(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-12
(54)【発明の名称】水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体
(51)【国際特許分類】
C08F 290/06 20060101AFI20240705BHJP
C08G 18/83 20060101ALI20240705BHJP
C08F 2/44 20060101ALI20240705BHJP
C09D 175/00 20060101ALI20240705BHJP
C09D 5/02 20060101ALI20240705BHJP
C09D 133/00 20060101ALI20240705BHJP
C09D 201/00 20060101ALI20240705BHJP
【FI】
C08F290/06
C08G18/83
C08F2/44 C
C09D175/00
C09D5/02
C09D133/00
C09D201/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024500193
(86)(22)【出願日】2022-07-05
(85)【翻訳文提出日】2024-02-29
(86)【国際出願番号】 EP2022068586
(87)【国際公開番号】W WO2023280851
(87)【国際公開日】2023-01-12
(32)【優先日】2021-07-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】513277278
【氏名又は名称】オールネックス オーストリア ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】シュタイナー、アンドレアス ジェイ.
(72)【発明者】
【氏名】クットラー、ウルリケ エルフリード
(72)【発明者】
【氏名】アールツト、アントン
(72)【発明者】
【氏名】ハラー、ロベール
【テーマコード(参考)】
4J011
4J034
4J038
4J127
【Fターム(参考)】
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(57)【要約】
本発明は、重合によって調製され、エチレン性不飽和モノマー及び酸基及びヒドロキシル基を含むポリウレタンプレポリマーのフリーラジカルによって開始される水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体、それらの調製のための方法、及び特に、多層コーティングでのコーティングバインダーとしてのそれらの使用に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
30~80重量%の1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU2(単数又は複数)の反応生成物Eを含む水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dであって、前記MU2が、20~70重量%の、ペンダント酸塩基(acid salt group)を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの存在下で重合されたものであり、
MU2及びPUSppの合計が100%であり、
ペンダント酸塩基を有する前記ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppが、
・酸塩のペンダントエチレン性不飽和基及びペンダント基を有する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSoh 60~85重量%、及び
・1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数) 15~40重量%
の反応生成物であり、
PUSoh及びMU1の合計が100%であり、
前記MU1が、酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohの存在下で重合されたものであり、
前記酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohが、
・ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUoh、及び
・酸基と反応して塩基を形成することができる1種以上の化合物An(単数又は複数)
の反応生成物であり、
前記ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohが、1種以上のポリイソシアナートI(単数又は複数) 30~50重量%、及び
・任意に、少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する1種以上のモノマーイソシアナート反応性化合物Moh(単数又は複数) 1~4重量%、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する1種以上の重合イソシアナート反応性化合物Poh 30~40重量%、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基及び少なくとも1つの酸基又は水と接触した場合に酸を形成することができる基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMAoh(単数又は複数) 7~11重量%、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基及びエチレン性不飽和基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMUoh(単数又は複数) 0.5~4重量%、並びに
・少なくとも1つのヒドロキシル基を有する1種以上の第一級又は第二級アミンAoh(単数又は複数) 7~11重量%
の反応生成物であり、
I、Poh、Moh、MAoh、MUoh、及びAohの合計が100%である、
水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項2】
前記ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohが、3,500~35,000g/equivの不飽和当量(UEW)であり、前記エチレン性不飽和基がペンダント基であることを特徴とする、請求項1に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項3】
前記イソシアナート反応性モノマーMUohが、少なくとも2つのイソシアナート反応性基及びエチレン性不飽和基を有し、前記ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohの一部である前記MUohが、グリセリンモノ(メタ)アクリラート、トリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリラート、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項1又は2に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項4】
前記ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohが、30~60mgKOH/gの酸価を特徴とし、前記酸価が、少なくとも2つのイソシアナート反応性基及び少なくとも1つの酸基又は水と接触した場合に酸を形成することが可能な基を有する前記イソシアナート反応性モノマーMAohによって生成され、前記MAohが、ウレタン又は尿素結合を介して少なくとも95%でポリウレタンに組み込まれている、請求項1から3までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項5】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する前記高分子化合物Pohが、前記ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohの一部であり、ポリエステル、ポリラクトン、ポリエーテル、ポリカーボナート、ポリアミド、ポリエン、ポリジエン、及びそれらの混合物からなる群から選択され、前記高分子化合物Pohが、数平均分子量が300~10,000g/モルであることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項6】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する前記高分子化合物Pohが、前記ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohの一部であり、ヒドロキシル官能性ポリエステル、ヒドロキシル官能性ポリカーボナート、ヒドロキシル官能性ポリエーテル、及びそれらの混合物からなる群から選択され、前記高分子化合物Pohが、数平均分子量が500~3,000g/モルであることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項7】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する前記高分子化合物Pohがヒドロキシル官能性ポリエステルPoh1であり、前記ポリエステルが、化学量論的に過剰の1種以上のジオール(単数又は複数)及び1種以上の二酸(単数又は複数)の反応生成物であり、前記ポリエステルが、40~300mgKOH/gのヒドロキシル価、及び3mgKOH/g未満の酸価を特徴とし、前記酸価が残りであり、末端にある未反応酸官能基によって生成される、請求項1から6までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項8】
1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU1及び/又はMU2(単数又は複数)が、アルキル(メタ)アクリラート、(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシ(メタ)アクリラート、エポキシ官能性(メタ)アクリラート、ケトン官能性(メタ)アクリラート、ビニルモノマー、及びそれらの混合物からなる群から選択され、前記アルキル(メタ)アクリラートが、前記アルキル基中に1~12の炭素原子を有する、脂肪族直鎖、分岐、又は環状モノアルコールと(メタ)アクリル酸のエステルである、請求項1から7までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項9】
MU1に含まれる各モノマーの重量%が、MU2中の対応するモノマーの重量%とは異なり、MU1及びMU2に含まれるすべてのモノマーの重量%の合計が100%である、請求項1から8までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項10】
・ペンダント酸塩基を有する前記ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppが、1超の、MU1に由来するビニルポリマーに対する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohの重量比を特徴とし、及び
・ペンダント酸塩基を有する前記ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの存在下で重合される1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU2(単数又は複数)の反応生成物Eが、1又は1未満の、MU1及びMU2に由来の合計ビニルポリマーに対する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohの重量比を特徴とする、
請求項1から9までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項11】
ペンダント酸塩基を有する前記ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppが、
・ペンダントエチレン性不飽和基及びペンダント塩基を有する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSoh 65~80重量%、並びに
・1種以上の重合エチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数) 20~35重量%
の反応生成物であり、PUSoh及びMU1の合計が100%である、
請求項1から10までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項12】
ペンダントエチレン性不飽和基及びペンダント塩基を有する前記酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohが、
・1種以上のポリイソシアナートI(単数又は複数) 35~45重量%、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する1種以上の高分子化合物Poh(単数又は複数) 33~37重量%、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する1種以上のモノマー化合物Moh(単数又は複数) 2~3重量%、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基及び少なくとも1つの酸基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMAoh(単数又は複数) 8~10重量%、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基及びエチレン性不飽和基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMUoh(単数又は複数) 1~3重量%、並びに
・少なくとも1つのヒドロキシル基を有する1種以上の第一級又は第二級アミンAoh(単数又は複数) 8~10重量%
の反応生成物であり、
I、Poh、Moh、MAoh、MUoh、及びAohの合計が100%であり、
MAohの前記酸基が、酸塩基において、1種以上の中和化合物An(単数又は複数)の添加によってさらに変換される、
請求項1から11までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項13】
前記反応生成物Eが、
・重合エチレン性不飽和モノマーMU2 40~70重量%、
・ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSpp 30~60重量%
を含み、PUSpp及び重合MU2の合計が100%である、
請求項1から12までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項14】
反応生成物Eの分散粒子が、ISO22412によるZ平均粒度が50~150nmであることを特徴とする、請求項1から13までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項15】
固体を40~55重量%及び水を45~60重量%含む、請求項1から14までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D。
【請求項16】
請求項1から15までのいずれか一項に記載の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dの調製のための方法であって、
