イソプロピル、マロン酸(2-メチル-2-ペンチル)エチル、マロン酸(2-メチル-2-ペンチル)ヘキシルイソプロピルが好ましく、あるいは、3マロン酸ジ-tert-ブチル、マロン酸(2-メチル-2-ブチル)イソプロピル、又はマロン酸(2-メチル-2-ペンチル)イソプロピルが好ましい。
3級アルキル基を有するマロン酸ジエステルは、市販のものを使用してもよく、或いは、参考文献1(特開平11-130728号)の方法を用いて、合成したものを使用してもよい。
Examples of malonic acid diesters having a tertiary alkyl group include di-tert-butyl malonate, di(2-methyl-2-butyl) malonate, di(2-methyl-2-pentyl) malonate, (tert-butyl)ethyl malonate, (2-methyl-2-butyl)ethyl malonate, (2-methyl-2-butyl)isopropyl malonate, (2-methyl-2-pentyl)ethyl malonate, (2-methyl-2-pentyl)isopropyl malonate, and (2-methyl-2-pentyl)hexylisopropyl malonate. Among these, di(2-methyl-2-butyl) malonate, di(2-methyl-2-pentyl) malonate, (2-methyl-2-butyl) isopropyl malonate, (2-methyl-2-pentyl) ethyl malonate, and (2-methyl-2-pentyl) isopropyl malonate are preferred, and (2-methyl-2-butyl) ethyl malonate, (2-methyl-2-butyl) isopropyl malonate, (2-methyl-2-pentyl) ethyl malonate, and (2-methyl-2-pentyl) hexyl isopropyl malonate are preferred, or di-tert-butyl 3 malonate, (2-methyl-2-butyl) isopropyl malonate, or (2-methyl-2-pentyl) isopropyl malonate are preferred.
The malonic acid diester having a tertiary alkyl group may be a commercially available product, or may be synthesized by the method described in Reference 1 (JP-A-11-130728).
中でも、入手容易性や得られるブロックポリイソシアネート組成物の粘度、硬化温度及び硬化時間、さらには、樹脂膜の80℃以下程度の低温での硬化性に特に優れることから、マロン酸ジエステル化合物は、マロン酸ジイソプロピル又はマロン酸ジ-tert-ブチル、マロン酸(2-メチル-2-ブチル)イソプロピル、マロン酸(2-メチル-2-ペンチル)イソプロピルが特に好ましい。 Among these, the malonic acid diester compounds diisopropyl malonate, di-tert-butyl malonate, (2-methyl-2-butyl) isopropyl malonate, and (2-methyl-2-pentyl) isopropyl malonate are particularly preferred because of their ease of availability, the viscosity of the resulting blocked polyisocyanate composition, the curing temperature and curing time, and the curing properties of the resin film at low temperatures of about 80°C or less.
窒素を1つ以上含有する複素環を有する化合物としては上記≪ブロックポリイソシアネート組成物≫において説明した窒素を1つ以上含有する複素環を用いることができる。 As a compound having a heterocycle containing one or more nitrogen atoms, the heterocycle containing one or more nitrogen atoms described above in the section on "Blocked polyisocyanate composition" can be used.
(その他ブロック剤)
ブロックポリイソシアネートの製造に用いられるブロック剤は、マロン酸ジエステルと窒素を1つ以上含有する複素環を有する化合物以外に、樹脂組成物としたときの貯蔵安定性及び樹脂膜としたときの低温硬化性を阻害しない範囲内で、さらに、他のブロック剤を含んでもよい。
(Other blocking agents)
The blocking agent used in the production of the blocked polyisocyanate may further contain other blocking agents in addition to the malonic acid diester and the compound having a heterocycle containing one or more nitrogen atoms, within the range that does not impair the storage stability when made into a resin composition and the low-temperature curing property when made into a resin film.
他のブロック剤としては、例えば、1)アルコール系化合物、2)アルキルフェノール系化合物、3)フェノール系化合物、4)2級アルキル基を有するマロン酸エステル及び3級アルキル基を有するマロン酸ジエステル以外の活性メチレン系化合物、5)メルカプタン系化合物、6)酸アミド系化合物、7)酸イミド系化合物、8)尿素系化合物、9)オキシム系化合物、10)アミン系化合物、11)イミド系化合物、12)重亜硫酸塩等が挙げられる。ブロック剤としてより具体的には、以下に示すもの等が挙げられる。 Other blocking agents include, for example, 1) alcohol-based compounds, 2) alkylphenol-based compounds, 3) phenol-based compounds, 4) active methylene-based compounds other than malonic acid esters having a secondary alkyl group and malonic acid diesters having a tertiary alkyl group, 5) mercaptan-based compounds, 6) acid amide-based compounds, 7) acid imide-based compounds, 8) urea-based compounds, 9) oxime-based compounds, 10) amine-based compounds, 11) imide-based compounds, 12) bisulfites, etc. More specifically, the following blocking agents can be used:
1)アルコール系化合物:メタノール、エタノール、2-プロパノール、n-ブタノール、sec-ブタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、2-メトキシエタノール、2-エトカシエタノール、2-ブトキシエタノール等のアルコール類。
2)アルキルフェノール系化合物:炭素原子数4以上のアルキル基を置換基として有するモノ及びジアルキルフェノール類。アルキルフェノール系化合物として具体的には、例えば、n-プロピルフェノール、iso-プロピルフェノール、n-ブチルフェノール、SeC-ブチルフェノール、tert-ブチルフェノール、n-ヘキシルフェノール、2-エチルヘキシルフェノール、n-オクチルフェノール、n-ノニルフェノール等のモノアルキルフェノール類;ジ-n-プロピルフェノール、ジイソプロピルフェノール、イソプロピルクレゾール、ジ-n-ブチルフェノール、ジ-tert-ブチルフェノール、ジ-SeC-ブチルフェノール、ジ-n-オクチルフェノール、ジ-2-エチルヘキシルフェノール、ジ-n-ノニルフェノール等のジアルキルフェノール類。
1) Alcohol compounds: alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, n-butanol, sec-butanol, 2-ethyl-1-hexanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, and 2-butoxyethanol.
2) Alkylphenol compounds: mono- and di-alkylphenols having an alkyl group having 4 or more carbon atoms as a substituent. Specific examples of the alkylphenol compounds include monoalkylphenols such as n-propylphenol, iso-propylphenol, n-butylphenol, Se-butylphenol, tert-butylphenol, n-hexylphenol, 2-ethylhexylphenol, n-octylphenol, and n-nonylphenol; and dialkylphenols such as di-n-propylphenol, diisopropylphenol, isopropyl cresol, di-n-butylphenol, di-tert-butylphenol, di-Se-butylphenol, di-n-octylphenol, di-2-ethylhexylphenol, and di-n-nonylphenol.
3)フェノール系化合物:フェノール、クレゾール、エチルフェノール、スチレン化フェノール、ヒドロキシ安息香酸エステル等。
4)活性メチレン系化合物:アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、イソブタノイル酢酸メチル、イソブタノイル酢酸エチル、アセチルアセトン等。
5)メルカプタン系化合物:ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン等
6)酸アミド系化合物:アセトアニリド、酢酸アミド、C-カプロラクタム、8-バレロラクタム、γ-ブチロラクタム等。
7)酸イミド系化合物:コハク酸イミド、マレイン酸イミド等。
8)尿素系化合物:尿素、チオ尿素、エチレン尿素等。
3) Phenolic compounds: phenol, cresol, ethylphenol, styrenated phenol, hydroxybenzoic acid esters, etc.
4) Active methylene compounds: methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, methyl isobutanoylacetate, ethyl isobutanoylacetate, acetylacetone, etc.
5) Mercaptan compounds: butyl mercaptan, dodecyl mercaptan, etc. 6) Acid amide compounds: acetanilide, acetic acid amide, C-caprolactam, 8-valerolactam, γ-butyrolactam, etc.
7) Acid imide compounds: succinimide, maleimide, etc.
8) Urea compounds: urea, thiourea, ethyleneurea, etc.
9)オキシム系化合物:ホルムアルドオキシム、アセトアルドオキシム、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサノンオキシム等。
10)アミン系化合物:ジフェニルアミン、アニリン、カルバゾール、ジ-n-プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、イソプロピルエチルアミン等。
11)イミン系化合物:エチレンイミン、ポリエチレンイミン等。
12)重亜硫酸塩化合物:重亜硫酸ソーダ等。
9) Oxime compounds: formaldoxime, acetaldoxime, acetoxime, methyl ethyl ketoxime, cyclohexanone oxime, etc.
10) Amine compounds: diphenylamine, aniline, carbazole, di-n-propylamine, diisopropylamine, isopropylethylamine, etc.
11) Imine compounds: ethyleneimine, polyethyleneimine, etc.
12) Bisulfite compounds: sodium bisulfite, etc.
[親水性化合物]
本実施形態の水系塗料組成物に含まれるブロックポリイソシアネートは、その一部又は全部が親水性化合物から誘導される構造単位を有してもよい。
すなわち、本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物に含まれるブロックポリイソシアネートは、その一部又は全部が親水性ブロックポリイソシアネートであってもよい。
[Hydrophilic Compound]
The blocked polyisocyanate contained in the aqueous coating composition of this embodiment may have structural units, some or all of which are derived from a hydrophilic compound.
That is, a part or all of the blocked polyisocyanate contained in the blocked polyisocyanate composition of the present embodiment may be a hydrophilic blocked polyisocyanate.
ポリイソシアネートのイソシアネート基の総モル量に対する前記親水性化合物により変性されたイソシアネート基の割合は、原料であるポリイソシアネートのイソシアネート基100モル%に対して、親水性化合物によって変性されたイソシアネート基の割合(以下、「変性率」と称する場合がある)ということもでき、親水性基が導入されたイソシアネート基及び前記親水性基が導入されていないイソシアネート基の総モル量に対する前記親水性基が導入されたイソシアネート基の割合ということもできる。 The ratio of isocyanate groups modified by the hydrophilic compound to the total molar amount of isocyanate groups in the polyisocyanate can also be referred to as the ratio of isocyanate groups modified by the hydrophilic compound to 100 mol% of isocyanate groups in the raw material polyisocyanate (hereinafter sometimes referred to as the "modification rate"), and can also be referred to as the ratio of isocyanate groups to which a hydrophilic group has been introduced to the total molar amount of isocyanate groups to which a hydrophilic group has been introduced and isocyanate groups to which a hydrophilic group has not been introduced.
変性率は、0.1mol%以上50mol%以下であり、0.1mol%以上40mol%以下が好ましく、0.1mol%以上35mol%以下がより好ましい。変性率が上記範囲内であることで、水分散性が良好であり、且つ、樹脂膜としたときの硬度に優れる。 The modification rate is 0.1 mol% or more and 50 mol% or less, preferably 0.1 mol% or more and 40 mol% or less, and more preferably 0.1 mol% or more and 35 mol% or less. When the modification rate is within the above range, the water dispersibility is good and the hardness when made into a resin film is excellent.
親水性化合物は、1つのイソシアネート基と反応するために、ポリイソシアネートが有するイソシアネート基と反応するための活性水素基を、親水性化合物1分子に対して、1つ以上有することが好ましい。活性水素基として、具体的には、水酸基、メルカプト基、カルボン酸基、アミノ基、チオール基が挙げられる。 In order for the hydrophilic compound to react with one isocyanate group, it is preferable that the hydrophilic compound has one or more active hydrogen groups per molecule of the hydrophilic compound to react with the isocyanate group of the polyisocyanate. Specific examples of active hydrogen groups include hydroxyl groups, mercapto groups, carboxylic acid groups, amino groups, and thiol groups.
