JPH0345091B2 - - Google Patents

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JPH0345091B2
JPH0345091B2 JP63010537A JP1053788A JPH0345091B2 JP H0345091 B2 JPH0345091 B2 JP H0345091B2 JP 63010537 A JP63010537 A JP 63010537A JP 1053788 A JP1053788 A JP 1053788A JP H0345091 B2 JPH0345091 B2 JP H0345091B2
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JP
Japan
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water
reaction
acid
groups
oxirane
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JP63010537A
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Japanese (ja)
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JPS63270758A (en
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Henrii Maachin Patoritsuku
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Dow Chemical Co
Original Assignee
Dow Chemical Co
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Publication date
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Publication of JPS63270758A publication Critical patent/JPS63270758A/en
Publication of JPH0345091B2 publication Critical patent/JPH0345091B2/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D163/00Coating compositions based on epoxy resins; Coating compositions based on derivatives of epoxy resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/40Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/4007Curing agents not provided for by the groups C08G59/42 - C08G59/66
    • C08G59/4071Curing agents not provided for by the groups C08G59/42 - C08G59/66 phosphorus containing compounds

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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は水に希釈可能な樹脂組成物に関する。 本発明の組成物は、H3PO3と以下の一般式(a)
又は(q)のポリエーテルエポキシドおよび任意
にモノ又は多官能性エポキシドの他のタイプのも
のとの塩基で中和された反応生成物の混合物であ
る。 本発明の好ましい方法はそのポリエーテル
(E1)とオルソリン酸源物質とを反応させ、そし
て塩基、好ましくは不安定な塩基でその得られた
生成物を中和させることである。しかしながら、
本発明は又、別々に製造したE1およびE2とリン
酸との反応生成物を組合せる調整方法からなる。
もし塩基がアンモニアまたは揮発性アミンのよう
に不安定ならば、水で希釈された、中和された樹
脂は、その水を蒸発させ、そのアンモニア塩基を
加熱により分解し、そしてそのアンモニア(又は
アミン)を除去し、そして硬化させることによつ
て水非感受性、高性能、サーモセツト樹脂に転換
できる。酸性のおよび/又はアルコール性ヒドロ
キシ基と反応できる普通の硬化剤はその未硬化の
樹脂と混入できる。 「揮発性」という語は、硬化速度または硬化し
た樹脂の性質に悪影響を持たない程度まで常圧で
加熱することによつて除去可能であるということ
を意味する。 水の蒸発中または蒸発後に追い出されたアンモ
ニアは公知の方法によつて非揮発性酸塩として容
易に回収できる。 本発明の被覆は前述の組成物の水性分散体から
各種の基体(好ましくは金属)上に形成された被
覆物である。 本発明の好ましい方法はオルソリン酸とポリエ
ーテルエポキシドとの塩基で中和された反応生成
物を製造する方法として以下に定義され、その方
法はリン酸と、 (1) 一般式 (a) 又は一般式 (q) 〔式中Qは独立に
The present invention relates to water-dilutable resin compositions. The composition of the present invention comprises H 3 PO 3 and the following general formula (a):
or (q) a mixture of the base-neutralized reaction products of polyether epoxides and optionally other types of mono- or polyfunctional epoxides. A preferred method of the invention is to react the polyether (E 1 ) with an orthophosphoric acid source material and neutralize the resulting product with a base, preferably an unstable base. however,
The present invention also consists of a preparation process that combines the reaction products of separately prepared E 1 and E 2 with phosphoric acid.
If the base is unstable, such as ammonia or a volatile amine, the neutralized resin diluted with water will evaporate the water, decompose the ammonia base by heating, and decompose the ammonia (or amine) base. ) and can be converted into a water-insensitive, high performance, thermoset resin by removing the resin and curing. Common curing agents capable of reacting with acidic and/or alcoholic hydroxy groups can be mixed with the uncured resin. The term "volatile" means that it can be removed by heating at normal pressure to an extent that does not adversely affect the cure rate or properties of the cured resin. Ammonia driven off during or after water evaporation can be easily recovered as a non-volatile acid salt by known methods. The coatings of the present invention are coatings formed on various substrates, preferably metals, from aqueous dispersions of the compositions described above. A preferred method of the present invention is defined below as a method for producing a base-neutralized reaction product of orthophosphoric acid and a polyether epoxide, which method comprises: (1) a compound of the general formula (a); or general formula (q) [In the formula, Q is independently

【式】又は[Formula] or

【式】 式中R2はBr、Clまたは炭素数1〜4のアル
キル、またはアルケニル基であり、R3は炭素
数1〜4のアルキレンまたはアルケニレン基、
C(CF32、−CO−、−SO2−、−S−、−O−
又は単結合であり、そしてR4は−Br−、−Cl−
またはC1〜C4のアルキルまたはアルケニル基
である)、nは0〜40の整数、rは0、1又は
2であり、R1はH、メチルまたはエチルであ
り、R20はH又は炭素数1〜12のアルキルであ
る〕の各々分子からなるポリエーテルエポキシ
ド樹脂E1およびオルソリン酸と反応させそし
て塩基で中和させることによつて水分散可能な
物質に転換できる、 とを反応させることからなる。その反応はE1
およびオルソリン酸源物質およびH3PO4分子
当り水0〜25分子とを転換されたE1および任
意にE2中のオキシラン基が、その得られた混
合物質を塩基と接触した時水希釈可能にするに
十分になるまで接触させることによつて実施さ
れ、前記リン酸源物質中に含まれ、または加水
分解によつてそこから得られるオルソリン酸の
量は、オキシラン基1個当り少なくとも0.3P−
OH基を提供するような量であり; () その得られた反応生成物を少なくとも十分
な量の塩基と接触させ、それを水希釈可能にす
ることからなる。 ある面では、本発明の組成物は、塩基で中和
した時、水稀釈可能である樹脂状混合物であ
る。 他の面では、本発明の組成物は前記樹脂状生
成物と塩基と接触させることによつて得られた
水稀釈可能な生成物である。 その中和した生成物の水性分散体は本発明の
組成物の好ましい態様を構成する。 本発明のその中和したエポキシド/酸反応生成
物は、 (A) 一般式(a)および(q)の一つによつて表わさ
れたE1エポキシド中のオキシラン基の1,2
−グリコールまたはベーターヒドロキシホスホ
モノエステル基に転換することによつて誘導可
能である樹脂分子、その樹脂分子が誘導可能で
あるエポキシ分子の平均EEWは172〜5500であ
る。 一般式(a)および(b)のエポキシド以外の近接エ
ポキシドE2中のオキシラン基の1,2−グリ
コール又はベーターヒドロキシホスホノモノエ
ステルに転換することによつて誘導可能である
任意の他の分子、それは90〜2000のEEWを有
し、E1誘導分子対前記E2誘導分子のモル比は、
0.1〜100の範囲内である、そして、前記分子タ
イプの各々におけるグリコール対モノエステル
基の比は0〜18の範囲内である。 (B) 前記E1誘導分子100重量部につきオルソリン
酸(H3PO4)0〜85重量部 (C) 前記E1およびE2誘導分子におけるP−OH基
の少なくとも十分量が中和されて、それによつ
てそれらを水分散性にする量の1種又はそれ以
上の塩基 からなる水稀釈可能な、樹脂状リン酸塩組成物
として正確に定義される。 前述の組成物の好ましいタイプにおいて、一般
式(a)または(q)のエポキシドから誘導されない
これらの分子は上記に定義したようにE2エポキ
シドから誘導でき、そのE2エポキシドはメチロ
ールまたは低級アルコキシメチル基(すなわちR
は炭素数1〜4のアルキル基または炭素数2〜4
のアルケニル基であるR−O−CH2−)で置換さ
れたベンゼン環からなる。 前述の組成物の他の好ましいタイプにおいて、
E1エポキシドから誘導できない分子は、エポキ
シノボラツク分子からなるE2エポキシドから誘
導される。 上述に定義した組成物の塩基成分は、好ましく
は不安定であることである。 本書において使用された「水稀釈可能」という
語は、そのように形成されたその生成物が、相当
量の水で稀釈された時、実質上均質溶液を形成
し、そしてその得られた分散した生成物は沈降せ
ずまたはその分散体が被覆物としての使用の際非
実用的であるような高速で損害を受けることを意
味する。 その組成物を構成するその混合物は、二つの方
法どちらかで形成できる。そのE1およびE2エポ
キシドはリン酸源物質と共反応し、またはそのエ
ポキシドを別々に反応させることによつて得られ
たその生成物は同じ又は別々を塩基での中和前又
は中和後に混合できる。 その組成物を製造する後者のタイプは、本発明
の別の方法すなわち態様であると考えられてい
る。すなわち本発明は別々に形成されたE1
H3PO4反応生成物および十分量の塩基を組合せ、
その組合せ物を水分散性にすることからなる。 本発明の下記の具体例は被覆物として特定な利
点を持つのでもつとも好ましい。 (1) E1は上記一般式(a)において定義されたよう
なジグリシジルエーテルである前述方法の生成
物、ビスフエノールAとビスフエノールAのジ
グリシジルエーテル(式中R3
[Formula] In the formula, R 2 is Br, Cl, or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an alkenyl group, and R 3 is an alkylene or alkenylene group having 1 to 4 carbon atoms,
C( CF3 ) 2 , -CO-, -SO2- , -S-, -O-
or a single bond, and R 4 is -Br-, -Cl-
or C1 - C4 alkyl or alkenyl group), n is an integer from 0 to 40, r is 0, 1 or 2, R1 is H, methyl or ethyl, R20 is H or carbon polyether epoxide resin E 1 consisting of a polyether epoxide resin E 1 consisting of each molecule of alkyl of number 1 to 12] and which can be converted into a water-dispersible material by reacting with orthophosphoric acid and neutralizing with a base. Consisting of The reaction is E 1
and the orthophosphoric acid source material and the oxirane groups in E 1 and optionally E 2 converted with 0 to 25 molecules of water per 4 molecules of H 3 PO are water dilutable when the resulting mixture is contacted with a base. The amount of orthophosphoric acid contained in said phosphate source material or obtained therefrom by hydrolysis is at least 0.3 P per oxirane group. −
() contacting the resulting reaction product with at least a sufficient amount of base to render it dilutable with water; In one aspect, the compositions of the present invention are resinous mixtures that are water dilutable when neutralized with base. In another aspect, the composition of the invention is a water-dilutable product obtained by contacting said resinous product with a base. Aqueous dispersions of the neutralized products constitute a preferred embodiment of the compositions of the invention. The neutralized epoxide/acid reaction product of the invention comprises: (A) 1,2 of the oxirane groups in the E 1 epoxide represented by one of the general formulas (a) and (q);
- a resin molecule derivatized by converting into glycol or beta-hydroxyphosphomonoester groups, the average EEW of the epoxy molecules from which the resin molecule is derivatized is from 172 to 5500. Any other molecule other than the epoxides of general formulas (a) and (b) which is derivatized by converting the oxirane group in the vicinal epoxide E2 into a 1,2-glycol or beta-hydroxyphosphonomonoester; It has an EEW of 90-2000 and the molar ratio of E1 - induced molecules to said E2 - induced molecules is
The ratio of glycol to monoester groups in each of said molecule types is within the range 0.1 to 100 and is within the range 0 to 18. (B) 0 to 85 parts by weight of orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) per 100 parts by weight of the E 1 - derived molecules; (C) at least a sufficient amount of the P-OH groups in the E 1 and E 2- derived molecules are neutralized; , are precisely defined as water-dilutable, resinous phosphate compositions consisting of an amount of one or more bases, thereby rendering them water-dispersible. In a preferred type of composition as described above, those molecules not derived from epoxides of general formula (a) or (q) can be derived from E 2 epoxides as defined above, which E 2 epoxides are methylol or lower alkoxymethyl. group (i.e. R
is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or 2 to 4 carbon atoms
It consists of a benzene ring substituted with an alkenyl group (R-O-CH 2 -). In other preferred types of the aforementioned compositions,
Molecules that cannot be derived from E 1 epoxide are derived from E 2 epoxide, which consists of epoxy novolak molecules. The base component of the composition as defined above is preferably unstable. As used herein, the term "water dilutable" means that the product so formed, when diluted with a substantial amount of water, forms a substantially homogeneous solution and the resulting dispersed This means that the product does not settle or the dispersion is damaged at such a high rate that it is impractical for use as a coating. The mixture that makes up the composition can be formed in either of two ways. The E 1 and E 2 epoxides are co-reacted with the phosphate source material, or the products obtained by reacting the epoxides separately can be the same or separately before or after neutralization with base. Can be mixed. This latter type of making the composition is considered to be another method or embodiment of the invention. That is, the present invention provides separately formed E 1 /
Combine the H3PO4 reaction product and a sufficient amount of base;
It consists of rendering the combination water-dispersible. The following embodiments of the invention are also preferred as they have particular advantages as coatings. (1) The product of the foregoing process, where E 1 is a diglycidyl ether as defined in general formula (a) above, bisphenol A and the diglycidyl ether of bisphenol A, where R 3 is

