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JP4974343B2 - Water-based polyisocyanate composition and water-based coating composition containing the same - Google Patents

Water-based polyisocyanate composition and water-based coating composition containing the same Download PDF

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JP4974343B2
JP4974343B2 JP2006162968A JP2006162968A JP4974343B2 JP 4974343 B2 JP4974343 B2 JP 4974343B2 JP 2006162968 A JP2006162968 A JP 2006162968A JP 2006162968 A JP2006162968 A JP 2006162968A JP 4974343 B2 JP4974343 B2 JP 4974343B2
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polyisocyanate composition
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理計 山内
芳幸 朝比奈
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Asahi Kasei Chemicals Corp
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Asahi Kasei Chemicals Corp
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Description

本発明は、水系ポリイソシアネート組成物、及びこれを硬化剤とした水系塗料組成物に関する。   The present invention relates to a water-based polyisocyanate composition and a water-based coating composition using the same as a curing agent.

ポリイソシアネートを硬化剤とする2液ウレタン系塗料組成物はその塗膜の耐薬品性、かとう性などが優れている。特に、脂肪族、脂環族ジイソシアネートから得られるポリイソシアネートを使用した場合、更に耐候性に優れるため、その使用は常温硬化性、熱硬化性のそれぞれの形態で、自動車、建築、家電等の塗料として広く用いられている。
一方、近年、地球環境、安全、衛生などの観点から水性塗料が注目されている。建築外装から産業製品、例えば食缶用、コイルコーティング用等の工業塗料に使用されるようになってきた。ポリイソシアネートを硬化剤とした技術が特許文献1、2に開示されている。しかしながら、これらに用いられているポリイソシアネートは、分散性と架橋性をともに達成できない場合があった。また、特許文献3、4は原料イソシアネートとして、イソシアネート基平均数が高いポリイソシアネートを開示している。この場合には、硬化性は良好であるが、高度な水分散性を付与した場合、塗膜硬度が低下する場合があった。
A two-component urethane coating composition containing polyisocyanate as a curing agent is excellent in chemical resistance and flexibility of the coating film. In particular, when a polyisocyanate obtained from an aliphatic or alicyclic diisocyanate is used, since it is further excellent in weather resistance, its use is in the form of room temperature curable and thermosetting, and paints for automobiles, architecture, home appliances, etc. Is widely used.
On the other hand, in recent years, water-based paints have attracted attention from the viewpoints of the global environment, safety, and hygiene. It has come to be used for industrial coatings such as for building cans and coil coatings from building exteriors. Patent Documents 1 and 2 disclose techniques using polyisocyanate as a curing agent. However, the polyisocyanate used in these cases sometimes cannot achieve both dispersibility and crosslinkability. Patent Documents 3 and 4 disclose polyisocyanates having a high average number of isocyanate groups as the starting isocyanate. In this case, the curability is good, but when high water dispersibility is imparted, the coating film hardness may decrease.

塗膜硬度を高めるため、ヘキサメチレンジイソシアネートのポリイソシアネートとイソホロンジイソシアネートのポリイソシアネートの混合物であって、その一部を親水化した技術が開示されているが、イソホロンジイソシアネートのポリイソシアネートのイソシアネート基の反応性が低いため、架橋性が充分でない場合があった。(特許文献5)そのため、水分散性に優れ、かつ高い架橋性、高い塗膜硬度を発現する水系ポリイソシアネートが切望されていた。   In order to increase the hardness of the coating film, a mixture of hexamethylene diisocyanate polyisocyanate and isophorone diisocyanate polyisocyanate, which is partially hydrophilized, is disclosed. In some cases, the crosslinkability is not sufficient due to low properties. (Patent Document 5) Therefore, an aqueous polyisocyanate that is excellent in water dispersibility and that exhibits high crosslinkability and high coating film hardness has been desired.

特公平8−32851号公報Japanese Patent Publication No. 8-32851 特開平5−222150号公報JP-A-5-222150 特開平10−060073号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-060073 特開平11−100426号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-1000042 特表2005−535775号公報JP 2005-535775 A

本発明は、水分散性に優れ、かつ高い架橋性、高い塗膜硬度を発現する水系ポリイソシアネート組成物、及びこれを硬化剤とした水系塗料組成物を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the water-based polyisocyanate composition which is excellent in water dispersibility, expresses high crosslinkability, and high coating-film hardness, and the water-based coating composition which uses this as a hardening | curing agent.

本発明者は、鋭意研究した結果、驚くべきことに、親水性基を有する水系ポリイソシアネート組成物(A)と特定の骨格を有するポリイソシアネート組成物(B)を混合することにより、水分散性に優れ、かつこれを硬化剤とした塗料組成物が高い架橋性を、更に得られた塗膜は高い塗膜硬度を発現するという知見に基づき本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は以下に記載するとおりの水系ポリイソシアネート組成物及びこれを含有する水系塗料組成物である。
As a result of diligent research, the present inventor has surprisingly found that water dispersibility can be obtained by mixing an aqueous polyisocyanate composition (A) having a hydrophilic group and a polyisocyanate composition (B) having a specific skeleton. In addition, the present invention has been completed based on the knowledge that a coating composition using this as a curing agent has high crosslinkability and that the obtained coating film exhibits high coating film hardness.
That is, the present invention is an aqueous polyisocyanate composition and an aqueous coating composition containing the same as described below.

(1)下記水系ポリイソシアネート組成物(A)、ポリイソシアネート組成物(B)を90:10〜10:90の質量比で混合してなる、水に溶解または分散しうる水系ポリイソシアネート組成物。
(A)下記構造式で示され、イソシアネート基数nの平均数(nM)が2.3〜10であり、イソシアネート基数nの平均数(nM)と親水基数mの平均数(mM)がmM/(mM+nM)=0.02〜0.40の関係を有する水系ポリイソシアネート組成物。
(X)−R−(NCO)
X:親水基
m:親水基数
R:ヘキサメチレンジイソシアネートから誘導されるポリイソシアネートのイソシアネート基を除く残基
(B)ヘキサメチレンジイソシアネートから誘導される、溶剤を含まない状態で下記条件をすべて満足する親水基を含まないポリイソシアネート組成物。
・ イソシアヌレート3量体濃度;60質量%〜95質量%。
・ ウレトジオン2量体濃度;2〜25質量%。
・ ジイソシアネートモノマー濃度;1質量%以下
・ 25℃における粘度;150〜800mPa・s。
・ イソシアネート基濃度;22.0〜25.0質量%。
)ポリイソシアネート組成物(B)のイソシアネート基平均数が2.5以上3.5以下である、上記(1)に記載のポリイソシアネート組成物。
)ポリイソシアネート組成物(B)がモノアルコールから誘導されるアロファネート基を更に含み、アロファネート基/イソシアヌレート基の官能基数比率;1〜20%であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のポリイソシアネート組成物。
)上記(1)〜()に記載の水系ポリイソシアネート組成物を硬化剤として含むことを特徴とする水系塗料組成物。
)ポリオールを含むことを特徴とする上記()に記載の水系塗料組成物。
(1) A water-based polyisocyanate composition which is obtained by mixing the following water-based polyisocyanate composition (A) and polyisocyanate composition (B) in a mass ratio of 90:10 to 10:90 and which can be dissolved or dispersed in water.
(A) represented by the following structural formula, the average number of isocyanate groups n (n M) is from 2.3 to 10, the average number of isocyanate groups n (n M) and the average number of hydrophilic groups m (m M) Is a water-based polyisocyanate composition having a relationship of m M / (m M + n M ) = 0.02 to 0.40.
(X) m -R- (NCO) n
X: hydrophilic group m: hydrophilic groups R: derived from residues (B) hexamethylene diisocyanate except for isocyanate group of the induced polyisocyanates from hexamethylene diisocyanate, satisfies all the following conditions while solvent-free hydrophilic A polyisocyanate composition containing no groups.
-Isocyanurate trimer concentration; 60 mass%-95 mass%.
-Uretodione dimer concentration; 2-25 mass%.
Diisocyanate monomer concentration: 1% by mass or less Viscosity at 25 ° C .: 150 to 800 mPa · s.
-Isocyanate group concentration; 22.0-25.0 mass%.
( 2 ) The polyisocyanate composition according to (1) above, wherein the polyisocyanate composition (B) has an average isocyanate group number of 2.5 or more and 3.5 or less.
(3) the polyisocyanate composition (B) further comprises an allophanate groups derived from monoalcohols, functionality ratio of allophanate groups / isocyanurate groups; above, wherein the 1 to 20% (1) or The polyisocyanate composition according to (2) .
( 4 ) A water-based coating composition comprising the water-based polyisocyanate composition as described in (1) to ( 3 ) above as a curing agent.
( 5 ) The water-based coating composition as described in ( 4 ) above, which contains a polyol.

本発明の水系ポリイソシアネート組成物は水分散性に優れ、かつ高い架橋性、高い塗膜硬度を発現しうる塗料組成物を提供できる。   The water-based polyisocyanate composition of the present invention can provide a coating composition that is excellent in water dispersibility, can exhibit high crosslinkability, and high coating film hardness.

以下に、本発明について詳しく説明する。
本発明の水系ポリイソシアネート組成物(A)は、水系ポリイソシアネートの前駆体であるポリイソシアネートと親水基導入化合物との反応により得られる。
水系ポリイソシアネートの前駆体ポリイソシアネート(以下前駆体AAという)は、脂肪族及び/または脂環族ジイソシアネートから誘導される。本発明において脂肪族及び/または脂環族ジイソシアネートとしてヘキサメチレンジイソシアネート(以下HDIという)を用いる
The present invention is described in detail below.
The aqueous polyisocyanate composition (A) of the present invention is obtained by a reaction between a polyisocyanate that is a precursor of an aqueous polyisocyanate and a hydrophilic group-introducing compound.
The precursor polyisocyanate of water-based polyisocyanate (hereinafter referred to as precursor AA) is derived from aliphatic and / or alicyclic diisocyanates. In the present invention using hexamethylene diisocyanate (hereinafter referred to as HDI) as the aliphatic and / or alicyclic diisocyanate.

