JPS592685B2 - ウレタンプレポリマ−組成物 - Google Patents

ウレタンプレポリマ−組成物

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JPS592685B2
JPS592685B2 JP50044475A JP4447575A JPS592685B2 JP S592685 B2 JPS592685 B2 JP S592685B2 JP 50044475 A JP50044475 A JP 50044475A JP 4447575 A JP4447575 A JP 4447575A JP S592685 B2 JPS592685 B2 JP S592685B2
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JP
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adduct
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ipdi
trimethylolpropane
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清治 風間
道夫 田中
勝城 長野
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Takeda Pharmaceutical Co Ltd
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Takeda Chemical Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は末端にイソシアネート基をもつウレタンプレポ
リマー組成物に関する。
さらに詳しくは3−イソシアナ−トメチル− 3、5,
5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(別名イ
ソボロンジイソシアネートという。以下IPDIと略す
る)3モルとトリメチロールプロパン1モルとの付加体
を主成分とし、有機溶媒および塗料用ポリオール成分に
対する溶解性が非常にすぐれ、耐候性が高度に改善され
た塗膜を与える末端イソシアネートのウレタンプレポリ
マー組成物に関する。現在種々のウレタン塗料が市販さ
れているが、一般にその耐候性は悪く光によつて黄変化
を受けやすい。特にトリレンジイソシアネート(TDI
)系の塗料は極めて耐候性が劣つている。耐候性の向上
を目的としてヘキサメチレンジイソシアネート(HDI
)などの脂肪族系、4、4’−シンクロヘキシルメタン
ジイソシアネートなどの脂肪族系およびキシリレンジイ
ソシアネート(XDI)系の塗料が考え出されたが未だ
満足な結果は得られていない。本発明者らは、かかる事
情に鑑みウレタン塗料の耐候性を向上させるべく種々研
究をおこなつた結果、一般にIPDIと低分子ポリオー
ルとの付加体から得られる塗膜は耐候性がすぐれている
ことを知見したが、このIPDIと反応させる低分子ポ
リオール成分について更に研究をおこなつたところ、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、ジプロピレングリコール、1、3−ブタン
ジオール、1、4−ブタンジオール、1、6−ヘキサン
ジオール、ネオペンチルグリコールなどのグリコール類
を使用した場合、これらの付加体をアクリルポリオール
と組み合わせて得られる塗料の乾燥性は悪くなるうえに
塗膜の硬度が低く、塗料としての実用性がないことがわ
かつた。
また、グリセリン、1、2、6−ヘキサントリオール、
トリメチロールエタンなどのトリオール類やペンタエリ
スリトール、ソルビトール、シュークローズなどの4官
能以上のポリオール類を使用した場合は、アクリルポリ
オールと組み合わせて塗料化すると、塗膜は密着性、耐
衝撃性ともに悪く、塗料としての実用性がないことを知
見した。ところが、低分子ポリオール成分としてトリメ
チロールプロパンを用いて得られる付加体の塗膜は比較
的密着性ならびに耐衝撃性がよいことを知見した。本発
明者らは、かかる知見に基づき、更に研究したところ、
IPDIとトリメチロールプロパンとの付加体を製造す
る際に、ポリウレタン分野で一般におこなわれている方
法すなわちIPDIとトリメチロールプロパンをNCO
/0H比=2.0(IPDl3モルとトリメチロールプ
ロパン1モル)で反応して得られる付加体はアクリルポ
リオール等との相溶性が悪いことがわかつた。この場合
