JP7447286B2 - シラン含有架橋剤を含む水性電着コーティング材料 - Google Patents
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-
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Description
(a) カチオン性基またはアニオン性基、および架橋剤(CA)中に存在する相補的な反応性官能基と架橋反応を起こすことができる反応性官能基を含有する、少なくとも1つのバインダー(B)、
(b) 完全にブロックされたイソシアネート基および少なくとも1つのシラン基を含有する少なくとも1つの架橋剤(CA)、
(c) 少なくとも100ppmのビスマス、
(d) 多くとも300ppmの溶解したリチウム、および
(e) 任意に少なくとも1つの添加剤(AD)
を含み、
少なくとも1つの架橋剤(CA)が、以下の工程、
(i) 少なくとも1つの親構造P中に存在する遊離イソシアネート基の総量の0.01~5モル%を、一般式(I)
HN[X-SiR1 a(OR2)3-a]n[X’-SiR1 b(OR2)3-b]m[R3]2-(m+n) (I)
(式中、
X、X’は、互いに独立して、1~20個の炭素原子を有する、直鎖状および/または分岐状のアルキレンまたはシクロアルキレンラジカルを表し、
R1は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基を表し、炭素鎖は、隣接していない酸素、硫黄、またはNRa基(式中、Raはアルキル、シクロアルキル、アリール、またはアラルキルである)によって中断されていてもよく、
R2は、水素、アルキル基、またはシクロアルキル基を表し、炭素鎖は、隣接していない酸素、硫黄、またはNRa基(式中、Raはアルキル、シクロアルキル、アリール、またはアラルキルである)によって中断されていてもよく、
R3は、1~20個の炭素原子を有する、直鎖状および/または分岐状のアルキレンまたはシクロアルキレンラジカルを表し、
n、mは、互いに独立して1であるか、またはmは1であり且つnは0であり、そして
a、bは、互いに独立して0~2である)
の少なくとも1つの化合物と反応させる工程、
(ii) 工程(i)後に残留した親構造Pの遊離イソシアネート基を、少なくとも1つのブロック剤BAと反応させて、完全にブロックされたイソシアネート基およびシラン基を含む架橋剤(CA)を得る工程、および
(iii) 任意に、工程(ii)で得た架橋剤(CA)を、少なくとも1つの溶媒で希釈する工程
によって調製されることを特徴とする水性電着コーティング材料である。
- 第一の工程(1a)において、少なくとも5秒の持続時間にわたり印加される1~50Vの範囲の印加電圧で行うこと、および
- 続く第二の工程(1b)において、50~400Vの範囲の印加電圧で行うこと(但し、工程(1b)で印加される電圧が、工程(1a)で印加された電圧よりも少なくとも10V大きいことが条件である)
を含む、方法である。
或る特定の特性変数を決定するために本発明の文脈で用いられる測定方法は、実施例のセクションから明らかである。他に明示的に示されない限り、これらの測定方法は、それぞれの特性変数を決定するために採用される。
本発明の第一の主題は、少なくとも1つのバインダー(B)、少なくとも1つの、シランを含有する完全にブロックされたNCO架橋剤(CA)、少なくとも100ppmのビスマス、300ppm以下の溶解したリチウム、および任意に少なくとも1つの添加剤(AD)を含有する、水性電着コーティング材料(ECM)である。
第一の必須成分として、水性電着コーティング材料(ECM)は、少なくとも1つのバインダー(B)を含み、このバインダーは、カチオン性基またはアニオン性基、および少なくとも1つの架橋剤(CA)中に存在する相補的な反応性官能基と架橋反応を起こすことができる反応性官能基を含有する。前記相補的な反応性官能基は、一方では、熱により脱ブロックされたイソシアネート基であり、他方では、一般式(I)の化合物によって導入されたシラン基である。用語「バインダー」とは、本発明の意味において、且つDIN EN ISO4618(ドイツ版、日付:2007年3月)と一致して、好ましくは、膜の形成に関与する本発明の組成物の不揮発性画分を指し(組成物中の任意の顔料および充填剤を除く)、より具体的には、膜の形成に関与するポリマー樹脂を指す。不揮発性画分は、実施例のセクションで説明した方法によって決定してよい。
a) カルボキシル基を含有する化合物、例えば飽和または不飽和モノカルボン酸(例えば、安息香酸、亜麻仁油脂肪酸、2-エチルヘキサン酸、バーサチック酸(Versatic acid))、種々の鎖長の脂肪族、脂環式および/または芳香族ジカルボン酸(例えば、アジピン酸、セバシン酸、イソフタル酸、またはダイマー脂肪酸)、ヒドロキシアルキルカルボン酸(例えば、乳酸、ジメチロールプロピオン酸)、およびカルボキシル含有ポリエステル、または
