JPH07268063A - カチオン性マイクロゲルおよび電着におけるその使用 - Google Patents

カチオン性マイクロゲルおよび電着におけるその使用

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Abstract

(57)【要約】 【目的】カチオン性マイクロゲル分散体、および、その
電着における使用に関する。 【構成】カチオン性ポリエポキシド―アミン反応生成物
およびポリエポキシド架橋剤の混合物を水性の溶媒中に
分散し、カチオン性マイクロゲル分散体を形成するため
に該混合物を架橋するのに十分な温度まで該混合物を加
熱することを包含するプロセスによって調製される、カ
チオン性マイクロゲル分散体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はカチオン性マイクロゲル
およびカチオン性電着におけるその使用に関する。
【0002】
【従来の技術】塗料の塗装方法としての電着は、塗装電
位の影響のもとでのフィルム形成組成物の付着を包含す
る。電着は塗装工業において重要性が増大してきた。な
ぜならば、非電着塗装方法と比較して、電着は、より高
い塗料利用性、および際だった腐食防御を有し、環境汚
染が少ないからである。最初に、電着は、アノードとし
て作用する塗装された加工材料に関して行われた。これ
はアニオン性の電着として馴染み深いものであった。し
かし、カチオン性の電着は、主に、古いアニオン性の電
着に置き換わり、今日までに、最も広く行われている電
着の方法となっている。世界中で、生産される全自動車
の80%以上がカチオン性の電着によって、下塗りされ
ている。塗装の他の分野には、自動車のアクセサリー、
工場の機械、家庭器具、電化製品、スチール家具および
構成部品の下塗りまたは1度塗りの上塗りがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】実際の工業としての電
着に関する重大な問題は、塗装されるべき基板の端への
被覆性にある。塗膜は端の部分においては比較的薄く、
その結果端において早期のそして重度の腐食を受ける傾
向にある。もし溶液槽の無機顔料のレベルが増加すれ
ば、端の被覆性は改善され得るが、しかし結果的に塗装
は受け入れ難い粗いものとなる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、カチオ
ン性マイクロゲルが提供される。マイクロゲルは、カチ
オン性ポリエポキシド−アミン反応生成物およびポリエ
ポキシド架橋剤を混合し、混合物を架橋しカチオン性マ
イクロゲルを形成するのに十分な温度まで、該混合物を
加熱することを包含するプロセスにより調製される。好
ましくは、カチオン性ポリエポキシド−アミン反応生成
物およびポリエポキシド架橋剤が水のような反応媒体中
に分散され、混合物を加熱して架橋し、カチオン性マイ
クロゲル分散体を形成させる。分散体は、カソードに電
着可能なゲル状でないカチオン性樹脂と組み合わされ、
電着における使用に適した水性樹脂分散体を形成する。
このような水性分散体を使用する電着の方法もまた提供
される。
【0005】カチオン性マイクロゲルは、蒸発、スプレ
ー乾燥等によって水性分散体から回収され得、乾燥生成
物はそのようなものとして使用され得る。
【0006】カチオン性マイクロゲルはカチオン性電着
のプロセスに使用された時、滑らかなフィルムであるに
もかかわらず端の被覆性を良好にし、クレータ制御を良
好にする。
【0007】本発明に従って、カチオン性マイクロゲル
分散体は、水性媒体中で、カチオン性ポリエポキシド−
アミン反応生成物およびポリエポキシド架橋剤の反応性
混合物を最初に分散させることによって調製され得る。
分散の工程は、好ましくは100から150℃までの高
温で、水中で樹脂のカチオン性の分散体を形成するため
に水と酸の混合物に、ポリエポキシド−アミン反応生成
物を加えることによって達成され得る。代表的には、生
じる分散体の固形分の含量は約20から50重量%であ
り、そして中和の度合は全理論中和量の20から100
%である。酸は、ギ酸、乳酸および酢酸のような有機酸
とリン酸およびスルファミン酸のような無機酸で有り得
る。また、有機酸と無機酸の混合を含む酸の混合物も使
用し得る。中和の程度は特定の反応生成物に依存し、通
常生じるマイクロゲル分散体を安定化するのに十分なだ
けの酸が加えられる。”1級および/または2級アミン
グループを含むカチオン性ポリエポキシド−アミン反応
生成物”と言う表現は、1級および2級アミングループ
とその酸の塩を含む。
【0008】メチルイソブチルケトンのような水とまざ
らない共溶媒に通常溶解しているポリエポキシド架橋剤
が、次いでカチオン性ポリエポキシド―アミン分散体中
にゆっくりと攪拌されながら入れられる。この工程は通
常室温で達成され、追加の水が任意に加えられ得る。代
表的には、混合物の固形分の含量は、約10から40重
量%である。混合物は室温で反応性であるが、架橋の最
終段階が適度の時間で達成されるように、分散体は通常
攪拌を継続して加熱される。代表的には、分散体は約1
時間から6時間の間約40から90℃まで加熱される。
加熱工程の間、生じる分散体は厚くなり始め、この温度
と時間を越えると代表的に、架橋作用が実質的に完結す
る。
【0009】分散体中で架橋の度合を決定するテスト
は、蒸発によって水性の希釈剤を取り除くようにして分
散体から架橋したミクロ粒子を回収することである。乾
燥した物質はソックスレー抽出器に入れ、テトラヒドロ
フランのような溶媒を沸騰して12時間で抽出される。
ミクロ粒子の少なくとも25重量%、好ましくは少なく
とも50重量%が抽出されない。
【0010】カチオン性マイクロゲル分散体の樹脂固形
分の含量は、代表的には約5から40重量%である。こ
の固形分の含量での分散体はよい貯蔵安定性を有する。
カチオン性マイクロゲル分散体の粒子の大きさは、光散
乱法によって決定されており、代表的には約500から
2000オングストロームである。
【0011】カチオン性マイクロゲルは水性の分散体か