前駆体AAは、各種結合を有することができる。具体的には、イソシアヌレート基、ウレトジオン基、ウレタン基、アロファネート基、ビウレット基、イミノオキサジアジンジオン基等が挙げられ、2種以上を含むことができる。
その中で次式(1)に示されるイソシアヌレート基を有することが好ましい。
The precursor AA can have various bonds. Specific examples include isocyanurate groups, uretdione groups, urethane groups, allophanate groups, biuret groups, iminooxadiazinedione groups, and the like, and two or more types can be included.
Among them, it preferably has an isocyanurate group represented by the following formula (1).

Figure 0004974343
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イソシアヌレート基を含むイソシアヌレート型ポリイソシアネートを製造するための触媒としては、一般的に使用されるイソシアヌレート化触媒が挙げられる。
イソシアヌレート化触媒としては、例えば一般に塩基性を有するものが好ましく、
1)例えばテトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム等のテトラアルキルアンモニウムのハイドロオキサイドや例えば酢酸、カプリン酸等の有機弱酸塩、2)例えばトリメチルヒドロキシプロピルアンモニウム、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム、トリエチルヒドロキシプロピルアンモニウム、トリエチルヒドロキシエチルアンモニウム等のヒドロキシアルキルアンモニウムのハイドロオキサイドや例えば酢酸、カプリン酸等の有機弱酸塩、3)酢酸、カプロン酸、オクチル酸、ミリスチン酸等のアルキルカルボン酸の例えば錫、亜鉛、鉛等のアルカリ金属塩、4)例えばナトリウム、カリウム等の金属アルコラート、5)例えばヘキサメチルジシラザン等のアミノシリル基含有化合物、6)マンニッヒ塩基類、7)第3級アミン類とエポキシ化合物との併用、8)例えばトリブチルホスフィン等の燐系化合物等がある。
この中で4級アンモニウムの有機弱酸塩が好ましく、さらにテトラアルキルアンモニウムの有機弱酸塩がさらに好ましい。
Examples of the catalyst for producing an isocyanurate type polyisocyanate containing an isocyanurate group include generally used isocyanurate-forming catalysts.
As the isocyanuration catalyst, for example, a catalyst having basicity is generally preferred,
1) For example, tetraalkylammonium hydroxide such as tetramethylammonium and tetraethylammonium, and weak organic acid salts such as acetic acid and capric acid, and 2) For example, trimethylhydroxypropylammonium, trimethylhydroxyethylammonium, triethylhydroxypropylammonium, triethylhydroxyethyl Hydroxyalkylammonium hydroxides such as ammonium and organic weak acid salts such as acetic acid and capric acid 3) Alkali metal salts of alkyl carboxylic acids such as acetic acid, caproic acid, octylic acid and myristic acid such as tin, zinc and lead 4) Metal alcoholates such as sodium and potassium, 5) Aminosilyl group-containing compounds such as hexamethyldisilazane, 6) Mannich bases, 7) No. Combination with grade amines with epoxy compounds, 8) for example, a phosphorus-based compounds such as tributyl phosphine.
Of these, quaternary ammonium organic weak acid salts are preferred, and tetraalkylammonium organic weak acid salts are more preferred.

イソシアヌレート化反応を停止するために用いた触媒を失活する。その失活方法としては例えば、リン酸、酸性リン酸エステルなどの酸性物質による中和、熱分解、化学分解等がある。
また、前駆体AAは、ジイソシアネートモノマー2分子からなるウレトジオン2量体を含んでも構わない。ウレトジオン基とは、2つのイソシアネート基からなり、次式(2)で示される。
The catalyst used to stop the isocyanuration reaction is deactivated. Examples of the deactivation method include neutralization with an acidic substance such as phosphoric acid and acidic phosphoric acid ester, thermal decomposition, chemical decomposition, and the like.
The precursor AA may contain a uretdione dimer composed of two diisocyanate monomers. A uretdione group consists of two isocyanate groups and is represented by the following formula (2).

Figure 0004974343
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ウレトジオン化反応はウレトジオン化触媒を用いて得ることができる。この具体的な化合物の例としては、第3ホスフィンである、トリ−n−ブチルホスフィン、トリ−n−オクチルホスフィンなどのトリアルキルホスフィン、トリス−(ジメチルアミノ)−ホスフィンなどのトリス(ジアルキルアミノ)ホスフィン、シクロヘキシル−ジ−n−ヘキシルホスフィンなどのシクロアルキルホスフィンなどがある。これらの化合物はアロファネート化触媒にもなり得る。また、これらの化合物の多くは、同時にイソシアヌレート化反応も促進し、ウレトジオン基含有ポリイソシアネートに加えてイソシアヌレート基含有ポリイソシアネートを生成する。
また、前記のような触媒を用いることなく、加熱で得ることもできる。
The uretdioneization reaction can be obtained using a uretdioneization catalyst. Examples of this specific compound are tertiary phosphines, trialkylphosphines such as tri-n-butylphosphine and tri-n-octylphosphine, and tris (dialkylamino) such as tris- (dimethylamino) -phosphine. Examples include phosphine and cycloalkylphosphine such as cyclohexyl-di-n-hexylphosphine. These compounds can also be allophanatization catalysts. Many of these compounds also promote the isocyanuration reaction at the same time, producing isocyanurate group-containing polyisocyanates in addition to uretdione group-containing polyisocyanates.
Moreover, it can also obtain by heating, without using the above catalysts.

本発明の前駆体(AA)は、ウレタン基および/またはアロファネート基を有しても構わない。ウレタン基とは水酸基とイソシアネート基から形成され、次式(3)で示され、アロファネート基とは水酸基と2個のイソシアネート基から形成され、次式(4)で示される。   The precursor (AA) of the present invention may have a urethane group and / or an allophanate group. The urethane group is formed from a hydroxyl group and an isocyanate group, and is represented by the following formula (3). The allophanate group is formed from a hydroxyl group and two isocyanate groups, and is represented by the following formula (4).

Figure 0004974343
Figure 0004974343

Figure 0004974343
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ウレタン基、アロファネート基形成のために水酸基を有するアルコールを用いることができる。その具体例としては、例えば、モノアルコール、ジオール、ポリオール等が挙げられる。その中でモノアルコールとしては直鎖もしくは分岐アルコール、脂環式アルコールがあり、その具体例としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、i―ブタノール、s−ブタノール、n−ペンタノール、n−ヘキサノール、n−オクタノール、n−ノナノール、2−エチルブタノール、2,2−ジメチルヘキサノール、2−エチルヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、エチルシクロヘキサノールが挙げられる。   Alcohol having a hydroxyl group can be used to form a urethane group or an allophanate group. Specific examples thereof include monoalcohol, diol, polyol and the like. Among them, the monoalcohol includes linear or branched alcohols and alicyclic alcohols. Specific examples thereof include, for example, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, i-butanol, s-butanol, Examples include n-pentanol, n-hexanol, n-octanol, n-nonanol, 2-ethylbutanol, 2,2-dimethylhexanol, 2-ethylhexanol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, and ethylcyclohexanol.

ジオールとは、1分子中に2個の水酸基を有する化合物であり、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、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,2−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、2−エチルヘキサン−1,3−ジオール、メチルペンタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、メチルペンタンジオール、メオペンチルグリコール、水添ビスフェノールA、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどが挙げられる。
上記アルコールの中でi−ブタノールや2−エチルヘキサノール、2−エチルヘキサン−1,3−ジオール等の分岐アルコールが特に好ましい。
A diol is a compound having two hydroxyl groups in one molecule, such as ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol. 1,2-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 2-ethylhexane-1,3-diol, methylpentanediol, cyclohexanedimethanol, methylpentanediol, mepentylglycol, water Examples thereof include bisphenol A, diethylene glycol, and triethylene glycol.
Among the above alcohols, branched alcohols such as i-butanol, 2-ethylhexanol, and 2-ethylhexane-1,3-diol are particularly preferable.

前駆体AAのイソシアネート基平均数を高めるために、ポリオールを用いることが好ましい。そのポリオールとしては、分子量500未満の低分子ポリオールと分子量500以上の高分子ポリオールがある。トリオール類、テトラオール類などがある。低分子ポリオールとしては例えば、トリオール類としては、例えばグルセリン、トリメチロールプロパンなどがあり、テトラオール類としては、例えばペンタエリトリトールなどがある。この中でトリメチロールプロパンが特に好ましい。   In order to increase the average number of isocyanate groups in the precursor AA, it is preferable to use a polyol. The polyol includes a low molecular weight polyol having a molecular weight of less than 500 and a high molecular weight polyol having a molecular weight of 500 or more. There are triols and tetraols. Examples of the low molecular polyol include triols such as glycerol and trimethylolpropane, and examples of tetraols include pentaerythritol. Of these, trimethylolpropane is particularly preferred.

高分子ポリオールとしてはアクリルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオレフィンポリオールなどがある。
アクリルポリオールとしては、例えば、アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−2−ヒドロキシブチル等の活性水素を持つアクリル酸エステル等、またはグリセリンのアクリル酸モノエステルあるいはメタクリル酸モノエステル、トリメチロールプロパンのアクリル酸モノエステルあるいはメタクリル酸モノエステル等の群から選ばれた単独または混合物とメタクリル酸−2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−2−ヒドロキシブチル、メタクリル酸−3−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−4−ヒドロキシブチル等の活性水素を持つメタクリル酸エステル等の群から選ばれた単独または混合物を必須成分とし、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸−n−ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシルなどのアクリル酸エステル等、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸−n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸−n−ヘキシル、メタクリル酸ラウリル等のメタクリル酸エステル等、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸、アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等の不飽和アミド、及びメタクリル酸グリシジル、スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、アクリロニトリル、フマル酸ジブチル等のその他の重合性モノマーの群から選ばれた単独または混合物の存在下、あるいは非存在下において重合させて得られるアクリルポリオールが挙げられる。
Examples of the polymer polyol include acrylic polyol, polyester polyol, polyether polyol, and polyolefin polyol.
Examples of the acrylic polyol include acrylic acid esters having active hydrogen such as 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, and 2-hydroxybutyl acrylate, etc., or glycerin acrylic acid monoester or methacrylic acid. Acid monoester, trimethylolpropane acrylic acid monoester or methacrylic acid monoester alone or as a mixture thereof and methacrylic acid-2-hydroxyethyl, methacrylic acid-2-hydroxypropyl, methacrylic acid-2-hydroxy A single component or a mixture selected from the group of methacrylic acid esters having active hydrogen, such as butyl, methacrylic acid-3-hydroxypropyl, and methacrylic acid-4-hydroxybutyl, is used as an essential component. Acrylate, isopropyl acrylate, acrylic acid-n-butyl, acrylic acid ester such as 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, methacrylic acid Methacrylic acid esters such as acid-n-hexyl and lauryl methacrylate; unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, and itaconic acid; unsaturated amides such as acrylamide, N-methylolacrylamide, and diacetoneacrylamide; And polymerized in the presence or absence of a single or mixture selected from the group of other polymerizable monomers such as glycidyl methacrylate, styrene, vinyl toluene, vinyl acetate, acrylonitrile, dibutyl fumarate and the like. Acrylic polyols, and the like.

