KR100891156B1 - A cationic pigment grinding resin and an electrodepositable coating composition comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안료 분산용 양이온 수지 및 그를 포함하는 전착 도료 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 폴리에폭사이드-아민 수지로서, 그 사슬 중간에 (i) 모노에폭사이드와 3개 이상의 활성수소를 갖는 아민의 반응으로 얻어진 모노에폭사이드-아민 화합물로부터 유래된, 산으로 중화 가능한 아민 그룹, 및 (ii) 4차 암모늄 염 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 안료 분산용 양이온 수지 및 그를 포함하는 전착 도료 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a cationic resin for pigment dispersion and an electrodeposition coating composition comprising the same, and more particularly, to a polyepoxide-amine resin, which comprises (i) monoepoxide and three or more active hydrogens in the middle of a chain thereof. A cation resin for dispersing pigments, characterized in that it comprises an acid-neutralizable amine group derived from a monoepoxide-amine compound obtained by the reaction of an amine having, and (ii) a quaternary ammonium salt group. It relates to an electrodeposition coating composition.
안료, 분산, 양이온, 수지, 전착, 도료, 조성물, 아민, 암모늄염, 에폭사이드 Pigment, dispersion, cation, resin, electrodeposition, paint, composition, amine, ammonium salt, epoxide
Description
본 발명은 안료 분산용 양이온 수지 및 그를 포함하는 전착 도료 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 폴리에폭사이드-아민 수지로서, 그 사슬 중간에 (i) 모노에폭사이드와 3개 이상의 활성수소를 갖는 아민의 반응으로 얻어진 모노에폭사이드-아민 화합물로부터 유래된, 산으로 중화 가능한 아민 그룹, 및 (ii) 4차 암모늄 염 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 안료 분산용 양이온 수지 및 그를 포함하는 전착 도료 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a cationic resin for pigment dispersion and an electrodeposition coating composition comprising the same, and more particularly, to a polyepoxide-amine resin, which comprises (i) monoepoxide and three or more active hydrogens in the middle of a chain thereof. A cation resin for dispersing pigments, characterized in that it comprises an acid-neutralizable amine group derived from a monoepoxide-amine compound obtained by the reaction of an amine having, and (ii) a quaternary ammonium salt group. It relates to an electrodeposition coating composition.
전착도장은 직류전류 작용하에서 전하를 갖는 고분자가 반대전하의 전극으로 이동하여, 전극에서의 물의 분해에 의한 pH의 변화가 고분자 석출을 유발시켜 비전도성 도막을 형성하는 기술을 말한다. 이러한 전착법은 비-전기 영동수단에 비해 보다 높은 부착효율, 현저한 내부식성, 그리고 낮은 환경 오염도를 제공하기 때문에 그 중요성은 증가되고 있다.Electrodeposition coating refers to a technique in which a polymer having an electric charge moves to an electrode of opposite charge under a direct current action, and a change in pH caused by decomposition of water at the electrode causes polymer precipitation to form a nonconductive coating film. The importance of these electrodeposition methods is increasing because they provide higher adhesion efficiency, significant corrosion resistance, and lower environmental pollution than non-electrophoretic means.
초기의 전착은 양극으로 작용하는 가공물을 도장시키는 음이온 전착법으로 시작되었으나, 최근에 생산되는 자동차의 90% 이상은 음극에 도료가 부착되는 양이온 전착법에 의해 시행되고 있다. 전위가 가해졌을 때 도료가 음극으로 전기 영동되어 이동하기 위해서는 도료의 입자 표면이 양이온을 띠어야 한다. 현재 대부분의 전착 도료용 수지는 폴리에폭사이드-아민 반응 생성물에 산으로 중화시킨 시스템을 사용하고 있다.The initial electrodeposition began with anion electrodeposition method to paint the work acting as the anode, but more than 90% of the cars produced recently is carried out by the cation electrodeposition method that the paint is attached to the cathode. When the potential is applied, the surface of the particle of the paint must be cationized in order for the paint to be electrophoretically moved to the cathode. Currently, most electrodeposition paint resins use a system that is neutralized with an acid in the polyepoxide-amine reaction product.
전착도료 제조시에 안료를 도입하기 위해 사용되는 안료 분산용 수지는, 안료성분이 침전되지 않도록 안정화시킬 수 있으며, 전기장에서 전기영동이 일어날 수 있도록 전하를 띠어야 한다. 주로 사용되는 안료 분산용 수지로는 전착 주수지와 유사한 구조를 가지는 폴리에폭사이드와 아민간의 부가물이 바람직하며, 소수성 성질을 띠는 안료 표면을 감싸주어 수성 매질에서의 분산 안정화를 도모하기 위하여 일정부분 소수성기를 가지는 것이 좋다. The pigment dispersion resin used to introduce the pigment in the electrodeposition paint production can be stabilized so as not to precipitate the pigment component, and should be charged so that electrophoresis can occur in the electric field. Preferred pigment dispersing resins are adducts between polyepoxides and amines having a structure similar to electrodeposited main resins, and are used to cover the surface of pigments having hydrophobic properties to stabilize dispersion in aqueous media. It is good to have some hydrophobic group.
이러한 양이온 전착용 안료분산 수지로는 대표적으로 미합중국 특허 제4,007,154호 및 제4,186,124호에 기술한 바와 같은 4차 암모늄염 그룹 함유 수지를 들 수 있다. 그러나, 이 선행기술들에 개시된 수지의 경우, 4차 암모늄염의 도입으로 인하여 안료의 습윤성이나 열 안정성은 우수하나, 도막 외관의 거침 정도가 심하였고 후막화가 힘들다는 단점을 가지고 있다.Such cationic electrodeposition pigment dispersion resins include quaternary ammonium salt group-containing resins as typically described in US Pat. Nos. 4,007,154 and 4,186,124. However, the resin disclosed in these prior arts has excellent wettability or thermal stability of the pigment due to the introduction of the quaternary ammonium salt, but has a disadvantage in that the roughness of the coating film is severe and the thickening is difficult.
이를 보완하기 위하여 미 합중국특허 제4,230,552호에서는 지방족 알킬페놀 등 비교적 분자량이 큰 알코올 등으로 캡핑(capping)된 디이소시아네이트-아민 화합물의 4차 암모늄 염을 안료 분산용 수지에 도입하였다. 그러나, 이 수지 역시 도막 외관이 거칠어지는 한계를 극복하지는 못하였다. In order to compensate for this, US Pat. No. 4,230,552 introduced quaternary ammonium salts of diisocyanate-amine compounds capped with alcohols having a relatively high molecular weight, such as aliphatic alkylphenols, to the pigment dispersion resin. However, this resin also did not overcome the limitation of the rough appearance of the coating film.
한편, 80년대 말부터, 에폭시 말단의 일부를 노닐페놀(nonyl phenol) 등으로 캡핑시켜 유연화시키고, 여기에 티오디에탄올과 산으로 중화시켜 분산용 수지로 제조하는 기술이 알려졌는 바(예컨대, 미국특허 제4,715,898호에 개시된 설포늄 염 함유 수지), 이를 활용할 경우 파괴전압이 높고 후막화가 가능한 전착 시스템이 얻어질 수 있다. 그러나, 설포늄 염 함유 수지로 만든 도료의 경우 안료 중의 납이나 카본블랙 등과의 상호작용에 의해 열 전단 안정성이 떨어진다는 단점이 보고되었다. 또한, 설포늄 염 함유 수지는 산업용 양이온 전착욕과 함께 전형적으로 사용될 경우, 재순환 펌프 통과시 페인트가 받게 되는 전단력에 대해 안정하지 못하며, 특히 납 화합물이나 카본블랙이 첨가된 도료의 저장성은 특히 열악하다는 단점이 밝혀져 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위해 설포늄 염 수지와 4차 암모늄염 수지와의 혼합 사용도 시도되었으나, 이 역시 거친 외관을 나타내었다.On the other hand, since the end of the 80s, a part of the epoxy terminal is capped with nonyl phenol, etc. to be softened, and neutralized with thiodiethanol and acid to produce a dispersion resin is known (for example, US patent Sulfonium salt-containing resins disclosed in US Pat. No. 4,715,898), and when used, an electrodeposition system having a high breakdown voltage and capable of thickening can be obtained. However, it has been reported that paints made of sulfonium salt-containing resins have poor thermal shear stability due to interactions with lead and carbon black in pigments. In addition, sulfonium salt-containing resins, when used with industrial cationic electrodeposition baths, are typically unstable to the shear forces that paint undergoes when passing through a recirculation pump, and particularly poor storage of paints containing lead compounds or carbon black. The disadvantages are revealed. In order to compensate for the above disadvantages, a mixed use of a sulfonium salt resin and a quaternary ammonium salt resin has been attempted, but this also has a rough appearance.
