● HDI 系低粘度ポリイソシアネートの硬化剤としての特徴
ウレタン研究所

コーティンググループ

堀口野口
城野健二
周人
孝喜

低粘度ポリイソシアネート「コロネート ® HXSLV」を1．はじめに開発した。本報では、コロネート ® HXSLV の硬化剤ヘキサメチレンジイソシアネート（HDI）系ポリイとしての特徴を紹介する。本技術のハイソリッド塗料

ソシアネートを硬化剤に用いたポリウレタン塗料は，への応用により、大気汚染を引き起こす VOC 削減を屋外の使用であっても長期にわたり外観を維持できる

通じた健康被害や環境汚染の減少、また二酸化炭素削®

優れた耐候性を有する。当社では，コロネート HXR減を通じた気候変動リスク低減に貢献することを目指を代表として、各種 HDI 系ポリイソシアネートを展す。

開しており、自動車やプラスチック部品，建築外装な※コロネート ® は東ソーの登録商標。以下 ® は省略。

ど幅広い用途で活用されている。
近年では、低粘度タイプの硬化剤需要が高まっている。その背景にはハイソリッド塗料の普及がある。ハ2．硬化剤としての特徴

イソリッド塗料とは、世界的な環境意識の高まりから、

表１にコロネート HXSLV と従来製品の比較を示す。

大気汚染の原因となる揮発性有機化合物（VOC）の排汎用的なポリイソシアネートであるコロネート HXR出削減を目指し開発された塗料の一つで、塗料中に含と比較し、コロネート HXSLV は大幅に粘度が低減さまれる有機溶剤を低減し固形分比率を高めた塗料を指れており、コロネート HXR を酢酸ブチルで希釈したす。塗料の設計としては、実使用における最適な塗装

コロネート HXR90B と同程度の粘度であることが分粘度を確保する必要があるため、溶剤削減と併せて低かる。

粘度なポリオールやポリイソシアネートを塗料原料に用いるのが一般的である［1］。
ハイソリッド塗料の中でも高い反応性を有するウレ

3．塗膜物性タン 2 液硬化型のハイソリッド塗料は、乾燥に要する汎用アクリルポリオールを用いた塗膜物性評価を実エネルギー抑制も可能であることから、VOC と二酸施した。塗膜物性評価は、耐屈曲性試験、耐おもり落化炭素双方の排出量低減に寄与するため、多方面で従下性、付着性にて評価し、23℃、相対湿度 50％環境来塗料からの置き換えが進んでいる。今後は、環境規下で行った。塗膜作成条件を表２に、評価方法の詳細制の厳格化により、低 VOC 塗料開発の加速は必至で、を表３に示す。各種評価の結果、いずれの物性もコロハイソリッド塗料においては更なる溶剤レス化が進む

ネート HXR とコロネート HXSLV とでは同等の性能と考えられる［2］［3］。

を示した（表４）。

我々はこのような背景に基づき従来の当社製品ライまた、耐候性についても比較した。耐候性評価にはンナップよりも低粘度でありながら同等の塗膜性能が促進耐候性試験機 QUV（Q − LAB 製）を用い、70℃下得られる硬化剤の開発が必要と考え、新規な HDI 系

UV 照射（UVB313）8 時間後、50℃下温水噴霧 4 時間

表１

ポリイソシアネートの性状（代表値）

25℃粘度［mPa・s］

固形分［％］NCO 含量［％］コロネート HXSLV

440

10022.6

コロネート HXR

2600

10021.8

コロネート HXR90B

45090（酢酸ブチル希釈）

19.675TOSOH Research & Technology Review Vol.64（2020）

表２

塗膜作成条件項目

条件

アクリルポリオール 100 mgKOH ／ g（樹脂として）、Tg＝50℃
塗料固形物

45％（酢酸ブチル希釈）

配合比1.0（NCO mol ／ OH mol）

膜厚20μm（乾燥後）養生

室温 ×30 分→80℃×10 時間

基材

SPCC SB（JIS G3141 ／ブライト仕上げ平滑）

塗工方法

アプリケーター表３

塗膜評価方法

試験項目

試験方法

耐屈曲性
耐おもり落下性

円筒形マンドレル法

JIS K 5600－5－1

デュポン式500g

JIS K 5600－5－3

クロスカット法

JIS K 5600－5－6

付着性

表４

塗膜評価結果耐屈曲性

耐おもり落下性

付着性

コロネート HXSLV

2mm 合格100cm 合格

分類 0（100 ／ 100）

コロネート HXR

2mm 合格100cm 合格

分類 0（100 ／ 100）の計 12 時間を 1 サイクルとし、これを 48 サイクル総トップコートでの採用も着実に増加している。そのよ

計 576 時間実施した。試験後の光沢保持率を比較してうな多層コーティングでコロネート HXSLV を応用しも、コロネート HXSLV は汎用的なポリイソシアネーた場合に期待される機能について説明する。
ポリプロピレン基材上に水性アクリルエマルション

