JP3662935B2 - 架橋性ヒドロキシ官能ポリジエンポリマーコーティング組成物及び該組成物の製造法 - Google Patents

架橋性ヒドロキシ官能ポリジエンポリマーコーティング組成物及び該組成物の製造法 Download PDF

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Description

本発明は、ヒドロキシ官能ポリジエンポリマー、アミノ樹脂架橋剤及び補強剤からなる新規な架橋性相安定性組成物に関する。より特定的に言えば、本発明は、適当なプライマーでコーティングされているか又はコーティングされていない基体に良好に接着するコーティング組成物において特に有用な生成物を生成させるための、アミノ樹脂と架橋した特定のジヒドロキシ及びポリヒドロキシ官能水素化ジエンポリマーの使用に関する。これらのコーティング組成物は顔料を含み得、従って基体の「塗装」にも用い得る。
ヒドロキシ官能ポリジエンポリマーは周知である。米国特許第5,393,843号は、これらのポリマー、メラミン樹脂架橋剤及び酸触媒を含む組成物を通常のベーキング条件下にベーキングして硬化し得ることを開示している。該特許はさらに、これらのポリマーをイソシアネートと混合して周囲温度で硬化する組成物を生成し得ることも開示している。しかし、硬化した組成物は、通常かなり軟質であり、特定の用途には極めて有用であり得るが、接着力が弱い。
単にこれらの成分を低分子量ジオール又はトリオールのような補強剤と混合したり、架橋剤のレベルを高くしたりするだけで架橋密度を増大させて硬度及び接着力を増強させようとする試みは成功しなかった。というのは、補強剤や架橋剤は比較的極性であり、従って比較的非極性のポリジエンポリマーとは不相溶であるからである。該成分が不相溶であることにより、硬化組成物における光沢のような特性が不十分となるか、さらに悪いことには、該組成物が硬化前の貯蔵中に相分離し得る。
驚くべきことは、従来技術の接着剤、シーラント又はコーティングの諸問題を克服する組成物が見出された。特に驚くべきことには、硬化すると、硬度及び/又は非極性基体に対する接着力が増大する相安定性組成物を提供し得ることが見出された。
従って、本発明は、1.3以上の官能価を有する10〜80重量%のヒドロキシ官能ポリジエンポリマーと、8〜60重量%のアミノ樹脂架橋剤、及び2〜40重量%の補強剤とを含む架橋性相安定性組成物を提供する。
本明細書において、組成物が室温(20℃)で2週間放置しても相分離しない場合、該組成物は相安定性であると定義される。
本発明の組成物は、例えば、接着剤、シーラント又はコーティングとして用い得る。特に、該組成物は種々の下塗りしていない基体、とりわけ、ポリエチレン、ポリプロピレンなどを含むプラスチック表面のような比較的非極性の基体のコーティング及び塗装や、下塗りした基体の塗装及びコーティングに極めて有用である。スチール鋼は下塗りを必要とすることが多い最も一般的な基体である。
本発明のコーティング組成物は、ヒドロキシ官能ポリジエンポリマー、アミノ樹脂架橋剤及び補強剤を含む架橋性組成物である。通常、本発明のコーティングは顔料を含んでいるが、顔料は必要ではない。本発明に用いるのに好ましいポリマーは水素化ポリジエンジオールである。
該ポリマーは、実際に架橋するには約1.3以上の官能価を有していなければならない。本発明のより好ましい実施態様において、ポリジエンポリマーは約1.9以上の官能価を有する。本発明の別の好ましい実施態様において、ポリジエンポリマーは、実質的な量のビニル芳香族炭化水素、通常スチレンを含んでいる。というのは、そのようなポリマーから形成されたコーティングは、下塗りしていないスチール鋼基体に対しても良好な接着力を示すからである。
本発明の組成物は、自動車の外面部のコーティングに特に適している。典型的には、本発明の組成物は、自動車のプラスチック外面部に直接塗装し得る。また、先に概説したように、該組成物は下塗りしたスチール鋼、特にエポキシ樹脂ベースのプライマーで下塗りしたスチール鋼のような下塗りした基体に塗布し得る。
該プライマーは、典型的には、陰極電着(CED)法により塗布する。所望なら、本発明の組成物を塗布する前に、エポキシ樹脂で下塗りしたスチール鋼を、通常ポリエステル樹脂をベースとするプライマー/サーフェイサーでさらにコーティングする。
下塗りした後、所望なら、本発明の組成物を基体に塗布し得る。自動車業界では、このようにして形成されたコーティングは一般に下塗と称される。
下塗は、典型的には顔料を含み、従って車に塗布される実際の「塗料」である。
通常、色の保持のために下塗の上に透明な塗料を塗布する。
従って、本発明は、下塗りした基体にも下塗りしていない基体にも優れた接着力を示す新規な相溶性コーティング組成物及びこれらの新規な組成物の製造法を提供する。従って、本発明は、自動車の外面全体の「塗装」に用い得る組成物を提供する。
ヒドロキシ官能ポリジエンポリマー、アミノ樹脂架橋剤及び補強剤は互いに不相溶であり、従って単に物理的ブレンドとして用いることはできない。以下にさらに詳細に述べるように、本発明の架橋性安定性組成物を製造するためには、成分を部分反応(部分架橋)させて相互の不相溶性を克服する。部分反応させるためには、相分離しない組成物を得るのに十分な時間と温度と触媒濃度とを組み合わせて容器中で成分を「クッキング」(cooking)する。典型的なクッキング条件は、0.5〜10時間、好ましくは1〜4時間、60〜120℃、好ましくは80〜100℃で、ヒドロキシルとアミノ樹脂との反応を促進させるために約0〜0.4重量部の触媒を用いるものである。触媒濃度を要求レベルまで増大させた後で完全に架橋結合した組成物を基体に塗布し、ベーキングする。
ヒドロキシ官能ポリジエンポリマー及びエチレン性不飽和を含む他のポリマーは、1種以上のオレフィン、特にジオレフィンを互いに又は1種以上のアルケニル芳香族炭化水素モノマーと共重合して製造し得る。該コポリマーは、ランダムコポリマー、テーパーコポリマー、ブロックコポリマー、又はこれらのコポリマーの組み合わせ、並びに線状コポリマー、ラジアルコポリマー又は星形コポリマーであってよいのは勿論である。
ヒドロキシ官能ポリジエンポリマーはアニオン開始剤又は重合触媒を用いて製造し得る。そのようなポリマーは、塊状、溶液又は乳化重合法を用いて製造し得る。高分子量ポリマーを重合する場合、該ポリマーは一般に、小片(crumb)、粉末、ペレットなどのような固体として回収される。低分子量ポリマーを重合する場合、該ポリマーは液体として回収され得る。
一般に、溶液アニオン重合法を用いる場合、場合によってビニル芳香族炭化水素を含む共役ジオレフィンコポリマーは、重合すべきモノマーを、IA族の金属、それらのアルキル、アミド、シラノレート(silanolates)、ナフタリド、ビフェニル又はアントラセニル誘導体のようなアニオン重合開始剤と同時又は順次接触させて製造する。オルガノアルカリ金属(例えば、ナトリウム又はカリウム)化合物を適当な溶媒中、約−150〜約300℃の範囲の温度、好ましくは約0〜約100℃の範囲の温度で用いるのが好ましい。特に有効なアニオン重合開始剤は、一般式:
RLin
(式中、Rは、1〜約20個の炭素原子を有する脂肪族、シクロ脂肪族、芳香族又はアルキル置換芳香族炭化水素基であり、nは1〜4の整数である)
を有するオルガノリチウム化合物である。
アニオン重合し得る共役ジオレフィンとしては、約4〜約24個の炭素原子を含む共役ジオレフィン、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、ピペリレン、メチルペンタジエン、フェニル−ブタジエン、3,4−ジメチル−1,3−ヘキサジエン、4,5−ジエチル−1,3−オクタジエンなどが挙げられる。イソプレン及びブタジエンは、その低コスト及び入手し易さのために本発明に用いるのに好ましい共役ジエンモノマーである。共重合し得るアルケニル(ビニル)芳香族炭化水素としては、ビニルアリール化合物、例えば、スチレン、種々のアルキル置換スチレン、アルコキシ置換スチレン、ビニルナフタレン、アルキル置換ビニルナフタレンなどが挙げられる。
本発明の組成物中に用いられるヒドロキシ官能ポリマーは、該ポリマーが線状である場合には一般にジオールである。本発明にはラジアルポリマーや星形ポリマーの使用も考えられ、そのような場合、該ポリマーは、ヒドロキシ基がそのようなポリマーのアームの殆ど又は全ての末端に位置するポリオールである。
ヒドロキシ官能ポリジエンポリマーは、500〜500,000の数平均分子量を有し得る。低分子量のものは過剰な架橋剤を必要とするのに対し、高分子量のものは極めて高粘性となり、非常に加工が難しくなる。該ポリマーが1,000〜50,000の数平均分子量を有するものであればなお好ましい。該ポリマーが2,000〜20,000の数平均分子量を有する線状ジオールを主成分とするのが最も好ましい。というのは、それによって、コスト面や、最も穏和な硬化条件の使用の可能性及び良好な加工挙動の達成について最上のバランスが得られるからである。
