JPH03149269A - 顔料分散剤、その製造法及びそれを含有してなる陰極電着被覆組成物 - Google Patents

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、イミダゾリン残基（ｍｏｉｅｔｙ　）　　を
含有する第１級アミンと炭酸アルキレンとの反応生成物
である顔料分散剤、該顔料分散剤の製造法、及び該顔料
分散剤な含有する着色された（　ｐｉｇｍｅｎｔｅｄ　
）電着可能な（ａｌｅｅｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔａｂｌｅ
）被覆用組成物に関する。

電着（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）による
導電性基体（ｓｕｂｓ＋ｔｒａｔｅ　）の被覆は、周知
であシ、そして重要な工業的方法である。例えば、電着
は、自動車工業において自動車の車体（ｓｕｂｓｔｒａ
ｔ＠）　Ｋ　７”ライマー（下塗り塗料）を塗布するの
に広く使用されている。この方法では、導電性物品は、
皮Ｓ形成性重合体の水性エマルジョンρ）ら形成された
被覆組成物中に１つの電極として浸漬される。この電極
として働き且つ被覆される対象となる物品と、上記水性
エマルジョンと電気的に接触している対向電極との間に
、該物品上に所望の被覆が形成されるまで電流が通され
る。被覆すべき物品は、陽極である対向電極な含む電気
回路において陰極である。

陰極（ｅａｔｈｏｄｉｅ　）　　電着浴に使用される被
覆用の樹脂組成物もまた当該技術において周知である。

前記の樹脂は、代表的には鎖延長され且つ窒素を含む様
に付加されたポリエポキシド樹脂から製造される。その
窒素は、代表的Ｋｔｊア建ン化合物との反応によって導
入される。代表的には、前記の樹脂を架橋剤と混合し、
次いで酸で中和して通常一次（ｐｒｉｎｅｉｐａｌ　）
エマルジョンと称される水性エマルジョンな形成させる
。

上記の一次エマルジョンを顔料に〜スト、凝集溶剤、水
及び他の添加剤と通常は被覆する場所で混合して電着浴
を形成させる。この電着浴は、陽極を収容している絶縁
タンクに入れられる。被覆すべき物品は陰極を形成し、
且つ電着浴を収容しているタンク中に通される。！ライ
マー被膜の厚みは、電着浴の特性、電気的作業特性及び
浸漬時間によって変化する。

被膜された物品は、所定時間後に電着浴から取り出され
る。該物品を脱イオン水で洗浄し、得られた１ライマー
被膜を代表的には炉（オープン）中で架橋を生じるのに
十分な温度で硬化させる。

陰ｉｉ；ｉ着可能な樹脂組成物、被橙浴及び陰極電着方
法については、米国特許第５．９２２．２５３号、同４
．４１９．４６７号、同４，１３７．１４０号及び同４
，４６８．３０７号各明ｕＢ＠に記載されている。

顔料分散剤は、電着被５　（ｅｌｅｅｔｒｏｅｏａｔ　
）プライマー組成物の非常に重要な構成部分である。顛
科分散法は、−次顛科粒子の凝塊物（ａｇｇｌｏｍｓｒ
ａｔ＠易）又ｔｉｔ凝集物（ａｇｇｒａｇａｔｅｓ　）
　　ｎ・らの該顔料粒子の分離、吸蔵された空気及び吸
着水の置換並びに分散樹脂による顔料表面の湿潤及び被
覆を伴なう。

理想的には、分散する間忙機械的に分離されている各一
次粒子も凝集しないように安定化される。

顔料粒子が塗料中に適当に分散され且つ安定化されてい
ないと、製造者によって顔料に付与された諸利点が失わ
れ得る。例えば、顔料が電着浴中で沈降し得、その結果
、基体の防蝕性が失われることになる。更Ｋ、不十分な
顔料分散によって表面外観及び作業特性が悪影響を受け
ることになる。

