JP2004256680A - 粉体塗料用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】塗膜の外観、機械的物性、長期防食性、塗料の貯蔵安定性をバランス良く兼備し、防食塗料用途に好適に用いることができる粉体塗料用エポキシ樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】固形エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)を含む粉体塗料用エポキシ樹脂組成物であって、固形エポキシ樹脂(A)がビスフェノールF(a1)とジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)とを反応させて得られる、エポキシ当量が900〜2300g/eq、且つ、示差走査熱量分析によるガラス転移温度が45〜60℃であることを特徴とする粉体塗料用エポキシ樹脂組成物。
【選択図】 なし。
【解決手段】固形エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)を含む粉体塗料用エポキシ樹脂組成物であって、固形エポキシ樹脂(A)がビスフェノールF(a1)とジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)とを反応させて得られる、エポキシ当量が900〜2300g/eq、且つ、示差走査熱量分析によるガラス転移温度が45〜60℃であることを特徴とする粉体塗料用エポキシ樹脂組成物。
【選択図】 なし。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗膜の外観、機械的物性、長期防食性、塗料の貯蔵安定性をバランス良く兼備する粉体塗料用エポキシ樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、エポキシ樹脂と硬化剤を含む粉体塗料は、耐水性、耐薬品性等の防食性に優れ、密着性、機械的物性が良好な塗膜が得られることから、家電機器、電子部品、金属家具、建築資材の被覆等に幅広く使用されている。該粉体塗料は、一般的に常温で塗装後に被塗物を高温に加熱し、この熱により、粉体塗料のレベリングおよび硬化が進行する。
【0003】
一般的に該粉体塗料としては、固形エポキシ樹脂としてビスフェノールA(BPA)型の固形樹脂が最も広く用いられている。しかしながら、該BPA型固形エポキシ樹脂を用いた粉体塗料組成物は、耐塩水噴霧性など長期防食性については十分に満足できるものではなかった。
【0004】
上記課題を解決する手段として、例えば、エポキシ当量が450〜2100g/eq、軟化点が50〜110℃のビスフェノールF(BPF)型固形エポキシ樹脂を用いた粉体塗料組成物が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、前記組成物はBPF残基を有するエポキシ樹脂を主成分とする粉体塗料用エポキシ樹脂組成物である為、塗膜の可とう性等の機械的物性が不足し、かつエポキシ当量及び軟化点が低い範囲ではBPA型固形エポキシ樹脂を用いた塗料組成物と比較して貯蔵安定性が悪く、塗料のゲルタイム(硬化時間)が経時的に短くなるという問題点を抱えている。
【0005】
【特許文献1】
特許第2813986号公報(第2−3頁)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような実情に鑑み、本発明の課題は、塗膜の外観、機械的物性、長期防食性、塗料の貯蔵安定性をバランス良く兼備し、防食塗料用途に好適に用いることができる粉体塗料用エポキシ樹脂組成物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ジヒドロキシベンゼン類の残基を骨格に有する変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂であって、エポキシ当量が900〜2300g/eq且つガラス転移温度が45〜60℃である該エポキシ樹脂を用いることによって、塗膜の外観、機械的物性、長期防食性等を低下させることなく、塗料の貯蔵安定性を著しく改善できることを見出し、本発明を完成させた。
【0008】
すなわち、本発明は、固形エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)を含む粉体塗料用エポキシ樹脂組成物であって、固形エポキシ樹脂(A)がビスフェノールF(a1)とジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)とを反応させて得られる、エポキシ当量が900〜2300g/eq、且つ、示差走査熱量分析によるガラス転移温度が45〜60℃であることを特徴とする粉体塗料用エポキシ樹脂組成物を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる固形エポキシ樹脂(A)は、ビスフェノールF(a1)とジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)とから誘導されるエポキシ樹脂であって、エポキシ当量が900〜2300g/eq、示差走査熱量分析によるガラス転移温度が45〜60℃のものである。
【0010】
前記エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量が900g/eq未満の場合には、塗料の貯蔵安定性(40℃/1週間保管後のゲルタイム保持率)に関して満足する結果が得られず、また、エポキシ当量が2300g/eqを超えると塗装時の流動性に欠け、平滑な塗膜が得られない。示差走査熱量分析によるガラス転移温度が45℃未満の場合には、塗料の貯蔵安定性に関して満足する結果が得られず、60℃を超える場合には塗装時の流動性に欠け、平滑な塗膜が得られない。従って、塗膜の外観、機械的物性、塗料の貯蔵安定性をバランス良く兼備させる為には、エポキシ当量が900〜2300g/eqで且つガラス転移温度が45〜60℃であることを必須とし、エポキシ当量が1000〜2000g/eqでガラス転移温度が48〜58℃であることが好ましく、特にエポキシ当量が1100〜1800g/eqでガラス転移温度が49〜56℃であることが好ましい。
【0011】
本発明で用いるガラス転移温度とは、セイコー電子熱分析システム(セイコ−インスツルメンツ製 DSC220C)を用いて下記条件により測定した2回目のデータ(セカンドラン)の値である。
測定プログラム 1回目(ファーストラン):−30℃から150℃まで、昇温速度5℃/分、急冷後、2回目(セカンドラン):−30℃から150℃まで、昇温速度5℃/分、終了後急冷。
試料重量:5mg
測定雰囲気:窒素雰囲気
【0012】
前記ビスフェノールF(a1)としては、工業的に入手できるものであれば特に制限されるものではないが、得られるエポキシ樹脂組成物を用いた塗料の貯蔵安定性に優れる点から、不純物であるノボラック成分(3個以上の芳香環がメチレン鎖によって連結された構造を有する化合物)が含有していないものを用いることが好ましい。
【0013】
前記ジヒドロキシベンゼン類(a2)としては、例えば、炭素原子数1〜9の脂肪族炭化水素基を置換基として有してもよいジヒドロキシベンゼン類が挙げられる。これらの具体例としては、ハイドロキノン、カテコ−ル、レゾルシン、トリメチルハイドロキノン、プロピルハイドロキノン、ジプロピルジヒドロキシベンゼンの各種異性体、2−ターシャリーブチルハイドロキノン、2−ターシャリーブチルレゾルシン、4−ターシャリーブチルレゾルシン、5−ターシャリーブチルレゾルシン、3−ターシャリーブチルカテコール、4−ターシャリーブチルカテコール等のターシャリーブチルジヒドロキシベンゼン類、3,5−ジ−ターシャリーブチルハイドロキノン、2,4−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン、2,5−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン、4,5−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン、4,6−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン、3,4−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン、4,5−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン等のジターシャリーブチルベンゼン類、オクチルジヒドロキシベンゼン類、ジオクチルジヒドロキシベンゼン類、ノニルジヒドロキシベンゼン類、ジノニルジヒドロキシベンゼン類等が挙げられる。前記化合物は1種類でも2種類以上を併用することも可能である。
【0014】
これらの中でもジヒドロキシベンゼン類(a2)の構造としてはハイドロキノン構造(ベンゼン環の1位及び4位にヒドロキシル基を有する骨格)を有するものが好ましく、ハイドロキノン、トリメチルハイドロキノン、2−ターシャリーブチルハイドロキノンが特に好ましい。
