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JP3985265B2 - Method for producing polyisocyanate for paint - Google Patents
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JP3985265B2 - Method for producing polyisocyanate for paint - Google Patents

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JP3985265B2
JP3985265B2 JP2002067565A JP2002067565A JP3985265B2 JP 3985265 B2 JP3985265 B2 JP 3985265B2 JP 2002067565 A JP2002067565 A JP 2002067565A JP 2002067565 A JP2002067565 A JP 2002067565A JP 3985265 B2 JP3985265 B2 JP 3985265B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗料用ポリイソシアネートの製造方法に関する。更に詳細には、肉持ち感、耐溶剤性、硬度発現性に優れた塗料用ポリイソシアネートの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
塗料用の硬化剤としては、有機ジイソシアネートとポリオールとを反応させて得られるウレタン変性ポリイソシアネート、有機ジイソシアネートと水とを反応させて得られるビウレット変性ポリイソシアネート、有機ジイソシアネート又はウレタン変性ポリイソシアネートを三量化反応させて得られるイソシアヌレート変性ポリイソシアネート等が広く用いられている。例えば、特開平3−103485号公報では、トリレンジイソシアネートと特定のポリオールと反応させる塗料用ウレタンプレポリマーの製造方法が開示されている。また、特開平9−255916号公報では、ウレタンプレポリマーとカルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート系ポリイソシアネートを併用した湿分硬化性一成分塗料が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の塗料用ポリイソシアネートでは、肉持ち感、耐溶剤性、硬度発現性等の全ての物性に優れたものは得られていなかった。
【0004】
本発明は、上記課題を鑑み、肉持ち感、耐溶剤性、硬度発現性等に優れた塗料用ポリイソシアネートの製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は鋭意検討した結果、特定の原料を用いる製造方法によって得られたポリイソシアネートが、上記課題を解決することを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【0006】
すなわち本発明は、以下に示す(A)、(B)、及び(C)を、固形分換算質量比で(A):(B)=6/4〜9/1、かつ、{(A)+(B)}:(C)=8/2〜4/6の割合で混合することを特徴とする、塗料用ポリイソシアネートの製造方法である。
(A):トリレンジイソシアネート(a1)と、公称官能基数2以上、数平均分子量200〜2,000のポリ(オキシプロピレン)系ポリオール(a2)を反応させて得られる、イソシアネート含量10〜20質量%のイソシアネート基含有プレポリマー。
(B):カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート(b1)と、分子量250以下、官能基数2〜3の低分子ポリオール(b2)を反応させて得られる、イソシアネート含量15〜30質量%のイソシアネート基含有プレポリマー。
(C):トリレンジイソシアネート(c1)をイソシアヌレート変性して得られる、イソシアネート含量10〜20質量%のイソシアネート基含有プレポリマー。
【0007】
【発明の実施の手段】
本発明における(A)は、トリレンジイソシアネート(以下、TDIと略称する)(a1)と、数平均分子量200〜2,000のポリ(オキシプロピレン)系ポリオール(以下、PPG系ポリオールと略称する)(a2)を反応させて得られるイソシアネート基含有プレポリマーである。
【0008】
TDI(a1)は、2,4−トリレンジイソシアネート(以下、2,4−TDIと略称する)と2,6−トリレンジイソシアネート(以下、2,6−TDIと略称する)の単品又は任意の混合物である。工業的には、2,4−TDI/2,6−TDI=100/0〜65/35(質量比)のものが使用される。
【0009】
PPG系ポリオール(a2)は、公称官能基数2以上、数平均分子量が200〜2,000の水酸基含有ポリエーテルであり、好ましくは公称官能基数2、数平均分子量が500〜1,500のポリエーテルである。(a2)の数平均分子量が大きすぎる場合は、得られるポリイソシアネートのイソシアネート含量が小さくなり、これを塗料用硬化剤として用いると、塗膜強度が発現しにくい。また、数平均分子量が小さすぎる場合は、得られるポリイソシアネートの主剤用ポリオールとの相溶性が小さくなる。公称官能基数が高すぎる場合、得られるポリイソシアネートの官能基数が高くなり、粘度が高くなる。なお「ポリ(オキシ)プロピレン系」とは、主とする繰り返し構造単位がオキシプロピレン基であるということであり、オキシエチレン基等、他のオキシアルキレン基を含んでいてもよいという趣旨であり、繰り返し単位におけるオキシプロピレン基が50質量%以上のものが好ましい。
【0010】
本発明における(B)は、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、液状MDIと略称する)(b1)と、分子量250以下、官能基数2〜3の低分子ポリオール(b2)を反応させて得られるイソシアネート基含有プレポリマーである。
【0011】
