JPH0284475A - 水性バインダ系、および被覆材料としてのその使用 - Google Patents

水性バインダ系、および被覆材料としてのその使用

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JPH0284475A
JPH0284475A JP1132955A JP13295589A JPH0284475A JP H0284475 A JPH0284475 A JP H0284475A JP 1132955 A JP1132955 A JP 1132955A JP 13295589 A JP13295589 A JP 13295589A JP H0284475 A JPH0284475 A JP H0284475A
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ヴオルフガング・クンツエ
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ヨセフア・マリア・エリサベト・セーレン‐クリユエイセン
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な型の熱硬化性樹脂結合剤組成物を含有す
る水性バインダ系(binder system)に関
する。その新規性は、これらの結合剤がエステル交換反
応機構により硬化し得ること、許容できる温度で許容で
きる時間内にエステル交換反応を行い得る結合剤構造を
有すること、およびこの目的に適した触媒を含有するこ
とである。本発明はまた、陰極電着等において前記水性
バインダ系をたとえは水性分散液または水系ペイントと
して使用することにも関する。
ヒドロキシル基含有熱硬化性樹脂PI!覆材料はふつう
架橋成分、たとえばフェノール樹脂、アミノプラスト樹
脂またはポリイソシアネートを含有し、エポキシ樹脂に
ついてはポリアミン、ポリカルボン酸およびその無水物
も広く使われている。硬化触媒は硬化の時間および/ま
たは温度を低下させるために添加されることが多い。熱
硬化性被覆の分野では、30分までの硬化時間と200
℃までの温度は多くの目的に対して許容できる。架橋性
成分は焼付けの間に主要な樹脂結合剤成分のヒドロキシ
ル基および/またはエポキシ基と反応し、架橋により被
覆物は不溶性、不融性となり、したがって、溶剤と高め
られた温度に対して抵抗性を有する。
別の型の被覆材料は空気乾燥型結合剤を含み、これは酸
素と接触すると炭素−炭素二重結合により架橋し得る。
この場合、乾燥促進剤は、ナフテン酸コバルトやマグネ
シウムのような金属塩である。
本発明は、 (1)(tl  エチレン的不飽和性が実質的になく、
分子量が少くとも900で、ヒドロキシル基含量が10
0g当り少なくとも0.2当量でありそしてアミン基を
含むかまたは含まない非酸性樹脂化合物と、 (2)架橋剤として、β−ヒドロキシルエステル基が分
子当り1個より多い非酸性ポリカルボン酸ポリエステル との混合物または初期縮合物であって、成分(1)と(
2)の少なくとも一方のヒドロキシル官能性が2より大
きい該混合物または初期縮合物と、(■) 硬化触媒と
して、液体炭化水素に不溶性のエステル交換促進金属化
合物 とを包含する、熱硬化して不溶性かつ不融性被覆物を与
える熱硬化性結合剤組成物を、結合剤として含有するこ
とを特徴とする、水性バインダ系に関するものである。
本明細書中に使用される、若干の用語の定義について説
明する: 非酸性とは、その物質の酸価(acid value)
が0.18ミリ当N/gより太き(ない〔酸価(aci
dnumber)が10より大きくない〕ことを意味す
る。
これは、製造方法の実施においである場合に不可避的に
残留する酸の含量を見越している。好ましくは、酸含有
量は0.09ミリ当量/gより大きくはなく陰極電着を
目的とした系では酸含量は好ましくは0.02ミリ当f
fi/gより大きくない。これらの値はすべて不揮発性
物質を基準にしている。
ヒドロキシル基とは、脂肪族性また脂環式性ヒドロキシ
ル基を意味し、フェノール性ヒドロキシル基を意味しな
い。
成分(I)(2)の定義におけるβ−ヒドロキシルエス
テル基とは、エステル化されたヒドロキシル基に隣接す
る炭素原子が遊離のヒドロキシル基を有することを意味
する、いいかえると、1つのヒドロキシル官能基だけが
エステル化されている1、2−グリコールからエステル
官能基がmRされていることである。グリコール部分は
、アルキル、エーテルまたは安定なエステルの各基のよ
うな置換基をもつことができる。ここで“安定”とは、
エステル基が、後で定義する枝分れモノカルボン酸のエ
ステルの場合のように、加水分解されにくいことを意味
する。この型の安定なエステル結合は通常の焼付は条件
ではエステル交換反応を起こさない。
ここでいう枝分れモノカルボン酸とはカルボキシル基か
第三または第四炭素原子に結合している飽和脂肪族モノ
カルボン酸で、分子当り9−11個の炭素原子を含有す
る。
成分(N(1)のヒドロキシル基含量は、100g当り
少なくとも0.2、好ましくは少なくとも0.23、か
つ好ましくは0.8当量より大きくはない。成分(1)
[1)は可溶性、可融性化合物でなければならない。成
分(N(1)は数種類のヒドロキシル基含有樹脂材料、
たとえばアルキド樹脂、ビスフェノールAとエピクロル
ヒドリンの線状重合型誘導体を含むエポキシ樹脂、エポ
キシ樹脂のエステル、エポキシ樹脂のアミン付加物、お
よびエチレン的に不飽和な単量体の重合または共重合に
より製造される重合体から選ぶことができる。
好ましい型のアルキド樹脂は、ポリカルボン酸またはそ
の無水物、多価アルコールおよび枝分れモノカルボン酸
のグリシジルエステルから製造されるアルキド樹脂であ
る。
もう一つの好ましい成分(1)(1)はエポキシ樹脂ま
たはその誘導体である。好ましいエポキシ樹脂は一般式 rは、エポキシ樹脂の分子量が異なると異なり得る数で
ある〕 の2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンの
グリシジルエーテルである。可溶性誘導体をつくるため
には液状もしくは半液状エポキシ樹脂(rの値がO〜1