90년대에 들어와서는, 상기와 같은 단점을 보완하기 위하여 노닐페놀로 유연화시킨 에폭시 수지에 중화시킨 설파이드-아민(sulfide-amine) 혼합물을 부가하여 설포늄염-4차 암모늄염 혼합물을 동시에 생성시켜 납 함유 페인트에 있어서 열 전단 안정성이 향상된 도료의 제조 방법이 보고되었으나(미국특허 제5,130,004호), 이는 친수성도가 떨어지는 단점을 갖고 있다.In the 90's, in order to compensate for the above disadvantages, a sulfonium salt-quaternary ammonium salt mixture was simultaneously produced by adding a neutralized sulfide-amine mixture to a nonylphenol-flexible epoxy resin. A method for producing a paint having improved thermal shear stability in paint has been reported (US Pat. No. 5,130,004), but it has a disadvantage in that the hydrophilicity is poor.
한편, 분산용 수지로서 1급, 2급 및 3급 아민 염들을 함유한 수지들이 공지되어 있다. 그러나, 이들은 전착된 도막을 매끄럽게 하지만, 만족할 만한 안료 분산성을 제공하지 못할 뿐만 아니라 전착욕액의 장기 저장시 안정성이 떨어지는 단점이 있는데, 이는, 상기 아민 염들이 양성자를 함유한 염 그룹이기 때문에 안료분 산 및 저장중 양성자 교환반응을 하여 저장 안정성을 떨어뜨리기 때문인 것으로 파악된다.On the other hand, resins containing primary, secondary and tertiary amine salts as dispersion resins are known. However, they smooth the electrodeposited coating film, but do not provide satisfactory pigment dispersibility, and also have the disadvantage of poor stability in the long-term storage of the electrodeposition bath, which is because the amine salts are salt groups containing protons. It is believed that this is because the proton exchange reaction during acid and storage decreases the storage stability.
그러나, 이들 아민 염에 적절한 친수성 그룹을 도입시키면 이들 수지의 안료 분산력 및 저장 안정성을 향상시킬 수 있다. 즉, 친수성 그룹을 도입함으로써 분산용 수지에 입체 안정화 효과를 부여하기 때문에 안료분산 및 저장 안정성을 향상시킬 수 있는 것이다. 그러므로, 안료 분산용 수지 제조에 있어서 분산용 수지에 어떤 친수성 그룹을 도입하느냐 하는 것이 쟁점화되고 있다. 예를 들면, 오스트리아 연방공화국 특허 제365,214호 및 제380,264호에는 옥사졸리딘 그룹을 함유하는 에폭시 수지계 안료 분산용 수지가 개시되어 있다. 이 수지의 옥사졸리딘 그룹은 욕액 속에서 저장성이 좋지 않은 문제점이 있으나, 안료분산성은 양호하여 실제 사용되고 있는 것으로 알려지고 있다. However, the introduction of appropriate hydrophilic groups into these amine salts can improve the pigment dispersion and storage stability of these resins. In other words, by introducing a hydrophilic group, since the steric stabilization effect is imparted to the resin for dispersion, pigment dispersion and storage stability can be improved. Therefore, in producing resin for pigment dispersion, what kind of hydrophilic group is introduced into resin for dispersion is an issue. For example, Austrian Federal Patent Nos. 365,214 and 380,264 disclose resins for epoxy resin pigment dispersions containing oxazolidine groups. The oxazolidine group of this resin has a problem of poor shelf life in the bath solution, but it is known that the pigment dispersibility is good and actually used.
이상 살핀 바와 같이, 전착도료용 안료 분산용 수지에 있어서 우수한 외관, 우수한 안료 분산성 및 우수한 저장 안정성을 함께 갖는 수지의 개발이 요구되고 있다.As described above, in the pigment dispersion resin for electrodeposition paint, development of a resin having both excellent appearance, excellent pigment dispersibility and excellent storage stability has been demanded.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 본 발명의 목적은, pH 및 친수성의 조절이 가능하여 전착 도료 조성물에 적용될 경우, 다양한 안료에 대하여 우수한 외관, 우수한 안료 분산성 및 우수한 저장 안정성을 나타내는 안료 분산용 양이온 수지 및 그를 포함하는 전착 도료 조성물을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention, it is possible to control the pH and hydrophilicity, when applied to the electrodeposition coating composition, excellent appearance, excellent pigment dispersibility and It is to provide a cationic resin for pigment dispersion exhibiting excellent storage stability and an electrodeposition coating composition comprising the same.
본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리에폭사이드-아민 수지로서, 그 사슬 중간에 (i) 모노에폭사이드와 3개 이상의 활성수소를 갖는 아민의 반응으로 얻어진 모노에폭사이드-아민 화합물로부터 유래된, 산으로 중화 가능한 아민 그룹, 및 (ii) 4차 암모늄 염 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 안료 분산용 양이온 수지가 제공된다.According to one aspect of the invention, a polyepoxide-amine resin, derived from a monoepoxide-amine compound obtained by the reaction of (i) a monoepoxide and an amine having at least three active hydrogens in the middle of the chain thereof There is provided a cationic resin for pigment dispersion, comprising an acid neutralizable amine group, and (ii) a quaternary ammonium salt group.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 안료 분산용 양이온 수지를 포함하는 안료 페이스트가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a pigment paste comprising a cationic resin for pigment dispersion according to the present invention.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 안료 분산용 양이온 수지를 포함하는 전착 도료 조성물이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrodeposition coating composition comprising a cationic resin for pigment dispersion according to the present invention.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 안료 분산용 양이온 수지는 기본적으로 폴리에폭사이드-아민 수지이다. 상기 폴리에폭사이드-아민 수지 중의 폴리에폭사이드는 통상 180~2000의 에폭사이드 당량을 가지며, 바람직하게는 2개 이상의 1,2-에폭사이드 그룹을 갖는다. 바람직한 폴리에폭사이드 수지의 예로는 폴리페놀의 폴리글리시딜 에테르 또는 비스페놀-A와 같은 아로마틱 폴리올의 폴리글리시딜 에테르 등을 들 수 있다. 이러한 폴리에폭사이드 수지는, 알칼리 존재하에 에피클로로히드린 또는 디클로로히드린과 같은 에피할로히드린 또는 디에피할로히드린과 아로마틱 폴리올과의 에테르 반응에 의해 제조될 수 있다. 상기 폴리에폭사이드 수지의 또 다른 예로는 예컨대 노블락 수지 또는 폴리페놀 수지 등으로부터 유도된 변성 폴리에폭사이드 수지를 들 수 있다. 한편, 아로마틱 디올의 폴리글리시딜 에테르와 에폭사이드 그룹과 반응할 수 있는 폴리올의 반응에 의하여, 폴리히드릭 물질의 폴리글리시딜 에테르의 분자량이 증가될 수 있다. 이 때 적용 가능한 폴리올의 예로는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,5-펜탄디올 및 비스페놀-A 등을 들 수 있다.The cationic resin for pigment dispersion of the present invention is basically a polyepoxide-amine resin. The polyepoxide in the polyepoxide-amine resin usually has an epoxide equivalent of 180 to 2000, and preferably has two or more 1,2-epoxide groups. Examples of preferred polyepoxide resins include polyglycidyl ethers of polyphenols or polyglycidyl ethers of aromatic polyols such as bisphenol-A. Such polyepoxide resins can be prepared by ether reaction of epihalohydrin or diepihalohydrin such as epichlorohydrin or dichlorohydrin with an aromatic polyol in the presence of alkali. Another example of the polyepoxide resin is a modified polyepoxide resin derived from, for example, a noblock resin or a polyphenol resin. On the other hand, the molecular weight of the polyglycidyl ether of the polyhydric material may be increased by the reaction of the polyglycidyl ether of the aromatic diol with the polyol capable of reacting with the epoxide group. Examples of the polyol applicable at this time include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,4-butylene glycol, 1,5-pentanediol, bisphenol-A and the like.
