JPH0860046A - ビスマス触媒を用いた電着塗装材料の硬化方法 - Google Patents
ビスマス触媒を用いた電着塗装材料の硬化方法Info
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Abstract
アダクトからなる電着塗装材料の硬化のための触媒を提
供する。 【構成】 ビスマス1モル当たり解離性プロトンが2モ
ル未満であるような量で酸を使用してビスマス化合物を
製造する。
Description
に関する。
バインダーとして使用することができる。塗装膜を架橋
段階で硬化する。ここで架橋は、エステル交換反応、ア
ミド交換反応又はウレタン交換反応に基づいており、周
期表のIVb からVIa 族の金属の化合物が触媒として機能
する。
硬化のために、例えば自動車のボディーの電着(CE
D)塗装において、有機鉛化合物及び有機錫化合物が単
独で又は混合物で触媒として頻繁に使用される。例えば
ジブチル錫酸化物又はジブチル錫ジラウリン酸塩のよう
な四価の錫の有機化合物が、この状況下において使用さ
れる。
毒性のために、その他の金属の化合物で代用するための
多くの試みがこれまでになされた。ウレタン交換反応に
おける触媒としてビスマス化合物を使用することは、公
知である。イソシアネートとヒドロキシ化合物の反応の
ウレタン結合の架橋におけるビスマス化合物の触媒活性
は、例えばPolyurethanes, Chemistry and Technology
、High Polymers Vol. XVI, Part I, Wiley Interscie
nce 1967, page 167により知られている。ビスマス化合
物の優れた触媒活性及び腐食防止効果は、鉛化合物のそ
れと類似している。しかし、鉛及び錫の両性酸化物とは
異なり、三価のビスマス酸化物は、強塩基である。ビス
マス酸化物は、強酸中で対応する塩となって溶解する
が、水で希釈又は中和することでビスマス水酸化物が綿
状沈澱物として析出する。強酸の塩の溶液は著しい酸性
を示し、電着塗装浴中に添加するとpHが許容される最
低値を下回る。従って、塩基を添加して、pHを再調整
しなければならない。強い酸性ではないビスマス塩溶液
を作ろうとすると、ビスマス水酸化物が直ぐ又は少し後
に沈澱して触媒活性が低下又は消失し、この沈澱物は塗
装膜に表面欠陥を招く。
り、乳酸及びジメチロールプロピオン酸のような脂肪族
ヒドロキシカルボン酸のビスマス塩を含む水で希釈でき
るカチオン性塗料のバインダーが開示された。この場合
において、バインダーに加えられる酸の量は、ビスマス
塩が加水分解されず、その後沈澱するような量である。
このため、ビスマス塩を比較的長時間(2時間)にわた
って加え、その後さらに6時間攪拌しなければならな
い。その後、はじめて例えば固体含有量65重量%にメ
トキシプロパノールで希釈することによって浴液が製造
される。この方法では、調合の完了した触媒を、それと
は別に製造したCED浴液に加えることは不可能であ
る。
は、後でCED浴液に加えることが可能なビスマス触媒
塗料を提供することにある。この場合に、CED浴のp
Hは変化しないか又は変化が非常に少ないので、触媒を
添加した後にpHを再調整して調合することが可能であ
る。
ス化合物を含み、電着塗装材料の硬化のために触媒とし
て適しており、エポキシアミンアダクトを含む組成物に
おいて、ビスマス化合物をビスマス1モル当たり解離性
プロトンが2モル未満であるような量で酸を使用するこ
とにより製造する組成物を提供する。
し、 −その後、少なくとも1つのエポキシド化合物及び少な
くとも1つの有機アミンの反応生成物を加え、 −酸をビスマス(Bi3+ ) 1モル当たり解離性プロトンが
2モル未満であるような量で使用することにより製造さ
れる。
トンが1.5モルまで、特に1.2モルまでである量
で、酸を使用することが好ましい。本発明に従って使用
され得る塩基性ビスマス化合物の例は、ビスマストリオ