トと遜色ない耐候性を示した（図１）。

（下層）を乾燥後膜厚 10 μｍとなるように塗装し、予備乾燥を行った。続いて、ウレタン 2 液硬化型塗料（上4．イソシアネートの浸透性層）を塗装し、90℃にて養生し複層塗膜を得た。さらウレタン 2 液硬化型塗料は、しばしば多層コーティに、基材から剥離したこの複層塗膜を用いて、X 線光ングにも用いられ、例えば自動車外装塗料のクリア電子分光分析（XPS）により、複層塗膜の下層側から上層側へスパッタリングを行い、深さ方向の窒素原子濃度を測定した。本評価で用いた水性アクリルエマル

110

ションは窒素原子を含まないため、下層で検出された窒素原子は、上層側から浸透したイソシアネート成分

60°光沢保持率［％］100に由来するものである。このようにして、下層の窒素90原子濃度を比較することで、イソシアネートの浸透性を評価することが出来る。

8070

プ層に近くなるにつれ窒素濃度が上昇していくのに対コロネートHXR

6050

図２に測定結果を示す。コロネート HXR は、トッコロネートHXSLVし、コロネート HXSLV はスパッタリング開始直後から窒素原子が多く検出されており、ベース層の最下層

0100200300400

試験時間［hr］

図１76

耐候性試験による光沢変化

500600部までイソシアネート成分が浸透していた。以上の結果から、コロネート HXSLV はより高い下層浸透性を有していることが分かり、この浸透効果によって、下

東ソー研究・技術報告

3.0

グの設計も可能になると考えられる。

コロネート HXSLV
コロネート HXR

ハイソリッド塗料のみならず、一部の分野では溶剤

2.5
窒素原子濃度［atom％］

第 64 巻（2020）を含まない無溶剤型塗料も実用化されており、環境対2.0応型塗料は今後も採用が進むと見込まれる。コロネー

1.5

量の削減に貢献できるものと期待している。

ト HXSLV の環境対応型塗料への応用が有機溶剤使用

1.06．参考文献

0.5
ベース層0.002468

トップ層1012

向と今後の展望 28 − 37、38 − 45（2002）［2］田中一志（富士キメラ総研）、2010 年版 機能性塗塗膜裏面からの深さ［μm］

図２［1］谷口彰敏、自動車用塗料・コーティング技術の動複層塗膜のベース層側の窒素含有量

料・コーティングの現状と将来展望、192 − 195、
256 − 261、267 − 273（2010）［3］田中一志（富士キメラ総研），2018 年版 機能性

トップコート硬化剤

コロネート HXSLV

コロネート HXR

分類 1

分類 3

密着性評価結果

図３

塗料市場・グローバル展開と将来展望 145 − 157（2017）

密着性評価結果層の密着性向上や、浸透したイソシアネート成分と下層樹脂との反応による複層塗膜の性能向上が期待される。
また、密着性確認のため、青色染料で着色した水性アクリルエマルションを白色アクリル板に塗装し予備乾燥後、ウレタン 2 液型塗料を塗装し複層塗膜を得た。
なお、乾燥温度等の作成条件は前述の浸透性を評価した塗膜と同一である。得られた複層塗膜の付着性を100 マスのクロスカット法（JIS K 5600 − 5 − 6）にて評価した。その結果、浸透性に乏しいコロネート HXR は、塗膜の切れ目で剥離が生じたのに対し、高い浸透性を示したコロネート HXSLV は塗膜の切れ目の剥離が減少しており、浸透性が下層密着性の向上に寄与したことが示唆された（図３）。

5．おわりに本報で紹介したコロネート HXSLV は、低粘度でありながら、従来の HDI 系硬化剤同等の塗膜物性を示したため、従来型の硬化剤からの置き換えが可能であることが確かめられた。また、高い下層浸透性を有することも確認され、浸透性を生かした多層コーティン
77