説明

自己修復型形成性コーティング組成物及び塗装方法

【課題】塗膜の傷に対する自己修復性と耐久性を両立するとともに、外装塗膜として必要不可欠な耐水性、耐汚染性、耐候性などの諸特性に優れ、特に20μm未満の薄膜において自己修復性に優れた自己修復型形成性コーティング組成物及び塗装方法を提供すること。
【解決手段】アクリル樹脂(A)と、脂肪族有機ジイソシアネート(b1)とポリカーボネートジオール(b2)との反応により得られたアロファネート基含有ポリイソシアネート(B)と、添加剤(C)とを組み合わせることによって自己修復型形成性コーティング組成物が得られる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車外装板やプラスチック成形品表面の擦傷性改善に有用な自己修復型形成性コーティング組成物及び塗装方法に関する。
【背景技術】
【0002】
プラスチック素材は優れた加工性を有するため、種々の形状に成形し、プラスチック成形品として多くの産業分野で広く使用されている。しかしプラスチック素材は、ガラス、金属等に比べると一般に硬度が小さく、その表面に擦り傷がつき易い欠点がある。このため、プラスチック成形品表面には耐擦傷性に優れた塗膜を形成させることによって、上記の欠点を改善する策が図られている。また、ガラスや金属等の硬度の高い素材であっても高意匠性の要求される分野においては、プラスチック成形品のように耐擦傷性に優れた塗膜の形成が行われることがある。
【0003】
従来、プラスチック成形品における欠点の改善方法としては、該プラスチック成形品表面に、架橋密度を高くすることによって表面硬度を大きくした塗膜を形成する方法(以下、ハードコート処理という)が一般に普及している。しかし、該ハードコート処理においては、架橋密度を高くするにしたがって塗膜硬度が大きくなり、耐擦傷性の改善効果が高くなる利点があるが、その反面で塗膜が硬くかつ脆くなる傾向があるため、一度傷がつくとその部位から塗膜クラックが発生し、場合によってはそのクラックが成形体そのものにも及ぶという欠点があった。また、例えば、ハードコート処理したプラスチック成形品を自動車の外装部品として使用した場合、自動車走行中においては成形品表面に砂、小石等が衝突し、塗膜面に微細な打痕、へこみといった傷をつけることがあり、このようなへこみ傷はハードコート塗膜で防止することが困難であった。
【0004】
また、ハードコート塗膜でこのようなへこみを防止するには、塗膜を厚くする必要があり、それにより微細加工性の低下に伴う意匠性の低下、及び外装部品の軽量化への課題となっていた。
【0005】
このような背景の中で、外力を吸収し傷を復元させる機能(以下、自己修復性という)を有するゴム弾性塗料組成物(以下、ソフトコートという)なるものが知られている(例えば、特許文献1〜特許文献3参照)。
【0006】
また、ポリエステル主剤と、アロファネート変性イソシアネートからなる耐擦傷性と自己修復性とを両立したポリウレタン塗料組成物が提案されている(例えば、特許文献4、及び特許文献5参照)。
【0007】
また、短側鎖ヒドロキシル基と長側鎖ヒドロキシル基とを含有するアクリル樹脂と、ポリイソシアナートプレポリマーと、ポリラクトンポリオールからなる耐擦傷性と自己修復性とを両立した塗料組成物が提案されている(例えば、特許文献6参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開昭63−86762号公報
【特許文献2】特開平11−42746号公報
【特許文献3】特開平11−43645号公報
【特許文献4】特開2006−124610号公報
【特許文献5】特開2006−328252号公報
【特許文献6】特開2007−31690号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献1に記載された耐擦傷性塗料は、アクリル樹脂やエポキシ樹脂などと比較して、皮膜に柔軟性と強靭性をもたせ外力を吸収することで傷つきにくく、また傷がついても自己修復性により元に戻る皮膜が得られるとされている。
【0010】
また、特許文献2、及び特許文献3に記載されたソフトコートが施されたアクリル系樹脂成形体は、従来の熱硬化型シリコンハードコート、活性化エネルギー線硬化型アクリルハードコートのように塗膜自身が硬いものと比較して、伸展性を有する塗膜を形成することにより砂塵等の接触・衝撃を受けてもその弾性回復力によって耐擦傷性が優れるものとされている。
【0011】
しかしながら、ポリウレタン樹脂系ソフトコートは、塗膜の架橋密度が一般に低いため、耐汚染性、耐ブロッキング性に劣るという欠点があり、特にソフトコート処理した成形品をプラスチックフィルム等で包装した場合、該プラスチックフィルムの接触部分の跡が塗膜面に残る欠点があった。また、傷の自己修復性は経時的に低下する傾向があり、特に耐候性試験を経た後の傷の自己修復性が著しく低下し、耐久性に劣る欠点があった。
【0012】
また、自己修復性を発現できる塗膜の厚さが20μm以上であり、軽量化や高意匠化への課題となっていた。
【0013】
また、特許文献4、及び特許文献5に記載されたポリウレタン塗料組成物は、従来の自己修復性塗料と比較し、柔軟でかつ強靭な塗膜を形成することができるため、擦り傷を形成する塗膜表層部の微細な塗膜の破れに対して十分な耐性を示すとともに、塗膜表面の耐擦傷性、自己修復性、耐汚染性、及び耐ブロッキング性に優れるもとのされている。
【0014】
しかしながら、ポリウレタン塗料組成物は、主成分にポリエステルを使用しているため、外装トップコート塗料として使用した場合、耐水性、及び耐湿熱性に劣るという欠点があり、特に耐候性試験を経た後の傷の自己修復性が著しく低下するという欠点が実使用上問題となっていた。
【0015】
また、特許文献6に記載された塗料組成物は、従来の自己修復性塗料と比較し、強靭な塗膜を形成することができるため、塗膜表面の耐擦傷性に優れるもとのされている。
【0016】
しかしながら、この塗料組成物は、ポリエステル成分を使用しているため、外装トップコート塗料として使用した場合、耐水性、及び耐湿熱性に劣るという欠点があった。更に、自己修復性を発現できる塗膜の厚さが20μm以上必要であり、軽量化や高意匠化への課題となっていた。
【0017】
本発明は以上のような事情に基づいてなされたものである。
本発明の目的は、塗膜の傷に対する自己修復性と耐久性を両立し、更に耐水性、耐汚染性、及び耐候性に優れ、特に20μm未満の薄膜において自己修復性に優れた自己修復型形成性コーティング組成物及び塗装方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明の自己修復型形成性コーティング組成物は、アクリル樹脂(A)と、ポリイソシアネート(B)と、添加剤(C)からなる自己修復型形成性コーティング組成物であって、前記アクリル樹脂(A)のガラス転移点が−20〜30℃でありアクリル樹脂固形分あたりの水酸基価が40〜100mgKOH/gであり、前記ポリイソシアネート(B)が脂肪族有機ジイソシアネート(b1)と数平均分子量が250〜750であるポリカーボネートジオール(b2)との反応により得られる平均官能基数が4〜6のアロファネート基含有ポリイソシアネートであり、前記添加剤(C)が少なくとも1個の水酸基を有するポリジメチルシロキサン変性体であることを特徴とする。
【0019】
また、自己修復型形成性コーティング組成物は、アクリル樹脂(A)の数平均分子量が6000〜15000であることを特徴とする。
【0020】
また、自己修復型形成性コーティング組成物は、ポリイソシアネート(B)がブロック剤(b3)で変性して得られるブロックイソシアネートであることを特徴とする。
【0021】
また、全樹脂固形分中におけるSiO換算のケイ素含有量が0.01〜0.1質量%になるように添加剤(C)を添加することを特徴とする。
【0022】
また、自己修復型形成性コーティング組成物は、JIS K7244に規定する昇温速度2℃/分の動的粘弾性試験における25℃の貯蔵弾性率が0.2〜1GPaであり、25℃におけるtanδが0.25〜0.7であることを特徴とする。
【0023】
また、自己修復型形成性コーティング組成物を被着体表面上に少なくとも5μmの膜厚の層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【0024】
本発明の自己修復型形成性コーティング組成物及び塗装方法によれば、塗膜の傷に対する自己修復性と耐久性を両立するとともに、耐水性、耐湿熱性、耐汚染性、及び耐候性に優れ、特に20μm未満の薄膜において自己修復性に優れた自己修復型形成性コーティング組成物が得られる。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明の自己修復型形成性コーティング組成物は、アクリル樹脂(A)と、ポリイソシアネート(B)と、添加剤(C)を配合してなる。
【0026】
本発明に使用されるアクリル樹脂(A)は、有機溶剤等を含まない無溶剤タイプ、有機溶剤で希釈された溶剤系タイプ、及び水分散または水に溶解した水溶性のものが使用される。
また、アクリル樹脂(A)は、アクリル酸エステルまたは/及びメタクリル酸エステル〔以下(メタ)アクリル酸エステルという〕(a1)と、反応点となりうる少なくとも分子内に1個以上の水酸基を有するアクリル酸ヒドロキシ化合物または/及びメタクリル酸ヒドロキシ化合物〔以下(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物という〕(a2)と、重合開始剤(a3)と、必要に応じ界面活性剤(a4)を併用し、熱エネルギーや紫外線や電子線などの光エネルギー等を使用し、アクリルモノマーを共重合することにより得られる。
【0027】
<(a1)(メタ)アクリル酸エステル>
(メタ)アクリル酸エステル(a1)としては、炭素数1〜20のアルキルエステルを用いることができる。
このような(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシルのような(メタ)アクリル酸アルキルエステル;シクロヘキシル(メタ)アクリレートのような(メタ)アクリル酸の脂環属アルコールとのエステル;(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジルのような(メタ)アクリル酸アリールエステルを挙げることができる。このような(メタ)アクリル酸エステルは単独であるいは2種類以上を組み合わせて使用することができる。
【0028】
<(a2)(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物>
(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物(a2)としては、ポリイソシアネート(B)との反応点となりうる少なくとも分子内に1個以上の水酸基を有しており、具体的には、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピルアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートなどのアクリル酸ヒドロキシ化合物が挙げられる。また、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピルメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレートなどのメタクリル酸ヒドロキシ化合物が挙げられる。これらアクリル酸ヒドロキシ化合物または/及びメタクリル酸ヒドロキシ化合物は、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0029】
また、本発明で使用されるアクリル樹脂(A)は、上記の(メタ)アクリル酸エステル成分単位のほかに、(メタ)アクリル酸エステルと共重合可能な単量体から誘導される繰り返し単位を有していてもよい。このような単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸メトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシエチル、(メタ)アクリル酸プロポキシエチル、(メタ)アクリル酸ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシプロピルのような(メタ)アクリル酸アルコキシアルキル;(メタ)アクリル酸アルカリ金属塩などの塩;エチレングリコールのジ(メタ)アクリル酸エステル、ジエチレングリコールのジ(メタ)アクリル酸エステル、トリエチレングリコールのジ(メタ)アクリル酸エステル、ポリエチレングリコールのジ(メタ)アクリル酸エステル、プロピレングリコールのジ(メタ)アクリル酸エステル、ジプロピレングリコールのジ(メタ)アクリル酸エステル、トリプロピレングリコールのジ(メタ)アクリル酸エステルのような(ポリ)アルキレングリコールのジ(メタ)アクリル酸エステル;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリル酸エステルのような多価(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリロニトリル;酢酸ビニル;塩化ビニリデン;(メタ)アクリル酸−2−クロロエチルのようなハロゲン化ビニル化合物;2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリンのようなオキサゾリン基含有重合性化合物;(メタ)アクリロイルアジリジン、(メタ)アクリル酸−2−アジリジニルエチルのようなアジリジン基含有重合性化合物;アリルグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸グリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸グリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸−2−エチルグリシジルエーテルのようなエポキシ基含有ビニル単量体;フッ素置換メタクリル酸アルキルエステル、フッ素置換アクリル酸アルキルエステル等の含フッ素ビニル単量体;イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸のような不飽和カルボン酸(ただし(メタ)アクリル酸を除く)、これらの塩並びにこれらの(部分)エステル化合物および酸無水物;2−クロルエチルビニルエーテル、モノクロロ酢酸ビニルのような反応性ハロゲン含有ビニル単量体;メタクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、N−-メトキシエチルメタクリルアミド、N−ブトキシメチルメタクリルアミドのようなアミド基含有ビニル単量体;ビニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、トリメトキシシリルプロピルアリルアミン、2−メトキシエトキシトリメトキシシランのような有機ケイ素基含有ビニル化合物単量体;その他、ビニル基を重合したモノマー末端にラジカル重合性ビニル基を有するマクロモノマー類等(例えば、フッ素系モノマー、シリコーン含有モノマー、マクロモノマー、スチレン、シリコーン等)を挙げることができる。このような単量体は単独であるいは2種類以上を組み合わせて、上記(メタ)アクリル酸エステルと共重合させることができる。