본 발명에서 사용가능한 모노에폭사이드로는 예컨대 하기 화학식 1의 모노에폭사이드를 들 수 있다.Examples of monoepoxides usable in the present invention include monoepoxides of the general formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1은 수소 또는 메틸이고; R2는 수소, 사이클로알킬을 포함하는 알킬(바람직하게는 C1~C18 알킬), 아릴(바람직하게는 C6 내지 C18 아릴), 또는 모노에폭사이드와 아민과의 반응을 방해하지 않는, 치환된 알킬 또는 아릴 그룹이다. 상기 모노에폭사이드와 아민과의 반응을 방해하지 않는 치환된 알킬 또는 아릴 그룹의 예로는 다음과 같은 것들을 들 수 있다.In Formula 1, R 1 is hydrogen or methyl; R2 is hydrogen, alkyl including cycloalkyl (preferably C1-C18 alkyl), aryl (preferably C6 to C18 aryl), or substituted alkyl that does not interfere with the reaction of the monoepoxide with the amine, or Aryl group. Examples of substituted alkyl or aryl groups that do not interfere with the reaction of the monoepoxide with the amine include the followings.
[여기에서, R3은 사이클로알킬을 포함하는 알킬(바람직하게는 C1~C18의 알킬) 또는 C6~C18 아릴이다.][Wherein R 3 is alkyl containing cycloalkyl (preferably C 1 -C 18 alkyl) or C 6 -C 18 aryl.]
적절한 모노에폭사이드의 예로는 일가산의 글리시딜 에스테르인 글리시딜 아세테이트, 글리시딜 부티레이트, 글리시딜 팔미테이트, 글리시딜 라우레이트, 및 CARDURA E란 상품명으로 판매되는 글리시딜 에스테르; 알콜 또는 페놀의 글리시딜 에테르인 부틸 글리시딜 에테르, 2-에틸헥실 글리시딜 에테르, 페닐 글리시딜 에테르 및 p-(3급부틸)페닐 글리시딜 에테르 등을 들 수 있다.Examples of suitable monoepoxides are glycidyl esters of monoacids, glycidyl acetate, glycidyl butyrate, glycidyl palmitate, glycidyl laurate, and glycidyl esters sold under the trade names CARDURA E. ; Butyl glycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, phenyl glycidyl ether, p- (tert-butyl) phenyl glycidyl ether and the like which are glycidyl ethers of alcohols or phenols.
상기 모노에폭사이드와 반응하는, 3개 이상의 활성수소를 갖는 아민으로는 디아민, 트리아민 또는 테트라민 화합물이 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 디아민 또는 트리아민이 사용된다. 바람직한 아민의 예로는 에틸렌 디아민, 헥사메틸렌 디아민, 테트라펜타메틸렌 디아민, 펜타메틸렌 디아민, 2-메틸펜타메틸렌 디아민, 폴리옥시 알킬렌 디아민, 디에틸렌트리아민, 아미노에틸에탄놀아민, 트리에틸렌테트라아민, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.As the amine having three or more active hydrogens reacting with the monoepoxide, diamines, triamines or tetramine compounds may be used alone or in combination, more preferably diamines or triamines. Examples of preferred amines include ethylene diamine, hexamethylene diamine, tetrapentamethylene diamine, pentamethylene diamine, 2-methylpentamethylene diamine, polyoxy alkylene diamine, diethylenetriamine, aminoethylethanolamine, triethylenetetraamine, Or mixtures thereof.
상기 모노에폭사이드와 3개 이상의 활성수소를 갖는 아민을 반응시켜 모노에폭사이드-아민 화합물을 제조함에 있어서, 반응물의 배합비를 조절하여 2개 이상(바람직하게는 2개)의 활성수소가 모노에폭사이드-아민 화합물 내에 남도록 한다. 이렇게 2개 이상의 활성수소를 갖는 모노에폭사이드-아민 화합물을 사용하여 안료 분산용 수지를 제조하면, 제조 과정 중에 폴리에폭사이드 수지와 쇄연장 반응하여 아민 그룹이 사슬의 중간에 위치한 폴리에폭사이드-아민을 형성하게 된다. 이로 인하여 안료 분산용 수지의 분자량을 조절할 수 있고, 또한 친수성이 보다 강화된다. 나아가, 모노에폭사이드는 측쇄에 위치하게 되어 수지에 소수성을 부여함과 동시에, 안료 페이스트에 입체장애 효과를 부여하게 되고, 그 결과 보다 뛰어난 안료 분산성과 안정성을 나타낼 수 있게 된다. 또한, 측쇄에 위치한 모노에폭사이드는 안료 분산용 수지에 유연성을 부여하여 보다 매끈한 도막의 외관을 나타낼 수 있도록 한다.In preparing the monoepoxide-amine compound by reacting the monoepoxide with an amine having three or more active hydrogens, two or more (preferably two) active hydrogens are mono It remains in the epoxide-amine compound. When the resin for dispersing the pigment is prepared using a monoepoxide-amine compound having two or more active hydrogens, the polyepoxide in which the amine group is located in the middle of the chain by chain extension reaction with the polyepoxide resin during the manufacturing process Will form a side-amine. For this reason, the molecular weight of resin for pigment dispersion can be adjusted, and hydrophilicity is strengthened more. Furthermore, the monoepoxide is located in the side chain to impart hydrophobicity to the resin and at the same time to impart a steric hindrance effect to the pigment paste, resulting in more excellent pigment dispersibility and stability. In addition, the monoepoxide located in the side chain gives flexibility to the pigment dispersion resin so as to exhibit a smoother appearance of the coating film.
또한, 안료 페이스트 제조시 추가적인 산을 가하여 상기 아민 그룹을 중화시킴으로써 친수성을 강화할 수도 있고, 이를 통해 안료 페이스트의 pH를 적정 수준으로 조절할 수 있는 장점도 있다.In addition, when the pigment paste is prepared, an additional acid may be added to neutralize the amine group, thereby enhancing hydrophilicity, and thus, the pH of the pigment paste may be adjusted to an appropriate level.
본 발명의 안료 분산용 수지의 사슬 중간에 도입되는 4차 암모늄 염 그룹은, 상기 폴리에폭사이드-아민의 에폭사이드기와 3급 아민염이 반응하여 형성되어 수지의 사슬 중간에 쇄연장 반응을 통해 도입된다.The quaternary ammonium salt group introduced in the middle of the chain of the pigment dispersion resin of the present invention is formed by the reaction of the epoxide group of the polyepoxide-amine with a tertiary amine salt, through a chain extension reaction in the middle of the chain of the resin. Is introduced.
상기 3급 아민염은 디알킬알카놀아민의 히드록시기와 디이소시아네이트를 우레탄 결합시킨 후, 이를 산으로 중화하면 형성된다. 이때 디알킬알카놀아민으로는 하기 화학식 2로 표시되는 디알킬알카놀아민이 사용가능하며, 바람직하게는 디메틸에타놀아민, 디메틸프로판놀아민, 디에틸에타놀아민, 디에틸프로판놀아민, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것을 사용할 수 있다.The tertiary amine salt is formed by urethane-bonding the hydroxy group of the dialkylalkanolamine with the diisocyanate and neutralizing it with an acid. In this case, as the dialkyl alkanolamine, a dialkyl alkanolamine represented by the following formula (2) may be used. Preferably, dimethylethanolamine, dimethylpropanolamine, diethylethanolamine, diethylpropanolamine, and mixtures thereof. One selected from the group consisting of can be used.
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에서, R1은 탄소수 2~4의 지방족 탄화수소이고, R2는 탄소수 2~6의 지방족 탄화수소이다.In Formula 2, R 1 is an aliphatic hydrocarbon having 2 to 4 carbon atoms, and R 2 is an aliphatic hydrocarbon having 2 to 6 carbon atoms.
상기 디알킬아카놀아민의 히드록시기와 우레탄 결합을 형성하는 디이소시아네이트로는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 이소프론 디이소시아네이트 등을 들 수 있으며 보다 바람직하게는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 사용한다. Examples of the diisocyanate which forms a urethane bond with the hydroxy group of the dialkyl akanolamine include methylene diphenyl diisocyanate, toluene diisocyanate, isopron diisocyanate and the like, and more preferably methylene diphenyl diisocyanate is used.
4차 암모늄염을 형성하기 위해 사용되는 산의 종류에는 특별한 제한이 없으며, 바람직하게는 유기 카르복실산이, 더욱 바람직하게는 젖산,아세트산, 프로피온산, 부티르산, 디메틸프로피온산, 디메틸부타노익산, 포름산 및 글리콜산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 유기 카르복실산이 사용된다.There is no particular limitation on the type of acid used to form the quaternary ammonium salt, preferably organic carboxylic acid, more preferably lactic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, dimethylpropionic acid, dimethylbutanoic acid, formic acid and glycolic acid At least one organic carboxylic acid selected from the group consisting of is used.
