JP2014074116A - 界面活性剤及びこれを含有してなる塗料 - Google Patents

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Abstract

【課題】
耐水性に悪影響が無く、高い界面活性能を持つ界面活性剤の提供
【解決手段】
次式で表されるポリオキシアルキレン化合物Y及び/又はポリオキシアルキレン化合物Y1モルとアルキルグリシジルエーテル1〜8モルとを反応させて得られるポリオキシアルキレン化合物YGを含有してなる界面活性剤を用いる。
{−U−S(−U−S
、S、Sはそれぞれ式2〜4で表される基であり、Uは2−ヒドロキシプロピレン基等、mは1又は2、qは3又は4。
{H(OA)−}t−qQ{−(OA)−} (2)
{H(OA)−}t−(m+1)Q{−(OA)−}m+1 (3)
{H(OA)−}t−1Q{−(OA)−} (4)
Qは非還元性の二又は三糖類のt個の1級水酸基から水素原子を除いた残基、OAはオキシアルキレン、tは2〜4、qは3又は4、mは1又は2、nは5〜30、Qのそれぞれに含まれるOAの総数は10〜80。
【選択図】なし

Description

本発明は界面活性剤及びこれを含有してなる塗料に関する。さらに詳しくは水性塗料(水性コーティング剤を含む)用界面活性剤として好適な界面活性剤(特に分散剤、ワキ防止剤)及びこれを含有してなる塗料に関する。
近年、水性塗料はその作業安全性や無公害化等の観点から急速にその需要が増加している。また、工業用塗装ラインにおける熱硬化型塗料の水性化への動きにもめざましいものがあり、近い将来自動車のベースコート、中塗り塗料もその殆どすべてが水性化される勢いとなっている。しかし水性塗料はその溶媒の主成分が水であることから、顔料の分散性に起因する調色性、粘度の増大等の問題や、主溶媒として用いる水の蒸発潜熱が大きいことに起因して、加熱硬化中の発泡によってワキが発生し易いという問題の問題解決のために、界面活性剤(顔料分散剤、ワキ防止剤等)の添加が検討されている。
一方、このような界面活性剤を添加すると塗料が泡立ち易くなるため、さらに界面活性剤(消泡剤等)を添加する必要が生じる。
水性塗料用の顔料分散剤としてはポリアクリル酸塩(特許文献1)が知られており、また、ワキ防止剤としては、ベンゾインの炭素数1〜4のアルキルエーテル化物(特許文献2)が知られており、消泡剤としてはエアプロダクツ(AIRPRODUCTS)社のアセチレングリコール(非特許文献1)が知られている。
特開昭53−129200号公報 特公平2−390号公報
水性塗料用界面活性剤「サーフィノール」山崎一朗著、雑誌「塗装と塗料」、2000年8月(No.607)77頁、塗料出版社
特許文献1に記載の分散剤では、顔料分散に必要充分な量を用いると得られる塗膜の耐水性が著しく低下するという問題がある他に、この分散剤による泡立ちを解消するためさらに消泡剤等を添加する必要があるという問題がある。
また、特許文献2に記載のワキ防止剤を熱硬化型水性塗料に用いると、相溶性が不足するため塗料の塗膜の平滑性や鮮映性が不十分となったり、仕上がり外観を損なうという問題がある。このような相溶性を改善するためにさらに界面活性剤(相溶化剤等)の添加を必要とする等の問題がある。
そして、これらの界面活性剤(顔料分散剤、ワキ防止剤、消泡剤、相溶化剤等)の使用量が増加する程、形成される塗膜の耐水性が低下するという問題がある。
すなわち、本発明の目的は、耐水性に悪影響が無く、高い界面活性能{顔料分散性、ワキ防止性、レベリング性(平滑性、鮮映性等)等}を持つ界面活性剤を提供することである。
本発明者は前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に達した。
すなわち、本発明の界面活性剤の特徴は、一般式(1)で表されるポリオキシアルキレン化合物(Y)及び/又は一般式(1)で表されるポリオキシアルキレン化合物(Y)1モルと、炭素数6〜21のアルキルグリシジルエーテル1〜8モルとを反応させて得られるポリオキシアルキレン化合物(YG)を含有してなる点を要旨とする。

{−U−S(−U−S (1)
ただし、Sは一般式(2)で表される基、Sは一般式(3)で表される基、Sは一般式(4)で表される基であり、Uは2−ヒドロキシプロピレン基{−CH−CH(OH)−CH−}又はヒドロキシメチルエチレン基{−CH−CH(CHOH)−}、mは1又は2、qは3又は4を表し、S、S、S、U、m及びqはそれぞれ同じでも異なってもよい。

{H(OA)−}t−qQ{−(OA)−} (2)

{H(OA)−}t−(m+1)Q{−(OA)−}m+1 (3)

