KR100240849B1 - 촉매 조성물 및 그로부터 제조된 피복물 - Google Patents

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로버트 존 배르소티
찰스 토마스 버어지
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메리 이. 보울러
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Abstract

본 발명은 코어 및 상기 코어에 부착된 올리고머계 잔기를 갖는 아크릴계 비수성 분산액 및 상기 코어에 결합된 촉매 요소의 촉매 조성물, 및 글리시딜 메타크릴레이트를 함유하는 저분자량 무수물 수지 및 에폭시 수지를 기재로하여 그로부터 제조되는 피복 조성물이 우수한 안정성 및 수행특성의 균형성을 보여준다는 것을 기술하고 있다.

Description

촉매 조성물 및 그로부터 제조된 피복물
기재 피복-투명 피복 시스템은 지난 십년간 자동차 마감재로서 광범위하게 허용되어 왔다. 이러한 피복 시스템에 전체 외관, 상부 피복의 투명성 및 내품질 저하성을 개선하기 위한 계속적인 노력이 행하여져 왔다. 저휘발성 유기함량(VOC)을 갖는 피복 조성물의 개발을 위한 추가의 노력이 행하여져 왔다.
피복물 내부식성 및 내구성을 개선하려는 이전의 노력으로서 경화 조건하에서 경화를 위한 다중 무수물 수지와 반응하는 수지와 함께, 팬던트 비환식 무수물 잔기를 갖는 무수물 수지를 사용하는 것이 제안되었다. 그러나, 기재에 도포하기 전의 안정성 및 도포후 뛰어난 성능 특성, 및 특히 주위의 부식에 대한 내성을 제공하는 피복 배합물에 대한 필요성이 계속 존재하여 왔다.
미국 특허 제5,231,131호는 주쇄에 부착된 친수성 거대단량체 암(arm)(주쇄 및 암은 수성 시스템에 이용하기 위한 산 관능기를 함유한다)을 갖는 중합체성 주쇄를 포함하는 그래프트 공중합체를 개시하고 있다.
본 발명은 용매 가역적 분산액(SRD) 촉매 조성물 및 특히 다중충 피복 시스템중에서 상부 피복에 유용한 경화가능한 피복 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 안정하고, 분무 가능한 피복 조성물에 사용될 수 있는 SRD 촉매를 제공한다.
상세하게, 본 발명은 비극성 유기 용매 중에 실질적으로 불용성인 아크릴계 중합체의 코어에 화학적으로 결합되어 있는 촉매, 및 상기 코어에 그래프트되고 아크릴계 주쇄를 갖는 실질적으로 선형인 다수의 안정화제 성분(이들 각각은 유기 용매에 가용성이고 상기 코어에 그래프트된 안정화제 분자의 하나의 말단을 갖는다)을 포함하는 촉매 조성물을 제공한다.
본 발명은 추가로 (a)(1) 중심 잔기, 및 (2) 각각의 중심 잔기에 결합된 평균 1개 보다 만은 펜덕트 비환식 무수물 잔기를 함유하는 약 3,000미만의 분자량을 갖는 무수물 수지, (b) 약 1,000 내지 20,000의 분자량을 갖고, 하나 이상의 에폭시 잔기를 함유하는 약 30 중량% 이상의 공중합된 에틸렌성 불포화 단량체를 포함하는 공반응성 중합체성 수지, 및 (c) 작용량의 상기 정의된 바와 같은 하나 이상의 촉매 조성물을 포함하며, 에폭시 대 무수물의 당량비는 약 0.5 내지 1.8인 결합제; 및 유기 용매를 포함하는 경화가능하고, 분무가능한 피복 조성물을 제공한다.
본 발명의 피복 조성물은 하기 기술하는 바와 같이 무수물 수지, 공반응성 에폭시 수지, 및 잠재성 촉매를 포함한다.
본 발명에 사용될 수 있는 무수물 수지는 중심 잔기 및 각각의 중심 잔기에 결합된 1개 보다 많은 펜던트 비환식 무수물 잔기를 갖는 약 300 미만의 분자량을 갖는 무수물 수지를 포함한다. 상기 무수물은 비대칭성이고, 바람직하게는 하기식으로 나타내는 잔기를 함유한다 :
[화학식1]
Figure kpo00001
상기 식에서, (CM)은 중심 잔기이고, (R1)은 유기 잔기이고, n은 평균적으로 1개 보다 많은 펜덕트 무수물기의 수이다.