水素化ポリブタジエンジオールは、製造が容易であり、ガラス転移温度が低く且つ優れた耐候性を有しているために、本発明に用いるのに好ましい。該ジオール、ジヒドロキシル化ポリブタジエンは、リチウム開始剤を使用して共役ジエン炭化水素モノマーをアニオン重合して合成する。同じ方法でポリオールを合成し得る。この方法は、米国特許第4,039,593号及び再発行特許第27,145号に記載されているように周知である。重合は、各リチウム部位でリビングポリマー幹を構築するモノリチウム、ジリチウム又はポリリチウム開始剤を用いて開始する。共役ジエン炭化水素モノマーを含む典型的なモノリチウムリビングポリマーは:
X−B−Li X−B1−B2−Li
X−A−B−Li X−A−B1−B2−Li
X−A−B−A−Li
(ここで、Bは、ブタジエン又はイソプレンのような1個以上の共役ジエンモノマーの重合単位を表し、Aは、スチレンのような1個以上のビニル芳香族モノマーの重合単位を表し、Xは、s−ブチルリチウムのようなモノリチウム開始剤の残基である)
である。Bは、共役ジエンとビニル芳香族化合物とのコポリマーであってもよい。B1及びB2は異なるジエンから形成される。
本発明に用いられるジヒドロキシル化ポリジエンジオールは、米国特許第5,391,663号、同第5,393,843号、同第5,405,911号及び同第5,416,168号に記載のようにアニオン重合により製造することもできる。ジヒドロキシル化ポリジエンポリマーは、2モルのS−ブチルリチウムと1モルのジイソプロペニルベンゼンを反応させて形成された化合物のようなジリチルム開始剤を用いて製造し得る。このジ開始剤(diinitiator)を用いて、典型的には90重量%のシクロヘキサンと10重量%のジエチルエーテルとからなる溶媒中でジエンを重合する。ジ開始剤とモノマーとのモル比により、ポリマーの分子量が決定される。次いで、リビングポリマーを2モルのエチレンオキシドでキャップし、2モルのメタノールで反応を停止させて、所望のジヒドロキシポリジエンを得る。
ジヒドロキシル化ポリジエンポリマーは、シリルエーテルとしてブロックされたヒドロキシル基を含むモノリチウム開始剤を用いて製造することもできる。該重合手順の詳細は、米国特許第5,376,745号に見ることができる。適当な開始剤は、ヒドロキシル基がt−ブチル−ジメチルシリルエーテルとしてブロックされているヒドロキシプロピルリチウムである。このモノリチルム開始剤を用いて、炭化水素又は極性溶媒中でイソプレン又はブタジエンを重合し得る。次いで、リビングポリマーをエチレンオキシドでキャップし、メタノールで反応を停止させる。次いで、水の存在下にシリルエーテルを酸触媒切断して除去し、所望のポリマーを得る。
本発明の範囲内に包含されるジヒドロキシポリブタジエン不飽和ポリマーは、任意のブタジエンミクロ構造を有し得る。しかし、該ポリマーはその粘度を最小限にするために1,2−ブタジエン付加の含有率が約10%以下であるのが好ましい。水素化した後で用いられるジヒドロキシポリブタジエンポリマーも任意のブタジエンミクロ構造を有し得る。しかし、該ポリマーは、1,2−ブタジエン付加の含有率が約30%以上であるのが好ましい。というのは、水素化後、該ポリマーの1,2−ブタジエン付加含有率が約30%以下である場合には、該ポリマーは室温でろう状固体となり、本発明の方法に用いた場合には、低粘性溶液となる代わりに室温でペースト状になるからである。従って、1,2−ブタジエン付加の含有率が約30%以下である水素化ポリブタジエンジオールをベースとする組成物は、該組成物を均質な低粘性液体とするに十分な程高い温度にある間に基体上にコーティングする必要がある。あるいは、該組成物は、高温状態にある間に水に分散させて、水性分散液として処理し得る。1,2−ブタジエン付加の含有率が約30%を超える水素化ポリブタジエンは室温で液体である本発明の組成物を生成するが、水素化ポリブタジエンジオールの粘度を最小限にするためには、1,2−ブタジエン含有率が約40〜60%であるのが好ましい。
共役ジエンのうちの1種が1,3−ブタジエンであり且つ水素化される場合、共役ジエン炭化水素のアニオン重合は、典型的には、所望量の1,4−付加を得るためにジエチルエーテル又はグリム(1,2−ジエトキシエタン)のような構造調節剤を用いて調節する。米国再発行特許第27,145号に記載のように、ブタジエンポリマー又はコポリマーの1,2−付加レベルは、水素化後のエラストマー特性に大きな影響を与え得る。
これらの組成物には線状不飽和又は水素化ポリイソプレンジオールポリマーを用いることもできる。本発明の範囲内に包含されるジヒドロキシポリイソプレンポリマーは任意のイソプレンミクロ構造を有し得る。しかし、該ポリマーの粘度を低減させるためには、該ポリマーが80%を超える、好ましくは90%を超える1,4−付加イソプレンを有するのが好ましい。この種のポリイソプレンジオールはイソプレン3,4−付加を増大させるミクロ構造調節剤の不在下にアニオン重合により製造し得る。該ジエンのミクロ構造は、典型的には、クロロホルム中での13C核磁気共鳴(NMR)により決定される。
本発明のポリマーの好ましい製造法は、以下の構造:
Figure 0003662935
〔ここで、各Rは、メチル、エチル、n−プロピル又はn−ブチルであり、A″は、−CH2−CH2−CH2−(1,3−プロピル)、−CH2−CH(CH3)−CH2−(2−メチル−1,3−プロピル)、及び−CH2−C(CH32−CH2−(2,2−ジメチル−1,3−プロピル)を含むアルキル置換若しくは非置換プロピル架橋基、又は−CH2−CH2−CH2−CH2−CH2−CH2−CH2−CH2−(1,8−オクチル)を含むアルキル置換若しくは非置換オクチル架橋基である〕を有するリチウム開始剤の使用を含む。何故ならば、これらの開始剤は、A″が、−CH2−CH2−CH2−CH2−(1,4−ブチル)、−CH2−CH2−CH2−CH2−CH2−(1,5−ペンチル)又は−CH2−CH2−CH2−CH2−CH2−CH2−(1,6−ヘキシル)のようなアルキル置換若しくは非置換ブチル、ペンチル又はヘキシル架橋基で置き換えられた類似の開始剤よりはるかに低い量の死(dead)開始剤(高効率)により、はるかに高い重合温度でアニオンポリマーの重合を開始するからである。
本発明に有用な特定のヒドロキシル化ポリジエンポリマーは、構造式:
(I) HO−A−OH又は(HO−A)n−X
(式中、Aは、共役ジオレフィンモノマーのホモポリマー、2種以上の共役ジオレフィンモノマーのコポリマー、又は1種以上の共役ジオレフィンモノマーとモノアルケニル芳香族炭化水素モノマーとのコポリマーであり、nは>1であり、Xはカップリング剤の残基である)
を有する。
これらのヒドロキシル化ポリジエンポリマーの製造中に、リビングポリマーの不完全キャッピングによるか又はカップリング剤を介した不完全カップリングにより、構造式HO−Aを有する多少の一官能ポリマーが製造される可能性がある。この一官能ポリマーの量は最少であるのが好ましいが、組成物中の一官能ポリマーの量がヒドロキシル化ポリマーの70重量%にも達する多さであっても本発明の範囲内の満足すべき架橋組成物を得ることができる。
本発明に有用な他のヒドロキシル化ポリジエンポリマーは、構造式:
(II) HO−A−Sz−B−OH若しくは
(HO−A−Sz−B)n−X、又は
HO−Sz−A−B−Sy−OH若しくは
(HO−Sz−A−B)n−X
(式中、A及びBは、共役ジオレフィンモノマーのホモポリマーブロック、共役ジオレフィンモノマーのコポリマーブロック、又はジオレフィンモノマーとモノアルケニル芳香族炭化水素モノマーのコポリマーブロックであってよいポリマーブロックであり、Sは、ビニル芳香族ポリマーブロックであり、y及びzは0又は1であり、nは2以上であり、Xはカップリング剤の残基である)
を有する。
これらのポリマーは、最大60重量%の少なくとも1種のビニル芳香族炭化水素、好ましくはスチレンを含み得る。AブロックとBブロックは、100〜499,000、好ましくは500〜49,900、最も好ましくは1,000〜19,900の数平均分子量を有し得る。Sブロックは、500〜50,000の数平均分子量を有し得る。Aブロック又はBブロックのどちらかを、数平均分子量が50〜1,000の異なる組成のポリマーのミニブロックでキャップして、いずれの開始の場合にも、望ましくない共重合速度によるテーパリング又はキャッピング障害を補正することができる。ヒドロキシ官能ポリジエンポリマーの総数平均分子量は上記範囲内に保たれることが理解されよう。
該ポリマーの分子量は、GPC系が適切に較正されているゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定するのが便利である。該ポリマーは、クロマトグラム中のデータから、数平均分子量(Mn)を計算するか、重量平均分子量(Mw)を計算するか、又は「ピーク」分子量を測定することにより特定決定し得る。ピーク分子量は、クロマトグラム上に示された主要種の分子量である。アニオン重合された線状ポリマーは、ほぼ単分散性(Mw/Mn比がほぼ1に等しい)であり、通常、認められる狭い分子量分布のピーク分子量を記録するのが適当な表現である。通常、ピーク分子量値はMnとMwの間にある。多分散性ポリマーの場合は、その数平均分子量をクロマトグラムから計算して使用する。GPCのカラム中で用いられるのはスチレン−ジビニルベンゼンゲルかシリカゲルである。溶媒はテトラヒドロフランであり、検出器は屈折率検出器である。