)またはrの値が4までの低級固体エポキシ樹脂が好ま
しい。
変性しないで使用できる型のエポキシ樹脂は、分子量が
少なくとも1200、好ましくは1400以上で、rの
値が少なくとも3、好ましくは4以上のものである。後
者の型の固体樹脂では、末端グリシジル基の一部は製造
方法のために加水分解された形でグリセリル基として存
在し得る。この型の適当なエポキシ樹脂は分子量が20
00〜4000、エポキシ当量が同じ程度、そしてヒド
ロキシル当量が100g当り0.35〜0.40のもの
である。エポキシ基含量が低くすぎるので、架橋剤なし
では十分な架橋を行なわない。
後者の型の別の適当なポリエーテルは高分子量線状ポリ
ヒドロキシルエーテルで、分子量が20 、000より
大きく、ヒドロキシル基当量が100g当り約0.35
のものである。ここで分子量とは、高分子化合物におい
て通例の如く、平均分子量(Mn)のことである。
エポキシ樹脂の適当な誘導体はヒドロキシル基含有エス
テルであって、たとえば、低級エポキシ樹脂(前記式に
おいてrが0〜4である)の一方または両方のエポキシ
基をモノカルボン酸、好ましくはヒドロキシアルカンモ
ノカルボン酸、たとえばグリコール酸、乳酸、または好
ましくはジメチロールプロピオン酸でエステル化するこ
とにより得られるエステルである。このようなエステル
化は、エポキシ−カルボキシル付加反応を促進すること
が知られている触媒、たとえば第三アミン、第四アンモ
ニウム塩、第四ホスホニウム塩または第一錫オクトエー
トの存在下で、ヒドロキシル基のエステル化を避けるよ
うに150°C以下の温度で行なうのが好ましい。
そのほかの適当なエポキシ樹脂誘導体は、第一および/
または第三アミン、特に1つまたはそれ以上のヒドロキ
シアルキル基をもったアミン、たとえばモノエタノール
アミンやジェタノールアミンによる可溶性付加物である
。次の式の可溶性付加物が好ましい: A−B−→C−B−h−A 〔式中、 mは0〜2の数、 Aは第三アミノ官能基結合を介してBに結合しているア
ミノ基、 Bは基 (式中、 nはθ〜4の数、そして Rは二価フェノールの炭化水素基である)であり、そし
て Cは2個の第三アミノ官能基結合を介してBに結合して
いるアミノ基である。〕。
この型を以後、“線状”アミン付加物と呼ぶ。
そのほかの適当なアミン付加物は次の式の化合物である
: CA −B −1−C−B−)−−) 、 D〔式中、 A、B、Cおよびmは前記と同じ意味を有し、pは3〜
4の数、そして Dはp個の第三アミノ官能基結合を介してBに結合され
た基である〕。
この型を以後、“枝分れ”アミン付加物と呼ぶ。
基Bは次の式のジグリシジルエーテルから誘導される: 〔式中、 nはO〜4、好ましくは1〜3、特に1.8〜2、2で
あり、そして Rは二価フェノールの炭化水素基、好ましくはである。
〕 後者の二価フェノールは2,2−ビス(4−ヒドロキシ
フェニル)プロパンで、そのジグリシジルエーテルは周
知の商業的製品である(“EPIKOTE”828.1
001および1004はジグリシジルエーテルで、前記
式のnがそれぞれ約0.2および4である)。
基Aは、第ニアミノ官能基はただ1個だけもっていて、
さらに各種の官能基をもち得るアミンから誘導される。
ただし、これら各種の官能基は使用反応条件下でグリシ
ジルエーテル基と反応しないことが前提である。このよ
うな“潜在”基の例にはヒドロキシル基、ケチミン基お
よびエステル基がある。この型の適当なアミンの例とし
ては、ジェタノールアミン、ジイソプロパツールアミン
および、ジエチレントリアミンとメチルイソブチルケト
ンとからのジケチミンがある。
基Cは、エポキシ基と反応するN−H官能基を分子当り
2個もったアミノ化合物から誘導される。
これらの官能基は具体的にはただ1個の第一モノアミノ
官能基または2個の第ニアミノ官能基で表わすことがで
きる。さらにこのアミンは、エポキシ基とほとんど反応
しないほかの官能基、たとえばヒドロキシル、第三アミ
ノまたはエステル基をもつことができる。例としてはモ
ノエタノールアミン、モノイソプロパツールアミン、3
−(N、Nジメチルアミノ)プロピルアミン、1.6−
ジアミツヘキサン1モルと、枝分れモノカルボン酸のグ
リシジルエステル2モルとの反応生成物、およびアミノ
基含有アミドが挙げられる。
線状アミン付加物を製造するためには、ジグリシジルエ
ーテルを前記のアミンとエポキシ基当りアミノ水素原子
1個の割合で反応させるのが好ましく、この反応におい
て、第ニアミノ基を1個だけもったアミンの量は利用で
きるエポキシ基の33〜100%の間で変化し得る。ケ
チミン基で置換されたアミンのような悪水成分が使用さ
れる場合、この成分とグリシジル化合物との反応は無水
の条件下で行なわねばならない。アミンとジグリシジル
エーテルとの反応は1段またはそれ以上の段で行なうこ
とができ、したがって、まず第二アミンをジグリシジル
エーテルと反応させ、次に付加された2個の反応性N−
H官能基とアミンを反応させることができる。グリコー
ルエーテルやケトンのような溶媒を付加物の製造に使用
することができる。反応温度は70−140℃とするこ
とができ、好ましくは70−120℃である。mの値が
平均値であり、またこの型の成分(1)(11が反応生
成物の混合物の一般構造を示していることは明らかであ
る。
“枝分れ”アミン付加物は、まずジグリシジルエーテル
のエポキシ基の一部(大体25〜40%)を第二七ノア
ミン、たとえばジェタノールアミンまたはジブロバノー
ルアミンと中程度の温度で反応させ、次に多官能性アミ
ンと反応させて製造することができる。
分子当りp個のN−H官能基をもったアミンは最終付加
物において構造基りを与える;N−H官能基は具体的に
第一または第ニアミノ基で表わすことができ、そしてさ
らにこのアミンはエポキシ基とほとんど反応しないほか
の基、たとえばヒドロキシル、第三アミノまたはエステ
ル基をもつことができる。N−H官能性が4より多い商
業的アミンをたとえば価格上の理由で使用したい場合、
アミンをまず十分な量のモノエポキシド、たとえば枝分
れモノカルボン酸のグリシジルエステルと反応させて官
能性を減少させることができる。NH官能基を3個もっ
た非常に適当なアミンは、ジエチレントリアミン(1モ