a)少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する高分子化合物Pohを、少なくとも2つのイソシアナート反応性基及び酸基又は水と接触した場合に酸を形成することが可能な基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMAoh(単数又は複数)の存在下で、及び任意に、少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMoh(単数又は複数)の存在下で、混合し、前記混合物を撹拌下で少なくとも60℃の温度に加熱するステップと、
b)ステップa)の混合物に、半化学量論的な量の多官能イソシアナートIを、好ましくは10分~60分間にわたって前記温度を60℃~150℃までの範囲に維持しながら、連続的に添加して、それによってイソシアナート反応性ポリウレタンプレポリマーを形成するステップと、
c)少なくとも2つのイソシアナート反応性基及びエチレン性不飽和基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMUoh(単数又は複数)、及び任意に、少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMoh(単数又は複数)、好ましくは1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)を、ステップb)のイソシアナート反応性ポリウレタンプレポリマーに添加し、前記混合物を、任意に、抗酸化剤又はラジカル捕捉剤の存在下で、均質化するステップと、
d)60℃~100℃の範囲の温度で撹拌しながら、化学量論的に過剰なステップc)の均質化混合物にさらなる量の多官能イソシアナートIを添加して、それによってイソシアナート官能性ポリウレタンプレポリマーを形成するステップと、
e)少なくとも1つのヒドロキシル基を有する1種以上の第一級又は第二級アミンAoh(単数又は複数)、及び好ましくは1種以上のエチレン性不飽和のモノマーMU1(単数又は複数)を含む混合物を、ステップd)のイソシアナート官能性ポリウレタンプレポリマーに速く添加し、それによってエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)にヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohを形成するステップと、
f)中和剤Anをステップe)の混合物に添加し、40℃~80℃の範囲の温度で少なくとも5分間前記混合物を均質化し、それによって、エチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)に酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohを形成するステップと、
g)水をステップf)の均質化混合物に添加し、それによってエマルジョンを形成するステップと、
h)ステップg)のエマルジョンを、40℃~80℃の範囲の温度で少なくとも10分間均質化するステップと、
i)60℃~80℃の範囲の温度を維持しながら、レドックス系成分の少なくとも1つを徐々に少なくとも10分間添加することによって、ステップh)の均質化エマルジョンをレドックス重合させ、それによって前記重合混合物を形成するステップと、
j)さらなる重合のために、少なくとも15分間65~85℃の温度で前記重合混合物の温度を維持し、それによってペンダント酸塩基を有する前記ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppを形成するステップと、
k)エチレン性不飽和モノマーMU2の混合物を、ステップj)のペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppに速く添加し、前記混合物を40℃~80℃の範囲の温度で少なくとも10分間均質化するステップと、
l)60℃~80℃の範囲の温度を維持しながら前記レドックス系成分の少なくとも1つを少なくとも10分間徐々に添加することによってステップk)の均質化エマルジョンをレドックス重合させ、それによって前記重合混合物を形成するステップと、
m)前記重合を終了させるために少なくとも15分間60℃~80℃の範囲の温度を維持し、それによって前記水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D1を形成するステップと
を含む、方法。
【請求項17】
a)エチレン性不飽和モノマーMU2の混合物をステップm)の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D1に速く添加し、40℃~80℃の範囲の温度で少なくとも10分間前記混合物を均質化するステップ、
b)60℃~80℃の範囲の前記温度を維持しながら、少なくとも10分間前記レドックス系成分の少なくとも1つを徐々に添加して、ステップn)の均質化エマルジョンをレドックス重合させて、それによって前記重合混合物を形成するステップ、
c)重合を終了させるために60℃~80℃の範囲の温度を少なくとも15分間維持し、それによって前記水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D2を形成するステップ
のさらなるステップを含む、請求項16に記載の方法。
【請求項18】
少なくとも1つのヒドロキシル基を有する前記1つ以上の第一級又は第二級アミンAoh(単数又は複数)が、2-アミノエタノール、2-メチルアミノエタノール、3-アミノプロパノール、2-アミノ-1,3-プロパンジオール、ジエタノールアミン、1,1’-イミノジ-2-プロパノール、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項16又は17に記載の方法。
【請求項19】
請求項1から15までのいずれか一項の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D、並びに消泡剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、融合助剤、流動調整剤、レオロジー添加剤、架橋剤、充填剤、顔料、活性顔料、及び湿潤剤からなる群から選択される1種以上の添加剤(単数又は複数)を含む、コーティング組成物。
【請求項20】
その合成の間に前記水性ポリウレタン-ビニルハイブリッドポリマー分散体Dに前記架橋剤が添加される、請求項19に記載のコーティング組成物。
【請求項21】
金属、木材、プラスチック、又は紙基材をコーティングするための、請求項19又は20に記載のコーティング組成物の使用。
【請求項22】
請求項19又は20に記載のコーティング組成物を含む、腐食防止コーティング。
【請求項23】
金属基材上における又は金属基材のためのマルチコートビルドアップにおける使用のための、請求項22に記載の腐食防止コーティング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エチレン性不飽和モノマー及び(ペンダント)酸基及びヒドロキシル基を含むポリウレタンプレポリマーのフリーラジカルによって開始される重合によって調製される水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体、それらの調製のための方法、及び特に、多層コーティングでのコーティングバインダーとしてのそれらの使用に関する。
【背景技術】
【0002】
エチレン性不飽和モノマー及びポリウレタンマクロモノマーのラジカル開始共重合によって作製されたポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドの分散体は、本技術分野において公知である。
【0003】
EP0522420A2は、カルボキシル、ホスホニル、又はスルホニル基、及び末端ビニル基、及び任意にウレタン、チオウレタン、又は尿素基を含むポリウレタンマクロモノマーのフリーラジカル開始重合によって調製されるポリウレタン分散体であって、を開示し、末端ビニル基が、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリラートに由来しない、ポリウレタン分散体を開示している。
【0004】
EP1173491B1は、多段重合プロセスによって得ることができるポリマーであって、多段重合プロセスが、第1のステップにおいて、ポリエステルポリオール、ポリウレタン、及び/又はポリアクリラートの存在下で、少なくとも1種のエチレン性単官能性化合物の単独、又は少なくとも1種のエチレン二官能性又は多官能性化合物と一緒の水相重合、その後に結果として生じる生成物と架橋剤との反応を行うことを含む、方法を開示している。
【0005】
EP1185568B1は、多段重合プロセスで得られるポリマーを開示している。第一段階において、重合は、ポリエステルポリオール、ポリウレタン、及び/又はポリアクリラートの存在下で、任意に少なくとも1種のエチレン二官能性又は多官能性化合物を含む、少なくとも1種のエチレン性単官能性化合物の水相において実行され、以下の段階において、結果として生じる生成物を、任意に少なくとも1種のエチレン二官能性又は多官能性化合物を含む、少なくとも1種のエチレン性単官能性化合物と反応させ、後に結果として生じる生成物を架橋剤と反応させる。EP1185568B1は、さらに前記ポリマーの利用に関する。
【0006】
EP1391471B1は、水性ポリウレタン-ポリアクリラートハイブリッド分散体を調製するための方法であって、
(I)成分(A)及び(B)が1:1のNCO基とOH/NH/NH2基の割合となるように使用されるという条件で、NCO基に対して不活性であるエチレン性不飽和モノマー(C1)の存在下で、1つ以上のイソシアナート成分(A)を、1つの以上の成分(B)と反応させることによって親水性又は親水可能ポリウレタンを調製するステップであり、成分(B)が、
(B1)500~6000の分子量、及び1.8~5のOH官能基を有する1種以上のジオール又はポリオール、
(B2)鎖伸長剤としての2つ以上のOH官能基を含む62~400の分子量範囲の1種以上の低分子量ジオール又はポリオール、
(B3)非イオン性基及び/又はイオン性基及び/又は潜在的イオン性基を含み、少なくとも1つのNCO反応性基を有する1種以上の親水性化合物、
(B4)任意に、60~300g/モルの範囲の分子量を備え、2以上のNH官能基を備えた1種以上のポリアミン及び/又はアルカノールアミン、
(B5)任意に、17~350g/モルの範囲中の分子量を備えた単官能化合物
を含むステップと、
(II)その後、水中の(I)からのポリウレタンを分散させるステップと、
(III)
(i)NCO基に対して不活性なエチレン性不飽和モノマー(C1)、及び
(ii)NCO基に対して不活性なエチレン性不飽和モノマー(C1)及びZerevitinov活性水素原子を含むエチレン性不飽和モノマー(C2)
のうちの1種を含むモノマー(C)を乳化重合させるステップと
を含む方法を開示している。
【0007】
EP1497349B1は、水媒体に分散されたポリウレタン-アクリラート粒子を含む水性ポリウレタン分散体であって、前記粒子が、
(A)
(i)ポリオール、
(ii)少なくとも1つのヒドロキシル基を含む重合性エチレン性不飽和モノマー、
(iii)カルボン酸基及びヒドロキシル基から選択された少なくとも2つの活性水素含有基を有し、少なくとも1つの活性水素含有基はヒドロキシル基であるC1~C30アルキル基を含む化合物、及び
(iv)ポリイソシアナート
の反応により得られた反応生成物を含む活性水素含有ポリウレタンアクリラートプレポリマー、
(B)1種以上の疎水性重合性エチレン性不飽和モノマー、並びに
(C)2つ以上の重合性エチレン性不飽和の部位を有する架橋モノマー
から形成されたプレエマルションの成分を重合させることによって得られた反応生成物を含み、
(A)の活性水素含有ポリウレタンアクリラートプレポリマーが、分子の一端にエチレン性不飽和の少なくとも1つの末端重合性部位及び分子の他端に少なくとも1つの活性水素含有基を有する1種以上のプレポリマーを含むポリウレタンアクリラートプレポリマー 少なくとも30重量%、及び分子の各端にエチレン性不飽和の少なくとも1つの末端重合性部位を有する1種以上のプレポリマーを含むポリウレタンアクリラートプレポリマー 少なくとも10重量%を含む、水性ポリウレタン分散体を開示している。
【0008】
EP2655458B1は、少なくとも1種のポリウレタン(P1)の存在下でエチレン性不飽和化合物の2段階のフリーラジカル重合によって得ることができるポリウレタン-ポリアクリラートハイブリッド分散体であって、第一段階で、少なくとも1種のエチレン性不飽和化合物のモノマー混合物(e)が、少なくとも1種のポリウレタン(P1)、少なくとも1種のレドックス開始剤系(I)、及び少なくとも1種の鉄化合物(F)の存在下で、少なくとも部分的フリーラジカル重合にさらされ、その後、第二段階で、少なくとも1種のエチレン性不飽和化合物のモノマー混合物(f)は、フリーラジカル重合にさらされ、
・少なくとも1種のポリウレタン(P1)が、イソシアナート基含有合成成分として脂肪族及び/又は脂環式イソシアナートのみから構成され、ポリウレタンの1kg当たり500ミリモル未満の少なくとも部分的に中和された酸基含有量を有し、
・第一段階の重合されたモノマー混合物(e)が、少なくとも50℃のガラス転移温度を有し、
・第二段階の重合されたモノマー混合物(f)が、20℃までのガラス転移温度を有し、
・第一及び第二段階のポリウレタン(P1)のエチレン性不飽和化合物(e)及び(f)の合計に対する重量比が、50:50~30:70であり、
・フリーラジカル重合の間の温度が、85℃以下であり、ガラス転移温度が、10℃/分の加熱速度で示差走査熱量測定法(DSC)によってASTM規定D3418-03によって測定される、
ポリウレタン-ポリアクリラートハイブリッド分散体を開示している。
【0009】
EP3022242B1は、少なくとも1種のコポリマーを含む水性分散体であって、コポリマーが、
(i)少なくとも1種のポリウレタンの水性分散体を最初に装填するステップと、その後、
(ii)(i)からのポリウレタンの存在下でオレフィン系不飽和モノマーの混合物を重合させるステップであり、
(a)水溶性開始剤が使用され、
(b)反応溶液中のオレフィン系不飽和モノマーの総量に対して6.0重量%の濃度が、反応の全期間超えないように、オレフィン系不飽和モノマーの計量添加は達成され、且つ
(c)オレフィン系不飽和モノマーの混合物が、少なくとも1種のポリオレフィン系不飽和モノマーを含む、
ステップと
によるのが好ましい、水性分散体を開示している。
【0010】
US2019169353A1は、構成単位として、
・疎水変性されたヒドロキシ官能性ポリエステルA、
・ウレタン、尿素、又はチオウレタンの形成下でイソシアナートと反応するさらに基を有する酸B、
・任意に、ポリエステル、ポリカーボナート、ポリエーテル、ポリアミド、ポリジエン、及びポリエンであってもよく、1つの分子当たり少なくとも2つのヒドロキシル基を有するヒドロキシ官能性オリゴマー又は高分子化合物C、
・任意に、1つの分子当たり少なくとも2つのヒドロキシル基を有するモノマーヒドロキシ化合物D、
・任意に、少なくとも1つの第一級又は第二級アミノ基、及び1つの分子当たり少なくとも1つのヒドロキシル基を有する化合物E、
・任意に、1つの分子当たり2つ以上の第一級又は第二級アミノ基を有し、ヒドロキシル基を有さない化合物F、
・1つのみのヒドロキシル基、及び1つ以上の第三級アミノ基、重合性エチレン性不飽和を有するオレフィン系不飽和モノマーH2、及び結合形成下でイソシアナート基と反応するさらなる官能基を有する化合物G、
・少なくとも1つの重合性エチレン性不飽和を有し、イソシアナート基と反応するさらなる官能基を有さないオレフィン系不飽和モノマーH1、及び
・1つの分子当たり少なくとも2つのイソシアナート基を有する多官能イソシアナートIを含む水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体を開示し、
疎水変性されたポリエステルAは、その酸基の、エポキシド又はアジリジン官能基を有するモノ官能性化合物A4及び少なくとも4つの炭素原子の直鎖又は分岐アルキル残基との反応によって、残存ヒドロキシル基及び酸基を有するポリエステルA’から得られ、その反応で、ポリエステルA’の残存酸基の少なくとも90%は、エステル又はアミド基に変換される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、先行技術の欠点を示さないコーティング組成物用水性分散体を提供することを目的とする。
