KR20050016956A - Cathodic electrocoating composition containing a morpholine dione crosslinking agent - Google Patents

Cathodic electrocoating composition containing a morpholine dione crosslinking agent

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KR20050016956A
KR20050016956A KR10-2005-7000102A KR20057000102A KR20050016956A KR 20050016956 A KR20050016956 A KR 20050016956A KR 20057000102 A KR20057000102 A KR 20057000102A KR 20050016956 A KR20050016956 A KR 20050016956A
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앨버트 고든 앤더슨
알리사 갬
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명은 에폭시-아민 첨가 생성물의 결합제 및 가교제를 갖는 개선된 수성 음극 전기코팅 조성물에 관한 것으로서, 1 분자당 1개 이상, 바람직하게는 복수개의 모르폴린 디온기를 갖는 가교제를 사용하는 것을 개선점으로 한다. 가열하여 경화시켰을 때 휘발성 물질의 방출 및 필름의 중량 손실이 감소된 전착된 피니시가 형성된다.The present invention relates to an improved aqueous negative electrode electrocoating composition having a binder and a crosslinking agent of an epoxy-amine addition product, with the improvement of using a crosslinking agent having at least one, preferably a plurality of, morpholine dione groups per molecule. . When cured by heating, an electrodeposited finish is formed which reduces the release of volatiles and the weight loss of the film.

Description

모르폴린 디온 가교제를 함유하는 음극 전기코팅 조성물 {CATHODIC ELECTROCOATING COMPOSITION CONTAINING A MORPHOLINE DIONE CROSSLINKING AGENT}Cathodic electrocoating composition containing morpholine dione crosslinking agent {CATHODIC ELECTROCOATING COMPOSITION CONTAINING A MORPHOLINE DIONE CROSSLINKING AGENT}

본 발명은 음극 전기코팅 조성물, 특히 경화시 코팅 필름으로부터 발생하는 휘발물의 방출 및 베이킹 제거 손실을 상당히 감소시키는 모르폴린 디온 가교제를 함유하는 음극 전기코팅 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to negative electrode electrocoating compositions, in particular negative electrode electrocoating compositions containing morpholine dione crosslinkers which significantly reduce the release and baking removal losses of volatiles from the coating film upon curing.

전기코팅 공정이라고도 지칭되는 전착 공정에 의한 도전성 기판의 코팅은 공지된 중요한 산업상의 공정이다. 금속 자동차 기판에 대한 프라이머의 전착은 자동차 산업에서 널리 사용된다. 이 방법에서는, 자동차 차체 또는 자동차 부품 등의 도전성 물품을 필름을 형성하는 중합체의 수성 유탁액의 코팅 조성물의 전해조에 침지시키고, 물품은 전착 공정 중에 전극으로서 작용한다. 물품상에 목적하는 두께의 코팅이 퇴적될 때까지 전류를 물품 및 코팅 조성물과 전기적으로 접촉하는 상대 전극 사이로 흘려 보낸다. 음극 전기코팅 공정에서, 코팅되는 물품은 음극이고 상대 전극은 양극이다.Coating of a conductive substrate by an electrodeposition process, also referred to as an electrocoating process, is a known important industrial process. Electrodeposition of primers to metal automotive substrates is widely used in the automotive industry. In this method, conductive articles such as automobile bodies or automobile parts are immersed in an electrolytic cell of a coating composition of an aqueous emulsion of a polymer forming a film, and the article acts as an electrode during the electrodeposition process. Current is flowed between the counter electrode in electrical contact with the article and the coating composition until a coating of desired thickness is deposited on the article. In the cathode electrocoating process, the article to be coated is the cathode and the counter electrode is the anode.

통상의 음극 전착 공정의 전해조에서 사용되는 필름 형성 수지 조성물도 당업계에 공지되어 있다. 이러한 수지는 통상 사슬이 연장된 폴리에폭시드 수지로부터 제조되며, 수지 중 아민기를 포함하도록 첨가 생성물이 형성된다. 아민기는 통상 아민 화합물과 수지의 반응을 통해 도입된다. 이러한 수지를 통상 폴리이소시아네이트인 가교제와 블렌딩한 후 산으로 중화시켜 통상 주요 유탁액으로 지칭되는 수성 유탁액을 형성한다.Film-forming resin compositions used in electrolytic baths of conventional cathode electrodeposition processes are also known in the art. Such resins are usually made from polyepoxide resins with extended chains, and addition products are formed to include amine groups in the resin. The amine group is usually introduced through the reaction of an amine compound and a resin. This resin is blended with a crosslinking agent, which is usually polyisocyanate, and then neutralized with acid to form an aqueous emulsion, commonly referred to as the main emulsion.

주요 유탁액은 안료 페이스트, 응집 용매, 물, 및 촉매 등의 다른 첨가제와 결합하여 전기코팅조를 형성한다. 전기코팅조는 양극을 내장한 절연된 탱크 내에 위치한다. 코팅되는 물품은 음극이며 전착조를 내장한 탱크를 통과한다. 전기코팅된 물품상에 퇴적된 코팅의 두께는 전해조 특성, 탱크의 전기적 작동 특성, 침지 시간 등의 함수이다.The main emulsion combines with other additives such as pigment paste, flocculant solvent, water, and catalyst to form an electrocoating bath. The electrocoating bath is located in an insulated tank containing a positive electrode. The article to be coated is a cathode and passes through a tank containing an electrodeposition tank. The thickness of the coating deposited on the electrocoated article is a function of the electrolyzer characteristics, the electrical operating characteristics of the tank, the immersion time, and the like.

얻어진 코팅된 물품을 전해조로부터 꺼내어 탈이온수로 세정한다. 물품상의 코팅은 통상 오븐 내에서 물품상에 가교된 피니시를 형성하기에 충분한 온도로 경화시킨다. 촉매의 존재는 피니시의 가교를 향상시킨다. 음극 전기코팅 조성물, 수지 조성물, 코팅조 및 음극 전착 공정은 1975년 11월 25일 허여된 자라벡 (Jarabek) 등의 미국 특허 제 3,922,253 호; 1983년 12월 6일 허여된 위스머 (Wismer) 등의 미국 특허 제 4,419,467 호; 1979년 1월 30일 허여된 벨랜저 (Belanger)의 미국 특허 제 4,137,140 호; 및 1984년 8월 25일 허여된 위스머 등의 미국 특허 제 4,468,307 호에 개시되어 있다.The coated article obtained is taken out of the electrolytic cell and washed with deionized water. The coating on the article is usually cured in an oven to a temperature sufficient to form a crosslinked finish on the article. The presence of the catalyst enhances the crosslinking of the finish. Cathode electrocoating compositions, resin compositions, coating baths and cathode electrodeposition processes are described in US Pat. No. 3,922,253 to Jarabek et al., Issued November 25, 1975; US Patent No. 4,419,467 to Wismer et al., Issued December 6, 1983; US Patent No. 4,137,140 to Bellanger, issued January 30, 1979; And US Pat. No. 4,468,307 to Wismer et al., Issued August 25, 1984.

폴리이소시아네이트 가교제를 함유하는 통상의 전기코팅 조성물의 한 가지 단점은 전기코팅 조성물의 조기 겔화를 방지하기 위해 경화제의 고반응성 이소시아네이트기를 예컨대 알코올로 블로킹해야 한다는 것이다. 그러나, 블로킹된 폴리이소시아네이트는 블로킹을 해제하고 경화 반응을 시작하기 위해서는 고온을 필요로 한다. 또한, 이러한 경화 메커니즘은 경화시 상당량의 휘발성 블로킹제를 방출하고, 베이킹 제거 손실로도 알려진 원하지 않은 필름의 중량 손실을 발생시켜 오븐으로부터 배출된 배기 공기를 정화할 필요가 있고 수지 고상물 중 원하지 않은 손실에 기여한다. 또한, 경화시 방출된 휘발성 블로킹제는 여러 가지 코팅 특성에 다른 악영향을 끼칠 수 있으며, 예를 들어 거친 필름 표면을 생성할 수 있다. One disadvantage of conventional electrocoating compositions containing polyisocyanate crosslinkers is that the highly reactive isocyanate groups of the curing agent must be blocked, such as alcohols, to prevent premature gelation of the electrocoating composition. However, blocked polyisocyanates require a high temperature to release blocking and start the curing reaction. In addition, this curing mechanism releases a significant amount of volatile blocking agent upon curing and generates a weight loss of the unwanted film, also known as bake removal loss, which necessitates the purification of the exhaust air exhausted from the oven, which is undesirable in the resin solids. Contribute to loss. In addition, the volatile blocking agents released upon curing may adversely affect various coating properties, for example to produce a rough film surface.

1986년 10월 7일 허여된 맥컬럼 (McCollum) 등의 미국 특허 제 4,615,779 호는 필름을 가열하여 경화시키는 경우 중량 손실을 감소시키기 위해 저분자량의 알코올 블로킹제를 사용할 것을 제안하고 있다. 그러나, 이러한 블로킹제는 바람직하지 못한 필름 결함을 생성할 수 있다. 1995년 7월 11일 허여된 디셈버 (December) 등의 미국 특허 제 5,431,791 호에는 블로킹된 폴리이소시아네이트 대신 여전히 바람직한 우레탄 가교를 제공하지만 베이킹 제거 손실 및 블로킹된 폴리이소시아네이트 경화제의 사용에 수반하는 다른 문제점을 피할 수 있는, 복수개의 시클릭 카르보네이트기를 갖는 경화제의 사용을 기재하고 있다. 그러나, 시클릭 카르보네이트는 종종 주요 유탁액 내로 혼입시키기가 어렵다.United States Patent No. 4,615,779 to McCollum et al., Issued October 7, 1986, suggests the use of low molecular weight alcohol blocking agents to reduce weight loss when the film is cured by heating. However, such blocking agents can create undesirable film defects. U.S. Patent No. 5,431,791, issued July 11, 1995, still provides desirable urethane crosslinks in place of blocked polyisocyanates, but suffers from loss of baking removal and other problems associated with the use of blocked polyisocyanate curing agents. The use of a curing agent having a plurality of cyclic carbonate groups is described, which can be avoided. However, cyclic carbonates are often difficult to incorporate into the main emulsion.

따라서, 목적하는 코팅 특성을 유지하면서 휘발물의 방출 및 베이킹 제거 손실을 감소시키는 음극 전기코팅 조성물을 위한 새로운 가교제에 대한 필요는 여전히 남아 있다. Accordingly, there remains a need for new crosslinkers for negative electrode electrocoating compositions that reduce volatile release and bake removal losses while maintaining the desired coating properties.

<발명의 요약>Summary of the Invention

본 발명은 에폭시-아민 첨가 생성물의 필름 형성 결합제, 에폭시-아민 첨가 생성물용 가교제, 및 에폭시-아민 첨가 생성물용 중화제인 유기 또는 무기 산을 갖는 개선된 수성 음극 전기코팅 조성물에 관한 것으로, 에폭시-아민 첨가 생성물의 아민기와 반응할 수 있는 평균적으로 1 분자당 2개 이상의 모르폴린 디온기를 갖는 가교제를 사용하는 것을 개선점으로 한다. 추가의 가교제도 고도로 가교된 최종 필름 네트워크를 제공하는 데 바람직하게 사용된다.The present invention relates to an improved aqueous negative electrode electrocoating composition having an organic or inorganic acid which is a film forming binder of an epoxy-amine addition product, a crosslinking agent for an epoxy-amine addition product, and a neutralizer for an epoxy-amine addition product. An improvement is the use of a crosslinking agent having on average two or more morpholine dione groups per molecule which can react with the amine groups of the addition product. Additional crosslinking agents are also preferably used to provide a highly crosslinked final film network.

본 발명은 모르폴린 디온기와 아민기의 가교 반응이 비교적 저온에서 일어나며 휘발성 부산물을 방출시키지 않는다는 발견에 기초한 것이다. 따라서, 경화시 베이킹 제거 손실을 상당히 감소시키고, 블로킹된 폴리이소시아네이트 경화제의 사용에 수반되는 문제점을 상당히 피할 수 있다는 것을 마침내 발견하였다.The present invention is based on the discovery that the crosslinking reaction of morpholine dione and amine groups occurs at relatively low temperatures and does not release volatile byproducts. Thus, it has finally been found that significantly reduces the bake removal loss upon curing and significantly avoids the problems associated with the use of blocked polyisocyanate curing agents.

