JP4118968B2 - 水性防食塗料組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水性防食塗料組成物に関し、詳しくは付着性、乾燥性、厚塗り性、防食性に優れた塗膜を形成しうる常乾型の水性防食塗料組成物に関する。
【0002】
【従来技術及びその課題】
近年、様々な塗料分野において、環境保全や作業環境の改善の面から、有機溶剤系塗料から水系塗料へ移行しつつあり、橋梁・船舶などの鋼構造物に適用する防食塗料においても種々検討が行われている。
【0003】
該塗料として、例えば水系アルキド樹脂を用いた塗料などが使用されているが、付着性、乾燥性などにおいて十分満足しうるものではなかった。一方、付着性や防食性の点から常乾のエポキシエステル樹脂が防食塗料に汎用されているが、該樹脂は酸基導入などにより水性化されると、防食性や錆鋼板における耐フラッシュラスト性が不十分になるという不具合があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討した結果、エポキシ樹脂と不飽和脂肪酸との反応生成物にカルボキシル基含有アクリル樹脂をグラフトさせてなる変性エポキシエステル樹脂を水分散したエポキシエステル樹脂エマルジョンとアルキド樹脂エマルジョンを併用することにより付着性、乾燥性、厚塗り性、防食性などに非常に優れた塗膜を形成しうる常乾型の水性塗料が得られることを見出だし本発明に到達した。
【0005】
即ち本発明は、エポキシ樹脂と不飽和脂肪酸との反応生成物にカルボキシル基含有アクリル樹脂をグラフトさせてなる変性エポキシエステル樹脂を水分散したエポキシエステル樹脂エマルジョン(A)及びアルキド樹脂エマルジョン(B)を、樹脂固形分重量比が90/10〜10/90となるように含有することを特徴とする水性防食塗料組成物を提供するものである。
【0006】
以下、本発明について説明する。
【0007】
本発明において使用されるエポキシエステル樹脂エマルジョン(A)としては、エポキシ樹脂と不飽和脂肪酸との反応生成物にカルボキシル基含有アクリル樹脂をグラフト反応させてなる変性エポキシエステル樹脂を水分散したものが好適に使用できる。
【0008】
上記変性エポキシエステル樹脂に使用されるエポキシ樹脂としては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有し、エポキシ当量が170以上、好ましく450〜1,000であるものが適当であり、例えばビスフェノ−ルA型エポキシ樹脂、ビスフェノ−ルF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などが挙げられる。
【0009】
上記変性エポキシエステル樹脂に使用される不飽和脂肪酸としては、例えばアマニ油脂肪酸、サフラワ−油脂肪酸、大豆油脂肪酸、麻実油脂肪酸、脱水ヒマシ油脂肪酸、ト−ル油脂肪酸などの(半)乾性油脂肪酸;リノール酸、リノレン酸、オレイン酸などが挙げられ、これらは1種又は2種以上併用して使用できる。
【0010】
上記エポキシ樹脂と不飽和脂肪酸との使用割合は、重量固形分比で95/5〜50/50、好ましくは90/10〜70/30の範囲内が適当である。
【0011】
上記エポキシ樹脂に不飽和脂肪酸を反応させて不飽和基を導入した該不飽和脂肪酸変性のエポキシ樹脂に、▲1▼カルボキシル基含有モノマ−及びその他のモノマ−を共重合させる、あるいは▲2▼これらモノマ−類を共重合させて得られるカルボキシル基含有アクリル樹脂のカルボキシル基の一部を反応させる、などの方法によりカルボキシル基含有アクリル樹脂をグラフト共重合させる。該共重合反応はラジカル重合開始剤の存在下に溶液重合法などの常法によって行われる。
【0012】