상기 중심 잔기는 지방족, 환식 지방족 또는 방향족 잔기와 같은 간단한 유기 잔기로서, 다수의 무수물기가 이 잔기에 결합된 것일 수 있다. 또한, 상기 중심 잔기는 하나 이상의 펜던트 무수물기에 결합된 다수의 반복 단위를 함유할 수 있다. 적합한 비중합체성 중심 잔기로서는 펜타에리스리톨, 트리메틸올프로판 및 네오펜틸글리콜과 같은 다관능성 알콜로부터 유래된 것들이 있다. 상기 다관능성 알콜은 메틸 헥사하이드로프탈산 무수물과 같은 환식, 단량체성 무수물과 반응하여 다관능성산함유 잔기를 생성한다. 다음으로 결과의 생성물은 케텐과 반응하여 선형의 펜던트 무수물을 형성한다.
중심 잔기는 평균적으로 1개 보다 많은 비환식 무수물 잔기와 결합한다. 중심 잔기는 바람직하게는 평균적으로 약 2 이상의 비환식 무수물기와 결합하고, 더욱 바람직하게는 평균적으로 약 3 이상의 비환식 무수물기와 결합한다. 무수물 당량(무수물기 당 화학식량)은 바람직하게는 약 200 이상 내지 약 1,000이하이다.
전형적으로 각각의 무수물 잔기는 유기기(R1)에 의해 종결된다. 상기 기는 바람직하게는 지방족이고, 더욱 바람직하게는 알킬이다. 상기 기는 바람직하게는 약 6개 이하의 탄소원자, 더욱 바람직하게는 약 4개 이하의 탄소원자, 가장 바람직기하게는 메틸을 함유한다.
올리고머계 무수물은 임의적으로 하기식에서 예시되는 바와 같이, 다수의 펜던트 결합기(LG)에 의해 다수의 무수물기에 결합된 다가의 유기 잔기(A)를 함유할 수 있다.
[화학식2]
Figure kpo00002
결합기(LG)를 예를 들면, 에스테르 결합, 알킬렌기, 에테르 결합, 우레탄 결합 및 이들의 혼합물을 함유할 수 있다. 다가의 유기기는 예를 들면, 다가 알킬 또는 방향족기를 함유할 수 있다. 다가 유기 잔기(A) 및 결합기(LG)의 혼합물은 전술한 바와 같이 중심 잔기(CM)를 형성한다.
중심 잔기의 임의적으로 펜던트 비환식 무수물기와 함께 다른 작용기를 함유할 수 있다. 예를 들면, 중심 잔기는 펜던트 산기를 함유할 수 있고, 상기 무수물은 하기식으로 나타낸다 :
[화학식 3]
Figure kpo00003
상기 식에서, m은 펜던트 산기의 수이고, 모든 다른 부호들은 상기에서 주어진 의미를 갖는다. 올리고머계 무수물중의 펜던트 비환식 무수물기 대 펜던트 산기의 몰비는 바람직하게는 약 25:75 이상, 더욱 바람직하게는 약 50:50 이상, 더욱 더 바람직하게는 약 75:25 이상이다. 가장 바람직하게는, 무수물은 펜던트 산기를 거의 함유하지 않는다. 중심 잔기는 또한 소량의 환식 무수물 잔기를 함유할 수 있다.
무수물 수지의 분자량은 약 3,000미만이어야 한다. 올리고머계 무수물의 분자량이 3,000보다 클 경우에, 경화가능한 조성물의 3.785 리터(갤런) 당 약 1.724 킬로그램(3.8 파운드) 미만의 유기 용매의 휘발성 유기 함량을 갖는 분무가능한 조성물을 얻기가 어렵다. 무수물 수지의 분자량은 바람직하게는 약 2,000미만이고, 특히 약 400 내지 1,000이다. 무수물 수지는 바람직하게는 각각의 중심 잔기에 3 내지 4개의 펜던트 비환식 무수물 잔기가 결합된다.
본 발명의 배합물의 제2 성분은 중합체성 에폭시 수지이다. 본 발명에 사용되는 에폭시 수지의 중요한 특징은, 에폭시기를 함유하는 약 30 중량% 이상의 공중합된 에틸렌성 불포화 단량체를 포함하고 약 1,000 내지 20,000의 분자량을 갖는 수지라는데 있다. 상기 에폭시 수지는 추가로 알킬 메타크릴레이트, 또는 알킬 아크릴레이트의 공중합된 단량체 또는 그의 혼합물을 포함할 수 있고, 여기서 알킬기는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는다. 임의적으로, 아크릴계 중합체는 약 0.1 내지 50중량%의 양으로 스티렌, 알파메틸 스티렌, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴과 같은 다른 성분을 함유할 수 있다.
