JPH09510481A - 自己分散型硬化性エポキシ樹脂と、それを伴って製造される分散液、およびそれから製造される塗料 - Google Patents
自己分散型硬化性エポキシ樹脂と、それを伴って製造される分散液、およびそれから製造される塗料Info
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Abstract
(57)【要約】
自己分散型硬化性エポキシ樹脂組成物は、(a)1.0反応当量のエポキシ樹脂、(b)0.005〜0.5反応当量のアミン−エポキシ付加生成物、および任意で(c)約0.01〜1.0反応当量の多価フェノールを接触させて製造され、そのアミン−エポキシ付加生成物は1.0当量の脂肪族ポリエポキシドと1.0より多いが約2.5を超えない反応当量のポリオキシアルキレンアミンとを接触させることによって得られる。自己分散型硬化性エポキシ樹脂は水と混合することによって水性水性分散液をとなる。水性分散液は硬化させると塗料として有用である。
Description
【発明の詳細な説明】
自己分散型硬化性エポキシ樹脂と、それを伴って製造される分散液、およびそれ
から製造される塗料技術分野
本発明は水性エポキシ分散液からなる塗料に関するものである。より具体的に
は、本発明は自己分散型硬化性エポキシ樹脂、および前記樹脂を含む分散液と塗
料に関するものである。背景技術
エポキシ樹脂は塗料の成分として広く使用されるようになった。硬化性エポキ
シ樹脂を含む塗料はその耐久性、耐薬品性および様々な支持体に対する優秀な密
着性のため高く評価される。環境の観点から特に好ましいのは揮発性有機化合物
が全く発生せずに、もしくはほんの少量しか発生せずに支持体に塗布されるエポ
キシ樹脂である。この結論に至るまで、エポキシ樹脂の水性分散液やエマルジョ
ンの開発につながる多くの研究がなされた。
ある種の水性エポキシ分散液は分散液状態やエマルジョン状態でエポキシ樹脂
を安定させるために必要である1種以上の添加剤を使用する。その添加剤はまた
分散剤や乳化剤や界面活性剤として知られるものである。代表的なものとして、
米国特許3,301,804号に述べられている水性エポキシ分散液(乳化剤と
してアルキレングリコールおよびベータジアルキル置換アミノアルカノールの両
方とホウ酸とから誘導されたホウ酸エステルの反応生成物を用いるもの)、米国
特許3,634,348(乳化剤として燐酸エステルを用いるもの)、米国特許
3,249,412(イミダゾリンとアミドからなる群から選択されたカチオン
乳化剤と非イオン性乳化剤とを組み合わせたもの)、およびTexas州Bel
laireのTexaco Chemical Company で入手可能な
”Jeffamine(登録商標)ED−2001とJeffamine(登録
商標)M−1000を用いたエポキシ変性樹脂による水分還元可能塗料”と題さ
れた、Specialty Chemical BulletinSC−021
などがある。他の例はPROX−E−141、Pluronic(登録商
標)F88ジオールのジグリシジルエーテル(New Jersey州Pars
ippanyのBASF Performance Chemicals社で入
手可能なエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−エチレンオキサイドブロ
ック共重合体)をエポキシ樹脂の反応性分散剤として使用することを発表したN
orth Carolina州MorgantownのSynthron In
c.の技術文献により得られる。PROX−E−141はエポキシ樹脂に対して
水中で分散剤として作用するが、アミン官能基を有する硬化剤と接触すると、エ
ポキシ樹脂と反応するだろう。
水性エポキシ分散液の安定を得るための添加剤の使用において、そのような添
加剤を加えることにつれて費用がかさむことや製造方法が複雑になることを避け
ることが好ましく、また添加剤の使用が水性エポキシ分散液から得られる塗料の
性能を潜在的に妨げる可能性がある。
自己乳化型エポキシ樹脂から水性エポキシ分散液を製造することは知られてい
る。例えば、米国特許4,315,044号においては、(1)水性媒体;およ
び(2)(a)重量で40〜90部の二価フェノールのジグリシジルエーテル;
(b)重量で5〜35部の二価フェノール;および(c)重量2〜15部のポリ
オキシアルキレングリコールのジグリシジルエーテルを含む反応体の付加生成物
である自己乳化型エポキシ樹脂を約50〜70重量%含み、その中のエポキシ樹
脂の分子量が約500〜20,000の範囲内であるような安定性エポキシ分散
型化合物が記されている。分散液はまた水と混和しないC8〜C20脂肪族モノエ
ポキシド反応性希釈剤を樹脂固体物に対して1〜25重量%含むことができる。
米国特許4,608,406号において、(1)水性媒体;および(2)(a
)重量で40〜90部の二価フェノールのジグリシジルエーテル;(b)5〜3
5部の二価フェノール;(c)重量で2〜15部のポリオキシアルキレングリコ
ールのジグリシジルエーテル;および(d)重量で2〜15部のアルキルフェノ
ール−ホルムアルデヒドノボラック樹脂を含む付加反応物である自己乳化エポキ
シ樹脂を約50〜約70重量%含み、その中のエポキシ樹脂の分子量が1,00
0〜20,000の範囲内であるような安定性エポキシ樹脂分散液が記載されて
いる。安定性分散液は約1〜約25重量%の脂肪族モノエポキシド反応性
希釈剤を加えることによって変性することができる。
凍解安定性を高めるための試みにおいて、安定性エポキシ樹脂分散液は樹脂固
体重量に対して約5〜20重量%の水混和性溶剤、好ましくは2〜8炭素グリコ
ールもしくはグリコールエーテルであるが、それを加えることによって変性され
る。
水性エポキシ樹脂分散液の凍解抵抗力の点から、および工業用補修コーティン
グシステムとしての利用に適合するエポキシ樹脂分散液から得られる塗料の耐蝕
性耐薬品性の点から、より一層の改良の必要性がある。