{H(OA)−}t−1Q{−(OA)−} (4)
Qは非還元性の二又は三糖類のt個の1級水酸基から水素原子を除いた残基、OAは炭素数2〜4のオキシアルキレン基、Hは水素原子、tは2〜4の整数、qは3又は4(但し、t≧q)、mは1又は2(但し、t≧(m+1))、nは5〜30の整数を表し、一般式(2)で表される基、一般式(3)で表される基又は一般式(4)で表される基のそれぞれに含まれるオキシアルキレン基(OA)の総数(以下、単に「OAの総数」と略する。)は10〜80の整数であり、Q、OA、t及びnはそれぞれ同じでも異なってもよい。
本発明の水性塗料用分散剤の特徴は、上記の界面活性剤を含有してなる点を要旨とする。
本発明の水性塗料用ワキ防止剤の特徴は、上記の界面活性剤を含有してなる点を要旨とする。
本発明の塗料の特徴は、塗料及び上記の界面活性剤からなり、この界面活性剤を塗料の重量に基づいて0.1〜5重量%含有してなる点を要旨とする。
本発明の界面活性剤は、高い界面活性能{顔料分散性、ワキ防止性、レベリング性(平滑性、鮮映性等)等}を発揮する。そして、本発明の界面活性剤は、形成される塗膜の耐水性を低下させない。さらに、本発明の界面活性剤は、泡立ちにくく、消泡性にも優れている。
よって、本発明の界面活性剤は、特に建築用の水性塗料又は水系の加熱硬化用塗料(電着塗料、自動車ベースコート塗料)等に極めて有用である。
本発明の水性塗料用分散剤は、上記の界面活性剤を含有し、高い界面活性能を発揮するので、顔料の分散性に優れ、塗料中で顔料を安定に分散せしめ、長期に亘ってその沈降、凝集等を防止し、意匠性顔料等の配列を改善するので調色性等の向上に効果が大きい。
本発明の水性塗料用ワキ防止剤は、上記の界面活性剤を含有し、高い界面活性能を発揮するので、熱硬化型塗料に於いて加熱硬化時のワキ等の不具合を防止し、レベリング性(平滑性、鮮映性等)を付与する効果にも優れている。
本発明の塗料は、上記の界面活性剤を含んでいるので、形成される塗膜の耐水性を低下させない。また、塗膜の調色性、表面の平滑性に優れているので意匠性が高い。
よって、本発明の塗料は、熱硬化型塗料(特に水性エマルション塗料)等に極めて有用である。
本発明において、mは1又は2の整数を表すが、2が好ましい。また、qは3又は4の整数を表すが、4が好ましい。この範囲であると調色性がさらに良好となる。
一般式(2)〜(4)において、非還元性の二又は三糖類のt個の1級水酸基から水素原子を除いた残基(Q)を構成することができる非還元性の二又は三糖類としては、蔗糖、イソサッカロース、トレハロース、イソトレハロース、ゲンチアノース、ラフィノース、メレチトース及びプランテオース等が含まれる。これらのうち、調色性及び耐水性の観点から、蔗糖、トレハロース、ゲンチアノース、ラフィノース及びメレチトースが好ましく、さらに好ましくは蔗糖及びメレチトースであり、供給性等の観点から特に好ましくは蔗糖である。
炭素数2〜4のオキシアルキレン基(OA)としては、オキシエチレン、オキシプロピレン及びオキシブチレンが含まれる。これらのうち、調色性及び耐水性の観点から、OAの総数が10以上30未満の整数の場合、オキシプロピレンとオキシブチレンとの混合が好ましく、またOAの総数が30以上60未満の整数の場合、オキシプロピレン単独が好ましく、またOAの総数が60〜80の整数の場合、オキシプロピレンとオキシエチレンとの混合が好ましい。
OA内に複数種類のオキシアルキレン基を含む場合、これらのオキシアルキレン基の結合順序(ブロック状、ランダム状及びこれらの組合せ)及び含有割合には制限ないが、ブロック状又はブロック状とランダム状との組合せを含むことが好ましく、さらに好ましくはブロック状を含むことである。
オキシプロピレン及び/又はオキシブチレンとオキシエチレンとの混合を含む場合、オキシエチレンの含有割合(モル%)は、オキシアルキレン基の全モル数に基づいて、2〜10が好ましく、さらに好ましくは2〜8、特に好ましくは3〜8である。また、反応残基(Q)から離れた端部にオキシプロピレン及び/又はオキシブチレンが位置することが好ましい。すなわち、OAにオキシエチレン基を含む場合、反応残基(Q)にオキシエチレン基(又はオキシエチレン鎖)が直接的に結合していることが好ましい。
OAの総数は、10〜80の整数が好ましく、さらに好ましくは20〜70の整数、特に好ましくは30〜60の整数である。この範囲であると、調色性及び耐水性がさらに良好となる。
nは、5〜30の整数が好ましく、さらに好ましくは8〜25の整数、特に好ましくは10〜20の整数である。この範囲であると調色性及び耐水性がさらに良好となる。
tは、2〜4の整数が好ましく、さらに好ましくは3又は4である。この範囲であると調色性及び耐水性がさらに良好となる。
ポリオキシアルキレン化合物(Y)としては表1に例示したもの等が挙げられる。なお、S、S、S、q及びmは、それぞれ、一般式(1)の各記号に対応し、Q、OAの総数は、それぞれ、一般式(2)〜(4)の各記号に対応する。mの欄において、2種類の数字が記載されている場合、mが2種類の値を持つことを意味し、それが含まれる個数を直後に括弧書きした(括弧書きの個数の合計がqの値に相当する。)。Qの欄において、Q1は蔗糖、Q2はメレチトース、Q3はトレハロースを表す。OAの総数の欄において、Pはオキシプロピレン、Eはオキシエチレン、Bはオキシブチレンを表し、これらの添え字は、それぞれの構成数を表す。また同欄において、・はランダム状、/はブロック状を表す。
Figure 2014074116
これらのポリオキシアルキレン化合物(Y)のうち、Y1、Y2、Y4、Y6又はY8で表されるのポリオキシアルキレン化合物が好ましく、さらに好ましくはY1、Y6又はY8で表されるポリオキシアルキレン化合物、特に好ましくはY1、Y6で表されるポリオキシアルキレン化合物である。
ポリオキシアルキレン化合物(YG)において、炭素数6〜21のアルキルグリシジルエーテルのモル数は、ポリオキシアルキレン化合物(Y)1モルに対して、1〜8が好ましく、さらに好ましくは2〜7、特に好ましくは3〜6である。この範囲であると調色性がさらに良好となる。
炭素数6〜21のアルキルグリシジルエーテルとしては、一般式(5)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2014074116
Rは、炭素数3〜18のアルキル基{プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、2−エチルヘキシル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル及びオクタデシル等}を表し、Oは酸素原子、Cは炭素原子、Hは水素原子を表す。
すなわち、炭素数6〜21のアルキルグリシジルエーテルとしては、プロピルグリシジルエーテル、イソプロピルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、イソブチルグリシジルエーテル、ペンチルグリシジルエーテル、ヘキシルグリシジルエーテル、オクチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、ノニルグリシジルエーテル、デシルグリシジルエーテル、ウンデシルグリシジルエーテル、ドデシルグリシジルエーテル、トリデシルグリシジルエーテル、テトラデシルグリシジルエーテル、ペンタデシルグリシジルエーテル、ヘキサデシルグリシジルエーテル、ヘプタデシルグリシジルエーテル及びオクタデシルグリシジルエーテル等が含まれる。これらのうち、ブチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル及びドデシルグリシジルエーテルが好ましく、さらに好ましくは、ブチルグリシジルエーテル及び2−エチルヘキシルグリシジルエーテルである。
炭素数6〜21のアルキルグリシジルエーテルは、一般式(1)で表されるポリオキシアルキレン化合物(Y)の反応サイトのうち、S、S及び/又はSのポリオキシアルキレン鎖の末端水酸基と付加反応する場合と、Uの水酸基と付加反応する場合とがあり、いずれか一方と反応してもよく、両方と反応してもよく、また、これらの全部と反応してもよく、これらの一部と反応してもよい。
ポリオキシアルキレン化合物(YG)としては表2に例示したもの等が挙げられる。なお、アルキルグリシジルエーテルの欄について、BUGはブチルグリシジルエーテル、EHGは2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、DDGはデシルグリシジルエーテル、HDGはヘキサデシル(セチル)グリシジルエーテルを表し、これらの添え字は、ポリオキシアルキレン化合物(Y)1モルに対するモル数を表す。
Figure 2014074116
これらのポリオキシアルキレン化合物(YG)のうち、YG3、YG4又はYG6で表されるのポリオキシアルキレン化合物が好ましく、さらに好ましくはYG3又はYG6で表されるポリオキシアルキレン化合物、特に好ましくはYG3で表されるポリオキシアルキレン化合物である。
本発明の界面活性剤は、ポリオキシアルキレン化合物(Y)又はポリオキシアルキレン化合物(YG)のいずれか一方を含有してもよく、これらの両方を含有してもよい。
本発明の界面活性剤には、ポリオキシアルキレン化合物(Y)又はポリオキシアルキレン化合物(YG)以外に、必要により、その他の添加剤(粘度調整剤、消泡剤、湿潤剤、分散剤及び造膜調整剤等)等を含有させることができる。
粘度調整剤としては、SNシックナー601及び同612(サンノプコ株式会社製)等、消泡剤としてはSNデフォーマー180及び同184(サンノプコ株式会社製)等、湿潤剤としてはSNウエット125及び同126(サンノプコ株式会社製)等、分散剤としてはノプコスパース6100、同6110、SNディスパーサント2060及び同5041(サンノプコ株式会社製)等、造膜調整剤としてはテキサノール(イーストマンケミカル社製)等が挙げられる。なお、添加剤を含有する場合、これらの含有量としては、ポリオキシアルキレン化合物(Y)の重量に基づいて、いずれも0.1〜100重量%が好ましい。
一般式(1)で表されるポリオキシアルキレン化合物(Y)の製造方法に制限はなく、たとえば、次の方法等によって製造できる。
非還元性の二又は三糖類(a1)1モル部と炭素数2〜4のアルキレンオキシド(a2)10〜80モル部を化学反応させて、ポリオキシアルキレン化合物(a12)を得る工程(1);
ポリオキシアルキレン化合物(a12)1モル部と、エピハロヒドリン(a3)1モル部とを塩基の存在下で化学反応させて、モノグリシジルエーテル化合物(1G)を得る工程(2);