【0012】
本技術の系での現在の状態と比較して固形分が増加した界面活性剤を含まない水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体を提供することが本発明の目的である。
【0013】
耐水耐湿性が改善し、多層コーティングフィルムにおける層間接着性が改善した水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体を提供することが本発明のさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明は、1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU2(単数又は複数)の反応生成物Eを含む水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dを開示し、MU2が、ペンダント酸塩基(acid salt group)を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの存在下で重合され、前記プレポリマーPUSppが、ペンダントポリビニル鎖を含み、前記プレポリマーPUSppが、酸塩のペンダントエチレン性不飽和基及びペンダント基を有する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohの存在下で重合された1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)の反応生成物である。
【0015】
本発明の好ましい実施形態は、次の特徴の1つ以上を開示する:
・ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohは、不飽和当量(UEW)が3,500~35,000g/equivであり、エチレン性不飽和基がペンダント基であることを特徴とする;
・ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohは、酸価が30~60mgKOH/gであることを特徴とする;
・反応生成物Eの分散粒子は、ISO22412によるZ平均粒度が50~150nmであることを特徴とする;
・水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dは、固体40~55重量%、好ましくは43~50重量%及び水45~60重量%、好ましくは50~57重量%を含む。
【0016】
水性ポリウレタン-ビニルハイブリッド分散体Dを含むコーティング組成物は、金属基材用の、腐食防止コーティング、又は腐食防止マルチコートビルドアップの製造に役立つ。
【0017】
水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dの調製のための方法であって、エチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)にヒドロキシル官能性ポリウレタンプレポリマーPUohを形成するために、少なくとも1つのヒドロキシル基を有する1種以上の第一級又は第二級アミンAoh(単数又は複数)、並びに任意に及び好ましくは1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)を含む混合物を、ペンダントエチレン性不飽和基及びペンダント酸基を含むイソシアナート官能性ポリウレタンプレポリマーに速く添加するステップと、エチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)にペンダントエチレン性不飽和基を含む酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohを形成するために中和剤Anを添加するステップと、エマルジョンを形成するために水を添加し、その後、レドックス系成分の少なくとも1つを徐々に添加ステップと、PUSppを形成するためにエマルジョンを重合させ、さらなるレドックス重合を完了した後に、水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D1を形成するために、エチレン性不飽和モノマーMU2の第2の速い添加によってPUSppを後にさらに反応させるステップとを含む、方法がさらに開示される。
【0018】
本発明の方法の好ましい実施形態は、エチレン性不飽和モノマー混合物MU1及び/又はMU2の混合物の、水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D1へのさらなる速い添加、及び水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D2を形成するためにレドックス重合を行うことを含む。
【0019】
本発明は、水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D、及び消泡剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、融合助剤、流動調整剤、レオロジー添加剤、充填剤、顔料、活性顔料、及び湿潤剤からなる群から選択される1種以上の添加剤(単数又は複数)を含むコーティング組成物をさらに開示する。
【0020】
コーティング組成物は、さらに架橋剤を含むことができる。
【0021】
本発明は、金属、木材、プラスチック、又は紙基材をコーティングするための、好ましくは金属基材をコーティングするための、前記コーティング組成物の使用をさらに開示する。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明において、ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドEの水性分散体Dは、重合によって作製され、ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの存在下でエチレン性不飽和モノマーMU2の混合物のフリーラジカルによって開始され、改善されたベースコートコーティング組成物をもたらすことが分かった。
【0023】
より詳しくは、1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU2(単数又は複数)の反応生成物Eを含む水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dであって、MU2が、ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの存在下で重合され(それによって、反応生成物Eを形成する)ものであり、
ペンダント酸塩基を有する前記酸塩基含有ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppが、
・酸塩のペンダントエチレン性不飽和基及びペンダント基を有する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSoh、及び
・1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)
の反応生成物であり、
MU1が、酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohの存在下で重合されており(それによって、ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppを形成する)、
前記酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohが、
・ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUoh、及び
・酸基と反応して塩基を形成することができる(それによってPUSohを形成する)1種以上の化合物An(単数又は複数)
の反応生成物であり、
前記ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohが、1種以上のポリイソシアナートI(単数又は複数)、及び
・モノマー化合物Moh、高分子化合物Poh、及びそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する1種以上のイソシアナート反応性化合物(単数又は複数)、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基及び少なくとも1つの酸基又は水と接触した場合に酸を形成することができる基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMAoh(単数又は複数)、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基及びエチレン性不飽和基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMUoh(単数又は複数)、及び
・少なくとも1つのヒドロキシル基を有する1種以上の第一級又は第二級アミンAoh(単数又は複数)
の反応生成物である、
水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dが提供される。
【0024】
ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohは、好ましくはヒドロキシル価が10~100mgKOH/g、より好ましくは15~85mgKOH/g、さらにより好ましくは20~75mgKOH/gであることを特徴とする(エチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)の量が、前記ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohのヒドロキシル価の測定について考慮されない)。
【0025】
理論によって拘束されないが、モノマーMU1(単数又は複数)は、PUSohからつながるエチレン性不飽和基と共反応し、ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの均質なポリマー相を形成すると考えられている。それ以外に、モノマーMU2(単数又は複数)は、PUSppの存在下で共重合され、個別のポリマー相(つまり、ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの均質なポリマー相からの個別のポリマー相)を構築する。
【0026】
本詳細な説明の文脈において、「ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドE」は、「反応生成物E」とも称する。
【0027】
本詳細な説明の文脈において、「PUSpp」は、「酸塩基含有ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマー」、又は言いかえれば、「酸塩基を含むポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマー」を称する。より具体的には、「PUSpp」は、「ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマー」を称する。
【0028】
本詳細な説明の文脈において、「PUSoh」は、「酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタン、又は言いかえれば、「酸塩基を含むヒドロキシル官能性ポリウレタン」を称し、より詳しくは、「PUSoh」は、「酸塩のペンダントエチレン性不飽和基及びペンダント基(又はペンダント塩基)を有する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタン」を称する。
【0029】
本詳細な説明の文脈において、「MAoh」は、「少なくとも2つのイソシアナート反応性基及び少なくとも1つの酸基又は水と接触した場合に酸を形成することができる基を有するイソシアナート反応性モノマー」を称する。
【0030】
本詳細な説明の文脈において、「MUoh」は、「少なくとも2つのイソシアナート反応性基及びエチレン性不飽和基を有するイソシアナート反応性モノマー」を称する。
【0031】
本詳細な説明の文脈において、「再生可能な供給原料」は、自然な再生又は他の反復プロセス(人的時間スケールにおける有限の量の時間で)のいずれかを通じて使用及び消費による消耗された部分を交換するために補充する天然資源を称する。そのような再生可能な供給原料から得られた物質又は物質の混合物は、合計で、物質又は混合物の全炭素含有量の20重量%より多いバイオ系炭素含量を有するべきであり、バイオ炭素含量は、ASTM D6866-20基準を使用して測定される。
【0032】
エチレン性不飽和モノマーMU2は、好ましくはモノエチレン性不飽和モノマー、ポリエチレン性不飽和モノマー、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0033】
エチレン性不飽和モノマーMU2は、好ましくは(メタ)アクリル酸とアルキル基中に炭素原子が1~12の脂肪族直鎖、分岐、又は環状モノアルコールとのエステルであり、より好ましくはメチル(メタ)アクリラート、エチル(メタ)アクリラート、ブチル(メタ)アクリラート、ヘキシル(メタ)アクリラート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリラート、イソボルニル(メタ)アクリラート、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0034】
エチレン性不飽和モノマーMU2は、アセトアセトキシエチルメタアクリラートなどのケトン官能性(メタ)アクリラート、ヒドロキシエチルメタクリラートなどのヒドロキシ官能性(メタ)アクリラート、グリシジルメタアクリラートなどのエポキシ官能性(メタ)アクリラート、ダイアセトンアクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミド、スチレン、ビニルトルエン、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのビニルモノマー、及びそれらの混合物からなる群から選択されるモノマーを任意に含む。
【0035】
エチレン性不飽和モノマーMU2は、さらに、ポリエチレン性不飽和モノマーを、エチレン性不飽和モノマーの総量の最大10重量%含んでいてもよく、より詳しくは、エチレン性不飽和モノマーMU2は、任意に、エチレングリコールジ(メタ)アクリラート、1,2-プロピレングリコールジ(メタ)アクリラート、1,3-プロピレングリコールジ(メタ)アクリラート、ブタン-1,4-ジオールジ(メタ)アクリラート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリラート、3-メチルペンタンジオールジ(メタ)アクリラート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリラート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリラート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリラート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリラート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリラート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリラート、アリル(メタ)アクリラート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリラート、グリセリルトリ(メタ)アクリラート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリラートモノアリルエーテル、トリメチロールプロパン(メタ)アクリラートジアリルエーテル、ペンタエリトリトールトリ(メタ)アクリラートモノアリルエーテル、ペンタエリトリトールジ(メタ)アクリラートジアリルエーテル、ペンタエリトリトール(メタ)アクリラートトリアリルエーテル、トリアリルスクロース、及びペンタアリルスクロース、並びにそれらの混合物からなる群から選択されたポリエチレン性不飽和モノマーをエチレン性不飽和モノマーの総量の最大10重量%含む。