【0030】
<(a3)重合開始剤>
重合開始剤は、熱重合開始剤、光重合開始剤を挙げることができ、重合方法によって適宜に選ばれる。
熱重合開始剤の具体例としては、ジ−2−エチルヘキシルペルオキシジカーボネート等のペルオキシジカーボネート類、t−ブチルペルオキシベンゾエート、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、t−ヘキシルペルオキシイソプロピルカーボネート等のペルオキシエステル類、ジ(t−ブチルペルオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、ジ(t−ブチルペルオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサンおよびジ(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン等のペルオキシケタール類等が挙げられる。
また、主に水溶液中における重合で使用する熱重合開始剤の具体例としては、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩類、t−ブチルハイドロパーオキシド、クメンハイドロパーオキシドなどの有機過酸化物類、過酸化水素と酒石酸などのレドックス類、V−50(和光純薬工業社製)などの水溶性アゾ系開始剤等が挙げられる。
また、光重合開始剤の具体例としては、アセトフェノン、メトキシアセトフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、α−ヒドロキシ−α,α′−ジメチルアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−シクロヘキシルアセトフェノン、2−メチル−1[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モンフォリノプロパノン−1等のアセトフェノン類、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルブチルエーテル等のベンゾインエーテル類、ベンゾフェノン、2−クロロベンゾフェノン、p,p′−ジクロロベンゾフェノン、N,N′−テトラメチル−4,4′−ジアミノベンゾフェノン、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン等のケトン類、チオキサンソン、2−クロロチオキサンソン、2−メチルチオキサンソン等のチオキサンソン類、ビスアシルホスフィンオキサイド、ベンゾイルホスフィンオキサイド等のホスフィン酸化物、ベンジルジメチルケタール等のケタール類、カンファン−2,3−ジオン、フェナントレンキノン等のキノン類などを挙げることができる。
【0031】
<(a4)界面活性剤>
水分散または水に溶解した水系アクリル樹脂を得る場合に使用される界面活性剤としては、界面活性剤は特に限定されるものではないが、反応性界面活性剤、非反応性界面活性剤などが、単独であるいは2種類以上を併用して用いることができる。尚、耐水性などを考慮した場合、反応性界面活性剤を用いることが好ましい。
アニオン系界面活性剤の具体例としては、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルスルホコハク酸ナトリウム、ノニルフェニル骨格のアデカリアソープSE−10N(旭電化工業社製)、長鎖アルキル骨格のアクアロンKH−05、KH−10(第一工業製薬社製、スルホン酸系反応性界面活性剤)、アデカリアソープSR−10N(旭電化工業社製)、リン酸エステル骨格のKAYARAD(日本化薬社製)等が挙げられる。
また、ノニオン系界面活性剤の具体例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類のポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ソルビタン高級脂肪酸エステル類のソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートやアクアロンRN−30(第一工業製薬社製)等が挙げられる。
【0032】
また、界面活性剤と共に、性能低下を生じない範囲内で、必要に応じて水溶性保護コロイドを使用することができる。水溶性保護コロイドの具体例としては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ゼラチンなどが挙げられる。
【0033】
また、重合に際しては、共重合体の分子量を調節するため、必要に応じて連鎖移動剤を使用することができる。連鎖移動剤の具体例としては、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、n−ブチルメルカプタンなどが挙げられる。
【0034】
また、アクリル樹脂(A)のガラス転移点は、−20〜30℃の範囲である。下限未満の場合には、繰り返し自己修復性に当たる耐久性、耐汚染性、及び耐水性が低下し、実使用環境には耐えら得ない塗膜となる。また、上限値を超えると低温や常温における自己修復性や耐久性の低下を招く恐れがある。
【0035】
また、アクリル樹脂(A)の水酸基価は、アクリル樹脂固形分あたり40〜100mgKOH/gの範囲である。下限未満の場合には組成物中における架橋密度が低下し、自己修復性が低下する恐れがある。また、上限値を超えると耐候性の低下を招く恐れがある。
【0036】
また、上記のような組成を有するアクリル樹脂(A)の数平均分子量は、6000〜15000であることが好ましく、好ましくは7000〜12000、更に好ましくは8000〜10000である。下限未満の場合には耐候性が低下し、上限値を超えると溶剤への溶解性、ポリイソシアネートとの相溶性の低下、性能バラツキ、及び塗膜外観の不良を招く恐れがある。
【0037】
本発明に使用されるポリイソシアネート(B)は、脂肪族有機ジイソシアネート(b1)とポリカーボネートジオール(b2)との反応により得られるアロファネート基含有ポリイソシアネートである。ポリイソシアネートにアロファネート基を含有することによって、柔軟でありながら、強靭な塗膜を形成し、自己修復性と耐久性とを両立した性能を付与することが可能となる。また、アロファネート基を含有することによって常温液状となり塗装におけるハンドリング性が良好となる。
【0038】
<(b1)脂肪族有機ジイソシアネート>
ポリイソシアネート(B)に使用される脂肪族有機ジイソシアネート(b1)は、ポットライフと硬化性の両立、自己修復性、耐久性、及び耐黄変性の点から、直鎖状脂肪族ジイソシアネートまたは/及び脂環族ジイソシアネートが好ましい。
脂肪族有機ジイソシアネートの具体例としては、ヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、2−メチル−ペンタン−1,5−ジイソシアネート、3−メチル−ペンタン−1,5−ジイソシアネート、リジンジイソシアネート、トリオキシエチレンジイソシアネート等の直鎖状脂肪族イソシアネートが挙げられる。また、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネート、水素添加キシレンジイソシアネート、水素添加テトラメチルキシレンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネートが挙げられる。これら脂肪族有機ジイソシアネートは、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。本実施の形態例では、得られるコーティング塗膜の自己修復性、及び耐久性の観点から、直鎖状脂肪族ジイソシアネートが好ましく、特にヘキサメチレンジイソシアネートが最も好ましい。
【0039】
<(b2)ポリカーボネートジオール>
本発明のポリイソシアネート(B)に使用されるポリカーボネートジオール(b2)は、種類を特に限定するものではなく、例えば、短鎖ジオールとジアルキルカーボネート、アルキレンカーボネートまたはジアリールカーボネート等の低分子カーボネートとのエステル交換縮合反応などによって好適に得られる。
この短鎖ジオールとしては、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、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、シクロヘキサン−1,4−ジオール、シクロヘキサン−1,4−ジメタノール、ダイマー酸ジオール等、分子量500未満のものが挙げられる。
ジアルキルカーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等が挙げられ、アルキレンカーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等が挙げられ、ジアリールカーボネートとしては、ジフェニルカーボネート、ジナフチルカーボネート、ジアントリルカーボネート、ジフェナントリルカーボネート、ジインダニルカーボネート、テトラヒドロナフチルカーボネート等が挙げられる。これらはいずれも単独であるいは2種以上を混合して使用することができる。
また、得られるコーティング塗膜の機械的強度をより高める観点から、結晶性発現により機械的強度に寄与する直鎖状の脂肪族グリコールを用いたポリカーボネートジオールが好ましい。同様に、自己修復性、機械的強度及び作業性の観点から、数平均分子量が250〜750である。下限値未満の場合には、柔軟性が不足し、実使用上の自己修復性が得られない恐れがあり、上限値を超えると、結晶性が高くなり溶剤への溶解性、常温における作業性、耐汚染性、及び得られるコーティング塗膜の機械的強度が低下する恐れがある。
【0040】
<(B)ポリイソシアネートの製造方法>
次に、ポリイソシアネート(B)の具体的な製造手順について説明する。
第1工程:脂肪族有機ジイソシアネート(b1)と、ポリカーボネートジオール(b2)を水酸基に対して、イソシアネート基が過剰量になる量を仕込んで、有機溶剤の存在下または非存在下、20〜100℃でウレタン化反応させてイソシアネート基末端プレポリマーIを製造する。第2工程:イソシアネート基末端プレポリマーIにアロファネート化触媒を仕込み、赤外分光分析(IR分析)でウレタン基が実質的に存在しなくなるまで、70〜150℃にてアロファネート化させて、イソシアネート基末端プレポリマーIIを製造する。また、一連の製造工程においては、窒素ガス、若しくは、乾燥空気気流下で反応を進行させる。
【0041】
ここで、「イソシアネート基が過剰量になる量」とは、原料仕込みの際、有機ジイソシアネートのイソシアネート基をポリカーボネートジオールの水酸基のモル比が、R=イソシアネート基/水酸基で6〜40になるように仕込むことが好ましく、更に好ましくは、R=7〜30になるように仕込むことが好ましい。下限未満の場合には、目的物よりも分子量の高いアロファネート基含有ポリイソシアネートやヌレート基含有ポリイソシアネートの副生成物量が多くなり、粘度の上昇、アクリル樹脂との相溶性の低下、及び溶剤溶解性の低下を招く恐れがある。上限を超える場合には、アロファネート基含有ポリイソシアネートの前駆体であるウレタン基含有ポリイソシアネートの副生成物量が多くなり、平均官能基数の低下、及び生産性や収率の低下を招く恐れがある。
【0042】
また、ポリイソシアネート(B)中のアロファネート基含有ポリイソシアネート、ヌレート基含有ポリイソシアネート、及びウレタン基含有ポリイソシアネートの全モル量に対して、ヌレート基含有ポリイソシアネートのモル分率が、30モル%を超えない範囲で含有することも可能である。上限を超える場合には、柔軟性の低下を招き、自己修復性が低下する恐れがある。
【0043】
また、ポリイソシアネート(B)の製造においては、有機溶剤等を含まずに反応を行う方法や有機溶剤の存在下で反応を行う方法が適宜選ばれる。
有機溶媒の存在下で反応を行う場合には、反応に影響を与えない各種有機溶媒を用いることができる。有機溶媒の具体例としては、オクタン等の脂肪族炭化水素類;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族炭化水素類;メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸ブチル、酢酸イソブチル等のエステル類;エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネート等のグリコールエーテルエステル類;ジオキサン等のエーテル類;ヨウ化メチレン、モノクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホニルアミド等の極性非プロトン溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0044】
