JPH0726059A - トリカルバミン酸エステル官能性架橋剤 - Google Patents
トリカルバミン酸エステル官能性架橋剤Info
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Abstract
の官能基を有する成分(例えばアミノプラスト樹脂、ア
クリル系樹脂など)。 (b)式(1)に示された化合物。を含む組成物 (式中、Zはシアヌル酸環核またはポリオールの残基を
表し、L1 、L2 、およびL3 はそれぞれ独立して2価
の結合基または共有結合を表し、R1 、R2 、およびR
3 はそれぞれ独立してH、アルキル、シクロアルキル、
またはアリールを表す。) 【効果】硬化性組成物、例えばコーティング組成物、用
の架橋剤として有用である。
Description
物、特にアクリル系組成物、に関する。
ヌレートを基剤とするポリウレタン組成物はこの分野で
は良く知られている。これらの組成物により、溶剤、
塩、その他の種類の環境からの攻撃に対する耐性の様
な、多くの望ましい特性が得られる。
る種の欠点がある。これらのポリウレタン類の実質的な
構築ブロックはトリイソシアヌレートである。トリイソ
シアヌレートは高価であり、取り扱いが困難である。ト
リイソシアヌレート上のNCO基は反応性が非常に高い
ので、トリイソシアヌレートを1パック型コーティング
組成物に使用する場合は、それらの基を化学的にブロッ
クする必要がある。化学的にブロックする基を使用する
ことにより、材料の経費がさらに増加し、硬化の際のV
OCが増加し、黄変の様な有害な副作用を起こす可能性
がある余計な成分が組成物中に入り込み、150℃のオ
ーダーの高い硬化温度が必要になる。NCO基を化学的
にブロックしないのであれば、トリイソシアヌレートを
2パック型組成物の一部として使用しなければならな
い。その様な組成物では、基材または金型に塗布する直
前まで、高反応性のトリイソシアヌレートを周囲の環境
から、およびその組成物の他の成分から隔離しておかな
ければならず、工程の経費および複雑さがさらに増大す
る。
シアヌレートにより硬化する組成物の優位性を示して、
しかも硬化反応のための官能基としてイソシアネート基
を使用する必要がない組成物の製造が長い間待ち望まれ
ている。
性組成物を提供するものである。 (a)カルバミン酸エステルと反応し得る複数の官能基
を有する成分、(b)下記の式(I) の成分
表し、L1 、L2 、およびL3 はそれぞれ独立して2価
の結合基または共有結合を表し、R1 、R2 、およびR
3 はそれぞれ独立してH、アルキル、シクロアルキル、
またはアリールを表す。)
カルバミン酸エステル基と反応し得る基を有する。その
様な反応性基には、アミノプラスト架橋剤上の、または
他の化合物、例えばフェノール/ホルムアルデヒド付加
物、上の、活性メチロールまたはメチルアルコキシ基、
イソシアネート基、シロキサン基、および無水物基が含
まれる。(a)成分の例としては、メラミンホルムアル
デヒド樹脂(単量体状または重合体状メラミン樹脂およ
び部分的に、または完全にアルキル化されたメラミン樹
脂を包含する)、尿素樹脂(例えば尿素ホルムアルデヒ
ド樹脂の様なメチロール尿素、ブチル化尿素ホルムアル
デヒド樹脂の様なアルコキシ尿素)、ポリ無水物(例え
ばポリ無水コハク酸、無水マレイン酸の共重合体)、お
よびポリシロキサン(例えばトリメトキシシロキサン)
がある。アミノプラスト樹脂、例えばメラミンホルムア
ルデヒド樹脂または尿素ホルムアルデヒド樹脂、が特に
好ましい。さらに好ましいのは、硬化温度が150℃未
満である工程に使用する、1個以上のアミノ窒素がカル
バミン酸エステル基で置換されているアミノプラスト樹
脂、例えば「重合体組成物用の、カルバミン酸エステル
−脱官能化アミノプラスト硬化」と題する米国特許出願