상기 디알킬알카놀아민과 디이소시아네이트는, 바람직하게는 디알킬알카놀아민:디이소시아네이트가 1:2의 몰비로 반응을 한다. 이러한 반응에 의해 형성된 3차 아민 염은 폴리에폭사이드-아민의 에폭사이드와 반응하여 4차 암모늄염을 형성함과 동시에 쇄연장을 하여 사슬의 분자량을 증대시키고, 그 결과, 4차 암모늄염이 안료 분산용 수지 사슬의 중간에 위치하게 된다.The dialkylalkanolamine and the diisocyanate preferably react with a dialkylalkanolamine: diisocyanate in a molar ratio of 1: 2. The tertiary amine salt formed by this reaction reacts with the epoxide of the polyepoxide-amine to form quaternary ammonium salts and at the same time chain lengthens to increase the molecular weight of the chain, as a result, the quaternary ammonium salts disperse the pigment. It is located in the middle of the resin chain.
본 발명의 수지 내에 함유되는, 산으로 중화 가능한 아민 그룹(i) 및 4차 암모늄 염 그룹(ii)의 비율은, 이에 특별히 한정되지는 않지만, 고분자의 분자량 분포나 친수성 정도를 고려하여 안료 분산용 수지 1g당 각각 0.25~1.4 밀리당량인 것이 적절하다. 그 함량이 상기 적정량보다 적게 되면 안료의 습윤성이 불량하게 되고, 많게 되면 지나치게 수용성인 비히클(vehicle)이 형성되어 안료의 젖음성이 불량하게 될 소지가 있다. 생성된 도막의 평활성과 안료 페이스트 및 전착 도료 조성물의 안정성 측면에서 바람직하게는, 상기 모노에폭사이드가 부가된 산으로 중화 가능한 아민 그룹(i)은 안료 분산용 수지 1g당 0.01~1.3 밀리당량으로, 상기 4차 암모늄 염 그룹(ii)은 0.01~1.2 밀리당량으로 함유된다.The ratio of the acid-neutralizable amine group (i) and the quaternary ammonium salt group (ii) contained in the resin of the present invention is not particularly limited thereto, but may be used for dispersing the pigment in consideration of the molecular weight distribution and the degree of hydrophilicity of the polymer. It is appropriate that they are each 0.25 to 1.4 milliequivalents per gram of resin. If the content is less than the appropriate amount, the wettability of the pigment is poor, and if it is too large, a water-soluble vehicle is formed, which may result in poor wettability of the pigment. In view of the smoothness of the resulting coating film and stability of the pigment paste and the electrodeposition coating composition, the amine group (i) which is neutralizable with the acid to which the monoepoxide has been added is preferably 0.01 to 1.3 milliequivalents per gram of pigment dispersion resin. The quaternary ammonium salt group (ii) is contained in an amount of 0.01 to 1.2 milliequivalents.
본 발명의 안료 분산용 수지는 상기한 바와 같이 산으로 중화 가능한 아민 그룹(i) 및 4차 암모늄 염 그룹(ii)이 사슬의 중간에 위치하고 있는 구조적인 특성으로 인해 안료 분산시 우수한 분산성을 나타냄과 동시에, 그를 함유하는 안료 페이스트 및 전착 도료 조성물에 우수한 안정성을 부여할 수 있다.The resin for dispersing the pigment of the present invention exhibits excellent dispersibility in dispersing the pigment due to the structural properties in which the amine group (i) and the quaternary ammonium salt group (ii), which are neutralizable with an acid as described above, are located in the middle of the chain. At the same time, excellent stability can be imparted to the pigment paste and electrodeposition coating composition containing the same.
본 발명의 안료 페이스트는, 각종 안료성분을 본 발명의 안료 분산용 수지와 함께 분쇄시켜 제조한다. 전착 도료는 적용되는 안료에 따라 전단 불안정성 문제를 야기시키는 것이 보통인데, 본 발명의 안료 분산용 수지가 이를 안정화시키는 데 도움을 준다. The pigment paste of this invention is manufactured by grind | pulverizing various pigment components with the resin for pigment dispersion of this invention. Electrodeposit paints usually cause shear instability problems depending on the pigment applied, and the resin for pigment dispersion of the present invention helps to stabilize it.
안료 페이스트 제조시 사용될 수 있는 안료 성분에는 이산화티탄, 산화안티몬, 산화아연, 탄산바륨, 탄산 칼슘, 알루미늄 실리케이트, 실리카, 탄산마그네슘 및/또는 마그네슘 실리케이트가 포함되며, 카드뮴 옐로우, 카드뮴 레드, 카본블랙, 프탈로시아닌 블루, 크롬 옐로우, 톨루이딘 레드 및 수화된 산화철과 같은 착색 안료도 사용될 수 있다. 특히 카본블랙의 경우 작은 입자 사이즈와 강한 소수성으로 인해 열악한 열저장 안정성을 보이는 경우가 많은데, 본 발명의 안료 분산용 수지가 이를 안정화 시킬 수 있다. 상기 안료 성분 및 안료 분산용 수지 성분 이외에, 안료 페이스트는 습윤제, 계면활성제 및 소포제와 같은 성분들을 임의로 함유할 수 있다. Pigment components that can be used in the production of pigment pastes include titanium dioxide, antimony oxide, zinc oxide, barium carbonate, calcium carbonate, aluminum silicate, silica, magnesium carbonate and / or magnesium silicate, cadmium yellow, cadmium red, carbon black, Colored pigments such as phthalocyanine blue, chrome yellow, toluidine red and hydrated iron oxide can also be used. In particular, carbon black often shows poor heat storage stability due to small particle size and strong hydrophobicity, and the resin for pigment dispersion of the present invention may stabilize it. In addition to the pigment component and the resin component for pigment dispersion, the pigment paste may optionally contain components such as wetting agents, surfactants and antifoaming agents.
분쇄는 일반적으로 안료가 원하는 크기로 작아질 때까지 이루어지며, 바람직하게는 분쇄 전색제에 의해 습윤되거나 분산될 때까지 볼밀, 샌드밀, 연속 마쇄기 등을 사용하여 이루어진다. 보통의 경우 분쇄 후 안료의 입자 크기는 10 미크론 이하, 헤그만 게이지로 6~8, 바람직하게는 7~8을 나타낸다. Grinding is generally done until the pigments are reduced to the desired size, preferably using ball mills, sand mills, continuous mills, etc., until they are wet or dispersed by the grinding colorant. Usually the particle size of the pigment after milling is 10 microns or less, 6-8, preferably 7-8, with a Hegman gauge.
일반적으로 안료 성분의 분산은 전색제의 수성 분산액 중에서 수행된다. 수성 분산물 내에 존재하는 물의 양은 연속상을 형성하기 위해 충분해야 하므로, 전착 도료는 일반적으로 30~70중량%의 고형분을 함유한다. 물의 양이 너무 적으면 점도가 지속적으로 증가되는 현상이 발생할 수 있으며, 반대로 너무 많은 양의 물이 사용될 때에는 혼합시의 점도가 너무 낮아 분산의 유효 용량을 감소시키게 된다. 분산 단계에서 안료 성분:안료 분산용 수지 고형분의 중량비는 보통 약 1.5:1 내지 10:1의 범위로, 바람직하게는 3:1 내지 6:1의 범위로 유지시킨다.Dispersion of the pigment component is generally carried out in an aqueous dispersion of the colorant. Since the amount of water present in the aqueous dispersion must be sufficient to form a continuous phase, the electrodeposition paint generally contains 30 to 70% by weight solids. If the amount of water is too small, the viscosity may be continuously increased, on the contrary, when too much water is used, the viscosity at the time of mixing is too low to reduce the effective capacity of the dispersion. The weight ratio of pigment component: resin solid content for pigment dispersion in the dispersing step is usually maintained in the range of about 1.5: 1 to 10: 1, preferably in the range of 3: 1 to 6: 1.