本発明のポリマーは、当業者には公知の手順、例えば、再発行された米国特許第27,145号に開示されている手順を用いて水素化し得る。これらのポリマー及びコポリマーの水素化は、ラネーニッケル、貴金属(例えば白金など)のような触媒、可溶性遷移金属触媒及び米国特許第5,039,755号に記載のようなチタン触媒の存在下の水素化を含む十分に確立された多様な方法により実施し得る。本発明のポリマーは種々のジエンブロックを有し得、これらのジエンブロックは、例えば米国特許第5,229,464号に記載のように選択的に水素化し得る。
本発明に有用な架橋剤はアミノ樹脂である。本発明のためには、アミノ樹脂は、NH基を有する物質とカルボニル化合物及びアルコールとを反応させて製造した樹脂である。NH基を有する物質は、一般に、尿素、メラミン、ベンゾグアナミン、グリコルリル(glycoluril)、環状尿素、チオ尿素、グアニジン、ウレタン、シアナミドなどである。最も一般的なカルボニル成分はホルムアルデヒドであり、他のカルボニル化合物としては高級アルデヒド及びケトンが挙げられる。最も一般的に用いられるアルコールは、メタノール、エタノール及びブタノールである。他のアルコールには、プロパノール、ヘキサノールなどがある。CYTEC社(以前の名称はAmerican Cyanamid社)は、他の製造業者と同様に、これらのアミノ樹脂を多種販売している。CYTEC社の製品説明書には、該社が販売している3つの種類又は「タイプ」のアミノ樹脂が記載されている。
Figure 0003662935
(ここで、YはNH基を有する物質であり、カルボニル源はホルムアルデヒドであり、R及びR′はアルキル化に用いるアルコール由来のアルキル基である)。R″は脂肪族基である。R、R′及びR″は最大8個の炭素原子を含み得る。このタイプについての説明はアミノ樹脂を唯一の純粋なタイプのモノマー物質として示しているが、市販の樹脂は、モノマー、ダイマー、トリマーなどの混合物として存在し、どの所与の樹脂も他のタイプの特性を幾分有し得る。ダイマー、トリマーなどはさらに、メチレン又はエーテル架橋をも含んでいる。一般に、本発明にはタイプ1のアミノ樹脂が好ましい。
例えば、以下のタイプ1のアミノ樹脂を用いて本発明の目的を達成することができる:CYMEL 303−メラミン−ホルムアルデヒド樹脂(ここで、RはCH3である)、CYMEL 1156−メラミン−ホルムアルデヒド樹脂(ここで、RはC49である)、CYMEL 1141−カルボキシル改質メラミン−ホルムアルデヒド樹脂(ここで、RはCH3とi−C49の混合物である)、CYMEL 1170−グリコルリル−ホルムアルデヒド樹脂(ここで、RはC49である)、及びBEETLE80−尿素−ホルムアルデヒド樹脂(ここで、RはC49である)。これらの製品はいずれもCYTEC社により製造されているものであり、本発明に有用な他のアミノ樹脂と共に、Albert J.Kirschが編纂・記載し、1986に出版されたAmerican Cyanamid Publication 50Years of Amino Coating Resinsに記載されている。
一般にブチル化アミノ樹脂はヒドロキシ官能ポリジエンポリマーとのかなり良好な相溶性を有しているが、メチル化アミノ樹脂は一般にヒドロキシ官能ジエンポリマーとは不相溶である。しかし、アミノ樹脂は必ずしも該ポリマーと相溶性である必要はなく、両者を単に混合するだけで相安定性混合物が生成する。というのは、本発明に開示されている部分反応によりこの不相溶性問題が克服され得、相分離しない樹脂が生成されるからである。
補強剤は、典型的には、アミノ樹脂架橋剤と反応し得る2つ以上の官能基を有している。補強剤は、典型的には、組成物を加熱すると架橋剤と反応する。補強剤の数平均分子量は、好ましくは60〜600、最も好ましくは60〜120である。適当な官能基としては、第1級及び第2級アルコール並びにジカルボン酸又は無水物が挙げられる。
補強剤の当量は、官能基1モル当たり、一般に30g以上、好ましくは50g以上であり、一般に最大300g、好ましくは最大150g、より好ましくは最大100gである。補強剤の当量は、補強剤の分子量を補強剤1分子当たりの官能基の数で割ったものと定義される。補強剤として有効であるためには、補強剤分子の官能価、即ち補強剤1分子当たりの官能基の数が2以上でなければならない。官能価が2である市販品級の補強剤分子の総官能価は、不純物のためにより低くなる可能性がある。従って、1.6以上、好ましくは1.8以上の官能価を有する補強剤は本発明の組成物に用い得る。しかし、官能価は2.0以上が好ましく、所望によりいくらでも高くし得るが、但し、官能価を増大させると、補強剤とポリジエンジオールとの相溶性に有害作用を及ぼす極性も増大する。しかし、補強剤が組成物中にブレンド又はクッキングされ得るなら、そのような官能価も許容し得る。
本発明に用いるのに補強剤の例としては、非置換脂肪族ジオール、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール及びダイマージオール、置換脂肪族ジオール、例えば、1,2−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール(Arco社製のMP−ジオール)、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール(PEPジオール)、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール(TMPDジオール)、及び2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール(BEPDジオール)、シクロ脂肪族ジオール、例えば、シクロヘキサンジメタノール及び4,4−イソプロピリデンジシクロヘキサノール(HBPA)、並びに芳香族ジオール、例えば、4,4−イソプロピリデンジフェノール(Bisphenol A)(BPA)が挙げられる。グリセロール、トリメチロールエタン及びトリメチロールプロパンのようなトリオールを用いてもよい。類似の非置換及び置換カルボン酸を用いてもよい。本発明に用いるのに好ましい物質は、5〜40個の炭素原子を有する脂肪族ジオール、特に、PEPジオール、TMPDジオール及びBEPDジオールのようなアルキル置換脂肪族ジオールである。というのは、該ジオールは、置換された分枝鎖ジオールであり、従って、非置換直鎖ジオールのようにポリジエンポリマーと不相溶ではない。
本発明の目的を達成するため、即ち、上記のアミノ樹脂架橋剤を用いてポリジエンポリマー及び補強剤を架橋するためには、必ずしも常にではないがプロトン供与性酸触媒を必要とする場合が多い。CYMEL 1141が架橋剤のときのように触媒が不要な場合もある。というのは、相溶性を得るのに必要な部分反応やその後の架橋反応を触媒するにはCYMEL 1141の酸官能価だけで十分だからである。触媒を用いる場合、用いられる酸触媒の量は、通常、十分な酸が存在することを確実にするために、ポリマー/補強剤/アミノ樹脂混合物の0.05〜4重量%の量の範囲である。しかし、過剰量は望ましくないであろう。ポリマー/補強剤/アミノ樹脂の0.1〜2重量%の量を用いるのが最も好ましい。本発明に有用な多くのアミノ樹脂の架橋反応を触媒するには、一般に、強力なプロトン供与性酸の存在が必要であるが、用いられるアミノ樹脂によっては、中程度の強度の酸や、比較的弱い酸も有効であり得る。一般に、最も活性が高い触媒は最もpKa値が低いものである。本発明に用い得る酸触媒の以下のリストはpKa値が小さいものから順に並んでいる:鉱酸、Cycat 4040触媒(p−トルエンスルホン酸)、Cycat 500触媒(ジノニルナフタレンジスルホン酸)、Cycat 600触媒(ドデシルベンゼンスルホン酸)、シュウ酸、マレイン酸、ヘキサミン酸(hexamic acid)、リン酸、Cycat 296−9触媒(酸性ピロリン酸ジメチル)、フタル酸及びアクリル酸。用い得る他の酸は、上述のAmerican Cyanamid Companyの刊行物に記載されている。また、3M Brand Resin Catalyst FC−520(トリフルオロメタンスルホン酸のジエチルアンモニウム塩)を用いてもよい。Cycat 600は極めて有用な触媒であることが知見された。
本発明の相溶性組成物は、ポリジエンポリマーとアミノ樹脂架橋剤と補強剤とを混合して製造する。該混合物を妥当に可能な限り均質にしようとする努力を行うべきである。次いで、成分を適切な容器中で部分反応(不完全反応)させる。反応を進めすぎたりしないことが重要である。反応が進み過ぎると、組成物の粘度が高くなりすぎて、塗布が極めて困難若しくは不可能になったり、又は組成物が容器中で完全に架橋されてしまったりする。しかし、成分の不相溶性を克服して、放置している間に相分離しない樹脂、より好ましくは均質且つ透明な樹脂を得るのに十分な程度まで反応を行う必要がある。