親水性基としては、ノニオン性親水性基、カチオン性親水性基、アニオン性親水性基が挙げられる。これら親水性基は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、親水性基としては、入手容易性及び配合物との電気的な相互作用を受けにくいという観点で、ノニオン性親水性基が好ましく、得られる樹脂膜の硬度の低下を抑制する観点で、アニオン性親水性基が好ましい。 Examples of hydrophilic groups include nonionic hydrophilic groups, cationic hydrophilic groups, and anionic hydrophilic groups. These hydrophilic groups may be used alone or in combination of two or more. Among them, nonionic hydrophilic groups are preferred as hydrophilic groups from the viewpoints of availability and resistance to electrical interaction with the compound, and anionic hydrophilic groups are preferred from the viewpoint of suppressing a decrease in the hardness of the resulting resin film.
ノニオン性親水性基を有する親水性化合物として、具体的には、モノアルコール、アルコールの水酸基にエチレンオキサイドを付加した化合物が挙げられる。モノアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール等が挙げられる。アルコールの水酸基にエチレンオキサイドを付加した化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。これらノニオン性親水性基を有する親水性化合物は、イソシアネート基と反応する活性水素基も有する。 Specific examples of hydrophilic compounds having a nonionic hydrophilic group include monoalcohols and compounds in which ethylene oxide is added to the hydroxyl group of an alcohol. Examples of monoalcohols include methanol, ethanol, and butanol. Examples of compounds in which ethylene oxide is added to the hydroxyl group of an alcohol include ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, and polyethylene glycol monomethyl ether. These hydrophilic compounds having a nonionic hydrophilic group also have an active hydrogen group that reacts with an isocyanate group.
エチレンオキサイドを付加した化合物のエチレンオキサイドの付加数としては、4以上30以下が好ましく、4以上20以下がより好ましい。エチレンオキサイドの付加数が上記下限値以上であることで、ブロックポリイソシアネート組成物に水分散性をより効果的に付与できる傾向にあり、エチレンオキサイドの付加数が上記上限値以下であることで、低温貯蔵時にブロックポリイソシアネート組成物の析出物がより発生しにくい傾向にある。
中でも、ノニオン性親水性基を有する親水性化合物としては、少ない使用量でブロックポリイソシアネート組成物の水分散性を向上できることから、モノアルコールが好ましい。
The number of ethylene oxide additions in the ethylene oxide-added compound is preferably from 4 to 30, and more preferably from 4 to 20. When the number of ethylene oxide additions is equal to or more than the above lower limit, water dispersibility tends to be more effectively imparted to the blocked polyisocyanate composition, and when the number of ethylene oxide additions is equal to or less than the above upper limit, the blocked polyisocyanate composition tends to be less prone to precipitate during low-temperature storage.
Among these, as the hydrophilic compound having a nonionic hydrophilic group, a monoalcohol is preferred since it can improve the water dispersibility of the blocked polyisocyanate composition with a small amount used.
ブロックポリイソシアネートに付加されるノニオン性親水性基の量(以下、「ノニオン性親水性基の含有量」と称する場合がある)の下限値は、ブロックポリイソシアネート組成物の水分散安定性の観点から、ブロックポリイソシアネート組成物の固形分の質量に対して、1質量%が好ましく、2質量%がより好ましく、3質量%がさらに好ましく、4質量%が特に好ましい。 From the viewpoint of the aqueous dispersion stability of the blocked polyisocyanate composition, the lower limit of the amount of nonionic hydrophilic groups added to the blocked polyisocyanate (hereinafter, sometimes referred to as the "content of nonionic hydrophilic groups") is preferably 1 mass %, more preferably 2 mass %, even more preferably 3 mass %, and particularly preferably 4 mass %, based on the mass of the solid content of the blocked polyisocyanate composition.
また、ノニオン性親水性基の含有量の上限値は、得られる樹脂膜の耐水性及び硬度の観点から、ブロックポリイソシアネート組成物の固形分の質量に対して、30質量%が好ましく、20質量%がより好ましく、18質量%がさらに好ましく、15質量%が特に好ましい。 The upper limit of the content of nonionic hydrophilic groups is preferably 30% by mass, more preferably 20% by mass, even more preferably 18% by mass, and particularly preferably 15% by mass, based on the mass of the solid content of the blocked polyisocyanate composition, from the viewpoint of the water resistance and hardness of the resulting resin film.
すなわち、ノニオン性親水性基の含有量は、ブロックポリイソシアネート組成物の不揮発分の質量に対して、1質量%以上30質量%以下が好ましく、2質量%以上20質量%以下がより好ましく、3質量%以上18質量%以下がさらに好ましく、4質量%以上15質量%以下が特に好ましい。
ノニオン性親水性基の含有量が上記範囲内であることにより、水系塗料組成物がより水に分散し、得られる樹脂膜の耐水性が向上する傾向にある。
That is, the content of the nonionic hydrophilic group is preferably 1 mass % or more and 30 mass % or less, more preferably 2 mass % or more and 20 mass % or less, even more preferably 3 mass % or more and 18 mass % or less, and particularly preferably 4 mass % or more and 15 mass % or less, relative to the mass of the non-volatile content of the blocked polyisocyanate composition.
By ensuring that the content of nonionic hydrophilic groups is within the above range, the water-based coating composition disperses better in water, and the water resistance of the resulting resin film tends to be improved.
(カチオン性親水性基を有する親水性化合物)
カチオン性親水性基を有する親水性化合物として、具体的には、カチオン性親水性基と活性水素基とを併せて有する化合物が挙げられる。また、グリシジル基等の活性水素基を有する化合物と、スルフィド、ホスフィン等のカチオン性親水性基を有する化合物を併せて、親水性化合物としてもよい。
この場合は、予め、イソシアネート基を有する化合物と活性水素基を有する化合物を反応させ、グリシジル基等の官能基を付加し、その後、スルフィド、ホスフィン等の化合物を反応させる。製造の容易性の観点からは、カチオン性親水性基と活性水素基とを併せて有する化合物が好ましい。
(Hydrophilic Compound Having a Cationic Hydrophilic Group)
As the hydrophilic compound having a cationic hydrophilic group, specifically, a compound having both a cationic hydrophilic group and an active hydrogen group can be mentioned.Also, a compound having an active hydrogen group such as a glycidyl group and a compound having a cationic hydrophilic group such as a sulfide or phosphine can be used as the hydrophilic compound.
In this case, a compound having an isocyanate group is reacted with a compound having an active hydrogen group in advance to add a functional group such as a glycidyl group, and then a compound such as a sulfide, a phosphine, etc. is reacted. From the viewpoint of ease of production, a compound having both a cationic hydrophilic group and an active hydrogen group is preferred.
カチオン性親水性基と活性水素基とを併せて有する化合物として、具体的には、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等が挙げられる。また、これらの化合物を用いて付加された三級アミノ基は、例えば、硫酸ジメチル、硫酸ジエチルで四級化することもできる。 Specific examples of compounds having both a cationic hydrophilic group and an active hydrogen group include dimethylethanolamine, diethylethanolamine, diethanolamine, and methyldiethanolamine. Tertiary amino groups added using these compounds can also be quaternized with, for example, dimethyl sulfate or diethyl sulfate.
カチオン性親水性基を有する親水性化合物とポリイソシアネートとの反応は、溶剤の存在下で反応させることができる。この場合の溶剤は、活性水素基を含まないものが好ましく、具体的には、例えば、酢酸エチル、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ジメチルエーテル等が挙げられる。 The reaction between the hydrophilic compound having a cationic hydrophilic group and the polyisocyanate can be carried out in the presence of a solvent. In this case, the solvent is preferably one that does not contain an active hydrogen group, and specific examples include ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, and dipropylene glycol dimethyl ether.
ブロックポリイソシアネートに付加されたカチオン性親水性基は、アニオン性基を有する化合物で中和されることが好ましい。このアニオン性基として、具体的には、例えば、カルボキシ基、スルホン酸基、燐酸基、ハロゲン基、硫酸基等が挙げられる。
カルボキシル基を有する化合物として、具体的には、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸等が挙げられる。
スルホン酸基を有する化合物として、具体的には、例えば、エタンスルホン酸等が挙げられる。
燐酸基を有する化合物として、具体的には、例えば、燐酸、酸性燐酸エステル等が挙げられる。
ハロゲン基を有する化合物として、具体的には、例えば、塩酸等が挙げられる。
硫酸基を有する化合物として、具体的には、例えば、硫酸等が挙げられる。
中でも、アニオン性基を有する化合物としては、カルボキシル基を有する化合物が好ましく、酢酸、プロピオン酸又は酪酸がより好ましい。
The cationic hydrophilic group added to the blocked polyisocyanate is preferably neutralized with a compound having an anionic group, such as a carboxy group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a halogen group, or a sulfate group.
Specific examples of compounds having a carboxyl group include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, and lactic acid.
A specific example of a compound having a sulfonic acid group is ethanesulfonic acid.
Specific examples of compounds having a phosphoric acid group include phosphoric acid and acidic phosphate esters.
A specific example of the compound having a halogen group is hydrochloric acid.
Specific examples of compounds having a sulfate group include sulfuric acid.
Among them, as the compound having an anionic group, a compound having a carboxyl group is preferable, and acetic acid, propionic acid or butyric acid is more preferable.
(アニオン性親水性基を有する親水性化合物)
アニオン性親水性基として、具体的には、カルボキシ基、スルホン酸基、燐酸基、ハロゲン基、硫酸基が挙げられる。
アニオン性親水性基を有する親水性化合物として、具体的には、アニオン性基と活性水素基とを併せて有する化合物が挙げられ、より具体的には、例えば、モノヒドロキシカルボン酸、ポリヒドロキシカルボン酸のカルボキシ基をアニオン性基として有する化合物が挙げられる。
モノヒドロキシカルボン酸としては、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(ヒドロキシピバリン酸)、乳酸等が挙げられる。
(Hydrophilic Compound Having Anionic Hydrophilic Group)
Specific examples of the anionic hydrophilic group include a carboxy group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a halogen group, and a sulfate group.
Specific examples of hydrophilic compounds having an anionic hydrophilic group include compounds having both an anionic group and an active hydrogen group, and more specific examples include compounds having a carboxy group of a monohydroxycarboxylic acid or polyhydroxycarboxylic acid as the anionic group.
Examples of monohydroxycarboxylic acids include 1-hydroxyacetic acid, 3-hydroxypropanoic acid, 12-hydroxy-9-octadecanoic acid, hydroxypivalic acid, and lactic acid.
ポリヒドロキシカルボン酸のカルボキシ基をアニオン性基として有する化合物としては、例えば、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が挙げられる。
また、スルホン酸基と活性水素基とを併せて有する化合物も挙げられ、より具体的には、例えば、イセチオン酸等が挙げられる。
中でも、アニオン性基と活性水素基とを併せて有する化合物としては、ヒドロキシピバル酸又はジメチロールプロピオン酸が好ましい。
Examples of compounds having a carboxy group of a polyhydroxycarboxylic acid as an anionic group include dimethylol acetic acid, 2,2-dimethylol butyric acid, 2,2-dimethylol pentanoic acid, dihydroxysuccinic acid, and dimethylol propionic acid.
Further, compounds having both a sulfonic acid group and an active hydrogen group are also included, and more specifically, for example, isethionic acid is included.
Among these, hydroxypivalic acid or dimethylolpropionic acid is preferred as a compound having both an anionic group and an active hydrogen group.
ブロックポリイソシアネートに付加されたアニオン性親水性基は、塩基性物質であるアミン系化合物で中和することが好ましい。
アミン系化合物として、具体的には、例えば、アンモニア、水溶性アミノ化合物等が挙げられる。
水溶性アミノ化合物として、具体的には、例えば、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、モルホリン等が挙げられる。また、トリエチルアミン、ジメチルエタノールアミン等の第3級アミンも挙げられ、これらを用いることもできる。これらのアミン系化合物は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The anionic hydrophilic group added to the blocked polyisocyanate is preferably neutralized with an amine compound, which is a basic substance.
Specific examples of the amine compound include ammonia and water-soluble amino compounds.