それ故に、本発明の主な目的はエポキシ分散液を安定させるための添加剤を必
要とせずに水中に分散させることができる自己分散型硬化性エポキシ樹脂を提供
することである。
本発明の他の目的は、貯蔵周囲条件下で長期間安定性を示す自己分散型硬化性
エポキシ樹脂の水性分散液を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、自己分散型硬化性エポキシ樹脂を含む塗料を提供
することであり、またその塗料は硬化したときに優秀な特性を示すものである。
本発明の他の目的や効果は付随する説明および実施例から明らかになるであろ
う。
発明の概要
(a)1.0反応当量のエポキシ樹脂、(b)約0.005〜0.5反応当量
のアミン−エポキシ付加生成物、および任意で(c)約0.01〜1.0反応当
量の多価フェノールを接触させると、自己分散型硬化性エポキシ組成物が得られ
ることがわかった。このときのアミン−エポキシ付加生成物は1.0当量の脂肪
族ポリエポキシドと約1.0当量より多量(好ましくは約1.01〜約2.5)
の反応当量のポリオキシアルキレンアミンとを接触させることにより形成される
。
本発明の自己分散型硬化性エポキシ樹脂は水と混合することにより分散液を形
成する。硬化した時の自己分散型硬化性エポキシ樹脂のフイルムは塗料として有
用である。
本発明の詳細な説明
本発明の自己分散型硬化性エポキシ組成物は、(a)1.0反応当量のエポキ
シ樹脂、(b)約0.005〜0.5反応当量(一般的に約0.005〜0.0
5反応当量で、より一般的には約0.005〜0.025反応当量であり、好ま
しくは約0.005〜0.015反応当量)のアミン−エポキシ付加生成物、お
よび任意で(c)約0.01〜1.0反応当量、好ましくは約0.4〜0.6反
応当量の多価フェノールを接触させて製造されるものであり、そのアミン−エポ
キシ付加生成物は1.0当量の脂肪族ポリエポキシドと約1.0当量より多量、
例えば約1.01〜約2.5、好ましくは約1.01〜約1.5、より好ましく
は約1.01〜約1.1の反応当量のポリオキシアルキレンアミンとを接触させ
ることにより形成される。ポリオキシアルキレンアミン
ポリオキシアルキレンアミン反応体はアミン基および実質的に水溶性のポリエ
ステル鎖の両方を有する1個以上のアミノ化合物を含む。ポリオキシアルキレン
アミン反応体は水溶性もしくは少なくとも一部水溶性である。本明細により最適
なポリオキシアルキレンアミン反応体を生成する方法は既知の技術であり、例え
ば、ヒドロキシル基を含む反応開始剤とエチレンオキサイドおよび/もしくはプ
ロピレンオキサイドとの反応があげられ、その反応では末端のヒドロキシル基が
アミンに転化する。本発明において使用されたポリオキシアルキレンアミン反応
体はJaffamine(登録商標)のポリオキシアルキレンアミンで、Tex
as州BellaireのTexaco Chemical Company社
から入手できるものである。
本発明の好ましいポリオキシアルキレンアミンはR−NH2という構造式を持
ち、そのRは:
R1−O−R2−CH2CH(R3)−
であり、その
R1はC1〜C12の脂肪族、脂環族もしくは芳香族炭化水素からなる群から選択
された1価の有機基を示しており、そして
R2は以下の構造式を有するポリオキシアルキレン鎖を表し:
(CH2−CH2−O)a−(CH2−CH(R4)−O)b
そのR4はC1〜C4の脂肪族炭化水素からなる群から選択された1価の有機基
であり、
’a’はエトキシル基(CH2−CH2−O)の数を示し、
’b’は一置換エトキシル基(CH2−CH(R4)−O)の数を示し、その一つ
の一置換エトキシル基の置換はポリオキシアルキレン鎖中の他のどの一置換エト
キシル基の置換とも独立していて、’a’と’b’の合計は10もしくはそれよ
り多い数であるが200もしくはそれを超えない数であり、そのポリオキシアル
キレン鎖中のエトキシル基と一置換エトキシル基の序列は完全にランダムおよび
/もしくは、エトキシル基および/もしくは一置換エトキシル基のブロックであ
ってもよく、そして、
R3はHもしくはC1〜C4の脂肪族炭化水素からなる群から選択された1価の
有機基を示している。
好ましいポリオキシアルキレンアミンはR1、R3、自己分散型硬化性末端R4
を有し、それぞれはメチルと同等で、そして(i)’a’と’b’の比率は約4
:1で(例えば約80重量%のエトキシと約20重量%のイソプロポキシの重量
比)、そのエトキシとイソプロポキシ基はランダムブロックに配列され、ポリオ
キシアルキレンアミンの分子量は約4,000未満であり、もしくは(ii)5
つのエトキシル基からなるブロックがエトキシとイソプロポキシ基のランダムな
序列に結合し、そのランダム序列内の’a’と’b’の比率は約7:3(例えば
約70重量%のエトキシと約30重量%のイソプロポキシの重量比)であり、ポ
リオキシアルキレンアミンの分子量は約4,000未満であり、もしくは(ii
i)’a’と’b’の比率は約95:5で(例えば約95重量%のエトキシと約
5重量%のイソプロポキシの重量比)、そのエトキシとイソプロポキシ基は実質
的に2つのブロックとなるように配列され、ポリオキシアルキレンアミンの分子
量は約6,000未満であり、もしくは(iv)’a’と’b’の比率は約7:
3で(例えば約70重量%のエトキシと約30重量%のイソプロポキシの重量比
)、そのエトキシとイソプロポキシ基はランダムな配列を示し、ポリオキ
シアルキレンアミンの分子量は約4,000未満であり、もしくは(v)’a’
と’b’の比率は約4:1で(例えば約80重量%のエトキシと約20重量%の
イソプロポキシの重量比)、そのエトキシとイソプロポキシ基はランダムな配列
を示し、ポリオキシアルキレンアミンの分子量は約4,000未満のいずれかで
ある。
最も好ましいポリオキシアルキレンアミンはTexas州Bellaireの
Texaco Chemical CompanyのJeffamine(登録
