(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024124766
(43)【公開日】2024-09-13
(54)【発明の名称】ブロックポリイソシアネート組成物、樹脂組成物、樹脂膜及び積層体
(51)【国際特許分類】
C08G 18/80 20060101AFI20240906BHJP
C08G 18/28 20060101ALI20240906BHJP
【FI】
C08G18/80 093
C08G18/80 070
C08G18/28 015
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023032665
(22)【出願日】2023-03-03
(71)【出願人】
【識別番号】000000033
【氏名又は名称】旭化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100189337
【弁理士】
【氏名又は名称】宮本 龍
(72)【発明者】
【氏名】原 和之
(72)【発明者】
【氏名】山内 理計
(72)【発明者】
【氏名】井上 佳彦
【テーマコード(参考)】
4J034
【Fターム(参考)】
4J034BA06
4J034BA07
4J034BA08
4J034CA02
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4J034QB17
4J034RA07
4J034RA11
4J034RA12
4J034RA14
(57)【要約】
【課題】ブロックポリイソシアネート組成物の提供。
【解決手段】本発明は、ブロックポリイソシアネート成分(A)と、ブロックポリイソシアネート成分(B)と、を含むブロックポリイソシアネート組成物であって、前記ブロックポリイソシアネート成分(A)のノニオン親水性基含有量を(a)質量%、前記ブロックポリイソシアネート成分(B)のノニオン親水性基含有量を(b)質量%としたとき、0≦(b)質量%<(a)質量%の関係を満たす、ブロックポリイソシアネート組成物等を提供する。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ブロックポリイソシアネート成分(A)と、ブロックポリイソシアネート成分(B)と、を含むブロックポリイソシアネート組成物であって、
前記ブロックポリイソシアネート成分(A)のノニオン親水性基含有量を(a)質量%、前記ブロックポリイソシアネート成分(B)のノニオン親水性基含有量を(b)質量%としたとき、0≦(b)質量%<(a)質量%の関係を満たし、
前記ブロックポリイソシアネート成分(A)のブロック化されたイソシアネート基の構造(X)が、下記一般式(I)で表される構造である、ブロックポリイソシアネート組成物。
【化1】
(式中、R
1は、炭素数1~8のアルキル基、フェニル基またはベンジル基であり、
R
2、R
3は、炭素数1~30の炭化水素基である。R
2、R
3の前記炭化水素基は、任意にエーテル結合、エステル結合、水酸基、カルボニル基、及びチオール基から選ばれる少なくとも1種を含んでもよい。
R
2、R
3は、互いに結合して5員または6員のシクロアルキル基を形成していてもよい。
また、R
2、R
3は、互いに窒素原子又は酸素原子を介して結合し、架橋員として付加的に窒素または酸素原子を含んでもよい3員、4員、5員または6員環を形成していてもよい。
R
2、R
3は、同一であっても異なっていてもよい。)
【請求項2】
前記ブロックポリイソシアネート成分(B)のブロック化されたイソシアネート基の構造(Y)が、下記一般式(II)で表される構造及び下記一般式(III)で表される構造からなる群より選ばれる1種類以上の構造を有する、請求項1に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
【化2】
(一般式(II)中、R
21、R
22、R
23、R
24、R
25及びR
26は、それぞれ独立に、水素原子、又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。波線は結合手を表す。)
【化3】
(一般式(III)中、R
11、R
12及びR
13は、それぞれ独立に、水素原子、又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。前記R
11、前記R
12及び前記R
13の合計炭素数は、1以上20以下である。波線は結合手を表す。)
【請求項3】
前記一般式(II)において、前記R24、前記R25及び前記R26のうち、1つが水素原子である、請求項2に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
【請求項4】
前記一般式(II)で表される構造100モル%に対して、下記一般式(II-1)で表される構造を1モル%以上含む、請求項2に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
【化4】
(一般式(II-1)中、R
211、R
212、及びR
213は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。前記R
211、前記R
212、及び前記R
213の合計炭素数は、3以上20以下である。R
214、R
215及びR
216は、それぞれ独立に、水素原子、又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。波線は結合手を表す。)
【請求項5】
前記ブロックポリイソシアネート成分(A)の固形分の総質量に対する、前記(a)質量%は1.0質量%以上55.0質量%以下であり、
前記ブロックポリイソシアネート成分(B)の固形分の総質量に対する、前記(b)質量%は0.0質量%以上20.0質量%以下であり、
前記(a)質量%/前記(b)質量%が100/0~60/40であり、かつ、
前記ブロックポリイソシアネート成分(A)と前記ブロックポリイソシアネート成分(B)の質量比(A)/(B)が1/99~99/1ある、請求項1又は2に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
【請求項6】
前記ブロックポリイソシアネート組成物の固形分の総質量に対する、ノニオン親水性基の含有量が0.1質量%以上25.0質量%以下である、請求項1又は2に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
【請求項7】
前記ブロックポリイソシアネート成分(A)及び前記ブロックポリイソシアネート成分(B)は、それぞれポリイソシアネート及びブロック剤から誘導されたものであって、
前記ポリイソシアネートが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種以上のジイソシアネートから誘導されたポリイソシアネートである、請求項1又は2に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
【請求項8】
前記ポリイソシアネートの平均イソシアネート基数が3.5以上である、請求項7に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
【請求項9】
請求項1又は2に記載のブロックポリイソシアネート組成物と、多価ヒドロキシ化合物と、を含む、樹脂組成物。
【請求項10】
請求項9に記載の樹脂組成物を硬化させた、樹脂膜。
【請求項11】
基材上に、請求項10に記載の樹脂膜を1層以上積層した積層体であって、
前記樹脂膜の1層当たりの厚さが1μm以上50μm以下である、積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ブロックポリイソシアネート組成物、樹脂組成物、樹脂膜及び積層体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、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。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、その使用に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。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用いることを極めて困難にしている。また、イソシアネートは水と容易に反応するため、電着塗料のよう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、作業能率は著しく低下する。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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1~3では、90℃で硬化するブロックポリイソシアネート組成物が提案されている。
【0006】
また、地球環境保護の観点から、水系樹脂組成物へのニーズが高まっている。水系樹脂組成物への分散性を確保するため、例えば、特許文献4には、ブロックポリイソシアネートに親水基を変性し、水系樹脂組成物への分散性を向上した技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2002-322238号公報
【特許文献2】特開2006-335954号公報
【特許文献3】特許第5562267号公報
【特許文献4】特許第3947260号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、ブロックポリイソシアネートに要求される物性としては、90℃以下の低温で焼付した場合の硬化性、水系樹脂組成物での分散性以外に、水系樹脂組成物としての貯蔵安定性もあるが、これらの全てを満足するものとすることは非常に困難である。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、水系樹脂組成物中の分散性が良好であり、水系樹脂組成物とした直後及び貯蔵後の90℃以下の低温で焼付した際の硬化性に優れ、水系樹脂組成物として貯蔵したときのガス発生量とpH変化が抑制されているブロックポリイソシアネート組成物、並びに、前記ブロックポリイソシアネート組成物を用いた樹脂組成物、樹脂膜及び積層体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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成分(A)と、ブロックポリイソシアネート成分(B)と、を含むブロックポリイソシアネート組成物であって、前記ブロックポリイソシアネート成分(A)のノニオン親水性基含有量を(a)質量%、前記ブロックポリイソシアネート成分(B)のノニオン親水性基含有量を(b)質量%としたとき、0≦(b)質量%<(a)質量%の関係を満たし、前記ブロックポリイソシアネート成分(A)のブロック化されたイソシアネート基の構造(X)が、下記一般式(I)で表される構造である、ブロックポリイソシアネート組成物。
【化1】
(式中、R
1は、炭素数1~8のアルキル基、フェニル基またはベンジル基であり、R
2、R
3は、炭素数1~30の炭化水素基である。R
2、R
3の前記炭化水素基は、任意にエーテル結合、エステル結合、水酸基、カルボニル基、及びチオール基から選ばれる少なくとも1種を含んでもよい。R
2、R
3は、互いに結合して5員または6員のシクロアルキル基を形成していてもよい。また、R
2、R
3は、互いに窒素原子又は酸素原子を介して結合し、架橋員として付加的に窒素または酸素原子を含んでもよい3員、4員、5員または6員環を形成していてもよい。R
2、R
3は、同一であっても異なっていてもよい。)
[2]前記ブロックポリイソシアネート成分(B)のブロック化されたイソシアネート基の構造(Y)が、下記一般式(II)で表される構造及び下記一般式(III)で表される構造からなる群より選ばれる1種類以上の構造を有する、[1]に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
【化2】
(一般式(II)中、R
21、R
22、R
23、R
24、R
25及びR
26は、それぞれ独立に、水素原子、又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。波線は結合手を表す。)
【化3】
(一般式(III)中、R
11、R
12及びR
13は、それぞれ独立に、水素原子、又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。前記R
11、前記R
12及び前記R
13の合計炭素数は、1以上20以下である。波線は結合手を表す。)
[3]前記一般式(II)において、前記R
24、前記R
25及び前記R
26のうち、1つが水素原子である、[2]に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
[4]前記一般式(II)で表される構造100モル%に対して、下記一般式(II-1)で表される構造を1モル%以上含む、[2]に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
【化4】
(一般式(II-1)中、R
211、R
212、及びR
213は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。前記R
211、前記R
212、及び前記R
213の合計炭素数は、3以上20以下である。R
214、R
215及びR
216は、それぞれ独立に、水素原子、又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。波線は結合手を表す。)
[5]前記ブロックポリイソシアネート成分(A)の固形分の総質量に対する、前記(a)質量%は1.0質量%以上55.0質量%以下であり、前記ブロックポリイソシアネート成分(B)の固形分の総質量に対する、前記(b)質量%は0.0質量%以上20.0質量%以下であり、前記(a)質量%/前記(b)質量%が100/0~60/40であり、かつ、前記ブロックポリイソシアネート成分(A)と前記ブロックポリイソシアネート成分(B)の質量比(A)/(B)が1/99~99/1ある、[1]~[4]のいずれか1つに記載のブロックポリイソシアネート組成物。
[6]前記ブロックポリイソシアネート組成物の固形分の総質量に対する、ノニオン親水性基の含有量が0.1質量%以上25.0質量%以下である、[1]~[5]のいずれか1つに記載のブロックポリイソシアネート組成物。
[7]前記ブロックポリイソシアネート成分(A)及び前記ブロックポリイソシアネート成分(B)は、それぞれポリイソシアネート及びブロック剤から誘導されたものであって、前記ポリイソシアネートが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種以上のジイソシアネートから誘導されたポリイソシアネートである、[1]~[6]のいずれか1つに記載のブロックポリイソシアネート組成物。
[8]前記ポリイソシアネートの平均イソシアネート基数が3.5以上である、[7]に記載のブロックポリイソシアネート組成物。
[9][1]~[8]のいずれか1つに記載のブロックポリイソシアネート組成物と、多価ヒドロキシ化合物と、を含む、樹脂組成物。
[10][9]に記載の樹脂組成物を硬化させた、樹脂膜。
[11]基材上に、[10]に記載の樹脂膜を1層以上積層した積層体であって、前記樹脂膜の1層当たりの厚さが1μm以上50μm以下である、積層体。
【発明の効果】
【0011】
