JP2829814B2 - ソフトセグメントを含んでいる電着用変性エポキシ樹脂 - Google Patents
ソフトセグメントを含んでいる電着用変性エポキシ樹脂Info
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Description
料に使用する変性エポキシ樹脂の製造に関する。
樹脂は、樹脂へ親水性と電着に必要な電荷を与えるため
出発樹脂のエポキシ環の少なくとも一部をアミン等の反
応により開環してつくられる。これら樹脂はメラミン樹
脂およびブロックポリイソシアネートのような外部架橋
剤による架橋反応および/またはエポキシ樹脂の2級ア
ルコール性水酸基へ付加したハーフブロックイソシアネ
ートの自己架橋反応によって熱硬化させることができ
る。
キシ樹脂のような芳香環を含むエポキシ樹脂の硬化塗膜
は可撓性に乏しいので、エポキシ環の一部をt−ブチル
フェノールやノニルフェノールのようなアルキルフェノ
ール、長鎖脂肪酸等で開環し、これら成分を樹脂へ導入
することにより可撓性を付与することが行われている。
しかしながらこの方法によると樹脂の硬化性が低下し、
硬化に高い温度を必要とするなどの欠点がある。
樹脂として分子鎖中にソフトセグメントを有するエポキ
シ樹脂を使用することである。具体的にはビスフェノー
ル型エポキシ樹脂へソフトセグメントとなる2官能ポリ
オール、例えばポリエーテルポリオールを直接反応さ
せ、水酸基によるエポキシ環の開環反応を利用して鎖延
長したエポキシ樹脂を用いている。ところがこのように
ソフトセグメントとなる2官能ポリオールで直接鎖延長
した場合、耐食性等の塗膜の他の性能が必ずしも満足で
はなかった。
結合様式によって分子鎖中に組込むことにより、先行技
術変性エポキシ樹脂の欠点の解消ないし軽減を図ること
を目的とする。
末端にカチオン性基を有する変性エポキシ樹脂の製造方
法が提供される。該方法は、鎖延長剤として、ソフトセ
グメントとなる2官能活性水素化合物とジイソシアネー
ト化合物との反応により得られるプレポリマーの末端イ
ソシアネート基をブロックしたプレポリマーを使用する
点において先行技術から区別される。
ソシアネート基プレポリマーを使用してジグリシジルエ
ーテル型エポキシ樹脂を鎖延長する工程と、鎖延長した
エポキシ樹脂の末端エポキシ環の少なくとも一部をカチ
オン性活性水素化合物で開環してカチオン性基を導入す
る工程を含む。
変性エポキシ樹脂と、架橋剤を、中和剤を含む水性媒体
中に分散してなるカチオン電着し得る水性塗料組成物を
提供する。
の変性エポキシ樹脂の製造方法を説明する。
キシ樹脂(I)と、ソフトセグメント活性水素化合物ブ
ロックプレポリマー(II)との反応である。
シ基を除いた残基、R’はジイソシアネート化合物のイ
ソシアネート基を除いた残基、R1 はブロック剤である
モノアルコールの残基である。
)と、例えば2級アミンHN(R”)2 との反応であ
る。
よび(IV)の構造を部分的にしか示していないが、全体
の構造はこれと対称と思えばよい。
シ樹脂である。その典型例は、ビスフェノールA、ビス
フェノールF、ビスフェノールS等の多環式ポリフェノ
ール化合物のエピクロルヒドリンとの反応生成物である
ポリフェノールグリシジルエーテル型エポキシ樹脂であ
る。ビスフェノール型エポキシ樹脂の市販品としては、
例えば油化シエルエポキシ(株)から販売されているエ
ピコート827(エポキシ当量180〜190)、エピ
コート1001(エポキシ当量450〜500)、エピ
コート1010(エポキシ当量3000〜4000)、
エピコート807(エポキシ当量170)などがある。
キシ樹脂のほか、エチレングリコール、1,4−ブタン
ジオール、1,6−ヘキサンジオールなどの多価アルコ
ールのポリグリシジルエーテル、および脂肪族、脂環族
もしくは芳香族ポリカルボン酸のポリグリシジルエステ
ルも使用することができる。
ポキシ樹脂をビスフェノールや二官能ポリカルボン酸、
二官能ポリイソシアネートとの反応を利用して鎖延長し