第07/965,510号に記載されているもの、であ
る。
記の式(I) を有する。
表し、L1 、L2 、およびL3 はそれぞれ独立して2価
の結合基または共有結合を表し、R1 、R2 、およびR
3 はそれぞれ独立してH、アルキル、シクロアルキル、
またはアリールを表す。)
成経路を使用することができる。
ヌル酸環を表す。その様な化合物は、下記(a)〜
(b)を含む処方により表される。 (a)カルバミン酸エステルと反応性である複数の官能
基を有する成分、(b)下記の式(II)の成分
合基を表し、R1 、R2 、およびR3 はそれぞれ独立し
てH、アルキル、シクロアルキルを表す。)
ネートを最初に、イソシアネートと反応し得る基および
カルバミン酸エステル基を含む化合物(例えばカルバミ
ン酸ヒドロキシプロピルまたはカルバミン酸ヒドロキシ
ブチルの様なカルバミン酸ヒドロキシアルキル)と反応
させ、続いて三量化によりイソシアヌレートを形成する
ことができる。あるいは、ジイソシアネートを、トリイ
ソシアヌレートの形成後にイソシアネートと反応し得る
基およびカルバミン酸エステル基を形成し得る基を含む
化合物と反応させることができる。例えば、ジイソシア
ネートをOH官能性環状炭酸エステル(例えば、グリシ
ドールとCO2 の反応生成物)と反応させ、三量化によ
りイソシアヌレートを形成させ、環状炭酸エステル基を
アンモニアと反応させてカルバミン酸エステル官能基を
形成させることができる。
数のNCO基を有するトリイソシアヌレートを、イソシ
アネートと反応し得る基およびカルバミン酸エステル基
を含む化合物、例えばカルバミン酸ヒドロキシプロピル
またはカルバミン酸ヒドロキシブチルの様なカルバミン
酸ヒドロキシアルキル、と反応させることができる。あ
るいは、イソシアヌレートを、イソシアヌレート化合物
との反応が完了した後でカルバミン酸エステル基を形成
できる置換基で付加物形成することができる。例えば、
イソシアヌレートを、水酸基および環状炭酸エステル基
を含む化合物(例えば、グリシドールとCO2 の反応生
成物)と反応させ、次いで環状炭酸エステル基をアンモ
ニアと反応させ、カルバミン酸エステル官能基を形成す
ることができる。
官能基を有するイソシアヌレートを、少なくとも1個の
カルバミン酸エステル基および少なくとも1個の、非N
CO官能基と反応し得る基を含む化合物と反応させる。
非NCO官能基の例としては、カルボキシル、エポキ
シ、ヒドロキシル、アミノがある。例えば、OH官能性
トリイソシアヌレート(三量化されたジイソシアネート
を、架橋の量を調整するために過剰のジオールを含むイ
ソシアヌレートと反応させることにより、あるいはシア
ヌル酸とエチレンオキシドの反応により、形成させるこ
とができる)を、メチロールアクリルアミド(OH−C
H2 −NH−CO−CH=CH2 )と反応させ、次いで
不飽和箇所を過酸化物と反応させて、エポキシ基を形成
させることができる。次いで、エポキシ基をCO2 と反
応させて環状炭酸エステル基を形成させ、それをアンモ
ニアとの反応によりカルバミン酸エステル基に変換す
る。あるいは、酸官能性トリイソシアヌレート(三量化
されたジイソシアネートとヒドロキシ官能性カルボン酸
の反応により、またはシアヌル酸をエチレンオキシドと
反応させ、続いて無水メチルヘキサヒドロフタル酸と反
応させることにより形成させることができる)を、無水
酢酸と反応させて無水物官能性トリイソシアヌレートを
形成させ、次いでこれをヒドロキシカルバミン酸エステ
ルと反応させることができる。イソシアヌレートまたは
非NCO官能基を有するシアヌル酸環化合物は、ここに
参考として含める米国特許出願第07/937,612
号に開示されている。
ソシアヌレート、非NCO官能性イソシアヌレート、お
よびシアヌル酸環化合物は、カルバミン酸エステル基ま
たはカルバミン酸エステルに変換され得る基およびNC