ポリオキシアルキレン化合物(a12)1モル部と、エピハロヒドリン(a3)3又は4モル部とを塩基の存在下で化学反応させて、トリグリシジルエーテル化合物(3G)又はテトラグリシジルエーテル化合物(4G)を得る工程(3);
ポリオキシアルキレン化合物(a12)3又は4モル部とトリグリシジルエーテル化合物(3G)又はテトラグリシジルエーテル化合物(4G))1モル部とを反応させて、ベースポリマーを得る工程(4);
ベースポリマー1モル部とモノグリシジルエーテル化合物(1G)3〜6又は4〜8モル部とを反応させて、ポリオキシアルキレン化合物(Y)を得る工程(5);
を含む製造方法。
これらの化学反応により製造されるポリオキシアルキレン化合物(Y)は、オキシアルキレン基やm、q、nの数等に分布を生じる場合があり、この場合、厳密には複数種類のポリオキシアルキレン化合物の混合物となり、この混合物の中に、一般式(1)で表されるポリオキシアルキレン化合物(Y)が含まれるものである。
非還元性の二又は三糖類(a1)としては、上記の二又は三糖類と同じものが使用でき、好ましい範囲も同じである。
工程(1)において、アルキレンオキシド(a2)としては、炭素数2〜4のアルキレンオキシド等が使用でき、エチレンオキシド(以下、EOと略記する。)、プロピレンオキシド(以下、POと略記する。)、ブチレンオキシド(以下、BOと略記する。)及びこれらの混合物等が挙げられる。これらのうち、調色性及び耐水性の観点から、非還元性の二又は三糖類(a1)1モル部に対するアルキレンオキシド(a2)の使用量(モル部)が10以上30未満の場合POとBOとの混合が好ましく、また、同使用量(モル部)が30以上60未満の場合PO単独が好ましく、また、同使用量(モル部)が60〜80の場合POとEOとの混合が好ましい。
複数種類のアルキレンオキシドを使用する場合、これらのアルキレンオキシドの反応順序(ブロック状、ランダム状及びこれらの組合せ)及び含有割合には制限ないが、ブロック状又はブロック状とランダム状との組合せを含むことが好ましく、さらに好ましくはブロック状を含むことである。
プロピレンオキシド及び/又はブチレンオキシドとエチレンオキシドとの混合を含む場合、エチレンオキシドの使用割合(モル%)は、アルキレンオキシドの全モル数に基づいて、2〜10が好ましく、さらに好ましくは2〜8、特に好ましくは3〜8である。また、EOと、PO又は/及びBOとを使用する場合、二又は三糖類(a1)とEOとの反応後、この反応物とPO及び/又はBOとをブロック状に反応させることが好ましい。
アルキレンオキシドのモル数(モル部)は、非還元性の二又は三糖類(a1)1モル部に対して、10〜80が好ましく、さらに好ましくは20〜70、特に好ましくは30〜60である。この範囲であると、調色性及び耐水性がさらに良好となる。
非還元性の二又は三糖類(a1)とアルキレンオキシド(a2)との化学反応は、アニオン重合、カチオン重合又は配位アニオン重合等のいずれの形式で実施してもよい。また、これらの重合形式は単独でも、重合度等に応じて組み合わせて用いてもよい。
非還元性の二又は三糖類(a1)とアルキレンオキシド(a2)との化学反応には反応触媒が使用できる。なお、反応溶媒として以下に説明するアミドを用いる場合、反応触媒を用いる必要がない。
反応触媒としては、通常使用されるアルキレンオキシド付加反応用触媒等が使用でき、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物(水酸化カリウム、水酸化ルビジウム及び水酸化セシウム等)、アルカリ金属のアルコラート(カリウムメチラート及びセシウムエチラート等)、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の炭酸塩(炭酸カリウム、炭酸セシウム及び炭酸バリウム等)、炭素数3〜24の第3級アミン(トリメチルアミン、トリオクチルアミン、トリエチレンジアミン及びテトラメチルエチレンジアミン等)、及びルイス酸(塩化第二錫及びトリフッ化ホウ素等)等が用いられる。これらのうち、アルカリ金属の水酸化物及び第3級アミン化合物が好ましく、さらに好ましくは水酸化カリウム、水酸化セシウム及びトリメチルアミンである。
反応触媒を使用する場合、その使用量(重量%)は、非還元性の二又は三糖類(a1)及びアルキレンオキシド(a2)の合計重量に基づいて、0.05〜2が好ましく、さらに好ましくは0.1〜1、特に好ましくは0.2〜0.6である。
反応触媒を使用する場合、反応触媒は反応生成物から除去することが好ましく、その方法としては、合成アルミノシリケート等のアルカリ吸着剤{例えば、商品名:キョーワード700、協和化学工業(株)製、「キョワード」は同社の登録商標である。}を用いる方法(特開昭53−123499号公報等)、キシレン又はトルエン等の溶媒に溶かして水洗する方法(特公昭49−14359号公報等)、イオン交換樹脂を用いる方法(特開昭51−23211号公報等)及びアルカリ性触媒を炭酸ガスで中和して生じる炭酸塩を濾過する方法(特公昭52−33000号公報)等が挙げられる。
反応触媒の除去の終点としては、CPR(Controlled Polymerization Rate)値が20以下であることが好ましく、さらに好ましくは10以下、特に好ましくは5以下、最も好ましくは2以下である。なお、CPRは、JIS K1557−4:2007に準拠して測定される。
反応容器としては、加熱、冷却及び撹拌が可能な耐圧性反応容器を用いることが好ましい。反応雰囲気としては、アルキレンオキシド(a2)を反応系に導入する前に反応装置内を真空又は乾燥した不活性気体(アルゴン、窒素及び二酸化炭素等)の雰囲気とすることが好ましい。また、反応温度(℃)としては80〜150が好ましく、さらに好ましくは90〜130である。反応圧力(ゲージ圧:MPa)は0.8以下が好ましく、さらに好ましくは0.5以下である。
反応終点の確認は、次の方法等により行うことができる。すなわち、反応温度を15分間一定に保ったとき、反応圧力(ゲージ圧)の低下が0.001MPa以下となれば反応終点とする。所要反応時間は通常4〜12時間である。
非還元性の二又は三糖類(a1)とアルキレンオキシド(a2)との化学反応には、反応溶媒を用いることが好ましい。反応溶媒としては、活性水素を持たないものが好ましく、さらに好ましくは非還元性の二又は三糖類(a1)、アルキレンオキシド(a2)及びこれらの反応により生成するポリオキシアルキレン生成物(a12)を溶解するものが好ましい。
このような反応溶媒としては、炭素数3〜8のアルキルアミド及び炭素数5〜7の複素環式アミド等が使用できる。
アルキルアミドとしては、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチル−N−プロピルアセトアミド及び2−ジメチルアミノアセトアルデヒドジメチルアセタール等が挙げられる。
複素環式アミドとしては、N−メチルピロリドン、N−メチル−ε−カプロラクタム及びN,N−ジメチルピロールカルボン酸アミド等が挙げられる。
これらのうち、アルキルアミド及びN−メチルピロリドンが好ましく、さらに好ましくはDMF、N,N−ジメチルアセトアミド及びN−メチルピロリドン、特に好ましくはDMF及びN−メチルピロリドン、最も好ましくはDMFである。
反応溶媒を用いる場合、その使用量(重量%)は、非還元性の二又は三糖類(a1)とアルキレンオキシド(a2)との合計重量に基づいて、20〜200が好ましく、さらに好ましくは40〜180、特に好ましくは60〜150である。
反応溶媒を用いた場合、反応後に反応溶媒を除去することが好ましい。
反応溶媒の残存量(重量%)は、反応生成物の重量に基づいて、0.1以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.05以下、特に好ましくは0.01以下である。なお、反応溶媒の残存量は、内部標準物質を用いるガスクロマトグラフィー法にて求めることができる。
反応溶媒の除去方法としては、減圧留去及び吸着除去等が適用でき、減圧留去した後さらに吸着除去することが好ましい。減圧留去する条件としては、0.6〜27kPaの減圧下にて100〜150℃にて留去する条件等が適用できる。
吸着除去としては、合成アルミノシリケート等のアルカリ吸着剤{例えば、商品名:キョーワード700、協和化学工業(株)製}を用いて処理する方法等が適用できる。例えば、キョーワード700を用いる場合、アルカリ吸着剤の添加量(重量%)は、ポリオキシアルキレン化合物(a12)の重量に基づいて、0.1〜10程度、処理温度は60〜120℃程度、処理時間は0.5〜5時間程度である。続いてろ紙又はろ布等を用いてろ別してアルカリ吸着剤を取り除くことにより、反応溶媒の残存量を減少させることができる。
工程(2)、(3)において、エピハロヒドリン(a3)としては、エピクロルヒドリン及びエピブロモヒドリン等が挙げられる。このうち、エピクロルヒドリンが好ましい。
ポリオキシアルキレン化合物(a12)とエピハロヒドリン(a3)との反応には、ポリオキシアルキレン化合物(a12)の水酸基の水素原子とエピハロヒドリン(a3)のハロゲン原子とからの脱ハロゲン化水素によるエーテル結合の生成(ウイリアムソン合成法)等が適用できる。
ポリオキシアルキレン化合物(a12)とエピハロヒドリン(a3)とのエーテル結合反応(ウイリアムソン合成法)には、加熱、冷却、攪拌可能な容器を用いることができ、脱離生成するハロゲン化水素とほぼ等量の塩基の存在下で反応することが好ましい。
塩基としては、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物(水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム及び水酸化マグネシウム等)等が用いられる。これらのうち、アルカリ金属水酸化物が好ましく、さらに好ましくは水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム、特に好ましくは水酸化ナトリウムである。
塩基の使用量は、エピハロヒドリン(a3)の使用量(実際に反応させる設計量)によって決定できる。例えば、ポリオキシアルキレン化合物(a12)1モル部に対してエピハロヒドリン(a3)の使用量が1モル部の場合、塩基の使用量はポリオキシアルキレン化合物(a12)1モル部に対して1モル部である。このようにすると、過剰の塩基の中和、除去工程を省くことができ、また、反応はエピハロヒドリン(a3)が過剰である状態で実施するが、その過剰分は減圧下の脱水工程等で除去できる。