た樹脂を含む。鎖延長のためビスフェノールA、ビスフ
ェノールFのようなビスフェノールを使用することがで
きる。
ン酸等の脂肪族ジカルボン酸、またはフタル酸、イソフ
タル酸、テレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸を使用し
て実施してもよい。
ブロックしたジイソシアネート化合物によるもしくはジ
イソシアネート化合物直接による鎖延長反応は、岩倉
ら、J.Polymer Sci.Part A−1,
4,751(1966)およびSander et a
l,J.Appl.Polymer Sci.9,19
84(1966)に記載されている方法によって行うこ
とができる。この場合は、分子鎖内にオキサゾリドン環
を複数個有するエポキシ樹脂が得られる。
好ましくは400〜4,000の数平均分子量を有す
る。
能活性水素化合物とブロックジイソシアネート化合物と
の反応によって得られる。
4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、
トリレンジイソシアネート(TDI)、キシリレンジイ
ソシアネート(XDI)などの芳香族ジイソシアネー
ト、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、イ
ソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’−メ
チレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、トリメ
チルヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族およ
び脂環族ジイソシアネートを使用し得る。
知られており、メタノール、エタノール、イソプロパノ
ール、n−ブタノール、2−エチルヘキサノール、エチ
レングリコールモノブチルエーテル、シクロヘキサノー
ル等の脂肪族アルコール;フェノール、ニトロフェノー
ル、エチルフェノール等のフェノール類;メチルエチル
ケトオキシムなどのオキシム類;ε−カプロラクタム等
のラクタム類を含む。メタノールまたはエタノールが好
ましい。
ソフトセグメント活性水素化合物を直接鎖延長しようと
するエポキシ樹脂と反応させるのではなく、2官能ソフ
トセグメント活性水素化合物とブロックジイソシアネー
ト化合物とをNCO/活性水素当量比2以上の割合で反
応させて得られるブロックプレポリマーをエポキシ樹脂
と反応させる。これにより、先に引用した岩倉らの反応
と同様に、エポキシ環とブロックイソシアネート基との
反応により形成されたオキサゾリドン環を介してソフト
セグメントが鎖延長されたエポキシ樹脂に組込まれる。
物は、先行技術において直接エポキシ樹脂の鎖延長に使
用していたものと同じでよく、具体例には2官能開始剤
にエチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒド
ロフラン等のアルキレンオキシドを付加重合させて得ら
れるポリエーテルジオール;ポリアジペートおよびポリ
カプロラクトンジオールのようなポリエステルジオー
ル;ポリオキシプロピレンジアミンのような2官能ポリ
オキシアルキレンポリアミン;ダイマー酸のような長鎖
脂肪酸;末端カルボキシ基ニトリルゴムオリゴマー;末
端水酸基ポリブタジエンオリゴマーを含む。
性水素化合物とあらかじめ好ましくはメタノールまたは
エタノールでブロックしたジイソシアネート化合物とを
反応させることにより得られる。勿論活性水素化合物と
遊離ジイソシアネート化合物を反応させて得られるプレ
ポリマーを反応後メタノールまたはエタノールでブロッ
クしてもよい。
エポキシ樹脂との反応は、エポキシ環/ブロックイソシ
アネート基の比が1以下であってはならない。換言すれ
ば第1工程の生成物中にエポキシ環が残っていなければ
ならない。反応温度は好ましくは60℃〜200℃であ
り、副生するメタノール、エタノール等はデカンターを
