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JP5457039B2 - 塗膜の柔軟性と耐性バランスが改良された水系ソフトフィール塗料用硬化性組成物 - Google Patents

塗膜の柔軟性と耐性バランスが改良された水系ソフトフィール塗料用硬化性組成物

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JP5457039B2
JP5457039B2 JP2009003605A JP2009003605A JP5457039B2 JP 5457039 B2 JP5457039 B2 JP 5457039B2 JP 2009003605 A JP2009003605 A JP 2009003605A JP 2009003605 A JP2009003605 A JP 2009003605A JP 5457039 B2 JP5457039 B2 JP 5457039B2
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Asahi Kasei Chemicals Corp
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Description

本発明は、(A)分子中にカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩の部分と、特定の構造式で表されるポリカーボネートジオールの部分と、ポリイソシアネート化合物の部分及びその他共重合可能なポリオールモノマーの部分を特定の質量比で含有し、かつ分子末端がOH基でないポリウレタンの水性分散体と、(B)分子中にカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩の部分と、特定の構造式で表されるポリカーボネートジオールの部分と、ポリイソシアネート化合物の部分及びその他共重合可能なポリオールモノマーの部分を特定の質量比で含有し、かつ分子末端がOH基であるポリウレタンの水性分散体を、(A)と(B)が特定範囲となる重量比でブレンドし、かつ(C)分子中に、少なくとも2個以上のイソシアネート基を含有するポリイソシアネートの水分散型硬化剤を、(B)分子中のOH基と(C)分子中のNCO基のブレンド比率(NCO基/OH基のモル比)が特定範囲内になるように配合してなる水系ソフトフィール塗料用硬化性組成物に関するものである。
従来、ポリウレタン樹脂は、合成皮革、人工皮革、接着剤、家具用塗料、自動車塗料等の幅広い領域で使用されており、イソシアネ−トと反応させるポリオール成分としてポリエーテル系ポリオールやポリエステル系ポリオールが用いられてきた。しかしながら、近年、耐熱性、耐候性、耐磨耗性等の樹脂自体の耐性、そして耐加水分解性、耐油性等、耐酸・アルカリ性、耐薬品性等の化学的耐性への要求が高度化してきており、さらには手触りのソフト感が求められている。樹脂の強度や化学的耐性を解決するための通常の手段として、ポリマー鎖への架橋構造の導入が一般的である。
この手段として、三官能モノマー部分をポリマー主鎖に導入する方法や、下記特許文献1及び2に記載されている方法が考えられるが、これらの手段によると、塗料の塗膜が硬くなってしまうため、耐性に関するハイレベルの要求と手触りのソフト感を両立させるには不十分であった。
また、ポリオール自体の性能を向上させ、手触りのソフト感と両立させるために、2種類以上のジオールモノマーが共重合されたタイプのポリカーボネートポリオールが用いられるようになったが、ソフト感を維持しつつ、さらなる耐性改良の要求があり、ソフト感と塗膜耐性の性能バランス向上が望まれていた。
特開2008−303284 特開2008−303285
本発明は、塗膜の柔軟性、すなわち手触りのソフト感を損なうことなく、耐酸性、耐アルカリ性、耐アルコール性等の化学的耐性、さらには耐磨耗性にも優れる塗膜形成を可能にする水系の塗料用硬化性組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、
(A)分子中にカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩の部分と、特定の構造式で表されるポリカーボネートジオールの部分と、ポリイソシアネート化合物の部分及びその他共重合可能なポリオールモノマーの部分を特定の質量比で含有し、かつ分子末端がOH基でないポリウレタンの水性分散体と、(B)分子中にカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩の部分と、特定の構造式で表されるポリカーボネートジオールの部分と、ポリイソシアネート化合物の部分及びその他共重合可能なポリオールモノマーの部分を特定の質量比で含有し、かつ分子末端がOH基であるポリウレタンの水性分散体を、(A)と(B)が特定範囲となる重量比でブレンドし、かつ(C)分子中に、少なくとも2個以上のイソシアネート基を含有するポリイソシアネートの水分散型硬化剤を、(B)分子中のOH基と(C)分子中のNCO基のブレンド比率(NCO基/OH基のモル比)が特定範囲内になるように配合することにより、所期目的を達成しうることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、
(1)次の(A)、(B)及び(C)を必須成分として含有し、(A)/(B)=0.2〜5(但し、不揮発分の質量比)、かつ(B)分子が含有するOH基と(C)分子が含有するNCO基の比がNCO/OH=2.5〜0.9(但し、官能基のモル比)であることを特徴とする水系塗料用硬化性組成物:
(A)分子中にカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩の部分を有し、かつポリカーボネート骨格を有し、かつ分子末端基が水酸基ではないポリウレタンの、水性分散体であって、水に乳化分散する前の、NCO末端基含有ウレタンプレポリマーに共重合されるカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩のモノマー部分の含有量が1質量%〜25質量%、ポリカーボネートジオールの部分の含有量が5質量%〜94質量%、ポリイソシアネート化合物モノマーの部分の含有量が5質量%〜94質量%、その他共重合可能なモノマーの部分の含有量が0質量%〜10質量%である、上記ポリウレタンの水性分散体、
(B)分子中にカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩の部分を有し、かつポリカーボネート骨格を有し、かつ分子末端基が水酸基であるポリウレタンの、水性分散体であって、水に乳化分散する前の、OH末端基含有ウレタンポリマーに共重合されるカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩のモノマーの部分の含有量が0.5質量%〜25質量%、ポリカーボネートジオールの部分の含有量が20質量%〜99質量%、ポリイソシアネート化合物モノマーの部分の含有量が0.5質量%〜79.5質量%、その他共重合可能なモノマーの部分の含有量が0質量%〜10質量%である、上記ポリウレタンの水性分散体、
(C)分子中に少なくとも2個以上イソシアネート基を含有するポリイソシアナート化合物の水分散型硬化剤。
(2)(1)記載の(A)及び(B)の各々に用いられる前記ポリカーボネートジオールの構造が、下記式(1)〜(4)から選ばれる2種類以上の繰り返し単位を含み、数平均分子量が500〜4000、末端基が水酸基である、(1)記載の水系塗料用硬化性組成物。
Figure 0005457039
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(3)前記ポリカーボネートジオールが、下記(a)、(b)及び(c)から選ばれた1種類以上の脂肪族ポリカーボネートジオールであり、これら用いられるポリカーボネートジオール(a)、(b)及び(c)の構造が、下記式(5)〜(8)から選ばれる2種類の繰り返し単位からなり、かつ該2種類の選ばれた繰返し単位のモル比が以下に記載された範囲であり、かつ末端基が水酸基である、(1)又は(2)記載の水系塗料用硬化性組成物:
(a)選ばれる2種類の繰り返し単位が(式5)と(式6)で表され、(式5のモル数)/(式6のモル数)=80/20〜30/70であり、かつ末端基が水酸基である脂肪族ポリカーボネートジオール、
(b)選ばれる2種類の繰り返し単位が(式6)と(式8)で表され、(式6のモル数)/(式8のモル数)=95/5〜30/70であり、かつ末端基が水酸基である脂肪族ポリカーボネートジオール、
(c)選ばれる2種類の繰り返し単位が(式7)と(式8)で表され、(式7のモル数)/(式8のモル数)=80/20〜30/70であり、かつ末端基が水酸基である脂肪族ポリカーボネートジオール。
Figure 0005457039
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本発明によれば、塗膜の耐スクラッチ性、耐磨耗性等の塗膜の物理的強度と、耐酸性、耐アルカリ性、耐アルコール性等の塗膜の化学的耐性の物性バランスに優れ、かつ手触り感覚がソフトな塗膜が形成を可能にする水系ソフトフィール塗料用硬化性組成物を提供することができる。
以下、本発明について詳述する。
本発明の(A)と(B)のポリウレタン水性分散体に用いる、ポリイソシアナート化合物モノマーは、1分子中に2個以上のイソシアナート基を有するモノマーである。その具体例としては、ジフェニルメタンジイソシアナート、シクロヘキサンジイソシアナート、トリレンジイソシアナート(TDI)、ヘキサメチレンジイソシアナート、トリメチルヘキサンジイソシアナート,1,5−ナフタレンジイソシアナート、キシリレンジイソシアナート、2,6−ジイソシアナートメチルカプロエート、イソホロンジイソシアナート(IPDI)、メチルシクロヘキサン−2,4(又は2,6)−ジイソシアナート、4,4′−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアナート)、ドデカンジイソシアナート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアナートなどの芳香族、脂肪族、脂環族系イソシアナート、あるいは
これらのイソシアナートの単独又は混合物から誘導されるイソシアヌレート型ポリイソシアナート、ビュレット型イソシアナート及びこれらジイソシアナートとエチレングリコール、ポリエーテルポリオール(ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等)、カプロラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオールやイソシアナート基と反応する官能基を有する低分子量のポリエステル樹脂(油変性タイプを含む)やアクリル系共重合体などとのランダム型付加物、あるいは、
2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートとヘキサメチレンジイソシアナート等モル付加物、イソシアナートエチル(メタ)クリレートなどのイソシアナート基と共重合性不飽和基を有するビニル系モノマーを必須成分としたイソシアナート基を有する共重合体等が挙げられる。
特に耐候性の点から、ヘキサメチレンジイソシアナート(HDI)、イソホロンジイソシアナート(IPDI)、ドデカンジイソシアナート、シクロヘキサンジイソシアナート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアナートなどの脂肪族及び/又は脂環族ジイソシアナート、及びこれらから誘導されたポリイソシアナート類が望ましい。
更には、これらのポリイソシアナートを、例えば、ブタノール、2−エチルヘキサノール等の低級アルコール、メチルエチルケトンオキシム、ラクタム類、フェノール類、イミダゾール類、活性メチレン化合物など公知のブロック剤でブロックした、いわゆるブロックドイソシアナートを用いることができる。これらのポリイソシアナート化合物は、スミジュール44S、44V70(いずれも住化バイエルウレタン製)、TDIとHDIのコポリマーであるディスモジュールHL(住化バイエルウレタン製)、旭化成ケミカルズ製の各種デュラネート、すなわちデュラネート24A−100、デュラネート22A−75PX、デュラネート18H−70B、デュラネート21S−75E、デュラネートTHA−100、デュラネートTPA−100、デュラネートMFA−75X、デュラネートTSA−100、デュラネートTSS−100、デュラネートTSE−100、デュラネートD−101、デュラネートD−201、デュラネートP−301−75E、デュラネートE−402−90T、デュラネートE−402−90T、デュラネートE−405−80T、デュラネートME20−100、デュラネート17B−60PX、デュラネートTPA−B80X、デュラネートMF−B60X、デュラネートE−402−B80T、デュラネートME20−B80S、デュラネートWB40−100、デュラネートWB40−80D、デュラネートWT20−100、デュラネートWT30−100、デュラネートMHG−80B等として入手可能である。