従って、該混合物は、少なくとも、相安定性組成物、即ち、室温(20℃)で2週間放置しても相分離しない組成物が得られるまで部分反応させる。該反応は、混合物がゲル化し始めるまで進めてはならない。混合物がゲル化し始めると、粘度が実質的に増大し、実験室規模の実験において、混合物が攪拌棒にからみつくようになる。混合物の粘度が該反応の出発時の該混合物の粘度の最大10倍になるまで混合物を部分反応させるのが好ましい。
部分反応の必要且つ望ましいレベルは、当業者が日常的な実験を行うだけで容易に決定し得る。
満足すべき生成物を生成する特定の組成物のクッキング条件は、組成物の種類に応じて異なり、各組成物についての日常的な実験により経験的に決定し得る。例えば、酸−官能メラミン樹脂を含む樹脂をクッキングすると、通常、該樹脂上の酸は該反応を触媒するに十分であり、従って、さらに触媒を加える必要は殆ど又は全くないことが知見された。また、比較的不相溶性のメチル化メラミンを含む樹脂を100℃で1時間クッキングするだけでは相安定性組成物を得るには十分ではなく、クッキング時間が2時間であれば満足すべき結果が得られ、4時間クッキングすると樹脂はゲル化することも知見された。より相溶性の高いブチル化メラミン樹脂を含む別の組成物から透明な相安定性組成物を生成させるには100℃で1時間のクッキングで十分であった。従って、満足すべきクッキング条件は、相安定性で好ましくは透明な組成物を得るのに十分な触媒濃度とクッキング時間とクッキング温度とを組み合わせたものである。従って、一般に、60〜120℃で0.5〜10時間、通常1〜3時間、触媒の存在下に反応を行うことが推奨される。
部分反応(クッキング)ステップで加えられる触媒の量は、部分反応ステップを触媒するのに十分でなければならないが、組成物の完全な架橋を触媒するのに十分であってはならないことが当業者には理解されよう。適切な触媒量の選択は当業者の技術の範囲内である。触媒は、基体に塗布されてベーキングされた後で、組成物が完全に架橋するのに必要な触媒と同じものであってよい。部分反応ステップに必要とされる触媒の量は、通常、最終生成物中の所望の架橋量を得るのに必要とされる全触媒の約半分以下であることがしばしば知見される。その場合、部分反応した生成物は依然として所望に応じて好都合且つ容易に塗布し得る物理的形態にある。
次いで、部分反応混合物と架橋に必要な残りの触媒とを混合し、得られた混合物を基体に塗布する。次いで、基体をベーキングして架橋させる。基体を100〜250℃で0.01〜2時間ベーキングするのが好ましい。
架橋触媒は、0.05〜4重量%の総量で用い、その半分以下の量を部分反応混合物を生成させるのに用いるのが好ましい。
溶媒を用いる必要はないが、溶媒をポリマー/補強剤/アミノ樹脂混合物に含めて粘度を低減させ、部分反応混合物を部分反応中に攪拌しやすくしたり、最終樹脂(部分反応した混合物)の塗布を容易にしたりすることもできる。適当な溶媒としては、ナフサ又はミネラルスピリットと称される場合もある液状脂肪族ヒドロカルボキシ、トルエン、キシレンなどのような炭化水素溶媒や、エステル、ケトン、エーテル及びアルコールのような酸素化溶媒が挙げられる。この部分反応の多くに十分に適しており、従って、該反応に用いた2種の共通溶媒はナフサ及びイソブチルアセテートである。部分反応樹脂を水性生成物として塗布するために水に分散させる場合には、BUTYL OXITOL又はジアセトンアルコールのような水溶性溶媒を用いるのが有利であり得る。溶媒含有量は、ポリマー/補強剤/アミノ樹脂/溶媒混合物の70重量%までのレベルであってよい。しかし、これらの組成物の場合、溶媒含有量は40重量%以下が普通である。
アミノ樹脂が低粘性であり且つ溶媒含有量が低いか又はゼロでなければならない用途の場合、部分反応樹脂を水に分散させて、水性組成物として塗布することが必要であろう。この場合、部分反応及びその後の分散は溶媒が殆ど又は全く存在しない状態で行う必要がある。部分反応樹脂の水への分散は、当業者には公知の方法、典型的には反転法(inversion process)又は直接乳化法により実施し得る。反転法においては、樹脂を効率的に攪拌し得るに十分な程低い粘度とするに十分な程高い温度に加熱した有機相に界面活性剤を加える。典型的な温度は、40〜90℃である。例えば約2,000rpmで回転する4枚羽攪拌機で、樹脂を激しく攪拌している間に、水をゆっくり加える。有機相の容量にほぼ等しい容量の水を加えると、得られた混合物は、有機連続相から水連続相に反転し、それによって水性分散液が生成する。次いで、さらに水を加えて粘度を所望の範囲まで低減させる。直接乳化法では、要求量、典型的には、有機樹脂100部当たり約150重量部の水に界面活性剤を加える。典型的には、その後で、約6,000rpmで作動するSilversonミキサー/乳化機のような高剪断ミキサーを用いて有機樹脂をセッケン水に分散させる。アニオン界面活性剤、非イオン界面活性剤及びカチオン界面活性剤を含む多岐にわたる界面活性剤を用い得る。特に有効な界面活性剤は、CYCAT 600をトリエチルアミン又はジメチルアミノエタノールのような第3級アミンで中和して製造したアニオン界面活性剤である。該化合物は、水中での分散を安定化させる界面活性剤として機能するだけでなく、組成物を基体に塗布した後で、ベーキングステップ中にアミンが蒸発して、CYCAT 600がアミノ樹脂架橋剤による硬化を触媒することを可能にする。
架橋性組成物の固体部分において、ヒドロキシ官能ポリジエンポリマーは、ポリマー/補強剤/架橋剤組成物の10〜80重量%を占める。補強剤は組成物の2〜40重量%を占め、アミノ樹脂架橋剤は組成物の8〜60重量%を占める。ヒドロキシ官能ポリジエンポリマーが10重量%未満で使用される場合は、硬化組成物は、ほとんどの用途に関して脆すぎる。それが80重量%より多く使用される場合は、架橋剤および補強剤の濃度が低くなりすぎ、組成物が高い強度に硬化せず、多くの用途に関して軟質すぎる。補強剤の濃度が低すぎる場合は、硬化組成物が多くの用途に関して軟質になりすぎ、その濃度が高すぎる場合は、架橋結合密度が高くなりすぎ、組成物が再び脆くなりすぎる。アミノ樹脂の濃度が低すぎる場合は、強度が所望の高さにならず、その濃度が高すぎる場合は、アミノ樹脂のホモ重合によって硬化組成物が脆すぎるものになる。
本発明の架橋物質は、コーティングにおいて、特に、金属建造物または家具用のコーティングのような、硬質の光沢表面を必要とする用途のためのコーティングにおいて、あるいは油性金属またはプラスチック基体のような基体に結合するのが困難であるコーティングにおいて、最も有用である。それらは、ある種の接着剤(二次接着剤、構造用接着剤、貼合せ用接着剤、および触圧接着剤を包含する)、シーラント、フィルム(例えば、耐熱性および溶剤抵抗性を必要とするもの)等においても有用である。しかし、種々の成分を本発明の組成物と組み合わせて、特定の用途に関して、特性の適切な組み合わせ(例えば、付着性、凝集性、耐久性、低コスト等)を有する製品を得ることが、配合者にとって必要である。従って、好適な配合物は、本発明のポリマー、補強剤、およびアミノ樹脂硬化剤から成る、部分的にのみ反応した樹脂である。しかし、多くの接着剤、シーラント、およびコーティング用途において、好適な配合物は、樹脂、可塑剤、充填材、溶剤、安定剤、界面活性剤、およびアスファルトのような他の成分の種々の組み合わせをも含有する。下記のものは、接着剤、シーラント、およびコーティングの配合成分の、いくつかの典型的な例である。
接着剤用途、ならびにコーティングおよびシーラントにおいては、該組成物と相溶性である付着促進(adhesion promoting)または粘着付与(adhesion tackifying)樹脂を添加することが必要な場合がある。一般的な粘着付与樹脂は、約95℃の軟化点を有する、ピペリレンと2−メチル−2−ブテンとのジエン−オレフィンコポリマーである。この樹脂は、商品名Wingtack 95として商業的に入手可能であり、米国特許第3,577,398号に開示されているように、60%ピペリレン、10%イソプレン、5%シクロ−ペンタジエン、15%2−メチル−2−ブテン、および約10%ダイマーのカチオン重合によって製造される。樹脂コポリマーが20〜80重量%のピペリレン、および80〜20重量%の2−メチル−2−ブテンを含んで成る、他の粘着付与樹脂を使用することもできる。該樹脂は通常、ASTM法E28によって測定される、約80〜115℃の環球軟化点を有する。しかし、液体樹脂が使用される場合もある。