<第1工程:イソシアネート基末端プレポリマーIを製造する工程>
ウレタン化反応の反応温度は、20〜120℃であり、好ましくは50〜100℃である。尚、ウレタン化反応の際、公知のウレタン化触媒を用いることができる。具体的には、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジラウレート等の有機金属化合物や、トリエチレンジアミンやトリエチルアミン等の有機アミンやその塩を選択して用いる。これらの触媒は、単独または2種以上併用して用いることができる。
【0045】
ウレタン化反応の反応時間は、触媒の有無、種類、および温度により異なるが、一般には10時間以内、好ましくは1〜5時間で十分である。
【0046】
<第2工程:イソシアネート基末端プレポリマーIIを製造する工程>
ウレタン化反応が終了したら、アロファネート化反応を行う。この時、アロファネート化反応は、ウレタン化反応と同時に行っても、ウレタン化反応後に行ってもよい。ウレタン化反応とアロファネート化反応とを同時に行う場合、アロファネート化触媒の存在下で反応を行えばよく、ウレタン化反応後にアロファネート化反応を行う場合、アロファネート化触媒の非存在下で、所定時間ウレタン化反応を行った後、アロファネート化触媒を添加してアロファネート化反応を行えばよい。
【0047】
<アロファネート化触媒>
アロファネート化反応で使用されるアロファネート化触媒としては、公知の触媒から適宜選択して用いることができ、例えば、カルボン酸の金属塩を用いることができる。
カルボン酸の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロン酸、オクチル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、2−エチルヘキサン酸等の飽和脂肪族カルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロペンタンカルボン酸等の飽和単環カルボン酸、ビシクロ(4.4.0)デカン−2−カルボン酸等の飽和複環カルボン酸、ナフテン酸等の上述したカルボン酸の混合物、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、大豆油脂肪酸、トール油脂肪酸等の不飽和脂肪族カルボン酸、ジフェニル酢酸等の芳香脂肪族カルボン酸、安息香酸、トルイル酸等の芳香族カルボン酸等のモノカルボン酸類;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、酒石酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、クルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,4−シクロヘキシルジカルボン酸、α−ハイドロムコン酸、β−ハイドロムコン酸、α−ブチル−α−エチルグルタル酸、α,β−ジエチルサクシン酸、マレイン酸、フマル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等のポリカルボン酸類が挙げられる。
【0048】
また、カルボン酸の金属塩を構成する金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属;マグネシウム、カルシウム、バリウム等のアルカリ土類金属;スズ、鉛等のその他の典型金属;マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム等の遷移金属などが挙げられる。
これらのカルボン酸金属塩は、単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。尚、アロファネート化触媒の使用量は、脂肪族有機ジイソシアネートとポリカーボネートジオールとの合計質量に対して0.001〜0.1質量%が好ましく、0.005〜0.03質量%がより好ましい。下限未満の場合には、アロファネート基含有ポリイソシアネートがあまり生成せず、ウレタン基含有ポリイソシアネートの副生成物量が多くなり、得られるポリイソシアネートの平均官能基数が低下することになる。また、上限を超える場合には、分子量の高いアロファネート基含有ポリイソシアネートやヌレート基含有ポリイソシアネートの副生成物が多くなり、粘度の上昇や純度の低下を招く恐れがある。
【0049】
ここで、アロファネート化反応の反応温度は70〜150℃、好ましくは90〜130℃で反応を行う。反応温度が低すぎる場合には、アロファネート基含有ポリイソシアネートがあまり生成せず、ウレタン基含有ポリイソシアネートの副生成物量が多くなり、得られるポリイソシアネートの平均官能基数が低下することになる。また、反応が高すぎる場合には、分子量の高いアロファネート基含有ポリイソシアネートやヌレート基含有ポリイソシアネートの副生成物が多くなり、粘度の上昇、アクリル樹脂との相溶性、溶剤溶解性の低下を招く恐れがある。
【0050】
アロファネート化反応後、触媒の活性を失活させる触媒毒を添加してアロファネート化反応を停止させる。触媒毒の添加時期は、アロファネート化反応後であれば、特に限定されないが、副反応の進行を抑制するためにも、反応終了後、速やかな添加が好ましい。
【0051】
ここで、触媒毒としては、リン酸、塩酸等の無機酸、スルホン酸基、スルファミン酸基等を有する有機酸およびこれらのエステル類、アシルハライド等公知の化合物が使用される。これらの触媒毒は、単独または2種以上を併用して用いることがでる。
【0052】
触媒毒の添加量は、触媒毒や触媒の種類によって異なるが、触媒の0.5〜10当量となるのが好ましく、0.8〜5.0当量が特に好ましい。触媒毒が少ない場合には、得られるポリイソシアネートの貯蔵安定性が低下しやすい。多すぎる場合は、ポリイソシアネートが着色する場合がある。
【0053】
<第3工程:精製工程>
精製工程では、反応混合物中に存在している遊離の未反応の脂肪族有機ジイソシアネートを、例えば、10〜100Paの高真空下での120〜140℃における薄膜蒸留により、1.0質量%以下の残留含有率まで除去することが好ましい。上限値を超える場合、臭気や貯蔵安定性の低下を招く恐れがある。
【0054】
また、ポリイソシアネート(B)は、貯蔵安定性向上やアクリル樹脂(A)との配合工程の作業性等を考慮して、製造後に有機溶剤で希釈しておくこともできる。この有機溶剤の具体例としては、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤、ペンタン、ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素系溶剤、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族炭化水素系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン系溶剤、ジエチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤、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モノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のセロソルブ系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のイソシアネート基に不活性なものであれば特に制限はない。
【0055】
また、ポリイソシアネート(B)は、有機溶剤等を含まない無溶剤タイプや有機溶剤で希釈された溶剤系タイプのアクリル樹脂との併用時に、ポットライフ等の作業性向上、及び一液化を目的として、ブロック剤(b3)を用いてブロックイソシアネートとすることができる。
【0056】
<(b3)ブロック剤>
ブロック剤(b3)は、ポリイソシアネート(B)のイソシアネート基をブロック化し、水分や水酸基などの活性水素基との反応を消失させ一液化を可能とする。更に、ブロック化されたポリイソシアネートは、加熱することによってブロック剤が解離し、再びイソシアネート基が活性化することで、活性水素基と反応する潜在性の硬化剤である。
ブロック剤(b3)としては、フェノール系、ラクタム系、活性メチレン系、アルコール系、メルカプタン系、酸アミド系、イミド系、アミン系、イミダゾール系、尿素系、カルバミン酸塩系、イミン系、オキシム系、亜硫酸塩系等が挙げられる。とりわけフェノール系、オキシム系、ラクタム系、イミン系が有利に使用される。ここでブロック剤(b3)の具体例としては、フェノール、クレゾール、キシレノール、ニトロフェノール、クロロフェノール、エチルフェノール、p−ヒドロキシジフェニル、t−ブチルフェノール、o−イソプロピルフェノール、o−sec−ブチルフェノール、p−ノニルフェノール、p−t−オクチルフェノール、ヒドロキシ安息香酸、ヒドロキシ安息香酸エステル等のフェノール系ブロック剤、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム、β−プロピオラクタム等のラクタム系ブロック剤、マロン酸ジエチル、マロン酸ジメチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸メチル、アセチルアセトン等の活性メチレン系ブロック剤、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコール、n−アミルアルコール、t−アミルアルコール、ラウリルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、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、ベンジルアルコール、メトキシメタノール、グリコール酸、グリコール酸メチル、グリコール酸エチル、グリコール酸ブチル等のグリコール酸エステル、乳酸、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル等の乳酸エステル、メチロール尿素、メチロールメラミン、ジアセトンアルコール、エチレンクロルヒドリン、エチレンブロムヒドリン、1,3−ジクロロ−2−プロパノール、ω−ハイドロパーフルオロアルコール、アセトシアンヒドリン等のアルコール系ブロック剤、ブチルメルカプタン、ヘキシルメルカプタン、t−ブチルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、2−メルカプトベンゾチアゾール、チオフェノール、メチルチオフェノール、エチルチオフェノール等のメルカプタン系ブロック剤、アセトアニリド、アセトアニシジド、アセトトルイド、アクリルアミド、メタクリルアミド、酢酸アミド、ステアリン酸アミド、ベンズアミド等の酸アミド系ブロック剤、コハク酸イミド、フタル酸イミド、マレイン酸イミド等のイミド系ブロック剤、ジフェニルアミン、フェニルナフチルアミン、キシリジン、N−フェニルキシリジン、カルバゾール、アニリン、ナフチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、ブチルフェニルアミン等のアミン系ブロック剤、イミダゾール、2−エチルイミダゾール等のイミダゾール系ブロック剤、尿素、チオ尿素、エチレン尿素、エチレンチオ尿素、1,3−ジフェニル尿素等の尿素系ブロック剤、N−フェニルカルバミン酸フェニル、2−オキサゾリドン等のカルバミン酸塩系ブロック剤、エチレンイミン、プロピレンイミン等のイミン系ブロック剤、ホルムアミドキシム、アセトアルドキシム、アセトキシム、メチルエチルケトオキシム、ジアセチルモノオキシム、ベンゾフェノンオキシム、シクロヘキサノンオキシム等のオキシム系ブロック剤、重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリウム等の亜硫酸塩系ブロック剤等が挙げられる。これらのブロック剤は、単独または2種以上を併用して用いることがでる。
【0057】
また、ブロック剤(b3)とポリイソシアネート(B)との反応温度は、40〜140℃であり、好ましくは70〜100℃である。
【0058】
また、ポリイソシアネート(B)は、水分散または水に溶解した水系アクリル樹脂との併用時に、水分散安定性を高めるために、親水性極性基含有化合物で変性した変性イソシアネートとすることもでき、更にブロック剤と併用することによって一液化を可能とした水分散性を有するポリイソシアネートを得ることができる。
【0059】
<親水性極性基含有化合物>
親水性極性基含有化合物は、構造中に活性水素基を含みポリイソシアネート(B)のイソシアネート基と反応することで水や水系アクリル樹脂への分散性を高め、性能バラツキが少ないコーティング塗膜を得ることができる。
ここで親水性極性基含有化合物における親水性極性基としては、ノニオン性極性基、アニオン性極性基、カチオン性極性基が挙げられる。これら親水性極性基は、それぞれ単独で用いてもよいし、異なる種類の親水性極性基を用いてもよい。得られるポリイソシアネート(B)の安定性や耐湿熱性、耐水性を考慮すると、親水性極性基は、ノニオン性極性基が好ましい。
【0060】
活性水素基を有するノニオン性親水基含有化合物としては、特に限定するものではないがエチレンオキサイドユニットが50モル%以上、繰り返し数が3〜90であるポリ(オキシアルキレン)エーテルモノオール、ポリ(オキシアルキレン)エーテルポリオール、ポリ(オキシアルキレン)脂肪酸エステルモノオールが好ましい。これらのうち、分散性、耐湿熱性、及び耐水性の観点から、ノニオン性親水基含有化合物としては、ポリ(オキシアルキレン)エーテルモノオール、ポリ(オキシアルキレン)エーテルポリオールが好ましく、更にはポリ(オキシアルキレン)エーテルモノオールが好ましい。
【0061】