次に、本発明の水系ポリウレタン分散体の製造に用いるポリカーボネートジオールは、Schell著、P olmer Review 第9巻、第9〜20ページ(1964年)に記載された種々の方法により2種類以上のジオールモノマーから合成される共重合ポリカーボネートジオールである。
本発明に用いるポリカーボネートジオールは、ジオールモノマーとしては、エチレングリコール、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−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、2,3−ブタンジオール、1,5−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等から選ばれる2種類以上の繰り返し単位からなり、末端基が水酸基であることを特徴とする脂肪族ポリカーボネートジオールである。
しかしながら、本発明者等は、各種ポリカーボネートジオールを本用途において検討した結果、特定の構造のカーボネートジオールを用いることにより、磨耗性等の物理的強度と化学的耐性及び塗膜ソフト感のバランスに優れた塗料が得られることを見出した。
すなわち、好ましくは、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ヘキサンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールから選ばれる2種類以上の繰り返し単位からなる繰り返し単位からなり、末端基が水酸基であることを特徴とする脂肪族ポリカーボネートジオールである。
さらに好ましくは、選ばれる2種類の繰り返し単位が、2−メチル−1,3−プロパンジオールと1,4−ブタンジオールであり、(2−メチル−1,3−プロパンジオールのモル数)/(1,4−ブタンジオールのモル数)=80/20〜30/70であり、かつ末端基が水酸基である脂肪族ポリカーボネートジオールであるか、又は、選ばれる2種類の繰り返し単位が1,4−ブタンジオールと1,6−ヘキサンジオールであり、(1,4−ブタンジオールのモル数)/(1,6−ヘキサンジオールのモル数)=95/5〜30/70であり、かつ末端基が水酸基である脂肪族ポリカーボネートジオールであるか、又は、選ばれる2種類の繰り返し単位が1,5−ヘキサンジオールと1,6−ヘキサンジオールであり、(1,5−ヘキサンジオールのモル数)/(1,6−ヘキサンジオール式16のモル数)=80/20〜30/70であり、かつ末端基が水酸基である脂肪族ポリカーボネートジオールである。
ポリカーボネートジオールを構成する繰り返し単位である2−メチル−1,3−プロパンジオールと1,4−ブタンジオールの割合が、(2−メチル−1,3−プロパンジオールのモル数)/(1,4−ブタンジオールのモル数)=80/20(モル比)以下であれば、得られる塗膜の柔軟性が損なわれることがなく好ましい。また、ポリカーボネートジオールを構成する繰り返し単位である2−メチル−1,3−プロパンジオールと1,4−ブタンジオールの割合が、(2−メチル−1,3−プロパンジオールのモル数)/(1,4−ブタンジオールのモル数)=30/70(モル比)以上であれば、得られる塗膜の柔軟性が損なわれることがなく、耐油性、耐磨耗性も悪化することもないので好ましい。より好ましい、ポリカーボネートジオールを構成する2−メチル−1,3−プロパンジオールと1,4−ブタンジオールの割合は、(2−メチル−1,3−プロパンジオールのモル数)/(1,4−ブタンジオールのモル数)=75/25〜35/65(モル比)、さらに好ましくは、(2−メチル−1,3−プロパンジオールのモル数)/(1,4−ブタンジオールのモル数)=70/30〜40/60(モル比)である。
さらに、ポリカーボネートジオールを構成する繰り返し単位である1,4−ブタンジオールと1,6−ヘキサンジオールの割合が、(1,4−ブタンジオールのモル数)/(1,6−ヘキサンジオールのモル数)=95/5(モル比)以下であれば、得られる塗膜の柔軟性が損なわれることがなく好ましい。また、ポリカーボネートジオールを構成する繰り返し単位である1,4−ブタンジオールと1,6−ヘキサンジオールの割合が、(1,4−ブタンジオールのモル数)/(1,6−ヘキサンジオールのモル数)=30/70(モル比)以上であれば、得られる塗膜の柔軟性が損なわれることがなく、耐油性、耐磨耗性も悪化することもないので好ましい。より好ましい、ポリカーボネートジオールを構成する1,4−ブタンジオールと1,6−ヘキサンジオールの割合は、(1,4−ブタンジオールのモル数)/(1,6−ヘキサンジオーのモル数)=94/6〜35/65(モル比)、さらに好ましくは、(1,4−ブタンジオールのモル数)/(1,6−ヘキサンジオーのモル数)=93/7〜40/60(モル比)である。
さらに、ポリカーボネートジオールを構成する繰り返し単位である1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールの割合が、(1,5−ペンタンジオールのモル数)/(1,6−ヘキサンジオールのモル数)=80/20(モル比)以下であれば、得られる塗膜の柔軟性が損なわれることがなく好ましい。また、ポリカーボネートジオールを構成する繰り返し単位である1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールの割合が、(1,5−ペンタンジオールのモル数)/(1,6−ヘキサンジオールのモル数)=30/70(モル比)以上であれば、得られる塗膜の柔軟性が損なわれることがなく、耐油性、耐磨耗性も悪化することもないので好ましい。より好ましい、ポリカーボネートジオールを構成する1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールの割合は、(1,5−ペンタンジオールのモル数)/(1,6−ヘキサンジオールのモル数)=75/25〜35/65(モル比)、さらに好ましくは、(1,5−ペンタンジオールのモル数)/(1,6−ヘキサンジオールのモル数)=70/30〜40/60(モル比)である。
本発明における、ポリカーネートジオールの数平均分子量は好ましくは500〜4000、より好ましくは600〜3000、さらに好ましくは数平均分子量700〜2500である。数平均分子量が500以上であれば、塗膜の柔軟性が低下することがない。また、数平均分子量が4000以下であれば、水に分散する前のプレポリマー粘度が高くなったりハンドリング上の問題が生じることがなく、形成される塗膜のソフト感、耐性ともに十分であるので好ましい。
本発明に用いられるポリカーボネートジオールのポリマー末端基は、実質的にすべてヒドロキシル基であることが望ましい。
該ポリカーボネートジオールは、必要に応じて1分子に3個以上のヒドロキシル基を持つ化合物、例えば、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール等をゲル化しない範囲で共重合することにより、一分子中の平均水酸基数が2より大きくなるようにした多官能化したポリカーボネートとして用いることも可能である。多官能化したポリカーボネートの平均水酸基数が高すぎた場合、耐性向上効果は認められるが、得られる塗膜が硬くなる可能性があるので好ましくない。
本発明で用いるポリカーボネートジオールは、その特徴を阻害しない範囲で、その他の低分子量ジオールを共重合成分として含有することができる。具体的に使用できるその他のジオールとしては、エチレングリコール、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、1,5−ペンタンジオール、2−メチル−1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、2,3−ブタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカジオール、1,12−ドデカンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられるが、それらジオールの割合は、全モノマージオールに占める割合として、40質量%未満、好ましくは20質量%未満、さらに好ましくは10質量%未満である。
本発明に用いるカルボキシル基及び/又はスルホン基含有ポリオール若しくはその塩は、高分子主鎖の末端基がOH基である水系ポリウレタンを水中に自己乳化させること及び水系ポリウレタン分散体の分散安定性を付与することを目的として、カルボキシレート基又はスルホネート基導入のために使用される成分である。カルボキシル基含有ポリオールとしては、例えば2,2−ジメチロールプロピオン酸(DMPA)、2,2−ジメチロールブタン酸(DMBA)、2,2−ジメチロールヘプタン酸、2,2−ジメチロールオクタン酸などが挙げられる。また、スルホン基含有ポリオールとしては、例えば、スルホン酸ジオール{3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸}及びスルファミン酸ジオール{N,N−ビス−(2−ヒドロキシルキル)スルファミン酸}及びそのアルキレンオキシド付加物等が挙げられる。これらのカルボキシル基及び/又はスルホン基含有ポリオールの塩としては、例えば、アンモニウム塩、アミン塩[炭素数1〜12の1級アミン(1級モノアミン、例えばメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン及びオクチルアミン)塩、2級モノアミン(ジメチルアミン、ジエチルアミン及びジブチルアミン)塩、3級モノアミン(トリメチルアミン、トリエチルアミントリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン及びN,N−ジメチルエタノールアミン等の脂肪族3級モノアミン;N−メチルピペリジン及びN−メチルモルホリン等の複素環式3級モノアミン;ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン;及びN−ジメチルアニリン等の芳香環含有3級モノアミン)塩]、アルカリ金属(ナトリウム、カリウム及びリチウムカチオン)塩、ならびにこれらの2種以上の併用が挙げられる。
該カルボキシル塩及び/又はスルホン酸塩のうち好ましいものは、アミン塩、さらに好ましいものは脂肪族3級モノアミン塩であり、特に好ましいものはトリエチルアミン塩である。
該カルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオールが塩ではなく、カルボキシル基及び/又はスルホン基含有ポリオールの場合は、中和剤を使用してカルボキシル基及び/又はスルホン基を中和してカルボキシレート基及び/又はスルホネート基とすることができる。
中和剤としては、前記の対イオンとして挙げたカチオンを形成するアルカリ性化合物が挙げられる。例えば、アンモニア、アミン[炭素数1〜12の1級アミン(1級モノアミン、例えばメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン及びオクチルアミン)、2級モノアミン(ジメチルアミン、ジエチルアミン及びジブチルアミン)、3級モノアミン(トリメチルアミン、トリエチルアミントリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン及びN,N−ジメチルエタノールアミン等の脂肪族3級モノアミン;N−メチルピペリジン及びN−メチルモルホリン等の複素環式3級モノアミン;ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン;及びN−ジメチルアニリン等の芳香環含有3級モノアミン)]、アルカリ金属(ナトリウム、カリウム及びリチウムカチオン)、アルカリ金属水酸化物、ならびにこれらの2種以上の併用が挙げられる。
これらのうち好ましいものはアミン、さらに好ましいものは脂肪族3級モノアミンであり、特に好ましいものはトリエチルアミンである。
カルボキシル基及び/又はスルホン基含有ポリオールの使用量は、ポリウレタン樹脂の重量に対してカルボキシル基及び/又はスルホン基が1質量%〜25質量%の量で含有されるのが好ましい。さらに好ましくは1.2〜20質量%である。カルボキシル基及び/又はスルホン基が1質量%以上であれば、十分なエマルジョン安定性が得られ、好ましい。また、25質量%以下であれば、得られる皮膜の耐水性が十分である。