ら乾燥生成物として、溶媒の蒸発、スプレー乾燥等によ
って回収され得る。乾燥生成物はその後再分散されまた
は、例えば、粉体塗装における流量調節添加物として使
用され得る。
【0012】ポリエポキシド―アミン反応生成物を形成
するのに使用されるポリエポキシドは、1分子につき2
つ以上のエポキシグループそして好ましくは1分子につ
き2つのエポキシグループを含むポリマー物質である。
ポリエポキシドは、少なくとも200、好ましくは20
0から2000の範囲、そしてさらに好ましくは約34
0から2000の分子量を有する比較的高分子量のもの
である。ポリエポキシドは、環状ポリオールのポリグリ
シジルエーテルのような任意の公知のタイプのポリエポ
キシドであり得るが、それにはビスフェノール(例えば
ビスフェノールA)のような多価フェノールがある。こ
れらのポリエポキシドはアルカリの存在下、エピクロロ
ヒドリンまたはジクロロヒドリンのようなエピハロヒド
リンまたはジハロヒドリンと多価フェノールとのエーテ
ル化によって製造され得る。他の環状ポリオールの例
は、脂環式ポリオール、特に1,2―シクロヘキサンジ
オールおよび1,2―ビス(ヒドロキシメチル)シクロ
ヘキサンのような環状脂肪族ポリオールである。
【0013】ポリエポキシドの他の非常に有用な種類は
ノボラック樹脂または類似のポリヒドロキシフェノール
樹脂から製造される。
【0014】上記のポリエポキシドは、活性水素を含む
化合物、即ち、エポキシドと反応して鎖を延ばしてポリ
エポキシドの分子量を増加させる基を含む化合物とさら
に反応し得る。実際に鎖伸長剤は低分子量のポリマー鎖
の間の化学的な橋として作用して、増加したまたはより
高分子量の生成物を形成させる。代表的なポリエポキシ
ドの鎖伸長剤は、アルコール性ヒドロキシル基を含む物
質およびフェノール性ヒドロキシル基を含む物質から選
択されるポリヒドロキシル基を含む物質である。フェノ
ール性ヒドロキシル基を含む物質の例は、ビスフェノー
ルおよびレゾルシノールである。アルコール性ヒドロキ
シル基を含む物質の例は、カナダ特許第1,179,4
43号に記載されているネオペンチルグリコールのよう
な単純なポリオール;米国特許第4,148,772号
に記載されているようなポリエステルポリオールおよび
好適な米国特許第4,468,307号に記載されてい
るようなポリエーテルポリオールがある。
【0015】前述のポリグリシジルエーテルに加え、使
用され得る他のエポキシを含むポリマーは、エポキシ基
を含むアクリルポリマーである。これらのポリマーはグ
リシジルアクリレートまたはメタクリレートのような不
飽和のエポキシを含むモノマーを1つ以上の他のポリマ
ー化可能なエチレン性不飽和モノマーとポリマー化する
ことにより形成される。他のエチレン性不飽和ポリマー
化可能なエポキシ基を含むモノマーの例は、アリルグリ
シジルエーテルとビニルグリシジルフタレートである。
【0016】他のエチレン性不飽和ポリマー化可能なモ
ノマーは、少なくとも1つのCH2=CH<基を有する
ものである。そのようなモノマーの例は、酢酸ビニル、
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メ
チル、アクリロニトリル、スチレン、1,3―ブタジエ
ン、ビニルクロライド、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、アクリル酸ヒドロキシ
プロピルおよびメタクリル酸ヒドロキシプロピルであ
る。
【0017】エポキシを含むアクリルポリマーは当該分
野で公知の技術によって調製される。アクリルモノマー
は通常バルクでまたは溶媒中で、パーオキサイドタイプ
の触媒かアゾ化合物のようなフリーラジカルを発生させ
る触媒を用いてポリマー化される。適当な触媒の例は、
tert―ブチルパーオキシドおよび2,2’―アゾビ
スイソブチロニトリルである。通常分子量を制御するた
めにtert―ドデシルメルカプタンのような連鎖移動
剤がまた使用される。
【0018】ポリエポキシドと反応するアミンは好適に
はポリアミンのケチミンである。これは米国特許第4,
104,147号の第6欄の第23行から第7欄の第2
3行までに記載されており、その1部分は参考例として
ここに取り上げられている。ケチミングループは、ポリ
エポキシド―アミン反応生成物を水中に分散すると分解
し、1級アミングループを放出する。
【0019】ケチミン誘導体は、少なくとも1つの2級
アミングループと、1級アミングループを含むエポキシ
基と反応可能な任意のポリアミンであり得る。好適なポ
リアミンはアルキレンポリアミンおよび置換アルキレン
ポリアミンである。代表的なアミンは、ジエチレントリ
アミン、トリエチレンテトラミン、等とそれに相当する
プロピレンアミン、ブチレンアミンおよびより高次のア
ルキレンアミンである。使用され得る他のアミンには、
N―アミノ―エチルピペリジンのような1級―2級アミ
ンが含まれる。
【0020】ポリアミン化合物の1級アミングループ
は、ケトンとの反応によってケチミングループに変換さ
れる。ケトンの好適な例は、アセトン、メチルエチルケ
トン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチル
イソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロ
ヘキサノン等を含む。特に好適なケトンはメチルエチル
ケトンおよびメチルイソブチルケトンである。
【0021】ポリアミン誘導体に加えて、ポリエポキシ
ドと反応するアミンは、ポリアミン誘導体および2級モ
ノアミンの混合物であり得る。2級モノアミンの例は、
ジ低級アルキルアミンおよび、アルキルおよびヒドロキ
シアルキル基が1から18個の、好ましくは1から6個
の炭素原子を含む、ヒドロキシルを含むモノおよびジ低
級アルキルアミンを含有する。例として、ジメチルアミ
ン、ジエチルアミン、N―メチルエタノールアミン、ジ
エタノールアミンおよびジココアミンが含まれる。
【0022】アミンとポリエポキシドとの反応はアミン