カルボキシル基含有モノマ−としては、例えば(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、無水マレイン酸などが挙げられ、その他のモノマ−としては、例えばメチル(メタ)アクリレ−ト、エチル(メタ)アクリレ−ト、プロピル(メタ)アクリレ−ト、ブチル(メタ)アクリレ−ト、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレ−ト、ラウリル(メタ)アクリレ−トなどの(メタ)アクリル酸のアルキルエステル;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレ−ト、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレ−トなどの水酸基含有モノマ−;スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、(メタ)アクリロニトリルなどが挙げられ、これらは1種又は2種以上併用して使用できる。
【0013】
該ラジカル重合開始剤としては、過酸化ベンゾイル、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエ−ト、クミルパーオキサイド等の過酸化物;α,α’−アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル等のアゾ化合物が挙げられる。
【0014】
重合時に用いる溶剤としては、例えば、水と混合し得る極性をもつ有機溶剤が好ましく、例えばエチルアルコ−ル、n−プロピルアルコ−ル、i−プロピルアルコ−ル、n−ブチルアルコ−ル、i−ブチルアルコ−ル、sec−ブチルアルコ−ル、t−ブチルアルコ−ル、i−アミルアルコ−ル、sec−アミルアルコ−ル、t−アミルアルコ−ル、エチレングリコ−ルモノメチルエ−テル、エチレングリコ−ルモノエチルエ−テル、プロピレングリコ−ルモノメチルエ−テル、プロピレングリコ−ルモノエチルエ−テル、プロピレングリコ−ルモノプロピルエ−テル、プロピレングリコ−ルモノブチルエ−テル、3−メチル−3−メトキシブタノ−ルなどが使用でき、さらに必要に応じてキシレン、トルエンなどの芳香族有機溶剤やヘキサン、シクロヘキサンなどの脂肪族有機溶剤なども併用できる。
【0015】
上記不飽和脂肪酸変性のエポキシ樹脂とモノマ−類との使用割合は、重量固形分比で99/1〜60/40の範囲内が適当である。かくして得られる変性エポキシエステル樹脂は、酸価10〜60、好ましくは20〜40で、重量平均分子量10,000〜50,000、好ましくは20,000〜40,000が適当である。
【0016】
上記変性エポキシエステル樹脂は、中和剤を用いて中和し水分散される。該中和剤としては、例えばアンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、モルホリン、モノエタノ−ルアミン、ジメチルエタノ−ルアミン、ジエチルエタノ−ルアミン、トリエタノ−ルアミンなどが挙げられ、これらは1種又は2種以上併用して使用できる。
【0017】
本発明において使用されるアルキド樹脂エマルジョン(B)としては、従来公知のものが特に制限なく使用できるが、具体的には(i)アルキド樹脂に無水マレイン酸を導入してなるマレイン化アルキド樹脂の水分散化物、(ii)該マレイン化アルキド樹脂と水酸基を有するアルキド樹脂とを付加反応してなるグラフト化アルキド樹脂の水分散化物、(iii)アルキド樹脂と重合性ビニルモノマ−とをグラフト共重合してなるアクリル変性アルキド樹脂の水分散化物が好適に使用できる。
【0018】
上記マレイン化アルキド樹脂(i)は、主として(半)乾性油及び/又はその脂肪酸、多塩基酸、一塩基酸、及び多価アルコ−ルを反応せしめて得られるアルキド樹脂に無水マレイン酸を反応せしめてなるものである。