本発明に用いる、その他共重合可能なモノマーとしては、1分子に2個以上のヒドロキシル基を有する化合物、例えば、エチレングリコール、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、1,5−ペンタンジオール、2−メチル−1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、2,3−ブタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカジオール、1,12−ドデカンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等のジオール類の他、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、グリセリン等が挙げられる。
中でも、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、グリセリン等をゲル化しない範囲で共重合することにより、分岐構造を有するウレタンにすることが可能である、さらに、高分子主鎖の末端基がOH基であるポリウレタンの製造時に、2官能ポリカーボネートジオールに加えてトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、グリセリン等の3官能ポリオールモノマーを共重合することにより、1分子中の平均OH基数が2以上である高分子主鎖の末端基がOH基であるポリウレタンとすることが可能である。
本発明では、当然のことながら、耐水性等の物性を損なわない添加量レベルで、適当な界面活性剤、例えば高級脂肪酸、樹脂酸、酸性脂肪アルコール、硫酸エステル、スルホン酸高級アルキル、スルホン酸アルキルアリール、スルホン化ひまし油、スルホコハク酸エステル等に代表されるアニオン性界面活性剤あるいはエチレンオキシドと長鎖脂肪アルコール又はフェノール類との公知の反応生成物に代表されるノニオン性界面活性剤等を併用して乳化安定性を保持してもよい。これらのうち好ましい界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤である。
また、ウレタン化反応においては反応を促進させるため、必要に応じて通常のウレタン反応に使用される触媒を使用してもよい。触媒としては、アミン触媒、例えばトリエチルアミン、N−エチルモルホリン、トリエチレンジアミンなど;錫系触媒、例えばジブチル錫ジラウリレート、ジオクチル錫ジラウリレート及びオクチル酸錫;チタン系触媒、例えばテトラブチルチタネート等が挙げられる。
本発明による高分子主鎖の末端基がOH基でない水系ポリウレタン分散体の製造方法は、例えば、以下のような方法により得られる。分子内に活性水素含有基を含まない有機溶剤(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド等)の存在下又は非存在下で、1分子中にイソシアネート基を2つ以上含有する有機ポリイソシアネートと特定構造を有するポリカーボネートジオール及びカルボキシル基及び/又はスルホン基含有ポリオール若しくはその塩とを、高分子主鎖の末端基がNCO基になるようにNCO基/OH基比(モル比)を決定し、ワンショット法又は多段法により反応させて、ポリウレタンプレポリマーを合成する。必要であれば、合成時に、錫系触媒、チタン系触媒等を添加してもよい。
該ポリウレタンプレポリマーを必要に応じて中和剤で中和した後、得られた該反応液を強攪拌しているところに水を滴下する。水の滴下終了後引き続いてジアミン、ジオール等の鎖伸張剤を滴下して高分子量化し、溶媒を除去することにより水性ポリウレタン分散体が得られる。また、得られた該プレポリマー溶液を、強攪拌している水の中に添加し、引続いて鎖伸張剤を滴下後、溶媒を除去して水系ポリウレタン分散体を得ることも可能である。
ウレタンの水への分散工程においては、分子末端のNCO基をブロック化剤で保護したのちに水に分散することも可能である。また、水への分散安定性を向上させるために、必要に応じて界面活性剤を使用してもよい。
なお、中和剤によるカルボキシル基及び/又はスルホン基の中和は、カルボキシル基及び/又はスルホン基含有ポリオールモノマーを中和後プレポリマー合成に使用してもよい。また、ポリウレタンの水への分散方法は、最終的に得られる水系ポリウレタン分散体の粒径と粒径分布を制御しやすいように、適宜選択すればよい。
本発明による高分子主鎖の末端基がOH基である水系ポリウレタン分散体の製造方法は、例えば、以下のような方法により得られる。分子内に活性水素含有基を含まない有機溶剤(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド等)の存在下又は非存在下で、1分子中にイソシアネート基を2つ以上含有する有機ポリイソシアネート(a)と特定構造を有するポリカーボネートジオール(b)及びカルボキシル基及び/又はスルホン基含有ポリオール若しくはその塩(c)とを、高分子主鎖の末端基がOH基になるようにNCO基/OH基比(モル比)を決定し、ワンショット法又は多段法により反応させて、高分子主鎖の末端基がOH基であるポリウレタンを合成する。必要であれば、合成時に、錫系触媒、チタン系触媒等を添加してもよい。
該ポリウレタンは、必要に応じて中和剤で中和した後、得られた該反応液を強攪拌しているところに水を滴下する、滴下終了後引き続いて溶媒を除去することによりOH基末端水性ポリウレタン分散体が得られる。また、得られた該ポリウレタン溶液を、強攪拌している水の中に添加し、溶媒を除去して高分子主鎖の末端基がOH基である水系ポリウレタン分散体を得ることも可能である。
このウレタンの水への分散工程においては、分散安定性を向上させるために、必要に応じて界面活性剤を使用してもよい。
なお、中和剤によるカルボキシル基及び/又はスルホン基の中和は、カルボキシル基及び/又はスルホン基含有ポリオールモノマーを中和した後に、ポリマー合成に使用してもよい。また、高分子主査の末端基がOH基であるポリウレタンの水への分散方法は、最終的に得られる水系ポリウレタン分散体の粒径と粒径分布を制御しやすいように、適宜選択すればよい。
また、ウレタン化反応においては反応を促進させるため、必要に応じて通常のウレタン反応に使用される触媒を使用してもよい。触媒としては、アミン触媒、例えばトリエチルアミン、N−エチルモルホリン、トリエチレンジアミンなど;錫系触媒、例えばジブチル錫ジラウリレート、ジオクチル錫ジラウリレート及びオクチル酸錫;チタン系触媒、例えばテトラブチルチタネート等が挙げられる。
本発明の高分子主鎖の末端基がOH基であるポリウレタンの数平均分子量は800〜50000が好ましい。数平均分子量が800以上であれば、エマルジョンの安定性が損なわれることがない。また、数平均分子量が50000以下であれば、水系硬化剤との硬化反応速度が遅くなることもない。
本発明に用いる、NCO基のブロック化剤としては、
オキシム系:例えばホルムアルデヒドオキシム、アセトアルデヒドオキシム、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。
活性メチレン系:マロン酸ジエステル(マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジn−ブチル、マロン酸ジ2−エチルヘキシル、マロン酸メチルn−ブチル、マロン酸エチルn−ブチル、マロン酸メチルsec−ブチル、マロン酸エチルsec−ブチル、マロン酸メチルt−ブチル、マロン酸エチルt−ブチル、メチルマロン酸ジエチル、マロン酸ジベンジル、マロン酸ジフェニル、マロン酸ベンジルエチル、マロン酸エチルフェニル、マロン酸t−ブチルフェニル、イソプロピリデンマロネート等)、アセト酢酸エステル(アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸n−プロピル、アセト酢酸イソプロピル、アセト酢酸n−ブチル、アセト酢酸n−プロピル、アセト酢酸イソプロピル、アセト酢酸n−ブチル、アセト酢酸t−ブチル、アセト酢酸ベンジル、アセト酢酸フェニル等)。
フェノール系:フェノール、クレゾール、エチルフェノール、ブチルフェノール等。
メルカプタン系:ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン等。
酸アミド系:アセトアニリド、酢酸アミド、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム等。
酸イミド系:コハク酸イミド、マレイン酸イミド等。
イミダゾール系:イミダゾール、2−メチルイミダゾール等。
尿素系:尿素、チオ尿素、エチレン尿素等。
アミン系:ジフェニルアミン、アニリン、カルバゾール等。
イミン系:エチレンイミン、ポリエチレンイミン等。
重亜硫酸塩系:重亜硫酸ソーダ等。
ピラゾール系:ピラゾール、3−メチルピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール等。
トリアゾール系:1,2,4−トリアゾール等。
が挙げられるが、上記のうち、オキシム系、活性メチレン系、ピラゾール系が好ましく、具体的な好ましい例としては、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム、マロン酸ジエステル、アセト酢酸エステル、ピラゾール等が挙げられる。特に、低温硬化性の点からは、マロン酸ジエステル、アセト酢酸エステル、ピラゾール混合系が好ましく、より好ましくは、マロン酸ジエステル、アセト酢酸混合系、更に好ましくはマロン酸ジエステルが好ましい。マロン酸ジエステルの中では、工業的入手の容易さ等からマロン酸ジエチルが好ましい。
本発明における、分子末端基がOH基でないポリウレタン水性分散体(A)と分子末端基がOH基であるポリウレタン水性分散体(B)の配合比は、(A)/(B)=0.2〜5(但し、不揮発分の質量比)が好ましい。さらに好ましくは、(A)/(B)=0.3〜3である。(A)/(B)の比が0.2以上であれば、塗膜のソフト感が損なわれることがない。また、(A)/(B)の比が5以下であれば、耐性が十分である。
ポリウレタン水性分散体(B)とポリイソシアナートの水分散型硬化剤(C)との配合比は、塗膜性能の点から、ポリウレタン水性分散体(B)分子に含有するOH基と、ポリイソシアナートの水分散型硬化剤(C)分子に含有するNCO基の比が、NCO/OH=2.5〜0.9(但し、官能基のモル比)であることが好ましい。さらに好ましくは、
NCO/OH=2.2〜1.2である。NCO/OHが2.5以下であれば、耐熱性等に問題が出る可能性がない。また、NCO/OHが0.9以上であれば、硬化反応が十分に進行し、塗膜強度や耐性が損なわれる可能性がない。
本発明における分子末端基がOH基でないポリウレタン水性分散体(A)と分子末端基がOH基であるポリウレタン水性分散体(B)に使用されるポリカーボネートジオールは、同一のものを使用しても、異なるものを使用してもよい。
本発明で用いる(C)成分は、分子中に、少なくとも2個以上イソシアネート基を含有するポリイソシアナート化合物の水分散型硬化剤である。
本発明で用いるポリイソシアネート化合物は、該ポリイソシアネート化合物をこのままで或いはノニオン性及び/又はイオン性界面活性剤と共に使用することもできるが、水分散性の観点からは、ノニオン性及び/又はイオン性の界面活性剤など親水基により変性処理された水分散性ポリイソシアネート化合物が好適である。かかる水分散性ポリイソシアネート化合物としては、従来公知の手法により親水基を導入してなるものであれば特に制限なく使用でき、例えばアルコキシポリアルキレングリコールとポリイソシアネート化合物との反応生成物や、ノニオン性基及びイソシアネート反応性基(水酸基等)を含有するビニル系重合体とポリイソシアネート化合物との反応生成物、ジアルカノールアミンとを反応させることにより得られる乳化剤と、ポリイソシアネート化合物とポリイソシアネート化合物との反応生成物などを挙げることができる。これらの中でもアルコキシポリアルキレングリコールとポリイソシアネート化合物との反応生成物は、水分散性が優れるため特に好ましい。
