JP2000505498A - 現場乳化された反応性エポキシポリマー組成物 - Google Patents

現場乳化された反応性エポキシポリマー組成物

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Abstract

(57)【要約】 水中に容易に分散し、周囲温度で硬化されるコーティング組成物において使用するのに特に適する乳化された反応性エポキシポリマー組成物。この乳化性エポキシ組成物は親水性ポリオキシアルキレンセグメントを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 現場乳化された反応性エポキシポリマー組成物 本発明は、水に乳化された反応性エポキシポリマー組成物であって、高分子量 エポキシエマルジョン及び乳化された反応性ポリマー硬化組成物を含む反応性エ ポキシポリマー組成物に関する。他の観点において、本発明は、そのような水に 乳化された反応性ポリマー組成物の調製方法に関する。さらに別の観点において 、本発明は、適切な基材上での前記水に乳化された反応性ポリマー組成物のさら なる反応により生じる硬化被膜に関する。 2液型のエポキシ樹脂を基材とするコーティング系は概して硬化性エポキシ樹 脂及びそのエポキシ樹脂のための硬化剤を含み、コーティング組成物、例えばペ イント及びフロアシーラントを調製するために、溶剤中、主に有機溶剤中に通常 分散又は溶解される。そのような有機溶剤型コーティング組成物の使用は、環境 上の理由から反対されている。一方、そのようなエポキシ樹脂を基材とする硬化 したコーティングは、なかでも炭化水素媒体及び水性媒体に対する耐性がある硬 い耐磨耗性コーティングを提供する。 水に溶解又は乳化されたエポキシ樹脂及び硬化剤からなる水性樹脂系が開発さ れており、これは環境上及び健康上の問題をあまり生じない。そのような系の進 歩は、Chouにより概説された(Polymers Paint Colour Journal,Vol.184,199 4,pp413-417)。水性樹脂系は米国特許第4,289,826号明細書、GB-A-1,533,825 、及びGB-A-1,380,108に記載されている。周知の2液型水性エポキシ樹脂エマル ジョンコーティング組成物は、Chouにより説明されたように著しい利点を有する 。特に、適用時に液体エポキシ樹脂を分散させるア ミドアミンアダクト又は変性ポリアミンの不足が詳しく説明されている。これら の硬化剤は、通常、揮発性有機酸との塩形成により水分散性となる。これらの酸 は、往々にして、臭気、フラッシュ発錆(flush rusting)及び感水性の問題を 生じる。フラッシュ発錆及び腐蝕の問題は、M.A.Jackson,“Guidlines to Fo rmulation of Waterborne Epoxy Primers”,Polymers Paint Colour Journal, Oct.1990,Vol.180,No4270,pp608-621及びH.Leidheiser,Jr.,“Mechanis m of Corrosion Inhibition with Special Attention to Inhibitor sin Organi c Coatings”,Journal of Coatings Technology,Oct.1988,pp97-106に詳し く扱われている。 概して、高固形分を有し、かつ、低粘度を有する、従って優れた流動性を有す る安定なエマルジョンを開発することは困難である。さらに、周知の系のうちの 多くは、基材上にコーティングされた場合に、溶剤なしでは容易に凝集せず、不 十分な機械的可撓性及び接着性、高い多孔度、並びに周囲条件下硬化用途にとっ て非常に高い被膜形成温度を有する硬化被膜が生じるように、不十分な塗布性を 示す。そのような系は、疎水性と親水性の釣合いに限界があり、その結果として コーティングの配合における融通性は限定される。そのような系は、コーティン グ組成物中に顔料を効果的に導入することができないという欠点も持ちうる。従 って、顔料は、往々にして練磨又は攪拌により硬化剤とブレンドされる。 米国特許第5,118,729号明細書には、分散に先立つエポキシ分子の末端エポキ シ反応性基への反応によりポリオキシエチレン残基を含む乳化剤をグラフト化す ることによって得られる改良された水性エポキシ分散液が記載されている。 米国特許第5,344,856号明細書には、水安定性のあるエマルジョンを形成する 乳化性エポキシ樹脂組成物であって、ポリエポキシド 型化合物と名目上2官能性のC12-36脂肪酸との反応生成物を含み、この反応生 成物が界面活性剤の添加により分散されたエポキシ樹脂組成物が記載されている 。前記界面活性剤は、アルキルアリールオキシポリ(プロピレンオキシ)ポリ( エチレンオキシ)エタノール、又はヒドロカルビルオキシ部分がC12-36脂肪ア ルコール若しくはC12-36脂肪酸の残基であるC12-36ヒドロカルビルオキシポリ (プロピレンオキシ)ポリ(エチレンオキシ)エタノールを含む。標準的な連鎖 停止剤が使用されてもよい。 米国特許第3,297,519号明細書には、さらに分散助剤を必要とせずに10重量% 以下の濃度で水に自己分散可能なエポキシ樹脂が記載されている。記載されてい るその樹脂は、分子中の2個のビスフェノールA残基を架橋しているポリオキシ エチレンの要求通りのブロックを含むビスフェノールAに基づく選ばれたグリシ ジルエーテルである。 米国特許第5,319,004号明細書には、特定のポリアミドアミドと、特定のポリ アミンと、ポリエポキシ化合物とポリアルキレンポリエーテルポリオールの特定 のアダクトとの反応により生じる、エポキシ樹脂用の水分散性硬化剤が記載され ている。 WO-A-9501387には、エポキシ樹脂と多価フェノール及びアミン−エポキシアダ クトとの反応により調製される自己分散性硬化性エポキシ組成物が記載されてい る。前記アミン−エポキシアダクトは脂肪族ポリエポキシドとポリオキシアルキ レンアミンの反応生成物である。記載されている生成物は、多価フェノール及び エポキシ樹脂とのアミン−エポキシアダクトの反応を促進するために触媒を必要 とすることが主張されており、自己分散性の硬化性エポキシ樹脂の分散には特別 に設計された装置における高剪断が必要であることが記載されている。エポキシ 樹脂へのアミン−エポキシアダクトの後 添加(そのような添加によって不安定な水性分散液が生成する)を避けるために 特別な反応シーケンスが必要であることが記載されている。 DE-A-4405148には、芳香族エポキシ樹脂と、ビスフェノールAとポリグリシジ ルエーテルポリエポキシドとの反応により生じる水分散性エポキシ組成物が記載 されている。この樹脂は水性系用の常用のアミン硬化剤により硬化しうる。この 水分散性エポキシ組成物の分散には高剪断が必要であると記載されている。 特開平6-179801号公報には、エポキシ樹脂と自己乳化性の活性有機アミン硬化 剤と水から調製される水性の硬化性エポキシ樹脂組成物が記載されている。硬化 剤の選択によって容易な分散が得られる。200未満のエポキシ当量を有する2種 のエポキシ樹脂が示されている。優れた均展性及び被膜形成性の存在が示されて いる。 EP-A-EP0617726には、水分散性エポキシ樹脂に対して硬化剤として有用な水混 和性又は水溶性アミン末端樹脂が記載されている。このアミン末端樹脂は、1) 1種以上の親水性アミン末端ポリアルキレングリコール及び任意に1種以上の疎 水性ポリアミンからなるポリアミン成分;2)ポリアルキレングリコール又はシ クロアルキレングリコールから誘導されるポリエポキシド、任意に疎水性ポリグ リシジルエーテル、及び任意に2個の活性アミン水素原子を有するアミン連鎖延 長剤、並びにそれらの反応生成物;3)任意に反応性希釈剤;並びに4)任意に アミンとエポキシ樹脂の反応用の触媒;の反応生成物である。 これまでの進歩にも関わらず、350を超えるエポキシ当量を有するエポキシ樹 脂と水に分散した又は分散可能な硬化剤から得られる乳化した反応性ポリマー組 成物の安定な水性分散液の形成は一般的に困難である。溶剤を含まないそのよう な組成物の分散液は、最適 よりも高い粘度を示す。特に、低い周囲温度で硬化して優れた機械的特性を有す る最終被膜を与える、予め分散された2成分組成物が望ましい。 現在使用されている工業用反応器で製造することができる乳化された反応性エ ポキシポリマー組成物を提供することが望ましい。また、そのような反応性エポ キシポリマー組成物が、最終的なコーティング特性を最大限活用できるように、 酸又は多量の有機溶剤を添加しなくても安定に存在することが望ましい。そのよ うな反応性エポキシポリマー組成物が、特定の用途において優れた機械的特性を 有する最終的なコーティングを提供すると同時に経済的に魅力のある低い周囲温 度での硬化が可能となるように、特定の用途で必要とされる常用の疎水性硬化剤 を許容し、分散させるものであることがさらに望ましい。 