2K ポリウレタン クリアコートの HDI トリマー: 実際の配合動作

2K ポリウレタン クリアコートの HDI トリマー: 配合動作と選択ポイント

HDI トリマー、CAS 28182-81-2、2K ポリウレタン コーティング ツールボックスの中で特定の位置を占めています。これは最も安価な架橋剤ではありません。最速ではありません。しかし、何年も屋外にさらされてもコーティングが透明で光沢を維持する必要がある場合、HDI トリマーがデフォルトの選択となることがよくあります。その理由はマーケティングではなく分子構造に帰着します。

この記事では、HDI トリマーを配合者の観点から考察します。つまり、そのイソシアヌレート環が HDI ビウレットとどのように異なる挙動を示すか、それがクリアコート配合に何を意味するか、そして選択の決定が実際に重要となるのはどこでしょうか。基本的な製品仕様については、HDI トリマー (CAS 28182-81-2)製品ページ。

HDI トリマー、CAS 28182-81-2、固形分 100% の透明な液体として供給されます。概略図。実際の製品の外観は異なる場合があります。

イソシアヌレート環: なぜ重要なのか

HDI 三量体は、6 員イソシアヌレート環を中心に構築されています。 3 つの HDI モノマー単位が環化してこの環になり、それぞれが末端 NCO 基を保持します。その結果、分子ごとに 3 つの反応部位を備えたコンパクトで熱的に安定したコアが得られます。

実際的な影響は微妙なものではありません。

同等の NCO 含有量でより低い粘度。HDI トリマーは通常、25 度で 2,000 ～ 3,000 mPa·s で動作し、NCO 含有量は約 21 ～ 22% です。比較すると、HDI ビウレットは同様の NCO レベルでより濃厚です。この粘度の違いは、ハイソリッド配合では重要です。架橋剤の粘度が低いということは、スプレー可能な塗布粘度に達するために必要な溶媒が少なくなることを意味し、VOC が直接減少します。ハイソリッド クリアコート (固形分 70% 以上) をターゲットとする配合者にとって、通常は HDI トリマーがより現実的な選択肢となります。

硬化膜の耐久性が向上します。FTIR ピーク フィッティング分析を使用した、ポリウレタン コイル コーティングの耐久性比較が発表されており、HDI イソシアヌレート架橋フィルムは、促進された耐候性下でも HDI ビウレット架橋フィルムよりも長く特性を維持することが示されています。イソシアヌレート環はビウレット結合よりも熱的に安定しており、結果として生じるネットワークは UV 暴露中に鎖切断を起こしにくくなります。これによってビウレットが使用できなくなるわけではありません。外装の耐久性が優先される場合には、トリマーが推奨されるオプションになります。

より高度な NCO 機能。市販の HDI トリマー グレードは、正確なオリゴマー分布に応じて、通常 2.0 ～ 2.7 の NCO 官能性を示します。単一のイソシアヌレート環を持つ「真の三量体」は官能性 3.0 を持っていますが、実際の製品には平均よりも低い分布が含まれています。配合において重要なのは当量（典型的な 21.8% NCO グレードの場合約 190 ～ 195 g/eq）であり、これがポリオールに対する化学量論比を設定します。

配合者にとって、これらの構造的事実は単純なルールに変換されます。HDI トリマーは、コーティングに太陽光が当たる場合、およびフィルムを透明に保つ必要がある場合に使用する架橋剤です。

HDI Trimer と HDI Biuret: それぞれが意味をなす場合

比較はどちらが「優れている」かということではありません。どちらが適切かということです。

耐久性の差は歴然としています。公表されたコイルコーティング研究では、HDI イソシアヌレート架橋 PU フィルムは HDI ビウレット フィルムよりも耐久性があり、IPDI イソシアヌレート フィルムはさらに耐久性があることが判明しました。実際的な意味: UV と光沢保持が重要な自動車用クリアコートや工業用トップコートでは、HDI トリマーが出発点となります。わずかに柔らかいフィルムが許容される柔軟なコーティングの場合、ビウレットは加工上の利点を提供する可能性があります。

もう 1 つのポイント: HDI トリマーは、耐候性を犠牲にすることなく、硬度と柔軟性のバランスを調整するために、さまざまな比率で IPDI トリマーとブレンドできます。これは、単一の架橋剤が目的のフィルム特性を達成できない場合に覚えておく価値のある配合方法です。

クリアコート配合: トリマーが違いを生む場所

HDI トリマーは、自動車 OEM および補修用クリアコートで最もよく使用されます。理由は具体的です。

アクリルポリオールとの適合性。HDI トリマーは、ヒドロキシ官能性アクリルポリオールと容易に架橋します。アクリルはフィルム特性の大部分（硬度、光沢、耐傷性）を提供し、三量体は架橋密度と耐候性を提供します。一般的なクリアコート配合では、OH 値が 80 ～ 150 mg KOH/g の範囲にあり、NCO:OH インデックス 1.05 ～ 1.15 で HDI 三量体で架橋されたアクリル ポリオールが使用されます。湿気を補い、硬化中にヒドロキシル基が完全に消費されるように、この指数は 1.0 よりわずかに高く設定されています。

治療スケジュール。HDI トリマー/アクリル クリアコートは通常、高温で硬化します (通常、OEM ラインでは 120 ～ 140 度で 20 ～ 30 分間、再仕上げ用途では 60 ～ 80 度で 30 ～ 60 分間)。硬化温度は調整可能です。温度が高くなると NCO-OH 反応が促進されますが、ポットライフがギリギリの場合は早期にゲル化する危険性もあります。 HDI トリマーの適度な反応性により、硬化が遅い IPDI トリマーと比較して配合者にある程度の余地が与えられます。