用いて系外へ除去するのが好ましい。
へ第2工程においてカチオン性基を導入する前に、分子
量および/またはアミン当量の調節、熱フロー性の改善
等を目的として2−エチルヘキサノール、ノニルフェノ
ール、エチレングリコールもしくはプロピレングリコー
ルのモノ2−エチルヘキシルエーテルのような脂肪族モ
ノアルコール、アルキルフェノールまたはグリコールモ
ノエーテル、またはビスフェノールを反応させることが
できる。
開環してカチオン性基を導入する慣用方法でよい。すな
わち第1工程の生成物中に残っているエポキシ基を利用
し、カチオン性の活性水素化合物との反応によってカチ
オン性基を導入する。
ン、2級アミン、3級アミンの酸塩、もしくはスルフィ
ド・酸混合物を反応させる。その例としては、ブチルア
ミン、オクチルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミ
ン、メチルブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエ
タノールアミン、N−メチルエタノールアミン、トリエ
チルアミン酸塩、N,N−ジメチルエタノールアミン酸
塩、ジエチルジスルフィド・酸混合物などのほか、アミ
ノ1級アミンをブロックした2級アミンがある。アミン
類は複数のものを併用して用いてもよい。1級アミンを
反応させるときは2当量であるためポリエポキシ化合物
の鎖延長剤として働き、ポリエポキシ化合物を高分子量
化させる。エポキシ基と反応させるこれらのアミンは、
第1工程の生成物のエポキシ基とほぼ当量で使用するの
が好ましい。アミン当量としては0.3〜4.0meq
/gが好ましい。アミン当量が0.3meq/g未満で
あると乳化、水溶化が困難であり、4.0meq/gを
越えると造膜後、得られる塗膜の耐水性が不十分とな
る。
ポリイソシアネート化合物のような外部架橋剤によって
架橋することができる。本発明の変性エポキシ樹脂の特
色が最大に発揮されるのは水性塗料、特に電着塗料であ
る。先に述べたように、これまでのソフトセグメントを
導入した電着塗料用変性エポキシ樹脂は架橋剤との反応
性および他の塗膜性能が必ずしも満足ではなかった。本
発明の変性エポキシ樹脂は耐衝撃性および硬化反応性に
おいて従来の樹脂にすぐれているのみならず、電着塗料
用樹脂に求められる他の性質、例えば乳化性、熱フロー
性、耐食性および耐熱性においても満足させる。
性樹脂と架橋剤とを中和剤を含む水性媒体中に分散させ
ることによって達成することができる。架橋剤として
は、エーテル化したメチロールメラミン等のメラミン樹
脂およびブロックポリイソシアネート化合物が典型例で
ある。当然のことながらカチオン電着塗料にあってはア
ミノ基やスルホニウム基を導入した変性樹脂を選択し、
中和剤は塩酸、硝酸、リン酸、ギ酸、酢酸、乳酸、スル
ファミン酸、アセチルグリシンのような無機または有機
酸でなければならない。
の官能基と反応して良好な硬化塗膜を与えるのに十分で
なければならず、一般に樹脂固形分の5〜50重量%が
使用される。中和剤の量は樹脂のアミノ基等の少なくと
も20%、好ましくは30〜60%を中和するに足りる
量である。
む系にあってはジラウリン酸ジブチルスズ、酢酸スズの
ようなスズ化合物や、通常のウレタン開裂触媒を含むこ
とができる。その量はブロックポリイソシアネート化合
物の0.1〜5重量%が通常である。
ク、ベンガラ等の着色顔料、塩基性ケイ酸鉛、リンモリ
ブデン酸アルミ等の防錆顔料、カオリン、クレー、タル
ク等の体質顔料のほか、水混和性有機溶剤、界面活性
剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの常用の塗料用添加
剤を含むことができる。
漬塗装、スプレー塗装等他の塗装方法を使用することも
できる。
す。「部」および「%」はことわりない限り重量基準に
よる。実施例、比較例中の「エポキシ当量」「アミン当
量」は固形分あたりの数値を示す。
を取り付けたフラスコに2,4/2,6−トリレンジイ