상기 임의의 조성물을 사용하여 도전성 기판을 음극 전기코팅하는 방법 및 상기 임의의 조성물로 코팅된 도전성 물품도 본 발명의 일부를 형성한다. Methods of cathode electrocoating conductive substrates using any of the above compositions and conductive articles coated with any of the above compositions also form part of the present invention.

본 발명의 전기코팅 조성물은 음극 필름 형성 결합제, 첨가제, 안료 분산제 수지, 안료 등의 주요 유탁액의 고체 함유량이 바람직하게는 약 5 내지 50 중량%인 수성 조성물이며, 통상 유기 응집 용매를 함유한다.The electrocoating composition of the present invention is an aqueous composition in which the solids content of main emulsions such as negative electrode film forming binders, additives, pigment dispersant resins, pigments and the like is preferably about 5 to 50% by weight, and usually contains an organic flocculant solvent.

본 발명의 음극 전기코팅 조성물을 형성하기 위해 사용되는 주요 유탁액의 필름 형성 결합제는 에폭시-아민 첨가 생성물 및 신규한 모르폴린 디온기 함유 가교제이다. 에폭시-아민 첨가 생성물은 통상 바람직하게는 사슬이 연장되고 아민과 반응하여 아민기를 갖는 첨가 생성물을 형성한 후 산으로 중화시킨 에폭시 수지로부터 형성된다. 에폭시-아민 첨가 생성물을 통상 가교 수지와 블렌딩하고 산으로 중화시킨 후 물로 전화하여 주요 유탁액으로 지칭되는 수성 유탁액을 형성한다. 그 후, 다른 성분, 예컨대 안료 페이스트 형태의 안료, 응집 용매, 크레이터 방지제, 유연제, 소포제, 습윤제, 및 시판의 전기코팅 조성물을 형성하기 위한 촉매 등의 다른 첨가제를 주요 유탁액에 첨가한다. 전형적인 수성 음극 전기코팅 조성물은 1991년 12월 3일 허여된 드브로이 (DeBroy) 등의 미국 특허 제 5,070,149 호 및 상기 미국 특허 제 3,922,253 호; 동 제 4,419,467 호; 동 제 4,137,140 호 및 동 제 4,468,307 호에 나타나 있다.The film forming binders of the main emulsions used to form the negative electrode electrocoating compositions of the present invention are epoxy-amine addition products and novel morpholine dione group containing crosslinkers. Epoxy-amine addition products are usually formed from epoxy resins which are chain-extended and react with amines to form addition products with amine groups and then neutralized with acid. The epoxy-amine addition product is usually blended with the crosslinking resin, neutralized with acid and then converted to water to form an aqueous emulsion called main emulsion. Other components such as pigments in the form of pigment pastes, flocculant solvents, anti-cratering agents, softeners, antifoams, wetting agents, and catalysts for forming commercially available electrocoating compositions are then added to the main emulsion. Typical aqueous cathode electrocoating compositions include U.S. Patent Nos. 5,070,149 and 3,922,253 to DeBroy et al., Issued Dec. 3, 1991; 4,419,467; 4,137,140 and 4,468,307.

신규한 모르폴린 디온 가교제로 제형된 본 발명의 전기코팅 조성물의 이점은 전착 후 경화시 필름으로부터 발생하는 휘발물의 방출 및 베이킹 제거 손실, 및 부대 중량 손실을 감소시키는 것이다. 또한, 전기코팅 조성물은 종래의 알코올 블로킹된 폴리이소시아네이트 가교제만을 함유하는 전기코팅 조성물과 비교하여 경화 온도가 더 낮고, 연부 내식성이 보다 우수하며, 외관이 더 평활하다.An advantage of the inventive electrocoating compositions formulated with the novel morpholine dione crosslinkers is to reduce the release and baking removal losses of volatiles resulting from the film upon curing after electrodeposition, and the associated weight loss. In addition, the electrocoating composition has a lower curing temperature, better edge corrosion resistance, and smoother appearance compared to the electrocoating composition containing only the alcohol-blocked polyisocyanate crosslinker.

신규한 조성물의 에폭시-아민 첨가 생성물은 바람직하게는 사슬이 연장된 후 아민과 반응하는 에폭시 수지로 형성된다. 얻어진 에폭시-아민 첨가 생성물은 반응성 히드록실기, 에폭시기 및 아민기를 갖는다.The epoxy-amine addition product of the novel composition is preferably formed of an epoxy resin that reacts with the amine after the chain is extended. The obtained epoxy-amine addition product has a reactive hydroxyl group, an epoxy group, and an amine group.

에폭시-아민 첨가 생성물에 사용되는 에폭시 수지는 에폭시 당량이 약 150 내지 2,000인 폴리에폭시-히드록시-에테르 수지이다.The epoxy resin used in the epoxy-amine addition product is a polyepoxy-hydroxy-ether resin having an epoxy equivalent of about 150 to 2,000.

에폭시 당량은 에폭시 1 그램 당량을 함유하는 수지의 그램 단위의 중량이다.Epoxy equivalent is the weight in grams of resin containing 1 gram equivalent of epoxy.

이러한 에폭시 수지는 1 분자당 2 이상의 1,2-에폭시 (즉, 말단) 등량을 갖는 임의의 에폭시-히드록시 함유 중합체, 즉, 평균적으로 1 분자당 2개 이상의 에폭시기를 갖는 폴리에폭시드일 수 있다. 시클릭 폴리올의 폴리글리시딜 에테르가 바람직하다. 비스페놀 A 등의 다가 페놀의 폴리글리시딜 에테르가 특히 바람직하다. 이러한 폴리에폭시드는 다가 페놀을 알칼리 존재하에 에피클로로히드린 또는 디클로로히드린 등의 에피할로히드린 또는 디할로히드린으로 에테르화하여 제조할 수 있다. 다가 페놀의 예로는 2,2-비스-(4-히드록시페닐)에탄, 2-메틸-1,1-비스-(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스-(4-히드록시-3-3차부틸페닐)프로판, 1,1-비스-(4-히드록시페놀)에탄, 비스-(2-히드록시나프틸)메탄, 1,5-디히드록시-3-나프탈렌 등이 있다.Such epoxy resins may be any epoxy-hydroxy containing polymer having at least two, 1,2-epoxy (ie, terminal) equivalents per molecule, ie, polyepoxides having, on average, at least two epoxy groups per molecule. Preference is given to polyglycidyl ethers of cyclic polyols. Polyglycidyl ethers of polyhydric phenols such as bisphenol A are particularly preferred. Such polyepoxides can be prepared by etherifying polyhydric phenols with epihalohydrin or dihalohydrin such as epichlorohydrin or dichlorohydrin in the presence of alkali. Examples of polyhydric phenols include 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) ethane, 2-methyl-1,1-bis- (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis- (4-hydroxy -3-tert-butylphenyl) propane, 1,1-bis- (4-hydroxyphenol) ethane, bis- (2-hydroxynaphthyl) methane, 1,5-dihydroxy-3-naphthalene and the like have.

다가 페놀 이외에, 시클릭 폴리올 유도체의 폴리글리시딜 에테르를 제조하는 데 다른 시클릭 폴리올을 사용할 수 있다. 다른 시클릭 폴리올의 예로는 지환족 폴리올, 특히 1,2-비스-(히드록시메틸)시클로헥산, 1,3-비스-(히드록시메틸)시클로헥산, 1,2-시클로헥산 디올, 1,4-시클로헥산 디올 및 수소화된 비스페놀 A 등의 지환족 폴리올이 있다.In addition to the polyhydric phenols, other cyclic polyols can be used to prepare polyglycidyl ethers of cyclic polyol derivatives. Examples of other cyclic polyols are alicyclic polyols, in particular 1,2-bis- (hydroxymethyl) cyclohexane, 1,3-bis- (hydroxymethyl) cyclohexane, 1,2-cyclohexane diol, 1, Alicyclic polyols such as 4-cyclohexane diol and hydrogenated bisphenol A.

에폭시 수지는, 예를 들어 상기 임의의 다가 페놀로 사슬 연장될 수 있다. 바람직한 사슬 연장제는 비스페놀 A 및 에톡실화된 비스페놀 A이고 바람직하게는 이러한 페놀의 조합물이다. 또한, 폴리에폭시드는 유동성 및 응집성을 향상시키는 폴리에테르 또는 폴리에스테르 폴리올로 사슬 연장될 수 있다. 대표적인 유용한 사슬 연장제는 폴리카프롤락톤 디올 등의 폴리올, 예컨대 유니온 카바이드/다우사 (Union Carbide/Dow Corporation) 제조의 톤 (Tone; 등록상표) 200 시리즈 및 에톡실화된 비스페놀 A, 예컨대 밀리켄 케미컬사 (Milliken Chemical Company) 제조의 신팩 (SYNFAC; 등록상표) 8009이다.The epoxy resin can, for example, be chain extended with any of the above polyhydric phenols. Preferred chain extenders are bisphenol A and ethoxylated bisphenol A and are preferably combinations of these phenols. In addition, polyepoxides can be chain extended with polyether or polyester polyols that improve flow and cohesiveness. Representative useful chain extenders include polyols, such as polycaprolactone diols, such as the Tone® 200 series manufactured by Union Carbide / Dow Corporation and ethoxylated bisphenol A, such as Milliken Chemical SYNFAC® 8009 manufactured by Milliken Chemical Company.

폴리에테르 폴리올의 예 및 사슬 연장 조건이 미국 특허 제 4,468,307 호에 개시되어 있다. 사슬 연장용 폴리에스테르 폴리올의 예는 1979년 4월 10일 허여된 마르체티 (Marchetti) 등의 미국 특허 제 4,148,772 호에 개시되어 있다.Examples of polyether polyols and chain extension conditions are disclosed in US Pat. No. 4,468,307. Examples of chain extending polyester polyols are disclosed in US Pat. No. 4,148,772 to Marchetti et al. Issued April 10, 1979.

상기 폴리에폭시 히드록시 에테르 수지의 형성에 사용되는 대표적인 촉매는 디메틸벤질아민 등의 3차 아민 및 에틸 또는 다른 알킬 트리페닐 포스포늄 요오다이드 등의 유기 금속 착물이다.Representative catalysts used in the formation of the polyepoxy hydroxy ether resins are tertiary amines such as dimethylbenzylamine and organometallic complexes such as ethyl or other alkyl triphenyl phosphonium iodide.

케티민 및(또는) 2차 아민 및(또는) 1차 아민을 캡핑에 사용할 수 있으며, 즉, 수지의 에폭시 말단기와 반응하여 에폭시-아민 첨가 생성물을 형성할 수 있다. 잠재적인 1차 아민인 케티민은 케톤을 1차 아민과 반응시켜 형성된다. 반응 중 형성된 물은 예를 들어 공비 증류로 제거한다. 유용한 케톤으로는 탄소수 3 내지 13의 디알킬, 디아릴 및 알킬아릴 케톤을 들 수 있다. 상기 케티민을 형성하는 데 사용되는 케톤의 구체적인 예로는 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 n-부틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 이소아밀 케톤, 메틸 아릴 케톤, 에틸 이소아밀 케톤, 에틸 아밀 케톤, 아세토페논 및 벤조페논을 들 수 있다. 적합한 디아민은 에틸렌디아민, 1,3-디아미노프로판, 1,4-디아미노부탄, 1,6-디아미노헥산, 4,9-디옥소도데칸 및 1,12-도데칸디아민 등이다. 통상 유용한 케티민의 하나는 디에틸렌 트리아민 및 메틸 이소부틸 케톤의 케티민인 디케티민이다.Ketamine and / or secondary amines and / or primary amines may be used for capping, ie, reacted with the epoxy end groups of the resin to form the epoxy-amine addition product. Ketamine, a potential primary amine, is formed by reacting a ketone with a primary amine. Water formed during the reaction is removed, for example, by azeotropic distillation. Useful ketones include dialkyl, diaryl and alkylaryl ketones having 3 to 13 carbon atoms. Specific examples of ketones used to form the ketimine include acetone, methyl ethyl ketone, methyl n-butyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl isoamyl ketone, methyl aryl ketone, ethyl isoamyl ketone, ethyl amyl ketone, aceto Phenone and benzophenone. Suitable diamines are ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane, 4,9-dioxododecane and 1,12-dodecanediamine and the like. One commonly useful ketimine is diketamine, a ketimine of diethylene triamine and methyl isobutyl ketone.

