JPS5980798A - 荷電水性粉末スラリ−のカソ−ド電着方法 - Google Patents

荷電水性粉末スラリ−のカソ−ド電着方法

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JPS5980798A
JPS5980798A JP58178347A JP17834783A JPS5980798A JP S5980798 A JPS5980798 A JP S5980798A JP 58178347 A JP58178347 A JP 58178347A JP 17834783 A JP17834783 A JP 17834783A JP S5980798 A JPS5980798 A JP S5980798A
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polymer powder
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epoxy resin
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ロバ−ト・ジヨン・リツチ−
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EI Du Pont de Nemours and Co
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は重合体粉末の電着(elect、roaepo
sttion)のためのカソード法に関する。更に詳し
くは本発明は重合体粉末が金属酸化物または水酸化物で
コーティングされているそのような方法に関する。
従来技術は金属酸化物、水酸化物および金属性籾米とブ
レンドされた種々のタイプの重合体およびミクロンサイ
ズの重合体粉末を沈着せしめるカソード電着を包含して
いる。米国特許第4.086,153号、同第3,92
0,468号、同第3,657,092号および同第5
,575,909号各明細書を参照されたい。磁気層を
電着させるだめの同様な技術は米国特許第3,647,
661号明細書に開示されている。一般に重合体のイオ
ン構造が重要であり、その結果それは例えば荷電酸化物
粒子との共沈着のための包含(entanglemen
t )または同伴(entrainment)に依存す
るよりもむしろ直接電着されうる。特公昭51−445
40号公報は荷電させる必要なしに樹脂粒子を荷電金属
酸化物粒子と共に沈着させている。米国特許第3,86
9,566号および同第4,208,261号各明細書
は共にカソード結合剤樹脂およびその中に含有せしめた
非イオン性樹脂粉末を使用した電解コーティングに関す
る。
米国特許第4,122,060号および同第4,251
,426号各明細書は共にエポキシ樹脂粉末コーティン
グ組成物に関する。両者は共に種々の技術によシ適用さ
れうる。しかしながら重合体中に構成される適当な電荷
の欠除の故にそれらの適用に対しては最適な電解コーテ
ィング法は利用可能ではない。
本発明は、塗料の水性コーティング浴に正に荷電したア
ノードと前記塗料でコーティングされるべき負に荷電し
たカソードとを設け、しかも前記塗料の固体含有物が本
質的に、約20μmを越えない光学的測定平均粒子サイ
ズを有する重合体粉末粒子より構成されており、前記粒
子を荷電電圧の影響下に前記カソードの方向に移動させ
るに充分な量で、その上に沈着または吸着させた両性金
属酸化物または水酸化物で前記粒子がコーティングされ
ておシ、前記浴のpHが等電点以下の範囲にあってその
結果前記のコーティングされた粒子のゼータ電位が少く
とも約35となるようになっている、カソード表面に塗
料を電着させるための方法を提供するものである。
その他の態様において、本発明は前記電着法に使用され
るべき水性コーティング浴の製造法を提供するものであ
り、この場合前記重合体粉末の水性粉末スラリーを、前
記両性金属酸化物または水酸化物に変化させうる金属塩
溶液と前記沈殿が速やかには生じないようなpHおよび
温度で混合させそして次いでそのような両性金属酸化物
または水酸化物の前記重合体粉末粒子上への速やかな沈
着を生ぜしめる水準までそのpHおよび/または温度を