Specific examples of water-soluble amino compounds include monoethanolamine, ethylamine, dimethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, isopropylamine, diisopropylamine, triethanolamine, butylamine, dibutylamine, 2-ethylhexylamine, ethylenediamine, propylenediamine, methylethanolamine, dimethylethanolamine, diethylethanolamine, and morpholine. Tertiary amines such as triethylamine and dimethylethanolamine can also be used. These amine compounds may be used alone or in combination of two or more.
(親水性ポリイソシアネートの製造方法)
親水性ポリイソシアネートの製造方法は、特に限定されないが、(i)イソシアネートモノマーをプレポリマー化した後、得られたプレポリマーと、親水性化合物と、を反応させる方法、或いは、(ii)イソシアネートモノマーと、親水性化合物とを反応させる方法等が挙げられる。中でも、上記(i)の方法が好ましい。
(Method for producing hydrophilic polyisocyanate)
The method for producing the hydrophilic polyisocyanate is not particularly limited, but examples thereof include (i) a method of prepolymerizing an isocyanate monomer and then reacting the resulting prepolymer with a hydrophilic compound, or (ii) a method of reacting an isocyanate monomer with a hydrophilic compound, etc. Among these, the above method (i) is preferred.
プレポリマーと親水性化合物との反応は、有機金属塩、3級アミン系化合物、アルカリ金属のアルコラートを触媒として用いてもよい。前記有機金属塩を構成する金属としては、例えば、錫、亜鉛、鉛等が挙げられる。前記アルカリ金属としては、例えば、ナトリウム等が挙げられる。 The reaction between the prepolymer and the hydrophilic compound may be carried out using an organic metal salt, a tertiary amine compound, or an alcoholate of an alkali metal as a catalyst. Examples of the metal constituting the organic metal salt include tin, zinc, and lead. Examples of the alkali metal include sodium.
プレポリマーと親水性化合物との反応温度は、-20℃以上150℃以下が好ましく、30℃以上130℃以下がより好ましい。反応温度が上記下限値以上であることで、反応性をより高くできる傾向にある。また、反応温度が上記上限値以下であることで、副反応をより効果的に抑制できる傾向にある。 The reaction temperature between the prepolymer and the hydrophilic compound is preferably -20°C or higher and 150°C or lower, and more preferably 30°C or higher and 130°C or lower. When the reaction temperature is equal to or higher than the lower limit, reactivity tends to be increased. Furthermore, when the reaction temperature is equal to or lower than the upper limit, side reactions tend to be suppressed more effectively.
親水性化合物が未反応状態で残存しないよう、完全にプレポリマーと反応させることが好ましい。未反応状態で残存しないことにより、親水性ポリイソシアネートの水分散性をより良好にすることができる。 It is preferable to completely react the hydrophilic compound with the prepolymer so that no unreacted hydrophilic compound remains. By not leaving any unreacted hydrophilic compound, the water dispersibility of the hydrophilic polyisocyanate can be improved.
(親水性ポリイソシアネートの特性)
[イソシアネート基の平均官能基数]
親水性ポリイソシアネートにおいて、親水化前(親水性化合物による変性前)の脂肪族ポリイソシアネート、すなわち原料である脂肪族ポリイソシアネートが有するイソシアネート基の平均官能基数は、2.5以上6.0以下が好ましく、2.7以上5.8以下がより好ましく、2.9以上5.5以下がさらに好ましい。平均官能基数が、上記範囲内であることで、樹脂膜としたときの硬度をより高められる傾向がある。
(Characteristics of hydrophilic polyisocyanates)
[Average number of isocyanate functional groups]
In the hydrophilic polyisocyanate, the average number of functional groups of the isocyanate groups in the aliphatic polyisocyanate before hydrophilization (before modification with a hydrophilic compound), i.e., the raw material aliphatic polyisocyanate, is preferably 2.5 to 6.0, more preferably 2.7 to 5.8, and even more preferably 2.9 to 5.5. When the average number of functional groups is within the above range, the hardness of the resin film formed tends to be increased.
(ブロックポリイソシアネート組成物の製造方法)
ブロックポリイソシアネート組成物は、特に限定されないが、例えば、上記ポリイソシアネートと上記ブロック剤とを反応させて得られる。
ポリイソシアネートとブロック剤とのブロック化反応は、溶剤の存在の有無に関わらず行うことができ、ブロックポリイソシアネートが得られる。
(Method for producing blocked polyisocyanate composition)
The blocked polyisocyanate composition is not particularly limited, but can be obtained, for example, by reacting the above-mentioned polyisocyanate with the above-mentioned blocking agent.
The blocking reaction between the polyisocyanate and the blocking agent can be carried out regardless of the presence or absence of a solvent, to give a blocked polyisocyanate.
なお、ブロック剤は、(A)上記一般式(I)で表される構造を有する化合物、または(B)窒素を1つ以上含有する複素環を有する化合物のうち1種類を単独で用いてもよく、上記一般式(I)で表される構造を有する化合物または(B)窒素を1つ以上含有する複素環を有する化合物から選択される2種類以上を併用してもよく、上述したその他のブロック剤をさらに併用してもよい。 The blocking agent may be one of (A) a compound having a structure represented by the above general formula (I) or (B) a compound having a heterocycle containing one or more nitrogen atoms, or two or more selected from the compound having a structure represented by the above general formula (I) or (B) a compound having a heterocycle containing one or more nitrogen atoms may be used in combination, or other blocking agents as described above may be used in combination.
上記一般式(I)で表されるブロックポリイソシアネート組成物は、上記ポリイソシアネートと、上記3級アルキル基を有するマロン酸ジエステル、上記2級アルキル基を有するマロン酸ジエステル及び上記1級アルキル基を有するマロン酸ジエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種以上のブロック剤と、を反応させる方法により製造できる。また、得られた反応物に鎖状アルキル基を有するアルコールを添加して、前記反応物の末端エステル部位のエステル交換により、前記アルコールに由来するアルキル基を導入する方法によっても製造できる。 The blocked polyisocyanate composition represented by the above general formula (I) can be produced by reacting the above polyisocyanate with at least one blocking agent selected from the group consisting of the above malonic acid diester having a tertiary alkyl group, the above malonic acid diester having a secondary alkyl group, and the above malonic acid diester having a primary alkyl group. It can also be produced by adding an alcohol having a chain alkyl group to the obtained reaction product and introducing an alkyl group derived from the alcohol by transesterification of the terminal ester moiety of the reaction product.
ブロック剤の添加量は、通常は、イソシアネート基のモル総量に対して80モル%以上200モル%以下であってよく、90モル%以上150モル%以下であることが好ましく、93モル%以上130モル%以下であることがより好ましい。 The amount of blocking agent added may usually be 80 mol% or more and 200 mol% or less, preferably 90 mol% or more and 150 mol% or less, and more preferably 93 mol% or more and 130 mol% or less, based on the total molar amount of isocyanate groups.
また、溶剤を用いる場合、イソシアネート基に対して不活性な溶剤を用いればよい。
溶剤を用いる場合、ブロックポリイソシアネート組成物100質量部に対するポリイソシアネート及びブロック剤に由来する不揮発分の含有量は、通常は、10質量部以上95質量部以下であってよく、15質量部以上80質量部以下であることが好ましく、20質量部以上75質量部以下であることがより好ましい。
In addition, when a solvent is used, it is sufficient to use a solvent that is inactive to an isocyanate group.
When a solvent is used, the content of non-volatile matters derived from the polyisocyanate and the blocking agent per 100 parts by mass of the blocked polyisocyanate composition may usually be 10 parts by mass or more and 95 parts by mass or less, preferably 15 parts by mass or more and 80 parts by mass or less, and more preferably 20 parts by mass or more and 75 parts by mass or less.
ブロック化反応に際して、錫、亜鉛、鉛等の有機金属塩、3級アミン系化合物及びナトリウム等のアルカリ金属のアルコラート等を触媒として用いてもよい。
触媒の添加量は、ブロック化反応の温度等により変動するが、通常は、ポリイソシアネート100質量部に対して0.05質量部以上1.5質量部以下であってよく、0.1質量部以上1.0質量部以下であることが好ましい。
In the blocking reaction, an organic metal salt of tin, zinc, lead or the like, a tertiary amine compound, an alcoholate of an alkali metal such as sodium, or the like may be used as a catalyst.
The amount of catalyst added varies depending on the temperature of the blocking reaction, etc., but is usually from 0.05 to 1.5 parts by mass, and preferably from 0.1 to 1.0 part by mass, per 100 parts by mass of polyisocyanate.
ブロック化反応は、一般に-20℃以上150℃以下で行うことができ、0℃以上100℃以下で行うことが好ましく、10℃以上90℃以下で行うことがより好ましい。ブロック化反応の温度が上記下限値以上であることにより、反応速度をより高めることができ、上記上限値以下であることにより、副反応をより抑制することができる。
ブロック化反応後には、酸性化合物等の添加で中和処理してもよい。
酸性化合物としては、無機酸を用いてもよく、有機酸を用いてもよい。無機酸としては、例えば、塩酸、亜燐酸、燐酸等が挙げられる。有機酸としては、例えば、酸性リン酸エステル、メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート等が挙げられる。
The blocking reaction can generally be carried out at −20° C. or higher and 150° C. or lower, preferably at 0° C. or higher and 100° C. or lower, and more preferably at 10° C. or higher and 90° C. or lower. When the temperature of the blocking reaction is equal to or higher than the above lower limit, the reaction rate can be increased, and when the temperature is equal to or lower than the above upper limit, side reactions can be suppressed.
After the blocking reaction, a neutralization treatment may be carried out by adding an acidic compound or the like.
As the acidic compound, an inorganic acid or an organic acid may be used. Examples of inorganic acids include hydrochloric acid, phosphorous acid, phosphoric acid, etc. Examples of organic acids include acidic phosphoric acid esters, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, dioctyl phthalate, dibutyl phthalate, etc.
また、親水性化合物とブロック剤とを用いてブロックポリイソシアネートを製造する場合には、例えば、上記ポリイソシアネートと上記親水性化合物と上記ブロック剤とを反応させて得られる。
ポリイソシアネートのイソシアネート基と親水性化合物との反応、及び、ポリイソシアネートとブロック剤との反応を同時に行うこともでき、又は、あらかじめどちらかの反応を行った後に、2つ目の反応を行うこともできる。中でも、イソシアネート基と親水性化合物との反応を先に行い、親水性化合物により変性されたポリイソシアネート(以下、「変性ポリイソシアネート」と称する場合がある)を得た後、得られた変性ポリイソシアネートとブロック剤との反応を行うことが好ましい。
When a blocked polyisocyanate is produced using a hydrophilic compound and a blocking agent, for example, the polyisocyanate, the hydrophilic compound, and the blocking agent are reacted to produce the blocked polyisocyanate.
The reaction of the isocyanate group of the polyisocyanate with the hydrophilic compound and the reaction of the polyisocyanate with the blocking agent can be carried out simultaneously, or one of the reactions can be carried out in advance and then the second reaction can be carried out. Among these, it is preferable to carry out the reaction of the isocyanate group with the hydrophilic compound first to obtain a polyisocyanate modified with the hydrophilic compound (hereinafter, sometimes referred to as "modified polyisocyanate"), and then to react the obtained modified polyisocyanate with the blocking agent.
ポリイソシアネートと親水性化合物との反応は、有機金属塩、3級アミン系化合物、アルカリ金属のアルコラートを触媒として用いてもよい。前記有機金属塩を構成する金属としては、例えば、錫、亜鉛、鉛等が挙げられる。前記アルカリ金属としては、例えば、ナトリウム等が挙げられる。 The reaction between the polyisocyanate and the hydrophilic compound may be carried out using an organic metal salt, a tertiary amine compound, or an alcoholate of an alkali metal as a catalyst. Examples of the metal constituting the organic metal salt include tin, zinc, and lead. Examples of the alkali metal include sodium.