ポリオキシアルキレン化合物(a12)とエピハロヒドリン(a3)との化学反応の開始に先立ち、水の含有量(重量%)を、ポリオキシアルキレン化合物(a12)、エピハロヒドリン(a3)及び塩基の重量に基づいて、2〜5に調整することが好ましく、さらに好ましくは2.5〜4.5、特に好ましくは3〜4に調整することである。この範囲であると、生成した中和塩は、大きく結晶化し、脱塩濾過工程(例えば濾紙No.2:ADVANTEC社製、保留粒子径:5μm)にて容易に除去できる。
ポリオキシアルキレン化合物(a12)とエピハロヒドリン(a3)との反応温度(℃)は、40〜80が好ましく、さらに好ましくは50〜70である。反応雰囲気としては、エピハロヒドリンを反応系に導入する前に反応装置内を不活性ガス(アルゴン、窒素及び二酸化炭素等)の雰囲気とすることが好ましい。
ポリオキシアルキレン化合物(a12)とエピハロヒドリン(a3)との反応終点の確認は、次の方法等により行うことができる。すなわち、反応液のpHを測定し6〜8となれば反応終点とする。所要反応時間は通常3〜12時間である。なお、pHは、反応液を直接リトマス試験紙に付着させて色の変化を観察することにより測定できる(20〜30℃)。
次いで定法(濾過等)により脱塩(中和塩の除去)、脱水等を経てトリグリシジルエーテル化合物(3G)又はテトラグリシジルエーテル化合物(4G)が単離精製される。
脱塩(濾過)は公知の方法が適用でき、通常の自然濾過でも、減圧濾過(吸引濾過)でもよい。濾材や濾過装置も公知のものをそのまま適用できる。
濾過温度(℃)としては、50〜80程度が好ましく、さらに好ましくは60〜70である。
脱水はその方法に制限はないが、減圧留去(減圧下脱水)する方法が好ましい。減圧留去(減圧下脱水)すると、もし、過剰のエピハロヒドリン(a3)が残存していても、水と共に除去できる。
減圧留去する場合、圧力{ゲージ圧(以下同じ)}は、−0.05〜−0.098MPa程度が好ましく、温度は、60〜80℃程度が好ましい。
脱水後の水の含有量(重量%)は、トリグリシジルエーテル化合物(3G)又はテトラグリシジルエーテル化合物(4G)の重量に基づいて、0.2以下が好ましく、さらに好ましくは0.1以下、特に好ましくは0.05以下である。
水の含有量(重量%)は、公知の方法で測定することができ、たとえば、Karl Fischer法(JIS K0113:2005、電量滴定方法)により求めることができる。
トリグリシジルエーテル化合物(3G)又はテトラグリシジルエーテル化合物(4G)を得た後、これらの中に過剰の塩基が残存している場合、これを除去することが好ましい。除去方法としては、ポリオキシアルキレン化合物(a12)の製造方法で説明した「アルキレンオキシド(a2)の付加反応に用いることができる反応触媒」の除去方法等が適用できる。これらのうち、塩基を酸(鉱酸、炭酸ガス等)で中和して生じる中和塩(塩酸塩、硫酸塩、炭酸塩等)を濾過する方法が好ましい。濾過方法に置き換えて、または濾過方法と共に、塩基をアルカリ吸着剤で処理することにより、さらに残存量を低減させてもよい。
なお、塩基を酸で中和する場合、酸としては、鉱酸(塩酸、硫酸、硝酸及び燐酸等)、有機酸(蟻酸、酢酸、プロピオン酸、安息香酸、サリチル酸、テレフタル酸、シュウ酸、マロン酸、アジピン酸、コハク酸、乳酸等)等が使用できる。
塩基の残存量は、JIS K1557−4:2007に記載のCPR値で管理することができる。CPR値は、20以下であることが好ましく、さらに好ましくは10以下、特に好ましくは5以下、最も好ましくは2以下である。
トリグリシジルエーテル化合物(3G)及びテトラグリシジルエーテル化合物(4G)のエポキシ当量(g/eq.)はJIS K7236:1995(エポキシ樹脂のエポキシ当量試験法)に準拠して測定できる。
工程(4)及び(5)において、ポリオキシアルキレン化合物(a12)とトリグリシジルエーテル化合物(3G)又はテトラグリシジルエーテル化合物(4G)との反応、及びベースポリマーとモノグリシジルエーテル化合物(1G)との反応には、ポリオキシアルキレン化合物(a12)の製造方法で説明した「アルキレンオキシド(a2)の付加反応に用いることができる反応触媒、反応容器、反応条件」等が適用できる。
ポリオキシアルキレン化合物(a12)とトリグリシジルエーテル化合物(3G)又はテトラグリシジルエーテル化合物(4G)との反応、及びベースポリマーとモノグリシジルエーテル化合物(1G)との反応の終点は、エポキシ基の消滅により確認できる。エポキシ基の定量としては、過塩素酸と第四級アンモニュウム塩(CTAB)とからハロゲン化水素(HB)を発生させてこれとエポキシ基とを反応させるセチルトリメチルアンモニュウムブロマイド(CTAB)法(JIS K7236:ISO3001:1999に準拠)が適用できる。
ポリアルキレン化合物(YG)は、一般式(1)で表されるポリオキシアルキレン化合物(Y)1モルと、炭素数6〜21のアルキルグリシジルエーテル1〜8モルとを反応させて得られる。
ポリオキシアルキレン化合物(Y)と炭素数6〜21のアルキルグリシジルエーテルとの反応には、ポリオキシアルキレン化合物(a12)の製造方法で説明した「アルキレンオキシド(a2)の付加反応に用いることができる反応触媒、反応容器、反応条件」等が適用できる。
これらの反応の終点は、エポキシ基の消滅により確認できる。エポキシ基の定量としては、上記と同様の方法等が適用できる。
本発明の界面活性剤は、各種分野において適用できるが、塗料用の界面活性剤として好適であり、水性塗料用の界面活性剤として特に好適であり、この界面活性剤を含有してなる水性塗料用分散剤や、この界面活性剤を含有してなる水性塗料用ワキ防止剤として最適である。
水性塗料としては、水性エマルション塗料が含まれ、アクリル系、酢酸ビニル系、スチレン系、ハロゲン化オレフィン系、ウレタン系、アクリル−シリコン系又はフッ素系等の塗料が挙げられる。
本発明の界面活性剤を塗料へ添加するタイミングとしては、(1)顔料を分散するとき、(2)分散した顔料に樹脂成分及び各種添加剤を配合するとき、及び(3)塗装する直前等がありそのいずれでもよいが特に顔料分散剤として使用する場合は、顔料分散時に添加するのが好ましい。
本発明の界面活性剤を添加した塗料等は、通常の方法により被塗装体に塗装することができ、ハケ塗り、ローラー塗装、ベル塗装、エアスプレー塗装、エアレス塗装、ロールコーター塗装及びフローコーター塗装等の塗装方法等が適用できる。乾燥方法は常乾であっても焼付け乾燥であってもよく、焼付け乾燥は常法に従い、例えば電気式熱風乾燥機、間接熱風炉、直接熱風炉、遠赤外炉等を用い、約120〜260℃にて数10秒〜30分間塗膜を保持することで実施できる。
本発明の界面活性剤は、分散剤、ワキ防止剤として使用できる他に、乳化剤、表面張力低減剤(カーテンフローコート性向上剤、スプレー適正化剤を含む)、消泡剤(抑泡剤、破泡剤及び整泡剤等を含む)、氷結防止剤、曇り防止剤、指紋付着防止剤、皮張り防止剤(水性塗料が容器内貯蔵中に塗料の表面が固化する現象を防止する)、汚染低減剤及びその他の塗料添加剤等として広く使用でき、これらの原材料等としても使用できる。
乳化剤及び分散剤としての用途としては紙塗工塗料、水性塗料及び各種インキの顔料分散剤等、及び各種水性塗料用樹脂の乳化剤等が挙げられる。
消泡剤としては、紙塗工塗料用消泡剤、水性塗料用消泡剤及び各種インキ用消泡剤等が挙げられる。
表面張力低減剤としては、紙塗工塗料、水性塗料などのカーテンフローコート性向上剤として、また水性塗料、各種インキ等のスプレー適正化剤としての用途がある。
本発明の界面活性剤の使用量(重量%)は用途に応じて適宜決定されるが、例えば水性塗料等(紙塗工塗料、各種インキを含む)に使用する場合、水性塗料等の重量に基づいて、0.1〜5が好ましく、さらに好ましくは0.5〜4、特に好ましくは1〜3である。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、特記しない限り、部は重量部を、%は重量%を意味する。
<製造例1>
攪拌、加熱、冷却、滴下、窒素による加圧及び真空ポンプによる減圧の可能な耐圧反応容器に、精製グラニュー糖{台糖(株)製蔗糖、以下同じ}342部(1モル部)及びDMF{三菱ガス化学(株)製、以下同じ}500部を投入した後、窒素ガスを用いて、ゲージ圧で0.1MPaになるまで加圧し0.02MPaになるまで排出する操作を3回繰り返した(この窒素ガスを用いた操作について、以下、窒素置換と略する。)。その後、攪拌しつつ100℃まで昇温し同温度にて、プロピレンオキシド(PO)580部(10モル部)を4時間かけて滴下し、さらに同温度にて4時間攪拌を続けた。次いで120℃にて1.3〜13kPaの減圧下にてDMFを除去(以下、単にDMFを除去と略記する)し、蔗糖/PO10モル付加物(S1)を得た。
<製造例2>
製造例1と同じ反応容器に、蔗糖/PO10モル付加物(S1)922部(1モル部)及び水酸化カリウム{試薬特級、和光純薬工業(株)製、使用量は水分を除いた純分換算量で表示した。以下同じ。}4部を加えて「120℃にて0.6〜1.3kPaの減圧下にて脱水した」(この「 」内の操作について、以下、脱水と称する。)。次いで減圧のまま100℃にて、プロピレンオキシド(PO)1160部(20モル部)を6時間かけて滴下し、さらに120℃にて4時間攪拌を続けた。次いで「80℃にて脱イオン水40部を加えた後、無機吸着材{キョーワード700、協和化学工業(株)製、以下同じ。}80部を加え、同温度にて2時間攪拌した。次いで同温度にてNo.2濾紙{東洋濾紙(株)製、保留粒子径:5μm、以下同じ。}を用いて濾過して無機吸着材を取り除き、さらに1.3〜2.7kPaの減圧下120℃にて1時間脱水」(この「 」内の操作について、以下、精製処理と略する。)して、蔗糖/PO30モル付加物(S2)を得た。
<製造例3>
製造例1と同じ反応容器に、蔗糖/PO30モル付加物(S2)2082部(1モル部)及び水酸化カリウム6部を加えて脱水した。次いで減圧のまま100℃にて、プロピレンオキシド(PO)1160部(20モル部)を5時間かけて滴下し、さらに120℃にて4時間攪拌を続けた。次いで精製処理して、蔗糖/PO50モル付加物(S3)を得た。
<製造例4>
製造例1と同じ反応容器に、蔗糖/PO30モル付加物(S2)2082部(1モル部)及び水酸化カリウム7部を加えて脱水した。次いで減圧のまま100℃にて、プロピレンオキシド(PO)1740部(30モル部)を5時間かけて滴下し、さらに120℃にて4時間攪拌を続けた。次いで精製処理して、蔗糖/PO60モル付加物(S4)を得た。