ル)と枝分れモノカルボン酸のグリシジルエステル(2
モル)との反応生成物である。この反応は、中程度の温
度、たとえば80℃から出発して110℃の温度まで上
げて、エポキシ基含量がゼロになるまで行なうのが好ま
しい。
N−H官能基を3個もった別の非常に適切なアミンは、
同様の条件下で、1,6−ヘキサンジアミン(1モル)
と枝分れモノカルボン酸のグリシジルエステル(1モル
)との反応により得られる。
N−H官能基を4個もったアミンの例は、トリエチレン
テトラミン(1モル)と枝分れモノカルボン酸のグリシ
ジルエステル(2モル)との反応生成物である。N−H
官能性を減少させることとは別に、ポリアミンとグリシ
ジルエステルとの反応も全体の反応性を低下させるのに
役立つ。
pの値は3が好ましい。枝分れ付加物の式中のmとpの
値が平均値であり、そしてその式が反応生成物の混合物
の一般的構造を示していることは明らかなことである。
一般に、ゲル化、すなわち粘度が高くなりすぎるのを防
ぐために、ジクリシジルエーテルとまず反応する第二ア
ミンの量はp官能性のアミンの分子当りpモルか、また
は安全のためにそれよりわずかに多い。グリコールエー
テルやケトンのような溶剤を使用することができ、反応
温度は中程度、たとえば70〜140℃の範囲、より好
ましくは70〜120℃の範囲に保たれる。
成分(1)(1)として作用するさらに別の適当な化合
物は、カプロラクトンと多価アルコールとの重合反応生
成物および、スチレンとアリルアルコールとの共重合に
より製造される樹脂状ポリオールであ・る。
成分(1) filとして作用するまたさらに別の適当
な化合物は、ヒドロキシアルキルアクリレートおよびメ
タクリレートと、そのほかのエチレン的に不飽和の共重
合性化合物、たとえばスチレン、メチルメタクリレート
、ブチルアクリレート、およびビニルエステル、特に枝
分れモノカルボン酸のビニルエステルとの共重合体であ
る。最後以外の成分を含有する共重合体は英国特許筒1
,418,372号に記載された方法に従ってつくるこ
とができる。
前記に概要を述べた化合物の混合物、たとえばエポキシ
樹脂とエポキシ樹脂/アミン付加物の混合物も成分(I
 ) 11として使用することができる。
前記に概要を述べた化合物は有機溶媒中に溶解して適用
される熱硬化性組成物用として一般に通している。室温
で固体で、軟化点が70℃以上の化合物も熱硬化性粉体
組成物および水性ペイント分散液に使用することができ
る。
本発明の一般的な範囲において、架橋成分である成分(
1)(2)は分子当り1個より多いβ−ヒト0キシルエ
ステル基ヲもっている。β−ヒドロキシル基は、許容で
きる温度で許容できる時間内、たとえば200℃までの
温度で30分までの硬化時間で十分な架橋を行なうのに
必要である。被覆物の硬化、すなわち焼付は工程により
、ポリエステルのβ−ヒドロキシルエステル基はエステ
ル交換して、ポリエステルのカルボキシル基と成分(1
) (11のヒドロキシル基との間でエステル結合が形
成され、グリコール型の化合物が遊離する。
その時、後者は蒸発し得る。
その結果、耐溶剤性で不融性の架橋被覆物が得られる。
これとは逆に、β−ヒドロキシルエステル基を含有しな
いで簡単なアルキルエステル基、たとえばメチル、エチ
ルまたはブチルエステル基を含有するポリエステルを用
いた場合、エステル交換が遅すぎるので、許容できる条
件下で十分な架橋を行なえないし、焼付は被覆物は許容
できる耐溶剤性をもたない;たとえば、メチルエチルケ
トン(MEK)に浸漬した綿布片で容易にこすりとられ
る。
成分(1) 成分(I)(2)は一般に、ポリカルボン
酸またはその無水物と、1つまたはそれ以上のグリコー
ル、グリコールモノエーテル、ポリオール、および/ま
たはモノエポキシドから製造することができる。
成分(I)(2+として一般に適している化合物はポリ
カルボン酸のポリ (2−ヒドロキシアルキル)エステ
ルである。例として次のものがあるニジカルボン酸のビ
ス(2−ヒドロキシアルキル)エステル、たとえばビス
(2−ヒドロキシブチル)アゼレートとビス(2−ヒド
ロキシエチル)テレフタレート。これらは、ジカルボン
酸を大過剰のグリコールと反応させ、生成した水を除去
するか、またはジカルボン酸を適当なモノエポキシドと
反応させることにより製造することができる。そのほか
の適当な化合物は、無水ジカルボン酸と多価アルコール
から製造される酸性半エステルのポリ(2−ヒドロキシ
アルキル)エステルである。後者の型は最終官能性を2
より大きくしたい場合には極めて適当である;−例は、
まず当量の無水ジカルボン酸(無水コハク酸、無水フタ
ル酸)を3価または4価のアルコール(グリセロール、
トリメチロールプロパン、ペンタエリドリフト)と15
0℃以下の温度で反応させ、次に酸性ポリエステルを少
なくとも当量のエポキシアルカン、たとえば1.2−エ
ポキシブタン、エチレンオキシド、またはプロピレンオ
キシドと反応させて製造されるポリエステルである。別
の適当なポリエステルは低級2−ヒドロキシアルキル末
端基を有するポリアルキレングリコールテレフタレート
である。
さらに別の適当なポリエステル(4官能性)は無水トリ
メリット酸とプロピレングリコール(モル比2:1)か
らの半エステル中間体を、1.2−エポキシブタンと枝
分れモノカルボン酸のグリシジルエステルと反応させる
ことにより製造される。
非酸性ポリエステル製造に適当な無水ポリカルボン酸は
無水ジカルボン酸たとえば無水コハク酸、無水フタル酸
、無水テトラヒドロフタル酸、無水へキサヒドロフタル
酸、無水メチルへキサヒドロフタル酸で、生成物の加水
分解安定度とも関連して無水トリメリット酸は著しく適
している。
グリコールおよびモノエポキシドとは、150℃以下で
カルボン酸または無水物の官能基と反応し得る実在する
または潜在したアルコール官能基が分子当り2個より多
くない化合物のことである。
非常に適当なモノエポキシドは枝分れモノカルボン酸の
グリシジルエステルである。さらにアルキレンオキシド
、たとえばエチレンオキシドやプロピレンオキシドも使
用することができる。適当なグリコールは、たとえばエ
チレングリコールとポリエチレングリコール、プロピレ
ングリコールとポリプロピレングリコール、および1,