、1PDI3モルとトリメチロールプロパン1モルとの
付加体(以下、3:1付加体と略する)以外に、たとえ
ばIPDI5モルとトリメチロールプロパン2モルとか
らなる付加体(以下、5:2付加体と略する)あるいは
それより更に高分子量化した付加体が多量副成し、これ
らの副生成物ならびにIPDI単量体がアクリルポリオ
ールとの相溶性に悪影響を与えるものと推定される。と
ころが、3:1付加体を65重量%以上含有し、かつI
PDI単量体を5重量%以下含有してなるウレタンプレ
ポリマ一組成物はすぐれた耐候性を有する塗膜を与える
のみならず、塗料用ポリオール類(ポリエステルポリオ
ール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルエーテル
ポリオール、油変性ポリエステルポリオール、アクリル
系ポリオール)に対する相溶性さらには有機溶媒に対す
る溶解性がきわめて良好で、ウレタン塗料用プレポリマ
一として特に有利に用いることができるという知見を得
た。本発明は以上のような知見に基づいてさらに研究、
検討を重ねた結果完成されたものである。
本発明の組成物において、3:1付加体とは次式で示さ
れるものである。上記式中、−1PDIとはPDの2個
のNCO基のうち、1個がトリメチロールプロパンの0
H基と反応し、残りの1個が遊離のNCO基であるもの
を示す。
杢発明の組成物は(1)上記3:1付加体を65重量%
以上、好ましくは70重量%以上、更に好ましくは75
重量%以上含有し、(2)IPD単量体を5重量%以下
、好ましくは3重量%以下、更に好ましくは1重量%以
下含有するウレタンプレポリマ一組成物である。
上記以外の成分としては、たとえば5:2付加体、5:
2付加体よりも更に高分子量化したものなどが考えられ
る。ウレタンプレポリマ一組成物中の3:1付加体およ
びIPD単量体の含量は、たとえばゲルパーミユエーシ
ヨンクロマトグラフイ一(GPC)などの分析方法によ
つて定量することができる。杢発明の組成物は如何なる
方法で製造してもよい。
すなわち、IPDlとトリメチロールプロパンとを任意
の割合で反応させた後、反応液中の3:1付加体以外の
副生物ならびにIPDI単量体を適宜の手段によつて除
去することにより容易に得られる。IPDとトリメチロ
ールプロパンの反応は無溶媒でもおこなうことができ、
さらには活性水素を持たない溶媒(たとえば酢酸エチル
、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムア
ミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、ジ
オキサン等)中でもおこなうこともできる。副生成物の
量をできるだけ少なくするために、IPDIとトリメチ
ロールプロパンとの当量比(NCO/0H)を大きくす
ることが考えられる。IPDIとトリメチロールプロパ
ンとの反応に際して、ポリウレタン分野で通常用いられ
るような有機金属系触媒を添加することが好ましい。触
媒としては、たとえばテトラブチル−1,3−ジアセト
キシージスタノキサンなどのジスタノキサン類、ジブチ
ル錫シクロラード、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫
ジラウレート、オクチル酸第一錫、安息香酸鉛、ナフテ
ン酸鉛、鉄アセチルアセトネート、安息香酸コバルト、
2−エチルヘキサン酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛などが挙げ
られるが、特に有機錫系触媒が好ましい。触媒の使用量
はPDに対して約0.01〜5重量%、特に約0.03
〜2重量%である。反応液から副生成物ならびにIPD
I単量体を除去する手段としては、たとえば抽出法、蒸
留法、クロマト法、沈澱法あるいはそれらを組み合わせ
た方法などが挙げられる。
抽出法による場合、3:1付加体およびIPDI単量体
の抽出剤に対する溶解性の差を利用しておこなわれるの
で、3:1付加体以外の副生成物が生じるのを防ぐため
にIPDIとトリメチロールプロパンとの当量比を3〜
8、特に4〜6の範囲でおこなうことが好ましい。
抽出剤としては、脂肪族炭化水素が用いられる。かかる
脂肪族炭化水素のうち、特に沸点が50。〜100℃の
ものが好ましく、具体的には、たとえばn−ヘプタン、
n−ヘキサン、リグロイン、n−オクタン、3−メチル
ペンタン、3−エチルペンタン、石油ベンジンあるいは
これらの混合物が用いられる。生成した3:1付加体お
よび未反応1PDIはともに有機溶媒に対する溶解性が
よいため、未反応のIPDIのみを抽出剤によつて除去