【式】であり、そしてrはOであ る)の付加重合から誘導される)。 (2) アンモニア又はアミンで中和することによつ
て水稀釈可能になつた具体例(1)の生成物 (3) 50重量%又はそれ以下まで水で稀釈された時
具体例(2)の中和された組成物。 (4) 具体例(3)の水で稀釈された生成物から作られ
たサーモセツト樹脂被覆物。 (5) E1が3200以下のEEWを持つ上記に広く定義
した方法の生成物。 (6) 酸性ヒドロキシル対オキシラン基の全体の比
が0.4〜1.0の範囲内である広く定義した前記方
法の具体例。 (7) その反応に供されたH3PO4がE1100部につき
1部又はそれ以下である前記方法の具体例。 (8) そのリン酸が水性H3PO470〜90%としてそ
の反応に提供される前述の広く定義した方法の
具体例。 上記具体例(4)の硬化した樹脂は、水で稀釈さ
れ、中和されたエポキシド/H3PO4反応生成物
が唯一の樹脂状成分である発明の水性組成物から
誘導されるか、又は他の水分散性樹脂、反応性稀
釈剤および/又は硬化剤が又現存する類似の組成
物がら誘導できる。どちらの場合でも、硬化は、
公知の化学品、超音波振動器、熱、高エネルギー
波または粒子放射等によつて触媒化される。 一般式(a)によつて表わされたE1タイプのエポ
キシドは、すべて樹脂として記載されている。ビ
スフエノールAのジグリシジルエーテルのような
2〜3の低級エポキシドは純粋な結晶質物質とし
て入手可能である。しかしながら大部分の
DGEBAタイプのエポキシドは普通にはそれらの
製造において使用された実用的な方法として純粋
な化合物として入手できない。すなわちDER−
331 、すなわちビスフエノールAのジグリシジ
ルエーテルの高価でないタイプは、エピクロロヒ
ドリンとビスフエノールAとの2段階反応によつ
て製造される。この反応の生成物は、所望のジエ
ーラルは勿論、 のような少量の副生成物を含む。 普通に存在する量のそのような不純物の存在は
本発明の生成物中において実質上有害な影響を持
たない。 5500以下のEEWを持つ一般式(a)のエポキシド
は、5500をこえないEEWを持ちそして一般式
(q)によつて表わすことのできる生成物分子を
対応する量からなる樹脂にそのエポキシドを転換
する量上記に定義したフエノールと予め反応でき
る。 その反応は、普通、(このように使用された時)
その媒体中にE1エポキシドを溶解させ、その酸
源物質およびその物質を利用するか又はその所望
の生成物組成物を与えるのに必要である水を加
え、そしてその所望の程度のオキシラン転換が達
成されるまで予定温度(および圧力)でその混合
物を還流することによつて実施される。その反応
混合物は冷却され、選択された塩基で中和され、
(しばしば存在する固体の重量と等しい量の)水
で稀釈され、そしてストリツピングされる。 E1/酸反応において使用できるリン酸源物質
は、100%リン酸、半水和2H3PO4・H2Oおよび
少なくとも18重量%のH3PO4(水25モルに対し
H3PO41モル)を含む水溶液を包含する。各種の
縮合したリン酸のタイプ(ポリ、部分的無水物)、
例えばピロリン酸およびトリリン酸が使用でき
る。 その酸源物質が縮合タイプである時、樹脂状最
終目的物を硬化する前の段階で十分量の水を供給
し、実質量のP−O−P結合がその硬化した樹脂
中に残らないようにする。 普通、リン酸水溶液、特に70−90%溶液が好ま
しい。縮合タイプのリン酸がその酸源物質として
利用される時、その方法においてP−O−P加水
分解が起こる段階は、その反応中水含量の最少化
が望ましいかどうかに依存する。その反応におい
て、縮合した酸源物質がH3PO4として完全に利
用されるべきならば、完全なP−O−P加水分解
が起こるのに十分な時間が許容されるべきであ
る。 そのエポキシド/酸反応は正味の反応体で実施
でき、しかし効果的に不活性反応媒体を使用する
ことが好ましい。この目的のために適する溶剤は
性能順に記せば次の通りである。 (1) アセトンとメチレンクロライド25重量%また
はそれ以下の混合物、 (2) アセトン及びメチルエチルケトンのようなケ
トン類、 (3) ジオキサンのような環状エーテル類 (4) グリコールエーテルのような直鎖状エーテル
類 (5) 低級アルキルアセテートのようなエステル類 (6) 低級アルコールおよびメチレンクロライドの
ようなクロロカーボンの混合物 (7) 低級アルコール類 (8) メチレンクロライドのようなクロロカーボ
ン。 中和したE1/酸反応生成物の水稀釈性を優先
的に決定するパラメータは、E1エポキシドの
EEW、P−OH対オキシランの比、水対P−OH
(H3PO4)の比、その反応媒体中への水の溶解
性、温度および接触時間である。 中和した時、水稀釈可能であるために、その反
応生成物は、少なくとも最少含有量のホスホモノ
エステル基を有しなければならず、そしてこれは
E1エポキシドのEEWに関し5500の上限を課し、
P−OH基(酸源物質によつて提供された)対オ
キシラン基の比に関して0.3の下限を課する。グ
リコール基(水とオキシラン基との付加生成物ま
たはホスホジエステル基の加水分解から生じた)
対ホスホモノエステルの比は、18対1以下である
ことは水稀釈性にとつて必要な要件である。これ
は反応体中の水対H3PO4のモル比が25対1以下
であることを必要とする。 水がその反応に関与する程度は、水対酸の比は
勿論、水の活性に依存し、その水の活性は、その
反応溶剤の性質および温度に依存する。一般に水
の活性は、水に対し乏しい溶剤および低温で低下
される。 P−OHとオキシラン基の付加生成物は極性の
少ない溶剤中でやや急速に進行するように思え、
そしてこのような溶剤中において、β,β′−ジヒ
ドロキシホスホジエステル基 の形成は少なくとも反応の初期の段階において実
質的な程度まで起る。もし水が存在せず、または
その溶剤中において低活性を持つならば、そのオ
キシランは優先的にこのようなジエステル基に転
換でき、そしてそのE1分子は、ゲルが生じる程
度までそのジエステル基によつて一緒に結合でき
る。 そのジエステルは(グリコールおよびモノエス
テル基)に容易に加水分解され、そしてそれがた
め、そのジエステル基は、一般に水の活性が実質
的である反応混合物から誘導された最終生成物の
重要な成分を構成しない。さらにより極性の溶剤
において、水とオキシラン基との酸触媒化付加生
成物はP−OH付加と一緒に全く効果的に完了す
る。 勿論付加および加水分解反応は高温でより急速
に進行し、そしてより短い接触時間は、所望程度
のオキシランの転換を達成し、又は平衡条件に到
達するために必要である。存在する水の活性がよ
り高温で顕徴に高いならば、その生成物中のグリ
コール基の割合は従つて増加する。 オキシランがグリコールに直接に転換する結果
その反応体中のP−OH対オキシランの比が実質
上1以下の時でさえ、遊離のH3PO4が一般的に
その反応生成物中において存在する。しかしなが
ら、その中和した生成物中の(塩基塩として)遊
離酸の存在は、普通水中におけるその生成物の分
散性に対し有害な影響を持たない。すなわちその
反応中に使用したその酸塩物質の量は、その生成
物中にE1誘導樹脂分子100重量部につきH3PO485
重量部程度が存在するような高い時でさえ、水分
散可能な生成物はある場合には得られる。しかし
ながら、このような高い酸含量はその硬化した被
覆物において乏しい加水分解安定性をもたらす結
果となる、勿論、高い酸含量は、好ましくはその
生成物が中和される前に抽出によつて許容の水準
まで低下できる。 そのE1/酸生成物の水稀釈性はその溶剤の性
質に対して感受性であることが発見され、それは
その中和したそして水で稀釈した反応混合物がス
トリツピングされる時会合される。所望の組成物
の生成物の形成にもつとも適する反応溶剤は、そ
れから水性分散体を形成するためのベストな溶剤
ではない。しかしながらその反応混合物は、中和
および水での稀釈前に又は後でさえストリツピン
グできそしてより適当な溶剤で置換できる。メチ
ルエチルケトンは後者の目的のために有利である
ことが発見された。別法として、その溶剤として
少量のメチレンクロライドを含むアセトンを使つ
て非常に良好な結果は、その反応およびその分散
工程において得られる。 E1/酸反応性の好ましい反応体割合および条
件は次の通りである。 酸源物質……水性70〜90%H3PO4溶液 酸源物質の量……オキシラン1に対しP−OH0.8
〜1.を提供する量 反応温度……110〜130℃ 接触時間……3〜6時間 勿論、その反応混合物の自生圧に少なくとも等
しい高圧は、大気圧でのその溶剤の沸点以上の温
度で保持されなければならない。(約150℃までの
温度が使用できる。) 前述の説明は中和した時水で稀釈可能な生成物
を形成するためE2エポキシドとリン酸源物質と
の反応にも一般に適用できる。一般にE1および
E2エポキシドとH3PO4との共反応にも一般的に
適用可能である。しかしながら、このエポキシド
(E2またはE1)が容易に重合するかおよび/又は
メチロールまたは低級アルコキシメチ基のような
固有の反応性官能基で置換されやすい時、低い反
応温度を使用するか又は他の方法でその反応を穏
やかにすることが望ましい。 使用されるE2タイプエポキシドの大部分は、
もつとも重要なE1エポキシド(一般式(a)または
(q)においてnの平均値が9またはそれ以上で
ある)より実質上低いEEW値を持つことは又注
目される。したがつて、E2エポキシ単独を使用
する時、E1/酸反応生成物について上記に述べ
た各種の割合数値限定内にすることは常に必要な
ことではない。一般に、しかしながら、E2生成
物又は混合したE1およびE2生成物の最良の分散
体は、これらの数値限定内にすることによつて得
られるだろう。 中和し、混合したE1およびE2酸反応生成物の
塩基成分は、好ましくは1種又はそれ以上の不安
定な塩基からなる。すなわち存在するこれらの塩
基は揮発性であり、そして必要な硬化温度により
等しいか又は低く、しかしストリツピング中に得
られた最大容器温度よりも高い温度までその中和
した生成物を加熱した時、その際(遊離酸又はホ
スホエステルP−OH)から解離する。アンモニ
アおよびアミンがこのような好ましい塩基の例で
ある。好ましい塩基はアミン、特に式NR3(Rは
それぞれH、メチル又はエチルである)のアミン
である。最も好ましい塩基はトリエチルアミンで
ある。 本発明の理解を容易にするために使用したE1
およびE2エポキシドの種類は詳細に述べる。 本発明の使用のための適するE1エポキシドは
一般式(a)又は(q)によつて定義される。 すべての場合にQが
and r is O). (2) The product of example (1) made water dilutable by neutralization with ammonia or amines (3) The product of example (2) when diluted with water to 50% by weight or less Neutralized composition. (4) Thermoset resin coating made from the water-diluted product of Example (3). (5) A product of the process broadly defined above with an EEW of 3200 or less. (6) Embodiments of the broadly defined process, wherein the overall ratio of acidic hydroxyl to oxirane groups is within the range of 0.4 to 1.0. (7) A specific example of the above method in which the amount of H 3 PO 4 used in the reaction is 1 part or less per 100 parts of E 1 . (8) A specific example of the above broadly defined process in which the phosphoric acid is provided to the reaction as 70-90% aqueous H 3 PO 4 . The cured resin of embodiment (4) above is derived from an aqueous composition of the invention in which the neutralized epoxide/H 3 PO 4 reaction product is the only resinous component diluted with water, or Other water-dispersible resins, reactive diluents and/or hardeners can also be derived from similar existing compositions. In either case, hardening is
Catalyzed by known chemicals, ultrasonic vibrators, heat, high energy waves or particle radiation, etc. All epoxides of the E 1 type represented by the general formula (a) are described as resins. A few lower epoxides, such as the diglycidyl ether of bisphenol A, are available as pure crystalline materials. However, most
DGEBA type epoxides are not normally available as pure compounds due to the practical methods used in their manufacture. That is, DER−
331, an inexpensive type of diglycidyl ether of bisphenol A, is prepared by a two-step reaction of epichlorohydrin and bisphenol A. The products of this reaction include the desired diall as well as Contains small amounts of by-products such as. The presence of such impurities in commonly occurring amounts has no substantial deleterious effect in the products of this invention. An epoxide of general formula (a) with an EEW of less than or equal to 5500 may be converted to a resin having an EEW not exceeding 5500 and consisting of a corresponding amount of product molecules that can be represented by general formula (q). can be pre-reacted with an amount of the phenol defined above. The reaction is usually (when used in this way)
Dissolve the E 1 epoxide in the medium, add the acid source material and water as necessary to utilize the material or provide the desired product composition, and achieve the desired degree of oxirane conversion. This is done by refluxing the mixture at a predetermined temperature (and pressure) until achieved. The reaction mixture is cooled, neutralized with a selected base,
It is diluted with water (often in an amount equal to the weight of solids present) and stripped. Phosphoric acid source materials that can be used in the E 1 /acid reaction include 100% phosphoric acid, semihydrated 2H 3 PO 4 .H 2 O and at least 18% by weight H 3 PO 4 (relative to 25 moles of water).
1 mole of H 3 PO 4 ). various condensed phosphoric acid types (poly, partially anhydride),
For example, pyrophosphoric acid and triphosphoric acid can be used. When the acid source material is of the condensation type, a sufficient amount of water is supplied before curing the resinous end product so that no substantial amount of P-O-P bonds remain in the cured resin. Make it. Generally, aqueous phosphoric acid solutions, especially 70-90% solutions, are preferred. When condensed type phosphoric acid is utilized as the acid source material, the stage in the process at which P-O-P hydrolysis occurs depends on whether minimizing water content is desired during the reaction. In the reaction, sufficient time should be allowed for complete P-O-P hydrolysis to occur if the condensed acid source material is to be fully utilized as H3PO4 . The epoxide/acid reaction can be carried out with neat reactants, but it is preferred to use an effectively inert reaction medium. Solvents suitable for this purpose are as follows, listed in order of performance: (1) mixtures of acetone and methylene chloride at 25% or less by weight; (2) acetone and ketones such as methyl ethyl ketone; (3) cyclic ethers such as dioxane; (4) linear ethers such as glycol ethers. (5) Esters such as lower alkyl acetates (6) Mixtures of lower alcohols and chlorocarbons such as methylene chloride (7) Lower alcohols (8) Chlorocarbons such as methylene chloride. The parameter that preferentially determines the water dilutability of the neutralized E 1 / acid reaction product is the
EEW, ratio of P-OH to oxirane, water to P-OH
(H 3 PO 4 ), its solubility of water in the reaction medium, temperature and contact time. In order to be water dilutable when neutralized, the reaction product must have at least a minimum content of phosphomonoester groups, and this
Imposing an upper limit of 5500 on the EEW of E 1 epoxide,
A lower limit of 0.3 is imposed on the ratio of P-OH groups (provided by the acid source material) to oxirane groups. Glycol groups (resulting from addition products of water and oxirane groups or hydrolysis of phosphodiester groups)
A ratio of phosphomonoester to phosphomonoester of 18:1 or less is a necessary requirement for water dilutability. This requires that the molar ratio of water to H 3 PO 4 in the reactants be less than 25:1. The extent to which water participates in the reaction depends on the water to acid ratio as well as the activity of the water, which in turn depends on the nature of the reaction solvent and the temperature. In general, the activity of water is reduced by poor solvents and low temperatures for water. The addition products of P-OH and oxirane groups seem to proceed somewhat rapidly in less polar solvents;
In such a solvent, the β,β′-dihydroxyphosphodiester group Formation occurs to a substantial extent at least in the early stages of the reaction. If water is absent or has low activity in the solvent, the oxirane can be converted preferentially to such diester groups, and one molecule of E is converted to the diester group to the extent that a gel results. They can then be joined together. The diester is easily hydrolyzed (to glycol and monoester groups), and therefore the diester group generally constitutes an important component of the final product derived from the reaction mixture where the water activity is substantial. Not configured. In even more polar solvents, the acid-catalyzed addition product of water and oxirane groups is quite effectively complete along with the P-OH addition. Of course, addition and hydrolysis reactions proceed more rapidly at elevated temperatures, and shorter contact times are required to achieve the desired degree of oxirane conversion or to reach equilibrium conditions. If the activity of the water present is significantly higher at higher temperatures, the proportion of glycol groups in the product will therefore increase. Free H 3 PO 4 is generally present in the reaction product even when the ratio of P-OH to oxirane in the reactants is substantially less than 1 as a result of direct conversion of oxirane to glycol. However, the presence of free acid (as a base salt) in the neutralized product normally has no deleterious effect on the dispersibility of the product in water. That is, the amount of the acid salt material used during the reaction is such that 85 parts by weight of H 3 PO 4 per 100 parts by weight of E 1 derived resin molecules are present in the product.
Even at high parts by weight, water-dispersible products are obtained in some cases. However, such high acid content results in poor hydrolytic stability in the cured coating; of course, high acid content is preferably tolerated by extraction before the product is neutralized. can be reduced to the level of The water dilutability of the E 1 /acid product was found to be sensitive to the nature of the solvent, which is associated when the neutralized and water diluted reaction mixture is stripped. The reaction solvent that is also suitable for forming the product of the desired composition is not the best solvent from which to form the aqueous dispersion. However, the reaction mixture can be stripped and replaced with a more suitable solvent before or even after neutralization and dilution with water. Methyl ethyl ketone has been found to be advantageous for the latter purpose. Alternatively, very good results are obtained using acetone containing small amounts of methylene chloride as the solvent in the reaction and in the dispersion step. Preferred reactant ratios and conditions for E 1 /acid reactivity are as follows. Acid source substance: Aqueous 70-90% H 3 PO 4 solution Amount of acid source substance: P-OH0.8 per 1 oxirane
~1. Reaction temperature...110-130°C Contact time...3-6 hours Of course, a high pressure at least equal to the autogenous pressure of the reaction mixture is maintained at a temperature above the boiling point of the solvent at atmospheric pressure. It must be. (Temperatures up to about 150° C. can be used.) The foregoing discussion is also generally applicable to the reaction of E 2 epoxide with a phosphate source material to form a water-dilutable product when neutralized. Generally E 1 and
It is also generally applicable to the co-reaction of E2 epoxide with H3PO4 . However, when the epoxide (E 2 or E 1 ) is easily polymerized and/or susceptible to substitution with inherent reactive functional groups such as methylol or lower alkoxymethy groups, lower reaction temperatures may be used or other It is desirable to moderate the reaction by Most of the E 2 type epoxides used are
It is also noted that it has a substantially lower EEW value than the most important E 1 epoxides (in general formula (a) or (q), where the average value of n is 9 or more). Therefore, when using E 2 epoxy alone, it is not always necessary to fall within the various ratio numerical limits set forth above for the E 1 /acid reaction product. Generally, however, the best dispersions of E 2 products or mixed E 1 and E 2 products will be obtained by staying within these numerical limits. The base component of the neutralized and mixed E 1 and E 2 acid reaction product preferably consists of one or more labile bases. That is, those bases present are volatile, and when the neutralized product is heated to a temperature equal to or lower than the required curing temperature, but higher than the maximum vessel temperature obtained during stripping, its (free acid or phosphoester P-OH). Ammonia and amines are examples of such preferred bases. Preferred bases are amines, especially amines of the formula NR 3 where each R is H, methyl or ethyl. The most preferred base is triethylamine. E 1 used to facilitate understanding of the invention
and E 2 epoxide types are described in detail. Suitable E 1 epoxides for use in the present invention are defined by general formula (a) or (q). Q in all cases

【式】 であるエポキシドがこのようなエポキシドの中で
好ましい。すなわちE1の普通に二官能性エポキシドまたは一般式 (式中R2、rおよびR20は上記に定義した通りで
ある)のフエノールとの1:1付加によるそれか
ら誘導可能な普通にモノ官能性モノエポキシドで
あることが好ましい。 Qは、 または である前述の一般式のE1エポキシドが特に好ま
しい。 Qが であるE1エポキシドもつとも好ましい。 本発明の実施のために最良であると考えられて
いる個々のエポキシドはDER −667(すなわち
一般式(a)においてnが10〜13である(1500〜2000
のEEW)DGEBA樹脂である)。 前述したタイプのもつとも広く使用した樹脂は
DGEBA(ジグリシデルエーテル/ビス−フエノ
ール−A)樹脂、すなわちビスフエノール−A とビスフエノール−Aのジグリシジルエーテル との重合体付加物から誘導可能であるポリエーテ
ルジエポキシドである。そのグリシジルエーテル
は水酸化ナトリウムのような塩基の存在において
ビスフエノールA1分子とエピクロロヒドリン2
モルとを反応させることに形成される。しかしな
がら後者の反応は、その得られるジエーテル分子
がその場でビスフエノール分子と反応してその
DGEBA樹脂を形成するような方法で実施され
る。 後者の場合において、その反応生成物は、一般
において各種のnの値に対応する異つた分子量の
重合体から主になる混合物である傾向である。あ
る種のモノ官能性エポキシドを含む理由として、
このような混合物は2より幾分以下の平均エポキ
シド官能性を示す。 前述のタイプのエポキシドについてその実施例
において与えられたエポキシド当量は一般に名目
上の化合物の理論値よりも幾分高い。 本発明の実施は、時には、E1エポキシドの1
つのタイプの使用、又はすべてのR1、R2、R3
はR20基はその分子全体にわたつて同じであるエ
ポキシドに限定されない。2種又はそれ以上の異
なつたE1エポキシドはリン酸との単一の反応生
成物中において組合わされる。同様に、与えられ
たE1エポキシドはR1基(H、−CH3、又は−
C2H5)、R2又はR4基(−Br、−Clまたは−CH3)、
R3基(C1−C4アルキル、アルキレン、−SO2また
は−O−)またはR20基(HまたはC1−C12アル
キル)の多くの異なつた種類からなり、本発明の
前述の広い定義において与えられた一般式の個々
の分子中に含有させることが合成上可能である。 すなわち、例えば、ポリエーテルジエポキシド
は、エポキシ樹脂のハンドブツク、リーおよびネ
ビイレー、マツグローヒル(1967)において記載
されている周知の方法において、クロロヒドリン
単独の代りにエピクロロヒドリンとメチルエピク
ロロヒドリの混合物を使うことによつて形成でき
る。同様に異つたビスフエノールが、個々のビス
フエノールとエヒクロロヒドリンまたは同じ又は
異つたビスフエノールのジグリシジルエーテルと
の反応用に公知の方法において使用できる。 わずかな市販のDGEBA−タイプ樹脂は臭素又
は塩素で置換されているようなビフエノール−A
以外のビスフエノール又はエピクロロヒドリン以
外のクロロヒドリンから誘導される。すなわち市
販のDGEBAタイプ樹脂はE1一般式においてR1
Hであり、nは0または2であり、R2はBrまた
はClであり、そしてR3は(CH32Cであるエポ
キシドである。本発明の実施において好ましい市
販のDGEBAの例はザ・ダウ・ケミカル・カンパ
ニーで製造され、次の通りである。
Epoxides having the formula are preferred among such epoxides. That is, E 1 is Commonly difunctional epoxides or general formulas of Preference is given to normally monofunctional monoepoxides derivable therefrom by 1:1 addition with phenols, where R 2 , r and R 20 are as defined above. Q is or Particularly preferred are the E 1 epoxides of the general formula given above. Q is Also preferred is an E 1 epoxide. The particular epoxide considered best for the practice of this invention is DER -667 (i.e. in general formula (a) where n is 10 to 13 (1500 to 2000
EEW) is DGEBA resin). The most widely used resin of the type mentioned above is
DGEBA (diglycidel ether/bis-phenol-A) resin, i.e. bisphenol-A and diglycidyl ether of bisphenol-A is a polyether diepoxide derivable from a polymer adduct with. The glycidyl ether is composed of one molecule of bisphenol A and two molecules of epichlorohydrin in the presence of a base such as sodium hydroxide.
It is formed by reacting with moles. However, in the latter reaction, the resulting diether molecule reacts with the bisphenol molecule in situ.
carried out in such a way as to form DGEBA resin. In the latter case, the reaction product has the general formula It tends to be a mixture consisting mainly of polymers of different molecular weights corresponding to various values of n. Because it contains certain monofunctional epoxides,
Such mixtures exhibit an average epoxide functionality of somewhat less than 2. The epoxide equivalent weights given in the examples for the aforementioned types of epoxides are generally somewhat higher than the theoretical values for the nominal compounds. The practice of this invention sometimes involves the use of one of the E 1 epoxides.
The use of two types or epoxides in which all R 1 , R 2 , R 3 or R 20 groups are the same throughout the molecule is not limited. Two or more different E 1 epoxides are combined in a single reaction product with phosphoric acid. Similarly, a given E 1 epoxide has an R 1 group (H, -CH 3 , or -
C2H5 ), R2 or R4 group (-Br, -Cl or -CH3 ),
Of the many different types of R 3 groups (C 1 -C 4 alkyl, alkylene, -SO 2 or -O-) or R 20 groups (H or C 1 -C 12 alkyl), the aforementioned wide range of It is synthetically possible to include it in individual molecules of the general formula given in the definition. Thus, for example, polyether diepoxides can be prepared by substituting a mixture of epichlorohydrin and methylepichlorohydrin for chlorohydrin alone in the well-known process described in Handbook of Epoxy Resins, Lee and Nebiley, Matsugrow-Hill (1967). It can be formed by using it. Different bisphenols can likewise be used in known methods for the reaction of individual bisphenols with hychlorohydrin or diglycidyl ethers of the same or different bisphenols. The few commercially available DGEBA-type resins are biphenol-A substituted with bromine or chlorine.
derived from bisphenols other than epichlorohydrin or chlorohydrins other than epichlorohydrin. That is, commercially available DGEBA type resins are epoxides with the general formula E 1 where R 1 is H, n is 0 or 2, R 2 is Br or Cl, and R 3 is (CH 3 ) 2 C. be. Examples of commercially available DGEBAs preferred in the practice of this invention are manufactured by The Dow Chemical Company and are as follows.