b) アミノ基を含有する化合物、例えばジエチルアミンまたはエチルヘキシルアミン、または第二級アミノ基を有するジアミン、例えば、N,N’-ジアルキルアルキレンジアミン、例えばジメチルエチレンジアミン、N,N’-ジアルキルポリオキシアルキレンアミン、例えばN,N’-ジメチルポリオキシプロピレンジアミン、シアノアルキル化アルキレンジアミン、例えばビス-N,N’-シアノエチル-エチレンジアミン、シアノアルキル化ポリオキシアルキレンアミン、例えばビス-N,N’-シアノエチルポリオキシプロピレンジアミン、ポリアミノアミド、例えばベルサミド(Versamides)、例えば、特にジアミンのアミノ末端反応生成物(例えばヘキサメチレンジアミン)、ポリカルボン酸、特にダイマー脂肪酸、およびモノカルボン酸、特に脂肪酸、または1モルのジアミノヘキサンと2モルのモノグリシジルエーテルとの反応生成物、またはモノグリシジルエステル、特にα-分岐脂肪酸のグリシジルエステル、例えばバーサチック酸、または
c) ヒドロキシル基を含有する化合物、例えばネオペンチルグリコール、ビスエトキシル化ネオペンチルグリコール、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバレート、ジメチルヒダントイン-N-N’-ジエタノール、ヘキサン-1,6-ジオール、ヘキサン-2,5-ジオール、1,4-ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、1,1-イソプロピリデンビス(p-フェノキシ)-2-プロパノール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、またはアミノアルコール、例えばトリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、またはヒドロキシル含有アルキルケチミン、例えばアミノメチルプロパン-1,3-ジオールメチルイソブチルケチミンまたはトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンシクロヘキサノンケチミン、および様々な官能性と分子量のポリグリコールエーテル、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカプロラクタムポリオール、または
d) ナトリウムメトキシドの存在下、エポキシ樹脂のヒドロキシル基でトランスエステル化される、飽和または不飽和脂肪酸メチルエステル。
第二の必須成分として、本発明の水性電着コーティング材料(ECM)は、ポリイソシアネート親化合物に基づく少なくとも1つの架橋剤(CA)を含む。前記親化合物のイソシアネート基は、少量のシラン化合物と反応させてから、ブロック剤で完全にブロックしたものである。従って架橋剤(CA)は、熱による脱ブロック前に遊離イソシアネート基を全く含有しない。
親構造Pと一般式(I)のシラン化合物との反応の後に、少なくとも1つのさらなるブロック剤BAを添加することにより、シラン化合物の親構造Pに対する定量的カップリングが保証される。工程(i)において、シラン化合物を少なくとも1つの親構造Pに添加することができ、またはその逆も可能である。シラン化合物または親構造Pの添加は、親構造のNCO基の所定の化学変換を達成するのに必要な総量の添加によって行うことができる。しかしながら、シラン化合物または親構造Pは、親構造のNCO基の所定の化学変換を達成するのに必要な総量が達成されるまで、部分的に添加することもできる。
c、dは、互いに独立して、1~5の整数、好ましくは1~3、非常に好ましくは1であり、そして
eは、0~4、好ましくは0または1~4である。
式(I)中のR3は、好ましくは、直鎖C1~C10アルキル基、好ましくは直鎖C1~C6アルキル基、非常に好ましくは直鎖C4アルキル基を表す。
HN[X-SiR1 a(OR2)3-a]n[X’-SiR1 b(OR2)3-b]m[R3]2-(m+n) (I)
の化合物であり、
式中、
XおよびX’は、互いに独立して、1~10個、好ましくは1~6個、より好ましくは2~5個、非常に好ましくは3個の炭素原子を有する直鎖アルキレンラジカルであり、
R2は、互いに独立して、C1~C10アルキル基、好ましくはC1~C6アルキル基、非常に好ましくはC1アルキル基であり、
R3は、直鎖C1~C10アルキル基、好ましくは直鎖C1~C6アルキル基、非常に好ましくは直鎖C4アルキル基であり、
mおよびnは、互いに独立して、0~1であり(ただし、m+nは0ではないことが条件である)、そして
aおよびbは、互いに独立して、0である。
Bi[OOC(CcH2c+1)]3 (III)
のビスマス触媒によって触媒され、
式中、
cは5~15、好ましくは7~13、非常に好ましくはn=7である。