上昇させることからなる。
好ましくは本発明のどちらの態様においても、個々にま
たは集合的に前記重合体粉末は2〜15μm範囲の平均
粒子サイズを有するエポキシ樹脂であり、前記両性金属
酸化物または水酸化物は3水加アルミナであり、そして
前記浴のp)iは6.0〜aOである。特定的な好まし
いエポキシ樹脂が開示されている。
本発明は非イオン性でありうる重合体粉末をカソード的
に電着させる手段を提供する。これはカソード電着の上
限と通常考えられる7以上のpH水準でさえも実施でき
る。
J2o3の等電点けpH9,2にある。この等電点はそ
れ以下ではゼータ電位が正であυ且つそれよシ上ではゼ
ータ電位が負になるようなpHのことである、このゼー
タ電位は分散状態における粒子の表面荷電の尺度である
。それは米国ニューヨーク在ハンケム・コンパニー製造
のはンケムシステム(Penkem System) 
3000を含む種々の手段で容易に測定しうる。本発明
は約aO椅度の高いpH水準、そしてよシ正確にはゼー
タ電位がまだ少くとも35ミリボルトであるような水準
までのpH水準でのカソード電着を可能ならしめる。こ
れは実際の電着に必要な作動力を与える。約zOまたは
それ以上のpH水準ではコーティング装置およびまわシ
の設備の腐食に関しての懸念が大きく減少される。すな
わち本発明を使用して可能となるpH水準でのカソード
電着が可能であるということは予想外のそして有利な事
実である。
本発明の水性粉末スラリーまたは分散液は両性金属水酸
化物および/または酸化物を形成する能力のある金属の
塩の水性溶液中に分散された微細分割重合体粉末より構
成されている。金属塩溶液中の重合体粉末分散液のpH
および/または温度を上昇させると、両性金属水酸化物
および/または酸化物の平衡比は上昇しそして粉末粒子
上へp沈着が速やかに生ずる。分散液の最終pHに応じ
て金属水酸化物および/または酸化物でコーティングさ
れた粉末粒子は両性金属酸化物に伴なう両性イオン性を
示す。直流電圧の影響下に金属酸化物の等電点以下のp
H値ではこの複合粒子は陽イオンとして働き、そして金
属酸化物の等電点以上のpH値ではこの複合粒子は陰イ
オンとして働く。しかしながらpHの上昇によって等電
点を通過させることは通常容易ではない。その理由は等
電点に達すると浴全体が凝固または沈殿する強い傾向が
あるからである。
この複合粒子の電着は通常の電気沈着系中で実施して重
合体粒子の正確な組成に応じて部分的に合着された粉末
フィルムを生成させることができる。加熱するとこの粉
末フィルムは金属基材に対して良好な接着性を有する平
滑な完全に合着した連続重合体フィルムに変換される。
130℃に30分加熱した後、このフィルムは非常に良
好な腐食耐性を与える。ASTM−B117により試験
された場合1000時間までの塩スプレー抵抗が達成さ
れた。
本発明に使用されるコーティング組成物の含有固体外は
本質的に金属酸化物または水酸化物でコーティングされ
た樹脂粉末粒子よシなるが、本発明の基本的なそして新
規な特性を実質的に変化させない溶媒、顔料、交叉結合
剤、流れ制御およびカップリング剤、充填剤およびその
他の添加剤を含めてその他の成分を存在させることがで
きる。
硬化されたコーティングの表面は非常に平滑なものとな
しうるので、その結果良好な外観のコーティングを達成
するためには単一のトップコートしか必要ではない。す
なわち2個の別々のコーティングとして通常適用される
プライマーおよびプライマー/サーフエサ−は実際には
1段階で沈着せしめられる。本発明は、両性イオン性を
示しそして沈殿または吸着によシ粉末重合体粒子に結合
される任意の金属酸化物を使用することができる。適当
な金属の酸化物および/または水酸化物としてはAfi
205.0uO1Fe204Fe (OH) 3、pb
3o4、MgO,TiO2およびZn、Oがあげられる
。混合金属酸化物および金属酸化物コーティングした金
属酸化物もまた使用可能である。
粉末粒子の外側層の性質が一般に層の形の複合粉末の電
着特性を規制する。
最良の結果はAl(No3)3・9H20溶液の使用に
よシ得られる。これからAfi203・3H20および
/またはAl(OH)3が沈殿ムれる。粉末分散液のp
H値は電着浴に対して最適なpHに調整される。