ポリ(オキシアルキレン)エーテルモノオールの製造における開始剤としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール、t−ブタノール、シクロヘキサノール、フェノール挙げられる。また、ポリ(オキシアルキレン)エーテルポリオールの製造における開始剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、アニリン、トリメチロールプロパン、グリセリン等が挙げられる。
【0062】
また、ポリ(オキシアルキレン)脂肪酸エステルモノオールの製造に用いられる脂肪酸としては、酢酸、プロピオン酸、n−酪酸、i−酪酸、n−吉草酸、i−吉草酸、カプロン酸、グリコール酸、乳酸、メトキシ酢酸等が挙げられる。
【0063】
活性水素基を有するアニオン性親水基含有化合物としては、活性水素基を1個以上有する有機酸と中和剤からなる。また、有機酸としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスフィン酸塩、チオスルホン酸塩等が挙げられ、これらの基は、独立で導入されてもよいし、キレートのように関連付けられてもよい。
【0064】
活性水素基を1個以上有する有機酸の具体例としては、α−ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシコハク酸、ジヒドロキシコハク酸、ε−ヒドロキシプロパン−1,2,3−トリカルボン酸、ヒドロキシ酢酸、α−ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシステアリン酸、リシノール酸、リシノエライジン酸、リシノステアロール酸、サリチル酸、マンデル酸等、オレイン酸、リシノール酸、リノール酸等の不飽和脂肪酸をヒドロキシル化したヒドロキシ脂肪酸、グルタミン、アスパラギン、リジン、ジアミノプロピオン酸、オルニチン、ジアミノ安息香酸、ジアミノベンゼンスルホン酸等のジアミン型アミノ酸、グリシン、アラニン、グルタミン酸、タウリン、アミノカプロン酸、アミノ安息香酸、アミノイソフタル酸、スルファミン酸等のモノアミン型アミノ酸、又は、2,2−ジメチロールプロピオン酸、2,2−ジメチロール酪酸、2,2−ジメチロール吉草酸等のカルボン酸含有ポリオール、イミノジ酢酸とグリシドールの付加物のようなキレートタイプ、5−ナトリウムスルホイソフタル酸や5−カリウムスルホイソフタル酸を用いたポリエステルポリオール、水やカルボキシル基含有アルコールを開始剤としたポリカプロラクトン、活性水素基含有ポリエステル又は活性水素基含有ポリカーボネートとカルボキシル基含有アルコールとのエステル交換物が挙げられる。
【0065】
中和剤としては、アンモニア、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−フェニルジエタノールアミン、モノエタノールアミン、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、N−メチルモルホリン、2−アミノ−2−エチル−1−プロパノール、高級アルキル変性モルホリン等の有機アミン類、リチウム、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの無機アルカリ類等が挙げられる。また、硬化後の塗膜の耐久性、耐湿熱性、及び耐水性を向上させるためには、加熱によって容易に解離する揮発性の高いものが好ましく、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミンが好ましい。また、これら有機酸類、及び中和剤は、それぞれ単独又は2種以上の混合物でも使用することもできる。
【0066】
活性水素基を有するカチオン性親水基含有化合物としては、活性水素基を1個以上有する3級アミンと、無機酸及び有機酸の中和剤、4級化剤のいずれから選択されるものからなる。活性水素基を1個以上有する3級アミンの具体例としては、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、N,N−ジプロピルエタノールアミン、N,N−ジフェニルエタノールアミン、N−メチル−N−エチルエタノールアミン、N−メチル−N−フェニルエタノールアミン、N,N−ジメチルプロパノールアミン、N−メチル−N−エチルプロパノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、N−メチルジプロパノールアミン、N−フェニルジエタノールアミン、N−フェニルジプロパノールアミン、N−ヒドロキシエチル−N−ヒドロキシプロピル−メチルアミン、N,N′−ジヒドロキシエチルピペラジン、トリエタノールアミン、トリスイソプロパノールアミン、N−メチル−ビス−(3−アミノプロピル)−アミン、N−メチル−ビス−(2−アミノプロピル)−アミン等が挙げられる。また、アンモニア、メチルアミンのような第1アミン、ジメチルアミンのような第2アミンにアルキレンオキサイドを付加させたものも使用できる。
【0067】
また、無機及び有機酸としては、塩酸、酢酸、乳酸、シアノ酢酸、燐酸及び硫酸等が挙げられる。4級化剤の具体例としては、硫酸ジメチル、塩化ベンジル、ブロモアセトアミド、クロロアセトアミド、または、臭化エチル、臭化プロピル、臭化ブチル等のハロゲン化アルキルが挙げられる。また、その他のカチオン性極性基含有化合物として、第1級アミン塩、第2級アミン塩、第3級アミン塩、ピリジニウム塩等のカチオン性化合物が挙げられる。
【0068】
また、第3級アミン含有ポリオールとスルトンとの反応で生成するスルホベタイン基等の両性極性基も導入することができる。
【0069】
また、アニオン性及びカチオン性極性基における中和剤、4級化剤の添加、反応時期はポリイソシアネートと、活性水素基を有する有機酸または/及び3級アミンとの反応後でもよいし、活性水素基を有する有機酸または/及び3級アミンと中和剤や4級化剤を反応させてから、この反応物と有機ポリイソシアネートを反応させてもよい。また、スルホン酸はポリイソシアネートとの反応前に中和するほうが好ましい。
【0070】
ポリイソシアネート(B)への親水性極性基含有化合物の変性量は、特に限定されるものではないがコーティング塗膜の性能と水への分散性の両立の観点から、ポリイソシアネートのイソシアネート基量に対して、モル分率で5〜25モル%の範囲で変性することが好ましい。親水性極性基含有化合物が25モル%を超える場合には十分な硬化塗膜が得られず、自己修復性や耐候性が低下する恐れがある。また、親水性極性基含有化合物が5モル%未満の場合には十分な水分散性が得られず、沈降や凝集物を生じ、コーティング塗膜の性能バラツキが大きくなる恐れがある。
【0071】
このようにして得られたポリイソシアネート(B)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下GPCという)の分析に基づいて求められる平均官能基数が4〜6の範囲である。下限未満の場合には、架橋密度が低下し自己修復性、耐久性、耐汚染性、耐水性、及びコーティング塗膜の機械的強度が低下する恐れがある。また、上限値を超える場合には柔軟性が不足し、実使用上の自己修復性が得られない恐れがある。
【0072】
また、ポリイソシアネート(B)の数平均分子量は、1000〜3000であり、好ましくは1200〜2500、更に好ましくは1500〜2000である。下限未満の場合には柔軟性が不足する恐れがあり、上限値を超えると粘度の上昇、アクリル樹脂との相溶性、及び溶剤溶解性の低下を招く恐れがある。
【0073】
また、コーティング塗膜を形成する際のアクリル樹脂(A)とポリイソシアネート(B)との配合の割合は、特に厳密に限定するものではないが、イソシアネート基末端プレポリマー中のイソシアネート基とポリオール中の水酸基のモル比が、R=イソシアネート基/水酸基で0.8〜1.2となるように配合することが好ましい。下限値未満の場合には水酸基が過剰になり、耐水性や耐湿熱性の低下を招く恐れがある。また、架橋密度が低下し耐久性の低下やコーティング塗膜の機械的強度が低下する恐れがある。上限値を超える場合にはイソシアネート基が過剰になり、過剰量のヌレート基やウレア基が生成し、コーティング塗膜の柔軟性の低下を招き、自己修復性が低下する恐れがある。
【0074】
本発明に使用される添加剤(C)は、コーティング塗膜の平滑性、及び耐汚染性を付与するのみならず、自己修復性を維持したまま耐擦傷性を更に向上させるために使用される。これによってコーティング塗膜が20μm未満の薄膜においても、実使用上の自己修復性と耐擦傷性とを両立することが可能となる。
【0075】
また、添加剤(C)の添加量は、全樹脂固形分に対し、SiO換算のケイ素含有量が0.01〜0.1質量%になるように配合することが好ましい。下限未満の場合には十分なコーティング塗膜の平滑性、スリップ性、耐汚染性、及び耐擦傷性の向上が見られない。また、上限値を超える場合には、ハジキを生じ、リコート性の低下を招く恐れがある。
【0076】
<(C)添加剤>
本発明に使用される添加剤(C)は、有機溶剤等を含まない無溶剤タイプ、有機溶剤で希釈された溶剤タイプ、及び水分散または水に溶解した水溶性のものが使用される。
添加剤(C)としては、少なくとも1つの水酸基を含有し、且つアクリル部を変性部としたポリジメチルシロキサン−アクリル共重合体、ポリエーテル部を変性部としたポリジメチルシロキサン−ポリエーテル共重合体、ポリエステル部を変性部としたポリジメチルシロキサン−ポリエステル共重合体、及びポリエーテル部とポリエステル部とを変性部としたポリジメチルシロキサン−ポリエーテル−ポリエステル共重合体である。
【0077】
少なくとも1つの水酸基を含有し、且つアクリル部を変性部としたポリジメチルシロキサン−アクリル共重合体の製造方法としては、(メタ)アクリル酸変性シリコーンモノマー(c1)と、アクリル樹脂(A)で挙げられた(メタ)アクリル酸エステル(a1)と、反応点となりうる少なくとも分子内に1個以上の水酸基を有する(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物(a2)と、重合開始剤(a3)と、必要に応じ界面活性剤(a4)を併用し、熱エネルギーや紫外線や電子線などの光エネルギー等を使用し、アクリルモノマーを共重合することにより得られる。
【0078】
<(c1)(メタ)アクリル酸変性シリコーンモノマー>
(メタ)アクリル酸変性シリコーンモノマー(c1)の具体例としては、X−22−164(信越化学工業社製、官能基当量:190g/mol)、X−22−164AS(信越化学工業社製、官能基当量:450g/mol)、X−22−164A(信越化学工業社製、官能基当量:860g/mol)、X−22−164B(信越化学工業社製、官能基当量:1630g/mol)、X−22−164C(信越化学工業社製、官能基当量:2370g/mol)、X−22−164E(信越化学工業社製、官能基当量:3900g/mol)、X−22−174DX(信越化学工業社製、官能基当量:4600g/mol)、X−22−2426(信越化学工業社製、官能基当量:12000g/mol)、X−22−2475(信越化学工業社製、官能基当量:420g/mol)等を挙げることができる。このような(メタ)アクリル酸変性されたシリコーンモノマーは単独であるいは2種類以上を組み合わせで使用することができる。
【0079】
また、活性水素基含有シリコーンモノマー(c2)と、ポリイソシアネート(B)で使用される脂肪族有機ジイソシアネート(b1)と、少なくとも分子内に1個以上の水酸基を有する(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物(a2)とをウレタン化反応により、(メタ)アクリル酸変性シリコーンを得て、更に(メタ)アクリル酸エステル(a1)と、反応点となりうる少なくとも分子内に1個以上の水酸基を有する(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物(a2)と、重合開始剤(a3)と、必要に応じ界面活性剤(a4)を併用し、熱エネルギーや紫外線や電子線などの光エネルギー等を使用し、アクリルモノマーを共重合して得られたポリジメチルシロキサン−アクリル共重合体も添加剤(C)として使用することができる。
【0080】
<(c2)活性水素基含有シリコーンモノマー>