上記態様によれば、水系樹脂組成物中の分散性が良好であり、水系樹脂組成物とした直後及び貯蔵後の90℃以下の低温で焼付した際の硬化性、硬化性の維持(ゲル分率保持率)に優れ、水系樹脂組成物として貯蔵したときのガス発生量が抑制されており、且つ、樹脂膜としたときの耐水性に優れるブロックポリイソシアネート組成物を提供することができる。
【0012】
上記態様の樹脂組成物は、前記ブロックポリイソシアネート組成物を含み、製造直後及び貯蔵後の90℃以下の低温で焼付した際の硬化性に優れ、貯蔵したときのガス発生量が抑制されており、且つ、樹脂膜としたときの耐水性に優れる。上記態様の樹脂膜及び積層体は、前記樹脂組成物を硬化させてなり、耐水性に優れる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜変更して実施できる。
【0014】
なお、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。
【0015】
本明細書において、「構成単位」とは、ポリイソシアネートやブロックポリイソシアネートを構成する構造において、一分子の単量体に起因する構造を意味する。例えば、マロン酸エステルに由来する構成単位とは、ブロックポリイソシアネート中の一分子のマロン酸エステルに起因する構造を示す。構成単位は、単量体の(共)重合反応によって直接形成された単位であってもよく、(共)重合体を処理することによって該単位の一部が別の構造に変換された単位であってもよい。
【0016】
<ブロックポリイソシアネート組成物>
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物は、ブロックポリイソシアネート成分(A)(以下、単に「成分(A)」と称する場合がある)と、ブロックポリイソシアネート成分(B)(以下、単に「成分(B)」と称する場合がある)と、を含む。
【0017】
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物は、ブロックポリイソシアネート組成物の固形分の総質量に対するノニオン親水性基の含有量が、0.1質量%以上25.0質量%以下が好ましく、1.0質量%以上20.0質量%以下がより好ましく、3.0質量%以上15.0質量%以下がさらに好ましく、5.0質量%以上12.0質量%以下が特に好ましい。
【0018】
ブロックポリイソシアネート組成物のノニオン親水性基の含有量が上記数値範囲内であることにより、ブロックポリイソシアネート組成物の分散性、水系塗料組成物として貯蔵したときのガス発生量及び貯蔵後の低温硬化性が良好となる傾向にある。
【0019】
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物のノニオン親水性基の含有量は、例えば、成分(A)及び成分(B)におけるノニオン親水性基含有量、並びに、成分(A)及び成分(B)の混合比から算出することができる。
【0020】
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物は、成分(A)のノニオン親水性基含有量を(a)質量%、成分(B)のノニオン親水性基含有量を(b)質量%としたとき、0≦(b)質量%<(a)質量%の関係を満たす。なお、ノニオン親水性基含有量である(a)質量%は、成分(A)の固形分の総質量に対する質量割合であり、ノニオン親水性基含有量である(b)質量%は、成分(B)の固形分の総質量に対する質量割合である。
【0021】
すなわち、成分(A)のノニオン親水性基含有量は、成分(B)のノニオン親水性基含有量よりも多く、0超の値であるということもできる。また、(a)質量%/(b)質量%は、100/0~60/40が好ましく、100/0~80/20がより好ましく、100/0~70/30がさらに好ましく、100/0~60/40が特に好ましい。
【0022】
成分(A)のノニオン親水性基含有量の範囲は、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、成分(A)の固形分の質量に対して、1.0質量%以上55.0質量%以下が好ましく5.0質量%以上45質量%以下がより好ましく、5.0質量%以上40質量%以下がさらに好ましく、10質量%以上40質量%以下が特に好ましい。
【0023】
成分(B)のノニオン親水性基含有量の範囲は、特に制限されないが、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、成分(B)の固形分の質量に対して、0.0質量%以上20.0質量%以下が好ましく、0.1質量%以上15.0質量%以下がより好ましく、1.0質量%以上10.0質量%以下がさらに好ましく、2.0質量%以上5.0質量%以下が特に好ましい。
成分(B)のノニオン親水性基含有量が上記数値範囲内であることにより、得られるブロックポリイソシアネート組成物の水分散性がより良好なものとなり、且つ、貯蔵安定性がより良好となる傾向にある。
【0024】
成分(A)及び成分(B)のノニオン親水性基含有量は、例えば、使用したノニオン親水性化合物が全てポリイソシアネートのイソシアネート基と反応したものとして、それぞれの成分の固形分の総質量に対するノニオン親水性化合物の質量の比を百分率(質量%)で算出することで得られる。
成分(A)及び成分(B)のノニオン親水性基含有量は、例えば、ブロックポリイソシアネート組成物中の成分(A)と成分(B)を極性溶剤等で抽出、分離し、分離した成分をNMR測定することで、各成分中のノニオン親水性基含有量を定量することもできる。
【0025】
成分(A)及び成分(B)の混合比は、成分(B)に対する成分(A)の質量比(A)/(B)で表すことができ、1/99以上99/1以下が好ましく、5/95以上95/5以下がより好ましく、10/90以上90/10以下がさらに好ましく、20/80以上80/20以下が特に好ましい。質量比(A)/(B)が上記数値範囲内であることで、水系塗料組成物としたときの製造直後及び貯蔵後の低温硬化性と、貯蔵したときのガス発生量の両立が可能となる。
また、ブロックポリイソシアネート組成物中の成分(A)と成分(B)の混合比は、例えば、ブロックポリイソシアネート組成物中の成分(A)と成分(B)を極性溶剤等で抽出、分離し、分離した成分をNMR測定することで混合比を算出することができる。
【0026】
以下、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各構成成分について、詳細に説明する。
【0027】
≪ブロックポリイソシアネート成分≫
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物は、ブロックポリイソシアネート成分として、互いに異なる成分(A)及び成分(B)を含む。
【0028】
成分(A)は、ポリイソシアネートと、ノニオン親水性化合物と、1種以上のブロック剤と、から誘導される成分である。すなわち、ポリイソシアネートと、ノニオン親水性化合物と、1種以上のブロック剤と、の反応物である。
成分(A)は、ブロックイソシアネート構造(X)を有するブロックイソシアネートを含む。ブロックイソシアネート構造(X)は、ポリイソシアネートのイソシアネート基がブロック剤によってブロック化されて形成される構造である。
【0029】
成分(B)は、ポリイソシアネートと、1種以上のブロック剤と、から誘導される成分である。すなわち、ポリイソシアネートと、1種以上のブロック剤と、の反応物である。
成分(B)は、ブロックイソシアネート構造(Y)を有するブロックイソシアネートを含む。ブロックイソシアネート構造(Y)は、ポリイソシアネートのイソシアネート基がブロック剤によってブロック化されて形成される構造である。
【0030】
成分(A)のブロックポリイソシアネート構造(X)及び成分(B)のブロックポリイソシアネート構造(Y)は、例えば、ブロックポリイソシアネート組成物中の成分(A)と成分(B)を極性溶剤等で抽出、分離し、分離した成分をNMR測等することで、各成分のブロックポリイソシアネート構造を同定できる。
【0031】
成分(B)に含まれるブロックポリイソシアネートは、ノニオン親水性基を有していてもよい。この場合、成分(B)は、ポリイソシアネートと、ノニオン親水性化合物と、1種以上のブロック剤と、から誘導されるものである。
【0032】
成分(A)及び成分(B)において、ノニオン親水性基の含有量が成分(A)のほうが成分(B)よりも高くなる条件を満たす範囲内で、成分(A)及び成分(B)に用いられるノニオン親水性化合物は同一であってもよく、異なっていてもよい。
また、成分(A)及び成分(B)に用いられるポリイソシアネートにおいても同様に同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0033】
[ブロックイソシアネート構造(X)]
ブロックイソシアネート構造(X)は、ポリイソシアネートのイソシアネート基と、ブロック剤とが反応してなる構成単位であり、下記一般式(I)で表される。
【0034】
【化5】
(式中、R
1は、炭素数1~8のアルキル基、フェニル基またはベンジル基であり、R
2、R
3は、炭素数1~30の炭化水素基である。R
2、R
3の前記炭化水素基は、任意にエーテル結合、エステル結合、水酸基、カルボニル基、及びチオール基から選ばれる少なくとも1種を含んでもよい。
R
2、R
3は、互いに結合して5員または6員のシクロアルキル基を形成していてもよい。
また、R
2、R
3は、互いに窒素原子又は酸素原子を介して結合し、架橋員として付加的に窒素または酸素原子を含んでもよい3員、4員、5員または6員環を形成していてもよい。
R
2、R
3は、同一であっても異なっていてもよい。)
【0035】
R1におけるアルキル基としては、炭素数1以上8以下のアルキル基であることが好ましく、炭素数1以上6以下のアルキル基であることがより好ましく、炭素数1以上4以下のアルキル基であることがさらに好ましい。
【0036】
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。
【0037】
R1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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
中でも、水系樹脂組成物としたときの貯蔵安定性及び温硬化性がより向上することから、R1が、炭素数1以上4以下の無置換のアルキル基であることが好ましく、R1が、エチル基もしくはイソプロピル基であることがより好ましい。
【0042】
R2、R3は、炭素数1~30の炭化水素基である。R2、R3の炭化水素基は、任意にエーテル結合、エステル結合、水酸基、カルボニル基、及びチオール基から選ばれる少なくとも1種を含んでもよい。
R2、R3は、互いに結合して5員または6員のシクロアルキル基を形成していてもよい。
また、R2、R3は、互いに窒素原子又は酸素原子を介して結合し、架橋員として付加的に窒素または酸素原子を含んでもよい3員、4員、5員または6員環を形成していてもよい。
R2、R3は、同一であっても異なっていてもよい。
【0043】
ここで、式(I)中のR2、R3を、それぞれ独立して存在する構造(以後、独立構造と言う)と、連結している構造(以後、連結構造と言う)に分けて説明する。
【0044】
まず、R2及びR3の独立構造について説明する。
独立構造の場合の式(I)中のR2、R3は、同一であっても異なっていてもよく、炭素数1~30の、任意にエーテル結合、エステル結合、水酸基、カルボニル基、及びチオール基から選ばれる少なくとも一種を含んでもよい炭化水素基である。その中でも、R2、R3は、炭素数1~8個の炭化水素基であることが好ましく、炭素数3~6の分岐アルキル基であることがより好ましく、炭素数3~4の分岐アルキル基であることがさらに好ましく、イソプロピル基であることが最も好ましい。
【0045】
R2、R3が含んでもいい好ましい置換基としては、エーテル結合、エステル結合が挙げられる。R2、R3が、炭素数30以下のアルキル基であることによって、有効NCO%の低下を抑制し、塗料とした時の主剤等との相溶性を高く保つことができる。
【0046】
独立構造の場合の式(I)中の(R2)-N-(R3)部分は、以下に示す窒素原子を含む鎖状二級アミンの活性水素を除く残基である。具体的な鎖状二級アミン化合物の具体例としては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジオクチルアミン、ジラウリルアミン、ジトリデシルアミン、ジステアリルアミンのような直 鎖二級アミン、ジイソプロピルアミン、ジイソブチルアミン、ジ(2-ブチルアミン)、ジ(t-ブチル)アミン、ジ(2-エチルヘキシル)アミン、ジシクロヘキシルアミン、ジ(2-メチルシクロヘキシル)アミンのような分岐二級アミン、ジアリルアミンのような不飽和二重結合含有二級アミン、メチルエチルアミン、N-メチルイソプロピルアミン、メチルt-ブチルアミン、N-メチルヘキシルアミン、エチルt-ブチルアミン、N-エチルヘキシルアミン、N-エチル-1,2-ジメチルプロピルアミン、N-エチルイソアミルアミン、N-エチルラウリルアミン、N-エチルステアリルアミン、N-メチルシクロヘキシルアミン、N-エチルシクロヘキシルアミン、N-t-ブチルシクロヘキシルアミンのような非対称二級アミン、ジフェニルアミン、ジベンジルアミン、メチルベンジルアミン、エチルベンジルアミン、t-ブチルベンジルアミン、N-メチルアニリン、N-エチルアニリン、N-シクロヘキシルアニリン、3-(ベンジルアミノ)プロピオン酸エチルエステルのような芳香族置換基を有する二級アミン、2-(ヒドロキシメチルアミノ)エタノール、ジエタノールアミン、N-メチルエタノールアミン、4-メチルアミノブタノール、N-エチルエタノールアミン、N-プロピルエタノールアミン、N-イソプロピルエタノールアミン、N-ブチルエタノールアミン等が挙げられる。
【0047】
これらのアミン化合物の中でも、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジオクチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジイソブチルアミン、ジ(2-ブチルアミン)、ジ(t-ブチル)アミン、ジ(2-エチルヘキシル)アミン、ジシクロヘキシルアミン、ジ(2-メチルシクロヘキシル)アミン、ジアリルアミン、メチルエチルアミン、N-メチルイソプロピルアミン、メチルt-ブチルアミン、N-メチルヘキシルアミン、エチルt-ブチルアミン、N-エチルヘキシルアミン、N-エチル-1,2-ジメチルプロピルアミン、N-エチルイソアミルアミン、N-メチルシクロヘキシルアミン、N-エチルシクロヘキシルアミン、N-t-ブチルシクロヘキシルアミン、ジフェニルアミン、ジベンジルアミン、メチルベンジルアミン、エチルベンジルアミン、t-ブチルベンジルアミン、N-メチルアニリン、N-エチルアニリン、2-(ヒドロキシメチルアミノ)エタノール、ジエタノールアミン、N-メチルエタノールアミン、4-メチルアミノブタノール、N-エチルエタノールアミン、N-プロピルエタノールアミン、N-イソプロピルエタノールアミン、N-ブチルエタノールアミンが好ましい。より好ましくは、ジイソプロピルアミン、ジイソブチルアミン、ジ(2-ブチルアミン)、ジ(t-ブチル)アミン、ジシクロヘキシルアミン、N-t-ブチルシクロヘキシルアミンであり、さらに好ましくは、ジイソプロピルアミン、ジイソブチルアミン、ジ(2-ブチルアミン)、ジ(t-ブチル)アミンであり、最も好ましくは、ジイソプロピルアミンである。
【0048】
次に、R2及びR3の連結構造について説明する。