O−または非NCO−官能基と反応し得る基を含む化合
物と付加物を形成する。ジイソシアネートまたはイソシ
アヌレートのNCO基の上に付加されるカルバミン酸エ
ステル含有化合物は、好ましくはカルバミン酸ヒドロキ
シアルキル、例えばカルバミン酸ヒドロキシプロピルま
たはカルバミン酸ヒドロキシブチル、である。カルバミ
ン酸エステルに変換され得る基およびNCOと反応し得
る基を含む化合物には、アンモニアとの反応によりカル
バミン酸エステルに変換できるヒドロキシ含有環状炭酸
エステル化合物(例えば、グリシドールとCO2 の反応
生成物)、CO2 、次いでアンモニアとの反応によりカ
ルバミン酸エステルに変換され得るモノグリシジルエー
テル(例えばCardura E)、およびCO2 、次いでアンモ
ニアとの反応によりカルバミン酸エステルに変換され得
るモノグリシジルエステル(例えばカルボン酸とエピク
ロロヒドリンの反応生成物)、アルコール基がNCOと
反応性で、二重結合が過酸化物との反応によりカルバミ
ン酸エステルに変換できるアリルアルコール、およびエ
ステル基がNCOと反応性で、ビニル基が過酸化物、次
いでCO2 、次いでアンモニアとの反応によりカルバミ
ン酸エステルに変換できるビニルエステルがある。
よびL3 の組成は、シアヌル酸環化合物またはポリイソ
シアネートの種類を選択することにより調整できる。2
価の結合基L1 、L2 、およびL3 は、それぞれ脂肪族
(例えばヘキサメチレン)、環状脂肪族(例えばイソホ
ロンジイソシアネートの残基または
イソシアネートの残基)でよく、好ましくは末端のウレ
タン、尿素、またはエステルでカルバミン酸エステル基
を含んでなる置換基に結合した20個までの炭素原子を
有する。太陽光分解に対する耐性が望まれる場合、2価
の結合基は好ましくはすべての脂肪族または環状脂肪族
である。好ましい実施態様では、それぞれの−L−基
は、以下に説明する様に、独立して式−A−NH−CO
O−D−(式中、AおよびDはそれぞれ2価の結合基を
表す)を有する基を表す。
れぞれ独立してH、好ましくは1〜6個の炭素原子を有
するアルキル、または好ましくは6個までの炭素原子を
有するシクロアルキルを表す。アルキルまたはシクロア
ルキルの用語は、置換されたアルキルまたはシクロアル
キル、例えばハロゲン置換されたアルキルまたはシクロ
アルキル、を含むものとする。好ましい実施態様では、
R1 、R2 、およびR3 はHであるが、これは、第1カ
ルバミン酸エステルが第2カルバミン酸エステルよりも
反応性が高くなり、硬化中にカルバミン酸エステルと反
応する(a)成分を選択する際の融通性が高くなるため
である。しかし、硬化した材料の特性に悪影響を及ぼす
置換基は避けるべきである。例えば、エーテル結合は炭
化水素に敏感であると考えられ、架橋マトリックス中に
エーテル結合を形成しそうな位置には避けるべきであ
る。
トは本発明で有用であるが、1種またはそれより多いジ
イソシアネート、例えばヘキサメチレンジイソシアネー
トまたはイソホロンジイソシアネート、の縮合により形
成されるイソシアヌレートが好ましい。好ましいイソシ
アヌレートの例としては、ヘキサメチレンジイソシアネ
ートのイソシアヌレート、およびイソホロンジイソシア
ネートのイソシアヌレートがある。耐光性が重要な必要
条件ではない場合、芳香族イソシアヌレート、例えば
2,4−トルエンジイソシアネートのイソシアヌレー
ト、を使用することができる。
(b)は、三量化したジイソシアネートから誘導され、
下記の式(III) を有する。
の結合基を表し、D1 、D2 およびD3 はそれぞれ独立
して2価の結合基を表す。)
ートの形成に使用したジイソシアネートのコアから誘導
される、2価の結合基であり、脂肪族(例えばヘキサメ
チレン)、環状脂肪族(例えばイソホロンジイソシアネ