ポリエステルポリオールとしては、例えばコハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ダイマー酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等のカルボン酸の群から選ばれた二塩基酸の単独または混合物と、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、グリセリンなどの群から選ばれた多価アルコールの単独または混合物との縮合反応によって得られるポリエステルポリオール及び例えばε−カプロラクトンを多価アルコールに開環重合して得られるようなポリカプロラクトン類等が挙げられる。   As the polyester polyol, for example, a dibasic acid selected from the group of carboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, sebacic acid, dimer acid, maleic anhydride, phthalic anhydride, isophthalic acid, terephthalic acid, or a mixture thereof Polyester polyol obtained by a condensation reaction with a single or mixture of polyhydric alcohols selected from the group such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, neopentyl glycol, trimethylolpropane, glycerin and the like, for example, ε-caprolactone to polyhydric alcohol And polycaprolactones obtained by ring-opening polymerization.

ポリエーテルポリオール類としては、多価ヒドロキシ化合物の単独または混合物に、例えばリチウム、ナトリウム、カリウムなどの水酸化物、アルコラート、アルキルアミンなどの強塩基性触媒を使用して、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、シクロヘキセンオキサイド、スチレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドの単独または混合物を付加して得られるポリエーテルポリオール類、更にエチレンジアミン類等の多官能化合物にアルキレンオキサイドを反応させて得られるポリエーテルポリオール類及び、これらポリエーテル類を媒体としてアクリルアミド等を重合して得られる、いわゆるポリマーポリオール類等が含まれる。   Polyether polyols include, for example, ethylene oxide, propylene oxide, a single or mixture of polyvalent hydroxy compounds, using, for example, hydroxides such as lithium, sodium and potassium, strong basic catalysts such as alcoholates and alkylamines. Polyether polyols obtained by adding a single or mixture of alkylene oxides such as butylene oxide, cyclohexene oxide and styrene oxide, polyether polyols obtained by reacting alkylene oxide with a polyfunctional compound such as ethylenediamine, and So-called polymer polyols obtained by polymerizing acrylamide or the like using these polyethers as a medium are included.

前記多価ヒドロキシ化合物としては
(1)例えばジグリセリン、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールなど
(2)例えばエリトリトール、D−トレイトール、L−アラビニトール、リビトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、ガラクチトール、ラムニトール等糖アルコール系化合物
(3)例えばアラビノース、リボース、キシロース、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、ラムノース、フコース、リボデソース等の単糖類、
(4)例えばトレハロース、ショ糖、マルトース、セロビオース、ゲンチオビオース
、ラクトース、メリビオースなどの二糖類、
(5)例えばラフィノース、ゲンチアノース、メレチトースなどの三糖類
(6)たとえはスタキオースなどの四糖類
などがある。
Examples of the polyvalent hydroxy compound include (1) diglycerin, ditrimethylolpropane, pentaerythritol, dipentaerythritol, etc. (2) e.g. erythritol, D-threitol, L-arabinitol, ribitol, xylitol, sorbitol, mannitol, galactitol Sugar alcohol compounds such as rhamnitol (3) monosaccharides such as arabinose, ribose, xylose, glucose, mannose, galactose, fructose, sorbose, rhamnose, fucose, ribodesource,
(4) Disaccharides such as trehalose, sucrose, maltose, cellobiose, gentiobiose, lactose, melibiose,
(5) For example, trisaccharides such as raffinose, gentianose, and meletitose (6) There are tetrasaccharides such as stachyose.

ポリオレフィンポリオールとしては、例えば、水酸基を2個以上有するポリブタジエン、水素添加ポリブタジエン、ポリイソプレン、水素添加ポリイソプレンなどが挙げられる。
ポリオールの統計的1分子が持つ水酸基数(以下水酸基平均数)は2〜8であることが好ましく、更に好ましくは3〜5である。水酸基平均数が2未満であると、本発明のnの範囲が得られず、硬化性が低下する。また、8を超えると、得られた前駆体AAの粘度が非常に高くなるか、この粘度を低下させるためにポリオールの分子量を大きくすると、これで得られた水系ポリイソシアネート組成物を用いて形成した塗膜の硬化性の低下を招く場合がある。
Examples of the polyolefin polyol include polybutadiene having two or more hydroxyl groups, hydrogenated polybutadiene, polyisoprene, and hydrogenated polyisoprene.
The number of hydroxyl groups (hereinafter, the average number of hydroxyl groups) possessed by one statistical molecule of polyol is preferably 2-8, more preferably 3-5. When the average number of hydroxyl groups is less than 2, the range of n of the present invention cannot be obtained and the curability is lowered. On the other hand, if it exceeds 8, the viscosity of the obtained precursor AA becomes very high, or when the molecular weight of the polyol is increased to reduce the viscosity, the aqueous polyisocyanate composition thus obtained is used. In some cases, the resulting coating film may be reduced in curability.

好ましいポリオールの例としては、前記の低分子量ポリオール及びこの低分子量ポリオールにε−カプロラクトンを開環重合して得られるポリカプロラクトンポリオールである。
低分子ポリオール、特にトリオールは高い塗膜硬度を得るために好ましい。また、ウレタン基、アロファネート基形成のためのアルコールは、イソシアヌレート化触媒と同時に添加することもできるし、触媒の添加に先立ち、添加することもできる。
反応終了後、未反応ジイソシアネートモノマーは薄膜蒸発缶、抽出などにより除去する。
前駆体AA中のジイソシアネートモノマー濃度としては1質量%以下、好ましくは0.7質量%以下、更に好ましくは0.5質量%以下である。
Examples of preferred polyols are the above-mentioned low molecular weight polyols and polycaprolactone polyols obtained by ring-opening polymerization of ε-caprolactone to the low molecular weight polyols.
Low molecular polyols, particularly triols, are preferred for obtaining high coating hardness. The alcohol for forming the urethane group and allophanate group can be added simultaneously with the isocyanurate-forming catalyst, or can be added prior to the addition of the catalyst.
After completion of the reaction, unreacted diisocyanate monomer is removed by a thin film evaporator, extraction or the like.
The concentration of the diisocyanate monomer in the precursor AA is 1% by mass or less, preferably 0.7% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or less.

本発明の水系ポリイソシアネート組成物の親水基は特に制限されることはなく、アニオン性基、及び、ノニオン性基が挙げられる。アニオン性基には、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基などがある。ノニオン性基には、例えば、ポリエチレングリコール型、多価アルコール型などがある。親水基としては、ノニオン基またはカルボン酸基、スルホン酸基が好ましい。   The hydrophilic group of the aqueous polyisocyanate composition of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include an anionic group and a nonionic group. Examples of the anionic group include a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group. Nonionic groups include, for example, polyethylene glycol type and polyhydric alcohol type. As the hydrophilic group, a nonionic group, a carboxylic acid group, or a sulfonic acid group is preferable.

以下、親水基導入方法について説明する。
上記に例示した親水基を前駆体AAに導入するためには親水基及び活性水素基をともに有する化合物を用いる。活性水素基とは、イソシアネート基と反応する官能基であり、例えば、水酸基、メルカプト基、カルボン酸基などがある。アニオン性基と活性水素基をともに有する化合物としては、水酸基とカルボン酸基をともに有する、オキシ酸があり、グリコール酸、乳酸、酒石酸、クエン酸、オキシ酪酸、オキシ吉草酸、ヒドロキシピバリン酸、ジメチロール酢酸、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、カルボン酸基を有するポリカプロラクトンなどが挙げられる。水酸基とスルホン酸基をともに有する化合物としては、例えばイセチオン酸などがある。活性水素基としメルカプト基とカルボン酸基をともに有する化合物としては、メルカプトカルボン酸であるメルカプト酢酸などがある。ノニオン性基と活性水素基をともに有する化合物としては、ポリエチレンオキサイドがある。ポリエチレンオキサイドは、例えばメタノール、エタノール、ブタノール等のモノアルコールにエチレンオキサイドを付加して得られ、プロピレンオキサイドを含んでも良い。
ポリエチレンオキサイド、ポリピレンオキサイド等の数平均分子量の好ましい範囲は、200〜1000であり、より好ましくは300〜800であり、その中でも400〜600が最も好ましい。
活性水素基としては水酸基が好ましい。
アニオン性基は、有機アミン、無機塩基で中和することが好ましい。この中和は水系ポリイソシアネート組成物に水分散性、水溶性を付与する。
Hereinafter, a method for introducing a hydrophilic group will be described.
In order to introduce the hydrophilic group exemplified above into the precursor AA, a compound having both a hydrophilic group and an active hydrogen group is used. The active hydrogen group is a functional group that reacts with an isocyanate group, and examples thereof include a hydroxyl group, a mercapto group, and a carboxylic acid group. Compounds having both anionic groups and active hydrogen groups include oxyacids having both hydroxyl and carboxylic acid groups, glycolic acid, lactic acid, tartaric acid, citric acid, oxybutyric acid, oxyvaleric acid, hydroxypivalic acid, dimethylol. Examples include acetic acid, dimethylolpropionic acid, dimethylolbutanoic acid, and polycaprolactone having a carboxylic acid group. Examples of the compound having both a hydroxyl group and a sulfonic acid group include isethionic acid. Examples of the compound having both an active hydrogen group and a mercapto group and a carboxylic acid group include mercaptoacetic acid which is a mercaptocarboxylic acid. Examples of the compound having both a nonionic group and an active hydrogen group include polyethylene oxide. Polyethylene oxide is obtained, for example, by adding ethylene oxide to monoalcohol such as methanol, ethanol, butanol, and may contain propylene oxide.
The preferred range of the number average molecular weight of polyethylene oxide, polypyrene oxide, etc. is 200 to 1000, more preferably 300 to 800, and most preferably 400 to 600.
The active hydrogen group is preferably a hydroxyl group.
The anionic group is preferably neutralized with an organic amine or an inorganic base. This neutralization imparts water dispersibility and water solubility to the aqueous polyisocyanate composition.