連結構造の場合の式(I)中の(R2)-N-(R3)部分は、以下に示す窒素原子を含む環状二級アミンの活性水素を除く残基である。具体的な環状二級アミンとしては、2-アザビシクロ[2.1.1]ヘキサン、7-アザビシクロ[2.2.1]ヘプタンのようなアザビシクロ系化合物、アジリジン、アゼチジン、ピロリジン、2-メチルピロリジン、3-ピロリジオール、2-ピロリドン、プロリン、4-ヒドロキシプロリン、ピペリジン、2-メチルピペリジン、3-メチルピペリジン、4-メチルピペリジン、4-ベンジルピペリジン、2,4-ジメチルピペリジン、3,5-ジメチルピペリジン、2,6-ジメチルピペリジン、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、3-ピペリジンメタノール、2-ピペリジンエタノール、4-ピペリジンエタノール、4-ピペリジノール、2-ピペリドン、4-ピペリドン、4-ピペリジンカルボン酸メチルエステル、4-ピペリジンカルボン酸エチルエステル、2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリドン、4-ピペリジノピペリジン、デカヒドロキノリン、ピペラジン、N-メチルピペラジン、N-エチルピペラジン、N-アリルピペラジン、N-イソブチルピペラジン、N-シクロヘキシルピペラジン、N-シクロペンチルピペラジン、N-フェニルピペラジン、1-(2-ピリジル)ピペラジン、1-(4-ピリジル)ピペラジン、1-(2-ピリミジル)ピペラジン、N-メチルホモピペラジン、N-アセチルホモピペラジン、N-ブチリルホモピペラジン、オキサゾリジン、モルホリン、イミダゾリジン、2-イミダゾリドン、ヒダントイン、1-メチルヒダントイン、5-メチルヒダントイン、クレアチニン、パラバン酸、ウラゾール、チアゾリジン、チアルジンのような飽和環状二級アミン、ピロール、2-メチルピロール、2,4-ジメチルピロール、3,4-ジメチルピロール、2-アセチルピロール、2-ピロールカルボン酸、インドール、3H-インドール、3-メチルインドール、2-フェニルインドール、3-ヒドロキシルインドール、3-インドール酢酸、インドリン、2-インドリノン、イサチン、α-シサチンオキシム、イソインドール、イソインドリン、1-イソインドリノン、カルバゾール、1,2,3,4-テトラヒドロキノリン、1,2,3,4-テトラヒドロイソキノリン、9-アクリドン、ピラゾール、3,5-ジメチルピラゾール、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾイミダゾロン、1H-1,2,3-トリアゾール、1H-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール、テトラゾール、プリン、キサンチン、フェノキサジン、無水イサト酸、ベンゾチアゾリン、2-ベンゾチアゾロン、フェノチアジン、5,10-ジヒドロフェナジン、β-カルボリン、ペリミジンのような芳香族二級アミン、2-ピロリン、3-ピロリン、ジヒドロピリジン、2-ピラゾリン、5-ピラゾロン、2-イミダゾリン、4H-1,4-オキサジン、4H-1,4-チアジン、2H,6H-1,5,2-ジチアジンのような不飽和結合含有環状二級アミン等が挙げられる。
【0049】
これらの環状二級アミンの中でも、アジリジン、アゼチジン、ピロリジン、2-メチルピロリジン、3-ピロリジオール、2-ピロリドン、プロリン、4-ヒドロキシプロリン、ピペリジン、2-メチルピペリジン、3-メチルピペリジン、4-メチルピペリジン、4-ベンジルピペリジン、2,4-ジメチルピペリジン、3,5-ジメチルピペリジン、2,6-ジメチルピペリジン、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、3-ピペリジンメタノール、2-ピペリジンエタノール、4-ピペリジンエタノール、4-ピペリジノール、2-ピペリドン、4-ピペリドン、4-ピペリジンカルボン酸メチルエステル、4-ピペリジンカルボン酸エチルエステル、2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリドン、4-ピペリジノピペリジン、デカヒドロキノリン、ピペラジン、N-メチルピペラジン、N-エチルピペラジン、N-アリルピペラジン、N-イソブチルピペラジン、N-シクロヘキシルピペラジン、N-シクロペンチルピペラジン、N-フェニルピペラジン、1-(2-ピリジル)ピペラジン、1-(4-ピリジル)ピペラジン、1-(2-ピリミジル)ピペラジン、N-メチルホモピペラジン、N-アセチルホモピペラジン、N-ブチリルホモピペラジン、オキサゾリジン、モルホリン、イミダゾリジン、2-イミダゾリドン、ヒダントイン、1-メチルヒダントイン、5-メチルヒダントイン、クレアチニン、パラバン酸、ウラゾール、チアゾリジン、チアルジンが好ましい。
【0050】
より好ましくは、アジリジン、アゼチジン、ピロリジン、2-メチルピロリジン、ピペリジン、2-メチルピペリジン、3-メチルピペリジン、4-メチルピペリジン、4-ベンジルピペリジン、2,4-ジメチルピペリジン、3,5-ジメチルピペリジン、2,6-ジメチルピペリジン、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-ピペリジンカルボン酸メチルエステル、4-ピペリジンカルボン酸エチルエステル、2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリドン、4-ピペリジノピペリジン、ピペラジン、N-メチルピペラジン、N-エチルピペラジン、N-アリルピペラジン、N-イソブチルピペラジン、N-シクロヘキシルピペラジン、N-シクロペンチルピペラジン、N-フェニルピペラジン、1-(2-ピリジル)ピペラジン、1-(4-ピリジル)ピペラジン、1-(2-ピリミジル)ピペラジン、N-メチルホモピペラジン、N-アセチルホモピペラジン、N-ブチリルホモピペラジンであり;さらに好ましくは、ピロリジン、2-メチルピロリジン、ピペリジン、2-メチルピペリジン、3-メチルピペリジン、4-メチルピペリジン、2,4-ジメチルピペリジン、3,5-ジメチルピペリジン、2,6-ジメチルピペリジン、2,2,6,6-テトラメチルピペリジンであり;最も好ましくは、2-メチルピペリジン、2,6-ジメチルピペリジン、2,2,6,6-テトラメチルピペリジンである。
【0051】
上記に具体例を示したように、窒素原子を含む環状二級アミン化合物として、飽和環状二級アミン、芳香族二級アミン、不飽和結合含有環状二級アミンが挙げられるが、その中でも飽和環状二級アミンが好ましい。また、飽和環状二級アミンの中でも、窒素原子一個のみを含む二級アミンが好ましく、より好ましくは5員環あるいは6員環である。
【0052】
ブロックポリイソシアネート成分(B)のブロック化されたイソシアネート基の構造(Y)は、下記一般式(II)で表される構造及び下記一般式(III)で表される構造からなる群より選ばれる1種類以上の構造を有することが好ましい。
【0053】
【0054】
(一般式(II)中、R21、R22、R23、R24、R25及びR26は、それぞれ独立に、水素原子、又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。波線は結合手を表す。)
【0055】
R21、R22、R23、R24、R25及びR26における置換基を有しないアルキル基及び置換基を有するアルキル基として、具体的には、上記構造(I)置換基R1において例示されたものと同様のものが挙げられる。
中でも、R21、R22、R23、R24、R25及びR26におけるアルキル基としては、炭素数1以上4以下の無置換のアルキル基であることが好ましい。また、R24、R25及びR26のうち、少なくとも1つが水素原子であることが好ましく、1つのみが水素原子であることがより好ましい。
【0056】
構造(Y)が、構造(II)である場合に、構造(II)100モル%に対して、下記一般式(II-1)で表される構造(以下、「構造(II-1)」と称する場合がある)を1モル%以上含むことが好ましく、5モル%以上含むことがより好ましく、20モル%以上含むことがさらに好ましく、40モル%以上含むことがよりさらに好ましく、50モル%以上含むことが特に好ましく、80モル以上含むことが最も好ましい。構造(II-1)の含有量が上記下限値以上であることで、水系樹脂組成物としたときの低温硬化性がより良好なものとなる。一方、構造(II-1)の含有量の上限値は、例えば、構造(II)100モル%に対して100モル%、すなわち、構造(II)を全て構造(II-1)とすることができ、構造(II)100モル%に対して90モル%とすることができ、構造(II)100モル%に対して80モル%とすることができる。
【0057】
【0058】
(一般式(II-1)中、R211、R212、及びR213は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。前記R211、前記R212、及び前記R213の合計炭素数は、3以上20以下である。R214、R215及びR216は、それぞれ独立に、水素原子、又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。波線は結合手を表す。)
【0059】
R211、R212及びR213の合計炭素数は、3以上20以下であり、4以上20以下であることが好ましく、4以上12以下であることがより好ましく、4以上9以下であることがさらに好ましく、4以上6以下であることが特に好ましい。
R211、R212及びR213の合計炭素数が上記下限値以上であることにより、水系樹脂組成物としたときの貯蔵安定性を発現することができる。一方で、上記上限値以下であることにより、低温硬化性を発現させることができる。
【0060】
R211、R212、R123、R214、R215及びR216における置換基を有しないアルキル基及び置換基を有するアルキル基として、具体的には、上記構造(I)置換基R1において例示されたものと同様のものが挙げられる。
中でも、水系樹脂組成物としたときの貯蔵安定性及び低温硬化性がより向上することから、R211、R212及びR213が、それぞれ独立に、炭素数1以上4以下の置換基を有さないアルキル基であることが好ましく、メチル基又はエチル基であることがより好ましい。
【0061】
また、中でも、R214、R215及びR216におけるアルキル基としては、炭素数1以上4以下の無置換のアルキル基であることが好ましい。また、R214、R215及びR216のうち、少なくとも1つが水素原子であることが好ましく、1つのみが水素原子であることがより好ましい。
【0062】
【0063】
(一般式(III)中、R11、R12及びR13は、それぞれ独立に、水素原子、又は、ヒドロキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1種以上の置換基を含んでもよいアルキル基である。前記R11、前記R12及び前記R13の合計炭素数は、1以上20以下である。波線はポリイソシアネートのイソシアネート基を除いた残基との結合部位を表す。)
【0064】
R11、R12及びR13における置換基を有しないアルキル基及び置換基を有するアルキル基として、具体的には、上記構造(I)置換基R1において例示されたものと同様のものが挙げられる。
中でも、R11、R12及びR13におけるアルキル基としては、相溶性の観点から、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。
【0065】
中でも、ブロックポリイソシアネート組成物の相溶性の観点から、R11、R12及びR13のうち、1つ以上がアルキル基であることが好ましく、低温硬化性の観点からR11のみがアルキル基であることがより好ましい。また、工業的な入手しやすさから、R12及びR13が、水素原子であり、且つ、R11は、メチル基又はエチル基であることがさらに好ましい。
【0066】
[ポリイソシアネート]
ブロックポリイソシアネート成分(A)及びブロックポリイソシアネート成分(B)は、それぞれポリイソシアネート及びブロック剤から誘導されたものであることが好ましい。
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。ポリイソシアネートは、脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートからなる群から選択される1種以上のジイソシアネートから誘導されたポリイソシアネートであることが好ましい。
【0067】
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。
(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。
(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。
【0068】
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。
【0069】
また、ポリイソシアネートの製造に用いられる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のいずれかを単独で用いてもよく、或いはそれらを組み合わせて用いてもよいが、脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートを組み合わせて用いることが好ましく、HDI及びIPDIを用いることが特に好ましい。脂肪族ジイソシアネート及び脂環族ジイソシアネートを用いることで、塗膜としたときの強靭性及び硬度をより向上させることができる。
【0070】
ポリイソシアネートにおいて、塗膜硬度、強度向上の観点において、脂環族ジイソシアネートに由来する構成単位に対する脂肪族ジイソシアネートに由来する構成単位の質量比(脂肪族ジイソシアネートに由来する構成単位/脂環族ジイソシアネートに由来する構成単位)は、50/50以上95/5以下が好ましく、55/45以上93/7以下がより好ましく、60/40以上91/9以下がさらに好ましく、65/35以上90/10以下がさらに好ましい。
脂環族ジイソシアネートに由来する構成単位に対する脂肪族ジイソシアネートに由来する構成単位の質量比が上記下限値以上であることで、塗膜としたときの可とう性が低下することをより効果的に抑制することができる。一方で、上記上限値以下であることで、塗膜としたときの硬度をより向上させることができる。
【0071】
脂環族ジイソシアネートに由来する構成単位に対する脂肪族ジイソシアネートに由来する構成単位の質量比は、例えば、以下の方法を用いて算出することができる。まず、反応後の未反応ジイソシアネート質量とガスクロマトグラフ測定により得られたこの未反応ジイソシアネート中の脂肪族ジイソシアネート濃度及び脂環族ジイソシアネート濃度とから、未反応脂肪族ジイソシアネートの質量及び未反応脂環族ジイソシアネートの質量を算出する。次いで、仕込んだ脂肪族ジイソシアネートの質量及び脂環族ジイソシアネートの質量から、上記算出した未反応脂肪族ジイソシアネートの質量及び未反応脂環族ジイソシアネートの質量をそれぞれ差し引いた後、得られた差をそれぞれ脂肪族ジイソシアネートに由来する構成単位の質量、脂環族ジイソシアネートに由来する構成単位の質量とする。次いで、脂肪族ジイソシアネートに由来する構成単位の質量を脂環族ジイソシアネートに由来する構成単位の質量で除することで、脂環族ジイソシアネートに由来する構成単位に対する脂肪族ジイソシアネートに由来する構成単位の質量比が得られる。
【0072】
(ポリオール)
ポリイソシアネートは、上述したジイソシアネートモノマーと平均水酸基官能基数が3.0以上8.0以下であるポリオールとから誘導されたものであることが好ましい。これにより、得られるポリイソシアネートの平均イソシアネート基数をより大きくすることができる。当該ポリイソシアネートでは、ポリオールBの水酸基と、ジイソシアネートモノマーのイソシアネート基との反応により、ウレタン基が形成されている。
【0073】