活性水素基含有シリコーンモノマー(c2)の具体例としては、KF−868(信越化学工業社製、官能基当量:8800g/mol)、KF−865(信越化学工業社製、官能基当量:5000g/mol)、KF−864(信越化学工業社製、官能基当量:3800g/mol)、KF−859(信越化学工業社製、官能基当量:6000g/mol)、KF−393(信越化学工業社製、官能基当量:350g/mol)、KF−860(信越化学工業社製、官能基当量:7600g/mol)、KF−880(信越化学工業社製、官能基当量:1800g/mol)、KF−8004(信越化学工業社製、官能基当量:1500g/mol)、KF−8002(信越化学工業社製、官能基当量:1700g/mol)、KF−8005(信越化学工業社製、官能基当量:11000g/mol)、KF−867(信越化学工業社製、官能基当量:1700g/mol)、X−22−3820W(信越化学工業社製、官能基当量:55000g/mol)、KF−869(信越化学工業社製、官能基当量:3800g/mol)、KF−861(信越化学工業社製、官能基当量:2000g/mol)、X−22−3939A(信越化学工業社製、官能基当量:1500g/mol)、KF−877(信越化学工業社製、官能基当量:5200g/mol)、PAM−E(信越化学工業社製、官能基当量:130g/mol)、KF−8010(信越化学工業社製、官能基当量:430g/mol)、X−22−161A(信越化学工業社製、官能基当量:800g/mol)、X−22−161B(信越化学工業社製、官能基当量:1500g/mol)、KF−8012(信越化学工業社製、官能基当量:2200g/mol)、KF−8008(信越化学工業社製、官能基当量:5700g/mol)、X−22−1660B−3(信越化学工業社製、官能基当量:2200g/mol)、BY16−205(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:4000g/mol)、FZ−3760(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:1500g/mol)、SF8417(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:1800g/mol)、BY16−849(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:600g/mol)、BY16−892(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:2000g/mol)、FZ−3785(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:6000g/mol)、BY16−872(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:1800g/mol)、BY16−213(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:2700g/mol)、BY16−203(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:1900g/mol)、BY16−898(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:2900g/mol)、BY16−890(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:1900g/mol)、BY16−891(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:2700g/mol)、BY16−893(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:4000g/mol)、FZ−3789(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:1200g/mol)、BY16−871(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:130g/mol)、BY16−853U(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:450g/mol)等のアミノ基変性タイプや、X−22−4039(信越化学工業社製、水酸基価:58KOHmg/g)、X−22−4015(信越化学工業社製、水酸基価:30KOHmg/g)、X−22−160AS(信越化学工業社製、水酸基価:120KOHmg/g)、KF−6001(信越化学工業社製、水酸基価:62KOHmg/g)、KF−6002(信越化学工業社製、水酸基価:35KOHmg/g)、KF−6003(信越化学工業社製、水酸基価:22KOHmg/g)、X−22−170BX(信越化学工業社製、水酸基価:20KOHmg/g)、X−22−170DX(信越化学工業社製、水酸基価:12KOHmg/g)、SF8428(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:1600g/mol)、BY16−201(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:750g/mol)、BY16−004(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:3500g/mol)、SF8427(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:1200g/mol)等のカルビノール基変性タイプや、KF−2001(信越化学工業社製、官能基当量:1900g/mol)、KF−2004(信越化学工業社製、官能基当量:30000g/mol)、X−22−167B(信越化学工業社製、官能基当量:1670g/mol)等のメルカプト基変性タイプや、X−22−3701E(信越化学工業社製、官能基当量:4000g/mol)、X−22−162C(信越化学工業社製、官能基当量:2300g/mol)、X−22−3710(信越化学工業社製、官能基当量:1450g/mol)、BY16−880(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:3500g/mol)、BY16−750(東レ・ダウコーニング社製、官能基当量:750g/mol)等のカルボキシル基変性タイプや、X−22−4952(信越化学工業社製、水酸基価:50KOHmg/g)、X−22−4272(信越化学工業社製、水酸基価:50KOHmg/g)、X−22−6266(信越化学工業社製、水酸基価:50KOHmg/g)等のポリエーテル変性タイプや、X−22−176DX(信越化学工業社製、水酸基価:35KOHmg/g)、X−22−176F(信越化学工業社製、水酸基価:9KOHmg/g)等のジオール末端タイプや、X−21−5841(信越化学工業社製、官能基当量:500g/mol)、KF−9701(信越化学工業社製、官能基当量:1500g/mol)等のシラノール基末端タイプや、KF−857(信越化学工業社製、官能基当量:790g/mol)、KF−8001(信越化学工業社製、官能基当量:1900g/mol)、KF−862(信越化学工業社製、官能基当量:1900g/mol)、X−22−9192(信越化学工業社製、官能基当量:6500g/mol)等のアミノ基・メトキシ基変性タイプを挙げることができる。このような活性水素基含有シリコーンモノマーは単独であるいは2種類以上を組み合わせで使用することができる。
【0081】
少なくとも1つの水酸基を含有し、且つポリエーテル部を変性部としたポリジメチルシロキサン−ポリエーテル共重合体、ポリエステル部を変性部としたポリジメチルシロキサン−ポリエステル共重合体、及びポリエーテル部とポリエステル部とを変性部としたポリジメチルシロキサン−ポリエーテル−ポリエステル共重合体の製造方法としては、活性水素基含有シリコーンモノマー(c2)と、ポリイソシアネート(B)で使用される脂肪族有機ジイソシアネート(b1)と、ポリエステルポリオール(c3)または/及びポリエーテルポリオールとをウレタン化反応をすることによって得られる。
【0082】
また、(c2)記載のカルボキシル基変性シリコーンモノマーを使用し、ポリエステルポリオール(c3)または/及びポリエーテルポリオール(c4)との脱水縮合反応で得られたポリジメチルシロキサン−ポリエーテル共重合体、ポリジメチルシロキサン−ポリエステル共重合体、及びポリジメチルシロキサン−ポリエーテル−ポリエステル共重合体も添加剤(C)として使用することができる。
【0083】
<(c3)ポリエステルポリオール>
添加剤(C)を得るために使用されるポリエステルポリオールとしては、1分子中の水酸基数(平均官能基数)が1.9〜3である脂肪族ポリエステルポリオールが好ましい。具体的には、コハク酸、酒石酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、クルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、1,4−シクロヘキシルジカルボン酸、α−ハイドロムコン酸、β−ハイドロムコン酸、α−ブチル−α−エチルグルタル酸、α,β−ジエチルサクシン酸、マレイン酸、フマル酸等のジカルボン酸またはこれらの無水物等の1種類以上と、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、ジエチレングリコール、シクロヘキサン−1,4−ジオール、シクロヘキサン−1,4−ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールAのエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド付加物、ビス(β−ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール、1,2−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、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、3,3−ジメチロールヘプタン、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール等の低分子ポリオール類の単独または、2種類以上の混合物との縮重合反応から得られるものを挙げることができる。
【0084】
<(c4)ポリエーテルポリオール>
添加剤(C)を得るために使用されるポリエステルポリオールとしては、1分子中の水酸基数(平均官能基数)が1.9〜3である脂肪族ポリエーテルポリオールが好ましい。具体的には、低分子ポリオール類、またはエチレンジアミン、プロピレンジアミン、トルエンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、キシリレンジアミン等の低分子ポリアミン類等のような活性水素基を2個以上、好ましくは2〜3個有する化合物を開始剤として、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等のようなアルキレンオキサイド類、メチルグリシジルエーテル等のアルキルグリシジルエーテル類、フェニルグリシジルエーテル等のアリールグリシジルエーテル類、テトラヒドロフラン等の環状エーテルモノマーを付加重合することで得られるものを挙げることができ、これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて併用することができる。
【0085】
また、市販されている水酸基を有するポリジメチルシロキサン変性体も添加剤として適宜使用することができる。
ポリジメチルシロキサン−アクリル共重合体の具体例としては、BYK−SILCLEAN3700(ビックケミー・ジャパン社製)が挙げられる。
また、ポリジメチルシロキサン−ポリエーテル共重合体の具体例としては、BYK−377(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−SILCLEAN3720(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9200(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9201(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9204(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9205(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9206(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9210(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9211(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9215(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9230(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9241(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9242(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9247(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9420(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9001(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9004(ビックケミー・ジャパン社製)、BYK−9020(ビックケミー・ジャパン社製)が挙げられる。
また、ポリジメチルシロキサン−ポリエステル共重合体の具体例としては、BYK−370(ビックケミー・ジャパン社製)が挙げられる。
また、ポリジメチルシロキサン−ポリエーテル−ポリエステル共重合体の具体例としては、BYK−375(ビックケミー・ジャパン社製)が挙げられる。これらの添加剤は単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0086】
上記によって得られた添加剤(C)は、水酸基を構造中に少なくとも1つ含有することによって、添加剤とポリイソシアネートが反応し、コーティング塗膜形成後において、添加剤がブリードアウトして汚染性、リコート性、及び耐久性の低下等の不具合を生じることがなくなる。また、変性部を含有することによって、アクリル樹脂との相溶性が高まり、コーティング塗膜の曇りや白化等の不具合を生じることがなくなる。
【0087】
また、添加剤(C)の数平均分子量は、1000〜20000であり、好ましくは1000〜15000、更に好ましくは2000〜10000である。また、添加剤(C)は、SiO換算におけるケイ素含有量が、1分子あたり1〜30質量%であることが好ましい。添加剤の数平均分子量が下限未満の場合には、アクリル樹脂との相溶性が低下し、コーティング塗膜の曇りや白化等の原因となる恐れがある。また、上限値を超える場合には、コーティング塗膜表面の平滑性が不十分であり、意匠性や自己修復性の低下を招く恐れがある。