【0019】
上記アルキド樹脂の製造に使用される(半)乾性油及び/又はその脂肪酸としては、例えばアマニ油、サフラワ−油、大豆油、ゴマ油、ケシ油、エノ油、麻実油、ひまし油、ト−ル油、桐油、脱水ひまし油、及びそれらの脂肪酸、ハイジエン脂肪酸等が挙げられ、これらは1種又は2種以上併用して使用できる。
【0020】
多塩基酸としては、例えばフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、テトラヒドロフタル酸、コハク酸、マレイン酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、ハイミック酸、イタコン酸、メチルシクロヘキセントリカルボン酸、クロトン酸、ピロメリット酸及びこれらの無水物等が挙げられ、これらは1種又は2種以上併用して使用できる。
【0021】
一塩基酸としては、上記した脂肪酸を含まず一般にアルキド樹脂製造に使用されている例えば安息香酸、p−t−ブチル安息香酸、メチル安息香酸、不乾性油脂肪酸が挙げられる。
【0022】
多価アルコ−ルとしては、例えばエチレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−ル、プロピレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、ブタンジオ−ル、デカンジオ−ル、ジエチレングリコ−ル、ペンタンジオ−ル、ネオペンチルグリコ−ル、グリセリン、トリメチロ−ルプロパン、ペンタエリスリト−ル、ソルビト−ル、1,4−シクロヘキサンジメタノ−ル、トリシクロデカンジメタノ−ル、トリスイソシアヌレ−ト等が挙げられ、これらは1種又は2種以上併用して使用できる。
【0023】
上記アルキド樹脂の製造は各成分をそれ自体公知の方法に従って不活性ガス雰囲気中、約150〜250℃で約3〜10時間脱水縮合反応せしめることにより行うことができる。
【0024】
マレイン化アルキド樹脂(i)の合成は、上記のように製造されるアルキド樹脂と無水マレイン酸の混合物を約150〜230℃で約1〜5時間反応せしめることにより行なわれる。かくして得られるマレイン化アルキド樹脂(i)の酸価は5〜70、好ましくは10〜50が適当である。
【0025】
上記グラフト化アルキド樹脂(ii)は、上記マレイン化アルキド樹脂(i)と、主として上記(i)で例示の(半)乾性油及び/又はその脂肪酸、多塩基酸、一塩基酸、及び多価アルコ−ルを反応せしめて得られる水酸基含有アルキド樹脂とを付加反応せしめてなるものである。水酸基価は、通常、0.1〜50、好ましくは2〜15程度が適当である。該付加反応は、両樹脂の混合物を約50〜230℃で約0.5〜5時間反応せしめることにより行なわれる。
【0026】
両樹脂の反応割合は重量固形分比で5:95〜95:5、好ましくは15:85〜85:15が適当である。かくして得られるグラフト化アルキド樹脂(ii)の酸価は5〜70、好ましくは10〜50が適当である。
【0027】
上記の通り得られるアルキド樹脂(i)及び(ii)は、前記エポキシエステル樹脂エマルジョン(A)の説明で例示したような中和剤を用い、必要に応じて水に可溶な溶剤を加えて、水分散される。かかる水に可溶な溶剤は水分散化のための補助溶剤で、該溶剤としては、例えばエチルアルコ−ル、n−プロピルアルコ−ル、i−プロピルアルコ−ル、n−ブチルアルコ−ル、i−ブチルアルコ−ル、sec−ブチルアルコ−ル、t−ブチルアルコ−ル、i−アミルアルコ−ル、sec−アミルアルコ−ル、t−アミルアルコ−ル、エチレングリコ−ルモノメチルエ−テル、エチレングリコ−ルモノエチルエ−テル、プロピレングリコ−ルモノメチルエ−テル、プロピレングリコ−ルモノエチルエ−テル、エチレングリコ−ルモノブチルエ−テル、ジエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル、プロピレングリコ−ルモノプロピルエ−テル、プロピレングリコ−ルモノブチルエ−テル、3−メチル−3−メトキシブタノ−ルなどが挙げられる。