에폭시-아민 첨가 생성물을 형성하는 데 사용할 수 있는 통상의 유용한 1차 및 2차 아민은 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 이소부틸아민, 벤질아민 등; 및 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디이소프로필아민, 디부틸아민 등이다. 에탄올아민, 프로판올아민 등; 및 메틸에탄올아민, 에틸에탄올아민, 페닐에탄올아민, 디에탄올아민 등의 알칸올 아민이 바람직하다. 사용가능한 다른 아민은 본원에 참조로 포함된 상기 미국 특허 제 4,419,467 호에 기재되어 있다.Common useful primary and secondary amines that can be used to form the epoxy-amine addition product include methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, isobutylamine, benzylamine, and the like; And dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, diisopropylamine, dibutylamine and the like. Ethanolamine, propanolamine and the like; And alkanol amines such as methylethanolamine, ethyl ethanolamine, phenylethanolamine and diethanolamine. Other amines that can be used are described in US Pat. No. 4,419,467, incorporated herein by reference.

아민기가 본 발명에 채용된 모르폴린 디온 가교제와 반응하는 것을 드디어 발견하였다.It was finally discovered that the amine group reacts with the morpholine dione crosslinking agent employed in the present invention.

전기코팅 조성물의 음극 결합제는 약 20 내지 80 중량%의 상기 에폭시-아민 첨가 생성물 및 이에 따라 80 내지 20 %의 모르폴린 디온 가교제를 함유한다.The negative electrode binder of the electrocoating composition contains about 20 to 80% by weight of the epoxy-amine addition product and thus 80 to 20% of morpholine dione crosslinker.

상기 지적한 바와 같이, 본 발명의 코팅 조성물은 평균적으로 1 분자당 1개 이상, 바람직하게는 2개 이상의 모르폴린 디온기를 갖는 신규한 경화제를 포함한다. 당업자에게 이해될 바와 같이, 단 1개의 모르폴린 디온기만 존재하는 경우, 가교제는 멜라민기 또는 이소시아네이트기 (블로킹되거나 블로킹되지 않음)를 예로 들 수 있으나 이들로 제한되지는 않는 다른 가교성기를 1개 이상 함유하여 필름을 경화시킬 수 있다. 경화 중, 모르폴린 디온기, 즉 가교성 관능기와 전기코팅 수지 내의 아민 관능기가 반응하여 경화 중 가교 네트워크를 형성하는 것으로 생각된다. 모르폴린 디온기와 아민 관능기의 반응은 개환 반응을 수반하므로 비교적 저온에서 일어나고 휘발성 부산물을 방출하지 않는다. 따라서, 이러한 형태의 경화 메커니즘은 필름을 가열하여 경화시키는 경우, 베이킹 제거 손실을 감소시키고 중량 손실에 기여하지 않는다. 또한, 이 경화 메커니즘은 실온에서는 활성 수소에 대해 안정하지만 단지 약간의 승온, 예컨대 275 ℉ 내지 325 ℉ (135 ℃ 내지 162.5 ℃)에서는 활성 수소와 반응한다는 것을 발견하였다.As noted above, the coating compositions of the present invention comprise, on average, novel curing agents having at least one, preferably at least two, morpholine dione groups per molecule. As will be appreciated by those skilled in the art, when only one morpholine dione group is present, the crosslinking agent may include, but is not limited to, one or more other crosslinkable groups, including but not limited to melamine groups or isocyanate groups (blocked or unblocked). It can contain and harden a film. During curing, it is believed that morpholine dione groups, ie, crosslinkable functional groups and amine functional groups in the electrocoating resin, react to form a crosslinked network during curing. The reaction of morpholine dione groups with amine functional groups involves ring opening reactions and therefore occurs at relatively low temperatures and does not release volatile byproducts. Thus, this type of curing mechanism reduces baking removal loss and does not contribute to weight loss when the film is heated to cure. It has also been found that this curing mechanism is stable to active hydrogen at room temperature but only reacts with active hydrogen at only slightly elevated temperatures such as 275 ° F. to 325 ° F. (135 ° C. to 162.5 ° C.).

보다 구체적으로는, 본 발명에 사용되는 신규한 모르폴린 디온 화합물은 아민과 반응하는 에폭시 수지로 형성되어 아민기와의 첨가 생성물을 제공하며, 이것은 에폭시기를 후속하여 옥살레이트와 반응하여 모르폴린 디온기로 전환시킨다.More specifically, the novel morpholine dione compounds used in the present invention are formed of an epoxy resin that reacts with an amine to provide an addition product with an amine group, which subsequently reacts with the oxalate to convert to an morpholine dione group. Let's do it.

모르폴린 디온 화합물의 제조에 사용되는 에폭시 수지는 에폭시 당량이 약 150 내지 2,000인 폴리에폭시 수지이며, 에폭시-아민 첨가 생성물용으로 상기 열거된 에폭시 수지라면 어느 것이나 모르폴린 디온 가교제에 사용할 수 있다.The epoxy resin used for the preparation of the morpholine dione compound is a polyepoxy resin having an epoxy equivalent of about 150 to 2,000, and any epoxy resin listed above for the epoxy-amine addition product may be used for the morpholine dione crosslinking agent.

상기 지적한 바와 같이, 이러한 에폭시 수지는 1 분자당 2 이상의 1,2-에폭시 등량을 갖는 임의의 에폭시-히드록시 함유 중합체, 즉, 평균적으로 1 분자당 2개 이상의 에폭시기를 갖는 폴리에폭시드일 수 있다. 시클릭 폴리올의 폴리글리시딜 에테르가 바람직하다. 비스페놀 A 등의 다가 페놀의 폴리글리시딜 에테르가 특히 바람직하다. 이러한 폴리에폭시드는 다가 페놀을 알칼리 존재하에 에피클로로히드린 또는 디클로로히드린 등의 에피할로히드린 또는 디할로히드린으로 에테르화하여 제조할 수 있다. 다가 페놀의 예로는 2,2-비스-(4-히드록시페닐)에탄, 2-메틸-1,1-비스-(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스-(4-히드록시-3-3차부틸페닐)프로판, 1,1-비스-(4-히드록시페놀)에탄, 비스-(2-히드록시나프틸)메탄, 1,5-디히드록시-3-나프탈렌 등이 있다. As noted above, such epoxy resins may be any epoxy-hydroxy containing polymer having at least two, 1,2-epoxy equivalents per molecule, ie, polyepoxides having, on average, at least two epoxy groups per molecule. Preference is given to polyglycidyl ethers of cyclic polyols. Polyglycidyl ethers of polyhydric phenols such as bisphenol A are particularly preferred. Such polyepoxides can be prepared by etherifying polyhydric phenols with epihalohydrin or dihalohydrin such as epichlorohydrin or dichlorohydrin in the presence of alkali. Examples of polyhydric phenols include 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) ethane, 2-methyl-1,1-bis- (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis- (4-hydroxy -3-tert-butylphenyl) propane, 1,1-bis- (4-hydroxyphenol) ethane, bis- (2-hydroxynaphthyl) methane, 1,5-dihydroxy-3-naphthalene and the like have.

다가 페놀 이외에, 시클릭 폴리올 유도체의 폴리글리시딜 에테르를 제조하는 데 다른 시클릭 폴리올을 사용할 수 있다. 다른 시클릭 폴리올의 예로는 지환족 폴리올, 특히 1,2-비스-(히드록시메틸)시클로헥산, 1,3-비스-(히드록시메틸)시클로헥산, 1,2-시클로헥산 디올, 1,4-시클로헥산 디올 및 수소화된 비스페놀 A 등의 지환족 폴리올이 있다. In addition to the polyhydric phenols, other cyclic polyols can be used to prepare polyglycidyl ethers of cyclic polyol derivatives. Examples of other cyclic polyols are alicyclic polyols, in particular 1,2-bis- (hydroxymethyl) cyclohexane, 1,3-bis- (hydroxymethyl) cyclohexane, 1,2-cyclohexane diol, 1, Alicyclic polyols such as 4-cyclohexane diol and hydrogenated bisphenol A.

올리고머 폴리에폭시드 또는 중합성 폴리에폭시드, 예컨대 글리시딜 메타크릴레이트 또는 에폭시 말단 폴리글리시딜 에테르를 함유하는 아크릴 중합체 또는 올리고머를 사용할 수도 있다. 아크릴 중합체의 제조에 통상 사용되는 단량체는 스티렌, 메틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 에틸 헥실 메타크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트 등이다. 그러나, 아크릴 중합체는 히드록실 알코올기가 모르폴린 디온기의 형성 반응을 방해할 수 있으므로 임의의 히드록시 관능성 단량체, 예컨대 히드록시 알킬 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 함유해서는 안 된다. 에폭시 노볼락, 특히 에폭시 크레졸 및 에폭시 페놀 노볼락 등의 다른 폴리에폭시드 수지를 본 발명에 사용하여 주요 유탁액을 형성할 수도 있다. 에폭시 노볼락은 통상 오르토크레졸 또는 페놀과 포름알데히드의 반응으로 형성되는 노볼락 수지와 에피클로로히드린을 반응시켜 통상 제조된다. 임의의 폴리에폭시드로써, 에폭시 노볼락은 알킬 아민 및 디알킬 옥살레이트와 반응하여 모르폴린 디온 가교제를 형성할 수 있다.It is also possible to use acrylic polymers or oligomers containing oligomeric polyepoxides or polymerizable polyepoxides such as glycidyl methacrylate or epoxy terminated polyglycidyl ethers. Monomers commonly used in the production of acrylic polymers are styrene, methyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, ethyl hexyl methacrylate, glycidyl acrylate and glycidyl methacrylate and the like. However, the acrylic polymer should not contain any hydroxy functional monomers such as hydroxy alkyl acrylates and methacrylates since the hydroxyl alcohol groups may interfere with the formation reaction of the morpholine dione group. Other polyepoxide resins, such as epoxy novolacs, in particular epoxy cresols and epoxy phenol novolacs, may also be used in the present invention to form main emulsions. Epoxy novolac is usually prepared by reacting epichlorohydrin with a novolak resin, which is usually formed by the reaction of orthocresol or phenol with formaldehyde. As any polyepoxide, the epoxy novolac can react with alkyl amines and dialkyl oxalates to form morpholine dione crosslinkers.

모르폴린 디온의 제조에 사용되는 아민은 바람직하게는 1차 아민이다. 1차 아민은 수지의 에폭시기와 반응하여 모르폴린 디온 구조를 형성할 수 있는 아미노 알코올기를 그 위에 형성한다. 유용한 1차 아민에는 에폭시-아민 첨가 생성물을 형성하는 데 사용되는 상기 열거된 것들은 어느 것이나 포함된다. 알킬기 중 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬 아민이 특히 바람직하다. t-부틸 아민 등의 입체 장해 1차 아민이 가장 바람직하다. 장해 아민은 에폭시드의 이량체화를 방지하고 목적하는 에폭시 개환 반응을 돕는다.The amine used for the preparation of morpholine dione is preferably a primary amine. Primary amines form amino alcohol groups thereon which can react with the epoxy groups of the resin to form morpholine dione structures. Useful primary amines include any of those listed above used to form epoxy-amine addition products. Particular preference is given to alkyl amines having 1 to 15 carbon atoms in the alkyl group. Most preferred are steric hindrance primary amines such as t-butyl amine. Hindered amines prevent dimerization of the epoxide and aid in the desired epoxy ring opening reaction.