6−へキサンジオールである。非酸性ポリエステルはた
とえば、1段またはそれ以上の段で無水トリメリット酸
(TMA)を枝分れモノカルボン酸のグリシジルエステ
ルとモル比(1:1.5)〜(1: 3)で、所望なら
エステル化触媒、たとえばオクタン酸第−tytまたは
ベンジルジメチルアミンを用いて、50〜150℃の温
度で反応させることにより製造することができる。
別法として、無水トリメリット酸(1モル)を、まずグ
リコールまたはグリコールモノアルキルエーテル、たと
えばエチレングリコールモツプチルエーテルとモル比(
1:0.5)〜(1: 1)で反応させることができ、
その後、生成物を枝分れモノカルボン酸のグリシジルエ
ステル2モルと反応させる。さらにまた、無水ポリカル
ボン酸(分子当り2または3個のカルボキシル官能基を
をする)または無水カルボン酸の混合物を1.6−ヘキ
サンジオールのようなグリコールおよび/またはグリコ
ールモノエーテルおよびモノエポキシドと同時に反応さ
せることができ、その後、所望なら生成物をさらに別の
量のモノエポキシドと反応させることができる。水性組
成物用には、これらの非酸性ポリエステルはジエチレン
トリアミンのようなポリアミンで変性してポリエステル
アミドを形成することもできる。このような“アミン変
性”ポリエステルは前記の線状または枝分れアミン付加
物と混合して自己硬化性アミン付加物エステルを生成す
ることができる。
前記の型の非酸性ポリエステルは通常の有機溶媒に溶解
し、一般に成分(1)(1)と容易に混合し得る。
成分(1)(11と(1)成分(I)(2)の重量割合
は、各成分の反応性、所望の硬化条件および硬化被覆物
についての所望の性質によって広い範囲で変化し得る。
選択された混合物の最適比率は常法通り実験的に決定で
きる。一般的な指針として、重量割合は(90:10)
〜(50:50)、特に(80:20)〜(60740
)の範囲で選択することができる。
成分(II)はエステル交換促進金属化合物で、液体炭
化水素には溶解しないがそのほかの溶媒、たとえば水、
アルコール、エーテル、ケトンおよびエステル、または
これらの混合物には溶解する。
°液体炭化水素に溶解しない”とは、さらに明確に定義
すると、 20℃におけるトルエン中での溶解度が0.
02重量%より多くてはいけない”ということである。
金属化合物は室温では通常固体であり、微粉状態および
/または溶液で使用することができる0例として次のも
のがある:顔料のケイ酸鉛、鉛丹(Pb+Pa) 、ク
ロム酸亜鉛、テトラオキシジクロム酸鉛、ケイクロム酸
鉛、酸化物として二酸化アンチモン、およびPb 、 
Zn 、Fe +Li +CdおよびBiの酢酸塩、ギ
酸塩および炭酸塩、顔料の必要量によっては、顔料着色
(たとえば白、黄または赤)を望まない場合には、その
顔料を使用できないことがある。他方、そのような顔料
はたとえばブライマーの耐食性を向上させるために望ま
しいものとなり得る。これらの顔料は顔料/結合剤重量
割合が0.08:1以上、より好ましくは0.1:1以
上で所望のエステル交換活性を与え得ることかある。水
溶性塩は水和物または水溶液のこともあり、水性被覆用
組成物には望ましい。前記の金属塩は結合剤の1〜8重
量%、好ましくは3〜8重世%の量で使用することがで
きる。
180℃の熱板上でのゲル化時間の測定は簡単な装置を
用いた非常に有用な迅速試験法で、測定値は金属化合物
の所望の触媒活性をよく示す。
次選別のために、例1 (a)に記載したエポキシ樹脂
/アミン付加物を成分(1) (1)として、またビス
(2−ヒドロキシエチル)テレフタレートを成分(I)
+21として用いた。重量割合80/20のこれらの成
分を、促進剤として試験されるべき化合物と一緒に粉砕
し、乾式混合(粒子径2酊以下)し、ゲル化試験にかけ
た。促進剤を含まない混合物のゲル化時間は600秒ま
たはそれ以上であるが、満足できる硬化とはゲル化時間
が400秒またはそれ以下を期待している。ゲル化試験
は触媒としての金属化合物の大体の適性を示し、その後
に研究されるべき触媒/結合剤の重量割合の選定を可能
にする。ほかの各種化合物も成分(I)(11と(I)
(2)として使用することができ、また各種の重量割合
を適用することができ、このようにして、ゲル化試験は
適当な化合物の選定および/またはその重量割合の選定
に必要なデータを非常に迅速に提供でき、試料も少量(
各試験ごとに粉末で約0.5g)あればよく、配合も非
常に簡単である。
組成物に錯体形成剤を加えることは、一部の金属化合物
、特に亜鉛化合物の硬化時の活性を向上させ、そして/
または硬化被覆物の表面特性を向上させるために望まし
い。例としてアセト酢酸エステル、アセチルアセトン、
8−ヒドロキシキノリンがある。たとえば、酸化亜鉛顔
料(ゲル化試験では不活性)は電着試験ではわずかに活
性を示し得るが、錯体形成剤を加えると活性と表面外観
を向上させることができる。
オクタン酸塩やナフテン酸塩のような、炭化水素可溶性
金属化合物に比べて、本発明の不溶性の金属化合物は、
特に被覆用粉体や水性粉体懸濁液の組成物において、結
合剤成分(I ) (1)と(1)(2)と一般に容易
に配合できる。液体炭化水素可溶性金属化合物はふつう
親練り技術により配合しなければならず、そのときでさ
え、粉体のロール練りの間の付着や貯蔵中の粘着を起こ
し得る。水性ペイント懸濁液や陰極電着用ペイントのよ
うな水性系では、液体炭化水素可溶性金属化合物は緩慢
な加水分解または顔料による吸着のためにペイント安定
性の低下をきたし得る。
一般に、成分(1) (1)、  (I) 成分(I)
(2)および(II)は同時に、またはより好都合と思
われる任意の順序で混合することができる。場合によっ
ては、まず成分(1)(11と(1)+21を予備配合
し、この予備配合物を成分(II)と混合する方が好都
合である。
通常の添加剤、たとえば顔料、充てん剤、分散剤、安定
剤などを混合することができる。組成物は各種の材料に
適用することができるが、単独被覆層として、またはブ
ライマーやトンプコートとして適用され得る場合のよう
に、金属、たとえば裸(脱脂)鋼、リン酸塩処理鋼、亜
鉛、アルミニウム、またはブリキ(缶ラフカーとして)
に適用するのが好ましい0組成物ははけ塗り、噴霧、浸