し、目的とする純度の高いプレポリマ一を収量よく得る
ことはきわめて困難であり、この目的のためには、抽出
剤の種類を慎重に選択することが好ましい。
か\る見地からすれば、上記の抽出剤のなかでも特に、
n−ヘキサンが好ましい。抽出温度は15〜90℃、好
ましくは30〜60℃である。抽出操作は常法によつて
行なわれ連続式でもバツチ式でもよく、抽出剤は反応生
成物の重量に対して連続式の場合は1〜4倍量、好まし
くは2〜3倍量、バツチ式の場合は2〜6倍量好ましく
は3〜5倍量用いられる。抽出剤中に抽出された未反応
IPDIは蒸留などの操作によつて抽出剤を除去した後
、トリメチロールプロパンとの反応に再使用される。蒸
留法による場合、反応液中の副生成物の量を少なくする
ためにIPDIとトリメチロールプロパンとの当量比を
できるだけ大きくすることが好ましいが、経済性を考え
るとその比は3〜10、好ましくは4〜7である。
蒸留は通常バツチ式でおこなうこともできるが、蒸留時
の加熱による変質を防ぐため帯留時間の比較的短い連続
式薄膜蒸留法によるのが好ましい。具体的には、たとえ
ぱ反応液を1.0闘Hg以下の真空下に約150〜20
0℃に加熱して連続的に薄膜蒸留をおこなうと、IPD
モノマーが5%以下に留去することができる。除去され
た未反応1PDIは反応に再使用される。クロマト法と
しては、たとえばカラムクロマトグラフイ、薄層クロマ
トグラフイ、ペーパークロマトグラフイ法などが挙げら
れる。
IPDIとトリメチロールプロパンとの当量比は如何な
る量でもよいが、特にその比は3〜10が好ましい。操
作方法は、通常、化学の分野における化合物の分離、精
製の操作に準じておこなわれる。本発明のウレタンプレ
ポリマ一組成物は、末端に遊離のNCO基を有している
ので窒素雰囲気下でできるだけ速やかにおこなうことが
好ましい。沈澱法とは、通常、高分子化学の分野でおこ
なわれる方法に準じておこなわれる。
たとえば、5:2付加体などの副生成物に対する貧溶媒
中にIPDIとトリメチロールプロパンとの反応液を滴
下して5:2付加体などの副生成物を沈澱させて除いた
後、この上澄み液に更に貧溶媒を加え、3:1付加体を
沈澱させることによつて3:1付加体を高割合で得るも
のである。IPDIとトリメチロールプロパンとの当量
比は約1.3〜2.0が好ましい。貧溶媒としては、た
とえば前記の抽出法で用いられる溶剤などが挙げられる
。かくして得られるウレタンプレポリマ一組成物はおよ
そ240〜350のアミン当量を有し、有機溶媒に対す
る溶解性が非常にすぐれている。
たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテー
ト、ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルエチルケト
ンなどに可溶である。本発明の組成物は一般に溶媒で希
釈して2液型ウレタン塗料のイソシアネート成分として
用いられるが、通常酢酸エチルで希釈して固形分20〜
75重量%の溶液とし、ウレタン塗料用ポリオール成分
と混合して用いられる。
また、本発明のウレタンプレポリマ一組成物は、たとえ
ばポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、
ポリエステルエーテルポリオール、油変性ポリエステル
ポリオール、アクリルポリオールなどウレタン塗料用ポ
リオール成分として用いられている広範囲のポリオール
との相溶性が優れており、これらのポリオールと均一に
相溶して透明なワニスを与える。
したがつてこのワニスあ・るいはこれに顔料を配合した
エナメルから得られる塗膜はすぐれた光沢を有し、塗膜
の耐候性、密着性ならびに耐衝撃性は著しくよい。つぎ
に本発明の具体例として実施例ならびに比較例をあげる
実施例および比較例中、部は重量部を、%は重量%を示
す。実施例 1 3−イソシアナートメチル−3,5,5−トリメチルシ
クロヘキシルイソシアネート(IPDI)200部に、
ジブチル錫ジラウレート1,2部を加え80℃に加熱す
る。
これに熔融したトリメチロールプロパン(TMP)17
.9部を攪拌下1時間で滴下する。このときのNCO/
0Hは4.5である。滴下終了後さらに75〜80℃に
3時間加熱攪拌を続ける。この時点での反応混合物のア
ミン当量は155.8(理論値155.6)である。こ
の反応液を1關Hg減圧下、約170〜175℃で連続
的に薄膜蒸留してIPDI単量体を除去した。ゲルパー
ミユエイシヨンクロマトグラフイ一(GPC)により残
渣中に含まれる3:1付加体の含量ならびに遊離のIP
DIを測定したところそれぞれ76%および2.00!
