JP3871701B2 - 後増量した陰イオン系アクリル分散液 - Google Patents
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Description
本発明は、自動車の多層被覆用ベースコートとしての水性陰イオン系アクリル分散液に関し、より詳しくは、少なくとも2個のオキシラン基を含む化合物で後増量した陰イオン系アクリル分散液に関する。
発明の背景
多層被覆系は、被覆基材の美的外観を改良するために開発された。「ベースコート」と呼ばれる比較的薄い着色層を塗布し、次いで「クリアコート」と呼ばれるより厚い、着色していない層を塗布することにより、一般的に「濡れた外観」と呼ばれる、深みのある外観を有する光沢のある被覆を達成することができる。
多層系は、自動車の塗装に長年の間使用されている。この系は当初有機溶剤を使用していたが、環境規制がより厳しくなるにつれて、有機溶剤を含む系は好ましくなくなってきた。多層系、特にベースコート系の分野における最近の研究は、多層被覆のための水性塗料系の開発に注意が向けられている。
特に、この業界で「ハイソリッド」塗装と呼ばれる、有機溶剤を極力少なくした有機溶剤系塗料が処方されるにつれて、外観、特にフレーク顔料を含む塗装のメタリック効果が固型分の増加により悪影響を受けることが明らかになってきた。水性塗料系により得られる利点の一つは、揮発性有機成分(VOC)に対する規制に適合する塗装においてメタリック効果が改良されることである。しかし、水性塗料系には別の問題が生じた。
過去において、たれ止め、適切な縁部被覆、塗料中に使用されているメタリックフレークの適切な配向、などの望ましい塗布特性を与えるために、レオロジー調整剤に頼っている。自動車用水系塗装に適したレオロジー調整剤の種類は限られている。多くの場合、使用可能なレオロジー調整剤は分散が困難であるか、または安定性が悪い。有機系塗料に効果的に使用されているレオロジー調整剤の中には、バックハウスの発明、米国特許第4,403,003号におけるマイクロゲルの様に、水系塗料に使用されているものもある。しかし、これらのマイクロゲルには、製造が困難で、安定化させ難いという欠点がある。
米国特許第4,880,867号は、アクリル分散液およびポリウレタン分散液の混合物からなる、静電スプレーにより塗布できる水性塗装組成物を開示している。しかし、アクリル重合体は、分散前に高分子量で溶液重合により製造される。適度の粘度で溶液重合を行うには、大量の溶剤が必要である。低VOC被覆を得るには、安定した分散系に必要とされる量を超える有機溶剤を蒸留分離する必要がある。また、フィルムの望ましい外観を得るには、レオロジー調整剤として機能させるための市販の増粘剤を加える必要がある。
その上、多層被覆系では、ベースコートが耐「割り込み(strike in)」性を有する必要がある。耐「割り込み」性とは、ベースコートの、トップコート組成物中の溶剤による攻撃に耐えられる能力を意味する。自動車メーカーは、一般的にトップコート組成物を着色および透明系で「ウェット−オン−ウェット」技術により塗布することを望むので、この割り込みは問題である。つまり、基材上にベースコート組成物を塗布し、続いてトップコート組成物を塗布した後、1回の焼き付け工程で複合材料被覆を硬化させる。上塗りのベースコートへの「割り込み」は、メタリック顔料の配向に悪影響を及ぼすので、特に好ましくない。高度に着色した塗料では、非メタリック顔料の粒子が割り込みを防ぐための物理的バリヤーを形成することができる。しかし、シルバーおよびライトメタリック色では、割り込みを防止するのに十分な顔料はない。この割り込みを防止するには、流動性調整剤または充填材顔料を使用する必要がある。
本発明の後増量した陰イオン系アクリル分散液は、水系塗料で必要とされるレオロジー調整および耐割り込み性を満足することができる。特に、この分散液により、ベースコートまたは1被覆トップコート組成物において優れたメタリックフレーク配向が得られる。その上、この分散液は、他の組成物に見られる分散の難しさ、不安定性、有害なエマルション重合界面活性剤の存在、および高い揮発性有機成分含量ならびに立体的に安定化した分散液の複雑な製造方法に関する問題点を克服している。
本発明の目的は、レオロジー調整性が優れ、フレーク顔料によるベースコートのメタリック外観を改良する、自動車塗料系のベースコートにおける水性アクリル分散液を提供することである。本発明のもう一つの目的は、この水性アクリル分散液を含むベースコートを提供することである。本発明のさらに別の目的は、アクリル分散液およびそれを塗布した基材からなる、基材の塗布方法を提供することである。
発明の概要
本発明の目的は、
a)カルボン酸基、無水カルボン酸基またはそれらの混合物からなる群から選択された官能基を有するアクリル樹脂を第三級アミンの存在下で水に分散させること、および
b)該アクリル樹脂のカルボン酸基を、少なくとも2個のオキシラン基を有する有機化合物と反応させること
により得られる水性アクリル分散液により達成される。
発明の詳細な説明
本発明の好適なアクリル樹脂は、
i)エチレン性不飽和カルボン酸または無水物またはそれらの混合物約1〜30重量%、
ii)他のエチレン性不飽和モノマー約20〜90重量%、
iii)後増量したアクリル分散液の形成後に架橋可能な官能基を有するエチレン性不飽和モノマー約0〜50重量%
からなる。
好ましいアクリル樹脂は、
i)エチレン性不飽和カルボン酸または無水物またはそれらの混合物約1〜20重量%、
ii)他のエチレン性不飽和モノマー約40〜85重量%、
iii)後増量したアクリル分散液の形成後に架橋可能な官能部位を有するエチレン性不飽和モノマー2〜40重量%
からなる。
最も好ましいアクリル樹脂は、
i)エチレン性不飽和カルボン酸または無水物またはそれらの混合物約3〜15重量%、
ii)他のエチレン性不飽和モノマー約55〜85重量%、
iii)後増量したアクリル分散液の形成後に架橋可能な官能部位を有するエチレン性不飽和モノマー5〜30重量%