顔料分散剤が良ければ良い程、必要とされる分散剤は少
量で済み、従って使用される顔料一分散剤比を向上し得
る。このことは結果として分散剤コストの節約、作業性
の改良、生産能力の向上及び電着浴中の揮発性有機物濃
度（ＶＯＣ）の低下を計れ得る。陰極電着被覆法に使用
される現在市販されている顔料分散剤は、代表的にはオ
ニウム塩又はアミン塩のいずれかを含有するポリエポキ
シド樹脂である。当該技術で公知の顔料分散剤を使用し
た場合には、得られる顔料ペースト中の最大の顔料一分
散剤比（場合によっては″顛科−バインダー比”として
知られている）は３：１である。

又、上記の顔料分散剤は、電着被覆浴のＶＯＣ（揮発性
有機物濃度）を高める溶剤の使用を必要とする。現在市
販されている顔料分散剤は、少なくとも３０〜４０憾の
溶剤を含有している・問題は、顔料一分散剤比を最大化
し且つ必要とされる溶剤をｔｔ最小化するか又は全く使
用しないで済む顔料分散剤を見い出すことである。この
様な顔料分散剤が見い出されれば、分散剤のコスト節約
、加工性の向上及び電着被覆浴中のＶＯＣの低下を計れ
るであろう。

本発明によれば、中炭酸アルキレンと、（ｉｔ）次の構
造式： ％式％ とによって製造される顔料分散剤が提供される。

本発明の顔料分散剤を使用することによって顔料に−ス
ト中の顔料一分散剤比を１２＝１或はそれ以上に上昇さ
せることが出来ることが知見された。これは非常に驚く
べきことであり約３＝１の顔料一分散剤比を必要とする
現在市販されている顔料分散剤に比べて４倍も改良され
ている。更Ｋ、本発明の顔料分散剤は顔料分散剤中にお
ける溶剤の使用を省略して排除することを可能とし、こ
のような次第で１００憾固形分にすることができる。

また、本発明の顔料分散剤は次の（ＩＩ〜ｃ圀の付加的
な特性を有する。すなわち（ｉ）有機酸でプロトン化す
るととによって水分散性にすることができる；（２１ア
ミノ化反応が速く、副反応を殆んど生じないか又は全く
生じない；（３１低い粘度を有している；（４１優れた
機械的安定性を有している；及び（団完全に水溶性とす
ることができるという諸特性な有する。

本発明の顔料分散剤は、種々の異なる被覆用途、例えば
、噴霧、浸漬或はローラー被覆に使用可能である。本発
明の新規な顔料分散剤の主たる用途の１つは陰極電着被
覆法における用途である。本発明の顔料分散剤を陰極電
着被覆用途に使用する方法について以下に説明する。し
かしながら、これらの説明は本発明の顔料分散剤の可能
な用途な限定するものではない。

前記の通り、陰極電着浴中の大部分の一次エマルジョン
がエポキシ−アミン・付加物であるバインダー樹脂を有
することは周知である。該アミン−エポキシ−付加物は
架橋剤と混合され且つ水溶性又は水分散性生成物を得る
ために酸で中和される。本発明の新規な顔料分散剤は、
種々の異なる陰極電着被膜バインダー樹脂と共に使用す
ることができるが、好ましいＩｆイングー樹脂はエポキ
シ−アミン樹脂である。

本発明の別の要旨によれば、エポキシ−アミン・・童イ
ンダー樹脂と顔料と顔料分散剤とな含有してなる陰極電
着可能な（ｅｌｅｃｔｒｏｄａｐｏｓｉｔａｂｌｅ　）
被覆組成物であって、該顔料分散剤が（ｉ）炭酸アルキ
レンと（ｉ）次の構造式： ％式％ 〔式中、ＲＦｉ、（Ｃａ〜Ｃ２４）アルキル基である〕
のイミダゾリンアミン化合物との反応生成物である陰極
電着可能な被覆組成物が提供される。