일반적으로 양이온 전착을 위해 본 분야에 알려진 양이온 전착 수지와 본 발명의 안료 페이스트를 조합하면 본 발명의 전착 도료 조성물이 얻어진다. 대부분의 경우 최종 전착 도료 조성물은 약 0.1~0.5의 안료/수지 비율(pigment/binder ratio)을 갖는다. 전착 공정에는 안료및 수지 고형분 5~25중량%를 함유하는 욕액이 일반적으로 사용되며, 최종 전착 도료 조성물은 안료 페이스트(pigment paste) 및 전착 주수지 이외에 보조수지(sub resin), 용제, 산화방지제, 계면활성제 등을 더 포함할 수 있다. 수성 전착 도료 조성물은 전기적 음극과 양극에 각각 접촉되도록 놓인후, 수V 내지 수백V에 이르는 직류전압과, 0.25~15 A/ft2의 전류밀도 조건 하에서 전착을 실시한다. 전착 후 수세 공정과 경화공정을 통해 완성도막을 얻으며, 이때 경화공정은150~200℃의 온도에서 15~60분간 수행하는 것이 통상적이다.Generally, combining the cationic electrodeposition resin known in the art for the cationic electrodeposition and the pigment paste of the present invention yields the electrodeposition coating composition of the present invention. In most cases the final electrodeposition coating composition has a pigment / binder ratio of about 0.1 to 0.5. In the electrodeposition process, a bath solution containing 5 to 25% by weight of pigments and resin solids is generally used. The final electrodeposition coating composition is used in addition to pigment paste and electrodeposition main resin, as a sub resin, a solvent, an antioxidant, It may further include a surfactant and the like. The aqueous electrodeposition coating composition is placed so as to be in contact with the electrical cathode and the anode, respectively, and then subjected to electrodeposition under a DC voltage ranging from several V to several hundred V, and a current density of 0.25 to 15 A / ft 2 . After electrodeposition, a completed coating film is obtained through a washing process and a curing process. In this case, the curing process is usually performed at a temperature of 150 to 200 ° C. for 15 to 60 minutes.
본 발명의 전착 도료 조성물에는 경화제로서 캐핑된 이소시아네이트가 포함되는데, 상기 캐핑된 이소시아네이트는 유기 폴리이소시아네이트이며, 생성되는 캐핑된 이소시아네이트기가 실온에서는 활성 수소에 대하여 안정하지만 고온 에서는 활성 수소와 반응하도록 이소시아네이트기를 캐핑 화합물과 반응시킨 폴리이소시아네이트일 수 있다.The electrodeposition paint composition of the present invention includes a capped isocyanate as a curing agent, wherein the capped isocyanate is an organic polyisocyanate and caps the isocyanate group such that the resulting capped isocyanate group is stable to active hydrogen at room temperature but reacts with active hydrogen at high temperature. Polyisocyanate reacted with the compound.
상기 캐핑된 폴리이소시아네이트 경화제의 제조에는 고리지방족을 비롯한 지방족 또는 방향족 폴리이소시아네이트가 사용될 수 있으며, 대표적인 예로서 2,4- 또는 2,6-톨루엔 디이소시아네이트 및 그의 혼합물, p-페닐렌 디이소시아네이트, 테트라메틸렌 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4’-디이소사아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 디페닐메탄-4,4’-디이소사아네이트 및 폴리메틸렌 폴리페닐 이소시아네이트를 들 수 있다. 또한 트리 이소시아네이트와 같은 고급 폴리이소시아네이트가 사용될 수도 있다. 다르게는 트리페닐메탄-4,4’,4”-트리이소시아네이트를 사용할 수도 있다. 또한, 폴리이소시아네이트와 네오펜틸글리콜 및 트리메틸올 프로판과 같은 폴리올과의 반응 생성물, 및 폴리카프로락톤 디올 및 트리올 같은 중합체 폴리올과의 반응생성물과 같은 NCO-프리폴리머가 사용될 수도 있다.In preparing the capped polyisocyanate curing agent, aliphatic or aromatic polyisocyanates including cycloaliphatic may be used, and representative examples thereof include 2,4- or 2,6-toluene diisocyanate and mixtures thereof, p-phenylene diisocyanate, tetra Methylene or hexamethylene diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4'-diisosanate, isophorone diisocyanate, diphenylmethane-4,4'-diisosanate and polymethylene polyphenyl isocyanate. . Higher polyisocyanates such as triisocyanate may also be used. Alternatively triphenylmethane-4,4 ', 4 "-triisocyanate may be used. In addition, NCO-prepolymers such as reaction products of polyisocyanates with polyols such as neopentylglycol and trimethylol propane, and reaction products of polymer polyols such as polycaprolactone diols and triols may also be used.
한편, 캐핑된 폴리이소시아네이트 경화제는 두가지 방법으로 사용될 수 있다. 첫번째로는, 완전히 캐핑된 형태, 즉 유리 이소시아네이트가 남아 있지 않는 형태로 사용될 수 있으며, 이 경우 에폭시 주쇄와의 블렌드를 통해 2성분 수지 시스템으로 존재한다. 두번째로는, 일부분만 캐핑된 후에 에폭시 중합체 골격에 있는 활성 수소기와 반응시켜 1-성분 수지로 제조할 수도 있다. 수지의 안정성 측면에서 보면 에폭시 주사슬과 우레탄 경화제가 화학적으로 결합을 형성하는 후자의 경우가 더욱 안정한 수분산 안정성을 보일 수 있지만, 부분 캐핑된 경화제 성분은 반응성이 매우 강하여서 장시간 안정한 상태로 보관하기가 용이하지 않기 때문에 생산 안정성 측면에서 각종 문제를 유발시킬 수 있다는 단점도 있다. 한편, 경화제 성분 내에는 보통 주석 촉매와 같은 경화 촉매가 존재하는 것이 보통이다. 예로서, 디라우릴산 디부틸 주석과 산화디부틸 주석을 들 수 있으며, 이들은 전체 수지 고체의 중량을 기준하여 주석 성분이 약0.05~1중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.On the other hand, the capped polyisocyanate curing agent can be used in two ways. Firstly, it can be used in fully capped form, ie in the form of free isocyanate remaining, in which case it is present as a two-component resin system through blending with the epoxy backbone. Secondly, it may be made into a one-component resin by reacting with an active hydrogen group in the epoxy polymer backbone after only a portion is capped. In terms of the stability of the resin, the latter case where the epoxy main chain and the urethane curing agent form a chemical bond may exhibit more stable water dispersion stability, but the partially capped curing agent component is very reactive and stored for a long time in a stable state. There is also a disadvantage in that it is not easy to cause various problems in terms of production stability. On the other hand, a curing catalyst such as tin catalyst is usually present in the curing agent component. Examples include dibutyl tin dilauryl and dibutyl tin oxide, and they are preferably present in an amount of about 0.05 to 1% by weight based on the weight of the total resin solid.
이하 본 발명을 하기 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 이들에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, these examples are only to aid the understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
제조예 1 - 모노에폭사이드-아민 화합물의 제조Preparation Example 1 Preparation of Monoepoxide-Amine Compound
하기 표 1에 나타낸 성분으로부터 모노에폭사이드-아민 화합물을 제조하였다.A monoepoxide-amine compound was prepared from the components shown in Table 1 below.
[표 1] TABLE 1
[CARDURA E10: 쉘 케미칼 컴파니(Shell Chemicla co.)에서 상업적으로 시판하는 모노에폭시][CARDURA E10: Monoepoxy commercially available from Shell Chemicla co.]
2-메틸펜타메틸렌 디아민과 2-부톡시에탄올을 반응기에 넣고 서서히 교반하면서 70℃까지 온도를 승온하였다. 온도를 70~80℃로 유지하면서 모노에폭시(CARDURA E10)를 서서히 가하였다. 첨가가 완료된 후 반응 혼합물을 100℃로 승온하고, 2시간 교반하여 모노에폭사이드-아민 화합물을 제조하였다.2-methylpentamethylene diamine and 2-butoxyethanol were put into a reactor, and the temperature was raised to 70 ° C while slowly stirring. Monoepoxy (CARDURA E10) was added slowly while maintaining the temperature at 70-80 ° C. After the addition was completed, the reaction mixture was warmed to 100 ° C. and stirred for 2 hours to prepare a monoepoxide-amine compound.
제조예 2 - 모노에폭사이드-아민 화합물의 제조Preparation Example 2 Preparation of Monoepoxide-Amine Compound
하기 표 2에 나타낸 성분으로부터 모노에폭사이드-아민 화합물을 제조하였다.A monoepoxide-amine compound was prepared from the components shown in Table 2 below.