からなる。
好適なエチレン性不飽和カルボン酸またはカルボン酸無水物のモノマー(i)は、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルオキシプロピオン酸またはポリアクリル酸混合物、メタクリル酸二量体またはポリメタクリル酸混合物、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸またはマレイン酸無水物、イタコン酸またはイタコン酸無水物、およびマレイン酸、イタコン酸またはフマル酸のモノアルキルエステルである。
他のエチレン性不飽和モノマー(ii)は、1〜約20個の炭素原子を有するアルコールに由来するアクリル酸またはメタクリル酸アルキルエステル、またはビニルモノマーから選択することができる。ここで使用する()付きの(メタ)アクリル酸エステルの表現はメタクリル酸エステルおよびアクリル酸エステルを含む。好適な例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸tert.−ブチルおよび(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、アルキル基が1〜20個の炭素原子を有するマレイン酸またはフマル酸のジアルキルエステル、スチレン、アルファ−メチルスチレン、ビニルトルエン、tert.−ブチルスチレンの様なビニル芳香族化合物、クロロスチレンの様なハロゲン化ビニルベンゼン、塩化ビニル、(メタ)アクリルアミドおよび(メタ)アクリロニトリルの様な他のモノマーがある。
後増量したアクリル分散液の形成後に架橋可能な官能基を有するエチレン性不飽和モノマー(iii)の例としては、アクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸イソシアネートエチル、アクリル酸ヒドロキシブチル、メタクリル酸ヒドロキシブチル、モノアクリル酸プロピレングリコール、メタクリル酸2,3−ジヒドロキシプロピル、モノメタクリル酸ペンタエリトリトール、モノアクリル酸およびモノメタクリル酸プロピレングリコール、およびメタ−イソプロピル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート、モノアクリル酸ポリエチレングリコール、モノメタクリル酸ポリエチレングリコールおよびグリセリルアリルエーテルがある。
(iii)の他の例としては、直鎖、分枝鎖または環状アルキル基が2〜20個の炭素原子を有する、マレイン酸およびフマル酸のジヒドロキシアルキルエステルがある。N−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミドおよびN−ヒドロキシアルキルフマル酸モノまたはジアミド、例えばN−ヒドロキシエチルアクリルアミドまたはN−(2−ヒドロキシプロピル)メタクリルアミドも使用できる。他の水酸基含有化合物には、アリルアルコール、ポリオール、特にジオールのモノビニルエーテル、例えばエチレングリコールおよびブタンジオールのモノビニルエーテル、および水酸基含有アリルエーテルまたはエステル、例えば2,3−ジヒドロキシプロピルモノアリルエーテル、トリメチロールプロパンモノアリルエーテルまたは2,3−ジヒドロキシプロパン酸のアリルエステルがある。
共重合は、通常の方法により、例えば重合開始剤および所望により連鎖移動剤の存在下でモノマーを加熱することにより行う。共重合は、塊状で、または溶液中で行うことができる。本発明では、分散の際の共溶剤として作用する溶剤がある程度存在するのが好ましい。溶剤重合に好適な溶剤は、エチレングリコールまたはプロピレングリコールおよびそれらの誘導体、例えばジプロピレングリコールモノメチルエーテルおよびエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、アルコール、例えばブチルアルコールおよびジアセトンアルコール、ケトン、例えばメチルプロピルケトンおよびアセトン、エステル、例えば酢酸ブチルおよびプロピオン酸ペンチル、エーテル、例えばジオキサンおよびテトラヒドロフラン、および他の相容性のある溶剤、例えば水およびN−メチルピロリドン、およびそれらの混合物である。好ましい混合物の一つはエチレングリコールモノブチルエーテルと水である。
代表的な開始剤は、過酸化物、例えば過酸化ジアルキル、ペルオキシエステル、ペルオキシジカーボネート、過酸化ジアシル、ヒドロペルオキシド、およびペルオキシケタールおよびアゾ化合物、例えば2,2’−アゾビス(2−メチルブタンニトリル)および1,1’−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)である。
代表的な連鎖移動剤は、オクチルメルカプタン、n−またはtert.−ドデシルメルカプタンの様なメルカプタン、ハロゲン化合物、チオサリチル酸、メルカプト酢酸、メルカプトエタノール、ブテン−1−オール、および二量体アルファ−メチルスチレンである。メルカプタンが好ましい。
反応は通常約20〜約200℃の温度で行う。適切な調整により温度を還流未満に保持できるが、溶剤の還流温度で反応を行うのが便利である。開始剤は、反応が行われる温度に適合し、且つ、その温度における開始剤の半減期が好ましくは1分〜30分になる様に選択する。
溶剤または溶剤混合物は、一般的に反応温度に加熱し、モノマーおよび開始剤を制御された速度で、通常2〜6時間の間に加える。この時間内に連鎖移動剤または追加の溶剤をやはり制御された速度で加えることができる。次いで、混合物の温度を一定時間維持して反応を完了させる。所望により、さらに開始剤を加えて確実に変換させることができる。
アクリル樹脂の酸価は約1〜約230mgKOH/g、好ましくは約7〜約156mgKOH/g、最も好ましくは約23〜約117mgKOH/gである。