【0036】
エチレン性不飽和モノマーMU2は、より好ましくはアルキルアクリラート、アルキル(メタ)アクリラート、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0037】
ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppは、
・ペンダントエチレン性不飽和基及びペンダント塩基を有する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSoh、及び
・酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohの存在下で重合される1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)
の反応生成物であり、
1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU1は、(メタ)アクリル酸とアルキル基中に炭素原子が1~12の脂肪族直鎖、分岐、又は環状モノアルコールとのエステル、ケトン官能性(メタ)アクリラート、ヒドロキシ官能性(メタ)アクリラート、エポキシ官能性(メタ)アクリラート、(メタ)アクリルアミド、ビニルモノマー、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0038】
エチレン性不飽和モノマーMU1は、好ましくはMU2(上記参照)について記載されているが、さらに、MU1について以外に、MU2について上記の任意のポリエチレン性不飽和モノマーと同じモノマーの群から選択される(つまり、エチレン性不飽和モノマーMU1は、好ましくはモノエチレン性不飽和モノマーである)。
【0039】
さらに、MU1に含まれる各モノマーの重量%は、好ましくはMU2中の対応するモノマーの重量%とは異なり、MU1に含まれるモノマー全体の重量%の合計は100%であり、MU2に含まれるモノマー全体の重量%の合計は100%である。
【0040】
任意に、エチレン性不飽和モノマーMU1は、ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppが、ペンダント重合エチレン性不飽和モノマー及び末端にある重合エチレン性不飽和モノマーを含むように選択される。
【0041】
エチレン性不飽和モノマーMU1は、好ましくはペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppが、末端にある重合エチレン性不飽和モノマーを有するポリウレタン鎖を実質的に含まないように選択される。エチレン性不飽和モノマーMU1は、より好ましくはペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppが、0%末端にある重合エチレン性不飽和モノマーを含むように選択される。
【0042】
或いは及び好ましくは、可能であれば、エチレン性不飽和モノマーMU1及び/又はMU2は、再生可能な供給原料から得られる(つまり、例えば、n-ヘプチルアクリラート、イソボルニルメタクリラート、及び/又はイソブチルアクリラートなどのモノマーは、(生物)再生可能資源から部分又は完全に得られる)。これらのモノマー中の正確な量の生物系炭素は、ASTM D6866-20に記載された方法によって測定することができ、現状のバイオマス系エネルギーに起因する炭素は、化石系エネルギーに起因するものと識別され、生物系炭素含量は、全有機炭素含有量(TOC)の割合として報告されている。再生可能な炭素の割合を測定する他の標準的な方法は、ISO16620-2及びCEN16640である。
【0043】
本ポリマーハイブリッド分散体の炭酸ガス排出量を低減するための他の代替方法は、その調製のためにリサイクルモノマーを使用することである。ポリ(メチルメタクリラート)又はポリ(スチレン)などのポリマーは、それらの天井温度を超える温度で熱分解することができる。熱分解生成物の精製によって、その後、本ポリマー分散体を調製するための乳化重合においてさらに使用することができるメチルメタクリラート又はスチレンなどのリサイクルモノマーが得ることができる。
【0044】
さらに他の代替において、エチレン性不飽和モノマーMU1及び/又はMU2は、石油化学供給原料及び/又は再生可能供給原料から得られ、及び/又はリサイクルされるモノマーである。
【0045】
本詳細な説明の文脈において、「生物系炭素含量」は、生物炭素含量を称する。
【0046】
酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohは、
・ペンダント酸基又はペンダント酸基前駆物質、及びペンダントエチレン性不飽和基を含むヒドロキシル官能性ポリウレタンPUoh、及び
・1種以上の中和化合物An(単数又は複数)
の反応生成物である。
【0047】
本詳細な説明の文脈において、「酸基前駆物質」は、水と接触した場合に酸を形成することができる基を称する。
【0048】
1種以上の中和化合物An(単数又は複数)は、好ましくは第一級、第二級、及び第三級アミン、並びにアルカリ金属及びアルカリ土類アルカリ金属の水酸化物などの強アレーニウス塩基からなる群から選択される。
【0049】
中和化合物An(単数又は複数)は、より好ましくはアンモニア、及び1つの分子当たり1つ以下のヒドロキシル基及び少なくとも1つの第三級アミノ基を有する化合物からなる群から選択される。
【0050】
中和化合物An(単数又は複数)は、最も好ましくはアンモニア、N,N-ジメチルアミノエタノール、1-ジメチルアミノ-2-プロパノール、1-ジメチルアミノ-3-プロパノール、並びにさらにN-(2-ヒドロキシエチル)ピペラジン及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0051】
ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohは、1種以上のポリイソシアナートI(単数又は複数)、及び
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する1種以上のイソシアナート反応性化合物Moh及び/又はPoh、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基及び少なくとも1つの酸基又は酸基前駆物質を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMAoh、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基及びエチレン性不飽和基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMUoh、及び
・少なくとも1つのヒドロキシル基を有する1種以上の第一級又は第二級アミンAoh(単数又は複数)
の反応生成物である。
【0052】
1種以上のポリイソシアナートIは、芳香族又は脂肪族又は混合脂肪族芳香族イソシアナートからなる群から選択され、好ましくはトリメチレンジイソシアナート、テトラメチレンジイソシアナート、ペンタメチレンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナート(HDI)、プロピレンジイソシアナート、エチルエチレンジイソシアナート、2,3-ジメチルエチレンジイソシアナート、1-メチルトリメチレンジイソシアナート、シクロペンチレン1,3-ジイソシアナート、シクロヘキシレン1,4-ジイソシアナート、シクロヘキシレン1,2-ジイソシアナート、フェニレン1,3-ジイソシアナート、フェニレン1,4-ジイソシアナート、トルイレン2,4-ジイソシアナート、トルイレン2,6-ジイソシアナート、ビフェニレン4,4’-ジイソシアナート、ビス-(4-イソシアナートフェニル)メタン(MDI)、ナフチレン-1,5-ジイソシアナート、ナフチレン1,4-ジイソシアナート、1-イソシアナートメチル-5-イソシアナート-1,3,3-トリ-メチルシクロヘキサン(IPDI)、ビス-(4-イソシアナートシクロヘキシル)メタン(H12-MDI)、4,4’-ジイソシアナートジフェニルエーテル、2,3-ビス-(8-イソシアナートオクチル)-4-オクチル-5-ヘキシルシクロヘキセン、トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、テトラメチルキシリルエンジイソシアナート、上記ジイソシアナートのウレトジオン、上記ジイソシアナートのイソシアヌラート、並びに上記ジイソシアナートのアロファナート及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0053】
或いは及び好ましくは、可能な場合には、ポリイソシアナートIは、再生可能な供給原料から得られる。特に、生物系アセトンから得られたイソホロンジイソシアナートが好ましい。再生可能な供給原料に部分的に由来する他の好ましいポリイソシアナートは、例えば、1,5-ペンタエチレンジイソシアナート、メチルのジイソシアナート又はl-リジンのエチルエステル、イソソルビド系ジイソシアナート、フラン系ジイソシアナート、ビス(4-イソシアナート-2-メトキシフェノキシ)アルカン、ビス(4-イソシアナート-2,6-ジメトキシフェノキシ)アルカン、2,4-ジイソシアナート-1-ペンタデシルベンゼン、脂肪酸系ジ-及びポリイソシアナート、ダイマー脂肪酸及び植物油、1-イソシアナート-10-[(イソイソシアナートメチル)チオ]デカン、及び商品名TOLONATE(商標)X FLO100で公知の製品である。
【0054】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有するイソシアナート反応性化合物は、少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有するモノマー化合物Moh、少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する高分子化合物Poh、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0055】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する高分子化合物Pohは、少なくとも2つの繰り返し単位を含む化合物として理解されるべきである。
【0056】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する高分子化合物Pohは、好ましくはポリエステル、ポリラクトン、ポリエーテル、ポリカーボナート、ポリアミド、ポリエン、ポリジエン、及びそれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくはヒドロキシル官能性ポリエステル、ヒドロキシル官能性ポリラクトン、ヒドロキシル官能性ポリエーテル、ヒドロキシル官能性ポリカーボナート、ヒドロキシル官能性ポリアミド、ヒドロキシル官能性ポリエン、ヒドロキシル官能性ポリジエン、及びそれらの混合物からなる群から選択され、最も好ましくはヒドロキシル官能性ポリエステル、ヒドロキシル官能性ポリカーボナート、ヒドロキシル官能性ポリエーテル、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0057】
高分子化合物Pohは、好ましくは数平均分子量が300~10,000g/モル、より好ましくは400~8,000g/モル、最も好ましくは500~5,000g/モル、さらに最も好ましくは500~3,000g/モルであることを特徴とする。
【0058】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する高分子化合物Pohは、より好ましくはヒドロキシル官能性ポリエステル、ヒドロキシル官能性ポリカーボナート、ヒドロキシル官能性ポリエーテル、及びそれらの混合物からなる群から選択され、前記高分子化合物Pohは、数平均分子量が500~3,000g/モルであることを特徴とする。
【0059】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する高分子化合物Pohは、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基(より詳しくは、高分子化合物Pohにおいて、少なくとも2つのイソシアナート反応性基は、少なくとも2つのヒドロキシル基であることが好ましい)を有する高分子化合物である。
【0060】
高分子化合物Pohは、好ましくはヒドロキシル価が40~300mgKOH/g、さらにより好ましくは50~250mgKOH/g、最も好ましくは70~150mgKOH/gであることを特徴とする。
【0061】
少なくとも2つのヒドロキシル基を有する高分子化合物Pohは、より好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基を有するポリエステルPoh1、少なくとも2つのヒドロキシル基を有するポリエーテルPoh2、少なくとも2つのヒドロキシル基を有するポリカーボナートPoh3、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0062】
より詳しくは、高分子化合物Poh1は、ヒドロキシル官能性ポリエステルであり、前記ポリエステルは、化学量論的に過剰な1種以上のジオール(単数又は複数)と1種以上の二酸(単数又は複数)の反応生成物であり、前記ポリエステルは、ヒドロキシル価が40~300mgKOH/g、酸価が3mgKOH/g未満であり、前記酸価が残りであり、末端にある未反応酸官能基によって生成されることを特徴とする。
【0063】
少なくとも2つのヒドロキシル基を有するポリエステルPoh1は、好ましくは2つのヒドロキシル基を有し、化学量論的に過剰な1種以上のジオール及び1種以上の二酸から調製されており、
・前記ジオールは、好ましくは1,2-エタンジオール、1,2-及び1,3-プロパンジオール、1,2-及び1,4-ブタンジオール、2,2’-オキシジ(エタン-1-オール)、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、1,4-ビス-ヒドロキシメチルシクロ-ヘキサン、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,13-トリデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール、1,21-ヘンエイコサンジオール、1,25-ペンタコサンジオール、イソソルビド、イソマンニド、イソイジド、及びそれらの混合物からなる群から選択され、
・前記二酸は、好ましくはマロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、オクタン二酸、さらに、炭素原子数が40以下である二量体脂肪酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0064】
任意に、1種以上のヒドロキシ-カルボン酸(単数又は複数)、例えば、ヒドロキシ安息香酸、乳酸、γ-ヒドロキシ酪酸、Δ-ヒドロキシ吉草酸、Υ-ヒドロキシカプロン酸などを、1種以上のジオールと組み合わせて、ヒドロキシル官能性ポリエステルPoh1の調製に使用してもよい。
【0065】
或いは及び好ましくは、可能な場合には、ヒドロキシル官能性ポリエステルPoh1の調製に使用された前記ジオール(つまり、1,3-プロパンジオール)、二酸(つまり、コハク酸)、又はヒドロキシ-カルボン酸(単数又は複数)(つまり、乳酸)は、再生可能な供給原料から得られる。
【0066】