[표 2] TABLE 2
디에틸렌트리아민과 2-부톡시에탄올을 반응기에 넣고 서서히 교반하면서 70℃까지 온도를 승온하였다. 온도를 70~80℃로 유지하면서 2-에틸헥실 글리시딜 에테르를 서서히 가하였다. 첨가가 완료된 후 반응 혼합물을 100℃로 승온하고, 2시간 교반하여 모노에폭사이드-아민 화합물을 제조하였다.Diethylenetriamine and 2-butoxyethanol were put into a reactor, and the temperature was heated up to 70 degreeC, stirring slowly. 2-ethylhexyl glycidyl ether was slowly added while maintaining the temperature at 70-80 ° C. After the addition was completed, the reaction mixture was warmed to 100 ° C. and stirred for 2 hours to prepare a monoepoxide-amine compound.
제조예 3 - 쇄연장 4급화제(diquaternizing agent)의 제조Preparation Example 3 Preparation of a Chain Extension Quaternizing Agent
하기 표 3에 나타낸 성분으로부터 쇄연장 4급화제로서 3급 아민염 화합물을 제조하였다.A tertiary amine salt compound was prepared as a chain extending quaternization agent from the components shown in Table 3 below.
[표 3] TABLE 3
[PAPI2940: 다우 케미컬 컴퍼니(Dow chemical co.)에서 상업적으로 시판하는 폴리머릭 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트][PAPI2940: Polymeric Methylene Diphenyl Diisocyanate Commercially Available from Dow Chemical Co.]
PAPI2940과 메틸 이소부틸 케톤을 반응 용기에 넣고 디메틸에탄올아민을 첨가하였다. 이때 발열 반응이 일어났다. 반응 혼합물을 80℃로 승온하여 3시간 동안 유지 교반하였다. 그 후 60℃로 냉각하면서 2-부톡시에탄올을 가하였다. 그 다음 초산을 가하고, 65℃에서 약 1시간동안 교반하여 쇄연장 4급화제를 합성하였다.PAPI2940 and methyl isobutyl ketone were placed in a reaction vessel and dimethylethanolamine was added. At this time, an exothermic reaction occurred. The reaction mixture was raised to 80 ° C. and stirred for 3 hours. Then 2-butoxyethanol was added cooling to 60 degreeC. Acetic acid was then added and stirred at 65 ° C. for about 1 hour to synthesize a chain extend quaternizing agent.
실시예 1 - 안료 분산용 수지의 제조Example 1 Preparation of Resin for Pigment Dispersion
하기 표 4에 나타낸 성분으로부터 안료 분산용 수지를 제조하였다.A resin for pigment dispersion was prepared from the components shown in Table 4 below.
[표 4] TABLE 4
[N8010: ㈜케이씨씨에서 생산하는 에폭시 당량 480을 갖는 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르][N8010: Diglycidyl ether of bisphenol A having an epoxy equivalent of 480 produced by KC Corporation]
N8010과 2-부톡시에탄올(1차)을 반응기에 첨가한 후 교반하면서 온도를 90℃로 승온하였다. 그 다음 제조예 1의 모노에폭시-아민화합물을 서서히 첨가하였다. 이때 다소의 발열이 일어났다. 반응온도를 120℃로 승온하여 2시간 동안 유지한 후, 에폭시 당량이 1200이 도달할 때까지 반응을 유지하였다. 에폭시 당량이 1200에 도달하였을 때 2-부톡시에탄올(2차)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 85~90℃로 냉각하고 탈이온수를 가한 후 제조예 3의 쇄연장 4급화제를 가하였다. 산가가 약 1이 될 때까지 반응 혼합물의 온도를 80~85℃로 유지시킨 후 2-부톡시에탄올(3차)을 첨가하여 안료 분산용 수지를 제조하였다.After adding N8010 and 2-butoxyethanol (primary) to the reactor, the temperature was raised to 90 ° C while stirring. Then, the monoepoxy-amine compound of Preparation Example 1 was slowly added. Some fever occurred at this time. After the reaction temperature was raised to 120 ° C. and maintained for 2 hours, the reaction was maintained until the epoxy equivalent reached 1200. 2-butoxyethanol (secondary) was added when the epoxy equivalent reached 1200. The reaction mixture was cooled to 85-90 ° C., deionized water was added, and the chain extension quaternization agent of Preparation Example 3 was added. The temperature of the reaction mixture was maintained at 80 to 85 ° C. until the acid value became about 1, and 2-butoxyethanol (tertiary) was added to prepare a resin for pigment dispersion.
실시예 2 - 안료 분산용 수지의 제조Example 2 Preparation of Resin for Pigment Dispersion
하기 표 5에 나타낸 성분으로부터 안료 분산용 수지를 제조하였다.A resin for pigment dispersion was prepared from the components shown in Table 5 below.
[표 5] TABLE 5
N8010과 2-부톡시에탄올(1차)을 반응기에 첨가한 후 교반하면서 온도를 90℃로 승온하였다. 그 다음 제조예 2의 모노에폭시-아민화합물을 서서히 첨가하였다. 이때 다소의 발열이 일어났다. 반응온도를 120℃로 승온하여 2시간 동안 유지한 후, 에폭시 당량이 1300이 도달할 때까지 반응을 유지하였다. 에폭시 당량이 1300에 도달하였을 때 2-부톡시에탄올(2차)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 85~90℃로 냉각하고 탈이온수를 가한 후 제조예 3의 쇄연장 4급화제를 가하였다. 산가가 약 1이 될 때까지 반응 혼합물의 온도를 80~85℃로 유지시킨 후 2-부톡시에탄올(3차)을 첨가하여 안료 분산용 수지를 제조하였다.After adding N8010 and 2-butoxyethanol (primary) to the reactor, the temperature was raised to 90 ° C while stirring. Then, the monoepoxy-amine compound of Preparation Example 2 was slowly added. Some fever occurred at this time. After the reaction temperature was raised to 120 ° C. and maintained for 2 hours, the reaction was maintained until the epoxy equivalent reached 1300. 2-butoxyethanol (secondary) was added when the epoxy equivalent reached 1300. The reaction mixture was cooled to 85-90 ° C., deionized water was added, and the chain extension quaternization agent of Preparation Example 3 was added. The temperature of the reaction mixture was maintained at 80 to 85 ° C. until the acid value became about 1, and 2-butoxyethanol (tertiary) was added to prepare a resin for pigment dispersion.
비교제조예 1 - 4급화제(diquaternizing agent)의 제조Comparative Production Example 1-Preparation of Diquaternizing Agent
하기 표 6에 나타낸 성분으로부터 쇄연장 4급화제를 제조하였다.The chain extension quaternizing agent was prepared from the components shown in Table 6 below.
[표 6] TABLE 6
용제인 메틸 이소부틸 케톤 중에 존재하는, 2-에틸헥산올로 절반 캐핑된 톨루엔디이오시아네이트를 반응용기에 넣고 디메틸에탄올아민을 첨가하였다. 이때 발열 반응이 일어났다. 반응 혼합물을 80℃에서 1시간 동안 교반하였다. 그 다음 수성 락트산 용액과 2-부톡시에탄올을 순차적으로 첨가하였다. 반응 혼합물을 65℃에서 약 1시간동안 교반하여 4급화제를 합성하였다.Toluenedioisocyanate half-capped with 2-ethylhexanol, present in solvent methyl isobutyl ketone, was placed in a reaction vessel and dimethylethanolamine was added. At this time, an exothermic reaction occurred. The reaction mixture was stirred at 80 ° C. for 1 hour. An aqueous lactic acid solution and 2-butoxyethanol were then added sequentially. The reaction mixture was stirred at 65 ° C. for about 1 hour to synthesize a quaternizing agent.
비교예 1 - 안료 분산용 수지의 제조Comparative Example 1-Preparation of Resin for Pigment Dispersion
하기 표 7에 나타낸 성분으로부터 안료 분산용 수지를 제조하였다.A resin for pigment dispersion was prepared from the components shown in Table 7 below.
[표 7] TABLE 7
[에폰829: 쉘 케미칼 컴파니(Shell Chemicla co.)에서 상업적으로 시판하는, 에폭시 당량 188을 갖는 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르][Epon 829: diglycidyl ether of bisphenol A with epoxy equivalent 188, commercially available from Shell Chemicla co.]