GPC対ポリエチレン標準により測定したアクリル樹脂の重量平均分子量は約4,000〜約40,000、好ましくは約10,000〜約25,000である。アクリル樹脂の理論Tgは、約−30℃〜約150℃、好ましくは約0℃〜約50℃である。理論Tgは、フォックスによりBull.Amer.Physics Soc.、1巻、No.2、123頁(1956)に記載されている様にして測定できる。
アクリル樹脂は、水中に分散させる前に、第三級アミンまたはアミノアルコールで少なくとも部分的に中和する。好適な第三級アミンは、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルアニリン、ジエチルアニリンおよびN−メチルモルホリンおよびN−エチルモルホリンである。好適なアミノアルコールは、ジメチルエタノールアミンおよびトリエタノールアミンである。中和させた後、アクリル樹脂を攪拌しながら脱イオン水で希釈し、細かい粒子の分散液を得る。
このアクリル分散液に、少なくとも2個のオキシラン基を有する有機化合物を加える。好適な化合物は、ジオール、トリオールおよびビスフェノールのジおよびトリグリシジルエーテルまたはシクロヘキセンオキシドの誘導体である。例としては、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ビスフェノールAおよびレゾルシノールのジグリシジルエーテル、およびトリメチロールプロパン、トリメチロールエタンおよびグリセリンのトリグリシジルエーテルがある。
シクロヘキセンオキシドの好適な誘導体は、2または3個のエポキシ基を有し、例えばここに参考として含める、1989年10月にユニオン カーバイド ケミカルス & プラスチックス テクノロジー コーポレーションから出版されたパンフレット「環状脂肪族エポキシド系」に記載されている。そこに記載されている化合物はERL−4221、ERL−4299、ERL−4234である。UCCは、ERLX−4359の商品名で、分子量が406.46で、トリエポキシドである、別のシクロヘキセンオキシド誘導体を記載している。
好ましい化合物は、1,4−ブタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ポリプロピレングリコール、およびビスフェノールAのジグリシジルエーテル、およびトリメチロールプロパンのトリグリシジルエーテルおよびシクロヘキセンオキドの誘導体である。
カルボキシル基のエポキシド基に対するモル比は約20:1〜約1:1、好ましくは約8:1〜約1.3:1である。
カルボン酸基とオキシラン基との間の反応は、理論的完了の約30%〜約100%、好ましくは約50%〜約100%、最も好ましくは約60%〜約100%で行われる。
反応温度は特に重要ではないが、反応を経済的な時間で進行させるために、約80〜約100℃が好ましい。
上記の水性アクリル分散液は、粉砕樹脂、架橋剤、顔料、アルミニウムおよび/またはマイカ粒子の様なフレーク顔料、塩基性付与剤、水、充填材、界面活性剤、安定剤、可塑剤、湿潤剤、分散剤、密着促進剤、消泡剤、触媒および所望により追加の重合体またはレオロジー調整剤、その他の原料と共に、水系ベースコートに配合することができる。
一般的に、ここに記載する様にして配合した水性アクリル分散液は、架橋剤、水、有機溶剤の一部、アルミニウムおよび/またはマイカ粒子、または粉砕樹脂を使用して分散させることができる他の顔料と共に混合する。
この水性アクリル分散液は主要樹脂として使用できる。また、これらの分散液は、主要樹脂である他の水性樹脂分散液と共に使用することもできる。一般的に、この水性アクリル分散液は、ベースコート組成物中に存在する総固体量の約10〜約80重量%を構成する。
架橋剤として作用する化合物は、樹脂上の官能基と反応し得る2個以上の官能基を有する。架橋剤は単量体または重合体でよい。
例えば、架橋剤は、アクリル、ポリエステル、アルキド、エポキシまたはアミノプラスト樹脂またはブロックドポリイソシアネートまたはそれらの混合物でよい。アミノプラスト樹脂は、メラミン、尿素および類似の化合物のアルデヒド縮合生成物である。ホルムアルデヒドとメラミン、尿素またはベンゾグアナミンの反応から得られる生成物が最も一般的で、本発明に好ましい。しかし、他のアミンおよびアミドの縮合生成物、例えばトリアジン、ジアジン、トリアゾール、グアニジン、グアナミン、およびアルキルおよびアリール置換した尿素およびアルキルおよびアリール置換したメラミンのアルデヒド縮合物を使用することもできる。その様な化合物の例としては、N,N−ジメチル尿素、ベンゾ尿素、ジシアンジアミド、ホルムグナアミン、アセトグアナミン、アメリン、2−クロロ−4,6−ジアミノ−1,3,5−トリアジン、6−メチル−2,4−ジアミノ−1,3,5−トリアジン、3,5−ジアミノ−トリアゾール、トリアミノピリジン、2−メルカプト−4,6−ジアミノピリミジン、2,4,6−トリエチルトリアミノ−1,3,5−トリアジン、等がある。
使用するアルデヒドはホルムアルデヒドであることが最も多いが、他のアルデヒド、例えばアセトアルデヒド、クロトンアルデヒド、アクロレイン、ベンズアルデヒド、フルフラール、その他から類似の縮合生成物を製造することもできる。
アミン−アルデヒド縮合生成物はメチロールまたは類似のアルキロール基を含み、ほとんどの場合、これらのアルキロール基の少なくとも一部はアルコールとの反応によりエーテル化され、有機溶剤に可溶な樹脂を与える。この目的には、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、その他、ならびにベンジルアルコールおよび他の芳香族アルコール、環状アルコール、例えばシクロヘキサノール、グリコールのモノエーテル、例えばセロソルブおよびカルビトールTM(ユニオン カーバイド社)、およびハロゲン置換した、または他の置換したアルコール、例えば3−クロロプロパノールを含むすべての1価アルコールを使用することができる。好ましいアミン−アルデヒド樹脂はメタノールまたはブタノールでエーテル化される。
顔料粉砕ペーストを製造する公知の方法により、好適な粉砕樹脂を使用して顔料をベースコート中に配合することができる。