工程(ii)では、工程(i)の後に残った遊離イソシアネート基を少なくとも1つのブロック剤BAで完全にブロックし、完全にブロックされたイソシアネート基およびシラン基を含有する架橋剤(CA)を得る。ここで、「完全にブロックされた」が意味するのは、親構造Pが遊離イソシアネート基をもはや持たず、従って親構造P中に元々存在するイソシアネート基の100モル%がブロックされるということである。よって工程(ii)の後、親構造PのあらゆるNCO基は、シラン含有化合物(I)および少なくとも1つのさらなるブロック剤BAによってブロックされる。少なくとも1つのブロック剤BAは、好ましくは、より高い温度で除去され、それにより、架橋剤(CA)中に遊離イソシアネート基が生成され、これはその後、一般式(I)の化合物によって導入されたシラン基とは別に、水性電着コーティング材料中に存在する少なくとも1つのバインダー(B)と反応することができ、適用されたコーティング層の硬化中に架橋が達成される。
- フェノール、例えばフェノール、クレゾール、キシレノール、ニトロフェノール、クロロフェノール、エチルフェノール、tert-ブチルフェノール、ヒドロキシ安息香酸、この酸のエステルまたは2,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシトルエン、
- ラクタム、例えばε-カプロラクタム、δ-バレロラクタム、γ-ブチロラクタムまたはβ-プロピオラクタム、
- 活性メチレン系化合物、例えばジエチルマロネート、ジメチルマロネート、メチルまたはエチルアセトアセテートまたはアセチルアセトン、
- アルコール、例えばメタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、tert-ブタノール、n-アミルアルコール、tert-アミルアルコール、ラウリルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジ(プロピレングリコール)メチルエーテル、メトキシメタノール、グリコール酸、グリコールエステル、乳酸、乳酸エステル、メチロール尿素、メチロールメラミン、ジアセトンアルコール、エチレンクロロヒドリン、エチレンブロモヒドリン、1,3-ジクロロ-2-プロパノール、1,4-シクロヘキシル-ジメタノールまたはアセトシアノヒドリン、
- メルカプタン、例えばブチルメルカプタン、ヘキシルメルカプタン、tert-ブチルメルカプタン、tert-ドデシルメルカプタン、2-メルカプトベンゾチアゾール、チオフェノール、メチルチオフェノールまたはエチルチオフェノール、
- 酸アミド、例えばアセトアニリド、アセトアニシジンアミド、アクリルアミド、メタクリルアミド、アセトアミド、ステアラミドまたはベンズアミド、
- イミド、例えばスクシンイミド、フタルイミドまたはマレイミド、
- アミン、例えばジフェニルアミン、フェニルナフチルアミン、キシリジン、N-フェニルキシリジン、カルバゾール、アニリン、ナフチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミンまたはブチルフェニルアミン、
- イミダゾール、例えばイミダゾールまたは2-エチルイミダゾール、
- 尿素、例えば尿素、チオ尿素、エチレン尿素、エチレンチオ尿素または1,3-ジフェニル尿素、
- カルバメート、例えばフェニルN-フェニルカルバメートまたは2-オキサゾリドン、
- イミン、例えばエチレンイミン、
- オキシム、例えばアセトンオキシム、ホルマルドキシム、アセタールドキシム、アセトキシム、メチルエチルケトキシム、ジイソブチルケトキシム、ジアセチルモノキシム、ベンゾフェノンオキシムまたはクロロヘキサノンオキシム、
- 亜硫酸の塩、例えば重亜硫酸ナトリウムまたは重亜硫酸カリウム、
- ヒドロキサム酸エステル、例えばベンジルメタクリロヒドロキサメート(BMH)またはアリルメタクリロヒドロキサメート、または
- 置換されたピラゾール、イミダゾールまたはトリアゾール、および
- 1,2-ポリオール、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、および1,2-ブタンジオール、
- 2-ヒドロキシエステル、例えば2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、
およびこれらブロック剤BAの混合物。
xは、1~5、好ましくは1であり、
R4は、水素またはC1~C4アルキル残基、好ましくは水素またはC1アルキル残基を表し、
R5は、直鎖または分岐C1~C10アルキル残基、または残基*-(CH2)y-CH(CH3)-O-R6(*を介して酸素原子に結合)、好ましくは直鎖C4アルキル残基、または残基*-(CH2)y-CH(CH3)-O-R6(*を介して酸素原子に結合)を表し、
R6は、C1~C4アルキル残基、好ましくはC1アルキル残基を表し、そして
yは、1~5、好ましくは1である)
の第一級および/または第二級アルコールから選択されることを特徴とする。
本発明の方法の任意の工程(iii)は、少なくとも1つの溶媒を、工程(ii)の後に得られた架橋剤(CA)に添加することを含む。