商標)M−2070である。Texaco社によると、このポリオキシアルキレ
ンアミンは、メタノールをエチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイドに反
応させ、末端のヒドロキシル基をアミンに転化させるることによって得られる。
最も好ましいポリオキシアルキレンアミンの分子量は約2,000であり、プロ
ピレンオキサイドとエチレンオキサイドのモル比は10/32である。脂肪族ポリエポキシド
脂肪族ポリエポキシド反応体はそれぞれ複数のエポキシ基を有する1個以上の
化合物を含む。脂肪族ポリエポキシド反応体は、分子内に少なくとも2個のエポ
キシ基を有し、分子内に6個程度のエポキシド基を有していてもよい。好適なポ
リエポキシド化合物を製造する方法は既知の技術であり、例えば、適当な触媒の
存在下でのエピクロロヒドリンと複数のヒドロキシル基を有する化合物との反応
があげられる。好適な脂肪族ポリエポキシド化合物はPennsylvania
州AmblerのHenkel Corporationから市販のものが入手
でき、それらの商品名は”Caocures(登録商標)”もしくは”Phot
omers(登録商標)”である。
本発明に係る典型的な級の脂肪族ポリエポキシド反応体の一例は以下の構造式
を持つ:
そのR5は’c’と’d’の合計数と同じだけの原子価を有する直鎖、分枝鎖
もしくは環状の脂肪族もしくは脂環族有機基を示し、その’c’と’d’の合計
数は2もしくはそれより多い数だが、6もしくはそれを超えない数であり、’d
’は2もしくはそれより多い数だが6もしくはそれを超えない数である。’c’
と’d’の合計数が2であるとき、R5は2〜14個の炭素原子を有する直鎖、
分枝鎖もしくは環状の脂肪族もしくは脂環族二価有機基を示し、特にヒドロキシ
ル基が脱離した後に残る二価アルコールであるエチレングリコール、ブチレング
リコール、ヘキシレングリコール、デカンジオールおよびドデカンジオールの炭
化水素部を含み、また’c’と’d’の合計数が3であるとき、R5は3〜14
個の炭素原子を有する直鎖、分枝鎖もしくは環状の脂肪族もしくは脂環族三価有
機基を示し、特にヒドロキシル基が脱離した後に残る三価アルコールであるグリ
コール、1,1,1−トリス(ヒドロキシメチル)エタン、および2−エチル−
2−(ヒドロキシメチル)−1,3−プロパンジオールの炭化水素部を含み、ま
た’c’と’d’の合計数が4であるとき、R5は5〜30個の炭素原子を有す
る直鎖、分枝鎖もしくは環状の脂肪族もしくは脂環族四価有機基を示し、特にヒ
ドロキシル基が脱離した後に残る四価アルコールであるペンタエリトリトールの
炭化水素部を含み、そして’c’と’d’の合計数が5であるとき、R5は6〜
30個の炭素原子を有する直鎖、分枝鎖もしくは環状の脂肪族もしくは脂環族五
価有機基を示し、そして’c’と’d’の合計数が6であるとき、R5は8〜3
0個の炭素原子を有する直鎖、分枝鎖もしくは環状の脂肪族もしくは脂環族六価
有機基を示し、特にヒドロキシル基が脱離した後に残る六価アルコールであるジ
ペンタエリトリトールの炭化水素部を含み、
R6は以下の構造式を持つ二価ポリオキシアルキレン鎖であり:
−O−(CH2−CH2−O)e−(CH2−CH(R7)−O)f
そのR7はC1〜C4脂肪族炭化水素からなる群から選択された一価有機基であ
り、
’e’はエトキシル基(CH2−CH2−O)の数を示し、
’f’は一置換エトキシル基(CH2−CH(R7)−O)を示し、その一つの一
置換エトキシル基の置換はポリオキシアルキレン鎖中他のどの一置換エトキシ
ル基の置換とも独立していて、’e’と’f’の合計数は0もしくはそれより多
いが10もしくはそれそれより少ない。そのポリオキシアルキレン鎖中のエトキ
シル基と一置換エトキシル基の序列は完全にランダムおよび/もしくは、エトキ
シル基および/もしくは一置換エトキシル基のブロックであってもよい。
最も好ましい脂肪族ポリエポキシド化合物はペンタエリトリトール、プロピレ
ンオキサイドおよびエピクロロヒドリンの反応生成物であり、そのエポキシ当量
(EEW)は約230である。エポキシ樹脂
本発明の実施に際して使用されたエポキシ樹脂は、分子中に二つ以上のエポキ
シド基および一つ以上の6炭素芳香環を有する一つ以上の多価フェノールのポリ
グリシジルエーテルを含み、以下の構造式により表わされる:
そのR8は少なくとも一つの6炭素芳香環(例えば’g’が2の時、R5は-CH2
-O-φ-C(CH3)2-φ-O-CH2-もしくはR5は-CH2-O-φ-CH2-φ-O-C
H2-であり得て、そのφはフェノール基を表わす)を含有する’g’価のC6〜
C150有機基を示し、’g’は2もしくはそれ以上であるが6もしくはそれを超
えない数である。
そのようなエポキシ樹脂を製造する技術は既知の技術であり、例えば、適当な
触媒の存在下でエピクロロヒドリンと二つ以上のヒドロキシル基を持つ化合物と
を反応させる方法があげられる。好適なエポキシ樹脂は様々な出所から市販のも
のが入手でき、その中にはTexas州HoustonのShell Chem
ical CompanyのEPON(登録商標)、Michigan州Mid
landのDow Chemical CompanyのDER(登録商標)も
しくはDEN(登録商標)も含まれる。
好適なエポキシ樹脂の例としては:
I)それぞれエピクロロヒドリンもしくはベータ−メチル−エピクロロヒドリ
ンとカルポキシル基を分子内に少なくとも二つ含有する化合物との反応によって
得られるポリグリシジルエステルおよびポリ(ベータ−メチルグリシジル)エス
テル。反応は塩基の存在下で旨く実行される。使用出来る芳香族ポリカルボン酸
の例は、例えばフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸を含む。
II)アルカリ性条件下もしくは酸触媒の存在下で反応を行った後にアルカリ
処理を行う条件下で、それぞれエピクロロヒドリンもしくはベータ−メチル−エ
