JP4667564B2

JP4667564B2 - カチオン電着塗料組成物

Info

Publication number: JP4667564B2
Application number: JP2000228391A
Authority: JP
Inventors: 勝義山崎; 正雄服田
Original assignee: 株式会社シミズ
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: JP2002038078A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カチオン電着塗料組成物に関し、特に耐熱性、摺動性、耐磨耗性に優れたフッ素樹脂塗膜を形成するカチオン電着塗料組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電着塗装は、吹付け塗装や静電塗装では困難な複雑な形状の物品や微小な物品に均一に塗装被膜を形成できるため、電子部品や精密機器の塗装に活用されている。さらに摺動性、耐磨耗性に優れたフッ素樹脂コーティングに電着塗装が用いられている。
【０００３】
従来のカチオン電着塗料組成物は、素材に水酸基やカルボン酸基のような極性基が配向されるため塗膜表面に表面エネルギの小さいフッ素樹脂が濃化し、１コートでフッ素樹脂の特性が得られる。また架橋剤にメラミンやイソシアネートを用いるため、電着後の焼付け架橋の温度が１２０〜１８０℃と比較的低く、熱変形し易い材料にも適用できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら架橋剤にメラミンやイソシアネートを用いた従来の電着塗料組成物では、塗膜の軟化温度が低く、過酷な使用条件、特に１００℃を超える使用環境下では、塗膜が軟化するという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、従来と同程度の摺動性、耐磨耗性、および撥水性を有し、かつ耐熱性に優れたカチオン電着塗料組成物を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、含フッ素アクリル共重合体７２〜２１重量部と
架橋剤としてのビスマレイミド樹脂１８〜４９重量部と、
助溶剤１０〜３０重量部と、
フッ素樹脂粉末１０〜５０重量部とを含み、
前記含フッ素アクリル共重合体が、アクリル酸またはメタクリル酸のフッ化アルキルエステル１０〜８０重量％と、
（Ａ）アクリル酸またはメタクリル酸のアミン誘導体５〜３０重量％と
（Ｂ）アクリル酸またはメタクリル酸のヒドロキシ誘導体５〜３０重量％と
（Ｃ）スチレンまたはメタクリル酸もしくはアクリル酸のエステルのいずれか１０〜３０重量％との共重合体であり、
前記アミン誘導体（Ａ）が、アクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリル酸Ｎ−ターシャリブチルアミノエチル、アクリル酸モルホリノエチルおよびメタクリル酸モルホリノエチルから選ばれる１種以上であり、
前記ヒドロキシ誘導体（Ｂ）が、アクリル酸２−ヒドロキシメチル、メタクリル酸２−ヒドロキシメチル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸２−ヒドロキシブチル、メタクリル酸２−ヒドロキシブチル、アクリル酸２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル、２−アクリロイルオキシエチルおよび２−ヒドロキシプロピルフタレートから選ばれる１種以上であり、
前記エステル（Ｃ）が、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸イソブチル、メタクリル酸イソブチル、アクリル酸ラウリル、メタクリル酸ラウリル、アクリル酸ベンジル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸イソボニルから選ばれる１種以上であることを特徴とするカチオン電着樹脂組成物である。