触媒の選択。ジブチル錫ジラウレート (DBTDL) は、2K PU クリアコート用の従来の触媒です。一般的な使用レベルは、総樹脂固形分に対して 0.01 ～ 0.05% です。スズフリーシステムの場合、カルボン酸ビスマスとカルボン酸亜鉛が有力な代替品ですが、DBTDL の反応性に適合させるには、より高い添加量または高い硬化温度が必要になる場合があります。

ハイソリッド調整。HDI トリマーの粘度の利点は、ハイソリッド配合で最も顕著に現れます。固形分 70% 以上をターゲットとするクリアコートでは、事前希釈なしで固形分 100% の HDI トリマーを使用できるため、架橋剤成分の溶媒負荷が軽減されます。実際には、配合者は混合を助けるために架橋剤側に少量の溶媒 (5 ～ 10%) を使用することがよくありますが、総溶媒要求量は同等の NCO レベルのビウレットベースのシステムよりも低くなります。

PAPI および HDI トリマーがさまざまな PU システムでどのように動作するかについて詳しくは、当社の Web サイトを参照してください。PAPI配合ガイド.

低モノマーグレード: 規制の側面

遊離 HDI モノマーは呼吸器感作性物質です。欧州連合では、HDI は皮膚および呼吸器感作性として分類されており、一定の閾値を超える残留モノマーを含む製品には専門ユーザー向けのトレーニング要件が定められています。

HDI トリマー グレードは、遊離モノマー含有量によって部分的に定義されます。 「低モノマー」グレードの業界の基準は一般的に 0.5% ですが、REACH 準拠により適切な数値は 0.1% です。残留モノマーが 0.1% 未満の製品は、より厳格なトレーニング義務の対象外となります。それを超えると、ユーザーは追加の要件に従う必要があります。

アルファ ケミカルの HDI トリマーは、遊離モノマーが 0.20% 以下になるように製造されており、これは業界の基準である 0.5% を大きく下回り、ほとんどの配合者が低モノマーとみなす範囲内にあります。 0.1% の閾値が厳しい要件であるアプリケーションの場合、特に一部の EU 工業用コーティング環境では、配合者はサプライヤーを切り替える前に COA で正確なモノマー仕様を確認する必要があります。

モノマー含有量も粘度/NCO バランスに影響します。モノマーを非常に低いレベルまで除去すると、除去されたモノマーが希釈剤として機能するため、粘度がわずかに増加する可能性があります。これはトレードオフです。モノマーが少ないほど取り扱いは安全になりますが、溶媒の要求量や塗布温度を若干調整する必要がある場合があります。

調達に関する考慮事項: COA で確認すべき事項

HDI トリマーのサプライヤーを評価する場合、最初に確認すべき文書は COA です。 4 つのパラメータが最も重要です。

1. NCO コンテンツ。値はサプライヤーが宣言した範囲内にあり、仕様範囲ではなく実際に測定された数値として報告される必要があります。測定値なしで「21.5 ～ 22.5%」と報告される COA は、「21.8%」と報告される COA よりも有用性が低くなります。

2. 無料のモノマー含有量。低モノマーの主張の場合、COA は測定された残留 HDI モノマーを示す必要があります。標準グレードでは 0.20% 以下の値が一般的です。アプリケーションで 0.1% 以下が必要な場合は、そのことを明記し、検証する必要があります。

3. 粘度。25 度で報告されており、これはサプライヤーが宣言した範囲と一致するはずです。バッチ間の粘度の変動は、特に自動混合装置の計量精度に影響します。

4. カラー (Hazen または APHA)。HDI トリマー カラーは通常、クリアコート グレードの Hazen 40 以下として報告されます。バッチ間の色のずれは、フィルムの特性に影響がない場合でも、ウォーターホワイトのクリアコートの外観に影響を与える可能性があります。

Alfa Chemical は、中国鄭州の施設で HDI トリマーを製造しており、出荷ごとに実際の NCO、粘度、モノマー含有量、色を報告するバッチ固有の COA を使用しています。購入前にサンプル COA と SDS を入手できます。

HDI トリマーが正しい選択ではない場合

万能な架橋剤はありません。次の場合、HDI トリマーは通常、間違った選択です。

- 内装木材の塗装。芳香族硬化剤はコストが安く、紫外線への曝露が最小限であれば十分な性能を発揮します。
- 柔軟性に優れたエラストマー。HDI ビウレットまたは IPDI ベースのシステムは、より優れた伸びを提供する可能性があります。
- 低温硬化システム。コーティングを触媒なしで 50 度以下で硬化する必要がある場合、HDI トリマーの適度な反応性が制限となる可能性があります。
- コスト重視のプライマー塗布。耐候性が必要ない場合には、芳香族ポリイソシアネートの方が経済的です。

HDI トリマーをいつ使用すべきかを知ることは、いつ HDI トリマーを使用すべきかを知ることの一部です。

まとめ

HDI トリマーは、イソシアヌレート環のおかげで、クリアコートおよびトップコート配合物に使用されています。NCO 含有量が高くても粘度が低く、UV 曝露下でのビウレットよりも優れた耐久性があり、自動車および工業用塗料の大半を占めるアクリル ポリオールとの適合性が優れています。重要な選択決定は、NCO:OH 指数 (ほとんどのクリアコートで 1.05 ～ 1.15)、硬化スケジュール、および遊離モノマーの仕様です。低モノマーグレードの場合は、サプライヤーの主張に頼るのではなく、COA で実際の残留 HDI を確認してください。

関連リソース