ポリオールの平均水酸基官能基数は3.0以上8.0以下が好ましく、3以上6以下がより好ましく、3以上5以下がさらに好ましく、3又は4が特に好ましい。なお、ここでいうポリオールの平均水酸基官能基数はポリオール1分子内に存在する水酸基の数である。
【0074】
ポリオールの数平均分子量としては、塗膜硬度、強度向上の観点において、100以上1000以下が好ましく、100以上900以下が好ましく、100以上600以下がより好ましく、100以上570以下がより好ましく、100以上500以下がさらに好ましく、100以上400以下がよりさらに好ましく、100以上350以下が特に好ましく、100以上250以下が最も好ましい。
ポリオールの数平均分子量が上記範囲内であることで、ブロックポリイソシアネート組成物は、塗膜としたときの低温硬化性により優れ、且つ、特に硬度や強度により優れる。ポリオールの数平均分子量Mnは、例えば、GPC測定によるポリスチレン基準の数平均分子量である。
【0075】
このようなポリオールとしては、例えば、トリメチロールプロパン、グリセロール、3価以上の多価アルコールとε-カプロラクトンとから誘導されるポリカプロラクトンポリオール等が挙げられる。
【0076】
ポリカプロラクトンポリオールの市販品としては、例えば、ダイセル社の「プラクセル303」(数平均分子量300)、「プラクセル305」(数平均分子量550)、「プラクセル308」(数平均分子量850)、「プラクセル309」(数平均分子量900)等が挙げられる。
【0077】
(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。
【0078】
(1)アロファネート基含有ポリイソシアネートの製造方法
アロファネート基含有ポリイソシアネートは、イソシアネートモノマーにアルコールを添加し、アロファネート化反応触媒を用いることにより得られる。
アロファネート基の形成に用いられるアルコールは、炭素、水素及び酸素のみで形成されるアルコールが好ましい。
前記アルコールとして具体的には、以下に限定されるものではないが、例えば、モノアルコール、ジアルコール等が挙げられる。これらアルコールは1種のみを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。
モノアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール等が挙げられる。
ジアルコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2-エチルヘキサンジオール等が挙げられる。
中でも、アルコールとしては、モノアルコールが好ましく、分子量200以下のモノアルコールがより好ましい。
【0079】
アロファネート化反応触媒としては、以下に限定されないが、例えば、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、ジルコニウム、ジルコニル等のアルキルカルボン酸塩等が挙げられる。
錫のアルキルカルボン酸塩(有機錫化合物)としては、例えば、2-エチルヘキサン酸錫、ジブチル錫ジラウレート等が挙げられる。
鉛のアルキルカルボン酸塩(有機鉛化合物)としては、例えば、2-エチルヘキサン酸鉛等が挙げられる。
亜鉛のアルキルカルボン酸塩(有機亜鉛化合物)としては、例えば、2-エチルヘキサン酸亜鉛等が挙げられる。
ビスマスのアルキルカルボン酸塩としては、例えば、2-エチルヘキサン酸ビスマス等が挙げられる。
ジルコニウムのアルキルカルボン酸塩としては、例えば、2-エチルヘキサン酸ジルコニウム等が挙げられる。
ジルコニルのアルキルカルボン酸塩としては、例えば、2-エチルヘキサン酸ジルコニル等が挙げられる。これら触媒は、1種を単独又は2種以上を併用することができる。
また、後述するイソシアヌレート化反応触媒もアロファネート化反応触媒となり得る。後述するイソシアヌレート化反応触媒を用いて、アロファネート化反応を行なう場合は、イソシアヌレート基含有ポリイソシアネート(以下、「イソシアヌレート型ポリイソシアネート」と称する場合がある)も当然のことながら生成する。
中でも、アロファネート化反応触媒として、後述するイソシアヌレート化反応触媒を用いて、アロファネート化反応とイソシアヌレート化反応とを行うことが経済的生産上、好ましい。
【0080】
上述したアロファネート化反応触媒の使用量の下限値は、仕込んだイソシアネートモノマーの質量に対して、10質量ppmであることが好ましく、20質量ppmであることがより好ましく、40質量ppmであることがさらに好ましく、80質量ppmであることが特に好ましい。
上述したアロファネ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、800質量ppmであることがより好ましく、600質量ppmであることがさらに好ましく、500質量ppmであることが特に好ましい。
すなわち、上述したアロファネート化反応触媒の使用量は、仕込んだイソシアネートモノマーの質量に対して、10質量ppm以上1000質量ppm以下であることが好ましく、20質量ppm以上800質量ppm以下であることがより好ましく、40質量ppm以上600質量ppm以下であることがさらに好ましく、80質量ppm以上500質量ppm以下であることが特に好ましい。
【0081】
また、アロファネート化反応温度の下限値としては、40℃であることが好ましく、60℃であることがより好ましく、80℃であることがさらに好ましく、100℃であることが特に好ましい。
また、アロファネート化反応温度の上限値としては、180℃であることが好ましく、160℃であることがより好ましく、140℃であることがさらに好ましい。
すなわち、アロファネート化反応温度としては、40℃以上180℃以下であることが好ましく、60℃以上160℃以下であることがより好ましく、80℃以上140℃以下であることがさらに好ましく、100℃以上140℃以下であることが特に好ましい。
アロファネート化反応温度が上記下限値以上であることによって、反応速度をより向上させることが可能である。アロファネ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。
【0082】
(2)ウレトジオン基含有ポリイソシアネートの製造方法
イソシアネートモノマーからウレトジオン基を有するポリイソシアネートを誘導する場合は、例えば、イソシアネートモノマーを、ウレトジオン化反応触媒を用いて、又は、熱により、多量化することによって製造することができる。
ウレトジオン化反応触媒としては、特に限定されないが、例えば、トリアルキルホスフィン、トリス(ジアルキルアミノ)ホスフィン、シクロアルキルホスフィン等の第3ホスフィン、ルイス酸等が挙げられる。
トリアルキルホスフィンとしては、例えば、トリ-n-ブチルホスフィン、トリ-n-オクチルホスフィン等が挙げられる。
トリス(ジアルキルアミノ)ホスフィンとしては、例えば、トリス-(ジメチルアミノ)ホスフィン等が挙げられる。
シクロアルキルホスフィンとしては、例えば、シクロヘキシル-ジ-n-ヘキシルホスフィン等が挙げられる。
ルイス酸としては、例えば、三フッ化ホウ素、酸塩化亜鉛等が挙げられる。
【0083】
ウレトジオン化反応触媒の多くは、同時にイソシアヌレート化反応も促進しうる。
ウレトジオン化反応触媒を用いる場合には、所望の収率となった時点で、リン酸、パラトルエンスルホン酸メチル等のウレトジオン化反応触媒の失活剤を添加してウレトジオン化反応を停止することが好ましい。
また、ウレトジオン化反応触媒を用いることなく、上記脂肪族ジイソシアネート及び上記脂環族ジイソシアネートからなる群より選ばれる1種以上のジイソシアネートを加熱してウレトジオン基を有するポリイソシアネートを得る場合、その加熱温度は、120℃以上が好ましく、150℃以上170℃以下がより好ましい。また、加熱時間は1時間以上4時間以下が好ましい。
【0084】
(3)イミノオキサジアジンジオン基含有ポリイソシアネートの製造方法
イソシアネートモノマーからイミノオキサジアジンジオン基含有ポリイソシアネートを誘導する場合は、通常、イミノオキサジアジンジオン化反応触媒を用いる。
イミノオキサジアジンジオン化触媒としては、例えば、以下の1)又は2)に示すもの等が挙げられる。
1)一般式M[Fn]、又は、一般式M[Fn(HF)m]で表される(ポリ)フッ化水素。
(式中、m及びnは、m/n>0の関係を満たす整数である。Mはn荷電カチオン(混合物)又は合計でn価の1個以上のラジカルである。)
2)一般式R1-CR’2-C(O)O-、又は、一般式R2=CR’-C(O)O-で表される化合物と、第4級アンモニウムカチオン、又は、第4級ホスホニウムカチオンとからなる化合物。
(式中、R1及びR2はそれぞれ独立に、直鎖状、分岐鎖状又は環状の、飽和又は不飽和の炭素数1以上30以下のパーフルオロアルキル基である。複数あるR’はそれぞれ独立に水素原子、又は、ヘテロ原子を含んでもよい炭素数1以上20以下のアルキル基若しくはアリール基である。)
【0085】
1)の化合物((ポリ)フッ化水素)として具体的には、例えば、テトラメチルアンモニウムフルオリド水和物、テトラエチルアンモニウムフルオリド等が挙げられる。
2)の化合物として具体的には、例えば、3,3,3-トリフルオロカルボン酸、4,4,4,3,3-ペンタフルオロブタン酸、5,5,5,4,4,3,3-ヘプタフルオロペンタン酸、3,3-ジフルオロプロパ-2-エン酸等が挙げられる。
中でも、イミノオキサジアジンジオン化反応触媒としては、入手容易性の観点からは、1)が好ましく、安全性の観点からは、2)が好ましい。
【0086】
イミノオキサジアジンジオン化触媒の使用量の下限値は、特に限定されないが、反応性の観点から、原料であるHDI等のイソシアネートモノマーに対して、質量比で、5ppmが好ましく、10ppmがより好ましく、20ppmがさらに好ましい。
イミノオキサジアジンジオン化触媒の使用量の上限値は、生成物の着色及び変色の抑制や反応制御の観点から、原料であるHDI等のイソシアネートモノマーに対して、質量比で、5000ppmが好ましく、2000ppmがより好ましく、500ppmがさらに好ましい。
すなわち、イミノオキサジアジンジオン化触媒の使用量は、原料であるHDI等のイソシアネートモノマーに対して、質量比で、5ppm以上5000ppm以下であることが好ましく、10ppm以上2000ppm以下がより好ましく、20ppm以上500ppm以下がさらに好ましい。
【0087】
イミノオキサジアジンジオン化の反応温度の下限値は、特に限定されないが、反応速度の観点から、40℃が好ましく、50℃がより好ましく、60℃がさらに好ましい。
イミノオキサジアジンジオン化の反応温度の上限値は、生成物の着色及び変色の抑制の観点から、150℃が好ましく、120℃がより好ましく、110℃がさらに好ましい。
すなわち、イミノオキサジアジンジオン化の反応温度は、40℃以上150℃以下が好ましく、50℃以上120℃以下がより好ましく、60℃以上110℃以下がさらに好ましい。
【0088】
イミノオキサジアジンジオン化反応が所望のイミノオキサジアジンジオン基含有量に達した時点で、イミノオキサジアジンジオン化反応を停止させることができる。イミノオキサジアジンジオン化反応は、例えば、酸性化合物を反応液に添加することで、停止することができる。酸性化合物としては、例えば、リン酸、酸性リン酸エステル、硫酸、塩酸、スルホン酸化合物等が挙げられる。これにより、イミノオキサジアジンジオン化反応触媒を中和させる、又は、熱分解若しくは化学分解等により不活性化させる。反応停止後、必要があれば、ろ過を行う。
【0089】
(4)イソシアヌレート基含有ポリイソシアネートの製造方法
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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、60℃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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
(5)ウレタン基含有ポリイソシアネートの製造方法
イソシアネートモノマーからウレタン基を含有するポリイソシアネートを誘導する場合は、例えば、過剰のイソシアネートモノマーと、上記ポリオールと、必要に応じて上記ポリオール以外のアルコールと、を混合し、必要に応じてウレタン化反応触媒を添加することで製造することができる。
【0120】
前記ポリオールとしては、上記「ポリオール」において例示されたものと同様ものが挙げられる。
【0121】
前記ポリオール以外のアルコールとしては、上記「イソシアヌレート基含有ポリイソシアネートの製造方法」において例示されたもののうち、上記「ポリオール」において例示されたものを除くものが挙げられる。
【0122】
ウレタン化反応触媒としては、特に限定されないが、例えば、スズ系化合物、亜鉛系化合物、アミン系化合物等が挙げられる。
【0123】
ウレタン化反応温度としては、50℃以上160℃以下であることが好ましく、60℃以上120℃以下であることがより好ましい。
【0124】
ウレタン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。
【0125】
また、ウレタン化反応時間としては、30分以上4時間以下であることが好ましく、1時間以上3時間以下であることがより好ましく、1時間以上2時間以下であることがさらに好ましい。
【0126】
ポリオール(及び、必要に応じてポリオール以外のアルコール)の水酸基のモル量に対するイソシアネートモノマーのイソシアネート基のモル量の比は、2/1以上50/1以下が好ましい。当該モル比が上記下限値以上であることによって、ポリイソシアネートをより低粘度とすることができる。当該モル比が上記上限値以下であることによって、ウレタン基含有ポリイソシアネートの収率をより高められる。
【0127】
(6)ビウレット基含有ポリイソシアネートの製造方法
イソシアネートモノマーからビウレット基を含有するポリイソシアネートを誘導するためのビウレット化剤としては、特に限定されないが、例えば、水、1価の第3級アルコール、蟻酸、有機第1モノアミン、有機第1ジアミン等が挙げられる。
【0128】
ビウレット化剤1モルに対して、イソシアネート基を6モル以上とすることが好ましく、10モル以上とすることがより好ましく、10モル以上80モル以下とすることがさらに好ましい。ビウレット化剤1モルに対するイソシアネート基のモル量が上記下限値以上であれば、ポリイソシアネートが十分に低粘度になり、上記上限値以下であれば、樹脂膜としたときの低温硬化性がより向上する。
【0129】
また、ビウレット化反応の際に溶剤を用いてもよい。溶剤は、イソシアネートモノマーと水等のビウレット化剤を溶解し、反応条件下で均一相を形成させるものであればよい。
【0130】
前記溶剤として具体的には、例えば、エチレングリコール系溶剤、リン酸系溶剤等が挙げられる。
【0131】
