JPH06184387A - 水系塗料用樹脂 - Google Patents

水系塗料用樹脂

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JPH06184387A
JPH06184387A JP12504592A JP12504592A JPH06184387A JP H06184387 A JPH06184387 A JP H06184387A JP 12504592 A JP12504592 A JP 12504592A JP 12504592 A JP12504592 A JP 12504592A JP H06184387 A JPH06184387 A JP H06184387A
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恭幸 武田
Shiyuuya Shinohara
周也 篠原
Yoshinori Ishida
良則 石田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、密着性、耐水性、可撓性等に優れた
塗膜を形成する遊離カルボキシル基含有樹脂よりなる水
系塗料用樹脂に関する。 【構成】エポキシ樹脂とリン酸エステルとを反応させて
得られる反応生成物に、カルボキシル基含有エチレン性
不飽和単量体を共重合させて得られた水に可溶化し得る
遊離カルボキシル基含有樹脂よりなる水系塗料用樹脂で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アミン又はアンモニア
で水に可溶化し得るカルボキシル基含有樹脂よりなり、
耐衝撃性及び耐水性に優れた塗膜を形成する水系塗料用
樹脂に関する。
【0002】
【従来の技術】飲料缶や食缶の外面塗料、金属製品、家
電用塗料などは現在アクリル系樹脂やポリエステル系樹
脂を主体としてアミノ樹脂を架橋剤とした溶剤型塗料が
使用されているが、焼付時における溶剤輝散による大気
汚染及び省資源の問題から水性塗料の出現が望まれてい
る。水性塗料としては水溶性アクリル樹脂及びポリエス
テル樹脂と水性アミノ樹脂の組み合わせを主体として検
討されているが、耐水性、密着性及び加工性に優れる塗
膜は得られていない。このため水性エポキシ樹脂の併用
による改善も試みられてはいるが十分な効果を挙げるに
至っていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記の現
状に鑑み、耐水性、密着性及び加工性に優れた塗膜を形
成する水系塗料用樹脂について種々検討した結果、本発
明を完成したもので、本発明の目的は耐水性、密着性及
び加工性に優れた塗膜を形成する水系塗料用樹脂を提供
しうるものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、エポキ
シ樹脂とリン酸エステルとを反応させて得られる反応生
成物(リン酸エステル変性エポキシ樹脂)に、カルボキ
シル基含有エチレン性不飽和単量体を共重合させて得ら
れた水に可溶化し得る遊離カルボキシル基含有樹脂より
なる水系塗料用樹脂である。
【0005】すなわち、本願発明においては、エポキシ
樹脂のエポキシ基とリン酸エステルの水酸基とを反応さ
せてリン酸エステル変性エポキシ樹脂とし、リン酸エス
テル変性エポキシ樹脂にカルボキシル基含有エチレン性
不飽和単量体を共重合させて遊離カルボキシル基を含有
する樹脂とするのであって、リン酸エステルの主成分と
しては、モノヒドロオキシリン酸ジエステルが好まし
く、エポキシ樹脂とリン酸エステルの反応物(リン酸エ
ステル変性エポキシ樹脂)の酸価10mgKOH/g以
下で、リン含有量が2〜8%であることが好ましい。そ
して、このリン酸エステル変性エポキシ樹脂に付加重合
させるカルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体とし
てはアクリル酸又は/及びメタクリル酸を含有すること
が必要で、その量としては、付加重合後の樹脂の酸価が
余り大きいと耐水性が低下するため、300mgKOH
/g以下となることが必要であり、30〜100mgK
OH/gの範囲になる量が好ましい。得られる遊離カル
ボキシル基含有樹脂を水に可溶性とするため、アミン等
の塩基性化合物を作用させて遊離カルボキシル基の一部
もしくは全部を中和するのである。
【0006】次ぎに本発明について詳細に説明する。本
発明に用いられるエポキシ樹脂としては、2官能エポキ
シ化合物を主体とするものであれば良いが、1官能又は
多官能のエポキシ化合物を混合しても良い。但し、1官
能のエポキシ化合物が多いと分子量の増大が停止し、3
官能以上のエポキシ化合物が多くなるとゲル化するた
め、2官能のエポキシ化合物を80wt%以上とするの