本発明は粉末形態で製造されうるコーティングまたは塗
料(kインド)用に適当な任意の粒子状重合体例えばエ
ポキシド、アクリル、ホリエステル、ポリアミド、ポリ
イミド、ポリウレタン、ポリカーボネートその他を使用
して実施することができる。重合体の混合物もまた使用
しうる。光学的に測定された平均粉末粒子サイズはα1
〜20μmの範囲でありうるが好ましいサイズは2〜1
5μm1そして最適には2〜7μmである。粒子サイズ
は最終フィルムの接着性および外観の両方に影響を与え
る。
この水性分散′液は塗料産業に既知の方法により製造さ
れる。粉末化重合体は金属塩の水性溶液中に直接攪拌混
入することができるしまたは高速分散装置の助けをかり
て分散させることができる。分散過程を助けるだめに小
量の表面活性剤または乳化剤もまた使用しうる。分散液
製造のその他の手段は、粉末重合体の水性懸濁液を直接
金属塩の水性溶液中にかまたはその逆に混入することよ
りなる。
沈着の実施のためには、この分散液を脱イオン水で5〜
30チ、好ましくは10〜20%の固体分食量まで希釈
する。Ax2o3・3H20が使用される場合には最終
pHは6.0〜aO1好ましくは6.5〜Z8の間であ
るべきである。沈着の間、分散液は樹脂の沈着に適当な
温度例えば15〜40’Cに保たれる。好ましいエポキ
シ樹脂に対しては最高温度は65℃以下好ましくは54
℃以下であるべきである。コーティングすべき基材を分
散液中に浸漬させ、そしてカソードとして接続する。ア
ノードはいずれかの伝導性基材例えばステンレススチー
ル、グラファイトまたは貴金属である。アノードとカソ
ードとの間に分散液を経て直流を通電する。
好ましい沈着電圧は20〜400ボルトである。
これら条件下には、コーティングはカソード上に沈着さ
れる。沈着は所望のフィルム厚さが達成されるまで実施
される。150μmまでのフィルム厚さを短時間後でさ
えもコーティング基材上に得ることが特別な利点である
。選ばれる重合体によっである場合にはこれらフィルム
厚さを得るためには10秒の短い時間が適当である。
基材をコーティング浴から除去した後、コーティングを
水洗しそして5〜45分間130〜200℃の温度で焼
付ける。ある場合には焼付けの前に予備乾燥段階を挿入
するのが適当である。
エレクトロコーティング浴中では沈着工程の間に重合体
粉末が除去されるのであるから、浴を金属酸化物または
水酸化物コーティングした重合体粒子で周期的に補給し
て大約の最初の水性分散液組成を常に保持することが必
要である。
そのpHは全沈着過程の間6.0〜aOに保持されるべ
きである。
焼付けられたコーティングの性質は技術的観点からは優
れている。腐食抵抗性は予期せざる程良好でありそして
これは固体粉末の性質により変動する。本発明の水性分
散液を使用する場合には、いくらか多孔性のフィルムが
達成される。これは均一電着性(throwing p
awθr)を損なう。この焼付はフィルムは通常のラッ
カーを使用して容易に更にラッカー処理にかけることが
できる。与えられているチ、部および割合は特記されて
いない限りは重量基準である。
次の実施例は本発明を説明する。製造例においては、成
分は次の番号系により参照される。
(1)式 (式中nは0〜Sのガードナー−ホルト粘度および70
0〜850のエポキシド当量重量を有する樹脂を与える
に充分なだけ犬なるものである)を有するエポキシ樹脂
(2)  590〜630のエポキシド当量重量のフェ
ノール変性エポキシ樹脂となるように1.82/1.0
10.5のエポキシ樹脂/ビスフェノール−A/フェノ
ール当量重量比でビスフェノール−Aおよびフェノール
と反応せしめられた前記(1)の式の樹脂(エポキシド
当量重量186〜192)であるフェノール変性エポキ
シ樹脂。
(3) (a)  一般式 0であるかiたけ200〜1000の当量重量を有する
化合物の混合物を与える正の数である)の化合物の混合
物および (b)  前記(a)の重量基準で0.67重量−の2
−メチルイミダゾール の組合せである硬化剤。
〔製造例〕
本発明に使用するためのエポキシ樹脂系は前記米国特許
第4.251.426号明細書の教示により製造するこ
とができる。
次の成分をブレンドする。
構成部分1             重量部成分13
&4 成分2              25.6成分3 
