JPH0629377B2 - 水分散性塗膜形成物質の製造方法 - Google Patents

水分散性塗膜形成物質の製造方法

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JPH0629377B2
JPH0629377B2 JP21797784A JP21797784A JPH0629377B2 JP H0629377 B2 JPH0629377 B2 JP H0629377B2 JP 21797784 A JP21797784 A JP 21797784A JP 21797784 A JP21797784 A JP 21797784A JP H0629377 B2 JPH0629377 B2 JP H0629377B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は炭素−炭素二重結合およびオキシラン酸素を含
有する高分子化合物から誘導された、粒径の微細なエマ
ルションからなる水分散性塗膜形成物質の製造方法に関
するものである。
従来の技術 従来の水性塗料には水溶型とエマルション型とがあり、
これらは希釈剤として水を用いるため、有機溶剤塗料に
比べて毒性、引火性がなく安価である利点を有する。
発明が解決しようとする問題点 しかし従来開発されてきた水溶型塗料は樹脂の分子量を
高くすると水溶液の粘土が高くなり、実用上使えないた
め、比較的低分子量の樹脂しか使用し得ない。したがっ
て塗膜の硬度が小さく、物理性が悪い。またさらに耐水
性、耐薬品性など化学的性質も劣る。
それ故、水溶型塗料の用途は制限され、スプレーなどの
通常の塗装方法で塗装でき、かつ、常温硬化により、優
れた物性の塗膜を与える水溶型の塗料は未だ開発されて
いない。
一方エマルション型水性塗料は高分子量の樹脂が使用で
き、また系の粘土が低いため高濃度で使用できるという
利点があるが、エマルション製造時に界面活性剤を用い
ている結果、耐水性が劣り、又、光沢のある塗膜が得ら
れない欠点がある。
本発明は上述の点に着目してなされたもので、常温にお
ける乾燥性が良く、しかも光沢があり塗膜物性の優れた
新規水分散性塗膜形成物質の製造方法を提供することを
目的とする。
発明の概要 本発明は、500〜5,000の分子量で50〜500
のヨウ素価の炭素−炭素二重結合およびオキシラン酸素
を3〜12重量%有する高分子化合物100gあたり、
一般式 [式中RおよびRはその一部がヒドロキシル基で置
換されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素を表わ
す。ただしRとRは環構造をとることができ、環構
造中には不飽和基を含むことができる] で表わされるアミン化合物を30〜300ミリモルおよ
び一般式 [式中RおよびRは水素原子またはメチル基を表わ
す] で表わされるα,β−不飽和カルボン酸あるいは分子量
100〜350で炭素−炭素共役二重結合を10重量%
以上含む不飽和脂肪酸あるいはそれらの混合物を0〜2
00ミリモル付加させた炭素−炭素二重結合とアミン基
を必須成分として含有する高分子化合物の水溶液又は水
分散液中でラジカル重合性モノマーをラジカル開始剤の
存在下に該アミン基含有高分子化合物にグラフト重合さ
せることを特徴とする塗膜形成物質の製造方法を提供す
ることである。
本発明の出発原料である500〜5,000の分子量で
50〜500のヨウ素価の炭素−炭素二重結合およびオ
キシラン酸素を3〜12重量%有する高分子化合物は従
来公知の方法で製造することができる。
まず、炭素−炭素二重結合含有高分子化合物の製造法に
ついて説明する。
アルカリ金属または有機アルカリ金属化合物を触媒とし
て炭素数4〜10の共役ジオレフィン単独、あるいはこ
れらのジオレフィン同志、あるいは共役ジオレフィンに
対して50モル%以下の量の芳香族ビニルモノマー、例
えばスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンま
たはジビニルベンゼン、とを0℃〜100℃の温度でア
ニオン重合または共重合させる方法が代表的な製造方法
である。この場合分子量を制御し、ゲル分などの少な
い、淡色の低重合体を得るためにはベンジルナトリウム
のような有機アルカリ金属化合物を触媒とし、アルキル
アリール基を有する化合物、例えばトルエンを連鎖移動
剤とする連鎖移動重合法(米国特許第3789090
号)あるいはテトラヒドロフラン溶媒中でナフタリンの
ような多環芳香族化合物を活性剤とし、ナトリウムのよ