水性電着コーティング材料(ECM)は、少なくとも100ppmのビスマスをさらに含む。「ビスマス」という用語の下で、本発明では好ましくは、種々の原子価のカソードビスマス原子が理解される。ここで、ビスマスは三価の形態(Bi(III))であってよいが、代替的または追加的に他の酸化状態であってもよい。ビスマスの量は、各場合においてビスマス金属として計算される。
- 少なくとも30ppmの溶解したビスマス、および
- 少なくとも100ppmの溶解していないビスマス
が含まれる。
- 少なくとも200ppmの溶解したビスマス、および
- 少なくとも300ppmの溶解していないビスマス
が含まれる。
本発明の水性電着コーティング材料は、少なくとも300ppmの溶解したリチウムを含む。用語「リチウム」は、好ましくは、カチオン性リチウム原子を指す。この場合のリチウムはLi(I)として、言い換えれば+1価で存在する。リチウムの量は金属として計算され、そしてリチウムの割合または量は、ICP-OES法を介して得られる(実施例のセクションを参照)。
本発明の好ましい一実施形態では、電着コーティング材料(ECM)は、銅を、好ましくは溶解した形態でさらに含む。「溶解した形態」または「溶解していない形態」で存在する銅およびその量(金属として計算)に関する条件および特徴は、原則として、ビスマスおよびリチウムについて上述した状況に対応する。さらに、この点においても、ビスマスおよびリチウムと同様に、用語「銅」は、好ましくは、カチオン性銅原子を指す。ここで、銅は好ましくはCu(II)として、言い換えれば+2価で存在する。
本発明の電着被覆材料は、少なくとも1つの典型的且つ既知の添加剤(AD)をさらに含んでよく、該添加剤は、触媒、顔料、くぼみ防止添加剤、ポリビニルアルコール、熱硬化性反応性希釈剤、分子分散型可溶性染料、光安定剤、例えばUV吸収剤および可逆的フリーラジカル捕捉剤(HALS)、酸化防止剤、低沸点および高沸点(「長」)有機溶媒、脱揮剤、湿潤剤、乳化剤、スリップ添加剤、重合阻害剤、熱不安定性フリーラジカル開始剤、付着促進剤、流動制御剤、膜形成補助剤、難燃剤、腐食抑制剤、自由流動補助剤、ロウ、乾燥剤、殺生物剤、つや消し剤、無機および有機塩およびこれらの混合物からなる群から選択される。添加剤含量は、使用目的に応じて非常に大きく変化させてよい。その量は、水性電着コーティング材料(ECM)の総質量に基づいて、好ましくは0.1~20質量%、より好ましくは0.1~15質量%、非常に好ましくは0.1~10質量%、特に好ましくは0.1~5質量%、およびより具体的には0.1~2.5質量%である。
本発明の方法は、電流回路に接続された導電性基材を、本発明の水性コーティング材料と、2段階の析出プロセスで少なくとも部分的に接触させることを含む。
本発明によって使用される好適な導電性基材は、慣用的に用いられる当業者に既知のあらゆる導電性基材である。本発明によって使用される導電性基材は、好ましくは、鋼、好ましくは、冷延鋼、亜鉛めっき鋼、例えば溶融亜鉛めっき鋼、合金亜鉛めっき鋼(例えばガルバリウム、ガルバニール、または例えばガルファン)およびアルミニウム化鋼、アルミニウム、およびマグネシウムからなる群から選択される鋼であり、特に適しているのは亜鉛めっき鋼およびアルミニウムである。さらに、基材として好適なのは、熱間圧延鋼、高強度鋼、Zn/Mg合金、およびZn/Ni合金である。特に好適な基材は、生産用自動車のボディーの部分または完全なボディーである。本発明の方法は、コイルコーティングにも使用することができる。当該導電性基材を使用する前に、当該基材を好ましくは洗浄および/または脱脂する。
工程(1)において、導電性基材を本発明の水性電着コーティング材料(ECM)と少なくとも部分的に接触させ、一方で導電性基材をカソードとして接続する。
工程(1a)の実施中、ビスマスおよび好ましくは銅にも富む対応する層が形成され、そして導電性基材上の予備体積層と定義づけられ、これは、例えば蛍光X線分析によって検出および定量化可能である。特定の理論に束縛されることを望むものではないが、リチウムもこの層の一部であると仮定される。ビスマス、リチウム、および好ましくは銅は、ここで好ましくは金属ビスマス(0)、リチウム(0)、および好ましくは銅(0)の形態であるが、代替的または追加的に、それらの対応する既知の酸化状態で存在し得る。この予備体積層は、特に、コーティング組成物中に存在するバインダー(B)、架橋剤(CA)および/または溶解したビスマスおよび/または顔料をほとんど含まない。
工程(1b)の実施中、実際の浸漬コーティングが、工程(1a)の後に得られた予備堆積層上に、浸漬成分、より具体的にはバインダー(B)、架橋剤(CA)、および好ましくは顔料の堆積によって形成される。このコーティングも、例えば既知の酸化状態で存在し得るビスマスを含む。このビスマスは、本発明の方法の下流の硬化工程または架橋工程において、触媒として作用し得る。
本発明の方法は、任意に、好ましくは工程(1)の後に、工程(2)をさらに含み、この工程において、工程(1)の後に得られた基材を、水性ゾル-ゲル組成物と接触させた後に、堆積した電着コーティング材料(ECM)を硬化させる。