上記の具体的な有機アミン化合物の例としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、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、エチレンジアミンなどの炭素数1から20の直鎖状、分岐状の1,2または3級アミン、モルホリン、N−アルキルモルホリン、ピリジンなどの環状アミン、モノイソプロパノールアミン、メチルエタノールアミン、メチルイソプロパノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの水酸基を分子内に有する水酸基含有アミンなどを挙げることができる。無機塩基としては、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムが挙げられる。   Examples of the specific organic amine compound include, for example, methylamine, ethylamine, propylamine, isopropylamine, butylamine, 2-ethylhexylamine, cyclohexylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, diisopropylamine, and dibutylamine. C 1-20 linear, branched 1, 2 or tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, triisopropylamine, tributylamine, ethylenediamine, cyclic amines such as morpholine, N-alkylmorpholine, pyridine, mono Isopropanolamine, methylethanolamine, methylisopropanolamine, dimethylethanolamine, diisopropanolamine, diethanolamine, triethanolamine, die Ethanolamine, a hydroxyl group-containing amines having in hydroxyl molecules such as triethanolamine and the like. Examples of the inorganic base include ammonia, potassium hydroxide, and sodium hydroxide.

これらの有機アミン化合物、無機塩基はカルボキシル基に対して0.5〜1.5当量の範囲で用いられる。 0.5未満の場合は、水系ポリイソシアネート組成物の水分散性、水溶性が低下する場合があり、1.5を超える場合は、水系ポリイソシアネート溶液のpHが高くなり、これを用いた塗料の安定性が低下する場合がある。
また、前駆体AAのイソシアネート基nの平均数nと親水基数mの平均数mとの合計数に対する親水基平均数mの比率m/(m+n)は、0.02〜0.40であり、好ましくは0.02〜0.30であり、より好ましくは0.04〜0.20、最も好ましくは0.05〜0.10である。0.02未満の場合、水分散性が不足する場合があり、0.40を超える場合、架橋性が低下する場合がある。
These organic amine compounds and inorganic bases are used in the range of 0.5 to 1.5 equivalents relative to the carboxyl group. If it is less than 0.5, the water dispersibility and water solubility of the water-based polyisocyanate composition may decrease, and if it exceeds 1.5, the pH of the water-based polyisocyanate solution will be high, and the paint using this The stability of the may decrease.
The ratio m M / (m M + n M) of the hydrophilic group average number m M to the total number of the average number m M of the average number n M and a hydrophilic base m of the isocyanate groups n of the precursor AA 0.02 It is -0.40, Preferably it is 0.02-0.30, More preferably, it is 0.04-0.20, Most preferably, it is 0.05-0.10. If it is less than 0.02, water dispersibility may be insufficient, and if it exceeds 0.40, crosslinkability may be reduced.

上記前駆体AAと親水基導入化合物との付加反応は、一般に−20〜150℃ で行うことが出来るが、好ましくは30〜100℃である。150℃を超える温度では副反応を起こす可能性があり、−20℃未満になると反応速度が小さくなり不利である。
また、この反応には、錫、亜鉛、鉛等の有機金属塩、及び、3級アミン系化合物、ナトリウムなどのアルカリ金属のアルコラート等を触媒として用いてもよい。
The addition reaction between the precursor AA and the hydrophilic group-introducing compound can be generally carried out at -20 to 150 ° C, preferably 30 to 100 ° C. If the temperature exceeds 150 ° C., a side reaction may occur, and if it is less than −20 ° C., the reaction rate decreases, which is disadvantageous.
In this reaction, organometallic salts such as tin, zinc and lead, tertiary amine compounds, alkali metal alcoholates such as sodium, and the like may be used as catalysts.

更に水分散性の向上などの目的に応じて、ノニオン系、アニオン系、カチオン系、両性界面活性剤を添加することができる。具体的な前記界面活性剤としては、例えばポリエチレングリコール、多価アルコール脂肪酸エステル等のノニオン系、脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル、アルキルベンゼンスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、アルキルリン酸塩等のアニオン系、アルキルアミン塩、アルキルベタイン等のカチオン系、カルボン酸アミン塩、スルホン酸アミン塩、硫酸エステル塩等の界面活性剤がある。
前駆体AAの製造前、製造中、製造後のいずれの段階においても上記に例示した親水基導入化合物を付加することにより、本発明の水系ポリイソシアネート組成物(A)が得られるが、前駆体AAの製造後に親水基を付加させることが好ましい。
Further, nonionic, anionic, cationic and amphoteric surfactants can be added depending on the purpose such as improvement of water dispersibility. Specific examples of the surfactant include nonionic compounds such as polyethylene glycol and polyhydric alcohol fatty acid esters, fatty acid salts, alkyl sulfate esters, alkylbenzene sulfonates, sulfosuccinates, alkyl phosphates, and the like, alkyls There are surfactants such as amine salts, cationic systems such as alkylbetaines, carboxylic acid amine salts, sulfonic acid amine salts, and sulfate ester salts.
The aqueous polyisocyanate composition (A) of the present invention can be obtained by adding the hydrophilic group-introducing compound exemplified above at any stage before, during or after the production of the precursor AA. It is preferable to add a hydrophilic group after the production of AA.

本発明の水系ポリイソシアネート組成物(A)には、塗料粘度を低下させる等の目的により溶剤を含有することができる。
上記の具体的な有機溶剤の例としては、例えば、1−メチルピロリドン、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、トルエン、キシレン、ペンタン、iso−ペンタン、ヘキサン、iso−ヘキサン、シクロヘキサン、ソルベントナフサ、ミネラルスピリットなどを挙げることができ、2種以上を併用できる。有機溶剤としては、水への溶解度が5質量%以上のものが好ましい。水への溶解度が5質量%未満の有機溶剤を用いると、水系ポリイソシアネート組成物の水分散性が低下する場合がある。また、沸点が100℃以上のものが好ましく、沸点が100℃未満の有機溶剤を用いると、塗膜形成時に有機溶剤の揮発が速くなり、塗膜表面外観に影響を及ぼす場合がある。溶剤の使用量は、水系ポリイソシアネート組成物の0〜20質量%であり、好ましくは、0〜10質量%、さらに好ましくは0〜5質量%である。20質量%を超えると、塗料として使用する場合に、揮発する溶剤が多くなり、環境上好ましくない。
本発明に用いる水系ポリイソシアネート組成物(A)は分子量分布を有する。
The water-based polyisocyanate composition (A) of the present invention can contain a solvent for the purpose of reducing the viscosity of the paint.
Examples of the above specific organic solvent include, for example, 1-methylpyrrolidone, methyl ethyl ketone, acetone, methyl isobutyl ketone, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, toluene, xylene, pentane, iso- Pentane, hexane, iso-hexane, cyclohexane, solvent naphtha, mineral spirit, etc. can be mentioned, and two or more kinds can be used in combination. As the organic solvent, those having a solubility in water of 5% by mass or more are preferable. When an organic solvent having a solubility in water of less than 5% by mass is used, the water dispersibility of the aqueous polyisocyanate composition may be lowered. Moreover, the thing whose boiling point is 100 degreeC or more is preferable, and when the organic solvent whose boiling point is less than 100 degreeC is used, volatilization of the organic solvent will become quick at the time of coating-film formation, and it may affect the coating-film surface appearance. The usage-amount of a solvent is 0-20 mass% of an aqueous polyisocyanate composition, Preferably, it is 0-10 mass%, More preferably, it is 0-5 mass%. If it exceeds 20% by mass, the solvent that volatilizes increases when used as a coating material, which is not environmentally preferable.
The aqueous polyisocyanate composition (A) used in the present invention has a molecular weight distribution.

本発明のポリイソシアネート組成物(B)は、脂肪族及び/または脂環族ジイソシアネートから誘導されており、用いることのできる脂肪族及び/または脂環族ジイソシアネートとは、水系ポリイソシアネート組成物(A)で例示したものが使用される。
本発明のポリイソシアネート組成物(B)中のイソシアヌレート構造を有するジイソシアネート3量体の濃度(以下イソシアヌレート3量体と言う)は60〜95質量%である。60質量%未満であるとポリイソシアネート組成物(B)の粘度が増加し、95質量%を超えるとポリイソシアネート組成物(B)の収率が低下する。ジイソシアネートモノマーからイソシアヌレート基含有ポリイソシアネートを誘導する場合は前述の前駆体AAに関する記載と同様の化合物を使用することができる。
The polyisocyanate composition (B) of the present invention is derived from an aliphatic and / or alicyclic diisocyanate, and the usable aliphatic and / or alicyclic diisocyanate is an aqueous polyisocyanate composition (A ) Are used.
The concentration of the diisocyanate trimer having an isocyanurate structure in the polyisocyanate composition (B) of the present invention (hereinafter referred to as isocyanurate trimer) is 60 to 95% by mass. When it is less than 60% by mass, the viscosity of the polyisocyanate composition (B) increases, and when it exceeds 95% by mass, the yield of the polyisocyanate composition (B) decreases. When the isocyanurate group-containing polyisocyanate is derived from a diisocyanate monomer, the same compounds as those described for the precursor AA can be used.