ピクロロヒドリンと遊離フェノール性ヒドロキシル基を少なくとも二つ含有する
化合物との反応によって得られるポリグリシジルエステルおよびポリ(ベータ−
メチルグリシジル)エステル。
このタイプのエポキシ化合物は例えばレソルシノールもしくはヒドロキノンの
ような単核フェノール;もしくはそれらは例えばビス(4−ヒドロキシフェニル
)メタン、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ビス(4−ヒドロキシフェニル
)スルホン、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジ
ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のような多核フェノールから得ら
れるものであってもよいが、およびホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、クロ
ラールもしくはフルフルアルデヒドのようなアルデヒド類とフェノールもしくは
ハロゲン原子、またはC1〜C18(好ましくはC1〜C9)のアルキル基で置換さ
れたフェノール類、例えば4−クロロフェノール、2−メチルフェノールもしく
は4−ターシャル−ブチルフェノールのようなアルキル基によって置換されたフ
ェノールとの縮合、もしくはビスフェノールとの縮合を上記で述べた方法で行う
ことによって得られるノボラックから得られるものであってもよい。
好ましく使用されるエポキシ樹脂は2〜10当量/モルのエポキシ分を有し、
芳香族もしくはアルキル芳香族化合物のグリシジルエーテルもしくはグリシジル
エステルである。特に好ましいエポキシ樹脂は例えば2,2−ビス(4−ヒドロ
キシフェニル)プロパン(ビスフェノールA)もしくはビス(4−ヒドロキシフ
ェニル)メタン(ビスフェノールF)のようなビスフェノールのポリグリシジル
エーテル、もしくはホルムアルデヒドとフェノールを反応させて生成されるノ
ボラックである。費用と入手し易さの点で最も好ましいエポキシ樹脂はビスフェ
ノールAを基本としたポリグリシジルエーテルである。
好ましいエポキシ樹脂のエポキシ当量は、約400グラム/当量未満で、例え
ば約100グラム/当量から約350グラム/当量、より好ましくは約150グ
ラム/当量から約225グラム/当量であり、例えばDow Chemical
社から入手できるDER331は約182グラム/当量である。多価フェノール
多価フェノール反応体は一つ以上の6炭素芳香環と共有結合している複数のヒ
ドロキシル基をそれぞれ有する一つ以上の化合物を含む。多価フェノール反応体
はアルキル、アリル、スルフィド、スルホニル、ハロゲンなどのような置換基を
有していてもよい。多価フェノールは以下の構造式で表される:
R9(OH)h
そのR9は少なくとも一つの6炭素芳香環を有する’h’価C6〜C50有機基を
示し、’h’はフェノール性ヒドロキシル基の数を示し、’h’は2もしくはそ
れより多い数だが6もしくはそれを超えない数である。
好適な多価フェノール化合物を製造する方法は既知の技術である。好適な多価
フェノール化合物は、Michigan州MidlandのDow Chemi
cal CompanyおよびTexas州HoustonのShell Ch
emical Companyから市販のものが入手できる。
好適な多価フェノールについての例は、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニ
ル)プロパン、2,2−ビス(3−ブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン
、2,2−ビス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,
2−ビス(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロ
キシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−
ヒドロキシフェニル)スルフィド、レソルシノール、ヒドロキノン、フェ
ノール−ホルムアルデヒド ノボラック樹脂等である。最も好ましい二価フェノ
ールはその費用と入手しやすさから2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プ
ロパン(ビスフェノールA)およびビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン(ビ
スフェノールF)である。アミン−エポキシ付加生成物
本発明の自己分散型硬化性エポキシ樹脂はアミン−エポキシ付加生成物を用い
て製造されてもよく、そのアミン−エポキシ付加生成物は多価フェノールおよび
エポキシ樹脂と反応する。アミン−エポキシ付加生成物の構造は、アミン−エポ
キシ付加生成物の製造時に使用するポリオキシアルキレンアミンと脂肪族ポリエ
ポキシドの構造および反応体の相対比率に左右される。
典型的なアミン−エポキシ付加生成物は以下の構造式を持つ:
(R−NH−CH2−CH(OH)CH2−R6)(d-1)(H−R6)cR5R6CH2
−CH(OH)CH2−N(R)−
[CH2CH(OH)−R6−R5(−R6CH2−CH(OH)−CH2−NH(R
))(d-2)(−R6−H)c−R6CH2−CH(OH)−CH2−N(R)]i
−CH2CH(OH)CH2−R6−R5(−R6−CH2CH(OH)−CH2−N
H(R))(d-1)(−R6−H)c
その’i’は繰り返し単位の数を示し、’i’は0もしくはそれより多い数だ
が約50もしくはそれを超えない数で通常約10〜約20である。自己分散型硬化性エポキシ樹脂
本発明の自己分散型硬化性エポキシ樹脂はアミン−エポキシ付加生成物を多価
フェノールおよびエポキシ樹脂と反応させることによって製造される。自己分散
型硬化性エポキシ樹脂の構造や組成は、使用するアミン−エポキシ付加生成物、
エポキシ樹脂、多価フェノールの構造および反応体の相対比率による。