せきのような、当該技術分野で周知の方法により、また
、電着により適用することができる。
溶剤型ワニスまたはペイントを製造するために、適当な
揮発性溶媒、たとえばアルコール、エーテル、グリコー
ルエーテル、ケトン、エステルなど、およびそれらの混
合物または炭化水素溶媒との混合物を加えることができ
る。
被覆用粉体の製造のために、成分(I ”) (1)と
(1)成分(I)(2)またはそれらの混合物は、製造
中および/または貯蔵中に粉体が粘着しないように、軟
化点が70℃以上であることが好ましい。
成分(1)(11が前記したような線状または枝分れア
ミン付加物である組成物は、好ましくはアミノ官能基の
20〜100%を酸、好ましくは有機カルボン酸、たと
えばギ酸、酢酸、クエン酸、または好ましくは乳酸で中
和することにより水溶性または水分散性被覆用組成物の
製造に使用することができる。水に溶解または分散させ
るために特に低いpt+は必要としない(周知の系の多
くの場合とちがって):pHは5.5〜7.0でふつう
十分である。これらの結合剤組成物は180℃でよ(硬
化し、焼付は被覆物の機械的および化学的抵抗性は良好
である。
前記のように中和された結合剤組成物は2−20重量%
の水溶液または水性分散液として陰極電着浴に使用する
ことができるが、そのとき、たとえば中和や水による希
釈を簡単化するために、組成物をまずグリコールエーテ
ルのような水溶性有機溶剤で希釈することができる。水
性電着浴も、通常の添加側、たとえば顔料、充てん剤、
分散剤、安定剤などを含むことができる。電着浴は、リ
ン酸塩処理を行なった、または行っていない鋼に被覆剤
を適用するのに使用することができる。
成分(1)(1)が第三アミノ基をもったエポキシ樹脂
/アミン付加物を包含する組成物は水性粉体懸濁液の製
造に使用することができ、懸濁液中で粉体粒子は結合剤
成分と緊密に混合しており、この混合物の軟化点は少な
くとも70℃で、懸濁液中の粒子径は実質的に20マイ
クロメ一ター未満である。成分(1) +11はさらに
、固体ポリエポキシド、好ましくは、エポキシ分子質量
が700−1200、好ましくは750−1000であ
る、2.2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
のポリグリシジルエーテルを包含することができる。
製造方法および貯蔵要件の点から、混合物の軟化点は少
なくとも70°Cが好ましく、主要結合剤成分の軟化点
がこの温度以上であることはさらに好ましい。
前記水性粉体懸濁液においてはエポキシ樹脂/アミン付
加物の中和は不要で、また事実、主要結合剤成分は水に
不溶性であることが好ましい。さらに、表面活性剤も不
要である。前記に定義した水性粉体懸濁液の製造は、ま
ず固体成分を緊密に混合し、次にこの混合物をその重量
の少なくとも273倍の水の中で練って粒子径を20マ
イクロメーター以下にするようにして行なうのが好まし
い。
緊密混合は粉体ペイント製造の分野で周知の方法により
行なうのが好ましく、この方法は、粉砕結合剤成分とそ
のほかの固体成分を乾式混合してから、好ましくは押出
機中で短時間融解混合し、冷却しそして冷却押出物を粉
砕することを含む。水性懸濁液が粒子径20マイクロメ
ーターまで練り砕かれると、平均粒子径はかなり小さく
なり、実質的な量の極微小粒子の存在により、懸濁液の
安定性が向上する。
被覆剤は適用後、たとえばほとんどの目的に対して15
0〜200℃、好ましくは150〜180℃で10〜3
0分焼付けて硬化させることができる。缶被覆では20
0℃までの温度が好ましい。
被覆は上記の温度におて適切に硬化できる。なぜならば
β−ヒドロキシル基がエステル交換反応において大なる
活性を示すものであるからである。
正確な硬化条件はもちろん成分の反応性と量によって異
なる。
エステル交換反応は、これまで、アルキド樹脂、繊維用
線状ポリエステルの製造に、そして一般には有機溶媒に
可溶の可融性ポリエステルの製造に利用されてきた。し
かし、使用温度は一般に200℃よりはるかに高く、反
応時間は少なくとも数時間であり、また触媒の量はふつ
う非常に少なく、ポリエステルの重量の0.1%以下で
ある。これらの利用のいずれによっても、本発明の組成
物の成分の場合のエステル交換反応が、200℃以下の
硬化温度において実質的に1時間以内の硬化時間で被覆
物を架橋するために、すなわち不溶性不融性ポリエステ
ル用被覆物の形成に利用できることは、従来の文献には
示されていない。
本発明を実施例によって説明する。実施例中の部は、特
に断わらない限り重量部である。分析値(アミノ、エポ
キシ、ヒドロキシル)は不揮発性物質を基準としている
ポリエーテルDとEは市販の固体2.2−ヒス(4−ヒ
ドロキシフェニル)プロパンのグリシジルポリエーテル
で、エポキシ分子質量(epoxy lIolarma
ss)はそれぞれ472と893、ヒドロキシル基含量
はそれぞれ0.29と0.33当量/100g、そして
分子t(Mn)は、それぞれ約900と約1400であ
る。グリシジルエステルCI OEは市販の飽和脂肪族
モノカルボン酸のグリシジルエステルで、カルボキシル
基は第三または第四炭素原子に結合し、そして、モノカ
ルボン酸は分子当り平均10個の炭素原子をもち、グリ
シジルエステルのエポキシ分子質量は250である。耐
衝撃性すなわち衝撃強さは英国標準落球試験で測定した
衝撃の強さの逆数であるがCI!1kgで記録した;>
90cmkgは硬化で極めて良好であることを示す。
耐塩水噴霧性はASTM−8117−64に従い、指定
日数後、引っかきにより剥離nで記録した。“MEK摩
擦”はメチルエチルケトンをしめした布で硬化被覆物を
摩擦した回数である。MEK摩擦50は硬化が良好なこ
とを示す。
例■:以後の実施例に使用するヒドロキシル含有樹脂化
合物 a) ポリエーテルD1モノエタノールアミンおよびジ
ェタノールアミンの付加物。ポリエーテルD(1888
部、4エポキシ当量)を融解し、モノエタノールアミン
(61部、1モル)とジェタノールアミン成分(I)(
2)0部、2モル)の混合物と、140−145℃で3
時間反応させた。温液体付加物をアルミ箔上に注ぎ、放
冷した。固体の脆い生成物は残留エポキシ基含量が0.