うなアルカリ金属を触媒とするリビング重合法(特公昭
42−17485号、同43−27432号)あるいは
トルエン、キシレンのような芳香族炭化水素を触媒と
し、ナトリウムのようなアルカリ金属の分散体を触媒と
し、ジオキサンのようなエーテル類を添加して分子量を
制御する重合法(特公昭32−7446号、同38−1
245、同34−10188号)などが好適な製造方法
である。また8族金属例えばコバルトまたはニッケルの
アセチルアセトナート化合物及びアルキルアルミニウム
ハロゲニドを触媒とする配位アニオン重合によって製造
される(特公昭45−507号、同46−80300
号)低重合体も用いることができる。
前記炭素−炭素二重結合含有高分子化合物は過酸化水
素、過酸等の過酸化物を用いて公知の方法でエポキシ化
しオシラン酸素を3〜12重量%導入した高分子化合物
とすることができる。
次に該炭素−炭素二重結合およびオキシラン酸素を含有
する高分子化合物に一般式 [式中RおよびRは前記と同じ] で表わされるアミン化合物を溶媒の存在下あるいは不存
在下で50〜200℃の温度で反応させる。反応に用い
られるアミンの例としてはジメチルアミン、ジエチルア
ミンなどの脂肪族アミン類、メチルエタノールアミン、
ジエタノールアミンなどのアルカノールアミン類、モル
ホリン、ピペリジンなどの環状アミン類などをあげるこ
とができる。
付加させるアミン量はエポキシ化高分子化合物100g
当り30〜300ミリモル好ましくは50〜200ミリ
モルである。
該炭素−炭素二重結合およびオキシラン酸素を含有する
高分子化合物にはさらに一般式、 [式中RおよびRは前記と同じ] で示されるα,β−不飽和カルボン酸あるいは分子量1
00〜350で炭素−炭素共役二重結合を10重量%以
上含む不飽和脂肪酸あるいはそれらの混合物を100〜
200℃で反応させることもできる。
α,β−不飽和カルボン酸の例としてはアクリル酸、メ
タクリル酸をあげることができる。
分子量100〜350で炭素−炭素共役二重結合を10
重量%以上含む不飽和脂肪酸としてはソルピン酸、支那
桐油脂肪酸、ヒマワリ油脂肪酸および脱水ヒマシ油脂肪
酸等があり、大豆油脂肪酸、アマニ油脂肪酸を異性化す
ることにより共役化した共役化脂肪酸を用いることもで
き、又、精製したエレオステアリン酸、共役リノール酸
も用いることもできる。更に10重量%以下の炭素−炭
素共役二重結合を有する不飽和脂肪酸に共役二重結合の
多い不飽和脂肪酸を混合して、共役二重結合の合計を1
0重量%以上とした混合物も用いることもできる。中で
も脱水ヒマシ油脂肪酸は工業的に容易に入手できるので
有利であり好ましい。
付加させるα,β−不飽和カルボン酸および前記不飽和
脂肪酸の合計量がエポキシ化高分子化合物100g当り
カルボン酸量として200ミリモル以下にすることが好
ましい。
更に本発明は炭素−炭素二重結合およびオキシラン酸素
を含有する高分子化合物に前記α,β−不飽和カルボン
酸を反応させ、前記アミン化合物をマイケル付加させる
ことによっても達成される。
このようにして製造された炭素−炭素二重結合とアミン
基を必須成分として含有する高分子化合物を水溶性化又
は水分散するためには本発明の高分子化合物中のアミン
基1モルに対して0.2〜2.0モル当量好ましくは
0.5〜1.0モル当量の塩酸,硫酸などの鉱酸、ギ
酸、,酸,プロピオン酸,乳酸などの水溶性の有機酸で
中和する方法が採用される。更にこれらに対しプロピオ
ンオキサイド、フェニルグリシジルエーテル等のオキシ
ラン酸素を有する化合物を添加反応させて4級アンモニ
ウム塩にすることも本発明の目的にかなう。
本発明の炭素−炭素二重結合とアミン基を必須成分とし
て含有する高分子化合物を水溶性化させるに当って、水
溶性化を容易にする、水溶液の安定性を向上させる、本
発明の高分子化合物の流動性を改善する、塗膜の平滑性
を改造するなどの目的のため、水溶性でありしかも本発
明の高分子化合物を溶解し得るエチルセロソルブ、プロ
ピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコー
ルジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエ
ーテル、ジアセトンアルコール、4−メトキシ−4−メ
チル−ペンタノン−2、などの有機溶剤を本発明の高分
子化合物100g当り100g〜10g使用することが
好ましい。
上記媒体中に溶解又は分散させるには、塗料の製造に通
常用いられる塗膜形成成分と媒体の混合手段例えば攪拌