をポリエポキシドと混合することによって起こる。反応
はそのままで、または任意に適当な溶媒の存在下行われ
る。反応は発熱であり、冷却することが望ましい。しか
し、適度の温度まで、即ち、50から150℃の範囲で
加熱することが、反応を早めるのに行われ得る。
【0023】1級および/または2級のアミングループ
は、ポリエポキシドをエチレンジアミン、ジエチレント
リアミン、トリエチレンテトラアミンのようなポリアミ
ンおよび2000の分子量を有するポリオキシプロピレ
ンジアミンのようなポリオキシアルキレンポリアミン、
およびアルキル基中に1から6個の炭素原子を含むアル
キルアミンおよびアルカノールアミンのようなモノ1級
アミンと反応させることによって、ポリエポキシド−ア
ミン反応生成物に取り込まれる。そのようなアミンの特
定の例は、エチルアミン、プロピルアミンおよびモノエ
タノールアミンを含有する。ポリアミンまたはモノ1級
アミンを使用する時は、ゲル化の危険を最小限にするた
めに特別の予防対策が取られる。例えば、過剰のアミン
が使用され得、反応の完結時に過度に真空にされる。ま
た、過剰のアミンが存在するのを確実にするために、ポ
リエポキシドがアミンに加えられ得る。
【0024】1級または2級のアミングループを含む上
述のポリエポキシド―アミン反応生成物は、代表的に、
アミンの等量につき300から4,000の、好ましく
は500から2,500グラムのアミングループ当量重
量(1級アミンを単官能性として1級および2級アミン
に基づいて)を有する。
【0025】ポリエポキシド架橋剤は、上述のポリエポ
キシドのいずれでも有り得る。しかし、代表的に、ポリ
エポキシド架橋剤は、ビスフェノールAのような多価フ
ェノールのポリグリシジルエーテル、または少なくとも
200、好ましくは200から2,000の範囲の、エ
ポキシ当量重量を有する、エポキシノボラック樹脂であ
る。
【0026】架橋反応を成し遂げるために、アミン(1
級および2級アミンに基づき、1級アミンは単官能性と
考えられる)に対するエポキシの当量比は代表的には、
約1:0.5から2.0、好ましくは1:0.8から
1.2である。
【0027】上述のように調製されるカチオン性マイク
ロゲル分散体は、即ち、分散された形態で、ゲル状でな
いカチオン性の電着可能な樹脂の水性分散体と単純に組
み合わして、カチオン性の電着における使用に適した水
性樹脂分散体を形成するために使用され得る。さらに、
カチオン性マイクロゲルは、共沸蒸留、スプレー乾燥等
によって分散体から回収され得、そして次にゲル状でな
いカチオン性電着可能な樹脂と組み合わされ得る。
【0028】カチオン性マイクロゲルは、水性の電着可
能な樹脂分散体中に、水性樹脂分散体の樹脂固形分の重
量に基づいて、0.1から20重量%、好ましくは2か
ら10重量%の量で、通常存在する。10重量%より多
い量では、所望される電着フィルムよりもより粗いもの
となるので好ましくなく、0.1重量%よりも少ない量
では、端の被覆性に有意の改善を与えない。
【0029】ゲル状でないカチオン性樹脂の例は、Je
rabekの米国特許第4,031,050号に記載さ
れているように、1級または2級アミンとポリエポキシ
ドの酸に溶解された反応生成物である、アミン塩グルー
プを含む樹脂を包含する。通常、これらのアミン塩グル
ープを含む樹脂はブロックされたポリイソシアネート硬
化剤と共に用いられる。イソシアネートは前述の米国特
許第4,031,050号に記載されているように十分
にブロックされ得、またはイソシアネートは部分的にブ
ロックされ得、ポリエポキシド―アミン樹脂骨格と反応
し得る。このような樹脂のシステムはJerabekら
の米国特許第3,947,358号に記載されている。
また、1成分組成物は米国特許第4,134,866号
およびドイツ特許公開第2,752,255号に記載さ
れている。ポリエポキシドアミン生成物に加えて、本発
明の分散されたカチオン性マイクロゲルは、米国特許第
3,455,806号および第3,928,157号に
記載されているように、ゲル状でないカチオン性アクリ
ル樹脂と共にも使用され得る。
【0030】アミン塩グループを含む樹脂に加えて、4
級アンモニウム塩グループを含む樹脂もまたゲル状でな
いカチオン性樹脂として使用され得る。これらの樹脂の
例は有機ポリエポキシドを3級アミン酸塩と反応させる
ことから形成されるものである。このような樹脂はBo
ssoおよびWismerの米国特許第3,962,1
65号、第3,975,346号および第4,001,
156号に記載されている。他のカチオン性樹脂の例
は、BossoおよびWismerの米国特許第4,0
38,232号に記載されているような3元スルホニウ
ム塩グループを含む樹脂である。また、欧州特許出願第
12436号に記載されているようなエステル交換機構
を経て硬化するカチオン性の電着可能な樹脂も使用され
得る。
【0031】カチオン性の電着可能な樹脂は、ゲル状で
はない。即ち、これらの樹脂は、実質的に架橋していな
い。代表的には、該樹脂が、上述のように分散体から回
収され、乾燥され、沸騰した溶媒で抽出される時には、
抽出されない樹脂は10%よりも少ない。
【0032】ゲル状でないカチオン性樹脂は、水性の電
着可能な樹脂分散体中に、水性の樹脂分散体の樹脂固形
分の重量を基づいて、70から90重量%の量で、好ま
しくは75から85重量%の量で代表的に存在する。
【0033】ゲル状でないカチオン性の樹脂および分散
されたカチオン性のマイクロゲルの混合物は、分散体の
形状、好ましくは水性の分散体の形状である。メタノー
ルのような極性の有機溶媒中の分散体がえられ得る。”
分散体”と言う用語は、上述のように、樹脂相が分散相
であり、水のような分散媒が連続相である、二相の、透
明な、半透明なまたは不透明な樹脂系であると考えられ
ている。平均的な樹脂相の粒子の大きさの直径は、一般
的に、10ミクロンであり、好ましくは5ミクロンより
も小さい。分散媒中における樹脂相の濃度は、分散体の
全重量の基づいて、通常約0.5重量%、および通常
0.5から50重量%である。
