JP2002543234A - イットリウムを含有する電着浴 - Google Patents

イットリウムを含有する電着浴

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リチャード エフ. カラビン,
アラン ジェイ. カイロ,
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ピーピージー インダストリーズ オハイオ, インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 水性媒体中に分散された樹脂相を含む改良された電着浴組成物が開示され、この樹脂相は、活性水素を含有するイオン性電着可能樹脂および硬化剤から構成され、ここで改良点は、電着浴重量に基づき、100万重量部あたり約10重量部〜約10,000重量部の全イットリウムの少なくとも1種のイットリウム供給源の電着浴への添加を含む。この電着浴組成物は、好ましくはカチオン性であり、未処理の鋼を含む種々の金属基板上に優れた腐食耐性を提供する。本発明の改良された電着浴組成物を使用して導電性基板を電着塗装する方法もまた、開示される。本発明の方法を使用してコートされる金属性基板もまた、開示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の分野) 本発明は、改良されたコーティング組成物、特に、水性媒体中に分散された樹
脂相、イオン電着可能な樹脂からなる樹脂相、その硬化剤、イットリウム供給源
を含む、電着浴;ならびに電着の方法におけるそれらの使用に関する。
【0002】 (発明の背景) 電着は、コーティング適用方法として、適用される電圧の影響下で、伝導物質
上にフィルム形成組成物を沈着する方法を含む。電着は、コーティング産業にお
いて益々重要になっている。なぜならば、非電気泳動コーティング手段と比較し
て、電着は、増加した塗装利用、改良された腐食保護および低い環境汚染を提供
するからである。
【0003】 当初、電着は、アノードとして役立つ、コーティングされたワークピース(w
orkpiece)と共に処理された。これは、俗にアニオン性電着と呼ばれた
。しかし、1972年にカチオン性電着が、商業的に導入された。この時から、
カチオン性電着は、確実に人気を得、今日では、はるかに最も普及した電着方法
である。世界中で生産される全自動車の80%を超えるものが、カチオン性電着
によって、1次コーティングされる。
【0004】 代表的に、電着可能なコーティングは、電着可能なフィルム形成ポリマーおよ
び硬化剤を、特に色素と組み合わせて含む。、クロム酸珪酸鉛(lead si
lica chromate)、塩基性の珪酸鉛、クロム酸鉛、および硫酸鉛の
ような鉛含有色素は、しばしば、電着可能なコーティングに使用される。なぜな
らば、この銅含有色素は、電着塗装された物質に、優れた腐食耐性を与えるから
である。しかし、カチオン電着浴に使用される酸は、しばしば、電着浴の水相に
おいて溶解性である、鉛塩を形成する鉛色素の一部を可溶化する。これらの鉛塩
は、しばしば、それらの方法をこの浴の限外濾過に見出す、従って、金属鉛およ
び/またはイオン性または有機鉛含有物質の除去および引き続く付着を必要とす
る。
【0005】 近年、環境への考慮に起因して、欧州および日本において特に、鉛を含まない
コーティングの使用が、指定されている。過剰の量の表面コーティングが、鉛を
含まないコーティングのカチオン性電着により達成され得るが、腐食阻止鉛色素
の除去は、特に、未処理または不充分に前処理されたスチール基板に適用される
場合、これらのコーティングの腐食耐性を下げる結果となり得る。
【0006】 米国特許第4,789,441号は、ニッケル、コバルトまたは鉄の金属マト
リクスの複合体電着によって適用される、基板上での金属コーティングを開示す
る。これは、CrAlM2の一部を含み、ここで、M2は、イットリウム、シリコ
ン、またはチタンである。この複合体電着金属コーティングは、基板に、腐食耐
性を与える。これは、活性媒体に使用され、特にガスタービンブレードをコーテ
ィングするために有用である。この「コーティング」は、天然の完全な金属であ
り、そして基板に付着した金属の拡散を達成するために、700℃、好ましくは
、1100℃を超える温度で、基板を融合しなければならない。このようなコー
ティングは、普通の工業的な塗装での一般的な使用は、適切ではない。
【0007】 従来の有機コーティングの腐食耐性を改良するためにイットリウムを使用する
ことは、当該分野において公知ではない。従来のカチオン性電着可能なコーティ
ングにおいて、イットリウムの腐食防止剤としての効果もまた、公知でない。従
って、イットリウム供給源を含み、鉛を含有しない電着浴を提供することは、利
点があり、このイットリウムにより、電着塗装された金属基板、特に未処理のス
チールに改良された腐食耐性を与える。
【0008】 (発明の要旨) 本発明に従って、コーティング組成物は、以下:(a)活性水素基を含有する
樹脂、および(b)上記(a)の活性水素基と反応する官能基を有する硬化剤を
含む。この組成物は、全樹脂固体の重量に基づき、約0.005重量%〜約5重
量%、好ましくは、2.5重量%以下、そしてより好ましくは1.0重量%以下
のイットリウムの量(イットリウム元素として測定)で存在する少なくとも1種
のイットリウム化合物を含む。
【0009】 特定の実施形態において、本発明は、水性媒体中に分散した樹脂相を含有し、
改良された腐食耐性を有する、電着浴に関する。この樹脂相が、以下の成分: (a)活性水素基を含有するイオン性電着可能樹脂、および (b)上記(a)の活性水素基と反応する官能基を有する硬化剤を含む。少な
くとも1種のイットリウム化合物が、電着浴の重量に基づき、100万重量部あ
たり約10重量部〜約10,000重量部の全イットリウムの量(イットリウム
元素として測定)で電着浴中に存在する。