エチレングリコール系溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ-n-プロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテルアセテート、エチレングリコールジアセテート、エチレングリコールジメチルエーテル、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-n-プロピルエーテル、エチレングリコールジイソプロピルエーテル、エチレングリコールジ-n-ブチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、エチレングリコールメチルイソプロピルエーテル、エチレングリコールメチル-n-ブチルエーテル、エチレングリコールエチル-n-プロピルエーテル、エチレングリコールエチルイソプロピルエーテル、エチレングリコールエチル-n-ブチルエーテル、エチレングリコール-n-プロピル-n-ブチルエーテル、エチレングリコールイソプロピル-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノ-n-プロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジアセテート、ジ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エチルエーテル、ジエチレングリコールジ-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールジイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールジ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールメチル-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチル-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールエチル-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールエチル-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコール-n-プロピル-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピル-n-ブチルエーテル等が挙げられる。
【0132】
リン酸系溶剤としては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリブチル等が挙げられる。
【0133】
これらの溶剤は単独又は2種以上を混合して使用してもよい。
【0134】
中でも、エチレングリコール系溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールジアセテート又はジエチレングリコールジメチルエーテルが好ましい。
【0135】
また、リン酸系溶剤としては、リン酸トリメチル又はリン酸トリエチルが好ましい。
【0136】
ビウレット化反応温度としては、70℃以上200℃以下が好ましく、90℃以上180℃以下がより好ましい。上記上限値以下であることで、ポリイソシアネートの着色等をより効果的に防止できる傾向にある。
【0137】
上述した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。
【0138】
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。
【0139】
(ポリイソシアネートの平均イソシアネート基数)
ポリイソシアネートの平均イソシアネート基数は、樹脂膜としたときの低温硬化性を高める点で、2以上が好ましく、3.5以上がより好ましい。樹脂膜としたときの低温硬化性、及び、多価ヒドロキシ化合物との相溶性の両立の観点から、ポリイソシアネートの平均イソシアネート基数は、3.0以上20.0以下がより好ましく、3.2以上10.0以下がさらに好ましく、3.4以上8.0以下が特に好ましく、3.5以上6.0以下が最も好ましい。
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。
【0140】
[ブロック剤]
構造(I)のブロック剤としては、マロン酸ジエステル化合物と前記活性メチレン系化合物と前記鎖状アミン化合物もしくは前記環状アミン化合物を前記特許文献3(特開第5562267号)の方法を用いて、反応させたものを使用してもよい。また、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。
【0141】
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。
【0142】
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。
【0143】
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。
【0144】
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、特許文献1(特開2002-322238号)の方法を用いて、合成したものを使用してもよい。
【0145】
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。前記鎖状アミン化合物は、ジイソプロピル アミン、ジイソブチルアミン、ジ(2-ブチルアミン)、ジ(t-ブチル)アミン、ジイソプロピルアミンが特に好ましい。前記環状アミン化合物は、2-メチルピペリジン、2,6-ジメチルピペリジン、2,2,6,6-テトラメチルピペリジンが特に好ましい。
【0146】
構造(II)、(II-I)のブロック剤としては、マロン酸ジエステル化合物が好ましい。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。
【0147】
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。
【0148】
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。
【0149】
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。
【0150】
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、特許文献1(特開2002-322238号)の方法を用いて、合成したものを使用してもよい。
【0151】
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。
【0152】
構造(III)のブロック剤としては、イミダゾール系化合物が好ましい。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。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。
【0153】
イミダゾール系化合物: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。
【0154】
(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、上記のブロック剤として挙げた化合物以外に、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。
【0155】
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。
【0156】
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。
【0157】
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。
【0158】
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。
【0159】
[ノニオン親水性化合物]
ノニオン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。ノニオン親水性化合物は、1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
アルコールの水酸基には、エチレンオキサイド以外に炭素数3以上のアルキレンオキサイドを付加してもよい。その中でも、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドを付加したものが好ましく、エチレンオキサイドのみを付加したものがより好ましい。
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等が挙げられる。これらノニオン親水性化合物は、イソシアネート基と反応する活性水素基も有する。
【0160】
中でも、ノニオン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、モノアルコールの水酸基にエチレンオキサイドを付加したポリエチレングリコールモノアルキルエーテルが好ましい。
【0161】
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25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。
【0162】
[その他親水性化合物]
ブロックポリイソシアネートの少なくとも一部は、ノニオン親水性化合物以外の親水性化合物から誘導される構成単位、すなわち、ノニオン親水性基以外の親水性基を更に有していてもよい。
【0163】
その他親水性化合物は、ノニオン親水性基以外の親水性基を有する化合物である。その他親水性化合物は、ノニオン親水性基以外の親水性基に加えて、ポリイソシアネートが有するイソシアネート基の少なくとも1つと反応するための活性水素基を、その他親水性化合物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。
【0164】
その他親水性化合物としては、カチオン親水性化合物、アニオン親水性化合物が挙げられる。これら親水性化合物は、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。中でも、その他親水性化合物としては、得られる樹脂膜の硬度や強度の低下を抑制する観点、及び、乳化性向上の観点で、アニオン親水性化合物が好ましい。
【0165】
(カチオン親水性化合物)
カチオン親水性化合物として、具体的には、カチオン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。
【0166】
カチオン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。
【0167】
カチオン親水性化合物と脂環族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。
【0168】
ブロックポリイソシアネートに付加されたカチオン親水性基は、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。
【0169】
カルボキシ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。
【0170】
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。
【0171】
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。
【0172】
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。
【0173】
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。
【0174】
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。
【0175】
(アニオン親水性化合物)
アニオン親水性基として、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。
【0176】
アニオン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。
【0177】
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。
【0178】
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。
【0179】
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。
【0180】
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。
【0181】
ブロックポリイソシアネートに付加されたアニオン親水性基は、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。
【0182】
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。
【0183】
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。
【0184】
[成分(A)の製造方法]
成分(A)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上記ノニオン親水性化合物とを反応させて得られる。
【0185】
ポリイソシアネートとノニオン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、予めいずれの反応を行った後に、2つ目以降の反応を行うこともできる。中でも、ポリイソシアネートとノニオン親水性化合物との反応を先に行い、ノニオン親水性化合物により変性された親水性化合物変性ポリイソシアネートを得た後、得られた親水性化合物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。
【0186】
ポリイソシアネートとノニオン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。
【0187】
ポリイソシアネートとノニオン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。
【0188】
ノニオン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組成物の水分散安定性、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。
【0189】
ノニオン親水性化合物変性ポリイソシアネートとブロック剤との反応は、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。
【0190】
なお、ブロック剤は、それぞれ1種類用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
【0191】
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い。
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。
【0192】
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、20質量部以上80質量部以下であることが好ましく、30質量部以上75質量部以下であることがより好ましい。
【0193】
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。
【0194】
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。
【0195】
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80℃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。
【0196】