【0015】
前記ビスフェノールF(a1)と前記ジヒドロキシベンゼン類(a2)の混合比としては、特に制限されるものではないが、得られるエポキシ樹脂を用いた塗料の貯蔵安定性に優れ、かつ、塗膜の機械的物性が良好である点から、得られるエポキシ樹脂(A)中のビスフェノールF(a1)の骨格とジヒドロキシベンゼン類(a2)の骨格とが[ビスフェノールF(a1)の骨格/ジヒドロキシベンゼン類(a2)の骨格]=99/1〜70/30(重量比)であることが好ましく、特にこの比が98/2〜72/28(重量比)であることが好ましい。
【0016】
前記エピハロヒドリン(a3)としては特に限定されるものではないが、例えば、エピクロルヒドリン、β−メチルエピクロルヒドリン、エピブロモヒドリン、β−メチルエピブロモヒドリン等が挙げられる。これらの中でも反応性の点からエピクロルヒドリンが好ましい。
【0017】
前記固形エポキシ樹脂(A)としては、その製造方法として特に制限されるものではないが、例えば、下記▲1▼〜▲4▼で示される手法が挙げられる。
【0018】
▲1▼ビスフェノールF(a1)とジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類の混合物とエピハロヒドリン(a3)とを反応させる方法。
▲2▼ビスフェノールF型エポキシ樹脂をジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類で伸長反応させる方法。
▲3▼▲1▼で得られたエポキシ樹脂中のエポキシ基の一部をビスフェノールF(a1)及び/またはジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類で伸長反応させる方法。
▲4▼ジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)とを反応させて得られるエポキシ樹脂をビスフェノールF(a1)を含むフェノール類で伸長反応させる方法。
【0019】
まず▲1▼の手法について説明する。
この手法は、従来フェノール類とエピハロヒドリンを用いてエポキシ樹脂を得る製法と同様であり、フェノール類として、ビスフェノールF(a1)と前記ジヒドロキシベンゼン類(a2)を必須とする混合物を用いればよく、特に制限されるものではないが、例えば、用いるフェノール類中の全水酸基の1当量に対し、エピハロヒドリン(a3)を0.3〜10当量添加し、塩基の存在下に、40〜100℃で常圧または、減圧下で、必要に応じて、溶媒を用いて反応を行う方法が挙げられる。
【0020】
前記溶媒としては、例えば、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジメチルイミダゾリジノン等の非プロトン性極性溶媒を挙げることができる。
【0021】
塩基としては特に限定されるものではないが、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化バリウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられる。この中でも水酸化カリウム及び水酸化ナトリウムが好ましい。また、これらの塩基は水溶液、固形のいずれでも好適に用いられる。
【0022】
また、本発明の効果を損なわない範囲で、用いるフェノール類としてビスフェノールF(a1)、ジヒドロキシベンゼン類(a2)以外のフェノール類を併用しても良い。
【0023】
ここで併用することができるフェノール類としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールAD等のビスフェノール類、ビフェノール、ナフタレン等の2官能ヒドロキシ化合物、フェノール、クレゾール等の1官能ヒドロキシ化合物等を挙げることができ、1種類でも、2種類以上を混合して使用しても良い。また、その混合割合としては、ビスフェノールF(a1)とジヒドロキシベンゼン類(a2)との合計100重量部に対し20重量部以下であることが好ましい。
【0024】
次いで、▲2▼のビスフェノールF型エポキシ樹脂をジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類で伸長反応させる方法について説明する。
【0025】
ここで用いるビスフェノールF型エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ビスフェノールFとエピハロヒドリンとを前記▲1▼の製法と同様に反応させて得ることができ、また、工業的に入手できる製品を用いても良い。このとき、得られるエポキシ樹脂を用いた塗料の貯蔵安定性に優れる点から、芳香環が3個以上含まれるノボラック型のエポキシ樹脂を含まない製品を用いることが好ましい。また、低分子量、例えば、エポキシ当量として160〜650g/eqのビスフェノールF型エポキシ樹脂を製造、若しくは入手した後、更にビスフェノールF(a1)で伸長反応を行って高分子量化、例えばエポキシ当量として300〜800g/eqまで伸長させたものを使用することもできる。
【0026】
この伸長反応で用いるフェノール類としては、前記ジヒドロキシベンゼン類(a2)を必須とし、本発明の効果を損なわない範囲で前述のその他のフェノール類を併用しても良い。
【0027】
この伸長反応は、触媒存在下で120〜220℃で加熱攪拌することによって行うことができる。前記触媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、オニウム塩、ホスフィン類、アルカリ金属水酸化物等が挙げられ、その使用量としては、ビスフェノールF型エポキシ樹脂とフェノール類の合計100重量部に対して0.001〜0.1重量部の範囲であることが好ましい。また反応時間としては、反応途中の樹脂のエポキシ当量を測定することによって反応を追跡し、所望のエポキシ当量に達するまでの時間を必要とするが、得られるエポキシ樹脂の安定性を考慮し、1〜15時間の範囲であることが好ましい。
【0028】
また、ビスフェノールF型エポキシ樹脂とジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類の仕込み比としては、所望のエポキシ樹脂(A)のエポキシ当量から算出することが好ましい。
【0029】
次いで、▲3▼の、▲1▼で得られたエポキシ樹脂中のエポキシ基の一部をビスフェノールF(a1)及び/またはジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類で伸長反応させる方法について述べる。
【0030】
この方法は、前述の▲2▼の製法において、ビスフェノールF型エポキシ樹脂の代わりに前記▲1▼で得られたエポキシ樹脂を用い、フェノール類として、ビスフェノールF(a1)及び/またはジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類を用いる以外は▲2▼と同様にして伸長反応することによって、本発明で用いるエポキシ樹脂を得る方法である。
【0031】
ここで用いるフェノール類としては、前記ビスフェノールF(a1)、ジヒドロキシベンゼン類(a2)とともに、前述のこれ以外のフェノール類を併用しても良い。
【0032】
次いで、▲4▼のジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)とを反応させて得られるエポキシ樹脂をビスフェノールF(a1)を含むフェノール類で伸長反応させる方法について述べる。
【0033】
ここで用いるエポキシ樹脂はジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)を用いて、前述の▲1▼の製法と同様にして得られるものであり、これを伸長させる反応としては、前記▲2▼の手法と同様であり、用いるフェノール類としてはビスフェノールF(a2)を必須とし、これ以外に前述のこれ以外のフェノール類を併用しても良い。
【0034】
前述の▲1▼〜▲4▼の方法で得られたエポキシ樹脂(A)としては、前記▲1▼の方法で得られるものが、塗料の貯蔵安定性に優れる点で好ましい。
【0035】
また、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物には、前記手法によって得られるエポキシ樹脂(A)の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂等の固形エポキシ樹脂を併用してもよい。
【0036】
本発明で用いる硬化剤(B)としては、特に限定されるものでないが、アミン系硬化剤(b1)、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂が挙げられる。これらの中でも、アミン系硬化剤(b1)としては、イミダゾール類、有機酸ヒドラジン、ジシアンジアミドが好ましい。
【0037】