本発明のさらなる主題は、本発明の水性電着コーティング材料(ECM)で少なくとも部分的にコーティングされた導電性基材、または本発明のコーティング組成物、よって好ましくは電着被覆材料で、導電性基材を少なくとも部分的にコーティングするための本発明の方法によって得ることができる少なくとも部分的にコーティングされた導電性基材である。
実施形態1:水性電着コーティング材料(ECM)であって、該電着コーティング材料の総質量に基づいて、以下の成分、
(a) カチオン性基またはアニオン性基、および架橋剤(CA)中に存在する相補的な反応性官能基と架橋反応を起こすことができる反応性官能基を含有する、少なくとも1つのバインダー(B)、
(b) 完全にブロックされたイソシアネート基および少なくとも1つのシラン基を含有する少なくとも1つの架橋剤(CA)、
(c) 少なくとも100ppmのビスマス、
(d) 多くとも300ppmの溶解したリチウム、および
(e) 任意に少なくとも1つの添加剤(AD)
を含み、
少なくとも1つの架橋剤(CA)が、以下の工程、
(i) 少なくとも1つの親構造P中に存在する遊離イソシアネート基の総量の0.01~5モル%を、一般式(I)
HN[X-SiR1 a(OR2)3-a]n[X’-SiR1 b(OR2)3-b]m[R3]2-(m+n) (I)
(式中、
X、X’は、互いに独立して、1~20個の炭素原子を有する、直鎖状および/または分岐状のアルキレンまたはシクロアルキレンラジカルを表し、
R1は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基を表し、炭素鎖は、隣接していない酸素、硫黄、またはNRa基(式中、Raはアルキル、シクロアルキル、アリール、またはアラルキルである)によって中断されていてもよく、
R2は、水素、アルキル基、またはシクロアルキル基を表し、炭素鎖は、隣接していない酸素、硫黄、またはNRa基(式中、Raはアルキル、シクロアルキル、アリール、またはアラルキルである)によって中断されていてもよく、
R3は、1~20個の炭素原子を有する、直鎖状および/または分岐状のアルキレンまたはシクロアルキレンラジカルを表し、
n、mは、互いに独立して1であるか、またはmは1であり且つnは0であり、そして
a、bは、互いに独立して0~2である)
の少なくとも1つの化合物と反応させる工程、
(ii) 工程(i)後に残留した親構造Pの遊離イソシアネート基を、少なくとも1つのブロック剤BAと反応させて、完全にブロックされたイソシアネート基およびシラン基を含む化合物(X)を得る工程、および
(iii) 任意に、工程(ii)で得た架橋剤(CA)を、少なくとも1つの溶媒で希釈する工程
によって調製されることを特徴とする水性電着コーティング材料。
c、dは、互いに独立して、1~5の整数、好ましくは1~3、非常に好ましくは1であり、そして
eは、0~4、好ましくは0または1~4である)
のポリイソシアネートであることを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
Bi[OOC(CcH2c+1)]3 (III)
(式中、
cは5~15、好ましくは7~13、非常に好ましくはn=7である)
のビスマス触媒が使用されることを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
xは、1~5、好ましくは1であり、
R4は、水素またはC1~C4アルキル残基、好ましくは水素またはC1アルキル残基を表し、
R5は、直鎖または分岐C1~C10アルキル残基、または残基*-(CH2)y-CH(CH3)-O-R6(*を介して酸素原子に結合)、好ましくは直鎖C4アルキル残基、または残基*-(CH2)y-CH(CH3)-O-R6(*を介して酸素原子に結合)を表し、
R6は、C1~C4アルキル残基、好ましくはC1アルキル残基を表し、そして
yは、1~5、好ましくは1である)
の第一級および/または第二級アルコールから選択されることを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
- 少なくとも100ppmの溶解したビスマス、および
- 少なくとも200ppmの溶解していないビスマス
が含まれることを特徴とする、先行する実施形態のいずれか1つに記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
(1) カソードとして接続された導電性基材を、実施形態1から39のいずれか1つに記載の水性電着コーティング材料(ECM)と接触させる工程
を含み、
工程(1)の実施が、少なくとも2つの連続した工程(1a)および(1b)、すなわち
(1a) 少なくとも5秒の持続時間にわたり印加される1~50Vの範囲の印加電圧による工程、および
(1b) 工程(1b)で印加される電圧が、工程(1a)で印加された電圧よりも少なくとも10V大きいことを条件とする、50~400Vの範囲の印加電圧による工程、
で行われる、方法。
1.1 固形分含量(固形分、不揮発性画分)