             20.7トリエタノールア
ミン              1.5」シえ成分1
− メルク粒子(最大直径20μ)2.5 二酸化チタン領料                1
1.5カーボンブラツク              
   0.5構成部分1をウイレクス(Welex)グ
ラインダーミキサーに仕込みそして30秒間混合する。
次いで構成部分2を加えそして混合を1分間続ける。次
いでこのブレンドを溶融押出機に仕込みそして88〜9
4℃で押出す。この押出し物を冷却させ、チップに破砕
し、そして次いで粉砕ミルに仕込んでそれを微細粉末と
する。次いでこの粉末を標準200メツシユスクリーン
に通して75μm以上の最大寸法を有する粒子を除去し
そして次いでこの粉末を更に約5ItInの平均粒子サ
イズまで空気マイクロナイゼー7ヨンにより粉末化させ
る。
前記米国特許第4,122,060号明細書のものを含
むその仙のエポキシ系も使用することができる。
〔実施例〕
本発明による電着浴を次のようにして製造しそして使用
する。
重量部 製造例からの混合重合体        180.0ア
ラビアゴム               0,5グア
ヤゴム                0.5八β(
NO3)s・9H202,25 脱イオン水            1100イミダゾ
ール             6−6アラビアゴムお
よびグアヤゴムを別々の300−容量の脱イオン水に溶
解することによって水性分散液を製造する。この2個の
ゴム溶液を次いで合する。製造例からの混合重合体を攪
拌しつつ600−のゴム溶液中に分散させる。得られた
分散液を最終粒子サイズ約5μmに達するまで典型的に
は30分間アトライター中で粉砕させる。この分散液を
涙過し、そしてAft(No5)g、イミダゾール、お
よび残シの500−の脱イオン水を仕込む。得られた分
散液はきびしい沈降に対して非常に安定で、lそして7
.5のpHおよび42ミリボルトのゼータ電位を有して
いる。
スチールの燐酸処理シートをこの分散液中に浸漬させそ
してカソードとして接続する。ステンレススチールのシ
ートを浸漬させそしてアノードとして接続する。
30秒の沈着時間で60ボルト直流電位でこの分散液か
ら粉末フィルムを電着せしめた。
あるいはまた、40ボルトの電圧および浴温34℃で直
流を適用すると20秒でカソード上にコーティングが沈
着された。脱イオン水で洗ったこのシートを次いで13
0℃で30分焼付ける。40〜50μmのフィルム厚さ
を有する連続フィルムがアノードに面している側のシー
ト上に形成される。A87M−B 117に規定されて
いる腐食抵抗試験においては、このフィルムは1.00
0時間後にもなお満足すべき状態にあった、滴定カロリ
メトリーはtJ5十、J2o3・3H20および多価A
Ax(OH)y 種(スはシース)が重合体粒子表面に
沈着または吸着されていることを示す。
次の滴定は滴定カロリメーター中で実施されそして得ら
れるエンタルピー変化を観察しだ。
被滴定物       滴定物       (Cal
/!8し)A イミダゾール    水       
       +297B 硝墳アルミニウム  水 
              −3420硝酸アルミニ
ウム  イミダゾール          +633A
およびBはAI!、(No3)3およびイミダゾールの
各希釈物の測定されたエンタルピーである。0は多価A
J2x(OH)y 種の形成を促進する相互作男のエン
タルピーである。DはJ5+およびJ(Nog)g溶液
中に存在するすべての水酸化アルミニウム種のエポキシ
樹脂上への吸着に関連するエンタルピー変化を与える。
EはAJ!(NC15)3溶液中のA13+のJx(O
H)y種への変換を容易ならしめる条件下での樹脂粒子
上へのAIX(OH)y の吸着に関連するエンタルピ
ー変化を包含する。]!! 14 Fltpi−ReZ
 5220とイミダゾールとの間の弱い相互作用を示す
。GはAp、5+が最初に吸着された場合にはJX(o
H);+種の吸着に関連する吸熱は観測されないことを
示している。
これらの実験は粉末分散液に金属塩を加えた場合には、
若干の種は重合体粒子により吸着されることを示してい
る。イミダゾールを使用してpHを上昇させるとイミダ