ートの残基または
イソシアネートの残基)でよく、好ましくは20個まで
の炭素原子を有する。各Dは、好ましくは20個までの
炭素原子を有する2価の結合基であり、一般的に上記の
様なカルバミン酸エステル基またはカルバミン酸エステ
ルに変換できる基を有する化合物から誘導される。
ル、好ましくはトリオール、例えばトリメチロールプロ
パン(TMP)またはグリセリン、の残基である。
物の分野で良く知られている様に、ポリオールを、ジイ
ソシアネート、例えばヘキサメチレンジイソシアネート
またはイソホロンジイソシアネート、と反応させ、三官
能性NCO付加物を形成することにより製造できる。三
官能性カルバミン酸エステル化合物の製造には、ジイソ
シアネートの三NCO官能性イソシアヌレート三量体に
関するどの様な技術でも使用できる。その様な化合物で
は、上記の式(I) 中のL1 、L2 、およびL3は、三官
能性NCO付加物の製造に使用されたジイソシアネート
およびカルバミン酸エステル基を含む化合物から誘導さ
れる結合基、例えば式(III) に示す−A−CO2 −NH
−D−基、である。例えば、TMPおよびヘキサメチレ
ンジイソシアネートの三官能性NCO付加物は、ヒドロ
キシカルバミン酸エステル、例えばカルバミン酸ヒドロ
キシプロピル、と反応して三官能性カルバミン酸エステ
ル化合物を形成することができる。
3 が水素ではない第2カルバミン酸エステルを形成する
場合、ポリオールは、モノ−イソシアネート化合物、例
えばブチルイソシアネート、と反応させることができ
る。その様な場合、L1 、L2、およびL3 は共有結合
を表す。
分子量が300〜3000、好ましくは450〜180
0、である。カルバミン酸エステル官能基1個あたりの
当量は、100〜1000、好ましくは150〜60
0、でよい。本発明で使用するコーティング組成物に
は、所望により溶剤を使用することができる。本発明の
配合は、例えば実質的に固体粉体または分散液の形態で
使用することができるが、本発明で使用する配合が、溶
剤を使用して達成できる実質的に液体状態であるのが望
ましい場合が多い。溶剤は、(a)成分および(b)成
分の両方を実質的に可溶化するのに有効な量で存在する
のが好ましい。一般的に、溶剤はどの様な有機溶剤およ
び/または水でもよい。より好ましくは、溶剤は極性脂
肪族溶剤または極性芳香族溶剤である。さらに好ましく
は、溶剤はケトン、エステル、酢酸エステル、非プロト
ン性アミド、非プロトン性スルホキシド、非プロトン性
アミン、および水である。効果的な溶剤の例としては、
メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸m
−アミル、エチレングリコールブチルエーテル−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、キシレン、n−メチルピロリドン、および芳香族
炭化水素の混合物がある。
1重量%〜約99重量%、好ましくは約10重量%〜約
60重量%、より好ましくは約30重量%〜約50重量
%、の量で存在することができる。
良く知られている多くの技術のいずれかにより、物体上
に塗布することができる。これらの技術には、例えばス
プレーコーティング、ディップコーティング、ロールコ
ーティング、カーテンコーティング、その他がある。自
動車の車体パネルには、スプレーコーティングが好まし
い。
を、複合材料カラー−プラス−クリアコーティングの一
部として、着色ベースコートの上に透明コーティング組
成物として使用する。その様な複合材料コーティング
は、それらの色の深み、および液体のような光沢を有す
る表面外観を得るために広く使用されている。これらの
コーティングは自動車用コーティングの分野で特に普及
している。
ースコート組成物は、この分野では良く知られており、