染料または顔料の例としては、無機性でも有機性でもよく、例えばグラファイト、カーボンブラック、クロム酸亜鉛、クロム酸ストロンチウム、クロム酸バリウム、クロム酸鉛、シアン化鉛、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、硫化カドミウム、アルミニウムフレーク、マイカフレーク、硫化亜鉛、フタロシアニン錯塩、ナフトールレッド、カルバゾールバイオレット、ペリレンレッド、キナクリドンおよびハロゲン化チオインジゴ顔料、その他がある。
好ましいフレーク顔料は、アルミニウム金属フレークおよびマイカである。好ましいマイカはマール コーポレーション、ニューヨーク、NY、およびEMケミカルス、ホウソーン、NYから入手できる。好ましいアルミニウムフレーク顔料は、シルバーライン コーポレーション、ペンシルバニア、またはエカルト ヴェルケ、ギュンターシュタール、ドイツから入手できる。本発明の好ましい実施形態では、リン酸エステルで安定化した標準グレードのアルミニウムを使用する。フレーク顔料は非フレーク顔料と混合することもできるが、これらの顔料は望ましいメタリック効果を損なわない様に注意深く選択する必要がある。
ベースコートに使用する樹脂は脱イオン水中に分散させる。脱イオン水は、アルミニウムと水の反応により引き起こされる発泡を防ぐために、導電性の読みが13マイクロオーム-1未満であるのが好ましい。また、水道水中に通常存在する塩を防ぐためにも脱イオン水を選択する。他の溶剤も脱イオン水と共に使用できる。特に好ましい溶剤は、顔料をベースコート中に混合、配合および分散し易くするエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブTM)である。他の溶剤、例えば低沸点の1価および多価アルコール、エーテル、エステル、ケトンおよび他の有機溶剤も使用できる。水を含めて、ベースコートの最高約80%、好ましくは約10〜20重量%を構成する有機溶剤は、最終ベースコート中の個々の成分の分散性を改良するために、およびその低揮発性の観点から選択することができる。
最終ベースコートは優れたレオロジー調整性を示す。しかし、所望によりレオロジー調整剤をベースコート中に配合することもできる。本発明の実施形態で使用できるレオロジー調整剤には、フュームドシリカ化合物およびベントナイトクレーがある。好ましい乾式シリカ化合物には、疎水性シリカ化合物、例えばデグサ社、フランクフルト、ドイツから市販されているアエロジルR972がある。使用可能な、および特定のベースコートでは好ましい他のレオロジー調整剤は、合成のケイ酸ナトリウムリチウムマグネシウムヘクトライトクレーである。その様なクレーの例としては、ラポルテ、インダストリーズ社、サドルブルック、NJから市販されているラポナイトRDがある。幾つかの好ましい実施形態では、レオロジー調整剤を混合する。レオロジー調整剤を含む場合は、一般的に最終ベースコート組成物の約0.1〜約20重量%、好ましくは約1〜約5重量%の量で使用する。
最終ベースコートは、第三級アミン、例えばN−エチルモルホリンでpH7.6〜7.8に調節する。粘度は脱イオン水を使用して調節できる。
最終的な水性ベースコートの固体含有量は約10〜約60重量%、好ましくは約15〜約45重量%である。
本発明の被覆基材は、基材に密着した少なくとも一つの被覆層を含む。一般に、被覆する基材は、金属、プラスチック、木、セラミック、等でよい。好ましくは基材は金属またはプラスチックであり、最も好ましくは基材は自動車の車体である。基材は、好ましくは「予備塗装」(すなわち本発明のアクリル化合物を配合する必要のないプライマーまたは他の望ましい塗料で被覆する)してから、そこに本発明の被覆配合物を塗布する。
上記のベースコートは、用意された金属またはプラスチック基材に、例えば空気噴霧器(ビンクス モデル60スプレーガン、ビンクス マニュファクチュアリング コーポレーション、フランクリン パーク、IL.)から市販)を使用して、または他の通常のスプレー手段を使用して1回または2回塗りで塗布することができる。このベースコートは静電気的に塗布することもできる。
塗布した後、ベースコートは、温風送風機を使用して約5〜約40%の相対湿度で室温〜約145°Fの温度で約30秒間〜約10分間乾燥させる。好ましくは、約120°Fで約1〜約5分間乾燥させる。ここに記載する乾燥条件下で、約90〜約95%の、水を含む溶剤が短時間の内にベースコートから除去される。
第一のベースコートを堆積させた後、乾燥(蒸発分離)させずに、第二のベースコートを第一のベースコートの上に堆積させることができ、あるいは乾燥させたベースコートの上にクリアコートを堆積させることができる。この分野で公知のどのクリアコートを使用することもできる。クリアコートとしては、どの様な着色していない、または透明に着色した塗料を使用することもできる。代表的なクリアコート組成物は、約30〜約70%のフィルム形成樹脂および約30〜約70%の揮発性有機溶剤を含む。
ベースコート上にクリアコートを塗布した後、その多層被覆を焼き付けて架橋させ、少量の残留する水および有機溶剤を多層被覆から除去する。好ましい焼き付け工程では、塗装した基材を66〜149℃の温度で10〜60分間加熱する。この焼き付け工程により、被覆が硬化し、硬い、耐久性のあるフィルムになる。
本発明の組成物は、外からの特別なレオロジー調整剤の添加を必ずしも必要としない被覆を形成するのに使用できる。あるいは、本発明の組成物は、異なった主要重合体を有する塗料組成物に少量加えることにより、レオロジー調整剤として機能させることができる。
被覆中のメタリック効果の品質を評価する際の最も重要と考えられる基準は、(1)被覆をその表面の平面に対して90°の角度で見た時の明るさ、(2)斜めの角度で見た時の被覆の明るさ、および(3)メタリック効果の一様性(すなわち斑点のないこと)である。特性(1)および(2)は、測角測光法により測定できる。例えば、データーカラーモデルGPX−111測角光度計を使用する方法がBASF社により開発されている。この計器は、45°の固定入射光角度を有する。反射強度の検出器は、正反射角度から20°〜70°の間で変えることができる。メタリック効果は、正反射から低角度での反射強度の低下が大きい程、より優れていることが分かった。観察される標準パネルのメタリック効果を十分に識別する関係が得られた。この関係は、等式C