【0010】 電気回路内の荷電した電極として作用する導電性基板を電着塗装する方法がま
た提供される。この電気回路は、上記の水性電着浴組成物中に浸漬される、電極
および反対に荷電した対極、ならびにこの方法によってコーティングされる金属
基板を含む。
【0011】 (発明の詳細な説明) 一般に、本発明の電着浴は、水性媒体中に分散した樹脂相を含有し、この樹脂
相が、以下の成分: (a)活性水素基を含有するイオン性電着可能樹脂、および (b)上記(a)の活性水素基と反応する官能基を有する硬化剤を含み、ここ
で、この改良体は、100万重量部あたり約10重量部〜約10,000重量部
、好ましくは、約5,000重量部以下、そしてより好ましくは、約1,000
重量部以下の全イットリウムの量(イットリウム元素として測定)で存在するイ
ットリウムを含む、電着浴を含有する。
【0012】 電着浴の重量に基づく、100万重量部あたり約10重量部の全イットリウム
より少ないレベルにおいて、電着塗装された基板の腐食耐性における識別可能な
改良は、観測されない。10,000ppmを超えるイットリウムのレベルにお
いて、電着塗装浴組成物の安定性および適用特性は、否定的な効果を示し得る。
【0013】 可溶および不溶のイットリウム化合物の両方は、本発明の電着浴でのイットリ
ウム供給源として役立ち得る。本発明の鉛を含まない電着浴に使用するのに適切
なイットリウム供給源の例は、可溶有機イットリウム塩および無機イットリウム
塩(例えば、酢酸イットリウム、塩化イットリウム、ギ酸イットリウム、炭酸イ
ットリウム、スルファミン酸イットリウム、乳酸イットリウム、および硝酸イッ
トリウム)である。イットリウムが、水溶液として電着塗装浴に添加される場合
、硝酸イットリウム、(容易に利用可能なイットリウム化合物)が、好ましいイ
ットリウム供給源である。本発明の電着浴において使用するのに適切である他の
イットリウム化合物は、有機イットリウム化合物および無機イットリウム化合物
(例えば、酸化イットリウム、臭化イットリウム、水酸化イットリウム、モリブ
デン酸イットリウム、硫酸イットリウム、珪酸イットリウム、およびシュウ酸イ
ットリウムである。有機イットリウム錯体およびイットリウム金属がまた、使用
され得る。このイットリウムが、この色素ペーストの成分として電着塗装浴に取
り込まれる場合、酸化イットリウムが、好ましいイットリウムの供給源である。
【0014】 上記のイットリウム化合物の加えて、本発明の電着浴はまた、主なフィルム形
成ポリマーとして、活性水素含有イオン性(好ましくは、カチオン性)電着可能
樹脂を含む。広範の電着可能なフィルム形成ポリマーが公知であり、そしてこの
ポリマーが、「水分散性」、すなわち水中で可溶化、分散またはエマルジョン化
するのに適用される限り、本発明の電着浴において使用され得る。この水分散性
ポリマーは、天然においてイオン性であり、すなわち、このポリマーは、負電荷
を与えるためにアニオン性官能基を含み、または好ましくは、正電荷を与えるた
めにカチオン性官能基を含む。
【0015】 アニオン電着浴組成物に使用するために適切なフィルム形成樹脂の例は、塩基
可溶化カルボン酸含有ポリマー(例えば、乾燥油脂または半乾燥脂肪酸エステル
と、ジカルボン酸または酸無水物との反応生成物または付加物;および脂肪酸エ
ステル、不飽和酸または酸無水物と、さらに多価アルコールと反応する任意のさ
らなる不飽和修飾物質との反応生成物)である。不飽和カルボン酸のヒドロキシ
−アルキルエステル、不飽和カルボン酸および少なくとも1つの他のエチレン不
飽和モノマーの、少なくとも部分的に中和されたインターポリマーもまた、適切
である。さらに別の適切な電着可能な樹脂は、アルキド−アミノプラスト(am
inoplast)ベヒクル(すなわち、アルキド樹脂およびアミン−アルデヒ
ド樹脂を含むベヒクル)を含む。なお別のアニオン電着樹脂組成物は、樹脂状多
価アルコールの混合エステルを含む。これらの組成物は、詳細に、米国特許第3
,749,657号(9段、1〜75行および10段1〜13行)(この全てが
本明細書中に参考として援用される)に記載される。他の酸官能化ポリマーはま
た、当業者に周知のように、リン酸化ポリエポキシドまたはリン酸化アクリルポ
リマーのように使用され得る。
【0016】 上述のように、活性水素含有イオン電着樹脂(a)が、カチオン性であり、か
つカソード上で堆積し得ることが好ましい。このようなカチオン性フィルム形成
樹脂の例としては、ポリエポキシドと一級または二級アミンとの酸可溶化反応生
成物のようなアミン塩基含有樹脂(例えば、米国特許第3,663,389号;
同第3,984,299号;同第3,947,338号および同第3,947,
339号に記載される)が挙げられる。通常、これらのアミン塩含有樹脂は、ブ
ロックされたイソシアネート硬化剤と組合せて使用される。このイソシアネート
は、上述の米国特許第3,984,299号に記載されるように、完全にブロッ
クされ得るか、またはイソシアネートは、部分的にブロックされ得、そして樹脂
骨格(例えば、米国特許第3,947,338号に記載される)と反応し得る。
また、米国特許第4,134,866号およびDE−OS第2,707,405
号に記載されるような単成分組成物は、フィルム形成樹脂として使用され得る。
エポキシ−アミン反応生成物に加えて、フィルム形成樹脂はまた、米国特許第3
,455,806号および同第3,928,157号に記載されるようなカチオ
ン性アクリル樹脂から選択され得る。
【0017】 アミン塩基含有樹脂に加えて、四級アンモニウム塩基含有樹脂もまた使用され
得る。これらの樹脂の例は、有機ポリエポキシドと三級アミン塩との反応から形
成される樹脂である。このような樹脂は、米国特許第3,962,165号;同
第3,975,346号;および同第4,001,101号に記載される。他の
カチオン性樹脂の例は、それぞれ米国特許第3,793,278号および同第3
,984,922号に記載されるような、三級スルホニウム塩基含有樹脂および