前記イミダゾール類としては、例えば、メチルイミダゾール、メチルイミダゾリン、ドデシルイミダゾール、ドデシルイミダゾリン、ヘプタデシルイミダゾール、ヘプタデシルイミダゾリン、フェニルイミダゾール、フェニルイミダゾリン、それらの1−シアノエチル化物、イソシアヌル酸付加物、トリメリット酸付加物、イミダゾール、イミダゾリン類とビスフェノール類との反応物等が挙げられる。前記イミダゾール類を硬化剤(B)として使用する場合の配合量は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、0.1〜10重量部の範囲であることが好ましい。
【0038】
前記ジシアンジアミドを硬化剤(B)として使用する場合の配合量は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、0.1〜10重量部の範囲であることが好ましい。
【0039】
有機酸ヒドラジンとしては、硬化後に加熱を行う場合の黄変性が著しく改善される点からポリカルボン酸ポリヒドラジド、及びその誘導体が好ましく、例えば、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバチン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド等及びそれらの誘導体が挙げられる。前記有機酸ヒドラジンを硬化剤(B)として使用する場合の配合量は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、2〜15重量部の範囲であることが好ましい。
【0040】
前記ポリエステル樹脂としては、塗膜物性、塗料製造性が良好である点から多価カルボン酸と多価アルコールを反応させて得られる、1分子中に少なくとも2個のカルボキシル基を有する軟化点が80〜130℃であるカルボキシル基含有ポリエステル樹脂(b2)が好ましく、例えばファインディックM−8520(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点105℃)、ファインディックM−8850(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点104℃)、ファインディックM−8841(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点114℃)、ファインディックM−8630(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点119℃)、ファインディックM−8860(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点113℃)等が挙げられる。前記ポリエステル樹脂を硬化剤(B)として使用する場合の配合量は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、25〜400重量部の範囲であることが好ましい。
【0041】
前記フェノール樹脂としては、常温で固形であれば特に限定されず、例えば、フェノールホルムアルデヒド樹脂、クレゾールホルムアルデヒド樹脂、ビスフェノールAホルムアルデヒド樹脂及びそれらとトリアジンとの反応物、ビスフェノール類とビスフェノール型エポキシ樹脂との反応物等が挙げられ、これらの中でも粉体塗料としての貯蔵安定性、流動性に優れる点から軟化点80〜130℃のフェノール樹脂(b3)が好ましく、具体的にはフェノライトTD−2090(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点120℃)、フェノライトVH−4170(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点105℃)、フェノライトKH−6115(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点115℃)等の製品として入手できるものが挙げられる。前記フェノール樹脂を硬化剤(B)として使用する場合の配合量は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、4〜40重量部の範囲であることが好ましい。また、ビスフェノールAホルムアルデヒド樹脂の場合は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、15〜250重量部の範囲で配合してもよい。
【0042】
本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物には、必要に応じて硬化促進剤を併用しても良い。硬化促進剤としては特に限定されるものではないが、例えば、コハク酸、アジピン酸、サリチル酸、スベリン酸、セバチン酸等の有機酸、2,4,6−トリ(ジメチルアミノメチル)フェノール、ベンジルジメチルアミン、1,8−ジアザビシクロ−[5,4,0]−ウンデセン(DBU)等の第3級アミン類、トリフェニルホスフィン(TPP)等の3級ホスフィン類が挙げられる。これらの硬化促進剤は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対して、0.01〜5重量部の範囲で使用することが好ましい。
【0043】
本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物には、必要に応じて更に充填材(C)を配合することができる。前記充填材(C)としては、特に制限されるものではないが、例えば硫酸バリウム、酸化チタン、タルク、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、シリカ、マイカ、アルミナ等の体質顔料、カーボンブラック、フタロシアニングリーン、フタロシアニンブル等の着色剤を挙げることができる。前記充填材(C)の使用量は特に限定されるものではないが、粉体塗料化物中の10〜50重量%となる範囲であることが好ましい。
【0044】
かかる材料を用いての粉体塗料化は、例えば、固形エポキシ樹脂(A)及び硬化剤(B)、充填材(C)、更に必要に応じ、硬化促進剤、その他の添加剤などを粗粉砕、配合した後、ヘンシェルミキサー等の粉砕機を用いて充分に粉砕、混合し、これを加熱されたニーダーを用いて溶融混練し、冷却後粉砕、分級して得ることができる。
【0045】
前記手法によって得られる粉体塗料としては、平均粒子径20〜150μmであることが好ましい。
【0046】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳述するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、実施例中特に断りのない限り、「部」「%」は重量基準である。
【0047】
合成例1(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、ハイドロキノン88g、エピクロルヒドリン222g、イソプロピルアルコール146g、メチルイソブチルケトン146gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液512gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、メチルイソブチルケトン486gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水243g、メチルイソブチルケトン146gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てメチルイソブチルケトンを蒸留回収してエポキシ樹脂(A−1)を得た。
【0048】
合成例2(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、ハイドロキノン20g、エピクロルヒドリン144g、イソプロピルアルコール111g、トルエン111gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液327gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン370gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水185g、トルエン111gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂(A−2)を得た。
【0049】
合成例3(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、ハイドロキノン20g、エピクロルヒドリン171g、イソプロピルアルコール117g、トルエン117gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液388gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン386gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水183g、トルエン116gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂にハイドロキノン26gと50%テトラメチルアンモニウムクロライド0.1gを入れ攪拌をし、145℃まで1時間かけて昇温し、更に、145℃で4時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−3)を得た。