아크릴계 중합체를 형성하는데 사용될 수 있는 전형적인 알킬 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 하기와 같다 : 메틸 메타크릴레티트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 펜틸 메타크릴레이트, 헥실 메틸크릴레이트, 옥틸 메타크릴레이트, 데실 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 노닐 아크릴레이트, 데실 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트등이다. 아크릴계 중합체를 형성하는데 사용될 수 있는 다른 성분들은 아크릴아미드, 메타크릴아미드 및 감마 메타크릴일 프로필 트리메톡시 실란과 같은 아크릴로 알콕시 실란이다.
무수물 수지 및 에폭시 수지의 상대 농도는 광범위하게 변화할 수 있다. 그러나, 에폭시 대 무수물의 당량비는 약 0.5 내지 1.8이어야 한다.
본 발명의 조성물은 또한 하나 이상의 SRD 촉매를 포함한다. 본 발명의 명세서에서, SRD 촉매는 조성물의 아크릴계 코어 또는 불용성상과 화학적으로 결합되거나 화합된 촉매를 의미하는 것으로 이해된다. 상기 코어 물질은 피복 조성물중에서 불용성이도록 선택된다. 그러나, 피복 조성물의 도포에 있어서, 용매의 부수적인 제거 또는 열의 적용으로 수성 분산액의 코어는 용해되어 촉매가 에폭시와 무수물 성분 사이의 가교결합 반응을 촉진하는데 유효하게 된다. 당업자자들에게 명백한 바와 같이, 상기 촉매로서 각종 다양한 것들이 사용될 수 있지만, 본 발명중에서 특히 만족스러운 것으로 밝혀지는 것은 포스포늄 및 암모늄과 같은 오늄 화합물이 있다.
SRD 촉매의 제조에 있어서, 중합 용매 매질에 가용성인 분지된 공중합체가 첫번째로 제조된다. 분지된 공중합체는 거대단량체와 주쇄 단량체를 공중합함으로써, 바람직하게는 자유 라디칼 공중합함으로써 제조된다. 약 5 중량% 이상의 주쇄단량체는 산 관능기를 함유한다. 상기 주쇄는 산 관능기와 반응하는 단량체기가 거의 없다. 그 후, 생성된 생성물의 산 관능기는 적합한 촉매와 반응한다. 예를 들면, 상기 산은 수산화칼륨으로 중화된 다음, 추가로 테트라부틸포스포늄 클로라이드와 반응한다. 포스포늄은 중합체상의 칼륨 잔기를 대체하여 중합체 결합 촉매를 생성한다. 생성된 염화칼륨 침전물은 시스템으로부터 후에 여과될 수 있다.
상기 반응의 완성후에, 상기 용매는 반응 혼합물로부터 제거될 수 있고, 바람직하게는 제거되고, 과잉의 용매가 중합체 생성물에 가해지고, 여기서 상기 용매는 주쇄 중합체에 대한 용매가 아니고, 거대단량체에 대한 용매이다. 이와 같은 비용매의 첨가는 분산액을 산출한다. 분산액중에서 분산된 상은 거대단량체가 안정화 작용을하는 불용성 주쇄 중합체이다.
본 발명에 사용되는 분지된 공중합체는 약 10,000 내지 100,000, 바람직하게는 약 15,000 내지 50,000의 중량 평균 분자량을 갖는다. 본원에 기술된 모든 분자량은 폴리스티렌 표준을 사용하는 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정된다.
분지된 공중합체는 그래프트를 위한 종결 에틸렌 불포화를 각각 갖는 거대단량체의 존재하에서 에틸렌성 불포화 단량체를 중합하여 제조될 수 있다. 생성된 중합체는 다수의 거대단량체 "암(arm)"이 부착된 주쇄로 구성되는 것으로 나타낼 수 있다.
본 발명에 사용되는 분지된 공중합체를 제조하는 바람직한 방법에서, 코발트 연쇄 이동제는 두단계 공정중의 제1단계에서 사용된다. 제1단계는 전형적으로 불활성 유기 용매중에서 거대단량체를 얻기 위해 바람직하게는 Co+2또는 Co+3을 함유하는 촉매 연쇄 이동제를 사용하는 에틸렌성 불포화 단량체 혼합물의 중합을 포함한다.
상기 나타낸 바와 같이, 바람직한 촉매 연쇄 이동제는 Co+2또는 Co+3을 함유하는 화합물이다. 코발트 킬레이트의 실례는 자노위츠(Janowicz) 등에게 허여된 미국 특허 제4,680,352호, 및 자노위츠에게 허여된 미국 특허 제4,722,984호에 기술되어 있고, 이들 전체가 본원에 참고로 인용된다. 가장 바람직한 킬레이트는 펜타시아노코발테이트(Ⅱ), 디아쿠아비스(보론디플루오로디메틸-글리옥시마토) 코발테이트(Ⅱ) 및 디아쿠아비스(보론디플루오로디페닐글리옥시마토) 코발테이트(Ⅱ)이다. Co+3촉매는 PCT 특허 출원 국제 공개 공보 제87/03605호에 기술되고, 또한 본원에 참고로 인용된다. 상기 연쇄 이동제는 보통 단량체를 기준으로 5 내지 150 ppm의 농도로 사용된다.