得られるイソシアヌレート基含有ポリイソシアネートは3量体以外に、5量体、7量体などを含む。本発明のイソシアヌレート3量体濃度範囲を得るためには、イソシアヌレート化反応の転化率(イソシアヌレート化反応で生成したポリイソシアネートの仕込み液に対する質量割合)が20%以下、好ましくは15%以下である。20%を超えると、本発明の構成要件である、イソシアヌレート3量体濃度の達成が困難となる場合があり、ポリイソシアネートの低粘度化と架橋性を両立できない場合がある。   The resulting isocyanurate group-containing polyisocyanate contains pentamer, heptamer and the like in addition to trimer. In order to obtain the isocyanurate trimer concentration range of the present invention, the conversion rate of the isocyanurate reaction (mass ratio of the polyisocyanate produced by the isocyanurate reaction is 20% or less, preferably 15% or less) It is. If it exceeds 20%, it may be difficult to achieve the isocyanurate trimer concentration, which is a constituent requirement of the present invention, and it may be impossible to achieve both low viscosity and crosslinkability of polyisocyanate.

この時、同時にウレトジオン基含有ポリイソシアネートなどのイソシアヌレート基含有ポリイソシアネート以外のポリイソシアネートが生成する場合がある。本発明のポリイソシアネートを得る場合のイソシアヌレート化反応によるウレトジオン2量体の生成は好ましくない。イソシアヌレート化反応で生成するウレトジオン2量体濃度はイソシアヌレート化反応により生成したポリイソシアネートに対して2質量%以下、好ましくは1質量%以下が好ましい。2質量%を超えると、ポリイソシアネート組成物(B)を貯蔵した時のジイソシアネートモノマーの発生量が増加し、好ましくない。前記の如く、イソシアヌレート化反応で生成するウレトジオン2量体の抑制がポリイソシアネート組成物(B)貯蔵時のジイソシアネートモノマーの生成を抑制することは驚くべきことであった。
イソシアヌレート化反応に用いる触媒はイソシアヌレート基含有ポリイソシアネートの選択率の高い前記の1)、2)、3)が好ましい。5)はビウレット基含有ポリイソシアネートも生成し、また、意外なことにポリイソシアネート貯蔵時にジイソシアネートモノマーが遊離し、好ましくない。
At the same time, a polyisocyanate other than an isocyanurate group-containing polyisocyanate such as a uretdione group-containing polyisocyanate may be formed at the same time. Formation of a uretdione dimer by an isocyanuration reaction when obtaining the polyisocyanate of the present invention is not preferred. The uretdione dimer concentration produced by the isocyanuration reaction is 2% by mass or less, preferably 1% by mass or less, based on the polyisocyanate produced by the isocyanuration reaction. If it exceeds 2% by mass, the amount of diisocyanate monomer generated when the polyisocyanate composition (B) is stored increases, which is not preferable. As described above, it was surprising that the suppression of the uretdione dimer generated by the isocyanuration reaction suppresses the generation of the diisocyanate monomer during storage of the polyisocyanate composition (B).
As the catalyst used for the isocyanurate-forming reaction, the above-mentioned 1), 2) and 3) having a high selectivity for the isocyanurate group-containing polyisocyanate are preferable. 5) also produces a biuret group-containing polyisocyanate, and surprisingly, the diisocyanate monomer is liberated during storage of the polyisocyanate, which is not preferable.

本発明のポリイソシアネート組成物(B)中のウレトジオン2量体濃度は2〜20質量%である。2質量%未満であると、ポリイソシアネート組成物の粘度が増加し、20質量%を超えると架橋性が低下する場合がある。
ウレトジオン2量体は前述の前駆体AAに関する記載と同様のウレトジオン触媒を用いて得ることができる。
The uretdione dimer concentration in the polyisocyanate composition (B) of the present invention is 2 to 20% by mass. If it is less than 2% by mass, the viscosity of the polyisocyanate composition increases, and if it exceeds 20% by mass, the crosslinkability may be lowered.
The uretdione dimer can be obtained using the same uretdione catalyst as described above for the precursor AA.

また、前記のような触媒を用いることなく、加熱で得ることもできる。加熱により得ることのできるウレトジオン基含有ポリイソシアネートの収率は低く、ウレトジオン基含有ポリイソシアネートのみを得るための手段としては効率的ではなかった。
しかし、驚くべきことに触媒を使用せず、加熱のみにより得られるウレトジオン基含有ポリイソシアネートの貯蔵時に遊離するジイソシアネートモノマー量が格段に低いことが判明した。ウレトジオン基は加熱により分解しやすく、そのためウレトジオン基含有ポリイソシアネート貯蔵時にジイソシアネートモノマーが遊離すると考えられていた。本発明の構成成分の1つであるウレトジオン基含有ポリイソシアネートは加熱で製造することが好ましい。
Moreover, it can also obtain by heating, without using the above catalysts. The yield of uretdione group-containing polyisocyanate that can be obtained by heating was low, and it was not efficient as a means for obtaining only the uretdione group-containing polyisocyanate.
However, it was surprisingly found that the amount of diisocyanate monomer liberated during storage of the polyisocyanate containing uretdione groups obtained only by heating without using a catalyst was found to be remarkably low. It was thought that uretdione groups were easily decomposed by heating, so that diisocyanate monomers were liberated during storage of uretdione group-containing polyisocyanates. The uretdione group-containing polyisocyanate which is one of the components of the present invention is preferably produced by heating.

本発明におけるポリイソシアネート組成物(B)はモノアルコールから誘導されるアロファネート基を更に含んでいることが好ましい。この場合、ポリイソシアネート組成物(B)中のモノアルコールから誘導されるアロファネート基/イソシアヌレート基の官能基数比率は1〜20%であり、好ましくは、2〜15%、更に好ましくは2〜10%である。1%未満では、得られるポリイソシアネートの粘度が増加する場合があり、20%を超えると架橋性が低下する場合がある。   The polyisocyanate composition (B) in the present invention preferably further contains an allophanate group derived from a monoalcohol. In this case, the functional group number ratio of the allophanate group / isocyanurate group derived from the monoalcohol in the polyisocyanate composition (B) is 1 to 20%, preferably 2 to 15%, more preferably 2 to 10%. %. If it is less than 1%, the viscosity of the resulting polyisocyanate may increase, and if it exceeds 20%, the crosslinkability may decrease.

本発明のポリイソシアネート組成物(B)に用いることができるモノアルコールとは、炭素、水素及び酸素のみで形成されるモノアルコールが好ましく。更に好ましくは分子量500以下である。その具体的な化合物は、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノールなどの異性体を含む化合物であり、2種以上を併用しても良い。   The monoalcohol that can be used in the polyisocyanate composition (B) of the present invention is preferably a monoalcohol formed only of carbon, hydrogen and oxygen. More preferably, the molecular weight is 500 or less. The specific compound is, for example, a compound containing isomers such as methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, and nonanol, and two or more kinds may be used in combination.

本発明のポリイソシアネート組成物(B)におけるモノアルコールの添加量はポリイソシアネートのイソシアネート基とモノアルコールの水酸基との当量比で1000/1〜10/1、好ましくは1000/1〜100/1である。10/1を下回ると、モノアルコール2分子とジイソシアネートモノマー1分子からなる化合物が生成する場合があり、粘度の低いポリイソシアネート得るためには好ましくない。   The amount of monoalcohol added in the polyisocyanate composition (B) of the present invention is 1000/1 to 10/1, preferably 1000/1 to 100/1, in terms of the equivalent ratio of the isocyanate group of the polyisocyanate to the hydroxyl group of the monoalcohol. is there. If it is less than 10/1, a compound composed of two monoalcohol molecules and one diisocyanate monomer may be produced, which is not preferable for obtaining a polyisocyanate having a low viscosity.

アロファネート基を生成するためには、通常、アロファネート化触媒を用いる。この具体的な化合物としては、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、ジルコニウム、ジルコニルなどのアルキルカルボン酸塩である、2−エチルヘキサン酸錫、ジブチル錫ジラウレートなどの有機錫化合物、2−エチルヘキサン酸鉛などの有機鉛化合物、2−エチルヘキサン酸亜鉛などの有機亜鉛化合物、2−エチルヘキサン酸ビスマス、2−エチルヘキサン酸ジルコニウム、2−エチルヘキサン酸ジルコニルなどがあり、2種以上を併用することができる。
また、前記のイソシアヌレート化触媒もアロファネート化触媒となり得る。前記のイソシアヌレート化触媒を用いて、アロファネート化反応を行う場合、イソシアヌレート基含有ポリイソシアネートも生成する。
In order to generate allophanate groups, an allophanatization catalyst is usually used. Specific compounds include alkyl carboxylates such as tin, lead, zinc, bismuth, zirconium and zirconyl, organotin compounds such as tin 2-ethylhexanoate and dibutyltin dilaurate, and lead 2-ethylhexanoate. There are organic lead compounds such as, organic zinc compounds such as zinc 2-ethylhexanoate, bismuth 2-ethylhexanoate, zirconium 2-ethylhexanoate, zirconyl 2-ethylhexanoate, etc. it can.
The isocyanurate-forming catalyst can also be an allophanatization catalyst. When performing the allophanatization reaction using the above isocyanurate-forming catalyst, an isocyanurate group-containing polyisocyanate is also produced.

本発明のポリイソシアネート組成物(B)にはビウレット型ポリイソシアネートを含まないことが好ましい。ビウレット型ポリイソシアネートの存在はポリイソシアネート組成物貯蔵後のジイソシアネートモノマーの増加をもたらし、好ましくない。好ましくは、0.5質量%以下である。
前述した、イソシアヌレート化反応、アロファネート化反応、ウレトジオン化反応はそれぞれを逐次行うこともできるし、並行して行うこともできる。好ましくは、イソシアヌレート化反応とアロファネート化反応を先行し、その後、ウレトジオン化反応を行うことが好ましく、イソシアヌレート化反応とアロファネート化反応は共通した触媒を用い、ウレトジオン化反応を熱により行うことが製造工程を簡略でき好ましい。
これらの反応が終了した後、未反応ジイソシアネートモノマーを薄膜蒸発缶、抽出などで除去する。
The polyisocyanate composition (B) of the present invention preferably contains no biuret type polyisocyanate. The presence of biuret-type polyisocyanates leads to an increase in diisocyanate monomers after storage of the polyisocyanate composition, which is not preferred. Preferably, it is 0.5 mass% or less.
The above-described isocyanurate reaction, allophanate reaction, and uretdione reaction can be performed sequentially or in parallel. Preferably, the isocyanurate formation reaction and the allophanatization reaction are preceded, and then the uretdioneation reaction is preferably performed. The isocyanurate formation reaction and the allophanatization reaction are performed using a common catalyst, and the uretdioneation reaction can be performed by heat. It is preferable because the manufacturing process can be simplified.
After these reactions are completed, the unreacted diisocyanate monomer is removed by a thin film evaporator, extraction or the like.