四級ホスホニウム塩基含有樹脂である。また、欧州特許出願第12463号に記
載されるようなエステル交換を介して硬化するフィルム形成樹脂が使用され得る
。さらに米国特許第4,134,932号に記載されるような、Mannich
塩基から調製されるカチオン性組成物が、使用され得る。
【0018】 本発明が特に有効な樹脂は、一級および/または二級アミン基を含む正に荷電
した樹脂である。このような樹脂は、米国特許第3,663,389号;同第3
,947,339号;および同第4,116,900号に記載される。米国特許
第3,947,339号において、ジエチレントリアミンまたはトリエチレンテ
トラアミンのようなポリアミンのポリケチミン誘導体は、ポリエポキシドと反応
される。反応生成物を、酸で中和し、そして水に分散すると、遊離の一級アミン
基が生成する。また、ポリエポキシドが、過剰のポリアミン(例えば、ジエチレ
ントリアミンおよびトリエチレンテトラアミン)と反応し、そして過剰のポリア
ミンが真空で反応混合物から減圧で除去される場合、等価な生成物が形成される
。このような生成物は、米国特許第3,663,389号および同第4,116
,900号に記載される。
【0019】 上記の活性水素含有イオン電着可能な樹脂は、本発明の電着浴中に、電着浴の
総重量に基づいて約1〜約60重量%の量で、好ましくは約5〜約25重量%の
量で存在する。
【0020】 本発明の電着浴の樹脂相は、直前に記載されるイオン電着可能樹脂(a)の活
性水素基と反応するように適合された硬化剤(b)を含む。ブロックされた有機
ポリイソシアネートおよびアミノプラスト硬化剤の両方は、本発明における使用
に適切であるが、ブロックされたイソシアネートは、本明細書中でカソード電着
のために好ましい。
【0021】 アミノプラスト樹脂(これは、アニオン電着に好ましい硬化剤である)は、ア
ミンまたはアミドとアルデヒドとの縮合生成物である。適切なアミンまたはアミ
ドの例は、メラミン、ベンゾグアナミン、尿素および類似化合物である。一般に
、使用されるアルデヒドは、ホルムアルデヒドであるが、生成物は、他のアルデ
ヒド(例えば、アセトアルデヒドおよびフルフラール)から製造され得る。縮合
生成物は、使用される特定のアルデヒドに依存して、メチルオール基または同様
のアルキルオール基を含む。好ましくは、これらのメチルオール基は、アルコー
ルとの反応によってエーテル化される。使用される種々のアルコールとしては、
1〜4個の炭素原子を含む一価アルコール(例えば、メタノール、エタノール、
イソプロパノール、およびn−ブタノール)が挙げられ、メタノールが好ましい
。アミノプラスト樹脂は、American Cyanamid Co.からC
YMELの商標で、そしてMonsanto Chemical Co.からR
ESIMENEの商標で市販されている。
【0022】 アミノプラスト硬化剤は、代表的には活性水素含有アニオン電着可能樹脂と組
合せて、約5重量%〜約60重量%の範囲の量で、好ましくは約20重量%〜約
40重量%の範囲の量で、利用される(パーセントは、電着浴中の樹脂固体の総
重量に基づく)。
【0023】 カソード電着における使用のために好ましい硬化剤は、ブロックされた有機ポ
リイソシアネートである。ポリイソシアネートは、米国特許第3,984,29
9号、1段1〜68行、2段および3段1〜15行に記載されるように、完全に
ブロックされ得、または米国特許第3,947,338号2段65〜68行、3
段および4弾1〜30行(これらは、本明細書中に参考として援用される)に記
載されるように、部分的にブロックされてそしてポリマー骨格と反応する。「ブ
ロックされる」とは、イソシアネート基が、化合物と反応して、その結果生じた
ブロックされたイソシアネート基が、周囲温度で活性水素に対して安定であるが
、通常90℃と200℃との間の高温でフィルム形成ポリマー中の活性水素に対
して反応性であるということを意味する。
【0024】 適切なポリイソシアネートとしては、芳香族および脂肪族のポリイソシアネー
ト(環状脂肪族ポリイソシアネートを含む)が挙げられ、そして代表的な例とし
ては、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)、2,4−ト
ルエンジイソシアネートまたは2,6−トルエンジイソシアネート(TDI)(
これらの混合物を含む)、p−フェニレンジイソシアネート、テトラメチレンジ
イソシアネートおよびヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタ
ン−4,4’−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、フェニルメタ
ン−4,4’−ジイソシアネートとポリメチレンポリフェニルイソシアネートと
の混合物が挙げられる。より高次のポリイソシアネート(例えば、トリイソシア
ネート)が使用され得る。例としては、トリフェニルメタン−4,4’,4’’
−トリイソシアネートが挙げられる。多価アルコール(例えば、ネオペンチルグ
リコール)およびトリメチルオールプロパンとのイソシアネート()−プレポリ
マーならびにポリマー多価アルコール(例えば、ポリカプロラクトンジオールお
よびトリオール(NCO/OH等量比が1より大きい)とのイソシアネート()
−プレポリマーはまた、使用され得る。
【0025】 ポリイソシアネート硬化剤は、代表的には活性水素含有カチオン電着可能樹脂
と組合せて、約5重量%〜約60重量%の範囲、好ましくは、約20重量%〜約
50重量%の範囲(パーセントは、電着浴の樹脂固体の総重量に基づく)の量で
利用される。
【0026】 本発明の水性組成物は、水性分散の形態である。用語「分散」は、二相の透明
な、半透明な、または不透明な樹脂系であると考えられ、この系において、樹脂
は分散相であり、水は、連続相である。樹脂相の平均粒子サイズは、一般的に1
.0ミクロン未満であり、そして通常0.5ミクロン未満であり、好ましくは0
.15ミクロン未満である。