【表】【table】

【表】 DGEBA樹脂のエポキシド官能性は、一般に理
論値2より以下であり、そして上記にあげた樹脂
のnの値が与えられたEEWの値の2倍に等しい
分子量について計算された理論値より小さい。 リーおよびネビーレに従つて約190のEEW(理
論値n=0)を有する典型的なDGEBA樹脂は、
n=0の分子約88%、n=1の分子10%、n=2
の分子2%からなることが発見された。同様に溶
液被覆に使用され、そして約540のEEW(n=2
の理論値)を有する典型的な高分子量DGEBA樹
脂は次の組成を有することが発見された:n=3
−5の分子50%以上、n=2の分子約15%、n=
1の分子15%およびn=4の分子20%。 一般式(a)のE1エポキシドが作られるビスフエ
ノールの例は次の通りである: 1核のジヒドリツクフエノール
[Table] The epoxide functionality of DGEBA resins is generally less than the theoretical value of 2, and from the theoretical value calculated for a molecular weight where the value of n for the resin listed above is equal to twice the value of EEW given. small. A typical DGEBA resin has an EEW of about 190 (theoretical value n=0) according to Lee and Nebille:
About 88% of molecules with n=0, 10% of molecules with n=1, n=2
It was discovered that 2% of molecules of It is also used for solution coating and has an EEW of about 540 (n=2
A typical high molecular weight DGEBA resin with a theoretical value of n=3 was found to have the following composition:
More than 50% of molecules with -5, about 15% of molecules with n=2, n=
15% of molecules with n=4 and 20% of molecules with n=4. Examples of bisphenols from which E 1 epoxides of general formula (a) are made are: Mononuclear dihydric phenols