이어서, 생성된 첨가 생성물을 통상의 임의의 옥살레이트 에스테르와 반응시켜 닫힌 고리를 만들고 그 위에 가교성 모르폴린 디온기를 형성할 수 있다. 반응중 형성된 알코올은 예를 들어 공비 증류로 제거한다. 모르폴린 디온 화합물을 형성하는 데 유용한 옥살레이트로는 알킬기 중 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 디알킬 옥살레이트를 들 수 있으며, 그 중 디에틸 옥살레이트가 가장 바람직하다.The resulting addition product can then be reacted with any conventional oxalate ester to form a closed ring and form a crosslinkable morpholine dione group thereon. Alcohols formed during the reaction are removed, for example, by azeotropic distillation. Oxalates useful for forming morpholine dione compounds include dialkyl oxalates having 1 to 15 carbon atoms in the alkyl group, of which diethyl oxalate is most preferred.

본 발명에 사용되는 모르폴린 디온 화합물의 수평균 분자량은 높은 유동성 및 필름의 높은 평활도를 달성하기 위해 바람직하게는 약 2,000 미만, 더욱 바람직하게는 약 1,500 미만이다. 수평균 분자량의 바람직한 범위는 400 내지 1,200이다. 본원에 개시된 모든 분자량은 폴리스티렌 표준물을 사용한 겔 투과 크로마토그래피로 측정한다. 이들 화합물은 바람직하게는 블로킹된 표준 폴리이소시아네이트보다 훨씬 낮은 베이킹 온도, 바람직하게는 275 ℉ 내지 325 ℉ (135 ℃ 내지 162.5 ℃)에서 가아민 분해 반응시 활성화 (즉, 개환)된다. 비교로써, 블로킹된 표준 폴리이소시아네이트는 현재 330 ℉ (165.5 ℃) 이상에서 베이킹되어 이소시아네이트 블로킹을 해제하고 경화 반응을 시작한다.The number average molecular weight of the morpholine dione compound used in the present invention is preferably less than about 2,000, more preferably less than about 1,500 in order to achieve high fluidity and high smoothness of the film. The preferable range of a number average molecular weight is 400-1,200. All molecular weights disclosed herein are determined by gel permeation chromatography using polystyrene standards. These compounds are activated (ie, ring-opened) during the amine decomposition reaction, preferably at much lower baking temperatures than the blocked standard polyisocyanates, preferably from 275 ° F. to 325 ° F. (135 ° C. to 162.5 ° C.). As a comparison, blocked standard polyisocyanates are currently baked at 330 ° F. (165.5 ° C.) or higher to release isocyanate blocking and begin the curing reaction.

본 발명에서 가교제로서 유용한 모르폴린 디온 화합물의 바람직한 일 부류는 방향족 폴리에폭시-히드록시-에테르 수지, 예컨대 비스페놀 A의 폴리글리시딜 에테르와 알킬 아민 및 디알킬 옥살레이트의 반응 생성물이다. 이 부류 내에서 유용한 화합물의 예는 하기 화학식 1로 표시되는 것이다.One preferred class of morpholine dione compounds useful as crosslinking agents in the present invention are the reaction products of aromatic polyepoxy-hydroxy-ether resins such as polyglycidyl ethers of bisphenol A with alkyl amines and dialkyl oxalates. Examples of compounds useful within this class are those represented by the following formula (1).

상기 식 중, R은 독립적으로 탄소수 1 내지 10, 바람직하게는 탄소수 2 내지 6의 알킬기이며, n은 0 또는 1 내지 4의 양의 정수이다.In said formula, R is independently a C1-C10, Preferably it is a C2-C6 alkyl group, n is 0 or a positive integer of 1-4.

본 발명에서 유용한 모르폴린 디온 화합물의 바람직한 다른 부류는 에폭시 노볼락 수지, 예컨대 에폭시 페놀 노볼락과 알킬 아민 및 디알킬 옥살레이트의 반응 생성물이다. 이 부류 내에서 유용한 화합물의 예는 하기 화학식 2로 표시되는 것이다.Another preferred class of morpholine dione compounds useful in the present invention are the reaction products of epoxy novolac resins such as epoxy phenol novolacs with alkyl amines and dialkyl oxalates. Examples of compounds useful within this class are those represented by the following formula (2).

상기 식 중, R은 독립적으로 탄소수 1 내지 8, 바람직하게는 탄소수 2 내지 6의 알킬기이며, n은 0 또는 1 내지 4의 양의 정수이다.In said formula, R is independently a C1-C8, Preferably it is a C2-C6 alkyl group, n is 0 or a positive integer of 1-4.

코팅 조성물에 사용되는 신규한 모르폴린 디온 화합물은 몇몇의 상이한 접근법 중 어느 하나로 제조할 수 있다. 에폭시 수지로부터 모르폴린 디온 화합물을 제조하는 바람직한 방법은 1차 아민이 담긴 반응 용기에 에폭시 수지를 서서히 충전하고, 적외선 주사에 의해 에폭시기가 모두 반응한 것으로 나타날 때까지 반응 온도를 -10 ℃ 내지 100 ℃, 바람직하게는 10 ℃ 내지 40 ℃로 유지시키는 단계적인 방법이다. 이 반응에서 에폭시기 대 아민기의 몰비는 바람직하게는 1:1 내지 1:10, 더욱 바람직하게는 1:1이지만, 당업자에게 이해될 바와 같이 여러가지 이유로 상기 범위로부터 변동이 있다. 상기 반응은 바람직하게는 반응 용기 내에서 점도를 감소시키기 위해 에탄올 등의 극성 용매의 존재하에 수행된다. 과잉 아민은 바람직하게는 디알킬 옥살레이트를 첨가하기 전에 제거한다. 이어서, 디알킬 옥살레이트 및 적절한 촉매, 예컨대 4-디메틸아미노피리딘을 반응 용기에 충전하고, 적외선 주사에 의해 에폭시-아미노기가 모두 닫힌 고리를 만들어 모르폴린 디온기로 전환된 것으로 나타날 때까지 반응 용기를 통상 환류 온도로 유지한다. 이 반응에서 아민기 대 옥살레이트기의 몰비는 바람직하게는 0.8:1 내지 1:0.8, 더욱 바람직하게는 1:1이다. 이 반응에서 형성된 알코올은 예를 들어 공비 증류로 제거한다.The novel morpholine dione compounds used in coating compositions can be prepared in any of several different approaches. The preferred method for preparing the morpholine dione compound from the epoxy resin is to slowly charge the epoxy resin into the reaction vessel containing the primary amine, and the reaction temperature is -10 ° C to 100 ° C until all the epoxy groups are reacted by infrared scanning. Preferably, it is a stepwise process maintained at 10 ° C to 40 ° C. The molar ratio of epoxy groups to amine groups in this reaction is preferably 1: 1 to 1:10, more preferably 1: 1, but there are variations from this range for various reasons as will be appreciated by those skilled in the art. The reaction is preferably carried out in the presence of a polar solvent such as ethanol to reduce the viscosity in the reaction vessel. Excess amine is preferably removed before the addition of the dialkyl oxalate. The reaction vessel is then charged normally with dialkyl oxalate and a suitable catalyst, such as 4-dimethylaminopyridine, until the epoxy-amino groups are all closed rings by infrared scanning to show that they have been converted to morpholine dione groups. Maintain at reflux temperature. The molar ratio of amine groups to oxalate groups in this reaction is preferably 0.8: 1 to 1: 0.8, more preferably 1: 1. The alcohol formed in this reaction is removed, for example, by azeotropic distillation.

상기 형성 공정에 사용되는 대표적인 촉매는 3차 아민이며, 가장 특별히는 4-디메틸아미노피리딘이다.Representative catalysts used in the formation process are tertiary amines, most particularly 4-dimethylaminopyridine.

상기 형성 공정에 사용할 수 있는 대표적인 용매는 메틸 아밀 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤 등의 케톤, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소, 프로필렌 카르보네이트, n-메틸 피롤리돈 등의 알킬렌 카르보네이트, 에테르, 에스테르, 아세테이트 및 이들의 임의의 혼합물이지만, 에탄올 등의 극성 용매가 통상 바람직하다. Representative solvents that can be used in the formation process include ketones such as methyl amyl ketone, methyl isobutyl ketone and methyl ethyl ketone, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, propylene carbonate, alkylene carbonates such as n-methyl pyrrolidone Carbonates, ethers, esters, acetates and any mixtures thereof, but polar solvents such as ethanol are usually preferred.

상기 지적한 바와 같이, 반응 조건은 바람직하게는 분자 중 미반응한 에폭시기를 실질적으로 잔류시키지 않으면서, 100 % 또는 최대한 100 %에 가깝게 에폭시기를 반응시켜 모르폴린 디온기로 전환될 수 있도록 선택된다.As noted above, the reaction conditions are preferably selected such that they can be converted to morpholine dione groups by reacting the epoxy groups to 100% or as close to 100% as possible without substantially remaining unreacted epoxy groups in the molecule.

생성된 모르폴린 디온 화합물은 결합제의 총 중량에 대해 약 10 내지 60 %, 바람직하게는 약 15 내지 40 %로 양을 변화시키면서 본 발명의 코팅 조성물에 사용될 수 있다. 가장 바람직하게는, 이러한 모르폴린 디온 화합물의 약 20 내지 30 중량%가 결합제 중 포함되는 것이다.The resulting morpholine dione compound can be used in the coating composition of the present invention with varying amounts of about 10 to 60%, preferably about 15 to 40%, relative to the total weight of the binder. Most preferably, about 20-30% by weight of this morpholine dione compound is included in the binder.

상술한 바와 같이 에폭시 수지로부터 유도된 모르폴린 디온 화합물 이외에, 당업자에 의해 이해될 바와 같이 다른 모르폴린 디온 화합물도 본 발명에 사용할 수 있다.In addition to the morpholine dione compounds derived from epoxy resins as described above, other morpholine dione compounds may be used in the present invention as will be appreciated by those skilled in the art.

임의로, 본 코팅 조성물은 바람직하게는 모르폴린 디온 가교제와 함께 추가의 가교제를 더 함유할 수 있다. 추가의 가교제는 본 코팅 조성물에 사용된 가교 성분의 총 중량의 0 내지 99 %를 이룰 수 있다. 추가의 가교제는 수지계 내에 존재하는 임의의 잔존 활성 수소기와 반응시키는 데 사용될 수 있다. 추가의 가교제의 예에는 종래 공지된 블로킹된 폴리이소시아네이트 가교제라면 어느 것이나 포함될 수 있다. 이들은 지방족, 지환족 및 방향족 이소시아네이트, 예컨대 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 시클로헥사메틸렌 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 등이다. 방향족 디이소시아네이트, 예컨대 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트가 바람직하다. 이들 이소시아네이트를 옥심, 알코올 또는 카프롤락탐 등의 블로킹제와 예비 반응시켜 이소시아네이트 관능기를 블로킹한다. 블로킹제의 바람직한 일 혼합물은 메탄올, 에탄올 및 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르이다. 가열시, 블로킹제는 분리되어 반응성 이소시아네이트기를 제공하고 에폭시-아민 첨가 생성물과 추가 가교를 발생시킨다. 이소시아네이트 가교제 및 블로킹제는 당업계에 공지되어 있으며, 본원에 참조로서 포함되고 1979년 4월 10일 허여된 마르체티 등의 미국 특허 제 4,419,467 호에 개시되어 있다. 멜라민 가교제를 사용할 수도 있다.Optionally, the present coating composition may further contain additional crosslinking agents, preferably with morpholine dione crosslinking agents. The additional crosslinking agent may comprise 0 to 99% of the total weight of the crosslinking component used in the present coating composition. Additional crosslinkers can be used to react with any remaining active hydrogen groups present in the resin system. Examples of further crosslinking agents can include any conventionally known blocked polyisocyanate crosslinking agent. These are aliphatic, cycloaliphatic and aromatic isocyanates such as hexamethylene diisocyanate, cyclohexamethylene diisocyanate, toluene diisocyanate, methylene diphenyl diisocyanate and the like. Aromatic diisocyanates such as methylene diphenyl diisocyanate are preferred. These isocyanates are preliminarily reacted with a blocking agent such as oxime, alcohol or caprolactam to block the isocyanate functional groups. One preferred mixture of blocking agents is methanol, ethanol and diethylene glycol monobutyl ether. Upon heating, the blocking agent separates to provide reactive isocyanate groups and cause further crosslinking with the epoxy-amine addition product. Isocyanate crosslinkers and blocking agents are known in the art and are disclosed in US Pat. No. 4,419,467 to Marchetti et al., Incorporated herein by reference and issued April 10, 1979. Melamine crosslinkers can also be used.