【0050】
合成例4(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、エピクロルヒドリン158g、イソプロピルアルコール107g、トルエン107gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液359gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン358gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水179g、トルエン107gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂にハイドロキノン28gとトリフェニルホスフィン0.1gを入れ攪拌をし、160℃まで1時間かけて昇温し、更に、160℃で5時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−4)を得た。
【0051】
合成例5(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、エピクロルヒドリン158g、イソプロピルアルコール107g、トルエン107gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液359gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン358gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水179g、トルエン107gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂に2−ターシャリーブチルハイドロキノン38gとトリフェニルホスフィン0.1gを入れ攪拌をし、150℃まで1時間かけて昇温し、更に、150℃で4時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−5)を得た。
【0052】
合成例6(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、エピクロルヒドリン153g、イソプロピルアルコール106g、トルエン106gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液347gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン355gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水178g、トルエン106gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂にハイドロキノン13gと2−ターシャリーブチルハイドロキノン14gとトリフェニルホスフィン0.1gを入れ攪拌をし、160℃まで1時間かけて昇温し、更に、160℃で4時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−6)を得た。
【0053】
合成例7(比較用エポキシ樹脂の合成)
攪拌機、温度計、冷却器を備えた2リットルの四つ口フラスコに市販の液状ビスフェノールF型エポキシ樹脂としてEPICLON 830S(大日本インキ化学工業株式会社製、エポキシ当量=170g/eq)1400g及び、ビスフェノールF560gと2−エチル4−メチルイミダゾール0.14gを入れ、攪拌をし、160℃まで1時間かけて昇温し、更に、160℃で4時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−7)を得た。
【0054】
合成例8(比較用エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、エピクロルヒドリン153g、イソプロピルアルコール106g、トルエン106gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液347gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン355gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水178g、トルエン106gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂にハイドロキノン23.5g、トリフェニルホスフィン0.1gを入れ攪拌をし、160℃まで1時間かけて昇温し、更に、160℃で4時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−8)を得た。
【0055】
上記で得られたエポキシ樹脂(A−1)〜(A−8)のエポキシ当量とガラス転移温度を表1に示す。
【0056】
【表1】
【0057】
実施例1〜36
合成例1〜6で得られたエポキシ樹脂(A−1)〜(A−6)を、表2−1〜6に記載の割合で配合し、ヘンシェルミキサーを用いて充分に粉砕、混合しエポキシ樹脂組成物を得た。その後、エクストルーダーとして、Buss社製 コ・ニーダーPCS−30を用い、バレル温度を80〜90℃に加熱しながら溶融混練し、押出し、冷却後粉砕、分級して粒径20〜50μmの粉体塗料(P1〜P36)を得た。
【0058】
比較例1〜12
合成例7、8で得られたエポキシ樹脂(A−7)、(A−8)を用い、上記実施例と同様にしてエポキシ樹脂組成物および粉体塗料(Q1〜Q12)を調製した。
【0059】
応用例1〜36、及び比較応用例1〜12
得られた前記粉体塗料(P1〜P36及びQ1〜Q12)を用いて、以下に示す方法にて貯蔵安定性試験を行った。結果を表3−1〜6に示す。また、印加電圧−70kVにて幅70mm×長150mm×厚0.8mmのリン酸亜鉛鋼板へ静電塗装を行った後、電気式乾燥機中にて焼付を行い、塗膜を得た。得られた塗膜の外観、エリクセン試験、塩水噴霧試験を以下の基準に従って行った。結果を表3−1〜6に示す。
【0060】
貯蔵安定性試験
得られた前記粉体塗料(P1〜P36及びQ1〜Q12)1gを170℃に加熱したキュアプレート(THERMO ELECTRIC社製)上に載せ、ストップウォッチで計時を開始する。棒の先端にて試料を均一に攪拌し、糸状に試料が切れてプレートに残るようになった時、ストップウォッチを止める。この試料が切れてプレートに残るようになるまでの時間をゲルタイムとする。さらに、前記粉体塗料を40℃の乾燥器に1週間静置し、1週間後のゲルタイムを同様に測定する。その結果から、以下の式に従って、ゲルタイム保持率を算出し、貯蔵安定性試験とした。
貯蔵安定性(ゲルタイム保持率、%)=(40℃、1週間後のゲルタイム)/(初期のゲルタイム)×100
【0061】
硬化塗膜の外観
塗膜表面の平滑度を目視で確認した。ユズ肌、ピンホール等の異常が確認されない場合を良好とした。
○:良好、×:不良
【0062】
エリクセン試験
JIS Z 2247のA法により、塗膜にクラックが入る押し出し量を確認した。単位はmmである。
【0063】
塩水噴霧試験
塗膜面に基材に達する傷を入れ、35℃で5%NaCl水溶液を1000時間連続噴霧した後の塗膜の状態、および傷口にナイフを入れクリープの剥離幅を確認した。状態は膨れが発生した場合を不良とした。また、剥離幅の単位はmmである。
○:問題なし、×:膨れ発生
【0064】
【表2】
【0065】
【表3】
【0066】
【表4】
【0067】
【表5】
【0068】
【表6】
【0069】
【表7】
【0070】
【表8】
【0071】
【表9】
【0072】
【表10】
【0073】
【表11】
【0074】
【表12】
【0075】
【表13】
【0076】
表3−1〜6より、エポキシ樹脂(A−1)〜(A−6)を用いた粉体塗料では、何れの硬化系においても貯蔵安定性に優れ、得られる塗膜の外観・機械的物性・長期防食性も良好であることを確認した。一方、BPF型エポキシ樹脂であるエポキシ樹脂(A−7)を用いた粉体塗料ではゲルタイム保持率が何れの硬化系でも50%以下であり、可とう性を付与できるジヒドロキシベンゼン類の残基を有さない為、可とう性も悪く、実用に耐えるレベルではなかった。また、エポキシ当量及びガラス転移温度の高いエポキシ樹脂(A−8)を用いた粉体塗料では、得られる塗膜の外観が不良であることを確認した。
【0077】
【発明の効果】