液状MDI(b1)は、ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、MDIと略称する)をカルボジイミド化触媒の存在下で脱炭酸ガス反応により得られるものである。なお、MDI(b1)は、2,2′−ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、2,2′−MDIと略称する)、2,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、2,4′−MDIと略称する)、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、4,4′−MDIと略称する)の単品又は任意の混合物である。工業的には、4,4′−MDI/(2,2′−MDI+2,4′−MDI)=100/0〜50/50(質量比)のものが使用される。
【0012】
低分子ポリオール(b2)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、2−メチル−1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−n−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2−n−ヘキサデカン−1,2−エチレングリコール、2−n−エイコサン−1,2−エチレングリコール、2−n−オクタコサン−1,2−エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、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等のアルキレンオキサイド付加物、水素添加ビスフェノールA、3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピル−3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピオネート等の低分子ジオール類、トリメチロールプロパン、グリセリン等の低分子トリオール類等が挙げられる。
【0013】
本発明における(C)は、TDI(c1)をイソシアヌレート化触媒の存在下でイソシアネート基の三量化反応させて得られるイソシアネート基含有プレポリマーである。この(c1)は、前述の(a1)と同じであっても異なっていてもよい。
【0014】
なお、必要に応じて(A)には(a1)以外の有機ジイソシアネートを、(B)には(b1)以外の有機ジイソシアネートを、(C)には(c1)以外の有機ジイソシアネートを用いてもよい。また、同様に(A)には(a2)以外の活性水素基含有化合物を、(B)には(b2)以外の活性水素基含有化合物を用いてもよい。
【0015】
(a1)、(b1)、及び(c1)以外の有機ジイソシアネートとしては、2−ニトロジフェニル−4,4′−ジイソシアネート、2,2′−ジフェニルプロパン−4,4′−ジイソシアネート、3,3′−ジメチルジフェニルメタン−4,4′−ジイソシアネート、4,4′−ジフェニルプロパンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、ナフチレン−1,4−ジイソシアネート、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、3,3′−ジメトキシジフェニル−4,4′−ジイソシアネート等の芳香族イソシアネート;ヘキサメチレンジイソシアネート、1,4−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、リジンジイソシアネート等の脂肪族イソシアネート;キシリレン−1,4−ジイソシアネート、キシリレン−1,3−ジイソシアネート等の芳香脂肪族ジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート;イソホロ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、水素添加ジフェニルメタ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等が挙げられる。
【0016】
(a2)及び(b1)以外の活性水素基含有化合物としては、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−ブタノール等の低分子モノオール類、エチルアミン、アニリン等の低分子モノアミン類、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン等の低分子ポリアミン類、モノエタノールアミン等の低分子アミノアルコール類、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール等の高分子ポリオール等が挙げられる。
【0017】
次に具体的な製造手順について説明する。
本発明は、(A)〜(C)を個別に製造し、最後にこれらを混合するという製造方法である。以下(A)〜(C)の製造方法について説明する。
【0018】
<(A)の製造方法>
TDI(a1)、PPG系ポリオール(a2)をイソシアネート基過剰の雰囲気下で反応させる。このときの反応条件は、温度:20〜120℃、時間:1〜10時間が好ましく、特に温度:50〜100℃、時間:1〜5時間が好ましい。なお、この反応の際、公知のジブチルチンジラウレート、トリエチレンジアミン等のウレタン化触媒を用いることができる。
【0019】
このようにして得られたイソシアネート基含有ウレタンプレポリマーのイソシアネート含量は、固形分換算で10〜20質量%であり、好ましくは10〜15質量%である。
【0020】
<(B)の製造方法>
液状MDI(b1)、低分子ポリオール(b2)をイソシアネート基過剰の雰囲気下で反応させる。このときの反応条件は、温度:20〜120℃、時間:1〜10時間が好ましく、特に温度:50〜100℃、時間:1〜5時間が好ましい。なお、この反応の際、公知のジブチルチンジラウレート、トリエチレンジアミン等のウレタン化触媒を用いることができる。
【0021】
このようにして得られたイソシアネート基含有ウレタンプレポリマーのイソシアネート含量は、固形分換算で15〜30質量%であり、好ましくは17〜28質量%である。
【0022】
<(C)の製造方法>
TDI(c1)をイソシアヌレート化触媒、必要に応じて助触媒の存在下、加熱して、イソシアヌレート化反応させる。この場合の温度は30〜70℃が好ましい。イソシアヌレート化触媒の添加方法としては、一括仕込み、分割仕込み等が挙げられる。分割仕込みの場合、各触媒仕込量は、同量でも異なっていてもよい。
【0023】