【0027】 水性媒体中の樹脂相の濃度は、水性分散の総重量に基づいて、少なくとも1重
量%であり、そして通常約2〜約60重量%である。本発明の組成物が、樹脂濃
縮物の形態である場合、これらは、一般的には、水性分散の重量に基づいて約2
0〜約60重量%の樹脂固体含有量を有する。
【0028】 本発明の電着浴は、代表的には以下の2つの成分として供給される:(1)ク
リア樹脂フィード(clear resin feed)、これは、一般的に活
性水素含有イオン電着可能樹脂、すなわち、主要なフィルム形成ポリマー、硬化
剤。および任意のさらなる水に分散可能な非着色成分を含む;(2)顔料ペース
ト、これは、一般的には1つ以上の顔料、水に分散可能な粉砕樹脂(これは、主
要なフィルム形成ポリマーと同じであっても異なっていてもよい)および必要に
応じて添加剤(例えば、湿潤剤または分散補助剤)を含む。電着浴成分(1)お
よび(2)は、水および通常合体溶媒を含む水性媒体中に分散される。
【0029】 イットリウム化合物が電着浴中に組み込まれ得る種種の方法が存在するという
ことが理解されるべきである。可溶性のイットリウム化合物は、「ニート」で添
加され得る。すなわち、前混合または他の成分と反応することなしに直接浴に添
加される。あるいは、可溶性イットリウム化合物は、イオン性樹脂、硬化剤およ
び/または任意の他の非着色成分を含み得る、前分散されたクリア樹脂フィード
に添加され得る。好ましくは、可溶性イットリウム化合物は、「ニート」で電着
浴へ添加される。他方では、不溶性イットリウム化合物および/またはイットリ
ウム顔料は、好ましくは電着浴ヘのペーストの混合の前に、顔料ペースト成分と
前混合される。
【0030】 本発明の電着浴は、唯一の腐蝕を抑制する無機成分としてイットリウムを含有
し得るか、または他の腐蝕を抑制する無機もしくは有機成分(例えば、カルシウ
ム、ビスマス、またはフェノール官能化ポリマーのようなポリフェノール)を補
充され得る。好ましくは、電着浴は、実質的に無鉛である。
【0031】 本発明の電着浴は、電着浴の総重量に基づいて、通常約5〜25重量%の範囲
内の樹脂固体含有量を有する。
【0032】 上記のように、水に加えて、水性媒体は、合体溶媒を含み得る。有用な合体溶
媒としては、炭化水素、アルコール、エステル、エーテルおよびケトンが挙げら
れる。好ましい合体溶媒としては、アルコール、多価アルコールおよびケトンが
挙げられる。特定の合体溶媒としては、イソプロパノール、ブタノール、2−エ
チルヘキサノール、イソホロン、2−メトキシペンタノン、エチレングリコール
およびプロピレングリコールならびにエチレングリコールのモノエチルエーテル
、モノブチルエーテルおよびモノヘキシルエーテルが挙げられる。合体溶媒の量
は、一般的には、水性媒体の総重量に基づいて、約0.01重量%と25重量%
との間であり、使用される場合、好ましくは約0.05重量%〜約5重量%であ
る。
【0033】 上記で議論したように、顔料成分および、所望されるならば、種々の添加剤(
例えば、表面活性剤、湿潤剤)または触媒が、分散中に含まれ得る。顔料成分は
、顔料(例えば、酸化鉄、クロム酸ストロンチウム、カーボンブラック、炭塵、
二酸化チタン、滑石、硫酸バリウム)、ならびに着色顔料(例えば、カドミウム
イエロー,カドミウムレッド、クロムイエローなど)を含む従来の型の顔料であ
り得る。分散の顔料の含有量は、通常樹脂に対する顔料の比で表される。本発明
の実施において、顔料が使用される場合、樹脂対顔料比は、通常約0.02〜1
:1の範囲である。上記の他の添加剤は、通常分散中に、樹脂固体の重量に基づ
いて、約0.01〜3重量%の量である。
【0034】 本発明の電着コーティング組成物は、電着によって種々の導電性基板、特に金
属(例えば、未処理鋼、亜鉛メッキ鋼、アルミニウム、銅、マグネシウム)およ
び導電性炭素被覆材料に適用され得る。電着のために印加されるボルト数は、変
化し得、そして例えば、わずか1ボルトから数千ボルトであり得るが、代表的に
は50ボルトと500ボルトとの間である。電流密度は、通常0.5アンペア/
平方フィートと5アンペア/平方フィートとの間であり、そして電着の間に減少
する傾向があり、これは、絶縁フィルムの形成を示す。
【0035】 コーティングが電着により塗布された後、通常約90℃〜約260℃のような
高温で、約1分から40分間焼成することにより硬化される。
【0036】 以下の実施例は本発明の例示であるが、本発明をその詳細に限定するとはみな
されない。他に示されない限り、以下の実施例ならびに明細書の全体を通して、
全ての割合および百分率は、重量による。
【0037】 (実施例) 実施例AおよびBは、カチオン性の電着可能な樹脂の調製を記載し、実施例A
はまた、ポリウレタン架橋剤を含む。実施例CおよびDの各々は、四級アンモニ
ウム塩を含む色素粉砕樹脂の調製を記載する。
【0038】 実施例AAおよびBBは、本発明の電着浴組成物における使用に適切な色素ペ
ーストの調製を記載する。実施例CCおよびDDは、それぞれ実施例1および2
、ならびに実施例3および4の電着浴組成物における使用のための電着浴プレミ
ックスの調製を記載する。実施例EEは、実施例2および4の浴組成物における
使用のための可溶性イットリウム溶液の調製を記載する。表1は、本発明の鉛非
含有電着浴組成物において、可溶性イットリウム溶液の包含によって観測された
、スクライブクリープ(scribe creep)腐食耐性における改善を例
証する。
【0039】 (実施例A) ポリウレタン架橋剤を、以下の成分の混合物から調製した:
【0040】
【表1】 1ビスフェノールAおよび6つのエチレンオキシドを含むジオールの付加物、B
ASF Corp.からMACOL 98A MOD1として市販。2 Dow Chemical Co.から入手可能な重合体メチレンジフェニル
ジイソシアネート。
【0041】 適切に備え付けられた12リットルの丸底フラスコに、充填Iの成分を添加し