【0028】
上記アクリル変性アルキド樹脂(iii)は、主として上記(i)で例示の(半)乾性油及び/又はその脂肪酸、多塩基酸、一塩基酸、及び多価アルコ−ルを反応せしめて得られるアルキド樹脂と重合性ビニルモノマ−とをグラフト共重合してなるものであり、該グラフト共重合はラジカル重合開始剤の存在下に溶液重合法などの常法によって行われる。
【0029】
該重合性ビニルモノマ−としては、前記変性エポキシエステル樹脂の説明で列記したカルボキシル基含有モノマ−及びその他のモノマ−から1種又は2種以上適宜選択できる。該ラジカル重合開始剤や重合時に用いる溶剤も前記変性エポキシエステル樹脂の説明で列記したものが使用できる。
【0030】
アルキド樹脂と重合性ビニルモノマ−との反応割合は重量固形分比で40:60〜80:20が適当である。かくして得られるアクリル変性アルキド樹脂(iii)の酸価は5〜70、好ましくは10〜50が適当である。
【0031】
上記の通り得られるアルキド樹脂(iii)は、前記エポキシエステル樹脂エマルジョン(A)の説明で例示したような中和剤を用いて水分散される。
【0032】
上記で列記したアルキド樹脂(i)〜(iii)や通常のアルキド樹脂のうち、造膜性などの点からアルキド樹脂(ii)が好適に使用できる。
【0033】
本発明組成物は、上記エポキシエステル樹脂エマルジョン(A)及びアルキド樹脂エマルジョン(B)を、樹脂固形分重量比が90/10〜10/90、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは60/40〜40/60となるように含有する。(A)/(B)が10/90未満で(A)が少ないと塗膜の乾燥性や防食性が劣り、一方(A)/(B)が90/10を越えて(B)が少ないと耐フラッシュラスト性や防食性が劣るので好ましくない。
【0034】
本発明組成物には、必要に応じて、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルトなどのドライヤ−を配合してもよい。
【0035】
本発明組成物には、さらに必要に応じて、着色顔料、体質顔料、防錆顔料などの顔料類;顔料分散剤、沈降防止剤、増粘剤、消泡剤、凍結防止剤、防腐剤、有機溶剤、造膜助剤、塗面調整剤などの通常の塗料用添加剤、さらに前記(A)、(B)以外の水性樹脂を配合できる。
【0036】
本発明組成物に顔料を配合する場合には、上記エポキシエステルエマルジョン(A)を顔料分散樹脂に使用すると、良好に分散でき他の分散安定剤などの添加剤が不要になるので好適である。
【0037】
本発明組成物は、スプレ−塗装、ロ−ラ−塗装、刷毛塗装など従来公知の方法により塗装できる。
【0038】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。尚、「部」及び「%」はそれぞれ「重量部」及び「重量%」を示す。
【0039】
アルキド樹脂エマルジョン(B)の製造
製造例1
反応容器に、アマニ油脂肪酸1638部、イソフタル酸548部、ペンタエリスリト−ル593部、安息香酸523部及びジブチル錫ジオキサイド7部を仕込み、窒素ガス封入下で攪拌しながら、240℃で加温し、樹脂酸価が3になるまで約7時間脱水縮合反応を行ない、引き続き温度を200℃まで下げて、無水マレイン酸133部を加え、200℃で3時間付加反応を行なった。該樹脂酸価は45、該樹脂のガ−ドナ−粘度(60%n−ブチルセロソルブ溶液)はWであった。
【0040】