<製造例5>
製造例1と同じ反応容器に、メレチトース{試薬特級、和光純薬工業(株)製}504部(1モル部)及びDMF1000部を加えて窒素置換した後、攪拌しつつ100℃まで昇温し同温度にてエチレンオキシド(EO)220部(5モル部)とプロピレンオキシド(PO)870部(15モル部)との混合液を3時間かけて滴下し、さらに同温度にて4時間攪拌を続けた。次いでDMFを除去し、メレチトース/EO5モル・PO15モル付加物(S5Be)を得た。
製造例1と同じ反応容器に、メレチトース/EO5モル・PO15モル付加物(S5Be)1594部(1モル部)及び水酸化カリウム10部を加えて脱水した。次いで減圧のまま100℃にて、プロピレンオキシド(PO)2900部(50モル部)を8時間かけて滴下し、さらに120℃にて5時間攪拌を続けた。次いで精製処理して、メレチトースEO5モル・PO15モル/PO50モル付加物(S5)を得た。
<製造例6>
製造例1と同じ反応容器に、メレチトース/EO5モル・PO15モル付加物(S5Be)1594部(1モル部)及び水酸化カリウム12部を加えて脱水した。次いで減圧のまま100℃にて、プロピレンオキシド(PO)3480部(60モル部)を9時間かけて滴下し、さらに120℃にて5時間攪拌を続けた。次いで精製処理して、メレチトースEO5モル・PO15モル/PO60モル付加物(S6)を得た。
<製造例7>
製造例1と同じ反応容器に、トレハロース{試薬特級、和光純薬工業(株)製}342部(1モル部)及びDMF1000部を加えて窒素置換した後、攪拌しつつ100℃まで昇温し、次いで同温度にてプロピレンオキシド(PO)870部(15モル部)を5時間かけて滴下し、さらに同温度にて4時間攪拌を続けた。次いでDMFを除去し、トレハロース/PO15モル付加物(S7Be)を得た。
製造例1と同じ反応容器に、トレハロース/PO15モル付加物(S7Be)1212部(1モル部)及び水酸化カリウム3部を加えて脱水した。次いで減圧のまま100℃にて、ブチレンオキシド(BO)360部(5モル部)を2時間かけて滴下し、さらに同温度にて2時間攪拌を続けた。次いで精製処理して、トレハロース/PO15モル/BO5モル付加物(S7)を得た。
<製造例8>
製造例1と同じ反応容器に、トレハロース/PO15モル付加物(S7Be)1212部(1モル部)及び水酸化カリウム5部を加えて脱水した。次いで減圧のまま100℃にて、プロピレンオキシド(PO)1450部(25モル部)を4時間かけて滴下し、さらに同温度にて4時間攪拌を続けた。次いで精製処理して、トレハロース/PO40モルモル付加物(S8)を得た。
<製造例9>
製造例1と同じ反応容器に、製造例2で得た蔗糖/PO30モル付加物(S2)2082部(1モル部)と、水酸化ナトリウム{試薬特級、和光純薬工業(株)製、純度約97重量%、使用量は水分を除いた純分換算量で表示した。以下同じ。}40.4部(1.01モル部)及び水80部を仕込み、60℃にて攪拌しつつ、エピクロルヒドリン{ダイソー(株)製、以下同じ}130部(1.4モル部)を4時間で滴下した。次いで60℃にて5時間攪拌を続け、反応液のpHが7〜8{リトマス試験紙(TOYO ROSHI CO.LTD製、製品名:UNIV PH 1−11)による。以下同じ。}となったのを確認した。次いで「80℃にて0.6〜1.3kPaの減圧下にて脱水(水分:0.03重量%)した後、No.2濾紙による吸引濾過」を行い(この「 」内の操作について、以下、単に脱水・濾過と略記する。)、モノグリシジルエーテル化合物(S2−G1){注:(S2−G1)の表記は、(S2)を用いた、グリシジルエーテル基1モル付加物を意味する。以下同様に、原料の記号(S2等)の後にグリシジル基の数をGの後に示す。}を得た。このエポキシ当量は2150g/eq.であった。エポキシ当量は、JIS K7236:1995、(エポキシ樹脂のエポキシ当量試験法)に準拠して測定した(以下、同じである。)。
<製造例10>
製造例1と同じ反応容器に、製造例2で得た蔗糖/PO30モル付加物(S2)2082部(1モル部)と、水酸化ナトリウム121.2部(3.03モル部)及び水95部を仕込み、60℃にて攪拌しつつ、エピクロルヒドリン462.5部(5モル部)を7時間で滴下した。次いで60℃にて5時間攪拌を続け、反応液のpHが7〜8となったのを確認した。次いで脱水・濾過し、トリグリシジルエーテル化合物(S2−G3)を得た。このエポキシ当量は755g/eq.であった。
<製造例11>
製造例1と同じ反応容器に、製造例3で得た蔗糖/PO50モル付加物(S3)3242部(1モル部)と、水酸化ナトリウム40.4部(1.01モル部)及び水100部を仕込み、60℃にて攪拌しつつ、エピクロルヒドリン130部(1.4モル部)を5時間で滴下した。次いで60℃にて5時間攪拌を続け、反応液のpHが7〜8となったのを確認した。次いで脱水・濾過し、トリグリシジルエーテル化合物(S3−G1)を得た。このエポキシ当量は3320g/eq.であった。
<製造例12>
製造例1と同じ反応容器に、製造例3で得た蔗糖/PO50モル付加物(S3)3242部(1モル部)と、水酸化ナトリウム121.2部(3.03モル部)及び水115部を仕込み、60℃にて攪拌しつつ、エピクロルヒドリン462.5部(5モル部)を7時間で滴下した。次いで60℃にて5時間攪拌を続け、反応液のpHが7〜8となったのを確認した。次いで脱水・濾過し、トリグリシジルエーテル化合物(S3−G3)を得た。このエポキシ当量は1150g/eq.であった。
<製造例13>
製造例1と同じ反応容器に、製造例4で得た蔗糖/PO60モル付加物(S4)3822部(1モル部)と、水酸化ナトリウム121.2部(3.03モル部)及び水125部を仕込み、60℃にて攪拌しつつ、エピクロルヒドリン462.5部(5モル部)を7時間で滴下した。次いで60℃にて5時間攪拌を続け、反応液のpHが7〜8となったのを確認した。次いで脱水・濾過し、トリグリシジルエーテル化合物(S4−G3)を得た。このエポキシ当量は1350g/eq.であった。
<製造例14>
製造例1と同じ反応容器に、製造例5で得たメレチトースEO5モル・PO15モル/PO50モル付加物(S5)4494部(1モル部)と、水酸化ナトリウム161.6部(4.04モル部)及び水165部を仕込み、60℃にて攪拌しつつ、エピクロルヒドリン508.8部(5.5モル部)を10時間で滴下した。次いで60℃にて5時間攪拌を続け、反応液のpHが7〜8となったのを確認した。次いで脱水・濾過し、テトラグリシジルエーテル化合物(S5−G4)を得た。このエポキシ当量は1220g/eq.であった。
<製造例15>
製造例1と同じ反応容器に、製造例6で得たメレチトースEO5モル・PO15モル/PO60モル付加物(S6)5074部(1モル部)と、水酸化ナトリウム161.6部(4.04モル部)及び水180部を仕込み、60℃にて攪拌しつつ、エピクロルヒドリン508.8部(5.5モル部)を10時間で滴下した。次いで60℃にて5時間攪拌を続け、反応液のpHが7〜8となったのを確認した。次いで脱水・濾過し、テトラグリシジルエーテル化合物(S6−G4)を得た。このエポキシ当量は1380g/eq.であった。
<製造例16>
製造例1と同じ反応容器に、製造例7で得たトレハロース/PO15モル/BO5モル付加物(S7)1572部(1モル部)と、水酸化ナトリウム40.4部(1.01モル部)及び水70部を仕込み、60℃にて攪拌しつつ、エピクロルヒドリン130部(1.4モル部)を5時間で滴下した。次いで60℃にて5時間攪拌を続け、反応液のpHが7〜8となったのを確認した。次いで脱水・濾過し、モノグリシジルエーテル化合物(S7−G1)を得た。このエポキシ当量は1670g/eq.であった。
<製造例17>
製造例1と同じ反応容器に、製造例8で得たトレハロース/PO40モル付加物(S8)2662部(1モル部)と、水酸化ナトリウム40.4部(1.01モル部)及び水90部を仕込み、60℃にて攪拌しつつ、エピクロルヒドリン130部(1.4モル部)を5時間で滴下した。次いで60℃にて5時間攪拌を続け、反応液のpHが7〜8となったのを確認した。次いで脱水・濾過し、モノグリシジルエーテル化合物(S8−G1)を得た。このエポキシ当量は2750g/eq.であった。
<実施例1>
製造例1と同じ反応容器に、製造例1で得た蔗糖/PO10モルモル付加物(S1)368.8部(0.4モル部)、水酸化カリウム1.5部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、製造例15で得たテトラグリシジルエーテル化合物(S6−G4){(S6)−テトラグリシジルエーテル、エポキシ当量:1380}552部(0.1モル部)を加え、「同温度にて1.3〜2.7kPaの減圧下1時間脱水」(この「 」の操作について、以後、追脱水と略記する。)した後、130℃にて10時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。その後、水酸化カリウム2部を投入して脱水した。次いで80℃にて、製造例16で得たモノグリシジルエーテル化合物(S7−G1){(S7)−モノグリシジルエーテル、エポキシ当量:1670}1336部(0.8モル部)を加え、同温度にて追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して、本発明の界面活性剤(ポリオキシアルキレン化合物)(Y1)を得た。
界面活性剤(Y1)の重量平均分子量(Mw)は19,300(理論分子量:22,568)であった。
なお、重量平均分子量は、分子量既知のポリスチレンを標準物質としてゲルパ−ミエ−ションクロマトグラフィ(GPC)を用いて以下のような条件で測定、算出した(以下、同じである。)。
装置:東ソ−(株)製(型式HLC−8120GPC)
カラム:東ソ−製型式SuperH−4000×2本及び同型式SuperH−3000×1本をそれぞれ直列に接続したカラム
検出器:示差屈折検出器
データ処理機:東ソー(株)製データ処理機(形式SC−8020)
カラム温度:40℃
溶離液:THF(試薬1級、片山化学工業製)
流速:0.5ml/min.
試料濃度:1重量%
試料溶液注入量:10μl
<実施例2>