本発明によれば、塗膜の外観、機械的物性、長期防食性、塗料の貯蔵安定性をバランス良く兼備し、防食塗料用途に好適に用いることができる粉体塗料用エポキシ樹脂組成物を提供できる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗膜の外観、機械的物性、長期防食性、塗料の貯蔵安定性をバランス良く兼備する粉体塗料用エポキシ樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、エポキシ樹脂と硬化剤を含む粉体塗料は、耐水性、耐薬品性等の防食性に優れ、密着性、機械的物性が良好な塗膜が得られることから、家電機器、電子部品、金属家具、建築資材の被覆等に幅広く使用されている。該粉体塗料は、一般的に常温で塗装後に被塗物を高温に加熱し、この熱により、粉体塗料のレベリングおよび硬化が進行する。
【0003】
一般的に該粉体塗料としては、固形エポキシ樹脂としてビスフェノールA(BPA)型の固形樹脂が最も広く用いられている。しかしながら、該BPA型固形エポキシ樹脂を用いた粉体塗料組成物は、耐塩水噴霧性など長期防食性については十分に満足できるものではなかった。
【0004】
上記課題を解決する手段として、例えば、エポキシ当量が450〜2100g/eq、軟化点が50〜110℃のビスフェノールF(BPF)型固形エポキシ樹脂を用いた粉体塗料組成物が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、前記組成物はBPF残基を有するエポキシ樹脂を主成分とする粉体塗料用エポキシ樹脂組成物である為、塗膜の可とう性等の機械的物性が不足し、かつエポキシ当量及び軟化点が低い範囲ではBPA型固形エポキシ樹脂を用いた塗料組成物と比較して貯蔵安定性が悪く、塗料のゲルタイム(硬化時間)が経時的に短くなるという問題点を抱えている。
【0005】
【特許文献1】
特許第2813986号公報(第2−3頁)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような実情に鑑み、本発明の課題は、塗膜の外観、機械的物性、長期防食性、塗料の貯蔵安定性をバランス良く兼備し、防食塗料用途に好適に用いることができる粉体塗料用エポキシ樹脂組成物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ジヒドロキシベンゼン類の残基を骨格に有する変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂であって、エポキシ当量が900〜2300g/eq且つガラス転移温度が45〜60℃である該エポキシ樹脂を用いることによって、塗膜の外観、機械的物性、長期防食性等を低下させることなく、塗料の貯蔵安定性を著しく改善できることを見出し、本発明を完成させた。
【0008】
すなわち、本発明は、固形エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)を含む粉体塗料用エポキシ樹脂組成物であって、固形エポキシ樹脂(A)がビスフェノールF(a1)とジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)とを反応させて得られる、エポキシ当量が900〜2300g/eq、且つ、示差走査熱量分析によるガラス転移温度が45〜60℃であることを特徴とする粉体塗料用エポキシ樹脂組成物を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる固形エポキシ樹脂(A)は、ビスフェノールF(a1)とジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)とから誘導されるエポキシ樹脂であって、エポキシ当量が900〜2300g/eq、示差走査熱量分析によるガラス転移温度が45〜60℃のものである。
【0010】
前記エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量が900g/eq未満の場合には、塗料の貯蔵安定性(40℃/1週間保管後のゲルタイム保持率)に関して満足する結果が得られず、また、エポキシ当量が2300g/eqを超えると塗装時の流動性に欠け、平滑な塗膜が得られない。示差走査熱量分析によるガラス転移温度が45℃未満の場合には、塗料の貯蔵安定性に関して満足する結果が得られず、60℃を超える場合には塗装時の流動性に欠け、平滑な塗膜が得られない。従って、塗膜の外観、機械的物性、塗料の貯蔵安定性をバランス良く兼備させる為には、エポキシ当量が900〜2300g/eqで且つガラス転移温度が45〜60℃であることを必須とし、エポキシ当量が1000〜2000g/eqでガラス転移温度が48〜58℃であることが好ましく、特にエポキシ当量が1100〜1800g/eqでガラス転移温度が49〜56℃であることが好ましい。
【0011】
本発明で用いるガラス転移温度とは、セイコー電子熱分析システム(セイコ−インスツルメンツ製 DSC220C)を用いて下記条件により測定した2回目のデータ(セカンドラン)の値である。
測定プログラム 1回目(ファーストラン):−30℃から150℃まで、昇温速度5℃/分、急冷後、2回目(セカンドラン):−30℃から150℃まで、昇温速度5℃/分、終了後急冷。
試料重量:5mg
測定雰囲気:窒素雰囲気
【0012】
前記ビスフェノールF(a1)としては、工業的に入手できるものであれば特に制限されるものではないが、得られるエポキシ樹脂組成物を用いた塗料の貯蔵安定性に優れる点から、不純物であるノボラック成分(3個以上の芳香環がメチレン鎖によって連結された構造を有する化合物)が含有していないものを用いることが好ましい。
【0013】
前記ジヒドロキシベンゼン類(a2)としては、例えば、炭素原子数1〜9の脂肪族炭化水素基を置換基として有してもよいジヒドロキシベンゼン類が挙げられる。これらの具体例としては、ハイドロキノン、カテコ−ル、レゾルシン、トリメチルハイドロキノン、プロピルハイドロキノン、ジプロピルジヒドロキシベンゼンの各種異性体、2−ターシャリーブチルハイドロキノン、2−ターシャリーブチルレゾルシン、4−ターシャリーブチルレゾルシン、5−ターシャリーブチルレゾルシン、3−ターシャリーブチルカテコール、4−ターシャリーブチルカテコール等のターシャリーブチルジヒドロキシベンゼン類、3,5−ジ−ターシャリーブチルハイドロキノン、2,4−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン、2,5−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン、4,5−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン、4,6−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン、3,4−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン、4,5−ジ−ターシャリーブチルレゾルシン等のジターシャリーブチルベンゼン類、オクチルジヒドロキシベンゼン類、ジオクチルジヒドロキシベンゼン類、ノニルジヒドロキシベンゼン類、ジノニルジヒドロキシベンゼン類等が挙げられる。前記化合物は1種類でも2種類以上を併用することも可能である。
【0014】
これらの中でもジヒドロキシベンゼン類(a2)の構造としてはハイドロキノン構造(ベンゼン環の1位及び4位にヒドロキシル基を有する骨格)を有するものが好ましく、ハイドロキノン、トリメチルハイドロキノン、2−ターシャリーブチルハイドロキノンが特に好ましい。
【0015】
前記ビスフェノールF(a1)と前記ジヒドロキシベンゼン類(a2)の混合比としては、特に制限されるものではないが、得られるエポキシ樹脂を用いた塗料の貯蔵安定性に優れ、かつ、塗膜の機械的物性が良好である点から、得られるエポキシ樹脂(A)中のビスフェノールF(a1)の骨格とジヒドロキシベンゼン類(a2)の骨格とが[ビスフェノールF(a1)の骨格/ジヒドロキシベンゼン類(a2)の骨格]=99/1〜70/30(重量比)であることが好ましく、特にこの比が98/2〜72/28(重量比)であることが好ましい。
【0016】
前記エピハロヒドリン(a3)としては特に限定されるものではないが、例えば、エピクロルヒドリン、β−メチルエピクロルヒドリン、エピブロモヒドリン、β−メチルエピブロモヒドリン等が挙げられる。これらの中でも反応性の点からエピクロルヒドリンが好ましい。
【0017】
前記固形エポキシ樹脂(A)としては、その製造方法として特に制限されるものではないが、例えば、下記▲1▼〜▲4▼で示される手法が挙げられる。
【0018】
▲1▼ビスフェノールF(a1)とジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類の混合物とエピハロヒドリン(a3)とを反応させる方法。
▲2▼ビスフェノールF型エポキシ樹脂をジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類で伸長反応させる方法。
▲3▼▲1▼で得られたエポキシ樹脂中のエポキシ基の一部をビスフェノールF(a1)及び/またはジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類で伸長反応させる方法。