イソシアヌレート化触媒としては、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド等のテトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイド、酢酸テトラメチルアンモニウム塩、酢酸テトラエチルアンモニウム塩、酢酸テトラブチルアンモニウム塩等の有機弱酸塩、トリメチルヒドロキシプロピルアンモニウムハイドロオキサイド、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド、トリエチルヒドロキシプロピルアンモニウムハイドロオキサイド、トリエチルヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド等のトリアルヒドロキシキルアンモニウムハイドロオキサイド、酢酸トリメチルヒドロキシプロピルアンモニウム塩、酢酸トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム塩、酢酸トリエチルヒドロキシプロピルアンモニウム塩、酢酸トリエチルヒドロキシエチルアンモニウム塩等の有機弱酸塩、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン等の三級アミン、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金属塩等、公知の物は全て使用可能である。
【0024】
イソシアヌレート化触媒の添加量は、(c1)に対して10〜10,000ppmの範囲から選択される。また、イソシアヌレート化反応が進みすぎると、ゲル化しやすくなるため、目的とする形状のものが得られなくなる。そのため、イソシアネート含量が固形分換算で10〜20質量%になったら、後述する触媒毒を仕込んでイソシアヌレート化反応を停止させる。
【0025】
イソシアヌレート化反応の停止に使用する触媒毒としては、リン酸、亜リン酸、リン酸エチル、リン酸ジエチル等の酸性リン酸エステル、亜リン酸エチル、亜リン酸ジエチル等の酸性亜リン酸エステル、硫黄、塩酸、硝酸、硫酸、トルエンスルホン酸、トルエンスルホン酸エステル、過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物、酢酸クロライド等の有機酸ハライド等が挙げられる。触媒毒の使用量は、イソシアヌレート化触媒に対して、0.8〜2当量が好ましい。
【0026】
<(A)〜(C)共通事項>
なお、(A)〜(C)を得る際、反応時に有機溶剤を用いたほうが反応制御、粘度低下の観点から好ましい。有機溶剤の仕込み時期は、少なくともイソシアヌレート化反応の前が好ましい。この有機溶剤としては、n−ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素系有機溶剤、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有機溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系有機溶剤、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル等のエステル系有機溶剤、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系有機溶剤、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系有機溶剤、塩化メチル、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、臭化メチル、ヨウ化メチレン、ジクロロエタン等のハロゲン化脂肪族炭化水素系有機溶剤、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剤等が挙げられる。前記溶剤は1種又は2種以上使用することができる。
【0027】
イソシアヌレート化反応後、必要に応じて未反応のTDI等の有機ジイソシアネートを除去することができる。未反応のTDI等を除去する方法としては、蒸留、再沈、抽出等公知の方法が挙げられる。
【0028】
<(A)〜(C)の混合>
(A)〜(C)の混合は、特に制限なく、公知の攪拌装置を用いることができる。(A)〜(C)の割合は、固形分換算の固形分換算質量比で(A):(B)=6/4〜9/1、かつ、{(A)+(B)}:(C)=8/2〜4/6であり、好ましくは(A):(B)=7/3〜9/1、かつ、{(A)+(B)}:(C)=7/3〜5/5である。(A)が多すぎる場合は塗膜強度が不十分となりやすい。(B)が多すぎる場合は貯蔵安定性が不十分となりやすい。(C)が多すぎる場合は、塗膜が脆くなりやすい。(A)が少なすぎる場合は、塗膜の柔軟性が不十分となりやすい。(B)が少なすぎる場合は、肉持ち感が不十分となりやすい。(C)が少なすぎる場合は、乾燥性が不十分となりやすい。
【0029】
本発明によって得られた塗料用ポリイソシアネートの25℃の粘度は2,000mm2 /s以下であり、好ましくは100〜1,800mm2 /sである。
【0030】
本発明によって得られたポリイソシアネートには、必要に応じて、酸化防止剤や、紫外線吸収剤、顔料、染料、溶剤、難燃剤、加水分解防止剤、潤滑剤、可塑剤、充填剤、貯蔵安定剤等の添加剤を適宜配合することができる。
【0031】
本発明によって得られたポリイソシアネートは、二液ポリウレタン塗料用硬化剤に最適である。主剤には、二液ポリウレタン塗料分野で使用されるポリオールであり、例えば脂肪族炭化水素ポリオール類、フッ素ポリオール類、ポリエーテルポリオール類、ポリエステルポリオール類、ポリカーボネートポリオール類、エポキシ樹脂類、アクリルポリオール類、及びアルキドポリオール類等の中の1種類またはその混合物などが挙げられる。特にフッ素ポリオール類やアクリルポリオール類は耐候性が優れているため、より好ましい。これらのポリオールは、1分子中に2つ以上の水酸基を有し、溶液重合や縮合反応等の公知の技術で製造されるものである。
【0032】
主剤用ポリオールは、1〜300mgKOH/g、好ましくは10〜150mgKOH/g、より好ましくは20〜100mgKOHの水酸基価を有するものが好ましい。水酸基価が1mgKOH/g未満の場合は、塗膜が脆弱となるため好ましくない。水酸基価が300mgKOH/gを超えると、塗膜の表面の平滑性が損なわれる場合や、塗膜が硬く脆くなる場合があり好ましくない。
【0033】