ソシアネート(80/20wt%)130.0gとメチ
ルイソブチルケトン165.0gおよびジブチルスズラ
ウレート0.13gを秤りとり、攪拌、窒素バブリング
しながらメタノール42.0gを滴下ロートより30分
かけて滴下した。温度は、室温からはじめ60℃まで昇
温した。その後、30分間反応を継続した後、ポリテト
ラメチレングリコール(保土谷化学工業(株)製PTG
−1000)94.0gを滴下ロートより1時間かけて
滴下した。反応は60〜65℃の範囲で行い、赤外線分
光計によりイソシアネート基が消失するまで継続した。
その後、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンから合
成したエポキシ当量188のエポキシ樹脂669.0g
をくえわ、120℃まで昇温し、ベンジルジメチルアミ
ン2.0gを加え、副生するメタノールをデカンターを
用いて留去させながら、エポキシ当量372になるまで
反応を継続した。赤外線分光計によれば、オキサゾリド
ン環のカルボルニル基にもとづく1750cm-1の吸収
が確認された。その後、ビスフェノールA43.0gと
ノニルフェノール191.8gを加え反応させ、エポキ
シ当量1130になるまで継続した。
2.0g、N−メチルアミノエタノール30.0gおよ
びアミノエチルエタノールアミンのケチミン化物(79
wt%メチルイソブチルケトン溶液)47.1gを加
え、110℃で2.0時間反応させた。その後、メチル
イソブチルケトンで不揮発分80%まで希釈した。この
様にして電着樹脂Aを得た。数平均分子量(GPC法)
2300、アミン当量97meq/100g
リレンジイソシアネート(80/20wt%)147.
0gとメタノール42.0gを反応させた。ポリテトラ
メチレングリコールの代わりにビスフェノールAエチレ
ンオキシド6モル付加物(三洋化成工業(株)製BPE
−60)93.5gを加えて反応させ、ブロックプレポ
リマーをつくった。
ルA型エポキシ樹脂658.0gを加えて反応させた
後、ビスフェノールA37.0gおよびノニルフェノー
ル191.8gを反応させた。最後に実施例1と同量の
ジエタノールアミン、N−メチルアミノエタノールおよ
びアミノエチルエタノールアミンのケチミン化物溶液を
反応させた後、メチルイソブチルケトンで不揮発分80
%に希釈した。得られた電着樹脂Bの数平均分子量(G
PC法)は2500、アミン当量は97meq/100
gであった。
を取り付けたフラスコに2,4/2,6−トリレンジイ
ソシアネート(80/20wt%)132.2gとメチ
ルイソブチルケトン165.0gおよびジブチルスズラ
ウレート0.12gを秤りとり、攪拌、窒素バブリング
しながらメタノール29.2gを滴下ロートより30分
かけて滴下した。温度は、室温からはじめ60℃まで昇
温した。その後、30分間反応を継続した後、ポリオキ
シプロピレングリコール・ジアミン(テキサコ化学
(株)製ジェファーミンD−400)70.0gを滴下
ロートより1時間かけて滴下した。反応は30〜50℃
の範囲で行い、赤外線分光計によりイソシアネート基が
消失するまで継続した。その後、ビスフェノールFとエ
ピクロルヒドリンから合成したエポキシ当量475のエ
ポキシ樹脂730.0gおよびエポキシ当量950のエ
ポキシ樹脂282.0gを加え、均一に混合し、120
℃まで昇温し、ベンジルジメチルアミン2.2gを加
え、副生するメタノールをデカンターを用いて留去させ
ながら、エポキシ当量1250になるまで反応を継続し
た。赤外線分光計によれば、オキサゾリドン環のカルボ
ルニル基にもとづく1750cm-1の吸収が確認され
た。
4.5g、N−メチルアミノエタノール52.4gおよ
びアミノエチルエタノールアミンのケチミン化物(79
wt%メチルイソブチルケトン溶液)55.7gを加え
た。反応は、110℃で行い、2.0時間反応させた。
その後、メチルイソブチルケトンで不揮発分80%まで
希釈した。この様にして電着樹脂Cを得た。数平均分子