不揮発性画分は、DIN EN ISO3251(日付:2008年6月)に準拠して測定される。これは、予め乾燥させたアルミニウム皿に試料1gを計量し、130℃の乾燥オーブンで60分間乾燥させ、それをデシケーター内で冷却し、次いで再計量することを伴う。使用される試料の全量に対する残留分が不揮発性画分に対応する。
水性電着コーティング材料を調製するために使用される化合物(X)およびバインダー樹脂の粘度を、23℃で10,000s-1または5,000s-1の剪断速度を使用し、DIN EN ISO3219:1994-10およびDIN53019-2:2001-02に準拠して、Brookfield CAP000+粘度計、コーンプレート形、コーンCAP03を用いて測定した。
化合物(X)の分子量は、ISO13885-1:200801に準拠して、較正用ポリスチレン標準と、以下の装置およびパラメーターを用いて測定した:
Agilent1100シリーズ(ポンプ、自動サンプラーを含む)および屈折率検出器PSS-WIN GPCコンピュータ支援システム
カラム:PSS SDV 5μm 10e5/10e4/10e3、300mm、8mm IDの組み合わせ
溶離液:テトラヒドロフランと0.1モル/l酢酸
インジェクタ容量:100μl、温度:35℃、流量:1.0ml/分、実行時間:40分。
調査中の試料の或る特定元素の量、例えばビスマス含有量を、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP-OES)を用いて、DIN EN ISO11885(日付:2009年9月1日)に準拠して、測定した。
酢酸塩噴霧ミスト試験は、基材上のコーティングの耐食性を測定するために使用した。DIN EN ISO9227(日付:2017年6月)に準拠し、対応するコーティングされた導電性基材、すなわち冷延鋼(CRS)について、酢酸塩噴霧ミスト試験を実施した。この試験において調査用試料はチャンバー内にあり、ここで5%の食塩溶液を3.1~3.3の範囲に制御したpHで、35℃の温度で1008時間の持続時間にわたり、連続してミスト掛けした。ミストが調査試料に堆積し、塩水の腐食性膜で試料を覆った。
この気候変化試験は、基材上のコーティングの耐食性を測定するために用いた。気候変化試験は、対応するコーティングされた基材、すなわち冷延鋼板(CRS)について実施した。この気候変化試験は、10サイクルで実施した。ここで1サイクルは、総計168時間(1週間)からなり、以下の内容を含んでいた:
a) DIN EN ISO9227NSS(日付:2012年9月1日)による塩水噴霧ミスト試験24時間、
b) その後、2005年9月のDIN EN ISO6270-2、AHT法による、加熱を含む貯蔵8時間、
c) その後、2005年9月のDIN EN ISO6270-2、AHT法による、冷却を含む貯蔵16時間、
d) b)およびc)の繰り返し3回(よって総計72時間)、および
e) 2005年9月のDIN EN ISO6270-2、AHT法による通気気候チャンバーでの冷却を含む貯蔵48時間。
この気候変化試験PV1210は、基材上のコーティングの耐食性を測定するために用いた。気候変化試験は、対応する溶融亜鉛めっき鋼(HDG)から構成されるコーティングされた導電性基材について実施した。この気候変化試験は、30サイクルで実施した。ここで1サイクル(24時間)は、DIN EN ISO9227NSS(2017年6月)による塩水噴霧ミスト試験4時間、2005年9月のDIN EN ISO6270-2(AHT法)による冷却を含む貯蔵4時間、および2005年9月のDIN EN ISO6270-2、AHT法による加熱を含む、40±3℃、大気湿度100%の貯蔵16時間からなっていた。5サイクルごとに、2005年9月のDIN EN ISO6270-2、AHT法による冷却を含む48時間の休止があった。従って30サイクルは、42日の総持続時間に相当した。
銅加速酢酸塩水噴霧試験も用いて、基材上のコーティングの耐食性を測定した。銅加速酢酸塩水噴霧試験は、DIN EN ISO9227CASSに準拠して、対応してコーティングされたアルミニウム(AA6014(ALU))の導電性基材について実施した。調査試料はチャンバー内にあり、ここで、pHを制御した5%の食塩溶液で、50℃の温度で240時間の持続時間にわたり、塩化銅と酢酸を添加した食塩溶液で、連続してミスト掛けした。ミストが調査試料に堆積し、塩水の腐食性膜で試料を覆った。
糸状腐食の評価は、金属基材上のコーティングの耐食性を測定するために用いた。糸状腐食試験は、DIN EN3665(日付:1998年8月1日)に準拠して、対応してコーティングされたアルミニウム(AA6014(ALU))の導電性基材について実施した。試験は1008時間実施し、2つの工程を含んでいた。第一の工程では、人工的な印(scribe)を有するコーティングされた試験パネルを、塩酸蒸気に30分間曝した。第一の工程後、コーティングされた試験パネルを、相対湿度80%および40℃で1008時間チャンバー内に置いた。発生した腐食は、印から成長するミミズ状のフィラメントとして可視化された。フィラメントの最大長は、DIN EN3665(手順3)に準拠して検出され、糸状腐食に対するコーティングの耐性を示す指標である。