)であつた。この残渣に固形分が75%になるように酢
酸エチルを加え均一に溶解させる。このプレポリマ一溶
液のアミン当量は380である。このプレポリマ一溶液
は有機溶媒等に対する溶解性が極めてよく、酢酸エチル
、酢酸ブチル、ベンゼン、トルエン、キシレン、メチル
エチルケトン、メチルイソブチルケトンなどで無限に希
釈できる。
ここに得られたウレタンプレポリマ一溶液の溶解性につ
いて他のウレタン塗料用プレポリマ一と比較するため1
gの樹脂(いずれも固形分75%)に溶媒を加えて、白
濁するまでの容量(希釈)を測定した。
その結果を表−1に示す。ただし他のウレタン塗料プレ
ポリマ一としては3−イソシアナートメチル3,5,5
−トリメチルシクロヘキシルイソシアネートに代えて等
モルのヘキサメチレンジイソシアネートおよびω,ω2
−ジイソシアネート−1,3−ジメチルベンゼンをそれ
ぞれ使用して得られたプレポリマ一を用いたもので、表
一1においてはそれぞれHDI系およびXDl系と称す
る。なお本発明の方法によつて得られたプレポリマ一は
IPDI系と表現した。ここに得られたウレタンプレポ
リマ一のポリオール成分との相溶性あるいは公知の添加
剤との相溶性について他のウレタン塗料用プレポリマ一
と比較するため、1部の樹脂(いずれも固形分75%)
にアクリルポリオールであるラストラゾール一A−80
1(大日本インキ社製、固形分50%、0H価50)3
部あるいはセルロースアセテートブチレート(EAB5
5l−0.2イーストマンコダツク社製、固形分200
1)のメチルイソブチルケトン溶液)3部を加えよくか
きまぜてその外観を調べた。
結果は表−2のようであつた。表−2においてもプレポ
リマ一の記号の意味は表−1の場合と同じである。ポリ
オールとの相溶性、添加剤との相溶性いずれも1PDI
系がすぐれていることがわかる。杢実施例のプレポリマ
一溶液をルチル型酸化チタンを含むポリエステルポリオ
ール(デスモヘン1100)と組み合わせることによつ
て塗膜(PWC4O%)を作成した。
特にここではH6XDl(1,3−ビスイソシアナート
メチルシクロヘキサン)を用いて杢発明と同様の操作を
して得られたものをH6XDl系として比較例にあげた
。紫外線を照射して塗膜の耐候性を調べ他の塗膜と比較
した結果をエヌ・ビ一・エス(NB.S)単位で表−3
に示す。表−3においてのPDI系、HDl系、XD系
は表−1の場合と同意である。表−3に見られるように
IPDI系の塗膜は紫外線に対して安定であり、特に黄
変化しにくい。
これは△B,△Eの値から明らかに認められる。本発明
の塗膜をH6XDl系の塗膜と比較してみても△bの値
は1.19,△Eの値は0.95の差が認められ、本発
明の塗膜はH6XDI系のものと比較しても明らかにす
ぐれていることがわかる。実施例 2 IPD200部に、テトラブチル−1,3−ジアセトキ
シージスタノキサン1部を加え70℃に加熱する。
これに熔融したトリメチロールプロパン26,8部を攪
拌下1時間で滴下する。この場合のNCO/0Hは3.