에폭시-아민 첨가 생성물의 음극 결합제 및 가교제(들)는 전기코팅 조성물 중 주요한 수지 성분이며, 통상 조성물의 고상물의 약 30 내지 50 중량%의 양으로 존재한다. 음극 결합제의 염기성기 (아민기)는 산으로 부분적으로 또는 완전히 중화되어 수용성 생성물을 형성한다. 에폭시-아민 첨가 생성물을 중화하여 수분산성 양이온기를 형성하는 데 사용되는 대표적인 산은 락트산, 아세트산, 포름산, 설팜산, 알칸 술폰산, 예컨대 메탄술폰산, 에탄술폰산, 프로판술폰산 등이다. 알칸 술폰산이 통상 바람직하다. 중화도는 각각의 개별적인 경우에 사용된 결합제의 특성에 좌우된다. 통상, 충분한 산을 첨가하여 pH 약 5.5 내지 8.0의 전기코팅 조성물을 제공한다. 전기코팅조를 형성하기 위해, 전기코팅 조성물의 고상물을 통상 수성 매질을 사용하여 목적하는 전해조 고상물로 환원시킨다.The negative electrode binder and crosslinker (s) of the epoxy-amine addition product are the major resin components in the electrocoating composition and are usually present in amounts of about 30-50% by weight of the solids of the composition. The basic group (amine group) of the negative electrode binder is partially or completely neutralized with an acid to form a water soluble product. Representative acids used to neutralize the epoxy-amine addition product to form water dispersible cationic groups are lactic acid, acetic acid, formic acid, sulfamic acid, alkanesulfonic acids such as methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, propanesulfonic acid and the like. Alkanesulfonic acid is usually preferred. The degree of neutralization depends on the nature of the binder used in each individual case. Typically, sufficient acid is added to provide an electrocoating composition with a pH of about 5.5 to 8.0. To form the electrocoating bath, the solids of the electrocoating composition are usually reduced to the desired electrolytic cell solids using an aqueous medium.

상기 결합제 수지 성분 이외에, 전기코팅 조성물은 통상 안료 페이스트 형태로 조성물 내로 혼입되는 안료를 함유한다. 안료 페이스트는 안료를 분쇄하거나 경화 촉매 및 다른 임의 성분, 예컨대 크레이터 방지제, 습윤제, 계면활성제 및 소포제로 분쇄 전색제 내에 안료를 분산시켜 제조된다. 당업계에 공지된 안료 분쇄 전색제는 어떤 것이라도 사용할 수 있다. 통상, 에이거 (Eiger) 밀, 다이노밀 (Dynomill) 또는 샌드 밀 등의 당업계에 공지된 통상의 장치를 사용하여 분쇄를 행한다. 통상 헤그만 (Hegman) 도수로 최소 7 이상이 얻어질 때까지 분쇄를 약 2 내지 3 시간 동안 수행한다.In addition to the binder resin component, the electrocoating composition usually contains a pigment incorporated into the composition in the form of a pigment paste. Pigment pastes are prepared by pulverizing the pigment or dispersing the pigment in the pulverizing developer with a curing catalyst and other optional ingredients such as crater inhibitors, wetting agents, surfactants and antifoaming agents. Any pigment grinding developer known in the art may be used. Usually, grinding is carried out using a conventional apparatus known in the art such as an Eiger mill, Dynomill or a sand mill. Grinding is usually carried out for about 2 to 3 hours until at least 7 or more is obtained in Hegman power.

분쇄 또는 밀링되기 전의 안료 분산물의 점도가 중요하다. 통상 ASTM D-2196에 따라 측정된 B 브룩필드 (Brookfield) 점도를 사용한다. 목적하는 점도는 선택된 성분에 따라 달라질 수 있지만, 점도는 통상 8,000 센티포이즈 내지 1,500 센티포이즈 (0.8 Pa.s 내지 1.5 Pa.s)의 범위 내에 있어 분쇄시 미분쇄를 달성한다. 점도는 통상 분쇄시 증가하며 존재하는 물의 양을 변경하여 용이하게 조절된다.The viscosity of the pigment dispersion before grinding or milling is important. B Brookfield viscosity, usually measured according to ASTM D-2196, is used. Although the desired viscosity may vary depending on the component selected, the viscosity is usually in the range of 8,000 centipoises to 1,500 centipoises (0.8 Pa.s to 1.5 Pa.s) to achieve pulverization upon grinding. Viscosity usually increases upon grinding and is easily adjusted by changing the amount of water present.

본 발명에 사용할 수 있는 안료로는 이산화티탄, 염기성 규산 납, 스트론튬 크로메이트, 카본 블랙, 산화철 및 점토 등을 들 수 있다. 표면적 및 오일 흡수성이 높은 안료는 전착 코팅의 응집성 및 유동성에 악영향을 끼칠 수 있으므로 적절히 판단하여 사용하여야 한다.Examples of the pigment that can be used in the present invention include titanium dioxide, basic lead silicate, strontium chromate, carbon black, iron oxide and clay. Pigments with high surface area and oil absorption can adversely affect the cohesiveness and fluidity of the electrodeposition coating and should be used as appropriate.

또한, 안료 대 결합제의 중량비가 중요하며, 이는 바람직하게는 5:1 미만, 더욱 바람직하게는 4:1 미만, 통상 약 2 내지 4:1이어야 한다. 안료 대 결합제의 중량비가 높으면 응집성 및 유동성에 악영향을 주는 것으로 밝혀졌다.In addition, the weight ratio of pigment to binder is important, which should preferably be less than 5: 1, more preferably less than 4: 1, usually about 2 to 4: 1. High weight ratios of pigment to binder have been found to adversely affect cohesiveness and flowability.

본 발명의 전기코팅 조성물은 습윤제, 계면활성제, 소포제 등의 임의 성분을 함유할 수 있다. 계면활성제 및 습윤제의 예로는 시바-가이기 인더스트리얼 케미컬즈사 (Ciba-Geigy Industrial Chemicals)로부터 아민 C (Amine C; 등록상표)로 입수할 수 있는 것과 같은 알킬 이미다졸린, 에어 프로덕츠 앤드 케미컬즈사 (Air Products and Chemicals)로부터 설피놀 (Surfynol) 104 (등록상표)로 입수할 수 있는 아세틸렌 알코올을 들 수 있다. 존재하는 경우, 이러한 임의 성분은 조성물의 결합제 고상물의 약 0.1 내지 20 중량%를 구성한다.The electrocoating composition of the present invention may contain optional components such as wetting agents, surfactants, antifoaming agents, and the like. Examples of surfactants and wetting agents include alkyl imidazolines, such as those available from Ciba-Geigy Industrial Chemicals as Amine C®, Air Products and Chemicals, Inc. Acetylene alcohols available from Surfynol 104® from Products and Chemicals. When present, these optional components comprise about 0.1 to 20 weight percent of the binder solids of the composition.

임의로, 가소제를 사용하여 유동성을 증진시킬 수 있다. 유용한 가소제의 예로는 고비점의 수불혼화성 물질, 예컨대 노닐 페놀 또는 비스페놀 A의 산화에틸렌 또는 산화프로필렌 첨가 생성물을 들 수 있다. 가소제는 통상 수지 고상물의 약 0.1 내지 15 중량%의 농도로 사용된다.Optionally, plasticizers can be used to enhance fluidity. Examples of useful plasticizers include ethylene oxide or propylene oxide addition products of high boiling water immiscible materials such as nonyl phenol or bisphenol A. The plasticizer is usually used at a concentration of about 0.1 to 15% by weight of the resin solids.

주석 등의 경화 촉매가 통상 조성물 내에 존재한다. 그 예로는 디부틸 주석 디라우레이트 및 산화 디부틸 주석이 있다. 사용되는 경우, 경화 촉매는 수지 고상물의 총 중량을 기준으로 하여 주석이 통상 약 0.05 내지 2 중량%의 양으로 존재한다.Curing catalysts such as tin are usually present in the composition. Examples are dibutyl tin dilaurate and dibutyl tin oxide. When used, the curing catalyst is usually present in an amount of about 0.05 to 2 weight percent tin based on the total weight of the resin solids.

본 발명의 전기코팅 조성물은 수성 매질에 분산된다. 본원에서 사용되는 "분산물"이라는 용어는 결합제가 분산상에, 물이 연속상에 위치하는 2상 반투명 또는 불투명 수성 수지 결합제 시스템인 것으로 믿어진다. 결합제상의 평균 입경은 약 0.05 내지 10 ㎛, 바람직하게는 0.2 ㎛ 미만이다. 수성 매질 중 결합제의 농도는 통상 결정적이지는 않지만, 대개 수성 분산물의 주요 부분이 물이다. 수성 분산물은 통상 결합제 고상물을 약 3 내지 50 중량%, 바람직하게는 5 내지 40 중량% 함유한다. 전기코팅조에 첨가되는 경우, 후에 추가로 물로 희석되는 수성 결합제 농축물은 통상 10 내지 30 중량%의 결합제 고상물을 갖는다.The electrocoating composition of the invention is dispersed in an aqueous medium. The term "dispersion" as used herein is believed to be a two-phase translucent or opaque aqueous resin binder system in which the binder is located in the disperse phase and the water in the continuous phase. The average particle diameter of the binder phase is about 0.05 to 10 μm, preferably less than 0.2 μm. The concentration of the binder in the aqueous medium is usually not critical, but usually the main part of the aqueous dispersion is water. Aqueous dispersions usually contain about 3-50% by weight, preferably 5-40% by weight of binder solids. When added to an electrocoating bath, the aqueous binder concentrate, which is further diluted with water, usually has 10 to 30% by weight binder solids.

물 이외에, 음극 전기코팅 조성물의 수성 매질은 응집 용매를 함유한다. 유용한 응집 용매로는 탄화수소, 알코올, 폴리올 및 케톤을 들 수 있다. 바람직한 응집 용매로는 에틸렌 글리콜의 모노부틸 및 모노헥실 에테르, 및 프로필렌 글리콜의 페닐 에테르를 들 수 있다. 응집 용매의 양은 결정적이지는 않지만, 통상 수성 매질의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.5 중량%이다.In addition to water, the aqueous medium of the negative electrode electrocoating composition contains a flocculating solvent. Useful flocculating solvents include hydrocarbons, alcohols, polyols and ketones. Preferred flocculating solvents include monobutyl and monohexyl ethers of ethylene glycol, and phenyl ethers of propylene glycol. The amount of flocculant solvent is not critical but is usually 0.1 to 15% by weight, preferably 0.5% by weight, based on the total weight of the aqueous medium.