【0034】水性の分散体の場合には、水の他に、水性
の溶媒は併合する溶媒を含み得る。有用な併合する溶媒
は、炭化水素類、アルコール類、エステル類、エーテル
類およびケトン類を含有する。好適な併合する溶媒は、
アルコール類、ポリオール類およびケトン類を含有す
る。特定の併合溶媒としては、イソプロパノール、ブタ
ノール、2―エチルヘキサノール、イソフォロン、4―
メトキシペンタノン、エチレングリコール、プロピレン
グリコール、エチレングリコールのモノエチルエーテ
ル、エチレングリコールのモノブチルエーテルおよびエ
チレングリコールのモノヘキシルエーテルを含有する。
併合溶媒の量は過度に臨界的なものではなく、水性媒体
の全重量に基づいて、好ましくは約0.01から40重
量%、さらに好ましくは0.05から25重量%であ
る。
【0035】任意に、顔料組成物および、もし所望なら
ば、界面活性剤、湿潤剤およびフロー調節剤のような様
々な添加物が、分散体中に含まれ得る。顔料組成物は、
例えば、酸化鉄、酸化鉛、クロム酸ストロンチウム、カ
ーボンブラック、炭じん、二酸化チタン、滑石、硫酸バ
リウムおよびカドミウムイエロー、カドミウムレッド等
のような着色顔料を含有する従来のタイプのもので有り
得る。分散体の顔料の含有量は通常樹脂に対する顔料の
比率として表される。本発明の実施においては、樹脂に
対する顔料の比率は通常0.02から1:1の範囲以内
である。
【0036】界面活性剤および湿潤剤の例は、GEIG
Y AMINE CとしてGeigyIndustria
l Chemicalsより入手可能なアルキルイミダ
ゾリン類、SURFYNOLとしてAir Purod
ucts and Chemicalsより入手可能なア
セチレンアルコール類を含有する。フロー調節剤の例
は、米国特許第4,432,850号に記載されている
ようなものである。これらの任意の成分は、存在する
時、樹脂固形分の重量に基づいて、30重量%まで、通
常0.1から5重量%までを構成する。
【0037】上述のように、水性の分散体が電着のプロ
セスにおいて使用される時、水性の分散体は、電気伝導
性のアノード、およびカソードに接触するようにされる
が、カソードが塗装される面になる。水性の分散体への
接触に続いて、電極間に十分な電圧がかけられた時、塗
料組成物の付着性フィルムがカソードに付着される。電
着が行われる条件は、当該分野において公知である。電
着は通常一定の電圧で行われる。かけられる電圧は変え
得るが、例えば、1ボルト程度まで低いか、数千ボルト
程度まで高いが、しかし代表的には50から500ボル
トで有り得る。電流密度は通常1平方フィートにつき1
アンペアと15アンペアの間であり(1平方メートルに
つき10.8から161.5アンペア)、電着の間に減
少する傾向にあり、これは連続した自己絶縁フィルムの
形成を示している。
【0038】本発明の塗装組成物は、通常スチール、ア
ルミニウム、銅、マグネシウム等のような金属、しかし
また金属化されたプラスチックおよび導電性の炭素塗装
した物質を含有する様々な電気伝導性基板に塗装され得
る。他の従来塗料の塗装としては、組成物は、ガラス、
木およびプラスチックのような非金属性基板に塗装され
得る。
【0039】付着後、塗料はオーブン内で焼くような高
温で硬化される。硬化温度は、代表的には120から2
50℃の範囲であり、好ましくは120から190℃の
温度であり、いずれの場合でも10から60分間行われ
る。できあがったフィルムの厚さは、代表的には20か
ら50ミクロンに変化する。
【0040】本発明の水性樹脂分散体は、電着により塗
装されるのに加えて、流し塗り、浸し塗り、スプレー塗
りおよびロール塗りのような従来の塗装法によっても塗
装され得る。
【0041】
【実施例】本発明を次の実施例において例示するが、し
かし、発明の詳細を限定するものではない。実施例およ
び明細書を通してすべての部および割合(%)は他に記
載がない限り重量によるものである。
【0042】次の実施例はカチオン性電着塗料の形成に
おいて使用される様々な成分の調製およびカチオン性電
着塗料自身の形成について示す。特に、カチオン性マイ
クロゲルを含むカチオン性電着塗料が調製され、端の被
覆性と表面効果についてカチオン性マイクロゲルを含ま
ない類似のカチオン性電着塗料と比較された。
【0043】実施例AからG これらの実施例は高い端の被覆性を有する塗料の形成に
使用されるマイクロゲルの調製について示している。
【0044】実施例A この実施例は以下に示される2つのマイクロゲルの例の
合成において使用される芳香族エポキシ樹脂に基づくゲ
ル状でないカチオン性石鹸の調製を示している。カチオ
ン性石鹸は以下の成分の混合物から調製された:成分 重量部 EPON8281 1023.0 ビスフェノールA―エチレンオキシド付加物 (1/6モル比) 365.0 ビスフェノールA 297.0 メチルイソブチルケトン 88.7 ベンジルジメチルアミン 1.4 ベンジルジメチルアミン 4.2 ジケチミン2 179.4 N―メチルエタノールアミン 85.2 乳酸(88%水溶液) 227.7 脱イオン水 1293.0 脱イオン水 3097.61 188のエポキシ当量重量を有するビスフェノールA
のジグリシジルエーテルで、Shell Chemic
al Co.より入手可能。
【0045】2ジエチレントリアミンおよびメチルイソ
ブチルケトン由来のジケチミン(メチルイソブチルケト
ン中73%固形分)。
【0046】EPON828、ビスフェノールA―エチ
レンオキシド付加物、ビスフェノールAおよびメチルイ
ソブチルケトンを反応容器に入れ、窒素雰囲気下140
℃まで加熱した。ベンジルジメチルアミンの第一の部分
を加え、反応混合物を約185℃まで発熱するままに放
置し、存在する水を共沸的に取り除くために還流した。
反応混合物を160℃まで冷却し、30分間保持し、さ
らに145℃まで冷却し、ベンジルジメチルアミンの第
二の部分を加えた。Gardner―Holdt粘度
(2―メトキシプロパノールにおいて50%樹脂固形
分)がO―Pに減少するまで、反応を145℃で保温し