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。
【0197】
前記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、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。
【0198】
[成分(B)の製造方法]
成分(B)の製造方法特に限定されないが、例えば、上述した成分(A)の製造方法と同様の方法で製造することができる。
【0199】
例えば、成分(B)に含まれるブロックポリイソシアネートのブロックポリイソシアネート構造(Y)が構造(II)の場合、以下に示す2つの方法が挙げられる。
1)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エステル、及び、上記2級アルキル基を有するマロン酸エステル又は上記1級アルキル基を有するマロン酸エステルと、を反応させる方法。
2)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エステル、上記2級アルキル基を有するマロン酸エステル及び上記1級アルキル基を有するマロン酸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、を反応させて、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。
【0200】
上記2つの方法のうち、反応制御の観点から2)の方法が好ましい。
【0201】
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。
【0202】
ブロック剤としては、マロン酸エステル系化合物のうち、マロン酸ジイソプロピル、マロン酸ジ-tert-ブチル、又はマロン酸ジ(2-メチル-2-ブチル)が好ましい。これらブロック剤は、それぞれ1種類用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
【0203】
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い。
【0204】
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。
【0205】
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、成分(A)に記載のとおりである。
【0206】
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、ブロック化反応温度は、前記ブロックポリイソシアネート組成物(A)に記載の通りである。
【0207】
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。前記酸性化合物としては、成分(A)と同様のものを用いることができる。
【0208】
また、ノニオン親水性化合物を含む親水性化合物を用いる場合も、成分(A)と同様の方法を用いて反応させることができる。
【0209】
前記2)の方法で製造する場合には、上記ブロック化反応に続き、エステル交換反応を実施する。
【0210】
2)の方法のエステル交換反応に用いられる鎖状アルキル基を有するアルコールとしては、鎖状アルキル基を有するアルコールであればよく、例えば、tert-ブタノール、tert-アミルアルコール(2-メチル-2-ブタノール)等の3級アルコールが挙げられる。
【0211】
また、アルコールが有する鎖状アルキル基は、前記ブロック剤と同じ鎖状アルキル基を有するものであってもよく、異なる鎖状アルキル基を有するものであってもよい。前記ブロック剤と異なる鎖状アルキル基を有するものである場合には、前記ブロック剤とアルキル置換の数が異なる鎖状アルキル基を有するモノアルコールを用いることが好ましい。具体的には、例えば、ブロック剤として、2級アルキル基を有するマロン酸エステルを1種単独で用いた場合には、3級アルキル基を有するモノアルコールを用いることができる。
【0212】
2)の方法で製造する場合には、エステル交換反応中、或いは、エステル交換反応後に、生成したアルコール、或いは添加したアルコールの残留分を常圧、或いは、減圧下における蒸留等により、除去することが好ましい。
【0213】
その中でも、エステル交換反応を効率よく進行させるため、エステル交換反応時に、蒸留等の作業を実施することにより、発生したアルコールを除去することが好ましい。この場合、交換反応により発生したアルコール成分を効率よく除去するために、添加するアルコール成分は、発生したアルコール成分の沸点よりも高いことがより好ましい。
【0214】
エステル交換反応は、一般に0℃以上150℃以下で行うことができ、30℃以上120℃以下で行うことが好ましく、50℃以上100℃以下で行うことがより好ましい。エステル交換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。
【0215】
成分(B)中のアルコール成分量(すなわち、エステル交換によりアルコールの鎖状アルキル基に置換されたブロックイソシアネート構造の含有量)は、成分(B)の固形分100質量部に対して、0.05質量部以上41質量部以下が好ましく、0.1質量部以上30質量部以下がより好ましく、0.5質量部以上10質量部以下がさらに好ましい。アルコール成分量が上記下限値以上であることにより、水系樹脂組成物としたときの貯蔵安定性がより良好となり、上記上限値以下であることにより、水系塗料配合時の増粘をより抑制することができる。
【0216】
≪その他構成成分≫
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物は、上記ブロックポリイソシアネート成分(A)及び成分(B)に加えて、溶剤等の添加剤を更に含むことができる。
【0217】
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(DPDM)、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、tert-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、DPDMが好ましい。
【0218】
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物は、上記ブロックポリイソシアネート成分に加えて、界面活性剤を更に含有してもよい。本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物は、界面活性剤を含有することで、分散性をより良好にすることができる。
【0219】
界面活性剤としては、例えば、脂肪族セッケン、ロジン酸セッケン、アルキルスルホン酸塩、ジアルキルアリールスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル硫酸塩等のアニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル、ポリオキシエチレンオキシプロピレンブロックコポリマー等のノニオン性界面活性剤が挙げられる。
【0220】
アニオン性界面活性剤としては、ウィルへルミ法によって測定された、水溶液の総質量に対して0.1質量%の前記アニオン性分散剤と水とからなる水溶液の25℃における表面張力が、32mN/m以上51mN/m以下であるものが好ましく、34mN/m以上50mN/m以下であるものがより好ましく、36mN/m以上48mN/m以下であるものがさらに好ましく、37mN/m以上47mN/m以下であるものが特に好ましい。
【0221】
ノニオン性界面活性剤としては、HLB(Hydrophile Lipophile Balance)値が10以上20以下であるものが好ましく、14以上17以下であるものがより好ましい。
【0222】
≪ブロックポリイソシアネート組成物の製造方法≫
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物は、成分(A)及び成分(B)と、必要に応じて溶剤等のその他構成成分とを混合して得られる。
或いは、塗料配合時に、成分(A)及び成分(B)と、必要に応じて溶剤等のその他構成成分とをそれぞれ混合して、ブロックポリイソシアネート組成物を製造してもよい。
中でも、成分(A)及び成分(B)と、必要に応じて溶剤等のその他構成成分とを事前に混合して、ブロックポリイソシアネート組成物を製造しておくことが好ましい。
【0223】
<樹脂組成物>
本実施形態の樹脂組成物は、ブロックポリイソシアネート組成物と、多価ヒドロキシ化合物とを含む。本実施形態の樹脂組成物は、硬化剤成分と、主剤成分とを含む一液型樹脂組成物ということもできる。
【0224】
本実施形態の樹脂組成物は、前記ブロックポリイソシアネート組成物を含むことで、製造直後及び貯蔵後の90℃以下の低温で焼付した際の硬化性に優れ、貯蔵したときのガス発生量が抑制されており、且つ、樹脂膜としたときの耐水性に優れる。
【0225】
また、本実施形態の樹脂組成物は、水系樹脂組成物としたときの貯蔵安定性に優れることから、水系樹脂組成物として特に好適に用いられる。
【0226】
本実施形態の樹脂組成物の構成成分について、以下に詳細を説明する。
【0227】
≪多価ヒドロキシ化合物≫
本明細書において、「多価ヒドロキシ化合物」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し、「ポリオール」とも呼ばれる。
前記多価ヒドロキシ化合物として具体的には、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る。
中でも、多価ヒドロキシ化合物としては、ポリエステルポリオール類、含フッ素ポリオール類又はアクリルポリオール類であることが好ましい。
【0228】
[脂肪族炭化水素ポリオール類]
前記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。
【0229】
[ポリエーテルポリオール類]
前記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。
前記多価アルコールとしては、例えば、グリセロールやプロピレングリコール等が挙げられる。
前記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。
前記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。
【0230】
[ポリエステルポリオール類]
前記ポリエステルポリオール類としては、例えば、以下の(1)又は(2)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。
(1)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。
(2)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。
前記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、グリセロール、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。
【0231】
[エポキシ樹脂類]
前記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。
【0232】
[含フッ素ポリオール類]
前記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。
【0233】
[アクリルポリオール類]
前記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。
【0234】
前記一分子中に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)グリセロール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。
【0235】
前記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。
【0236】
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。
【0237】
前記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。
【0238】
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。
【0239】
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。
【0240】
[多価ヒドロキシ化合物の水酸基価及び酸価]
本実施形態の樹脂組成物に含まれる多価ヒドロキシ化合物の水酸基価は、5mgKOH/g以上300mgKOH/g以下であることが好ましく、10mgKOH/g以上280mgKOH/g以下がより好ましく、30mgKOH/g以上250mgKOH/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。具体的には、多価ヒドロキシ化合物の水酸基が上記下限値以上であることにより、ポリイソシアネートとの反応によるウレタンの架橋密度をより増やし、ウレタン結合の機能をより発揮しやすくなる。一方、多価ヒドロキシ化合物の水酸基が上記上限値以下であることにより、架橋密度が増えすぎず、樹脂膜の機械的物性がより良好となる。多価ヒドロキシ化合物の水酸基価は、例えば、電位差滴定法により測定し、多価ヒドロキシ化合物中の固形分に対する値として算出される。
【0241】
[多価ヒドロキシ化合物のガラス転移温度Tg]
本実施形態の樹脂組成物に含まれる多価ヒドロキシ化合物のガラス転移温度Tgは0℃以上100℃以下が好ましく、0℃以上90℃以下がより好ましく、0℃以上80℃以下がさらに好ましく、5℃以上70℃以下が特に好ましい。多価ヒドロキシ化合物のガラス転移温度が上記範囲内であることで、引張強度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ガラス転移温度は、例えば、示差走査熱量(DSC)測定装置を用いて、測定することができる。
【0242】
[多価ヒドロキシ化合物の重量平均分子量Mw]
多価ヒドロキシ化合物の重量平均分子量Mwは、5.0×103以上2.0×105以下であることが好ましく、5.0×103以上1.5×105以下であることがより好ましく、5.0×103以上1.0×105以下であることがさらに好ましい。多価ヒドロキシ化合物の重量平均分子量Mw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重量平均分子量Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)測定によるポリスチレン基準の重量平均分子量である。
【0243】
[NCO/OH]
本実施形態の樹脂組成物に含まれる多価ヒドロキシ化合物の水酸基に対するブロックポリイソシアネート組成物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、通常、0.01以上10.00以下であり、0.10以上5.00以下が好ましく、0.20以上3.00以下がより好ましく、0.25以上2.00以下がさらに好ましい。
【0244】
[ブロックポリイソシアネート組成物の含有量]