上記の反応の生成物は二つの異なる基を有する高分子物質のきわめて複雑な混
合物と考えられている。もしフェノール成分が二価であり、エポキシ成分がジエ
ポキシドであるとすれば、それぞれの反応生成物の原子団の簡素化された構造を
示すことができる。
構造[I]
その’j’は繰り返し単位の数を示し、0もしくはそれより多い数であるが20
もしくはそれを超えない数である。
構造[II]
(GE)(d-1)(H−R6)c−R5R6−CH2−CH(OH)CH2−N(R)−
[CH2CH(OH)CH2−R6−R5(GE)(d-2)(−R6−H)c−R6−CH2
−CH(OH)−CH2−N(R)]i−
CH2CH(OH)CH2−R6−R5(GE)(d-1)(−R6−H)c
その’GE’は
−R6−CH2−CH(OH)CH2−N(R)−CH2CH(OH)−R8−
と定義され、他の全ての変数は上記に定義されたとおりである。有機補助溶剤
本発明の自己分散型硬化性エポキシ樹脂には、非反応性で水と混和性の有機補
助溶剤が用いられてもよい。この有機補助溶剤は自己分散型硬化性エポキシ樹脂
の粘着性を抑えるために使用される。好ましい有機補助溶剤は一価および二価ア
ルコールのアルキルエーテルを含み、そのアルキル基はC1〜C8の直鎖もしくは
分枝鎖状の脂肪鎖もしくは脂環鎖を含む。補助溶剤の選択は自己分散型硬化性エ
ポキシ樹脂のポットライフに影響を及ぼす。例えば、得られた樹脂について、E
ktasolve EP(Eastman Chemicals)の様な補助溶
剤を、以下の補助溶剤(記載順にポットライフが増加する):1−メトキシ−2
−プロピル アセテート、メチル n−アミル ケトンもしくはジプロピレング
リコール n−ブチルエーテルのうちの一つと置き換えることによってポットラ
イフを増加させることが可能である。反応性希釈剤
本発明における好ましい安定性エポキシ樹脂分散液は、水と混和しないC8〜
C20脂肪族モノエポキシド反応性希釈剤を含有している。上記のモノエポキシド
成分はハロゲン、イオウ、リンその他のこのようなヘテロ原子の他、脂環族およ
び芳香族構造を持つことができる。好適な反応性希釈剤はNew Jersey
州Cherry Hillの CVC Specialty Chemical
s,Inc.から入手することができる。
モノエポキシド反応性希釈剤の例は、デカンおよびシクロヘキサンのような不
飽和炭化水素をエポキシ化したもの;2−エチルヘキサノール、ドデカノールお
よびエイコサノールのような一価アルコールのグリシジルエーテル;ヘキサン酸
のようなモノカルボン酸のグリシジルエステル;グリシドアルデヒド(glycidal
dehyde)のアセタール等である。好ましい反応性希釈剤はC8〜C10脂肪族の一
価アルコールのグリシジルエーテルである。
水性エポキシ樹脂分散液中に、水と混和しないC8〜C20脂肪族モノエポキシ
ド反応性希釈剤が存在することは、分散液の粘性を変えることの他にかなり効果
的な影響を与える。例えば前記の水と混和しない反応性希釈剤はエポキシ樹脂固
体の粒子を被覆するようと思われ、それにより剪断応力、凍解抵抗力、保存粘着
安定性および塗料光沢が良好な水性分散液を得ることができる。
また反応性希釈剤はエポキシ官能なので、分散液組成物に硬化剤を混ぜ、表面
に塗布した後の室温で硬化して形成されるフイルムに化学的に結合するようにな
る。反応性希釈剤の総量は分散液組成物中の不揮発性分の割合を計算することに
よって与えられる。自己散型硬化性エポキシ樹脂の製造
本発明の自己分散型硬化性エポキシ樹脂の製造において、先ず、アミン−エポ
キシ付加生成物は、ポリオキシアルキレンアミン反応体と脂肪族ポリエポキシド
反応体とを(通常、乾燥窒素ガスのような不活性雰囲気の容器内で)反応させ、
加熱して約50℃〜約200℃の範囲、通常は約130℃までゆっくりと温度を
上げていき、長時間、例えば約1〜約5時間、通常は約2.5時間その温度を保
ち、その後反応器からアミン−エポキシ付加生成物を取り出すことによって、製
造される。自己分散型エポキシ樹脂は、アミン−エポキシ付加生成物、多価フェ
ノールおよびエポキシ樹脂の混合物を、水酸化カリウム、トリフェニルホスフィ
ン、ベンジルジメチルアミン等の触媒の存在下でかき混ぜながら約150℃まで
加熱することによって製造される。その後発熱反応が起こり、そして反応温度を
約150〜160℃に保つために冷却される。混合物は発熱反応終了後引き続き
約一時間約160℃に保たれ、その後190℃まで加熱される。反応を完了さ
せるために190℃で約15分間反応させ、そして160℃まで冷却し、冷却し
て自己分散型硬化性エポキシ樹脂を反応器から取り出す前に、少量の水溶性有機
溶剤が加えられる。自己分散型硬化性エポキシ樹脂の水性分散液の製造
本発明の水性エポキシ分散液は自己分散型硬化性エポキシ樹脂を反応器に充填
し、樹脂をかき混ぜながら約50〜100℃まで加熱することによって製造され
る。自己分散型硬化性エポキシ樹脂に水を徐々に加えて温度を約50℃まで下げ
る。この間、油中水型分散液が形成され、その後、水中油型分散液に転化する。
転化後、C8〜C10アルコールモノグリシジルエーテルの形の反応性希釈剤とと
もに追加の水を加えてもよい。
水性分散液中のオイル相の粒子サイズは、粒子サイズを縮小する物理的な方法
で変化させることができる。粒子サイズ縮小は、沈殿物の水性分散液に高い剪断
応力を与える方法、例えば米国特許4,533,254号(Cook 他.)に
開示されているようなホモジナイザーを用いる方法(これに関する開示内容を参
照により本明細書に含むものとする)、Massachusetts州Newt
onの Microfluidics Corporationから市販されて
いるMICROFLUIDIZERTMによって成し遂げられることが好ましい。
ホモジナイザーについてはW.C.Griffin,”Emulsions”,
Encyclopedia of Chemical Technology,