た。この時点で、反応混合物を125℃まで冷却し、ジ
ケチミンとN―メチルエタノールアミンを連続して加え
た。混合物は140℃まで発熱し、これを125℃まで
冷却し、1時間この温度に保った。1時間後に、乳酸と
第一の部分の脱イオン水から成る水性媒体中に樹脂を分
散した。分散体を次いで脱イオン水の第二の部分でさら
に薄め、31%の含量の固形分を有し、粒子の大きさが
300オングストロームより小さいカチオン性のエポキ
シ石鹸を得た。
【0047】実施例B この実施例は、上述の実施例Aに記載したカチオン性エ
ポキシ石鹸からのカチオン性マイクロゲルの合成を示し
ている。カチオン性マイクロゲルは以下の成分から調製
された:成分 重量部 実施例A由来のカチオン性エポキシ石鹸 2258.1 脱イオン水 1510.8 EPON828 71.7 メチルイソブチルケトン 17.9 脱イオン水 598.7 カチオン性エポキシ石鹸および脱イオン水の第一の部分
を反応容器に入れ、窒素雰囲気下少なくとも5分間混合
を達成するために攪拌した。EPON828をメチルイ
ソブチルケトンの溶液として攪拌を続けながら容器に加
え、生じた混合物を90℃まで加熱し、3時間保温し
た。保温終了時に、反応混合物を脱イオン水の第二の部
分で希釈し、60℃まで冷却する間バキュームストリッ
プした。留出物の170部の全量を集めるまでこの温度
でストリッピングを続けた。得られた混合物を次いで室
温まで冷却し、18%の含量の固形分を有し、粒子の大
きさが750オングストロームのカチオン性マイクロゲ
ルを得た。
【0048】実施例C この実施例は、上述の実施例Aに記載したカチオン性エ
ポキシ石鹸からのもう1つのカチオン性マイクロゲルの
合成を示している。カチオン性マイクロゲルは以下の成
分から調製された。
【0049】成分 重量部 実施例A由来のカチオン性エポキシ石鹸 2258.1 脱イオン水 1499.1 DEN―4381 68.6 メチルイソブチルケトン 17.2 脱イオン水 597.01 Dow Chemical Co.より入手可能なエポ
キシノボラック樹脂。
【0050】カチオン性エポキシ石鹸および脱イオン水
の第一の部分を反応容器に入れ、窒素雰囲気下少なくと
も5分間混合を達成するために攪拌した。DEN―43
8を次いでメチルイソブチルケトンの溶液として攪拌を
続けながら容器に加え、生じた混合物を90℃まで加熱
し、3時間保温した。保温終了時に、反応混合物を脱イ
オン水の第二の部分で希釈し、60℃まで冷却する間バ
キュームストリップした。留出物の170部の全量を集
めるまでこの温度でストリッピングを続けた。得られた
混合物を次いで室温まで冷却し、18%の固形分含量を
有し、粒子の大きさが1440オングストロームのカチ
オン性マイクロゲルを得た。
【0051】実施例D この実施例は、JEFFAMINE D―2000およ
びEPON1001に基づいて、下記に示すマイクロゲ
ルの合成に使用される、ゲル状でないカチオン性石鹸の
調製を示している。カチオン性石鹸は、以下の成分の混
合物から調製された:成分 重量部 JEFFAMINE D―2000 3750.9 75%が固形分のEPON10011トルエン溶液 2052.3 トルエン 648.2 乳酸(88%水溶液) 232.6 脱イオン水 2929.6 脱イオン水 9275.01 Shell Chemical Co.より入手可能な
ビスフェノールAのポリグリシジルエーテル。
【0052】2000の分子量を有し、JEFFAMI
NE D―2000としてTexaco Chemica
l Companyより市販のポリオキシプロピレンジ
アミンを窒素雰囲気下反応容器に入れ、90℃まで加熱
した。EPON1001溶液およびトルエンを30分間
かけて加え、生じた混合物を130℃まで加熱した。反
応混合物を125から130℃で3時間保温すると、G
ardner―Holdt粘度はY-に達した。反応混
合物を次いで逆に、乳酸と脱イオン水の第一の部分の混
合物に加えて薄め、高固形分の分散体を得た。30分間
混合後、高固形分の分散体を脱イオン水の第二の部分で
薄め、26.4%の含量の固形分を有する分散体を得
た。
【0053】実施例E この実施例は、上述の実施例Dに記載したカチオン性エ
ポキシ―JEFFAMINE石鹸からのカチオン性マイ
クロゲルの合成を示している。カチオン性マイクロゲル
は以下の成分から調製された:成分 重量部 実施例D由来のカチオン性エポキシ―JEFFAMINE 石鹸 3049.2 90%が固形分のEPON828トルエン溶液 20.0 脱イオン水 450.0 カチオン性エポキシ―JEFFAMINE石鹸を反応容
器に入れ、EPON828を加える間攪拌した。生じた
混合物を、5000psiで1度大きな分散室の付いた
Microfluidicsのマイクロフリューダイザ
ー モデル110Tに通し、その後室温で一夜攪拌し
た。室温で16時間攪拌後、反応混合物を脱イオン水で
希釈し、60℃まで加熱し、重量で450部の留出物を
集めるまでバキュームストリップした。生じたカチオン
性マイクロゲルは31.7%の含量の固形分と、233
オングストロームの粒子の大きさを有した。
【0054】実施例F この実施例は、スチレン化されたアクリル樹脂に基づい
て、下記に示すマイクロゲルの合成に使用される、ゲル
状でないカチオン性石鹸の調製を示している。カチオン
性石鹸は以下の成分の混合物から調製された:成分 重量部 メチルイソブチルケトン 150.0 アクリル酸ブチル 352.0 スチレン 352.0 メタクリル酸ヒドロキシプロピル 151.7 メタクリル酸グリシジル 144.3 メチルイソブチルケトン 162.3 VAZO―671 30.0 tert―ドデシルメルカプタン 35.0 メチルイソブチルケトン 30.0 VAZO―67 9.0 ジケチミン2 113.3 N―メチルエタノールアミン 53.8 乳酸(88%水溶液) 134.0 脱イオン水 2358.4 脱イオン水 2016.51 Du Pontより入手可能な2,2’―アゾビス―
(2―メチルブチロニトリル)。
【0055】2ジエチレントリアミンおよびメチルイソ