本発明は、 (i)少なくとも1種のポリエポキシド(II)と少なくとも1種のポリオキシ アルキレングリコールジグリシジルエーテル(III)、任意にポリヒドロキシ炭 化水素(IX)及び任意に連鎖延長触媒(XI)とを反応させ、第1反応生成物を生 成させる工程、 (ii)前記第1反応生成物とポリオキシアルキレンジアミン及び任意に少なく とも1種のさらなるアミン(V)とを反応させ、第2反応生成物(VIII)を生成 させる工程、 (iii)前記第2反応生成物(VIII)を水中に乳化させ、水性高分子量エポキ シエマルジョン(VII)を提供する工程、並びに (iv)前記反応生成物(VIII)の前記水性高分子量エポキシエマルジョン(VI I)中に硬化剤(XII)を分散又は溶解させ、有機溶剤がたとえ存在するにしてもそ の有機溶剤含有量が1.5%以下である乳化された反応性ポリマー組成物(I)を 提供する工程、 により調製することができる反応性ポリマーエマルジョンを提供する。 本発明は、 (i)少なくとも1種のポリエポキシド(II)と少なくとも1種のポリオキシ アルキレングリコールジグリシジルエーテル(III)、任意にポリヒドロキシ炭 化水素(IX)及び任意に連鎖延長触媒(XI)とを反応させ、第1反応生成物を生 成させる工程、 (ii)前記第1反応生成物とポリオキシアルキレンジアミン及び任意に少なく とも1種のさらなるアミン(V)とを反応させ、第2反応生成物(VIII)を生成 させる工程、 (iii)前記第2反応生成物(VIII)を水中に乳化させ、水性高分子量エポキ シエマルジョン(VII)を提供する工程、並びに (iv)前記高分子量エポキシエマルジョン(VII)中に硬化剤(XII)を分散又は 溶解させ、有機溶剤がたとえ存在するにしてもその有機溶剤含有量が1.5%以下 である乳化された反応性ポリマー組成物(I)を提供する工程、 を含む、反応性ポリマーエマルジョン(I)の調製方法も提供する。 前記乳化された反応性ポリマー組成物(I)は、優れた安定性、湿潤性、及び 粘度特性を示す。さらに、前記乳化された反応性エポキシポリマー組成物(I) から調製される被膜は優れた接着凝集性、可撓性、レジリエンス及び靱性を示す 。 ここで用いる「エマルジョン」なる用語は、高分子量エポキシエマルジョン( VII)又は硬化剤(XII)の分散液において、連続相が水であり、分散相が乳化され た反応性エポキシポリマー組成物又は硬化剤(XII)である安定な混合物を意味す る。ここで用いる「乳化性」なる用語は、安定な水中油滴型エマルジョンを形成 することがで きることを意味する。ここで用いる「乳化された」なる用語は、分散相で存在す ることを意味する。ここで用いる「安定なエマルジョン」なる用語は、分散され た成分が23℃の周囲温度で6か月間底に沈降して固体ケークを形成しないことを 意味する。ここで用いる「安定なエマルジョン」なる用語は、時間の経過によっ て粒子の若干の沈降が起こり、攪拌により容易に分散しうる軟らかい沈殿物を形 成する組成物を除外しない。23℃でのこの6か月間のエマルジョン安定性は、40 ℃で4週間にわたってエマルジョン安定性を観察する試験でシミュレートするこ とができる。 ここで用いる「反応性ポリマー」なる用語は、ポリマー主鎖中に存在する反応 性官能基、ポリマー鎖の側部に存在する反応性官能基又はポリマー鎖の末端に存 在する反応性官能基によってさらに化学反応することができる高分子量化学種を 意味する。 ここで用いる「ポリエポキシド」なる用語は、分子中に平均して1個以上のエ ポキシ部分を含む化合物を意味する。部分的に連鎖延長されたエポキシ樹脂、す なわち、ポリエポキシドとポリヒドロキシ炭化水素化合物との反応生成物であっ て、分子当たり平均1個以上の未反応エポキシド単位を有する反応生成物も含ま れる。ポリエポキシド(ポリヒドロキシ炭化水素のポリグリシジルエーテル)は 、エピハロヒドリンとポリヒドロキシ炭化水素又はハロゲン化ポリヒドロキシ炭 化水素との反応により調製される。そのような調製法は当該技術分野で周知であ る。Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 3rd Ed.Vol.9,pp. 267-289を参照されたい。 エピハロヒドリンは式1: (式中、Yはハロゲン、好ましくはクロロ又はブロモ、最も好ましくはクロロで あり、Rは水素又はC1-14アルキル、より好ましくはメチルである。) に対応する。 ここでポリヒドロキシ炭化水素は、炭化水素主鎖と平均して1個以上の第1級 又は第2級ヒドロキシ部分を有する化合物を意味し、好ましくは炭化水素分子当 たりの平均ヒドロキシ部分は2以上である。ここでハロゲン化ポリヒドロキシ炭 化水素は、1個以上のハロゲンにより置換されたポリヒドロキシ炭化水素を意味 する。ヒドロキシル部分は、芳香族脂肪族又は脂環式部分に結合されていてもよ い。なかでも好ましい種類のポリヒドロキシ炭化水素及びハロゲン化ポリヒドロ キシ炭化水素は、ビスフェノール、ハロゲン化ビスフェノール、水素化ビスフェ ノール、及びノボラック樹脂、すなわちフェノール類と単純なアルデヒド類、好 ましくはホルムアルデヒドとの反応生成物である。フェノールとアルデヒド、好 ましくはホルムアルデヒドとの反応生成物は周知の生成物であり、その製造方法 も周知である。そのような生成物は通常ノボラック樹脂と呼ばれている。 本発明において有用な好ましいポリヒドロキシ化合物(IX)は式2: (式中、Aは、アリール部分;アルキル若しくはハロ部分により置換されたアリ ール部分;アリール部分が直接結合、アルキレン、ハロアルキレン、シクロアル キレン、カルボニル、スルホニル、スルフィニル、酸素若しくは硫黄により連結 されているポリアリール部 分であって、任意に1個以上のアルキル若しくはハロ部分により置換されていて もよいポリアリール部分;又はアルデヒドとフェノールのオリゴマー反応生成部 分である; uは1以上の数であり、好ましくはuは1〜10、より好ましくは1〜3、最も 好ましくは1.9〜2.1の数である。) に対応する。 より好ましいポリヒドロキシ炭化水素及びハロゲン化ポリヒドロキシ炭化水素 には式3〜6:(式中、R1は各場合において別々にC1-10アルキレン、C1-10ハロアルキレン 、C4-10シクロアルキレン、カルボニル、スルホニル、スルフィニル、酸素、硫 黄、直接結合又は式7: に対応する部分であり、 R2は各場合において別々にC1-3アルキル又はハロゲンであり、 R3は各場合において別々にC1-10アルキレン又はC5-50シクロアルキレンで あり、 Qは各場合において別々に4価C1-10ヒドロカルビル部分であり、 Q’は各場合において別々に水素、シアノ、又はC1-14アルキル基であり、 aは各場合において0又は1であり、 mは各場合において独立に0〜4であり、 m’は各場合において別々に0〜3であり、 sは0〜4であり、 tは1〜5である) に対応するものが包含される。 よりいっそう好ましいポリヒドロキシ炭化水素は式3及び4並びに5により表 されるものである。 R1は、好ましくはC1-3アルキレン、C1-3ハロアルキレン、カルボニル、硫 黄又は直接結合、より好ましくは直接結合、プロピレン又はフッ素化プロピレン (−C(CF32−)、最も好ましくはプロピレンである。R2は好ましくはメ チル、ブロモ又はクロロ、最も好ましくはメチル又はブロモである。R3はC1-3 アルキ レン又は式8: (式中、tは1〜5、好ましくは1〜3、最も好ましくは1である。好ましくは m’は0〜2である。好ましくはmは0〜2である。好ましくはsは0〜8、よ り好ましくは0〜4である。) に対応する多環式部分である。 中でも好ましいポリヒドロキシ炭化水素はジヒドロキシフェノールである。好 ましいジヒドロキシフェノールには、フェノール基との反応性がない置換基を含 むものが包含される。そのようなフェノール類の例には、2,2−ビス(3,5 −ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン;2,2−ビス(4−ヒドロキ シフェニル)プロパン;2,2−ビス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェ ニル)プロパン;ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン;1,1−ビス(4− ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン;1,1’−ビス(2,6−ジブロ モ−3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン;ビス(4−ヒドロ キシフェニル)スルホン;ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド;レソル シノール及びヒドロキノンがある。好ましいジヒドロキシフェノール系化合物は 2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノールA)、2, 2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン(ビスフェノールF)及び2,2− ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)プロパンである。 ここで使用されるシクロアルキレンとは単環式及び多環式炭化水素部分である 。ここで使用されるハロアルキルとは、1個以上の水 素がハロゲンにより置換された、炭素鎖を有する化合物を意味する。ハロアルキ ルとは、水素原子の全てがハロゲン原子により置換された化合物も意味する。こ こで使用されるアルキレンとは2価アルキル部分を意味する。 