에폰829와 비스페놀 A를 질소 분위기하에 반응용기에 담고 150~160℃로 가열하여 발열반응을 개시하였다. 1시간동안 150~160℃에서 반응을 수행하였다. 그 다음, 반응 혼합물을 120℃로 냉각시키고, 용제인 메틸 이소부틸 케톤 중에 존재하는, 2-에틸헥산올로 절반 캐핑된 톨루엔 디이오시아네이트를 첨가하였다. 반응 혼합물의 온도를 1시간 동안 110~120℃로 유지한 다음 2-부톡시에탄올을 첨가하였다. 반응혼합물을 85내지 90℃로 냉각하고 탈이온수를 가한후 4급화제를 가하였다. 산가가 약 1이 될 때까지 반응 혼합물의 온도를 80내지 85℃로 유지시켰다.Epon 829 and bisphenol A were placed in a reaction vessel in a nitrogen atmosphere and heated to 150-160 ° C. to initiate an exothermic reaction. The reaction was carried out at 150 ~ 160 ℃ for 1 hour. The reaction mixture was then cooled to 120 ° C. and toluene diiocyanate half capped with 2-ethylhexanol, present in solvent methyl isobutyl ketone, was added. The temperature of the reaction mixture was maintained at 110-120 ° C. for 1 hour and then 2-butoxyethanol was added. The reaction mixture was cooled to 85-90 ° C., deionized water was added, and a quaternizing agent was added. The temperature of the reaction mixture was maintained between 80 and 85 ° C. until the acid number was about 1.
제조예 4 - 디부틸틴 옥사이드 페이스트의 제조Preparation Example 4-Preparation of Dibutyltin Oxide Paste
하기 표 8에 나타낸 성분으로부터 디부틸틴 옥사이드 페이스트를 제조하였다.Dibutyltin oxide paste was prepared from the ingredients shown in Table 8 below.
[표 8] TABLE 8
실시예 1에서 제조한 안료 분산용 수지를 넣고 교반하면서 디부틸틴 옥사이드를 첨가하였다. 안료분이 많아져 점도가 높아지면 탈이온수(1차)를 가하여 안료분이 균일화 될 때까지 잘 교반 해주고 최종적으로 탈이온수(2차)를 가하여 희석하였다. 상기 혼합물을 SL-703(BYK사) 분산기로 헤그만 번호 8까지 분산하였다.Dibutyltin oxide was added to the pigment dispersion resin prepared in Example 1 while stirring. When the pigment content increased and the viscosity increased, deionized water (primary) was added and stirred well until the pigment content became uniform, and finally, deionized water (secondary) was added and diluted. The mixture was dispersed up to Hegman number 8 with a SL-703 (BYK) disperser.
제조예 5 및 비교제조예 2 - 디부틸틴 옥사이드 페이스트의 제조Preparation Example 5 and Comparative Preparation Example 2-Preparation of Dibutyltin Oxide Paste
안료 분산용 수지로 각각 실시예 2 및 비교예 1의 수지를 사용하여, 제조예4와 같은 방법으로 제조예 5 및 비교제조예 2의 디부틸틴옥사이드 페이스트를 각각 제조하였다.Dibutyltin oxide pastes of Preparation Example 5 and Comparative Preparation Example 2 were prepared in the same manner as in Preparation Example 4, respectively, using the resins of Example 2 and Comparative Example 1 as the resin for pigment dispersion.
실시예 3 - 안료 페이스트의 제조Example 3 Preparation of Pigment Paste
하기 표 9에 나타낸 성분으로부터 안료 페이스트를 제조하였다.Pigment pastes were prepared from the components shown in Table 9 below.
[표 9] TABLE 9
[ASP200: 엔겔하드 코포레이션에서 구입 가능한 알루미늄 실리케이트[ASP200: Aluminum silicates available from Engelhard Corporation
설피놀104: 에어 프로덕트(Air Product)사의 제품으로서 헥신디올계 습윤제]Sulfinol 104: Hexininol-based wetting agent as a product of Air Product]
실시예 1에서 제조한 안료 분산용 수지를 넣고 상기 성분들을 순차적으로 교반하면서 첨가하였다. 안료분이 많아져 점도가 높아지면 설피놀104를 첨가하여 안료분이 균일화 될 때까지 잘 교반 해주고, 최종적으로 2번째 탈이온수를 가하여 희석하였다. 상기 혼합물을 SL-703(BYK사) 분산기로 헤그만 번호 6+까지 분산하였다.The pigment dispersion resin prepared in Example 1 was added and the components were added while stirring sequentially. When the pigment content increased and the viscosity increased, sulfinol 104 was added and the mixture was stirred well until the pigment content became uniform, followed by dilution with second deionized water. The mixture was dispersed to Hegman No. 6+ with an SL-703 (BYK) disperser.
실시예 4 - 안료 페이스트의 제조Example 4 Preparation of Pigment Paste
실시예 2의 안료 분산용 수지 및 제조예 5의 디부틸틴 옥사이드 페이스트를사용한 점을 제외하고는, 실시예 3과 같은 방법으로 안료 페이스트를 제조하였다.A pigment paste was prepared in the same manner as in Example 3, except that the resin for pigment dispersion of Example 2 and the dibutyltin oxide paste of Preparation Example 5 were used.
비교예 2 - 안료 페이스트의 제조Comparative Example 2-Preparation of Pigment Paste
비교예 1의 안료 분산용 수지 및 비교제조예 2의 디부틸틴 옥사이드 페이스트를사용한 점을 제외하고는, 실시예 3과 같은 방법으로 안료 페이스트를 제조하였다.A pigment paste was prepared in the same manner as in Example 3, except that the resin for pigment dispersion of Comparative Example 1 and the dibutyltin oxide paste of Comparative Preparation Example 2 were used.
제조예 6 - 우레탄 경화제의 제조Preparation Example 6-Preparation of Urethane Curing Agent
하기 표 10에 나타낸 성분으로부터 양이온 전착 수지에 사용되는 우레탄 경화제를 제조하였다.The urethane hardener used for the cationic electrodeposition resin was prepared from the components shown in Table 10 below.
[표 10]TABLE 10
PAPI2940, 메틸 이소부틸 케톤 및 디부틸주석 디라우레이트를 반응 플라스크에 공급하고 질소 대기하에서 30℃로 가열하였다. 온도를 60~65℃로 유지하면서 2-(2-부톡시에톡시)에탄올(1차)을 서서히 가하였다. 첨가가 완료된 후 반응 혼합물을 65℃에서 90분간 방치하였다. 이어서, 트리메틸올 프로판을 가하고 혼합물을 110℃로 가열한 후 상기 온도에서 3시간동안 방치하고, 2-(2-부톡시에톡시)에탄올(2차)을 가하였다. 적외선 분석에 의해 미반응 NCO가 전혀 남아있지 않을 때까지 계속하 여 110℃로 유지하였다.PAPI2940, methyl isobutyl ketone and dibutyltin dilaurate were fed to the reaction flask and heated to 30 ° C. under a nitrogen atmosphere. 2- (2-butoxyethoxy) ethanol (primary) was added slowly while maintaining the temperature at 60-65 degreeC. After the addition was complete the reaction mixture was left at 65 ° C. for 90 minutes. Trimethylol propane was then added and the mixture was heated to 110 ° C. and left at this temperature for 3 hours and 2- (2-butoxyethoxy) ethanol (secondary) was added. Infrared analysis was continued at 110 ° C until no unreacted NCO remained.
제조예 7 - 양이온 전착 수분산 수지의 제조Preparation Example 7-Preparation of Cationic Electrodeposition Dispersed Resin
하기 표 11에 나타낸 성분으로부터 양이온 전착 수분산 수지를 제조하였다.The cationic electrodeposition aqueous dispersion resin was prepared from the components shown in Table 11 below.
[표 11] TABLE 11
[에폰 828: 쉘 케미칼 컴파니(Shell Chemicla co.)에서 상업적으로 시판하는, 에폭시 당량 188을 갖는 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르.[Epon 828: Diglycidyl ether of bisphenol A with epoxy equivalent 188, commercially available from Shell Chemicla co.
KT-22: 에어 프로덕트(Air Product)사의 제품으로서 디에틸렌트리아민이 메틸이소부틸케톤에 의해서 캐핑된 디케티민으로서 메틸이소부틸케톤에 녹아 있는 73% 용액.]KT-22: A 73% solution in which diethylenetriamine is a diketimine capped by methyl isobutyl ketone as a product of Air Product.]