た。穏やかな攪拌下で、これらの成分を、窒素ブランケット下で50℃の温度ま
で加熱した。PAPI 2940を、約2時間かけて徐々に添加し、温度を11
0℃まで上げ、続いて約176.6グラムのメチルイソブチルケトンでリンスし
た。この反応混合物を、赤外分光法でイソシアネートが検出されなくなるまで1
10℃で保持した。次いで、残りの1072.7グラムのメチルイソブチルケト
ンを、この反応混合物に添加し、これは約83%の最終固体成分を有した(11
0℃で1時間)。
【0042】 カチオン性樹脂を、以下の成分の混合物から調製した:
【0043】
【表2】 1Shell Oil and Chemical Co.から市販のビスフェ
ノールAのジグリシジルエーテル。2 付加物を、1:2のモル比のエトキシ化されたビスフェノールA(ビスフェノ
ールAの1モル当たり9モルのエチレンオキシド)および無水ヘキサヒドロフタ
ル酸を、0.05%のトリエチルアミン触媒の存在下で混合し、そして100℃
で3.5時間保持して調製した。3 BASF Corp.から市販の界面活性物質。4 2モルのジチレングリコール(dithylene glycol)モノブチ
ルエーテルおよび1モルのホルムアルデヒドの反応生成物、98%活性、McC
ollumらの米国特許第4,891,111号に記載のように調製した。5 Huntsman Corporationから市販。
【0044】 適切に備え付けられた12リットルの丸底フラスコに、充填Iの成分を添加し
た。この反応混合物を穏やかに攪拌し、そして窒素ブランケット下で約75℃の
温度まで加熱し、続いて充填IIを添加した。この反応混合物を発熱させ、そし
てこの発熱の終了後に、反応温度を約120℃〜123℃に調節し、そしてこの
温度で約2時間保持した。この反応混合物は、固体に基づいて20,000より
大きなエポキシ当量、固体に基づいて1グラム当たり0.77ミリ当量のアミン
含有量、およびS/TのGardner−Holdt気泡粘度(1−メトキシ−
2−プロパノールで50%固体まで減少した場合)を有した。
【0045】 上記で調製したカチオン性樹脂の水分散物を、以下の成分の混合物から調製し
た:
【0046】
【表3】 1メチルイソブチルケトン中のガム・ロジン(Aldrich Chemica
l Company,Inc.から市販)の30%溶液。
【0047】 充填Iを、攪拌器を備えた浴に添加し、そして50℃の温度まで加熱した。こ
の温度で、このカチオン性樹脂を添加し、そして完全に分散するまで約30分間
混合し、この時点でガム・ロジン(充填III)を徐々に添加した。このカチオ
ン性樹脂およびガム・ロジンを15分間混合し、この時点で充填IVの脱イオン
水を添加した。この分散物を約60℃〜65℃の温度まで加熱し、そして約20
インチ水銀の減圧に約2時間供し、この時間の間に、減圧蒸留によってメチルイ
ソブチルケトンを除去した。得られた分散物は、41.9%の固体を有した(1
10℃で1時間)。
【0048】 (実施例B) カチオン性樹脂を、以下の成分の混合物から調製した:
【0049】
【表4】 1ビスフェノールAおよび6つのエチレンオキシドを含むジオールの付加物、B
ASF Corp.からMACOL 98A MOD1として市販。2 2モルのジエチレングリコールモノブチルエーテルおよび1モルのホルムアル
デヒドの反応生成物、98%活性、McCollumらの米国特許第4,891
,111号に記載のように調製した。3 ジエチレントリアミンおよびメチルイソブチルケトンから誘導されるジケチミ
ン(メチルイソブチルケトン中の73%固体)、Jerabekらの米国特許第
3,947,339号に記載のように調製した。
【0050】 適切に備え付けられた5リットルのフラスコに、充填Iの成分を、上記に示す
順序で、穏やかな攪拌下で添加した。この混合物を、窒素ブランケット下で12
5℃の温度まで加熱し、次いで約145℃〜160℃の温度まで発熱させ、続い
て約145℃の温度で1時間保持した。次いで、この反応混合物を、約125℃
の温度まで冷却し、この時点で、充填IIの成分を添加し、そしてこの反応混合
物をその温度でさらに2時間保持した。この保持時間の後、約85%の反応生成
物を、酢酸溶液(28.9g(0.481当量)および190.0グラムの脱イ
オン水)にゆっくりと注ぎ、そして30分間混合した。さらなる脱イオン水を、
分散固体を36%まで減少させるために添加した(110℃で1時間)。次いで
、このカチオン性分散物を、メチルイソブチルケトンを除去するために吸引除去
(vacuum strip)した。
【0051】 (実施例C) この実施例は、四級アンモニウム塩を含む色素粉砕樹脂の調製を記載する。実
施例C−1は、アミン−酸塩四級化剤の調製を記載し、そして実施例C−2は、
エポキシ基含有ポリマーの調製を記載し、これは続いて実施例C−1のアミン−
酸塩で四級化される。
【0052】 (実施例C−1) アミン−酸塩四級化剤を、以下の手順を使用して調製した: 適切に備え付けられた5リットルのフラスコに、445重量部のN,N−ジメ
チルエタノールアミンを添加した。穏やかな攪拌下で、660重量部のPAPI
2940(Dow Chemical Co.から市販の重合体ジイソシアネー
ト)を、1.5時間かけてゆっくりと添加し、続いて、実施例AおよびBについ
て上記で記載した溶媒22.1重量部でリンスした。この添加の間に、この反応
混合物を約89℃の温度まで発熱させ、そして赤外分光法によってイソシアネー
トの反応の完了が決定されるまで、この温度で約1時間保持した。この時点で、
512重量部の88%の乳酸水溶液を25分間かけて添加し、続いて約2136
.11重量部の脱イオン水を添加した。この反応温度を、70.6の行き詰まっ
た(stalled)酸価が得られるまで、約80℃で約6時間保持した。
【0053】 (実施例C−2) この四級アンモニウム塩の基を含有するポリマーを、以下の手順を使用して調
製した。
【0054】 適切に備え付けられた5リットルのフラスコに、穏やかな攪拌下で、528.