본 발명의 전기코팅 조성물은 통상적인 음극 전기코팅법에 사용된다. 전기코팅 탱크는 2개의 도전성 전극, 즉 전기코팅 탱크의 일부인 양극 및 코팅되는 기판인 음극을 내장한다. 상기 기판은 자동차 자체 또는 자동차 부품 등의 물품을 포함하나 이들로 한정되지는 않는 도전성 (예를 들어, 금속) 물체, 또는 마당 관리 비품 (예를 들어, 잔디 깎기, 제설기, 원예용 동력 공구 및 그의 부품), 사무실 가구, 가전 제품, 유아용 완구 등을 포함하나 이들로 한정되지는 않는 임의의 OEM 또는 산업용 코팅 부품 등일 수 있다. 충분한 전압이 두 전극 사이에 가해지는 경우 점착성 필름이 음극상에 부착된다. 인가된 전압은 코팅의 종류, 코팅 두께 및 요구되는 균일 전착성에 따라 변할 수 있고, 1 볼트 정도로 낮거나 수천 볼트 정도로 높을 수 있다. 통상 사용되는 전압은 50 내지 500 볼트 사이이다. 전류 밀도는 통상 1 평방피트당 0.5 내지 5 암페어 (1 평방미터당 4.65 내지 46.5 암페어)이고 전착시 감소하는데, 이는 절연 필름이 부착된다는 것을 나타낸다. 침지 시간은 약 0.5 내지 1.5 mils (10 내지 40 ㎛), 바람직하게는 0.8 내지 1.2 mils (20 내지 30 ㎛)의 경화 코팅을 얻기에 충분해야 한다. 강, 인산염 처리 강, 아연 강, 구리, 알루미늄, 마그네슘 및 도전성 도금으로 코팅된 여러 가지 플라스틱 등의 각종 기판을 본 발명의 조성물로 전기코팅할 수 있다.The electrocoating composition of the present invention is used in a conventional cathode electrocoating method. The electrocoating tank contains two conductive electrodes, an anode which is part of the electrocoating tank and a cathode which is the substrate to be coated. The substrate may include conductive (eg, metal) objects, or yard care fixtures (eg, lawn mowers, snow plows, horticultural power tools, and the like, including but not limited to articles such as the automobile itself or automobile parts, and the like. Components), office furniture, home appliances, baby toys, and the like, and any OEM or industrial coating component, and the like. When sufficient voltage is applied between the two electrodes, an adhesive film adheres on the cathode. The applied voltage can vary depending on the type of coating, coating thickness, and required electrodeposition, and can be as low as 1 volt or as high as thousands of volts. Commonly used voltages are between 50 and 500 volts. Current densities are typically 0.5 to 5 amps per square foot (4.65 to 46.5 amps per square meter) and decrease in electrodeposition, indicating that an insulating film is attached. Immersion times should be sufficient to obtain a cured coating of about 0.5 to 1.5 mils (10 to 40 μm), preferably 0.8 to 1.2 mils (20 to 30 μm). Various substrates such as steel, phosphate treated steel, zinc steel, copper, aluminum, magnesium, and various plastics coated with conductive plating can be electrocoated with the composition of the present invention.

전기코팅을 실시한 후, 승온, 예컨대 135 ℃ 내지 200 ℃에서 코팅을 경화시키기에 충분한 시간, 통상 약 5 내지 30 분 동안 베이킹하여 경화시킨다.After the electrocoating is carried out, it is cured by baking for a time sufficient to cure the coating at elevated temperatures, such as 135 ° C. to 200 ° C., usually about 5 to 30 minutes.

본 발명에 있어서, 경화 반응은 모르폴린 디온의 가아민 분해 반응을 수반하고 휘발성 부산물을 방출하지 않는 개환 반응이다. 모르폴린 디온의 가아민 분해 반응은 아미드 형성 반응으로 설명할 수 있으며, 이는 여전히 바람직한 아미드 가교를 제공하지만 현저한 베이킹 제거 손실을 피할 수 있다. 경화시, 히드록시기는 존재하는 경우, 추가의 가교제와 더 반응하여 고도로 가교된 네트워크를 제조할 수 있다.In the present invention, the curing reaction is a ring-opening reaction that involves the decomposition of amines of morpholine dione and does not release volatile byproducts. The gaamine decomposition reaction of morpholine dione can be explained by the amide formation reaction, which still provides the desired amide crosslinking but avoids significant baking removal loss. Upon curing, hydroxyl groups, when present, can be further reacted with additional crosslinking agents to produce highly crosslinked networks.

하기 실시예들로 본 발명을 예시한다. 달리 지시되지 않는 한 모든 부와 백분율은 중량 기준이다. 본원에 개시된 분자량은 모두 폴리스티렌 표준물을 사용한 GPC로 측정한다. 달리 명시되지 않는 한, 화학 물질 및 반응물은 모두 알드리히 케미컬사 (Aldrich Chemical Co.; 미국 위스콘신주 밀워키 소재)로부터 입수한 상태로 사용한다.The following examples illustrate the invention. All parts and percentages are by weight unless otherwise indicated. The molecular weights disclosed herein are all determined by GPC using polystyrene standards. Unless otherwise specified, all chemicals and reactants are used as obtained from Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI).

하기 모르폴린 디온 가교 수지 용액을 종래의 블로킹된 폴리이소시아네이트 가교 수지 용액을 따라 제조한 후, 그로부터 주요 유탁액 및 전기코팅 조성물을 제조하고 그 조성물의 특성을 비교하였다.The following morpholine dione crosslinked resin solution was prepared according to the conventional blocked polyisocyanate crosslinked resin solution, after which the main emulsion and electrocoating composition were prepared and the properties of the composition were compared.

실시예 1Example 1

모르폴린 디온 가교 수지 용액의 제조Preparation of morpholine dione crosslinked resin solution

부틸아민 약 2,537 부를 적절한 반응 용기에 충전하고 질소 블랭킷 하에 0 ℃로 유지하여 비스페놀 A의 디-((4-부틸-2,3-디옥소모르폴린-6-일)-메틸)에테르를 제조하였다. 에폰 (Epon; 등록상표) 828 (당량이 188인, 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르의 에폭시 수지, 쉘사 (Shell) 제조) 약 1,269 부와 에탄올 805 부의 혼합물을 반응 용기에 서서히 충전하고 반응 온도를 2 시간 동안 0 ℃로 유지하였다. 반응 온도를 6 시간 동안 10 ℃ 내지 15 ℃로 서서히 승온시켜 최종적으로 25 ℃로 하고, IR 주사에 의해 에폭시기가 모두 반응한 것으로 나타날 때까지 25 ℃로 유지하였다. 과잉 부틸아민 및 에탄올을 회전 증발기를 사용하여 제거하였다. 에탄올 약 805 부, 4-디메틸아미노피리딘 1.2 부 및 디에틸 옥살레이트 880 부를 반응 용기에 첨가하고, 반응 혼합물을 질소 블랭킷 하에 2 시간 동안 환류시켰다. 과잉 에탄올을 대기압하에 비그럭스 (Vigreux) 컬럼을 통해 증류 제거하고, 고리 닫힘시 생성된 에탄올은 진공 펌프로 반응 혼합물을 160 ℃로 가열하여 제거하였다. 생성된 수지는 취성인 무색 고상물이었다. About 2,537 parts of butylamine were charged to a suitable reaction vessel and kept at 0 ° C. under a blanket of nitrogen to prepare di-((4-butyl-2,3-dioxomorpholin-6-yl) -methyl) ether of bisphenol A. . A mixture of approximately 1,269 parts of epoxy resin of diglycidyl ether of bisphenol A, manufactured by Shell, having an equivalent weight of 188 and 805 parts of ethanol was slowly charged into the reaction vessel and the reaction temperature was decreased. Hold at 0 ° C. for 2 hours. The reaction temperature was gradually raised to 10 ° C. to 15 ° C. for 6 hours to finally 25 ° C., and maintained at 25 ° C. until all of the epoxy groups reacted by IR scanning. Excess butylamine and ethanol were removed using a rotary evaporator. About 805 parts of ethanol, 1.2 parts of 4-dimethylaminopyridine and 880 parts of diethyl oxalate were added to the reaction vessel, and the reaction mixture was refluxed under a blanket of nitrogen for 2 hours. Excess ethanol was distilled off through a Vigreux column under atmospheric pressure and the ethanol produced upon ring closure was removed by heating the reaction mixture to 160 ° C. with a vacuum pump. The resulting resin was a colorless solid that was brittle.

실시예 2Example 2

종래의 가교 수지 용액의 제조Preparation of conventional crosslinked resin solution

몬두르 (Mondur; 등록상표) MR (메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 바이엘사 (Bayer) 제조) 약 336.86 부, 메틸 이소부틸 케톤 112.29 부 및 디부틸 주석 디라우레이트 0.07 부를 적절한 반응 용기 내로 충전하고 질소 블랭킷 하에 82 ℃로 가열하여 알코올 블로킹된 폴리이소시아네이트 가교 수지 혼합 용액을 제조하였다. 반응 혼합물을 93 ℃ 미만으로 유지하면서, 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르 약 229.68 부를 서서히 반응 용기 내로 충전하였다. 그 후, 적외선 주사에 의해 이소시아네이트가 거의 모두 반응한 것으로 나타날 때까지 반응 혼합물을 110 ℃로 유지하였다. 그 후, 부탄올 약 3.46 부 및 메틸 이소부틸 케톤 73.13 부를 첨가하였다. 얻어진 수지 용액은 비휘발성 물질의 함량이 75 %였다.About 336.86 parts of Mondur® MR (methylene diphenyl diisocyanate, manufactured by Bayer), 112.29 parts of methyl isobutyl ketone and 0.07 parts of dibutyl tin dilaurate are charged into a suitable reaction vessel and a nitrogen blanket Under heating to 82 ° C. to prepare an alcohol blocked polyisocyanate crosslinked resin mixed solution. While maintaining the reaction mixture below 93 ° C., about 229.68 parts of propylene glycol mono methyl ether was slowly charged into the reaction vessel. The reaction mixture was then kept at 110 ° C. until infrared scanning showed almost all of the isocyanates reacted. Then about 3.46 parts of butanol and 73.13 parts of methyl isobutyl ketone were added. The obtained resin solution had 75% of content of a nonvolatile substance.

실시예 3Example 3

비스페놀 A의 디-((4-부틸-2,3-디옥소모르폴린-6-일)-메틸)에테르 및 종래의 가교제를 갖는 사슬 연장된 폴리에폭시드 주요 유탁액의 제조Preparation of Chain Extended Polyepoxide Main Emulsions with Di-((4-butyl-2,3-dioxomorpholin-6-yl) -methyl) ether of Bisphenol A and Conventional Crosslinkers

에폰 (등록상표) 828 (에폭시 당량 188의 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르의 에폭시 수지, 쉘사 제조) 약 520 부, 비스페놀 A 151 부, 히드록실 당량 247의 에톡실화된 비스페놀 A (신팩 (등록상표) 8009, 밀리켄사 (Milliken) 제조) 190 부, 크실렌 44 부 및 디메틸벤질아민 0.5 부를 적절한 반응 용기 내에 충전하였다. 얻어진 반응 혼합물을 질소 블랭킷 하에 160 ℃로 가열하고 이 온도에서 1 시간 동안 유지하였다. 디메틸벤질아민 1 부를 첨가하고 에폭시 당량이 1,050이 될 때까지 혼합물을 147 ℃로 유지하였다. 반응 혼합물을 149 ℃로 냉각시킨 후, 알코올 블로킹된 폴리이소시아네이트 수지 (실시예 2에서 제조됨) 996 부 및 비스페놀 A 수지의 디-((4-부틸-2,3-디옥소모르폴린-6-일)-메틸)에테르 (실시예 1에서 제조됨) 596 부를 첨가하였다. 107 ℃에서, 디케티민 (비휘발성 물질의 함량이 73 %인 메틸 이소부틸 케톤 및 디에틸렌트리아민의 반응 생성물) 약 58 부 및 메틸에탄올아민 47 부를 첨가하였다. 얻어진 혼합물을 120 ℃에서 1 시간 동안 방치하고 탈이온수 1,500 부 및 메탄술폰산 (탈이온수 중 메탄술폰산 70 %) 81 부의 수성 매질에 분산시켰다. 이를 탈이온수 818 부로 추가로 희석시켰다. 메틸 이소부틸 케톤이 증발할 때까지 유탁액을 교반하였다. 얻어진 유탁액은 비휘발성 물질의 함량이 38 %였다.EPON® 828 (Epoxy resin of diglycidyl ether of bisphenol A of epoxy equivalent 188, manufactured by Shell) About 520 parts, 151 parts of bisphenol A, ethoxylated bisphenol A of hydroxyl equivalent 247 (New Pack (registered trademark) ) 8009, 190 parts of Milliken), 44 parts of xylene and 0.5 parts of dimethylbenzylamine were charged into a suitable reaction vessel. The resulting reaction mixture was heated to 160 ° C. under a blanket of nitrogen and maintained at this temperature for 1 hour. One part of dimethylbenzylamine was added and the mixture was kept at 147 ° C. until the epoxy equivalent was 1,050. After cooling the reaction mixture to 149 ° C., 996 parts of alcohol blocked polyisocyanate resin (prepared in Example 2) and di-((4-butyl-2,3-dioxomorpholine-6-) of bisphenol A resin 596 parts of 1) -methyl) ether (prepared in Example 1) were added. At 107 ° C., about 58 parts of diketamine (the reaction product of methyl isobutyl ketone and diethylenetriamine having a content of nonvolatile material of 73%) and 47 parts of methylethanolamine were added. The resulting mixture was left at 120 ° C. for 1 hour and dispersed in an aqueous medium of 1,500 parts of deionized water and 81 parts of methanesulfonic acid (70% methanesulfonic acid in deionized water). It was further diluted with 818 parts of deionized water. The emulsion was stirred until methyl isobutyl ketone evaporated. The emulsion obtained had a content of nonvolatile matters of 38%.