ポリイソシアネートと親水性化合物との反応温度は、-20℃以上150℃以下が好ましく、30℃以上130℃以下がより好ましい。反応温度が上記下限値以上であることで、反応性をより高くできる傾向にある。また、反応温度が上記上限値以下であることで、副反応をより効果的に抑制できる傾向にある。 The reaction temperature between the polyisocyanate and the hydrophilic compound is preferably -20°C or higher and 150°C or lower, and more preferably 30°C or higher and 130°C or lower. When the reaction temperature is equal to or higher than the lower limit, the reactivity tends to be higher. Also, when the reaction temperature is equal to or lower than the upper limit, side reactions tend to be more effectively suppressed.
親水性化合物が未反応状態で残存しないよう、完全にポリイソシアネートと反応させることが好ましい。未反応状態で残存しないことにより、ブロックポリイソシアネートの水分散安定性、及び、樹脂膜としたときの低温硬化性の低下をより効果的に抑制する傾向にある。 It is preferable to completely react the hydrophilic compound with the polyisocyanate so that no unreacted hydrophilic compound remains. This tends to more effectively prevent the water dispersion stability of the blocked polyisocyanate and the deterioration of low-temperature curing properties when made into a resin film.
変性ポリイソシアネートとブロック剤とのブロック化反応は、上述のブロック化反応として記載された方法を用いることができる。 The blocking reaction between the modified polyisocyanate and the blocking agent can be carried out using the method described above as the blocking reaction.
≪ノニオン系分散剤≫
本実施形態の水系塗料組成物は、少なくとも2種類以上のノニオン系分散剤を含む。ここで「2種以上」とは、異なるHLB値を持つ複数のノニオン系分散剤を意味する。異なるHLB値を持つ複数のノニオン系分散剤を含有することで、ブロックポリイソシアネートの水中での乳化性を向上させることができ、水分散安定性を向上することができる。この効果は、少なくとも2種類以上のノニオン系分散剤を混合し、最大HLB値をもつノニオン系分散剤と、最小HLB値をもつノニオン系分散剤の差が5以上であり、かつ水系塗料組成物に含まれる全てのノニオン系分散剤の加重平均したHLB値が14以上17以下の場合に効果を強く発揮することを本発明者らは今回初めて見出した。
<Nonionic dispersant>
The water-based coating composition of this embodiment contains at least two or more kinds of nonionic dispersants. Here, "two or more kinds" means a plurality of nonionic dispersants having different HLB values. By containing a plurality of nonionic dispersants having different HLB values, the emulsification property of the blocked polyisocyanate in water can be improved, and the water dispersion stability can be improved. The present inventors have found for the first time that this effect is strongly exhibited when at least two or more kinds of nonionic dispersants are mixed, the difference between the nonionic dispersant having the maximum HLB value and the nonionic dispersant having the minimum HLB value is 5 or more, and the weighted average HLB value of all the nonionic dispersants contained in the water-based coating composition is 14 to 17.
最大HLB値をもつノニオン系分散剤と最小HLB値を差は、好ましくは7以上、より好ましくは8以上、さらに好ましくは9以上である。また、上限としては20以下が好ましく、15以下がより好ましい。 The difference between the nonionic dispersant with the maximum HLB value and the minimum HLB value is preferably 7 or more, more preferably 8 or more, and even more preferably 9 or more. The upper limit is preferably 20 or less, and more preferably 15 or less.
ノニオン系分散剤のHLB(Hydrophile-Lipophile Balance)値は、分散剤の油と水への親和性の程度を表す値として一般的に用いられており、以下の計算により算出することが出来る。
HLB値=20×親水部の式量の総和/分子量
The HLB (hydrophile-lipophile balance) value of a nonionic dispersant is generally used as a value that represents the degree of affinity of the dispersant for oil and water, and can be calculated by the following formula.
HLB value = 20 x sum of formula weights of hydrophilic parts / molecular weight
使用するノニオン系分散剤としては、上記方法で算出されるHLB値が特定範囲のものであれば、特に限定されない。ノニオン系分散剤として具体的には、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル型化合物、ポリオキシアルキレン誘導体型化合物、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル型化合物、ソルビタン脂肪酸エステル型化合物、グリセリン脂肪酸エステル型化合物、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル型化合物、ポリオキシエチレンヒマシ油型化合物、ポリオキシエチレンアルキルアミン型化合物等が挙げられる。これらのノニオン性分散剤の中では、ポリオキシエチレンアルキルエーテル型化合物、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル型化合物が特に好ましい。 The nonionic dispersant used is not particularly limited as long as the HLB value calculated by the above method is within a specific range. Specific examples of nonionic dispersants include polyoxyethylene alkyl ether type compounds, polyoxyalkylene derivative type compounds, polyoxyethylene polycyclic phenyl ether type compounds, sorbitan fatty acid ester type compounds, glycerin fatty acid ester type compounds, polyoxyethylene fatty acid ester type compounds, polyoxyethylene castor oil type compounds, and polyoxyethylene alkylamine type compounds. Among these nonionic dispersants, polyoxyethylene alkyl ether type compounds and polyoxyethylene polycyclic phenyl ether type compounds are particularly preferred.
ノニオン系分散剤の含有量は、ブロックポリイソシアネートの総量に対して、1質量%以上30質量%以下が好ましく、1.5質量%以上20質量%以下がより好ましく、2質量%以上15質量%以下がより好ましく、3質量%以上10質量%以下さらに好ましい。ノニオン系分散剤の含有量が上記下限値以上であることで、水系塗料組成物としたときの貯蔵安定性をより良好なものとすることができ、一方、上記上限値以下であることで、樹脂膜としたときの硬度をより良好なものとすることができる。 The content of the nonionic dispersant is preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 2% by mass or more and 15% by mass or less, and even more preferably 3% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total amount of the blocked polyisocyanate. By having the content of the nonionic dispersant be equal to or more than the lower limit, the storage stability of the aqueous coating composition can be improved, while by having the content be equal to or less than the upper limit, the hardness of the resin film can be improved.
上記条件を満たすノニオン系分散剤を系内に含む場合は、アニオン性分散剤をさらに使用しても良い。アニオン性分散剤として具体的には、例えば、脂肪酸塩型化合物、アルキル硫酸エステル化合物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩型化合物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩型化合物、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸塩型化合物、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸塩型化合物、アルキルベンゼンスルホン酸塩型化合物、スルホコハク酸塩型化合物、アルキルリン酸塩型化合物等が挙げられる。ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩型化合物としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸アンモニウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム塩等が挙げられる。ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸塩型化合物としては、例えば、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸アンモニウム塩、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸ナトリウム塩等が挙げられる。ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸塩型化合物としては、例えば、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム塩等が挙げられる。また、これらアニオン性分散剤を1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。 When the system contains a nonionic dispersant that satisfies the above conditions, an anionic dispersant may be further used. Specific examples of anionic dispersants include fatty acid salt type compounds, alkyl sulfate ester compounds, polyoxyethylene alkyl ether sulfate ester type compounds, polyoxyethylene alkyl ether sulfate type compounds, polyoxyethylene polycyclic phenyl ether sulfate type compounds, polyoxyalkylene alkenyl ether sulfate type compounds, alkylbenzene sulfonate type compounds, sulfosuccinate type compounds, and alkyl phosphate type compounds. Examples of polyoxyethylene alkyl ether sulfate type compounds include polyoxyethylene alkyl ether ammonium sulfate salts and polyoxyethylene alkyl ether sodium sulfate salts. Examples of polyoxyethylene polycyclic phenyl ether sulfate type compounds include polyoxyethylene polycyclic phenyl ether ammonium sulfate salts and polyoxyethylene polycyclic phenyl ether sodium sulfate salts. Examples of polyoxyalkylene alkenyl ether sulfate type compounds include polyoxyalkylene alkenyl ether ammonium sulfate salts. These anionic dispersants may be used alone or in combination of two or more.
これらのアニオン性分散剤の中では、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸アンモニウム塩、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸ナトリウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸アンモニウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム塩が特に好ましい。 Among these anionic dispersants, polyoxyethylene polycyclic phenyl ether ammonium sulfate, polyoxyethylene polycyclic phenyl ether sodium sulfate, polyoxyethylene alkyl ether ammonium sulfate, and polyoxyethylene alkyl ether sodium sulfate are particularly preferred.
≪水酸基含有ポリオール≫
本明細書において、「水酸基含有ポリオール」とは、一分子中に少なくとも2個のヒドロキシ基(水酸基)を有する化合物を意味する。ポリオールとして具体的には、例えば、脂肪族炭化水素ポリオール類、ポリエーテルポリオール類、ポリエステルポリオール類、エポキシ樹脂類、含フッ素ポリオール類、アクリルポリオール類等が挙げられ、アクリルポリオール類であることが好ましい。
<Hydroxyl-containing polyol>
In this specification, the term "hydroxyl group-containing polyol" refers to a compound having at least two hydroxyl groups (hydroxyl groups) in one molecule. Specific examples of polyols include aliphatic hydrocarbon polyols, polyether polyols, polyester polyols, epoxy resins, fluorine-containing polyols, and acrylic polyols, with acrylic polyols being preferred.
[脂肪族炭化水素ポリオール類]
脂肪族炭化水素ポリオール類としては、例えば、末端水酸基化ポリブタジエンやその水素添加物等が挙げられる。
[Aliphatic Hydrocarbon Polyols]
Examples of the aliphatic hydrocarbon polyols include hydroxyl-terminated polybutadiene and hydrogenated products thereof.
[ポリエーテルポリオール類]
ポリエーテルポリオール類としては、例えば、以下(1)~(3)のいずれかの方法等を用いて得られるものが挙げられる。
(1)多価アルコールの単独又は混合物に、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又はポリテトラメチレングリコール類。
(2)アルキレンオキサイドに多官能化合物を反応させて得られるポリエーテルポリオール類。
(3)(1)又は(2)で得られたポリエーテルポリオー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。
[Polyether polyols]
Examples of the polyether polyols include those obtained by any one of the following methods (1) to (3).
(1) Polyether polyols or polytetramethylene glycols obtained by adding an alkylene oxide, either alone or in a mixture, to a polyhydric alcohol, either alone or in a mixture.
(2) Polyether polyols obtained by reacting alkylene oxides with polyfunctional compounds.
(3) Polymer polyols obtained by polymerizing acrylamide or the like using the polyether polyols obtained in (1) or (2) as a medium.
上記(1)における多価アルコールとしては、例えば、グリセリンやプロピレングリコール等が挙げられる。
上記(2)におけるアルキレンオキサイドとしては、例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等が挙げられる。
上記(2)における多官能化合物としては、例えば、エチレンジアミン、エタノールアミン類等が挙げられる。
Examples of the polyhydric alcohol in (1) above include glycerin and propylene glycol.
Examples of the alkylene oxide in (2) above include ethylene oxide and propylene oxide.
Examples of the polyfunctional compound in (2) above include ethylenediamine, ethanolamines, and the like.
[ポリエステルポリオール類]
ポリエステルポリオール類としては、例えば、以下の(1A)又は(2A)のいずれかのポリエステルポリオール類等が挙げられる。
(1A)二塩基酸の単独又は2種類以上の混合物と、多価アルコールの単独又は2種類以上の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樹脂類。
(2A)ε-カプロラクトンを多価アルコールで開環重合して得られるポリカプロラクトン類。
前記二塩基酸としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、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、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸等のカルボン酸等が挙げられる。
[Polyester polyols]
Examples of the polyester polyols include the following polyester polyols (1A) and (2A).
(1A) Polyester polyol resins obtained by a condensation reaction between a dibasic acid, or a mixture of two or more kinds thereof, and a polyhydric alcohol, or a mixture of two or more kinds thereof.
(2A) Polycaprolactones obtained by ring-opening polymerization of ε-caprolactone with polyhydric alcohols.
Examples of the dibasic acid include carboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, dimer acid, maleic anhydride, phthalic anhydride, isophthalic acid, terephthalic acid, and 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid.