ポリエステルPoh1は、より好ましくはアジピン酸と、1,4ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、及び2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオールからなる群から選択される1種以上のジオールとの縮合生成物であり、前記ポリエステルは、ヒドロキシル価が40~300mgKOH/g、さらにより好ましくは40~150mgKOH/g、酸価が3mgKOH/g未満、好ましくは2mgKOH/g未満、より好ましくは1mgKOH/g未満であり、前記酸価が残りであり、末端にある未反応酸官能基によって生成されることを特徴とする。
【0067】
2つのヒドロキシル基を有するヒドロキシル官能性ポリエステルPoh1は、100%転化をほとんど達成することはないので、ほぼ2つのヒドロキシル基及び無視できる量のカルボン酸基を有するポリエステルとして理解されるべきである。
【0068】
2つのヒドロキシル基を有するポリエステルPoh1は、少なくとも2つのヒドロキシル基、及び少なくとも1つのカルボン酸基を有するヒドロキシル官能性モノマー(MAoh)の共縮合によってもたらされるカルボン酸側鎖基を含まない(又は、言いかえれば、2つのヒドロキシル基を有するポリエステルPoh1は、少なくとも2つのヒドロキシル基及び少なくとも1つのカルボン酸基を有するヒドロキシル官能性モノマーMAohの共縮合によってもたらされる0%カルボン酸側鎖基を含む)。
【0069】
このように、本発明におけるポリエステルPoh1は、二酸に対して化学量論的に過剰なジオールから調製され、前記ジオールは、2,2-(ビス-ヒドロキシメチル)酢酸、2,2-(ビスヒドロキシメチル)-プロピオン酸、又は2,2-(ビスヒドロキシメチル)酪酸などの少なくとも2つのヒドロキシル基及び少なくとも1つのカルボン酸基を有する化合物(MAoh)を除く。
【0070】
ポリエーテル化合物Poh2は、好ましくは2~6のアルキルラジカルを含むポリ(オキシアルキレン)グリコール、より好ましくは、ポリエーテルPoh2は、ポリ(オキシエチレン)グリコール、ポリ(オキシプロピレン)グリコール、ポリ(オキシテトラメチレン)グリコール、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0071】
或いは及び好ましくは、可能な場合には、ポリエーテル化合物Poh2は、再生可能な供給原料から得られたポリ(オキシアルキレン)グリコールであり、それらは、より好ましくは生物系1、3-プロパンジオールから得られたポリ(オキシアルキレン)グリコールである。
【0072】
ポリカーボナート化合物Poh3は、好ましくは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、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,4-ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン、2,2-ビス(4-ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、又はペンタエリトリトールなどのポリオールと、ジメチル、ジエチル、又はジフェニルカーボナートなどのジカルボナート、又はホスゲンとの反応によって調製される。
【0073】
或いは及び好ましくは、可能な場合には、ポリカーボナート化合物Poh3は、再生可能な供給原料から得られ、より好ましくは、それらは、生物系ポリオール(つまり、生物系1,3-プロパンジオール又は1,5-ペンタンジオール)から得られたポリカーボナート化合物である。
【0074】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有するモノマー化合物Mohは、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基を有する、又は少なくとも2つの第一級アミノ基を有する、又は少なくとも1つのヒドロキシル基及び少なくとも1つの第一級アミノ基を有するモノマー化合物である。
【0075】
少なくとも2つのヒドロキシル基を有するモノマー化合物Mohは、好ましくは1,2-エタンジオール、1,2-及び1,3-プロパンジオール、1,2-及び1,4-ブタンジオール、2,2’-オキシジ(エタン-1-オール)、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、1,4-ビス-ヒドロキシメチルシクロヘキサン、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,13-トリデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール、1,21-ヘンエイコサンジオール、1,25-ペンタコサンジオール、イソソルビド、イソマンニド、イソイジド、及びそれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくは1,2-エタンジオール、1,2-及び1,3-プロパンジオール、1,2-及び1,4-ブタンジオール、2,2’-オキシジ(エタン-1-オール)、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、1,4-ビス-ヒドロキシメチルシクロヘキサン、及びそれらの混合物からなる群から選択され、最も好ましくは1,2-エタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,2’-オキシジ(エタン-1-オール)、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0076】
少なくとも2つの第一級アミノ基を有するモノマー化合物Mohは、好ましくは1,4-ジアミノブタン、1,6-ジアミノヘキサン、2-メチル-1,5-ジアミノペンタン、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0077】
少なくとも1つのヒドロキシル基及び少なくとも1つの第一級アミノ基を有するモノマー化合物Mohは、好ましくはエタノールアミン、プロパノールアミン、2-(2-アミノ-エチルアミノ-)エタノール、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0078】
モノマー化合物Mohは、少なくとも2つのヒドロキシル基を有する1種以上のモノマー化合物、及び少なくとも2つの第一級アミノ基を有する1種以上のモノマー化合物の混合物を含んでいてもよい。
【0079】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基及び無水物などの少なくとも1つの酸基又は酸基前駆物質を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMAohは、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基及び少なくとも1つの酸基を有するモノマーである。より好ましくは1種以上のMAohモノマーは、2,2-(ビス-ヒドロキシメチル)酢酸、2,2-(ビスヒドロキシメチル)-プロピオン酸、2,2-(ビスヒドロキシメチル)酪酸、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0080】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基及びエチレン性不飽和基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMUohは、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基及びエチレン性不飽和基を有する化合物、より好ましくはグリセリンモノ(メタ)アクリラート(グリセリンモノ(メタ)アクリラートとも称する)、トリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリラート、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0081】
少なくとも1つのヒドロキシル基を有する1種以上の第一級又は第二級アミンAoh(単数又は複数)は、好ましくは、2-アミノエタノール、2-メチルアミノエタノール、3-アミノプロパノール、2-アミノ-1,3-プロパンジオール、ジエタノールアミン、1,1’-イミノジ-2-プロパノール、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
【0082】
少なくとも2つのイソシアナート反応性基及びエチレン性不飽和基を有するイソシアナート反応性モノマーMUohは、好ましくはヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohが、不飽和当量(UEW)が3,500~35,000g/equiv、好ましくは4,500~20,000g/equiv、より好ましくは6,000~15,000g/equivであることを特徴とする量でもたらされ、前記不飽和は、ペンダント基であるエチレン性不飽和基(又はペンダント基であるエチレン性不飽和基)によってもたらされる。
【0083】
ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohは、好ましくは酸価が30~60mgKOH/gであり、前記酸価は、少なくとも2つのイソシアナート反応性基及び少なくとも1つの酸基又は水と接触した場合に酸を形成することが可能な基を有するイソシアナート反応性モノマーMAohによって生成され、前記MAohが、ウレタン又は尿素結合を介して、好ましくはウレタン結合を介して、少なくとも95%でポリウレタンに組み込まれていることを特徴とする。
【0084】
任意に、ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUoh、及び酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohは、例えば、MU1モノマーの一部として添加されたヒドロキシエチル(メタ)アクリラート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリラート、又はヒドロキシブチル(メタ)アクリラートなどの、1つのヒドロキシル基及びエチレン性不飽和基を含むモノマーから得ることができるペンダントエチレン性不飽和基及び末端にあるエチレン性不飽和基を含む。
【0085】
ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUoh及び酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohは、好ましくは末端にあるエチレン性不飽和基が実質的ない。ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUoh及び酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohは、より好ましくは0%末端にあるエチレン性不飽和基を含む。
【0086】
ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppは、
・ペンダントエチレン性不飽和基及びペンダント塩基を有する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSoh 60~85重量%、好ましくは65~80重量%、及び
・1種以上の重合エチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数) 15~40重量%、好ましくは20~35重量%
の反応生成物であり、PUSoh及びMU1の合計は100%である。
【0087】
ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppは、好ましくは1超の、MU1に由来したビニルポリマーに対する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohの重量比を特徴とする。
【0088】
ペンダントエチレン性不飽和基及びペンダント塩基を有する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohは、
・1種以上のポリイソシアナートI(単数又は複数) 30~50重量%、好ましくは35~45重量%、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する1種以上の高分子化合物Poh(単数又は複数) 30~40重量%、好ましくは33~37重量%、
・(任意に)少なくとも2つのイソシアナート反応性基を有する1種以上のモノマー化合物Moh(単数又は複数) 1~4重量%、好ましくは2~3重量%、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基及び少なくとも1つの酸基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMAoh(単数又は複数) 7~11重量%、好ましくは8~10重量%、
・少なくとも2つのイソシアナート反応性基及びエチレン性不飽和基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMUoh(単数又は複数) 0.5~4重量%、好ましくは1~3重量%、及び
・少なくとも1つのヒドロキシル基を有する1種以上の第一級又は第二級アミンAoh(単数又は複数) 7~11重量%、好ましくは8~10重量%
の反応生成物を含む、好ましくは反応生成物であり、
I、Poh、Moh、MAoh、MUoh、及びAohの合計が100%であり、MAohの酸基は、1種以上の中和化合物An(単数又は複数)の添加によって酸塩基にさらに変換される。
【0089】
水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dは、
・重合エチレン性不飽和モノマーMU2 30~80重量%、好ましくは40~70重量%、
・ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSpp 20~70重量%、好ましくは30~60重量%
の反応生成物Eを含み、PUSpp及び重合MU2の合計は100%である。
【0090】
好ましくは、ペンダント酸塩基を有する前記ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの存在下で重合された1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU2(単数又は複数)の反応生成物Eは、1又は1未満の、MU1及びMU2に由来した全ビニルポリマーに対する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohの重量比を特徴とする。より好ましくは、ペンダント酸塩基を有する前記ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの存在下で重合された1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU2(単数又は複数)の反応生成物Eは、1未満の、MU1及びMU2に由来した全ビニルポリマーに対する酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohの重量比を特徴とする。
【0091】
本発明の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dは、好ましくは、
・反応生成物Eを40~55重量%、好ましくは43~50重量%(又は固形分の重量%)、及び
・水を45~60重量%、好ましくは50~57重量%
を含む。
【0092】
水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dのポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド(又は反応生成物)Eは、好ましくはコア-シェル構造を有し、コア-シェル構造は、
・重合エチレン性不飽和モノマーを(実質的に)含むコア、及び