本発明の組成物に有用な他の付着促進樹脂は、水素化ロジン、ロジンのエステル、ポリテルペン、テルペンフェノール樹脂、重合混合オレフィン、芳香族樹脂、例えばクマロン−インデン樹脂、ポリスチレン樹脂、ビニルトルエン−αメチルスチレンコポリマーおよびポリインデン樹脂を包含する。良好な熱酸化および色安定性を得るために、付着促進樹脂が飽和樹脂であるのが好ましく、例えば、Exxonによって製造されるEscorez 5000シリーズ樹脂のような水素化ジシクロペンタジエン樹脂、またはHerculesによって製造されるRegalrez樹脂のような水素化ポリスチレン若しくはポリα−メチルスチレン樹脂であるのが好ましい。使用される付着促進樹脂の量は、部分反応樹脂100部に対して0〜200重量部(phr)であり、好ましくは20〜150phr、最も好ましくは20〜100phrである。どの特定の付着促進樹脂を使用するかの選択は、それぞれの接着剤組成物において使用される部分反応樹脂の特定の組成に大部分依存する。適切な付着促進樹脂の選択は、当分野における精通者の技術に属するものである。
本発明の組成物は、ゴム配合油のような可塑剤を含有してもよい。ゴム配合油は当分野において既知であり、高飽和物含有油(high saturates content oils)、および高芳香族炭化水素含有油(high aromatics content oils)を包含する。好ましい可塑剤は、Arcoによって製造されるTufflo 6056および6204油のような高度飽和油であり、および、Shellによって製造されるShellflex 371油のようなプロセス油である。本発明の組成物に使用されるゴム配合油の量は、0〜約200phrであり、好ましくは約0〜約100phr、最も好ましくは約0〜約50phrである。
本発明は、スチールのような、下塗を必要とする基体を、塗装する方法を提供し、この方法は:(a)エポキシ樹脂プライマーおよびポリエステル樹脂プライマーから成る群から選択されるプライマーを用いて基体を被覆し、(b)ジヒドロキシル化ポリジエンポリマー10〜80重量%、アミノ樹脂架橋剤8〜60重量%、補強剤2〜40重量%を含んで成る架橋性ベースコート組成物を、下塗りされた基体に適用し、および適用されたベースコート組成物を架橋し、ならびに、(c)ジヒドロキシポリジエンを基剤とするクリヤコート、ポリエステルクリヤコート、およびアクリルクリヤコートから成る群から選択されるクリヤコートを、ベースコートの上に適用する、ことを含んで成る。
本発明の方法に使用することができるプライマーは、スチール基体のプライマーとして一般に使用されるプライマーであり、エポキシ樹脂プライマーおよびポリエステルプライマーを包含する。エポキシ樹脂プライマーは通常、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル(DGEBA)を基体とし、例えば、EPON 828樹脂(Shell Chemical)である。樹脂を製造するために、DGEBAをビスフェノールA(BPA)と反応させて、第二級ヒドロキシル官能基を有する、より高い分子量のエポキシ樹脂を生成する。このエポキシポリオールの硬化剤は一般に、アミノ樹脂またはポリイソシアネートである。適切に配合した後に、エポキシプライマーを、キシレンのような溶剤中の溶液から適用することができ、または、無溶剤粉末として適用することもできる。エポキシプライマーを適用する特に望ましい方法は、陰極電着(CED)法による。CED法によって適用することができる、水性(waterborne)エポキシプライマーの典型的な樹脂製造および配合が、米国特許第4,883,572号に開示されている。再びDGEBAをBPAと反応させて、より高い分子量のエポキシポリオールを得る。次に、樹脂上のエポキシ基を、メチルアミノエタノールのような第二級アミンと反応させ、生成される第三級アミンを、乳酸のような酸を用いてイオン化する。イオン化された分子種が、水中において分散性の樹脂を形成する。好適な硬化剤、腐蝕阻害剤パッケージ、および種々の他の成分を用いて樹脂を配合した後に、プライマーを適用し、一般に約180℃で20分間のベーキングによって硬化させることができる。
ポリエステルポリオールをプライマー中に使用することもできる。これらのポリエステルポリオールも通常、アミノ樹脂またはポリイソシアネートを用いて硬化させることができる。一般に、ポリエステルポリオールは、グリコールまたはグリコール混合物、および酸無水物または二酸化合物、あるいは酸無水物または二酸化合物の混合物を用いて、縮合反応を行うことによって、合成される。縮合反応は一般に、縮合の水を除去することができる重合がま中で、175℃〜235℃の温度において行われる。ポリエステルポリオール合成に使用される典型的なグリコール類は、本発明の新規コーティング組成物に使用される前記の補強剤と同様のものである。特に好ましいのは、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、およびネオペンチルグリコールである。ポリエステル合成に使用することができる酸無水物および二酸は既知である。プライマーのポリエステルに使用されることが多い酸無水物および二酸は、無水フタル酸、イソフタル酸、およびアジピン酸である。ポリエステルに使用されるヒドロキシ官能および酸官能化合物のかなり完全なリストが、Amoco Chemical CompanyのBulletin IP−65c、「How to Process Better Coating Resins with Amoco PIA and TMA」に記載されている。
ポリエステルプライマーは、有機溶剤中の溶液から、または無溶剤粉末として、適用することができる。しかし、好ましい適用方法は、水性コーティングとして適用する方法である。水性ポリエステルコーティング樹脂の製造技術は、当業者に既知であり、例えば米国特許4054614号に見い出すことができる。酸官能基を有するポリエステルを製造することができる。これらの酸基は、ジメチルアミノエタノールのような第三級アミンによって中和され、樹脂が水中に分散される。好適な架橋剤、腐蝕抑制剤、良好な性能を与えるのに必要な他の成分を用いて配合した後に、プライマーを適用し、一般に約150℃で30分間のベーキングによって硬化(架橋)させる。
プライマーの硬化剤は一般に、アミノ樹脂またはポリイソシアネートである。使用されるアミノ樹脂は、本発明の組成物に使用される前記と同様の種類である。プライマーに使用されるポリイソシアネートは通常、トルエンジイソシアネート(TDI)または4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)に基づく。これらのジイソシアネートは典型的には、例えば、3モルのジイソシアネートを縮合させてイソシアヌレート環構造を形成することによって、または3モルのジイソシアネートをトリメチロールプロパンのようなトリオールと反応させることによって、トリイソシアネートに変換される。ポリイソシアネートは、2成分コーティングにおいて、周囲温度で、ポリオールを硬化させる。または、イソシアネート基を、フェノールのような揮発性ブロッキング剤によってブロックすることができ、ブロックされたポリイソシアネートが、約180℃の温度でベーキングされたときに脱ブロックされて、ポリオールを硬化させるポリイソシアネートを再生する。
プライマーコーティングの主な機能は、基体の腐蝕を防止すること、平滑な、または磨いて平滑にすることのできる表面を与えること、および追加コーティングが付着する表面を与えることである。本発明のコーティングが、これらのプライマーに非常によく付着することが見い出された。本発明のコーティング(ベースコート)はほとんど常に着色されて、被覆される部分に所望の色を与え、日光および環境による崩壊に対してプライマーを保護する。言い換えるならば、ベースコートは、基体の「塗料(paint)」である。本発明の組成物に基づくこの着色されたコーティングは、クリヤコートコーティング(クリヤコート)によって被覆されることも多く、それによって、被覆された部分の外観を向上させ、および、着色されたコーティングを崩壊から保護する。
クリヤコートコーティング用の樹脂は一般に、ポリエステルポリオールまたはアクリルポリオールのいずれかを含有し、ポリオールの硬化剤は、アミノ樹脂またはポリイソシアネートのいずれかである。クリヤコート中のポリエステルポリオールは、特に日光に対して良好な安定性を有するアルコールおよび酸官能成分のみがポリエステル合成に使用されること以外は、プライマー中のポリエステルポリオールと非常に類似している。クリヤコートに使用されるアクリルポリオールは、通常、有機溶剤の溶液中におけるラジカル重合によって、またはコーティングが粉末として適用される場合は懸濁重合において、製造される。アクリル樹脂に使用される商業的に入手可能な、多種のアクリレートおよびメタクリレートモノマーが存在する。重合に使用されるアクリルモノマーは、アクリルポリオールに適切な特質を与えるように選択される。アクリルポリオールの重要な特質の2つは、ガラス転移温度(通常、0℃〜50℃)、およびヒドロキシ当量(通常、200〜1000)である。従って、一般的な重合は、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート、およびヒドロキシエチルアクリレートの組み合わせを使用する。