8重量部のEPON 828(Shell Oil and Chemical
Co.から市販のビスフェノールAのポリグリシジルエーテル);224.9
重量部のビスフェノールA;実施例AおよびBについて上記で記載した溶媒83
.7重量部;ならびに0.5重量部のエチルトリフェニルホスホニウムヨージド
を添加した。この反応混合物を、約140℃まで加熱し、約180℃まで発熱さ
せ、次いで約160℃まで冷却し、そしてこの温度で約1時間保持した。この時
点で、この重合体生成物は、982.9のエポキシ当量を有した。次いで、この
反応混合物を約130℃の温度まで冷却し、このときに、実施例AおよびBの溶
媒約164.9重量部を添加し、そして温度を約95℃〜100℃まで低下させ
、続いて約418.4重量部の実施例C−1のアミン−酸四級化剤を、約15分
かけて添加し、続いて約1428.1重量部の脱イオン水を添加した。この反応
温度を、この反応生成物の酸価が1.0未満になるまで、約80℃で約6時間保
持した。得られた四級アンモニウム塩の基を含有する色素粉砕樹脂を、約334
.7重量部の実施例AおよびBの溶媒でさらに減少させた。
【0055】 (実施例D) この実施例は、第2の四級アンモニウム塩の基を含有する色素粉砕樹脂の調製
を記載する。実施例D−1は、アミン−酸塩四級化剤の調製を記載し、そして実
施例D−2は、エポキシ基含有ポリマーの調製を記載し、これは続いて実施例D
−1のアミン−酸塩で四級化される。
【0056】 (実施例D−1) このアミン−酸塩四級化剤を、以下の手順を使用して調製する。
【0057】 適切に備え付けられた5リットルのフラスコに、攪拌下で、267.4重量部
のN,N−ジメチルエタノールアミンを添加した。約23℃の温度で、396重
量部のPAPI 2940を、1.0時間かけてゆっくりと添加し、続いて約1
3.9重量部の実施例AおよびBにおいて上記で記載した溶媒でリンスした。こ
の添加の間に、この温度を約90℃まで発熱させ、続いて赤外分光法でイソシア
ネートの消失が決定されるまで、この温度で約45分間保持した。この時点で、
112.8重量部のジメチルココアミン(dimethylcocoamine
)を添加し、続いて約361.3重量部の88%乳酸水溶液を15分かけて添加
した。次いで、約695.0重量部の脱イオン水を添加し、そしてこの反応温度
を、行き詰まった酸価が得られるまで、約85℃で約3時間保持した。
【0058】 (実施例D−2) この四級アンモニウム塩の基を含有するポリマーを、以下の手順を使用して調
製した。
【0059】 適切に備え付けられた5リットルのフラスコに、631.7重量部のEPON
828;268.7重量部のビスフェノールA;10.0重量部の実施例Aおよ
びBの溶媒;ならびに0.6部のエチルトリフェニルホスホニウムヨージドを添
加した。この反応混合物を約140℃まで加熱し、そして約180℃の温度まで
発熱させ、その時点でこの反応混合物を160℃まで冷却し、そして991.0
のエポキシ当量まで約1時間保持した。この反応物を、約130℃までさらに冷
却し、そして421.2重量部のエトキシル化ビスフェノールA(ビスフェノー
ルAの1モル当たり6モルのエチレンオキシド)を添加した。次いで、約80℃
の温度が得られるまで冷却を続け、その時点で346.4重量部の実施例D−1
のアミン−酸塩四級化剤を、約30〜35分かけて添加し、続いて404.8重
量部の脱イオン水を添加した。この反応混合物を、酸価が1.0未満に下がるま
で約80℃の温度で約6時間保持した。得られた四級アンモニウム塩の基を含有
する色素粉砕樹脂を、2232.2重量部の脱イオン水でさらに減少させた。
【0060】 (実施例AA) この実施例は、本発明の電着浴組成物における使用に適切な色素ペーストの調
製を記載する。この色素ペーストを、以下の成分の混合物から調製した:
【0061】
【表5】 1Air Products and Chemicals,Inc.から入手
可能な非イオン性界面活性物質。2 E.I.Dupont de Nemours & Co.(Inc.)から
入手可能な二酸化チタン色素。3 Cabot Corp.から入手可能なカーボンブラックビーズ。4 以下の成分の混合物から調製した触媒ペースト:
【0062】
【表6】 1Sankyo Organic Chemicals Co.,Ltd.から
入手可能なジ−n−ブチルスズオキシド触媒。
【0063】 高剪断攪拌下で、示される順序で上記の成分を添加した。この成分を完全に混
合した後、この色素ペーストを垂直サンドミルに移し、そして約7.25のHe
gman値まで粉砕した。
【0064】 (実施例BB) この実施例は、本発明の電着浴組成物における使用に適切な色素ペーストの調
製を記載する。この色素ペーストを、以下の成分の混合物から調製した:
【0065】
【表7】 1Air Products and Chemicals,Inc.から入手
可能な非イオン性界面活性物質。2 E.I.Dupont de Nemours & Co.(Inc.)から
入手可能な二酸化チタン色素。3 Cabot Corp.から入手可能なカーボンブラックビーズ。4 Aldrich Chemical Company,Inc.から市販のシ
ュウ酸カルシウム水和物。5 以下の成分の混合物から調製した触媒ペースト:
【0066】
【表8】 高剪断攪拌下で、続けて上記の成分を添加した。この成分を完全に混合した後
、この色素ペーストを垂直サンドミルに移し、そして約7.25のHegman
値まで粉砕した。
【0067】 (実施例CC) この実施例は、以下の実施例1および2の電着浴組成物における使用のための
電着浴プレミックスの調製を記載する。この電着浴プレミックスを、以下の成分
の混合物から調製した:
【0068】
【表9】 1JEFFAMINE D400(Huntsman Corporation
から入手可能なポリオキシプロピレンジアミン)およびDER−732(Dow