=[(L*25°−L*45°)/(L*45°−L*70°)]x100
(式中、L*は、測定角度における色空間内の光の強度を示す。)により示される。
この測定は定量的で、再現性がある。実施例におけるメタリック効果の程度を示すのにこの測定を使用する。
実施例1
水性陰イオン系アクリル分散液
反応フラスコにエチレングリコールモノブチルエーテル424.0g、脱イオン水68.0g、およびスチレン150.0g、メタクリル酸メチル295.0g、アクリル酸2−エチルヘキシル295.0g、アクリル酸ヒドロキシエチル200.0g(1.724当量)、アクリル酸60.0g(0.833当量)およびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル12.0gの混合物200gを入れ、アクリル樹脂を製造した。フラスコの内容物を還流まで加熱した(100℃)。30分間還流させた後、モノマー混合物の残りを2時間かけて加えた。エチレングリコールモノブチルエーテル27.7gおよびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル7.0gを加え、このバッチを還流下(109℃)に2時間保持した。このバッチを70℃に冷却し、N−エチルモルホリン47.9g(0.416当量)および脱イオン水89.0gを加えた。混合した後、脱イオン水1595.0gを約30分間かけて加えた。粘度は>Z5、重量不揮発成分(NV)=31.5、および不揮発成分あたりの酸価(AN/NV)=47.6mgKOH/gNVであった。
次いで、この製造したアクリル分散液を、エポキシあたりの重量(WPE)=170〜205のプロピレンオキシドのジグリシジルエーテル(DER736、ダウケミカル)39.2gおよび脱イオン水624.7gを加え、その混合物を90℃に加熱することにより、後架橋させた。この温度に11時間維持し、その後に測定したAN/NV=37.2により、エポキシ/酸反応は理論値の80%完了したことが分かった。NVは26.7で、粘度は>Z5であった。
実施例2
水性陰イオン系アクリル分散液
反応フラスコにエチレングリコールモノブチルエーテル23kg、脱イオン水3.8kg、およびスチレン5.45kg、メタクリル酸2−エチルヘキシル11kg、アクリル酸ヒドロキシエチル11kg、アクリル酸4kg(54.83当量)、酢酸ブチル23kgおよびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル972gの混合物11kgを入れ、アクリル樹脂を製造した。フラスコの内容物を環流まで加熱した(104℃)。30分間環流させた後、モノマー混合物の残りを2時間かけて加えた。エチレングリコールモノブチルエーテル1.52kgおよびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル477gを加え、このバッチを環流下(110℃)に2時間保持した。このバッチを97℃に冷却し、N−エチルモルホリン2.68kgおよび脱イオン水5kgを加えた。混合した後、脱イオン水76kgを20分間かけて加えた。次いで、この製造したアクリル分散液を後架橋させた。ビスフェノールAのジグリシジルエーテル(Epi−Rez510、ローヌ−プーラン、パフォーマンスレジン&コーティングス事業部)2.2kg(13.30当量)を加え、反応が理論値の83%完了するまで、温度を88℃に7時間保持した。57kgの脱イオン水を加えて最終NVを25.36にした。AN/NVは44.7であった。
実施例3
水性陰イオン系アクリル分散液
反応フラスコにエチレングリコールモノブチルエーテル423.5g、脱イオン水69.5g、およびスチレン109.1g、メタクリル酸ブチル425.6g、メタクリル酸2−エチルヘキシル197.5g、アクリル酸ヒドロキシエチル197.4g、アクリル酸72.6gおよびオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル17.9gの混合物200gを入れ、アクリル樹脂を製造した。フラスコの内容物を還流まで加熱した(102℃)。30分間還流させた後、モノマー混合物の残りを2時間かけて加えた。このバッチを還流下に0.5時間保持した。エチレングリコールモノブチルエーテル27.9gおよびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル8.8gを加え、このバッチを還流下(108℃)に2時間保持した。このバッチを83℃に冷却し、N−エチルモルホリン49.1gおよび脱イオン水89.8gを加えた。混合した後、脱イオン水1395.0gを約20分間かけて加えた。次いで、この製造したアクリル分散液を、Epi−Rez510(上記)55.1g(0.336当量)を加え、混合物を80℃に加熱することにより、後架橋させた。その温度を1.5時間保持した後、測定したAN/NVは46.2であったことから、エポキシ/酸反応は理論値の40%完了したことが分かった。脱イオン水を加えて最終NVを25.7に調節した。
実施例4
水性陰イオン系アクリル分散液
この樹脂は実施例3の配合および方法により製造したが、反応をさらに4.5時間(合計6時間)行い、架橋反応の理論値の70%まで完了させた。脱イオン水を加え、最終NVを27.6に調節した。AN/NVは41.0であった。
実施例5
水性陰イオン系アクリル分散液