クリヤコート中のポリエステルポリオールまたはアクリルポリオールの架橋剤は、安定な架橋剤のみが使用されること以外は、プライマー中の架橋剤と非常に類似している。本発明の組成物に使用される前記種類のアミノ樹脂が、ベーキングクリアコートの架橋剤として使用される。光安定性のイソシアネートのみが使用される。これらはヘキサンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、または4,4−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(HMDI)に基づく。これらのジイソシアネートは通常、トリイソシアネートに変換され、および、それらがベーキング系(bake system)においてポリオールを硬化させるために使用される場合にはブロックされる。クリヤコートコーティングは通常、流動を向上させ、表面きずを減少させる湿潤剤を用いて、および特にクリヤコートおよびベースコートを日光による崩壊から保護する安定剤を用いて、配合される。
本発明の組成物に添加することができる任意の成分は、安定剤である。酸化防止剤を添加して、製造、貯蔵、硬化、および組成物の使用の間の、熱崩壊および酸化から、組成物を保護する。紫外線安定剤を添加して、日光による崩壊から組成物を保護する。
塗装部分に所望の色および外観を与えるために、顔料が、コーティング(塗料)組成物に含有されることが多い。種々の充填材を、配合物に含有させることができる。このことは、充填材が所望の外観を与えるだけでなく、耐候性のような、コーティングまたはシーラントの性能をも向上させる外部用コーティングまたはシーラントに関して、特に当てはまる。多種の充填材を使用することができる。好適な充填材は、炭酸カルシウム、クレー、タルク、シリカ、酸化亜鉛、二酸化チタン等を包含する。充填材の量は通常、使用される充填材の種類、およびコーティングまたはシーラントが意図する用途に依存して、配合物の無溶剤部分に対して0〜約65重量%の範囲である。特に好ましい充填材は二酸化チタンであり、その理由は、日光への曝露による崩壊に対する組成物の抵抗性を向上させることにおいて非常に有効であるからである。
本発明の全ての接着剤、コーティングまたはシーラントにおいて常に使用される3つの成分は、ヒドロキシ官能ジエンポリマー、アミノ樹脂架橋剤、および補強剤である。これらの成分の他に、本明細書に開示されている種々の樹脂、充填材および顔料、可塑剤、安定剤、および溶剤の中から、使用するか使用しないかを、配合者が選択する。どの成分が使用されるかについての明確な規則を示すことはできない。熟練した配合者は特定の種類の成分を選択し、それらの濃度を調節して、特定の接着剤、コーティング、またはシーラント用途の組成物に必要とされる特性の組み合わせを正確に得る。
従って、他の局面によれば、本発明は、本発明の組成物および粘着付与樹脂を含んで成る接着剤に関する。
接着剤は、保護された環境において使用される粘着性組成物の薄層であることが多い(2つの基体を互いに付着させる)。従って、非水素化ジエンポリマーが通常、適切な安定性を有し、それによって、安定性に関してあまり考慮することなく樹脂の種類および濃度が最大粘着性を得る様に選択され、顔料は通常使用されない。粘着付与樹脂は、当業者に既知であり、例えば、van Nostrand Reinhold New Yorkの「Handbook of Adhesives」第3版に、記載されている。
他の局面によれば、本発明は、本発明の組成物、充填材または安定剤のどちらか、あるいは両方、および任意に顔料を含んで成るコーティングに関する。コーティングは、基体を保護または装飾するために基体に適用される、薄く、非粘着性の、着色された組成物であることが多い。従って、水素化ジエンポリマーが、適切な耐久性を有することが必要である。樹脂は、最大耐久性および最少吸塵性(dirt pick-up)が確実に得られるように選択される。充填材および顔料は、適切な耐久性および色を与えるように、注意深く選択される。コーティングは、比較的高い溶剤濃度を有することが多く、または水性分散剤にされて、容易な適用が可能となり、平滑な乾燥被膜を与える。
さらに他の局面によれば、本発明は、本発明の組成物および粘着付与樹脂を含んで成るシーラントに関する。
シーラントは填隙剤(gap filler)である。従って、2つの基体の間の空間を満たすために、シーラントはかなり厚い層において使用される。2つの基体は互いに移動し合うことが多いので、シーラントは通常、この移動に耐えることができる低弾性率の組成物である。シーラントは天候に曝露されることが多いので、通常、水素化ポリマーが使用される。樹脂および可塑剤は、低弾性率を維持し、吸塵性を最少限にするように、選択される。充填材および顔料は、適切な耐久性および色を与えるように、選択される。シーラントはかなり厚い層において適用されるので、収縮を最少限にするために、溶剤含有量ができる限り低くされる。
当分野に精通した配合者は、多種の用途に適した特性を有するコーティング、接着剤、およびシーラントを製造するための、本発明の、ヒドロキシ官能ジエンポリマー/補強剤/架橋剤組成物が有する、優れた多用途性を理解するであろう。
実施例
下記実施例は、ヒドロキシを末端基とするポリジエンポリマー、アミノ樹脂架橋剤、および補強剤を含有し、相溶性を得るためにクッキング(部分的反応)され、続いて硬化(架橋)される、本発明組成物の有効性を示している。実施例に使用されたポリマーは、表1に特徴が記載されており、その表において、Bdは非水素化ポリブタジエンブロックであり、EBは水素化ポリブタジエンブロックであり、S/EBはスチレンおよび水素化ブタジエンのランダムコポリマーブロックを示す。
Figure 0003662935
従って、ポリマーAは、数平均分子量3300、1分子につき1.9ヒドロキシルの平均官能価、48/52の1,2−Bd/1,4−Bd付加比を有する、水素化ポリブタジエンジオールであった。ポリマーBは、ポリブタジエンが水素化されていないこと以外は、ポリマーAと同様のジオールであった。ポリマーCは、1,2−Bd/1,4−Bd比が84/16であること以外は、ポリマーAと同様であった。ポリマーDは、平均官能価が1分子につき2.4ヒドロキシルであること、および1,2−Bd/1,4−Bd比が20/80であること以外は、ポリマーAと同様であった。ポリマーEおよびFは、それらが水素化ポリブタジエンと共重合したスチレン26重量%および43重量%をも含有すること以外はポリマーAと同様であった。
実施例に使用された他の成分を、表2に示す。
Figure 0003662935
本発明によって製造されたコーティングを、基体に適用し、ベーキングによって硬化させた後に、機械的特性に関して評価した。コーティングの一般的外観(明澄度、光沢度、付着性、および表面損傷抵抗性(mar resistance))を、視覚的に判断し、質的に記載した。鉛筆の芯がもはやコーティングを彫らなくなるまで、連続的により軟質の鉛筆の芯をコーティングに押しつけるASTM D3363法によって、コーティングの鉛筆硬度(丸のみ(gouge))を測定した。硬度の測度(最も軟質〜最も硬質)は、6B<5B<4B<3B<2B<B<HB<F<H<2H<3H<4H<5H<6Hである。ロッカー硬度は、スオード型硬度ロッカーを用いて、ASTM D2134によって測定した。この試験は、振幅が固定出発角度から固定最終角度に減少する前に、ロッカーがコーティング上で行う揺動(rocks)の回数を測定する。この値は、ロッカーがガラス基体上で行う揺動の回数に対する、試験サンプルの揺動のパーセンテージとして表される。100サイクル(1サイクルは、前方の1ストロークおよび後方の1ストロークに等しい)の間、または金属基体へ到達するまで、メチルエチルケトン(MEK)で湿らせた布をコーティングに対して擦りつけるASTM D4752法によって、コーティングのMEK抵抗性を測定した。コーティングがスチールに対して低い付着性を有する場合には、コーティングが彫られるまたは擦られる代わりに、スチールから単にすり落とされるので、硬度およびMEK抵抗性の値に対して、誤った評価を招くことに注意すべきである。スチールに対するこの低い付着性は、硬度試験において、コーティングを実際よりも軟質であるように見えさせる、および、それらが事実上充分に硬化している場合に、MEK抵抗性試験において低い程度に硬化しているように見えさせる、という効果を有する。コーティングの付着性は、クロスハッチ付着性試験、ASTM D3359、方法B、によって測定された。この試験において、格子模様をコーティングに刻みつけ、感圧テープを貼り、除去して、テープによって除去されたコーティングの量が評価される。測度範囲は、5(付着損失なし)〜0(65%より多くの付着損失)の範囲である。