ブチルケトン由来のジケチミン(メチルイソブチルケト
ン中73%固形分)。
【0056】メチルイソブチルケトンの第一の部分を反
応容器に入れ、窒素雰囲気下110℃まで加熱した。ア
クリル酸ブチル、スチレン、メタクリル酸ヒドロキシプ
ロピル、メタクリル酸グリシジル、メチルイソブチルケ
トンの第二の部分、VAZO―67の第一の部分および
tert―ドデシルメルカプタンをエルレンマイヤーフ
ラスコに入れ、十分に混合した。モノマーの混合物を反
応容器中の熱いメチルイソブチルケトン中に2時間30
分かけて滴下し、その間反応温度を107から113℃
に保持した。モノマーの滴下が完了したら、反応容器中
の混合物を107から113℃で1時間保温した。VA
ZO―67の第二の部分を、メチルイソブチルケトンの
第三の部分の溶液として、15分間かけて滴下した。ス
キャベンジャーの充填が完了した時点で、反応混合物を
107から113℃に30分間保温し、次に30分間か
けて150℃まで温度を徐々に上昇させ、その間留出物
を重量で223部集めた。反応の終了したアクリル系を
125℃まで冷却し、次いでジケチミン、すぐに続けて
N―メチルエタノールアミンを添加することによってア
ミン化した。発熱がおさまった後に、反応混合物を12
5℃まで再びあたため、その温度で2時間アミン化を完
結させるため保温した。2時間の保温終了時に、アミン
化したアクリル樹脂を、乳酸と脱イオン水の第一の部分
から成る水性の溶媒中に分散させた。分散体を次いでさ
らに脱イオン水の第二の部分で薄め、22%の含量の固
形分を有し、粒子の大きさが300オングストロームよ
り小さいカチオン性のアクリル石鹸を得た。
【0057】実施例G この実施例は上述の実施例Fに記載したカチオン性アク
リル石鹸からのカチオン性マイクロゲルの合成を示して
いる。カチオン性マイクロゲルは以下の成分から調製さ
れた:成分 重量部 実施例F由来のカチオン性エポキシ石鹸 3177.5 脱イオン水 573.0 EPON828 66.8 メチルイソブチルケトン 16.7 脱イオン水 686.0 カチオン性のエポキシ石鹸および脱イオン水の第一の部
分を反応容器に入れ、窒素雰囲気下少なくとも5分間混
合を達成するために攪拌した。次いでEPON828を
メチルイソブチルケトンの溶液として、攪拌を続けなが
ら容器に加え、生じた混合物を90℃まで加熱し、その
温度で3時間保温した。保温の終了時に、反応混合物を
脱イオン水の第二の部分で希釈し、60℃まで冷却する
間にバキュームストリップした。留出物の260部の全
量を集めるまでこの温度でストリッピングを続けた。生
じた混合物を室温まで冷却し、18%の含量の固形分を
有し、粒子の大きさが1000オングストロームのカチ
オン性マイクロゲルを得た。
【0058】実施例H この実施例は、硬化塗膜のよりよい外観を提供するため
に、カチオン性の電着浴に、続いて添加するためのポリ
エポキシドポリオキシアルキレンジアミン付加物の調製
を示している。付加物を調製するために、中間体のポリ
エポキシドは以下の成分の混合物から調製された:成分 重量部 EPON828 1000.0 ビスフェノールA 308.1 エチルトリフェニルホスホニウムアイオダイド 1.3 2―ブトキシエタノール 413.5 EPON828およびビスフェノールAを窒素雰囲気下
反応容器に入れ、110℃まで加熱した。すべてのビス
フェノールAが溶解するまで反応混合物を110℃に保
温し、そこで、エチルトリフェニルホスホニウムアイオ
ダイド触媒を加え、反応を開始させるために反応混合物
を160℃まで加熱した。混合物は180℃まで発熱
し、次いでこれを160℃まで冷却し、その温度で、反
応を完結させるために1時間保温した。保温を終了し
て、2―ブトキシエタノールを加え、76%の固形分含
量で、504のエポキシ当量(固形分に基づく)の固形
分を得た。
【0059】付加物は次に以下の成分の混合物から調製
された:成分 重量部 JEFFAMINE D―2000 2362.2 上述のように調製されたポリエポキシド中間体 1141.6 2―ブトキシエタノール 296.1 88%乳酸水溶液 96.9 脱イオン水 5279.1 2000の分子量を有し、JEFFAMINE D―2
000としてTexaco Chemical Comp
anyより入手可能なポリオキシプロピレンジアミンを
ポリエポキシド中間体と以下のように反応させた:JE
FFAMINED―2000を窒素雰囲気下反応容器に
入れ、90℃まで加熱した。ポリエポキシド中間体およ
び2―ブトキシエタノールを30分間かけて加えた。添
加の完了時に、反応混合物を130℃まで加熱し、その
温度で3時間保温した。次に、樹脂を88%乳酸水溶液
と脱イオン水の混合物中にそそいで分散させた。生じた
反応生成物は35.2%の含量の固形分を有した。
【0060】実施例I この実施例は、下記に記載されるカチオン性電着浴の配
合に使用される、カチオン性電着バインダーの調製を示
している。樹脂は以下の成分の混合物から調製された:成分 重量部 EPON828 1023.0 ビスフェノールA―エチレンオキシド付加物 (1/6モル比) 365.0 ビスフェノールA 297.0 メチルイソブチルケトン 88.7 ベンジルジメチルアミン 1.4 ベンジルジメチルアミン 4.2 架橋剤1 1783.9 ジケチミン 113.7 N―メチルエタノールアミン 98.6 スルファミン酸 93.4 脱イオン水 2252.7 脱イオン水 1360.4 脱イオン水 2137.71 キャップ化したポリイソシアネート架橋剤は以下の成
分の混合物から調製された:成分 重量部 ポリイソシアネートa 4095.0 メチルイソブチルケトン 2199.6 ジブチルスズジラウラート 6.2 2―(2―ブトキシエトキシ)エタノール 3353.0 トリメチロールプロパン 356.1 2―(2―ブトキシエトキシ)エタノール 464.2a MODUR MRS―4としてMobay Chemi
cal Companyより入手可能なポリマーMD
I。
【0061】ポリイソシアネート、メチルイソブチルケ
トンおよびジブチルスズジラウラートを反応フラスコに