本発明で水分散型硬化剤に用いられるポリイソシアネート化合物としては、例えば1,4−ジイソシアネートブタン、エチル(2,6−ジイソシアネート)ヘキサン、1,6−ジイソシアネートヘキサン、1,9−ジイソシアネートノナン、1,12−ジイソシアネートドデカン、2,2,4−又は2,4,4−トリメチル−1,6−ジイソシアネートヘキサン等の脂肪族ジイソシアネート;1,3,6−トリイソシアネートヘキサン、1,8−ジイソシアネート−4−イソシアネートメチルオクタン、2−イソシアネートエチル−2,6−ジイソシアネートヘキサン等の脂肪族トリイソシアネート;1,3−又は1,4−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、1,3−又は1,4−ジイソシアネートシクロヘキサン、3,5,5−トリメチル−1−イソシアネート−3−(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、4,4’−ジイソシアネートジシクロヘキシルメタン、2,5−又は2,6−ジイソシアネートメチルノルボルナン等の脂環式ジイソシアネート;2,5−又は2,6−ビス(イソシアネートメチル)−2−イソシアネートプロピルノルボルナン等の脂環式トリイソシアネート;1,3−ジイソシアネートキシリレン(1,3−ビス(イソシアネートメチル)ベンゼン)、1,3−ビス(イソシアネートメチル)−2,4,5,6−テトラメチルベンゼン等のアラルキレンジイソシアネート;1,4−又は1,3−ジイソシアネートベンゼン、1,3−又は1,4−ジイソシアネート−2−メチルベンゼン、ビス(イソシアネートフェニル)メタン、1,5−ジイソシアネートナフタレン、4,4−ジイソシアネートフェニル、4,4’−ジイソシアネート−3,3’−ジメチルジフェニル、3−メチル−4,4’−ジイソシアネートジフェニルメタン、4,4’−ジイソシアネートジフェニルエーテル等の芳香族ジイソシアネート;トリス(イソシアネートフェニル)メタン、トリス(イソシアネートフェニル)チオフォスフェート等の芳香族トリイソシアネート;さらには上記ジイソシアネートあるいはトリイソシアネートのイソシアネート基どうしを環化二量化して得られるウレトジオン構造を有するジイソシアネートあるいはポリイソシアネート;上記ジイソシアネートあるいはトリイソシアネートのイソシアネート基どうしを環化三量化して得られるイソシアヌレート構造を有するポリイソシアネート;上記ジイソシアネートあるいはトリイソシアネートのイソシアネート基を水と反応させることにより得られるビュレット構造を有するポリイソシアネート;上記ジイソシアネートあるいはトリイソシアネートのイソシアネート基を二酸化炭素と反応せしめて得られるオキサダイアジントリオン構造を有するポリイソシアネート;上記ジイソシアネートあるいはトリイソシアネートを、ポリヒドロキシ化合物、ポリカルボキシ化合物、ポリアミン化合物のごとき活性水素を含有する化合物と反応させて得られるポリイソシアネート等
が挙げられ、これらは1種又は2種以上混合して使用できる。
本発明のポリイソシアネート化合物に導入される親水基としては、例えばポリメチレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノエチルエーテル、ポリエチレングリコールモノプロピルエーテル、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ポリエチレングリコールフェニルエーテル、ポリエチレングリコールアルキルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールフェニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールスチリルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールナフチルエーテル、ポリオキシエチレン−オキシプロピレン(ランダム及び/又はブロック)グリコールモノメチルエーテル、ポリオキシエチレン−オキシテトラメチレンランダム及び/又はブロック)グリコールポリブチレングリコールモノメチルエーテル等を挙げることができる。これらアルコキシポリアルキレングリコールとしては、好ましくは分子量が100〜5000、より好ましくは300〜2000の範囲を有するものが好適に使用できる。
該ポリイソシアナート化合物の水分散型硬化剤の具体例としては、DesmodurシリーズのDA−L、DN、XP2410、XP2565、XP2671(バイエル製)、Bayhydurシリーズの304、305、3100、XP2655、401−70、5140、BLXP2669,BLXP2706,VPLS2150BA、VPLS2240、VPLS2306、VPLS2310,XP2451,XP2487/1,XP2547、XP2655,XP2700等、また、旭化成ケミカルズ製の各種デュラネート(登録商標)、すなわちデュラネートWB40−100、デュラネートWB40−80D、デュラネートWT20−100、デュラネートWT30−100等として入手可能である。
該ポリイソシアネート化合物の水分散型硬化剤の中では、脂肪族系又は脂環式のジイソシアネート又はトリイソシアネート、アラルキレンジイソシアネートあるいは、それらから誘導されるポリイソシアネートは、耐候性やポットライフの面で好ましい。さらに該ポリイソシアネート化合物としては、分子内にビュレット、イソシアヌレート、ウレタン、ウレトジオン、アロファネート等の構造を有するものが好ましい。ビュレット構造を有するものは接着性に優れており、イソシアヌレート構造を有するものは耐候性に優れており、長い側鎖を有するアルコール化合物を用いたウレタン構造を有するものは弾性及び伸展性に優れており、ウレトジオン構造又はアロファネート構造を有するものは低粘度であるという特徴を有している。
本発明の水系塗料用硬化性組成物には、各種用途に応じて、硬化促進剤(触媒)、充填剤、難燃剤、染料、有機又は無機顔料、離型剤、流動性調整剤、可塑剤、抗酸化剤、紫外線吸収剤、光安定剤、消泡剤、レベリング剤、着色剤、溶剤等を添加することができる。
硬化促進剤としては、例えば、モノアミンであるトリエチルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、ジアミンである、テトラメチルエチレンジアミン、その他トリアミン、環状アミン、ジメチルエタノールアミンのようなアルコールアミン、エーテルアミン等が挙げられる。金属触媒としては、例えば、酢酸カリウム、2−エチルヘキサン酸カリウム、酢酸カルシウム、オクチル酸鉛、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸錫、ビスマスネオデカノエート、ビスマスオキシカーボネート、ビスマス2−エチルヘキサノエート、オクチル酸亜鉛、亜鉛ネオデカノエート、ホスフィン、ホスホリン等、一般的に用いられるものが使用できる。
充填剤や顔料としては、織布、ガラス繊維、炭素繊維、ポリアミド繊維、雲母、カオリン、ベントナイト、金属粉、アゾ顔料、カーボンブラック、クレー、シリカ、タルク、石膏、アルミナ白、炭酸バリウム、樹脂微粒子等一般的に用いられているものが使用できる。
中でも当該目的とするソフトな感触と外観上の高級感を得るためには樹脂微粒子や艶消し剤を使用することがより好ましい。
本発明で使用する樹脂微粒子としては、架橋アクリル系微粒子、ポリエステルウレタン樹脂、架橋ポリウレタン微粒子等があるが、得られる塗膜の、耐酸性、耐アルカリ性、耐アルコール性、耐油性、耐熱性、耐磨耗性を向上させるために、3次元架橋したウレタン系微粒子が好ましい。
本発明で使用するポリウレタン系微粒子の平均粒子径は2〜20μmである。平均粒子径が2μm以上であれば、得られる塗膜の光沢が高くなることがなく、高級感が得られ、ソフト感も得られるので好ましい。平均粒子径が20μm以下であれば、得られる塗膜の磨耗性が低下することがなく、また表面のソフト感が損なわれることもないので好ましい。より好ましい平均粒子径は4〜15μm、さらに好ましくは5〜10μmである。
ポリウレタン系微粒子の添加量は、塗料組成物に含まれる全固形分の3〜30質量%である。ポリウレタン系微粒子の含有量が3質量%以上であれば、得られる塗膜のソフト感が得られ、またポリウレタン系微粒子の含有量が30質量%以下であれば、得られる塗膜の磨耗性が極端に悪化することがないので好ましい。好ましいポリウレタン系微粒子の添加量は5〜20%、さらに好ましくは8〜15質量%である。
ポリウレタン系微粒子の具体例としては、アートパールシリーズ(商品名、日本根上工業製)、ダイミックビーズ(商品名、大日精化製)等が挙げられる。
本発明では得られる塗膜表面の強度、ブロッキング性改善と耐スクラッチ性をより高めるため、かつ塗膜光沢を調整するためにシリカ系艶消し剤を用いる。
使用可能なシリカ系艶消しとしては微粉末シリカ、コロイダルシリカ等が挙げられる。
使用する艶消し剤粒子の平均粒子径は0.1〜10μmである。平均粒子径が0.1μm以上であれば、得られる塗膜の光沢が高くなりすぎることがなく、ソフト感も得られるので好ましい。一方、平均粒子径が10μm以下であれば、得られる塗膜の磨耗性が低下することがなく、また塗膜の透明感が損なわれることもないので好ましい。より好ましい平均粒子径は0.2〜8μm、さらに好ましくは0.5〜5μmである。
本塗料組成物におけるシリカ系艶消し剤粒子の添加量は、塗料組成物に含まれる全固形分の3〜30質量%である。シリカ系艶消し剤粒子の含有量が3質量%以上であれば、得られる塗膜のソフト感が得られ、またシリカ系艶消し剤粒子の含有量が30質量%以下であれば、得られる塗膜の磨耗性が極端に悪化することがないので好ましい。好ましいシリカ系艶消し剤粒子の添加量は5〜20質量%、さらに好ましくは8〜15質量%である。
艶消し剤の具体例としては、Degussa社製AcemattOK,TS,OPシリーズ、富士シリシア化学(株)社製サイシリア、サイロホービック、サイロスフェアシリーズ、扶桑化学(株)社製クォートロンシリーズ、(株)トクヤマ製ファインシール、東ソーシリカ(株)Nipsilシリーズ、水澤化学(株)ミズカシル等が挙げられる(いずれも商品名)。
また、艶消し剤や樹脂ビーズについては、必要に応じて1種類以上の艶消し剤、樹脂ビーズを併用してもよい。
離型剤や流動性調整剤、レベリング剤としては、シリコーン、エアロジル、ワックス、ステアリン酸塩、BYK−307,348(BYKケミカル社製)のようなポリシロキサン等が用いられる。
本発明に用いられる添加剤としては少なくとも酸化防止剤、光安定剤及び熱安定剤が用いられることが望ましい。これらの酸化防止剤としては燐酸、亜燐酸の脂肪族、芳香族又はアルキル其置換芳香族エステルや次亜燐酸誘導体、フェニルスルホン酸、フェニルホスフィン酸、ジフェニルホスホン酸、ポリホスホネート、ジアルキルペンタエリスリトールジホスファイト、ジアルキルビスフェノールAジホスファイト等のリン化合物;フェノール系誘導体特にヒンダードフェノール化合物、チョエーテル系、ジチオ酸塩系;メルカプトベンズイミダゾール系、チオカルバニリド系、チオジプロピオン酸エステル等のイオウを含む化合物;スズマレート、ジブチルスズモノオキシド等のスズ系化合物を用いることができる。
これらは単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明で用いる水系塗料用硬化性組成物は、成膜助剤として働く有機溶剤を添加して使用することもできる。該成膜助剤として働く有機溶剤は、ポリマー粒子内及び/又は水相に分配し、成膜性を向上させるとともに、粒子表面を膨潤させて、架橋剤との架橋反応を促進せしめ、さらに、水の表面張力を低下させ、顔料の分散性や、基材に対する水系塗料用硬化性組成物の濡れ性を向上させ、塗装の作業性及び基材付着性を向上させることができる。
本発明において、好適に使用できる有機溶剤として特に代表的なものは、3−メトキシブタノール、3−メトキシ−3−メチルブタノール、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(n−ないしはイソ)プロピルエーテル、エチレングリコールモノ(n−、イソないしはtert−)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、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ(n−又はイソ)プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ(n−、イソないしはtert−)ブチルエーテル、モノ(ジ)エチレングリコールジメチルエーテル、モノ(ジ)エチレングリコールジエチルエーテル、モノ(ジ)エチレングリコールジブチルエーテル、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン又はエチレングリコールメチルエーテルアセテート、CS−12(チッソ製)、グルタル酸ジイソプロピル、アジピン酸ジイソプロピル等やこれらの混合物を挙げることができる。これらの中でも、例えばモノ(ジ)エチレングリコールジメチルエーテル、モノ(ジ)エチレングリコールジエチルエーテル、モノ(ジ)エチレングリコールジブチルエーテル等の非プロトン性溶剤は、イソシアネート基との反応も起こらず、低臭気であり、成膜助剤としても、凍結防止剤としても有用であるばかりか、ポリイソシアネート化合物に対しても親和性が良好で、より均一な架橋が可能となるので有用に使用することができる。
本発明の水系ソフトフィール塗料用硬化性組成物の塗装方法としては、例えば以下のような方法が用いられる。すなわち、ポリウレタン水性分散体(a)及びポリウレタン水性分散体(b)を攪拌混合しておき、これに必要に応じて艶消し剤、樹脂ビーズ等の添加剤を均一に分散させ、最後にポリイソシアナートの水分散型硬化剤(c)を混合し、均一分散させて塗料用硬化性組成物を調製する。該塗料用硬化性組成物をスプレー、ロール、はけ等で基材に塗布する。なお、硬化剤(c)は、使用直前に添加することが好ましい。
本発明のソフトフィール塗料用水系分散体組成物は、家電製品、OA製品、玩具、自動車内装部品、皮革の表面処理、木工製品の表面処理等に好ましく用いることができる。
以下、実施例などを用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例において、ポリウレタンフィルムの諸物性は、下記の試験方法に従って測定した。