適当なエポキシ−アミン樹脂は米国特許第４．４１９．
４５７号明細書に記載されているものであり、該明細書
は本明細書において参照される。

上記の・ぐインダー樹脂用の好ましい架橋剤もまた当該
技術で周知である。これらの架橋剤は、脂−肪族及び芳
香族イソシアネート、例えば、ヘキサメチレンジイソシ
アネート、トルエンジイソシアネート及びメチレンジフ
ェニルジインシアネートである。これらのイソシアネー
トは、インシアネート官能基（即ち架橋官能基）をブロ
ックするオ＊ｙｈ又ｕアルコールの如きブロック剤ト予
メ反応させられる。このブロック化インシアネートを加
熱するととによって上記のオキシム又はアルコールが脱
ブロックして遊離のイソシアネートな発生し、このイソ
シアネートが次々にノＺインダー樹脂のヒドロキシ官能
基と反応して架橋を生じる。

これらの架橋剤もまた米国特許第４．４１９，４６７号
明細書に記載されている。

前記のエポキシ−アミン樹脂を酸で中和してそのカチオ
ン性を付与することも当該技術で周知である。得られた
バインダー（又は主鎖）樹脂を顔料ペースト、脱イオン
水、及び添加剤例えばクレータ−防止剤及び可塑剤と混
合して電着被覆塗料浴を形成させる。

上記カチオン性樹脂及びブロック化イソシアネート力主
エマルジヨン中の主たる樹脂成分であり且つ通常は固形
分の約３０〜５０重量係の量で存在する。

上記の樹脂成分の外に、本発明の電着被膜可能な組成物
ははーストの形態で該組成物に包含された顔料な含有し
ている。顔料はーストは、本発明の顔料分散剤樹脂中和
、任意の添加剤例えば湿潤剤、界面活性剤及び消泡剤と
ともに＃ｊ料を磨砕することによって調製される。顔料
分散剤は当該技　術で周知である。磨砕後［Ｆｉ、顔料
の粒子径は出来るだけ小さく−あるべきで、通常は約６
〜８のヘゲマン（Ｈｅｇｍａｎ　）　　グラインディン
グゲージ（ｇｒｉｄｉｎｇ　ｇａｕｇｅ　）が使用され
る。

本発明の実施に使用できる顔料としては、二酸化チタン
、塩基性硅酸鉛、クロム酸ストロンチウム、カーボンブ
ラック、酸化鉄及びクレーが挙げられる。これらは自動
車用！ライマーで典型的に　使用されている顔料である
。また、本発明の顔料分散剤は、別の１ライマーを使用
しない用途の有機顔料と共に使用可能である。

本発明の顔料分散剤はイミダゾリン残基な有する第一級
アミンと炭酸アルキレンとの反応生成物テアル°本発明
において最も好ましい炭酸アルキレンは炭酸プロピレン
である。別の好ましい炭酸アルキレンは炭酸エチレンで
ある。別の使用可能す炭酸アルキレンとしては、次式： ％式％ （式中、ｕｌ　、　Ｒ２、ｎ５　　及びＲ４はそれぞれ
水素原子、メチル基又はエチル基である）で示される環
　状炭酸エステルが挙げられる。

前記のイミダゾリンアミン化合物（ｉ）は、イミダプリ
ン残基な有するｗＥ１級アミンであり、以下、イミダゾ
リンアミンという。

前記のイミダゾリンアミン化合物は、次式：％式％ 〔式中、ＲＦｉ（Ｃ８〜Ｃ２４）アルキル基である〕で
示されるカルボン酸をジエチレントリアミンと反応させ
ることによって製造できる。

前記カルボン酸を、溶媒の存在下でジエチレントリアミ
ンにゆっくり加えて反応による中和熱を発生させる。中
和熱を発生させた後に、次いで混合物を還流下１５０〜
１６００ＣＫ加熱して縮合反応による生成水を完全に除
去する。次いで、溶媒な減圧下で除去して最終生成物す
なわちイミダゾリンアミンを得る。

次いで、上記イミダゾリンアミンを炭酸プロピレン（本
発明において好ましい炭酸アルキレンである）と反応さ
せると、次式： （式中、Ｒは前記の意義を有する）を有する化合物又は
樹脂を生成する。

本発明の別の要旨によれば、（ｉ）炭酸アルキレンと（
ｉ）次の構造式： ％式％ 〔式中、Ｒは（Ｑｌ−Ｃ２４）アルキル基である〕のイ
ミダプリンアミン化合物とン反応させることからなるイ
ミダゾリンアミン−炭酸アルキレン・顔料分散剤の製造
法が提供される。