・ポリウレタンを(実質的に)含むシェル
を含む。本技術分野における当業者に明らかなように、コア-シェル構造は、透過型電子顕微鏡及び全反射減衰-フーリエ変換赤外分光法によって立証することができる。
【0093】
反応生成物Eの分散粒子は、好ましくはISO22412によるZ平均粒度が50~150nm、好ましくは60~120nm(動的光散乱によって測定された)であることを特徴とする。
【0094】
水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dは、
a)少なくとも2つのイソシアナート反応性基、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基を有する高分子化合物Pohを、少なくとも2つのイソシアナート反応性基、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基及び酸基又は酸基前駆物質を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMAoh(単数又は複数)の存在下で、及び任意に、少なくとも2つのイソシアナート反応性基、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基又は少なくとも2つの第一級アミノ基又は少なくともヒドロキシル基及び第一級アミノ基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMoh(単数又は複数)の存在下で混合し、混合物を撹拌下で少なくとも60℃、好ましくは少なくとも70℃、より好ましくは少なくとも80℃、及び最高で150℃、好ましくは最高で130℃、より好ましくは最高で130℃の温度に加熱するステップと、
b)ステップa)の混合物に、半化学量論的量の多官能イソシアナートIを、好ましくは10分~60分、好ましくは20分~40分間にわたってを度が60℃~150℃、好ましくは80℃~130℃の範囲に維持しながら、連続的に添加して、それによってイソシアナート反応性ポリウレタンプレポリマー、好ましくはヒドロキシル価が30~140mgKOH/g、好ましくは40~130mgKOH/gであることを特徴とするヒドロキシル官能性ポリウレタンプレポリマーを形成するステップと、
c)少なくとも2つのイソシアナート反応性基、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基及びエチレン性不飽和基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMUoh(単数又は複数)、及び任意に、少なくとも2つのイソシアナート反応性基、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基又は少なくとも2つの第一級アミノ基又は少なくともヒドロキシル基及び第一級アミノ基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMoh(単数又は複数)、及び好ましくは1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)を、ステップb)のイソシアナート反応性ポリウレタンプレポリマー、好ましくはヒドロキシル官能性プレポリマーに添加し、混合物を、任意に、抗酸化剤又はラジカル捕捉剤の存在下で均質化するステップと、
d)60℃~100℃の範囲、好ましくは70~90℃の範囲の温度で撹拌しながら、化学量論的に過剰なステップc)の均質化混合物にさらなる量の多官能イソシアナートIを添加して、それによってイソシアナート官能性ポリウレタンプレポリマーを形成し、好ましくは前記イソシアナート官能性ポリウレタンプレポリマーは、イソシアナート当量が600~2,200g/equiv、より好ましくは800~2,000g/equiv、最も好ましくは、1,000~1,800g/equivであることを特徴とし、ステップc)で任意に添加されたエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)の量は、前記イソシアナート官能性ポリウレタンプレポリマーの当量の測定のためには考慮されないステップと、
e)少なくとも1つのヒドロキシル基を有する1種以上の第一級又は第二級アミンAoh(単数又は複数)、及び好ましくは1種以上のエチレン性不飽和のモノマーMU1(単数又は複数)を含む混合物を、ステップd)のイソシアナート官能性ポリウレタンプレポリマーに速く添加し、それによってエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)にヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohを形成し、前記ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohは、好ましくはヒドロキシル価が10~100mgKOH/g、より好ましくは15~85mgKOH/g、さらにより好ましくは20~75mgKOH/gであることを特徴とし、ステップc)及び/又は本ステップe)で任意に添加されたエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)の量は、前記ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohのヒドロキシル価の測定のためには考慮されないステップと、
f)中和剤Anをステップe)の混合物に添加し、40℃~80℃、好ましくは50℃~80℃の範囲の温度で、少なくとも5分間、好ましくは5~15分間前記混合物を均質化し、それによって、エチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)に酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohを形成するステップと、
g)水をステップf)の均質化混合物に添加し、それによってエマルジョンを形成するステップと、
h)ステップg)のエマルジョンを、40℃~80℃の範囲、好ましくは50℃~70℃の範囲の温度で少なくとも10分間、好ましくは20~30分間均質化するステップと、
i)60℃~80℃の範囲の温度を維持しながら、レドックス系成分の少なくとも1つを徐々に少なくとも10分間、好ましくは10~30分間、添加することによって、ステップh)の均質化エマルジョンをレドックス重合し、それによって重合混合物を形成するステップと、
j)さらなる重合のために、少なくとも15分間、好ましくは20~30分間、65~85℃の温度で重合混合物の温度を維持し、それによってペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppを形成するステップと、
k)エチレン性不飽和モノマーMU2の混合物を、ステップj)のペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppに速く添加し、混合物を40℃~80℃の範囲の温度で少なくとも10分間、好ましくは20~30分間、均質化するステップと、
l)60℃~80℃の範囲の温度を維持しながらレドックス系成分の少なくとも1つを少なくとも10分間、好ましくは10~30分間、徐々に添加することによってステップk)の均質化エマルジョンをレドックス重合させ、それによって重合混合物を形成するステップと、
m)重合を終了させるために少なくとも15分間、好ましくは20~30分間、60℃~80℃の範囲の温度を維持して、それによってポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドEを含む水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D1を形成するステップと
を含む多段階プロセスで調製される。
【0095】
好ましくは、ステップc)で、少なくとも2つのイソシアナート反応性基、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基及びエチレン性不飽和基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMUoh(単数又は複数)、及び少なくとも2つのイソシアナート反応性基、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル基又は少なくとも2つの第一級アミノ基、又は少なくともヒドロキシル基及び第一級アミノ基を有する1種以上のイソシアナート反応性モノマーMoh、及び好ましくは1種以上のエチレン性不飽和モノマーMU1(単数又は複数)は、ステップb)のヒドロキシル官能性ポリウレタンプレポリマーに添加され、混合物は、任意に、抗酸化剤又はラジカル捕捉剤の存在下で均質化される。
【0096】
酸塩基含有ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUSohの水性分散体の調製のためのプロセスにおいて、エチレン性不飽和モノマーMU1は、ステップa)~e)のいずれかで添加されてもよい。
【0097】
エチレン性不飽和モノマーMU1は、好ましくはステップa)~e)の少なくとも1つで添加される。
【0098】
エチレン性不飽和モノマーMU1は、より好ましくはステップc)及び/又はステップe)で(のみ)添加される。
【0099】
1種以上の化合物(単数又は複数)の速い添加(すなわち、速い添加)は、得られた最終混合物の均質化時間よりも少なくとも50%少ない、好ましくは少なくとも60%少ない、より好ましくは少なくとも70%少ない、さらにより好ましくは少なくとも80%少ない、最も好ましくは少なくとも90%より少ない、又はさらに少なくとも95%少ない時間、1種以上の化合物(単数又は複数)の添加として理解されるべきである。
【0100】
より詳しくは、ステップe)及びk)でのエチレン性不飽和モノマーの早い添加は、前記エチレン性不飽和モノマーを含む得られた最終混合物の均質化時間よりも少なくとも50%少ない、好ましくは少なくとも60%少ない、より好ましくは少なくとも70%少ない、さらにより好ましくは少なくとも80%より少ない、最も好ましくは少なくとも90%少ない、又はさらに少なくとも95%少ない時間の添加として理解されるべきである。ステップe)でのエチレン性不飽和モノマーMU1及びステップk)でのエチレン性不飽和モノマーMU2は、好ましくはワンショット添加で添加される。
【0101】
本明細書では、「1種以上の化合物(単数又は複数)のワンショット添加」は、得られた最終混合物の均質化時間よりも実質的に100%少ない時間、1種以上の化合物(単数又は複数)の添加と称する。
【0102】
本明細書を通じて言及されるレドックス重合は、本技術分野における当業者に周知の重合方法である。
【0103】
ステップi)及びl)のレドックス重合は、実際には、
・レドックス溶液を第1に添加し、その後、過酸化物を徐々に添加すること、又は
・過酸化物を第1に添加し、その後、レドックス溶液を徐々に添加すること、又は
・レドックス溶液及び過酸化物を徐々に供給すること
を含む。
【0104】
ステップc)で任意に添加される抗酸化剤又はラジカル捕捉剤は、嵩高い置換基、好ましくは2-及び6-位置のtert-ブチル基、及び4-位置のアルキル置換基を有するフェノールなどの立体障害フェノールである。
【0105】
ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドEを含む水性分散体D1に、エチレン性不飽和モノマーMU2の混合物の後の速い添加(ステップn)を行ってもよく、そのとき、E及びMU2の混合物は、40℃~80℃の温度で少なくとも10分間、好ましくは20~30分間均質化される(それによって、均質化混合物又はエマルジョンを形成する)。その後、ステップl)(上記参照)に記載されているように、均質化混合物はレドックス重合され(ステップo)、ステップm)(上記参照)に記載されるように重合が終了し(ステップp)、水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体D2(ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドEを含む)が得られる。
【0106】
本発明の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dは、例えば、水希釈性接着剤用のバインダーとして、又は印刷インキ用樹脂としてのコーティング系の調製のための種々の用途に適している。
【0107】
それらは、プラスチック、例えばアクリル及び/又はメタクリルポリマー、ポリウレタン、ポリウレア樹脂、ポリエステル樹脂及びエポキシ樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリビニルエーテル、ポリクロロプレン、ポリアクリロニトリル、及びエチレン/ブタジエン/スチレンコポリマー系熱可塑性プラスチックの他の水性分散体及び溶液と組み合わせることができ、及び一般に混合される。それらは、また、増粘作用を有し、カルボキシル基を含むポリアクリラート又はポリウレタン、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、及びベントナイト、ケイ酸ナトリウムマグネシウム、及びケイ酸ナトリウムマグネシウムフッ素リチウムなどの無機チキソ性付与剤系の物質と組み合わせることができる。
【0108】
本発明による水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dは、最も多様な基材、例えば、セラミック、木材、ガラス、コンクリート、及び好ましくはポリカーボナート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリ(メタ)アクリラート、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレンポリマー等のプラスチック、最も好ましくは鉄、銅、アルミニウム、鋼、真鍮、ブロンズ、スズ、亜鉛、チタン、マグネシウム等の金属に適用することができる。それらは、接着促進プライマー又は中間層のない各種基材に接着するが、そのような層は、最終被覆物品のセットアップで当然存在していてもよい(及び本発明の分散体Dは、さらにそれらの層に同様に適用することができる)。
【0109】
水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体Dは、例えば、腐食防止コーティング及び/又は最も多様な使用分野向けの中間コーティングの製造、特に、自動車及びプラスチックの塗装の分野向けの塗料のマルチコートビルドアップでの金属及び固体ベース塗料の製造、及びプラスチックの塗装の分野向けのプライマー塗料の製造に適切である。
【0110】
水性ポリウレタン-ビニルハイブリッドポリマー分散体Dを含む水性コーティング系は、公知であり、塗料技術において普通な無機又は有機顔料及び染料、並びに湿潤剤、泡抑制剤、流れ制御剤、安定剤、触媒、充填剤、可塑剤、溶媒、及び増粘剤、流動調整剤、湿潤剤、光安定剤などの通常の添加剤をすべて含むことができる。例えば、水溶性、又は乳化性アミノプラスト架橋剤などの、塗料産業において普通の架橋剤(crosslinking agent)(又は架橋剤(crosslinkers))、例えば、尿素、環状尿素、メラミン又はベンゾグアナミン樹脂、ポリイソシアナート又は末端イソシアナート基を有するプレポリマー、水溶性又は水分散性ポリアジリジン及びプロックポリイソシアナートは、形成(水性コーティング系の)中に添加することができる。或いは、架橋剤は、水性ポリウレタン-ビニルハイブリッドポリマー分散体Dの合成の間に添加することができる。
【0111】
水性ポリウレタン-ビニルハイブリッドポリマー分散体Dを含む水性コーティング系は、或いは、ジ-又はポリアミン、カルボヒドラジド、及びジ-又はポリ-カルボン酸ヒドラジド、並びにそれらの混合物の群から選択された架橋剤を含むことができる。例えば、架橋剤は、アジピン酸ジヒドラジドとすることができる。架橋剤は、その合成の間に水性ポリウレタン-ビニルハイブリッドポリマー分散体Dに添加されてもよく、又は、例えば、水性コーティング系の形成中に後段階で添加することができる。
【0112】