Vol.8,pp.900〜930(Kirk−Othmer,eds.,Jo
hn Wiley&Sons,Inc.,New York,New York
,3d ed.,1979)で考察されていて、それについての開示内容を参照
により本明細書に含むものとする。
通常自己分散型樹脂の水性分散液は、長期の保存期間(例えば5〜6ヵ月)に
渡って、優秀な化学安定性および物理安定性を示すだろう。化学安定性の一例と
しては、自己分散型樹脂の水性分散液のエポキシ当量(EEW)は実質的に一定
であり、例えば水性分散液を製造してから少なくとも一ケ月の間は分子量増加の
傾向は見られない。
エポキシ当量はクリスタルバイオレットを指示薬とし過塩素酸を使用した示差
滴定によって決定される。(例えば、最初の試薬は、クリスタルバイオレット指
示薬がまずグリーンを示す終点まで0.1N過塩素酸で滴定され、分散液のアミ
ン当量はこの滴定値から計算され、第二試薬は、過剰のテトラエチルアンモニウ
ムブロミドと混合され、0.1Nの過塩素酸で、少なくとも30秒間持続するグ
リーン終点まで滴定する。エポキシドとアミン総当量はこの滴定値から計算され
、そしてエポキシ当量はその差として計算される。)
物理安定性の一例として、樹脂は水性分散液の製造から少なくとも一ヶ月の期
間、層形成が見られない、すなわち分散樹脂相から分離した層として肉眼で観察
できる水の相が形成されない。
他の成分を不必要に除外することを望んでいないとしても、アミン−エポキシ
付加生成物の塩を形成するための揮発性の酸の使用が必要ないということは注意
すべきであり、そういうわけで、この付加生成物やそれを伴って製造されるどん
な自己分散型樹脂の水性分散液も、および/もしくはそのような自己分散型樹脂
から製造されているどんな塗料組成物においても揮発性の酸の使用は除外されな
ければならない。さらに、成分の選択は硬化剤を旨く働かせるために大変重要な
ので、自己分散型樹脂もしくはそれらから製造された塗料の基本的な特性に悪影
響を及ぼすような他の成分は除外されるべきである。当該技術に卓越した人は、
下記の記載の助けがあれば、基本的な方法で特定の量の特定の成分が自己分散型
樹脂の性質に悪い影響を与えるか、すなわち硬化して保護膜を製造する為の使用
を禁じるか、を決めることができる。自己分散型エポキシ樹脂の水性分散液を含む塗料組成物
本発明の塗料組成物は水性エポキシ水性分散液を適当な硬化剤と組み合わせて
反応させることによって製造される。この塗料は45分後には粘着性を失い、優
秀な塗膜特性を持つ。本発明の水性エポキシ樹脂塗料組成物は、有機顔料、無機
顔料、界面活性剤、増粘剤等の塗料技術において、慣用的に用いられる添加剤を
さらに含有していてもよい。
室温硬化型水性塗料は上述の安定性分散型エポキシ樹脂組成物と、ポリアミン
硬化剤のようなエポキシ−相互作用硬化ビヒクルとを混合させることによって製
造される。混合物中の活性アミノ水素とエポキシ基との比率は0.5:1〜2:
1の範囲内、好ましくは0.8:1〜1.5:1の範囲内である。工業用の補修
塗料としての目的において、アミノ水素は、周囲温度でエポキシ基との橋かけ相
互作用をもたらすに足りるほど十分な反応性を持たねばならない。
好適なポリアミン硬化剤は水に溶解または分散し、そして一分子に二つより多
くの活性水素原子を含む。そのような硬化剤はアルキレンポリアミンで以下の化
学式で表される:
H2N−T−(NH−T)uNH2
その’T’は2〜6個の炭素原子を有するアルキレン基で、’u’は0もしく
はそれより多い数が5もしくはそれを超えない数である。そのようなアルキレン
ポリアミンはエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレテトラアミ
ン、テトラエチレンペンタアミン、ペンタエチレンヘキサアミン、プロピレンジ
アミン、ジブチレントリアミン、ヘキサメチレンジアミン等を含む。
本発明の実施に際し使用可能な他のポリアミン硬化剤はポリアミドアミンで、
これはアルキレンポリアミンと脂肪酸との反応生成物である。そのようなポリア
ミドアミンは既知の技術であり、米国特許第2,705,223号、2,811
,495号および2,899,397号に記載されており、それらの特許の開示
内容を参照により本明細書に含むものとする。他のポリアミン硬化剤はポリアミ
ンとエポキシ化合物の付加生成物で、米国特許第2,651,589号、2,8
64,775号および4,116,900号に記載され、それらの特許の開示内
容を参照により本明細書に含むものとする。
有益な硬化剤の例としては1993年6月30日に出願された米国特許出願番
号08/085861のJason Chou 他による”水性エポキシ樹脂の
ための硬化剤”で開示されているものがあり、その開示内容を参照により本明細
書に含むものとする。これらのエポキシ硬化剤は、12個未満の炭素原子を有す
るアルキレンポリアミン、18個未満の炭素原子を有する芳香族モノ−グリシジ
ル、および平均して約3.5未満のオリゴマー化率を有する芳香族ジオールのジ
グリシジルエーテルを主成分とする反応体の反応生成物を含み、前記芳香族グリ
シジルエーテルおよび芳香族ジオールの前記ジグリシジルエーテルの総エポキシ
当量に対する前記アルキルポリアミンの一級アミン当量の比率は、実質的に1を
越えず、芳香族ジオールの上記ジグリシジルエーテルのエポキシ当量に対する上
記芳香族モノグリシジルエーテルの比率は1を越える。
アミン硬化剤に加えて、硬化促進剤を塗料に含むことができる。そのような促
進剤により硬化時間が短縮され、早急に粘着性を失う。アミン硬化剤に有用な促
進剤は、例えばN,N’−ビス(ジメチルアミノプロピル)尿素のような第三ア
ミンがある。
本発明の組成物は、特にその組成物を加熱して硬化することにより塗料を製造
する場合、他の硬化剤を用いることができる。そのような付加的な硬化剤の例は
アミノプラストやフェノプラスト樹脂である。好適なアミノプラスト樹脂は尿素
とメラミンをアルデヒドと反応させ、場合によっては、アルコールでエーテル化