전형적으로 단량체 및 유기 액체의 혼합물을 바람직하게는 용이한 조절을 위한 환류 온도로 가열하고, 상기 혼합물에 선택된 촉매 연쇄 이동제, 부가적인 단량체 및 용매, 및 보통량의 아조 개시제 또는 퍼옥시드 개시제와 같은 통상적인 중합 개시제를 가한다. 필요한 만큼의 단량체 및 개시제를 첨가하면서 반응을 수행하여 목적하는 분자량을 갖는 목적하는 거대단량체를 얻는다. 일반적으로 이들 분자량(MW)은 약 2,000 내지 30,000이고, 바람직하게는 약 3,000 내지 10,000이다. 사용될 수 있는 용매들에는 방향족 및 지방족 탄화수소, 에스테르, 케톤 및 그의 혼합물들이 있다.
바람직한 분지된 공중합체 제조 방법중에서 제2단계는 상기에서 제조된 거대단량체의 존재하에서 주쇄의 중량을 기준으로 하여 메타크릴산 또는 아크릴산과 같은 산 관능기를 함유하는 중합가능한 에틸렌성 불포화 단량체 5 내지 75%, 바람직하게는 15 내지 40%를 포함하는 에틸렌성 불포화 단량체의 또다른 혼합물을 유기용매중에서 중합함으로써 중합체성 주쇄를 형성하는 것을 포함한다. 분지된 중합체의 주쇄가 형성되는 이러한 중합 반응은 임의의 자유 라디칼 또는 비닐 부가 중합반응 공정을 사용할 수 있고, 연쇄 이동제를 꼭 필요로 하지는 않는다. 전형적인 비닐 부가 중합 반응은 보통 약 80℃ 내지 약 160℃, 바람직하게는 90℃ 내지 130℃의 범위 이내의 온도에서 수행된다.
거대단량체 및 주쇄의 단량체 구성은 동일할 필요가 없고, 사실 Tg와 같은 성질이, 다양한 것이 바람직할 수 있다, 주쇄중에 스티렌의 양이 더 높은 것이 바람직할 수 있다.
주쇄의 중합 동안에, 광범위하게 다양한 물질로부터 선택되는 자유 라이칼 개시제가 일반적으로 존재한다. 적합한 물질의 형태는 퍼옥시드, 하이드로퍼옥시드 및 아조 개시제를 포함한다. 이들 개시제 형태의 실례는 디-삼차부틸 퍼옥시드, 디-쿠밀퍼옥시드; 아밀 퍼옥시아세테이트; 쿠멘하이드로퍼옥시드; 2,5-디메틸-2,5-비스(삼차부틸퍼옥시)헥산; 헥신-3-삼차부틸쿠밀퍼옥시드; 삼차아밀 퍼옥시드; 2,5-디하이드로퍼옥시-2,5-디메틸 헥산, 디(n-프로필)퍼옥시디카보네이트 및 2,2'-아조비스(2,4-디메틸-4-메톡시발레로니트릴)를 포함한다.
개시제의 양은 광범위하게 변화할 수 있지만, 비닐 단량체 성분의 총중량을 기준으로 보통 약 3% 내지 약 8% 범위의 양으로 존재한다. 일반적으로 비닐 부가중합 중에 바람직한 반응 은도의 유지를 돕는 용매가 또한 존재한다. 전형적인 용매 및 희석제는 톨루엔, 크실렌, 부틸 아세테이트, 아세톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 에틸 아밀 케톤, 메탄올, 이소프로판올, 부탄올, 헥산, 아세톤, 에틸렌 글리콜, 모노에틸 에테르, VM 및 P 나프타, 광물용제, 헵탄 및 다른 지방족, 환식지방족, 방향족 탄화수소, 방향족 석유 증류액, 에스테르, 에테르 및 케톤 등을 포함한다.
분지된 공중합체는 추가로 알킬 메타크릴레이트, 또는 알킬 아크릴레이트 또는 그의 혼합물을 포함할 수 있고, 여기서 알킬기는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는다. 임의적으로, 아크릴계 중합체는 약 0.1 중량% 내지 50 중량%의 양으로 스티렌, 알파메틸스틸렌, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴과 같은 다른 성분을 함유할 수 있다.