反応フラスコにエチレングリコールモノブチルエーテル423.5g、脱イオン水69.5g、およびスチレン109.1g、メタクリル酸ブチル425.6g、メタクリル酸2−エチルヘキシル197.5g、アクリル酸ヒドロキシエチル197.4g、アクリル酸72.6g(1.007当量)およびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル17.8gの混合物200gを入れ、アクリル樹脂を製造した。フラスコの内容物を還流まで加熱した(102℃)。30分間還流させた後、モノマー混合物の残りを2時間かけて加えた。このバッチを還流下に0.5時間保持した。エチレングリコールモノブチルエーテル27.9gおよびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル8.8gを加え、このバッチを還流下(108℃)に2時間保持した。このバッチを83℃に冷却し、N−エチルモルホリン49.1gおよび脱イオン水89.8gを加えた。混合した後、脱イオン水1395.0gを約20分間かけて加えた。次いで、この製造したアクリル分散液を、Epi−Rez510(上記)70.1g(0.427当量)を加え、混合物を80℃に加熱することにより、後架橋させた。温度を約80℃に1.5時間保持した後、測定したAN/NVは44.6であったことから、エポキシ/酸反応は理論値の36%完了したことが分かった。脱イオン水を加えて最終NVを26.1に調節した。
実施例6
水性陰イオン系アクリル分散液
この樹脂は実施例5の配合および方法により製造したが、反応をさらに4.5時間(合計6時間)行い、架橋反応の理論値の75%まで完了させた。脱イオン水を加え、最終NVを29.9に調節した。AN/NVは35.9であった。
実施例7
水性陰イオン系アクリル分散液
比較用の、架橋していない材料の例
反応フラスコにエチレングリコールモノブチルエーテル23kg、脱イオン水4kg、およびスチレン60kg、メタクリル酸2−エチルヘキシル110kg、アクリル酸ヒドロキシエチル11kg、アクリル酸3kg、酢酸ブチル24kgおよびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル980gの混合物11kgを入れ、アクリル樹脂を製造した。フラスコの内容物を環流まで加熱した(102℃)。30分間環流させた後、モノマー混合物の残りを2時間かけて加えた。このバッチを環流下に0.5時間保持した。エチレングリコールモノブチルエーテル1.6kgおよびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル490gを加え、このバッチを環流下(108℃)に2時間保持した。このバッチを99℃に冷却し、N−エチルモルホリン2.7kgおよび脱イオン水5kgを加えた。混合した後、脱イオン水88kgを15分間かけて加えた。最終NVは30.5%で、AN/NVは46.7であった。
実施例8
水性陰イオン系ポリウレタン分散液
米国特許第4,791,168号のポリウレタン実施例1に準じて調製した。
ポリエステルポリオール樹脂を、反応容器(分留塔を備えたフラスコ)にイソフタル酸551.9g(ポリエステル樹脂の15.8%)、エンポル1010(二重体脂肪酸、エメリーグループ、ヘンケル コーポレーション製)1923g(54.9%)、および1,6−ヘキサンジオール1025.1g(29.3%)およびトルエン100gを入れることにより製造した。トラップを満たすためにトルエンをさらに加えてもよい。この混合物を窒素雰囲気中で加熱し、縮合水を除去した。この加熱の際に235.7gの水が留別された。酸価が8以下になるまで、約200℃で加熱を続行した。次いで、残留トルエンを真空中、220℃で除去し、ポリウレタン樹脂に使用するポリエステル樹脂を製造した。
上で合成したポリエステル樹脂697.9g、ジメチロールプロピオン酸43.0g、ネオペンチルグリコール16.1g、イソホロンジイソシアネート234.0gおよびメチルイソブチルケトン300gを反応器に入れ、イソシアネート値が一定になるまで還流加熱(約128℃)した。次いで反応器にトリメチロールプロパン36.8gを加え、このバッチをさらに1時間還流させた。この時点で、窒素掃気を止め、バッチを95℃に冷却した。ジメチルエタノールアミン28.6gおよび水45kgを加え、水の一部ですすいだ。次いで、このバッチを均質になるまで放置(約5分間)した後、強く攪拌しながら水2048.7gを20分間かけて加えた。
加え終わった後、この混合物を強く攪拌しながら高熱で蒸留し、水およびメチルイソブチルケトンを除去した。次いで水をバッチに戻し、留別されたメチルイソブチルケトン約300gを廃棄した。n−ブタノール238gを加え、このバッチを80℃で30分間保持した。このバッチを10ミクロンフィルターを通して濾過し、本発明のベースコート組成物に使用するポリエステル−ウレタン樹脂を得た。得られた分散液は固体含有量が30%で、ガードナー粘度がZ2であった。
実施例9
水性陰イオン系アクリル分散液
反応フラスコにエチレングリコールモノブチルエーテル424g、脱イオン水68g、およびスチレン106.7g、アクリル酸ブチル415.7g、メタクリル酸2−エチルヘキシル192.7g、アクリル酸ヒドロキシエチル192.7g、アクリル酸93.3g(1.295当量)およびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル17.0gの混合物200gを入れ、アクリル樹脂を製造した。フラスコの内容物を還流まで加熱した(102℃)。30分間還流させた後、モノマー混合物の残りを2時間かけて加えた。このバッチを還流下に0.5時間保持した。エチレングリコールモノブチルエーテル30gおよびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル8.0gを加え、このバッチを還流下(108℃)に2時間保持した。このバッチを90℃に冷却し、N−エチルモルホリン74.4gおよび脱イオン水31.4gを加えた。混合した後、脱イオン水2003.8gを約20分間かけて加えた。次いで、この製造したアクリル分散液を、Epi−Rez510(上記)106.8g(0.651当量)を加え、混合物を85℃に加熱することにより、後架橋させた。温度を約85℃に8時間保持した後、測定したAN/NVは38.5であったことから、エポキシ/酸反応は理論値の76%完了したことが分かった。最終NVは30.0%であった。