キシドBi2O3 、オルト水酸化物Bi(OH)3 及びビスムチル
水酸化物BiO(OH) である。塩基性ビスマス硝酸塩(BiO)N
O3及び塩基性ビスマス炭酸塩(BiO)2CO3 もまた適してい
る。これらの混合物を使用することも可能であり、この
場合には少ない割合(50%まで)を中性ビスマス塩で
代用してもよい。
な強無機酸である。ハロゲン化水素酸もまた本発明に従
ったビスマス触媒調合物を生成するが、ハロゲン化物イ
オンの腐食性作用のために、自動車のボディーのCED
塗装中のハロゲン化物アニオンの存在を避けるべきであ
る。カルボン酸、スルホン酸及びホスホン酸のような有
機酸が好ましい。特に好ましい有機酸は、1つ以上のヒ
ドロキシル基を、特に酸基に対しα−、β−又はγ−位
に含むような酸である。
リンゴ酸、ヒドロキシマロン酸、ジヒドロキシコハク
酸、トリヒドロキシコハク酸、ヒドロキシメチルマロン
酸のような脂肪族ヒドロキシカルボン酸及びビス(ヒド
ロキシメチル)プロピオン酸及びビス(ヒドロキシメチ
ル)マロン酸のようなビスヒドロキシアルカンカルボン
酸を含む。適した芳香族ヒドロキシカルボン酸は、サリ
チル酸、2−ヒドロキシテレフタル酸、2−ヒドロキシ
−1−ナフトエ酸及び3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸
である。
は、水で希釈できるアミノ−エポキシ樹脂及びカーボネ
ート−アミンアダクトであり、これはドイツ連邦共和国
特許公報3644370号又はヨーロッパ特許公報27
2665号に開示されている。このようなアミノ−エポ
キシ樹脂は、一般的にアミン価が30〜200(固体樹
脂1g当たりのKOHのmg)、ヒドロキシル価が50
〜500(固体樹脂1g当たりのKOHのmg)及び数
平均分子量(Mn)が250〜10000g/mol、
特に300〜5000g/molである。アミン価の最
低値が45、特に70であり、一方で最高値が150、
特に100であることが好ましい。
ジルエーテル、ポリグリシジルエステル及びポリグリシ
ジルアミンからなる群から選択された樹脂であって、好
ましくは末端にエポキシド基を有するエポキシド含有樹
脂と飽和及び/又は不飽和の第二及び/又は第一のアミ
ン及び/又はアミノアルコールとの反応生成物である。
これらは、ケチミン形成により一時的に保護されている
少なくとも1つの第一及び/又は第二ヒドロキシル基、
ジアルキルアミノ基及び/又は第一アミノ基により修飾
されていてもよい。
特に1分子当たり2つの1,2−エポキシド基を有する
ポリグリシジルエーテルから有利に得られる。好ましい
ポリグリシジルエーテルは、アリール基に置換基を有し
ていてもよい単環式又は多環式の多価フェノールのエー
テルである。これらのポリグリシジルエーテルは、数平
均分子量(Mn)が約300〜5000g/molであ
り、エポキシド基の数で割った分子量(エポキシド当量
重量)が約170〜2500g/molである。これら
の例は、エピクロロヒドリン又はメチルエピクロロヒド
リンとジヒドロキシジフェニルメタン(ビスフェノール
F)又はジヒドロキシジフェニルプロパン(ビスフェノ
ールA)及びジヒドロキシベンゾフェノン、ジヒドロキ
シナフタレン及びレゾルシノールとの反応生成物であ
る。適した分子量のポリエポキシドは、ビスフェノール
とエピクロロヒドリンとのモル比を選択して製造するか
又はルイス酸又はホスホニウム塩のような触媒を添加し
て単量体のジグリシジル化合物をさらにビスフェノール
と反応させて製造する。
化されていてもよく、ここで構造及び分子量の異なるエ
ポキシ樹脂の混合物を使用することも可能である。さら
に弾性化の目的のために、芳香族ポリグリシジルエーテ
ルをそのジオール成分が好ましくは酸化エチレン及び酸
化プロピレン及びその混合物に基づくポリエーテルグリ
コールから派生したものである脂肪族ポリグリシジルエ
ーテルで代用することが可能である。グリセロール、ト
リメチロールプロパン又はペンタエリトリトールをオレ
フィン酸化物の重合に使用した場合に形成される分岐し