【式】【formula】

【式】【formula】

【式】【formula】

【式】【formula】

【式】【formula】

【式】 2核のビスフエノール 追加のビスフエノールはフエノリツクレジンの
ケミストリ、アール・ダブリユ・マーチン64−79
頁ウイレイアンドサンズ社ニユヨーク州、ニユヨ
ークの表およびに記載されている。 一般式(q)に表わされたタイプのE1エポキ
シドは、エポキシ樹脂業界の当業者にとつて知ら
れている方法で、一般式(a)の対応するエポキシド
を1種又はそれ以上のフエノール (式中R2、rおよびR20は上記に定義したとおり
である)でキヤツピングすることによつて容易に
製造できる。その樹脂の湿潤性は、与えられた基
板に良好な湿潤を確保するためにこの方法で変え
ることができることが発見された。 一般式(q)は平均的な構造としてキヤツプし
た生成物の代表的なものであることは勿論認識さ
れる。すなわち、そのフエノールおよびタイプ(a)
のエポキシドが等モルで反応させたとしても、そ
の生成物分子の幾分かは、キヤツプされず、そし
て他は両方のオキシランを反応させた。その生成
のEEWは5500以上に上昇しない限り、そのエポ
キシドおよびそのフエノールは1:1の割合以外
で反応できる。 本発明の実施に使用できるリン酸供給物質は
100%正リン酸、1/2水和物(2H3PO4・H2O)お
よび少くとも18重量%のH3PO4(水25モル当り1
モルのH3PO4)を含有する水溶液である。種々
のリン酸縮合体(例えばポリリン酸、部分無水
物)、ピロリン酸および三リン酸も使用できる。 リン酸供給物質が縮合タイプの場合、樹脂状最
終製品の硬化前のある段階において十分な水を供
給し、硬化された樹脂中に実質量のP−O−P結
合が存在しないようにしなければならない。 普通、リン酸水溶液、特に70ないし90%濃度の
水溶液が好ましい。リン酸の縮合体が供給物質と
して用いられる場合、P−O−P加水分解が行わ
れる段階は、反応中の水分含量を最少限にするこ
とが好しいか否かに依存する。縮合供給物質が反
応中にH3PO4として完全に利用させるべき場合
には、完全なP−O−P加水分解を起すたの十分
な時間的余裕を見なければならない。 E1/H3PO4反応においてオキシラン基が転化
される速度および得られる生成物の組成は、勿
論、水対酸の比、酸対オキシランの比、溶剤の性
質、温度および接触時間等の因子に依存する。 反応はP−OHとオキシラン基との付加以外の
反応をも含むことが判つた。反応混合物に水を確
実に存在させる操作を行わないならば、生成物
は、少くとも1つのオキシラン基がα,β−ジヒ
ドロキシ基、すなわちグリコール基に転化された
分子を実質量含むことになるであろう。これによ
り、水とオキシランとのH+接触付加ばかりでな
く、ホスホジエステル基の加水分解が起つている
ことが明らかである。前の反応の結果として、若
干の遊離リン酸は、使用された酸が1つのオキシ
ラン基当り実質上P−OHが1つ以下となるよう
な量である場合でさえも、反応生成物中に一般に
存在する。 水の存在は、エポキシド/H3PO4反応生成物
の組成に関して、これまで実現されたものに比較
してより重要な効果を持つものであることは明ら
かである。 反応混合物への水の導入により、単一の酸供給
物質として100%リン酸を使用することを避ける
ことができる。しかしながら、DGEBAタイプの
エポキシド中の第二級アルコール性水酸基のエス
テル化は低い程度で起る傾向があることが判つ
た。この反応によつて水が生成するから、生成物
中のグリコール対エステル基の相当に低い比を達
成することが望しいならば、生じる全ての水を除
去する操作を行わなければならない。このことは
若干のP−O−P基含有酸供給物質(例えば、ピ
ロリン酸またはポリリン酸)を100%リン酸と共
に使用することによつて容易に実現される。アル
コー性水酸基のエステル化(および水の生成)
は、また、60−80℃のような比較的低温で反応を
行うことによつても最少限に止められる。 必要に応じ、後の目的のための適当なP−O−
P基含有酸供給物質は、ピロリン酸をP−O−P
基の全てを反応させるに必要な量よりも少い量の
水とその場で予じめ反応させることにより容易に
作ることができる。 塩化されたホスホノエステル基の存在はE1
H3PO4反応生成物の水稀釈可能性に対して必須
であるが、E1中の高い比率のオキシラン基を生
成物中のグリコールとしてよりもエステル基とし
て報告する必要はない。これに反して、グリコー
ル対エステル基の数の比が18.3ないし1であるよ
うなDER −667のエステル化生成物は水稀釈性
であり、硬化させた場合有用な被覆を生成するこ
とが判つた。(実施例11参照)既述の判明事項は
最も予期できぬ、かつ驚くべき発見であり、本発
明の組成物が食品用容器の内張りとしての適合性
に重大な結果を持つものである。他の結果は、不
安定塩基が使用される場合、硬化前または硬化中
に放出される塩基の量は少ないので回収の問題は
これに伴つて少なくなるという点である。更に他
の非常に重要な結果は、硬化された被覆中に保持
された不安定塩基の量は実質上0である。すなわ
ち、10億分の50部ないし検知できない量の範囲で
ある。 酸エポキシド反応によつて与えられる水の量は
酸供給物質によつて与えられるH3PO41分子当り
0ないし25分子の範囲で変えることができる。酸
1モル当り約2−4モルの過剰量の水は、水に対
する良溶剤が含まれていないかぎり一般に不均質
反応混物を生じる。比較的高い比率での水の存在
は、反応生成物中のホスホエステル対グリコール
基の予期されるような低い比率を必然的に生じる
ものではない。1:2.3のようなエステル対グリ
コール比が、エポキシドとしてDER −667およ
び反応媒体としてアセトンを用い、ほぼ2:1の
水対酸モル比において得られた。 生成樹脂は一般に水で稀釈され、溶剤を除去す
る前に混合物中に水が存在することが普通、好し
い。したがつて、反応中における比較的多量の水
の存在はこれらの理由でいかなる重大な問題も起
さない。高い水の濃度における高いオキシラン転
化を達成するために長い反応時間が必須であるこ
とが判つた。しかしながら、実質上水を含有する
回収された溶剤を再循環できることが、経済性の
点で極めて有利である。したがつて、どの具体的
なE1エポキシドの反応に関しても最適水分含量
を決定する必要であろう。これは不当な実験を要
求するものではなく、またその方法は後述の実施
例により明らかにされる。 酸供給物質により反応に導入される酸の量は
E1エポキシド反応体中に存在するオキシラン基
1個に対して約0.3またはそれ以上の酸性水酸基
(リンに結合する水酸基)を与えるような量でな
ければならない。しかしながら、E1の当量当り
1/3モル以下のH3PO4(すなわち、オキシラン1
個当り1以下の酸性水酸基)に保たれ、それによ
つて硬化生成物の耐水性の実質的低下を避ること
が好しい。E1がDER −667(またはこれと同質
のDGEBAタイプのエポキシド)である場合、
100重量部のE1に対してH3PO4が1重量部以下で
あることが極めて好しい。 反応混合物が不適当に不均質になる点以下のよ
り多量の酸が使用できる。しかしながら、オキシ
ラン1個当り約4個の酸性水酸を与えるに十分な
H3PO4以上の量の使用により、未硬化または硬
化生成樹脂の特性に好しくない効果を与えるに十
分な遊離リン酸塩を含有させることもできる。か
くして、少くとも一部の過剰の酸の、好しくは塩
基の導入前における除去が必要となる。 エポキシド/酸反応は水の不存在下で行うこと
ができ、かつ反応媒体は必ずしも必要ではない。
しかしながら、前述のように、媒体の使用は、水
および/またはH3PO4の量がエポキシドの量に
比較して高い場合、反応混合物の均質性のために
は必須である。反応混合物が均質な場合、良好な
結果が得られ、したがつて、一般的に、どのよう
な場合にも反応媒体を用いることが好ましい。 本発明における適当な反応媒体は反応体との混
合物として使用される反応温度において流体であ
る溶液または分散液を作る不活性物質である。本
明細書で使用する「不活性」という用語は、本発
明の少くとも1つの目的が実現できない程度に存
在するどの物質とも有害な反応を起さない媒体を
意味する。 好しい媒体は常温で液体であり、150℃以下の
沸点を持ち、かつエポキシドおよび使用されるリ
ン酸供給物質に対する溶剤である不活性有機化合
物またはそれらの混合物である。また、媒体は水
を十分に溶解して、溶解された水と酸(またはオ
キシラン基)との好きい比率が達成されできるも
のでなければならない。そのような媒体の例とし
ては、ジオキサン、グリコールエーテル、酢酸低
級アルキル、メチルエチルケトン、アセトン、エ
タノール、イソプロパノール、メチレンクロリド
およびこれらのいかなく混合物がある。(後述の
アルコール類は許容できない程度にまでは有害な
反応性を持たない不活性溶剤の例である。これら
アルコール類は、H3PO4水溶液をジクロロメタ
ン単独の媒体のE1樹脂稀溶液に転化する場合の
ような、これらアルコールの不存在下では沈澱が
生じ易い場合に、共溶剤として特に有用である。) 反応媒体の性質は反応速度および生成物の組成
の両方に影響を与える。一般的な法則としては、
水に対する不良溶剤が反応媒体として使用される
場合、P−OH付加によるオキシラン転化の速度
および反応混合物中のジエステル基の比率はより
高い。 約60℃において、水に対し劣つた(又は非)溶
媒は、下記ジエステル基によつて共に連結した
E1エポキシド残基からなる高度のポリマー鎖の
形成を促進する。 かくして、DER −667をH3PO4(水性H3PO4
の85%として)の1重量%と60℃で100%CH2Cl2
中で反応させると、反応混合物は約4時間でゲル
化する。これらの条件下で、ジクロメタンのよう
な溶媒中の水の化学活性は、オキシラン又はエス
テル基の実質的な加水分解が生じる程充分に高い
ものでないようである。(しかしながら、後者の
タイプのゲルはより水混和性溶媒中に溶解される
ことができ、ほぼ等しい数のグリコール及びモノ
エステル基を含有する十分に有用な生成物に加水
分解させることができた。) 又、反応媒質がアセントンのような水混和性溶
媒−CH2Cl2の25重量%を含有すると、ジエステ
ル形成はなお主たる反応(60℃において)である
が、生成物はゲルではない。115℃〜120℃の温度
において、CH2Cl2の75重量%とアセトンの25重
量%からなる媒質中の水(該H3PO4に含まれた)
の活性は実質的である。ジエステル形成は明らか
に進行ないし、かつ形成されたジエステル基の全
部の加水分解が生じる。しかしながら、アセトン
の割合がさらに増加するに従つて、ジエステル形
成は低下し、最終生成物中のモノエステル含量は
増加する。明らかにオキシラン基での水の直接付
加は主たる反応(115℃〜120℃における)である
が、CH2Cl2/アセトン混合物中のアセトンの割
合が増加するに従つて、グリコール対モノエステ
ル基の比は低下する。 中和反応生成物が形成される媒質の性質は又重
要である。すなわち、所望の反応生成物の製造に
最良である媒質は、水中で最も安定な又は最も高
い固体含量分散物が得られることができる媒質で
は必ずしもないのである。 かくして、アセトン/CH2Cl2溶液よりもアセ
トン単独で85%H3PO4とDER −667の前記反応
から高いモノエステル含量が得られるけれども、
ジクロルエタンの少量の存在は、水を添加し、そ
して有機媒質を除去する時、形成した中和生成物
の分散性を助成する、ということが試験から分か
つた。又、一般に、中和したエポキシド/酸反応
混合物をストリツピングして形成された生成物粒
子は、ジオキサン又はメチルエチルケトン、特に
後者の溶媒の溶液から得られる時、より小さい凝
集傾向を示す。従つて、これらの溶媒は、本来水
中に分散するのが困難である中和した酸/エポキ
シド生成物の製造用の媒質として特に有利に使用
されることができる。 中和前の段階で過剰のリン酸の抽出除去が意図
される場合、勿論水と非混和性の、又はそれによ
つて乳化する傾向のある、適当量の溶媒を反応媒
質に含めることは可能である。又、もし化学量論
量以上の塩基が中和のために使用されるならば、
アセトンのように塩基に不安定な溶媒は最初に除
去されねばならない。 2種又はそれ以上の溶媒の混合物は、溶媒作用
及び初留点又は共沸点(還流温度)の所望の組合
せを有する媒質の準備に、いくつかの例において
好ましい。 適当な反応温度は、オキシラン基(E1エポキ
シドにおいて)でもつてのP−OH付加が有用な
速度で進行する最も低い温度から、温度が高くて
(1)有害な反応(アルコール反応媒質とリン酸との
間の如き)が許容できない程度に起こる;又は(2)
過度に高い溶媒蒸気圧が生じるような温度までの
範囲にある。50℃〜150℃の範囲内の温度が一般
に満足されるが、70℃〜135℃の範囲内の反応温
度に維持することが好ましい。100℃〜125℃の範
囲は特に好ましく、110℃〜120℃の範囲は本発明
プロセスの商業的実施に対し最適に近いとものと
考えられる。 温度と溶媒効果の相互依存の性質は、反応媒質
についての前述の検討において示した。 反応媒質の大気圧沸点以上の反応温度が使用さ
れる時、高圧下−少なくとも反応混合物の自生圧
に等しい圧力下での操作が必要である場合におい
てのみ、圧力は該反応の重要な要素である。勿
論、所望に応じて該反応を減圧で実施することが
できる。 該反応を一般に初めに存在したオキシラン基の
1%以下、好ましくは0.5%以下が消費されるま
で進行させる場合にのみ、接触時間はこのプロセ
スの重要な要素である。本発明のより高度に反応
したエポキシド/酸生成物の性質を本質的に有す
る反応生成物を製造するに必要な如き、エポキサ
イドの量を転化することだけが必要である。すな
わち、エポキサイドの転化は本質的に完全である
ことのみが必要である。 公知の原理に従い、起こる傾向のある数種の反
応の速度は、より高い反応温度においてより速く
なるし、かつこのような温度において必要な接触
時間はより短かくなる。 一般則として、長時間の接触は、より高度のジ
エステル加水分解を生じる傾向がある。 大抵の例において、約1時間い150℃の附近の
温度における)から約24時間い60〜70℃におけ
る)の接触時間は満足なものである。通常、中和
する時水−稀釈性(water−thinnable)である
生成物へ前記E1エポキシドの本質的に完全な転
化は、125℃〜100℃の温度において3〜6時間の
接触時間で達成されることができる。 操 作 エポキサイドとオルトリン酸供給物質(さらに
は存在していてもよい水)との反応は慣用装置に
よつて直ちに行なわれる。 操作の第一段階は、反応媒体(あるいはエポキ
サイドに対する最良の溶媒であるその成分)に1
種またはそれ以上のエポキサイドを溶解すること
から通常構成される。高分子量(E1)エポキサ
イドの場合、少なくとも、大部分の溶媒への溶解
は通常の温度の下では多少遅く、一般に、8時間
あるいはそれ以上、樹脂/溶媒混合物を撹拌する
ことが必要である。 通常、H3PO485%水溶液である酸供給物質は
反応媒質の1またはそれ以上の成分中に予め溶解
しあるいはそれらによつて希釈してエポキサイド
溶液との混合を促進してもよい。いずれの場合に
あつても、エポキサイド溶液中に酸物質を加える
ほうが、その反対のときよりも一般的にはより有
利である。高度に反応性であるエポキサイド
(E2エポキサイドがしばしばそうである)を使用
しない限り、反応物を徐々におよび/または低温
で互いに加えることは必要でない。高度に反応性
のE1エポキサイドの例としてはビスフエノール
−Aのジグリシジルエーテルがある。 後者の場合、反応が満足のゆく速度で進行し得
るに十分な低い温度で最初から操作することが望
ましい。このようにすれば(さらには希釈するこ
とによつて)、ゲル化をもたらす反応を最少にす
ることができる。したがつて、同時的あるいは連
続的反応において、反応物(および媒質)を、1
日程度まて低温度(例えば、5℃未満)で、予め
冷却、混合および撹拌することによつて、一定の
反応の開始に先立つてできるだけ完全に反応物を
相互に混合することができる。その後、混合物を
徐々に温めて、急激な発熱の起こる傾向を阻止す
べきである。反応性のより高いエポキサイド類が
大部分転化してしまつてから、つまりオキシラン
含量が十分に低下してから、混合物の温度をさら
に高めて、1またはそれ以上の反応をより速やか
に進行させて完結させる。しかし、約150℃を実
質上越える温度は、反応期間中もまた引き続いて
行なわれる溶媒の除去期間中も、一般に避けるべ
きである。 通常の場合、混合反応物は、還流凝縮器、圧力
封止材あるいはその他適当な装置を適宜備えた容
器において、好ましくは撹拌しながら所望反応温
度に加熱する。この容器の内容物は、少なくとも
十分はオキシラン転化が行なわれて、(塩基添加
によつて)水希釈性生成物が得られるまで、加温
下に保持される。 反応混合物は冷却され、次いで以下に述べるよ
うに“中和”され、水で希釈され、そして低沸点
物質を追い出す。沸点が水よりも高い溶媒から成
る、あるいはそれを含む反応媒質を使用した場合
には、この高沸点溶媒を低沸点溶媒によつて置換
えるまで、水の添加を遅らせることができる。低
沸点溶媒は次いで水を加えてから追い出す。 塩化(中和した)樹脂が凝固するおそれがある
ため、一般には、良好な撹拌を行ないつつ徐々に
水を添加するのが望ましい。 塩基中和 H3PO4E1および/またはE2の反応生成物は、
得られる中和生成物が水希釈性となるようなもの
であればいずれの塩基を使つて中和してもよい。
当業者にとつて明らかな因子によつては、完全に
中和することは必ずしもすべての場合に必要では
ない。すなわち、酸/エポキサイド反応生成物
は、水希釈性得るのに要する程度の塩化エステル
P−OH基を与えるに必要なだけの塩基と反応さ
せれば十分である。しかし、リン酸エステル基1
つに対して少なくとも1当量の塩基を加えること
が一般に好ましく、生成物樹脂の酸価が比較的小
さい場合には、通常、必須である。反対に極端な
場合には、酸/エポキサイド反応生成物(存在す
るならばそのすべての遊離H3PO4を含めて)に
存在する酸性水素のすべてを完全に中和するに十
分な量の塩基を加えてもよい。 本発明を実施するのに適当な塩基の例としては
以下のものが挙げられる。 A アルカリ金属水酸化物、例えばリチウム、ナ
トリウムおよびカリウムの水酸化物等。これら
の塩基は、未硬化塩の形態で使用されるべき
(例えば、表面活性剤として)樹脂あるいは存
在する反応性官能基(第二アルコール性ヒドロ
キシル類)を使つて硬化を行なうことのできる
樹脂とともに使用してもよい。 B 適度の水溶解度をもつたリン酸塩または酸リ
ン酸塩を生成する、ベリリウムまたはカルシウ
ム等のアルカリ土金属の酸化物または水酸化
物。この場合にも、これらの塩の硬化には、前
述の反応性官能基の存在が必要である。これら
の塩はまた水分散性シーラーあるいはプライマ
ーとして、後続工程で焼成される未焼成セラミ
ツク材のような材料に使用してもよい。 C 適度の水溶解度を有するリン酸塩または酸リ
ン酸塩を生成する、銅および鉄のような他の金
族の酸化物または水酸化物、あるいはその水和
物、アンモニアとの錯体等。 D アンモニアまたは水酸化アンモニウム。 E 有機塩基類。このクラスの塩基は特に好まし
く、次のような化合物が包含される。 a コリンおよびグアニジン; b 脂肪族の単、多−官能性アミン、例えばメ
チルアミン、n−ブチルアミン、ジエチルア
ミン、トリメチルアミン、ジエチレントリア
ミン、n−ヘキシルアミン、エチレンジアミ
ン、アリルアミン等; c 脂環式アミン、例えばシクロヘキシルアミ
ン、シクロヘプチルアミン等; d 芳香族アミン、例えばアニリン、N,N−
ジメチルアニリン、ジアミノベンゼン等; e ヘテロ環式アミン、例えばエチレンイミ
ン、ピペラジン、モルホリン、ピロリジン、
ピリジン、ヘキサメチレンイミン等;および f アルカノ−ルアミン類およびアルキルアル
カノールアミン類、例えばエタノールアミ
ン、ジメチルアミノエタノール、ジエチルア
ミノエタノール、ジイソプロパノールアミ
ン、トリイソプロパノールアミン、4−ヒド
ロキシ−n−ブチルアミン、2−ジメチルア
ミノ、2−メチル、1−プロパノール等。 これらのクラスa〜fのうちのそれぞれのなか
で、好ましい化合物は、満足のゆく硬化速度を達
成するのに必要な温度以下の温度に加熱するだけ
で、蒸発により水を除去している間あるいはその
後で、中和樹脂分散液から除去できるものであ
る。特に好ましい有機塩基はクラスbおよびfの
ものであつて、それらは約150℃以下に加熱する
だけで除去できる。これは760mmHgの圧力下で
150℃以下の沸点を有する塩基によつて一般に実
施が可能である。 後者の塩基のうちで最も好ましいのは式NR3
で示されるアミン類である。なお、各Rはそれぞ
れ独立にH、メチルまたはエチル基をとりうる
が、1つのRはHである。好ましさが低減する順
にいえば、各種因子、例えば硬化時間(脱中和お
よびアミン除去を行なうに要する時間を含む)お
よび中和反応混合物の粘度およびストリツプ操作
の容易さ等によれば、特に好ましいアミンはトリ
エチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミ
ンおよびジエチルアミンである。トリエチルアミ
ンが特に好ましく、これは、前述の各因子に関し
てばかりでなく、硬化被覆層内に残留している程
度の量であつても、罐詰食品を処理する場合にみ
られるような高い温度でも、水によつては容易に
浸出しないことが分かつたからである。 次に最も好ましいのはR′2N−CH2−CH2−OH
で示されるアルカノ−ルアミンであつて、一方の
R′はH、メチルまたはエチルであり、他のR′は、
独立に、H、エチルまたは2−ヒドロキシエチル
である。好ましさが減少する順に云えば、より好
ましいアルカノ−ルアミンは、N,N−ジメチル
エタノールアミン、N−メチルエタノールアミ
ン、エタノールアミンおよびジエタノールアミン
である。 トリエタノールアミンは本発明に係る高分子量
酸/E1エポキサイド反応生成物の中和に使用す
るのに適当でないのが分かる。DER −667/
H3PO4反応混合物をトリエタノールアミンで中
和し、水で希釈し、次いでストリツプ処理(固体
分約50%となるまで)しても分散物は得られな
い。しかし、本発明に係る分散物の被覆用調合品
にCYMEL 303(ヘキサメトキシメチルメラミ
ン)と共に加える場合には、トリエタノールアミ
ンは何らの問題もない。 さらに知見として得られた点は高分子量E1
酸生成物を、式: で示されるジメチルアミノメチルプロパノールで
中和すると、酸/エポキサイド反応に使用した
H3PO4の量が樹脂(DER −667)100部当り約
1部以上の量であるときにのみ、良好な分散が得
られることである。 以上のアミン類およびアルカノ−ルアミン類の
適宜混合物も特別の用途にはもちろ使用できる。
同様に、別々に調製されたH3PO4との反応生成
物E1およびE2は別々の塩基を使つて中和してか
ら混合してもよく、あるいは最初に混合してから
同じ塩基を使つて中和してもよい。 中和を行なうには、まず、酸/エポキシド反応
混合物(使用した溶媒を含む)を、満足のゆく程
度に容易に撹拌できる分散的とするに十分な量の
水で希釈し、次いで塩基を加える(あるいはその
逆の順序)。エポキシド/酸反応混合物から酸が
除去されなかつた場合には、非常に有利な方法は
単に、反応系に加えられたH3PO4(100%)1モ
ル当り塩基2当量(例えばアミンでは2モル)を
加えることである。しかし、必要とする塩基の量
は中和すべき物質の予め定めた酸含量によつて決
めることができる。あるいは、リトマス紙あるい
はPH紙またはPHメータを使つて塩基の添加を停止
する時点を決定してもよい。通常の操作として満
足される別の方法としては、単に、塩基を少しづ
つ加えてゆき、十分な撹拌を行ないながら、所望
程度の中和が行なわれたことに対応するとして知
られているように、撹拌されている分散液の外
観、性質が著しく変化するまでこれを約める方法
がある。しかし、一般には、6〜10(好ましくは
6.5〜9)の範囲内で一定のPH値を予め中和の終
点として選んでおく。中和速度は、存在する未中
和の酸性ヒドロキシル基の数が少なくなるにつれ
て低下してゆくため、見掛け上の終点が実際に真
の終点であることを確実にするために、それぞれ
塩基を添加してから十分な時間を置くべきであ
る。通常の場合、約1時間経てばPH値の変化はみ
られなくなる。 中和したH3PO4/エポキシド反応生成物の水に
よる稀釈および利用 中和生成物を輸送せずに使用するのでなけれ
ば、普通はそれを製造する際に可及的に小量の水
を用いて、輸送コストを低く抑える。しかし、被
覆されるべき基質へ塗布するに先立つて、中和
(およびストリツピング処理した)生成物は、一
緒に溶解されるべき添加剤や硬化剤の量、意図さ
れた適用方式、所望の粘度、形成されるべき被膜
の厚さ等等の諸因子に基いて、追加の水で稀釈さ
れるのが普通である。(一般には50%の固形分水
準の水性生成物分散物を製造するのが好ましく、
そのような分散物を水でさらに稀釈する際に困難
は全く経験されなかつた)。水の蒸発のためのエ
ネルギー所要量も、もちろん考慮されるべき別の
問題である。普通、稀釈剤として用いられる水
は、良好な撹拌の下に比較的低速度で添加して、
二つの分離液体相の準安定混合物が形成するのを
回避するようにする。しかし、若干の場合には、
逆の添加や、時によつては一時に全部添加するこ
とも可能であることがある。 中和された混合物のストリツピング処理は、除
去されるべき溶媒の通常の沸点に適切な圧力にお
いて、一般的な慣用法で実施される。エステル基
の望ましくない加水分解が生ずるようなストリツ
ピング中の過度の加熱温度を避けるように注意を
払うべきである。望ましくない高ストリツピング
温度は、ストリツピング処理の後半の段階で最も
生じ易く、比較的高沸点の水混和性溶媒が反応媒
質中に用いられたり、または反応媒質として用い
られた場合に特にこの傾向がある。後者の場合に
は、比較的低いストリツピング速度を用いたり、
またはその他の手段例えば該水和混和性溶媒と低
沸点の共沸混合物を形成する溶媒の添加の如き手
段に訴えるべきである。 別の使用状態においては、中和した反応生成物
を、例えば墳霧乾燥して、後で水に溶解または公
知粉末被覆法によつて基質へ直接に適用できる粉
末状に変えることができる。 中和した反応生成物の水性溶液は、スプレイ被
覆、浸漬、ローラー被覆、ハケ塗またはドロウバ
ー使用等の公知方法によつて種々の基質へ適用で
きる。得られる水性フイルムからの水分除去は、
制御された温度および湿度の空気流を制御された
流量でそのフイルム上を通過させること、減圧帯
中をそのフイルムを通過させること、加熱するこ
と等の公知方法によつて、容易に達成できる。中
和された反応生成物(すなわち樹脂)中に存在す
る塩部分が加熱によつて容易に分解されるような
性質のものであり、またその分解で生ずる塩基が
揮発性である場合には、その塩基のすべてまたは
少なくとも大部分は水分除去操作中に除去されう
る。 水分除去後に残留する塩基は、常圧または減圧
下でさらに加熱することにより実質上除去しう
る。除去された塩基は、例えば凝縮法または酸ス
クラツピング法によつて普通回収される。 前述のように、水分および塩基を除去後の樹脂
の硬化は、適宜な作用によつて行うことができ
る。補助的な化学硬化剤を用いるときには、その
硬化剤は水分除去に先立ちまたは水分除去後に
(例えば未硬化フイルム上に揮発性溶媒中の溶液
としてスプレイすることにより)導入できる。一
般に最も便宜で経済的な硬化方法は、単に熱を適
用(例えば焼付法により)して、未中和被覆中の
反応性官能基、例えば第二級ヒドロキシル、P−
OH基と、添加硬化剤(例えば尿素類、メラミン
類およびフエノール系化合物類)中の上記官能基
に対して反応性の基との間の架橋結合を行なわせ
ることであろう。 生成物特定方法 1 酸滴定 生成混合物中の遊離酸として、モノエステル
基としてそしてジエステル基として報告する反
応に仕込んだ燐酸の相対量は以下のようにして
求められる。約1ミリ当量(meq)の固形分
(存在する酸に基き)を与えるに充分な反応混
合物のサンプルを、66.7wt/の2−ブタノン、
16.65wt%のメタノールおよび16.65wt%の水よ
りなる溶媒35ml中に溶解する。この溶液を、メ
トローム(Mutrohm)/ヘリサン(Hersan)
自動滴定器を用いて約0.3Nメタノール性テト
ラブチルアンモニウムヒドロキシドで、測定さ
れる伝導率対滴定剤容積曲線に第2の急変点
(屈曲)が現れるまで滴定する。水10mlおよび
10%CaCl2水溶液10mlを加えて、約10分間反応
させ、それによつてすべての燐酸モノ−および
ジ−エステル基を中性のカルシウム塩の基に変
える。遊離燐酸は一塩基燐酸塩CaHPO4に変え
る。すべてのカルシウム含有生成物は沈澱する
が、こうすることによつて、CaHPO4中のプロ
トンをさらに上記第四級水酸塩基で中和する
と、第2のモノエステルプロトンからの干渉な
しで、滴定曲線上に第3の屈曲点が観察され
る。第1の屈曲点を得るのに要する塩基の量
は、ジエステル中の単一の酸性プロトンとモノ
エステルおよび遊離酸両者中の第1プロトンと
によつて消費される量である。第2屈曲点に達
するのに要する追加の塩基量は、モノエステル
中の第2(最後の)プロトンと遊離酸中の第2
プロトンとによつて消費される量である。最後
の屈曲点に達するのに要する追加の塩基量は、
遊離酸から誘導される前記カルシウム塩中の最
後のプロトンによつてもつぱら消費される量で
ある。引き続いたこれらの屈曲点に達するのに
要した塩基溶液の合計容積をそれぞれU1、U2
およびU3で表わせば、モノ−およびジ−エス
テル基として、および遊離酸として存在する燐
酸(塩)の相対量は下記の関係式から計算しう
る。 遊離H3PO4=U3−U2 モノエステル=2U2−U1−U3 ジエステル=2U1−U2 生成物中のグリコール基(加水分解反応の結
果)として報告される消費エポキシド基の割合
は、下記の関係式から計算できる(ただし、変
換生成物はグリコール、モノエステルまたはジ
エステル基のみであると仮定する)。 %eg=100−MA/eo−ep〔%m+2(%d)〕(1) ここに、 ep=生成物そのものの中に存在するエポキシ
ド当量(通常ゼロである)。 ep=反応に仕込んだエポキシド当量。 eg=グリコール基に変つたエポキシド当量。 MA=反応に仕込んだH3PO4モル数。 %m=モノエステルとして報告する仕込酸モ
ル%。 %d=ジエステルとして報告する仕込酸モル
%。 2 オキシラン基滴定 氷酢酸中のテトラメチルアンモニウムブロミ
ド25%溶液を用い、氷酢酸中の過塩素酸0.1N
溶液で結晶性バイオレツトに対して逆滴定する
ことによる標準的な分析法は、適当であること
が判明し、下記の実施例に示したオキシラン含
量のすべての測定にこの方法を用いた。 3 粘度測定 架橋結合および/または分子量変化の指示尺
度として、以下の実施例に記載した反応混合物
のいくつかのものの粘度を、周知のガードナー
法で測定した。 実施例 1 65%または75%H3PO4との反応およびトリ
メチルアミンでの中和による樹脂DER−667
(商標)の可溶化。EEP=〜2000;3H+/オキ
シラン A 樹脂を同重量のジオキサン中に溶解し、その
溶液を室温で、75%H3PO4と混合した。この
ときの酸/樹脂の重量比は(13.26/200g)で
あり、オキシラン1当量につき3.0当量のH+
与えるようにした。得られた混合物のサンプル
(No.0)を直ちに急冷して分析対照サンプルと
して低温で保存した。混合物の残りの部分を、
7つの連続番号を付けたガラスびんに入れて、
70℃の炉中に置いた。各ガラスびんを下表に示
した経路時間で番号順に炉から取り出して、び
んの中で進行中の反応を停止するように急速に
冷却した。 次いで各内容物のサンプルを、オキシラン
(EEW)、遊離H3PO4、燐酸モノエステル、お
よび燐酸ジエステルについて滴定した。各反応
混合物のガードナー粘度を測定し、そしてトリ
メチルアミンで中和後に、水への分散性を検査
した。 B 上記実験Aを繰返えしたが、樹脂1当量につ
き3当量の酸性ヒドロキシル基(3当量のH+
を与えるような量(15.3g)の65%H3PO4を用
いた。 実験AおよびBの結果を下記表1にまとめて示
す。
[Formula] Dinuclear bisphenol Additional bisphenols are added to the chemistry of phenolic resins, Art D'Avrille Martin 64-79.
Page Wheley & Sons, Inc., New York, New York, Table 1. E 1 epoxides of the type represented by general formula (q) can be prepared by adding one or more phenols to the corresponding epoxide of general formula (a) in a manner known to those skilled in the epoxy resin industry. (wherein R 2 , r and R 20 are as defined above). It has been discovered that the wettability of the resin can be varied in this way to ensure good wetting to a given substrate. It is of course recognized that general formula (q) is representative of products captured as average structures. i.e. its phenolic and type (a)
Even though the epoxides were reacted in equimolar amounts, some of the product molecules were not capped and others reacted with both oxiranes. The epoxide and the phenol can be reacted in a ratio other than 1:1 as long as the EEW of the product does not rise above 5500. Phosphate-providing materials that can be used in the practice of this invention include:
100% orthophosphoric acid, hemihydrate ( 2H3PO4.H2O ) and at least 18% by weight H3PO4 (1/25 moles of water )
H 3 PO 4 ). Various phosphoric acid condensates (eg polyphosphoric acid, partial anhydrides), pyrophosphoric acid and triphosphoric acid can also be used. If the phosphate supply material is of the condensation type, sufficient water must be supplied at some stage prior to curing of the resinous final product to ensure that no substantial amount of P-O-P bonds are present in the cured resin. No. Generally, aqueous phosphoric acid solutions, especially 70 to 90% strength aqueous solutions, are preferred. When a condensate of phosphoric acid is used as feed material, the stage at which P-O-P hydrolysis is carried out depends on whether it is preferred to minimize the water content during the reaction. If the condensation feed is to be fully utilized as H 3 PO 4 during the reaction, sufficient time must be allowed for complete P-O-P hydrolysis to occur. The rate at which the oxirane groups are converted in the E 1 /H 3 PO 4 reaction and the composition of the resulting product are, of course, dependent on factors such as the water to acid ratio, the acid to oxirane ratio, the nature of the solvent, temperature and contact time. Depends on. It has been found that the reaction involves reactions other than the addition of P-OH and oxirane groups. Unless steps are taken to ensure the presence of water in the reaction mixture, the product will contain substantial amounts of molecules in which at least one oxirane group has been converted to an α,β-dihydroxy group, i.e. a glycol group. Probably. This clearly shows that not only H + catalytic addition of water and oxirane but also hydrolysis of the phosphodiester group is occurring. As a result of the previous reaction, some free phosphoric acid is present in the reaction product even when the acid used is in such an amount that there is substantially no more than one P-OH per oxirane group. Generally exists. It is clear that the presence of water has a more important effect on the composition of the epoxide/H 3 PO 4 reaction product compared to what has been achieved so far. The introduction of water into the reaction mixture makes it possible to avoid using 100% phosphoric acid as the sole acid feed material. However, it has been found that esterification of secondary alcoholic hydroxyl groups in DGEBA type epoxides tends to occur to a low extent. Since water is produced by this reaction, operations must be performed to remove any water produced if it is desired to achieve a fairly low ratio of glycol to ester groups in the product. This is easily accomplished by using some P-O-P group-containing acid donor (eg, pyrophosphoric acid or polyphosphoric acid) with 100% phosphoric acid. Esterification of alcoholic hydroxyl groups (and production of water)
can also be minimized by carrying out the reaction at relatively low temperatures, such as 60-80°C. If necessary, a suitable P-O- for later purposes.
The P group-containing acid supplying substance is P-O-P.
It can be easily prepared in situ by pre-reacting with a smaller amount of water than is needed to react all of the groups. The presence of chlorinated phosphonoester groups results in E 1 /
Although essential for the water dilutability of the H 3 PO 4 reaction product, there is no need to report the high proportion of oxirane groups in E 1 as ester groups rather than as glycols in the product. In contrast, esterification products of DER-667, where the ratio of the number of glycol to ester groups was between 18.3 and 1, were found to be water dilutable and produce useful coatings when cured. . (See Example 11) The findings described above are most unexpected and surprising findings, and have important consequences for the suitability of the compositions of the present invention as food container linings. Another result is that when unstable bases are used, the amount of base released before or during curing is lower and recovery problems are correspondingly reduced. Yet another very important result is that the amount of labile base retained in the cured coating is virtually zero. That is, in the range of 50 parts per billion to an undetectable amount. The amount of water provided by the acid epoxide reaction can vary from 0 to 25 molecules per molecule of H 3 PO 4 provided by the acid feed. An excess of about 2-4 moles of water per mole of acid generally results in a heterogeneous reaction mixture unless a good solvent for the water is included. The presence of relatively high proportions of water does not necessarily result in an expectedly low ratio of phosphoester to glycol groups in the reaction product. Ester to glycol ratios such as 1:2.3 were obtained using DER-667 as the epoxide and acetone as the reaction medium at a water to acid molar ratio of approximately 2:1. The resulting resin is generally diluted with water, and it is usually preferred that water be present in the mixture before removing the solvent. Therefore, the presence of relatively large amounts of water during the reaction does not pose any serious problems for these reasons. It was found that long reaction times are essential to achieve high oxirane conversions at high water concentrations. However, it is extremely advantageous from an economic point of view to be able to recycle the recovered solvent, which contains substantially water. Therefore, it will be necessary to determine the optimum water content for any particular E 1 epoxide reaction. This does not require undue experimentation, and the method will be clarified by the Examples below. The amount of acid introduced into the reaction by the acid donor is
The amount should be such as to provide about 0.3 or more acidic hydroxyl groups (hydroxyl groups attached to phosphorus) for each oxirane group present in the E 1 epoxide reactant. However, less than 1/3 mole of H 3 PO 4 per equivalent of E 1 (i.e. oxirane 1
It is preferable to maintain at most 1 acidic hydroxyl group per acid hydroxyl group, thereby avoiding a substantial reduction in the water resistance of the cured product. If E 1 is DER −667 (or a similar DGEBA type epoxide), then
It is highly preferred that H 3 PO 4 is present in an amount of 1 part by weight or less per 100 parts by weight of E 1 . Higher amounts of acid can be used up to the point where the reaction mixture becomes unduly heterogeneous. However, sufficient
By using amounts of H 3 PO 4 or more, sufficient free phosphate can be included to have an undesirable effect on the properties of the uncured or cured resin. It is thus necessary to remove at least some of the excess acid, preferably before introducing the base. The epoxide/acid reaction can be carried out in the absence of water and a reaction medium is not necessarily required.
However, as mentioned above, the use of a medium is essential for the homogeneity of the reaction mixture when the amount of water and/or H 3 PO 4 is high compared to the amount of epoxide. Good results are obtained if the reaction mixture is homogeneous, so it is generally preferred to use a reaction medium in all cases. Suitable reaction media in the present invention are inert substances that form a solution or dispersion that is fluid at the reaction temperature used as a mixture with the reactants. The term "inert" as used herein refers to a medium that does not react adversely with any substances present to such an extent that at least one object of the invention cannot be achieved. Preferred media are inert organic compounds or mixtures thereof that are liquid at ambient temperature, have a boiling point below 150° C., and are solvents for the epoxide and the phosphoric acid feed material used. The medium must also be able to dissolve water sufficiently to achieve the desired ratio of dissolved water to acid (or oxirane groups). Examples of such media include dioxane, glycol ethers, lower alkyl acetates, methyl ethyl ketone, acetone, ethanol, isopropanol, methylene chloride, and mixtures thereof. (The alcohols listed below are examples of inert solvents that do not have harmful reactivity to an unacceptable extent. These alcohols convert an aqueous solution of H 3 PO 4 to a dilute solution of E 1 resin in dichloromethane alone. They are particularly useful as co-solvents where precipitation is likely to occur in the absence of these alcohols, such as in the case of alcohols that are susceptible to precipitation.) The nature of the reaction medium influences both the rate of reaction and the composition of the product. As a general rule,
If a poor solvent for water is used as the reaction medium, the rate of oxirane conversion by P-OH addition and the proportion of diester groups in the reaction mixture are higher. At about 60°C, solvents inferior (or non-) to water are linked together by diester groups:
E promotes the formation of highly polymeric chains consisting of 1 epoxide residues. Thus, DER −667 can be converted to H 3 PO 4 (aqueous H 3 PO 4
1 wt% of (85% of) and 100 % CH2Cl2 at 60 °C
The reaction mixture gels in about 4 hours. Under these conditions, the chemical activity of water in solvents such as dichloromethane does not appear to be high enough for substantial hydrolysis of the oxirane or ester groups to occur. (However, the latter type of gel could be dissolved in more water-miscible solvents and hydrolyzed to fully useful products containing approximately equal numbers of glycol and monoester groups. ) Also, when the reaction medium contains 25% by weight of a water-miscible solvent such as ascentone - CH 2 Cl 2 , diester formation is still the predominant reaction (at 60° C.), but the product is not a gel. Water (included in the H3PO4 ) in a medium consisting of 75% by weight of CH2Cl2 and 25% by weight of acetone at a temperature of 115 °C to 120 °C
The activity of is substantial. Diester formation clearly proceeds and hydrolysis of all the diester groups formed takes place. However, as the proportion of acetone increases further, the diester formation decreases and the monoester content in the final product increases. Obviously the direct addition of water on the oxirane group is the predominant reaction (at 115-120°C), but as the proportion of acetone in the CH 2 Cl 2 /acetone mixture increases, the increase in glycol versus monoester groups increases. The ratio decreases. The nature of the medium in which the neutralization reaction products are formed is also important. That is, the medium that is best for producing the desired reaction product is not necessarily the medium in which the most stable or highest solids content dispersion can be obtained in water. Thus, although a higher monoester content is obtained from the above reaction of DER-667 with 85% H 3 PO 4 in acetone alone than in the acetone/CH 2 Cl 2 solution,
Tests have shown that the presence of small amounts of dichloroethane aids in the dispersibility of the neutralized product formed when water is added and the organic medium is removed. Also, in general, the product particles formed by stripping the neutralized epoxide/acid reaction mixture exhibit less tendency to agglomerate when obtained from solutions in dioxane or methyl ethyl ketone, especially the latter solvent. These solvents can therefore be used particularly advantageously as a medium for the production of neutralized acid/epoxide products which are inherently difficult to disperse in water. If extractive removal of excess phosphoric acid is intended in the pre-neutralization stage, it is of course possible to include in the reaction medium an appropriate amount of a solvent which is immiscible with water or has a tendency to emulsify thereby. be. Also, if more than stoichiometric amount of base is used for neutralization,
Base-labile solvents such as acetone must be removed first. Mixtures of two or more solvents are preferred in some instances for preparing a medium with a desired combination of solvent action and initial boiling point or azeotropic point (reflux temperature). Suitable reaction temperatures range from the lowest temperature at which P-OH addition with the oxirane group (in the E 1 epoxide) proceeds at a useful rate, to higher temperatures.
(1) a harmful reaction (such as between an alcoholic reaction medium and phosphoric acid) occurs to an unacceptable extent; or (2)
up to temperatures such that excessively high solvent vapor pressures occur. Although temperatures within the range of 50°C to 150°C are generally satisfactory, it is preferred to maintain the reaction temperature within the range of 70°C to 135°C. A range of 100°C to 125°C is particularly preferred, and a range of 110°C to 120°C is believed to be near optimal for commercial implementation of the process of the invention. The interdependent nature of temperature and solvent effects was shown in the previous discussion of reaction media. When reaction temperatures above the atmospheric boiling point of the reaction medium are used, pressure is an important factor in the reaction only when operation under high pressure - at least equal to the autogenous pressure of the reaction mixture is necessary. . Of course, the reaction can be carried out under reduced pressure if desired. Contact time is an important factor in this process, as the reaction is generally allowed to proceed until less than 1%, preferably less than 0.5%, of the oxirane groups initially present are consumed. It is only necessary to convert as much epoxide as is necessary to produce a reaction product having essentially the properties of the more highly reacted epoxide/acid products of this invention. That is, it is only necessary that the epoxide conversion be essentially complete. In accordance with known principles, the rate of some reactions that tend to occur will be faster at higher reaction temperatures, and the contact times required will be shorter at such temperatures. As a general rule, longer contact times tend to result in a higher degree of diester hydrolysis. In most instances, contact times of about 1 hour (at temperatures around 150°C) to about 24 hours (at 60-70°C) are satisfactory. Typically, essentially complete conversion of the E 1 epoxide to a product that is water-thinnable upon neutralization is achieved in a contact time of 3 to 6 hours at a temperature of 125°C to 100°C. can be done. Operation The reaction of the epoxide with the orthophosphoric acid feed material (and optionally water) is carried out immediately in conventional equipment. The first step in the operation is to add 1% to the reaction medium (or its components that are the best solvents for the epoxide).
It usually consists of dissolving one or more epoxides. For high molecular weight (E 1 ) epoxides, at least in most solvents, dissolution is somewhat slow under normal temperatures, generally requiring stirring of the resin/solvent mixture for 8 hours or more. The acid feed material, typically an 85% aqueous H 3 PO 4 solution, may be predissolved in or diluted with one or more components of the reaction medium to facilitate mixing with the epoxide solution. In either case, it is generally more advantageous to add the acid material to the epoxide solution than vice versa. It is not necessary to add the reactants together gradually and/or at low temperatures unless highly reactive epoxides are used (which E2 epoxide often is). An example of a highly reactive E 1 epoxide is the diglycidyl ether of bisphenol-A. In the latter case, it is desirable to operate initially at a temperature sufficiently low to allow the reaction to proceed at a satisfactory rate. In this way (and by dilution) reactions that lead to gelation can be minimized. Therefore, in simultaneous or sequential reactions, the reactants (and medium) are
By pre-cooling, mixing and stirring at low temperatures (for example below 5° C.) for several days, the reactants can be mixed together as thoroughly as possible prior to the start of a given reaction. Thereafter, the mixture should be warmed gradually to prevent any tendency towards rapid exotherm. After most of the more reactive epoxides have been converted, i.e., the oxirane content has been sufficiently reduced, the temperature of the mixture can be raised further to drive one or more reactions to completion more rapidly. let However, temperatures substantially above about 150°C should generally be avoided during the reaction period as well as during subsequent solvent removal. In general, the mixed reactants are heated to the desired reaction temperature, preferably with stirring, in a vessel suitably equipped with a reflux condenser, pressure seal, or other suitable equipment. The contents of this vessel are maintained under heat until at least sufficient oxirane conversion has taken place to yield a water-reducible product (by addition of base). The reaction mixture is cooled, then "neutralized" as described below, diluted with water, and driven off low boiling materials. If a reaction medium consisting of or containing a solvent with a boiling point higher than that of water is used, the addition of water can be delayed until the high-boiling solvent has been replaced by a lower-boiling solvent. The low boiling solvent is then driven off after adding water. Since the chlorinated (neutralized) resin may coagulate, it is generally desirable to add water gradually with good stirring. The reaction products of base neutralization H 3 PO 4 E 1 and/or E 2 are:
Any base may be used for neutralization so long as the resulting neutralized product is water dilutable.
Complete neutralization may not be necessary in all cases, depending on factors that will be apparent to those skilled in the art. That is, it is sufficient to react the acid/epoxide reaction product with as much base as necessary to provide the chloride ester P-OH groups to the extent necessary to provide water-reducibility. However, the phosphate group 1
It is generally preferred, and usually necessary, when the acid number of the product resin is relatively low that at least one equivalent of base is added per base. At the other extreme, an amount of base sufficient to completely neutralize all of the acidic hydrogen present in the acid/epoxide reaction product (including any free H 3 PO 4 if present) may be added. Examples of suitable bases for practicing the invention include: A Alkali metal hydroxides, such as lithium, sodium and potassium hydroxides. These bases should be used in the form of uncured salts (e.g. as surfactants) or with resins in which curing can be effected using the reactive functional groups present (secondary alcoholic hydroxyls). May be used. B. Oxides or hydroxides of alkaline earth metals, such as beryllium or calcium, which produce phosphates or acid phosphates with moderate water solubility. Again, curing of these salts requires the presence of the aforementioned reactive functional groups. These salts may also be used as water-dispersible sealers or primers on materials such as green ceramic materials that are fired in subsequent steps. C Oxides or hydroxides of other metal groups such as copper and iron, or their hydrates, complexes with ammonia, etc., to form phosphates or acid phosphates with moderate water solubility. D Ammonia or ammonium hydroxide. E. Organic bases. This class of bases is particularly preferred and includes compounds such as: a choline and guanidine; b aliphatic mono- and polyfunctional amines, such as methylamine, n-butylamine, diethylamine, trimethylamine, diethylenetriamine, n-hexylamine, ethylenediamine, allylamine, etc.; c cycloaliphatic amines, such as cyclohexylamine , cycloheptylamine, etc.; d aromatic amines, such as aniline, N,N-
dimethylaniline, diaminobenzene, etc.; e heterocyclic amines, such as ethyleneimine, piperazine, morpholine, pyrrolidine,
Pyridine, hexamethyleneimine, etc.; and f alkanolamines and alkylalkanolamines, such as ethanolamine, dimethylaminoethanol, diethylaminoethanol, diisopropanolamine, triisopropanolamine, 4-hydroxy-n-butylamine, 2-dimethylamino , 2-methyl, 1-propanol, etc. Within each of these classes a-f, preferred compounds require only heating to a temperature below that necessary to achieve a satisfactory rate of cure, while removing water by evaporation or It can then be removed from the neutralized resin dispersion. Particularly preferred organic bases are those of classes b and f, which can be removed simply by heating below about 150°C. This is under a pressure of 760mmHg
It is generally possible to carry out with bases having a boiling point below 150°C. Most preferred of the latter bases is the formula NR 3
These are amines represented by Note that each R can independently be H, methyl, or ethyl group, and one R is H. In order of decreasing preference, various factors such as curing time (including the time required to perform deneutralization and amine removal), viscosity of the neutralization reaction mixture and ease of stripping, particularly Preferred amines are triethylamine, dimethylamine, trimethylamine and diethylamine. Triethylamine is particularly preferred, not only with respect to each of the aforementioned factors, but also because it is highly resistant to residual amounts in the cured coating and at high temperatures such as those found when processing canned foods. This is because it was found that it does not easily leach out depending on the water. The next most preferred is R′ 2 N−CH 2 −CH 2 −OH
An alkanolamine represented by
R' is H, methyl or ethyl; the other R's are
Independently H, ethyl or 2-hydroxyethyl. In order of decreasing preference, the more preferred alkanolamines are N,N-dimethylethanolamine, N-methylethanolamine, ethanolamine and diethanolamine. It turns out that triethanolamine is not suitable for use in neutralizing the high molecular weight acid/E 1 epoxide reaction products of this invention. DER −667/
Neutralizing the H 3 PO 4 reaction mixture with triethanolamine, diluting with water, and then stripping (to approximately 50% solids) does not yield a dispersion. However, triethanolamine presents no problems when added together with CYMEL 303 (hexamethoxymethylmelamine) to the coating formulation of the dispersion according to the invention. Furthermore, the point obtained as a finding is that the high molecular weight E 1 /
The acid product has the formula: Neutralization with dimethylaminomethylpropanol gives the acid/epoxide reaction
Good dispersion is obtained only when the amount of H 3 PO 4 is greater than or equal to about 1 part per 100 parts of resin (DER-667). Of course, suitable mixtures of the above amines and alkanolamines can also be used for special purposes.
Similarly, the reaction products E 1 and E 2 with H 3 PO 4 prepared separately may be neutralized using separate bases and then mixed, or they may be mixed first and then mixed with the same base. You can use it to neutralize it. Neutralization is carried out by first diluting the acid/epoxide reaction mixture (including the solvent used) with enough water to make it satisfactorily easily stirrable and dispersing, and then adding the base. (or vice versa). If the acid is not removed from the epoxide/acid reaction mixture, a very advantageous method is to simply add 2 equivalents of base (e.g. 2 moles for amines) per mole of H 3 PO 4 (100%) added to the reaction system. ). However, the amount of base required can be determined by the predetermined acid content of the substance to be neutralized. Alternatively, litmus or PH paper or a PH meter may be used to determine when to stop adding base. Another method, which is satisfactory as normal operation, is to simply add the base in portions, with sufficient stirring, as is known, until the desired degree of neutralization has been achieved. There is a method in which this condition is maintained until the appearance and properties of the dispersion being stirred change significantly. However, generally between 6 and 10 (preferably
A certain PH value within the range of 6.5 to 9) is selected in advance as the end point of neutralization. Since the rate of neutralization decreases as fewer unneutralized acidic hydroxyl groups are present, each addition of base is necessary to ensure that the apparent endpoint is actually the true endpoint. You should wait a sufficient amount of time after doing so. Normally, no change in PH value will be seen after about an hour. Dilution and utilization of the neutralized H 3 PO 4 /epoxide reaction product with water Unless the neutralized product is to be used without transport, it is common to use as little water as possible in its preparation. to keep transportation costs low. However, prior to application to the substrate to be coated, the neutralized (and stripped) product must be prepared in accordance with the amount of additives and hardeners to be dissolved, the intended mode of application, the desired viscosity, Additional water is typically diluted based on factors such as the thickness of the coating to be formed. (It is generally preferred to produce an aqueous product dispersion at a solids level of 50%;
No difficulties were experienced in further diluting such a dispersion with water). The energy requirement for water evaporation is of course another issue to be considered. Water, commonly used as a diluent, is added at a relatively low rate with good agitation.
The formation of metastable mixtures of two separate liquid phases is avoided. However, in some cases,
It may be possible to add in reverse or sometimes all at once. Stripping of the neutralized mixture is carried out in common practice at a pressure appropriate to the normal boiling point of the solvent to be removed. Care should be taken to avoid excessive heating temperatures during stripping that would result in undesired hydrolysis of the ester groups. Undesirably high stripping temperatures are most likely to occur during the later stages of the stripping process, especially when relatively high boiling water-miscible solvents are used in or as the reaction medium. . In the latter case, using a relatively low stripping speed or
Or other means should be resorted to, such as the addition of a solvent which forms a low-boiling azeotrope with the hydration-miscible solvent. In another state of use, the neutralized reaction product can be converted, for example by spray drying, into powder form which can later be dissolved in water or applied directly to a substrate by known powder coating methods. The aqueous solution of the neutralized reaction product can be applied to a variety of substrates by known methods such as spray coating, dipping, roller coating, brushing or using a draw bar. Removal of water from the resulting aqueous film is as follows:
This can be readily accomplished by known methods such as passing a flow of air at a controlled rate of controlled temperature and humidity over the film, passing the film through a vacuum zone, heating, etc. If the salt moiety present in the neutralized reaction product (i.e. resin) is of such a nature that it is easily decomposed by heating, and the base produced by the decomposition is volatile, All or at least most of the base may be removed during the water removal operation. The base remaining after water removal can be substantially removed by further heating under normal pressure or reduced pressure. The removed base is usually recovered by, for example, condensation methods or acid scraping methods. As mentioned above, curing of the resin after removal of moisture and base can be performed by an appropriate action. When an auxiliary chemical hardener is used, the hardener can be introduced prior to or after water removal (eg, by spraying it as a solution in a volatile solvent onto the uncured film). Generally, the most convenient and economical curing method is to simply apply heat (e.g., by baking) to remove reactive functional groups in the unneutralized coating, such as secondary hydroxyl, P-
Cross-linking will occur between the OH groups and groups reactive towards the above-mentioned functional groups in the additive hardeners (eg ureas, melamines and phenolic compounds). Product Identification Method 1 Acid Titration The relative amounts of phosphoric acid charged to the reaction, reported as free acid, as monoester groups, and as diester groups in the product mixture, are determined as follows. A sample of the reaction mixture sufficient to give approximately 1 milliequivalent (meq) of solids (based on acid present) was added to 66.7 wt/w of 2-butanone,
Dissolve in 35 ml of a solvent consisting of 16.65 wt% methanol and 16.65 wt% water. This solution was prepared using a Mutrohm/Hersan
Titrate with approximately 0.3N methanolic tetrabutylammonium hydroxide using an automatic titrator until a second abrupt point (kink) appears in the measured conductivity vs. titrant volume curve. 10ml of water and
10 ml of 10% CaCl 2 aqueous solution is added and allowed to react for about 10 minutes, thereby converting all phosphoric acid mono- and di-ester groups into neutral calcium salt groups. Free phosphoric acid is converted to monobasic phosphate CaHPO4 . All calcium-containing products precipitate, but by doing so further neutralization of the protons in CaHPO4 with the quaternary hydroxyl base allows titration without interference from the second monoester proton. A third inflection point is observed on the curve. The amount of base required to obtain the first inflection point is the amount consumed by the single acidic proton in the diester and the first proton in both the monoester and the free acid. The amount of additional base required to reach the second inflection point is the sum of the second (last) proton in the monoester and the second proton in the free acid.
This is the amount consumed by protons. The amount of additional base required to reach the final bending point is
It is the amount consumed exclusively by the last proton in the calcium salt derived from the free acid. The total volumes of base solution required to reach these subsequent inflection points are U 1 and U 2 , respectively.
and U 3 , the relative amounts of phosphoric acid (salt) present as mono- and di-ester groups and as free acid can be calculated from the relationship below. Free H 3 PO 4 = U 3 −U 2 Monoester = 2U 2 −U 1 −U 3 Diester = 2U 1 −U 2 of consumed epoxide groups reported as glycol groups in the product (result of hydrolysis reaction). The proportion can be calculated from the relationship below (assuming that the conversion products are only glycol, monoester or diester groups). %eg=100−M A /eo−ep [%m+2(%d)] (1) where ep = epoxide equivalent weight present in the product itself (usually zero). e p = equivalent weight of epoxide charged to the reaction. e g = epoxide equivalent converted to glycol group. M A = number of 4 moles of H 3 PO charged to the reaction. %m = mole % charged acid reported as monoester. %d = mole % charged acid reported as diester. 2 Oxirane group titration Using a 25% solution of tetramethylammonium bromide in glacial acetic acid, perchloric acid 0.1N in glacial acetic acid
A standard analytical method by back titration against crystalline violet in solution was found to be suitable and was used for all determinations of oxirane content given in the examples below. 3. Viscosity Measurements As an indicator of crosslinking and/or molecular weight change, the viscosity of some of the reaction mixtures described in the following examples was measured by the well-known Gardner method. Example 1 Resin DER-667 by reaction with 65% or 75% H 3 PO 4 and neutralization with trimethylamine
Solubilization of (trademark). EEP=~2000; 3H + /oxirane A The resin was dissolved in an equal weight of dioxane and the solution was mixed with 75% H 3 PO 4 at room temperature. The weight ratio of acid/resin at this time was (13.26/200 g), so as to give 3.0 equivalents of H + per equivalent of oxirane. A sample of the resulting mixture (No. 0) was immediately quenched and stored at low temperature as an analysis control sample. the rest of the mixture,
Put it in a glass bottle with 7 consecutive numbers.
Placed in an oven at 70°C. Each vial was removed from the oven in numerical order at the pass times shown in the table below and rapidly cooled to stop the reaction underway within the vial. A sample of each content was then titrated for oxirane (EEW), free H 3 PO 4 , phosphoric monoester, and phosphoric diester. The Gardner viscosity of each reaction mixture was measured and the dispersibility in water was tested after neutralization with trimethylamine. B Experiment A above was repeated, but with 3 equivalents of acidic hydroxyl groups (3 equivalents of H + ) per equivalent of resin.
An amount of 65% H 3 PO 4 (15.3 g) was used to give . The results of Experiments A and B are summarized in Table 1 below.

