JPH11100547A - 速硬化型エポキシ系粉体塗料および触媒 - Google Patents

速硬化型エポキシ系粉体塗料および触媒

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JPH11100547A
JPH11100547A JP28268597A JP28268597A JPH11100547A JP H11100547 A JPH11100547 A JP H11100547A JP 28268597 A JP28268597 A JP 28268597A JP 28268597 A JP28268597 A JP 28268597A JP H11100547 A JPH11100547 A JP H11100547A
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powder coating
catalyst
curing
epoxy
imidazole
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JP28268597A
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Hiroshi Oda
浩 尾田
Yoshitaka Kushi
美登 久司
Shinji Senoo
親治 妹尾
Hiroshi Aoki
啓 青木
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Nippon Paint Co Ltd
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Nippon Paint Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造時早期ゲル化傾向がなく、高温度におい
てバインダー樹脂と硬化剤との硬化反応を促進する速硬
化型エポキシ系粉体塗料用触媒を提供する。 【解決手段】 Fe,Co,Ni,Cu,ZnまたはA
lより選ばれた中心金属へ、複数のイミダゾールまたは
その2−モノまたは2,4−ジアルキル置換体配位子が
配位しているイミダゾール金属錯体を触媒として使用す
る。この触媒をエポキシ基含有バインダー樹脂と硬化剤
を含む粉体塗料用熱硬化性樹脂組成物へ添加する。14
0℃におけるタイムは3分以上であるが、200℃にお
けるゲルタイムは40秒以内である短時間速硬化型粉体
塗料が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明の背景 本発明は、速硬化型エポキシ系粉体塗料に使用される触
媒、すなわちエポキシ系粉体塗料のバインダー樹脂と硬
化剤との反応を促進し、基体上の塗膜を短時間で硬化可
能とする触媒に関する。本発明はまた、このような触媒
を含んでいる速硬化型エポキシ系粉体塗料に関する。
【0002】粉体塗料は大気汚染の源である有機溶剤を
含まないので、従来の溶剤型塗料に代わって多くの分野
で使用されつつある。その用途の一つとして、コンクリ
ート補強用異形棒鋼、水道鋼管、石油輸送パイプライン
用鋼管などのインライン塗装がある。
【0003】この用途においては、高温度に予熱された
長尺の鉄鋼製品がコンベアに支持されながら搬送されて
いる間に粉体塗料を塗装し、被塗物の比熱容量により塗
膜の熱硬化を許容するようになっている。この場合合理
的なラインスピードまたはスループットを達成するため
には、被塗物へ適用された粉体塗料層が搬送方向に沿っ
て次に隣接する搬送ローラー上を通過する前の短時間例
えば15秒以内の間に少なくとも塗膜が搬送ローラーと
の接触によって傷付けられない程度に硬化が終了してい
なければならない。
【0004】このような短時間速硬化を可能とする方法
の一つにイミダゾール化合物を触媒として粉体塗料粒子
中に添加する方法がある。一般に粉体塗料はバインダー
樹脂、その硬化剤および顔料などの添加剤を予備混合
し、溶融混練し、冷却後粉砕して製造される。溶融混練
は通常ニーダーまたはエクストルーダーなどの装置を使
用し、ケーシング温度80〜120℃で行われる。従っ
てもし触媒が原料の溶融混練温度においてバインダー樹
脂と硬化剤の間の反応を有意に促進したならば、早期ゲ
ル化によって混練作業が困難になり、装置内部に付着
し、これを取除くのに余計の手間がかかる。また早期ゲ
ルを起こした粉体塗料は耐食性が低下する。
【0005】イミダゾール化合物自体は公知のエポキシ
樹脂硬化触媒であるが、これを速硬化型粉体塗料の触媒
として使用する時早期ゲル化傾向を有する。
【0006】最近フェニルグリシジルエーテルとイミダ
ゾール化合物のアダクトを配位子とする金属錯体である
エポキシ樹脂硬化触媒が開示された。Polymer
Bulletin 33,347−353(1994)
参照。この金属錯体は120℃において可逆的にイミダ
ゾール/フェニルグリシジルエーテルアダクトを解離
し、触媒活性を発揮する。従ってこの金属錯体を速硬化
型粉体塗料に使用すれば早期ゲル化を少なくとも部分的
に防止し得るであろう。
【0007】しかしながら溶融混練装置のケーシング温
度は一般に80〜120℃であるが、内部の溶融物の温
度は摩擦熱によってケーシング温度より高い温度へ上昇