棒付き攪拌器で混合する方法を用いることができる。
本発明において用いられるラジカル重合性ビニルモノマ
ーは通常炭素数1〜24の化合物でQ値が約0.1以上
のものであり、Q値は「有機合成化学協会誌」28巻1
2号1970.p1188に記載されるものである。こ
れらの例は一般式 [ここでRは水素、あるいはメチル基を表わし、R
は炭素数1〜20の有機残基を表わす] で示される化合物、例えば(メタ)アクリル酸メチル、
(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸メトキ
シブチル、ジエチルアミンエチル、(メタ)アクリレー
ト、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、一般
[nは1〜4の整数、Rは水素、炭素数1〜10のア
ルキル基、あるいはビニルあるいはハロゲンを表わす] で示されるスチレンあるいはスチレン誘導体、例えば、
スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン及びジ
ビニルベンゼンであり、これらの2種以上を用いること
もできる。
上に例示したように、ラジカル重合性ビニルモノマーの
使用量は、本発明の炭素−炭素二重結合とアミン基を必
須成分として含有する高分子化合物100重量部に対し
て好ましくは20〜500重量部、更に好ましくは80
〜200重量部である。
これらラジカル重合性ビニルモノマーは本発明の炭素−
炭素二重結合とアミン基を必須成分として含有する高分
子化合物の水溶液中又は水分散液中で重合される方法に
よって、該高分子化合物にグラフト重合せしめられる。
この重合は有機又は無機のラジカル開始剤の存在下、反
応温度20〜200℃、好ましくは60〜100℃にお
いて有利に行なうことができる。この際ラジカル重合性
ビニルモノマーは最初から水溶液中に加えても良く、ま
た反応と同時に滴下しても良い。
ラジカル開始剤の例としては有機化合物の開始剤として
ベンゾイルパーオキサイド、キュメンハイドロパーオキ
サイド、アゾイソブチロニトリル、ジターシャリイブチ
ルパーオキサイドなどであり、無機化合物の開始剤とし
ては過硫酸アンモン、加硫酸カリ、過硫酸ナトリウムな
どがあげられる。
このようにしてラジカル重合性モオマーが本発明の炭素
−炭素二重結合とアミン基を必須成分として含有する高
分子化合物にグラフト重合した、非常に微細な粒子をも
つ水性エマルションが得られる。このエマルションは界
面活性剤を必要とすることなく貯蔵安定性が優れてい
る。又、このエマルションは空気中の酸素により硬化し
て不溶不融の塗膜となるため、従来の水性塗料では見ら
れないような特性をもつビヒクルとなりうる。即ち常乾
型の水性塗料とした場合、乾燥性が良く、また光沢があ
り、硬度、密着、耐水性などのすぐれた塗膜物性をもつ
塗膜を与える。さらに樹脂が一般にアルカリ性であるた
めに耐触性をも有する。
実施例 次に本発明の実施例について説明する。
製造例1 日石ポリブタジェンB−1800(数平均分子量180
0、1,2−結合64%)過酢酸を用いてエポキシ化し
オキシラン酸素含有量6.5重量%のエポキシ化ポリブ
タジェンを製造した。
このエポキシ化ポリブタジェン1000gおよびエチル
セロソルブ358gおよびメチルエタノールアミン7
5.1gを3セパラブルフラスコに仕込み150℃で
6時間反応させた。このものの固形分濃度は75重量%
であった。
製造例2 製造例1のエポキシ化ポリブタジェン1000gおよび
エチルセロソルブ358gおよびメチルエタノールアミ
ン75.1gを3セパラブルフラスコに仕込み150
℃で6時間反応させた。反応後120℃まで冷却しアク
リル酸26.4g、ハイドロキノン2.4gおよびエチ
ルセロソルブ9gの混合物を加え、120℃で4時間反
応させた。このものの固形分の濃度は75.6重量%で
あった。
実施例1 製造例1で製造したアミン付加ポリブタジェン溶液全量
に対し氷酢酸30gを加えて良くかきまぜた後、純水を
加え固形分濃度30重量%の水溶液を調整した。
この水溶液333gにスチレン150g、2−エチルヘ
キシルアクリレート50g、純水467gを加えてよく
かき混ぜた後、30%濃度の過酸化水素水溶液15gを
加え80℃で4.5時間反応させた。得られたエマルジ
ョンの不揮発分の測定から反応はほぼ100%進行して
いることを確認した。エマルションの平均粒径は25n
mと微細な粒子が生成していた。
このエマルションに純水を加えて不揮発分36重量%に