が好ましい。
【0007】本発明に用いられるエポキシ樹脂の種類と
しては、グリシジルエ−テル型、グリシジルエステル
型、グリシジルアミン型、脂環式エポキシ型、及びこれ
らを変性して得られるグリシジルエ−テルエステル型、
グリシジルエ−テルアミン型、ヒダントイン型等のエポ
キシ樹脂、更にポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリ
ウレタン樹脂、ポリブタジエン樹脂等を2官能又は多官
能エポキシ化合物と反応させて樹脂骨格中にエポキシ基
を導入したものも本発明のエポキシ樹脂として使用する
ことができる。本発明に用いられるエポキシ樹脂は、好
ましくはグリシジルエ−テル型で特に好ましくはビスフ
ェノ−ルAのジグリシジルエ−テルである。エポキシ樹
脂の分子量範囲としては340から10,000程度の
ものまで使用できるが、分子量が大きいとリン酸エステ
ル変性エポキシ樹脂のリン含有量が低下し、本発明の効
果が薄れるため、好ましくは340から2,000程度
である。
【0008】本発明に使用される好ましいリン酸エステ
ルとしては、モノヒドロオキシリン酸ジエステルが望ま
しいが、ジヒドロオキシリン酸モノエステルとの混合物
も使用することができる。リン酸エステルの例として
は、ジブチルホスフェ−ト、ジオクチルホスフェ−ト、
モノイソデシルホスフェ−ト、ジ(2−エチルヘキシ
ル)ホスフェ−ト、エチルアシッドホスフェ−ト、ブチ
ルアシッドホスフェ−ト、イソプロピルアシッドホスフ
ェ−ト、イソデシルアシッドホスフェ−ト、トリデカノ
−ルアシッドホスフェ−ト、ブトキシエチルアシッドホ
スフェ−ト、2−エチルヘキシルアシッドホスフェ−
ト、β−クロロエチルアシッドホスフェ−ト、ヘプチル
アシッドホスフェ−ト、(2−ヒドロキシエチルメタク
リレ−ト)アシッドホスフェ−ト等が挙げられるが、こ
れらに限定されるものではない。
【0009】本発明のエポキシ樹脂にリン酸エステルを
付加する反応は、エポキシ樹脂1.0モルに対してリン
酸エステル0.2〜0.9モルで行うことが好ましい。
0.2モル以下の場合にはリン含有量が少なくなり、
0.9モル以上では未反応のリン酸エステルが残って酸
価が高くなるためである。また、反応温度は50〜15
0℃、好ましくは80〜120℃で、加熱したエポキシ
樹脂中にリン酸エステルを30分〜2時間で徐々に加え
て、酸価が10mgKOH/g以下になるように更に1
〜10時間反応させる。尚、当該リン酸エステル変性エ
ポキシ樹脂のリン含有量は、2〜8%とするのが好まし
く、2%以下では塗膜の密着性及び加工性が劣り、8%
より多くしてもそれ程良くはならない。また、酸価が1
0mgKOH/g以上になると、水系塗料用組成物とし
ての貯蔵安定性が劣るため、酸価は10mgKOH/g
以下、好ましくは5mgKOH/g以下になるようにし
て反応する。また、反応は無溶剤で行うのが好ましいが
溶剤を用いても良い。特に後で述べるようなリン酸エス
テル変性エポキシ樹脂とカルボキシル基含有エチレン性
不飽和単量体とを共重合させる際に、使用される親水性
の溶剤を用いると、次の工程で溶剤を変更する必要がな
いので好ましい。
【0010】尚、反応後にエポキシ基が多く残存すると
カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体と共重合さ
せる際に耐加水分解性に劣るエステル型グラフトが生じ
るため、反応後のオキシラン酸素含有量を0.8%以下
とするのが好ましいが、0.8%以上の場合にはアルキ
ルフェノ−ル、3級脂肪酸、モノカルボン酸等と反応さ
せても良い。本発明の共重合とは、リン酸エステル変性
エポキシ樹脂にカルボキシル基含有エチレン性不飽和単
量体を付加重合する慣用の方法であり、具体的にはリン
酸エステル変性エポキシ樹脂に有機溶剤溶液中でフリ−
ラジカル発生剤の存在下にカルボキシル基含有エチレン
性不飽和単量体を付加重合させるものである。
【0011】本発明に用いられるカルボキシル基含有エ
チレン性不飽和単量体は、アクリル酸やメタクリル酸或
いはフマ−ル酸等のカルボキシル基を含有するモノエチ
レン性の不飽和カルボン酸を必須成分とし、これに他の
エチレン性不飽和単量体を含有していてもよく、エポキ
シ樹脂との共重合により水分散性の塩を形成するもので
ある。尚、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体
中のアクリル酸又は/及びメタクリル酸は、水溶化する
ために付加重合後の樹脂の酸価が30mgKOH/g以
上となる量が必要である。しかし酸価が150mgKO
H/g以上となると耐水性が低下するため酸価が30〜
100mgKOH/gの範囲になる量が好ましい。アク
リル酸又は及びメタクリル酸以外の単量体としては、ア
クリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプ
ロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソアミル、ア
クリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸デシルなどの
アクリル酸エステル類及びこれらに対応するメタクリル
酸のアルキルエステル類、スチレン、ビニルトルエン、
2−メチルスチレン、t−ブチルスチレンなどのスチレ
ン系モノマ−、アクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリ
ル酸ヒドロキシエチル、ポリエチレングリコ−ルモノメ
タクリレ−ト、アクリル酸ヒドロキシプロピル、メタク
リル酸ヒドロキシプロピルなどの水酸基含有モノマ−、
N−メチロ−ルアクリルアミド、ジメチロ−ルアクリル
アミドなどのメチロ−ル基含有モノマ−、N−ブトキシ
メチルアクリルアミドなどのアルコキシメチル基含有モ
ノマ−、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジ
ルなどのエポキシ基含有モノマ−並びにアクリロニトリ
ルなどの1種又は2種以上から選択することができる。
【0012】本発明に用いられるフリ−ラジカル発生剤
としては、例えばベンゾイルパ−オキサイド、パ−ブチ
ルオクテ−ト、t−ブチルハイドロパ−オキサイド、ア
ゾビスイソブチロニトリル等が挙げられるが、特に好ま
しいのはベンゾイルパ−オキサイドである。これらは全
エチレン性単量体中少なくとも1.5重量%以上として
使用する。本発明の共重合で使用できる親水性の有機溶
剤としてはメタノ−ル、エタノ−ル、プロパノ−ル、ブ
タノ−ルなどのアルキルアルコ−ル類、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、エチレングリコ−ルイソプロピルエ−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−ルモノメチルエ−テル、ジエチレングリコ−
ルモノエチルエ−テルなどのエ−テルアルコ−ル類、エ
チレングリコ−ルモノメチルエ−テルアセテ−ト、エチ
レングリコ−ルモノエチルエ−テルアセテ−トなどのエ
−テルエステル類が挙げられる。また、水と混合しない
不活性有機溶剤も使用することができ、例えばトルエ
ン、キシレン等の芳香族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸
ブチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン
等のケトン類などであるが、これらの有機溶剤は常圧又
は減圧下での蒸留により除去できるものが好ましい。本
発明の共重合ではリン酸エステル変性エポキシ樹脂70
〜90重量%とカルボキシル基含有エチレン性不飽和単
量体を10〜30重量%使用するのが好ましい。変性エ
ポキシ樹脂が70重量%未満のとき本発明の目的とする
耐衝撃性及び耐水性が不十分であり、90重量%より大
きいときには良好な分散体が得られなくなる。
【0013】本発明で得られた共重合生成物を水に可溶
化させるには、アミンやアンモニア等の塩基性化合物を
添加してカルボキシル基を部分的あるいは全部を中和す
れば良く、塩基性化合物としては、トリエチルアミン、
トリエタノ−ルアミン、モノメチルアミン、モノエチル
アミン、モノメタノ−ルアミン、ジメタノ−ルアミン、
トリメタノ−ルアミン、ジメチルエタノ−ルアミン等が
挙げられるが、特に好ましいのはジメチルエタノ−ルア
ミンである。
【0014】エポキシ樹脂、又は、アルキルフェノ−
ル、ビスフェノ−ル、モノカルボン酸、3級脂肪酸等で
変性したエポキシ樹脂等とエチレン性不飽和単量体とを
共重合する従来の方法では水溶性の樹脂を得ることはで
きないが、本発明ではリン酸エステル変性エポキシ樹脂
にエチレン性不飽和単量体を共重合することによって、
安定な水溶性樹脂を得ることができる。
【0015】上記のようにして本発明のカルボキシル基
含有樹脂から得られた水溶性樹脂は、特に水性アミノ樹
脂によって加熱硬化され、必要に応じてアクリル樹脂や
ポリエステル樹脂等の他の水分散性樹脂及び着色顔料、
防錆顔料、タレ防止剤、表面調整剤等の各種添加剤を用
いることができる。かくして得られた本発明にかかる樹
脂より得た水系塗料は、貯蔵安定性に優れ従来の水系エ
ポキシ樹脂よりなる塗料と比較して耐水性、密着性及び
加工性に優れた塗膜を得ることができる。以下、実施例
によって本発明を具体的に説明するが、勿論この例のみ
に限定されるものではない。尚、「部」は特に断らない
限り重量部である。