端部カバーインデックスの測定は、金属基材の端部がコーティングで覆われていることを評価するために使用した。
以下の表に示す製剤構成成分およびその量について、以下のことを考慮すべきである。市販品または他の場所に記載された調製プロトコルを参照する場合、その参照は、当該構成成分について選択された主要な名称とは無関係に、正確にこの市販品または参照されたプロトコルを用いて調製された製品である。
イソシアネート含有親構造(BASF SE社供給のLupranat(登録商標)M20S)およびビスマス触媒(King Industries,Inc社供給のK-Kat348)のMazon1651(BASF SE社供給)中の溶液を37℃に加熱してから一般式(I)のそれぞれのシラン化合物を10分間にわたって添加した。一般式(I)のシラン化合物の添加が完了した後、それぞれのブロック剤の混合物を3時間にわたり、反応混合物を80℃に徐々に温めながら加えた。その後、反応混合物を冷却し、ブトキシプロパノールおよびフェノキシプロパノールを、完全にブロックされたイソシアネート基およびシラン基を含有する調製されたそれぞれの化合物に加えた。
バインダーと架橋剤との水性分散体((D1)と略す)を、顔料ペーストおよびさらに後述する添加剤と混合し、水性電着コーティング材料(ECM)を調製した。
3.1.1 バインダーと架橋剤との比較例の水性分散体(D1-C1)および(D1-C2)
固形分含量37.5%を有するBASF Coatings GmbH社からの市販製品Cathoguard(登録商標)800を、バインダー樹脂と架橋剤との第一の比較例水性分散体(D1-C1)として使用した。
バインダー樹脂および架橋剤(CA-I1)~(CA-I6)の水性分散体(D1-I1)~(D1-I4)は、EP0961797A1、「バインダー分散体C」に従って調製し、逸脱は以下であった:EP0961797A1に記載の架橋剤を、上記の第2項に従って調製した等量の各架橋剤(CA-I1)~(CA-I4で置換した。
2736.05gのバインダー樹脂と架橋剤との水性分散体(D1)、393.06gの顔料ペースト(BASF社からの市販製品CathoGuard(登録商標)800、固形分含量65.5%)、1702.38gの水中ビシン(N,N’-ビス(2-ヒドロキシエチル)グリシン)(1625gの水中77.38gのビシン)、325gの酢酸リチウム溶液(322.39gの水中2.61gの酢酸リチウム2水和物)、325gの硝酸銅溶液(322.53gの水中2.47gの硝酸銅(II)三水和物)、32.5gの端部保護添加剤および986gの水を加えて、電着コーティング材料(EM)を調製した。ビシン溶液、酢酸リチウム溶液および硝酸銅溶液をそれぞれ別々に調製し、その後、バインダー樹脂、架橋剤および顔料ペーストを含む初期投入分に加えた。完成した混合物を、18℃~23℃で24時間攪拌した。
バインダー樹脂と架橋剤との水性分散体(D1-I1)~(D1-I4)を用いて、本発明の電着コーティング材料(ECM-I1)~(ECM-I4)を得た。
第3.1.1項に従って調製した比較例の水性分散体(D1-C1)および(D1-C2)を用いて、比較例の電着コーティング材料(ECM-C1)および(ECM-C2)を得た。
第3項に従って調製した水性電着コーティング材料(ECM-C1)、(ECM-C2)および(ECM-I1)~(ECM-I4)をそれぞれ、浸漬コーティングとして様々な基材に適用した。ここで各材料を、上述したように製造直後に様々な基材に適用した。
第4項で得られた基材について、その耐食性および端部保護性を調査した。およそ1mmの平均浸食で顕著な耐性が達成された。さらに、約1mmの絶対的範囲における差は技術的な評価が困難であり、従って意味がないものであった。端部カバーインデックスの平均値が100である場合に傑出した端部保護が得られ、前記平均値が0である場合、端部保護は得られなかった。結果を表3および4に示す。
Claims (15)
- 水性電着コーティング材料(ECM)であって、該電着コーティング材料の総質量に基づいて、以下の成分、
(a) カチオン性基またはアニオン性基、および架橋剤(CA)中に存在する相補的な反応性官能基と架橋反応を起こすことができる反応性官能基を含有する、少なくとも1つのバインダー(B)、
(b) 完全にブロックされたイソシアネート基および少なくとも1つのシラン基を含有する少なくとも1つの架橋剤(CA)、
(c) 少なくとも100ppmのビスマス、
(d) 多くとも300ppmの溶解したリチウム、および
(e) 任意に少なくとも1つの添加剤(AD)
を含み、
前記少なくとも1つの架橋剤(CA)が、以下の工程、
(i) 少なくとも1つの親構造P中に存在する遊離イソシアネート基の総量の0.01~5モル%を、一般式(I)
HN[X-SiR1 a(OR2)3-a]n[X’-SiR1 b(OR2)3-b]m[R3]2-(m+n) (I)
(式中、