<試験方法>
1.ソフト感
塗膜板表面を手で触った時の感触によりソフト感を評価した。判定結果は以下の表記で表した。
○(良):良好なソフト感 △(可):比較的良好なソフト感 ×(不可):ソフト感がない。
2.耐液体性
1)耐酸性:0.1N HSO水溶液に24h室温で浸漬後の塗膜外観を目視判定。
◎(優):外観に変化なし ○(良):外観にほぼ変化なし △(可):極小さい膨れ
×(不可):明確な膨れ
2)耐アルカリ性:0.1N NaOH水溶液に室温で24h浸漬後の塗膜外観を目視判定。
◎(優):外観に変化なし ○(良):外観にほぼ変化なし △(可):極小さい膨れ
×(不可):明確な膨れ
3)耐エタノール性:50%EtOH水溶液に室温で4h浸漬後の塗膜外観を目視判定。
◎(優):外観に変化なし ○(良):外観にほぼ変化なし △(可):極小さい膨れ
×(不可):明確な膨れ
3.耐スクラッチ性:爪で引っ掻いて、塗膜への傷のつき具合を目視判定。
○(良):傷がつかない △(可):うっすら傷がつく ×(不可):明らかに傷がつく
4.耐磨耗性
JIS K5600−5−8の方法に準じ、テーバー型磨耗試験機を用い測定した。磨耗試験前の重量と磨耗試験(500回転)後の塗膜板の重量変化を測定し表記した。
<ポリカーボネートジオールの製造方法>
(製造例1)
攪拌機、温度計、頭頂に還流ヘッドを有する真空ジャケット付きオルダーショウを備えた2Lセパラブルフラスコに、1,5−ペンタンジオール382g、1,6−ヘキサンジオール433g、エチレンカーボネート650gを仕込み、70℃で撹拌溶解した後、触媒として酢酸鉛三水和物を0.015g入れた。175℃に設定したオイルバスで加熱し、フラスコの内温140℃、真空度1.0〜1.5kPaで、還流ヘッドから還流比4で留分の一部を抜きながら、12hr反応させた。その後、オルダーショウを単蒸留装置に取り替え、180℃に設定したオイルバスで加熱し、フラスコの内温140〜150℃、真空度を0.5kPaまで落として、セパラブルフラスコ内に残った、ジオールとエチレンカーボネートを除去した。その後、オイルバスの設定を185℃に上げ、フラスコの内温160〜165℃で、生成するジオールを除去しながら、さらに4hr反応した。この反応により、常温で粘稠な液体が得られた。得られたポリカーボネートジオール(以下PCDと記す)のOH価は56.1(分子量2000)、共重合組成は1,5−ペンタンンジオール/1,6−ヘキサンジオール=50/50(モル比)であった。これをPCD1とする。
(製造例2)
製造例1において、1,5−ペンタンジオール382g、1,6−ヘキサンジオール433g、エチレンカーボネート650gを仕込み、70℃で撹拌溶解した後、触媒として酢酸鉛三水和物を0.015g入れた。175℃に設定したオイルバスで加熱し、フラスコの内温140℃、真空度1.0〜1.5kPaで、還流ヘッドから還流比4で留分の一部を抜きながら、12hr反応させた。その後、オイルバスの設定を185℃に上げ、フラスコの内温を160〜165℃にして、生成するジオールを除去しながら、さらに3hr反応させた。得られたPCDのOH価は112.2(分子量1000)、共重合組成は1,5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール=50/50(モル比)であった。これをPCD2とする。
(製造例3)
製造例2において、オルダーショウを単蒸留装置に取り替えた後、オイルバスの設定を185℃に上げ、フラスコの内温を160〜165℃にして、生成するジオールを除去する時間を1.5hrにしたこと以外は同様の方法で合成を行った。得られたPCDのOH価は224.4(分子量500)、共重合組成は1,5−ペンタンンジオール/1,6−ヘキサンジオール=50/50(モル比)であった。これをPCD3とする。
(製造例4)
製造例2において、オルダーショウを単蒸留装置に取り替えた後、オイルバスの設定を185℃に上げ、フラスコの内温を160〜165℃にして、生成するジオールを除去する時間を2hrにしたこと以外は同様の方法で合成を行った。得られたPCDのOH価は140.3(分子量800)、共重合組成は1,5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール=50/50(モル比)であった。これをPCD4とする。
(製造例5)
製造例1において、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールの代わりに、1,4−ブタンジオール594g、1,6−ヘキサンジオール87gを用いた以外は同様の方法で合成を行った。得られたPCDのOH価は56.1(分子量2000)、共重合組成は1,4−ブタンジオール/1,6−ヘキサンジオール=90/10(モル比)であった。これをPCD5とする。
(製造例6)
製造例1において、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールの代わりに、2−メチル−1,3−プロパンジオール330g、1,4−ブタンジオール330gを用いた以外は同様の方法で合成を行った。得られたPCDのOH価は56.1(分子量2000)、共重合組成は2−メチル−1,3−プロパンジオール/1,4−ブタンジオール=50/50(モル比)であった。これをPCD6とする。
(製造例7)
製造例1において、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールの代わりに、1,4−ブタンジオール462g、1,6−ヘキサンジオール260gを用いた以外は同様の方法で合成を行った。得られたPCDのOH価は56.1(分子量2000)、共重合組成は1,4−ブタンジオール/1,6−ヘキサンジオール=70/30(モル比)であった。これをPCD7とする。
(製造例8)
製造例1において、オルダーショウを単蒸留装置に取り替えた後、オイルバスの設定を185℃に上げ、フラスコの内温160〜165℃にして、生成するジオールを除去する時間を8hrに延長したこと以外は同様の方法で合成を行った。得られたPCDのOH価は28.1(分子量4000)、共重合組成は1,5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール=50/50(モル比)であった。これをPCD8とする。
(製造例9)
製造例2において、オルダーショウを単蒸留装置に取り替えた後、オイルバスの設定を185℃に上げ、フラスコの内温を160〜165℃にして、生成するジオールを除去する時間を1hrにしたこと以外は同様の方法で合成を行った。得られたPCDのOH価は280.5(分子量400)、共重合組成は1,5−ペンタンンジオール/1,6−ヘキサンジオール=50/50(モル比)であった。これをPCD9とする。
(製造例10)
製造例1において、オルダーショウを単蒸留装置に取り替えた後、オイルバスの設定を185℃に上げ、フラスコの内温160〜165℃にして、生成するジオールを除去する時間を10hrに延長したこと以外は同様の方法で合成を行った。得られたPCDのOH価は24.9(分子量4500)、共重合組成は1,5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール=50/50(モル比)であった。これをPCD10とする。
<ポリウレタンエマルジョンの合成方法>
(合成例1)
セパラブルフラスコにPCD1(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量2000)200.00g(0.1モル)を量りとり、MEK150gで溶解した。MEK50.00gにジメチロールプロピオン酸(DMPA)13.42g(0.1モル)を溶解後トリエチルアミン(TEA)10.63gで中和した溶液及びヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)50.46g(0.3モル)をフラスコ内に添加し、さらにMEK52.65g追加して、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応OH基がなくなるまでウレタン化反応を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液527.16gを得た。該プレポリマー溶液を30℃に設定し、250rpmで攪拌しておき、そこに780gの蒸留水を30分で滴下して乳化させ、引き続き、エチレンジアミン(EDA)3.01g(0.05モル)を水10gに溶解した水溶液を添加して、鎖伸長反応を30℃で1時間行った。さらに該分散液を減圧にして、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン1(PUD1)1067.5gが得られた。得られたポリウレタンの分子量(ポリスチレン換算)をGPCで測定したところ、数平均分子量23000、重量平均分子量86500であった。
該合成例における各原料の質量含有分率は、下記の計算式で算出し、以下の如くである。
[a]:カルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオールモノマー重量
[b]:ポリカーボネートジオール重量
[c]:ポリイソシアネート化合物モノマー重量
[d]:その他共重合可能なモノマー(TMP等)重量
aの含有率(%) = 100×[a]/([a]+[b]+[c]+[d])
bの含有率(%) = 100×[b]/([a]+[b]+[c]+[d])
cの含有率(%) = 100×[c]/([a]+[b]+[c]+[d])
dの含有率(%) = 100×[d]/([a]+[b]+[c]+[d])
[c]:HDI/[b]:PCD1/[a]:DMPA=19.1/75.8/5.1(質量%)
(合成例2)
セパラブルフラスコにPCD2(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量1000)180.00g(0.18モル)を量りとり、MEK250gで溶解した。ジメチロールプロピオン酸((DMPA)22.8g(0.17モル)とトリメチロールプロパン(TMP)8.94g(0.067モル)を粉体のまま投入後、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)50.46g(0.3モル)をフラスコ内に添加し、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応NCO基がなくなるまでウレタン化反応を行った後、該プレポリマー溶液を30℃まで冷却し、100rpmで攪拌しながらトリエチルアミン(TEA)17.2gで中和することにより、OH基末端のポリウレタンプレポリマー溶液529.4gを得た。続いて該プレポリマーを250rpmで攪拌し、そこに769gの蒸留水を30分で滴下して乳化した。さらに該分散液を80℃に昇温して、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン2(PUD2)1048.4gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD2/DMPA/TMP=19.2/68.7/8.7/3.4(質量%)
(合成例3)
合成例1において、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)の代わりにイソホロンジイソシアネート(IPDI)66.69g(0.3モル)を用い、反応温度と反応時間を80℃、6時間とした以外は合成例1と同様の方法で合成を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液543.38gを得た。該プレポリマー溶液は、合成例1と同様の方法で乳化分散後、エチレンジアミン(EDA)3.00g(0.05モル)で鎖伸長反応を実施し、さらにMEKを除去することにより、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン3(PUD3)1133.7gが得られた。得られたポリウレタンの分子量(ポリスチレン換算)をGPCで測定したところ、数平均分子量23000、重量平均分子量88000であった。
該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
IPDI/PCD1/DMBA=23.8/71.4/4.8(質量%)
(合成例4)
合成例2において、HDIの代わりにイソホロンジイソシアネート(IPDI)66.69g(0.30モル)を用い、反応温度と反応時間を80℃、6時間とした以外は合成例2と同一の方法でポリマーを合成を行った。乳化時には818gの蒸留水を用い、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン4(PUD4)1113.6gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
IPDI/PCD2/DMPA/TMP=24.0/64.6/8.2/3.2(質量%)