01当量/100gで、計算ヒドロキシル基含量は0.
67当量/100g、そして計算分子量は2160であ
った。
b)線状ポリエーテル/アミン付加物溶液。エチレング
リコールモノブチルエーテル(1610部)中のポリエ
ーテルD(2832部、6エボキシ当量)の溶液に、ジ
ェタノールアミン成分(I)(2)0部、1モル)、3
−N、N−ジメチルアミノプロピルアミン(102部、
2モル)および1,6−ジアミツヘキサンとグリシジル
エステルCI OEの付加物(616部、付加物2モル
)を加えた。この付加物は1.6−ジアミツヘキサン(
1160部、10モル)をグリシジルエステルc 10
 B (5000部、20モル)と80℃で3時間反応
させで製造した。ポリエーテルとアミンの混合物を撹拌
しつつまず85−90℃で2時間加熱し、次に120℃
で1時間加熱して反応させた。残留エポキシ基含量はゼ
ロであった。N含量:1.60ミリ当量/g、OH含量
:0.56当量/100g、固形分ニア0%W、計算分
子量は3760であった。
例■:架橋性化合物として以後の実施例で使用されるポ
リエステル。
a) ビス(2−ヒドロキシエチル)テレフタレート。
テレフタル酸(996部、6モル)、エチレングリコー
ル(2232部、36モル)およびジブチル錫オキシド
(9部)を190−195℃で6時間、水と一部のエチ
レングリコールを留去しつつ加熱した。混合物を撹拌し
つつ60℃に冷却してエステルの結晶化を開始させ、次
に氷水(57りに注加した。エステルをろ別し、2回水
洗し、60℃で乾燥した。生成物の融点:100〜10
5℃;残留酸含有:0.017ミリ当量/g。
b)無水トリメリット酸とグリシジルエステルCl0E
(モル比1:2)からのポリエステル。
無水トリメリット酸(192g、1モル)とグリシジル
エステルCl0E (500g、2モル)を混合し、撹
拌しつつ100℃に加熱した。発熱反応が始まり、温度
を190℃まで上るままにした。混合物を140℃まで
冷却し、触媒としてベンジルジメチルアミン(2g)を
加え、I40℃で3時間加熱した。粘性のある透明な生
成物は酸含量が0.053ミリ当量/gで、分子量(G
PC)は約3000であった。
例■:粉体の水性スラリー 実施例1 (a)のエポキシ樹脂/アミン付加物(16
00部)を粗粉砕して粒子径約2flとし、そして実施
例11(blのポリエステル<400部)、酸化亜鉛(
480部)、クロム酸亜鉛(320部)、および市販ア
クリレート系流れ調整剤(10部)と乾式混合した。混
合物を押出機で均質にした(バレル温度:90℃、スク
リュー温度:40℃、スクリュー速度:40rpo+)
、押出物(95℃)を室温まで冷却し、粉砕し、分級し
て粒子径〈75マイクロメーターの粉体を得た。
上記のごとく分級した粉体(粒子径く75マイクロメー
ター、200部)と脱イオン水(200部)を実験用高
速ボールミル中で10分間混合した。粒子径が20マイ
クロメーター以下のスラリーが得られた。さらに水(2
0部)を加えて粘度を調節した。このスラリーを、ふつ
うのペイントスプレーガンを用いて空気圧5気圧で、脱
脂した冷間圧延鋼板に吹付けた。蒸発分離(flash
−off )時間15分の後、鋼板を180℃で20分
焼付けした。硬化黄色被覆物の性質は次の通りである:
外観           :良好 皮膜厚み                  : 4
0−45フイク「メーター接着性(ギフテルシュニフト
>          :C,t    。
キシレン浸漬(22℃で15分):影響なし耐衝撃性 
        :〉90−・kg硬さ(ケーニッヒ)
     7180秒例■:粉体の水性スラリー 例1 (a)のヒドロキシル基含有樹脂(1600部)
を粒子径約2鳳置に粗粉砕し、例II(b)の架橋性ポ
リエステル(200部)、二酸化チタン(320部)、
酸化亜鉛(1280部)および市販のアクリレート型流
れ調整剤(10部)と乾式混合した。この混合物を、例
■と同じ条件で実験用押出機を用いて押出して均質にし
た。押出物を粉砕し、分級して粒子径75マイクロメー
ター以下とした。この粉体(200g)と酢酸亜鉛・2
HzO(6g)を脱イオン水(200g)中に、実験用
高速ボールミルで10分間分散させた。さらに水(20
g)で希釈後、得られた安定なスラリー(粒子径<20
マイクロメーター)を、脱脂した冷間圧延鋼板に吹付け
、15分蒸発分離させ、次に180℃で20分焼付けし
た。厚み約40マイクロメーターの、十分に平滑化した
、光沢白色被覆物が得られ、その性質は次の通りであっ
た: 硬さ(ケーニッヒ)     :160秒接i 性(ギ
フテルシュニフト)        : G t   
O耐衝撃性        :>90C11−瞳キシレ
ン浸漬(22“Cで15分):影響なし耐メチルエチル
ケトン  :>100往復摩擦例V:陰極電着系におけ
る架橋反応に及ぼす顔料の影響 例1 (b)に樹脂溶液(1637g、固形分1146
g)を、エチレングリコールモノブチルエーテル(18
3g)に溶解した例II (d)の架橋性ポリエステル
(183g)と混合した。乳酸(90重量%水溶液82
g)を加え、混合物を脱イオン水(3930g)で徐々
に希釈した。得られた水溶液は乳濁した外観を呈し、固
形分は25重量%であった。水溶液の一部(150g)
を用いて、顔料(37,5g)を実験用サンドミル中で
30−45分間分散させ、そのときヘゲマン(Hegn
+an)粒度は10−15となった。得られた顔料分散