主剤ポリオールとポリイソシアネートの、イソシアネート基と水酸基の当量比は、イソシアネート基/水酸基=9/1〜1/9、好ましくは8/2〜2/8である。水酸基が上記範囲より過剰の場合は、塗膜が脆弱となる場合がある。イソシアネート基が過剰の場合は、架橋に関与しないポリイソシアネートが多量に存在するため、塗膜が脆くなる場合がある。
【0034】
【実施例】
本発明について、実施例、比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。なお、実施例、比較例において特に示さない限り、「%」は「質量%」を、比率は質量比を意味する。
【0035】
〔イソシアネート基含有プレポリマーの製造〕
各製造例に用いた原料は以下の通り。

Figure 0003985265
【0036】
製造例1
攪拌機、温度計、冷却器及び窒素ガス導入管のついた容量:1Lの反応器に、酢酸ブチルを300g、TDI−100を474g、PP−1000を91g、1,3−BDを22g、TMPを113g仕込み、80℃にて3時間ウレタン化反応させて、イソシアネート基含有プレポリマーNCO−A1を得た。NCO−A1は、外観:淡黄色液体、イソシアネート含量:9.4%、25℃の粘度:70,000mPa・s、固形分:70%であった。
【0037】
製造例2、3
表1に示す原料を用いて、製造例1と同様にして、各イソシアネート基含有プレポリマーを得た。結果を表1に示す。
【0038】
製造例4
攪拌機、温度計、冷却器及び窒素ガス導入管のついた容量:2Lの反応器に、TDI−90を500g、ナフテン酸マグネシウムを2g仕込み、50℃で10時間イソシアヌレート化反応させた。その後、リン酸を0.3g仕込み50℃で1時間イソシアヌレート化停止反応させて、イソシアネート基含有プレポリマーNCO−C1を得た。NCO−C1は、外観:淡黄色液体、イソシアネート含量:8.0%、25℃の粘度:900mPa・s、固形分:50%であった。
【0039】
製造例5
表1に示す原料を用いて、製造例4と同様にして、イソシアネート基含有プレポリマーNCO−C2を得た。結果を表1に示す。
【0040】
【表1】
Figure 0003985265
【0041】
実施例1〜3、比較例1〜2
表2に示す配合でイソシアネート基含有プレポリマーを混合し、塗料用ポリイソシアネートNCO−1〜5を調製した。
【0042】
【表2】
Figure 0003985265
【0043】
〔塗膜物性評価〕
応用実施例1〜3、応用比較例1〜2
主剤にアルキドポリオール、硬化剤にNCO−1〜5を用いて、塗膜物性を評価した。結果を表3に示す。
【0044】
Figure 0003985265
【0045】
Figure 0003985265
【0046】
【表3】
Figure 0003985265
【0047】
表3より、TDIのイソシアヌレート変性イソシアネート基含有プレポリマーを用いないものは、乾燥性が不十分であり、また塗膜硬度も低かった。また、液状MDIのイソシアネート基含有プレポリマーを用いないものは、塗膜の肉持ち感が不十分であり、耐溶剤性も不十分であった。一方、実施例においては、評価した物性については、全て良好な結果を示した。
【0048】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によって得られた塗料用ポリイソシアネートは、塗膜外観(特に塗膜の肉持ち感)に優れ、乾燥性、耐溶剤性、硬度に優れた塗膜が得られるものであった。なお、本発明によって得られたポリイソシアネートは二液タイプの塗料用硬化剤のみならず、一液タイプの塗料用樹脂、接着剤用の樹脂原料、二液タイプの接着剤の硬化剤、シール材、目止め材、コーティング剤に対しても有用である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a polyisocyanate for paint. More specifically, the present invention relates to a method for producing a polyisocyanate for paints excellent in feeling of meat, solvent resistance, and hardness development.
[0002]
[Prior art]
Curing agents for paints are trimerization of urethane-modified polyisocyanate obtained by reacting organic diisocyanate and polyol, biuret-modified polyisocyanate obtained by reacting organic diisocyanate and water, organic diisocyanate or urethane-modified polyisocyanate. Isocyanurate-modified polyisocyanates obtained by reaction are widely used. For example, JP-A-3-103485 discloses a method for producing a urethane prepolymer for paint in which tolylene diisocyanate and a specific polyol are reacted. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-255916 discloses a moisture-curable one-component paint using a urethane prepolymer and a carbodiimide-modified diphenylmethane diisocyanate polyisocyanate in combination.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventional polyisocyanates for paints have not been obtained with excellent physical properties such as feeling of meat, solvent resistance and hardness development.