本発明のポリイソシアネート組成物(B)中のジイソシアネートモノマー濃度は1質量%以下であり、好ましくは0.5質量%以下である。1質量%を超えると、架橋性が低下し、好ましくない。
本発明のポリイソシアネート組成物(B)の25℃における粘度は150〜800mPa・sであり、好ましくは、150〜700mPa・sである。150mPa・s未満であると、架橋性が低下し、800mPa・sを超えると塗料の固形分濃度が低下し、好ましくない。
The diisocyanate monomer concentration in the polyisocyanate composition (B) of the present invention is 1% by mass or less, preferably 0.5% by mass or less. If it exceeds 1% by mass, the crosslinkability is lowered, which is not preferable.
The viscosity at 25 ° C. of the polyisocyanate composition (B) of the present invention is 150 to 800 mPa · s, preferably 150 to 700 mPa · s. If it is less than 150 mPa · s, the crosslinkability is lowered, and if it exceeds 800 mPa · s, the solid content concentration of the paint is lowered, which is not preferable.

本発明のポリイソシアネート組成物(B)のイソシアネート基平均数は2.5以上である。好ましくは2.8以上、3.5以下である。2.5未満であると架橋性が低下する場合がある。イソシソシアネート基平均数は以下の式(I)により求められる。   The average number of isocyanate groups in the polyisocyanate composition (B) of the present invention is 2.5 or more. Preferably they are 2.8 or more and 3.5 or less. If it is less than 2.5, the crosslinkability may decrease. The average number of isosocyanate groups is determined by the following formula (I).

Figure 0004974343
Figure 0004974343

本発明のポリイソシアネート組成物(B)のイソシアネート基濃度は、22.0〜25.0質量%であり、好ましくは22.5〜24.0質量%、より好ましくは23.0〜24.0質量%である。22.0質量%未満の場合、形成された塗膜中のウレタン基濃度が低下しやすく、水分散性が低下する場合があり、25.0質量%を超える場合、架橋性が劣る場合がある。   The isocyanate group concentration of the polyisocyanate composition (B) of the present invention is 22.0 to 25.0 mass%, preferably 22.5 to 24.0 mass%, more preferably 23.0 to 24.0. % By mass. When the content is less than 22.0% by mass, the concentration of the urethane group in the formed coating film tends to decrease, and the water dispersibility may decrease. When the content exceeds 25.0% by mass, the crosslinkability may be inferior. .

本発明に用いるポリイソシアネート組成物(B)は分子量分布を有する。
本発明の水系ポリイソシアネート組成物は、上記水系ポリイソシアネート組成物(A)とポリイソシアネート組成物(B)を90:10〜10:90(質量比)で混合して得られ、好ましくは70:30〜10:90であり、より好ましくは50:50〜10:90である。90:10を超える場合、水分散性は満足するが、架橋性や塗膜硬度に劣る場合があり、10:90未満の場合、水分散性が低下する場合がある。
The polyisocyanate composition (B) used in the present invention has a molecular weight distribution.
The aqueous polyisocyanate composition of the present invention is obtained by mixing the aqueous polyisocyanate composition (A) and the polyisocyanate composition (B) in a ratio of 90:10 to 10:90 (mass ratio), preferably 70: 30 to 10:90, more preferably 50:50 to 10:90. If it exceeds 90:10, the water dispersibility is satisfactory, but the crosslinkability and the coating film hardness may be inferior. If it is less than 10:90, the water dispersibility may decrease.

本発明に用いる水系ポリイソシアネート組成物は、分子量分布を有する。
本発明の水系ポリイソシアネート組成物は、ポリオールとともに本発明の水系塗料組成物の主成分を構成する。水系ポリイソシアネート組成物中のイソシアネート基はこのポリオールの水酸基と反応して、架橋塗膜を形成することができる。
The aqueous polyisocyanate composition used in the present invention has a molecular weight distribution.
The water-based polyisocyanate composition of the present invention constitutes the main component of the water-based coating composition of the present invention together with a polyol. The isocyanate group in the aqueous polyisocyanate composition can react with the hydroxyl group of this polyol to form a crosslinked coating film.

本発明の水系塗料組成物に使用するポリオールとしては、通常、水系塗料用に用いるものであれば特に制限なく使用可能である。具体例としては、上記で例示したポリオール以外にエポキシポリオール、フッ素ポリオールなどがある。
エポキシポリオールとしては、ビスフェノール型エポキシ樹脂をアミン変性、または、アミノアルコール変性したものが挙げられる。
フッ素ポリオールとしては、フッ素化エチレンと共重合可能なモノマーからなる樹脂が挙げられる。
好ましいポリオールはアクリルポリオール、ポリエステルポリオールである。
As the polyol used in the water-based coating composition of the present invention, any polyol can be used without particular limitation as long as it is usually used for water-based coatings. Specific examples include epoxy polyols and fluorine polyols in addition to the polyols exemplified above.
Examples of the epoxy polyol include bisphenol-type epoxy resins modified with amine or amino alcohol.
Examples of the fluorine polyol include a resin composed of a monomer copolymerizable with fluorinated ethylene.
Preferred polyols are acrylic polyols and polyester polyols.

前記のポリオールは水に乳化、分散あるいは溶解することが必須となる。そのために、ポリオールに含まれるカルボキシル基、スルホン基などを中和する事ができる。
カルボキシル基、スルホン基などを中和するための化合物としては、有機アミン、無機塩基が挙げられる。有機アミンとしては、例えば、水溶性アミノ化合物である例えばモノエタノールアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、トリエタノールアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、メチルエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、モルホリンなどから選択される1種以上を用いることができる。無機塩基としては、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムを用いることができる。好ましくは、第3級アミンであるトリエチルアミン、ジメチルエタノールアミンなどが好ましい。
The polyol must be emulsified, dispersed or dissolved in water. Therefore, the carboxyl group, sulfone group, etc. contained in the polyol can be neutralized.
Examples of the compound for neutralizing a carboxyl group, a sulfone group, and the like include organic amines and inorganic bases. Examples of the organic amine include water-soluble amino compounds such as monoethanolamine, ethylamine, dimethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, isopropylamine, diisopropylamine, triethanolamine, butylamine, dibutylamine, 2 -One or more types selected from ethylhexylamine, ethylenediamine, propylenediamine, methylethanolamine, dimethylethanolamine, diethylethanolamine, morpholine and the like can be used. As the inorganic base, ammonia, potassium hydroxide, or sodium hydroxide can be used. Preferably, tertiary amines such as triethylamine and dimethylethanolamine are preferable.

前記ポリオールの樹脂分当たりの水酸基価は20〜300mgKOH/gが好ましく、酸価は20〜100mgKOH/gが好ましい。
ポリオールの水酸基価が20mgKOH/g未満の場合、イソシアネート基との反応による架橋性が劣る場合があり、水酸基価が300mgKOH/gを超えると、逆に架橋密度が増大し、塗膜の伸び等の物性が低下する場合がある。また、酸価が20mgKOH/g未満の場合、水分散性が低下する場合があり、100mgKOH/gを超える場合、得られた塗膜の耐水性等の物性が低下する場合がある。
The hydroxyl value per resin component of the polyol is preferably 20 to 300 mgKOH / g, and the acid value is preferably 20 to 100 mgKOH / g.
When the hydroxyl value of the polyol is less than 20 mgKOH / g, the crosslinkability due to reaction with the isocyanate group may be inferior. When the hydroxyl value exceeds 300 mgKOH / g, the crosslinking density increases, and the elongation of the coating film, etc. Physical properties may deteriorate. Moreover, when an acid value is less than 20 mgKOH / g, water dispersibility may fall, and when it exceeds 100 mgKOH / g, physical properties, such as water resistance of the obtained coating film, may fall.

本発明の水系ポリイソシアネート組成物と上記ポリオールの配合比率は、水系ポリイソシアネート組成物のイソシアネート基とポリオールの水酸基の当量比が0.3〜1.5の範囲で、必要に応じて選択される。
必要に応じて、本発明の塗料組成物にウレタンディスパージョンなどの樹脂を併用することができる。
The mixing ratio of the water-based polyisocyanate composition of the present invention and the above polyol is selected as necessary so that the equivalent ratio of the isocyanate group of the water-based polyisocyanate composition to the hydroxyl group of the polyol is in the range of 0.3 to 1.5. .
If necessary, a resin such as urethane dispersion can be used in combination with the coating composition of the present invention.

本発明は硬化促進剤として酸性化合物、塩基性化合物を含む事ができる。
前記酸性化合物の具体例としては、例えば、酢酸、コハク酸等のカルボン酸類、パラトルエンスルホン酸等のスルホン酸類、ジオクチルホスフェート等の酸性リン酸エステルが挙げられる。
これらの酸性化合物はアミン化合物と反応させ、貯蔵安定性を向上させることができる。そのアミン化合物としては、例えばエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどのアルキルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミンなどがある。
塩基性化合物の具体例としては、例えばトリエチルアミン、1,4−ジアザビシクロオクタンなどのアミン化合物、ジブチル錫ジラウレート、ナフテン酸亜鉛金属カルボン酸塩などがある。
硬化促進剤の添加量は配合される塗料樹脂分に対して、0.1〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%である。
The present invention can contain an acidic compound and a basic compound as a curing accelerator.
Specific examples of the acidic compound include carboxylic acids such as acetic acid and succinic acid, sulfonic acids such as paratoluenesulfonic acid, and acidic phosphate esters such as dioctyl phosphate.
These acidic compounds can be reacted with amine compounds to improve storage stability. Examples of the amine compound include alkylamines such as ethylamine, diethylamine and triethylamine, and alkanolamines such as ethanolamine, diethanolamine and triethanolamine.
Specific examples of the basic compound include amine compounds such as triethylamine and 1,4-diazabicyclooctane, dibutyltin dilaurate, and zinc naphthenate metal carboxylate.
The addition amount of a hardening accelerator is 0.1-10 mass% with respect to the coating resin component mix | blended, Preferably it is 0.1-5 mass%.