【表】【table】

【表】 実施例 2 85%または99%H3PO4とジオキサン中で還
流温度での反応、およびトリメチルアミンでの
中和による樹脂DER−664(商標)の可溶化。
EEW=〜1000;H+/オキシラン比=3:1 A 25グラム(0.025当量)のDER−664を25グラ
ムのジオキサン中に溶解した。得られた溶液に
対し、ジオキサン中に100%H3PO4(99%、取
扱い中に水分吸収)を10%溶解した溶液25グラ
ム(〜0.076当量)を加えた。 この混合物溶液を還流温度(〜101℃)まで
加熱し、3時間還流して、室温にまで冷却し
た。この反応混合物の酸価は124.05であつた。
(これに対して、H3PO41分子当りに1個のオ
キシラン基が付加した場合の理論値は102であ
る)。未反応エポキシドは検出できなかつた。 反応混合物を50mlの水で抽出したところ、エ
キストラクトの酸含有量は稀KOHで滴定して、
0.013当量であつた。このラフイネートは、中
和にトリメチルアミン3g(0.03当量)を必要
とした。反応についての合計消費量は、従つて
0.076−(0.013+0.030)=0.033当量、すなわち、
オキシラン1当量につき0.033/0.025=1.32当
量のH+であつた。 B 実験Aを繰返したが、実験Aで用いた酸溶液
の代りに、85%H3PO4を2.94g(0.076当量)
含むジオキサン溶液を用いた。反応混合物の酸
価は低く(108)、エキストラクトおよびラフイ
ネートの酸含有量は、それぞれ0.009および
0.035当量であり、この実験でも反応で消費さ
れた酸は0.033当量であつた。 ラフイネートAおよびBの両者は(残留ジオキ
サンのストリツピング後に)、かすかに曇つては
いるが安定な水中分散物を41%の固形分含量で与
えた。 実施例 3 85%H3PO4との反応によるDGEBA型エポキ
シ樹脂の可溶化に及ぼすEEPおよびH+/オキ
シラン比の影響 EEWが190から2000にわたつて変化する4種の
DGEBA型樹脂を、別々に、85%H3PO4とジオキ
サン中で75%で反応させた。H3PO4の量は、オ
キシラン1当量につき0.5〜3.0当量のH+を与える
ような量とした。反応混合物それ自体およびそれ
をトリメチルアミンで中和し、溶媒をストリツピ
ングしたときのもの、各々の分散性を検査した。
結果を下記表2にまとめて示す。表中の結果か
ら、H+:オキシラン比が0.5程度に低くなると本
発明の目的が一般に達せられないことが判る。ま
たこれらのデータは、その比が約1.0以上である
ことが約1000以上のEEWを有する樹脂のみの分
散性に必要であることを示している。
Table: Example 2 Solubilization of resin DER-664™ by reaction with 85% or 99% H 3 PO 4 in dioxane at reflux temperature and neutralization with trimethylamine.
EEW = ~1000; H + /oxirane ratio = 3:1 A 25 grams (0.025 equivalents) of DER-664 were dissolved in 25 grams of dioxane. To the resulting solution was added 25 grams (~0.076 equivalents) of a 10% solution of 100% H 3 PO 4 (99%, water absorbed during handling) in dioxane. The mixture solution was heated to reflux temperature (~101°C), refluxed for 3 hours, and cooled to room temperature. The acid value of this reaction mixture was 124.05.
(On the other hand, the theoretical value when one oxirane group is added per molecule of H 3 PO 4 is 102). No unreacted epoxide could be detected. The reaction mixture was extracted with 50 ml of water, and the acid content of the extract was titrated with dilute KOH.
It was 0.013 equivalent. This ruffinate required 3 g (0.03 equivalents) of trimethylamine for neutralization. The total consumption for the reaction is therefore
0.076−(0.013+0.030)=0.033 equivalent, i.e.
There were 0.033/0.025=1.32 equivalents of H + per equivalent of oxirane. B Experiment A was repeated, but instead of the acid solution used in Experiment A, 2.94 g (0.076 equivalents) of 85% H 3 PO 4 was added.
A dioxane solution containing The acid number of the reaction mixture is low (108), and the acid content of the extract and raffinate are 0.009 and 0.009, respectively.
The amount of acid consumed in the reaction was 0.033 equivalent in this experiment as well. Both Ruffinates A and B gave (after stripping of residual dioxane) slightly cloudy but stable dispersions in water with a solids content of 41%. Example 3 Effect of EEP and H + /oxirane ratio on solubilization of DGEBA type epoxy resin by reaction with 85% H 3 PO 4 Four species with EEW varying from 190 to 2000
DGEBA type resins were reacted separately at 75% in dioxane with 85% H 3 PO 4 . The amount of H 3 PO 4 was such as to provide 0.5 to 3.0 equivalents of H + per equivalent of oxirane. The dispersibility of the reaction mixture itself and when it was neutralized with trimethylamine and stripped of solvent was examined.
The results are summarized in Table 2 below. From the results in the table, it can be seen that the object of the present invention cannot generally be achieved when the H + :oxirane ratio is as low as about 0.5. These data also indicate that a ratio of about 1.0 or greater is necessary for the dispersibility of only resins with an EEW of about 1000 or greater.

【表】【table】

【表】 実施例 4 縮合燐酸原料との反応による樹脂DER−667
の可溶化(8P−OH/オキシラン) 200gのジオキサン中の100g(0.05当量)の
DER−667の溶液を、ピロ燐酸17.8g(0.1モル)
(H3PO4の0.2モルに相当)を同重量のジオキサン
に溶解した溶液を拌撹した中へ徐々に滴下した。
この反応混合物の温度は80〜100℃に維持した。
約0.5時間で軟いゲルが形成した。これにジオキ
サンをさらに270g加えると、ゲルは部分的にの
み溶解したが、得られた混合物は撹拌しうるもの
であつた。さらに3時間の反応後には、未反応エ
ポキシドは検出されなかつた(連続の液相におい
て)。ゲル相のサンプルを滴定したところ(17%
H2O、17%メタノールおよび66%メチルエチル
ケトンの混合溶媒中に溶解して)、オキシラン基
が燐酸ジエステル基に変化したDER−667から主
として成ることが判明した。 その反応混合物に10g(0.56モル)の水を加
え、3時間撹拌、加熱することにより、均質液体
へ変えた。この最終溶液を滴定したところ、すべ
てのジエステル基およびP−O−P結合は加水分
解されたことが判明した。 遊離燐酸の量は滴定により良好に測定できなか
つたので、反応混合物の一部を水で繰り返えし抽
出し、それらのエキストラクトを合せたものを滴
定した。DER−667中のオキシラン基で燐酸モノ
エステルに変化したものの割合は、仕込H3PO4
の量(H4P2O7で仕込)と上記エキストラクト中
の遊離酸の最終含量との差から、71、4%である
と計算された。従つてグリコール基に変化したオ
キシラン基の割合は(差により)28.6%であり、
最終生成物中のグリコール:モノエステル基の比
は0.4であつた。 ゲルと共に形成された液相は分離されずに形成
されたが、この相に関する滴定曲線から、それが
含有する667−誘導製品の約10%以下のみがジエ
ステルであり、残りはモノエステルであることが
推算された。 実質的にH3PO4を含んでいなかつたおよび含
んでいた(水抽出による)最終反応混合物試料か
ら分散物を調製した。試料をトリエチルアミンで
中和してPH7.5〜8.0とし、ストリツピングを行な
つた後、水で稀釈して、非揮発性成分の含有率が
16重量%となるようにした。抽出を行なわない試
料からは粘稠でくもりのある白色の、良好なフイ
ルム形成特性を有する分散物が得られた。抽出を
行なつた試料からは、水のように薄い、透明青色
の分散物が得られたが、この分散物のフイルム形
成特性は好ましくなかつた。 実施例 5 DER −667とH3PO4との反応生成物中和体
の、〜13000以下のEEWを有するDGEBAエポ
キシド用分散剤としての有用性 A DER −667(EEW〜1550)を、エポキシド
1当量当り1モル(6phr)のH3PO4(H3PO4
99%水溶液として)と、メチルエチルケトン中
にて80℃で15時間反応させることにより“高”
エステル含量のDER −667/H3PO4製品をつ
くつた。未転化エポキシドの残留はなく、グリ
コール対エステル比は34/66=1/1.94であつ
た。この生成物を順次に前より少ない量の
DER −684溶液(MEK中固形物40重量%)
と混合し、生じた各混合物を2当量のトリエチ
ルアミンで中和し、25phrの塩化メチレンで稀
釈し、全樹脂量100部につき100部の水と混合し
た。ストリツピングした後の生成物(エマルジ
ヨン)は全量50重量%の固形物を含んでおり、
分散物としして評価された。結果は第3表に与
えられている通りである。
[Table] Example 4 Resin DER-667 produced by reaction with condensed phosphoric acid raw material
Solubilization of (8P-OH/oxirane) 100g (0.05 equivalent) in 200g dioxane
A solution of DER-667 was added to 17.8 g (0.1 mol) of pyrophosphoric acid.
(equivalent to 0.2 mol of H 3 PO 4 ) was gradually added dropwise into a stirred solution of the same weight of dioxane.
The temperature of the reaction mixture was maintained at 80-100°C.
A soft gel was formed in about 0.5 hours. When an additional 270 g of dioxane was added, the gel only partially dissolved, but the resulting mixture was stirrable. After a further 3 hours of reaction, no unreacted epoxide was detected (in the continuous liquid phase). Titration of gel phase sample (17%
When dissolved in a mixed solvent of H 2 O, 17% methanol and 66% methyl ethyl ketone), it was found to consist primarily of DER-667 with the oxirane groups converted to phosphodiester groups. 10 g (0.56 mol) of water was added to the reaction mixture, and the mixture was stirred and heated for 3 hours to transform it into a homogeneous liquid. Titration of this final solution showed that all diester groups and P-O-P bonds were hydrolyzed. Since the amount of free phosphoric acid could not be determined well by titration, a portion of the reaction mixture was extracted repeatedly with water and the combined extracts were titrated. The proportion of oxirane groups in DER-667 converted to phosphoric acid monoester is
(charged with H 4 P 2 O 7 ) and the final content of free acid in the extract was calculated to be 71.4%. Therefore, the proportion of oxirane groups converted to glycol groups is 28.6% (due to the difference),
The ratio of glycol:monoester groups in the final product was 0.4. Although the liquid phase formed with the gel did not separate, the titration curve for this phase indicates that it contains only about 10% or less of the 667-derived product as diesters and the remainder as monoesters. was estimated. Dispersions were prepared from final reaction mixture samples that were substantially free of and contained (by water extraction) H 3 PO 4 . The sample was neutralized with triethylamine to a pH of 7.5 to 8.0, stripped, and diluted with water to determine the content of non-volatile components.
The content was adjusted to 16% by weight. The sample without extraction gave a viscous, cloudy white dispersion with good film-forming properties. The extracted sample yielded a water-thin, transparent blue dispersion, but the film-forming properties of this dispersion were unfavorable. Example 5 Utility of the Neutralized Reaction Product of DER-667 and H3PO4 as a Dispersant for DGEBA Epoxides with EEW of ~13000 or Less A 1 mole per equivalent (6 phr) of H 3 PO 4 (H 3 PO 4
99% aqueous solution) in methyl ethyl ketone at 80℃ for 15 hours.
DER −667/H 3 PO 4 products with ester content were created. There was no residual unconverted epoxide, and the glycol to ester ratio was 34/66 = 1/1.94. This product is successively added in smaller amounts than the previous one.
DER −684 solution (40% solids by weight in MEK)
and each resulting mixture was neutralized with 2 equivalents of triethylamine, diluted with 25 phr of methylene chloride, and mixed with 100 parts of water per 100 parts of total resin. The product after stripping (emulsion) contains 50% solids by weight,
It was evaluated as a dispersion. The results are as given in Table 3.