実施例10
水性陰イオン系アクリル分散液
反応フラスコにエチレングリコールモノブチルエーテル424g、脱イオン水70g、およびスチレン109g、アクリル酸ブチル419g、メタクリル酸2−エチルヘキシル192.8g、アクリル酸ヒドロキシエチル192.8g、アクリル酸73g(1.013当量)、メタクリル酸ポリエチレングリコール(シポマーHEM−20、ローヌ−プーラン)20gおよびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル18.8gの混合物200gを入れ、アクリル樹脂を製造した。フラスコの内容物を還流まで加熱した(100℃)。30分間還流させた後、モノマー混合物の残りを2時間かけて加えた。このバッチを還流下に0.5時間保持した。エチレングリコールモノブチルエーテル30gおよびペルオキシ−2−エチルヘキサン酸t−ブチル8.0gを加え、このバッチを還流下(105℃)に2時間保持した。このバッチを約90℃に冷却し、N−エチルモルホリン85.8gおよび脱イオン水26.1gを加えた。混合した後、脱イオン水2143.6gを約20分間かけて加えた。次いで、この製造したアクリル分散液を、Epi−Rez510(上記)101.9g(0.621当量)を加え、混合物を85℃に加熱することにより、後架橋させた。温度を約85℃に8時間保持した後、測定したAN/NVは27.5であったことから、エポキシ/酸反応は理論値の75%完了したことが分かった。最終NVは27.6%であった。
ベースコートの製造
実施例11〜17: これらの実施例では、本発明の水性陰イオン系アクリル分散液を、レオロジー調整剤を加えずに、主要樹脂として使用した。
実施例11
実施例1で得た水性分散液63.14gを、穏やかに攪拌しながら脱イオン水35.49gを加えることによりさらに希釈した。pHは、N−エチルモルホリン0.80gを加えて8.0〜8.3に調節した。穏やかに攪拌しながらアミノプラスト樹脂(サイメル327、アメリカン シアナミド、ウェイン、NJ)2.69gを加えた。アルミニウムスラリーは、アルミニウム顔料(シルバーラインSS−5251AR、62%NV)3.89g、エチレングリコールモノブチルエーテル3.35gおよび2−ヘキシルオキシエチルリン酸エステル溶液(モービル ケミカル社からリン酸エステルVC3419として市販されている)(エチレングリコール モノブチルエーテル中15%)を混合することにより調製した。ベースコートは脱イオン水17.00gを加えることにより、さらに好適な塗布粘度に希釈した。
実施例12〜17
パネルにベースコート厚が0.5〜0.7ミルになる様に吹き付けた。これらのパネルは、49℃に設定した強制空気炉中で3分間乾燥させ、次いでこれらのパネルにクリアコート被覆し、121℃で30分間焼付けした。これらのパネルのメタリック効果を判定した。
フィッシャー#2カップで測定して下記のスプレー粘度に脱イオン水で希釈した。
パネルにベースコート厚が0.5ミルになる様に吹き付けた。これらのパネルは、49℃に設定した強制空気炉中で3分間乾燥させ、次いでこれらのパネルにクリアコート被覆し、121℃で30分間焼付けした。これらのパネルのメタリック効果を判定した。
実施例18〜20:
これらの実施例では、他の主要樹脂を使用し、本発明の水性陰イオン系アクリル分散液をレオロジー調整剤として使用した。
アルミニウムスラリー:
アルミニウム顔料
(シルバーラインSS-5251AR)(62%NV) 422.0
エチレングリコールモノブチルエーテル 358.8
2−ヘキシルオキシエチルリン酸
エステル溶液(エチレングリコール
モノブチルエーテル中15%)(15%NV) 78.5
パネルに乾燥ベースコート厚が0.5〜0.7ミルになる様に吹き付けた。これらのパネルは、49℃に設定した強制空気炉中で3分間乾燥させ、次いでこれらのパネルにクリアコート被覆し、121℃で30分間焼付けした。次いでこれらのパネルのメタリック効果を判定した。
実施例21〜24
これらの実施例では、他の主要樹脂を使用し、本発明の分散液を2種類のレオロジー調整剤の一つとして使用した。
アルミニウムスラリー
(シルバーラインSS-5251AR)(62%NV) 422.0
エチレングリコールモノブチルエーテル 358.8
2−ヘキシルオキシエチルリン酸
エステル溶液(エチレングリコール
モノブチルエーテル中15%)(15%NV) 78.5
パネルに乾燥ベースコート厚が0.5〜0.7ミルになる様に吹き付けた。これらのパネルは、49℃に設定した強制空気炉中で3分間乾燥させ、次いでこれらのパネルにクリアコート被覆し、121℃で30分間焼付けした。次いでこれらのパネルのメタリック効果を判定した。
増粘剤: 疎水性フュームドシリカ、エアロジルR972(デグサ)を好適な粉砕樹脂およびメラミンと共に水/有機溶剤混合物中でサンドミルにかけたペースト。このペーストは樹脂9.72%、メラミン5.36%およびシリカ11.02%を含む。
Claims (16)
- 水性陰イオン系アクリル分散液の製造方法であって、
a)i)エチレン性不飽和カルボン酸または無水物またはそれらの混合物1〜30重量%、
ii)他のエチレン性不飽和モノマー20〜90重量%、および
iii)後増量したアクリル分散液の形成後に架橋可能な官能基を有するエチレン性不飽和モノマー0〜50重量%
を重合させること、
b)カルボン酸基、無水カルボン酸基およびそれらの混合物からなる群から選択された官能基を有するアクリル樹脂を第三級アミンの存在下で水に分散させること、
c)該アクリル樹脂のカルボン酸基を少なくとも2個のオキシラン基を有する有機化合物と反応させること、および
d)フレーク顔料を加えること