量(GPC法)2400、アミン当量98meq/10
0g
ルメタンジイソシアネート125.0gとメタノール2
0.5gを反応させた。ダイマー酸(ヘンケル白水
(株)製バーサダイム288)115gを加えて反応さ
せ、ブロックプレポリマーをつくった。
ルFエポキシ樹脂618g、エポキシ当量950のビス
フェノールFエポキシ樹脂190gを加えて反応させ、
反応生成物をジエタノールアミン37.44g、N−メ
チルアミノエタノール26.14gおよびアミノエチル
エタノールアミンのケチミン化物溶液33.48gと反
応させ、メチルイソブチルケトンで不揮発分80%へ希
釈した。得られた電着樹脂の数平均分子量(GPC法)
は2600、アミン当量は95meq/100gであっ
た。
ルメタンジイソシアネート187.0gとメタノール4
7.6gを反応させた。末端カルボキシル化ニトリルゴ
ムオリゴマー(ハイカーCTBN、分子量3400)1
28gを加えて反応させ、ブロックプレポリマーをつく
った。
ルエポキシ樹脂470.0gを加えて反応させ、さらに
ビスフェノールA80.0gを加えて反応させた。反応
生成物をジエタノールアミン29.1g、N−メチルエ
タノールアミン21.5gおよびアミノエチルエタノー
ルアミンのケチミン化物溶液26.0gを反応させ、メ
チルイソブチルケトンで不揮発分80%へ希釈した。得
られた電着樹脂Eの数平均分子量(GPC法)は280
0、アミン当量は98meq/100gであった。
ロルヒドリンから合成したエポキシ当量475のエポキ
シ樹脂285.0gとエポキシ当量950のエポキシ樹
脂380.0gと、p−ノニルフェノール77.0gお
よびメチルイソブチルケトン82.4gをそれぞれ秤り
とり、昇温、均一に混合溶解したあとN,N−ジメチル
ベンジルアミン3.0gを加え、反応温度130℃で反
応させ、エポキシ当量1140になるまで反応させた。
その後冷却し、ジエタノールアミン19.2g、N−メ
チルエタノールアミン27.0gおよびアミノエチルエ
タノールアミンのケチミン化物(79wt%)メチルイ
ソブチルケトン溶液)30.6gを加え、110℃で
2.0時間反応させた。その後メチルエチルイソブチル
ケトンで不揮発分90%になるまで希釈し、比較樹脂a
を得た。数平均分子量(GPC法)2100、アミン当
量90meq/100g
ロルヒドリンから合成したエポキシ当量650のエポキ
シ樹脂926.0g、実施例1で用いたポリオキシテト
ラメチレングリコール213.0gおよびメチルイソブ
チルケトン126.7gをそれぞれ秤りとり、昇温、均
一に混合溶解したあとN,N−ジメチルベンジルアミン
2.5gを加え、反応温度150℃でエポキシ当量11
40になるまで反応させた。その後冷却し、ジエタノー
ルアミン19.2g、N−メチルエタノールアミン2
7.0gおよびアミノエチルエタノールアミンのケチミ
ン化物(79wt%)メチルイソブチルケトン溶液)3
0.6gを加え、110℃で2.0時間反応させた。そ
の後メチルエチルイソブチルケトンで不揮発分90%に
なるまで希釈し、比較樹脂bを得た。数平均分子量(G
PC法)3200、アミン当量92meq/100g
中に、エポキシ当量が190のビスフェノールA型エポ
キシ樹脂(エピコート828油化シエルエポキシ社製)
740gとビスフェノールA211gを、メチルイソブ
チルケトン48gおよびベンジルジメチルアミン1.5
gの存在下、170℃で2時間反応させ、エポキシ当量
700を有する生成物を得た。これへチオジエタノール
244g、ジメチロールプロピオン酸268gを添加し
てさらに、イオン交換水50gを加え、60℃で5時間
反応させた。得られた樹脂はエチレングリコールモノブ
チルエーテルで固形分が30%になるように希釈した。
脂にカーボンブラック、カオリン二酸化チタン、塩基性
ケイ酸鉛を分散させサンドミルで粉砕、調整した。
を取り付けたフラスコにヘキサメチレンジイソシアネー
トの3量体(コロネートHX:日本ポリウレタン(株)
製)199gとメチルイソブチルケトン32g、および