ここで詳細に説明する必要はない。この分野でベースコ
ート組成物に有用であることが分かっている重合体に
は、アクリル樹脂、ビニル樹脂、ポリウレタン、ポリカ
ーボネート、ポリエステル、アルキド樹脂、およびポリ
シロキサンがある。好ましい重合体には、アクリル樹脂
およびポリウレタンがある。ベースコート重合体は好ま
しくは架橋性であり、したがって1種またはそれより多
い架橋性官能基を含む。その様な基には、例えばヒドロ
キシ、イソシアネート、アミン、エポキシ、アクリル酸
エステル、ビニル、シラン、およびアセト酢酸エステル
基がある。これらの基は、所望の硬化条件下、一般的に
高温でブロックが外れ、架橋反応に使用できる様に、マ
スクまたはブロックすることができる。有用な架橋性官
能基には、ヒドロキシ、エポキシ、酸、無水物、シラ
ン、およびアセト酢酸エステル基が含まれる。好ましい
架橋性官能基としては、ヒドロキシ官能基およびアミノ
官能基がある。
ても、重合体の官能基と反応し得る架橋剤を別に必要と
してもよい。重合体がヒドロキシ官能基を含む場合、架
橋剤は、例えばアミノプラスト樹脂、イソシアネートお
よびブロックドイソシアネート(イソシアヌレートを含
む)、および酸または無水物官能性の架橋剤でよい。
の被覆された物品を、コーティング層を硬化させる条件
にさらす。様々な硬化方法を使用できるが、熱硬化が好
ましい。一般的に、熱硬化は、被覆した物品を、主とし
て放射熱源により与えられる高温に露出することにより
行う。硬化温度は、架橋剤中に使用するブロック剤によ
り異なるが、一般的に82℃〜144℃、好ましくは1
10℃〜133℃、である。硬化時間は物理的パラメー
タ、例えばブロック剤、および層厚、により異なるが、
一般的な硬化時間は15〜60分間である。
る。
ソホロンジイソシアネートのイソシアヌレート、Hulls
America, Inc., Piscataway, NY から入手)1047.
0g、二ラウリン酸ジブチルスズ4.2g、および溶剤
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
56.7gを入れた。約80℃の一定温度に達するまで
反応混合物に温度調節を行い、カルバミン酸ヒドロキシ
プロピル381.1gを徐々に加えた。事実上すべての
NCOが消費されるまで反応を維持した。この時点で、
この混合物に溶剤(プロピレングリコールモノメチルエ
ーテルアセテート337.8gおよびn−ブタノール2
5.0g)を追加した。
た。成分 重量部 例1 56.70 部分的に脱官能化したメラミンホルムアルデヒド樹脂* 14.19 のキシレン中分散液(不揮発成分51.9%) Tinuvin 348B 6.84 Tinuvin 123 0.42 ドデシルベンゼンスルホン酸の分散液 0.84 (不揮発成分33.0%) 溶剤混合物(Exxate 800 およびブタノール) 26.61
に記載の、メラミン上にカルバミン酸エステル基を付加
させることにより、3つの反応箇所をイソシアヌレート
のカルバミン酸エステル官能基で不活性にしたメラミン
ホルムアルデヒド樹脂。この化合物は式
い、ハイソリッド溶剤含有アクリル/メラミン着色ベー
スコートを予め塗布した金属試験パネル上に塗布した。
ベースコートは、プライマー処理した金属基材に、間に
1分間のフラッシュ乾燥を入れて2回塗りで塗布した。
2回目のベースコートを塗布した後、ベースコートをフ
ラッシュ乾燥させ、続いてクリアコート組成物を塗布し
た。クリアコートは、間にフラッシュ乾燥を入れて同様
に2回塗布した。次いで、塗布した基材を短時間乾燥さ
せてから、140℃で30分間焼付け硬化させた。
しい侵食性条件下に4週間放置した。本発明のコーティ
ング(例2)で被覆した試験パネルは、General Motors
の侵食評価スケールで最も好ましい侵食度1を得た。比
較により、ヒドロキシ官能性アクリル重合体およびアル