(合成例5)
セパラブルフラスコにPCD1(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量2000)118.4g(0.059モル)を量りとり、MEK140gで溶解した。MEK50.00gにジメチロールプロピオン酸(DMPA)13.41g(0.10モル)とトリメチロールプロパン(TMP)3.65g(0.027モル)を溶解後トリエチルアミン(TEA)10.63gで中和した溶液及びイソホロンジイソシアネート(IPDI)66.69g(0.3モル)をフラスコ内に添加し、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、80℃で6時間かけて、未反応OH基がなくなるまでウレタン化反応を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液402.78gを得た。該プレポリマー溶液を30℃に設定し、250rpmで攪拌しておき、そこに595gの蒸留水を30分で滴下して乳化させ、引き続き、エチレンジアミン(EDA)3.01g(0.05モル)を水10gに溶解した水溶液を添加して、鎖伸長反応を30℃で1時間行った。さらに該分散液を減圧にして、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン5(PUD5)820.8gが得られた。
該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
IPDI/PCD1/DMPA/TMP=33.0/58.6/6.6/1.8(質量%)
(合成例6)
セパラブルフラスコにPCD2(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量1000)200.00g(0.20モル)を量りとり、MEK250gで溶解した。ジメチロールプピオン酸(DMPA)13.41g(0.10モル)を粉体のまま投入後、イソホロンジイソシアネート(IPDI)44.46g(0.20モル)をフラスコ内に添加し、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、80℃で6時間かけて、未反応NCO基がなくなるまでウレタン化反応を行った後、該プレポリマー溶液を30℃まで冷却し、100rpmで攪拌しながらトリエチルアミン(TEA)10.12gで中和することにより、OH基末端のポリウレタンプレポリマー溶液518.0gを得た。続いて該プレポリマーを250rpmで攪拌し、そこに763gの蒸留水を30分で滴下して乳化させた。さらに該分散液を80℃に昇温して、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン6(PUD6)1031.0gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
IPDI/PCD2/DMPA=17.2/77.6/5.2(質量%)
(合成例7)
合成例1において、PCD1の代わりにPCD3(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量500)を50g(0.10モル)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)の代わりに水添MDI(H12MDI)78.71g(0.3モル)、MEK溶媒130gを用い、反応温度と反応時間を80℃で6時間とした以外は合成例1と同様の方法で合成を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液282.75gを得た。該プレポリマー溶液は、蒸留水415gを用いて合成例1と同様の方法で乳化分散後、エチレンジアミン(EDA)3.01g(0.05モル)を蒸留水10gに溶解した水溶液を滴下して合成例1同様に鎖伸長反応を実施し、さらにMEKを除去することにより、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン7(PUD7)580.8gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
12MDI/PCD3/DMPA=55.4/35.2/9.4(質量%)
(合成例8)
セパラブルフラスコにPCD1(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量2000)200.00g(0.1モル)を量りとり、MEK210gで溶解した。ジメチロールプピオン酸(DMPA)6.71g(0.05モル)を粉体のまま投入後、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)16.82g(0.1モル)をフラスコ内に添加し、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応NCO基がなくなるまでウレタン化反応を行った後、該プレポリマー溶液を30℃まで冷却し、100rpmで攪拌しながらトリエチルアミン(TEA)5.06gで中和することにより、OH基末端のポリウレタンプレポリマー溶液438.6gを得た。続いて該プレポリマーを250rpmで攪拌し、そこに665gの蒸留水を30分で滴下して乳化させた。さらに該分散液を80℃に昇温して、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン8(PUD8)893.6gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD1/DMPA=7.5/89.5/3.0(質量%)
(合成例9)
合成例1において、PCD1の代わりにPCD4(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量800)を80g(0.1モル)用い、溶媒MEK130gとした以外は合成例1と同様の方法で合成し、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液284.5gを得た。該プレポリマー溶液は、合成例1と同様の方法で蒸留水420gを滴下して乳化分散後、エチレンジアミン(EDA)3.00g(0.05モル)を水10gに溶解した水溶液で鎖伸長反応を実施し、さらにMEKを除去することにより、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン9(PUD9)587.5gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD4/DMBA=35.1/55.6/9.3(質量%)
(合成例10)
セパラブルフラスコにPCD1(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量2000)180.00g(0.090モル)を量りとり、MEK210gで溶解した。ジメチロールプロピオン酸(DMPA)11.40g(0.085モル)とトリメチロールプロパン(TMP)4.47g(0.033モル)を粉体のまま投入後、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)25.23g(0.15モル)をフラスコ内に添加し、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応NCO基がなくなるまでウレタン化反応を行った後、該プレポリマー溶液を30℃まで冷却し、100rpmで攪拌しながらトリエチルアミン(TEA)8.60gで中和することにより、OH基末端のポリウレタンプレポリマー溶液439.7gを得た。続いて該プレポリマーを250rpmで攪拌し、そこに655gの蒸留水を30分で滴下して乳化させた。さらに該分散液を80℃に昇温して、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン10(PUD10)884.7gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD2/DMPA/TMP=11.4/81.4/5.2/2.0(質量%)
(合成例11)
合成例1において、PCD1の代わりにPCD5(1,4−ブタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを90/10のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量2000)を200g(0.1モル)用いた以外は合成例1と同様の方法で合成を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液527.15gを得た。該プレポリマー溶液は、合成例1と同様の方法で蒸留水を滴下して乳化分散後、エチレンジアミン(EDA)3.00g(0.05モル)を水10gに溶解した水溶液で鎖伸長反応を実施し、さらにMEKを除去することにより、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン11(PUD11)1067.5gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD5/DMPA=19.1/75.8/5.1(質量%)
(合成例12)
合成例10において、PCD1の代わりにPCD5(1,4−ブタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを90/10のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量2000)を180.00g(0.090モル)用いた以外は合成例10と同一の方法で、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン12(PUD12)884.7gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD5/DMPA/TMP=11.4/81.4/5.2/2.0(質量%)
(合成例13)
合成例1において、PCD1の代わりにPCD6(2−メチル−1,3−プロパンジオールと1,4−ブタンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量2000)を200g(0.1モル)用いた以外は合成例1と同様の方法で合成を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液527.15gを得た。該プレポリマー溶液は、合成例1と同様の方法で蒸留水を滴下して乳化分散後、エチレンジアミン(EDA)3.00g(0.05モル)を水10gに溶解した水溶液で鎖伸長反応を実施し、さらにMEKを除去することにより、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン13(PUD13)1067.5gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD6/DMPA=19.1/75.8/5.1(質量%)
(合成例14)
合成例10において、PCD1の代わりにPCD6(2−メチル−1,3−プロパンジオールと1,4−ブタンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量2000)を180.00g(0.090モル)用いた以外は合成例10と同一の方法で、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン14(PUD14)884.7gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD6/DMPA/TMP=11.4/81.4/5.2/2.0(質量%)
(合成例15)
合成例1において、PCD1の代わりにPCD7(1,4−ブタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを70/30のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量2000)を200g(0.1モル)用いた以外は合成例1と同様の方法で合成を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液527.15gを得た。該プレポリマー溶液は、合成例1と同様の方法で蒸留水を滴下して乳化分散後、エチレンジアミン(EDA)3.00g(0.05モル)を水10gに溶解した水溶液で鎖伸長反応を実施し、さらにMEKを除去することにより、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン15(PUD15)1067.5gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD7/DMPA=19.1/75.8/5.1(質量%)
(合成例16)