また、ケイ素含有量が下限未満の場合には、薄膜における自己修復性を発現させるために過剰量の添加剤の配合が必要となり、得られるコーティング塗膜の機械強度の低下を招く恐れがある。また、上限値を超えると、アクリル樹脂との相溶性が低下し、コーティング塗膜の曇りや白化等の原因となる恐れがある。
【0088】
また、添加剤(C)は、アクリル樹脂(A)との配合液として、塗装時にポリイソシアネート(B)と混合撹拌して使用される。また、予め添加剤(C)とポリイソシアネート(B)とを反応させ、塗装時にアクリル樹脂(A)と混合撹拌して使用することも可能である。
【0089】
本発明によって得られたコーティング塗膜は、JIS K7244に規定する昇温速度2℃/分の動的粘弾性試験における25℃の貯蔵弾性率が0.5〜1GPaであり、25℃におけるtanδが0.25〜0.7である。貯蔵弾性率が下限値未満の場合には、耐久性や耐擦傷性の低下を招く恐れがあり、また、上限値を超える場合には、低温から常温における自己修復性の低下を招く恐れがある。更にtanδが下限値未満の場合には、低温から常温における自己修復性の低下を招く恐れがあり、上限値を超える場合には、耐久性や耐候性の低下を招く恐れがある。
【0090】
また、本発明によって得られたコーティング塗膜のガラス移転点は40〜70℃の範囲にあることが好ましい。下限値未満の場合には、耐久性や耐候性の低下を招く恐れがあり、また、上限値を超える場合には、低温から常温における自己修復性の低下を招く恐れがある。
【0091】
本発明によって得られた自己修復型形成性コーティング組成物には、必要に応じて、例えば、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール等の酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、染料、溶剤、難燃剤、加水分解抑制剤、潤滑剤、可塑剤、充填材、帯電防止剤、分散剤、触媒、貯蔵安定剤等の添加剤を適宜配合することができる。
【0092】
また、本発明によって得られた自己修復型形成性コーティング組成物は、スプレー、刷毛、浸漬などの公知の方法により被着体の表面上に塗布され、コーティング塗膜を形成する。
ここで被着体は、特に限定されるものではなく、ステンレス、リン酸処理鋼、亜鉛鋼、鉄、銅、アルミニウム、真鍮、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリブチレンフタレート樹脂、ポリスチレン樹脂、AS樹脂、ABS樹脂、ポリカーボネート−ABS樹脂、6−ナイロン樹脂、6,6−ナイロン樹脂、MXD6ナイロン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリアセタール樹脂、塩素化ポリオレフィン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、NBR樹脂、クロロプレン樹脂、SBR樹脂、SEBS樹脂などの素材で成形された被着体、コロナ放電処理やその他表面処理を施されたポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂、または前記被着体表面にベース塗装(中間形成となりうる塗膜層)された被着体を用いることが出来る。
【0093】
被着体表層に形成されるコーティング塗膜の膜厚は、耐久性の高いポリカーボネートを組成物として使用し、添加剤として水酸基を有するポリジメチルシロキサン変性体を使用しているため、被着体に少なくとも5μmの膜厚を形成することで自己修復性を発現する。膜厚が5μm未満である場合には自己修復性が低下する恐れがある。
【0094】
このように本発明の自己修復型形成性コーティング組成物は、自己修復性と耐久性を両立し、更に耐水性、耐湿熱性、耐汚染性、及び耐候性に優れ、特に20μm未満の薄膜において高い自己修復性を有することから、微細加工性、高意匠性、及び外装部品の軽量化が求められる自動車外装板やプラスチック成形品の分野で好適に用いられる。
【実施例】
【0095】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0096】
<アクリル樹脂(A)の合成>
<合成例1>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを70g仕込み、120℃に昇温した。滴下ロートにメタクリル酸メチル(三菱ガス化学社製、以下MMAという)を37.7g、アクリル酸ブチル(日本触媒社製、以下BAという)を50.6g、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル(日油社製、以下HEMAという)を11.7g、パーブチルO(日油社製、2−エチルペルオキシヘキサンtert−ブチル)を2g加え、この混合液を反応槽に4時間かけて滴下した。その後反応液を120℃で1時間保持し、滴下ロートに酢酸ブチルを33g、パーブチルOを1g加え、この混合液を反応槽に1時間かけて滴下した。その後、120℃で3時間保持し室温に冷却後、アクリル樹脂1を得た。
アクリル樹脂1はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が49.0 KOHmg/gであった。また、外観は透明液体、固形分は50質量%、25℃の粘度は200mPa・s、数平均分子量は8800、ガラス転移温度(以下Tgという)は0℃であった。
【0097】
<GPC:分子量の測定>
・測定器:「HLC−8120」(東ソー社製)
・カラム:「TSKguardcolumn HXL−L」(東ソー社製)
粒径=6μm、サイズ=6mmID×30cm×4本
・キャリア:テトラヒドロフラン(THF)
・検出器:視差屈折
・サンプル:0.1%THF溶液
・検量線:ポリスチレン
【0098】
<DSC:Tgの測定>
・測定器:「DSC6200R」(セイコーインスツルメンツ社製)
・サンプルパン:アルミニウム
・条件:窒素気流下
・測定温度:−60〜60℃
・昇温速度:1℃/分
【0099】
<合成例2>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを70g仕込み、120℃に昇温した。滴下ロートにMMAを14.2g、BAを74.1g、HEMAを11.7g、パーブチルOを2g加え、この混合液を反応槽に4時間かけて滴下した。その後反応液を120℃で1時間保持し、滴下ロートに酢酸ブチルを33g、パーブチルOを1g加え、この混合液を反応槽に1時間かけて滴下した。その後、120℃で3時間保持し室温に冷却後、アクリル樹脂2を得た。
アクリル樹脂2はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が49.0 KOHmg/gであった。また、外観は透明液体、固形分は50質量%、25℃の粘度は90mPa・s、数平均分子量は8100、Tgは−30℃であった。
【0100】
<合成例3>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを70g仕込み、120℃に昇温した。滴下ロートにMMAを56.6g、BAを31.5g、HEMAを11.7g、パーブチルOを2g加え、この混合液を反応槽に4時間かけて滴下した。その後反応液を120℃で1時間保持し、滴下ロートに酢酸ブチルを33g、パーブチルOを1g加え、この混合液を反応槽に1時間かけて滴下した。その後、120℃で3時間保持し室温に冷却後、アクリル樹脂3を得た。
アクリル樹脂3はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が49.0 KOHmg/gであった。また、外観は透明液体、固形分は50質量%、25℃の粘度は1000mPa・s、数平均分子量は8810、Tgは30℃であった。
【0101】
<合成例4>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを70g仕込み、120℃に昇温した。滴下ロートにMMAを67.5g、BAを21.0g、HEMAを11.7g、パーブチルOを2g加え、この混合液を反応槽に4時間かけて滴下した。その後反応液を120℃で1時間保持し、滴下ロートに酢酸ブチルを33g、パーブチルOを1g加え、この混合液を反応槽に1時間かけて滴下した。その後、120℃で3時間保持し室温に冷却後、アクリル樹脂4を得た。
アクリル樹脂4はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が49.0 KOHmg/gであった。また、外観は透明液体、固形分は50質量%、25℃の粘度は3300mPa・s、数平均分子量は8750、Tgは50℃であった。
【0102】
<合成例5>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを70g仕込み、120℃に昇温した。滴下ロートにMMAを43.3g、BAを52.0g、HEMAを4.7g、パーブチルOを2g加え、この混合液を反応槽に4時間かけて滴下した。その後反応液を120℃で1時間保持し、滴下ロートに酢酸ブチルを33g、パーブチルOを1g加え、この混合液を反応槽に1時間かけて滴下した。その後、120℃で3時間保持し室温に冷却後、アクリル樹脂5を得た。
アクリル樹脂5はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が19.7KOHmg/gであった。また、外観は透明液体、固形分は50質量%、25℃の粘度は200mPa・s、数平均分子量は8790、Tgは0℃であった。
【0103】
<合成例6>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを70g仕込み、120℃に昇温した。滴下ロートにMMAを28.2g、BAを48.0g、HEMAを23.8g、パーブチルOを2g加え、この混合液を反応槽に4時間かけて滴下した。その後反応液を120℃で1時間保持し、滴下ロートに酢酸ブチルを33g、パーブチルOを1g加え、この混合液を反応槽に1時間かけて滴下した。その後、120℃で3時間保持し室温に冷却後、アクリル樹脂6を得た。
アクリル樹脂6はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が99.7KOHmg/gであった。また、外観は透明液体、固形分は50質量%、25℃の粘度は300mPa・s、数平均分子量は7800、Tgは0℃であった。
【0104】
<合成例7>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを70g仕込み、120℃に昇温した。滴下ロートにMMAを18.8g、BAを45.4g、HEMAを35.8g、パーブチルOを2g加え、この混合液を反応槽に4時間かけて滴下した。その後反応液を120℃で1時間保持し、滴下ロートに酢酸ブチルを33g、パーブチルOを1g加え、この混合液を反応槽に1時間かけて滴下した。その後、120℃で3時間保持し室温に冷却後、アクリル樹脂7を得た。
アクリル樹脂7はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が150.0KOHmg/gであった。また、外観は透明液体、固形分は50質量%、25℃の粘度は380mPa・s、数平均分子量は7400、Tgは0℃であった。
【0105】
<合成例8>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを70g仕込み、120℃に昇温した。滴下ロートにMMAを28.0g、BAを47.9g、HEMAを24.1g、パーブチルOを3g加え、この混合液を反応槽に4時間かけて滴下した。その後反応液を120℃で1時間保持し、滴下ロートに酢酸ブチルを34g、パーブチルOを1g加え、この混合液を反応槽に1時間かけて滴下した。その後、120℃で3時間保持し室温に冷却後、アクリル樹脂8を得た。
アクリル樹脂8はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が100.0KOHmg/gであった。また、外観は透明液体、固形分は50質量%、25℃の粘度は190mPa・s、数平均分子量は3960、Tgは0℃であった。
【0106】
<合成例9>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを70g仕込み、120℃に昇温した。滴下ロートにMMAを28.5g、BAを48.1g、HEMAを23.4g、パーブチルOを0.8g加え、この混合液を反応槽に4時間かけて滴下した。その後反応液を120℃で1時間保持し、滴下ロートに酢酸ブチルを31g、パーブチルOを0.2g加え、この混合液を反応槽に1時間かけて滴下した。その後、120℃で3時間保持し室温に冷却後、アクリル樹脂9を得た。
アクリル樹脂9はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が100.0KOHmg/gであった。また、外観は透明液体、固形分は50質量%、25℃の粘度は900mPa・s、数平均分子量は14500、Tgは0℃であった。
【0107】
<合成例10>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを70g仕込み、120℃に昇温した。滴下ロートにMMAを28.6g、BAを48.1g、HEMAを23.3g、パーブチルOを0.2g加え、この混合液を反応槽に4時間かけて滴下した。その後反応液を120℃で1時間保持し、滴下ロートに酢酸ブチルを30g、パーブチルOを0.1g加え、この混合液を反応槽に1時間かけて滴下した。その後、120℃で3時間保持し室温に冷却後、アクリル樹脂10を得た。
アクリル樹脂10はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が100.2KOHmg/gであった。また、外観は白濁液体、固形分は50質量%、25℃の粘度は3100mPa・s、数平均分子量は20300、Tgは0℃であった。
【0108】
アクリル樹脂1〜アクリル樹脂10に使用した原料の配合量と性状を表1に示す。
【0109】