분지된 아크릴계 중합체를 형성하는데 사용될 수 있는 전형적인 알킬 아크릴레이트 및 메타크릴레이트는 하기와 같다 : 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 펜틸 메타크릴레이트, 헥실 메타크릴레이트, 옥틸 메타크릴레이트, 데실 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 노닐 아크릴레이트, 데실 아크릴레이트, 라우릴 아크렐레이트 등이다. 아크릴계 중합체를 형성하는데 사용될 수 있는 다른 성분들은 아크릴아미드 및 메타크릴아미드이다.
작용량의 SRD 촉매는 본 배합물 중에 사용되고, 선택되는 특정 무수물 수지 및 에폭시 수지 뿐만 아니라 그들의 분자량 및 상대 비율에 따라 광범위하게 변화할 것이다. 당업자들에게 명백한 바와 같이 SRD 촉매의 특정 농도는 이들 변수를 고려하여 선택될 것이고, 상기 양은 일반적으로 배합물중의 고체의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 7 중량%일 것이다. 상기 촉매가 조성물의 투명성을 간섭하지 않도록 투명한 피복 배합물의 용매 조성물은 분산된 SRD를 유지하기 위해 선택된다. 촉매조성물내의 촉매의 농도는 선택되는 특정 성분과 거의 유사하게 변화할 것이다. 그러나, 일반적으로 촉매는 촉매 조성물의 0.5 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 15 중량%를 나타낼 것이다.
SRD 촉매의 작용에서, 지방족 탄화수소와 같은 비극성 유기 용매중에서 거의 불용성인 코어 물질은 촉매가 피복 배합물에서 반응물과 접하지 않도록 유지한다. 그러나, 비극성 용매를 제거하고, 예를들면, 기재의 피복물은 도포하거나 가열하고 코어 물질은 코어 물질이 가용성인 과량의 극성 용매로 둘러싸게 하면, 촉매는 피복 조성물중의 무수물과 에폭시 성분 사이의 반응을 촉진하는데 유효하게 된다.
본 발명의 피복 조성물은 하나 이상의 용매를 갖는 고도의 고체 피복 시스템을 형성한다. 상기 용매는 보통 유기 용매이고, 피복 조성물의 다른 성분과 촉매중의 코어 물질에 대해서는 비용매이다. 바람직한 용매는 석유 나프타 또는 크실렌과 같은 방향족 탄화수소; 메틸 아밀 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤 또는 아세톤과 같은 케톤; 부틸 아세테이트 또는 헥실 아세테이트와 같은 에스테르; 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트와 같은 글리콜 에테르 에스테르를 포함한다.
본 발명의 조성물의 제조 및 저장에서, 장기간 안정성을 유지하기 위해 알콜 또는 물과 같이 활성 수소를 함유하는 화합물은 최소화되어야 한다.
본 발명의 피복 조성물은 또한 안료, 안정화제, 레올로지 조절제, 흐름제, 강화제 및 충전제와 같은 통상적인 첨가제를 함유할 수 있다. 물론, 상기 부가적인 첨가제는 피복 조성물의 목적하는 용도에 의존할 것이다. 경화된 피복물의 투명성에 해로운 충전제, 안료 및 다른 첨가제들은 상기 조성물이 투명한 피복물을 의미하는 경우에 포함되지 않을 것이다.
일반적으로 본 발명의 일반적으로 경화가능한 조성물 3.785리터(1갤론)당 유기 용매 약 1.724킬로그램(3.8 파운드)미만의 휘발성 유기 함량, 즉 약 50 중량% 이상의 고체를 갖는다. 또한, 본 발명의 피복 조성물은 약 4주까지의 기간 동안 주위 조건에서 안정하다. 이것은 상기 성분을 기재에 적용하기 전에 분리되어 유지될 필요가 있다면 요구되는 추가의 변형 또는 혼합이 없이 2주내에 이상적인 배합 조건하에서 완전한 피복 조성물의 제조, 피복 조성물의 수송 및 사용을 허용한다. 피복 조성물은 전형적으로, 분무, 정전기 분무, 롤러 피복, 침지 또는 브러싱과 같은 통상적인 기법으로 기재에 도포된다. 본 발명의 배합물은 특히 자동차 및 다른 차체부와 같은 외장재에 대한 투명 피복물로서 유용하다. 상기 기재는 일반적으로 본 발명의 피복 조성물은 용매를 함유하는 기재 피복물, 또는 증류된 물을 함유하는 기재 피복물상에서의 습식상 습식(wet-on-wet) 도포와 같은 통상적인 기법을 사용하여 도포될 수 있다. 비정상적으로 낮은 VOC 함량을 사용한 분무 기법으로 본 발명의 조성물을 도포하는 능력은 하나의 패키지 에폭시 피복 배합물에 대해 특히 놀랍다.