Chemical Coから市販の脂肪族エポキシド)の反応生成物、Mor
iarityらの米国特許第4,423,166号に記載のように調製した。2 米国特許第5,348,578号に記載の、メチルアミン;プロピレンオキシ
ド;およびトルエンジイソシアネートの反応生成物。3 Aldrich Chemical Company,Inc.から市販のフ
ェニルホスホン酸。
【0069】 (実施例DD) この実施例は、以下の実施例3および4の電着浴組成物における使用のための
電着浴プレミックスの調製を記載する。この電着浴プレミックスを、以下の成分
の混合物から調製した:
【0070】
【表10】 1Aldrich Chemical Company,Inc.から市販のフ
ェニルホスホン酸。
【0071】 (実施例EE) この実施例は、以下の実施例2および4の電着浴組成物における使用のための
可溶性イットリウム溶液の調製を記載する。この可溶性イットリウム溶液を、以
下の成分の混合物から調製した:
【0072】
【表11】 1Aldrich Chemical Company,Inc.から市販。
【0073】 (実施例1〜4) 実施例2および4は、実施例EEの可溶性イットリウム溶液を500ppm含
む本発明の電着浴組成物の調製を記載する。比較例1および3は、可溶性イット
リウム溶液を含まない。この電着浴組成物を、以下の成分の混合物から調製した
【0074】
【表12】 (電着浴の調製:) 攪拌下で、実施例Bのカチオン性樹脂を約15%の合計脱イオン水で希釈した
。次いで、この希釈した樹脂を、実施例Aのカチオン性樹脂中に攪拌した。この
柔軟剤樹脂を、攪拌下で、溶媒で別々に希釈し、次いで、カチオン性樹脂ブレン
ドを添加する前に、約30%の合計脱イオン水でさらに希釈した。次いで、フロ
ー制御添加剤を添加した。このフェニルホスホン酸を、カチオン性樹脂ブレンド
を添加する前に、約5%の合計脱イオン水で希釈した。この色素ペーストを、残
りの脱イオン水で別々に希釈し、そして上記の樹脂ブレンドに添加した。最終浴
固体は約22.5%であり、色素対樹脂の割合は0.12:1.0であった。試
験浴を20%限外濾過し、そして電着の前に、比較例1および3については新た
な脱イオン水のみで満たし、そして実施例2および4においては新たな脱イオン
水および所定量の可溶性イットリウム溶液で満たした。
【0075】 (電着手順:) 上記の実施例1〜4の各電着浴組成物を、ACT Laboratories
から市販の非リン酸処理の冷間圧延鋼パネル上に電着した。各々のカチオン性電
着の条件は、以下のようであった:90°F、160〜180ボルトで2分間に
より、0.6〜0.8ミルの厚さの硬化フィルムを得た。このコーティングされ
た基板を、340°Fで20分間、電気オーブンで硬化した。
【0076】 (試験手順:) このコーティングした、未処理の鋼試験パネルの各々をスクライブ(scri
be)し、「X」パターンに、コーティングから金属基板を通って切断した。次
いで、この試験パネルを、ASTM B117に従って、塩スプレー試験(sa
lt spray testing)に供した。試験パネルを、「スクライブク
リープ」腐食および外見について評価した。スクライブクリープを、スクライブ
マークからの腐食の平均距離(ミリメートル)として報告する。試験の結果を、
以下の表1において報告する。
【0077】
【表13】 上記の表1に報告されるデータは、本発明の電着浴において、可溶性イットリ
ウム溶液の含有で観察された、スクライブクリープ腐食耐性における改善を例証
する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C25D 13/10 C25D 13/10 B (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 カイロ, アラン ジェイ. アメリカ合衆国 ペンシルベニア 15116, グレンショー, リンゲイ ドライブ 140 Fターム(参考) 4J038 CG001 DA151 DA152 DB001 DD001 DD231 DG032 DG262 DG302 GA06 GA09 GA13 GA14 HA086 HA156 HA216 HA246 HA262 HA456 JA43 JB01 JB18 JC16 KA03 KA12 MA08 NA03 NA17 NA27 PA04 PA19 PC02

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電着可能コーティング組成物であって、該コーティング組成
    物が、水性媒体中に分散した樹脂相を含有し、該樹脂相が、以下: (a)活性水素を含有するイオン性電着可能樹脂、および (b)該(a)の該活性水素と反応性の官能基を有する硬化剤、 を含有し、 改良点が、該組成物において、水性媒体に可溶でありかつ該電着可能コーティ
    ング組成物の全樹脂固体の重量に基づき、約0.005重量%〜約5重量%のイ
    ットリウムの量で存在する少なくとも1種のイットリウム化合物を含有すること
    を含む、電着可能コーティング組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の電着可能コーティング組成物であって、こ
    こで、存在するイットリウムの量が、該電着可能コーティング組成物中の全樹脂
    固体の重量に基づき約1.0重量%以下である、電着可能コーティング組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の電着可能コーティング組成物であって、こ
    こで、該組成物が実質的に鉛を含まない、電着可能コーティング組成物。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の電着可能コーティング組成物であって、こ