上記(1A)における多価アルコールとしては、例えば、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、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、トリメチルペンタンジオール、シクロヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、2-メチロールプロパンジオール、エトキシ化トリメチロールプロパン等が挙げられる。 Examples of the polyhydric alcohol in (1A) above include ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, trimethylpentanediol, cyclohexanediol, trimethylolpropane, glycerin, pentaerythritol, 2-methylolpropanediol, and ethoxylated trimethylolpropane.
[エポキシ樹脂類]
エポキシ樹脂類としては、例えば、ノボラック型エポキシ樹脂、β-メチルエピクロ型エポキシ樹脂、環状オキシラン型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリコールエーテル型エポキシ樹脂、エポキシ型脂肪族不飽和化合物、エポキシ化脂肪酸エステル、エステル型多価カルボン酸、アミノグリシジル型エポキシ樹脂、ハロゲン化型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂類、及びこれらエポキシ樹脂をアミノ化合物、ポリアミド化合物等で変性した樹脂類等が挙げられる。
[Epoxy resins]
Examples of epoxy resins include novolac type epoxy resins, β-methylepicrotype epoxy resins, cyclic oxirane type epoxy resins, glycidyl ether type epoxy resins, glycol ether type epoxy resins, epoxy type aliphatic unsaturated compounds, epoxidized fatty acid esters, ester type polycarboxylic acids, aminoglycidyl type epoxy resins, halogenated type epoxy resins, resorcinol type epoxy resins, and other epoxy resins, as well as resins obtained by modifying these epoxy resins with amino compounds, polyamide compounds, or the like.
[含フッ素ポリオール類]
含フッ素ポリオール類としては、例えば、参考文献1(特開昭57-34107号公報)、参考文献2(特開昭61-275311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。
[Fluorine-containing polyols]
Examples of the fluorine-containing polyols include copolymers of fluoroolefins, cyclohexyl vinyl ethers, hydroxyalkyl vinyl ethers, and monocarboxylic acid vinyl esters, which are disclosed in Reference Document 1 (JP-A-57-34107) and Reference Document 2 (JP-A-61-275311), etc.
[アクリルポリオール類]
アクリルポリオール類は、例えば、一分子中に1個以上の活性水素を有する重合性モノマーを重合させる、又は、一分子中に1個以上の活性水素を持つ重合性モノマーと、必要に応じて、当該重合性モノマーと共重合可能な他のモノマーとを、共重合させることによって得られる。
[Acrylic polyols]
The acrylic polyols can be obtained, for example, by polymerizing a polymerizable monomer having one or more active hydrogens in one molecule, or by copolymerizing a polymerizable monomer having one or more active hydrogens in one molecule with, as necessary, another monomer copolymerizable with the polymerizable monomer.
一分子中に1個以上の活性水素を有する重合性モノマーとしては、例えば、以下(i)~(iii)に示すものが挙げられる。これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(i)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の活性水素を持つアクリル酸エステル類。
(ii)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-ヒドロキシブチル等の活性水素を持つメタクリル酸エステル類。
(iii)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、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等の多価活性水素を有する(メタ)アクリル酸エステル類。
Examples of the polymerizable monomer having one or more active hydrogens in one molecule include the following (i) to (iii). These may be used alone or in combination of two or more.
(i) Acrylic esters having active hydrogen, such as 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, and 2-hydroxybutyl acrylate.
(ii) Methacrylic acid esters having active hydrogen, such as 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, and 2-hydroxybutyl methacrylate.
(iii) (meth)acrylic acid esters having polyvalent active hydrogen, such as acrylic acid monoesters or methacrylic acid monoesters of glycerin, and acrylic acid monoesters or methacrylic acid monoesters of trimethylolpropane.
重合性モノマーと共重合可能な他のモノマーとしては、例えば、以下の(i)~(v)に示すものが挙げられる。これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(i)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-エチルヘキシル等のアクリル酸エステル類。
(ii)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、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸グリシジル等のメタクリル酸エステル類。
(iii)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。
(iv)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。
(v)スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、アクリロニトリル等。
Examples of other monomers copolymerizable with the polymerizable monomer include the following (i) to (v). These may be used alone or in combination of two or more.
(i) Acrylic acid esters such as methyl acrylate, ethyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, and 2-ethylhexyl acrylate.
(ii) Methacrylic acid esters such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, lauryl methacrylate, and glycidyl methacrylate.
(iii) Unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, and itaconic acid.
(iv) Unsaturated amides such as acrylamide, N-methylol acrylamide, and diacetone acrylamide.
(v) Styrene, vinyl toluene, vinyl acetate, acrylonitrile, etc.
また、参考文献3(特開平1-261409号公報)及び参考文献4(特開平3-006273号公報)等で開示されている重合性紫外線安定性単量体を共重合して得られるアクリルポリオール類等が挙げられる。 Other examples include acrylic polyols obtained by copolymerizing polymerizable ultraviolet-stable monomers, as disclosed in Reference 3 (JP Patent Publication 1-261409 A) and Reference 4 (JP Patent Publication 3-006273 A).
重合性紫外線安定性単量体として具体的には、例えば、4-(メタ)アクリロイルオキシ-2、2、6、6-テトラメチルピペリジン、4-(メタ)アクリロイルアミノ-2、2、6、6-テトラメチルピペリジン、1-クロトノイル-4-クロトノイルオキシ-2、2、6、6-テトラメチルピペリジン、2-ヒドロキシ-4-(3-メタクリルオキシ-2-ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン等が挙げられる。 Specific examples of polymerizable ultraviolet-stable monomers include 4-(meth)acryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-(meth)acryloylamino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 1-crotonoyl-4-crotonoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, and 2-hydroxy-4-(3-methacryloxy-2-hydroxypropoxy)benzophenone.
例えば、上記の単量体成分を、公知の過酸化物やアゾ化合物等のラジカル重合開始剤の存在下で溶液重合し、必要に応じて有機溶剤等で希釈することによって、アクリルポリオールを得ることができる。 For example, the above monomer components can be solution polymerized in the presence of a known radical polymerization initiator such as a peroxide or an azo compound, and then diluted with an organic solvent, etc., as necessary, to obtain an acrylic polyol.
水系ベースアクリルポリオールを得る場合には、オレフィン性不飽和化合物を溶液重合し、水層に転換する方法や乳化重合等の公知の方法で製造することができる。その場合、アクリル酸、メタアクリル酸等のカルボン酸含有モノマーやスルホン酸含有モノマー等の酸性部分をアミンやアンモニアで中和することによって水溶性又は水分散性を付与することができる。 Water-based acrylic polyols can be produced by known methods such as a method of solution polymerization of an olefinic unsaturated compound and converting it into an aqueous phase, or emulsion polymerization. In this case, water solubility or water dispersibility can be imparted by neutralizing the acidic moieties of carboxylic acid-containing monomers such as acrylic acid and methacrylic acid, and sulfonic acid-containing monomers, with amines or ammonia.
[NCO/OH]
本実施形態の水系塗料組成物に含まれるポリオールの水酸基に対するブロックポリイソシアネートのイソシアネート基のモル当量比(NCO/OH)は、必要とする樹脂膜の物性により決定されるが、0.01以上22.5以下であることが好ましい。
[NCO/OH]
The molar equivalent ratio (NCO/OH) of the isocyanate groups of the blocked polyisocyanate to the hydroxyl groups of the polyol contained in the aqueous coating composition of this embodiment is determined depending on the required physical properties of the resin film, but is preferably 0.01 or more and 22.5 or less.
[水酸基価]
ポリオールの水酸基価は、30mgKOH/g以上250mgKOH/g以下が好ましく、40mgKOH/g以上200mgKOH/g以下がより好ましく、45mgKOH/g以上180mgKOH/g以下がさらに好ましい。多価ヒドロキシ化合物の水酸基価が上記範囲内であることで、引張強度等の各種物性により優れる樹脂膜が得られる。多価ヒドロキシ化合物の水酸基価は、例えば、後述する実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
[Hydroxyl value]
The hydroxyl value of the polyol is preferably 30 mgKOH/g or more and 250 mgKOH/g or less, more preferably 40 mgKOH/g or more and 200 mgKOH/g or less, and even more preferably 45 mgKOH/g or more and 180 mgKOH/g or less. The hydroxyl value of the polyhydric hydroxyl compound is within the above range, and thus a resin film having various excellent physical properties such as tensile strength can be obtained. The hydroxyl value of the polyhydric hydroxyl compound can be measured, for example, by using the method described in the examples described later.
本実施形態の水系塗料組成物中におけるブロックポリイソシアネートの含有量は、ポリオール100質量部に対して、5質量部以上200質量部以下が好ましく、6質量部以上180質量部以下がより好ましく、10質量部以上150質量部以下がさらに好ましい。ブロックポリイソシアネートの含有量が上記範囲内であることで、引張強度等の各種物性により優れる樹脂膜が得られる。ブロックポリイソシアネートの含有量は、例えば、配合量から算出することもでき、或いは、核磁気共鳴(NMR)法及びガスクロマトグラフィー/質量分析法(GC/MS法)を用いて、同定及び定量して算出することもできる。 The content of the blocked polyisocyanate in the aqueous coating composition of this embodiment is preferably 5 parts by mass or more and 200 parts by mass or less, more preferably 6 parts by mass or more and 180 parts by mass or less, and even more preferably 10 parts by mass or more and 150 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of polyol. When the content of the blocked polyisocyanate is within the above range, a resin film having excellent physical properties such as tensile strength can be obtained. The content of the blocked polyisocyanate can be calculated, for example, from the blending amount, or can be calculated by identifying and quantifying using a nuclear magnetic resonance (NMR) method and a gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS method).
≪脱イオン水≫
本実施形態の水系塗料組成物は、脱イオン水を含む。脱イオン水の含有割合は、水系塗料組成物の総量に対し、20質量%以上90質量%以下が好ましく、30質量%以上80量%以下がより好ましい。
Deionized water
The aqueous coating composition of the present embodiment contains deionized water. The content of deionized water is preferably 20% by mass or more and 90% by mass or less, and more preferably 30% by mass or more and 80% by mass or less, based on the total amount of the aqueous coating composition.
≪その他の添加剤≫
本実施形態の水系塗料組成物は、その他添加剤を更に含んでもよい。
その他添加剤としては、例えば、ポリオール中の架橋性官能基と反応しうる硬化剤、硬化触媒、溶剤、顔料類(体質顔料、着色顔料、メタリック顔料等)、紫外線吸収剤、光安定剤、ラジカル安定剤、焼付工程時の着色を抑える黄変防止剤、塗面調整剤、流動調整剤、顔料分散剤、消泡剤、増粘剤、造膜助剤等が挙げられる。
Other Additives
The water-based coating composition of the present embodiment may further contain other additives.
Other additives include, for example, a curing agent capable of reacting with a crosslinkable functional group in the polyol, a curing catalyst, a solvent, pigments (extender pigments, colored pigments, metallic pigments, etc.), an ultraviolet absorber, a light stabilizer, a radical stabilizer, an anti-yellowing agent that suppresses coloring during the baking process, a coating surface conditioner, a flow conditioner, a pigment dispersant, an antifoaming agent, a thickener, a film-forming assistant, and the like.
硬化剤としては、例えば、メラミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ基含有化合物又は樹脂、カルボキシル基含有化合物又は樹脂、酸無水物、アルコキシシラン基含有化合物又は樹脂、ヒドラジド化合物等が挙げられる。 Examples of hardeners include melamine resins, urea resins, epoxy group-containing compounds or resins, carboxyl group-containing compounds or resins, acid anhydrides, alkoxysilane group-containing compounds or resins, and hydrazide compounds.
硬化触媒としては、塩基性化合物であってもよく、ルイス酸性化合物であってもよい。
塩基性化合物としては、例えば、金属ヒドロキシド、金属アルコキシド、金属カルボキシレート、金属アセチルアセチネート、オニウム塩の水酸化物、オニウムカルボキシレート、オニウム塩のハロゲン化物、活性メチレン系化合物の金属塩、活性メチレン系化合物のオニウム塩、アミノシラン類、アミン類、ホスフィン類等が挙げられる。前記オニウム塩としては、アンモニウム塩、ホスホニウム塩又はスルホニウム塩が好適である。
ルイス酸性化合物としては、例えば、有機スズ化合物、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等が挙げられる。
The curing catalyst may be a basic compound or a Lewis acid compound.