また、必要に応じて酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、例えば、アルミ等の金属粉顔料、酸化チタン、カーボンブラックなどの無機顔料、レオロジーコントロール剤、レベリング剤、溶剤等を添加してもよい。
通常は、水系ポリイソシアネート組成物、ポリオール、添加剤等を混合し、水を主成分とする媒体を添加し、塗装方法に応じた塗料粘度に調整することにより水系塗料組成物となる。
If necessary, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a pigment, for example, a metal powder pigment such as aluminum, an inorganic pigment such as titanium oxide or carbon black, a rheology control agent, a leveling agent, a solvent, etc. may be added. .
Usually, a water-based coating composition is obtained by mixing a water-based polyisocyanate composition, a polyol, an additive, and the like, adding a medium containing water as a main component, and adjusting the coating viscosity according to the coating method.

このように調製した水系塗料組成物の被塗装材質としては、金属、プラスチック、無機等が挙げられる。
また、用途としては、上中塗り、下塗り用として、建築外装塗料、バンパー等のプラスチック部品用塗料、自動車補修用塗料、プレコートメタル等の有機被覆用塗料等として有用である。
塗装方法としては、ベル塗装、スプレー塗装、ロール塗装、シャワー塗装、浸漬塗装等が挙げられる。
本発明の水系ポリイソシアネート組成物は塗料以外にインキ、接着剤、繊維・フィルム・セラミック等の無機材料・紙・木材・樹脂等の改質剤または表面処理剤としても有用である。
Examples of the material to be coated of the water-based coating composition thus prepared include metals, plastics, and inorganic materials.
In addition, it is useful as an overcoat, undercoat, paint for exterior parts, paint for plastic parts such as bumpers, paint for repairing automobiles, paint for organic coating such as precoat metal, etc.
Examples of the coating method include bell coating, spray coating, roll coating, shower coating, and immersion coating.
The water-based polyisocyanate composition of the present invention is useful as an ink, an adhesive, an inorganic material such as a fiber, a film, and a ceramic, a modifier for paper, wood, a resin, or a surface treatment agent in addition to a paint.

以下に、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
まず、測定方法について述べる。
(数平均分子量の測定)
数平均分子量は下記の装置を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフ(以下GPCという)測定によるポリスチレン基準の数平均分子量である。
装置:東ソー(株)HLC−8120GPC
カラム:東ソー(株)TSKgel superH1000×1本
TSKgel superH2000×1本
TSKgel superH3000×1本
キャリアー:テトラハイドロフラン
検出方法:示差屈折計
Below, based on an Example, this invention is demonstrated still in detail.
First, the measurement method will be described.
(Measurement of number average molecular weight)
The number average molecular weight is a polystyrene-based number average molecular weight measured by gel permeation chromatography (hereinafter referred to as GPC) using the following apparatus.
Equipment: Tosoh Corporation HLC-8120GPC
Column: Tosoh Corporation TSKgel superH1000 x 1
TSKgel superH2000 x 1
TSKgel superH3000 × 1 carrier: Tetrahydrofuran Detection method: Differential refractometer

(未反応ジイソシアネートモノマー濃度)
前記GPC測定で得られる未反応ジイソシアネートモノマー相当の分子量(例えばHDIであれば168)のピーク面積%をその質量濃度として表した。
(イソシアヌレート3量体濃度の測定)
前記GPC測定で得られるジイソシアネートの3倍の分子量に相当するピーク面積%をイソシアヌレート3量体濃度として示した。
(モノアルコール由来のアロファネート基/イソシアヌレート基数比率)
日本電子社製JNM-LA400を用いた、プロトン核磁気共鳴スペクトルの測定から、アロファネート基とイソシアヌレート基の数比率を求めた。
(ウレトジオン2量体濃度の測定)
前記GPC測定で得られるジイソシアネートの2倍の分子量に相当するピーク面積%をウレトジオン2量体濃度として示した。
(イソシアヌレート化反応転化率の測定)
反応液屈折率の測定により求めた。
(Unreacted diisocyanate monomer concentration)
The peak area% of the molecular weight corresponding to the unreacted diisocyanate monomer obtained by the GPC measurement (for example, 168 for HDI) was expressed as its mass concentration.
(Measurement of isocyanurate trimer concentration)
The peak area% corresponding to the molecular weight three times that of the diisocyanate obtained by the GPC measurement was shown as the isocyanurate trimer concentration.
(Ratio of monoalcohol-derived allophanate groups / isocyanurate groups)
From the measurement of proton nuclear magnetic resonance spectrum using JNM-LA400 manufactured by JEOL Ltd., the number ratio of allophanate groups and isocyanurate groups was determined.
(Measurement of uretdione dimer concentration)
The peak area% corresponding to the molecular weight twice that of the diisocyanate obtained by the GPC measurement was shown as the uretdione dimer concentration.
(Measurement of isocyanurate conversion rate)
The reaction liquid refractive index was determined by measurement.

(粘度の測定)
E型粘度計(東機産業株式会社製RE−80R)を用いて、25℃で測定した。
(水系ポリイソシアネート組成物の水分散性)
水系ポリイソシアネート組成物と純水を質量比2:10で混合し、その後の溶液状態を肉眼で観察した。混合液が均一で沈降物のない状態を〇とし、沈降物がある場合を×とした。結果を表2に示した。
(ゲル分率)
硬化塗膜を、アセトン中に20℃、24時間浸漬後、未溶解部質量の浸漬前質量に対する割合を計算し、60質量%未満の場合を×、60質量%以上の場合を〇で表した。結果を表3に示した。
(塗膜硬度)
ケーニッヒ硬度計(BYK Garder社の商品名Pendulum hardness tester)を用いて、測定温度20℃、塗膜膜厚40μmで測定した。塗膜硬度が20以上を〇、20未満を×とした。結果を表3に示した。
(Measurement of viscosity)
It measured at 25 degreeC using the E-type viscosity meter (Toki Sangyo Co., Ltd. RE-80R).
(Water dispersibility of water-based polyisocyanate composition)
The aqueous polyisocyanate composition and pure water were mixed at a mass ratio of 2:10, and the subsequent solution state was observed with the naked eye. A state where the mixed solution was uniform and no precipitate was indicated as ◯, and a case where there was a precipitate was indicated as x. The results are shown in Table 2.
(Gel fraction)
After immersing the cured coating film in acetone at 20 ° C. for 24 hours, the ratio of the undissolved part mass to the pre-immersion mass was calculated. . The results are shown in Table 3.
(Coating hardness)
Using a König hardness meter (trade name Pendulum hardness tester of BYK Garder), the measurement was performed at a measurement temperature of 20 ° C. and a coating film thickness of 40 μm. The coating film hardness was 20 or more, and less than 20 was x. The results are shown in Table 3.

<製造例1> (前駆体AAの製造)
攪拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 600部を仕込み、60℃、2Hr保持した。その後、イソシアヌレート化触媒としてテトラメチルアンモニウムカプリエートを加え、イソシアヌレート化反応を行い、4時間後、転化率が40%になった時点で、リン酸を添加して反応を停止した。
その後、反応液を濾過した後、未反応のHDIモノマーを薄膜蒸留装置により除去した。
得られた前駆体AAの物性を表1に示す。
<Production Example 1> (Production of Precursor AA)
A four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser, nitrogen blowing tube, and dropping funnel was placed in a nitrogen atmosphere, 600 parts of HDI was charged, and maintained at 60 ° C. for 2 hours. Thereafter, tetramethylammonium capriate was added as an isocyanurate-forming catalyst, and an isocyanurate-forming reaction was performed. After 4 hours, when the conversion reached 40%, phosphoric acid was added to stop the reaction.
Then, after filtering a reaction liquid, the unreacted HDI monomer was removed with the thin film distillation apparatus.
Table 1 shows the physical properties of the obtained precursor AA.

<製造例2> (前駆体AAの製造)
攪拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 1000部、3価アルコールであるポリカプロラクトンポリオール系ポリエステルポリオール「プラクセル303」(ダイセル化学の商品名 分子量300)50部を仕込み、攪拌下反応器内温度を90℃1時間保持しウレタン化反応を行った。その後反応器内温度を60℃に保持し、シソシアヌレート化触媒テトラメチルアンモニウムカプリエートを加え、反応液の屈折率を測定し、HDIとポリオールを足した質量を100とした時の収率54質量%に相当する時点で燐酸を添加し反応を停止した。反応液を濾過した後、薄膜蒸留缶を用いて未反応HDIを除去した。得られた前駆体AAの物性を表1に示す。
<Production Example 2> (Production of Precursor AA)
A four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser, nitrogen blowing tube, and dropping funnel was placed in a nitrogen atmosphere, 1000 parts of HDI, polycaprolactone polyol-based polyester polyol “PLAXEL 303” (Daicel) Chemical product name: Molecular weight 300) 50 parts were charged, and the temperature in the reactor was kept at 90 ° C. for 1 hour with stirring to conduct a urethanization reaction. Thereafter, the temperature in the reactor was kept at 60 ° C., the isothiocyanuration catalyst tetramethylammonium capriate was added, the refractive index of the reaction solution was measured, and the yield was 54 when the mass of HDI and polyol was taken as 100. At a time corresponding to mass%, phosphoric acid was added to stop the reaction. After the reaction solution was filtered, unreacted HDI was removed using a thin film distillation can. Table 1 shows the physical properties of the obtained precursor AA.