▲4▼ジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)とを反応させて得られるエポキシ樹脂をビスフェノールF(a1)を含むフェノール類で伸長反応させる方法。
【0019】
まず▲1▼の手法について説明する。
この手法は、従来フェノール類とエピハロヒドリンを用いてエポキシ樹脂を得る製法と同様であり、フェノール類として、ビスフェノールF(a1)と前記ジヒドロキシベンゼン類(a2)を必須とする混合物を用いればよく、特に制限されるものではないが、例えば、用いるフェノール類中の全水酸基の1当量に対し、エピハロヒドリン(a3)を0.3〜10当量添加し、塩基の存在下に、40〜100℃で常圧または、減圧下で、必要に応じて、溶媒を用いて反応を行う方法が挙げられる。
【0020】
前記溶媒としては、例えば、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジメチルイミダゾリジノン等の非プロトン性極性溶媒を挙げることができる。
【0021】
塩基としては特に限定されるものではないが、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化バリウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられる。この中でも水酸化カリウム及び水酸化ナトリウムが好ましい。また、これらの塩基は水溶液、固形のいずれでも好適に用いられる。
【0022】
また、本発明の効果を損なわない範囲で、用いるフェノール類としてビスフェノールF(a1)、ジヒドロキシベンゼン類(a2)以外のフェノール類を併用しても良い。
【0023】
ここで併用することができるフェノール類としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールAD等のビスフェノール類、ビフェノール、ナフタレン等の2官能ヒドロキシ化合物、フェノール、クレゾール等の1官能ヒドロキシ化合物等を挙げることができ、1種類でも、2種類以上を混合して使用しても良い。また、その混合割合としては、ビスフェノールF(a1)とジヒドロキシベンゼン類(a2)との合計100重量部に対し20重量部以下であることが好ましい。
【0024】
次いで、▲2▼のビスフェノールF型エポキシ樹脂をジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類で伸長反応させる方法について説明する。
【0025】
ここで用いるビスフェノールF型エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ビスフェノールFとエピハロヒドリンとを前記▲1▼の製法と同様に反応させて得ることができ、また、工業的に入手できる製品を用いても良い。このとき、得られるエポキシ樹脂を用いた塗料の貯蔵安定性に優れる点から、芳香環が3個以上含まれるノボラック型のエポキシ樹脂を含まない製品を用いることが好ましい。また、低分子量、例えば、エポキシ当量として160〜650g/eqのビスフェノールF型エポキシ樹脂を製造、若しくは入手した後、更にビスフェノールF(a1)で伸長反応を行って高分子量化、例えばエポキシ当量として300〜800g/eqまで伸長させたものを使用することもできる。
【0026】
この伸長反応で用いるフェノール類としては、前記ジヒドロキシベンゼン類(a2)を必須とし、本発明の効果を損なわない範囲で前述のその他のフェノール類を併用しても良い。
【0027】
この伸長反応は、触媒存在下で120〜220℃で加熱攪拌することによって行うことができる。前記触媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、オニウム塩、ホスフィン類、アルカリ金属水酸化物等が挙げられ、その使用量としては、ビスフェノールF型エポキシ樹脂とフェノール類の合計100重量部に対して0.001〜0.1重量部の範囲であることが好ましい。また反応時間としては、反応途中の樹脂のエポキシ当量を測定することによって反応を追跡し、所望のエポキシ当量に達するまでの時間を必要とするが、得られるエポキシ樹脂の安定性を考慮し、1〜15時間の範囲であることが好ましい。
【0028】
また、ビスフェノールF型エポキシ樹脂とジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類の仕込み比としては、所望のエポキシ樹脂(A)のエポキシ当量から算出することが好ましい。
【0029】
次いで、▲3▼の、▲1▼で得られたエポキシ樹脂中のエポキシ基の一部をビスフェノールF(a1)及び/またはジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類で伸長反応させる方法について述べる。
【0030】
この方法は、前述の▲2▼の製法において、ビスフェノールF型エポキシ樹脂の代わりに前記▲1▼で得られたエポキシ樹脂を用い、フェノール類として、ビスフェノールF(a1)及び/またはジヒドロキシベンゼン類(a2)を含むフェノール類を用いる以外は▲2▼と同様にして伸長反応することによって、本発明で用いるエポキシ樹脂を得る方法である。
【0031】
ここで用いるフェノール類としては、前記ビスフェノールF(a1)、ジヒドロキシベンゼン類(a2)とともに、前述のこれ以外のフェノール類を併用しても良い。
【0032】
次いで、▲4▼のジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)とを反応させて得られるエポキシ樹脂をビスフェノールF(a1)を含むフェノール類で伸長反応させる方法について述べる。
【0033】
ここで用いるエポキシ樹脂はジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)を用いて、前述の▲1▼の製法と同様にして得られるものであり、これを伸長させる反応としては、前記▲2▼の手法と同様であり、用いるフェノール類としてはビスフェノールF(a2)を必須とし、これ以外に前述のこれ以外のフェノール類を併用しても良い。
【0034】
前述の▲1▼〜▲4▼の方法で得られたエポキシ樹脂(A)としては、前記▲1▼の方法で得られるものが、塗料の貯蔵安定性に優れる点で好ましい。
【0035】
また、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物には、前記手法によって得られるエポキシ樹脂(A)の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂等の固形エポキシ樹脂を併用してもよい。
【0036】
本発明で用いる硬化剤(B)としては、特に限定されるものでないが、アミン系硬化剤(b1)、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂が挙げられる。これらの中でも、アミン系硬化剤(b1)としては、イミダゾール類、有機酸ヒドラジン、ジシアンジアミドが好ましい。
【0037】
前記イミダゾール類としては、例えば、メチルイミダゾール、メチルイミダゾリン、ドデシルイミダゾール、ドデシルイミダゾリン、ヘプタデシルイミダゾール、ヘプタデシルイミダゾリン、フェニルイミダゾール、フェニルイミダゾリン、それらの1−シアノエチル化物、イソシアヌル酸付加物、トリメリット酸付加物、イミダゾール、イミダゾリン類とビスフェノール類との反応物等が挙げられる。前記イミダゾール類を硬化剤(B)として使用する場合の配合量は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、0.1〜10重量部の範囲であることが好ましい。
【0038】
前記ジシアンジアミドを硬化剤(B)として使用する場合の配合量は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、0.1〜10重量部の範囲であることが好ましい。
【0039】
有機酸ヒドラジンとしては、硬化後に加熱を行う場合の黄変性が著しく改善される点からポリカルボン酸ポリヒドラジド、及びその誘導体が好ましく、例えば、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバチン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド等及びそれらの誘導体が挙げられる。前記有機酸ヒドラジンを硬化剤(B)として使用する場合の配合量は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、2〜15重量部の範囲であることが好ましい。
【0040】