製造例1と同じ反応容器に、製造例7で得たトレハロース/PO15モル/BO5モル付加物(S7)628.8部(0.4モル部)、水酸化カリウム2部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、製造例14で得たテトラグリシジルエーテル化合物(S5−G4){(S5)−テトラグリシジルエーテル、エポキシ当量:1220}488部(0.1モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。その後、水酸化カリウム1部を投入して脱水した。次いで80℃にて、製造例17で得たモノグリシジルエーテル化合物(S8−G1){(S8)−モノグリシジルエーテル、エポキシ当量:2750}1100部(0.4モル部)を加え、追脱水した後、140℃にて15時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して、本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(Y2)を得た。(Y2)の重量平均分子量(Mw)は19,200(理論分子量:22,168)であった。
<実施例3>
製造例1と同じ反応容器に、製造例2で得た蔗糖/PO30モル付加物(S2)832.8部(0.4モル部)、水酸化カリウム3部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、製造例14で得たテトラグリシジルエーテル化合物(S5−G4){(S5)−テトラグリシジルエーテル、エポキシ当量:1220}488部(0.1モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。その後、水酸化カリウム1.5部を投入して脱水した。次いで80℃にて、製造例16で得たモノグリシジルエーテル化合物(S7−G1){(S7)−モノグリシジルエーテル、エポキシ当量:1670}1002部(0.6モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して、本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(Y3)を得た。(Y3)の重量平均分子量(Mw)は20,000(理論分子量:23,228)であった。
<実施例4>
製造例1と同じ反応容器に、製造例7で得たトレハロース/PO15モル/BO5モル付加物(S7)471.6部(0.3モル部)、水酸化カリウム2部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、製造例13で得たトリグリシジルエーテル化合物(S4−G3){(S4)−トリグリシジルエーテル、エポキシ当量:1350}405部(0.1モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。その後、水酸化カリウム1.5部を投入して脱水した。次いで80℃にて、製造例17で得たモノグリシジルエーテル化合物(S8−G1){(S8)−モノグリシジルエーテル、エポキシ当量:2750}825部(0.3モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて15時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して、本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(Y4)を得た。(Y4)の重量平均分子量(Mw)は14,800(理論分子量:17,016)であった。
<実施例5>
製造例1と同じ反応容器に、製造例2で得た蔗糖/PO30モル付加物(S2)624.6部(0.3モル部)、水酸化カリウム2部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、製造例10で得たトリグリシジルエーテル化合物(S2−G3){(S2)−トリグリシジルエーテル、エポキシ当量:755}226.5部(0.1モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。その後、水酸化カリウム1.5部を投入して脱水した。次いで80℃にて、製造例9で得たモノグリシジルエーテル化合物(S2−G1){(S2)−モノグリシジルエーテル、エポキシ当量:2150}1290部(0.6モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して、本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(Y5)を得た。(Y5)の重量平均分子量(Mw)は18,700(理論分子量:21,411)であった。
<実施例6>
製造例1と同じ反応容器に、製造例1で得た蔗糖/PO10モル付加物(S1)276.6部(0.3モル部)、水酸化カリウム1.5部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、製造例13で得たトリグリシジルエーテル化合物(S4−G3){(S4)−トリグリシジルエーテル、エポキシ当量:1350}405部(0.1モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。その後、水酸化カリウム2部を投入して脱水した。次いで80℃にて、製造例11で得たモノグリシジルエーテル化合物(S3−G1){(S3)−モノグリシジルエーテル、エポキシ当量:3320}996部(0.3モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して、本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(Y6)を得た。(Y6)の重量平均分子量(Mw)は14,500(理論分子量:16,776)であった。
<実施例7>
製造例1と同じ反応容器に、製造例2で得た蔗糖/PO30モル付加物(S2)624.6部(0.3モル部)、水酸化カリウム2部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、製造例12で得たトリグリシジルエーテル化合物(S3−G3){(S3)−トリグリシジルエーテル、エポキシ当量:1150}345部(0.1モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。その後、水酸化カリウム1部を投入して脱水した。次いで80℃にて、製造例16で得たモノグリシジルエーテル化合物(S7−G1){(S7)−モノグリシジルエーテル、エポキシ当量:1670}1002部(0.6モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して、本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(Y7)を得た。(Y7)の重量平均分子量(Mw)は17,150(理論分子量:19,716)であった。
<実施例8>
製造例1と同じ反応容器に、製造例1で得た蔗糖/PO10モル付加物(S1)276.6部(0.3モル部)、水酸化カリウム1.5部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、製造例12で得たトリグリシジルエーテル化合物(S3−G3){(S3−G3)−トリグリシジルエーテル、エポキシ当量:1150}345部(0.1モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。その後、水酸化カリウム0.6部を投入して脱水した。次いで80℃にて、製造例17で得たモノグリシジルエーテル化合物(S8−G1){(S8)−モノグリシジルエーテル、エポキシ当量:2750}1100部(0.4モル部)を加え、追脱水した後、130℃にて15時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して、本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(Y8)を得た。(Y8)の重量平均分子量(Mw)は14,700(理論分子量:17,216)であった。
<実施例9>
製造例1と同じ反応容器に、実施例1で得た界面活性剤(Y1)2257部(0.1モル部)に水酸化カリウム4部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、ブチルグリシジルエーテル{エポゴーセーBA、四日市合成(株)製、エポキシ当量:135、以下同じ。「エポゴーセー」は同社の登録商標である。}108部(0.8モル部)を加え、窒素置換の後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(YG1)を得た。
<実施例10>
製造例1と同じ反応容器に、実施例3で得た界面活性剤(Y2)2217部(0.1モル部)に水酸化カリウム3部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル{エポゴーセー2EH、四日市合成(株)製、エポキシ当量:190、以下同じ}114部(0.6モル部)を加え、窒素置換の後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(YG2)を得た。
<実施例11>
製造例1と同じ反応容器に、実施例5で得た界面活性剤(Y3)2323部(0.1モル部)に水酸化カリウム5部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル76部(0.4モル部)を加え、窒素置換の後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(YG3)を得た。
<実施例12>
製造例1と同じ反応容器に、実施例7で得た界面活性剤(Y4)1702部(0.1モル部)に水酸化カリウム2.2部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、ブチルグリシジルエーテル94.5部(0.7モル部)を加え、窒素置換の後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(YG4)を得た。
<実施例13>
製造例1と同じ反応容器に、実施例9で得た界面活性剤(Y5)2141部(0.1モル部)に水酸化カリウム4部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、ヘキサデシル(セチル)グリシジルエーテル{CE−EP、四日市合成(株)製、エポキシ当量:350}70部(0.2モル部)を加え、窒素置換の後、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(YG5)を得た。
<実施例14>