本発明において有用なポリエポキシドは好ましくは式9: (式中、A、u及びRは上記定義の通りである。) に対応する。 好ましくは、前記ポリエポキシドは、反応生成物(VIII)が実質的に架橋され ないように選ばれる。そのような高度に架橋した反応生成物はゲルを形成し、良 好な被膜を形成しない。反応生成物がゲルを形成しない限り、若干の枝分かれが 存在してもよい。 前記ポリエポキシドはより好ましくは式10〜13: (式中、R、R1、R2、R3、a、m、m’、s及びtは上記定義の通りであり 、rは0〜40である。) のうちのいずれか1つに対応する。好ましくはrは0〜10、より好ましくは1〜 5である。好ましくはsは0〜8、より好ましくは0〜4である。記号a、m、 m’、r、s及びtは、これらの記号が記されている化合物は、これらの記号が 記されている単位に分布をもつ化合物の混合物として一般的に認められるため、 平均数を表しうる。 式12に対応するポリエポキシドが反応生成物(VIII)の調製において使用され る場合には、ゲルの形成が起こる程度まで反応生成物が架橋されないようにsは 選ばれる。好ましくは、sは0〜3である。 ここで使用する場合にポリオキシアルキレングリコールジグリシジルエーテル (III)は、分子当たり平均して1個以上のエポキシ部分を含む化合物又は化合 物の混合物であって、式(1)に対応する エピハロヒドリンと式(14) (式中、R4は、アルコキシ単位上の1つのR4がエチルである場合には他のR4 は水素でなくてはならないことを条件して、各場合において別々に水素、メチル 、ハロメチル又はエチルである;並びに qは1〜400である。) に対応する1つ以上のポリヒドロキシ化合物又はハロゲン化ポリヒドロキシ化合 物との反応により調製することができる化合物又は化合物の混合物を意味する。 好ましくはqは20〜350、より好ましくは40〜300である。記号qは、この記号q が記されている化合物が、qが記されている単位に分布をもつ化合物の混合物と して一般的に認められるために、平均数を表す。 前記ポリオキシアルキレングリコールジグリシジルエーテル(III)は式15: (式中、R、R4及びqは上記定義の通りである。) に対応する。 反応生成物(VIII)において、使用されるポリエポキシド(II)は好ましくは 式10、11又は12に対応し、ポリオキシアルキレングリコールジグリシジルエーテ ル(III)は式15に対応する。他の好ましい 態様において、反応生成物(VIII)において使用されるポリエポキシド(II)は 85〜99.5重量%の式10、11及び12に対応するポリエポキシドと0〜15重量%の式 15に対応するポリオキシアルキレングリコールジグリシジルエーテル(III)か ら得られるものである。より好ましい態様において、反応生成物(VIII)におい て使用されるポリエポキシドの85〜99.5重量%は式10に対応し、ポリオキシアル キレングリコールジグリシジルエーテル(III)の0.5〜15重量%は式15に対応す る。 アミン組成物(V)は、ポリオキシアルキレングリコールジグリシジルエーテ ル(III)との組み合わせで高分子量エポキシ反応生成物(I)が十分な親水性 −疎水性バランスを有して高分子量エポキシ反応生成物(I)が水分散性である ように、十分な量で存在する。親水性(ポリ)アミン又は疎水性(ポリ)アミン は、アミン組成物中に存在しうる。ポリオキシアルキレンジアミン(V)は第1 級又は第2級アミン部分を末端とするポリアルキレングリコールである。ここで 有用なポリアルキレングリコール鎖は、C2-8オキシド、又はC2-8グリコールエ チレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、エチレングリコール 、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ブタンジオール(例えば1,4 −ブタンジオール)、テトラヒドロフラン、プロパンジオール(例えば1,2− 又は1,3−プロパンジオール)又はこれらの混合物から誘導される複数の単位 を含むことができる。好ましくは前記ポリオキシアルキレングリコール鎖は、エ チレンオキシド、プロピレンオキシド、エチレンオキシドとプロピレンオキシド の混合物、又はテトラヒドロフランから誘導される複数の単位からなり、より好 ましくはエチレンオキシドから誘導される単位からなるか又はエチレンオキシド とプロピレンオキシドから誘導される複数の単位の混合物である。 ポリオキシアルキレングリコール鎖が、異なるアルキレンオキシドから生じる複 数の単位の混合物を含む態様において、異なるアルキレンオキシド単位の配置は ランダムであっても同じアルキレンオキシドのブロックであってもよい。ポリオ キシアルキレンジアミンは、存在するポリオキシアルキレンジアミン及び親水性 ポリエポキシドが最終的なアミン末端樹脂を水に可溶又は混和しうるものにする ように、アルキレンオキシドから誘導された単位を十分に必要とする。ポリオキ シアルキレンジアミンは好ましくは200〜4000、より好ましくは300〜3000、最も 好ましくはの平均分子量を有する。好ましくは、本発明において有用なポリオキ シアルキレンジアミンは式16: (式中: R10は各場合において独立に水素、メチル又はエチルであり、 R11は各場合において独立にC1-10直鎖若しくは分枝アルキレン、C1-10直鎖 若しくは分枝アルケニレン、又はC5-12二価脂環式部分であり、 R13は各場合において独立にC1-10直鎖若しくは分枝アルキル部分又は水素で あり、 Zは各場合において独立に酸素又は であり、 Xは各場合において独立に直鎖又は分枝C1-6アルキル部分であり、 cは各場合において独立に1以上の数であり、 bは各場合において独立に2又は3であり、 fは各場合において独立に2〜4の数であり、 hは各場合において独立に0又は1であるが、 各単位に対し、fが2であり、1つのR10がエチルである場合には、他のR10は水 素でなくてはならず、そしてfが3又は4である場合にR10は水素であることを 条件とする。) に対応する。 好ましくはZは酸素である。好ましくはXはC2-4アルキレン部分である。R1 0 は好ましくは水素又はメチル、より好ましくは水素である。R11は好ましくは C1-10直鎖又は分枝アルキレン部分、より好ましくはC2-4アルキレン部分であ る。好ましくはcは2〜6、より好ましくは2.6〜3である。好ましくはbは2 である。好ましくはhは0である。 そのようなポリオキシアルキレンジアミンは当該技術分野で周知である。好ま しいポリオキシアルキレンジアミンの例には、Texaco Chemicals Company(Hous ton,Tx,USA)から商標JEFFAMINE、例えばJEFFAMINE D 400、JEFFAMINE D 2000 のもとで入手可能なポリアミンがある。 任意に又は代替的に存在してもよいさらなるアミンには、少なくとも1個の第 1級又は第2級アミン部分を含むアミンであって、エポキシ樹脂と反応すること ができるアミンが包含される。好ましくはそのような化合物は立体障害のあるも のである。ポリアミンに関 して「立体障害のある」とは、立体障害位置に存在する第2級又は第3級炭素上 にアミン基が位置することを意味する。好ましくはそのようなポリアミンは式17 又は18:(式中、R13は前記定義の通りであり、R12は各場合において独立にシクロヘキ シル、置換シクロヘキシル、又はC1-50ヒドロカルビレン部分であって、妨害作 用のない置換基により置換されていてもよく、主鎖中に1個以上の第2級アミン 、エーテル、アミン又はチオエーテル部分を含んでいても良い。) に対応する。R12は好ましくはシクロヘキシル又はC2-8ヒドロカルビレン部分 であり、主鎖中に任意にアミド又は第2級アミノ部分を含んでいても良い。R13 は好ましくは水素又はC1-4直鎖又は分枝アルキレン部分である。式16において 、R13は最も好ましくは水素である。式18において、R、は好ましくはC1-25線 状、分枝、脂環式又は多脂環式部分である。好ましいアミンの例には、t−オク チルアミン、N,N’−ジ−第3級ブチルエチレンジアミン及び2,6−ジメチ ルシクロヘキシルアミンが包含される。 これらのポリアミンは、硬化によって調製される被膜の最終的な機械的特性を 高めるのに十分な量で組成物中に含められる。多すぎる量のポリアミンが使用さ れた場合には、最終的な樹脂は水中に十分に乳化することができない。 高分子量エポキシエマルジョン(VII)は、ここでは本発明に関して記載した ように調製されるエマルジョンとして特徴付けられる大きさの範囲で水中に粒子 として存在するエポキシ末端分子の分散液 を意味する。概して、中央値が約1.5マイクロメートルである小さな液滴直径を 有する樹脂エマルジョンを生じさせることが好ましい。通常、液滴直径の分布は 、高分子量エポキシエマルジョン粒子に対して、0.8〜7.0マイクロメートルであ る。長期間の静置によって又はエマルジョンが非常に薄い場合に若干の沈降が起 こるが、この沈降は、低剪断で完全に攪拌することにより容易に可逆的となる。 例えば、手攪拌は20リットル以下に対して十分である。 ポリヒドロキシ炭化水素(IX)は、ここでは炭化水素主鎖と、平均して1個以 上、好ましくは2個以上の第1級又は第2級ヒドロキシ部分とを有する化合物を 意味する。ハロゲン化ポリヒドロキシ炭化水素は、ここでは1個以上のハロゲン により置換されたポリヒドロキシ炭化水素を意味する。