Examples of the basic compound include metal hydroxides, metal alkoxides, metal carboxylates, metal acetylacetinates, hydroxides of onium salts, onium carboxylates, halides of onium salts, metal salts of active methylene compounds, onium salts of active methylene compounds, aminosilanes, amines, phosphines, etc. As the onium salts, ammonium salts, phosphonium salts, or sulfonium salts are preferable.
Examples of the Lewis acid compound include an organotin compound, an organozinc compound, an organotitanium compound, and an organozirconium compound.
溶剤としては、例えば、1-メチルピロリドン、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、3-メトキシ-3-メチル-1-ブタノール、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エチルエーテル、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メチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エタノール、メタノール、iso-プロパノール、1-プロパノール、iso-ブタノール、1-ブタノール、2-エチルヘキサノール、シクロヘキサノール、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、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、トルエン、キシレン、ペンタン、iso-ペンタン、ヘキサン、iso-ヘキサン、シクロヘキサン、ソルベントナフサ、ミネラルスピリット等が挙げられる。これら溶剤を、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。水への分散性の観点から、溶剤としては、水への溶解度が5質量%以上のものが好ましく、具体的には、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルが好ましい。 Examples of solvents include 1-methylpyrrolidone, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, 3-methoxy-3-methyl-1-butanol, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, methyl ethyl ketone, and a Examples of the solvent include acetone, methyl isobutyl ketone, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethanol, methanol, iso-propanol, 1-propanol, iso-butanol, 1-butanol, 2-ethylhexanol, cyclohexanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, ethyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, toluene, xylene, pentane, iso-pentane, hexane, iso-hexane, cyclohexane, solvent naphtha, and mineral spirits. These solvents may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of dispersibility in water, the solvent is preferably one having a solubility in water of 5% by mass or more, and specifically, dipropylene glycol monomethyl ether is preferred.
また、顔料類(体質顔料、着色顔料、メタリック顔料等)、紫外線吸収剤、光安定剤、ラジカル安定剤、焼付工程時の着色を抑える黄変防止剤、塗面調整剤、流動調整剤、顔料分散剤、消泡剤、増粘剤及び造膜助剤としては、公知のものを適宜選択して用いることができる。 In addition, known pigments (extender pigments, color pigments, metallic pigments, etc.), ultraviolet absorbers, light stabilizers, radical stabilizers, yellowing inhibitors that suppress coloring during the baking process, coating surface conditioners, flow conditioners, pigment dispersants, defoamers, thickeners, and film-forming aids can be appropriately selected and used.
<水系塗料組成物の製造方法>
水系塗料組成物を製造する場合には、まず、水酸基含有ポリオール又はその水分散体若しくは水溶物に、必要に応じて、水酸基含有ポリオール中の架橋性官能基と反応しうる硬化剤、硬化触媒、溶剤、顔料類(体質顔料、着色顔料、メタリック顔料等)、紫外線吸収剤、光安定剤、ラジカル安定剤、焼付工程時の着色を抑える黄変防止剤、塗面調整剤、流動調整剤、顔料分散剤、消泡剤、増粘剤、造膜助剤等の添加剤を加える。
<Method of producing water-based coating composition>
When producing a water-based coating composition, first, additives such as a curing agent capable of reacting with a crosslinkable functional group in the hydroxyl-containing polyol, a curing catalyst, a solvent, pigments (extender pigments, colored pigments, metallic pigments, etc.), UV absorbers, light stabilizers, radical stabilizers, anti-yellowing agents which suppress coloring during the baking process, coating surface conditioners, flow conditioners, pigment dispersants, defoamers, thickeners, film-forming assistants, etc. are added to a hydroxyl-containing polyol or an aqueous dispersion or solution thereof, as necessary.
次いで、ブロックポリイソシアネート組成物又はその水分散体を硬化剤として添加し、上述した2種以上のノニオン系分散剤、及び、脱イオン水を更に添加して、粘度を調整する。
次いで、攪拌機器により強制攪拌することによって、水系塗料組成物を得ることができる。
Next, the blocked polyisocyanate composition or the aqueous dispersion thereof is added as a curing agent, and the above-mentioned two or more types of nonionic dispersants and deionized water are further added to adjust the viscosity.
The mixture is then forcedly stirred with a stirring device to obtain a water-based coating composition.
≪樹脂膜≫
本発明の一態様は、水系塗料組成物を硬化させてなる樹脂膜である。
<Resin film>
One aspect of the present invention is a resin film formed by curing a water-based coating composition.
樹脂膜は、上記水系塗料組成物を、基材にロール塗装、カーテンフロー塗装、スプレー塗装、ベル塗装、静電塗装等の公知の方法を用いて塗装し、加熱して硬化させることで得られる。 The resin film is obtained by applying the above-mentioned water-based coating composition to a substrate using a known method such as roll coating, curtain flow coating, spray coating, bell coating, or electrostatic coating, and then heating to harden it.
加熱温度は、省エネルギー及び基材の耐熱性の観点から、約60℃以上約120℃以下が好ましく、約65℃以上約110℃以下がより好ましく、約70℃以上約100℃以下がさらに好ましい。
加熱時間は、省エネルギー及び基材の耐熱性の観点から、約1分間以上約60分間以下が好ましく、約2分間以上約40分間以下がより好ましい。
From the viewpoints of energy saving and heat resistance of the substrate, the heating temperature is preferably from about 60° C. to about 120° C., more preferably from about 65° C. to about 110° C., and even more preferably from about 70° C. to about 100° C.
From the viewpoints of energy saving and heat resistance of the base material, the heating time is preferably from about 1 minute to about 60 minutes, and more preferably from about 2 minutes to about 40 minutes.
基材としては、特に限定されるものではなく、例えば、乗用車、トラック、オートバイ、バス等の自動車車体の外板部;バンパー等の自動車部品;携帯電話、オーディオ機器等の家庭電気製品の外板部;各種フィルム等が挙げられ、中でも、自動車車体の外板部又は自動車部品が好ましい。 The substrate is not particularly limited, and examples thereof include the outer panels of automobile bodies such as passenger cars, trucks, motorcycles, and buses; automobile parts such as bumpers; the outer panels of household electrical appliances such as mobile phones and audio equipment; and various films, among which the outer panels of automobile bodies or automobile parts are preferred.
基材の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、鉄、アルミニウム、真鍮、銅、ブリキ、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼、亜鉛合金(Zn-Al、Zn-Ni、Zn-Fe等)メッキ鋼等の金属材料;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂類、各種のFRP等のプラスチック材料;ガラス、セメント、コンクリート等の無機材料;木材、紙、布等の繊維材料等が挙げられ、中でも、金属材料又はプラスチック材料が好ましい。 The material of the substrate is not particularly limited, and examples thereof include metal materials such as iron, aluminum, brass, copper, tinplate, stainless steel, zinc-plated steel, zinc alloy (Zn-Al, Zn-Ni, Zn-Fe, etc.) plated steel; resins such as polyethylene resin, polypropylene resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polyamide resin, acrylic resin, vinylidene chloride resin, polycarbonate resin, polyurethane resin, epoxy resin, and various plastic materials such as FRP; inorganic materials such as glass, cement, and concrete; and fibrous materials such as wood, paper, and cloth, among which metal materials and plastic materials are preferred.
基材は、上記金属材料の表面、又は、上記金属材料から成形された車体等の金属表面に、リン酸塩処理、クロメート処理、複合酸化物処理等の表面処理が施されたものであってもよく、さらに、その上に塗膜が形成されているものであってもよい。塗膜が形成された基材としては、必要に応じて表面処理を施し、その上に下塗り塗膜が形成されたもの、例えば、電着塗料によって下塗り塗膜が形成された車体であってもよい。基材は、上記プラスチック材料の表面、又は、上記プラスチック材料から成形された自動車部品等のプラスチック表面に、所望による表面処理を行ったものであってもよい。また、基材は、プラスチック材料と金属材料とが組み合わさったものであってもよい。 The substrate may be the surface of the above-mentioned metal material, or the metal surface of a car body or the like formed from the above-mentioned metal material, which has been subjected to a surface treatment such as phosphate treatment, chromate treatment, complex oxide treatment, or the like, and further may be one on which a coating film has been formed. The substrate on which a coating film has been formed may be one on which a surface treatment has been performed as necessary and on which a primer coating film has been formed, for example, a car body on which a primer coating film has been formed by electrochemical paint. The substrate may be the surface of the above-mentioned plastic material, or the plastic surface of an automobile part or the like formed from the above-mentioned plastic material, which has been subjected to a surface treatment as desired. The substrate may also be one in which a plastic material and a metal material are combined.
≪積層体≫
本発明の一態様において、上記樹脂膜を2層以上積層し、積層体とすることも好ましい。積層体の1層当たりの厚さは、1μm以上50μm以下が好ましい。積層体は、被着体上に上記樹脂膜を含む各種の塗膜を積層させてなる。
<Laminate>
In one embodiment of the present invention, it is also preferable to laminate two or more layers of the resin film to form a laminate. The thickness of each layer of the laminate is preferably 1 μm or more and 50 μm or less. The laminate is formed by laminating various coating films including the resin film on an adherend.
被着体としては、例えば、ガラス、各種金属、多孔質部材、各種塗装が施された部材、シーリング材硬化物、ゴム類、皮革類、繊維類、不織布、樹脂類のフィルム及びプレート、紫外線硬化型アクリル樹脂層、インキ類からなる層が挙げられる。前記各種金属としては、例えば、アルミニウム、鉄、亜鉛鋼板、銅、ステンレス鋼等が挙げられる。前記多孔質部材としては、例えば、木材、紙、モルタル、石材等が挙げられる。前記各種塗装としては、例えば、フッ素塗装、ウレタン塗装、アクリルウレタン塗装等が挙げられる。前記シーリング材硬化物としては、例えば、シリコーン系、変性シリコーン系、ウレタン系等が挙げられる。前記ゴム類としては、例えば、天然ゴム、合成ゴム等が挙げられる。前記皮革類としては、例えば、天然皮革、人工皮革等が挙げられる。前記繊維類としては、例えば、植物系繊維、動物系繊維、炭素繊維、ガラス繊維等が挙げられる。前記樹脂類のフィルム及びプレートの原料となる樹脂類としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アクリル、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース、ポリオレフィン等が挙げられる。前記インキ類としては、印刷インキ、UVインキ等が挙げられる。 Examples of the adherend include glass, various metals, porous members, members with various coatings, hardened sealants, rubbers, leathers, fibers, nonwoven fabrics, resin films and plates, ultraviolet-cured acrylic resin layers, and layers made of inks. Examples of the various metals include aluminum, iron, galvanized steel sheets, copper, and stainless steel. Examples of the porous members include wood, paper, mortar, and stone. Examples of the various coatings include fluorine coatings, urethane coatings, and acrylic urethane coatings. Examples of the hardened sealants include silicone-based, modified silicone-based, and urethane-based. Examples of the rubbers include natural rubber and synthetic rubber. Examples of the leathers include natural leather and artificial leather. Examples of the fibers include plant-based fibers, animal-based fibers, carbon fibers, and glass fibers. Examples of the resins that are the raw materials for the resin films and plates include polyvinyl chloride, polyester, acrylic, polycarbonate, triacetyl cellulose, and polyolefin. Examples of the inks include printing inks and UV inks.
積層体は、異なる組成の上記水系塗料組成物を、被着体にロール塗装、カーテンフロー塗装、スプレー塗装、ベル塗装、静電塗装等の公知の方法を用いてそれぞれ塗装し、それぞれ加熱して硬化させる、或いは、全ての層を塗装後にまとめて加熱して硬化させることで得られる。 The laminate can be obtained by applying the above-mentioned water-based coating compositions of different compositions to the substrate using known methods such as roll coating, curtain flow coating, spray coating, bell coating, and electrostatic coating, and then heating and curing each layer, or by applying all layers and then heating and curing them together.