させた反応生成物である。アミノプラスト樹脂の成分の例は、尿素、エチレン尿
素、チオ尿素、メラミン、ベンゾグアナミンおよびアセトグアナミンである。ア
ルデヒドはホルムアルデヒド、アセトアルデヒドおよびプロピオンアルデヒドを
含む。アミノプラスト樹脂はアルキロールの形で用いられるが、好ましくはその
中のエーテル化剤が1〜8個の炭素原子を有する一価アルコールであるようなエ
ーテルの形で使用される。好適なアミノプラスト樹脂の例は、メチロール尿素、
ジメトキシメチロール尿素、ブチル化高分子ユリアホルムアルデヒド樹脂、ヘキ
サメトキシメチルメラミン、メチル化高分子メラミンホルムアルデヒド樹脂およ
びブチル化高分子メラミンホルムアルデヒド樹脂である。
フェノプラスト樹脂は、フェノールとアルデヒドの反応生成物であり、反応性
メチロール基を有する。これらの組成物は初期縮合反応で使用されるフェノール
とアルデヒドのモル比によって性質的にモノマーもしくはポリマーで現存するこ
とが出来る。好適なフェノールの例は、フェノール、o,m,もしくはp−クレ
ゾール、2,4−キシレノール、3,4−キシレノール、2,5−キシレノール
、カルダノール(cardanol)、p−ターシャル−ブチルフェノール等である。有
用なアルデヒドはホルムアルデヒド、アセトアルデヒドそしてプロピオンアルデ
ヒドである。特に有用なフェノプラスト樹脂はポリメチロールフェノールで、
そのフェノール基は例えばメチルやエチル基などのアルキルでエーテル化されて
いる。
他のエポキシ樹脂硬化剤もまた有用である。例えば、触媒硬化剤:ルイス塩基
(第三アミンのような)、ルイス酸(三フッ化ホウ素のような)、陽イオン硬化
剤(アリルジアゾニウム塩、ジアリルイオジウム(diaryliodinium)塩、VIa
族元素、特にイオウのオニウム塩)および反応性硬化剤:メルカプタン、イソシ
アネート、カルボン酸そして酸無水物である。通常のエポキシ樹脂の硬化剤につ
いてはEncyclopedia of Polymer Science a
nd Engineeringのvol.6,pp.340−361(John
wiley & Sons,Inc.,N.Y.,N.Y.,1986)にて
、述べられており、その開示内容を参照により本明細書に含むものとする。
以下の実施例は本発明をより説明する。反応体および他の具体的な成分は典型
例として表され、本発明の範囲内で上記の開示を考慮して様々な変更が可能であ
る。
実施例
実施例1A アミン-エポキシド付加生成物の製造
(ゼロエポキシドおよび50%過剰のアミン水素当量)
攪拌機、加熱マントル、窒素ライン、冷却コンデンサーおよび温度計を装着し
た250ml反応フラスコに74.9グラム(0.063当量)のJeffam
ine M−2070(Texas州HoustonのTexaco Chem
ical Company)および11.84グラム(0.042当量)のプロ
ポキシルペンタエリトリトール(ペンタエリトリトール1モルに対して5モルの
プロピレンオキサイド)(Henkel
Corporation,Ambler,PA)のポリエポキシドを充填する。
この反応混合物を2時間125℃〜130℃に加熱し、加えてもう2時間140
℃に保つ。そしてその後70℃まで冷却し反応生成物をエポキシドとアミンの含
有量を調べるために分析する。分析結果によりエポキシド成分は存在せず、アミ
ンの総量値が0.48meq/gである。
実施例1B アミンーエポキシド付加生成物の製造
(ゼロエポキシドおよび75%過剰のアミン水素当量)
87.47グラム(0.0735当量)のJeffamineM−2070お
よび11.84グラム(0.042等量)のプロポキシルペンタエリトリトール
(ペンタエリトリトール1モルに対して5モルのプロピレンオキサイド)のポリ
エポキシドを2時間125℃〜130℃に加熱しもう1時間140℃に保つとい
う違いを除いて、上記の実施例1を繰り返す。結果として得られた生成物を70
℃まで冷却し分析する。分析結果により、エポキシド成分は存在せず、アミンの
総量値が0.42meq/gであることがわかる。
実施例2A 自己分散型樹脂の製浩
加熱マントル、窒素ライン、冷却コンデンサー、温度計および攪拌機を装着し
た250ml反応フラスコに66.4グラム(0.348当量)のビスフェノー
ルAのグリシジルエーテルと、19.6グラム(0.172当量)のビスフェノ
ールAを充填し、それらを95℃に加熱して溶かし、その後0.15グラムのト
リフェニルホスフィンを加える。
反応混合物を150℃までかき混ぜながらゆっくりと加熱するとすぐ発熱反応
が見られる。反応温度を150℃から160℃の間に保つために素早く冷却する
。発熱反応が落ち着いた後、もう1時間160℃で保ち、続いて15分間190
℃に保持する。それから反応混合物を160℃まで冷却し、そこに14グラム
のプロピルセロソルブを加えると即座に環流が始まる。反応混合物を125℃ま
で冷却し、実施例1Aの付加生成物12.0グラムを加える。反応混合物を1時
間125℃〜130℃まで加熱する。そして100℃まで冷却した後分析する。
得られた樹脂はプロピルセロソルブ中約87.5%の固形分をもち、また約61
7(EEW)当量(固形分を基準にした)および0.07meq/gのアミン総
量を有する。
実施例2B 自己分散型樹脂の製造
実施例2Aでは、実施例1Bの12.0gのアミン/エポキシド付加生成物を
使用すること以外は同様に繰り返された。得られた自己分散型樹脂はプロピルセ
ロソルブ中約87.5%の固形分および594.0のEEW(エポキシ当量)を
もつ。
実施例3A 水性水性分散液の製造
攪拌機、加熱マントル、窒素ライン、冷却コンデンサーおよび温度計を装着し
た500ml反応フラスコに、実施例2Aに従って製造された自己分散型樹脂(
SDR)を112グラム充填する。樹脂を100℃まで加熱し、30分以上かき
混ぜながらゆっくりと16.5グラムの水を加えると、55℃まで温度が下がる
。そして温度が70℃になるよう20分以上48グラムの水を加える。70℃で