【0016】
【実施例】
実施例1 撹拌機、温度計、還流冷却器を備えた反応容器にYD−
128(東都化成社製ビスフェノ−ルA型液状エポキシ
樹脂、エポキシ当量=186g/eq)280gを入
れ、100℃に加熱した後ジブチルホスフェ−ト(酸価
=264.6mgKOH/g)227gを1時間で滴下
し、更に3時間反応して酸価=2mgKOH/g、オキ
シラン酸素含有量=0.08%、リン含有量=6.5
%、数平均分子量=約1500の生成物を得た。上記生
成物240gにn−ブチルアルコ−ル37.5gとエチ
レングリコ−ルモノブチルエ−テル112.5gを加え
て115℃で溶解した後、メタクリル酸17.3g、ス
チレンモノマ−9.1g、アクリル酸エチル0.3g、
75%過酸化ベンゾイル2.4gの混合物を115〜1
20℃で2時間で滴下し、更に同温度で2時間熟成して
酸価60mgKOH/gの共重合体を得た。次に85℃
に冷却しジメチルエタノ−ルアミン24.4g及びイオ
ン交換水560.0gを加えて混合し、粘度=100c
ps/25℃、PH=7.6の水溶性樹脂を得た。水溶
性アクリル樹脂としてアルマテックスWA911(三井
東圧化学社製)のジメチルエタノ−ルアミン中和物を固
形分として33.33部、チタンとしてタイペ−クR8
30(石原産業社製)を53.33部、アミノ樹脂とし
てサイメル303とサイメル1123(三井サイアナミ
ッド社製)の等量配合物を13.34部、前記の水性樹
脂を固形分で10部、芳香族スルホン酸系触媒として4
040(三井サイアナミッド社製)を0.3部加えて、
実施例1の塗料を得た。
【0017】実施例2 実施例1と同様の反応容器内に実施例1のエポキシ樹脂
とリン酸エステルとの反応で得た生成物150.0gと
n−ブチルアルコ−ル28.0g、エチレングリコ−ル
モノブチルエ−テル84.1gを入れて115℃で溶解
した。次にメタクリル酸18.4g、メタクリル酸メチ
ル31.6g及び75%過酸化ベンゾイル4.5gの混
合物を2時間で滴下し、更に同温度で2時間反応を行い
酸価70mgKOH/gの共重合体を得た。次に85℃
に冷却しジメチルエタノ−ルアミン24.2g及び水3
71.7gを加えて混合し、粘度=100cps/25
℃、PH=7.4の水溶性樹脂を得た。以下実施例1と
同様の方法で塗料化し、実施例2の塗料を得た。
【0018】実施例3 実施例1と同様の反応容器内にYD−128;200g
を入れ、100℃に加熱した後ジブチルホスフェ−ト1
59.6gを1時間で滴下し、更に7時間反応した後、
ネオ酸(エクソン社製)20.3gとトリフェニスホス
フィン0.02gを加えて150℃で8時間反応を行
い、酸価=1.4mgKOH/g、オキシラン酸素含有
量=0%、数平均分子量=約1800の生成物を得た。
上記生成物150gにn−ブチルアルコ−ル10.7g
とエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル32.1gを
加えて115℃で溶解した後、メタクリル酸6.1g、
メタクリル酸メチル43.9g、75%ベンゾイルパ−
オキサイド2.0gの混合物を2時間で滴下し、更に同
温度で2時間反応を行い、酸価=36mgKOH/gの
共重合体を得た。次に85℃に冷却しジメチルエタノ−
ルアミン12.7g及びイオン交換水214gを加えて
混合し、粘度=150cps/25℃、PH=7.4の
水溶性樹脂を得た。
【0019】以下実施例1と同様の方法で塗料化し、実
施例3の塗料を得た。 比較例1 実施例1の塗料化条件で水性エポキシ樹脂を加えない方
法で塗料化し比較例1の塗料を得た。 比較例2 実施例1と同様の反応容器内にYD−011(東都化成
社製ビスフェノ−ルA型固形エポキシ樹脂、エポキシ当
量=475g/eq、軟化点=64℃)475gとパラ
タ−シャリ−ブチルフェノ−ルを121.3g入れ、1
20℃に加熱した後、触媒として2エチル4メチルイミ
ダゾ−ルの10%メタノ−ル溶液を0.5g加えてから
170℃で7時間反応を行い、オキシラン酸素含有量
0.32%の生成物を得た。上記生成物240gにn−
ブチルアルコ−ル37.5gとエチレングリコ−ルモノ
ブチルエ−テル112.5gを加えて115℃で溶解
し、メタクリル酸17.3g、スチレンモノマ−9.1
g、アクリル酸エチル0.3g、75%過酸化ベンゾイ
ル2.4gの混合物を115〜120℃で2時間で滴下
し、更に同温度で2時間熟成し酸価=60mgKOH/
gの共重合体を得た。次に85℃に冷却しジメチルエタ
ノ−ルアミン24.4g及びイオン交換水560.0g
を加えて混合し、粘度=110cps/25℃、PH=
7.5の水分散体樹脂を得た。以下実施例と同様の方法
で塗料化し、比較例2の塗料を得た。
【0020】実施例及び比較例で作製した塗料を、ブリ
キ板SPTE#50、50×150×0.3mmの試験