前記のイミダゾリンアミン化合物と炭酸アルキレン（例
えば炭酸プロピレン）は、過剰量の炭酸アルキレン又は
イミダゾリンアミン化合物が存在しないように化学量論
的に反応させることが重要である。過剰量のイミダゾリ
ンアミンが存在すると、その場合Ｋｆｉ、前記分散剤が
未反応イミダゾリンアミンを含有し、該未反応イミダゾ
リンアミンが最終的に得られる被ｌｌ！な感水性（ｗａ
ｔｅｒｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　）　Ｋ　ｌ、、しかも物理
的欠陥例えばピンホールを生じる。過剰量の炭酸アルキ
レンが存在すると、その場合にはおそらく最終的に得ら
れる電着被膜に物理的欠陥が生じ易くなる。

イミダゾリンアミン化合物と炭酸プロピレンとの間の反
応は、イミダゾリンアミン化合物に炭酸プロピレンを４
０°Ｃでゆっくり加え、該反応を約７１°Ｃ迄発熱させ
ることによ２て行なわれる。反応は、反応生成物の理論
アミン当量約３６９（実験値アミン当量３７３）が達成
される迄上記の温度に保持される・ 前記の反応条件下でイミダゾリンアミン化合物と炭酸ア
ルキレンとを反応させると副反応を最小限に抑えた反応
生成物を生成する。

この生成物は次の（ｉ１〜１５］の諸特性を有する。す
なわち（ｉ）有機酸でプロトン化することによって水分
散性にすることができる；（２Ｊそのアミノ化反応が早
く、副反応を殆んど生じないかＸは全く生じない；（３
）低粘度を有している；（４１非常に優れた機械的安定
性を有している；及び（５）完全に水溶性にすることが
できるという諸特性な有する。

好ましい中和用の酸は乳酸である。

電着被覆塗料浴中の顔料−樹脂重量比は非常に重要であ
って、好ましくはｓ　ｏ　：　ｉｏｏ以下で、更に好ま
しくは４０　：　１００で、通常は約２０〜４０：１０
０であるべきである。また顔料−樹脂固形分重量比が高
すぎると凝集及び流動性に悪影響があることも知見され
た。

本発明の被覆組成物は、任意の成分、例えば湿潤剤、界
面活性剤、可塑剤及び消泡剤ケ含有することができる。

界面活性剤及び湿潤剤の例としては、アルキルイミダゾ
リン類、例えば商品名ＡｍｉｎｅＣとしてチバ・ガイギ
ー・インダストリアルケミカルズ社から入手できるもの
、及び商品名８ｕｒｆｙｎｏｌ　１０４　Ａ（Ｓｕｒｆ
ｙｎｏｌ　　は商標である）としてエアプロダクツ・ア
ンド・ケミカルズ社から入手できるアセチレンアルコー
ルが挙げられる。これらの任意成分は、存在する場合に
は、樹脂固形分の約０〜２０重ｉ１９１ｉを構成する。

可塑剤は流動性な促進させる任意成分である。

その例としては高沸点の水溶性物質、例えばノニルフェ
ノール又はビスフェノールＡのエチレン又ｔ−１ｆ口ビ
レンオキシド付加物が挙げられる。可塑剤は、樹脂固形
分の約Ｄ〜１５重量係の量で使用することができる。

通常は組成物中に錫触媒の如き硬化触媒を存在させる。

それらの例としてはジプチル錫ジラウレート及びジブチ
ル錫オキシドが挙げられる。触媒を使用する場合には、
これらの触媒には代表的には樹脂固形分総重量の約０．
０５〜２重量係の量で錫を存在させる。