ヒドロキシ部分は、芳香 族脂肪族又は脂環式部分に結合されていてもよい。中でも好ましい種類のポリヒ ドロキシ炭化水素及びハロゲン化ポリヒドロキシ炭化水素はビスフェノール類; ハロゲン化ビスフェノール類;水素化ビスフェノール類;ノボラック樹脂、すな わち、フェノール類と単純なアルデヒド類、好ましくはホルムアルデヒドとの反 応生成物;並びにポリアルキレングリコールである。フェノールとアルデヒド、 好ましくはホルムアルデヒドとの反応生成物は周知の生成物であり、その製造方 法も周知である。そのような生成物はノボラック樹脂と通常呼ばれている。 任意に、反応生成物(VIII)を含む乳化可能な組成物は、水中のエポキシエマ ルジョンを安定化させるのに十分な量で存在する有機溶剤(X)を含む。任意に 、そのような溶剤は100重量部の反応生成物(VIII)当たり10重量部以下、より 好ましくは0〜5重量%、最も好ましくは0〜1.5重量部の量で存在する。好ま しい溶剤には、アルキレングリコールに基づくグリコール及びそれらのエーテル 、ア ルキル又はヒドロキシアルキル置換ベンゼン、低級アルカノール、γ−ブチロラ クトン、γ−カプロラクトン、及びn−メチルピロリドンが含まれる。好ましい アルキレングリコールは、エチレンオキシド、プロピレンオキシド及びブチレン オキシドに基づくものである。前記グリコールエーテルはそのようなグリコール のアルキルエーテルである。好ましいグリコールは、プロピレンオキシド及びブ チレンオキシドに基づくものであり、好ましいグリコールエーテルはプロピレン グリコール及びブチレングリコールのC1-4アルキルエーテルである。最も好ま しいグリコールエーテルはプロピレングリコールのC1-4アルキルエーテルであ る。好ましい溶剤の例にはプロピレングリコールのメチルエーテル、ベンジルア ルコール、イソプロピルアルコール、ブチロラクトン、γ−カプロラクトン、n −メチルピロリドン及びキシレンがある。 ポリエポキシド化合物と1つ以上のポリヒドロキシ炭化水素との反応生成物( VIII)の調製を容易にするために使用することができる触媒(XI)は、エポキシ 部分と活性水素含有化合物との反応に関して当業者に周知のものである。有用な 触媒の例には、亜鉛カルボキシレート、有機亜鉛キレート化合物、トリアルキル アルミニウム、第4級ホスホニウム及びアンモニウム塩、第3級アミン及びイミ ダゾール化合物がある。触媒は、使用されるポリエポキシド化合物(II)と任意 のポリヒドロキシ炭化水素(IX)の合計重量に基づいて0.01〜2重量%、好まし くは0.02〜1重量%、最も好ましくは0.02〜0.1重量%の量で概して使用される 。 本発明において使用することができる好ましくは硬化剤(XII)は、高分子量エ ポキシエマルジョン反応生成物(VIII)中に可溶又は分散可能であり、分子当た り2個以上の活性水素原子を含むものである。硬化剤(XII)としては、ジアミン 及びポリアミン、又はそのよ うなポリアミンとエポキシ樹脂のアダクト、例えば過剰当量のイソホロンジアミ ンとビスフェノールAのジグリシジルエーテルとの反応生成物(そのような反応 生成物は好ましくは115のアミン当量を好ましくは有する);変性ポリアミド及 びアミドアミン、並びに無水アクリル酸が包含される。ポリアミンが好ましい。 米国特許第4,227,621号明細書に記載されているようなビニルカルボン酸及びそ れらの塩のアミノアルキル化共重合体、並びに1996年2月29日に出願された同時 係属出願GB 9604297.3に記載されている自己分散性硬化剤も硬化剤として好まし い。好ましい硬化剤には、脂肪族ポリアミン、ポリグリコールジアミン、ポリオ キシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、アミドアミン、イ ミダゾリン、反応性ポリアミド、多環式ポリアミン、ケチミン、(アリール脂肪 族)ポリアミン(すなわち、キシリレン−ジアミン)、脂環式アミン(すなわち 、イソホロンジアミン又はジアミノ−シクロヘキサン)メタンジアミン、3,3 −ジメチル−4,4−ジアミノジシクロヘキシル−メタン、複素環式アミン(ア ミノエチルピペラジン)、芳香族ポリアミン(メチレンジアニリン)、ジアミノ ジフェニルスルホン、マンニッヒ塩基、フェナルカミン及びN,N’,N”−ト リス(6−アミノヘキシル)メラミンが包含される。より好ましい硬化剤の例に は、CasamidTM360(Anchor Chemicals Ltd.,Manchester,United Kingdom)又 はアミン−エポキシアダクトであるEpilinkTM DP 660(Akzo,Deventer,The Ne therlands)のような変性ポリアミド硬化剤が含まれる。他の有用な硬化剤は、 ノニルフェノールとホルムアルデヒドとポリアミン、例えばキシリレンジアミン との反応生成物であるマンニッヒ塩基種のものがある。そのような生成物はAkzo により商標EpilinkTM DP 500のもとで市販されている。 本発明のエポキシ樹脂組成物はその樹脂組成物を硬化させるのに十分な硬化剤 に接触される。好ましくは、硬化剤の当量に対するエポキシグリシジルエーテル の当量の比は、0.5:1〜2:1、より好ましくは0.6:1.4〜1.4:0.6、さらに 好ましくは0.8:1.2〜1.2:0.8、最も好ましくは0.9:1.1〜1.1:0.9である。 本発明のエマルジョンは、顔料、染料、安定剤、可塑剤、及び他の常用の添加 剤を含んでよい。好ましくは、配合された分散液又はエマルジョンは40〜80%、 最も好ましくは50〜70%の固形分を有する。 被膜を形成するために使用される場合、本発明の乳化した反応性ポリマー組成 物は、基材に接触される。次に、水及び使用される任意の補助溶剤は蒸発され、 被膜が残る。被膜は周囲条件下7日間で硬化する。コーティング組成物の硬化を 促進するために高温が使用されてもよい。そのような硬化条件は当業者に周知で ある。このコーティング組成物は、吹付け、流し込み又はローラー塗を包含する 当該技術分野で周知の任意の手段により基材に接触されてもよい。 連鎖延長されたポリエポキシドを生成させるためにエポキシ連鎖延長反応が実 施される限りにおいて、当該技術分野で周知のそのような反応を実施するための 手段が使用される。“The Handbook of Epoxy Resins”,H.Lee及びK.Neville (1967),McGraw Hill,New York並びに米国特許第2,633,458号;第3,477,990号 ;第3,821,243号;第3,907,719号;第3,975,397号;及び第4,071,477号明細書を 参照されたい。当該技術分野で周知のエポキシ連鎖延長反応用の常用の触媒、常 用の連鎖調節剤及び連鎖停止剤が使用されてもよい。 コーティング配合物を調製する際に、工業界で常用の顔料、スリップ剤、充填 剤、分散助剤、消泡剤、均展剤、脱泡剤、及び他の添 加剤の使用が適用される。エポキシエマルジョンの品質 適用され、硬化された、乳化型2成分エポキシバインダー系の品質は、エマル ジョンの品質、特にその液滴の大きさ及び分布に依存する。エマルジョンの品質 は、特にフィルム形成、乾燥時間、耐水性、光沢、顔料結合能、収量、可撓性、 接着性及び硬さに影響を及ぼす。 従来の溶剤系と比較して、水に分散された樹脂は、それらが製造される時及び それらが適用される時に、より気泡を形成しやすい傾向がある。この望ましくな い気泡の形成は、乳化工程中、特にその工程が減圧下で実施されない場合に、機 械的エネルギーの影響によって生じうる。気泡は、ピット、バブル及びフィッシ ュアイのような外観上の欠点を生じる原因となりうる。低発泡性エマルジョンを 与えるそれらの能力から実験的エポキシ樹脂において非イオン性乳化剤も選択し た。しかしながら、エポキシ末端種が乳化される前に、エポキシ末端種にBYK 02 3(Byk Chemie,Wesel,Germany)消泡剤のような添加剤が加えられてよい。消泡 剤は0.04〜0.5%の濃度で加えられるべきである。 樹脂液滴のフロキュレーション又は凝集は、不均一かつ艶のない表面を生じさ せうる。エマルジョンの液滴の大きさはフィルムの種々の特性に種々の影響を及 ぼす。 光沢、耐水性、安定性及び顔料結合性のような特性は液滴の大きさの増加に伴 って低下するようであるが、乾燥時間、有効寿命及びはけ塗適性は液滴の大きさ の増加に伴って向上する。明らかに、釣合いのとれた特性が求められている。 概して、中央値が約1.5マイクロメートルである小さな液滴直径を有する樹脂 エマルジョンを調製することが望ましい。通常、液滴 直径の分布は、実験的エポキシ樹脂に対して、0.8〜7マイクロメートルと得ら れる。しかしながら、長時間の静置及びエマルジョンが非常に薄い場合に若干の 沈降が起こりうる。従って、濃度差によるばらつきをなくすために、容器から少 量を採取する前にエマルジョンの完全な攪拌が必要である。 一態様において、本発明は、水性エポキシ末端高分子量アミノ−エポキシアダ クトエマルジョン(VII)及び硬化剤(XII)のブレンドを水性分散液として提供す る。