기재에 도포한 후에, 본 발명의 조성물은 약 15 내지 90분 동안 약 120 내지 140℃의 온도로 가열하여 경화된다.
최종적으로 경화된 피복 조성물의 성능 특성은 우수하고, 우수한 광택 및 내마모성, 내일광성 및 내산성비성을 함께 제공한다. 동시에, 조성물은 단일 배합물중에 존재하는 모든 성분으로부터 비롯되는 용이한 취급성, 양호한 보존기간 및 저휘발성 유기 함량을 제공한다.
본 발명은 추가로 하기의 특정 실시예로 예시되고, 여기서 부 및 %는 다른 규정이 없으면 중량에 의한 것이다. 본원에 사용되는 분자량은 기체상 크로마토그래피에 의해 측정된 중량평균 분자량을 지칭한다.
[실시예 1 내지 3]
실시예 1 내지 3에서, SRD 촉매를 제조하였고, 무수물 수지, 공반응성 중합성 에폭시 수지 및 SRD 촉매로부터 경화가능한 피복 조성물을 제조하였다.
(a) SRD 촉매
[거대단량체의 제조]
교반기, 응축기, 가열 맨틀, 질소 유입구, 열전쌍 및 첨가 포트가 갖추어진 2L의 플라스크에 406.5g의 부틸 메타크릴레이트, 100g의 부틸 아세테이트 및 160g의 톨루엔을 가했다. 상기 혼합물을 교반하고 질소하에서 환류 (122 내지 135℃)가열하였다. 여기에, 17.2g의, 메틸 에틸 케톤중 비스(보론 디플루오로 디페닐 글리옥시메이트) 코발테이트(Ⅱ)의 0.17% 용액, 0.35g의 Vazo(등록 상표) 88, 및 13.8g의 톨루엔의 예비 혼합 용액을 한번에 첨가하였다. 이후, 240분동안 환류(116 내지 122℃)를 유지하면서 356.7g의 부틸 메타크릴레이트, 1.35g의 Vazo(등록 상표) 88 및 86.6g의 톨루엔의 예비 혼합용액을 첨가하였다. 30분의 유지 시간 후에, 0.32g의 Vazo(등록 상표) 88 및 23g의 톨루엔의 예비 혼합용액을 60분동안 환류를 유지하면서 가했다. 배치를 환류해서 추가로 60분동안 유지하고, 그때 0.23g의 t-부틸 퍼옥토에이트 및 31.39g의 부틸 아세테이트의 용액을 가하고 상기 반응 혼합물을 냉각하였다. 상기 제조된 거대단량체는 GPC에 의해 측정할 때 4,800의 수평균 분자량 및 7.739의 중량평균 분자량을 갖는다. 고형분 중량은 63.6%이고 가드너(Gardner) 점도는 G이다.
열중량 분석으로 측정한 종결 비닐 불포화백분율(%)은 95보다 크다.
[분지된 중합체의 제조]
교반기, 응축기, 가열 맨틀, 질소 유입구, 열전쌍 및 첨가 포트가 갖추어진 5L의 플라스크에 389.7g의 상기 제조된 거대단량체 및 82.31g의 부틸 아세테이트를 가하고 질소하에서 온도를 100℃로 상승시켰다. 여기에, 180분 동안 온도를 100℃로 유지하면서 99.7g의 메틸 메타크릴레이트, 49.9g의 메타크릴산, 49.9g의 스티렌, 49.9g의 부틸 아크릴레이트, 6.24g의 Vaso(등록 상표) 88, 40.0g의 부틸 아세테이트 및 32.4g의 메틸 에틸 케톤의 예비 혼합 용액을 첨가하였다. 60분동안 유지시킨 후에, 온도를 30분 동안 90℃로 낮추고, 배치를 상기 온도에서 270분 동안 유지한 후 배치를 냉각시켰다. 겔 투과 크루마토그래피에 의한 분자량은 중량 평균으로 28,000인 것으로 밝혀졌다. 고형분 중량은 63%였다.
[테트라부틸 포스포늄 클로라이드/산 착화합물의 용매 반응성 분산액의 제조]
교반기, 응축기, 가열 맨틀, 질소 유입구, 열전쌍 및 첨가 포트가 갖추어진 2L의 플라스크에 실시예 2로부터 분지된 중합체 400g, 및 20.4g의 메탄올 중 40% KOH 용액을 가했다. 상기 혼합물을 교반하고 70℃로 가열하여 30분동안 유지하였다. 상기 배치에 PM 아세테이트 0중 25% 테트라-부틸 포스포늄 클로라이드 용액 170.5g을 15분동안 교반하면서 가하고, 이때 온도를 상승시켜 206g의 용매를 증류하였다. 증류후 45%의 최종 고형분 중량에 대해 561.2g의 헵탄을 첨가하여 비수성 분산액을 형성하였다.