실시예 4Example 4

종래의 가교 수지 용액으로 사슬 연장된 폴리에폭시드 주요 유탁액의 제조Preparation of Chain Extended Polyepoxide Main Emulsions with Conventional Crosslinked Resin Solutions

에폰 (등록상표) 828 (에폭시 당량 188의 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르의 에폭시 수지, 쉘사 제조) 약 520 부, 비스페놀 A 151 부, 히드록실 당량 247의 에톡실화된 비스페놀 A (신팩 (등록상표) 8009, 밀리켄사 제조) 190 부, 크실렌 44 부 및 디메틸벤질아민 1 부를 적절한 반응 용기 내에 충전하였다. 얻어진 반응 혼합물을 질소 블랭킷 하에 160 ℃로 가열하고 이 온도에서 1 시간 동안 유지하였다. 디메틸벤질아민 2 부를 첨가하고 에폭시 당량이 1,050이 될 때까지 혼합물을 147 ℃로 유지하였다. 반응 혼합물을 149 ℃로 냉각시킨 후, 종래의 가교 수지 (실시예 2에서 제조됨) 약 797 부를 첨가하였다. 107 ℃에서, 디케티민 (비휘발성 물질의 함량이 73 %인 메틸 이소부틸 케톤 및 디에틸렌트리아민의 반응 생성물) 약 58 부 및 메틸에탄올아민 48 부를 첨가하였다. 얻어진 혼합물을 120 ℃에서 1 시간 동안 방치하고 탈이온수 1,335 부 및 메탄술폰산 (탈이온수 중 메탄술폰산 70 %) 약 81 부의 수성 매질에 분산시켰다. 이를 탈이온수 825 부로 추가로 희석시켰다. 메틸 이소부틸 케톤이 증발할 때까지 유탁액을 교반하였다. 얻어진 유탁액은 비휘발성 물질의 함량이 38 %였다.EPON® 828 (Epoxy resin of diglycidyl ether of bisphenol A of epoxy equivalent 188, manufactured by Shell) About 520 parts, 151 parts of bisphenol A, ethoxylated bisphenol A of hydroxyl equivalent 247 (New Pack (registered trademark) 19009, 44 parts of xylene and 1 part of dimethylbenzylamine were charged into a suitable reaction vessel. The resulting reaction mixture was heated to 160 ° C. under a blanket of nitrogen and maintained at this temperature for 1 hour. 2 parts of dimethylbenzylamine were added and the mixture was kept at 147 ° C. until the epoxy equivalent became 1,050. After the reaction mixture was cooled to 149 ° C., about 797 parts of a conventional crosslinked resin (prepared in Example 2) were added. At 107 ° C., about 58 parts of diketamine (the reaction product of methyl isobutyl ketone and diethylenetriamine having a content of nonvolatile material of 73%) and 48 parts of methylethanolamine were added. The resulting mixture was left at 120 ° C. for 1 hour and dispersed in 1,335 parts of deionized water and about 81 parts of methanesulfonic acid (70% methanesulfonic acid in deionized water). It was further diluted with 825 parts of deionized water. The emulsion was stirred until methyl isobutyl ketone evaporated. The emulsion obtained had a content of nonvolatile matters of 38%.

실시예 5Example 5

4급화제의 제조Preparation of Quaternization Agent

2-에틸 헥산올로 반-캡핑된 톨루엔 디이소시아네이트 320 부에 대해 디메틸에탄올아민 약 87 부를 실온에서 반응 용기에 첨가하여 4급화제를 제조하였다. 발열 반응이 일어나고 반응 혼합물을 80 ℃에서 1 시간 동안 교반하였다. 락트산 수용액 (비휘발성 물질의 함량 75 %) 약 118 부를 첨가한 다음 2-부톡시에탄올 39 부를 첨가하였다. 반응 혼합물을 65 ℃에서 약 1 시간 동안 일정히 교반하면서 방치하여 4급화제를 형성시켰다.A quaternizing agent was prepared by adding about 87 parts of dimethylethanolamine to the reaction vessel at room temperature for 320 parts of toluene diisocyanate semi-capped with 2-ethyl hexanol. An exothermic reaction occurred and the reaction mixture was stirred at 80 ° C for 1 hour. About 118 parts of an aqueous solution of lactic acid (content of 75% of nonvolatile matter) was added, followed by 39 parts of 2-butoxyethanol. The reaction mixture was left to stir constantly at 65 ° C. for about 1 hour to form a quaternizing agent.

실시예 6Example 6

안료 분쇄 전색제의 제조Preparation of Pigment Grinding Developer

에폰 (등록상표) 828 (에폭시 당량 188의 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르, 쉘사 제조) 약 710 부 및 비스페놀 A 290 부를 적절한 반응 용기 내로 질소 블랭킷 하에 충전하고, 150 ℃ 내지 160 ℃로 가열하여 발열 반응을 개시함으로써 안료 분쇄 전색제를 제조하였다. 발열 반응은 150 ℃ 내지 160 ℃에서 약 1 시간 동안 지속되었다. 그 후, 반응 혼합물을 120 ℃로 냉각시키고, 2-에틸 헥산올로 반-캡핑된 톨루엔 디이소시아네이트 약 496 부를 첨가하였다. 반응 혼합물의 온도를 110 ℃ 내지 120 ℃로 1 시간 동안 유지하고, 2-부톡시에탄올 약 1,095 부를 첨가한 후, 반응 혼합물을 85 ℃ 내지 90 ℃로 냉각시키고, 탈이온수 71 부를 첨가한 다음 4급화제 (실시예 5에서 제조됨) 약 496 부를 첨가하였다. 산가가 약 1이 될 때까지 반응 혼합물의 온도를 85 ℃ 내지 90 ℃로 유지하였다.About 710 parts of EPON® 828 (diglycidyl ether of bisphenol A of Epoxy equivalent 188, manufactured by Shell) and 290 parts of bisphenol A were charged into a suitable reaction vessel under a nitrogen blanket, and heated to 150 ° C. to 160 ° C. to exothermic A pigment pulverizing developer was prepared by initiating the reaction. The exothermic reaction lasted for about 1 hour at 150 ° C to 160 ° C. The reaction mixture was then cooled to 120 ° C. and about 496 parts of toluene diisocyanate semi-capped with 2-ethyl hexanol was added. The temperature of the reaction mixture was maintained at 110 ° C. to 120 ° C. for 1 hour, and about 1,095 parts of 2-butoxyethanol was added, and then the reaction mixture was cooled to 85 ° C. to 90 ° C., and 71 parts of deionized water were added, followed by quaternary About 496 parts of the agent (prepared in Example 5) were added. The temperature of the reaction mixture was maintained at 85 ° C to 90 ° C until the acid value became about 1.

실시예 Example

안료 페이스트의 제조Preparation of Pigment Paste

중량부Parts by weight 안료 분쇄 전색제 (실시예 6에서 제조됨)Pigment Grinding Developer (Prepared in Example 6) 597.29597.29 탈이온수Deionized water 1140.971140.97 이산화티탄 안료Titanium dioxide pigment 835.66835.66 규산 알루미늄 안료Aluminum silicate pigment 246.81246.81 카본 블랙 안료Carbon black pigment 15.2715.27 산화 디부틸 주석Dibutyl Tin Oxide 164.00164.00 합 계Sum 3000.003000.00

상기 성분들을 적절한 혼합 용기 내에서 균질 혼합물이 형성될 때까지 혼합한 후, 혼합물을 에이거 밀로 충전하고 헤그만 검사를 통과할 때까지 분쇄하여 분산시켰다.The components were mixed in a suitable mixing vessel until a homogeneous mixture was formed, then the mixture was filled with an Ager mill and ground by dispersion until it passed the Hegman test.

실시예 8Example 8

전기코팅조 I 및 II의 제조Preparation of Electro Coating Bath I and II

중량부Parts by weight 코팅조 ⅠCoating bath Ⅰ 코팅조 ⅡCoating bath Ⅱ 본 발명에 따름According to the present invention 종래 기술에 따름According to the prior art 유탁액 (실시예 3에서 제조됨)Emulsion (prepared in Example 3) 1503.081503.08 -- 유탁액 (실시예 4에서 제조됨)Emulsion (prepared in Example 4) -- 1503.081503.08 탈이온수Deionized water 2013.492013.49 2013.492013.49 안료 페이스트 (실시예 7에서 제조됨)Pigment Paste (Prepared in Example 7) 397.54397.54 397.54397.54 종래의 크레이터 방지제* Conventional crater inhibitors * 85.8985.89 85.8985.89 합 계Sum 4000.004000.00 4000.004000.00

* 종래의 크레이터 방지제는 헌츠만사 (Huntsman) 제조의 제파민 (Jeffamine; 등록상표) D2000 및 쉘사 제조의 에폰 (등록상표) 1001 에폭시 수지의 반응 생성물이다.Conventional crater inhibitors are reaction products of Jeffamine® D2000 from Huntsman and EPON® 1001 epoxy resin from Shell.

음극 전기코팅조 I 및 II는 상기 성분들을 혼합하여 제조되었다. 그 후, 각 코팅조를 한외 여과하였다. 인산염 처리된 냉간 압연 강판을 각 코팅조에서 240 내지 280 볼트로 전기코팅하여 각 판상에 두께가 0.8 내지 1.0 mils (20.32 내지 25.4 ㎛)인 필름을 얻었다. 그 후, 전기코팅된 패널을 금속 온도 360 ℉ (182.2 ℃)에서 10 분 동안 베이킹하였다. 내용매성 시험을 위해, 전기코팅된 패널을 금속 온도 330 ℉ (165.5 ℃)에서 10 분 동안 대신 베이킹하였다.Cathode electrocoating baths I and II were prepared by mixing the above components. Thereafter, each coating bath was ultrafiltration. The phosphate treated cold rolled steel sheet was electrocoated in each coating bath at 240 to 280 volts to obtain a film having a thickness of 0.8 to 1.0 mils (20.32 to 25.4 μm) on each plate. The electrocoated panels were then baked at metal temperature 360 ° F. (182.2 ° C.) for 10 minutes. For solvent resistance testing, the electrocoated panels were baked instead for 10 minutes at a metal temperature of 330 ° F. (165.5 ° C.).

상기 제조된 강판을 표준 문지름 시험 (메틸 에틸 케톤으로 적신 헝겊으로 20중 문지름)으로 내용매성을 시험하고, 베이킹 제거 손실을 시험하였다.The prepared steel sheet was tested for solvent resistance by a standard rub test (20 rub with a cloth moistened with methyl ethyl ketone) and the bake removal loss was tested.

특정 베이킹 온도에서 e-코트 필름의 적절한 경화를 점검하기 위해 사용된 일 방법은 메틸 에틸 케톤에 적신 천을 e-코트 필름 상에 앞뒤로 최소 20번을 문지르는 것이다. 천의 탈색 및 필름 표면의 무광택 외관을 조사하여 경화도를 평가할 수 있다. e-코트 필름 상의 무광택 외관 또는 천의 탈색은 e-코트 필름의 경화가 불량함을 나타낸다.One method used to check for proper curing of an e-coat film at a particular baking temperature is to rub a cloth soaked in methyl ethyl ketone at least 20 times back and forth on the e-coat film. The degree of curing can be evaluated by examining the discoloration of the fabric and the matt appearance of the film surface. Matte appearance or discoloration of the fabric on the e-coat film indicates poor curing of the e-coat film.