【表1】

【0110】
表1に用いられる原料の略記号は以下の通り。
・MMA:メタクリル酸メチル
・BA:アクリル酸ブチル
・HEMA:メタクリル酸2−ヒドロキシエチル
・パーブチルO:2−エチルぺルオキシヘキサンtert−ブチル
【0111】
<ポリイソシアネート(B)の合成>
<合成例11>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、ヘキサメチレンジイシシアネート(日本ポリウレタン工業社製、NCO含有量:49.9質量%、以下HDIという)を800g、60℃で溶融したPCD−500(日本ポリウレタン工業社製、ポリヘキサメチレンポリカーボネートジオール、数平均分子量500)を200g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。その後、オクチル酸ジルコニール(第一稀元素化学工業社製、オクチル酸ジルコニウム、以下OctZrという)を0.05g添加し、110℃でアロファネート化反応を2時間行った。NCO含有量が33.3質量%に達した後、JP−508(城北化学工業社製、酸性リン酸エステル)を0.06g添加し、停止反応を行い、反応液を室温に冷却した。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート1を得た。
ポリイソシアネート1はNCO含有量が12.5質量%、外観は透明液体、数平均分子量は1680、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は5.0、25℃の粘度は8000mPa・s、遊離HDI含有量は0.2質量%であった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は90モル%、ヌレート基含有量は3モル%、ウレタン基含有量は7モル%であった。
【0112】
<NMR:アロファネート基・ヌレート基・ウレタン基含有量の測定>
・測定装置:「ECX400M」(日本電子社製、1H−NMR)
・測定温度:23℃
・試料濃度:0.1g/1ml
・積算回数:16
・緩和時間:5秒
・溶剤:重水素ジメチルスルホキシド
・化学シフト基準:重水素ジメチルスルホキシド中のメチル基の水素原子シグナル(2.5ppm)
・評価方法:8.5ppm付近のアロファネート基の窒素原子に結合した水素原子のシグナルと、3.7ppm付近のヌレート基の窒素原子に隣接したメチレン基の水素原子のシグナルと7.0ppm付近のウレタン基の窒素原子に結合した水素原子のシグナルの面積比から結合基の含有量を測定。
【0113】
<合成例12>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、HDIを870g、60℃で溶融したPCD−500を130g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。その後、OctZrを0.05g添加し、110℃でアロファネート化反応を2時間行った。NCO含有量が39.1質量%に達した後、JP−508を0.06g添加し、停止反応を行い、反応液を室温に冷却した。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート2を得た。
ポリイソシアネート2はNCO含有量が13.2質量%、数平均分子量は1430、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は4.5、25℃の粘度は6000mPa・s、遊離HDI含有量は0.2質量%であった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は91モル%、ヌレート基含有量は2モル%、ウレタン基含有量は7モル%であった。
【0114】
<合成例13>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、HDIを725g、60℃で溶融したPCD−500を275g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。その後、OctZrを0.05g添加し、110℃でアロファネート化反応を2時間行った。NCO含有量が27.0質量%に達した後、JP−508を0.06g添加し、停止反応を行い、反応液を室温に冷却した。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート3を得た。
ポリイソシアネート3はNCO含有量が11.5質量%、外観は透明液体、数平均分子量は2220、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は6.0、25℃の粘度は17000mPa・s、遊離HDI含有量は0.4質量%であった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は90モル%、ヌレート基含有量は3モル%、ウレタン基含有量は7モル%であった。
【0115】
<合成例14>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、HDIを880g、PCD−250(日本ポリウレタン工業社製、ポリヘキサメチレンポリカーボネートジオール、数平均分子量250)を120g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。その後、OctZrを0.05g添加し、110℃でアロファネート化反応を2時間行った。NCO含有量が35.9質量%に達した後、JP−508を0.06g添加し、停止反応を行い、反応液を室温に冷却した。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート4を得た。
ポリイソシアネート4はNCO含有量が15.9質量%、外観は透明液体、数平均分子量は1360、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は5.2、25℃の粘度は4000mPa・s、遊離HDI含有量は0.2質量%であった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は91モル%、ヌレート基含有量は2モル%、ウレタン基含有量は7モル%であった。
【0116】
<合成例15>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、HDIを670g、60℃で溶融したPCD−1000(日本ポリウレタン工業社製、ポリヘキサメチレンポリカーボネートジオール、数平均分子量1000)を330g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。その後、OctZrを0.05g添加し、110℃でアロファネート化反応を2時間行った。NCO含有量が27.9質量%に達した後、JP−508を0.06g添加し、停止反応を行い、反応液を室温に冷却した。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート5を得た。
ポリイソシアネート5はNCO含有量が8.7質量%、外観は白色固体、数平均分子量は2420、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は5.0、遊離HDI含有量は0.2質量%、25℃の粘度は固体であるため測定しなかった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は89モル%、ヌレート基含有量は3モル%、ウレタン基含有量は8モル%であった。
【0117】
<合成例16>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、HDIを725g、60℃で溶融したPCD−750(日本ポリウレタン工業社製、ポリヘキサメチレンポリカーボネートジオール、数平均分子量750)を275g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。その後、OctZrを0.05g添加し、110℃でアロファネート化反応を2時間行った。NCO含有量が30.1質量%に達した後、JP−508を0.06g添加し、停止反応を行い、反応液を室温に冷却した。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート6を得た。
ポリイソシアネート6はNCO含有量が10.2質量%、外観は透明液体、数平均分子量は2070、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は5.0、25℃の粘度は15000mPa・s、遊離HDI含有量は0.4質量%であった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は89モル%、ヌレート基含有量は3モル%、ウレタン基含有量は8モル%であった。
【0118】
<合成例17>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、HDIを930g、PCD−150(日本ポリウレタン工業社製、ポリヘキサメチレンポリカーボネートジオール、数平均分子量150)を70g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。その後、OctZrを0.1g添加し、110℃でアロファネート化反応を2時間行った。NCO含有量が38.6質量%に達した後、JP−508を0.11g添加し、停止反応を行い、反応液を室温に冷却した。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート7を得た。
ポリイソシアネート7はNCO含有量が18.2質量%、外観は透明液体、数平均分子量は1160、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は5.0、25℃の粘度は3500mPa・s、遊離HDI含有量は0.2質量%であった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は95モル%、ヌレート基含有量は3モル%、ウレタン基含有量は2モル%であった。
【0119】
<合成例18>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、HDIを945g、1,6−HG(1,6−ヘキサンジオール)を55g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。その後、OctZrを0.1g添加し、110℃でアロファネート化反応を2時間行った。NCO含有量が39.4質量%に達した後、JP−508を0.11g添加し、停止反応を行い、反応液を室温に冷却した。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート8を得た。
ポリイソシアネート8はNCO含有量が19.1質量%、外観は透明液体、数平均分子量は1100、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は5.0、25℃の粘度は2800mPa・s、遊離HDI含有量は0.2質量%であった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は97モル%、ヌレート基含有量は2モル%、ウレタン基含有量は1モル%であった。
【0120】
<合成例19>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、HDIを690g、60℃で溶融したPCD−500を310g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。その後、OctZrを0.05g添加し、110℃でアロファネート化反応を2時間行った。NCO含有量が24.1質量%に達した後、JP−508を0.06g添加し、停止反応を行い、反応液を室温に冷却した。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート9を得た。
ポリイソシアネート9はNCO含有量が10.9質量%、外観は透明液体、数平均分子量は2700、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は7.0、25℃の粘度は28000mPa・s、遊離HDI含有量は0.4質量%であった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は90モル%、ヌレート基含有量は4モル%、ウレタン基含有量は6モル%であった。
【0121】
<合成例20>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、HDIを800g、PCL−500(ダイセル化学工業社製、商品名:プラクセル205、ポリカプロラクトンジオール、数平均分子量500)を200g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。その後、OctZrを0.1g添加し、110℃でアロファネート化反応を2時間行った。NCO含有量が33.3質量%に達した後、JP−508を0.11g添加し、停止反応を行い、反応液を室温に冷却した。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート10を得た。
ポリイソシアネート10はNCO含有量が12.5質量%、外観は透明液体、数平均分子量は1680、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は5.0、25℃の粘度は3200mPa・s、遊離HDI含有量は0.2質量%であった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は90モル%、ヌレート基含有量は3モル%、ウレタン基含有量は7モル%であった。
【0122】
<合成例21>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、HDIを880g、PTMG−250(保土谷化学工業社製、商品名:PTG−250、ポリテトラメチレングリコール、数平均分子量250)を120g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。その後、OctZrを0.1g添加し、110℃でアロファネート化反応を2時間行った。NCO含有量が35.9質量%に達した後、JP−508を0.11g添加し、停止反応を行い、反応液を室温に冷却した。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート11を得た。
ポリイソシアネート11はNCO含有量が15.9質量%、外観は透明液体、数平均分子量は1360、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は5.0、25℃の粘度は2000mPa・s、遊離HDI含有量は0.2質量%であった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は91モル%、ヌレート基含有量は2モル%、ウレタン基含有量は7モル%であった。
【0123】
<合成例22>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量1000ミリリットルの四つ口フラスコに、HDIを800g、60℃で溶融したPCD−500を200g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を2時間行った。この反応液はNCO含有量が36.6質量%であった。
この反応液を130℃×0.04kPaで薄膜蒸留をすることで未反応のHDIを除去し、精製したポリイソシアネート12を得た。
ポリイソシアネート12はNCO含有量が9.3質量%、外観は白色固体、数平均分子量は900、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は2.0、遊離HDI含有量は0.2質量%、25℃の粘度は固体であるため測定しなかった。また、全結合基におけるアロファネート基含有量は0モル%、ヌレート基含有量は0モル%、ウレタン基含有量は100モル%であった。
【0124】
ポリイソシアネート1〜ポリイソシアネート12に使用した原料の配合量と性状を表2に示す。
【0125】

【表2】

【0126】
表2に用いられる原料の略記号は以下の通り。
・HDI:ヘキサメチレンジイシシアネート
・PCD−150:ポリヘキサメチレンポリカーボネートジオール、数平均分子量150
・PCD−250:ポリヘキサメチレンポリカーボネートジオール、数平均分子量250
・PCD−500:ポリヘキサメチレンポリカーボネートジオール、数平均分子量500
・PCD−750:ポリヘキサメチレンポリカーボネートジオール、数平均分子量750
・PCD−1000:ポリヘキサメチレンポリカーボネートジオール、数平均分子量1000
・PCL−500(ダイセル化学工業社製、プラクセル205):ポリカプロラクトンジオール、数平均分子量500
・PTMG−250(保土谷化学工業社製、PTG−250):ポリテトラメチレングリコール、数平均分子量250
・1,6−HG:1,6−ヘキサンジオール
・OctZr:オクチル酸ジルコニウム
・JP−508:酸性リン酸エステル
【0127】
上記表2に示すように、合成例11〜合成例14、及び合成例16〜合成例21に係るアロファネート基含有ポリイソシアネートは、常温において液状のポリイソシアネートが得られる。
これに対して、合成例15に係る数平均分子量が1000のポリカーボネートジオールを使用したアロファネート基含有ポリイソシアネート、及び合成例22に係るアロファネート基を含有しないポリイソシアネートは常温において液状のポリイソシアネートを得ることができない。
【0128】
<ブロックイソシアネートの合成>
<合成例23>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを60.0g、合成例11で得られたポリイソシアネート1(NCO含有量:12.6質量%)を111.0g、MEKオキシム(宇部興産社製、以下MEKOという)を29.0g仕込み、窒素気流下、70℃でブロック化反応を2時間行い、ブロック化されたポリイソシアネート13を得た。
ポリイソシアネート13は固形分換算における潜在NCO含有量が9.9質量%、外観は透明液体、固形分は70質量%、数平均分子量は2120、NCO含有量と数平均分子量から計算された平均官能基数は5.0、25℃の粘度は1000mPa・sであった。ポリイソシアネート13に使用した原料の配合量と性状を表3に示す。
【0129】

【表3】

【0130】
表3に用いられる原料の略記号は以下の通り。
・MEKO:MEKオキシム
【0131】
<添加剤(C)の合成>
<合成例24>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを70g仕込み、120℃に昇温した。滴下ロートにMMAを64.7g、X−22−174DX(信越化学工業社製、片末端型メタクリル変性ポリジメチルシロキサン、官能基当量:4600g/mol)を10.0g、HEMAを25.3g、パーブチルOを6g加え、この混合液を反応槽に4時間かけて滴下した。その後反応液を120℃で1時間保持し、滴下ロートに酢酸ブチルを30g、パーブチルOを3g加え、この混合液を反応槽に1時間かけて滴下した。その後、120℃で3時間保持し室温に冷却後、シリコーン添加剤1を得た。
シリコーン添加剤1はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が100.2KOHmg/gであった。また、外観は淡黄色液体、固形分は50質量%、25℃の粘度は500mPa・s、SiO換算におけるケイ素含有量は7質量%、数平均分子量は10200であった。
【0132】
<合成例25>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを140g仕込み、KF−6001(信越化学工業社製、両末端型カルビノール変性ポリジメチルシロキサン、水酸基価:62KOHmg/g)を26.0g、P−2010(クラレ社製、3−メチルペンタンジオール−アジピン酸共重合ポリエステル、数平均分子量:2000)を26.0g、1,3−ブタンジオールを2.0g、HDIを6.0g、DOTDLを0.001g仕込み、窒素気流下、80℃でウレタン化反応を6時間行った。NCO含有量を測定し、0質量%となったことを確認後、シリコーン添加剤2を得た。
変性ポリジメチルシロキサン1はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が18.3KOHmg/gであった。また、外観は淡黄色液体、固形分は30質量%、25℃の粘度は100mPa・s、SiO換算におけるケイ素含有量は32質量%、数平均分子量は6120であった。
【0133】
<合成例26>
攪拌機、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた容量300ミリリットルの四つ口フラスコに、酢酸ブチルを140g仕込み、KF−6001(信越化学工業社製、両末端型カルビノール変性ポリジメチルシロキサン、水酸基価:62KOHmg/g)を26.0g、PP−2000(三洋化成工業社製、ポリプロピレングリコール、数平均分子量:2000)を26.0g、1,3−ブタンジオールを2.0g、HDIを6.0g、DOTDLを0.001g仕込み、窒素気流下、80℃ウレタン化反応を6時間行った。NCO含有量を測定し、0質量%となったことを確認後、シリコーン添加剤3を得た。
シリコーン添加剤3はJIS K1557に準じた方法により測定したところ、樹脂固形分あたりの水酸基価が18.9KOHmg/gであった。また、外観は淡黄色液体、固形分は30質量%、25℃の粘度は50mPa・s、SiO換算におけるケイ素含有量は32%、数平均分子量は5950であった。
【0134】
シリコーン添加剤1〜シリコーン添加剤3に使用した原料の配合量と性状を表4に示す。
【0135】