생성된 SRD 촉매를 사용하여 2가지 촉매 배합물을 제조하였다.
＜SRD 촉매 배합물 #1＞
SRD 촉매 31.8
지방족 VM ＆ P NAP (100-150C) 27.4
상기 성분을 혼합하고, 4시간 동안 정치하여 여과하여 침전물을 제거하였다.
＜SRD 촉매 배합물 #2＞
SRD 촉매 40.5
지방족 VM ＆ P NAP (100-150C) 34.5
크실렌중의 5% XU-71950 3.8
(Dow의 1,2-시클로헥산 디카복실산의 디글리시딜 에스테르)
상기 혼합물ㅇ르 48.9℃(120℉)에서 3일동안 숙성시키고, 여과하여 침전물을 제거하였다.
(b) 무수물 수지
무수물 수지를 4작용성 반산 에스테르로부터 제조하였다. 하기의 성분을 가열 맨틀, 환류 응축기, 열전쌍, 질소 유입구 및 교반기가 갖추어진 반응 용기에 채웠다.
부분1 중량부
펜타에리스리톨 478.0
메틸 헥사하이드로프탈산 무수물 2250.0
트리에틸아민 0.5
부분 2
크실올(135 내지 145℃) 2250.0
합계 4978.5
부분 1을 반응 용기에 채우고 질소 블랭킷하에서 180℃로 가열하고 30분동안 유지하였다. 유지 후에, 상기 반응 혼합물을 냉각시키고 부분 2를 가했다.
상기 제조된 용액을 교반기 및 기체 유입관이 갖추어진 5L의 플라스크에 채웠다. 기체 유입관을 윌리암스(Williams) 등에 의해 기술된 문헌[the Journal of Organic Chemistry 5, 122 ,1940]과 거의 동일한 케텐 발생기에 부착하였다. 케텐은 모든 산기가 무수물기로 전환할 때까지 용액을 통하여 버블링한다. 반응 진행을 FTIR을 통해 관찰하였다. 다음으로 용매를 진공하에서 제거하여 하기의 특징을 갖는 선형의 펜던트 무수물을 얻었다.
고형량 중량% : 78.0
무수물 당량 중량 : 329+/-4(용액 기준)
산 당량 중량 : 6176+/-1323(용액기준)
(c)에폭시 중합체
가열 맨틀, 환류 응축기, 열전쌍, 질소 유입구 및 교반기가 갖추어진 중합 용기에 하기의 성분을 채워 에폭시 수지를 제조하였다 :
부분 1 중량부
크실올(135-145C) 177.5
방향족 탄화수소(155-175C) 1193.2
부분 2 중량부
글리시딜 메타크릴레이트 868.0
부틸 메타크릴레이트 651.0
부틸 아크릴레이트 325.5
스티렌 325.5
방향족 탄화수소 (155-177C) 85.0
부분 3
t-부틸퍼옥시아세테이트(광물용제중의 75%) 90.2
방향족 탄화수소(155-177C) 319.8
합계 4035.7
부분 1을 중합 용기에 채우고 질소하에서 환류 가열하였다. 이어서, 부분 2를 180분 동안 용기에 가한 다음 210분 동안 부분 3을 가했다. 부분 3의 첨가후에, 반응 혼합물을 환류에서 30분 동안 추가로 유지한 다음 845.5의 용매를 증류하여 제거하였다. 생성된 중합체 용액은 하기의 특징을 가졌다.
고형분 중량％: 70.0
중합체의 Mn = 849
중합체의 Mw = 2040
(d) 피복 조성물
피복 조성물을 하기의 배합에 따라 통상적인 첨가제와 함께 선형의 펜던트 무수물, GMA 중합체 및 SRD촉매로부터 제조하였다:
Figure kpo00004
각각의 실시예에서 공반응성 수지는 40 중량％의 글리시딜 메타크릴테이트를 포함하고 피복물은 140.6℃ (285℉)에서 경화되어, 우수한 외관, 내구성 및 내부식성을 나타내었다.