積層体は、上記樹脂膜に加えて、例えば、プライマー層、接着剤層、加飾層等、その他公知の成分からなる層を含むことができる。 In addition to the resin film, the laminate may contain layers of other known components, such as a primer layer, an adhesive layer, a decorative layer, etc.
<複層塗膜の形成方法>
本発明の一態様は、電着塗膜の焼付けが完了した自動車車体用の鋼板上に、中塗り塗料組成物、ベース塗料組成物、クリヤー塗料組成物を順次塗装したのち、加熱硬化させて複層塗膜を形成する方法である。本発明の複層塗膜の形成方法において、中塗り塗料組成物またはベース塗料組成物に前記本実施形態の水系塗料組成物を用いる。
<Method of forming multi-layer coating film>
One aspect of the present invention is a method for forming a multi-layer coating film by successively coating an intermediate coating composition, a base coating composition, and a clear coating composition on a steel sheet for an automobile body on which baking of an electrodeposition coating film has been completed, and then heating and curing the composition. In the method for forming a multi-layer coating film of the present invention, the water-based coating composition of the present embodiment is used as the intermediate coating composition or the base coating composition.
本実施形態の複層塗膜の形成方法において、加熱硬化の焼付温度が75~100℃であることが好ましい。 In the method for forming a multilayer coating film of this embodiment, the baking temperature for heat curing is preferably 75 to 100°C.
以下、本実施形態を実施例及び比較例に基づいて更に詳しく説明するが、本実施形態は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。 The present embodiment will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present embodiment is not limited in any way to the following examples.
<試験項目>
実施例及び比較例で得られた水系塗料組成物について、以下に示す方法に従い、各物性の測定及び各評価を行った。
<Test items>
The water-based coating compositions obtained in the Examples and Comparative Examples were subjected to measurement and evaluation of various physical properties according to the methods described below.
[物性1-1]
(イソシアネート基(NCO)含有率)
ポリイソシアネートのNCO含有率を測定するために、ブロック剤によるブロック化前のポリイソシアネートを測定試料として用いた。
[Physical Properties 1-1]
(Isocyanate group (NCO) content)
In order to measure the NCO content of the polyisocyanate, the polyisocyanate before being blocked with a blocking agent was used as a measurement sample.
まず、フラスコに測定試料2g以上3g以下を精秤した(Wg)。次いで、トルエン20mLを添加し、測定試料を溶解した。次いで、2規定のジ-n-ブチルアミンのトルエン溶液20mLを添加し、混合後、15分間室温放置した。次いで、イソプロピルアルコール70mLを加え、混合した。次いで、この液を1規定塩酸溶液(ファクターF)で、指示薬に滴定した。得られた滴定値をV2mLとした。次いで、同様の操作をポリイソシアネート試料無しで行い、得られた滴定値をV1mlとした。次いで、下記式からポリイソシアネートのイソシアネート基(NCO)含有率(イソシアネート基(NCO)含有率)(質量%)を算出した。 First, 2 g to 3 g of the measurement sample was weighed out (Wg) in a flask. Next, 20 mL of toluene was added to dissolve the measurement sample. Next, 20 mL of a 2N toluene solution of di-n-butylamine was added, mixed, and left at room temperature for 15 minutes. Next, 70 mL of isopropyl alcohol was added and mixed. Next, this liquid was titrated with a 1N hydrochloric acid solution (Factor F) as an indicator. The titration value obtained was V2 mL. Next, the same operation was performed without the polyisocyanate sample, and the titration value obtained was V1 ml. Next, the isocyanate group (NCO) content (isocyanate group (NCO) content) (mass%) of the polyisocyanate was calculated from the following formula.
イソシアネート基(NCO)含有率(質量%)=(V1-V2)×F×42/(W×1000)×100 Isocyanate group (NCO) content (mass%) = (V1-V2) x F x 42/(W x 1000) x 100
[物性1-2]
(平均イソシアネート官能基数)
ポリイソシアネートの平均イソシアネート官能基数(平均NCO数)は、下記式により、平均イソシアネート官能基数を求めた。なお、式中、「Mn」は、ブロックポリイソシアネート組成物について、ブロック剤によるブロック化前のポリイソシアネートの数平均分子量であり、上記「物性1-2」において測定された値を用いた。「NCO含有率」は、ブロックポリイソシアネート組成物について、ブロック剤によるブロック化前に測定したポリイソシアネートのイソシアネート基含有率であり、上記「物性1-1」において算出された値を用いた。
[Physical Properties 1-2]
(Average number of isocyanate functional groups)
The average number of isocyanate functional groups (average NCO number) of the polyisocyanate was calculated by the following formula. In the formula, "Mn" is the number average molecular weight of the polyisocyanate before blocking with a blocking agent for the blocked polyisocyanate composition, and the value measured in "Physical Properties 1-2" above was used. "NCO content" is the isocyanate group content of the polyisocyanate measured before blocking with a blocking agent for the blocked polyisocyanate composition, and the value calculated in "Physical Properties 1-1" above was used.
平均イソシアネート官能基数=(Mn×NCO含有率×0.01)/42 Average number of isocyanate functional groups = (Mn x NCO content x 0.01) / 42
[物性1-3]
(ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量)
ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量は、次のように求めた。
まず、底直径38mmのアルミ皿を精秤した。次いで、アルミ皿上に実施例及び比較例で製造されたブロックポリイソシアネート組成物約1gを乗せた状態で精秤した(W1)。次いで、ブロックポリイソシアネート組成物を均一厚さに調整した。次いで、アルミ皿に乗せた状態のブロックポリイソシアネート組成物を105℃のオーブンで1時間保持した。次いで、アルミ皿が室温になった後、アルミ皿に残存したブロックポリイソシアネート組成物を精秤した(W2)。次いで、下記式からブロックポリイソシアネート組成物の固形分量(質量%)を算出した。
[Physical Properties 1-3]
(Solid content of blocked polyisocyanate composition)
The solid content of the blocked polyisocyanate composition was determined as follows.
First, an aluminum dish with a bottom diameter of 38 mm was precisely weighed. Next, about 1 g of the blocked polyisocyanate composition produced in the Examples and Comparative Examples was precisely weighed on the aluminum dish (W1). Next, the blocked polyisocyanate composition was adjusted to a uniform thickness. Next, the blocked polyisocyanate composition placed on the aluminum dish was kept in an oven at 105°C for 1 hour. Next, after the aluminum dish reached room temperature, the blocked polyisocyanate composition remaining on the aluminum dish was precisely weighed (W2). Next, the solid content (mass%) of the blocked polyisocyanate composition was calculated from the following formula.
ブロックポリイソシアネート組成物の固形分量[質量%]=W2/W1×100 Solid content of blocked polyisocyanate composition [mass %] = W2/W1 x 100
(塗膜外観性)
得られた水系塗料組成物をポリプロピレン(PP)板上に乾燥膜厚40μmになるよう塗装した後、80℃で30分間加熱乾燥し、樹脂膜を得た。得られた評価板の塗膜外観を、目視観察により、次の基準に従い評価した。なお、評価結果は評価者20人の観察結果の平均である。
◎:塗膜に蛍光灯を映すと、蛍光灯がかなり鮮明に映る。
○:塗膜に蛍光灯を映すと、蛍光灯が少し鮮明に映る。
△:塗膜に蛍光灯を映すと、蛍光灯の周囲(輪郭)がぼやける。
×:塗膜に蛍光灯を映すと、蛍光灯の周囲(輪郭)がぼやける。塗膜表面に凝集物がある。
(Coating film appearance)
The obtained water-based coating composition was applied to a polypropylene (PP) plate so that the dry film thickness was 40 μm, and then the plate was dried by heating at 80° C. for 30 minutes to obtain a resin film. The appearance of the coating film on the obtained evaluation plate was evaluated by visual observation according to the following criteria. The evaluation results are the average of the observation results of 20 evaluators.
◎: When a fluorescent light is reflected on the coating, the light is reflected quite clearly.
◯: When a fluorescent light is reflected on the coating film, the fluorescent light is reflected somewhat clearly.
△: When a fluorescent light is reflected on the coating film, the periphery (outline) of the fluorescent light becomes blurred.
×: When a fluorescent lamp is reflected on the coating film, the periphery (contour) of the fluorescent lamp becomes blurred. Aggregates are found on the coating film surface.
(塗膜硬度:ケーニッヒ)
各水系塗料組成物をガラス板上に、乾燥膜厚40μmになるよう塗装した後、80℃で30分間加熱乾燥し、樹脂膜を得た。Erichsen社の振り子式硬度計を用いて、各実施例及び比較例で得られたサンプル塗板のケーニッヒ硬度(回)を測定した。以下の評価基準に従い、塗膜硬度:ケーニッヒを評価した。
〇:30回以上。
△:20回以上30回以下。
×:20回以下。
(Coating hardness: Konig)
Each water-based coating composition was applied to a glass plate so that the dry film thickness was 40 μm, and then the plate was dried at 80° C. for 30 minutes to obtain a resin film. The Konig hardness (times) of the sample coated plates obtained in each Example and Comparative Example was measured using a pendulum hardness tester manufactured by Erichsen. The coating film hardness: Konig was evaluated according to the following evaluation criteria.
〇: More than 30 times.
△: 20 times or more and 30 times or less.
×: Less than 20 times.
(貯蔵安定性)
得られた水系塗料組成物について、20mLガラス瓶にて、40℃で10日貯蔵した後の状態を観察し、次の基準に従い評価した。
〇:凝集物や著しい増粘などがない。
△:僅かに凝集物が観察される。
×:凝集物が観察され、著しい増粘がある。
(Storage Stability)
The obtained water-based coating composition was stored in a 20 mL glass bottle at 40° C. for 10 days, after which the condition was observed and evaluated according to the following criteria.
◯: No agglomerates or significant thickening.
Δ: A small amount of aggregates were observed.
×: Aggregates were observed and there was a significant increase in viscosity.
<ポリイソシアネートの合成>
[合成例1]
(ブロックポリイソシアネートBL1の合成)
温度計、攪拌羽根及び還流冷却管を取り付けた四ツ口フラスコに、窒素気流下で、HDI:100質量部、及び、3価アルコールとε-カプロラクトンとから誘導されるポリエステルポリオール(ダイセル化学社製、「プラクセル303」(商品名)):5.1質量部を仕込み、撹拌下反応器内温度を90℃に1時間保持しウレタン化反応を行った。その後反応器内温度を60℃に保持し、イソシアヌレート化触媒テトラメチルアンモニウムカプリエートを加え、収率が51質量%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液をろ過した後、薄膜蒸発缶を用いて未反応のHDIを除去して、イソシアヌレート型ポリイソシアネート(以下、「ポリイソシアネートP-1」と称する場合がある)を得た。得られたポリイソシアネートP-1のNCO含有率は18.8質量%、数平均分子量は1130、平均イソシアネート基数は5.1であった。また、得られたポリイソシアネートP-1についてGPC分析及び1H-NMR分析を行い、イソシアヌレート3量体が存在することを確認した。
<Synthesis of Polyisocyanate>
[Synthesis Example 1]
(Synthesis of blocked polyisocyanate BL1)
In a four-neck flask equipped with a thermometer, a stirring blade, and a reflux condenser, 100 parts by mass of HDI and 5.1 parts by mass of a polyester polyol derived from a trihydric alcohol and ε-caprolactone (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., "Placcel 303" (trade name)) were charged under a nitrogen gas flow, and the temperature inside the reactor was kept at 90°C for 1 hour under stirring to carry out a urethane reaction. Thereafter, the temperature inside the reactor was kept at 60°C, and an isocyanurate catalyst, tetramethylammonium caprylate, was added, and when the yield reached 51% by mass, phosphoric acid was added to stop the reaction. After filtering the reaction liquid, unreacted HDI was removed using a thin-film evaporator to obtain an isocyanurate-type polyisocyanate (hereinafter, sometimes referred to as "polyisocyanate P-1"). The NCO content of the obtained polyisocyanate P-1 was 18.8% by mass, the number average molecular weight was 1130, and the average number of isocyanate groups was 5.1. Furthermore, the obtained polyisocyanate P-1 was subjected to GPC analysis and 1H-NMR analysis, and it was confirmed that an isocyanurate trimer was present.