[0004]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for producing a polyisocyanate for paints that is excellent in feeling of holding, solvent resistance, hardness development, and the like.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the present inventors have found that a polyisocyanate obtained by a production method using a specific raw material solves the above problems, and has completed the present invention.
[0006]
That is, in the present invention, the following (A), (B), and (C) are expressed in terms of solid content in terms of mass ratio (A) :( B) = 6/4 to 9/1, and {(A) + (B)}: (C) = 8/2 to 4/6. The method for producing a polyisocyanate for coating material, characterized by being mixed.
(A): Tolylene diisocyanate (a1) and an isocyanate content of 10 to 20 mass obtained by reacting a poly (oxypropylene) -based polyol (a2) having a nominal functional group number of 2 or more and a number average molecular weight of 200 to 2,000. % Isocyanate group-containing prepolymer.
(B): An isocyanate group-containing prepolymer having an isocyanate content of 15 to 30% by mass, obtained by reacting a carbodiimide-modified diphenylmethane diisocyanate (b1) with a low molecular polyol (b2) having a molecular weight of 250 or less and a functional group number of 2 to 3.
(C): Isocyanurate-modified prepolymer having an isocyanate content of 10 to 20% by mass, obtained by isocyanurate modification of tolylene diisocyanate (c1).
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(A) in the present invention is tolylene diisocyanate (hereinafter abbreviated as TDI) (a1) and a poly (oxypropylene) -based polyol (hereinafter abbreviated as PPG-based polyol) having a number average molecular weight of 200 to 2,000. It is an isocyanate group-containing prepolymer obtained by reacting (a2).
[0008]
TDI (a1) is a single product of 2,4-tolylene diisocyanate (hereinafter abbreviated as 2,4-TDI) and 2,6-tolylene diisocyanate (hereinafter abbreviated as 2,6-TDI) or an arbitrary one. It is a mixture. Industrially, 2,4-TDI / 2,6-TDI = 100/0 to 65/35 (mass ratio) is used.
[0009]
The PPG polyol (a2) is a hydroxyl group-containing polyether having a nominal functional group number of 2 or more and a number average molecular weight of 200 to 2,000, preferably a polyether having a nominal functional group number of 2 and a number average molecular weight of 500 to 1,500. It is. When the number average molecular weight of (a2) is too large, the isocyanate content of the resulting polyisocyanate becomes small, and when this is used as a curing agent for paints, the coating film strength is hardly expressed. Moreover, when a number average molecular weight is too small, the compatibility with the polyol for main ingredients of the polyisocyanate obtained becomes small. If the nominal functional group number is too high, the resulting polyisocyanate has a higher functional group number and a higher viscosity. “Poly (oxy) propylene-based” means that the main repeating structural unit is an oxypropylene group, and that it may contain other oxyalkylene groups such as an oxyethylene group, The oxypropylene group in the repeating unit is preferably 50% by mass or more.
[0010]
(B) in the present invention is an isocyanate group obtained by reacting a carbodiimide-modified diphenylmethane diisocyanate (hereinafter abbreviated as liquid MDI) (b1) with a low molecular polyol (b2) having a molecular weight of 250 or less and having 2 to 3 functional groups. Containing prepolymer.
[0011]
Liquid MDI (b1) is obtained by decarboxylation reaction of diphenylmethane diisocyanate (hereinafter abbreviated as MDI) in the presence of a carbodiimidization catalyst. MDI (b1) is 2,2′-diphenylmethane diisocyanate (hereinafter abbreviated as 2,2′-MDI), 2,4′-diphenylmethane diisocyanate (hereinafter abbreviated as 2,4′-MDI), It is a single product or an arbitrary mixture of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (hereinafter abbreviated as 4,4'-MDI). Industrially, 4,4′-MDI / (2,2′-MDI + 2,4′-MDI) = 100/0 to 50/50 (mass ratio) is used.
[0012]
Examples of the low molecular polyol (b2) include ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5 -Pentanediol, 2-methyl-1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol 2,2-diethyl-1,3-propanediol, 2-n-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, 2-ethyl- 1,3-hexanediol, 2-n-hexadecane-1,2-ethylene glycol, 2-n-eicosane-1,2-ethylene glycol, 2 n-octacosane-1,2-ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, alkylene oxide adducts such as ethylene oxide and propylene oxide of bisphenol A, hydrogenated bisphenol A, 3-hydroxy-2 , 2-dimethylpropyl-3-hydroxy-2,2-dimethylpropionate and the like, low-molecular diols such as trimethylolpropane and glycerin, and the like.
[0013]
(C) in the present invention is an isocyanate group-containing prepolymer obtained by subjecting TDI (c1) to a trimerization reaction of isocyanate groups in the presence of an isocyanuration catalyst. This (c1) may be the same as or different from the above (a1).