製造例1と同じ反応容器に、実施例11で得た界面活性剤(Y6)1678部(0.1モル部)に水酸化カリウム3部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、デシルグリシジルエーテル{エピオールL−41、日油(株)製、エポキシ当量:230}69部(0.3モル部)を加え、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(YG6)を得た。
<実施例15>
製造例1と同じ反応容器に、実施例13で得た界面活性剤(Y7)1972部(0.1モル部)に水酸化カリウム4部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、デシルグリシジルエーテル115部(0.5モル部)を加え、130℃にて12時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(YG7)を得た。
<実施例16>
製造例1と同じ反応容器に、実施例15で得た界面活性剤(Y8)1722部(0.1モル部)に水酸化カリウム3部を投入した後、脱水した。次いで80℃にて、セチルグリシジルエーテル35部(0.1モル部)を加え、窒素置換の後、130℃にて13時間攪拌を続けてエポキシ基の消失を確認した。この後、精製処理して本発明の界面活性剤{ポリオキシアルキレン化合物}(YG8)を得た。
<比較例1>
SNディスパーサント5044{サンノプコ株式会社製、ポリカルボン酸ナトリウム塩タイプ界面活性剤(ポリマー濃度43%品)}を比較用の界面活性剤(H1)とした。
<比較例2>
SNディスパーサント5047{サンノプコ株式会社製、ポリカルボン酸アンモニウム塩タイプ界面活性剤(ポリマー濃度33%品)}を比較用の界面活性剤(H2)とした。
<比較例3>
ベンゾインn−プロピルエーテル{試薬特級、和光純薬工業(株)製}を比較用の界面活性剤(H3)とした。
<比較例4>
ベンゾインiso−ブチルエーテル{試薬特級、和光純薬工業(株)製}を比較用の界面活性剤(H4)とした。
実施例1〜16及び比較例1〜2で得た界面活性剤を用いて、常乾型水性塗料を調製し、光沢、調色性、消泡性及び耐水性を評価し、結果を表5に示した。また、実施例1〜16及び比較例3〜4で得た界面活性剤を用いて、熱硬化型水性塗料を調製し、ワキ限界膜厚値、平滑性及び鮮映性を評価し、結果を表6に示した。なお、比較例1又は2で得た界面活性剤については、ポリマー濃度を考慮して、ポリマーの重量が所定量となるように換算して用いた。
1.常乾型水性塗料による評価
<顔料分散液の調製>JISK5600−2−5:1999に準拠
(1)顔料分散液の作成
インペラー型羽根を備えたエクセルオートホモジナイザー(日本精器株式会社製、モデルED、以下同じ)を用い、表3に示した使用量で、イオン交換水、エチレングリコール、評価用界面活性剤、ハイドロパラート、デヒドラン及びノプコサイドからなる混合液に、タイペークを撹拌しながら添加し、均一になるまで顔料分散を行って、顔料分散液を得た。
なお、つぶゲージ法(JIS K5600−2−5:1999に準拠)により、顔料分散液に5ミクロン以上の粒の無いことを確認した。
また、顔料分散液を脱泡機{あわとり練太郎(株)製、モデルAR−250}にて3分間脱泡した後、ブルックフィールド型粘度計(25℃、60rpm)で粘度測定して、表5に示した(単位:mPa・s)。
<塗料及び試験用塗装片の調製>JISK5600−2−5:1999に準拠
(2)評価用水性塗料の作成
得られた顔料分散液に、表3に示した使用量で、プライマル、テキサノール、デヒドラン、SNシックナー及びユニラントを加えて、インペラー型羽根を備えたエクセルオートホモジナイザーでレッドダウン工程を行い、評価用水性塗料を得た。
なお、評価用水性塗料はつぶゲージ法にて5ミクロン以上の粒の無いことを確認した。
Figure 2014074116
※1 サンノプコ(株)製湿潤剤
※2 サンノプコ(株)製消泡剤
※3 サンノプコ(株)製防腐剤
※4 石原産業(株)製二酸化チタン、「タイペーク」は同社の登録商標である。
※5 日本アクリル(株)製アクリル−スチレン樹脂、「プライマル」はローム エンド ハースコムパニーの登録商標である。
※6 イーストマンケミカル社製造膜調整剤、「テキサノール」は吉村油化学株式会社の登録商標である。
※7 サンノプコ(株)製増粘剤
※8 横浜化成(株)製着色顔料(黒)、「unirant」は同社の登録商標である。
<試験用塗装片の調製>
評価用水性塗料を用いて、次の塗装条件で塗装して光沢及び調色性の試験を行った。
[塗装条件]
被塗装体:アセトンにて脱脂したステンレス板(縦:200mm、横:120mm、厚み:1.2mm)
塗装方法:スプレーガン{ワイダーW−88カップガン(岩田塗装(株)製)、「ワイダー」は同社の登録商標である。}によるスプレー塗装及びハケ(大塚刷毛製造株式会社製、水性ペイント用#70)によるハケ塗装
乾燥方法:常乾(温度:25℃、湿度:40%RH)
[光沢]
評価用水性塗料をそれぞれイオン交換水にて85KU値(25℃)に希釈し、アセトンにて脱脂したポリエステルフィルム(縦:150mm、横:150mm、厚み:0.10mm、東レルミラーL−100T60、東レ株式会社製、「ルミラー」は同社の登録商標である。)にスプレーガンで塗装(ウェット膜厚:約0.2mm)、常乾にて、7日間乾燥後、光沢計(日本電色工業株式会社製、VGS−300A)にて入射角60゜での光沢(グロス)をそれぞれ6個所測定し、平均値を算出し、これを光沢とした。
[調色性]
評価用水性塗料をそれぞれイオン交換水にて85KU値(25℃)に希釈し、アセトンにて脱脂したステンレス板に全体にスプレー塗装し(ウェット膜厚:約0.2mm)、その直後にそのうち半面をハケ塗りして、常乾にて、7日間乾燥後、日本電色工業(株)製の、SPECTROCOLOR METER MODEL PF−10を用いて、スプレー塗装した部分と、ハケ塗りした部分の色差(△E値)を測定し、次式により両者の差を算出して、その絶対値を調色性とした。この値は小さいほど、調色性が良好であることを意味する。
(調色性)=|△E(スプレー)−△E(ハケ)|
[消泡性]
評価用水性塗料をそれぞれイオン交換水にて85KU値(25℃)に希釈し、インペラー型羽根を備えたエクセルオートホモジナイザーにて500rpmにて2分間攪拌した直後にアセトンにて脱脂したステンレス板にハケ塗り(ウェット膜厚:約0.2mm)して、25℃、1日間乾燥後、中央部分の10cm×10cm面積内の泡痕(直径1.0mm以上)を数えて、消泡性とした。
[耐水性]
評価用水性塗料をそれぞれイオン交換水にて85KU値(25℃)に希釈し、アセトンにて脱脂したポリエステルフィルム(東レルミラーL−100T60、縦:150mm、横:150mm、厚み:0.10mm)にスプレーガンで塗装(ウェット膜厚:約0.2mm)、常乾にて、7日間乾燥後、イオン交換水(25〜30℃)に7日間浸漬した。次いで水から引き上げて中央部分の10cm×10cm面積内のブリスター(水膨れ)痕(直径1.0mm以上)を数えて、耐水性とした。
2.熱硬化型水性塗料による評価
<塗料及び試験用塗装片の調製>JISK5600−2−5:1999に準拠
(1)熱硬化型水性塗料の作成
表4に示した原料及び使用量を用いて、インペラー型羽根を備えたエクセルオートホモジナイザーで評価用熱硬化型水性塗料を得た。なお、つぶゲージ法にて、この塗料に5ミクロン以上の粒の無いことを確認した。
Figure 2014074116
※1 大日本インキ化学(株)製水溶性アクリル樹脂、「ボンコート」は同社の登録商標である。
※2 三井サイアナミッド(株)製水溶性メラミン樹脂、「サイメル」はサイテツク テクノロジー コーポレーションの登録商標である。
※3 石原産業(株)製二酸化チタン、「タイペーク」は同社の登録商標である。
※4 サンノプコ(株)製消泡剤
※5 サンノプコ(株)製増粘剤
(2)試験用塗装片の調製
評価用熱硬化型水性塗料をそれぞれイオン交換水でフォードカップNo.4(JIS K−5600−2−2に準拠)で20秒(25℃)になるように希釈し、次の塗装条件で塗装して、ワキ限界膜厚値、平滑性及び鮮映性の測定を行った。
[塗装条件]
被塗装体:アセトンにて脱脂したブリキ板(縦:120mm、横:80mm、厚み:0.06mm)
塗装方法:スプレーガン{ワイダーW−88カップガン(岩田塗装(株))}を用いて、膜厚傾斜塗装
焼付条件:塗装後10分間ブース内でセッテイングした後、160℃、20分間焼き付け
[ワキ限界膜厚値]
上記[塗装条件]にて傾斜塗装して膜厚差のある塗膜を形成し、次いで焼き付け乾燥を行うと、膜厚の薄い部分から厚い部分にかけてワキを発生するが、このワキによる塗膜異常の発生し始める部分の膜厚(ワキ限界膜厚値)を電磁微膜厚計{オーウエル(株)製、SEM−100型}にて測定した(単位:μm)。評価数値の高いほどワキ防止能が高いことを意味する。
[平滑性]
ワキ限界膜厚値を評価した試験用塗装片を用いて、ワキ限界膜厚値より薄い部分の塗膜表面の平滑性を肉眼にて評価した。評価はワキ限界膜厚値から薄い部分において、幅20mm×長さ100mm塗膜表面のハジキ、クレーター(それぞれ直径1.0mm以上)の数を数え、平滑性とした。
[鮮映性]
ワキ限界膜厚値を評価した試験用塗装片を用いて、このワキ限界膜厚より薄い部分の入射角20゜の光沢(グロス)を光沢計(前述)にてそれぞれ6個所測定し、平均値を算出し、これを鮮映性とした。この値が高いほど鮮映性に優れる。
Figure 2014074116
Figure 2014074116
表5から、本発明の界面活性剤(実施例1〜16)を用いた水性塗料は、比較例1、2の界面活性剤を用いた水性塗料に比べて、顔料分散性の向上により顔料分散液の低粘度化、光沢、調色性の高度化が図れ、且つ耐泡立ち性、耐水性も良好であることが分かる。また、表6から、本発明の界面活性剤(実施例1〜16)を用いた水性塗料は、比較例3、4の界面活性剤を用いた水性塗料に比べて、ワキ防止性に優れていることが認められた。すなわち、本発明の界面活性剤は、比較用の界面活性剤に比較して、高い界面活性能{顔料分散性、ワキ防止性、レベリング性(平滑性、鮮映性等)等}を発揮した。そして、本発明の界面活性剤は、形成される塗膜の耐水性を低下させず、さらに、泡立ちにくく、消泡性にも優れていた。
本発明の界面活性剤は、各種産業用の界面活性剤として使用でき、たとえば、水性塗料及び非水性塗料用の界面活性剤として適しており、特に水性塗料用の界面活性剤として好適であり、特に水性エマルション塗料用の界面活性剤として最適である。