前記ポリエステル樹脂としては、塗膜物性、塗料製造性が良好である点から多価カルボン酸と多価アルコールを反応させて得られる、1分子中に少なくとも2個のカルボキシル基を有する軟化点が80〜130℃であるカルボキシル基含有ポリエステル樹脂(b2)が好ましく、例えばファインディックM−8520(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点105℃)、ファインディックM−8850(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点104℃)、ファインディックM−8841(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点114℃)、ファインディックM−8630(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点119℃)、ファインディックM−8860(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点113℃)等が挙げられる。前記ポリエステル樹脂を硬化剤(B)として使用する場合の配合量は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、25〜400重量部の範囲であることが好ましい。
【0041】
前記フェノール樹脂としては、常温で固形であれば特に限定されず、例えば、フェノールホルムアルデヒド樹脂、クレゾールホルムアルデヒド樹脂、ビスフェノールAホルムアルデヒド樹脂及びそれらとトリアジンとの反応物、ビスフェノール類とビスフェノール型エポキシ樹脂との反応物等が挙げられ、これらの中でも粉体塗料としての貯蔵安定性、流動性に優れる点から軟化点80〜130℃のフェノール樹脂(b3)が好ましく、具体的にはフェノライトTD−2090(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点120℃)、フェノライトVH−4170(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点105℃)、フェノライトKH−6115(大日本インキ化学工業株式会社製:軟化点115℃)等の製品として入手できるものが挙げられる。前記フェノール樹脂を硬化剤(B)として使用する場合の配合量は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、4〜40重量部の範囲であることが好ましい。また、ビスフェノールAホルムアルデヒド樹脂の場合は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対し、15〜250重量部の範囲で配合してもよい。
【0042】
本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物には、必要に応じて硬化促進剤を併用しても良い。硬化促進剤としては特に限定されるものではないが、例えば、コハク酸、アジピン酸、サリチル酸、スベリン酸、セバチン酸等の有機酸、2,4,6−トリ(ジメチルアミノメチル)フェノール、ベンジルジメチルアミン、1,8−ジアザビシクロ−[5,4,0]−ウンデセン(DBU)等の第3級アミン類、トリフェニルホスフィン(TPP)等の3級ホスフィン類が挙げられる。これらの硬化促進剤は、本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂100重量部に対して、0.01〜5重量部の範囲で使用することが好ましい。
【0043】
本発明の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物には、必要に応じて更に充填材(C)を配合することができる。前記充填材(C)としては、特に制限されるものではないが、例えば硫酸バリウム、酸化チタン、タルク、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、シリカ、マイカ、アルミナ等の体質顔料、カーボンブラック、フタロシアニングリーン、フタロシアニンブル等の着色剤を挙げることができる。前記充填材(C)の使用量は特に限定されるものではないが、粉体塗料化物中の10〜50重量%となる範囲であることが好ましい。
【0044】
かかる材料を用いての粉体塗料化は、例えば、固形エポキシ樹脂(A)及び硬化剤(B)、充填材(C)、更に必要に応じ、硬化促進剤、その他の添加剤などを粗粉砕、配合した後、ヘンシェルミキサー等の粉砕機を用いて充分に粉砕、混合し、これを加熱されたニーダーを用いて溶融混練し、冷却後粉砕、分級して得ることができる。
【0045】
前記手法によって得られる粉体塗料としては、平均粒子径20〜150μmであることが好ましい。
【0046】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳述するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、実施例中特に断りのない限り、「部」「%」は重量基準である。
【0047】
合成例1(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、ハイドロキノン88g、エピクロルヒドリン222g、イソプロピルアルコール146g、メチルイソブチルケトン146gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液512gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、メチルイソブチルケトン486gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水243g、メチルイソブチルケトン146gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てメチルイソブチルケトンを蒸留回収してエポキシ樹脂(A−1)を得た。
【0048】
合成例2(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、ハイドロキノン20g、エピクロルヒドリン144g、イソプロピルアルコール111g、トルエン111gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液327gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン370gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水185g、トルエン111gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂(A−2)を得た。
【0049】
合成例3(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、ハイドロキノン20g、エピクロルヒドリン171g、イソプロピルアルコール117g、トルエン117gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液388gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン386gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水183g、トルエン116gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂にハイドロキノン26gと50%テトラメチルアンモニウムクロライド0.1gを入れ攪拌をし、145℃まで1時間かけて昇温し、更に、145℃で4時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−3)を得た。
【0050】
合成例4(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、エピクロルヒドリン158g、イソプロピルアルコール107g、トルエン107gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液359gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン358gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水179g、トルエン107gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂にハイドロキノン28gとトリフェニルホスフィン0.1gを入れ攪拌をし、160℃まで1時間かけて昇温し、更に、160℃で5時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−4)を得た。
【0051】
合成例5(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、エピクロルヒドリン158g、イソプロピルアルコール107g、トルエン107gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液359gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン358gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水179g、トルエン107gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂に2−ターシャリーブチルハイドロキノン38gとトリフェニルホスフィン0.1gを入れ攪拌をし、150℃まで1時間かけて昇温し、更に、150℃で4時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−5)を得た。