[0014]
If necessary, an organic diisocyanate other than (a1) may be used for (A), an organic diisocyanate other than (b1) for (B), and an organic diisocyanate other than (c1) for (C). Good. Similarly, an active hydrogen group-containing compound other than (a2) may be used for (A), and an active hydrogen group-containing compound other than (b2) may be used for (B).
[0015]
Examples of organic diisocyanates other than (a1), (b1), and (c1) include 2-nitrodiphenyl-4,4'-diisocyanate, 2,2'-diphenylpropane-4,4'-diisocyanate, 3,3 '-Dimethyldiphenylmethane-4,4'-diisocyanate,4,4'-diphenylpropane diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, naphthylene-1,4-diisocyanate, naphthylene-1,5-diisocyanate, 3,3 ' -Aromatic isocyanates such as dimethoxydiphenyl-4,4'-diisocyanate; aliphatic isocyanates such as hexamethylene diisocyanate, 1,4-tetramethylene diisocyanate, 2-methylpentane-1,5-diisocyanate, lysine diisocyanate Nate; aromatic aliphatic diisocyanates such as xylylene-1,4-diisocyanate, xylylene-1,3-diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate; isophorone diisocyanate, hydrogenated tolylene diisocyanate, hydrogenated xylene diisocyanate, hydrogenated diphenylmethane diisocyanate, hydrogen Examples thereof include alicyclic diisocyanates such as added tetramethylxylene diisocyanate.
[0016]
Examples of active hydrogen group-containing compounds other than (a2) and (b1) include methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, t-butanol and other low molecular weight monools, ethylamine, Examples include low molecular monoamines such as aniline, low molecular polyamines such as hexamethylenediamine and isophoronediamine, low molecular amino alcohols such as monoethanolamine, polymer polyols such as polyester polyol, polyether polyol, and polycarbonate polyol. .
[0017]
Next, a specific manufacturing procedure will be described.
The present invention is a production method in which (A) to (C) are produced individually and finally mixed. Hereinafter, the production methods (A) to (C) will be described.
[0018]
<Production method of (A)>
TDI (a1) and PPG polyol (a2) are reacted in an atmosphere containing excess isocyanate groups. The reaction conditions at this time are preferably a temperature of 20 to 120 ° C. and a time of 1 to 10 hours, and particularly preferably a temperature of 50 to 100 ° C. and a time of 1 to 5 hours. In this reaction, a known urethanization catalyst such as dibutyltin dilaurate or triethylenediamine can be used.
[0019]
The isocyanate content of the isocyanate group-containing urethane prepolymer thus obtained is 10 to 20% by mass, preferably 10 to 15% by mass in terms of solid content.
[0020]
<Production method of (B)>
Liquid MDI (b1) and low molecular polyol (b2) are reacted in an atmosphere containing excess isocyanate groups. The reaction conditions at this time are preferably a temperature of 20 to 120 ° C. and a time of 1 to 10 hours, and particularly preferably a temperature of 50 to 100 ° C. and a time of 1 to 5 hours. In this reaction, a known urethanization catalyst such as dibutyltin dilaurate or triethylenediamine can be used.
[0021]
The isocyanate content of the isocyanate group-containing urethane prepolymer thus obtained is 15 to 30% by mass, preferably 17 to 28% by mass in terms of solid content.
[0022]
<Production method of (C)>
TDI (c1) is heated in the presence of an isocyanurate-forming catalyst and, if necessary, a co-catalyst to cause an isocyanurate-forming reaction. The temperature in this case is preferably 30 to 70 ° C. Examples of the method for adding the isocyanurate-forming catalyst include batch charging and split charging. In the case of split charging, the catalyst charging amounts may be the same or different.
[0023]
Examples of isocyanuration catalysts include tetraalkylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, and other tetraalkylammonium hydroxides, tetramethylammonium acetate, tetraethylammonium acetate, and tetrabutylammonium acetate. Weak acid salt, Trimethylhydroxypropylammonium hydroxide, Trimethylhydroxyethylammonium hydroxide, Triethylhydroxypropylammonium hydroxide, Trihydroxyhydroxyammonium hydroxide, Trihydroxyhydroxyammonium hydroxide, Trimethylhydroxypropylammonium acetate, Acetic acid Organic weak acid salts such as limethylhydroxyethylammonium salt, triethylhydroxypropylammonium acetate, triethylhydroxyethylammonium acetate, tertiary amines such as triethylamine and triethylenediamine, alkylcarboxylic acids such as acetic acid, caproic acid, octylic acid and myristic acid All known materials such as acid metal salts can be used.
[0024]
The addition amount of the isocyanurate-forming catalyst is selected from the range of 10 to 10,000 ppm with respect to (c1). Further, if the isocyanuration reaction proceeds excessively, gelation is likely to occur, and thus the desired shape cannot be obtained. Therefore, when the isocyanate content becomes 10 to 20% by mass in terms of solid content, a catalyst poison to be described later is charged to stop the isocyanuration reaction.