片に乾燥膜厚で5〜7μとなるようにバ−コ−タで塗布
し、200℃に設定した乾燥機で10分間焼付けた。塗
料の40℃1ヵ月での貯蔵安定性と焼付塗膜のMEK
(メチルエチルケトン)ラビング、碁盤目試験及びデュ
ポン衝撃試験を行った。更に耐水性試験として120℃
の温度で30分の熱処理を行いデュポン衝撃部分の状態
と白化状態を観察した。試験結果を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】表中のおいて、各試験項目およびその評価
は、次ぎの通りである。 MEKラビング:硬化塗膜をMEK溶剤を含ませたガ−
ゼでラビングして素地が見えるまでの回数(1往復1
回) 碁盤目試験:テ−プ剥離試験 デュポン衝撃試験:500g、1/4”R,10〜40
cm 耐水性試験:120℃×30分熱処理後のデュポン衝撃
試験部分の状態を観察 、 (評価:〇…良好、 △…僅かにクラックあり、
×…クラックあり、) 白化状態:熱処理後の状態を観察 (評価:〇…白化無し、 ×…白化あり) 表1に見られるとおり、従来の水性塗料は水の作用によ
って基材との付着性が低下するが、本発明の水性塗料で
は付着性の低下が少なく良好な塗膜性能が保持された。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明にかかる遊離
カルボキシル含有樹脂は貯蔵安定性に富み極めて良好な
水性塗料を与え、この水性塗料より耐水性、耐衝撃性及
び密着性等の優れた塗膜が得られる等の効果を奏する。
【手続補正書】
【提出日】平成4年7月27日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】飲料缶や食缶の外面塗料、金属製品、家
電用塗料などは現在アクリル系樹脂やポリエステル系樹
脂を主体としてアミノ樹脂を架橋剤とした溶剤型塗料が
使用されているが、焼付時における溶剤散による大気
汚染及び省資源の問題から水性塗料の出現が望まれてい
る。水性塗料としては水溶性アクリル樹脂及びポリエス
テル樹脂と水性アミノ樹脂の組み合わせを主体として検
討されているが、耐水性、密着性及び加工性に優れる塗
膜は得られていない。このため水性エポキシ樹脂の併用
による改善も試みられてはいるが十分な効果を挙げるに
至っていない。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】
【表1】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エポキシ樹脂とリン酸エステルとを反応
    させて得られる反応生成物に、カルボキシル基含有エチ
    レン性不飽和単量体を共重合させて得られた水に可溶化
    し得る遊離カルボキシル基含有樹脂よりなる水系塗料用
    樹脂。
  2. 【請求項2】 リン酸エステルの主成分がモノヒドロオ
    キシリン酸ジエステルである請求項第1項記載の水系塗
    料用樹脂
  3. 【請求項3】 エポキシ樹脂とリン酸エステルとの反応
    物の酸価が10mgKOH/g以下で、リン含有量が2
    〜8%である請求項第1項記載の水系塗料用樹脂。
  4. 【請求項4】 エポキシ樹脂とリン酸エステルとの反応
    物70〜90重量部と、アクリル酸又は/及びメタクリ
    ル酸を含有するエチレン性不飽和単量体10〜30重量
    部とを共重合させた請求項第1項記載の水系塗料用樹
    脂。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6136927A (en) * 1997-09-24 2000-10-24 Ppg Industries Ohio, Inc. Phosphatized amine chain-extended epoxy polymeric compounds
CN109021183A (zh) * 2018-06-22 2018-12-18 安徽菱湖漆股份有限公司 一种水溶性高分子共缩聚树脂、树脂制备方法及其应用

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US6136927A (en) * 1997-09-24 2000-10-24 Ppg Industries Ohio, Inc. Phosphatized amine chain-extended epoxy polymeric compounds
CN109021183A (zh) * 2018-06-22 2018-12-18 安徽菱湖漆股份有限公司 一种水溶性高分子共缩聚树脂、树脂制备方法及其应用

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