キル化メラミンホルムアルデヒド樹脂を使用している現
状技術(先行技術)のクリアコートで被覆した試験パネ
ルは、General Motorsの侵食評価スケールで侵食度10
であった。このことは、本発明のコーティング組成物の
侵食性能における著しい優位性を示している。
に説明した。しかし、本発明の精神および範囲内で変形
および修正を行うことができる。
Claims (13)
- 【請求項1】下記(a)〜(b)の成分を含んでなるこ
とを特徴とする組成物。 (a)カルバミン酸エステルと反応し得る複数の官能基
を有する成分、 (b)下記の式の成分 【化1】 (式中、Zはシアヌル酸環核またはポリオールの残基を
表し、L1 、L2 、およびL3 はそれぞれ独立して2価
の結合基または共有結合を表し、R1 、R2 、およびR
3 はそれぞれ独立してH、アルキル、シクロアルキル、
またはアリールを表す。) - 【請求項2】R1 、R2 、およびR3 が、それぞれ独立
してHを表す、請求項1に記載の組成物。 - 【請求項3】R1 、R2 、およびR3 が、それぞれ独立
してアルキル、シクロアルキル、またはアリールを表
す、請求項1に記載の組成物。 - 【請求項4】L1 、L2 、およびL3 が、それぞれウレ
タン結合を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の
組成物。 - 【請求項5】成分(a)上の官能基が、活性メチロール
またはメチルアルコキシ基、環状炭酸エステル基、無水
物基、およびシロキサン基からなる群から選択される、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。 - 【請求項6】成分(a)がアミノプラスト樹脂である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。 - 【請求項7】アミノプラスト樹脂が、メラミンホルムア
ルデヒドまたはアルキル化メラミンホルムアルデヒドで
ある、請求項6に記載の組成物。 - 【請求項8】成分(a)が、前記カルバミン酸エステル
と反応し得る官能基が付加した重合体またはオリゴマー
骨格である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成
物。 - 【請求項9】前記重合体またはオリゴマー骨格が、アク
リルまたはメタクリルモノマーから誘導される、請求項
8に記載の組成物。 - 【請求項10】成分(b)が、下記の式を有する、請求
項1〜9のいずれか1項に記載の組成物。 【化2】 (式中、L1 、L2 、およびL3 はそれぞれ独立して結
合基を表し、R1 、R2 、およびR3 はそれぞれ独立し
てH、アルキル、シクロアルキル、またはアリールを表
す。) - 【請求項11】成分(b)が、下記の式を有する、請求
項10に記載の組成物。 【化3】 (式中、A1 、A2 およびA3 はそれぞれ独立して2価
の結合基を表し、D1 、D2 およびD3 はそれぞれ独立
して2価の結合基を表す。) - 【請求項12】着色ベースコーティングおよびクリアコ
ーティングを含んでなる複合材料カラー−プラス−クリ
アコーティングであって、前記クリアコーティングが、
請求項1、2または4のいずれか1項に記載の組成物に
由来することを特徴とする、複合材料カラー−プラス−
クリアコーティング。 - 【請求項13】着色ベースコーティングおよびクリアコ
ーティングを含んでなる複合材料カラー−プラス−クリ
アコーティングであって、前記クリアコーティングが、
請求項1〜11のいずれか1項に記載のコーティング組
成物に由来することを特徴とする、複合材料カラー−プ
ラス−クリアコーティング。
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