ゾールの存在下には測定された吸熱が+4740al/
(−ルから+23630al11モルに上昇することか
られかるようにAIL(OH)!1の吸着を容易ならし
める。
581

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)塗料の水性コーティング浴に正に荷電したアノード
    と前記塗料でコーティングされるべき負に荷電したカソ
    ードとを設け、前記塗料の含有固体分が本質的に約20
    μmを越え々い光学的測定平均粒子サイズを有する重合
    体粉末粒子ニジなっており、しかも前記粒子が前記荷電
    の影響下に前記カソードの方向にその粒子を移動させる
    に充分な量でその上に沈着または吸着せしめられた両性
    金属酸化物または水酸化物でコーティングされておシ、
    前記浴のpHが等電点以下の範囲にあってその結果前記
    のコーティングされた粒子のゼータ電位が少くとも約3
    5であることを特徴とする、カソード表面に塗料を電着
    するための方法。 2)前記重合体粉末がエポキシ樹脂である、前記特許請
    求の範囲第1項記載の方法。 3)前記重合体粉゛末が2〜15μm範囲の平均粒子サ
    イズを有している、前記特許請求の範囲第2項記載の方
    法。 4)前記重合体粉末が本質的に微細分割されしかもその
    少くとも90重量%が20μmを纏えない最大粒子サイ
    ズを有しているような粒子より構成されておりそしてそ
    の粒子が (A)式 %式% (式中nはO−8のガードナー−ホルト粘度および70
    0〜850のエポキシド当量重量を有する樹脂を与える
    に充分なだけ大なるものである)のエポキシ樹脂35〜
    45重量部、(B)  550〜675のエポキシド当
    量重量を有するフェノール変性エポキシ樹脂を生成する
    ようにビスフェノール−Aおよびフェノールで変性され
    た前記(A)の一般式の樹脂であるフェノール変性エポ
    キシ樹脂18〜40重量部、 (0)本質的に (1)一般式 量を有する化合物の混合物を与える正の数である)の化
    合物混合物および (2)前記(1)の重量基準で0.2〜5.0重量%の
    量のイミダゾール、モノまたはジアルキルイミダゾール
    、ジアルキルアミノメチルフェノールまたはこれらの混
    合物である促進剤 よりなる樹脂状硬化剤15〜30重量部のブレンドであ
    る、前記特許請求の範囲第1項記載の方法。 5)前記重合体粉末が本質的に、微細分割されしかもそ
    の少くとも90重量%が20μmを越えない最大粒子サ
    イズを有している粒子より構成されておシそしてその粒
    子が ■式 (式中nは0〜Sのガードナー−ホルト粘度および70
    0〜850のエポキシド当量重量を有する樹脂を与える
    に充分なだけ犬なるものである)のエポキシ樹脂38〜
    40重量部、(B)  590〜650のエポキシド当
    量重量を有する樹脂を生成するようにビスフェノール4
    およびフェノールで変性された前記(A)の一般式の樹
    脂であるフェノール変性エポキシ樹脂25〜27重量部
    、 (C)本質的に (1)一般式 重量を有する化合物の混合物を与える正の数である)の
    化合物混合物および (2)前記(1)の重量基準で0.5〜0.7重量−の
    量の2−メチルイミダゾール よシなる樹脂状硬化剤19〜21fi量部のブレンドで
    ある、前記特許請求の範囲第1項記載の方法。 6)前記両性金属酸化物または水酸化物溶液と混合する
    前に、表面活性剤として作用するアラビアゴムおよびグ
    アヤゴムの少くとも1種の有効量を含有する前記重合体
    粉末の水性粉末スラリーを与える、前記特許請求の範囲
    第5項記載の方法。 7)前記両性金属酸化物または水酸化物が6水加アルミ
    ナである、前記特許請求の範囲第1項記載の方法。 8)前記浴のpHが6.0〜aOO間である、前記特許
    請求の範囲第1項記載の方法。 9)前記重合体粉末が2〜15μm範囲の平均粒子サイ
    ズを有するエポキシ樹脂であり、前記両性金属酸化物ま
    たは水酸化物が6水加アルミナであり、そして前記浴の