本実施形態の樹脂組成物において、ブロックポリイソシアネートの含有量は、多価ヒドロキシ化合物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が上記範囲内となる量であればよく、例えば、多価ヒドロキシ化合物100質量部に対して、1質量部以上200質量部以下であることが好ましましく、5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。
【0245】
≪その他添加剤≫
本実施形態の樹脂組成物は、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、多価ヒドロキシ化合物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。
【0246】
前記硬化剤としては、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。
【0247】
前記硬化触媒としては、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。
前記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。
前記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。
【0248】
前記溶剤としては、上記ブロックポリイソシアネート組成物において例示されたものと同様のものが挙げられる。
【0249】
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。
【0250】
≪樹脂組成物の製造方法≫
本実施形態の樹脂組成物は、溶剤ベース、水系ベースどちらにも使用可能であるが、水系ベースの樹脂組成物として好適に用いられる。
このとき、上記ブロックポリイソシアネート組成物は、成分(A)及び成分(B)と、必要に応じて溶剤等のその他構成成分とを事前に混合してから、主剤である多価ヒドロキシ化合物に添加しても良く、成分(A)及び成分(B)と、必要に応じて溶剤等のその他構成成分をそれぞれ主剤である多価ヒドロキシ化合物に添加してもよい。
中でも、成分(A)及び成分(B)と、必要に応じて溶剤等のその他構成成分とを事前に混合したものを主剤である多価ヒドロキシ化合物に添加することが好ましい。
【0251】
水系ベースの樹脂組成物(水系樹脂組成物)を製造する場合には、まず、多価ヒドロキシ化合物又はその水分散体若しくは水溶物に、必要に応じて、多価ヒドロキシ化合物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。次いで、上記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、必要に応じて、水や溶剤を更に添加して、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、水系ベースの樹脂組成物(水系樹脂組成物)を得ることができる。
【0252】
溶剤ベースの樹脂組成物を製造する場合には、まず、多価ヒドロキシ化合物又はその溶剤希釈物に、必要に応じて、多価ヒドロキシ化合物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。次いで、上記ブロックポリイソシアネート組成物を硬化剤として添加し、必要に応じて、溶剤を更に添加して、粘度を調整する。次いで、手攪拌又はマゼラー等の攪拌機器を用いて攪拌することによって、溶剤ベースの樹脂組成物を得ることができる。
【0253】
<樹脂膜>
本実施形態の一態様は、上記樹脂組成物を硬化させた樹脂膜である。本実施形態の樹脂膜は、耐水性に優れる。
【0254】
本実施形態の樹脂膜は、上記樹脂組成物を、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、加熱することで硬化させることで得られる。
【0255】
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70℃以上約120℃以下が好ましく、約70℃以上約110℃以下がより好ましく、約75℃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。
【0256】
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;各種フィルム等は挙げられ、中でも、自動車車体の外板部又は自動車部品が好ましい。
【0257】
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。
【0258】
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、上記金属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。
【0259】
本実施形態の樹脂膜は低温硬化性に優れることから、省エネルギー化が求められる種々の分野の製品や、耐熱性の低い材料の塗膜として好適に用いられる。
【0260】
<積層体>
本実施形態の一態様は、基材上に、上記樹脂膜を1層以上積層した積層体である。
樹脂膜の1層当たりの厚さは、1μm以上50μm以下である。
本実施形態の積層体は、上記樹脂膜を含むことで、耐水性に優れる。
【0261】
本実施形態の積層体は、同じ組成の上記樹脂膜を2層以上含んでもよく、異なる組成の上記樹脂膜を2層以上含んでもよい。
【0262】
また、基材としては、上記「樹脂膜」において例示されたものと同様のものが挙げられる。
【0263】
本実施形態の積層体は、上記樹脂組成物を、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、それぞれ、塗装、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。
【0264】
本実施形態の積層体は、上記基材及び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。
【実施例0265】
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。
【0266】
<試験項目>
合成例で得られたポリイソシアネート及びブロックポリイソシアネート成分、並びに、実施例及び比較例で得られたブロックポリイソシアネート組成物について、以下に示す方法に従い、各物性の測定を行い、また、各評価を行った。
【0267】
[物性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。
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、ポリイソシアネート試料無しで、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(質量%)を算出した。
【0268】
イソシアネート基(NCO)含有率(質量%)=(V1-V2)×F×42/(W×1000)×100
【0269】
また、ブロックイソシアネート組成物の有効NCO含有率は、下記式により算出した。
【0270】
有効NCO含有率[質量%]
={100×(ブロック化反応に使用したポリイソシアネートの固形分中のイソシアネート基の質量)}/(ブロック化反応後のブロックポリイソシアネート組成物の質量)
【0271】
[物性2]
(数平均分子量及び重量平均分子量)
数平均分子量及び重量平均分子量は下記の装置を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)測定によるポリスチレン基準の数平均分子量及び重量平均分子量である。
ポリイソシアネートの数平均分子量を測定するために、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。
重量平均分子量については、ブロックポリイソシアネート組成物又は多価ヒドロキシ化合物をそのまま測定試料として用いた。測定条件を以下に示す。
【0272】
(測定条件)
装置:東ソー(株)製、HLC-802A
カラム:東ソー(株)製、G1000HXL×1本
G2000HXL×1本
G3000HXL×1本
キャリアー:テトラヒドロフラン
検出方法:示差屈折計
【0273】
[物性3]
(平均イソシアネート基数)
ポリイソシアネートの平均イソシアネート基数(平均NCO数)は、下記式により求めた。なお、式中、「Mn」は、ポリイソシアネートの数平均分子量であり、上記「物性2」において測定された値を用いた。「NCO含有率」は、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」において算出された値を用いた。
【0274】
平均イソシアネート基数=(Mn×NCO含有率×0.01)/42
【0275】
[物性4]
(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。
【0276】
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
【0277】
[物性5]
(ノニオン親水性基の変性量及び構成比率)
各ブロックポリイソシアネート成分及びブロックポリイソシアネート組成物におけるノニオン親水性基の変性量及び構成比率は、使用したノニオン親水性化合物が全て、ポリイソシアネートのイソシアネート基と反応したものとして、以下の方法で算出した。
すなわち、ノニオン親水性基の変性量は、原料ポリイソシアネートのイソシアネート基のモル量に対するノニオン親水性化合物のモル量の比を百分率(モル%)で算出した。
ノニオン親水性基の構成比率は、得られたブロックポリイソシアネート成分又はブロックポリイソシアネート組成物の固形分の総質量に対するノニオン親水性化合物の質量の比を百分率(質量%)で算出した。
【0278】
[物性6]
(ブロックイソシアネート構造の変性量)
各ブロックポリイソシアネート成分及びブロックポリイソシアネート組成物におけるブロックイソシアネート構造の変性量は、使用したブロック剤が全て反応したものとして、以下の方法で算出した。
すなわち、ブロックイソシアネート構造の変性量は、原料ポリイソシアネートのイソシアネート基のモル量に対するブロック剤のモル量の比を百分率(モル%)で算出した。
【0279】
[物性8]
(構造(II-1)比率の定量)
各ブロックポリイソシアネート成分(B)をエバポレーターにより50℃以下で溶媒及びその他の成分を飛ばし、減圧乾燥した後、13C-NMRにより、構造(II)100モル%に対する構造(II-1)の比率(モル%)の定量を実施した。
【0280】
(測定条件)
装置:日本電子製「JEOL-ECZ500(SC)」(商品名)
溶剤:重クロロホルム
積算回数:5120回
試料濃度:50wt/vol%
ケミカルシフト基準:重クロロホルムを77.0質量ppmとした。
【0281】
[水系樹脂組成物の作製]
水系主剤アクリルポリオール(Nuplex社製、「Setaqua(登録商標)6515」(商品名)、OH(質量%)(on solids)=3.3、Acid value(mgKOH/g)=9.9、固形分45質量%)と、各ブロックポリイソシアネート組成物を、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(イソシアネート基/水酸基)が0.80となる割合で配合した。さらにイオン交換水を配合して、微量のジメチルアミノエタノールを添加し、pHが8.0以上8.5以下程度、固形分40質量%となる割合で調整した。次いで、溶液を、ホモディスパーを用いて1000rpmで15分間撹拌し、脱泡後、水系樹脂組成物を得た。
【0282】
[評価1]
(分散性)
上記「水系樹脂組成物の作製」で得られた水系樹脂組成物を室温で静置し、以下の評価基準に従って、水系樹脂組成物の外観を評価した。
【0283】
(評価基準)
◎:72時間超経過しても変化なし
○:24時間超72時間以下経過後に沈降物あり
△:8時間超24時間以下経過後に沈降あり
×:8時間以下経過後に沈降あり
【0284】
[評価2]
(初期低温硬化性)
上記「水系樹脂組成物の作製」で得られた樹脂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、85℃、90℃で30分間加熱乾燥し、樹脂膜を得た。得られた樹脂膜をアセトン中に23℃で24時間浸漬した際の未溶解部分質量を浸漬前質量で除した値の百分率(質量%)を、ゲル分率として求めた。算出されたゲル分率を用いて、以下の評価基準に従って、低温硬化性を評価した。
【0285】
(評価基準)
◎:80℃でゲル分率が80質量%以上であったもの
○:85℃でゲル分率が80質量%以上であったもの
△:90℃でゲル分率が80質量%以上であったもの
×:90℃でゲル分率が80質量%未満であったもの
【0286】
[評価3]
(貯蔵後低温硬化性)
上記「水系樹脂組成物の作製」で得られた樹脂組成物を40℃、10日間保管した。保管後の樹脂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、85℃で30分間加熱乾燥し、樹脂膜を得た。得られた樹脂膜をアセトン中に23℃で24時間浸漬した際の未溶解部分質量を浸漬前質量で除した値の百分率(質量%)を、ゲル分率として求めた。算出されたゲル分率を用いて、以下の評価基準に従って、貯蔵後の低温硬化性を評価した。
【0287】
(評価基準)
○:ゲル分率が80質量%以上であったもの
△:ゲル分率が70質量%以上80質量%未満であったもの
×:ゲル分率が70質量%未満であったもの
【0288】
[評価4]
(貯蔵後pH変化)
上記「水系樹脂組成物の作製」で得られた樹脂組成物を40℃、10日間保管した。保管後の樹脂組成物のpHを標準緩衝液(pH4.01のフタル酸塩pH標準液:FUJIFILM WAKO社製、pH6.86の中性リン酸:FUJIFILM WAKO社製、pH9.18のホウ酸塩pH標準液:いずれもFUJIFILM WAKO社製)にて校正済みのpHメータ(HM-25R型、東亜ディーケーケー社製)によって測定し、評価した。
【0289】
(評価基準)
初期に対するpHの低下率%
○:20%未満であったもの
×:20%以上であったもの
【0290】
[評価5]
(貯蔵時ガス発生量)
上記「水系樹脂組成物の作製」で得られた水系樹脂組成物を、さらに水を添加し固形分を15質量%に調整した。次いで、調整した溶液200gを三角フラスコに仕込み、ビュレットをセットした。溶液を入れた三角フラスコを40℃、10日間にウォーターバスに入れ、ビュレットの液面の変化を記録し、ガス発生量を算出した。算出されたガス発生量を用いて、以下の評価基準に従って、貯蔵時ガス発生量を評価した。
【0291】
(評価基準)
○:20mL未満
△:20mL以上25mL未満
×:25mL以上
【0292】
<ポリイソシアネートの合成>
[合成例1]
(ポリイソシアネートP-1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(ポリカプロラクトントリオール)(ダイセル化学社製、「プラクセル303」(商品名)、平均官能基数:3、数平均分子量300):5.3質量部を仕込み、撹拌下反応器内温度を89℃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63℃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52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P1-1」と称する場合がある)を得た。
【0293】
得られたポリイソシアネートP-1のNCO含有率は18.6質量%、数平均分子量は1220、平均イソシアネート基数は5.4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1H-NMR分析を行い、イソシアヌレート基が存在することを確認した。