体を前記水溶液(450g)で希釈し、最後に脱イオン
水(612,5g)で希釈して固形分を15重量%とじ
た。得られたペイントはpoが6〜6.2で、溶剤脱脂
鋼板上に150〜200Vの電圧で陰極電着され、乾燥
皮膜厚み約20マイクロメーターの被覆物が沈着した。
被覆物を水洗し、180℃または200℃で30分間焼
付けした。
得られた架橋度は被覆物についてのMEK摩擦回数と耐
衝撃性の測定により評価した。MEK摩擦≦10および
/または衝撃強さく l Q cm −kgは硬化して
いないことを示し、次の顔料の場合にその値が得られた
二二酸化チタン、硫酸バリウム、赤色酸化鉄、緑色三酸
化クロム、リン酸亜鉛、酸化亜鉛、モリブデン/亜鉛/
カルシウム顔料。そのほかの顔料の評価結果を表■に示
す。Nos、 4〜9の場合に適当な硬化が得られ、一
方阻3はごくわずかな硬化度を示したにすぎない。
以下余白 、表」−: ■の 着   の評 例■:陰極電着ペイント 例夏山)の樹脂溶液(196,4g;固形分137.5
g)を、エチレングリコールモノブチルエーテル成分(
I)(2),9g)に溶解した例II (dlの架橋性
ポリエステル(51,2g)と混合した。乳酸(9,8
g)を加え、混合物を撹拌しつつ脱イオン水(472g
)で徐々に希釈した。この水溶液の一部(150g)、
二酸化チタン(22g)、ケイ酸鉛(13,5g)およ
びカーボンブランク(2g)をサンドミルで45分間分
散させ、そのときヘゲマン粒度は10以下になった。こ
の顔料ペーストを前記水溶液(450g)で希釈し、最
後に脱イオン水(612,5g)で希釈してペイントの
固形分を15重量%にした。
このペイントはpHが6.1で、22℃における比導電
率が1700マイクロS/aaであった。このペイント
を脱脂冷間圧延鋼板に150V(直流)で2分間陰極電
着させた。被覆されたパネルを水洗し、下記の温度で焼
付けした。厚みが17〜19マイクロメーターの非常に
平滑な灰色被覆物が得られた。次の表が示すように、焼
付は温度を160℃まで下げても適切な架橋と優れた耐
塩水噴霧性が得られた: 例■:炭化水素不溶性触媒を含有する陰極電着ペイント a)固形分25重量%の結合剤水溶液を例■に記載の通
り製造したが、本例では前記乳酸の代わりに酢酸(55
g)を用いた。この溶液の一部(100g)、赤色酸化
鉄(11,3g)、クレーASP100(0,7g)、
酢酸亜鉛Zn(CHzCOO)z  ・2HzO(1,
6g)および水(20g)をサンドミルで45分間分散
させ、そのときヘゲマン粒度は10以下であった。この
顔料分散液を25重量%の水溶液(100g)と脱イオ
ン水(169g)で希釈して固形分15重量%とじた。
得られたペイントはpHが6.0で、25℃における比
導電率が3080マイクロS/cmであった。
このペイントを下記の条件で脱脂冷間圧延鋼板に電着し
た。水洗後、鋼板を180℃で30分間焼付けした。次
の表が示すように、十分に架橋した被覆物が得られたが
、適用電圧が50Vを超えると電着被覆物の外観は粗く
なった。
覆物はすべて十分に架橋した: b) サンドミル処理をアセチルアセトン(3g)中で
行なった以外は配合法(a)を繰り返した。得られたペ
イント(固形分15%)はpHが6.0で、25℃にお
ける比導電率は2700マイクロS/amであった。電
着と焼付けは例Vl falO通りに行なった。十分に
均展化した平滑被覆物が200Vまでの電圧で得られた
。次の表から明らかなように被200vで被覆した鋼板
をASTM B 117−64塩水噴霧試験にかけた。
暴露時間20日後、引っかきによる接着低下は31m以
下であった。
例■:粉体被覆物と陰極電着ブライマーとの融和性をみ
るためのこれらの系の組合わせに対する試験 例■(b)に記載した配合物を用いて、脱脂冷間圧延鋼
板を200vで陰極電着した。鋼板(被覆物厚み20マ
イクロメーター)を水洗し、加圧空気を吹き付けて乾燥
した。例■に記載した黄色被覆用粉体を(未硬化の)赤
色電着被覆物の表面上に静電吹付けした。次に鋼板を1
80℃で20分間焼付けした。全体の厚みが75−80
マイクロメーターで十分に均展化した非常に平滑な被覆
物が得られた。得られた被覆物が焼付は中の両波覆物の
(部分的)混合により橙赤色になったことは、黄色粉体
と赤色電着被覆物の相互融和性がよいことを示している
。組合わされた前記被覆物は十分に架橋しており(ME
K摩擦〉50.衝撃強さ40am−kg)、耐塩水噴霧
性が優れていた。
例■:触媒としての酸化亜鉛および添加剤を含有する陰
極電着ペイント a) 乳酸の代わりに酢酸(55g)を用いた以外は例
■に記載の通りに、固形分25重量%の結合剤水溶液を
製造した。この溶液の一部(200g)の中に、二酸化
チタン(24g)、クレーASP−100(1,5g)
 、カーボンブランク(1,5g)および酸化亜鉛(1
,5g)をサンドミルで45分間分散させた。そのとき
、ヘゲマン粒度は10以下であった。この顔料分散体を
さらに25重量%の水溶液(200g)と脱イオン水(
426g)で希釈してペイントの固形分を15重量%に
した。
得られたペイントはpHが6.1で、25℃における比
導電率が2700マイクロS/Cl1lであった。
このペイントを脱脂冷間圧延鋼板(0,5鶴厚)に15
0V、25°Cで2分間電着させた。鋼板は水洗後、1
80℃で30分間焼付けした。得られた灰色被覆物は架
橋していた(MEK摩擦〉50)が、表面外観はやや粗
かった。
b)およびC)。 サンドミル処理の前に、(b)エチ