前記水性エポキシ末端高分子量アミノ−エポキシアダクト(VII)は、30〜9 0重量部、好ましくは50〜85重量部、より好ましくは60〜80重量部の平均分子量 が300を超える1つ以上の芳香族ポリエポキシド(II)と、2〜50重量部、好ま しくは5〜30重量部、最も好ましくは10〜20重量部の平均分子量が250〜12,000 であるポリオキシプロピレンジグリシジルエーテル(III)と、2〜50重量部、 好ましくは5〜30重量部、最も好ましくは10〜20重量部の化合物(V)との反応 生成物を含み、前記水性エポキシ末端高分子量アミノ−エポキシアダクト(VII )は、固形分に基づいて178〜1000、好ましくは250〜750、最も好ましくは400〜 650のエポキシ当量(EEW)を有する。前記水性エポキシ末端高分子量アミノ −エポキシアダクトエマルジョンは硬化剤(VII)とブレンドされる。この硬化 剤(VII)は、水溶液又は分散液として存在するものであるか又は水性エポキシ 末端高分子量アミノ−エポキシアダクトエマルジョン中に分散することができる ものであり、乳化された水性の反応性ポリマー組成物(I)を生じる。 さらなる態様において、芳香族ポリエポキシドとポリオキシプロピレンジグリ シジルエーテルとは、アミン化合物との反応に先立って、より分子量の大きいエ ポキシ末端種が提供されるように、当業者に周知の標準的な手段によって、相互 間で(共)連鎖延長しても 多価フェノール若しくはアルコールにより(共)連鎖延長されてもよい。 さらなる態様は、乳化された水性の反応性ポリマー組成物の調製方法である。 この方法において、ポリエポキシド及びアミンは70℃〜135℃、より好ましくは8 0℃〜130℃、最も好ましくは85℃〜125℃の間の温度の液相中で混合される。ア ミンとのポリエポキシドの反応は、80℃〜200℃、より好ましくは80℃〜180℃、 最も好ましくは80℃〜160℃の間の温度で起こる。得られる生成物の水中への乳 化は、50℃〜110℃、より好ましくは50℃〜100℃、最も好ましくは50℃〜90℃の 間の温度で起こる。水性エポキシ末端高分子量アミノ−エポキシアダクトエマル ジョンを生成させるために、水性エポキシ末端高分子量アミノ−エポキシアダク トエマルジョンと硬化剤とは低剪断攪拌条件下で周囲温度で混合される。概して 、手攪拌又は当該技術分野において用いられている慣用的な装置での100rpm(回 毎分)未満での混合が、前記アミノ−エポキシアダクト及び硬化剤を水中に乳化 させるのに十分である。より高速の攪拌速度が用いられてもよいが、必要ではな い。 さらなる態様は、前記乳化された水性の反応性ポリマー組成物の周囲条件での 硬化から生じる硬化被膜である。上記のような安定なエポキシ末端エマルジョン は、5℃〜35℃の温度、好ましくは10℃〜30℃の温度、10〜100%の湿度、好ま しくは25〜60%の湿度で5〜75時間、好ましくは10〜50時間を要しての硬化によ って、優れた硬化特性、優れた振子型衝撃硬度耐性及び優れた耐薬品性を示す光 沢のある硬化被膜を提供する、乳化された安定な反応性ポリマー組成物を提供す る。 工業界で一般的なものであり、かつ、当業者に周知の方法を使用して透明コー ティング配合物及び着色配合物を調製した。 硬化特性及び塗布性を評価するために使用した試験方法も、工業界で一般的な ものであり、かつ、当業者に周知のものであった。着色配合物 本発明において述べた着色被膜の調査のために、種々のペイントを調製した。 まず、硬化剤及び顔料をDispermat FT(VMA Getzmann,Reichshof,Germany) により2500rpmで5分間混合した。ガラスビーズに対する顔料ペーストの重量比 が1:1になるように、顔料ペーストに直径2mmのガラスビーズを加えた。次に 、水冷下2500rpmで25分間練磨を行った。練磨後、水及び消泡剤を練り顔料に加 え、着色された混合物を1000rpmでさらに5分間攪拌した。練磨後及びグライン ドメーターの示度を再確認するためにその翌日に、顔料ペーストについてのグラ インドメーターの示度を読み取った。幾つかの場合において、ペースト中に気泡 が含まれており、直ちに測定できなかった。顔料ペーストの平均粒度は約10マイ クロメートルであった。被膜の適用 物理的試験(高加速度、光沢、可撓性)のために、片面適用で所定の被膜厚さ 50〜60マイクロメートルまで被膜をエリクセンアプリケーター(Erichsen,Heme r-Sundwig,Germany)により引き落とすか又は吹き付けた。全ての耐薬品性試験 は、約90マイクロメートルの乾燥被膜厚さの片面適用で行った。基材 試験に3種の基材を使用した。 1.塩水噴霧抵抗試験用の、ピークから谷までのプロファイルが40マイクロメ ートルのサンドブラスト仕上げされた冷間圧延スチール。これを2層被覆で処理 した。各被膜での付着量は厚さ約50〜60マイクロメートルであり、周囲条件での 硬化のために被膜と被膜の 間に1日間を割り当てた。 2.物理的試験用の、Bonderスチール26-60-0C(190mm×105mm×0.75mm)。 3.光沢及びポットライフ中の透明性並びに被膜形成性を追跡するためのガラ ス板。調査のために用いた硬化条件 試験前に、以下のスケジュールに基づいて周囲条件(23℃/RH45〜55%)で 試験パネルを硬化させた。 1.物理的特性−7日間。 2.耐性−データの表中でこれらの条件及びスケジュールが明らかであるもの を除き3週間。 3.悪条件下での硬化は、10℃、RH(相対湿度)約80%の非常に高い湿度で の硬化特性を調べるものである。この場合に、フラッシュ発錆のようないかなる 発錆の悪影響をも決定するために、試験環境からパネルを取り出した後、パネル を調査した。物理的試験 通し被膜乾燥時間(TFDT) 通し被膜乾燥時間(TFDT)は、被膜の型若しくは構成成分の変化又はそれ らの両方を比較するための、有機被膜の乾燥又は硬化における被膜形成の種々の 段階及び速度の測定値である。従った手順は、基本的には、ASTM D1640-83によ り採用されているものであるが、ここではエリクセン乾燥時間記録計(Model 50 9,Erichsen,Hemer-Sundwig,Germany)を使用した。これは、被膜が施されたガ ラス棒上で一定速度でニードルを引く記録計である。メチルエチルケトン(MEK)耐性/往復摩擦(Double Rubs) この試験は、適用後の経過時間の関数として硬化の初期段階におけるMEKに 対する被膜の耐性をモニターするものである。被膜を スチール上に作製し、そして被膜が不粘着性になった後、試験すベき系及び対照 系の乾燥被膜厚さを決定した。乾燥被膜厚さの差は10%以下であるべきである。 実際の試験を次のように行った:500gハンマーの平らな端面を一きれの脱脂綿 で被覆した。脱脂面にMEKをしみ込ませ、ハンマーをパネルの片面に向けた。 被膜全体にわたってハンマーを前後に移動させた。これが1回の往復摩擦である 。ハンマーに余計な圧力が加わらないように注意が払われねばならない。20回の 往復摩擦ごとに脱脂綿にMEKを再びしみ込ませた。パネルが見えるようになる 程度又は他の欠陥が生じる程度に被膜が摩擦落ちするまでこの手順を繰り返した 。この試験は、目で見える影響なしに被膜が100回の往復摩擦に耐えるまで毎日 繰り返した。MEK往復摩擦の結果における差は、架橋が達成された割合の示度 を与える。光沢 光沢計(Type L,Dr.Lange,Berlin,Germany)を使用し、20゜、60゜及び80 ゜の反射角度で読み取りを行った。振子型硬度の発達 この試験方法は、許容可能な平らな硬質表面に適用された有機被膜の硬度の発 達による硬化速度の測定として振子型制動試験機を使用する。この試験は、ASTM D4366-84の方法B:「振子型(Persoz)制振試験による有機被膜の硬度(Hardn ess of organic coatings by pendulum(Persoz)damping test)」による提案 に従う。耐衝撃性 Gardner強力可変衝撃試験機を使用して衝撃試験を行った。裏面衝撃試験(衝 撃子と試験被膜の間に基材)及び直接衝撃試験(衝撃子を被膜に当てる)を行っ た。結果は、被膜の破壊(クラッキング)を起こすのに必要な力(ジュール)と して記録した。従って、示 度が大きいほど被膜の可撓性は高い。被膜厚さ この試験は、ASTM D1186-81:「強磁性基材に適用された非磁性被膜の乾燥被膜 厚さの非破壊測定(Non-destructive measurement of dry film thickness of n on-magnetic coatings applied to ferrous base)」(11)によるガイドライン に従って行った。接着性 クロスカット(cross-cut)試験は、1層以上の被膜系のその基材への接着性 及び層間接着性を決定する簡単な経験的試験である。この試験は、ASTM D3359-8 3:「テープ試験による接着性の測定(Measuring adhesion by tape test)」、 方法Bに従って行った。この方法は、被膜に作った切れ目の上にテープを貼り、 そして剥がすことによって、金属基材への被膜の接着性を評価する手順を含む。 この報告に記載されている例では、TESAPACK 4124テープが使用されている。低速変形に対する耐性/エリクセン押込み この経験的試験は、基材の変形によるクラッキング及び/又は接着性の低下に 対する被膜系の耐性に関する示度を与える。この試験は、1982年2月のDIN/ISO 1520:「Tiefungspruefung」に従って行った。