【0294】
<ブロックポリイソシアネート成分(A)の製造>
[合成例2-1]
(ブロックポリイソシアネート成分A-1の製造)
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、合成例1で得られたポリイソシアネートP-1:100質量部、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート(城北化学工業株式会社製、「JP-508T」(商品名)):0.01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):87.1質量部(ポリイソシアネートP-1のイソシアネート基100モル%に対して30モル%となる量)、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM):33.0質量部を混合し、120℃で3時間反応を行った。
【0295】
反応液を40℃まで冷却し、マロン酸ジエチル(DEM)をP-1のイソシアネート基100モル%に対して70モル%となる割合で仕込み、さらに、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM)を加えて、固形分が60質量%となる割合で調製した。次いで、攪拌しながら、ナトリウムメチラート(溶液の総質量に対して28質量%)含有メタノール溶液:1.5質量部を滴下した後、溶液温度が55℃となるよう外浴を調整し、溶液温度が55℃となるよう外浴を調整し、55℃で6時間以上ブロック化反応させた。赤外分光法(IR)によりイソシアネート基のピークの消失を確認した後、ジイソプロピルアミン(DIPA)をP-1のイソシアネート基100モル%に対して70モル%となる割合で仕込み、反応液温度を70℃に昇温し、5時間保持した。この反応液をガスクロマトグラフで分析し、ジイソプロピルアミンの反応率が70%であることを確認し、固形分濃度60質量%のブロックポリイソシアネート成分A-1を得た。
【0296】
(ブロックポリイソシアネート成分A-2~7の製造)
合成例2-1において、各成分の種類及び配合量を下記表1~4に示す条件とし、それ以外は合成例2-1と同様にして、ブロックポリイシアネート成分を得た。なお、TN555とは、メトキシポリエチレングリコール(エチレンオキサイド繰り返し単位:9個、日本乳化剤株式会社製)である。
【0297】
<ブロックポリイソシアネート成分(B)の製造>
[合成例3-1]
(ブロックポリイソシアネート成分B-1の製造)
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、合成例1で得られたポリイソシアネートP-1:100質量部、及び、マロン酸ジイソプロピルをポリイソシアネートP-1のイソシアネート基100モル%に対して100モル%となる割合で仕込み、さらに、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM)を加えて、固形分が70質量%となる割合で調製した。次いで、攪拌しながら、ナトリウムメチラート(溶液の総質量に対して28質量%)含有メタノール溶液:1.1質量部を滴下した後、溶液温度が55℃となるよう外浴を調整し、55℃で5時間ブロック化反応させ、固形分70質量%の、ブロックポリイソシアネート成分中間体を得た。その後、2-メチル-2-ブタノール:168質量部(ブロックイソシアネート基に対して400モル%)を添加し、発生したイソプロピルアルコールを常圧下蒸留により、取り除きながら、80℃で3時間反応させた。その後、さらに、60℃で減圧下(50kPa)、イソプロパノール、及び2-メチル-2-ブタノールを留去し、最後に、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM)を添加することで、固形分を60質量%に調整し、ブロックポリイソシアネート成分B-1を得た。得られたブロックポリイソシアネート成分B-1について、構造(II)100モル%に対する構造(II-1)の比率を測定したところ、54モル%であった。
【0298】
[合成例3-2]
(ブロックポリイソシアネート成分B-2の製造)
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、合成例1で得られたポリイソシアネートP-1:100質量部、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート(城北化学工業株式会社製、「JP-508T」(商品名)):0.01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):0.7質量部(ポリイソシアネートP-1のイソシアネート基100モル%に対して0.25モル%となる量)、及び、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM):17.8質量部を混合し、120℃で3時間反応を行った。反応液を40℃まで冷却し、マロン酸ジイソプロピルをポリイソシアネートP-1のイソシアネート基100モル%に対して99.75モル%となる割合で仕込み、さらに、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM)を加えて、固形分が70質量%となる割合で調製した。次いで、攪拌しながら、ナトリウムメチラート(溶液の総質量に対して28質量%)含有メタノール溶液:1.1質量部を滴下した後、溶液温度が55℃となるよう外浴を調整し、55℃で5時間ブロック化反応させ、固形分70質量%の、ブロックポリイソシアネート成分中間体を得た。その後、2-メチル-2-ブタノール:168質量部(ブロックイソシアネート基に対して400モル%)を添加し、発生したイソプロピルアルコールを常圧下蒸留により、取り除きながら、80℃で3時間反応させた。その後、さらに、60℃で減圧下(50kPa)、イソプロパノール、及び2-メチル-2-ブタノールを留去し、最後に、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM)を添加することで、固形分を60質量%に調整し、ブロックポリイソシアネート成分B-2を得た。得られたブロックポリイソシアネート成分B-2について、構造(II)100モル%に対する構造(II-1)の比率を測定したところ、54モル%であった。
【0299】
[合成例3-3]
(ブロックポリイソシアネート成分B-15の製造)
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、合成例1で得られたポリイソシアネートP-1:100質量部、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート(城北化学工業株式会社製、「JP-508T」(商品名)):0.01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):11.2質量部(ポリイソシアネートP-1のイソシアネート基100モル%に対して4.0モル%となる量)、及び、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM):17.8質量部を混合し、120℃で3時間反応を行った。反応液を40℃まで冷却し、2-エチルイミダゾールをポリイソシアネートP-1のイソシアネート基96モル%に対して101.4モル%となる割合で仕込み、溶液温度が40℃となるよう外浴を調整し、40℃で30分以上ブロック化反応させた。赤外分光法(IR)によりイソシアネート基のピークの消失を確認した後、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM)を加えて、固形分が60質量%となる割合で調製し、ブロックポリイソシアネート成分B-15を得た。
【0300】
[合成例3-4]
(ブロックポリイソシアネート成分B-16の製造)
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、合成例1で得られたポリイソシアネートP-1:100質量部、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート(城北化学工業株式会社製、「JP-508T」(商品名)):0.01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):5.6質量部(ポリイソシアネートP-1のイソシアネート基100モル%に対して2.0モル%となる量)、及び、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM):17.8質量部を混合し、120℃で3時間反応を行った。反応液を40℃まで冷却し、マロン酸ジイソプロピルをポリイソシアネートP-1のイソシアネート基100モル%に対して98モル%となる割合で仕込み、さらに、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM)を加えて、固形分が70質量%となる割合で調製した。次いで、攪拌しながら、ナトリウムメチラート(溶液の総質量に対して28質量%)含有メタノール溶液:1.1質量部を滴下した後、溶液温度が55℃となるよう外浴を調整し、55℃で5時間ブロック化反応させ、固形分70質量%の、ブロックポリイソシアネート成分を得た。最後に、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DPDM)を添加することで、固形分を60質量%に調整し、ブロックポリイソシアネート成分B-16を得た。
【0301】
(ブロックポリイソシアネート成分B-3~14、17の製造)
合成例3-2において、各成分の種類及び配合量を下記表1~4に示す条件とし、それ以外は合成例3-2と同様にして、ブロックポリイシアネート成分を得た。なお、EO-POとはポリ(オキシエチレン、オキシプロピレン)グリコールモノブチルエーテル(平均分子量:970)である。
【0302】
[実施例1]
(ブロックポリイソシアネート組成物BL-a1の製造)
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、合成例1で得られたブロックポリイソシアネート成分A-1:25質量部と合成例3-1で得られたブロックポリイソシアネート成分B-1:75質量部を仕込み、溶液温度が40℃となるよう外浴を調整し、40℃で1時間以上混合させて、ブロックポリイソシアネート組成物BL-a1を得た。
【0303】
[実施例2~23及び比較例5]
(ブロックポリイソシアネート組成物BL-a2~BL-a15、BL-a18~BL-a23、及びBL-b3の製造)
配合するブロックポリイソシアネート成分(A)及びブロックポリイソシアネート成分(B)の組み合わせ及び混合比を、表1~表4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、各ブロックポリイソシアネート組成物を製造した。
【0304】
[比較例1]
(ブロックポリイソシアネート組成物BL-b1の製造)
ブロックポリイソシアネート成分A-7をそのまま、ブロックポリイソシアネート組成物BL-b1として使用した。
【0305】
[比較例2]
(ブロックポリイソシアネート組成物BL-b2の製造)
ブロックポリイソシアネート成分B-6をそのまま、ブロックポリイソシアネート組成物BL-b2として使用した。
【0306】
[比較例3]
(ブロックポリイソシアネート組成物BL-b3の製造)
ブロックポリイソシアネート成分B-8をそのまま、ブロックポリイソシアネート組成物BL-b3として使用した。
【0307】
[比較例4]
(ブロックポリイソシアネート組成物BL-b4の製造)
ブロックポリイソシアネート成分B-9をそのまま、ブロックポリイソシアネート組成物BL-b4として使用した。
【0308】
実施例及び比較例で得られた各ブロックポリイソシアネート組成物を用いた各種評価の結果を以下の表1~表4に示す。
【0309】
【0310】
【0311】
【0312】
【0313】
表1~表3に示すように、成分(A)及び成分(B)を含み、成分(A)のノニオン親水性基の含有量が成分(B)のノニオン親水性基の含有量よりも多いブロックポリイソシアネート組成物BL-a1~BL-a24(実施例1~24)では、水系樹脂組成物中の分散性が良好であり、水系樹脂組成物としたときの貯蔵時のガス発生量が少なく良好であり、低温硬化性及び貯蔵後の低温硬化性に優れていた。
【0314】
また、成分(A)と成分(B)の混合比が25/75~24/76と同程度であり、ノニオン親水性基の含有量が異なる成分(B)を配合したブロックポリイソシアネート組成物BL-a1、BL-a2、及びBL-a5(実施例1、2、及び5)の比較において、成分(B)のノニオン親水性基の含有量が増加するほど、水系樹脂組成物中の分散性及び低温硬化性により優れ、且つ、水系樹脂組成物としたときの貯蔵時のガス発生量がより少なく、良好となる傾向がみられた。
【0315】
成分(A)と成分(B)の混合比が20/80と同程度であり、ノニオン親水性基の含有量が異なる成分(A)を配合したブロックポリイソシアネート組成物BL-a4及びBL-a7(実施例4及び7)の比較において、成分(A)のノニオン親水性基の含有量が増加するほど、水系樹脂組成物中の分散性がより良好になる傾向がみられた。
【0316】
成分(A)と成分(B)の混合比が18/82と同程度であり、構造(II-I)の比率が異なる成分(B)を配合したブロックポリイソシアネート組成物BL-a19、BL-a20、BL-a21、BL-a22、BL-a24(実施例19、20、21、22、24)の比較において、構造(II-I)の比率が増加するほど、低温硬化性はより良好になる傾向が見られ、比率が減少するほど、貯蔵時のガス発生量が少なかった。
【0317】
成分(A)と成分(B)の混合比が20/80と同程度であり、成分(B)のブロックイソシアネート構造を(II)にしたブロックポリイソシアネート組成物BL-a8と(III)にしたブロックポリイソシアネート組成物BL-a23(実施例8及び23)の比較において、(III)にした方が貯蔵時のガス発生量が少なく、pH変化が小さかった。
【0318】
一方、成分(A)のみを含むブロックポリイソシアネート組成物BL-b1(比較例1)では、水系樹脂組成物中の分散性が良好であり、水系樹脂組成物としたときの貯蔵時のガス発生量が少なく良好であったが、低温硬化性が不良であった。
成分(B)のみを含むブロックポリイソシアネート組成物BL-b2、BL-b3、及びBL-b4(比較例2、3、及び4)では、水系樹脂組成物中の分散性が良好であり、水系樹脂組成物としたときの低温硬化性及に優れていたが、貯蔵時のガス発生量が多く、pH変化が大きく、貯蔵後の低温硬化性が不良であった。
成分(A)及び成分(B)を含むが、成分(A)のノニオン親水性基の含有量と成分(B)のノニオン親水性基の含有量が逆転した、ブロックポリイソシアネート組成物BL-b5(比較例5)では、水系樹脂組成物中の分散性が良好であったが、貯蔵時のガス発生量が多く、pH変化が大きく、低温硬化性が不良であった。
本実施形態のブロックポリイソシアネート組成物によれば、水系樹脂組成物中の分散性が良好であり、水系樹脂組成物とした直後及び貯蔵後の90℃以下の低温で焼付した際の硬化性に優れ、水系樹脂組成物として貯蔵したときのガス発生量が抑制されるブロックポリイソシアネート組成物を提供することができる。本実施形態の樹脂組成物は、前記ブロックポリイソシアネート組成物を含み、製造直後及び貯蔵後の90℃以下の低温で焼付した際の硬化性に優れ、貯蔵したときのガス発生量が抑制される。また、本実施形態の樹脂組成物は、貯蔵前後で低温硬化性に優れる樹脂膜が得られることから、耐熱性の低い材料の塗装に好適に用いられる。