X、X’は、互いに独立して、1~20個の炭素原子を有する、直鎖状および/または分岐状のアルキレンまたはシクロアルキレンラジカルを表し、
R1は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基を表し、炭素鎖は、隣接していない酸素、硫黄、またはNRa基(式中、Raはアルキル、シクロアルキル、アリール、またはアラルキルである)によって中断されていてもよく、
R2は、水素、アルキル基、またはシクロアルキル基を表し、炭素鎖は、隣接していない酸素、硫黄、またはNRa基(式中、Raはアルキル、シクロアルキル、アリール、またはアラルキルである)によって中断されていてもよく、
R3は、1~20個の炭素原子を有する、直鎖状および/または分岐状のアルキレンまたはシクロアルキレンラジカルを表し、
n、mは、互いに独立して1であるか、またはmは1であり且つnは0であり、そして
a、bは、互いに独立して0~2である)
の少なくとも1つの化合物と反応させる工程、
(ii) 工程(i)後に残留した前記親構造Pの前記遊離イソシアネート基を、少なくとも1つのブロック剤BAと反応させて、完全にブロックされたイソシアネート基およびシラン基を含む架橋剤(CA)を得る工程、および
(iii) 任意に、工程(ii)で得た前記架橋剤(CA)を、少なくとも1つの溶媒で希釈する工程
によって調製されることを特徴とする水性電着コーティング材料。 - 式(I)中のXおよびX’が、互いに独立して、1~10個の炭素原子を有する直鎖アルキレンラジカルを表すことを特徴とする、請求項1または2に記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
- 式(I)中のR2が、互いに独立して、C1~C10アルキル基を表すことを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
- 式(I)中のR3が、直鎖C1~C10アルキル基を表すことを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
- 式(I)中のaおよびbが、互いに独立して0であることを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
- 前記少なくとも1つの親構造P中に存在する遊離イソシアネート基の総量の0.5~4.5モル%を、工程(i)において、少なくとも1つの一般式(I)の化合物と反応させることを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
- 前記親構造P中に存在する遊離イソシアネート基の総量の95~99.99モル%を、工程(ii)において、少なくとも1つのブロック剤BAと反応させることを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
- 前記電着コーティング材料(ECM)が、前記電着コーティング材料(ECM)の総質量に基づいて、少なくとも300ppmの総量のビスマス(3)を含み、ここには、
- 少なくとも100ppmの溶解したビスマス、および
- 少なくとも200ppmの溶解していないビスマス
が含まれることを特徴とする、請求項1から9のいずれか1項に記載の水性電着コーティング材料(ECM)。 - 前記ビスマスの総量が、各場合に前記電着コーティング材料(ECM)の総質量に基づいて、130ppm~20000ppmの範囲であり、そして前記電着コーティング材料(ECM)が、ビスマスの錯化に好適な少なくとも1つの少なくとも二座の錯化剤を含むことを特徴とする、請求項1から10のいずれか1項に記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
- 溶解したリチウムの総量が、各場合に前記電着コーティング材料(ECM)の総質量に基づいて、2.5~250ppmであることを特徴とする、請求項1から11のいずれか1項に記載の水性電着コーティング材料(ECM)。
- 導電性基材を電着被覆材料で少なくとも部分的にコーティングする方法であって、少なくとも工程(1)、
(1) カソードとして接続された前記導電性基材を、請求項1から12のいずれか1項に記載の水性電着コーティング材料(ECM)と接触させる工程
を含み、
前記工程(1)の実施が、少なくとも2つの連続した工程(1a)および(1b)、すなわち
(1a) 少なくとも5秒の持続時間にわたり印加される1~50Vの範囲の印加電圧による工程、および
(1b) 工程(1b)で印加される電圧が、工程(1a)で印加された電圧よりも少なくとも10V大きいことを条件とする、50~400Vの範囲の印加電圧による工程、
で行われる、方法。 - 請求項13に記載の方法により得られたコーティングされた基材。
- 請求項14に記載のコーティングされた基材を含む、構成部品または物品、より具体的には自動車車体。
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