なるように調整したのち、この36重量%エマルション
100gにチタニア29gを加えて高速回転ミキサーで
均一に分散させた。
得られた塗料を5ミルのアプリケーターを用いて軟鋼板
に25μmの厚さに塗布した。この塗膜は室温において
1日以内で硬化し光沢ある塗膜であった。室温で1週間
乾燥後の塗膜物性は鉛筆硬度HB、デュポン衝撃50c
m、エリクセン6.5mm、40℃における耐水性5日、
室温における5%苛性ソーダ水溶液浸漬5時間合格であ
った。
実施例2 製造例2で製造したアミン付加ポリブタジェン溶液全量
に対し氷酢酸30gを加えてよくかき混ぜた後、純水を
加え固形分濃度30重量%の水溶液を調整した。
この水溶液333gにスチレン150g、2−エチルヘ
キシルアクリレート50g、純水467gを加えてよく
かき混ぜた後、30%濃度の過酸化水素水溶液15gを
加え80℃で4.5時間反応させた。得られたエマルシ
ョンの平均粒径は29nmであり微細な粒子が生成して
いることがわかった。不揮発分の測定から反応はほぼ1
00%進行していることが確められた。
このエマルションに純水を加えて不揮発分36重量%に
なるように調整した後、この36重量%エマルション1
00gにチタニア25gを加えて高速回転ミキサーで均
一に分散させた。
得られた塗料を5ミルのアプリケーターを用いて軟鋼板
に23μmの厚さに塗布した。この塗膜は室温において
1日以内に硬化し光沢ある塗膜が得られた。室温で1週
間乾燥後の塗膜物性は鉛筆硬度HB、デュポン衝撃50
cm、エクリセン6.5cm、40℃における耐水性5日、
室温における5%苛性ソーダ水溶液浸漬5時間合格であ
った。
比較例1 チタニア375g、炭酸カルシウム375g、2重量%
メチルセルロース水溶液500gをデモールEP(花王
アトラス社製分散剤、有効分濃度25重量%水溶液)3
0gを分散剤として高速回転ミキサーで均一に分散させ
た。この水溶液に市販アクリル樹脂エマルション(固形
分濃度50重量%)100gを加えて1時間ボールミル
で混合してエマルジョン塗料とした。この塗料を軟鋼板
に25μmの厚さに塗布した。室温において1日経過後
の塗面はややタックが残った。室温で1週間乾燥後の塗
面は本発明の実施例1,2の塗面に比べて光沢が劣って
いた。塗膜物性は鉛筆硬度H、デュポン衝撃50cm、エ
クリセン6.0cm、40℃における耐水性3日であっ
た。室温における5%苛性ソーダ水溶液浸漬は5時間後
に塗面にふくれがみられた。
発明の効果 以上詳述した如く本発明の炭素−炭素二重結合とアミン
基を必須成分として含有する高分子化合物の水溶液又は
水分散液中でラジカル重合性モノマーをグラフト重合さ
せて得られたエマルションは従来のエマルション塗料に
比べ塗面の光沢がよく、耐水性、苛性ソーダ水溶液に対
する耐性にすぐれた塗膜を与える。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素数4〜10の共役ジオレフィン単独、
    あるいはこれらのジオレフィン同志、あるいは共役ジオ
    レフィンに対して50モル%以下の量の芳香族ビニリモ
    ノマーを重合あるいは共重合させることによって得られ
    た二重結合含有高分子化合物をエポキシ化して得られる
    500〜5,000の分子量で50〜500のヨウ素価
    の炭素−炭素二重結合およびオキシラン酸素を3〜12
    重量%有する高分子化合物100gあたり、一般式 [式中RおよびRはその一部がヒドロキシル基で置
    換されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素を表わ
    す。ただしRとRは環構造をとることができ、環構
    造中には不飽和基を含むことができる] で表わされるアミン化合物を30〜300ミリモルおよ
    び一般式 [式中RおよびRは水素原子またはメチル基を表わ
    す] で表わされるα,β−不飽和カルボン酸あるいは分子量
    100〜350で炭素−炭素共役二重結合を10重量%
    以上含む不飽和脂肪酸あるいはそれらの混合物を0〜2
    00ミリモル付加させた炭素−炭素二重結合とアミン基
    を必須成分として含有する高分子化合物の水溶液又は水
    分散液中でラジカル重合性モノマーをラジカル開始剤の
    存在下に該アミン基含有高分子化合物にグラフト重合さ
    せることを特徴とする塗膜形成物質の製造方法。
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