該樹脂100部にn−ブタノ−ル30部を加え、さらにトリエチルアミン8部を加えて中和した後、脱イオン水250部を攪拌下で滴下して水分散を行なった。次いで攪拌しながら約40℃でn−ブタノ−ルを減圧蒸留により留出させた。これより、固形分31%、粘度115cps、pH8.7、平均粒径0.11μmのアルキド樹脂エマルジョン(i)を得た。尚粘度はB型粘度計で回転数6rpmで測定した。
【0041】
製造例2
反応容器に、アマニ油脂肪酸737部、イソフタル酸60部、無水フタル酸476部、ペンタエリスリト−ル582部及び安息香酸778部を仕込み、窒素ガス封入下で攪拌しながら錫触媒の存在下、240℃で加温し、樹脂酸価が4になるまで約10時間脱水縮合反応を行ないアルキド樹脂Aを得た。
【0042】
別の反応容器で、アマニ油脂肪酸601部、イソフタル酸205部、ペンタエリスリト−ル242部及び安息香酸276部を仕込み、窒素ガス封入下で攪拌しながら錫触媒の存在下、240℃で加温し脱水縮合反応を行ない、樹脂酸価が3になった時点で無水マレイン酸82部を加え、200℃で3時間付加反応を行なった。これより樹脂酸価25のマレイン化アルキド樹脂Bを得た。
【0043】
さらに別の反応容器に、上記樹脂A 100部及び樹脂B 50部を仕込み、窒素ガス封入下で攪拌しながら120℃で3時間グラフト反応させた後、残存する無水基を水で開環してからイソプロパノ−ル45部を加えて溶解した。これにトリエチルアミン5部を加えて中和した後、脱イオン水140部とノイゲンEA130T(第一工業製薬社製)6部を攪拌下で滴下して水分散を行なった。次いで攪拌しながら約40℃でイソプロパノ−ルを減圧蒸留により留出させた。これより、固形分53%、粘度40cps、pH8.5、平均粒径0.1μmのアルキド樹脂エマルジョン(ii)を得た。
【0044】
製造例3
反応容器に、大豆油脂肪酸677部、無水フタル酸411部、ペンタエリスリト−ル264部及びトリメチロ−ルプロパン38部を仕込み、窒素ガス封入下で攪拌しながら240℃で1時間加温し、脱水縮合反応を行なった。これにブチルセロソルブを加えて固形分80%に調整した。該樹脂酸価は12、該樹脂溶液のガ−ドナ−粘度はZ5 であった。
【0045】
この樹脂溶液400部及びブチルセロソルブ80部を別の反応容器に入れ100℃で加温し、これにスチレン40.8部、アクリル酸ブチル23.6部、アクリル酸15.6部及びベンゾイルパ−オキサイド2.4部の混合物を窒素ガス封入下で2時間にわたり滴下した。滴下終了後、さらに100℃で3時間保持してから80℃に冷却し、トリエチルアミン23部を加え、さらに脱イオン水557.5部を攪拌下で滴下して、固形分35%、粘度30cps、pH8.5の水性アルキド樹脂(iii)を得た。
【0046】
製造例4
反応容器に、アマニ油脂肪酸1175部、イソフタル酸513部、ペンタエリスリト−ル584部、安息香酸511部及びジブチル錫ジオキサイド7部を仕込み、窒素ガス封入下で攪拌しながら、240℃で加温し、樹脂酸価が1.2になるまで約6時間脱水縮合反応を行ない、引き続き温度を180℃まで下げて、無水トリメリット酸168部を加え、180℃で2時間反応を行なった。該樹脂酸価は43、該樹脂のガ−ドナ−粘度(60%n−ブチルセロソルブ溶液)はVであった。
【0047】
該樹脂210部にイソプロパノ−ル63部を添加し、トリエチルアミン16部を加えて中和し、さらに脱イオン水500部を約40〜50℃で攪拌下約2時間かけて滴下して水分散を行なった。かかる攪拌時に同温度でイソプロパノ−ルを減圧蒸留により留出させた。これより固形分30%、粘度5700cps、pH8.3、平均粒径0.13μmのアルキド樹脂エマルジョン(iv)を得た。
【0048】
実施例及び比較例