【表4】

【0136】
表4に用いられる原料の略記号は以下の通り。
・MMA:メタクリル酸メチル
・HEMA:メタクリル酸2−ヒドロキシエチル
・パーブチルO:2−エチルぺルオキシヘキサンtert−ブチル
・X−22−174DX:片末端型メタクリル変性ポリジメチルシロキサン
・KF−6001:両末端型カルビノール変性ポリジメチルシロキサン
・P−2010:3−メチルペンタンジオール−アジピン酸共重合ポリエステル
・PP−2000:ポリプロピレングリコール、
・HDI:ヘキサメチレンジイシシアネート
・OctZr:オクチル酸ジルコニウム
【0137】
<自己修復型形成性コーティング組成物の調整>
配合量は、表5〜表8に示すように、得られたアクリル樹脂(A)と、ポリイソシアネート(B)とをR(イソシアネート基/水酸基のモル比)=1になるように配合し、更に硬化反応を促進する触媒と、添加剤(C)と、有機溶剤で固形分が35%になるように配合し、ホモミキサーを使用し300rpmで3分間撹拌して自己修復型形成性コーティング組成物を調整した。
【0138】
<塗装方法>
アプリケーターを用い、2mm厚のアクリル板(パルテック社製、PMMA板)に調整した自己修復型形成性コーティング組成物を塗布した。その後、温度60℃の乾燥機中で1時間加熱処理を行い、続いて温度23℃、相対湿度50%の環境下で7日間養生を行った。また、ポリイソシアネート(B)をブロックイソシアネートとした場合には、被着体に2mm厚のリン酸処理鋼板(パルテック社製)を使用し、自己修復型形成性コーティング組成物を塗布後、温度150℃の乾燥機中で1時間加熱処理を行い、続いて温度23℃、相対湿度50%の環境下で7日間養生を行った。
【0139】

【表5】

【0140】

【表6】

【0141】

【表7】

【0142】

【表8】

【0143】
表5〜表8に用いられる原料の略記号は以下の通り。
・DOTDL:ジオクチル錫ジラウレート
【0144】
上記表5〜表8に示すように、実施例1〜実施例21に係る自己修復型形成性コーティング組成物は、塗膜の傷に対する自己修復性と耐久性を両立するとともに、耐水性、耐汚染性などの諸特性に優れ、特に20μm未満の薄膜において自己修復性が優れている。
これに対して、比較例1〜比較例4、及び比較例6〜比較例10の形成性コーテイング組成物は、自己修復性、耐久性、及び耐水性に劣るものであった。また、比較例5の形成性コーテイング組成物は、これら諸特性に加え、耐汚染性に劣るものであった。
比較例11、及び比較例12の形成性コーティング組成物は、自己修復性が良好であるものの、耐水性の低下が著しいものであった。
【0145】
(1)評価試験1:
<塗膜外観>
実施例1〜実施例21、及び比較例1〜比較例12で得られたコーティング塗膜をJIS Z8741に準じて、ヘイズ−グロスリフレクトメーターで60°における光沢度を測定した。
【0146】
<評価基準>
・80%以上:合格(評価:○)
・60%以上〜80未満:合格(評価:△)
・60%未満:不合格(評価:×)
【0147】
(2)評価試験2:
<自己修復性>
実施例1〜実施例21、及び比較例1〜比較例12で得られたコーティング塗膜に、温度30℃、相対湿度50%の環境下において、真鍮製のワイヤーブラシ(製品名:チャンネルブラシ#65、コーワ社製)を塗膜に対して垂直に当て、100gの錘の荷重を加えながら10回擦り、塗膜表面に形成した傷の自己修復する時間を測定した。
【0148】
<評価基準>
・1時間未満で傷跡が修復する:合格(評価:○)
・1時間以上〜24時間未満で傷跡が修復する:合格(評価:△)
・24時間以上、または塗膜の破れを生じる:不合格(評価:×)
【0149】
(3)評価試験3:
<鉛筆硬度>
JIS K5600−5−4に準じて、塗膜が破れない鉛筆の硬度を測定した。
【0150】
(4)評価試験4:
<耐久性>
実施例1〜実施例21、及び比較例1〜比較例12で得られたコーティング塗膜に、評価試験2における自己修復性試験を20サイクル行い、自己修復する時間を測定した。
【0151】
<評価基準>
・1時間未満で傷跡が修復する:合格(評価:○)
・1時間以上〜24時間未満で傷跡が修復する:合格(評価:△)
・24時間以上、または塗膜の破れを生じる:不合格(評価:×)
【0152】
(5)評価試験5:
<耐候性>
実施例1〜実施例21、及び比較例1〜比較例12で得られた自己修復型形成性コーティング組成物を使用し、以下の配合条件、試験方法、及び評価基準で耐候性を測定した。
【0153】
<配合条件>
・樹脂:自己修復型形成性コーティング組成物(R=1、固形分:35%)
・顔料:酸化チタン(CR−90、石原産業社製)
・配合比(質量比):樹脂/顔料/酢酸エチル=69/16/15
・配合固形分:40%
【0154】
<試験方法>
・試験片の作製:
アプリケーターを用い、0.5mm厚のアルミニウム板に任意の膜厚になるように塗布した。その後、温度60℃の乾燥機中で1時間加熱処理を行い、続いて温度23℃、相対湿度50%の環境下で7日間養生を行った。また、また、ポリイソシアネート(B)をブロックイソシアネートとした場合には、塗布後、温度150℃の乾燥機中で1時間加熱処理を行い、続いて温度23℃、相対湿度50%の環境下で7日間養生を行った。
・試験装置:QUV(Q−LAB社製)
・ランプ:EL−313
・照度:0.59w/m
・λmax:313nm
・1サイクル:12時間〔UV照射:8時間(温度70℃)、結露:4時間(温度50℃)〕
・試験時間:500時間
【0155】
<評価基準>
JIS Z8741に準じて、ヘイズ−グロスリフレクトメーターで60°における光沢度を測定し、光沢保持率を算出した。光沢保持率は下式により求めた。
光沢保持率(%)=100×耐候試験後光沢度÷初期光沢度
・90%以上:合格(評価:◎)
・80%以上〜90%未満:合格(評価:○)
・70%以上〜80%未満:合格(評価:△)
・70%未満:不合格(評価:×)
【0156】
(6)評価試験6:
<耐汚染性>
実施例1〜実施例21、及び比較例1〜比較例12で得られたコーティング塗膜に、JIS K5600−7−7に準じ、以下の条件下で塗膜の雨筋汚れの有無を目視で評価した。
【0157】
・試験装置:キセノンウェザーメーターX75(スガ試験機社製)
・付属装置:スプレー水純水供給装置(スガ試験機社製)
・ランプ:7.5kW水冷ロングライフキセノンランプ
・BPT:63℃、60W/m
・サイクル:Aサイクル(ぬれ時間:18分、乾燥時間:102分)
・試験時間:100時間
【0158】
<評価基準>
・雨筋が見られない:合格(評価:◎)
・雨筋が殆ど見られない:合格(評価:○)
・雨筋が僅かに見られる:合格(評価:△)
・著しい雨筋が見られる:不合格(評価:×)
【0159】
(7)評価試験7:
<耐水性>
実施例1〜実施例21、及び比較例1〜比較例12で得られたコーティング塗膜を恒湿槽中で、温度50℃、相対湿度95%の環境下に7日間静置した。その後、取り出し温度30℃に冷却後、評価試験2における自己修復性試験行い、自己修復する時間を測定した。
【0160】
(8)評価試験8:
<貯蔵弾性率とtanδ>
実施例1〜実施例21、及び比較例1〜比較例12で得られた自己修復型形成性コーティング組成物を使用し、JIS K7244に準じて、以下の条件で動的粘弾性試験を行うことにより、25℃における貯蔵弾性率とtanδを測定した。
【0161】
<試験方法>
・試験片の作製:
剥離紙上に自己修復型形成性コーティング組成物を100μm厚(Dry換算)になるようにキャストし、常温で30分間静置後、温度60℃の乾燥機中で2時間、120℃で2時間加熱処理を行い、続いて温度23℃、相対湿度50%の環境下で7日間養生を行った。
・試験装置:レオバイブロンDDV−01FP(エー・アンド・デイ社製)
・昇温速度:2℃/分
・周波数:35Hz
・変形モード:引張
・振幅:16μm
・試験片形状:短冊状試験片(25mm×4mm×100μm)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
アクリル樹脂(A)と、ポリイソシアネート(B)と、添加剤(C)からなる自己修復型形成性コーティング組成物であって、前記アクリル樹脂(A)のガラス転移点が−20〜30℃でありアクリル樹脂固形分あたりの水酸基価が40〜100mgKOH/gであり、前記ポリイソシアネート(B)が脂肪族有機ジイソシアネート(b1)と数平均分子量が250〜750であるポリカーボネートジオール(b2)との反応により得られる平均官能基数が4〜6のアロファネート基含有ポリイソシアネートであり、前記添加剤(C)が少なくとも1個の水酸基を有するポリジメチルシロキサン変性体であることを特徴とする自己修復型形成性コーティング組成物。
【請求項2】
アクリル樹脂(A)の数平均分子量が6000〜15000であることを特徴とする請求項1に記載の自己修復型形成性コーティング組成物。
【請求項3】
ポリイソシアネート(B)がブロック剤(b3)で変性して得られるブロックイソシアネートであることを特徴とする請求項1に記載の自己修復型形成性コーティング組成物。
【請求項4】
全樹脂固形分中におけるSiO換算のケイ素含有量が0.01〜0.1質量%になるように添加剤(C)を添加することを特徴とする請求項1記載の自己修復型形成性コーティング組成物。
【請求項5】
JIS K7244に規定する昇温速度2℃/分の動的粘弾性試験における25℃の貯蔵弾性率が0.2〜1GPaであり、25℃におけるtanδが0.25〜0.7であることを特徴とする請求項1記載の自己修復型形成性コーティング組成物。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれかに記載の自己修復型形成性コーティング組成物を被着体表面上に少なくとも5μmの膜厚の層を形成することを特徴とする塗装方法。

【公開番号】特開2012−107101(P2012−107101A)
【公開日】平成24年6月7日(2012.6.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−256011(P2010−256011)
【出願日】平成22年11月16日(2010.11.16)
【出願人】(000230135)日本ポリウレタン工業株式会社 (222)
【Fターム(参考)】