入れ、窒素雰囲気下30℃まで加熱した。2―(2―ブ
トキシエトキシ)エタノールの第一の部分をゆっくりと
加え、その間温度を60から65℃に保持した。添加完
了時に、反応混合物を90分間65℃に保温した。次に
トリメチロールプロパンを加え、混合物を110℃まで
加熱し、その温度で3時間保温し、そこで、2―(2―
ブトキシエトキシ)エタノールの最後の部分を加えた。
赤外吸収スペクトル分析で未反応のNCOが残らなくな
るまで110℃の温度保持を続けた。
【0062】EPON828、ビスフェノールA―エチ
レンキシド付加物、ビスフェノールAおよびメチルイソ
ブチルケトンを反応容器に入れ、窒素雰囲気下140℃
まで加熱した。ベンジルジメチルアミンの第一の部分を
加え、反応混合物を約185℃まで発熱させ、存在する
水を共沸的に取り除くために還流した。反応混合物を1
60℃まで冷却し、30分間保温し、さらに145℃ま
で冷却し、ベンジルジメチルアミンの第二の部分を加え
た。Gardner―Holdt粘度(2―メトキシプ
ロパノール中50%の樹脂固形分)が減少してP―Qを
示すまで、反応を145℃に保温した。この時点で、架
橋剤、ジケチミンおよびN―メチルエタノールアミンを
連続して加えた。混合物が発熱するままにすると、12
5℃の温度に達した。125℃で1時間保持した後、ス
ルファミン酸および脱イオン水の第一の部分の混合物に
加えることによって、樹脂を水性の溶媒中に分散させ
た。分散体を脱イオン水の第二および第三の部分により
段階的にさらに薄め、有機溶媒を取り除くためにバキュ
ームストリップし、38.9%の含量の固形分を有し、
粒子の大きさが825オングストロームの分散体を得
た。
【0063】実施例1から9 これらの実施例は、実施例AからGのカチオン性マイク
ロゲルおよび前の実施例に記載されている何等かの物質
を用いるカチオン性電着塗料の調製と評価を示してい
る。
【0064】実施例1(コントロール) コントロールのカチオン性電着浴は、マイクロゲルなし
で、実施例Hに記載されている144.9グラムのJE
FFAMINE付加物、34.0グラムの正規の2―
(2―n―ブトキシエトキシ)エタノールおよび10
0.0グラムの脱イオン水の混合物で配合された。この
混合物に実施例Iの1238.0グラムのカチオン性バ
インダー、156.8グラムの二酸化チタンを含む47
4.7グラムの顔料ペースト、18.9グラムのシリカ
増量剤、13.8グラムのケイ酸鉛、10.2グラムの
ジブチルオキソスズおよび3.9グラムのカーボンブラ
ックおよび十分な脱イオン水を加え、21%の浴固形分
を得た。生じたカチオン性電着塗料は21%の顔料の固
形分を有し、バインダーに対する顔料の比率は0.32
/1.0であった。
【0065】20%の限外濾過の後、浴は以下のように
評価された。CHEMFIL168/C20で前処理を
含むACTによって調製された、なめらかな冷間圧延綱
の27マイクロインチのプロフィールパネルを、硬化フ
ィルムとして1ミリのフィルム厚を得るために、205
と250の間の電圧で2分間83°Fで浴中で電着し
た。パネルを360°Fで20分間硬化し、塗膜のプロ
フィールを測定した。端の被覆性/腐食抵抗性を測定す
るために、ユーティリティーナイフの刃を冷間圧延綱パ
ネルとして同様に前処理し、同様に電気塗装し、上述の
ように塗膜を硬化した。ナイフの刃(約4インチの長
さ)に、3日、7日および11日間ソルトスプレーし、
刃についてさびた点の平均数を記録した。結果を以下の
表1に記載する。
【0066】実施例2 実施例Iの28.3グラムのカチオン性バインダー固形
分を、実施例Bのマイクロゲル由来の28.3グラムの
固形分で置き換えた以外は、実施例1のものと同様のカ
チオン性電着浴を調製し、使用する脱イオン水の量を2
1%の浴固形分になるように調節した。生じたカチオン
性電着塗料は21%の含量の固形分を有し、バインダー
に対する顔料の比率は0.32/1.0であった。
【0067】20%の限外濾過(脱イオン水でもどし
た)の後、浴を実施例1におけるようにプロフィールお
よび端の被覆性/腐食性について評価した。結果を以下
の表1に記載する。
【0068】実施例3 実施例Iの39.7グラムのカチオン性バインダー固形
分を、実施例Bのマイクロゲル由来の39.7グラムの
固形分で置き換えた以外は、実施例1のものと同様のカ
チオン性電着浴を調製し、使用する脱イオン水の量を2
1%の浴固形分になるように調節した。生じたカチオン
性電着塗料は21%の含量の固形分を有し、バインダー
に対する顔料の比率は0.32/1.0であった。
【0069】20%の限外濾過の後、浴を実施例1にお
けるようにプロフィールおよび端の被覆性/腐食性につ
いて評価した。結果を以下の表1に記載する。
【0070】実施例4 実施例Iの28.3グラムのカチオン性バインダー固形
分を、実施例Cのマイクロゲル由来の28.3グラムの
固形分で置き換えた以外は、実施例1のものと同様のカ
チオン性電着浴を調製し、使用する脱イオン水の量を2
1%の浴固形分になるように調節した。生じたカチオン
性電着塗料は21%の含量の固形分を有し、バインダー
に対する顔料の比率は0.32/1.0であった。
【0071】20%の限外濾過の後、浴を実施例1にお
けるようにプロフィールおよび端の被覆性/腐食性につ
いて評価した。結果を以下の表1に記載する。
【0072】実施例5 実施例Iの39.7グラムのカチオン性バインダー固形
分を、実施例Cのマイクロゲル由来の39.7グラムの
固形分で置き換えた以外は、実施例1のものと同様のカ
チオン性電着浴を調製し、使用する脱イオン水の量を2
1%の浴固形分になるように調節した。生じたカチオン
性電着塗料は21%の含量の固形分を有し、バインダー
に対する顔料の比率は0.32/1.0であった。
【0073】20%の限外濾過の後、浴を実施例1にお
けるようにプロフィールおよび端の被覆性/腐食性につ
いて評価した。結果を以下の表1に記載する。
【0074】実施例6 実施例Iの28.3グラムのカチオン性バインダー固形
分を、実施例Eのマイクロゲル由来の28.3グラムの