【表】 なし
B MEK中DER −684の40重量%溶液680gを
3.72gのピロりん酸およびそれを100%H3PO4
(〜1.5phr)に転化するのに必要な量の水
(0.38g)と共に、78℃に24時間加熱した。樹
脂のEEWは50000(〜74%オキシラン転化)以
上に上昇することはなく、中和された最終産物
は水を加えても分散物にならなかつた。A項の
混合物中のDER −684の代りに50000EEWの
樹脂製品を用いた場合は、幾分悪い分散性が認
められた。 A項の実験において得られた分散状混合物の
DER −684含有量5050phr以下のものは、本組
成物発明の独特の優れた組成物を具体的に示すも
のといえる。当業者は、(平均)分子量約26000の
DGEBA樹脂の存在によつてもたらされる、硬化
塗膜特性についての利点を評価するであろう。さ
らに、B項の実験で観察された極めて緩慢なオキ
シランの転化速度から、大部分またはすべての
DER −684オキシラン基は、形成された−684
分散物中に、そのまゝの形で存在することは明ら
かである。水−および酸−可水分解性アミンホス
フエート基両者の存在下に(たとえDER −684
が溶解されずに分散されていたとしても)、後者
の基が不特定の時間転化されずに留まつていると
は予想されなかつたであよう。しかしながら、
DER −684(そのまゝ、またはH3PO4との反応
物)とDER −667/H3PO4反応産物との中和混
合物の水性分散物は、高度に新規性のある、オキ
シラン含有物質組成であるとみなして至当である
と思われる。 実施例 6 遊離酸含量の低減。EEWの高いDGEBA樹脂
と、〜6phr H3PO4との反応生成物における、分
散性の改善。 MEK中に95g(0.0198当量)のDER −669
(EEW4800)と、5.88gの85%H3PO4(0.051モル
のH3PO4;オキシラン当り7.73P−OH)とを含
む溶液を80℃で15時間還流した。この反応混合物
を冷却し、分析試料を採取した: 未反応オキシラン濃度、0; ホスホモノエステルに転化されたオキシラン、
40%; グリコールに転化されたオキシラン、60%; グリコール/エステル基比 3/2; 生成物中の遊離H3PO4、4.31gまたは存在する
非揮発性成分の4.27重量% この反応混合物をいくつかの部分に分けた。そ
のうちのある部分をトリエチルアミンでPH7に中
和し、水で中和した後ストリツピングした。この
ストリツピングした物質は安定な分散物ではなか
つた。 第2の部分を十分な量の水(当溶液の水)と混
合し、ポリマーを沈澱させた。液相部分をデカン
テーシヨンで除き、沈澱は水で細かくほぐし、そ
れにさらにデカンテーシヨンを行ない水を除い
た。ポリマーをMEK中に捕捉し、この溶液を採
取して分析試料とした。洗浄により30%の遊離酸
が除去されたことがわかつた。存在するH3PO4
は、樹脂様生成物の約3重量%を占めていた。こ
の生成物をトリエチルアミンでPH7に中和し、そ
れを水で稀釈し、かつMEKをストリツピングで
除くことにより、安定な不透明の粒状でない分散
物(固形物50%)が得られた。 実施例 7 DGEBA樹脂をキヤツプするために使用され
たフエノール上の置換基の基材湿潤性に及ぼす
影響 DER −664を、それぞれ別個に、オキシラン
の当量当りそれぞれ0.5分子量の、フエノール、
p−t−ブチルフエノールおよびp−ノニルフエ
ノールと反応させた。1グラムモルのフエノール
反応体、0.3gのA−1触媒(エチルトリフエニ
ホスホニウムアセテート)および15mlのキシレン
を、250g(0.13gモル)の溶融状(〜120℃)
DER −664に加え、混合物を撹拌しながら200
℃に加熱し、EEWが、フエノールの分子量と樹
脂の最初のEEWの2倍との合計にほゞ等しくな
るまで還流した。キシレンをストリツピングで除
き、保留試料をとり、等しい重量のMEKを撹拌
して残留するキヤツプされた樹脂に加えた。 できた溶液を加熱して還流し、0.5モルの
H3PO4(85%の酸水溶液として)を等しい重量の
MEKで稀釈し、1滴ずつ滴下した。EEWが約
60000になるか、または一定値を保持するように
なるまで還流を続けた。溶液を冷却し、1モルの
トリエチルアミンで中和し、その中に固形物を保
持させたまゝ稀釈した。稀釈した混合物を70℃の
下で減圧下に撹拌しながら、もはやMEKが離脱
して来なくなるまでストリツピングした。ストリ
ツピングした後の生成物は、(分析したところ)
約50重量%の固形物を含む安定な水性分散物であ
つた。この分散物のいくつかに分けた各部分を、
水で稀釈してそれぞれ固形物30、35および40重量
%とした。#4スピンドルを100rpmで用いて、
4種の分散物(合計12)の各々につき、ブルツク
フイールドRVT粘度を決定した。また、5990cm
直径のワイヤサークルを用いるフイツシヤー表面
張力を測定した(各々、平均5回反復)。 比較すべき分散物の各々の少量を同じパネルの
上にとり、それらを同時に並行に、#18ワイヤー
巻きロツドで引きのばし、できたフイルム片につ
いて、連続性、“クローリング”、拡がりまたは収
縮、“ビーデイング”、“フイツシユアイ”および
平坦性を観察した。各組について、前述の視覚的
基準により、総合的に評価しレーテイングを1
(最良)から3(最低)にわけて数字で示すことと
し、格付けを行なつた。 全部の分散物についてPHのチエツクを行なつた
ところ、定常的に8.45〜8.55の範囲内にあつた。 粘度、表面張力および湿潤性について評定した
結果は第4表に示す通りである。
[Table] None
B Add 680 g of a 40% by weight solution of DER-684 in MEK.
3.72g of pyrophosphoric acid and its 100 % H3PO4
Heated to 78° C. for 24 hours with the amount of water (0.38 g) necessary to convert (~1.5 phr). The EEW of the resin did not rise above 50,000 (~74% oxirane conversion) and the neutralized final product did not become a dispersion upon addition of water. Somewhat poorer dispersion was observed when 50,000 EEW resin product was used in place of DER-684 in the Part A mixture. The dispersion mixture obtained in the experiment of section A
A composition having a DER-684 content of 5050 phr or less can be said to specifically demonstrate the unique and excellent composition of the present composition invention. A person skilled in the art will appreciate that the (average) molecular weight of approximately 26,000
The advantages in cured film properties provided by the presence of DGEBA resin will be appreciated. Furthermore, the very slow conversion rate of oxirane observed in the Section B experiment suggests that most or all
DER −684 oxirane group is formed −684
It is clear that it is present in intact form in the dispersion. In the presence of both water- and acid-hydrolyzable amine phosphate groups (even DER −684
It would not have been expected that the latter group would remain unconverted for an unspecified amount of time (even if the latter group were not dissolved but dispersed). however,
Aqueous dispersions of neutralized mixtures of DER-684 (as such or reacted with H 3 PO 4 ) and DER-667/H 3 PO 4 reaction products are highly novel oxirane-containing materials. It seems reasonable to assume that the composition is the same. Example 6 Reduction of free acid content. Improved dispersion in the reaction product of high EEW DGEBA resin with ~6 phr H 3 PO 4 . 95 g (0.0198 equivalents) of DER −669 in MEK
(EEW4800) and 5.88 g of 85% H 3 PO 4 (0.051 mol H 3 PO 4 ; 7.73 P-OH per oxirane) was refluxed at 80° C. for 15 hours. The reaction mixture was cooled and samples were taken for analysis: unreacted oxirane concentration, 0; oxirane converted to phosphomonoester,
40%; oxirane converted to glycol, 60%; glycol/ester group ratio 3/2; free H 3 PO 4 in the product, 4.31 g or 4.27% by weight of non-volatile components present. It was divided into parts. A portion of it was neutralized to pH 7 with triethylamine, neutralized with water, and then stripped. This stripped material was not a stable dispersion. The second portion was mixed with sufficient water (water of the solution) to precipitate the polymer. The liquid phase portion was removed by decantation, and the precipitate was finely loosened with water, followed by further decantation to remove water. The polymer was captured in MEK and the solution was collected for analysis. It was found that 30% of the free acid was removed by washing. H3PO4 present
accounted for approximately 3% by weight of the resin-like product. A stable, opaque, non-granular dispersion (50% solids) was obtained by neutralizing the product with triethylamine to pH 7, diluting it with water, and stripping off the MEK. Example 7 Effect of substituents on phenols used to cap DGEBA resins on substrate wettability DER-664 was separately added to phenols, 0.5 molecular weight per equivalent of oxirane,
It was reacted with p-t-butylphenol and p-nonylphenol. 1 gram mole of phenol reactant, 0.3 g of A-1 catalyst (ethyl triphenyphosphonium acetate) and 15 ml of xylene were combined into 250 g (0.13 g mole) of molten (~120°C)
Add to DER −664 and stir the mixture to 200
C. and refluxed until the EEW was approximately equal to the sum of the molecular weight of the phenol and twice the initial EEW of the resin. The xylene was stripped off, a retained sample was taken, and an equal weight of MEK was stirred and added to the remaining capped resin. The resulting solution was heated to reflux and 0.5 mol of
Equal weight of H 3 PO 4 (as 85% acid aqueous solution)
It was diluted with MEK and added drop by drop. EEW is approx.
Refluxing was continued until it reached 60,000 or maintained a constant value. The solution was cooled, neutralized with 1 molar triethylamine, and diluted to retain the solids therein. The diluted mixture was stripped at 70° C. with stirring under reduced pressure until no more MEK came off. The product after stripping is (as analyzed)
It was a stable aqueous dispersion containing about 50% solids by weight. Each part of this dispersion is divided into several parts,
Diluted with water to give solids of 30, 35 and 40% by weight, respectively. Using #4 spindle at 100 rpm,
The Bruckfield RVT viscosity was determined for each of the four dispersions (12 total). Also, 5990cm
Fischer surface tension was measured using wire circles of the same diameter (average of 5 replicates each). Place a small amount of each of the dispersions to be compared on the same panel and stretch them simultaneously and parallelly with #18 wire-wound rods to determine the continuity, "crawling," spreading or shrinkage, and "beading" of the resulting film pieces. ”, “fisheye” and flatness were observed. For each set, evaluate it comprehensively using the visual criteria mentioned above and give it a rating of 1.
We decided to rank them numerically from (best) to 3 (worst). When the pH of all dispersions was checked, it was consistently within the range of 8.45 to 8.55. The results of evaluation of viscosity, surface tension and wettability are shown in Table 4.