本発明の電着可能な被覆組成物は水性媒体中に分散させ
る。本発明明細書で使用する分散”という用語は、２相
の半透明又は不透明水性樹脂系であって、その系中では
樹脂が分散相中に存在し、水が連続相中に存在するもの
と考えられる。樹脂相の平均粒子径は約０．１〜１０ミ
クロン、好ましくは５ミクロン以下である。水性媒体中
の樹脂状生成物の濃度は、一般的Ｋｆｄ、臨界的ではな
いが、通常社水性分散物の大部分が水である。水性分散
物は通常は約３〜５０憾、好ましくは５〜４０重量憾の
樹脂固形分を含有している。水で更に希釈すべきである
水性樹脂濃厚物は、通常ｔｉ１０〜３０重量係のｍ固形
分１量範囲にある。

水性媒体は水の外に凝集溶剤を含有することができる。

有用な凝集溶剤としては炭化水素類、アルコール類、エ
ステル類、エーテル類及びケトン類が挙げられる。好ま
しい凝集溶剤としてはアルコール類、ポリオール類及び
ケトン類が挙げられる。特定の凝集溶剤としてはエチレ
ングリコールのモツプチル及びモノヘキシルエーテル及
びプロピレンクリコールのフェニルエーテル力挙ケラレ
る。凝集溶剤の量は臨界的ではないが、一般的には樹脂
固形分の総重量の０〜１５重量係、好ましくは約０．５
〜５重量憾である。

実施例 以下の実施例により、本発明の新規な顔料分散剤樹脂の
製造、該顛科分散剤樹脂から裏道する顔料較−スト、及
び該顛科ペーストと代表的なバインダー樹脂とから製造
した陰極電着被覆浴を説明する。

以下の実施例で使用した樹脂バインダーは、ブロック化
インシアネート架橋剤と混合し且つ酸で中和した塩基性
エポキシ−アミン・付加物である。

これらの陰極電着可能なバインダー樹脂は当該技術で周
知であり、本発明の実施例で使用した特定の樹脂は、本
明細書に参照文献として包含される米国特許！！　４，
４１９．４６７号Ｆ！Ａｉｓ書ニ記載サレテイル。

この中和し、たエポキシ−アミン樹脂を以下４６７バイ
ンダー樹脂と称する。

以下の実施例において顔料分散剤の前駆体であるイミダ
ゾリンアミン化合物は次の式：［Ｒｔｉ（Ｃ，２〜Ｃ，
６）のアルキル基である〕を有している。

この化合物を以下イミダゾリンアミン”と称し、且つ前
記に記載の如く−シて合成される。

上記付加物な次の各成分から製造した。

イミダゾリンアミン　　２．０００　　　２．０００炭
酸１０ピレン　　　　７６４　　　　７６４イミダゾリ
ンアミンを反応缶に入れ、４０ＣＫ加熱した。４０°Ｃ
で加熱用マントルな下げてはずし、炭酸プロピレンをゆ
つくシ滴加した。反応は７１°Ｃ迄発熱させておいた。

次いで反応混合物な理論アミン当ｉｊｋ３６９（実験値
アミン当量５７３）が得られる迄７１°Ｃで保持した。

得られた反応生成物は固形分１００憾であった。

上記＆＆１で得られたイミダゾリンアミン／炭酸プロピ
レン・付加物９０９Ｆと８８％乳酸１７．Ｌ５　ｔとを
反応缶に入れ、３８°Ｃに加熱した。この反応パッチは
５２°Ｃ迄発熱させておいた。温度が５２°Ｃ［到達し
た時Ｋ、脱イオン水２２６４９をゆっくり加えて前記の
樹脂（イミダゾリン／炭酸プロピレン・付加物）を分散
させた。反応混合物を５２°Ｃで６０分間保持した（イ
ミダゾリン環を加水分解させるために）。得られた中和
された樹脂は、樹脂固形分含［３２憾であり、ｐｕａ、
ｏｓであった。