Claims (6)

  1. 一般式(1)で表されるポリオキシアルキレン化合物(Y)及び/又は一般式(1)で表されるポリオキシアルキレン化合物(Y)1モルと、炭素数6〜21のアルキルグリシジルエーテル1〜8モルとを反応させて得られるポリオキシアルキレン化合物(YG)を含有してなることを特徴とする界面活性剤。

    {−U−S(−U−S (1)

    ただし、Sは一般式(2)で表される基、Sは一般式(3)で表される基、Sは一般式(4)で表される基であり、Uは2−ヒドロキシプロピレン基{−CH−CH(OH)−CH−}又はヒドロキシメチルエチレン基{−CH−CH(CHOH)−}、mは1又は2、qは3又は4を表し、S、S、S、U、m及びqはそれぞれ同じでも異なってもよい。

    {H(OA)−}t−qQ{−(OA)−} (2)

    {H(OA)−}t−(m+1)Q{−(OA)−}m+1 (3)

    {H(OA)−}t−1Q{−(OA)−} (4)

    Qは非還元性の二又は三糖類のt個の1級水酸基から水素原子を除いた残基、OAは炭素数2〜4のオキシアルキレン基、Hは水素原子、tは2〜4の整数、qは3又は4(但し、t≧q)、mは1又は2(但し、t≧(m+1))、nは5〜30の整数を表し、一般式(2)で表される基、一般式(3)で表される基又は一般式(4)で表される基のそれぞれに含まれるオキシアルキレン基(OA)の総数は10〜80の整数であり、Q、OA、t及びnはそれぞれ同じでも異なってもよい。
  2. 非還元性の二又は三糖類のt個の1級水酸基から水素原子を除いた残基(Q)が蔗糖の3個の1級水酸基から水素原子を除いた残基である請求項1に記載の界面活性剤。
  3. 水性塗料用である請求項1又は2に記載の界面活性剤。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の界面活性剤を含有してなる水性塗料用分散剤。
  5. 請求項1〜3のいずれかに記載の界面活性剤を含有してなる水性塗料用ワキ防止剤。
  6. 塗料及び請求項1〜3のいずれかに記載の界面活性剤からなり、この界面活性剤を塗料の重量に基づいて0.1〜5重量%含有してなる塗料。
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