【表】 (3) フエノール
(一般式(q)中の)R20がノニルからt−ブ
チルないしHに変ると湿潤性が低下することが、
第4表から明らかである。その違いは清浄なアル
ミニウム基材上で試験されたとき最も顕著であり
(固形物35または40%の場合)、清浄化しない冷間
圧延鋼上で試験された場合に最も目立たない(固
形物30%の場合)。これらの効果は、ノニルフエ
ノールから誘導された分散物が幾分高い粘度と比
較的低い表面張力を有していることと、おおまか
な相関関係を有している。 実施例 8 H3PO4とDER −667および、メチロール基
で置換されたフエニルグリシジルエーテルとの
遂次共反応(タイプ(b)E2エポキシド)(=
720;0.935P−OH/オキシラン): 70lbs.(〜0.02 1b.モル)のDER −667を100
1bs.の塩化メチレンおよび20 1bs.のIPAに溶解
し、加温して2時間還流し、41℃で、5.0 1bs.の
85%H3PO4と24時間反応させた。固形物基準の
オキシラン含有量は0.1%未満であつた。1.6−ビ
ス(メチロール)−4−t−ブチルフエノールの
グリシジルエーテル30 1bs.(〜0.1 1b.モル)を、
次に、41℃で33時間反応させた。オキシラン含有
量は、やはり0.1%未満であつた;酸価は14.5で
あつた。175 1bs.の蒸留水、および、次いで80
1bs.のトリエチルアミンが撹拌しながら加えられ
た。溶剤がストリツピング除去された後の残留分
散物のPHは8.5であり、極めて安定性と溶液特性
とを示した、すなわち、沈降物は存在せず、不透
明度は低く、粒状を呈していなかつた。非揮発性
成分の量が水中20重量%という割合で組成物をア
ムリニウムの試験片の上に塗布した。この際#10
ワイヤーを巻いたロツドを使用し、試験片の表面
は前処理をしなかつた。良好な湿潤性と極めて優
れた流動性が認められ、380〓で8分、400〓で5
分、440〓では3分で十分に硬化することが認め
られた。このフイルムの化学的抵抗性は極めて優
れていた;大体のところ、50アセトンダブルラブ
はパスされた。 錫を含まない銅のクーポン上に適用したときに
も極めて優れた湿潤性が認められた。沸とう水中
に30分間浸した後にも、いずれのタイプの表面に
適用した塗膜にもブラツシングは認められなかつ
た。水で稀釈した分散物中に1%のP−トルエン
スルホン酸(固形物基準)を含ませた場合には、
前述の硬化時間は半分に短縮された。フイルム特
性が損なわれることはなかつた。 実施例 9−12 逐次共反応生成物を種々の異なつたアミンで中
和する場合の、粘度、硬化速度およびフイルム特
性への影響。 実質的に実施例2の場合と同じ2段式エステル
化法で、酸/E1/E2産物のマスターバツチをつ
くつた。(E1+E2のEEW=720;1.32P−OH/オ
キシラン)。第1段階で、700g(0.2gモル)の
DER −667を、1000gの塩化メチレンおよび
200gのIPA中で、加温して2−1/2時間還流し、
85%H3PO470gと、41℃で41時間反応させた。
酸価は95であつた;オキシラン含量は0.2%未満
であつた。第2段階で、1,6−ビス−メチロー
ル−4−t−ブチルフエノールのグリシジルエー
テル300g(1.13gモル)を、41℃で16.5時間反
応させた。オキシラン含量は0.1重量%未満;酸
価は70であつた。2150gの蒸留遂を撹拌しながら
加え、その結果できた均一な分散物を4つの等量
部分に分けた。 実施例 9 1000gの酸性生成物分散物に約27gのトリメチ
ルアミンを添加した。ストリツピング後、PHは
7.4であつた。実施例5の塗料と同様に製造され
試験された塗料の性質は本質的にそれと同一であ
つた。 実施例 10 1000gの分散物にストリツピング前にPH9のト
リエチルアミンとジメチルアミノエタノールの
50:50混合物(重量比)34gを加えた。得られた
混合物は高度に粘性のゲルであつたが容易に溶媒
でストリツプできた。ストリツプした分散物は高
度に粘稠ではなく下記のように実施例9の塗料と
は下記のように異なる塗料を同じレベルの非揮発
物において与えた:204℃(400〓)における硬化
(cure)は5分よりむしろ3分を要し;硬化前に
乾き切る傾向が少なく;1%P−トルエンスルホ
ン酸の硬化速度に対する作用は相違しないで水で
希釈した分散物の粘性がより高い。 実施例 11 1000gの分散物に40gのジメチルアミノエタノ
ールを加えた。高度に粘性だが容易にストリツプ
されるゲルが生じた。残留する分散物を水で20%
の固体含量まで希釈した。実施例4の塗料と同様
に製造された塗料は下記の点で異なる;硬化が遅
い(204℃(400〓)で5分、他方は3分);耐ア
セトン性がいく分劣る;硬化前に乾き切る傾向が
ほとんどない;はるかに高い粘性と1%P−トル
エンスルホン酸が硬化促進に対して効果が小さ
い。 実施例 12 1000gの分散物に、35.5gのジエチルアミノエ
タノールを添加した。高度に粘性であるが容易に
ストリツプされるゲルが生じた。ストリツピング
後、残留する分散物はなお全く粘性であつて水で
15%固体(20%ではなく)に希釈した。生じた溶
液から製造した塗料と実施例9の塗料との相違は
下記のとおりである: 溶液の粘性がはるかに高い;硬化前に乾き切る
傾向がない;硬化が遅く(204℃(400〓)で7
分、実施例9のものは5分;P−トルエンスルホ
ン酸(1%)によつて硬化速度が何ら改善されな
い。 実施例2と4の比較によつて、トリメチルおよ
びトリメチルアミンが一般的に共反応生成物の中
和に対して同等であることがわかつた。同様に、
N,N−ジメチルエタノールアミンとN,N−ジ
エチルエタノールアミン(実施例11と12)の間に
何ら実質的な相違が見られなかつた。実施例8
(又は9)と10を比較すると、トリエチルアミン
とN,N−ジメチルエタノールアミンの1:1混
合物はより速い非触媒硬化速度、高い粘性の分散
物及び未硬化膜の乾燥傾向が低い等の特徴を与え
ることがわかつた。しかし、N,N−ジメチルエ
タノールアミンあるいはN,N−ジエチルエタノ
ールアミンの使用が乾燥傾向がもつと低下する以
外は乏しい結果しかもたらさないことが実施例11
と12から明らかである。 参考例 13 ノニル置換モノ官能基タイプ (b)E2エポキシドおよびビスフエーノール−F
樹脂(E1)とH3PO4とのエタノール中での一連
の逆反応 84%H3PO4水溶液11.25g(0.096gモル)を5
gのエタノール−Bと38.75g(0.0965gモル)
の2,6−ジメチルオル−4−ノニルフエノール
のグリシジルエーテルの混合物に室温で添加し
た。わずかな発熱が生じた。5gのエタノール−
Bと31.8g(0.096gモル)の実験用樹脂(一応
ビスフエノールFのジグリシジルエーテル)の混
合物を次いで加えた。これにより発熱が生じ最終
混合物の温度が約100℃に上昇した。この反応混
合物を冷却し、ウイークエンドの間室温に静置し
た。 67gの生成物(89%非揮発性)を33gの水と撹
拌し、生じた分散物を5.6gのジエチルアミンで
中和(PH6.0に)した。10g以上のエタノールと
18.4g以上の水を添加して50重量%の非揮発性物
を含有する分散物を得た。 この分散物を使用して電気塗装により錫を含ま
ないスチール上に膜をたい積させた。各々1〜1/
2インチ×4インチで2インチ間隔の2つのスチ
ールクーポンを分散物中に約3インチの深さまで
浸漬し、クーポン(電極)間に100ボルトの直流
電圧をかけた。当初150ミリアンペアだつた電流
が急速に(30秒)50ミリアンペアに低下した。ア
ノード(陰極)電極は上記樹脂の凝集性被膜によ
つて覆われているように見えた。175℃で15分間
焼いた後、得られた膜は沸とうしている水に対し
て良好な耐性を示した。 この分散物の膜は錫を含まないスチールクーポ
ン(油を除去するための処理を施していない)上
に引かれ、すぐれた湿潤性を示した。185℃で10
分焼いた後、この膜はアセトンに対して耐性であ
つて、沸とうしている水に対するすぐれた耐性を
示し、半径1インチの曲線に曲げても折れなかつ
た。 この分散物の1部を水で希釈して非揮発性物含
量5重量%とした場合、この希釈分散物は外見お
よび作用の点でほぼもとの溶液と同じであつた。
この希釈された分散物の膜はアルミニウムおよび
冷ロール処理スチール上に非常によく電着し、
175℃で10分間焼いた後は、すぐれた耐アセトン
性を示し、可逆衝撃試験において50インチポンド
に耐えた。 参考例 14 DER −667(E1)及びタイプ(m)E2エポ
キシドと燐酸との同時の共反応(=465
0.85P−OH/オキシラン) DER −667 420g(0.26gモル)を900gの塩
化メチレンと180gとイソプロパノールに溶解し
た。加熱液化した(〜80〜100℃)DEN (ダウ
エポキシ ノボラク(Dow Epoxy Novolak)−
438を180g(0.286gモル;1等量)加え撹拌し、
次いで42gの85%H3PO4を加えた。この混合物
を1時間室温に保ち、次いで還流温度(41°)ま
で加熱し、還流温度で16時間反応させた。この時
点でEEW(固体として)は49000(オキシラン%−
43×100/4900=0.09+%)であつて酸数は53で
あつた。800gの蒸留水を加えて撹拌し、生じた
分散物を2等分した。その一方を50gの25%
NaOH水溶液で中和し、他方を30.5gのトリエチ
ルアミンで中和した。NaOHで中和した方は15
重量%を越える固体含量にストリツプするのが困
難であつたが、両者のストリツプ生成物は容易に
水で希釈でき安定な均一な粒子を含まぬ分散とす
ることができた。DEN 438は約180のEEWを有
し、エポキシド官能性約3.5であつて、フエノー
ル−ホルムアルデヒドノボラクのポリグリシジル
エーテルである。 製品組成物の水稀釈性 ゲル透過クロマドグラフイーによる分析の結果
非常に少量のオキシランのみが水またはP−OH
以外との反応に消費され、本質的にトリエステル
基が形成されないことがわかつた。また、反応媒
体が約75重量%以上のジクロルメタンのような溶
媒からなつていない場合は非常に少量の多官能性
ジエステル(エポキシド分子がホスホジエステル
基によつて1を越える他のエポキシド分子と結合
しているエステル)が反応物中に生成しているに
すぎない。 上記各実施例に与えられたデータからオキシラ
ンの加水分解からだけでなくエステル(ホスホジ
エステル)基の加水分解からのグリコール基形成
もある限られた程度進行することが明らかである
が、もつと高い反応温度においておよびもつと希
釈されたH3PO4を使用した場合はもつと有意に
進行する。E1(すなわちP−OH/オキシランア
ダクト化により形成)に存在するようなアルコー
ル性ヒドロキシ基の直接エステル化は最終生成物
(いいかえれば3〜6時間反応後)におけるホス
ホモノエステル基の総数に対する影響が小さい。 DER −667のような樹脂の溶液化(水希釈
性)は約95%以下のオキシラン基が酸性の塩形成
基よりむしろグリコール基に転化される反応によ
つて達成できることは特に驚くべきことである。
DGEBA樹脂はアルコール性ヒドロキシ基におい
てすでに多官能性であるが、明らかに疎水性であ
る。概して1分子当り1つのオキシランをグリコ
ール基に転化すると分子全体の疎水性が顕著に低
下することは予測されないであろう。さらに、残
りのオキシラン基(平均して1分子当り1よりい
く分小)をアルフア−ヒドロキシホスホモノエス
テル基に転化すると溶液化に充分な塩(中和され
た)の基がなくなるようである。さらに、樹脂中
のオキシラン基はほとんど全くグリコールおよび
(モノ)エステル基に転化され、1分子当り1よ
り充分小さな数のモノエステル基の平均含量にお
いてさえ約3200以下のEEWを有するE1樹脂から
得られた中和生成物は水希釈であるということは
事実である。さらに驚くべきことには、5500とい
う高いEEWを有するDGEBAをこの発明の方法
によつて水分散性とすることができる。 この生成物は、該生成物中に存在している燐の
約10%以下というような量のホスホジエステル基
(各々1分子の燐酸と2つの異なるエポキシド分
子の各々に存するオキシラン基との反応により得
られた)をさらに含有するとしてもその本来の特
性を保持するであろう。この発明のいくつかの段
階においては、もつと高い割合のジエステル基が
存在してもよいが、そのような基は加水分解して
モノエステルおよびグリコール基となる傾向があ
る。室温でさえ、この加水分解反応は一般的にほ
とんどジエステル基が残留しなくなるまで続くで
あろう(水が存在する限り)。中和は通常水の存
在下に行なわれるので、その後のジエステル基の
含量は通常非常に低い。 比較的大量の遊離燐酸を含有する酸/エポキシ
ド反応生成物を中和;特に無機塩基で中和すると
中和生成物中に存在する遊離の酸から誘導された
塩の量は塩の形にした樹脂の分散性が実際には水
中よりむしろブライン中で高いように考慮されて
いてもよい。 しかし、この問題を避けるため及び中和された
生成物中の塩基の量が少くとも遊離酸によつて消
費されるものの合計である場合および樹脂分子を
水に分散性とするに充分なエステルP−OH部分
を塩の形にするに要する量がいかなる場合でも自
明の便宜的手段がある。 この発明の有用性は13000というような高い
EEW値を有するDGEBAタイプエポキシドにま
で間接的に及ぶことは実施例5から明らかであ
る。すなわち、DER −684等の後者のタイプの
樹脂は燐酸と反応させて中和した場合水稀釈性生
成物を生成しないが、この発明の(中和された)
反応生成物とともに水中で共分散することができ
る。 ここで詳細に述べなかつたいくつかの実験にも
とづいて、DER −667より1オーダー小さい
EEW値を有するDGEBA樹脂か得られた生成物
はDER −684にとつて有効な分散剤ではないこ
とがわかつた。しかし、この発明の中和生成物の
すべては中和生成物が誘導されたと同じ位高い
EEWを少くとも有している未転化DGEBA分子
のかなりの割合を分散できることは明らかであ
る。約54%以下の当初オキシラン基が転化されず
に残つている本発明の中和生成物は水中に分散で
き有用な塗料となる。樹脂分子中の未転化オキシ
ラン基の統計的分布を考察すると、本来の無きず
のオキシランのすべてを有する分子の相当の割合
が上記のような分子中に存在することが明らかで
ある。 かくして、この明細書のはじめに定義した如き
本発明の組成物は、両者のオキシランが無きず
か、それらのうち1つが無きずであつて一方がグ
リコールまたはβ−ヒドロキシホスホモノエステ
ル基で置換されている式(a)の分子であつて;その
平均分子量が両方のオキシランがグリコールまた
はβ−ヒドロキシエステル基で置換されている式
(a)の分子の平均分子量の約10倍を越えない分子か
らなつていてよい。(DER −684とDER −667
のEEW値の比は13000/1550、すなわち〜8.4で
ある。) そのようなオキシランを有する分子の割合は組
成物中のグリコールまたはエステル基1つ当り約
1つのオキシランを与えるほどであればよい。す
なわち、オキシラン基の数はグリコールとβ−ヒ
ドロキシホスホモノエステル基の総数と同じであ
ればよい。
[Table] (3) Phenol When R 20 (in general formula (q)) changes from nonyl to t-butyl or H, wettability decreases.
This is clear from Table 4. The difference is most noticeable when tested on a clean aluminum substrate (35 or 40% solids) and least noticeable when tested on uncleaned cold rolled steel (35% or 40% solids). %in the case of). These effects are roughly correlated to the somewhat higher viscosity and relatively low surface tension of nonylphenol-derived dispersions. Example 8 Sequential co-reaction of H 3 PO 4 with DER -667 and phenyl glycidyl ether substituted with methylol group (type (b) E 2 epoxide) (=
720; 0.935P-OH/oxirane): 70 lbs. (~0.02 1 b. mol) of DER −667 to 100
Dissolved in 1 bs. of methylene chloride and 20 1 bs. of IPA, warmed to reflux for 2 hours at 41°C,
Reacted with 85% H3PO4 for 24 hours. The oxirane content on a solids basis was less than 0.1%. The glycidyl ether of 1.6-bis(methylol)-4-t-butylphenol 30 1 bs. (~0.1 1 b. mol),
Next, the mixture was reacted at 41°C for 33 hours. The oxirane content was again less than 0.1%; the acid number was 14.5. 175 1bs. of distilled water, and then 80
1 bs. of triethylamine was added with stirring. After the solvent was stripped off, the residual dispersion had a pH of 8.5 and exhibited excellent stability and solution properties, ie, no sediment, low opacity, and no granularity. The composition was applied onto amrinium specimens in a proportion of 20% by weight of non-volatile components in water. At this time #10
A wire-wound rod was used, and the surface of the specimen was not pretreated. Good wettability and extremely excellent fluidity were observed, with 8 minutes at 380〓 and 5 minutes at 400〓.
It was found that sufficient hardening was achieved in 3 minutes at 440°C. The chemical resistance of this film was excellent; for the most part, a 50 acetone double rub was passed. Excellent wetting properties were also observed when applied onto tin-free copper coupons. No brushing was observed in the coatings applied to either type of surface, even after immersion in boiling water for 30 minutes. When 1% P-toluenesulfonic acid (solid basis) is included in a dispersion diluted with water,
The aforementioned curing time was cut in half. The film properties were not impaired. Examples 9-12 Effect on viscosity, cure rate, and film properties when neutralizing sequential co-reaction products with various different amines. A masterbatch of acid/E 1 /E 2 products was prepared using a two-stage esterification process substantially as in Example 2. (EEW of E 1 +E 2 = 720; 1.32P-OH/oxirane). In the first stage, 700 g (0.2 g mol) of
DER −667 was added to 1000 g of methylene chloride and
Warm and reflux in 200g of IPA for 2-1/2 hours.
It was reacted with 70 g of 85% H 3 PO 4 at 41° C. for 41 hours.
The acid number was 95; the oxirane content was less than 0.2%. In the second step, 300 g (1.13 g mol) of the glycidyl ether of 1,6-bis-methylol-4-tert-butylphenol were reacted at 41 DEG C. for 16.5 hours. The oxirane content was less than 0.1% by weight; the acid value was 70. 2150 g of distillate was added with stirring and the resulting homogeneous dispersion was divided into four equal portions. Example 9 Approximately 27 g of trimethylamine was added to 1000 g of acidic product dispersion. After stripping, the PH is
It was 7.4. The properties of a coating prepared and tested similarly to the coating of Example 5 were essentially the same. Example 10 1000g of the dispersion was mixed with triethylamine at pH 9 and dimethylaminoethanol before stripping.
34 g of a 50:50 mixture (weight ratio) was added. The resulting mixture was a highly viscous gel but could be easily stripped with solvent. The stripped dispersion was not highly viscous and gave a coating different from that of Example 9 at the same level of non-volatiles as follows: cure at 204°C (400〓) takes 3 minutes rather than 5 minutes; less tendency to dry out before curing; 1% P-toluenesulfonic acid has no different effect on cure rate; dispersions diluted with water are more viscous. Example 11 40 g of dimethylaminoethanol was added to 1000 g of the dispersion. A highly viscous but easily stripped gel resulted. Dilute remaining dispersion to 20% with water
diluted to a solids content of . The paint prepared similarly to the paint of Example 4 differs in the following respects; it cures slowly (5 minutes at 204°C (400〓), the other 3 minutes); it is somewhat less resistant to acetone; There is little tendency to dry out; much higher viscosity and 1% P-toluenesulfonic acid has less effect on accelerating cure. Example 12 To 1000 g of the dispersion was added 35.5 g of diethylaminoethanol. A highly viscous but easily stripped gel resulted. After stripping, the remaining dispersion is still quite viscous and soluble in water.
Diluted to 15% solids (instead of 20%). The differences between the coating prepared from the resulting solution and the coating of Example 9 are as follows: The viscosity of the solution is much higher; there is no tendency to dry out before curing; the curing is slow (204°C (400〓) And 7
5 minutes for Example 9; P-toluenesulfonic acid (1%) does not improve the curing rate at all. A comparison of Examples 2 and 4 showed that trimethyl and trimethylamine were generally equivalent for neutralizing co-reaction products. Similarly,
No substantial differences were observed between N,N-dimethylethanolamine and N,N-diethylethanolamine (Examples 11 and 12). Example 8
Comparing (or 9) and 10, the 1:1 mixture of triethylamine and N,N-dimethylethanolamine has features such as faster non-catalytic curing rate, higher viscosity of the dispersion and lower tendency to dry the uncured film. I learned how to give. However, Example 11 shows that the use of N,N-dimethylethanolamine or N,N-diethylethanolamine yields poor results, except that they tend to dry out.
It is clear from 12. Reference example 13 Nonyl-substituted monofunctional group type (b) E 2 epoxide and bisphenol-F
A series of reverse reactions between resin (E 1 ) and H 3 PO 4 in ethanol.
g of ethanol-B and 38.75 g (0.0965 g mole)
of glycidyl ether of 2,6-dimethylol-4-nonylphenol at room temperature. A slight fever developed. 5g of ethanol
A mixture of B and 31.8 g (0.096 g mole) of the experimental resin (probably the diglycidyl ether of bisphenol F) was then added. This caused an exotherm and raised the temperature of the final mixture to approximately 100°C. The reaction mixture was cooled and allowed to stand at room temperature during the weekend. 67 g of product (89% non-volatile) was stirred with 33 g of water and the resulting dispersion was neutralized (to PH 6.0) with 5.6 g of diethylamine. 10g or more of ethanol and
More than 18.4 g of water was added to obtain a dispersion containing 50% by weight non-volatiles. This dispersion was used to deposit a film on tin-free steel by electrocoating. 1~1/each
Two steel coupons, 2 inches by 4 inches and spaced 2 inches apart, were immersed in the dispersion to a depth of approximately 3 inches, and a 100 volt DC voltage was applied between the coupons (electrodes). The current, which was initially 150 milliamps, rapidly (30 seconds) decreased to 50 milliamps. The anode (cathode) electrode appeared to be covered by a cohesive coating of the resin. After baking at 175°C for 15 minutes, the obtained membrane showed good resistance to boiling water. Films of this dispersion were drawn onto tin-free steel coupons (not treated to remove oil) and showed excellent wettability. 10 at 185℃
After baking, the membrane was resistant to acetone, showed excellent resistance to boiling water, and did not buckle when bent into a 1 inch radius curve. When a portion of this dispersion was diluted with water to a non-volatile content of 5% by weight, the diluted dispersion was approximately the same in appearance and performance as the original solution.
Films of this diluted dispersion electrodeposited very well on aluminum and cold-rolled steel;
After baking at 175°C for 10 minutes, it exhibited excellent acetone resistance and withstood 50 inch pounds in a reversible impact test. Reference example 14 Simultaneous co-reaction of DER −667 (E 1 ) and type (m) E 2 epoxide with phosphoric acid (=465
0.85P-OH/oxirane) DER-667 420 g (0.26 g mole) was dissolved in 900 g methylene chloride, 180 g and isopropanol. Heat-liquefied (~80-100℃) DEN (Dow Epoxy Novolak) −
Add 180 g (0.286 g mol; 1 equivalent) of 438 and stir.
Then 42 g of 85% H 3 PO 4 was added. The mixture was kept at room temperature for 1 hour, then heated to reflux temperature (41°) and reacted at reflux temperature for 16 hours. At this point the EEW (as a solid) is 49000 (oxirane% -
43×100/4900=0.09+%) and the acid number was 53. 800 g of distilled water was added and stirred, and the resulting dispersion was divided into two equal parts. 25% of 50g of one side
One was neutralized with an aqueous NaOH solution, and the other was neutralized with 30.5 g of triethylamine. 15 for those neutralized with NaOH
Both strip products were easily diluted with water to form stable, uniform particle-free dispersions, although it was difficult to strip to solids contents in excess of % by weight. DEN 438 has an EEW of about 180 and has an epoxide functionality of about 3.5 and is a polyglycidyl ether of a phenol-formaldehyde novolac. Water dilubility of the product composition Analysis by gel permeation chromatography shows that only a very small amount of oxirane is present in water or P-OH.
It was found that the triester group was essentially not formed because it was consumed in reactions with other substances. Also, if the reaction medium does not consist of more than about 75% by weight of a solvent such as dichloromethane, very small amounts of polyfunctional diesters (an epoxide molecule bound to more than one other epoxide molecule through a phosphodiester group) may be present. ester) is formed in the reactant. From the data given in the examples above, it is clear that glycol group formation not only from the hydrolysis of oxiranes but also from the hydrolysis of ester (phosphodiester) groups proceeds to a limited extent, but at higher It progresses significantly at the reaction temperature and when using more dilute H 3 PO 4 . Direct esterification of alcoholic hydroxyl groups such as those present in E 1 (i.e. formed by P-OH/oxirane adductation) has no effect on the total number of phosphomonoester groups in the final product (i.e. after 3-6 hours of reaction). is small. It is particularly surprising that solubilization (water reducibility) of resins such as DER-667 can be achieved by a reaction in which up to about 95% of the oxirane groups are converted to glycol groups rather than acidic salt-forming groups. .
Although DGEBA resin is already polyfunctional in the alcoholic hydroxy groups, it is clearly hydrophobic. In general, converting one oxirane per molecule to a glycol group would not be expected to significantly reduce the overall hydrophobicity of the molecule. Additionally, converting the remaining oxirane groups (on average somewhat less than 1 per molecule) to alpha-hydroxyphosphomonoester groups appears to eliminate sufficient salt (neutralized) groups for solution. Furthermore, the oxirane groups in the resin are almost entirely converted to glycol and (mono)ester groups, and even at an average content of monoester groups well below 1 per molecule, it is possible to obtain an E 1 resin with an EEW of less than about 3200. It is true that the neutralized product obtained is water diluted. Even more surprisingly, DGEBA with an EEW as high as 5500 can be made water-dispersible by the method of the invention. This product is produced by the reaction of an amount of phosphodiester groups (each one molecule of phosphoric acid with an oxirane group present on each of two different epoxide molecules) such that up to about 10% of the phosphorus present in the product. Even if it further contains (obtained), it will retain its original properties. Although higher proportions of diester groups may be present at some stages of the invention, such groups tend to hydrolyze to monoester and glycol groups. Even at room temperature, this hydrolysis reaction will generally continue until very few diester groups remain (as long as water is present). Since neutralization is usually carried out in the presence of water, the subsequent content of diester groups is usually very low. Neutralizes acid/epoxide reaction products containing relatively large amounts of free phosphoric acid; particularly when neutralized with an inorganic base, the amount of free acid derived salt present in the neutralized product is reduced to salt form. It may be contemplated that the dispersibility of the resin is actually higher in brine than in water. However, to avoid this problem and if the amount of base in the neutralized product is at least the sum of that consumed by the free acid and sufficient ester P to make the resin molecules dispersible in water, There are obvious expedients in whatever amount is required to form the -OH moiety into the salt form. The usefulness of this invention is as high as 13,000
It is clear from Example 5 that this extends indirectly to DGEBA type epoxides with EEW values. That is, the latter type of resin, such as DER-684, does not produce water-dilutable products when neutralized by reaction with phosphoric acid, whereas the (neutralized) resins of this invention
It can be co-dispersed in water with the reaction products. Based on some experiments not detailed here, it is one order of magnitude smaller than DER −667.
It was found that the products obtained from DGEBA resins with EEW values were not effective dispersants for DER-684. However, all of the neutralization products of this invention are as high as the neutralization products derived.
It is clear that a significant proportion of unconverted DGEBA molecules containing at least EEW can be dispersed. Neutralized products of this invention in which less than about 54% of the original oxirane groups remain unconverted can be dispersed in water and become useful coatings. When considering the statistical distribution of unconverted oxirane groups in resin molecules, it is clear that a significant proportion of molecules with all of the original intact oxiranes are present in such molecules. Thus, the compositions of the invention as defined in the introduction of this specification are characterized in that both oxiranes are intact or one of them is intact and one is substituted with a glycol or β-hydroxyphosphomonoester group. Molecules of formula (a) whose average molecular weight is such that both oxiranes are substituted with glycol or β-hydroxy ester groups;
It may consist of molecules that do not exceed about 10 times the average molecular weight of the molecules in (a). (DER −684 and DER −667
The ratio of EEW values is 13000/1550, or ~8.4. ) The proportion of molecules having such oxiranes may be such as to provide about one oxirane per glycol or ester group in the composition. That is, the number of oxirane groups may be the same as the total number of glycol and β-hydroxyphosphomonoester groups.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (a) または (q) 〔式中、Qはそれぞれ独立に 【式】または 【式】 を示し; nは0〜40の整数であり; rは独立に0、1または2であり; R1は独立に水素原子、メチルまたはエチル
基であり; R2は独立に臭素原子、塩素原子、C1〜C4
ルキル基またはC1〜C4アルケニル基であり; R3は独立にC1〜C4アルキレン基、C1〜C4
ルケニレン基、C(CF32、−CO−、SO2−、
−S−、−O−、または単結合であり; R4は独立に臭素原子、塩素原子、C1〜C4
ルキル基またはC1〜C4アルケニル基であり; R20は独立に水素原子またはC1〜C12アルキ
ル基である。〕 で表わされたエポキシド樹脂E1中のオキシラ
ン基の少なくとも1部が塩基で中和された1,
2−グリコールホスホモノエステル基又は塩基
で中和されたベーターヒドロキシホスホモノエ
ステル基に転換されている樹脂分子、その樹脂
分子の平均エポキシ当量は172〜5500である; (b) 前記樹脂分子類100重量部あたり0〜85重量
部のオルトリン酸(H3PO4);および (c) 塩基 とから成る水で希釈可能な樹脂状リン酸エステル
組成物。 2 各々のタイプの分子中のグリコール基対モノ
エステル基の数比が0〜18である特許請求の範囲
第1項記載の組成物。
[Claims] 1 (a) or (q) [Wherein, Q each independently represents [Formula] or [Formula]; n is an integer of 0 to 40; r is independently 0, 1 or 2; R 1 is independently a hydrogen atom, methyl or an ethyl group; R2 is independently a bromine atom, a chlorine atom, a C1 - C4 alkyl group, or a C1 - C4 alkenyl group; R3 is independently a C1 - C4 alkylene group, a C1-C4 alkylene group; ~ C4 alkenylene group, C( CF3 ) 2 , -CO-, SO2- ,
-S-, -O-, or a single bond; R4 is independently a bromine atom, chlorine atom, C1 - C4 alkyl group, or C1 - C4 alkenyl group; R20 is independently a hydrogen atom or a C1 - C12 alkyl group. ] 1, in which at least a part of the oxirane groups in the epoxide resin E 1 represented by is neutralized with a base;
a resin molecule that has been converted to a 2-glycol phosphomonoester group or a base-neutralized beta-hydroxyphosphomonoester group, the average epoxy equivalent of the resin molecule being 172 to 5500; (b) the resin molecules 100; A water-dilutable resinous phosphate ester composition comprising 0 to 85 parts by weight of orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ); and (c) a base. 2. A composition according to claim 1, wherein the number ratio of glycol groups to monoester groups in each type of molecule is from 0 to 18.
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