固形分で置き換えた以外は、実施例1のものと同様のカ
チオン性電着浴を調製し、使用する脱イオン水の量を2
1%の浴固形分になるように調節した。生じたカチオン
性電着塗料は21%の含量の固形分を有し、バインダー
に対する顔料の比率は0.32/1.0であった。
【0075】20%の限外濾過の後、浴を実施例1にお
けるようにプロフィールおよび端の被覆性/腐食性につ
いて評価した。結果を以下の表1に記載する。
【0076】実施例7 実施例Iの39.7グラムのカチオン性バインダー固形
分を、実施例Eのマイクロゲル由来の39.7グラムの
固形分で置き換えた以外は、実施例1のものと同様のカ
チオン性電着浴を調製し、使用する脱イオン水の量を2
1%の浴固形分になるように調節した。生じたカチオン
性電着塗料は21%の含量の固形分を有し、バインダー
に対する顔料の比率は0.32/1.0であった。
【0077】20%の限外濾過の後、浴を実施例1にお
けるようにプロフィールおよび端の被覆性/腐食性につ
いて評価した。結果を以下の表1に記載する。
【0078】実施例8 実施例Iの28.3グラムのカチオン性バインダー固形
分を、実施例Gのマイクロゲル由来の28.3グラムの
固形分で置き換えた以外は、実施例1のものと同様のカ
チオン性電着浴を調製し、使用する脱イオン水の量を2
1%の浴固形分になるように調節した。生じたカチオン
性電着塗料は21%の含量の固形分を有し、バインダー
に対する顔料の比率は0.32/1.0であった。
【0079】20%の限外濾過の後、浴を実施例1にお
けるように、端の腐食性が7日間のソルトスプレーでの
み評価されたことを除いて、プロフィールおよび端の被
覆性/腐食性について評価した。結果を以下の表1に記
載する。
【0080】実施例9 実施例Iの39.7グラムのカチオン性バインダー固形
分を、実施例Gのマイクロゲル由来の39.7グラムの
固形分で置き換えた以外は、実施例1のものと同様のカ
チオン性電着浴を調製し、使用する脱イオン水の量を2
1%の浴固形分になるように調節した。生じたカチオン
性電着塗料は21%の含量の固形分を有し、バインダー
に対する顔料の比率は0.32/1.0であった。
【0081】20%の限外濾過の後、浴を実施例1にお
けるように、端の腐食性は7日間のソルトスプレーでの
み評価されたことを除いて、プロフィールおよび端の被
覆性/腐食性について評価した。結果を以下の表1に記
載する。
【0082】
【表1】
【0083】
【発明の効果】本発明はカチオン性マイクロゲルおよび
カチオン性電着の方法における分散体の使用を開示した
ものであり、この分散体は水性の樹脂分散体を形成する
ゲル状でないカチオン性樹脂で配合され、カチオン性電
着のプロセスにおける使用に適しており、端の被覆性を
改善し、クレータを制御する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C25D 13/06 E (72)発明者 スティーブン ランドルフ ザワッキー アメリカ合衆国 ペンシルベニア 15237, ピッツバーグ,オールド イングリッシュ ロード 124

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カチオン性マイクロゲル分散体であって、 (1)水系の媒体中に以下の(a)および(b)の混合
    物を分散させる工程: (a)1級および/または2級のアミングループを含む
    カチオン性ポリエポキシド−アミン反応生成物、および (b)ポリエポキシド架橋剤:ここで、該カチオン性ポ
    リエポキシド−アミン反応生成物は、ポリアミン誘導
    体、および該ポリアミン誘導体と1級または2級のモノ
    アミンとの混合物からなる群から選択される少なくとも
    一種のアミンと、ポリエポキシドとを反応させること、
    および該反応生成物を少なくとも部分的に酸で中和する
    ことによって形成され;ここで、該ポリアミン誘導体
    は、ケチミングループによって保護された少なくとも1
    個の1級アミングループ、および2級アミングループを
    有する;および (2)該混合物を架橋するのに十分な温度まで該混合物
    を加熱して該カチオン性マイクロゲル分散体を形成させ
    る工程を包含するプロセスによって調製される、カチオ
    ン性マイクロゲル分散体。
  2. 【請求項2】前記ポリエポキシド―アミン反応生成物を
    調製するのに使用される前記アミンが、前記ポリアミン
    誘導体と1級または2級のモノアミンとの混合物であ
    る、請求項1に記載のカチオン性マイクロゲル分散体。
  3. 【請求項3】前記ポリアミン誘導体が、ジエチレントリ
    アミンおよびメチルイソブチルケトンのジケチミンであ
    る、請求項1に記載のカチオン性マイクロゲル分散体。
  4. 【請求項4】前記ポリエポキシド―アミン反応生成物を
    調製するのに使用される前記ポリエポキシドが、ポリハ
    イドリック物質のポリグリシジルエーテルである、請求
    項1に記載のカチオン性マイクロゲル分散体。
  5. 【請求項5】前記ポリエポキシドが、ポリエーテルポリ
    オールで鎖伸長されている、請求項4に記載のカチオン
    性マイクロゲル分散体。
  6. 【請求項6】前記ポリエーテルポリオールが、環状ポリ
    オール―エチレンオキシド付加物である、請求項5に記
    載のカチオン性マイクロゲル分散体。
  7. 【請求項7】前記ポリエポキシド架橋剤が、ポリハイド
    リック物質のポリグリシジルエーテルである、請求項1
    に記載のカチオン性マイクロゲル分散体。
  8. 【請求項8】前記ポリハイドリック物質が、フェノール
    性物質である、請求項7に記載のカチオン性マイクロゲ
    ル分散体。
  9. 【請求項9】樹脂固形分量が5から40重量%である、
    請求項1に記載のカチオン性マイクロゲル分散体。
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