耐薬品性 この試験は、耐薬品性に関して手っとり早い示度を与えるものであり、相対的 基準のみに基づいて使用されるべきである。 被膜の試験に用いる薬品で直径約1cmの一片の脱脂綿を飽和させた。この目的 のための薬品は、脱イオン水、エタノール、キシレン、トルエン、ガソリン、水 酸化ナトリウム水溶液(10重量%)、酢酸水溶液(10重量%)、塩酸水溶液(10 重量%)、及び硫酸水溶液 (10重量%)であった。脱脂綿を直径50mm及び高さ30mmのガラス蓋で覆い、この ガラス蓋をシリコングリースにより被膜にシールした。ふくれ(blistering)の 程度及び変色を決定することにより被膜の外観を時間ごと又は日ごとに評価した 。この試験を1週間行った。ふくれ及び変色のような目視表面試験又は軟化の結 果をモニターし、0(最も劣る)から10(最も優れる)のスケールで等級付けし た。塩水噴霧 5%塩溶液から生じた霧で飽和された塩霧室内で試験を行った。試験温度は55 ℃であった。パネルに、基材まで貫くギリシャ文字ラムダを刻んだ。500時間、7 50時間及び1000時間の暴露後にパネルを調べた。基材を保護できないことは、刻 み目から6mmを超える著しいふくれ又はクリーページにより示された。耐湿性 40℃、湿度100%の室内で試験を行った。550時間、750時間及び1000時間の暴 露後に調査を行った。基材を保護できないことはふくれにより示された。 以下の実施例は例示のためのものであって、請求の範囲を限定するものではな い。ここで示される全ての部及び百分率は特に断らない限り重量で表されている 。実施例1 窒素送込口、水冷式コンデンサ−及びモーターにより駆動される金属アンカー デザイン攪拌機を備えた1リットルの5口丸底ガラス反応器を使用した。250ml 滴下漏斗を使用した。温度調節は、熱電対、加熱マントル及び温度調節器により 提供された。 180のエポキシ当量(EEW)を有するビスフェノールAのジグ リシジルエーテル(A、360g)並びに5450のエポキシ当量及び5:1のエチレ ンオキシド/プロピレンオキシドモル比を有するポリオキシアルキレンジグリシ ジルエーテル(B、60g)を反応器中に入れ、窒素ブランケット下で30分間以内 に100℃に加熱した。Bが溶融した後に攪拌を行い、攪拌下で2,6−ジメチル シクロヘキシルアミン(C、80g)を加えた。反応混合物を120℃に加熱すると 、発熱反応が起こった。この発熱反応は約160℃でピークであった。反応混合物 を2時間反応させた。得られたエポキシ樹脂は、アセトンに良好な溶解性を示す 不粘着性の半固体であった。その樹脂を100℃に冷却し、最初の25Omlの水の添加 中に温度を85℃〜95℃に保ち、そして2番目の250mlの水の添加中に70℃〜75℃ に保ちながら90分間にわたって連続的に水(500g)を加えた。得られたエマル ジョンを60℃にさらに2時間保ち、30℃未満に冷却し、ボトルに詰め替えた。こ のエポキシエマルジョンは、50%の固形分、23℃で7,500mP・sの粘度、及び約12 50のEEWを有していた。 手攪拌により上記のように調製されたエポキシエマルジョン(100g)中に、 ベンジルアルコール中の108のアミノ水素当量(AHEW)を有するポリ(メチ レンシクロヘキサンアミン)(Ancamine 2280,Anchor Chemicals UK,8.4g) を乳化させた。次に、稀釈のために水(15ml)を加えた。200マイクロメートル 引落棒を使用し、このブレンドからBonder 26 60 0Cスチールパネル上にフィル ムを流延した。この被膜は1時間後に不粘着性になり、23℃で24時間硬化後に10 0回のMEK往復摩擦に耐え、23℃で7日間硬化後に200回のMEK往復摩擦に耐 えた。この被膜上に付着させた1滴の水滴は7時間経っても被膜を侵蝕又は溶解 しなかった。被膜の接着性は優れていた。室温で7日間硬化後、形成された被膜 は17ジュールの衝撃及び9のエリクセン押込み値を生じた。実施例2 実施例1において用いたものと同様な反応シーケンス、反応物及び装置を使用 した。180のエポキシ当量(EEW)を有するビスフェノールAのジグリシジル エーテル(A、387g)並びに5450のエポキシ当量及び5:1のエチレンオキシ ド/プロピレンオキシドモル比を有するポリオキシアルキレンジグリシジルエー テル(B、63g)を反応器中に入れ、窒素ブランケット下で30分間以内に100℃ に加熱した。Bが溶融した後に攪拌し、攪拌下でtert−オクチルアミン(C、80 g)を加えた。反応混合物を120℃に加熱すると、発熱反応が起こった。この発 熱反応は約145℃でピークであった。反応混合物を2時間反応させた。樹脂を70 ℃に冷却し、50℃〜70℃の温度を保ちながら水(470g)を1時間にわたって加 えた。得られたエマルジョンは、52.5%の固形分、23℃で10,000〜15,000mP・s の粘度、及び約1075のEEWを有していた。 この連鎖延長されたエポキシエマルジョンを表Iに示すように着色し、そして 比較的疎水性の硬化剤であるポリアミドアミドVersamid 140(AHEW 125,Cray V alley,Newport,Wales,United Kingdom)と400の分子量を有するポリオキシプ ロピレンジアミン(Jeffamine 400,Texaco Chemicals Company)の重量比1: 1のブレンドにより硬化させた。表Iに記載の着色系をさらに水で稀釈し、Bond er 26 60 0Cパネル上に吹き付けた。このペイント配合物を23℃で30分間以内に 乾燥させ、23℃で7日間硬化させた後、その被覆されたパネルは200回を超える MEK往復摩擦に耐え、凝縮水に対して優れた耐性を示した(55℃で凝縮湿度に 7日間暴露)。 表 I 着色された水に乳化された反応性エポキシポリマー組成物 *ペイント1は灰色のペイント、**ペイント2はローズレッドの ペイント実施例3 実施例1の方法に従って、180のエポキシ当量(EEW)を有するビスフェノ ールAのジグリシジルエーテル(A、141.6g)、ビスフェノールA(B、44.5 g)、5450のエポキシ当量及び5:1のエチレンオキシド/プロピレンオキシド モル比を有するポリオキシアルキレンジグリシジルエーテル(C、64.7g)、p −tert−ブチルフェノール(D、7.6g)並びにメトキシプロパノール(E、4.2 g)を反応器中に入れ、窒素ブランケット下で30分間以内に80℃に加熱した。攪 拌を行い、混合物を90℃に加熱し、メタノール中70%活性のエチルトリフェニル ホスホニウム酸アセテート(F、0.4g)を攪拌下で加えた。混合物を115℃に加 熱すると、発熱反応が起こった。この発熱反応は約140℃でピークであった。次 に、反応混合物をさらに145℃で2時間加熱すると、760のエポキシ当量を有する 連鎖延長されたエポキシ樹脂が得られた。 この樹脂を90℃に冷却し、攪拌下で400の分子量を有するポリオキシプロピレ ンジアミン(Jeffamine D400、G、163.6g)及びイソホロンジアミン(H、67. 4g)を加えた。全ての加熱を停止し、発熱反応が起こる前に反応内容物を約70 ℃に冷却した。発熱反応は86℃でピークであった。反応混合物を45分間にわたっ て120℃まで徐々に加熱し、この温度に1.5時間保ち、そして15分間にわたって99 ℃に冷却した。少なくとも65℃の温度を保ちつつ攪拌しながら水(404.0g)を3 5分間にわたって連続的に加え、得られたエマルジョンを30℃未満に冷却してボ トルに詰め替える前に60℃で30分間攪拌した。 得られたエマルジョンは、55%の固形分、23℃で約5,000mP・sの粘度、約315 のアミノヒドロキシ当量(AHEW)及び11.4のpHを有していた。実施例4 ポリ(メチレンシクロヘキサアミン)(Ancamine X2280/Anchor Chemical、85 g)を分散助剤Disperbyk 182(Byk Chemie、10.5g)及びtris−2,4,6− ジメチルアミノメチルフェノール(Ancamine K54/Anchor Chemicals、4.5g)と 室温で完全に混合した。実施例5 実施例1において用いたものと同様な反応シーケンス、反応物及び装置を使用 した。180のエポキシ当量(EEW)を有するビスフェノールAのジグリシジル エーテル(A、235g)、2.2の官能価及び168のEEWを有するビスフェノール Fのポリグリシジルエーテル(B、100g)、5450のエポキシ当量及び5:1の エチレンオキシド/プロピレンオキシドモル比を有するポリオキシアルキレンジ グリシジルエーテル(C、60g)、並びにビスフェノールA(D、42.5g)を反 応器中に入れ、窒素ブランケット下で30分間以内に80℃に加熱した。攪拌を行い 、混合物を90℃に加熱し、メタノール中70%活性のエチルトリフェニルホスホニ ウム酸アセテート(E、0.6g)を攪拌下で加えた。混合物を115℃に加熱すると 、発熱反応が起こった。この発熱反応は約165℃でピークであった。次に、反応 混合物をさらに145℃で1.5時間加熱すると、288のエポキシ当量を有する連鎖延 長されたエポキシ樹脂が得られた。この樹脂を100℃に冷却し、攪拌下で2000の 分子量を有するポリオキシプロピレンジアミン(Jeffamine D2000、F、62.5g )を加えた。反応混合物を92〜95℃の温度で1時間反応させた。 