【０００７】
本発明者らは、前記問題点を解決すべく鋭意研究した結果、メラミンやイソアネートに代る架橋剤としてビスマレイミド樹脂に着目し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明に従えば、架橋剤としてビスマレイミド樹脂が１８〜４９重量％が用いられる。ビスマレイミド樹脂は、カチオン性を付与するアクリル酸またはメタクリル酸およびアクリル酸またはメタクリル酸のフッ化アルキルエステルの共重合体（以下、含フッ素アクリル共重合体という）と相溶性が良く、含フッ素アクリル共重合体と被塗物上に共析する。架橋温度（１８０℃程度）でビスマレイミド樹脂間、または含フッ素アクリル共重合体とビスマレイミド樹脂間で架橋反応が起こる。この架橋は耐熱性があり、１００℃では軟化しない。
【０００９】
含フッ素アクリル共重合体とビスマレイミド樹脂の使用割合は、９０〜３０：１０〜７０（重量比）である。ビスマレイミド樹脂が１０％未満では充分な架橋ができず、またこれが７０％を超えるとビスマレイミド樹脂の疎水性のため、組成物全体が疎水性となり、水中に分散しなくなる。
【００１０】
ビスマレイミド樹脂としては、Ｎ，Ｎ’−ｐ−フェニレンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシルメタンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−ｍ−キシレンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−ヘキサメチレンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−４，４’−ジフェニルメタンビスマレイミド、２，２−ビス〔４−（４−マレイミドフェノキシ）フェニル〕プロパン、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンビスマレイミド、ビス〔４−（４−マレイミドフェノキシ）フェニル〕メタン、Ｎ，Ｎ’−４，４’−ジフェニルエーテルビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−（３，３’−ジフェニルオキシ）ビスマレイミドなどが例示される。
【００１１】
助溶剤は、ビスマレイミド樹脂を水中に溶解させる作用をする化合物であればよい。助溶剤としては、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドンなどが例示される。助溶剤の使用割合は、含フッ素アクリル共重合体とビスマレイミド樹脂の合計量９０〜７０重量部に対し、１０〜３０重量部である。助溶剤が１０％未満では、ビスマレイミド樹脂が水中に分散せず一部が分離沈降する。またこれが３０％を超えると、被塗物に電着したビスマレイミド樹脂が水中に再溶解する。
【００１２】
フッ素樹脂粉末は、撥水性や摺動性などの機能を付与するために加えられる。
含フッ素アクリル共重合体がバインダとなって塗料中に分散されるが、さらに少量のノニオン系界面活性剤やフッ素系界面活性剤を用いてもよい。フッ素樹脂粉末は、含フッ素アクリル共重合体、架橋剤、助溶剤１００重量部に対し、１０〜５０重量部加えられる。これが１０重量部未満では、撥水性や摺動性の機能が充分でなく、これが５０重量を超えると、塗料中に充分に分散しない。
【００１３】
フッ素樹脂としては、四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン−エチレン共重合体、三フッ化塩化エチレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、両末端パーフロロ化四フッ化エチレン樹脂などが例示され、これらのフッ素樹脂の粒径０．１〜１０μｍの粉末が水に対する分散が良く好ましい。
【００１５】
アクリル酸またはメタクリル酸のフッ化アルキルエステルは、耐磨耗性と耐食性を付与する作用があり、次式に示すものが好ましい。
【００１６】
【化１】