[0025]
The catalyst poison used for stopping the isocyanuration reaction includes acidic phosphoric acid esters such as phosphoric acid, phosphorous acid, ethyl phosphate and diethyl phosphate, and acidic phosphorous acid such as ethyl phosphite and diethyl phosphite. Examples include esters, sulfur, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, toluenesulfonic acid, toluenesulfonic acid esters, organic peroxides such as benzoyl peroxide, and organic acid halides such as acetic acid chloride. The amount of catalyst poison used is preferably 0.8 to 2 equivalents relative to the isocyanurate-forming catalyst.
[0026]
<Common to (A) to (C)>
In addition, when obtaining (A)-(C), it is more preferable from the viewpoint of reaction control and a viscosity fall to use the organic solvent at the time of reaction. The timing of charging the organic solvent is preferably at least before the isocyanuration reaction. Examples of the organic solvent include aliphatic hydrocarbon organic solvents such as n-hexane and octane, alicyclic hydrocarbon organic solvents such as cyclohexane and methylcyclohexane, ketone organics such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone. Solvents, ester organic solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, ethylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol methyl ether acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, ethyl-3-ethoxypropionate Glycol ether ester organic solvents such as diethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane and other organic solvents such as methyl chloride, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, methyl bromide, methylene iodide, Halogenated aliphatic hydrocarbon organic solvents chloroethane, etc., N- methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, polar aprotic solvents such as hexamethylphosphoric phosphonyl amides. The said solvent can be used 1 type, or 2 or more types.
[0027]
After the isocyanuration reaction, unreacted organic diisocyanate such as TDI can be removed if necessary. Examples of methods for removing unreacted TDI and the like include known methods such as distillation, reprecipitation, and extraction.
[0028]
<Mixing of (A) to (C)>
The mixing of (A) to (C) is not particularly limited, and a known stirring device can be used. The ratios of (A) to (C) are (A) :( B) = 6/4 to 9/1, and {(A) + (B)}: C) = 8/2 to 4/6, preferably (A) :( B) = 7/3 to 9/1 and {(A) + (B)} :( C) = 7/3 ~ 5/5. When (A) is too much, the coating film strength tends to be insufficient. When (B) is too much, the storage stability tends to be insufficient. When there is too much (C), a coating film tends to become weak. When (A) is too small, the flexibility of the coating film tends to be insufficient. When there is too little (B), a feeling of flesh tends to become insufficient. When the amount of (C) is too small, the drying property tends to be insufficient.
[0029]
The viscosity of 25 ° C. paint polyisocyanates obtained by the present invention is not more than 2,000 mm 2 / s, preferably 100~1,800mm 2 / s.
[0030]
The polyisocyanate obtained by the present invention includes, as necessary, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a pigment, a dye, a solvent, a flame retardant, a hydrolysis inhibitor, a lubricant, a plasticizer, a filler, and storage stability. An additive such as an agent can be appropriately blended.
[0031]
The polyisocyanate obtained by the present invention is most suitable as a curing agent for a two-component polyurethane paint. The main agent is a polyol used in the field of two-component polyurethane coatings, for example, aliphatic hydrocarbon polyols, fluorine polyols, polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, epoxy resins, acrylic polyols, And one kind of alkyd polyols or a mixture thereof. In particular, fluorine polyols and acrylic polyols are more preferable because of their excellent weather resistance. These polyols have two or more hydroxyl groups in one molecule and are produced by known techniques such as solution polymerization and condensation reaction.
[0032]
The main component polyol preferably has a hydroxyl value of 1 to 300 mgKOH / g, preferably 10 to 150 mgKOH / g, more preferably 20 to 100 mgKOH. A hydroxyl value of less than 1 mgKOH / g is not preferable because the coating film becomes brittle. When the hydroxyl value exceeds 300 mgKOH / g, the surface smoothness of the coating film may be impaired, or the coating film may become hard and brittle, which is not preferable.
[0033]
The equivalent ratio of isocyanate group to hydroxyl group of the main component polyol and polyisocyanate is isocyanate group / hydroxyl group = 9/1 to 1/9, preferably 8/2 to 2/8. When the hydroxyl group is excessive from the above range, the coating film may become brittle. When the isocyanate group is excessive, the coating film may become brittle because a large amount of polyisocyanate that does not participate in crosslinking exists.
[0034]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto. Unless otherwise indicated in Examples and Comparative Examples, “%” means “mass%” and the ratio means mass ratio.
[0035]
[Production of isocyanate group-containing prepolymer]
The raw materials used in each production example are as follows.