たポリエーテル多価アルコールも本発明に従って使用す
ることが可能である。
る)ビスフェノールA及びビスフェノールFポリプロピ
レングリコール及びポリエチレングリコールエーテルの
グリシジルエーテルである。修飾されたエポキシ樹脂を
フッ化アミンホウ素錯体のような適した塩基性又は酸性
の触媒の存在下において、1,6−ヘキサンジオールの
ような長鎖ポリアルコール、ネオペンチルグリコール、
ビスエトキシル化ネオペンチルグリコール、ヒドロキシ
ピバル酸ネオペンチルグリコール及びビス(ヒドロキシ
メチル)シクロヘキサン、モノ無水ペンタエリトリトー
ル及びポリテトラヒドロフランジオール、ポリカプロラ
クトンジオール、ポリカプロラクタムジオール又はポリ
ブタジエンジオールと反応させて修飾することも可能で
ある。第一OH基を有するポリアルコールは、適した触
媒の下で直接ポリグリシジルエーテルと反応するが、第
二OH基を有するポリアルコールは、最初にジイソシア
ネートと反応する。その後、得られた末端がNCO−で
ある反応生成物は、分子量が増加して、2モルのグリシ
ジルエーテルの間に架橋剤として、容易に取り込まれ
る。
「Epoxidverbindungen und Harze」(Epoxide compounds
and resins) by A. M. Paquin, Springer Verlag, Ber
lin1958, Chapter iv、「Handbook of Epoxy Resins」b
y H. Lee, K. Neville, McGraw-Hill Book Company, Ne
w York, 1982 reissue 及び「Epoxy Resin Chemistry a
nd Technology」by C. A. May, Marcel Dekker Inc., N
ew York and Basel 1988 中に記載されている。
はヒドロキシアルカンカルボン酸でエポキシ樹脂を修飾
することも可能である。さまざまな鎖長を有する脂肪
族、脂環式及び/又は芳香族ポリカルボン酸の例は、ア
ジピン酸、セバシン酸、フマル酸、イソフタル酸及び二
量体脂肪酸である。ヒドロキシアルカンカルボン酸は、
乳酸、ジメチロールプロピオン酸又はその他のカルボキ
シル及びヒドロキシル含有ポリエステルを意味する。過
剰な低分子量のポリグリシジルエーテルとポリカルボン
酸及び/又はポリアルコールとの反応により、中間体と
して修飾されたポリグリシジルエーテルが形成され、そ
の後これはさらにアミン及び/又はアミノアルコールと
反応する。
ヒダントイン、トリグリシジルイソシアヌレート又はビ
スイミドのジエポキシドのようなヘテロ環式ポリエポキ
シド化合物もまた使用することができる。その他の適し
たポリエポキシドは、フェノールノボラック樹脂のポリ
グリシジルエーテルからなり、これにより機能は、1分
子当たり2から約6のグリシジル基に向上する。ドデシ
ルフェノールのような長鎖アルキルフェノールによる活
性機能低下により、さらに弾性成分を取り込むことが可
能である。さらに、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジ
ル、テトラヒドロフタル酸ジグリシジル又はフマル酸ジ
グリシジルのようなポリカルボン酸のポリグリシジルエ
ステルを使用することができる。
化合物を添加することにより、又は塩基性樹脂のヒドロ
キシル基を芳香族及び/又は脂肪族及び/又は脂環式ジ
−又はポリイソシアネートとジアルキルアミノアルカノ
ールとを反応させて得られる塩基性モノイソシアネート
と反応させる(ドイツ連邦共和国特許公報A27074
05号参照)ことにより導入される。
分岐のアミンが使用される。メチルアミン、エチルアミ
ン、プロピルアミン、ブチルアミン、オクチルアミン、
モノエタノールアミン、2−エチルヘキシルアミン、ジ
メチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノエチルア
ミン、ジメチルアミノネオペンチルアミン又はメトキシ
プロピルアミンのような第一アミンが適している。ジア
ルキルアミン、モノアルキルヒドロキシアルキルアミン
及びジヒドロキシアルキルアミンのような第二アミンが
好ましい。このような化合物の例は、ジメチルアミン、
ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、
メチルブチルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、
N−メチルアミノエタノール又はジエタノールアミン又
はモルホリン又はオキサゾリジンのようなその他の環状
アミンである。第一アミンを用いる場合には、アミン
は、適用される化学量論的割合に従い1〜2のエポキシ
ド基と反応し、分子を拡大する。
−モノ−及びジアミンを使用することも可能である。そ
のようなモノアミンの例は、エタノールアミン、プロパ
ノールアミン、ブタノールアミン、エチレングリコール
2−アミノエチルエーテル(H2N-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O
H)及びジエチレングリコールモノ(3−アミノプロピ
ル)エーテル(H2N-(CH2)3-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH )
である。第一アミンを使用する場合には、アミンは、適
用される化学量論的割合に従いエポキシド基と反応し、
分子を増大化する。この類の商業的に入手できるアミン
の例は、Jeffamine (登録商標)M シリーズ、Jeffamin
e (登録商標)D シリーズ、Jeffamine (登録商標)ED
シリーズである。
獣脂−脂肪−プロピレンジアミンのような第一及び/又
は第二アミノ基を含むジ−又はトリアミンもまた適して
いる。第二ジアミンでは、鎖の伸長が起こる。使用され
る第二ジアミンは、長鎖ジアミン及び例えばN,N’−
ビス(イソヘキシル)−1,6−ジアミノヘキサン、
N,N’−ビス(イソヘキシル)イソホロンジアミン、
N,N’−ビス(イソヘキシル)ジメチルヘキサメチレ
ンジアミン、N,N’−ビス(イソヘキシル)2−メチ
ルペンタメチレンジアミン、N,N’−ビス(イソヘキ
シル)エチレンジアミン及びN,N’−ビス(イソヘキ
シル)ジ(4−アミノシクロヘキシル)メタンのような
N,N’−ジアルキルジアミノアルカン又は1,6−ヘ
キサンジアミン又は2−メチルペンタメチレンジアミン
とバーサティック酸(Versatic acid(9〜11個の炭素
原子を有するα−分岐のモノカルボン酸))のグリシジ
ルエステル2モルとの生成物のような飽和グリシジルエ
ーテル又はグリシジルエステル又はエポキシアルカンと
第一ジアミノアルカンとの反応生成物であることが好ま
しい。
は、ドデカン1,2−オキシド又はブチレンオキシドの
ような多種の鎖長を有する飽和又は不飽和のグリシジル
エーテル又はα−エポキシドでもある。ヒドロキシル基
の適した数は、一方で第二アミノ基を添加の際にエポキ
シド基から自動的に決まり、他方でヒドロキシアルキル
アミンを使用して制御することも可能である。さらに、
2モルの2−エチルヘキシルアミンと1モルのBeckopox
(登録商標)EP075(プロピレンオキシドに基づく
ジグリシジルエーテル)及び/又は1モルのBeckopox
(登録商標)EP140(ビスフェノールに基づくジグ
リシジルエーテル)との反応生成物を第二アミンとして
使用することが可能であり、例えばNovamin (登録商
標)のようなジオール又はトリオールのプロピレンオキ
シドアダクトに基づく脂肪族第二ジアミンを使用するこ
とも可能である。
ル比は、アミンが完全に取り込まれるように選択され、
そうしなければ亀裂のような表面欠陥が、電着塗装にお
いて起こるかもしれない。すなわち、エポキシド基を若
干過剰に使用することが有利である。アミンの全てを同
時にエポキシド基と反応させることが可能であり、そう