さらに得られたポリイソシアネートP-1:100質量部、メトキシポリエチレングリコール(MPG-081、エチレンオキサイド繰り返し単位:15個、日本乳化剤株式会社製):24質量部(イソシアネート基100モル%に対して9モル%)、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート(JP-508T、城北化学工業株式会社製):0.01質量部、及び、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM):30質量部を混合し、115℃で2時間反応を行った。反応液を40℃まで冷却し、ブロック剤としてマロン酸ジtertブチルを反応物中のイソシアネート基のモル量に対して1.1モル当量となる割合で添加し、さらにナトリウムメチラート(28質量%)含有メタノール溶液:溶液として1.0質量部添加し、撹拌した。50℃に内浴を維持して6時間以上攪拌し、赤外スペクトルでイソシアネート基の特性吸収がなくなったことを確認し、DPDMを固形分量60質量%となる割合で加えて攪拌し、40℃以下に冷却した。 100 parts by mass of the obtained polyisocyanate P-1, 24 parts by mass of methoxypolyethylene glycol (MPG-081, ethylene oxide repeating units: 15, manufactured by Nippon Nyukazai Co., Ltd.) (9 mol% relative to 100 mol% isocyanate groups), 0.01 parts by mass of 2-ethylhexyl acid phosphate (JP-508T, manufactured by Johoku Chemical Industry Co., Ltd.), and 30 parts by mass of dipropylene glycol dimethyl ether (DPDM) were mixed and reacted at 115°C for 2 hours. The reaction liquid was cooled to 40°C, and di-tert-butyl malonate was added as a blocking agent in a ratio of 1.1 molar equivalents relative to the molar amount of isocyanate groups in the reactant, and 1.0 part by mass of a methanol solution containing sodium methylate (28% by mass) was added as a solution and stirred. The internal bath was kept at 50°C and stirred for more than 6 hours, and the disappearance of the characteristic absorption of isocyanate groups was confirmed by infrared spectroscopy. DPDM was then added in a proportion to give a solid content of 60% by mass, stirred, and cooled to below 40°C.
[合成例2]
(ブロックポリイソシアネートBL2の合成)
ブロック剤をマロン酸ジイソプロピルとした以外は合成例1と同様の方法を用いて、ブロックポリイソシアネートBL2を合成した。
[合成例3]
(ブロックポリイソシアネートBL3の合成)
ブロック剤をマロン酸ジエチルとした以外は合成例1と同様の方法を用いて、ブロックポリイソシアネートBL3を合成した。
[Synthesis Example 2]
(Synthesis of blocked polyisocyanate BL2)
Blocked polyisocyanate BL2 was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the blocking agent was diisopropyl malonate.
[Synthesis Example 3]
(Synthesis of blocked polyisocyanate BL3)
Blocked polyisocyanate BL3 was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1, except that diethyl malonate was used as the blocking agent.
<水系塗料組成物の製造>
[実施例1]
合成例1で得られたブロックポリイソシアネートを16g容器に測り取った。次いでノニオン系分散剤D1とD5を、その総量がブロックポリイソシアネートの樹脂分の6重量%となる重量で、さらにD1とD5の平均HLB値が15となる割合で、ブロックポリイソシアネートに添加した。次に脱イオン水を固形分が40質量%となる割合で加え、プロペラ羽を用いて800rpmで10分攪拌した。
次にアクリルポリオール水分散体(樹脂あたりの水酸基価:130mgKOH/g、自社製)を、アクリルポリオール水分散体中の水酸基のモル量に対する、イソシアネート基のモル量の比(NCO/OH)が0.4となる割合で加えた。最後に、塗料組成物中の固形分が30質量%となる割合で脱イオン水を加え、プロペラ羽根を用いて700rpmで10分間撹拌し、塗料組成物を得た。作製した塗料組成物を用いて、上記記載の方法を用いて評価を行った。結果を表1に記載する。
<Production of Water-Based Coating Composition>
[Example 1]
16 g of the blocked polyisocyanate obtained in Synthesis Example 1 was weighed out into a container. Next, nonionic dispersants D1 and D5 were added to the blocked polyisocyanate in such a weight ratio that the total amount was 6% by weight of the resin content of the blocked polyisocyanate, and further in such a ratio that the average HLB value of D1 and D5 was 15. Next, deionized water was added in such a ratio that the solid content was 40% by mass, and the mixture was stirred at 800 rpm for 10 minutes using a propeller blade.
Next, an acrylic polyol water dispersion (hydroxyl value per resin: 130 mg KOH/g, manufactured by the company) was added in such a ratio that the ratio (NCO/OH) of the molar amount of isocyanate groups to the molar amount of hydroxyl groups in the acrylic polyol water dispersion was 0.4. Finally, deionized water was added in such a ratio that the solid content in the coating composition was 30 mass%, and the mixture was stirred at 700 rpm for 10 minutes using a propeller blade to obtain a coating composition. The coating composition thus prepared was evaluated using the method described above. The results are shown in Table 1.
[実施例2~4、比較例1~8]
ブロックポリイソシアネートの種類、分散剤の種類と含有比率、平均HLB値を表1に示すとおりとした以外は、実施例1と同様の方法を用いて、実施例2~4、比較例1~8の塗料組成物を得た。作製した塗料組成物を用いて、上記記載の方法を用いて評価を行った。結果を表1に記載する。
[Examples 2 to 4, Comparative Examples 1 to 8]
The coating compositions of Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 8 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the type of blocked polyisocyanate, the type and content ratio of the dispersant, and the average HLB value were as shown in Table 1. The prepared coating compositions were evaluated using the methods described above. The results are shown in Table 1.
上記結果に示した通り、本発明の組成を満たす実施例1~4の塗料組成物は、塗膜外観が良好であり、塗料貯蔵安定性も良好であった。
一方、比較例1~8では塗膜外観性、あるいは貯蔵安定性に課題が残った。
As shown by the above results, the coating compositions of Examples 1 to 4 satisfying the composition of the present invention had good coating appearance and also had good coating storage stability.
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 8, problems remained with respect to the coating appearance or storage stability.
表1及び下記表2~3における分散剤の種類は以下に示すとおりである。
(分散剤)
D1:ニューコール2399S(日本乳化剤株式会社製、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系分散剤、グリフィン式より算出されたHLB値が19.2)、ノニオン系分散剤。
D2:ニューコール723(日本乳化剤株式会社製、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル系分散剤、グリフィン式より算出されたHLB値が16.6)、ノニオン系分散剤。
D3:ニューコール714(日本乳化剤株式会社製、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル、グリフィン式より算出されたHLB値が15.0)、ノニオン系分散剤。
D4:ニューコール710(日本乳化剤株式会社製、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル、グリフィン式より算出されたHLB値が13.6)、ノニオン系分散剤。
D5:ニューコール704(日本乳化剤株式会社製、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル、グリフィン式より算出されたHLB値が9.2)、ノニオン系分散剤。
D6:ホモゲノールL-95(花王株式会社製、アルキルイミダゾリン、HLB値無し)、非イオン系分散剤。
The types of dispersants in Table 1 and the following Tables 2 and 3 are as follows.
(Dispersant)
D1: Newcol 2399S (manufactured by Nippon Nyukazai Co., Ltd., polyoxyethylene alkyl ether-based dispersant, HLB value calculated by the Griffin formula of 19.2), a nonionic dispersant.
D2: Newcol 723 (manufactured by Nippon Nyukazai Co., Ltd., polyoxyethylene polycyclic phenyl ether-based dispersant, HLB value calculated by the Griffin formula of 16.6), a nonionic dispersant.
D3: Newcol 714 (manufactured by Nippon Nyukazai Co., Ltd., polyoxyethylene polycyclic phenyl ether, HLB value calculated by the Griffin formula: 15.0), a nonionic dispersant.
D4: Newcol 710 (manufactured by Nippon Nyukazai Co., Ltd., polyoxyethylene polycyclic phenyl ether, HLB value calculated by the Griffin formula: 13.6), a nonionic dispersant.
D5: Newcol 704 (manufactured by Nippon Nyukazai Co., Ltd., polyoxyethylene polycyclic phenyl ether, HLB value calculated by the Griffin formula of 9.2), a nonionic dispersant.
D6: Homogenol L-95 (manufactured by Kao Corporation, alkyl imidazoline, no HLB value), non-ionic dispersant.
一般的に親水基変性量が減少するほど、硬度は高くなる傾向がある。表1の硬度を改善すべく、様々な親水基変性量ブロックイソシアネートを合成し、評価を行った。 In general, the lower the amount of hydrophilic group modification, the higher the hardness tends to be. In order to improve the hardness shown in Table 1, blocked isocyanates with various amounts of hydrophilic group modification were synthesized and evaluated.
[合成例4]
(ブロックポリイソシアネートBL4~BL6の合成)
親水基変性量を表2及び表3に示すとおりとした以外は、合成例1と同様の方法を用いて、BL4~BL6のブロックポリイソシアネート化合物を得た。
[Synthesis Example 4]
(Synthesis of blocked polyisocyanates BL4 to BL6)
Blocked polyisocyanate compounds BL4 to BL6 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the hydrophilic group modification amounts were as shown in Tables 2 and 3.
[実施例5~9、比較例9~23]
分散剤成分の種類と含有比率、平均HLB値を表2及び表3に示すとおりとした以外は、実施例1と同様の方法を用いて、実施例5~9、比較例9~23の水系塗料組成物を得た。作製した水系塗料組成物を用いて、上記記載の方法を用いて評価を行った。結果を表2及び表3に記載する。
[Examples 5 to 9, Comparative Examples 9 to 23]
The water-based coating compositions of Examples 5 to 9 and Comparative Examples 9 to 23 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the types and content ratios of the dispersant components and the average HLB values were as shown in Tables 2 and 3. The prepared water-based coating compositions were evaluated using the methods described above. The results are shown in Tables 2 and 3.
上記結果に示した通り、本発明の組成を満たす実施例5~9の塗料組成物は、ブロックポリイソシアネートの親水基量が低い領域でも塗膜外観が良好であり、硬度も良好であった。
一方、比較例9~11は塗膜外観が悪く、比較例13~16は外観が良化傾向ではあるが、硬度が悪化した。
また親水基量が極端に低い領域でも本発明の組成を満たすことにより塗膜外観の改良が成された。
As shown by the above results, the coating compositions of Examples 5 to 9, which satisfied the composition of the present invention, had good coating film appearance and good hardness even in the range where the amount of hydrophilic groups in the blocked polyisocyanate was low.
On the other hand, the coating appearance of Comparative Examples 9 to 11 was poor, and the appearance of Comparative Examples 13 to 16 tended to improve, but the hardness deteriorated.
Even in the region where the amount of hydrophilic groups is extremely low, the appearance of the coating film is improved by satisfying the composition of the present invention.
Claims (6)
前記ノニオン系分散剤は、最も高いHLB値を持つ分散剤と最も低いHLB値を持つ分散剤のHLB値の差が5以上であり、
前記水系塗料組成物に含まれる全ての前記ノニオン系分散剤のHLB値を加重平均した値が14以上17以下である、水系塗料組成物。 A water-based coating composition comprising a blocked polyisocyanate composition, at least two or more nonionic dispersants, a hydroxyl group-containing polyol, and deionized water,
The nonionic dispersant has an HLB value difference between the dispersant having the highest HLB value and the dispersant having the lowest HLB value of 5 or more,
A water-based coating composition, wherein a weighted average of the HLB values of all the nonionic dispersants contained in the water-based coating composition is 14 or more and 17 or less.
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