【0052】
合成例6(エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、エピクロルヒドリン153g、イソプロピルアルコール106g、トルエン106gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液347gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン355gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水178g、トルエン106gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂にハイドロキノン13gと2−ターシャリーブチルハイドロキノン14gとトリフェニルホスフィン0.1gを入れ攪拌をし、160℃まで1時間かけて昇温し、更に、160℃で4時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−6)を得た。
【0053】
合成例7(比較用エポキシ樹脂の合成)
攪拌機、温度計、冷却器を備えた2リットルの四つ口フラスコに市販の液状ビスフェノールF型エポキシ樹脂としてEPICLON 830S(大日本インキ化学工業株式会社製、エポキシ当量=170g/eq)1400g及び、ビスフェノールF560gと2−エチル4−メチルイミダゾール0.14gを入れ、攪拌をし、160℃まで1時間かけて昇温し、更に、160℃で4時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−7)を得た。
【0054】
合成例8(比較用エポキシ樹脂の合成)
温度計、滴下ロート、冷却管、撹拌機、邪魔板を備えた、下部に分液コック付きの2リットルのセパラブルフラスコに、ビスフェノールF262g、エピクロルヒドリン153g、イソプロピルアルコール106g、トルエン106gを仕込み、撹拌、溶解させ、80℃に加熱した。その後滴下ロートより、20%水酸化ナトリウム水溶液347gを2時間かけて滴下した。滴下終了後60分間撹拌を続け、反応を完結させた。次に、トルエン355gを追加し30分間撹拌後、停止・静置し、下層の食塩水を分液し除いた。次に、水178g、トルエン106gを仕込み、30分間攪拌後、停止・静置し、下層を分液し除いた。その後、脱水、イソプロピルアルコール回収、濾過を経てトルエンを蒸留回収してエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂にハイドロキノン23.5g、トリフェニルホスフィン0.1gを入れ攪拌をし、160℃まで1時間かけて昇温し、更に、160℃で4時間攪拌し、エポキシ樹脂(A−8)を得た。
【0055】
上記で得られたエポキシ樹脂(A−1)〜(A−8)のエポキシ当量とガラス転移温度を表1に示す。
【0056】
【表1】
【0057】
実施例1〜36
合成例1〜6で得られたエポキシ樹脂(A−1)〜(A−6)を、表2−1〜6に記載の割合で配合し、ヘンシェルミキサーを用いて充分に粉砕、混合しエポキシ樹脂組成物を得た。その後、エクストルーダーとして、Buss社製 コ・ニーダーPCS−30を用い、バレル温度を80〜90℃に加熱しながら溶融混練し、押出し、冷却後粉砕、分級して粒径20〜50μmの粉体塗料(P1〜P36)を得た。
【0058】
比較例1〜12
合成例7、8で得られたエポキシ樹脂(A−7)、(A−8)を用い、上記実施例と同様にしてエポキシ樹脂組成物および粉体塗料(Q1〜Q12)を調製した。
【0059】
応用例1〜36、及び比較応用例1〜12
得られた前記粉体塗料(P1〜P36及びQ1〜Q12)を用いて、以下に示す方法にて貯蔵安定性試験を行った。結果を表3−1〜6に示す。また、印加電圧−70kVにて幅70mm×長150mm×厚0.8mmのリン酸亜鉛鋼板へ静電塗装を行った後、電気式乾燥機中にて焼付を行い、塗膜を得た。得られた塗膜の外観、エリクセン試験、塩水噴霧試験を以下の基準に従って行った。結果を表3−1〜6に示す。
【0060】
貯蔵安定性試験
得られた前記粉体塗料(P1〜P36及びQ1〜Q12)1gを170℃に加熱したキュアプレート(THERMO ELECTRIC社製)上に載せ、ストップウォッチで計時を開始する。棒の先端にて試料を均一に攪拌し、糸状に試料が切れてプレートに残るようになった時、ストップウォッチを止める。この試料が切れてプレートに残るようになるまでの時間をゲルタイムとする。さらに、前記粉体塗料を40℃の乾燥器に1週間静置し、1週間後のゲルタイムを同様に測定する。その結果から、以下の式に従って、ゲルタイム保持率を算出し、貯蔵安定性試験とした。
貯蔵安定性(ゲルタイム保持率、%)=(40℃、1週間後のゲルタイム)/(初期のゲルタイム)×100
【0061】
硬化塗膜の外観
塗膜表面の平滑度を目視で確認した。ユズ肌、ピンホール等の異常が確認されない場合を良好とした。
○:良好、×:不良
【0062】
エリクセン試験
JIS Z 2247のA法により、塗膜にクラックが入る押し出し量を確認した。単位はmmである。
【0063】
塩水噴霧試験
塗膜面に基材に達する傷を入れ、35℃で5%NaCl水溶液を1000時間連続噴霧した後の塗膜の状態、および傷口にナイフを入れクリープの剥離幅を確認した。状態は膨れが発生した場合を不良とした。また、剥離幅の単位はmmである。
○:問題なし、×:膨れ発生
【0064】
【表2】
【0065】
【表3】
【0066】
【表4】
【0067】
【表5】
【0068】
【表6】
【0069】
【表7】
【0070】
【表8】
【0071】
【表9】
【0072】
【表10】
【0073】
【表11】
【0074】
【表12】
【0075】
【表13】
【0076】
表3−1〜6より、エポキシ樹脂(A−1)〜(A−6)を用いた粉体塗料では、何れの硬化系においても貯蔵安定性に優れ、得られる塗膜の外観・機械的物性・長期防食性も良好であることを確認した。一方、BPF型エポキシ樹脂であるエポキシ樹脂(A−7)を用いた粉体塗料ではゲルタイム保持率が何れの硬化系でも50%以下であり、可とう性を付与できるジヒドロキシベンゼン類の残基を有さない為、可とう性も悪く、実用に耐えるレベルではなかった。また、エポキシ当量及びガラス転移温度の高いエポキシ樹脂(A−8)を用いた粉体塗料では、得られる塗膜の外観が不良であることを確認した。
【0077】
【発明の効果】
本発明によれば、塗膜の外観、機械的物性、長期防食性、塗料の貯蔵安定性をバランス良く兼備し、防食塗料用途に好適に用いることができる粉体塗料用エポキシ樹脂組成物を提供できる。
Claims (6)
- 固形エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)を含む粉体塗料用エポキシ樹脂組成物であって、固形エポキシ樹脂(A)がビスフェノールF(a1)とジヒドロキシベンゼン類(a2)とエピハロヒドリン(a3)とを反応させて得られる、エポキシ当量が900〜2300g/eq、且つ、示差走査熱量分析によるガラス転移温度が45〜60℃であることを特徴とする粉体塗料用エポキシ樹脂組成物。
- ジヒドロキシベンゼン類(a2)が、ハイドロキノン、トリメチルハイドロキノン及び2−ターシャリーブチルハイドロキノンからなる群から選ばれる1種類以上の化合物である請求項1記載の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物。
- 硬化剤(B)がアミン系硬化剤(b1)である請求項1記載の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物。
- アミン系硬化剤(b1)が、イミダゾール類、有機酸ヒドラジン及びジシアンジアミドからなる群から選ばれる1種類以上の化合物である請求項3記載の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物。
- 硬化剤(B)が軟化点が90〜130℃のカルボキシル基含有ポリエステル樹脂(b2)、又は軟化点が70〜130℃のフェノール樹脂(b3)である請求項1記載の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物。
- 更に、充填剤(C)を含有する請求項1〜5の何れか一つに記載の粉体塗料用エポキシ樹脂組成物。
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2003
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