    pHが6.0− a 00間である、前記特許請求の範
    囲第1項記載の方法。 10)前記特許請求の範囲第1項記載の電気沈着法に使
    用されるべき水性コーティング浴を製造する方法であっ
    て、前記重合体粉末の水性粉末スラリーを前記両性金属
    酸化物または水酸化物に変換させうる金属塩の溶液と共
    に前記沈殿が生じなめようなpHおよび温度で混合しそ
    して次いでpHおよび/または温度を前記重合体粉末粒
    子上にそのような両性金属酸化物または水酸化物の沈殿
    を生ぜしめるような水準まで上昇させることを包含する
    方法。 11)前起重合体粉末がエポキシ樹脂である、前記特許
    請求の範囲第10項記載の方法。 12)前記重合体粉末が2〜15μm範囲の平均粒子サ
    イズを有している、前記特許請求の範囲第10項記載の
    方法。 16)前記重合体粉末が本質的に微細分割されしかもそ
    の少くとも90重量%が20 Iimを越えない最大粒
    子サイズを有している粒子より構成されておりそしてそ
    の粒子が (式中nはO−Sのガードナー−ホルト粘度および70
    0〜850のエポキシド当量重量を有する樹脂を与える
    に充分なだけ大なるものである)のエポキシ樹脂30〜
    45重量部、(B)  sso〜675のエポキシド当
    量重量を有するフェノール変性エポキシ樹脂を生成させ
    るようにビスフェノール−Aおよびフェノールで変性さ
    れた前記体)の一般式の樹脂であるフェノール変性エポ
    キシ樹脂18〜4゜重量部、 (0)  本質的に (1)一般式 量重量を有する化合物の混合物を与える正の数である)
    の化合物混合物および (2)前記(1)の重量基準で0.2〜5.0重量%の
    量のモノまたはジアルキルイミダゾール、ジアルキルア
    ミノメチルフェノールまたはこれらの混合物である促進
    剤 よりなる樹脂状硬化剤15〜30重量部のブレンドであ
    る、前記特許請求の範囲第10−項記載の方法。 14)前記重合体粉末が本質的に微細分割されしかもそ
    の少くとも90重t%が20μmを越えない最大粒子サ
    イズを有している粒子よシ構成されており、そしてその
    粒子が (A)式 (式中nはO−8のガードナー−ホルト粘度および70
    0〜850のエポキシド当量重量を有する樹脂を与える
    に充分なだけ大なるものである)のエポキシ樹脂38〜
    40重量部。 (B)  590〜630のエポキシド当量重量を有す
    る樹脂を生成させるようにビスフェノール−Aおよびフ
    ェノールで変性された前記(A)の一般式の樹脂である
    フェノール変性エポキシ樹脂25〜27重量部、 (0)本質的に (1)一般式 XはOであるかまたは200〜1000の当量重量を有
    する化合物の混合物を与える正の数である)の化合物混
    合物および (2)前記(1)の重量基準で0.5〜α7重量−の量
    の2−メチルイミダゾール よりなる樹脂状硬化剤19〜21重量部のブレンドであ
    る、前記特許請求の範囲第1015)前記両性金属酸化
    物または水酸化物溶液と混合する前に、表面活性剤とし
    て作用するアラビアゴムおよびグアヤゴムの少くとも1
    種の有効量を含有する前記重合体粉末の水性粉末スラリ
    ーを与える、前記特許請求の範囲第14項記載の方法。 16)前記水性粉末スラリーをその平均粒子サイズが約
    2〜7μmとなるまで微細化させる、前記特許請求の範
    囲第15項記載の方法。 17)前記両性金属酸化物または水酸化物が3水加アル
    ミナである、前記特許請求の範囲第10項記載の方法。 18)前記浴のpHが&0〜aOの間である、前記特許
    請求の範囲第10項記載の方法。 19)前記重合体粉末が2〜15μm範囲の平均粒子サ
    イズを有するエポヤシ樹脂でアシ、前記両性金属酸化物
    または水酸化物が3水加アルミナであυ、そして前記浴
    のpHが6.0〜aOO間である、前記特許請求の範囲
    第10項記載の方法。
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