<製造例3> (水系ポリイソシアネート組成物(A)の製造)
攪拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、製造例1で得られた水性ポリイソシアネート前駆体(AA)を100部、分子量550のメトキシポリエチレングリコール(日本油脂の商品名「ユニオックスM550」)85部(前駆体AAの全イソシアネート基の30%と反応する)を仕込み、80℃で6時間保持した。得られた水系ポリイソシアネート組成物(A)の物性及び水分散性評価結果を表2に示す。
<Production Example 3> (Production of aqueous polyisocyanate composition (A))
A four-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser, a nitrogen blowing tube, and a dropping funnel was placed in a nitrogen atmosphere, and 100 parts of the aqueous polyisocyanate precursor (AA) obtained in Production Example 1 was molecular weight 550. Of methoxypolyethylene glycol (trade name “Uniox M550” of NOF Corporation) (reacts with 30% of all isocyanate groups of the precursor AA) was charged and held at 80 ° C. for 6 hours. Table 2 shows the physical properties and water dispersibility evaluation results of the water-based polyisocyanate composition (A) obtained.

<製造例4,5>(水系ポリイソシアネート組成物(A)の製造)
表2に示す以外は、製造例3と同様に行った。得られた水系ポリイソシアネート組成物(A)の物性を表2に示す。
<Production Examples 4 and 5> (Production of aqueous polyisocyanate composition (A))
The procedure was the same as in Production Example 3 except for those shown in Table 2. Table 2 shows the physical properties of the obtained water-based polyisocyanate composition (A).

<製造例6> (ポリイソシアネート組成物(B)の製造)
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、滴下ロートを取り付けた4ツ口フラスコ内を窒素雰囲気にし、HDI 600部、イソブタノール0.6部を仕込み、撹拌下反応器内温度を80℃、2Hr保持した。その後、イソシアヌレート化触媒テトラメチルアンモニウムカプリエートを加え、イソシアヌレート化反応を行い、転化率が13%になった時点で燐酸を添加し反応を停止した。ウレトジオン2量体質量濃度の増加は1%以下であった。反応液を更に160℃、1Hr保持した。この加熱によりウレトジオン基含有ポリイソシアネートが生成した。反応液を冷却後、ろ過後、薄膜蒸発缶を用いて未反応のHDIを除去した。得られたポリイソシアネート組成物(B)の特性を表3に示す。
<Production Example 6> (Production of polyisocyanate composition (B))
A four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser, nitrogen blowing tube, and dropping funnel was placed in a nitrogen atmosphere, and 600 parts of HDI and 0.6 part of isobutanol were charged. Held at 2 ° C. for 2 hours. Thereafter, the isocyanurate-forming catalyst tetramethylammonium capryate was added to carry out an isocyanurate-forming reaction. When the conversion rate reached 13%, phosphoric acid was added to stop the reaction. The increase in uretdione dimer mass concentration was 1% or less. The reaction solution was further maintained at 160 ° C. for 1 hour. This heating produced uretdione group-containing polyisocyanate. The reaction solution was cooled, filtered, and unreacted HDI was removed using a thin film evaporator. The properties of the resulting polyisocyanate composition (B) are shown in Table 3.

<製造例7> (ポリイソシアネート組成物(B)の製造)
イソシアヌレート化反応後の転化率を17%とした以外は製造例6と同様に行った。得られたポリイソシアネート組成物(B)の物性を表3に示す。
<Production Example 7> (Production of polyisocyanate composition (B))
The same procedure as in Production Example 6 was performed except that the conversion after the isocyanurate reaction was 17%. Table 3 shows the physical properties of the resulting polyisocyanate composition (B).

[実施例1〜5] (水系ポリイソシアネート組成物の製造)
製造例3〜5に示された水系ポリイソシアネート組成物(A)と製造例6〜7に示されたポリイソシアネート組成物(B)を表4に示された質量比で混合した。その時の水分散性を表4に示す。
[Examples 1 to 5] (Production of aqueous polyisocyanate composition)
The water-based polyisocyanate composition (A) shown in Production Examples 3 to 5 and the polyisocyanate composition (B) shown in Production Examples 6 to 7 were mixed at a mass ratio shown in Table 4. Table 4 shows the water dispersibility at that time.

[比較例1〜4] (水系ポリイソシアネート組成物の製造)
表4に示す以外は実施例1と同様に行った。その時の水分散性を表4にします。
[Comparative Examples 1 to 4] (Production of aqueous polyisocyanate composition)
The procedure was the same as in Example 1 except that it was shown in Table 4. Table 4 shows the water dispersibility at that time.

[実施例6〜10] (水系塗料組成物の調整)
ジメチルエタノールアミンでカルボン酸/アミンのモル比1.0で中和された水分散性アクリルポリオール(アクゾノーベル社の商品名「SETALUX6512」、樹脂分濃度42質量%、水酸基価69mgKOH/樹脂g、酸価16mgKOH/樹脂g)と実施例1−5で得られた水系ポリイソシアネート組成物を用いて、イソシアネート基/水酸基の当量比1.0で混合した。更に水を添加し塗料粘度が、フォードカップNo.4で30秒になるように調整した。この塗料をアプリケーター塗装し、80℃、30分で硬化させた。塗膜評価結果を表5に示す。
[Examples 6 to 10] (Adjustment of aqueous coating composition)
Water-dispersible acrylic polyol neutralized with dimethylethanolamine at a carboxylic acid / amine molar ratio of 1.0 (trade name “SETALUX6512” from Akzo Nobel, resin concentration 42% by mass, hydroxyl value 69 mg KOH / resin g, acid 16 mg KOH / resin g) and the aqueous polyisocyanate composition obtained in Example 1-5 were mixed at an isocyanate group / hydroxyl group equivalent ratio of 1.0. Furthermore, water was added and the viscosity of the paint was changed. 4 was adjusted to 30 seconds. This paint was applied with an applicator and cured at 80 ° C. for 30 minutes. The coating film evaluation results are shown in Table 5.

[比較例5〜7] (水系塗料組成物の調整)
比較例1〜3で得られた水系ポリイソシアネート組成物を用いた以外は、実施例6と同様に行った。結果を表5に示す。
[Comparative Examples 5 to 7] (Adjustment of water-based coating composition)
It carried out similarly to Example 6 except having used the water-system polyisocyanate composition obtained by Comparative Examples 1-3. The results are shown in Table 5.

Figure 0004974343
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本発明の水性ポリイソシアネート組成物は、水分散性に優れ、かつ高い架橋性、高い塗膜硬度を発現するので水性塗料組成物の硬化剤として好適である他、インキ、接着剤、繊維・フィルム・セラミック等の無機材料・紙・木材・樹脂等の改質剤または表面処理剤としても有用である。   The aqueous polyisocyanate composition of the present invention is suitable as a curing agent for aqueous coating compositions since it exhibits excellent water dispersibility, high crosslinkability, and high coating film hardness. In addition, inks, adhesives, fibers and films -It is also useful as a modifier or surface treatment agent for inorganic materials such as ceramics, paper, wood and resin.

Claims (5)

下記水系ポリイソシアネート組成物(A)、ポリイソシアネート組成物(B)を90:10〜10:90の質量比で混合してなる、水に溶解または分散しうる水系ポリイソシアネート組成物。
(A)下記構造式で示され、イソシアネート基数nの平均数(nM)が2.3〜10であり、イソシアネート基数nの平均数(nM)と親水基数mの平均数(mM)がmM/(mM+nM)=0.02〜0.40の関係を有する水系ポリイソシアネート組成物。
(X)−R−(NCO)
X:親水基
m:親水基数
R:ヘキサメチレンジイソシアネートから誘導されるポリイソシアネートのイソシアネート基を除く残基
(B)ヘキサメチレンジイソシアネートから誘導される、溶剤を含まない状態で下記条件をすべて満足する親水基を含まないポリイソシアネート組成物。
・ イソシアヌレート3量体濃度;60質量%〜95質量%。
・ ウレトジオン2量体濃度;2〜25質量%。
・ ジイソシアネートモノマー濃度;1質量%以下
・ 25℃における粘度;150〜800mPa・s。
・ イソシアネート基濃度;22.0〜25.0質量%。
A water-based polyisocyanate composition that can be dissolved or dispersed in water by mixing the following water-based polyisocyanate composition (A) and polyisocyanate composition (B) in a mass ratio of 90:10 to 10:90.
(A) represented by the following structural formula, the average number of isocyanate groups n (n M) is from 2.3 to 10, the average number of isocyanate groups n (n M) and the average number of hydrophilic groups m (m M) Is a water-based polyisocyanate composition having a relationship of m M / (m M + n M ) = 0.02 to 0.40.
(X) m -R- (NCO) n
X: hydrophilic group m: hydrophilic groups R: derived from residues (B) hexamethylene diisocyanate except for isocyanate group of the induced polyisocyanates from hexamethylene diisocyanate, satisfies all the following conditions while solvent-free hydrophilic A polyisocyanate composition containing no groups.
-Isocyanurate trimer concentration; 60 mass%-95 mass%.
-Uretodione dimer concentration; 2-25 mass%.
Diisocyanate monomer concentration: 1% by mass or less Viscosity at 25 ° C .: 150 to 800 mPa · s.
-Isocyanate group concentration; 22.0-25.0 mass%.
ポリイソシアネート組成物(B)のイソシアネート基平均数が2.5以上3.5以下である、請求項1記載のポリイソシアネート組成物。 The polyisocyanate composition according to claim 1 , wherein the average number of isocyanate groups in the polyisocyanate composition (B) is 2.5 or more and 3.5 or less. ポリイソシアネート組成物(B)がモノアルコールから誘導されるアロファネート基を更に含み、アロファネート基/イソシアヌレート基の官能基数比率;1〜20%であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポリイソシアネート組成物。 The polyisocyanate composition (B) further contains an allophanate group derived from a monoalcohol, and has a functional group number ratio of allophanate group / isocyanurate group; 1 to 20% according to claim 1 or 2 , Polyisocyanate composition. 請求項1〜3のいずれかに記載の水系ポリイソシアネート組成物を硬化剤として含むことを特徴とする水系塗料組成物。 A water-based coating composition comprising the water-based polyisocyanate composition according to claim 1 as a curing agent. ポリオールを含むことを特徴とする請求項に記載の水系塗料組成物。 The water-based coating composition according to claim 4 , comprising a polyol.
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