0である。滴下終了後さらに70〜75℃に3時間加熱
攪拌を続ける。この時点でのアミン当量は188、8(
理論値189.0)である。実施例1.と同様にして未
反応1PDIを除去して残渣を得た。
残渣中に含まれる3:1付加体ならびに遊離のIPDは
それぞれ68(fl)および2.0%であつた。残渣に
固形分が75%になるように酢酸エチルを加え均一に溶
解させてアミン当量389の澄明なプレポリマ一溶液を
得た。実施例 3 1PDI200部に、オクチル酸第1錫1.5部を加え
80℃に加熱する。
これに熔融したTMPl3.4部を攪拌下1時間で滴下
する。この場合のNCO/0Hは6,0である。滴下終
了後さらに75〜80℃に3時間攪拌を続ける。この時
点でのアミン当量は142.5(理論値142.3)で
ある。実施例1.と同様にして未反応PDを除去し53
.4部の残渣を得た(全仕込に対する収率は25%であ
る)。
残渣中に含まれる3:1付加体ならびに遊離のIPDI
はそれぞれ79%および2%であつた。固形分が75%
になるように残渣に酢酸エチルを加え均一に溶解させて
アミン当量385の澄明なプレポリマ一溶液を得た。比
較例 1 1PD2OO部を80℃に加熱し、TMPl7,9部を
攪拌下1時間で滴下する。
このときのNCO/0Hは実施例1,と同じ4.5であ
る。
滴下終了後さらに75〜80℃に5時間加熱攪拌を続け
る。この時点でのアミン当量は155.7(理論値15
5,6)である。実施例1.と同様にして薄膜蒸留して
未反応1PD1単量体を除去した。3:1付加体ならび
にIPDlの含量を測定したところ、それぞれ54%お
よび2,2%であつた。
実施例1.と同様にして固形分75(Ff)のプレポリ
マ一の酢酸エチル溶液を得た。
比較例 2 IPDI200部に、ジブチル錫ジラウレート1.2部
を加え80℃に加熱する。
これに熔融したトリメチロールプロパン17.9部を攪
拌下1時間で滴下する。このときのNCO/0Hは実施
例1.と同じ4,5である。滴下終了後さらに75〜8
0℃に3時間加熱攪拌を続ける。この反応混合液に含ま
れる3:1付加体ならびに遊離PDIはそれぞれ35%
および54%である。この反応混合液に酢酸エチル72
.6部を加え均一に混合してアミン当量207.7の澄
明なプレポリマ一溶液を得た。比較例 3IPD200
部に、ジブチル錫ジラウレート1.2部を加え80℃に
加熱する。
これに熔融したTMP4O.2部を攪拌下1時間で滴下
する。このときのNCO/0Hは2.0である。TMP
の滴下終了後さらに75〜80℃に3時間加熱攪拌を続
ける。この時点でのアミン当量は266.6(理論26
6.9)である。以下実施例1と同様にして未反応1P
DIを除去した。
残渣中に含まれる3:1付加体ならびに遊離のPDIは
それぞれ58%および1,8%であつた。固形分が75
%になるように残渣に酢酸エチルを加え均一に溶解させ
てアミン当量397の澄明なプレポリマ一溶液を得た。
実施例 4 実施例1,2,3および比較例1,2,3で得られたウ
レタンプレポリマ一を、スチレン45部、メチルメタク
リレート45部および2−ヒドロキシエチルメタクリレ
ート10部を共重合して得られたアクリルポリオール(
固形分50%、0H価20)と組み合わせて塗布した場
合の塗膜性能を調べた。
表−4にその結果を示す。塗膜試験は塗布後45℃に3
日放置後に行なつた。実施例 5 IPDI200部に、ナフテン酸亜鉛(14.5%Zn
)1.2部を加え80℃に加熱する。
これに熔融したトリメチロールプロパン(TMP)17
.9部を攪拌下1時間で滴下する。このときのNCO/
0H比は4.5である。
滴下終了後、さらに75〜80℃に3時間加熱攪拌を続
ける。この時点でのアミン当量は155.9(理論値1
55.6)である。反応終了後、未反応1PDI単量体
を薄膜蒸留して除去した。残渣中に含まれる3:1付加
体ならびにIPDIの量を測定したところ、それぞれ7
20!)および2.2%であつた。これを実施例1.と
同様に固形分が75%になるように酢酸エチルを加え、