少なくとも70℃の温度を保ちつつ攪拌しながら水(500.0g)を1時間にわた って連続的に加え、得られたエマルジョンを30℃未満に冷却してボトルに詰め替 える前に60℃で1時間攪拌した。 得られたエマルジョンは、50%の固形分、23℃で約2,000〜8,00 0mP・sの粘度及び約718のEEW(エマルジョンに基づく)を有していた。 3種の硬化剤:溶液として固形分70%及びAHEW 200のポリアミノエポキシ アダクト水溶液(Anquamine 401/Anchor Chemical)(実施例5.1);実施例3に その調製法を記載したアミン硬化剤(実施例5.2);及び実施例4にその調製法 を記載したアミン硬化剤(実施例5.3)を使用して別々に上記のように調製され るエポキシ樹脂エマルジョンを含む透明被膜を生じる配合は、表II中でそれぞれ 系1〜3として記載されており、これらの系を硬化させることにより得られた透 明被膜の特性は表IIIに記載されている。この実施例5に記載の樹脂及び硬化剤 成分に基づく着色ペイント配合物は表IV、V及びVIに記載されており、23℃及び 10℃で別々に硬化させることによりこれらの配合物から生じるペイントの一般的 性質の比較を表3に示す。23℃で硬化させることによりこれらの配合物から生じ るペイントに関する耐蝕性を表XIIIに示す。 表 II 透明被膜の配合 表 III 透明被膜性能特性 表 IV ペイントの配合1 表 V ペイントの配合2 表 VI ペイントの配合3 表 VII 水性ペイント1,2及び3−一般的性質の比較 (23℃で硬化) 水性ペイント1,2−及び3−一般的性質の比較 (10℃/80%RHで硬化) 表 VIII ペイント1,2及び3の耐腐蝕性 *50μmの第1被膜と60μmの第2被膜を有する40μmのサンド ブラスト仕上げされたスチールであって、ピーク:谷比が最大 40μmであるスチールで決定実施例6 実施例1において用いたものと同様な反応シーケンス、反応物及び装置を使用 した。3.6の官能価及び178のEEWを有するフェノールノボラックのポリグリシ ジルエーテル(A、390g)並びに5450のエポキシ当量及び5:1のエチレンオ キシド/プロピレンオキシドモル比を有するポリオキシアルキレンジグリシジル エーテル(B、60g)を反応器中に入れ、窒素ブランケット下で90℃に加熱した 。攪拌を行い、混合物をさらに15分間90℃に加熱し、攪拌下で2000の分子量を有 するポリオキシプロピレンジアミン(Jeffamine 2000、C、50.0g)を加えた。 温度は84℃に下がり、混合物は濁った 。反応混合物は発熱反応を起こし、90℃で透明溶液となった。混合物を100℃に 加熱し、85℃〜95℃の温度を保ちつつ攪拌しながら30分間にわたって水(250.0 g)を連続的に加える前に100℃に15分間保った。70℃〜80℃の温度を保ちつつ 攪拌しながら15分間にわたって水(118.0g)を連続的に加える前に90℃に15分 間保った。混合物を50℃に冷却し、30℃未満に冷却してボトルに詰め替える前に 50℃の温度に90分間保った。 得られたエマルジョンは、57.5%の固形分、23℃で2,500mP・sの粘度及び約41 5のEEWを有していた。 アミン硬化剤を分散させることにより水に乳化された反応性ポリマー組成物( 42g)を実施例4に記載したように調製した。この調製では、上記のように調製 されたエポキシ官能エマルジョン(13g)を使用した。 液状コーティングをガラス板上及びBonderスチールパネル26 60 0C上に厚さ20 0マイクロメートルで流延した。被膜の通し被膜乾燥時間は23℃で硬化した場合 に約2時間であった。硬化したコーティングの水、酸及び溶剤に対する耐性は、 水に分散したエポキシ樹脂及びアミン硬化剤から得られる水に乳化された反応性 ポリマー組成物から通常得られるものよりもかなり高かった。特に、これらの被 膜は、典型的な水に分散されたビスフェノールA型液体エポキシ樹脂系の約12時 間の硬化時間よりもかなり短い約3時間の硬化時間を示した。これらの被膜は、 実施例8で述べるものであり、典型的な水に分散されたビスフェノールA型液体 エポキシ樹脂系よりも2〜3倍好ましい耐溶剤性及び4倍好ましい耐水腐れ性も 有していた。実施例7 510のエポキシ当量(EEW)を有するビスフェノールAのジグリシジルエー テル(A、174g)、182のエポキシ当量(EEW) を有するビスフェノールAのジグリシジルエーテル(B、126g)並びに328のE EWを有するポリオキシプロピレンジグリシジルエーテル(D.E.R.TM 732、The Dow Chemical Companyの商標、C、300g)を1リットル容器内で混合し、80℃ のオーブン内に1時間入れ、透明な均質混合物が形成されるまで完全に混合した 。実施例8 実施例1において用いたものと同様な反応シーケンス及び装置を使用した。54 50のエポキシ当量及び5:1のエチレンオキシド/プロピレンオキシドモル比を 有するポリオキシアルキレンジグリシジルエーテル(A、71.5g)並びにイソホ ロンジアミン(B、187g)を反応器に加え、20分間にわたって75℃に加熱した 。攪拌を開始し、混合物を90℃に加熱し、その温度を15分間保った。実施例7で 調製されたポリエポキシドブレンド(291.5g)を90〜95℃で40分間にわたって 加え、次いでその混合物を90℃にさらに90分間保った。内容物を80℃に冷却し、 混合物の温度を50℃を超える温度に保ちつつ攪拌しながら45分間にわたって水( 450g)を加えた。水の添加が完了した後、30℃に冷却してボトルに詰め替える 前に、得られたエマルジョンをその温度を45℃〜50℃に保ちながらさらに1時間 攪拌した。分散した高分子量の水性硬化剤は285〜315のAHEWを示した。実施例9 実施例1において用いたものと同様な反応シーケンス及び装置を使用した。54 50のエポキシ当量及び5:1のエチレンオキシド/プロピレンオキシドモル比を 有するポリオキシアルキレンジグリシジルエーテル(A、65g)並びにN,N’ −ジ−tert−ブチルエチレンジアミン(B、84g)を反応器中に入れ、窒素 ブランケット下で75℃に加熱した。攪拌を行い、混合物を30分間にわたって135 ℃に 加熱し、その温度をさらに15分間保った。328のEEWを有するポリオキシプロ ピレンジグリシジルエーテル(D.E.R.TM 732、C、35g)及び180のエポキシ当 量(EEW)を有するビスフェノールAのジグリシジルエーテル(D、316g) を攪拌下で加え、温度を145℃に上昇させ、その温度に2時間保った。次に、少 なくとも50℃の温度を保ちつつ攪拌しながら45〜60分間にわたって水(500.0g )を連続的に加える前に、混合物を90℃に冷却した。30℃未満に冷却してボトル に詰め替える前に、混合物を50℃にさらに30分間保った。 得られたエマルジョンは、50%の固形分、23℃で500〜1000mP・sの粘度及び約 1000〜1200のEEWを有していた。1:1の化学量論比でこのエマルジョンを高 分子量エポキシ−アミノアダクトエマルジョンとブレンドした。この高分子量エ ポキシ−アミノアダクトエマルジョンの調製は実施例8に記載した通りであった 。この高分子量エポキシ−アミノアダクトは、10℃以上の温度で硬化し、90のPe rsoz硬度、23℃で24時間硬化後に100%の接着力及び6のエリクセン押込みを示 し、23℃で7日間硬化後に100回以上のMEK往復摩擦に耐えた。短い通し被膜 乾燥時間は、実施例9に記載のエポキシエマルジョンから調製される系の特徴で ある。比較例10 300の平均分子量(Mw)を有するポリエチレングリコール(工業銘柄、150g )及び185のエポキシ当量を有するビスフェノールAベースのポリグリシジルエ ーテル(18.5g)を100℃に加熱し、ジオキサンにより5重量%に稀釈された三 フッ化ホウ素エーテレート(0.9g)で攪拌下で稀釈した。混合物を130℃に加熱 し、その結果起こる反応が停止するまでこの温度を保った。この反応の停止は、 エポキシ当量の増加により確認される。生成物Aのエポキシ当 量は約360,000であった。183のエポキシ当量を有するビスフェノールAベースの ポリグリシジルエーテル(325g)、ビスフェノールA(98g)、アダクトA(2 7g)及びトリフェニルホスフィン(750mg)を、温度計、攪拌機、還流コンデン サー及び滴下漏斗を備えた2リットルの3つ口フラスコ内で混合し、490〜500の エポキシ当量が得られるまで150℃〜160℃で加熱した。混合物を冷却し、そして ベンジルアルコール(27g)及びメトキシプロパノール(60g)により稀釈した 。温度を100℃未満に下げ、攪拌速度を800rpmに保ちながら5〜30分間にわたっ て水(105g)を連続的に加え、そして70℃〜60℃に放冷した。水性分散液が得 られ、これをさらに水(173g)で稀釈した。この分散液は55.7%の固形分及び1 1,700mPa・sの粘度を有していた。水に乳化された反応性エポキシポリマー組成 物は、水性系を硬化させるのに適する任意の常用のアミン硬化剤の攪拌下での添 加によって、この分散液から調製することができる。比較例11 温度計、攪拌機及びコンデンサーを備えた3つ口ガラスフラスコにイソホロン ジアミン(26g)を加え、40℃〜50℃の温度を保ちながら内容物を完全に攪拌し た。