【００１７】
ここにＲ１は、水素（アクリル酸）またはメチル基（メタクリル酸）を表し、Ｒ２は−ＣＨ₂ＣＦ₃，−ＣＨ（ＣＦ₃）₂，−ＣＨ₂ＣＦ₂ＣＨＦ₂，−ＣＨ₂（ＣＦ₂）₃ＣＨＦ₂，−ＣＨ₂ＣＨ₂（ＣＦ₂）₇ＣＦ₃などのフッ化アルキルを表す。
【００１８】
フッ化アルキルエステルの含有量は、含フッ素アクリル共重合体の１０〜８０％であり、これが１０％未満では撥水・撥油性および摺動性が現れず、これが８０％を超えると共重合体が水に分散しない。
【００１９】
アクリル酸またはメタクリル酸のアミン誘導体は、含フッ素アクリル共重合体にカチオン性を付与する作用がある。アミン誘導体としては、アクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリル酸Ｎ−ターシャリブチルアミノエチル、アクリル酸モルホリノエチル、メタクリル酸モルホリノエチルなどが好ましい。
【００２０】
アミン誘導体の含有量は、含フッ素アクリル共重合体の５〜３０％であり、これが５％未満では、カチオン性が不足し、電着塗装できない。またこれが３０％を超えると、アミン誘導体のみが溶解して、共重合体全体として電着し難くなる。
【００２１】
アクリル酸またはメタクリル酸のヒドロキシ誘導体は、ビスマレイミド樹脂との間で架橋を作り、被塗物との密着性を大きくする作用がある。ヒドロキシ誘導体としてはアクリル酸２−ヒドロキシメチル、メタクリル酸２−ヒドロキシメチル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸２−ヒドロキシブチル、メタクリル酸２−ヒドロキシブチル、アクリル酸２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル、２−アクリロイルオキシエチル２−ヒドロキシプロピルフタレートなどが好ましい。
【００２２】
ヒドロキシ誘導体の含有量は、含フッ素アクリル共重合体の５〜３０％であり、これが５％未満では架橋密度が低く、硬化し難い。これが３０％を超えると耐薬品性が劣る。
【００２３】
スチレンまたはアクリル酸もしくはメタクリル酸のエステルは、含フッ素アクリル共重合体に柔軟性と耐水性とを与え、かつ被塗物との密着性を良くする作用がある。スチレン、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸イソブチル、メタクリル酸イソブチル、アクリル酸ラウリル、メタクリル酸ラウリル、アクリル酸ベンジル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸イソボニルなどが好ましい。
【００２４】
スチレンまたはアクリル酸もしくはメタクリル酸のエステルの含有量は、含フッ素アクリル共重合体の１０〜３０％であり、これが１０％未満では、剛性が低く塗膜性能が劣る。これが３０％を超えると、含フッ素アクリル共重合体とフッ素樹脂粉末とがアンバランスとなり、電着性能が低下する。
【００２５】
含フッ素アクリル共重合体は、前記フッ化アルキルエステル、アミン誘導体、ヒドロキシ誘導体およびスチレンまたはエステルを溶剤に溶かし、重合開始剤を加えて５０〜１６０℃で２〜２４時間共重合させる。共重合体の平均分子量は、８０００〜３００００である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例によって、より詳細に説明する。
【００２７】
含フッ素アクリル共重合体Ａの製造
ジムロート還流管を備えた３００ｍｌの４ツ口フラスコに溶剤としてのイソプロピルアルコール７０ｇを入れ、加熱還流を行う。別に２，２，２−トリフルオロメチルメタリレート２０ｇ、メタクリル酸メチル２０ｇ、アクリル酸２−ヒドロキシエチル３０ｇ、アクリル酸ｎ−ブチル２０ｇ、メタクリル酸ジメチルアミノエチル１０ｇ、スチレン１０ｇおよび重合開始剤としてのベンゾインパーオキサイドを１ｇ添加し混ぜたモノマ混合物を滴下ロートに移す。前記の４ツ口フラスコに滴下ロートを付け撹拌モータで撹拌し、イソプロピルアルコールの還流下、前記モノマ混合物を８分割し、滴下ロートから１０分間隔で滴下する。全量滴下後反応温度７０〜８０℃で５〜６時間反応させる。その後、ベンゾインパーオキサイドを再び０．１ｇ添加しさらに約１時間モノマ臭がなくなるまで還流させ、粘度２０，００００ｃｐｓ（２５℃）、ＭＥＱ６３の黄色透明な樹脂溶液（含フッ素アクリル共重合体Ａ）を得た。
【００２８】
含フッ素アクリル共重合体Ｂの製造
前記Ａと同様の方法で、パーフルオロオクチルエチルメタリレート２５ｇ、メタクリル酸イソブチル２０ｇ、メタクリル酸シクロヘキシル１０ｇ、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル３０ｇ、メタクリル酸ジメチルアミノエチル１０ｇ、スチレン１５ｇおよび重合開始剤ベンゾインパーオキサイド１ｇを混ぜたモノマ混合物を作り、この混合物を滴下ロートから加熱還流下のイソプロピルアルコール７０ｇに滴下並びに反応を行い、粘度３２，０００ｃｐｓ（２５℃）、ＭＥＱ６３の黄色透明な樹脂溶液（含フッ素アクリル共重合体Ｂ）を得た。
【００２９】
実施例１〜３
前記含フッ素アクリル共重合体ＡまたはＢと、ビスマレイミド樹脂と、助溶剤と、フッ素樹脂（四フッ化エチレン樹脂）粉末と、乳酸とを表１の割合で混合し、混練機で混練し、純水に分散させて、本発明のカチオン電着塗料組成物を得た。
【００３０】
【表１】