2グラムの水を加え、20分かき混ぜた後また3グラムの水を加える。油中水型
分散液を45℃になるまで45分間かき混ぜ、その後水中油型分散液の形式にな
る。完全に転化した後、CVC Specialty Chemicals C
orpから入手した2.0グラムのC8〜C10アルコールモノグリシジルエーテ
ルを反応性希釈剤として加える。その後、50℃で36.3グラムの水を1時間
にわたって加える。得られた水性水性分散液は水/プロピルセロソルブ(82/
18)溶剤中、56%の樹脂固形分を持つ。この分散液の粒子サイズは約2.2
ミクロンである。
実施例3B
実施例3Aは実施例Bの自己分散型樹脂を使用すること以外は同様に繰り返さ
れた。得られた水性分散液は水/プロピルセロソルブ(82/18)溶剤中、約
56%の樹脂固形分を持つ。この散液の粒子サイズは約1.9ミクロンである。
実施例3Aおよび3Bの分散液の特性を以下に示す。
実施例4 塗料の製造
25mlのプラスチックカップに実施例3Aに従って製造した水性水性分散液
を12.4g(56%固形分)充填し、Hi−Techから入手したエポキシ硬
化剤8290(水素当量163の変性ジエチレントリアミン)を同当量(2g)
加える。その後十分な水を配合物が精度良く塗布できるよう加える。エポキシ分
散/硬化剤混合物を10分間熟成しその後、配合物をあらかじめ研磨しロールに
してある#34コールドスチールロッドを使用したTRU COLD冷間圧延鋼
(3×6×0.32インチ)に流し込むことによってフィルム流延を行う。フィ
ルムは45分後粘着しなくなった。塗料の物理的特性は28日間室温で風乾した
後測定された。実施例3Bの水性分散液についても工程は繰り返された。どちら
のフィルムの許容できる塗布特性を示した。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ),AM,
AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C
N,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE
,HU,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,
LR,LT,LU,LV,MD,MG,MN,MW,N
L,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE
,SI,SK,TJ,TT,UA,UZ,VN
(72)発明者 グリンスタイン,リューベン,エッチ.
アメリカ合衆国,ペンシルバニア州
19422,ブルー ベル,オーク リッジ
ドライブ,1070
(72)発明者 モルビー,ジョセフ,エル.
アメリカ合衆国,ペンシルバニア州
19446,ランズデール,フィールド テレ
ス 109
(72)発明者 ジュエル,ブライアン,ジー.
アメリカ合衆国,ペンシルバニア州
19454,ノース ウェールズ,チャーチ
ロード 131,アパートメント 4ージェ
イ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.1.0反応当量の脂肪族ポリエポキシドと約1.0より多く約2.5を超え ない反応当量のポリオキシアルキレンアミンとを含む反応体の付加生成物を含み 、自己分散型硬化性エポキシ樹脂の製造において有用なアミン-エポキシ付加生 成物。 2.1.0反応当量の脂肪族ポリエポキシドと約1.1〜1.5反応当量のポリ オキシアルキレンアミンとの反応方法によって製造される請求項1に記載のアミ ン−エポキシ付加生成物。 3.(a)1.0反応当量のエポキシ樹脂および(b)約0.005〜0.5反 応当量の請求項1に記載のアミン−エポキシ付加生成物からなる反応体の付加生 成物を含む自己分散型硬化性エポキシ樹脂組成物。 4.前記反応体が約0.01〜1.0反応当量の多価フェノールをさらに含む請 求項3に記載の自己分散型硬化性エポキシ樹脂組成物。 5.(a)1.0反応当量のエポキシ樹脂および(b)約0.005〜0.5反 応当量の請求項1に記載のアミン−エポキシ付加生成物との反応方法により製造 された自己分散型硬化性エポキシ樹脂組成物。 6.前記反応体が約0.01〜1.0反応当量の多価フェノールをさらに含む、 請求項5に記載の自己分散型硬化性エポキシ樹脂組成物。 7.(a)ポリオキシアルキレンアミンとポリエポキシドの反応当量の比が1. 0:1より大きいが2.5:1を超えない条件で、ポリオキシアルキレンアミン とポリエポキシドを接触させることによってアミン−エポキシ付加生成物を製造 する工程と、 (b)アミン−エポキシ付加生成物と多価フェノールのポリグリシジルエーテ ルの反応当量の比が約0.005:1〜約0.5:1の範囲内で、アミン−エポ キシ付加生成物をエポキシ樹脂に接触させる工程と、 を含む方法によって製造される請求項3に記載の自己分散型エポキシ樹脂を含む 水性分散液。 8.前記接触させる工程では、多価フェノールと多価フェノールのポリグリシジ ルエーテルの反応当量の比が約0.01:1〜約1.0:1の範囲内で、さらに 多価フェノールとも接触させる請求項7に記載の水性水性分散液。 9.(1)50〜100の重量%の水および0〜50の重量%の水溶性有機補助 溶剤とを含む約20〜80重量%の溶剤相と、(2)1.0反応当量のエポキシ 樹脂、約0.01〜1.0反応当量の多価フェノール、および約0.005〜0 .5反応当量のアミン−エポキシ付加生成物を含む反応体の付加生成物(前記ア ミン−エポキシ付加生成物が1.0反応当量のポリエポキシドと1.0より多い が2.5を超えない反応当量のポリオキシアルキレンアミンを含む反応体の付加 生成物を含む)を含む約80〜20重量%の自己分散型硬化性エポキシ樹脂組成 物とを含む請求項7に記載の安定性水性エポキシ樹脂水性分散液組成物。
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