에폰828, 비스페놀 A-에틸렌 옥사이드 부가물, 비스페놀 A 및 메틸 이소부틸 케톤을 반응 용기에 공급하고 질소 대기하에서 140℃로 가열하였다. 벤질디메틸아민(1차)을 가하고 반응 혼합물을 약 185℃로 발열시킨 후 환류시켜 존재하는 물을 공비 제거하였다. 반응 혼합물을 160℃로 냉각시키고 30분간 방치한 후 145℃로 더 냉각시키고 벤질디메틸아민(2차)을 가하였다. 에폭시 당량이 1100~1140에 도달할 때까지 145℃를 유지하였다. 상기 에폭시 당량에 도달된 후 제조예 6의 우레탄 경화제, KT22, N-메틸 에탄올 아민을 연속하여 가하였다. 혼합물을 발열시킨 후 온도를 125℃로 냉각시켰다. 125℃에서 2시간 방치후 반응물을 교반중인 개미산 및 탈이온수(1차)로 이루어진 혼합물에 충분한 교반을 하면서 서서히 가하여 분산시켰다. 이어서, 분산액에 탈이온수(2차) 및 탈이온수(3차)를 순차적으로 서서히 가하여 더 희석시키고, 진공 스트리핑으로 유기용매를 제거하여 36%의 고형분 함량의 양이온 전착 수분산 수지를 제조하였다.EPON828, bisphenol A-ethylene oxide adduct, bisphenol A and methyl isobutyl ketone were fed to a reaction vessel and heated to 140 ° C. under a nitrogen atmosphere. Benzyldimethylamine (primary) was added and the reaction mixture was exothermic to about 185 ° C. and refluxed to remove azeotropic water. The reaction mixture was cooled to 160 ° C., left for 30 minutes, then further cooled to 145 ° C. and benzyldimethylamine (secondary) was added. 145 ° C was maintained until the epoxy equivalent reached 1100-1140. After the epoxy equivalent was reached, the urethane curing agent of Preparation Example 6, KT22, and N-methyl ethanolamine were continuously added. The mixture was exothermic and then cooled to 125 ° C. After standing at 125 ° C. for 2 hours, the reaction was slowly added to the mixture of stirring formic acid and deionized water (primary) with sufficient stirring to disperse. Then, deionized water (secondary) and deionized water (third) were sequentially added to the dispersion to further dilute, and the organic solvent was removed by vacuum stripping to prepare a cationic electrodeposited aqueous dispersion resin having a solid content of 36%.
실시예 5~6 및 비교예 3 - 전착 도료 조성물의 제조Examples 5-6 and Comparative Example 3-Preparation of Electrodeposit Coating Composition
상기 제조예 7의 방법에 의해 합성된 수분산물 3318 중량부와 탈이온수 3638 중량부를 혼합하여 교반하면서 각각 실시예 3, 실시예 4, 및 비교예 2에서 제조된 안료 페이스트 536 중량부를 서서히 첨가하여, 고형분 20%를 갖는 실시예 5~6 및 비교예 3의 양이온 전착 도료 조성물을 각각 제조하였다.3318 parts by weight of the aqueous product synthesized by the method of Preparation Example 7 and 3638 parts by weight of deionized water were mixed and stirred, and then slowly added 536 parts by weight of the pigment paste prepared in Examples 3, 4 and Comparative Example 2, respectively, The cationic electrodeposition coating compositions of Examples 5 to 6 and Comparative Example 3 each having a solid content of 20% were prepared.
상기 제조된 전착 도료 조성물을 초기 용량의 20%양까지 한외여과기를 통과시킨 후, 한외여액을 탈이온수로 바꾸었다. 그 후 하루 동안 교반상태로 방치한 후 28℃의 온도에서 2분 동안 210~270V의 직류전압으로 전착도장을 실시하였다. 이때 시편으로는 인산처리된 강철판을 사용하였다. 2분 동안 도장된 피도물은 170℃에서 30분간 경화시켰으며, 도막의 각종 물성값을 측정하여 하기 표 12에 나타내었다.After the electrodeposition coating composition prepared above was passed through an ultrafilter up to an amount of 20% of the initial volume, the ultrafiltrate was changed to deionized water. Thereafter, the mixture was left under stirring for one day, and then electrodeposition coating was performed at a temperature of 28 ° C. for 2 minutes at a DC voltage of 210 to 270 V. In this case, a phosphate treated steel sheet was used. The coating material coated for 2 minutes was cured at 170 ° C. for 30 minutes, and various physical property values of the coating film were measured and shown in Table 12 below.
[표 12] TABLE 12
[조도: 테일러-홉슨사(Taylor-Hobson) Surtronic 3+를 이용하여 측정(Cut-off values: 0.8mm)][Illuminance: Measured using Taylor-Hobson Surtronic 3+ (Cut-off values: 0.8mm)]
한편, 대한민국 특허공고 92-931호에 예시된 방법에 따라, 상기 실시예 1~2 및 비교예 1에서 제조된 안료 분산용 수지의 안료 분산성 및 저장 안정성을 평가하기 위해, 상기 실시예 3~4 및 비교예 2의 안료 페이스트 또는 실시예 5~6 및 비교 예 3의 양이온 전착 도료 조성물에 대하여 시험을 행하였으며, 하기 표 13에 나타낸 결과를 얻었다.On the other hand, according to the method illustrated in Korean Patent Publication No. 92-931, in order to evaluate the pigment dispersibility and storage stability of the pigment dispersion resin prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Example 1, Examples 3 to The pigment paste of 4 and the comparative example 2, or the cationic electrodeposition coating composition of Examples 5-6 and the comparative example 3 was tested, and the result shown in Table 13 was obtained.
[표 13] TABLE 13
- 안료 분산중 헤그만6+통과시간: 안료 페이스트는 디스퍼멧 SL-703(BYK사)에 의해서 3kg 분산하였다.Hegman 6+ passing time during pigment dispersion: The pigment paste was dispersed by 3 kg by Dispermet SL-703 (BYK).
- 열저장 안정성: 안료 페이스트를 60℃ 오븐에서 저장하여 열안정성을 조사하였다. 안료 페이스트를 열저장한 후 겔화된 시간을 나타낸 수치이다. Heat Storage Stability: The pigment paste was stored in an oven at 60 ° C. to investigate the thermal stability. The figure shows the gelation time after heat storage of the pigment paste.
- 400 메시 스크린 통과: 도료 제조 1개월 후 400메시 철망(800㎠ 면적)을 통하여 도료액(총 2㎏)을 여과하였다. 결과잔사를 110℃에서 3시간 동안 건조시키고 평량하였다.Pass through a 400 mesh screen: The paint liquid (total 2 kg) was filtered through a 400 mesh wire mesh (800 cm 2 area) one month after paint preparation. The resulting residue was dried at 110 ° C. for 3 hours and weighed.
◎ 1g이하; ○ 1~4g; △ 4~10g; × 10g 이상1 g or less; ○ 1-4 g; Δ 4-10 g; × 10 g or more
- 경화도막의 육안 검사: 도료 제조 1개월 후 수직적으로 아니면 수평적으로 기판을 도료액에 담갔다. 전착도장을 정의한 대로 수행하였고, 결과 경화막을 시각적으로 조사하여 100㎠당 바늘구멍 및 응집물의 수를 세었다.Visual inspection of the cured coating film: The substrate was immersed in the coating liquid either vertically or horizontally after one month of paint preparation. Electrodeposition coating was performed as defined, and the resulting cured film was visually inspected to count the number of needle holes and aggregates per 100 cm 2.
◎ 1이하; ○ 1~5; △ 5~20; × 20 이상1 or less; ○ 1 to 5; Δ 5-20; × 20 or more
상기 표 12 및 표 13에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 안료 분산용 수지는 안료 분산성이 우수하였고, 그 안료 분산용수지 자체 및 이를 사용하여 제조된 안료 페이스트 및 도료 조성물은 저장 안정성이 우수하였으며, 핀홀과 크레이터 형성에 대한 내성을 보였고, 매끄러운 외관을 나타내어 매우 바람직하였다.As can be seen in Table 12 and Table 13, the pigment dispersion resin prepared according to the present invention had excellent pigment dispersibility, and the pigment dispersion resin itself and the pigment paste and coating composition prepared using the same were stored. Stability was excellent, resistance to pinhole and crater formation, and smooth appearance were very desirable.
이상 살핀 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전착 도료에의 적용시 다양한 안료에 대하여 우수한 외관, 우수한 안료 분산성 및 우수한 저장 안정성을 나타내는 안료 분산용 양이온 수지, 및 그를 포함하는 안료 페이스트 및 전착 도료 조성물을 얻을 수 있다. As described above, according to the present invention, a pigment dispersing cationic resin exhibiting excellent appearance, excellent pigment dispersibility and excellent storage stability with respect to various pigments when applied to an electrodeposition paint, and a pigment paste and an electrodeposition coating composition comprising the same. You can get it.
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