合成例1において、ジメチロールブタン酸(DMBA)の代わりにジメチロールブタン酸(DMBA)14.81g(0.1モル)を用いた以外は合成例1と同様の方法で合成を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液528.56gを得た。該プレポリマー溶液は、乳化に用いた蒸留水の量を780gから784gに変更した以外は合成例1と同様の方法で乳化分散後、エチレンジアミン(EDA)3.00g(0.05モル)で鎖伸長反応を実施し、さらにMEKを除去することにより、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン16(PUD16)1072.9gが得られた。得られたポリウレタンの分子量(ポリスチレン換算)をGPCで測定したところ、数平均分子量22000、重量平均分子量87000であった。
該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD1/DMBA=19.0/75.4/5.6(質量%)
(合成例17)
セパラブルフラスコにPCD8(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量4000)200.00g(0.05モル)を量りとり、MEK150gで溶解した。MEK50.00gにジメチロールプロピオン酸(DMPA)6.71g(0.05モル)を溶解後トリエチルアミン(TEA)10.63gで中和した溶液及びヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)25.23g(0.15モル)をフラスコ内に添加し、さらにMEK25.0g追加して、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応OH基がなくなるまでウレタン化反応を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液462.25gを得た。該プレポリマー溶液を30℃に設定し、250rpmで攪拌しておき、そこに690gの蒸留水を30分で滴下して乳化させ、引き続き、エチレンジアミン(EDA)1.50g(0.025モル)を水5gに溶解した水溶液を添加して、鎖伸長反応を30℃で1時間行った。さらに該分散液を減圧にして、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン17(PUD17)933.8gが得られた。
該合成例における各原料の質量含有分率は、下記の計算式で算出し、以下の如くであった。
HDI/PCD8/DMPA=10.9/86.2/2.9(質量%)
(合成例18)
合成例2において、PCD1の代わりにPCD4(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量800)を144.0g(0.18モル)用い、MEK溶媒量を200gとした以外は合成例2と同一の方法でプレポリマーを合成し、乳化時に用いた蒸留水量は661gとした。不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン18(PUD18)904.4gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD4/DMPA/TMP=22.3/63.7/10.0/4.0(質量%)
(合成例19)
合成例1において、PCD1の代わりにPCD9(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量400)を40g(0.1モル)用い、溶媒MEK90gとした以外は合成例1と同様の方法で合成を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液204.5gを得た。該プレポリマー溶液は、合成例1と同様の方法で蒸留水300gを滴下して乳化分散後、エチレンジアミン(EDA)3.00g(0.05モル)を水10gに溶解した水溶液で鎖伸長反応を実施し、さらにMEKを除去することにより、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン19(PUD19)427.5gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD9/DMBA=48.6/38.5/12.9(質量%)
(合成例20)
セパラブルフラスコにPCD9(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量400)160.0g(0.40モル)を量りとり、MEK230gで溶解した。ジメチロールプピオン酸(DMPA)26.83g(0.20モル)を粉体のまま投入後、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)67.28g(0.4モル)をフラスコ内に添加し、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応NCO基がなくなるまでウレタン化反応を行った後、該プレポリマー溶液を30℃まで冷却し、100rpmで攪拌しながらトリエチルアミン(TEA)20.24gで中和することにより、OH基末端のポリウレタンプレポリマー溶液504.34gを得た。続いて該プレポリマーを250rpmで攪拌し、そこに742gの蒸留水を30分で滴下して乳化した。さらに該分散液を80℃に昇温して、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン20(PUD20)1016.3gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD9/DMPA=26.4/63.0/10.6(質量%)
(合成例21)
セパラブルフラスコにPCD8(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量4500)225.0g(0.05モル)を量りとり、MEK150gで溶解した。MEK50.00gにジメチロールプロピオン酸(DMPA)6.71g(0.05モル)を溶解後トリエチルアミン(TEA)10.63gで中和した溶液及びヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)25.23g(0.15モル)をフラスコ内に添加し、さらにMEK25.0g追加して、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応OH基がなくなるまでウレタン化反応を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液512.25gを得た。該プレポリマー溶液を30℃に設定し、250rpmで攪拌しておき、そこに760gの蒸留水を30分で滴下して乳化させ、引き続き、エチレンジアミン(EDA)1.50g(0.025モル)を水10gに溶解した水溶液を添加して、鎖伸長反応を30℃で1時間行った。さらに該分散液を減圧にして、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン21(PUD21)1033.8gが得られた。
該合成例における各原料の質量含有分率は、下記の計算式で算出し、以下の如くであった。
HDI/PCD8/DMPA=9.8/87.6/2.6(質量%)
(合成例22)
セパラブルフラスコにPCD10(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量4500)225.0g(0.050モル)を量りとり、MEK230gで溶解した。ジメチロールプピオン酸(DMPA)3.35g(0.025モル)を粉体のまま投入後、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)8.41g(0.05モル)をフラスコ内に添加し、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応NCO基がなくなるまでウレタン化反応を行った後、該プレポリマー溶液を30℃まで冷却し、100rpmで攪拌しながらトリエチルアミン(TEA)2.53gで中和することにより、OH基末端のポリウレタンプレポリマー溶液469.3gを得た。続いて該プレポリマーを250rpmで攪拌し、そこに707gの蒸留水を30分で滴下して乳化させた。さらに該分散液を80℃に昇温して、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン22(PUD22)946.3gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD10/DMPA=3.6/95.0/1.4(質量%)
(合成例23)
合成例22において、PCD10の代わりにPCD8(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量4000)200.0g(0.050モル)を用い、MEK溶媒量を210gとした以外は合成例22と同一の方法で、OH基末端のポリウレタンプレポリマー溶液424.3gを得た。続いて該プレポリマーを250rpmで攪拌し、そこに632gの蒸留水を30分で滴下して乳化させた。さらに該分散液を80℃に昇温して、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン23(PUD23)846.3gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD10/DMPA=4.0/94.4/1.6(質量%)
(合成例24)
セパラブルフラスコにPCD3(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量500)200.0g(0.40モル)を量りとり、MEK260gで溶解した。ジメチロールプピオン酸(DMPA)26.83g(0.20モル)を粉体のまま投入後、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)67.28g(0.4モル)をフラスコ内に添加し、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応NCO基がなくなるまでウレタン化反応を行った後、該プレポリマー溶液を30℃まで冷却し、100rpmで攪拌しながらトリエチルアミン(TEA)20.24gで中和することにより、OH基末端のポリウレタンプレポリマー溶液574.34gを得た。続いて該プレポリマーを250rpmで攪拌し、そこに862gの蒸留水を30分で滴下して乳化した。さらに該分散液を80℃に昇温して、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン20(PUD20)1176.3gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD3/DMPA=22.9/68.0/9.1(質量%)
(合成例25)
セパラブルフラスコにPCD3(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量500)40.0g(0.08モル)を量りとり、MEK85gで溶解した。ジメチロールプピオン酸(DMPA)13.41g(0.10モル)、トリメチロールプロパン(TMP)10.7g(0.08モル)を粉体のまま投入後、100rpmで攪拌しながらトリエチルアミン(TEA)10.12gで中和し、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)33.64g(0.20モル)をフラスコ内に添加し、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応NCO基がなくなるまでウレタン化反応を行った後、該プレポリマー溶液を30℃まで冷却し、OH基末端のポリウレタンプレポリマー溶液192.9gを得た。続いて該プレポリマーを250rpmで攪拌し、そこに283gの蒸留水を30分で滴下して乳化した。さらに該分散液を80℃に昇温して、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン25(PUD25)390.9gが得られた。該合成例における各原料の質量含有分率は、以下の如くであった。
HDI/PCD3/DMPA/TMP34.4/40.9/13.7/11.0(質量%)
(合成例26)