を特徴とする方法。 - エチレン性不飽和カルボン酸またはカルボン酸無水物(i)が、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルオキシプロピオン酸、ポリアクリル酸混合物、メタクリル酸二量体、ポリメタクリル酸混合物、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル、マレイン酸無水物、イタコン酸無水物およびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の分散液の製造方法。
- 前記エチレン性不飽和モノマー(iii)が、アクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸イソシアネートエチル、アクリル酸ヒドロキシブチル、メタクリル酸ヒドロキシブチル、メタ−イソプロペニルジメチルベンジルイソシアネート、アリルアルコール、ポリプロピレングリコールモノアリルエーテル、メタクリル酸2,3−ジヒドロキシプロピル、モノ(メタ)アクリル酸ポリプロピレングリコール、モノ(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコールおよびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の分散液の製造方法。
- アクリル樹脂の酸価が1〜230mgKOH/gであることを特徴とする、請求項1に記載の分散液の製造方法。
- アクリル樹脂の重量平均分子量が4,000〜40,000であることを特徴とする、請求項1に記載の分散液の製造方法。
- アクリル樹脂の理論Tgが−30℃〜150℃であることを特徴とする、請求項1に記載の分散液の製造方法。
- 少なくとも2個のオキシラン基を有する有機化合物が、ジオールのジグリシジルエーテル、ビスフェノールのジグリシジルエーテル、トリオールのトリグリシジルエーテル、シクロヘキセンオキシドの誘導体およびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の分散液の製造方法。
- 少なくとも2個のオキシラン基を有する有機化合物が、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ソルビトール、クレゾール、エチレングリコール、ポリプロピレングリコール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールまたはレゾルシノールのジグリシジルエーテル、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンまたはグリセリンのトリグリシジルエーテル、2個以上のオキシラン基を有するシクロヘキセンオキシド誘導体およびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の分散液の製造方法。
- 少なくとも2個のオキシラン基を有する有機化合物がオリゴマーまたは重合体であることを特徴とする、請求項1に記載の分散液の製造方法。
- カルボン酸基とオキシラン基との間のモル比が20:1〜1:1であることを特徴とする、請求項1に記載の分散液の製造方法。
- カルボン酸基とオキシラン基との間の反応が理論的完了値の30%〜100%であることを特徴とする、請求項1に記載の分散液の製造方法。
- 最終酸価が0〜225mgKOH/gであることを特徴とする、請求項1に記載の分散液の製造方法。
- ベースコートの製造方法であって、
A)a)カルボン酸基、無水カルボン酸基およびそれらの混合物からなる群から選択された官能基を有するアクリル樹脂を第三級アミンの存在下で水に分散させ、
b)該アクリル樹脂のカルボン酸基を少なくとも2個のオキシラン基を有する有機化合物と反応させ、
c)フレーク顔料を加えること
により水性陰イオン系アクリル分散液を形成し、
B)アクリル、ポリエステル、アルキド、エポキシ、アミノプラスト樹脂、ブロックドポリイソシアネートおよびそれらの混合物からなる群から選択された架橋剤を加え、
C)顔料、アルミニウムフレーク顔料およびマイカフレーク顔料からなる群から選ばれる顔料、有機溶剤、他の架橋性樹脂、触媒、湿潤剤、調整剤、増粘剤、レオロジー調整剤、UV光安定化剤、可塑剤、酸化防止剤、殺真菌剤、およびそれらの混合物からなる群から選択された添加剤を加える、ことを特徴とする方法。 - ベースコートの製造方法であって、
a)カルボン酸基、無水カルボン酸基およびそれらの混合物からなる群から選択された官能基を有するアクリル樹脂を第三級アミンの存在下で水に分散させ、
b)該アクリル樹脂のカルボン酸基を少なくとも2個のオキシラン基を有する有機化合物と反応させて水性陰イオン系アクリル分散液を形成し、
c)フレーク顔料を加え、
d)アクリル、ポリエステル、アルキド、エポキシ、アミノプラスト樹脂、ブロックドポリイソシアネートおよびそれらの混合物からなる群から選択された架橋剤を加え、
e)顔料、有機溶剤、他の架橋性樹脂、触媒、湿潤剤、調整剤、増粘剤、レオロジー調整剤、UV光安定化剤、可塑剤、酸化防止剤、殺真菌剤、およびそれらの混合物からなる群から選択された添加剤を加える、ことを特徴とする方法。 - レオロジー調整剤の製造方法であって、
a)i)エチレン性不飽和カルボン酸または無水物またはそれらの混合物1〜30重量%、
ii)他のエチレン性不飽和モノマー20〜90重量%、および
iii)後増量したアクリル分散液の形成後に架橋可能な官能基を有するエチレン性不飽和モノマー0〜50重量%
を重合させ、
b)カルボン酸基、無水カルボン酸基およびそれらの混合物からなる群から選択された官能基を有するアクリル樹脂を第三級アミンの存在下で水に分散させ、
c)該アクリル樹脂のカルボン酸基を少なくとも2個のオキシラン基を有する有機化合物と反応させ、
d)フレーク顔料を加えること
により製造する、水性陰イオン系アクリル分散液を含んでなるレオロジー調整剤の製造方法。 - フレーク顔料がアルミニウムフレーク顔料およびマイカフレーク顔料からなる群から選ばれる請求項1に記載の方法。
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