当業者が、所望の塗料用途及び使用される硬化温度に依存する適切な架橋剤を選択することは明らかである。
【実施例】
【0113】
以下の実例となる実施例は、単に本発明を例示することを意味するが、その範囲を制限する、又は別の方法で定義することを意図しない。
【0114】
(例1a)
ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの合成
窒素でパージした反応装置中で、数平均分子量が1000g/モル、ヒドロキシル価が112mgKOH/gの1,6-ヘキサンジオールのポリアジペート369g、及びジメチロールプロピオン酸79gを130℃に加熱し、混合物を均一溶液が形成されるまでこの温度で維持した。117.9gのイソホロンジイソシアナートを、次いで、遊離イソシアナート基がこれ以上検知されなくなるまで攪拌を130℃で継続しながら、30分間測定した。
【0115】
100℃に冷却した後、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール1.05g、1,4-ブチレングリコール15.5g、グリセリンモノメタクリラート17g、及び2-エチルヘキシルアクリラート254gを連続して添加し、混合物を均質化した。さらに80℃に冷却した後、イソホロンジイソシアナート237.7gを15分間添加し、イソシアナート反応性基の完全転化に対応する理論的なNCO含有量が得られ、滴定によって確認されるまで成分を75℃で反応させた。次いで、ジエタノールアミン77.8g及びメチルメタクリラート106gをワンショットで急速に添加し、反応混合物を、イソシアナート基がすべて反応するまで撹拌しながら結果として生じる温度で保持した。N,N-ジメチルエタノールアミン(DMEA)42gの添加後、混合物を75℃で15分間均質化した。脱イオン水1350gを、次いで、30分間、65℃で強撹拌しながらプレポリマー溶液に添加した。その後に、BRUGGOLITE(商標)FF6Mの1.9%水溶液102gを65℃で添加し、10分間均質化し、その後、平行冷却によって65~75℃の温度を維持しながら、tert-ブチルヒドロペルオキシドの0.5水溶液の201.4gを30分間連続添加した。次いで、反応混合物を、重合の完了のために65~75℃の温度でさらに30分間保持し、室温(23℃)に冷却した。このように得られた分散体は、次の特性を有していた:固形分:43.3%;pH(10%水溶液):7.6;動的粘度(100s-1、23℃):324mPa.s;Z平均粒度(ISO22412):39nm。
【0116】
(例1b)
水性ポリウレタン-ビニルポリマー分散体D1の合成
例1aのペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppを含む、窒素でパージされた反応装置に、脱イオン水250gを添加した。結果として生じる分散体を60℃に加熱し、そこで、メチルメタクリラート225g及び2-エチルヘキシルアクリラート450gをワンショットで急速に添加した。結果として生じる混合物を60℃で30分間均質化した。その後に、BRUGGOLITE(商標)FF6Mの3.8%水溶液208gを60℃で10分間添加し、均質化し、その後、tert-ブチルヒドロペルオキシドの0.8水溶液253gを30分間連続的に添加した。平行冷却によって80℃より低い温度を維持しながら、75℃に反応温度を上昇させた。tert-ブチルヒドロペルオキシド溶液の添加を一旦終了すると、反応媒体を65℃に冷却し、30分間この温度で維持した。
【0117】
(例1c)
水性ポリウレタン-ビニルポリマー分散体D2の合成
65℃で放置した例1bの水性ポリウレタン-ビニルポリマー分散体D1に、メチルメタクリラート225g及び2-エチルヘキシルアクリラート450gを、ワンショットで急速に添加し、反応混合物を65℃で30分間均質化した。その後、tert-ブチルヒドロペルオキシドの0.8水溶液253gを、30分間連続的に添加し、反応混合物の温度を平行冷却によって80℃より低い温度を維持しながら75℃に上昇させた。tert-ブチルヒドロペルオキシド溶液の添加を一旦終了すると、反応媒体を65℃に冷却し、30分間この温度で維持した。このように得られた分散体は、次の特性を有していた:固形分:49.7%;pH(10%水溶液):7.7;動的粘度(100s-1、23℃):737mPa.s;Z平均粒度(ISO22412):102nm。
【0118】
(例2~14及び比較例1~3)
表1Aにおいて、例2a~例8aのペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの調製のための異なる成分を、前記PUSppの特性とともに示す。
【0119】
表1Bにおいて、比較例1a~比較例3aのペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの調製のための異なる成分を、前記PUSppの特性とともに示す。
【0120】
表2A及び2Bにおいて、例1a~例8aのペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppから調製された、例2b~例14bの水性ポリウレタン-ビニルポリマー分散体D1の調製のための異なる成分を示し、
表2Aにおいて、
・例2b~例5bを、例1aのPUSppから調製し、
・例6b及び例7bを、例2aのPUSppから調製し、
・例8bを例3aのPUSppから調製し、
・例9b及び例10bを例4aのPUSppから調製し、
表2Bにおいて、
・例11bを例5aのPUSppから調製し、
・例12bを例6aのPUSppから調製し、
・例13bを例7aのPUSppから調製し、
・例14bを例8aのPUSppから調製する。
【0121】
表2Cにおいて、比較例1a~比較例3aの酸塩基含有ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppから調製された、比較例1b~比較例3bの水性ポリウレタン-ビニルポリマー分散体D1の調製のための異なる成分を示し、
・比較例1bを比較例1aのPUSppから調製し、
・比較例2bを比較例2aのPUSppから調製し、及び
・比較例3bを比較例3aのPUSppから調製する。
【0122】
表3A及び3Bにおいて、例2b~例14bの水性ポリウレタン-ビニルポリマー分散体D1から調製された例2c~例14cの水性ポリウレタン-ビニルポリマー分散体D2の調製のための異なる成分を、前記水性ポリウレタン-ビニルポリマー分散体D2の特性とともに示す。表3Aにおいて列挙された成分を、単離することなく表2Aの例2b~例10bにおいて調製された分散体D1に添加した。表3Bにおいて列挙された成分を、単離することなく表2Bの例11b~14bにおいて調製された分散体D1に添加した。
【0123】
表3Cにおいて、比較例1b~比較例3bの水性ポリウレタン-ビニルポリマー分散体D1から調製された比較例1c~比較例3の水性ポリウレタン-ビニルポリマー分散体D2の調製のための異なる成分を、前記水性ポリウレタン-ビニルポリマー分散体D2の特性とともに示す。表3Cにおいて列挙された成分を、単離することなく表2Cの比較例1b~比較例3bにおいて調製された分散体D1に添加した。
【0124】
【表1A-1】
【表1A-2】
【表1A-3】
【表1B-1】
【表1B-2】
【0125】
【表2A-1】
【表2A-2】
【表2B】
【表2C】
【0126】
【0127】
表1A及び1Bにおいて、例2a~8a及び比較例1a~3aは、ペンダント酸塩基を有するポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッドプレポリマーPUSppの調製のための組成物を説明し、
・ポリエステルジオール1(Poh)は、アジピン酸及び化学量論的に過剰の1,6-ヘキサンジオールから調製され、数平均分子量が1,000g/モルであることを特徴とするポリエステルであり、
・ポリエステルジオール2(Poh)は、アジピン酸及び化学量論的に過剰な2,2’-ジメチル-1,3-プロパンジオールから調製され、数平均分子量が1,000g/モルであることを特徴とするポリエステルであり、
・ポリTHF1000(Poh)は、数平均分子量が1,000g/モルであることを特徴とするポリ(テトラメチレンオキシド)であり、
・ポリカーボナートジオール1000(Poh)は、炭酸ジメチル及び化学量論的に過剰の1,6-ヘキサンジオールの反応生成物であり、数平均分子量が1,000g/モルであることを特徴とする。
【0128】
比較例1aにおいて、ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohは、エチレン性不飽和結合を含まない。
【0129】
比較例2aにおいて、ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUoh中のペンダントエチレン性不飽和二重結合の量は、高すぎる(3,322g/equiv.)。
【0130】
比較例3aにおいて、ヒドロキシル官能性ポリウレタンPUohは、末端にあるエチレン性不飽和二重結合のみを含む。
【0131】
(比較例4)
窒素でパージされた反応装置において、数平均分子量が1,000g/モルであり、ヒドロキシル価が112mgKOH/gである1,6-ヘキサンジオールのポリアジペート369g及びジメチロールプロピオン酸79gを130℃に加熱し、混合物を均一溶液が形成されるまでこの温度で維持した。イソホロンジイソシアナート117.9gを、次いで、遊離イソシアナート基がこれ以上検知されないまで攪拌を130℃で継続しながら、30分間測定した。
【0132】
100℃に冷却した後、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール1.05g、1,4-ブチレングリコール15.5g、グリセリンモノメタクリラート17g、及び2-エチルヘキシルアクリラート254gを連続して添加し、混合物を均質化した。さらに80℃に冷却した後、イソホロンジイソシアナート237.7gを15分間添加し、イソシアナート反応性基の完全転化に対応する理論的なNCO含有量が、滴定によって得られ確認されるまで成分を75℃で反応させた。次いで、ジエタノールアミン77.8g及びメチルメタクリラート106gを連続的に添加し、反応混合物を、イソシアナート基がすべて反応するまで撹拌しながら結果として生じる温度で保持した。N,N-ジメチルエタノールアミン42gの添加後、混合物を75℃で15分間均質化した。脱イオン水1350gを、次いで、30分間、65℃で強撹拌しながらプレポリマー溶液に添加した。その後に、BRUGGOLITE(商標)FF6Mの1.9%水溶液102gを65℃で添加し、10分間均質化し、その後、平行冷却によって65℃~75℃の温度を維持しながら、tert-ブチルヒドロペルオキシドの0.5水溶液201.4gを30分間連続添加した。次いで、反応混合物を、重合の完了のために65~75℃の温度でさらに30分間保持した(それによってPUSppを得た)。
その後に、脱イオン水250gを添加した。結果として生じる分散体を60℃に加熱し、そこで、BRUGGOLITE(商標)FF6Mの3.8%水溶液208gを添加し、60℃で10分間均質化した。その後に、メチルメタクリラート450g及び2-エチルヘキシルアクリラート900gを含む予混合モノマーブレンド、及びtert-ブチルヒドロペルオキシドの0.8水溶液505.74gを、外部冷却によって60及び65℃の温度を維持しながら、撹拌して3時間、平行に連続的に添加した。モノマー及びヒドロペルオキシド溶液の平行供給の3時間目に、急激な粘度上昇及び非常に著しい凝塊形成を観察した。最後に、反応生成物の完全凝塊によりモノマー及びヒドロペルオキシド溶液の2.5時間の平行供給後に反応を中止する必要があった。
【0133】
(比較例5)
比較例4を繰り返し、脱イオン水250g及びDOWFAX(商標)2A1(外部界面活性剤)10.21gを比較例4のPUSppに添加した。結果として生じる分散体を60℃に加熱し、そこで、BRUGGOLITE(商標)FF6Mの3.8%水溶液208gを添加し、60℃で10分間均質化した。その後に、メチルメタクリラート450g及び2-エチルヘキシルアクリラート900gを含む予混合モノマーブレンド、及びtert-ブチルヒドロペルオキシドの0.8水溶液505.74gを、外部冷却によって60及び65℃の温度を維持しながら、撹拌して3時間、平行に連続的に添加した。両方の添加を一旦終了すると、反応媒体を65℃に冷却し、30分間この温度で維持した。このように得られた分散体は、次の特性を有していた:固形分:49.8%;pH(10%水溶液):7.5;動的粘度(100s-1、23℃):851mPa.s;Z平均粒度(ISO22412):72nm。
比較例5の水性分散体の合成を問題なく実行し、粘性の上昇及び/又は凝塊形成は、反応全体にわたって観察されず、適用結果は外部界面活性剤の存在により悪かった。
【0134】
適用テストを、自動車産業による車体において使用されるような通常の多層コーティングで塗装された鋼板を使用して行った。次の塗料をそのために調製した。
【0135】
(例15)
CED樹脂
数平均分子量が380g/モルのビスフェノールA系エポキシ樹脂2572g、数平均分子量が550g/モルのポリカプロラクトンジオール440g、ビスフェノールA661g、及びメトキシプロパノール1734gを、樹脂ケトルに連続して充填し、43℃に撹拌しながら加熱した。混合物をさらに30分間撹拌し、次いで41℃に冷却した。この温度で、ジエタノールアミン221g、次いでジメチルアミノプロピルアミン194gを添加し、そのとき、冷却下で温度を最高125℃に上昇させた。125℃で撹拌下でさらに2時間反応を継続した後に、引き出され、メトキシプロパノールで40%の質量分率に希釈された試料の動的粘度を、23℃及び25s-1の剪断速度で測定し、765mPa.sであった。その後、反応物を120℃に冷却した。
【0136】
(例16)
CED硬化剤
個別のステップで、付加物を形成するために、ジエタノールアミン105g及びプロピレンカーボナート102gを120℃で3時間反応させた。MDI687.5gを、樹脂ケトル中に除湿下で投入した。最高40℃で温度を維持しながら、25℃で、ジエチレングリコールモノブチルエーテル445.5gを緩やかな冷却下でゆっくり添加した。-N=C=Oモル質量42.02g/モルとして算出されたイソシアナート基の質量分率は9.9%であった。40℃の温度で、第1のステップで製造された付加物207gを、ジブチル錫ジラウラート0.4gと一緒に添加した。発熱反応により、温度は80℃に上昇し、冷却によって上限として維持した。その温度で3時間撹拌下で反応を継続し、その後、エタノール5g及びメトキシプロパノール61.8gを80℃で添加し、さらに1時間撹拌を継続した。水60gをその後添加し、温度を周囲温度(23℃)に低下させながら混合物を均質化した。
【0137】
(例17)
CED樹脂エマルジョン
例15の樹脂溶液5822gを、反応槽に投入し、撹拌下で120℃に加熱した。メトキシプロパノール1426gを、減圧下でその温度で蒸留した。その後、残留液体を95℃に冷却し、脱イオン水107gを添加し、したがって、温度は80℃に低下した。例16の硬化剤2408gを、その後添加し、混合物を80℃で1時間均質化した。
【0138】
個別のステップで、酸性触媒溶液を、溶質の質量分率が70%のメタンスルホン酸の水溶液298.3g中に酸化ビスマス(III)107gを溶解し、脱イオン水7913gを添加することによって完全溶解後に希釈することによって調製した。その後、樹脂と硬化剤の均質化された混合物を、この触媒溶液に十分な撹拌下で30分以内に添加し、それによって混合物を、40℃の温度と推測した。混合物をこの温度でさらに2時間撹拌し、次いで、脱イオン水2058gの添加によって固体の質量分率37%に希釈した。
【0139】
(例18)
研削樹脂
2-エチルヘキシルアミン258gを、撹拌機、温度計、及び蒸留装置を備え、80℃に加熱した樹脂ケトルに投入した。この温度で、ポリプロピレングリコールから製造されたエポキシ樹脂380g、及びエポキシ基の具体的な含有量が5.26モル/kgのエピクロロヒドリンを、120℃への昇温で1時間均一に添加した。120℃でさらに1時間反応を継続した。次に、2-ブトキシエタノール1175gを添加し、温度は70℃に低下し、そこで、ビスフェノールA系エポキシ樹脂1900g及びエポキシ基の具体的な含有量が2.11モル/kgのエピクロロヒドリンを添加した。混合物を120℃に加熱し、90分間放置して反応させた。このように得られた中間物は、ポリオキシアルキレン単位(-CH(CH3)-CH2-O-)の質量分率が11%、炭素原子が3つを超えるアルキル基の質量分率が9%である。