セパラブルフラスコにPCD3(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量500)14.3g(0.0286モル)を量りとり、MEK20gで溶解した。MEK50.00gにジメチロールプロピオン酸(DMPA)13.41g(0.10モル)、トリメチロールプロパン(TMP)6.39g(0.0476モル)を溶解後トリエチルアミン(TEA)10.62g(0.105モル)で中和した溶液及びヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)50.46g(0.30モル)をフラスコ内に添加し、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応OH基がなくなるまでウレタン化反応を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液165.18gを得た。該プレポリマー溶液を30℃に設定し、250rpmで攪拌しておき、そこに245gの蒸留水を30分で滴下して乳化させ、引き続き、エチレンジアミン(EDA)3.0g(0.05モル)を水7gに溶解した水溶液を添加して、鎖伸長反応を30℃で1時間行った。さらに該分散液を減圧にして、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン26(PUD26)348.2gが得られた。
該合成例における各原料の質量含有分率は、下記の計算式で算出し、以下の如くであった。
HDI/PCD3/DMPA/TMP=59.7/16.9/15.9/7.5(質量%)
(合成例27)
セパラブルフラスコにPCD3(1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを50/50のモル比で共重合して得られたポリカーボネートジオールで、数平均分子量500)20.0g(0.04モル)を量りとり、MEK30gで溶解した。MEK50.0gにジメチロールプロピオン酸(DMPA)5.37g(0.04モル)、トリメチロールプロパン(TMP)10.7g(0.08モル)を溶解後トリエチルアミン(TEA)4.05g(0.04モル)で中和した溶液及びヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)25.23g(0.15モル)をフラスコ内に添加し、Nガスでシールした。還流冷却器、温度計及び攪拌装置を有する反応内で、60℃で8時間かけて、未反応OH基がなくなるまでウレタン化反応を行い、NCO基末端のポリウレタンプレポリマー溶液170.61gを得た。該プレポリマー溶液を30℃に設定し、250rpmで攪拌しておき、そこに260gの蒸留水を30分で滴下して乳化し、引き続き、エチレンジアミン(EDA)3.0g(0.05モル)を水5gに溶解した水溶液を添加して、鎖伸長反応を30℃で1時間行った。さらに該分散液を減圧にして、MEKを除去し、不揮発分率25.0%のポリウレタンエマルジョン27(PUD27)358.6gが得られた。
該合成例における各原料の質量含有分率は、下記の計算式で算出し、以下の如くであった。
HDI/PCD3/DMPA/TMP=58.3/23.1/6.2/12.4(質量%)
(実施例1)
合成例1で合成したPUD1を30g、合成例2で合成したOH末端基を有するPUD2を30g混合し、さらにイソシアネート系硬化剤であるデュラネートWB40−100(商品名、ビュレットタイプ、NCO含有量16.6wt%、旭化成ケミカルズ製)3.47gと、濃度調整のための蒸留水8.16gを追加して、固形分25.8%に塗液調製を行った。
この塗液をABS板上に塗布し、80℃で2時間硬化させることにより、膜厚み40〜50μmの塗板を得た。
塗液の配合と塗膜物性評価結果は表1にまとめて示す。
(実施例2)
PUD3とPUD4を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表1にまとめて示す。
(実施例3)
実施例1において、PUD1とPUD2の混合比を変えて塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表1にまとめて示す。
(実施例4)
実施例1において、PUD1とPUD2の混合比を変えて塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表1にまとめて示す。
(実施例5)
実施例1において、硬化剤のNCO基とPUD2のOH基のモル比をNCO/OH=2.5に変更して評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表1にまとめて示す。
(実施例6)
実施例1において、硬化剤のNCO基とPUD2のOH基のモル比をNCO/OH=0.9に変更して評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表1にまとめて示す。
(実施例7)
実施例1の硬化剤をデュラネートTPA100(イソシアヌレートタイプ、NCO含有量23.1wt%、旭化成ケミカルズ製)に変更して評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表1にまとめて示す。
(実施例8)
PUD5とPUD6を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表1にまとめて示す。
(実施例9)
PUD7とPUD8を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表1にまとめて示す。
(実施例10)
PUD9とPUD10を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表1にまとめて示す。
(実施例11)
PUD11とPUD12を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表2にまとめて示す。
(実施例12)
PUD13とPUD14を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表2にまとめて示す。
(実施例13)
PUD15とPUD10を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表2にまとめて示す。
(実施例14)
PUD16とPUD8を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表2にまとめて示す。
(実施例15)
PUD17とPUD8を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表2にまとめて示す。
(実施例16)
PUD1とPUD18を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表2にまとめて示す。
(実施例17)
PUD26とPUD8を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表2にまとめて示す。
(実施例18)
PUD1とPUD24を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表2にまとめて示す。
(実施例19)
PUD1とPUD23を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表2にまとめて示す。
(実施例20)
PUD19とPUD20を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表2にまとめて示す。
PUDに用いたPCDの分子量が若干低いが、ほぼ良好なソフト感と耐性のバランスが得られた。
(実施例21)
PUD21とPUD22を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表3にまとめて示す。
PUDに用いたPCDの分子量が若干高いが、ほぼ良好なソフト感と耐性のバランスが得られた。
(実施例22)
実施例1において、ウレタンビーズ 1g(DIAPLACOAT、RHU−5070D(商品名、大日精化工業株式会社製、平均粒子系=7μm)を添加して、実施例と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表3にまとめて示す。
(比較例1)
実施例1において、PUD2を併用せずに、PUD1のみを用いて塗料を調製し、塗膜評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表4にまとめて示す。
PUD1を単独で用いた場合は、ソフト感は良好であるが、耐性が不十分であることがわかる。
(比較例2)
実施例1において、PUD1を併用せずに、PUD2のみを用いて塗料を調製し、塗膜評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表4にまとめて示す。
PUD2を単独で用いた場合は、耐性は良好であるが、ソフト感が不十分であることがわかる。
(比較例3)
実施例1において、PUD1とPUD2の混合比を変えて塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表4にまとめて示す。
PUD1/PUD2<0.2(質量比)であるため、十分なソフト感が得られなかった。
(比較例4)
実施例1において、PUD1とPUD2の混合比を変えて塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表4にまとめて示す。
PUD1/PUD2>5(質量比)であるため、十分な耐性が得られなかった。
(比較例5)
実施例1において、硬化剤の使用量を増量した。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表4にまとめて示す。
NCO/OH>2.5(モル比)であるため、ソフト感、耐性ともに損なわれた。
(比較例6)
実施例1において、硬化剤の使用量を減量した。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表4にまとめて示す。
NCO/OH<0.9(モル比)であるため、架橋度が低下し、耐性が損なわれた。
(比較例7)
PUD27とPUD25を用いて実施例1と同様の方法で塗板を作製し、塗膜物性評価を行った。塗液の配合と塗膜物性評価結果は表4にまとめて示す。
PUD25、PUD27のTMP使用量が10質量%を超えたため、ソフト感が損なわれた。
Figure 0005457039
Figure 0005457039
Figure 0005457039
Figure 0005457039
本発明によれば、塗膜の耐スクラッチ性、耐磨耗性等の塗膜の物理的強度と、耐酸性、耐アルカリ性、耐アルコール性等の塗膜の化学的耐性の物性バランスに優れ、かつ手触り感覚がソフトな塗膜が形成を可能にする水系ソフトフィール塗料用硬化性組成物を提供することができる。

Claims (1)

  1. 次の(A)、(B)及び(C)を必須成分として含有し、(A)/(B)=0.2〜5(但し、不揮発分の質量比)、かつ(B)分子が含有するOH基と(C)分子が含有するNCO基の比がNCO/OH=2.5〜0.9(但し、官能基のモル比)である水系塗料用硬化性組成物:
    (A)分子中にカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩の部分を有し、かつポリカーボネート骨格を有し、かつ分子末端基が水酸基ではないポリウレタンの、水性分散体であって、水に乳化分散する前の、NCO末端基含有ウレタンプレポリマーに共重合されるカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩のモノマー部分の含有量が1質量%〜25質量%、ポリカーボネートジオールの部分の含有量が5質量%〜94質量%、ポリイソシアネート化合物モノマーの部分の含有量が5質量%〜94質量%、その他共重合可能なモノマーの部分の含有量が0質量%〜10質量%である、上記ポリウレタンの水性分散体、
    (B)分子中にカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩の部分を有し、かつポリカーボネート骨格を有し、かつ分子末端基が水酸基であるポリウレタンの、水性分散体であって、水に乳化分散する前の、OH末端基含有ウレタンポリマーに共重合されるカルボキシル基及び/又はスルホン酸基含有ポリオール若しくはその塩のモノマーの部分の含有量が0.5質量%〜25質量%、ポリカーボネートジオールの部分の含有量が20質量%〜99質量%、ポリイソシアネート化合物モノマーの部分の含有量が0.5質量%〜79.5質量%、その他共重合可能なモノマーの部分の含有量が0質量%〜10質量%である、上記ポリウレタンの水性分散体、
    (C)分子中に少なくとも2個以上イソシアネート基を含有するポリイソシアナート化合物の水分散型硬化剤
    であって、上記ポリカーボネートジオールが、繰り返し単位が(式3)と(式4)で表され、(式3のモル数)/(式4のモル数)=80/20〜30/70であり、かつ末端基が水酸基である脂肪族ポリカーボネートジオールである、上記水系塗料用硬化性組成物
    Figure 0005457039

    Figure 0005457039
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