でなければ段階的に反応させる。アミンの反応は、室温
でも開始でき、一般的に発熱性である。反応を完全に行
うために、一般的に温度を一時的に50〜120℃に上
昇させる必要がある。
初にエポキシ樹脂を溶剤に溶解し、その後この溶液をア
ミンと反応させることが有利な方法の1つである。製法
の一変法として、溶解したエポキシ樹脂を対応するアミ
ン、ビスフェノールA及び溶剤の混合物に配量すること
が、特に好ましい。ビスマス触媒の製造において、本発
明に従って採用される方法では、塩基性ビスマス化合
物、酸成分及び水の混合物を攪拌しながら60〜100
℃に加熱する。ビスマス化合物が完全に溶解した後、エ
ポキシ−アミンアダクトを場合によっては溶液で加え、
場合によってはさらに水を加えて、全質量に対し固体含
有量が30〜60%となるように調整する。混合物を冷
却し、その後ディープベッドフィルター(deep bed filt
er) を使用して濾過し、10μmより大きな粒子を除去
する。わずかにチンダル現象を示す溶液が得られる。3
か月間の貯蔵において、沈澱は認められない。
なくCED浴液に加えることができる。CED浴中のビ
スマス質量の含有量がCED浴中の固体の全質量に対し
0.2〜5%となるような量で触媒溶液を加える。CE
D塗装の硬化における触媒活性は、一般的に使用される
鉛化合物及び錫化合物のそれと同じである。腐食抑制効
果は、鉛含有触媒の塗料の効果に対応する。
アミド交換反応により直すことのできるその他のカチオ
ン性塗料系に対して、ビスマス触媒を使用することも可
能である。
ある。 触媒の製造 例1 93.2gのジビスマストリオキシド(Bi2O3) 、60g
のジメチロールプロピオン酸(DMPA)及び164.2gの
脱イオン水(DW)の混合物を80℃に加熱する。2時間
後、ドイツ連邦共和国特許出願P4413059.7の
実施例3に対応する200gのエポキシ−アミンアダク
トをメトキシプロパノール中の55%濃度溶液として加
え、そして120gの脱イオン水を加える。30分後、
混合物を冷却し、10μmのディープベッドフィルター
を用いて濾過する。安定した、わずかにコロイド性の溶
液が得られ、これは以下の特性を有する。 固体含有量:41%、酸含有量:70mmol/溶液1
00g、ビスマス質量含有量:13% 比較例1 93.2gのBi2O3 、120gのDMPA及び422.2g
のDWの混合物を80℃に加熱し、2時間保持する。透明
な溶液を冷却し、10μmのディープベッドフィルター
を用いて濾過する。ビスマス質量含有量が13%であ
り、酸含有量が140.8mmol/溶液100gであ
る溶液が得られる。一日後に溶液から再溶解できない白
い沈澱物が析出する。 比較例2 93.2gのBi2O3 、161gのDMPA及び381.2g
のDWの混合物を80℃に加熱し、2時間保持する。透明
な溶液を冷却し、10μmのディープベッドフィルター
を用いて濾過し、貯蔵安定性であるコロイド性ビスマス
を得、これは以下の特性を有する。 ビスマス質量含有量:13%、固体含有量:40%、酸
含有量:189mmol/溶液100g 例2 CED浴液の製造及び塗装結果 例1及び比較例2に従った1.2%のビスマスコロイド
をヨーロッパ特許公報B0000086号の例31に従
ったバインダー分散物及びヨーロッパ特許公報A056
9842号の例2.1に従った触媒フリーのカラーペー
ストを含むCED浴に加える。オープングラス(open gl
ass)槽中で塗料を電着塗装する。陰極は、リン酸塩化成
処理した鋼板からなり、陰極から5〜10cm離れた位
置に設置した陽極は、ブライト鋼板からなる。浴温を3
2℃とし、塗装時間は2分とする。PTFE被覆したマ
グネティックスターラーを使用して攪拌する。
厚及び析出後硬化した塗膜(焼成時間20分、焼成温度
170℃)の特性を以下の表に示す。 従来のビスマス触媒と比較して、本発明に従ったビスマ
ス触媒が有用であることは、以下の改善された点から見
て明らかである。 −塗膜厚:同じ析出電圧でより大きい −平滑性、表面粗さ:凸部と凹部の差の半値(平均面積