本発明の重要な部分は、これらの組成の本質的な不相溶性を克服するために、これらの組成物の成分をクッキングする方法である。相安定性の組成物を製造するために必要な、触媒濃度、クッキング時間、およびクッキング温度の条件は、配合物ごとに異なっており、各配合物に関して試行錯誤によって決定しなければならなかった。ポリジエンポリマー、補強剤、および架橋剤の相安定性の組み合わせは通常、酸触媒CYCAT 600の種々の量を用いて、重合がま中で約1〜3時間、約100℃においてクッキングすることによって得られた。各組成物に関して実際に使用された触媒濃度、クッキング時間、およびクッキング温度が、表に示されている。便宜上、クッキングは典型的に、イソブチルアセテートまたはVM&Pナフサのどちらかの溶剤中60重量%の固体含有量において行われて、樹脂に扱いやすい粘度を与えた。B型粘度計を用いて、25℃における粘度を、いくつかの組成物に関して測定した。フィルムを流延する前に、酸触媒含有量を典型的に、1重量部(pbw)に増加させて、ベーキングの間に硬化を行った。特に記載のない限り、冷間圧延スチールパネル(Q−Panel Corp.からのQD412パネル)上に、#52線巻ロッドを用いて、コーティングを適用し、175℃で20分間のベーキングによって硬化させた。熱可塑性オレフィンパネル(ACT Corp.からのHimont ETA−3081パネル)にコーティングを塗布し、121℃で1時間のベーキングによって硬化させた。
比較例
本発明の補強剤を使用せずに、メラミン樹脂でジオールを硬化させる従来の技術によってポリマーAを用いて製造したコーティングの特性を、表3に示す。
Figure 0003662935
触媒0.4重量部、100℃で1時間のクッキングの条件が、配合物3−1を用いて相安定性の組成物を得るのに充分であることを、結果が示している。配合物3−2に使用されたブチル化メラミン、CYMEL 1156は、ポリマーAに対して幾分より相溶性であり、従って、幾分より低いクッキング温度80℃が、相安定性の組成物を得るのに充分であった。配合物3−3を用いた場合、満足できる組成物を与えるクッキング時間、温度、および触媒濃度の組み合わせは、見い出されなかった。CYMEL 1141の酸官能価が、反応を触媒すると考えられ、従って、CYCAT 600は必要でなかった。実際に、0.4重量部の少量のCYCAT 600が添加された場合に、樹脂のクッキングの間に、樹脂が急速にゲル化した。1時間より短いクッキング時間を用いた場合、製造された樹脂は、相安定性ではなく、室温に静置すると分離する。1時間よりも長いクッキング時間を用いた場合、樹脂は粘度が高くなりすぎ、数時間のクッキング後に樹脂がゲル化した。
表3の結果は、配合物3−1および3−2の両方が、非下塗スチールに対しては低い付着性を有するが、熱可塑性ポリオレフィン(TPO)基体に対しては優れた付着性を有することを示している。しかし、どちらの組成物も、非常に軟質で、弱いコーティングを生じ、従って、それらに非常に低い表面損傷抵抗性を与え、それらを実際の用途に使用するのに適さないものにした。
比較例の結果は、有用なことに、ヒドロキシを末端基とするポリジエンポリマーおよびメラミン樹脂に基づくコーティングが、より硬質で、より強くなければならないことを示す。このことは、TMPDジオールまたはBEPDジオールのような、低分子量補強剤(ジオール)をも、配合物の中に含有することによって達成された。しかし、これらの低分子量ジオールは非常に極性であり、従って、前記のヒドロキシを末端基とするポリジエンポリマーに対して低い相溶性を有し、それらとの混合物は相安定性ではない。しかし、本発明は、前記の本発明の方法を用いて、成分の部分反応を行うことによって、強化ジオールを含有する相安定性の組成物を製造することができることを示す。本発明を例示する実験の結果が、表4、5、6、および7に示されている。
実施例1−メラミン樹脂および補強剤(ジオール)型の効果
表4は、40重量部のポリマーAを含有する配合物中に、2つの低分子量の分岐鎖の強化ジオールを、2つのブチル化メラミン樹脂と共に含有する配合物に関する結果を示す。
Figure 0003662935
CYMEL 1156またはCYMEL 1141のどちらかを用いて、TMPDジオールおよびBEPDジオールの両方が、ポリマーAに基づく樹脂中に、クッキングによって組み込まれて、相安定性の組成物が得られることを、結果は示している。0.4重量部のCYCAT 600触媒を用い、CYMEL 1156を用いて、明澄な樹脂が製造された。CYMEL 1141上の酸基が反応を触媒することができるので、CYMEL 1141を用いるクッキングにおいてCYCAT 600を必要とせずに、相安定性のブレンドが得られた。4つの全ての組成物が、比較例よりも、かなり良好な表面損傷抵抗性を有する。表4中の配合物4−1および4−2は、スチールに対して非常に低い付着性を有し、軽い指圧によって容易にスチールからすり落ちる。酸官能メラミン樹脂を含有する配合物4−3および4−4は、この性質試験において、かなり良好な付着性を示すが、クロスハッチ付着試験においては、スチールに対してなお低い付着性を示す。しかし、4つの全ての配合物が、付着することが困難な基体であると一般に考えられているTPOに対して優れた付着性を有する。
実施例2−ポリマーAの濃度の効果
表5の結果は、2つのブチル化メラミン樹脂と共に、TMPDジオールを含有する配合物中の、ヒドロキシを末端基とするジエンポリマーの濃度の結果を示す。
Figure 0003662935
表5の結果は、20重量部のポリマーA濃度のみにおいて、優れた樹脂が得られることを示す。相安定性の樹脂を得るために、CYMEL 1156を含有する配合物中に、0.4重量部のCYCAT 600が必要であるが、CYMEL 1141を含有する配合物中には、CYCAT 600が必要でないことも見い出された。CYMEL 1156を含有する3つの全てのコーティングが、スチールに対して低い付着性を有したが、一方、CYMEL 1141を含有するコーティングは、スチールに対して、幾分より良好に付着する。配合物5−1〜5−5は、TPOに対して優れた付着性を有した。TPOに対する付着性は、配合物5−6に関しては測定されなかった(nd)が、TPOに対して優れた付着性を示すことが予想される。
実施例3−ヒドロキシを末端基とするポリジエンポリマーの種類の効果
表6の結果は、TMPDジオールおよびCYMEL 1141を含有する組成物中に使用されるヒドロキシを末端基とするジエンポリマーの種類の効果を示す。
Figure 0003662935
CYMEL 1141が全配合物に使用されたので、4つの全ての配合物が、CYCAT 600触媒を添加せずに、100℃で2時間クッキングされた。このようにして製造されたほぼ全ての樹脂と同様に、4つの全ての樹脂が、クッキング終了後の熱いときに、明澄であった。配合物6−1、6−2および6−3は、室温に冷ました後も明澄のままであった。しかし、配合物6−4は、室温に冷ましたときに、不透明な、容易に攪拌されるペーストになった。従って、実際的用途において、配合物6−4は、まだ熱い間に基体に塗布しなければならないものであった。これを行う器具が入手できなかったので、配合物6−4は塗布されず、試験されなかった。しかし、それの特性は、ポリマーAに基づく配合物6−1の特性に類似していると考えられる。ポリマーBおよびCを用いた組成物は、ポリマーAを用いた組成物のようにTPOによく付着しなかったが、全ての3つのポリマーA、B、およびCが、本発明に使用するのに適していることを、配合物6−1、6−2、および6−3に関する結果が示している。ポリマーDに基づく樹脂を塗布するために、より精巧な装置が必要とされるが、ポリマーDも、本発明に使用するのに適していると考えられる。
実施例4−ヒドロキシを末端基とするジエンポリマー中のスチレン含有量の効果
種々のスチレン含有量のヒドロキシを末端基とするポリジエンポリマー、TMPDジオール、およびメチル化メラミン樹脂CYMEL 303を含有する組成物を比較した結果について表7に示す。
Figure 0003662935
配合物7−1に関する結果は、この樹脂を製造するのが困難であったことを示している。これらのかなり厳しいクッキング条件下においてさえも、樹脂は曇っており、相は室温で静置したときに分離した。触媒濃度およびクッキング条件をさらに最適化することによって、相安定性の組成物を、配合物7−1を用いて製造することができると考えられる。配合物7−1の製造がこのように困難である理由は、CYMEL 303に対するポリマーAの制限された相溶性である。上記配合において、ポリマーEおよびFが、ポリマーAよりもかなり優れた樹脂を生じることを、配合物7−2および7−3に関する結果が示している。このことは、メラミン樹脂との相溶性を向上させることに対する、ジオール中にスチレンを含有することの有益な効果を示している。上記配合において、どちらの樹脂もスチールに対して良好な付着性を示さなかったが、両方ともTPOにはかなりよく付着した。
実施例5−下塗されたスチールに対する、種々のコーティング組成物の付着性
フォード車に使用することが指定されている陰極電着(CED)エポキシプライマーを下塗されたスチールパネルにおいて、ジヒドロキシ官能ポリジエンポリマーに基づくコーティング組成物を試験した。非下塗スチールに関しても、同樹脂を試験した。樹脂の組成を表8に示す。Shell VM&Pナフサ溶剤中の固形物60重量%において、100℃で2時間、重合がま中でクッキングすることによって、全ての樹脂を製造した。全ての樹脂が、明澄な、ほぼ無色の、かなり低い粘度の液体であった。#52ワイヤーロッドを用いて、それらを基体に被覆し、121℃で30分間ベーキングすることによって、硬化させた。特性を表8に示す。