９り （ｅ）　　中和された樹脂Ｄ・ら顔料ペーストの製造次
の各成分から、前記の中和された顔料分散剤樹脂な使用
した顔料ペーストを製造した。

中和された分散剤樹脂　　　　１２０．２０　　　３８
．４６（前記−）Ｋ記載のもの） ８ｕｒｆｙｎｏｌ　１０４　Ａ　　　　　　　１．９２
（エアゾロダクラ社製の消泡剤） クレイ　　　　　５７．９７　５７．９７硅酸鉛　　　
　　２４．８８　２４．８８カーボンブラック　　　　
　　　　２９．０Ｂ　　　　２９．０８Ｔ　＊　０２　
　　　　　　　　　　　３３１−３９　　　５５１．３
９ジ１チル錫オキシド　　　　　　１８．２８　　　１
８．２８脱イオン水　　　　　　　　　２４４．１８前
記の各成分をジルコニウム媒体中でヘゲマンストは、固
形分含量６１．５憾であり、１１７．９２でであった。

顔料一分散剤比は１２：１であった。

（山　顔料ペーストから被覆組成物の製造カチオン性電
着塗料を、上記（ｅ）　Ｋ記載の顔料ペーストと”４６
７バインダー樹脂と〃・ら次の如くして調製した。

成　　分　　　　　　　２　　　　　固形分″４６７バ
インダー樹脂　　　９２３．３８　　　　３２７．６顔
料に−スト　　　　　１１７．４５　　　７２−２３（
前記ｊｅ）κ記載のもの） 脱イオン水　　　　　９５９．５２ 上記”４６７バインダー４６ｆｌ＆（エマルジョン）９
２Ｌ５８ｔ　Ｋ脱イオン水？５９．３２ｆを加え、次い
で顛科分散物（顔料ベースＩ　）　１１７．５　ｔを加
えた。得られた電着浴ｔｉｐＨ６，００を示し、固形分
含量２０憾であり、顔料−バインダー比０．２　：　１
０であった。燐酸処理・ぞネルを３４０ｖで１３５秒間
、６０°Ｃの浴温度で上記の塗料中で電着した。被覆パ
ネルを１８２°Ｃで３０分間焼き付けし、１フミクロン
のフィルム厚を有する乾燥した平滑なフィルムを得た。

この硬化フィルムは２００回のＭＥＫ往復摩擦に耐えた
。

９へ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ｉ）炭酸アルキレンと、（ｉｉ）次の構造式：▲
   数式、化学式、表等があります▼〔式中、Ｒは（Ｃ＿８
   〜Ｃ＿２＿４）アルキル基である〕のイミダゾリンアミ
   ン化合物とを接触させ反応することによつて製造された
   顔料分散剤。 ２、炭酸アルキレンと前記イミダゾリンアミン化合物（
   ｉｉ）とを、過剰量の炭酸アルキレン又はイミダゾリン
   アミン化合物（ｉｉ）が存在しないように化学量論的に
   反応させて得られる請求項１記載の顔料分散剤。 ３、前記顔料分散剤が溶媒を含有しないものである、す
   なわち１００％固体である請求項１〜２のいずれか１項
   に記載の顔料分散剤。 ４、前記の炭酸アルキレンが炭酸プロピレンであり且つ
   得られる顔料分散剤が次式： ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、Ｒは（Ｃ＿８〜Ｃ＿２＿４）アルキル基である
   〕を有するものである請求項１〜３のいずれか１項に記
   載の顔料分散剤。 ５、エポキシ−アミン・バインダー樹脂と顔料と顔料分
   散剤とを含有してなる陰極電着可能な被覆組成物であつ
   て該顔料分散剤が（ｉ）炭酸アルキレンと（ｉｉ）次の
   構造式： ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、Ｒは（Ｃ＿８〜Ｃ＿２＿４）アルキル基である
   〕のイミダゾリンアミン化合物との反応生成物である陰
   極電着可能な被覆組成物。 ６、前記の顔料分散剤が陰極電着被覆組成物に使用され
   るものであり、且つ顔料対バインダー樹脂の比が１２：
   １又はそれ以上である請求項５記載の顔料分散剤。 ７、（ｉ）炭酸アルキレンと、（ｉｉ）次の構造式：▲
   数式、化学式、表等があります▼〔式中、Ｒは（Ｃ＿８
   〜Ｃ＿２＿４）アルキル基である〕のイミダゾリンアミ
   ン化合物とを反応させることからなるイミダゾリンアミ
   ン−炭酸アルキレン・顔料分散剤の製造法。