均一に溶解させる。このプレポリマ一溶液のアミン当量
は383である。
実施例 6 IPDI200部に、ナフテン酸鉛(30.0%Pb)
1,2部を加え80℃に加熱する。
これに熔融したトリメチロールプロパン(TMP)17
.9部を攪拌下1時間で滴下する。このときのNCO/
0H比は4.5である。
滴下終了後、さらに75〜80℃に3時間加熱攪拌を続
ける。この時点でのアミン当量は156.1(理論値1
55.6)である。反応終了後、実施例1,と同様に未
反応IPDIを除去した。残渣中に含まれる3:1付加
体ならびに1PDの量を測定したところ、それぞれ73
%および2.001)であつた。これを実施例1と同様
に固形分が75%になるように酢酸エチルを加え均一に
溶解させる。このプレポリマ一溶液のアミン当量は38
5である。
実施例5および6で得られたウレタンプレポリマ一を実
施例4と同様にアクリルポリオールと組み合わせて塗膜
試験をおこなつた。その結果を表−5に示す。実施例
7 IPDI137.8部に、鉄アセチルアセトネート0,
091部を加え80℃に加熱する。
これに熔融したトリメチロールプロパン(TMP)13
.9部を攪拌下1時間で滴下する。このときのNC(}
Q{比は4.0である。滴下終了後、さらに75〜80
℃に2時間加熱攪拌を続ける。この時点でのアミン当量
は169.6である。反応終了後、反応生成物の温度が
40〜45℃になるまで冷却し、この温度を保ちながら
n−ヘキサンで未反応1PDIを8回抽出する。抽出残
渣に残存する少量のn−ヘキサンを減圧蒸留により留去
した後、残渣中に含まれる3:1付加物ならびにIPD
I単量体の含量を測定したところ、それぞれ70%およ
び0.2%であつた。固形分が75%になるように酢酸
エチルを加え均一に溶解させる。このプレポリマ一溶液
のアミン当量は390である。
実施例4と同様にアクリルポリオールと組み合わせて塗
膜試験をおこなつたところ、密着性、耐衝撃性ともにす
ぐれた塗膜が得られた。比較例 4 IPD200部に、ジブチル錫ジラウレート1.2部を
加え80℃に加熱する。
これに熔融したTMPl79部を攪拌下、1時間で滴下
する。このときのNCO/0Hは4.5である。滴下終
了後さらに75〜80℃に3時間加熱攪拌を続ける。反
応終了後、渦度が40〜45℃になるまで冷却し、この
温度を保ちながらn−ヘキサンで生成物から未反応1P
DIの抽出を4回おこなう。n−ヘキサンの量は1回目
は120部、2〜4回目は100部である。残存する少
量のn−ヘキサンを完全に留去し抽出残渣を得た。残渣
中に含まれる3:1付加体ならびに遊離のIPDIはそ
れぞれ73%および7%であつた。固形分が75%にな
るように酢酸エチルを加え均一に溶解させる。このプレ
ポリマ一を実施例4と同様にアクリルポリオールと組み
合わせて塗膜試験をおこない、次の結果を得た。指触乾
燥 1分 硬化乾燥 15分 鉛筆硬度 2H 密着(ゴバン目試験)(X/100) デユポン式衝撃試験 %X5OO×10(インチ、G
,(1) 0K

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1(1)3−イソシアナートメチル−3,5,5−トリ
    メチルシクロヘキシルイソシアネート3モルとトリメチ
    ロールプロパン1モルとの付加体を65重量%以上、(
    2)3−イソシアナートメチル−3,5,5−トリメチ
    ルシクロヘキシルイソシアネートを5重量%以下含有し
    、残りが(3)3−イソシアナートメチル−3,5,5
    −トリメチルシクロヘキシルイソシアネート5モルとト
    リメチロールプロパン2モルとの付加体あるいはそれよ
    り更に高分子量化した付加体であるウレタンプレポリマ
    ー組成物。
JP50044475A 1974-05-20 1975-04-11 ウレタンプレポリマ−組成物 Expired JPS592685B2 (ja)

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