    こで、前記樹脂相が少なくとも1種の鉛でない顔料をさらに含有する、電着可能
    コーティング組成物。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の電着可能コーティング組成物であって、こ
    こで、前記イットリウム化合物が、硝酸イットリウム、酢酸イットリウム、塩化
    イットリウム、スルファミン酸イットリウム、乳酸イットリウム、ギ酸イットリ
    ウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される、電着可能コーティング組
    成物。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の電着可能コーティング組成物であって、こ
    こで、前記イットリウム化合物が、スルファミン酸イットリウム、酢酸イットリ
    ウム、乳酸イットリウム、ギ酸イットリウムおよび硝酸イットリウムからなる群
    から選択されるイットリウムの可溶塩である、電着可能コーティング組成物。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載の電着可能コーティング組成物であって、こ
    こで、前記活性水素を含有するイオン性樹脂がカチオン性である、電着可能コー
    ティング組成物。
  8. 【請求項8】 電着浴であって、該電着浴が、水性媒体中に分散した樹脂相
    を含有し、該樹脂相が、以下: (a)活性水素を含有するイオン性電着可能樹脂、および (b)該(a)の該活性水素と反応性の官能基を有する硬化剤、 を含み、 改良点が、水性媒体に可溶であり、かつ該電着浴の重量に基づき、100万重
    量部あたり約10重量部〜約10,000重量部のイットリウムの量で存在する
    少なくとも1種のイットリウム化合物を含有する電着浴を含む、電着浴。
  9. 【請求項9】 請求項8に記載の電着浴であって、ここで、イットリウムの
    量が、電着浴の重量に基づき、100万重量部あたり約1000重量部以下であ
    る、電着浴。
  10. 【請求項10】 前記浴が実質的に鉛を含まない、請求項8に記載の電着浴
  11. 【請求項11】 前記樹脂相が、少なくとも1種の鉛でない顔料をさらに含
    有する、請求項8に記載の電着浴。
  12. 【請求項12】 請求項8に記載の電着浴であって、ここで、前記イットリ
    ウム化合物が、硝酸イットリウム、酢酸イットリウム、塩化イットリウム、スル
    ファミン酸イットリウム、乳酸イットリウム、ギ酸イットリウムおよびそれらの
    混合物からなる群から選択される、電着浴。
  13. 【請求項13】 請求項8に記載の電着浴であって、ここで、前記イットリ
    ウム化合物が、スルファミン酸イットリウム、酢酸イットリウム、乳酸イットリ
    ウム、ギ酸イットリウムおよび硝酸イットリウムからなる群から選択されるイッ
    トリウムの可溶塩である、電着浴。
  14. 【請求項14】 請求項8に記載の電着浴であって、前記活性水素を含有す
    るイオン性樹脂がカチオン性である、電着浴。
  15. 【請求項15】 コーティング組成物であって、以下: (a)活性水素を含有する樹脂、および (b)(a)の該活性水素と反応性の官能基を有する硬化剤、 の成分を含有し、 ここで、該コーティング組成物が、該コーティング組成物中の全樹脂固体の重
    量に基づき、約0.005重量%〜約5.0重量%の、水性媒体に可溶なイット
    リウム化合物を含有する、コーティング組成物。
  16. 【請求項16】 電気回路内の荷電した電極として作用する導電性基板を電
    着塗装する方法であって、該電気回路が該電極および反対に荷電した対電極を含
    み、該電極が水性電着塗装組成物中に浸漬される、方法であり、該方法は、該電
    極間に電流を通し、実質的に連続したフィルムとして該基板上に該電着塗装組成
    物の堆積を生じる工程を包含し、該水性電着塗装組成物が、以下: (a)活性水素を含有するイオン性電着可能樹脂、および (b)該(a)の該活性水素と反応性の官能基を有する硬化剤、 を含有し、 ここで、改良点が、水性媒体に可溶でありかつ該電着浴の重量に基づき、10
    0万重量部あたり約10重量部〜約10,000重量部の全イットリウムの量で
    存在する少なくとも1種のイットリウム化合物を含有する電着浴を含む、方法。
  17. 【請求項17】 請求項16に記載の方法であって、前記全イットリウムの
    量が、電着浴の重量に基づき、100万重量部あたり約1000重量部以下であ
    る、方法。
  18. 【請求項18】 請求項16に記載の方法であって、前記全イットリウムの
    量が、電着浴の重量に基づき、100万重量部あたり約500重量部以下である
    、方法。
  19. 【請求項19】 前記電着浴が実質的に鉛を含まない、請求項16に記載の
    方法。
  20. 【請求項20】 前記樹脂相が、少なくとも1種の鉛でない顔料をさらに含
    有する、請求項16に記載の方法。
  21. 【請求項21】 請求項16に記載の方法であって、前記イットリウム化合
    物が、スルファミン酸イットリウム、酢酸イットリウム、乳酸イットリウム、ギ
    酸イットリウムおよび硝酸イットリウムからなる群から選択されるイットリウム
    の可溶塩である、方法。
  22. 【請求項22】 前記基板がカソードである、請求項16に記載の方法。
  23. 【請求項23】 前記基板が未処理の鋼からなる、請求項16に記載の方法
  24. 【請求項24】 前記基板が亜鉛めっきされた鋼である、請求項16に記載
    の方法。
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