【００３１】
このカチオン電着塗料組成物を２５℃に保持し、陽極にカーボン板を使用し、５０ｍｍ×５０ｍｍアルミニウム板に電着塗装を行い、乾燥硬化後、塗膜を評価した。アルミニウム板の処理工程を表２に、塗膜の評価結果を表３に示す。
【００３２】
【表２】

【００３３】
【表３】

【００３４】
比較例
前記含フッ素アクリル共重合体Ａと、従来技術の架橋剤とフッ素樹脂粉末と乳酸とを表１の分割で混合し、混練機で混練し純水に分散させて、従来のカチオン電着塗料組成物を得た。実施例と同じ被塗物を同じ電着条件で電着塗装し、乾燥硬化後、塗膜の評価をした。その結果を表３に示す。
【００３５】
評価結果の考察
表３の結果から、本発明のカチオン電着塗料組成物を用いた塗膜は、従来のカチオン電着組成物を用いた塗膜と比較して、外観、硬度、密着性（碁盤目剥離試験）、耐薬品性（塩水噴霧試験）、摺動性、撥水性、撥油性などはほとんど変わらず、ガラス転移点（軟化温度）が著しく改善されていることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、架橋剤としてビスマレイミド樹脂を用いたので、硬度、密着性、耐薬品性、摺動性、撥水性、撥油性などは従来のカチオン電着塗料組成物と変わらず、耐熱性が著しく向上される。またビスマレイミド樹脂は、従来の架橋剤であるメラミンやイソシアネートに比べて、疎水性であるため、ビスマレイミド樹脂の水への溶解を助ける助溶剤を用いる必要がある。

Claims

含フッ素アクリル共重合体７２〜２１重量部と
架橋剤としてのビスマレイミド樹脂１８〜４９重量部と、
助溶剤１０〜３０重量部と、
フッ素樹脂粉末１０〜５０重量部とを含み、
前記含フッ素アクリル共重合体が、アクリル酸またはメタクリル酸のフッ化アルキルエステル１０〜８０重量％と、
（Ａ）アクリル酸またはメタクリル酸のアミン誘導体５〜３０重量％と
（Ｂ）アクリル酸またはメタクリル酸のヒドロキシ誘導体５〜３０重量％と
（Ｃ）スチレンまたはメタクリル酸もしくはアクリル酸のエステルのいずれか１０〜３０重量％との共重合体であり、
前記アミン誘導体（Ａ）が、アクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリル酸Ｎ−ターシャリブチルアミノエチル、アクリル酸モルホリノエチルおよびメタクリル酸モルホリノエチルから選ばれる１種以上であり、
前記ヒドロキシ誘導体（Ｂ）が、アクリル酸２−ヒドロキシメチル、メタクリル酸２−ヒドロキシメチル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸２−ヒドロキシブチル、メタクリル酸２−ヒドロキシブチル、アクリル酸２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル、２−アクリロイルオキシエチルおよび２−ヒドロキシプロピルフタレートから選ばれる１種以上であり、
前記エステル（Ｃ）が、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸イソブチル、メタクリル酸イソブチル、アクリル酸ラウリル、メタクリル酸ラウリル、アクリル酸ベンジル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸イソボニルから選ばれる１種以上であることを特徴とするカチオン電着樹脂組成物。