Figure 0003985265
[0036]
Production Example 1
Capacity with stirrer, thermometer, cooler and nitrogen gas inlet tube: 1L reactor, 300g butyl acetate, 474g TDI-100, 91g PP-1000, 22g 1,3-BD, TMP Preparation of 113 g and urethane reaction at 80 ° C. for 3 hours gave an isocyanate group-containing prepolymer NCO-A1. NCO-A1 had an appearance: a pale yellow liquid, an isocyanate content: 9.4%, a viscosity at 25 ° C .: 70,000 mPa · s, and a solid content: 70%.
[0037]
Production Examples 2 and 3
Each isocyanate group-containing prepolymer was obtained in the same manner as in Production Example 1 using the raw materials shown in Table 1. The results are shown in Table 1.
[0038]
Production Example 4
500 g of TDI-90 and 2 g of magnesium naphthenate were charged into a 2 L reactor equipped with a stirrer, a thermometer, a cooler, and a nitrogen gas inlet tube, and wasocyanurated at 50 ° C. for 10 hours. Thereafter, 0.3 g of phosphoric acid was charged and subjected to isocyanuration termination reaction at 50 ° C. for 1 hour to obtain an isocyanate group-containing prepolymer NCO-C1. NCO-C1 had an appearance: a pale yellow liquid, an isocyanate content: 8.0%, a viscosity at 25 ° C .: 900 mPa · s, and a solid content: 50%.
[0039]
Production Example 5
An isocyanate group-containing prepolymer NCO-C2 was obtained in the same manner as in Production Example 4 using the raw materials shown in Table 1. The results are shown in Table 1.
[0040]
[Table 1]
Figure 0003985265
[0041]
Examples 1-3, Comparative Examples 1-2
The isocyanate group-containing prepolymer was mixed with the formulation shown in Table 2 to prepare polyisocyanates NCO-1 to 5 for coating.
[0042]
[Table 2]
Figure 0003985265
[0043]
[Evaluation of coating film properties]
Application Examples 1-3, Application Comparative Examples 1-2
The physical properties of the coating film were evaluated using alkyd polyol as the main agent and NCO-1 to 5 as the curing agent. The results are shown in Table 3.
[0044]
Figure 0003985265
[0045]
Figure 0003985265
[0046]
[Table 3]
Figure 0003985265
[0047]
From Table 3, those using no TDI isocyanurate-modified isocyanate group-containing prepolymer had insufficient drying properties and low coating film hardness. In addition, when the liquid MDI isocyanate group-containing prepolymer was not used, the feeling of the film was insufficient and the solvent resistance was insufficient. On the other hand, in the examples, all the evaluated physical properties showed good results.
[0048]
【The invention's effect】
As explained above, the polyisocyanate for coatings obtained by the present invention is excellent in coating film appearance (particularly the feeling of film durability), and can provide a coating film excellent in drying properties, solvent resistance, and hardness. there were. The polyisocyanate obtained by the present invention is not only a two-component type curing agent for paints, but also a one-component type coating resin, a resin raw material for adhesives, a curing agent for two-component adhesives, and a sealing material. It is also useful for sealing materials and coating agents.

Claims (1)

以下に示す(A)、(B)、及び(C)を、固形分換算質量比で(A):(B)=6/4〜9/1、かつ、{(A)+(B)}:(C)=8/2〜4/6の割合で混合することを特徴とする、塗料用ポリイソシアネートの製造方法。
(A):トリレンジイソシアネート(a1)と、公称官能基数2以上、数平均分子量200〜2,000のポリ(オキシプロピレン)系ポリオール(a2)を反応させて得られる、イソシアネート含量10〜20質量%のイソシアネート基含有プレポリマー。
(B):カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート(b1)と、分子量250以下、官能基数2〜3の低分子ポリオール(b2)を反応させて得られる、イソシアネート含量15〜30質量%のイソシアネート基含有プレポリマー。
(C):トリレンジイソシアネート(c1)をイソシアヌレート変性して得られる、イソシアネート含量10〜20質量%のイソシアネート基含有プレポリマー。
The following (A), (B), and (C) are expressed in terms of solid content (A): (B) = 6/4 to 9/1, and {(A) + (B)} : (C) = 8/2 to 4/6. The method for producing a polyisocyanate for paints, characterized in that mixing is performed.
(A): Tolylene diisocyanate (a1) and an isocyanate content of 10 to 20 mass obtained by reacting a poly (oxypropylene) -based polyol (a2) having a nominal functional group number of 2 or more and a number average molecular weight of 200 to 2,000. % Isocyanate group-containing prepolymer.
(B): An isocyanate group-containing prepolymer having an isocyanate content of 15 to 30% by mass, obtained by reacting a carbodiimide-modified diphenylmethane diisocyanate (b1) with a low molecular polyol (b2) having a molecular weight of 250 or less and a functional group number of 2 to 3.
(C): Isocyanurate-modified prepolymer having an isocyanate content of 10 to 20% by mass, obtained by isocyanurate modification of tolylene diisocyanate (c1).
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