상기 실시예에 있어서, 코팅조 I로 코팅되고 금속 온도 330 ℉ (165.5 ℃)에서 10 분 동안 베이킹시킨 인산염 처리된 냉간 압연 강판은 무광택 외관을 나타내지 않았으며, 이는 완전 경화를 나타낸다. 반면, 코팅조 II로 코팅되고 동일한 온도에서 베이킹시킨 인산염 처리된 냉간 압연 강판은 상당량의 무광택 외관 또는 불완전 경화를 나타냈다.In this example, the phosphate treated cold rolled steel sheet coated with coating bath I and baked at metal temperature of 330 ° F. (165.5 ° C.) for 10 minutes did not exhibit a matt appearance, indicating full cure. On the other hand, phosphated cold rolled steel sheets coated with coating bath II and baked at the same temperature showed a significant amount of matt appearance or incomplete hardening.

e-코트 필름을 평가하는 다른 주요 인자는 베이킹시 베이킹 제거 손실이다. 베이킹시 베이킹 제거 손실률 (%)을 측정하기 위해, 제1 단계로 예비 칭량한 금속판 상에 e-코트 필름을 퇴적시키고 판을 105 ℃에서 3 시간 동안 가열하여 잔존수를 제거한 후, 마지막으로 판을 특정 시간 및 온도에서 베이킹시켰다. 베이킹 전후의 e-코트의 중량 차이를 초기 중량으로 나누어서 e-코트 필름의 베이킹 제거 손실률 (%)을 측정했다. Another major factor in evaluating an e-coat film is the bake removal loss upon baking. In order to measure the% loss of bake removal during baking, an e-coat film was deposited on the metal plate pre-weighed in the first step and the plate was heated at 105 ° C. for 3 hours to remove residual water, and finally the plate was removed. Baked at specific times and temperatures. The bake removal loss rate (%) of the e-coat film was measured by dividing the weight difference of the e-coat before and after baking by the initial weight.

코팅조 I의 경우, 금속 온도 360 ℉ (182.2 ℃)에서 10 분 동안의 베이킹 제거 손실률 (%)은 8 내지 9 %였고, 코팅조 II의 경우, 금속 온도 360 ℉ (182.2 ℃)에서 10 분 동안의 베이킹 제거 손실률 (%)은 12 내지 13 %였다. For coating bath I, the% bake removal loss (%) for 10 minutes at metal temperature 360 ° F. (182.2 ° C.) was 8-9%. For coating bath II, for 10 minutes at metal temperature 360 ° F. (182.2 ° C.) Baking removal loss rate (%) was 12 to 13%.

시험 결과를 하기 표 3에 요약하였다.The test results are summarized in Table 3 below.

결과result 코팅조 ICoating bath I 코팅조 IICoating bath II 330 ℉ (165.5 ℃)에서 10 분 동안의 내용매성Solvent resistance for 10 minutes at 330 ° F (165.5 ° C) 마모 없음(경화 우수)No wear (excellent hardening) 무광택 외관(경화 불량)Matte appearance (hardening) 360 ℉ (182.2 ℃)에서 10 분 동안의 베이킹 제거 손실10 minutes bake removal loss at 360 ° F (182.2 ° C) 8 내지 9 %8 to 9% 12 내지 13 %12 to 13%

상기 결과는 모르폴린 디온 가교제를 함유한 코팅조 I이 종래의 가교제를 함유한 코팅조 II보다 저온 가교성이 뛰어나고 베이킹 제거 손실이 적음을 보여준다.The results show that coating bath I with morpholine dione crosslinker has better low temperature crosslinkability and less baking removal loss than coating bath II with conventional crosslinking agent.

Claims (20)

수성 매질 중,In an aqueous medium, (A) 1개 이상의 산 중화된 아민기를 갖는 가교성 수지, 및(A) a crosslinkable resin having at least one acid neutralized amine group, and (B) 1개 이상의 모르폴린 디온기를 갖는 상기 수지를 위한 가교제(B) a crosslinking agent for the resin having at least one morpholine dione group 를 포함하는 음극 전기코팅 조성물.Cathode electrocoating composition comprising a. 제1항에 있어서, (C) 상기 수지 상의 아민기와 반응할 수 있는 보조 가교제를 더 포함하는 음극 전기코팅 조성물.The negative electrode electrocoating composition according to claim 1, further comprising an auxiliary crosslinking agent capable of reacting with the amine group on the resin. 제1항에 있어서, (B) 가교제가 복수개의 모르폴린 디온기를 갖는 음극 전기코팅 조성물.The negative electrode electrocoating composition according to claim 1, wherein the crosslinking agent (B) has a plurality of morpholine dione groups. (1) 수성 매질 중, (A) 1개 이상의 산 중화된 아민기를 갖는 가교성 수지, 및 (B) 1개 이상의 모르폴린 디온기를 갖는 가교제를 포함하는 코팅 조성물에 도전성 기판을 침지하는 단계,(1) immersing the conductive substrate in a coating composition comprising (A) a crosslinkable resin having at least one acid neutralized amine group, and (B) a crosslinking agent having at least one morpholine dione group, in an aqueous medium, (2) 양극과 도전성 기판 사이에 전류 전위를 인가하는 단계, 및(2) applying a current potential between the anode and the conductive substrate, and (3) 코팅 조성물로부터 기판을 제거하는 단계(3) removing the substrate from the coating composition 를 포함하는 음극 전기코팅 방법.Cathode electrical coating method comprising a. 제4항에 있어서, 단계 (1)에서 (A) 가교성 수지가 복수개의 산 중화된 아민기를 함유하고, (B) 가교제가 복수개의 모르폴린 디온기를 함유하는 방법.The method according to claim 4, wherein in step (1), (A) the crosslinkable resin contains a plurality of acid neutralized amine groups, and (B) the crosslinker contains a plurality of morpholine dione groups. 에폭시-아민 첨가 생성물의 결합제, 가교제, 및 에폭시-아민 첨가 생성물용 중화제인 유기 또는 무기산을 포함하며, 상기 가교제는 1 분자당 1개 이상의 모르폴린 디온기를 갖는 수성 음극 전기코팅 조성물.An aqueous negative electrode electrocoating composition comprising an organic or inorganic acid which is a binder of an epoxy-amine addition product, a crosslinking agent, and a neutralizer for an epoxy-amine addition product, wherein the crosslinking agent has at least one morpholine dione group per molecule. 제6항에 있어서, 가교제가 1 분자당 복수개의 모르폴린 디온기를 갖는 전기코팅 조성물.The electrocoating composition according to claim 6, wherein the crosslinking agent has a plurality of morpholine dione groups per molecule. 제7항에 있어서, 모르폴린 디온 가교제가 폴리에폭시드와 알킬 아민 및 디알킬 옥살레이트의 반응 생성물인 전기코팅 조성물.8. The electrocoating composition of claim 7, wherein the morpholine dione crosslinker is a reaction product of a polyepoxide with an alkyl amine and a dialkyl oxalate. 제8항에 있어서, 모르폴린 디온 가교제가 하기 화학식 2로 표시되는 전기코팅 조성물.The electrocoating composition according to claim 8, wherein the morpholine dione crosslinking agent is represented by the following Chemical Formula 2. <화학식 2><Formula 2> 상기 식 중, n은 0 또는 1 내지 4의 양의 정수이고, R은 탄소수 1 내지 8의 알킬기이다.In said formula, n is 0 or a positive integer of 1-4, R is a C1-C8 alkyl group. 제8항에 있어서, 모르폴린 디온 가교제가 하기 화학식 1로 표시되는 전기코팅 조성물.The electrocoating composition according to claim 8, wherein the morpholine dione crosslinking agent is represented by the following Chemical Formula 1. <화학식 1><Formula 1> 상기 식 중, n은 0 또는 1 내지 4의 양의 정수이고, R은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.In said formula, n is 0 or a positive integer of 1-4, R is a C1-C10 alkyl group. 제7항에 있어서, 블로킹된 폴리이소시아네이트로부터 선택된 추가의 가교제를 더 함유하는 전기코팅 조성물.8. The electrocoating composition of claim 7, further comprising an additional crosslinker selected from blocked polyisocyanates. 제7항에 있어서, 에폭시-아민 첨가 생성물이 1차 아민, 2차 아민, 케티민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 아민을 함유하는 전기코팅 조성물.8. The electrocoating composition of claim 7, wherein the epoxy-amine addition product contains an amine selected from the group consisting of primary amines, secondary amines, ketimines, and mixtures thereof. 제7항에 있어서, 에폭시 첨가 생성물이 2가 페놀로 연장되고 아민과 반응하고 유기 또는 무기산으로 중화된 폴리에폭시-히드록시-에테르 수지를 포함하는 전기코팅 조성물.8. The electrocoating composition of claim 7, wherein the epoxy addition product comprises a polyepoxy-hydroxy-ether resin extended with dihydric phenol and reacted with an amine and neutralized with an organic or inorganic acid. 모르폴린 디온 화합물과 필름 형성 아민 화합물을 접촉시켜 가교된 필름을 형성하는 것을 포함하는 방법.A method comprising contacting a morpholine dione compound with a film forming amine compound to form a crosslinked film. 하기 화학식 2로 표시되고, 모르폴린 디온기와 반응할 수 있는 아민 화합물(들)을 함유하는 코팅 조성물에 가교제로서 사용되는 모르폴린 디온 가교제.A morpholine dione crosslinking agent represented by the following formula (2) and used as a crosslinking agent in a coating composition containing an amine compound (s) capable of reacting with a morpholine dione group. <화학식 2><Formula 2> 상기 식 중, n은 0 또는 1 내지 4의 양의 정수이고, R은 탄소수 1 내지 8의 알킬기이다.In said formula, n is 0 or a positive integer of 1-4, R is a C1-C8 alkyl group. 하기 화학식 1로 표시되고, 모르폴린 디온기와 반응할 수 있는 아민 화합물(들)을 함유하는 코팅 조성물에 가교제로서 사용되는 모르폴린 디온 가교제.The morpholine dione crosslinking agent represented by following formula (1) and used as a crosslinking agent in the coating composition containing the amine compound (s) which can react with a morpholine dione group. <화학식 1><Formula 1> 상기 식 중, n은 0 또는 1 내지 4의 양의 정수이고, R은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.In said formula, n is 0 or a positive integer of 1-4, R is a C1-C10 alkyl group. (1) 2가 페놀로 연장되고 아민과 반응한 에폭시 수지의 에폭시-아민 첨가 생성물을 제조하는 단계;(1) preparing an epoxy-amine addition product of an epoxy resin extended with dihydric phenol and reacted with an amine; (2) 상기 에폭시-아민 첨가 생성물용 가교제를 제조하는 단계;(2) preparing a crosslinking agent for the epoxy-amine addition product; (3) 에폭시-아민 첨가 생성물과 모르폴린 디온 가교제를 블렌딩하는 단계;(3) blending the epoxy-amine addition product with the morpholine dione crosslinker; (4) 에폭시-아민 첨가 생성물을 유기 또는 무기산으로 중화시켜 유탁액을 형성하는 단계; 및(4) neutralizing the epoxy-amine addition product with an organic or inorganic acid to form an emulsion; And (5) 안료 분산물을 형성하고 이를 중화된 유탁액과 블렌딩하는 단계(5) forming a pigment dispersion and blending it with the neutralized emulsion 를 임의의 조작가능한 순서로 포함하며, 단계 (2)에서 알킬 아민에 이어 디알킬 옥살레이트와 반응시킨 에폭시 수지의 모르폴린 디온 가교제를 사용하는 음극 전기코팅 조성물의 제조 방법.A process for preparing a negative electrode electrocoating composition comprising a morpholine dione crosslinking agent of an epoxy resin, comprising in any operable order, reacted with an alkyl amine followed by a dialkyl oxalate in step (2). 건조 및 경화된 제1항의 조성물로 전기코팅된 기판.A substrate coated with the dried and cured composition of claim 1. 제18항에 있어서, 기판이 OEM 또는 산업용 부품인 코팅된 기판.The coated substrate of claim 18, wherein the substrate is an OEM or industrial component. 제19항에 있어서, 기판이 자동차 차체 또는 자동차 부품인 코팅된 기판.20. The coated substrate of claim 19, wherein the substrate is an automobile body or automobile part.
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