1モルの3,000の分子量及び85重量%のエチレンオキシド含有率を有するプ ロピレンオキシド/エチレンオキシドランダムポリマー型ポリエーテルポリオー ルPR-3009(旭電化工業株式会社)と2.2モルのエピクロロヒドリン(13g)から 得られるエポキシ当量が1980のポリグリシジルエーテルと疎水性エポキシ化合物 EP-4901(EEW 182、旭電化工業株式会社、12g)とを、発熱を確認しながら徐々 に加えた。90℃で2時間にわたって反応を続けさせ、水(13g)を加え、自己乳 化性の活性化された硬化剤(X)を得た。Adeka樹脂EP-4200(旭電化工業株式会 社、E EW 190、10g)、前記自己乳化性の活性化された硬化剤X(7g)及び水(10g )を混合し、硬化させた。被膜の性能を試験し、次の結果が得られた。24時間後 の被膜の状態は「良好」であり、鉛筆硬度は「H」であり、5日間浸漬後の耐水 性は「良好」であり、接着性(モルタル板/チェッカー板試験)は100/100であ った。比較例12 アミン−エポキシドアダクト(66%キャップ)の調製 攪拌機、加熱マントル、窒素ライン、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1 リットル反応フラスコに、485g(0.4当量)のJeffamine 2000(Texaco Chemical Company,Houston,Texas)及び142.2g(0.61当量)のプロポキシル化(5P O)ペンタエリトリトールのポリエポキシド(Henkel Corporation,Ambler,PA )を入れた。反応混合物を攪拌しながら125℃〜130℃に徐々に加熱し、この温度 に約2.5時間保った。次に反応混合物を70℃に冷却し、エポキシド及びアミンの 含有量について分析した。生成物であるアミンポリエポキシドアダクトは0.4meq /gの全アミン量及び0.33meq/gの全エポキシド量を有していた。このことは初期 の遊離エポキシド基の約66%がアミンと反応したことを示すものである。自己分散性樹脂の調製 加熱マントル、窒素ライン、冷却コンデンサー、温度計及び攪拌手段を備えた 250ml反応フラスコに、66.4g(0.348当量)のビスフェノールAのジグリシジル エーテル及び19.6g(0.172当量)のビスフェノールAを入れた。反応物を95℃ に加熱し、次に、上記のように調製されたアミン−エポキシドアダクト12.0g( 0.004当量)を0.15gのトリフェニルホスフィンと共に加えた。攪拌しながら反 応混合物を150℃に徐々に加熱すると、発熱反応が観測された。反応温度を150℃ 〜160℃に保つために即座に冷却を行った。発熱 反応が鎮静化した後、反応混合物を160℃にさらに1時間保ち、続いて190℃に15 分間保った。次に、反応混合物を160℃に冷却し、14gのプロピルCellosolveTM (Union Carbide Corporationの商標)を加えると、即座に還流を開始した。反 応混合物を100℃に冷却し、分析した。プロピルCellosolveTM中に固形分87.5% で存在する得られた自己分散性樹脂は、樹脂固形分に基づいて0.07meq/gの全ア ミン量及び552のエポキシド当量を有していた。水性分散液の調製 攪拌機、加熱マントル、窒素ライン、冷却コンデンサー及び温度計を備えた50 0ml反応フラスコに、上記のように調製された前記自己分散性樹脂(SDR)112 gを入れた。樹脂を100℃に加熱し、その後、30分間にわたって16.5gの水を徐 々に加えた。その間に温度は約55℃に下がった。次に、温度を70℃に上昇させな がら追加の48gの水を20分間にわたって加えた。70℃で2gの水を加え、続いて 攪拌を20分間行い、次に3gの水を加えた。得られた油中水滴型分散液を45℃に 冷却しながら45分間攪拌すると、その後にその油中水滴型分散液は水中油滴型分 散液の形態となった。変換が完了した後、CVC Specialty Chemicals Corp.製の C5-10アルコールモノグリシジルエーテル2.0gを反応性希釈剤として加えた。 次に、36.3gの水を50℃で1時間にわたって加えた。得られた水性分散液は水/ プロピルCellosolveTM(82/12)溶剤中に56%の樹脂固形分を含んでいた。コーティング組成物の調製 25mlプラスチックカップに、上記のように調製された水性分散液12.4g(固形 分56%)と当量(2g)のHiTechにより8290として入手可能なエポキシ硬化剤( 163の水素当量を有する変性ジエチレントリアミン)とを入れた。次に十分な水 を加え、混合物を塗布可能 なコンシステンシーとした。エポキシ分散液/硬化剤ブレンドを10分間エージン グし、次に#34線巻スチールロッドを使用し、このブレンドを予め研摩されたTRU COLD冷間圧延スチールパネル(3インチ×6インチ×0.32インチ)上に引き落 とすことにより被膜流延物を生じさせた。この被膜は45分後に不粘着性であった 。「合格」と評価されたコーティング組成物の物理的特性は、室温で28日間風乾 された後に測定されたものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.(i)a)ポリオキシアルキレンジアミン、及び b)任意に少なくとも1種のさらなるアミンと、 c)少なくとも1種のポリエポキシド、 d)少なくとも1種のポリオキシアルキレングリコールジグリシジルエーテル 、 e)任意にポリヒドロキシ炭化水素、及び f)任意に連鎖延長触媒、 とを反応させ、エポキシ末端反応生成物を生成させる工程;並びに (ii)前記エポキシ末端反応生成物を水中に乳化させ、375以上のエポキシ当 量を有する水性高分子量エポキシエマルジョンを提供する工程; により調製される水性高分子量エポキシエマルジョン。 2.(i)a)ポリオキシアルキレンジアミン、及び b)任意に少なくとも1種のさらなるアミンと、 c)少なくとも1種のポリエポキシド、 d)少なくとも1種のポリオキシアルキレングリコールジグリシジルエーテル 、 e)任意にポリヒドロキシ炭化水素、及び f)任意に連鎖延長触媒、 とを反応させ、エポキシ末端反応生成物を生成させる工程; (ii)前記エポキシ末端反応生成物を水中に乳化させ、375以上のエポキシ当 量を有する水性高分子量エポキシエマルジョンを提供する工程;並びに (iii)前記水性高分子量エポキシエマルジョン反応生成物中に硬化剤を分散 又は溶解させ、有機溶剤がたとえ存在するとしても有機 溶剤含有量が組成物の1.5%以下である乳化した反応性ポリマー組成物を提供す る工程、 により調製される反応性ポリマーエマルジョン。 3.(i)ポリヒドロキシ炭化水素が存在し、このポリヒドロキシ炭化水素が ポリヒドロキシフェノールであり、及び/又は (ii)連鎖延長触媒が使用され、及び/又は (iii)有機溶剤が、1.5%を超えない量で使用される請求項1または2に記載 のエマルジョン。 4.前記少なくとも1種のさらなるアミンが、単官能性アミン、ポリアミン又 はこれらの2種以上の混合物を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のエマル ジョン。 5.(i)a)ポリオキシアルキレンジアミン、及び b)任意に少なくとも1種のさらなるアミンと、 c)少なくとも1種のポリエポキシド、 d)少なくとも1種のポリオキシアルキレングリコールジグリシジルエーテル 、 e)任意にポリヒドロキシ炭化水素、及び f)任意に連鎖延長触媒、 とを反応させ、エポキシ末端反応生成物を生成させる工程;並びに (ii)前記エポキシ末端反応生成物を水中に乳化させ、375以上のエポキシ 当量を有する水性高分子量エポキシエマルジョンを提供する工程; を含む、水性高分子量エポキシエマルジョンの調製方法。 6.(i)a)ポリオキシアルキレンジアミン、及び b)任意に少なくとも1種のさらなるアミンと、 c)少なくとも1種のポリエポキシド、 d)少なくとも1種のポリオキシアルキレングリコールジグリシ ジルエーテル、 e)任意にポリヒドロキシ炭化水素、及び f)任意に連鎖延長触媒、 とを反応させ、エポキシ末端反応生成物を生成させる工程; (ii)前記エポキシ末端反応生成物を水中に乳化させ、水性高分子量エポキシ エマルジョンを提供する工程;並びに (iii)前記水性高分子量エポキシエマルジョン反応生成物中に硬化剤を分散 又は溶解させ、有機溶剤がたとえ存在するとしても組成物の有機溶剤含有量が1 .5%以下である乳化した反応性ポリマー組成物を提供する工程; を含む、反応性ポリマーエマルジョンの調製方法。 7.ポリヒドロキシ炭化水素がポリヒドロキシフェノールである請求項5又は 6に記載の方法。 8.前記少なくとも1種のさらなるアミンが、単官能性アミン、ポリアミン又 はこれらの2種以上の混合物を含む請求項5〜7のいずれか1項に記載の方法。 9.硬化剤が高分子量エポキシエマルジョン反応生成物に連続的に加えられる 請求項5〜8のいずれか1項に記載の方法。 10.硬化剤と共に請求項1記載の水性高分子量エポキシエマルジョンを含む反 応性ポリマーエマルジョン。 11.硬化した請求項2〜10のいずれか1項に記載の反応性ポリマーエマルジョ ンを含むコーティング。 12.請求項1に記載の水性高分子量エポキシエマルジョン又は請求項2記載の 反応性ポリマーエマルジョンのコーティング組成物の調製における使用。
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