【0140】
この中間物を温度100℃にし、3-(N,N-ジメチル)-アミノプロピルアミン-1204gを添加し、混合物を100℃で1時間反応させた。2-ブトキシエタノール314gを、その後、ホルムアルデヒドの質量分率が91%のパラホルムアルデヒド66gと一緒に添加した。温度を140℃に上昇させ、反応において形成された水36gを、担体としてメチルイソブチルケトンを使用して共沸蒸留によって蒸留した。水を分離した場合、ケトンを減圧蒸留によって除去し、残留物を2-ブトキシエタノール774gを添加することによって固体の質量分率55%に希釈した。
【0141】
(例19)
顔料ペースト
次の材料を以下の示された順に混合槽に添加した:脱イオン水207.9g、水性酢酸16.9g(水性希釈溶液100g中に酢酸30g)、2-ブトキシエタノール18.7g、例18の研削樹脂溶液268g、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,6-ジオールの2-ブトキシエタノール中50%濃度溶液10.2g(SURFYNOL(商標)104BC、Air Products Nederland B.V.)、炭素ブラック顔料7.3g(PRINTEX(商標)201、Evonik Industries)及び二酸化チタン白色顔料479.2g(KRONOS(商標)RN59、Kronos Titan社)。混合物を、溶解装置中で15分間分散し、次にボールミル中で1時間粉砕した。
【0142】
(例20)
CEDコーティング組成物の調製
CEDコーティング組成物を、次の手法によって、例17のエマルジョン、例19の顔料ペースト、及び水から調製した。
・CED樹脂エマルジョン3392g(例17)、
・脱イオン水5982g、及び
・顔料ペースト626g(例19)。
成分を、撹拌下で示された順に混合し、23℃で30分間均質化した。
【0143】
(例21)
プライマー/サーフェーサーコーティング組成物の調製
使用したプライマーサーフェーサーコーティング組成物21bを、脱イオン水、例21adの水性分散体、及び高度にメトキシメチル化されたメラミン架橋剤の添加によって固体質量分率42%に調整された例21acの縮合生成物からなる混合物21bbの添加によって完成させた灰色顔料ペースト21baから調製した。
【0144】
(例21aa)
酸官能性ポリウレタン
第1の反応で、酸官能性ポリウレタン21aaを、樹脂ケトル中に、ジエチレングリコールジメチルエーテル946g及びメチルイソブチルケトン526gの混合物中にジメチロールプロピオン酸810gを含む混合物を投入し、この混合物を完全溶解まで100℃に加熱することによって調製した。この温度で、トルイレンジイソシアナート(TDI)870g、及びTDIの1モルとエチレングリコールモノ-エチルエーテルの1モルとの反応生成物であるセミキャップされたTDI528gの混合物を、温度を100℃で一定に保ちながら4時間添加した。反応混合物を、全体のイソシアナート基の消費を完了するために、この温度で1時間撹拌した。固体の質量分率は60%であった。この酸官能性ポリウレタン21aaは、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)中の溶液で20℃で測定されて、酸価が140mgKOH/g、スタウディンガー指数が9.3cm3/gであった。セミキャップされたTDIを、付加物の16.5%中のイソシアナート基の最終質量分率が分かった時間の後30℃で2時間以内及び後続反応でさらに2時間、TDI580gへのエチレングリコールモノ-エチルエーテル300gの添加によって別々に調製した。
【0145】
(例21ab)
ヒドロキシル官能性ポリエステル
個別のステップで、ヒドロキシル官能性ポリエステル21abを、樹脂ケトル中で、トリプロピレングリコール190g、ネオペンチルグリコール625g、異性化されたリノール酸140g、イソフタル酸415g、及びトリメリット酸無水物290gを混合し、反応混合物の酸価が4mgKOH/gに減少するまで230℃でエステル化することによって調製した。形成された樹脂の2-n-ブトキシエタノール中50%濃度溶液の流出時間は、20℃でDIN53211によって測定され、165sだった。ヒドロキシル官能性ポリエステル21abのスタウディンガー指数の値は、20℃でN,N-ジメチルホルムアミドにおいて測定され、10.5cm3/gであった。
【0146】
(例21ac)
例21aaの酸官能性ポリウレタン及び例21abのヒドロキシル官能性ポリエステルの縮合生成物21ac
例21aaの酸官能性ポリウレタン300g及び例21abのヒドロキシル官能性ポリエステル700gを、撹拌機、温度計、窒素入口、及び蒸溜装置を備えた反応槽に投入し、155℃に撹拌下で混合、加熱した。凝縮装置において分離された溶媒の定常流を維持するために、溶媒を減圧蒸留によって窒素ブランケット下で除去した。反応の進行を、試料を引き出し、酸価及び粘性について分析することにより監視した。酸価が36mgKOH/g、スタウディンガー指数が16.2cm3/gに達すると、反応を停止し、その後、縮合生成物を周囲温度(23℃)に冷却し、放出した。21acと称するこの縮合生成物を、沈殿又は相分離なしで、ジメチルエタノールアミンでの中和後に水中に十分に希釈することができた。
【0147】
(例21ad)
改質ポリエステル
撹拌機及び還流冷却器を備えた樹脂ケトルに、トリ-プロピレングリコール192g及びネオペンチルグリコール104gを投入し、投入物を110℃に撹拌下で加熱した。トリメリット酸無水物192gをその後添加し、混合物を170℃に2時間以内に加熱した。反応混合物を、酸価が87mgKOH/gとなるまでその温度で保持した。150℃に冷却した後に、α分岐カプリン酸(CARDURA(商標)E10,Momentive Specialty Chemicals社)のグリシジルエステルの市販の混合物40g及びアマニ油脂肪酸14gを添加した。その後、この混合物を1時間以内に180℃に加熱し、酸価が55mgKOH/gに達するまでその温度で保持した。その後、反応混合物を、固体の質量分率の70%へのメトキシプロパノールの添加によって冷却、希釈した。この溶液100gに、ジメチルエタノールアミン7g及び脱イオン水68gを添加し、600min-1で15分間機械的撹拌機で均質化した。固体の質量分率が40%の水性分散体を得た。
【0148】
(例21b)
着色プライマーサーフェーサーコーティング組成物の調製
着色プライマーサーフェーサーコーティング組成物を、次の手法によって調製した:脱イオン水の添加によって42%の固体の質量分率に調整された例21acの縮合生成物21.10gに、脱イオン水3.35g、ルチル型二酸化チタン顔料(Al及びZr化合物、KRONOS(商標)2190、Kronos Titan社)で処理された表面)12.65g、沈降硫酸バリウム顔料(Blabc fixe F、Sachtleben社)12.65g、及びcarbon5black(PRINTEX(商標)U、Evonik Carbon Black社)0.05gを記載した順に投入し、次いで、1200min-1で15分間機械的撹拌機で均質化した。この予備混合物をビーズミルに移し、50℃を超えない温度で摩砕した。45分のミリング時間の後、10μmの必要な粒子サイズを達成し、摩砕を停止し、このように形成された21baと称するペーストをビーズから分離した。
【0149】
混合物21bbを、脱イオン水の添加によって42%の固体の質量分率に調整された例21acの縮合生成物9.00gを投入し、例21adの水性分散体27.20g、メトキシ基対メチレン基対メラミン誘導部分のモル比が5.0モル:5.8モル:1モルの高度にメトキシメチル化されたメラミン架橋剤1.75g(CYMEL(商標)303、Allnex USA社)、及び脱イオン水12gをこの順で添加することによって調製した。
【0150】
この混合物21bbを周囲温度(23℃)でペースト21baに添加し、着色プライマーサーフェーサーコーティング組成物21bを得るために1200min-1で15分間機械的撹拌機で均質化した。このコーティング組成物21bの動的粘度は、300mPa.s(25s-1の剪断速度で測定された)であり、そのpH値は8.0であった。
【0151】
(例22)
ベースコーティング組成物の調製
ベースコートコーティング組成物を、表4の手法によって例1c及び比較例1c、3c、及び5のポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体から調製した。
【表4】
【0152】
ベースコート組成物を次の手法によって調製した:ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体(例1c、比較例1c、比較例3c、及び比較例5)に、メチル化された高イミノメラミン架橋剤(CYMEL(商標)327、allnex社)、ジメチルエタノールアミン(脱イオン水中10%濃度溶液)、及び脱イオン水(パートA)を記載した順に投入し、次いで、900min-1で機械的撹拌機で均質化した。15分の攪拌後、アクリルコポリマー増粘剤の脱イオン水中10%濃度溶液(RHEOVIS(商標)AS1130,BASF社)及びさらなる脱イオン水(パートB)を添加し、900min-1でさらに10分間均質化した。アルミニウムフレークスラリー(パートC)を、アルミニウムフレーク(シリカ封止アルミニウムフレークHYDROLAN(商標)2154,Eckart社)投入し、アニオン性湿潤剤(ADDITOL XL(商標)250,Allnex社)及びブチルグリコールを添加し、600min-1で30分間機械的撹拌機で均質化することによって個別のステップで調製した。その後、均質化パートCを、あらかじめ混合されたパートA及びBに900min1で撹拌しながら添加し、さらに20分間均質化した。最後のステップで、イソブタノール(パートD)を添加し、900min-1でさらに5分間均質化する。
【0153】
記載されるように調製されたベースコートを周囲温度(23℃)で12時間静置する。この静置時間後、pH値を、脱イオン水中のジメチルエタノールアミンの重量当たり10%濃度溶液によって8.3に調整し(固体の質量分率が10%である脱イオン水の添加によって希釈された塗料上で23℃でDIN ISO976によって測定された)、塗料の粘性を、脱イオン水を添加することによって300mPa.sに調整する(23℃でDIN EN ISO3219によって25s-1の剪断速度で測定された)。
【0154】
(例23)
クリアコートコーティング組成物の調製
(例23a)
ヒドロキシル官能性アクリルポリマー
アクリルコポリマーを、次の手法によって製造した:撹拌機、不活性ガス入口、加熱冷却システム、及び添加漏斗を備えた反応装置に、ネオデカン酸のグリシジルエステルを投入し、175℃に加熱した。6時間以内に、モノマー及び開始剤の混合物を連続的に添加し、それは、アクリル酸74.8g、ヒドロキシエチルメタクリラート229.3g、tert-ブチルメタクリラート178.3g、メチルメタクリラート62.7g、スチレン222.4g、ジ-tert-アミルぺルオキシド19.8gからなり、ポリマーを形成した。95%を超える転化が認められる時点まで、反応混合物をさらに2時間撹拌した。コポリマーを、酢酸ブチルの添加によって75%の固体の質量分率に希釈し、溶液を、懸濁物質を除去するために室温に冷却した後に濾過し、固体の質量分率を、その後、さらなる酢酸ブチルの添加によって70%に調整した。
【0155】
(例23b)
クリアコートコーティング組成物の調製
2つの予混合物を次の手法によって調製した:
パートA:
・ヒドロキシ官能性アクリルポリマーの例23aの825g
・酢酸ブチル51g
・キシレン51g
・メトキシの酢酸プロピル51g
・ヒンダードアミン光安定剤(ビス-(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジニル)セバケート及び1-(メチル)-8-(1,2,2,6,6ペンタメチル-4-ピペリジニル)セバケートの混合物、BASF社によるTINUVIN(商標)292として販売)5g
・ベンゾトリアゾールタイプ光安定剤(β-[3-(2-H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-ヒドロキシ-5-tert-ブチルフェニル]プロピオン酸ポリ[エチレングリコール]300-エステル及びビス{β-[3-(2-H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-ヒドロキシ-5-tert-ブチルフェニル]プロピオン酸)}ポリ[エチレングリコール]300-エステルの混合物、TINUVIN(商標)1130として販売,BASF社)15g
・変性シリコーン系レベリング剤(ADDITOL(商標)VXL4930,allnex Austria社)2g
パートB:
・酢酸ブチル中に溶解したHDI三量体322g、溶液の質量分率90%(DESMODUR(商標)N3390BA、イソシアヌラートタイプ、CAS Nr:28182-81-2、Covestro社により販売)
・酢酸ブチル97g
・キシレン40g
・溶媒ナフサ150/180(150~180℃の沸点範囲の芳香族炭化水素の混合物)24g
【0156】
パートAの成分を、上述された順に投入し、23℃で15分間、機械的撹拌機で均質化した(900min-1)。
【0157】
個別のステップで、三量体HDIの溶液及び溶媒を、あらかじめ混合されたパートAに900min-1で撹拌しながら混合添加した。10分の均質化後、クリアコートの粘性を、酢酸ブチルと溶媒ナフサ150/180の60/40の質量比の混合物を添加することによって、130mPa.sに調整する(23℃でDIN EN ISO3219及び25s-1の剪断速度によって測定された)。このすぐ使用できるクリアコートコーティング組成物は、90分以内に適用しなければならない。
【0158】
(例24)
多層コーティングの調製
多層コーティングを、次の手順によって、例20のCEDコーティング組成物、例21bのプライマーサーフェーサーコーティング組成物、例22のベースコート組成物(L1~L4)、及び例23のクリアコートコーティング組成物から調製した。
試験パネルの調製:
4枚の燐酸亜鉛塩処理鋼板パネル(P1~P4)(ChemetallのGARDOBOND(商標)26S 6800OC)を、下記条件下で例20によってCED塗料で塗装した:
・CED槽の温度:30℃
・堆積時間:2分
・電圧:300V
塗装パネルをすべて30分間周囲温度で蒸発させ、次に、180℃で20分間加熱乾燥した。CED層の乾燥膜厚が、全体のパネルについて22μmであった。次のステップで、例21bのプライマーサーフェーサーコーティング組成物を、4枚のパネルすべてに適用し(乾燥膜厚:30μm)、蒸発ステップ(23℃で10分)後、165℃で20分間加熱乾燥した。第3のステップで、4枚のパネルを例22のベースコート組成物(L1~L4)でオーバーコートした。23℃で10分間ベースコート層(10μmの乾燥膜厚)を蒸発させ、次に、80℃で10分間加熱乾燥した。最後に、パネルをすべて、例23のクリアコート組成物でオーバーコートし(50μm乾燥膜厚)、140℃で20分間加熱乾燥した。
【0159】
表5において、パネル調製の詳細な概要を示す。
【表5】
【0160】
パネル1~4(P1、P2、P3、P4)を、DIN EN ISO6270-2による耐湿性試験(一定の湿度の凝縮雰囲気、試験期間240時間)にさらした。240時間後に、パネルの外観をDIN EN ISO4628-2(欠損の量及びサイズ並びに一定の外観変化の強度-パート2:ブリスターの程度の評価の設定)によって評価する前に、パネルを23℃及び相対湿度65%で1時間再生させた。
【0161】
【0162】
表6から明らかなように、比較は、本発明による新規の水性ポリウレタン-ビニルポリマーハイブリッド分散体の使用が、多層コーティングのベースコート層において、著しく改善した耐水性が予想外に不意に起こることを明らかに示す。本発明者らによれば、この予期しない改善した耐水性を従来技術から推測、得ることができない。
【国際調査報告】