Figure 0003662935
2つのスチレン含有ジオール、ポリマーEおよびFに基づくコーティング組成物は、酸官能メラミン樹脂CYMEL 1141がこれらの配合物に使用されたので、非下塗スチールに対する良好なクロスハッチ付着性を与えることを、クロスハッチ付着性試験の結果が示している。全てのコーティング組成物が、CEDエポキシ下塗スチールに対する優れたクロスハッチ付着性を与えたことも、表8の結果は示している。従って、これらのコーティング組成物のどれもが、このエポキシプライマー上のコーティングに使用し得る。エポキシプライマーコーティングが、当該コーティング組成物中のメラミン樹脂と反応し得る官能性残基を有して、プライマーとコーティング組成物との間の優れた結合を与えるようである。
実施例6−ベースコート/クリヤコートの組み合わせ
車を塗装する系は、少なくとも3つの層(プライマー/ベースコート/クリヤコート)または4つの層(プライマー/サーフェーサー/ベースコート/クリヤコート)から構成される。表9は、自動車用コーティングに使用されるポリマーAに基づく樹脂の適性を示すことを意図する、ベースコート及び3種のクリヤコートの基本配向をしている。
Figure 0003662935
ベースコート9−1およびクリヤコート9−2の樹脂は、0.4重量部のCYCAT 600と共に、100℃で2時間クッキングされた。フィルムを流延する前に、触媒レベルを1重量部に増加し、安定剤(Ciba Geigyによって供給される、IRGANOX 1076、TINUVIN 328、およびTINUVIN 123)を添加した。ベースコート9−1は、顔料として、TiOを固体ベースで50重量%で使用した。クリヤコート9−3は、メラミン樹脂で硬化されるポリエステルポリオールであり、クリヤコート9−4は、ブロックされたイソシアネートで硬化されるアクリルポリオールであった。全てのコーティングが、スプレーし得る粘度を得るために、キシレン/ブタノール(1/1)を用いて希釈された。
ホワイトベースコート9−1を3つの基体に被覆した:DEXFLEX 880(Standard Plaque,Inc.から購入)は、自動車バンパーに使用される種類の典型的なTPOである;フォードによって使用が指定されているCEDエポキシプライマーであるエポキシ下塗スチール(Advanced Coating Technologies,Inc.から購入されるAPR 16900);および、フォードによって使用が指定されている、プライマー/サーフェーサー被覆スチール(Advanced Coating Tecnologies,Inc.から購入されるAPR 29401)。約5分間のフラッシュ後、クリヤコート9−2を、被覆されたエポキシ下塗スチールに塗布し、コーティングを121℃で30分間のベーキングによって硬化させた。TPO上のホワイトベースコート9−1が、121℃で30分間のベーキングによって硬化され、クリヤコート9−3が塗布され、121℃で30分間のベーキングによって硬化された。プライマー/サーフェーサー被覆スチール上のホワイトベースコート9−1が、121℃で30分間のベーキングによって硬化された。クリヤーコート9−4が、被覆されたプライマー/サーフェイサーパネルに塗布され、クリヤーコートが150℃で20分間のベーキングによって硬化された。3つの全てのベースコート/クリヤコート系が、クロスハッチ付着性試験において、優れた付着性を与えることが見い出された。
これらの結果は、ジヒドロキシポリジエンポリマーに基づくベースコート組成物が、TPOのコーティングだけでなく、車の下塗された金属部材のコーティングにも、使用するのが適していることを示す。それらは、TPOに対して、および一般にフォードによって使用されている下塗金属基体に対して、優れたクロスハッチ付着性を有する。それらはまた、ポリエステル/メラミンおよびアクリル/ウレタンクリヤコートのコーティング間付着性、ならびに他のジヒドロキシポリジエン樹脂から製造されるクリヤコートに対しての、優れた付着性を有する。

Claims (18)

  1. ポリマー末端の官能価が少なくとも1.3であるヒドロキシ官能ポリジエンポリマー10〜80重量%、アミノ樹脂架橋剤8〜60重量%、および補強剤2〜40重量%を含んで成る架橋性相安定組成物。
  2. ポリマー末端の官能価が少なくとも1.9である請求項1に記載の組成物。
  3. ポリジエンポリマーがポリブタジエンジオールである請求項1または2に記載の組成物。
  4. ポリブタジエンジオールが、30重量%以上の1,2ブタジエン付加を有する水素化ポリブタジエンジオールである請求項3に記載の組成物。
  5. ポリブタジエンジオールが、10重量%未満の1,2ブタジエン付加を有する非水素化ポリブタジエンジオールである請求項3に記載の組成物。
  6. ポリジエンポリマーが、80重量%より多くの1,4イソプレン付加を有する非水素化または水素化ポリイソプレンジオールである請求項1または2に記載の組成物。
  7. ポリイソプレンジオールが、90重量%より多くの1,4イソプレン付加を有する請求項6に記載の組成物。
  8. 補強剤が、架橋剤と反応し得る少なくとも2つの官能基を有する請求項1〜7のいずれか1項に記載の組成物。
  9. 補強剤が、5〜40個の炭素原子を有する脂肪族ジオールである請求項8に記載の組成物。
  10. ポリジエンポリマーが構造式:
    HO−A−OHまたは(HO−A)n−X
    [式中、Aは、共役ジオレフィンモノマーのホモポリマー、2つまたはそれ以上の共役ジオレフィンモノマーのコポリマー、あるいは、1つまたはそれ以上の共役ジオレフィンモノマーとモノアルケニル芳香族炭化水素モノマーとのコポリマーであり、>1であり、Xはカップリング剤の残基である。]
    で示される請求項1に記載の組成物。
  11. ポリジエンポリマーが構造式:
    (II) HO−A−Sz−B−OHまたは(HO−A−Sz−B)n−Xまたは
    HO−Sz−A−B−Sy−OHまたは(HO−Sz−A−B)n−X
    [式中、AおよびBは、共役ジオレフィンモノマーのホモポリマーブロック、共役ジオレフィンモノマーのコポリマーブロック、またはジオレフィンモノマーとモノアルケニル芳香族炭化水素モノマーとのコポリマーブロックであってよいポリマーブロックであり、Sはビニル芳香族ポリマーブロックであり、yおよびzは0または1であり、yまたはzの少なくとも1つが1であり、nが2より大きいかまたは2であり、Xがカップリング剤の残基である。]
    で示される請求項1に記載の組成物。
  12. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の組成物、および充填材または安定剤のどちらかまたは両方、ならびに、任意に顔料を含んで成るコーティング用組成物
  13. 請求項1〜11のいずれか1つに記載の組成物、および粘着付与樹脂を含んで成る接着剤またはシーラント。
  14. 架橋性相安定組成物の製造方法であって、ポリマー末端の官能価が少なくとも1.3であるヒドロキシ官能ポリジエンポリマー10〜80重量%、アミノ樹脂架橋剤8〜60重量%、および補強剤2〜40重量%を混合し;ならびに、相安定組成物が得られるように、任意に架橋触媒の存在下において、当該混合物を部分的に反応させる;ことを含んで成る方法。
  15. 相溶性架橋組成物の製造方法であって、
    (a)ポリマー末端の官能価が少なくとも1.3であるヒドロキシ官能ポリジエンポリマー10〜80重量%、アミノ樹脂架橋剤8〜60重量%、および補強剤2〜40重量%を混合するステップ、
    (b)相安定組成物が得られるように、任意に架橋触媒の存在下において、当該混合物を部分的に反応させるステップ、
    (c)当該相安定組成物を基体に適用するステップ、および、
    (d)任意に追加的架橋触媒の存在下に、適用された組成物を架橋させるステップ、
    を含んで成る方法。
  16. 架橋触媒が、0.05〜4重量%の合計量で使用され、その1/2未満がステップ(b)において使用される請求項15に記載の方法。
  17. 基体を塗装する方法であって、
    (a)エポキシ樹脂プライマーおよびポリエステル樹脂プライマーから成る群から選択されるプライマーを用いて、基体を下塗し、
    (b)ポリマー末端の官能価が少なくとも1.3であるヒドロキシ官能ポリジエンポリマー10〜80重量%、アミノ樹脂架橋剤8〜60重量%、および補強剤2〜40重量%を含んで成る、架橋性ベースコート組成物を、下塗された基体に適用し、適用したベースコート組成物を架橋し、および、
    (c)ジヒドロキシポリジエンを基剤とするクリヤコート、ポリエステルクリヤコート、およびアクリルクリヤコートから成る群から選択されるクリヤコートを、ベースコート上に適用する、
    ことを含んで成る方法。
  18. 請求項12に記載のコーティング用組成物を用いて被覆された物品。
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