ルアセトアセテート(8g)または(c)8−ヒドロキ
シキノリン(8,7g)を加えて、前記(alを繰り返
した。結果を次の表に示す。
焼付け: 60℃×30分

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)( I )(1)エチレン的不飽和性が実質的にな
    く、分子量が少なくとも900で、ヒドロキシル基含量
    が100g当り少なくとも0.2当量でありそしてアミ
    ン基を含むかまたは含まない非酸性樹脂化合物と、 (2)架橋剤として、β−ヒドロキシルエステル基が分
    子当り1個より多い非酸性ポリカルボン酸ポリエステル
    との混合物または初期縮合物であって、成分(1)と(
    2)の少なくとも一方のヒドロキシル官能性が2より大
    きい該混合物または初期縮合物と、 (II)硬化触媒として、液体炭化水素に不溶性のエステ
    ル交換促進金属化合物 とを包含する、熱硬化して不溶性かつ不融性被覆物を与
    える熱硬化性結合剤組成物を、結合剤として含有するこ
    とを特徴とする水性バインダ系。 (2)成分( I )(1)のヒドロキシル基含量が10
    0g当り0.8当量より多くない、特許請求の範囲第1
    項記載の水性バインダ系。 (3)成分( I )(1)が式 A−B■C−B■_mA 〔式中、 mは0〜2の数、 Aは第三アミノ官能基結合を介してBに結合しているア
    ミノ基、 Bは基 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、 nは0〜4の数、そして Rは二価フェノールの炭化水素基である)であり、そし
    て Cは2個の第三アミノ官能基結合を介してBに結合して
    いるアミノ基である。〕のアミン付加物である特許請求
    の範囲の第1項または第2項記載の水性バインダ系。 (4)Aがジアルカノールアミノ基である特許請求の範
    囲第3項記載の水性バインダ系。(5)成分( I )(
    1)がアミン付加物であり、結合剤は酸で少なくとも一
    部中和されたものである特許請求の範囲第1項−第4項
    のいずれか一項に記載の水性バインダ系。 (6)結合剤が室温において固体であり、そして70℃
    上り上の軟化点を有するものである特許請求の範囲第1
    項−第4項のいずれか一項に記載の水性バインダ系。 (7)結合剤が水に不溶である特許請求の範囲第6項記
    載の水性バインダ系。 (8)成分( I )(1)が、少なくとも1200の分
    子量(@M@n)を有する、2,2−ビス(4−ヒドロ
    キシフェニル)プロパンのグリシジルまたはグリセリル
    ポリエーテル重合体である特許請求の範囲第6項または
    第7項記載の水性バインダ系。 (9)成分( I )(1)が、スチレンとアリルアルコ
    ールとの樹脂状共重合体である特許請求の範囲第6項ま
    たは第7項記載の水性バインダ系。 (10)成分( I )(1)が、ヒドロキシアルカンモ
    ノカルボン酸と、2,2−ビス(4−ヒドロキシルフェ
    ニル)プロパンのポリグリシジルポリエーテルとから得
    られるポリエステルである特許請求の範囲第6項または
    第7項記載の水性バインダ系。 (11)成分( I )(1)と成分( I )(2)の少な
    くとも一方が、2−ヒドロキシアルキルアクリレートま
    たは−メタアクリレートと、そのほかの1つまたはそれ
    以上の共重合性単量体とのヒドロキシル基含有共重合体
    である特許請求の範囲第6項または第7項記載の水性バ
    インダ系。 (12)成分( I )(1)が、第3アミノ基を有する
    エポキシ樹脂/アミン付加物を含有するものである特許
    請求の範囲第6項または第7項記載の水性バインダ系。 (13)成分( I )(2)が、ポリカルボン酸または
    その無水物、1つまたはそれ以上のグリコール、グリコ
    ールモノエーテル、ポリオール、および/またはモノエ
    ポキシドからつくられた非酸性ポリエステルである特許
    請求の範囲第1項〜第12項のいずれか一項に記載の水
    性バインダ系。 (14)成分( I )(2)が無水トリメリット酸から
    誘導されたものである特許請求の範囲第13項記載の水
    性バインダ系。 (15)成分(II)が多価金属の化合物である特許請求
    の範囲第1項〜第14項のいずれか一項に記載の水性バ
    インダ系。 (16)( I )(1)エチレン的不飽和性が実質的に
    なく、分子量が少なくとも900で、ヒドロキシル基含
    量が100g当り少なくとも0.2当量でありそしてア
    ミン基を含むかまたは含まない非酸性樹脂化合物と、 (2)架橋剤として、β−ヒドロキシルエステル基が分
    子当り1個より多い非酸性ポリカルボン酸ポリエステル
    との混合物または初期縮合物であって、成分(1)と(
    2)の少なくとも一方のヒドロキシル官能性が2より大
    きい該混合物または初期縮合物と、 (II)硬化触媒として、液体炭化水素に不溶性のエステ
    ル交換促進金属化合物 とを含有する水性バインダ系を2−20重量%含む水性
    ペイント浴中で電着操作を行うことによって、表面上に
    不溶不融性被覆をつくる方法。
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