上記で得たアルキド樹脂エマルジョン及び表1に示すエポキシエステル樹脂エマルジョンなどを同表に示す配合割合で混合して各水性防食塗料を得た。配合は表1に示す順に順次攪拌混合して行った。表中の(*1)〜(*6)は下記の通りである。次いで各塗料を下記に示す性能試験に供した。試験結果を表1に示す。
【0049】
(*1)KA1827:ビスフェノ−ルAエポキシ樹脂と不飽和脂肪酸との反応生成物にカルボキシル基含有アクリル樹脂をグラフト反応させてなる変性エポキシエステル樹脂の水分散化物、酸価36、固形分33%、荒川化学工業社製
(*2)CD540:エポキシエステル樹脂の水分散化物、固形分40%、大日本インキ化学工業社製
(*3)BYK034:ビック・ケミ−・ジャパン社製、消泡剤
(*4)BYK181:ビック・ケミ−・ジャパン社製、顔料分散剤
(*5)アデカノ−ルU438:旭電化社製、増粘剤
(*6)デルトップ33:武田薬品工業社製、防腐剤
性能試験
(1)乾燥性:上記で得た塗料を、隙間100μmのフィルムアプリケ−タ−で2×150×200mmのガラス板上に塗布し、20℃・65%RHの雰囲気中に放置して、指触により塗膜表面が半硬化状態に至るまでの時間を調べた(○:24時間以内、△:48時間以内)。
【0050】
(2)耐フラッシュラスト性:次の2種の試験板を用意した。まず軟鋼板(0.8×70×150mm)は、サンドペ−パ−で表面を研磨した後、溶剤で脱脂したものを使用した。次いで錆鋼板(2.3×70×150mm)は、サンドブラスト処理(ISO Sa2.5)した鋼板を恒温恒湿槽(50±2℃、95%RH以上)に10日間入れ鋼板表面を錆びさせ、その錆面をワイヤ−ブラシで処理し浮錆を除去したものを使用した。
【0051】
これら軟鋼板及び錆鋼板上に、上記で得た塗料を隙間100μmのフィルムアプリケ−タ−で塗布し、20℃・65%RHの雰囲気中に24時間放置した後、塗面を観察した(○:以上なし、△:部分的に点錆が発生、×:全体に点錆が発生)。
【0052】
(3)防食性:上記で得た塗料を、磨き軟鋼板上に隙間100μmのフィルムアプリケ−タ−で塗布し、20℃、65%RHの雰囲気で10日間乾燥して各試験塗板を作成した。該試験塗板を塗面上にナイフでクロスカットキズを入れてJIS−Z−2371の塩水噴霧試験に192時間供し、錆・フクレの発生を観察した(○:異常なし、△:部分的に錆・フクレ発生、×:全面にフクレ発生)。
【0053】
【発明の効果】
本発明組成物によれば、エポキシ樹脂と不飽和脂肪酸との反応生成物にカルボキシル基含有アクリル樹脂をグラフトさせてなる変性エポキシエステル樹脂を水分散したエポキシエステル樹脂エマルジョンとアルキド樹脂エマルジョンを相乗により、付着性、乾燥性、厚塗り性、防食性に非常に優れた塗膜を形成できる。
【0054】
【表1】
Claims (4)
- エポキシ樹脂と不飽和脂肪酸との反応生成物にカルボキシル基含有アクリル樹脂をグラフトさせてなる変性エポキシエステル樹脂を水分散したエポキシエステル樹脂エマルジョン(A)及びアルキド樹脂エマルジョン(B)を、樹脂固形分重量比が90/10〜10/90となるように含有することを特徴とする常乾型の水性防食塗料組成物。
- アルキド樹脂エマルジョン(B)が、アルキド樹脂に無水マレイン酸を導入してなるマレイン化アルキド樹脂の水分散化物である請求項1記載の塗料組成物。
- アルキド樹脂エマルジョン(B)が、マレイン化アルキド樹脂と水酸基を有するアルキド樹脂とを付加反応してなるグラフト化アルキド樹脂の水分散化物である請求項1記載の塗料組成物。
- アルキド樹脂エマルジョン(B)が、アルキド樹脂と重合性ビニルモノマーとをグラフト共重合させてなるアクリル変性アルキド樹脂の水分散化物である請求項1記載の塗料組成物。
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