ジブチルスズジラウレート0.05gを秤りとり、攪
拌、窒素をバブリングしながら、メチルエチルケトオキ
シム87.0gを滴下ロートより1時間かけて滴下し
た。温度は50℃からはじめ70℃まで昇温した。その
あと1時間反応を継続し、赤外線分光計によりNCO基
の吸収が消失するまで反応させた。
0.0g(固形分)、ジブチルスズオキシド5.0gを
均一に混合、80℃まで昇温し、脱イオン水266.6
gに酢酸6.24gを溶解した酸性水溶液にデイスバー
で攪拌しながら混入した。そのあと、445gの脱イオ
ン水を徐々に加え、固形分36wt%のエマルション溶
液を得た。次いで減圧濃縮を行い溶剤を除去したあと脱
イオン水を加え固形分36wt%に調整した。
計により測定し、表−1に示した。
顔料分散ペースト270g(不揮発分60%)を混合す
ることにより着色した。更に脱イオン水1400g、エ
チレングリコールモノヘキシルエーテル30gを加え、
不揮発分20%の電着塗料を得た。その後被塗物として
リン酸亜鉛処理を施した鋼板を陰極として浸漬し、乾燥
膜厚が20μmになるよう塗装した。焼付けは160℃
×20分の条件で行い、塗料評価を行った。その結果を
表−1に示した。
Eおよび比較樹脂a〜bを固形分比:63/37(樹脂
/架橋剤)の割合で、実施例6と同じ方法により塗料化
を行い同様な評価を行った。実施例6〜10および比較
例3〜4の結果を表−1に示す。
−1100)により測定した。 2)外観(Ra):表面粗さ測定機(東京精密(株)製
E−30A)により測定した。単位=μm 3)塩水噴霧試験:JIS−K5400に準じて評価し
た。 ○:作用なし △:検出可能なフクレあり ×:全体にわたる厳しいフクレ 4)低温耐衝撃性:−5℃における落錘試験(500g
×50cm) ○:異常無し △:一部剥離 ×:著しく剥離
Claims (7)
- 【請求項1】ソフトセグメントとなる2官能活性水素化
合物とジイソシアネート化合物との反応により得られる
プレポリマーの末端イソシアネート基をブロックしたプ
レポリマーをジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂に反
応せしめて鎖延長する工程と、 鎖延長したエポキシ樹脂の末端エポキシ環の少なくとも
一部をカチオン性活性水素化合物で開環してカチオン性
基を導入する工程を含むことを特徴とする変性エポキシ
樹脂の製造法。 - 【請求項2】ソフトセグメントとなる2官能活性水素化
合物は、ポリエーテルジオール、ポリエステルジオー
ル、ポリオキシアルキレンジアミン、2官能長鎖脂肪
酸、末端カルボキシル基ニトリルゴムオリゴマー、また
は末端水酸基ポリブタジエンオリゴマーである請求項1
の変性エポキシ樹脂の製造法。 - 【請求項3】ジイソシアネート化合物が芳香族ジイソシ
アネート化合物である請求項1または2の変性エポキシ
樹脂の製造法。 - 【請求項4】前記プレポリマーのイソシアネート基はメ
タノールまたはエタールでブロックされている請求項1
ないし3のいずれかの変性エポキシ樹脂の製造法。 - 【請求項5】ジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂がエ
ポキシ当量150〜2000のビスフェノール型エポキ
シ樹脂である請求項1ないし3のいずれかの変性エポキ
シ樹脂の製造法。 - 【請求項6】前記カチオン性活性水素化合物が1級アミ
ン、2級アミン、3級アミン酸付加塩、またはスルフィ
ドー酸混合物である請求項1ないし5のいずれかの変性
エポキシ樹脂の製造法。 - 【請求項7】前記鎖延長したエポキシ樹脂へカチオン性
基を導入する前に、末端エポキシ環の一部を脂肪族モノ
アルコール、アルキルフェノール、グリコールモノエー
テルまたはビスフェノールと反応させ、残りのエポキシ
環を前記カチオン性活性水素化合物で開環する請求項1
ないし6のいずれかの変性エポキシ樹脂の製造法。
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