当たりの高さ) −つきまわり性:キャビティ内の塗装が著しく改善され
る。
Claims (11)
- 【請求項1】 電着塗装材料の硬化のための触媒として
適している水溶性ビスマス化合物及びエポキシアミンア
ダクトからなる組成物であって、ビスマス1モル当たり
解離性プロトンが2モル未満であるような量で酸を使用
することによりビスマス化合物を製造することを特徴と
する上記組成物。 - 【請求項2】 ビスマス1モル当たり解離性プロトンが
1.5モル未満であるような量で酸を使用してビスマス
化合物を製造することを特徴とする請求項1に記載のビ
スマス含有触媒。 - 【請求項3】 ビスマス1モル当たり解離性プロトンが
1.2モル未満であるような量で酸を使用してビスマス
化合物を製造することを特徴とする請求項1に記載のビ
スマス含有触媒。 - 【請求項4】 ビスマス化合物からなり、電着塗装材料
の硬化のために触媒として適している組成物の製造方法
であって、1つ以上の塩基性ビスマス化合物を水性の酸
中に溶解し、その後少なくとも1つのエポキシド化合物
及び少なくとも1つの有機アミンの反応生成物を加え、
ここで酸をビスマス1モル当たり解離性プロトンが2モ
ル未満であるような量で使用することを特徴とする上記
方法。 - 【請求項5】 酸が1つ以上の有機酸からなり、そのそ
れぞれが少なくとも1つのアルコール性ヒドロキシル基
を有することを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 有機ヒドロキシカルボン酸を単独で又は
混合物で使用することを特徴とする請求項5に記載の方
法。 - 【請求項7】 酸成分が、少なくとも1つのビスヒドロ
キシアルカンカルボン酸を含むことを特徴とする請求項
4に記載の方法。 - 【請求項8】 三価ビスマスの酸化物又は水酸化物を塩
基性ビスマス化合物として使用することを特徴とする請
求項4に記載の方法。 - 【請求項9】 少なくとも2つのエポキシド基を有する
化合物と少なくとも1つの第一アミノ基及びさらに少な
くとも1つの第一又は第二アミノ基を有する化合物とを
反応させて、エポキシドとアミンとの反応生成物を得る
ことを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 【請求項10】 請求項4に記載の方法により得られる
電着塗装材料の硬化のためのビスマス含有触媒。 - 【請求項11】 請求項4に記載の方法により得られる
ビスマス触媒を含む電着塗装用塗料。
Applications Claiming Priority (2)
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DE4423139:3 | 1994-07-01 | ||
DE4423139A DE4423139A1 (de) | 1994-07-01 | 1994-07-01 | Härtung von kataphoretischen Tauchlacken mit Wismutkatalysatoren |
Publications (1)
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JPH0860046A true JPH0860046A (ja) | 1996-03-05 |
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JP7162362A Pending JPH0860046A (ja) | 1994-07-01 | 1995-06-28 | ビスマス触媒を用いた電着塗装材料の硬化方法 |
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EP (1) | EP0690106B1 (ja) |
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