실시예1 및 2의 피복 조성물을 실시예1 및 2에 사용된 촉매 배합물 대신에 미결합된 테트라부틸포스포늄 클로라이드로 촉매시킨 유사 피복 조성물과 비교하였다. 피복중에 사용된 촉매의 양은 최종 피복에서 양호한 경화를 얻기 위해 필요한 양으로, 140.6℃ (285℉)에서 30분 동안 경화하였다. 이들 피복물의 점도 안정성은 43.3℃ (110℉)에서 숙성시킴에 따라 피셔(Fisher) #2 점도 컵을 사용하여 초단위로 측정하였다. 시험 결과를 하기에 나타내고, 미결합된 포스포늄 촉매에 비해 SRD 촉매 배합물을 사용하여 우수한 안정성를 나타낸다.
Figure kpo00005

Claims (9)

  1. 비극성 유기 용매에 불용성이고 에틸렌성 불포화 단량체의 중합으로부터 형성되는 분지된 아크릴계 공중합체의 코어(이때, 상기 단량체들 중 상기 코어의 중량을 기준으로 5％ 이상은 산 관능기를 함유함)의 산 관능기하고만 반응되어 있는 촉매 및 상기 코어에 그래프트되고 유기 용매에 가용성인 거대단량체 형태의 실질적으로 선형인 다수의 아크릴계 안정화제 성분들을 유기 용매중에 포함하는 촉매 조성물.
  2. 유기 용매; 결합제; 가교 결합제; 및 비극성 유기 용매에 불용성이고 에틸렌성 불포화 단량체의 중합으로부터 형성되는 분지된 아크릴계 공중합체의 코어(이때 상기 단량체들 중 상기 코어의 중량을 기준으로 5％ 이상은 산 관능기를 함유함)의 산 관능기하고만 반응되어 있는 촉매 및 상기 코어에 그래프트되고 유기 용매에 가용성인 거대단량체 형태의 실질적으로 선형인 다수의 아크릴계 안정화제 성분들 각각의 하나의 말단을 포함하는 촉매 조성물을 포함하는 가교 결합 가능한 피복 조성물.
  3. (a) (1) 중심잔기, 및 (2) 각각의 중심 잔기에 결합된 평균적으로 1개보다 많은 펜던트 비환식 무수물 잔기를 함유하는 약 3,000 미만의 분자량을 갖는 무수물 수지, (b) 약 1,000 내지 20,000의 분자량을 갖고, 하나 이상의 에폭시 잔기를 함유하는 공중합된 에틸렌성 불포화 단량체를 약 30 중량％ 이상 포함하는 공반응성 중합성 수지 및 (c) 비극성 유기 용매에 불용성이고 에틸렌성 불포화 단량체의 중합으로부터 형성되는 분지된 아크릴계 공중합체의 코어(이때, 상기 단량체들 중 상기 코어의 중량을 기준으로 5％ 이상은 산 관능기를 함유함)의 산 관능기하고만 반응되어 있는 촉매 및 상기 코어에 그래프트되고 유기 용매에 가용성인 거대 단량체 형태의 실질적으로 선형인 다수의 아크릴계 안정화제 성분들 각각의 하나의 말단을 포함하는 작용량의 하나 이상의 촉매조성물을 포함하며, 에폭시 대 무수물의 당량비는 약 0.5 내지 1.8인 결합체; 및 유기 용매를 포함하는 분무 가능하고, 경화 가능한 피복 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 무수물 수지가 각각의 중심 잔기에 결합된 펜던트 비환식 무수물 잔기를 3 내지 4개를 갖는 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 무수물 수지가 펜타에리스리톨, 메틸 헥사하이드로프탈산 무수물 및 케텐의 반응 생성물로 필수적으로 구성되는 조성물.
  6. 제3항에 있어서, 상기 공반응성 수지가 글리시딜 메타크릴레이트를 약 40 중량％ 이상 포함하는 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 분지된 공중합체가 (a) Co+2또는 Co+3를 함유하는 촉매 연쇄 이동제를 사용하여 유기 용매 중에서 에틸렌성 불포화 단량체를 중합하여 거대 단량체를 제조하고; (b) 상기 (a)에서 제조된 거대단량체의 존재하에서 코어의 중량을 기준으로 약 5％이상이 산 관능기를 함유하는 에틸렌성 불포화 단량체를 중합하여 주쇄를 형성(여기서, 거대단량체는 거대단량체의 단일 종결점에서 주쇄에 혼입되고, 이러한 주쇄에의 부착은 각각의 거대단량체상의 종결 에틸렌 불포화물과 주쇄를 형성하기 위해 중합하는 단량체의 반응으로 발생함)하여 분지된 공중합체를 유기 용매중에서 형성하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조되는 조성물.
  8. 제3항에 있어서, 기재에 도포되는 경화 가능한 피복 조성물.
  9. 제3항의 경화된 조성물로 피복된 외장재.
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