し得る。実質上早期ゲル化傾向がなく、短時間硬化が可
能な粉体塗料を得るためには、140℃におけるゲルタ
イムが3分以上であり、200℃におけるゲルタイムが
40秒以内でなければならないことがわかった。提案さ
れた金属錯体触媒はこの目標を達成するのが困難である
ことがわかった。
【0008】従って、上に述べた欠点を克服ないし緩和
することができる速硬化型エポキシ系粉体塗料用触媒が
要望される。
【0009】本発明の開示 上記の要望は、本発明により、Fe,Co,Ni,C
u,ZnおよびAlからなる群から選ばれた中心金属原
子へ、イミダゾール、2−アルキルイミダゾールおよび
2,4−ジアルキルイミダゾールからなる群から選ばれ
た複数のイミダゾール配位子が配位しているイミダゾー
ル金属錯体よりなる速硬化型エポキシ系粉体塗料用触媒
によって満たすことができる。
【0010】本発明はまた、前記イミダゾール金属錯体
触媒を含む速硬化型エポキシ系粉体塗料を提供する。本
発明の粉体塗料は、分子内に複数のエポキシ基を有する
バインダー樹脂と、その硬化剤と、前記イミダゾール金
属錯体触媒を含んでいる熱硬化性樹脂の粉体粒子よりな
る。
【0011】詳細な議論 配位子であるイミダゾール化合物は、イミダゾール自
体、その2位または2位と4位にアルキル置換基を有す
るモノ−またはジアルキルイミダゾールから選ばれる。
アルキル置換基を有する場合、2位のアルキル基は炭素
数17までのアルキル基が、4位のアルキル基は炭素数
5までのアルキル基から選ばれるのが好ましい。2−メ
チルイミダゾールは商品名2MZとして、2−ウンデシ
ルイミダゾールは商品名C11Zとしてそして4−エチ
ル−2−メチルイミダゾールは商品名2E4MZとして
四国化成から販売されている。イミダゾール金属錯体の
原料としてこれらの市販品を使用することが便利であ
り、かつ入手し易い。
【0012】錯体は中心金属(Fe,Co,Ni,C
u,ZnまたはAl)の塩例えば塩化物または硝酸塩を
イミダゾール化合物と溶媒中で反応させることによって
得られる。例えば両成分を熱エタノール中に溶解し、還
流下反応させた後冷却することにより結晶として得るこ
とができる。場合によっては水、水とエタノールの混合
溶媒を使用することもできよう。
【0013】バインダー樹脂および硬化剤 エポキシ系粉体塗料のバインダー樹脂および硬化剤は慣
用のものでよい。典型的なバインダー樹脂はエポキシ当
量800〜2200を有するポリグリシジルエーテル型
エポキシ樹脂である。これらエポキシ樹脂は、ビスフェ
ノールA,ビスフェノールF,フェノールノボラック樹
脂などの多環式ポリフェノールにエピクロルヒドリンを
アルカリの存在下反応させることにより製造される。耐
食性の観点からはビスフェノールエポキシ樹脂とノボラ
ックエポキシ樹脂の併用が好ましい。
【0014】第2のタイプのバインダー樹脂は、末端カ
ルボキシル基ポリエステルに多官能エポキシ化合物例え
ばビスフェノールジグリシジルエーテルを反応させ、カ
ルボキシル基によるエポキシ基の開環付加反応を利用し
てポリエステル鎖末端にエポキシ官能基を結合したポリ
エステル−エポキシ樹脂である。
【0015】第3のタイプのバインダー樹脂は、グリシ
ジル(メタ)アクリレートと、アルキル(メタ)アクリ
レートのような他のアクリルモノマーと、場合によりス
チレン等の非アクリルモノマーとを共重合して得られる
グリシジル基含有アクリル共重合体樹脂である。
【0016】いずれのタイプのバインダー樹脂もエポキ
シ系粉体塗料のバインダー樹脂として当業者には良く知
られており、これ以上詳しく説明する必要はないであろ
う。
【0017】上に述べたバインダー樹脂と組合せて使用
される硬化剤も当業者には良く知られている。これら硬
化剤の例はビスフェノールAのような複数のフェノール
性水酸基を有する化合物、エチレンジアミン、ジシアン
ジアミドのような多官能のアミン、1,10−デカンジ
酸のような多価カルボン酸、これらの併用系である。例
えば高い密着性を望む場合は多価フェノールと多官能ア
ミンの併用系が好ましい。
【0018】速硬化型粉体塗料 本発明の速硬化型粉体塗料は、触媒としてここに開示し
た錯体を添加することを除いて当業者に良く知られた方
法に従って製造することができる。先に述べたように、
粉体塗料のゲルタイムが140℃において3分以上であ
り、200℃において40秒以内の速硬化性を得るため
には、バインダー樹脂中のエポキシ樹脂と、錯体触媒中
のイミダゾール配位子のモル比が1:0.05〜0.5
になるように前記触媒を添加することが必要である。一
般に触媒の添加量は速硬化性に正比例し、塗膜の可撓性
に反比例するから、あまり少ないと合理的なラインスピ
ードを達成する速硬化性が得られず、あまり多いと塗膜
の可撓性が不満足となる。ゲルタイムは140℃におい
て5分ないし10分であり、200℃において10ない
し20秒であることが好ましく、この範囲の140℃お
よび200℃ゲルタイムを得るためには上に述べた触媒
の添加量が必要となる。またこの範囲の添加量により粉
体塗料の最低溶融粘度1〜3000ポイズを確保するこ
とができる。
【0019】一般に粉体塗料は、バインダー樹脂、硬化
剤および必要に応じ顔料その他の添加剤を混合し、混合
物を溶融混練し、冷却後粉砕分級して製造される。触媒
は他の原料と同様に溶融混練工程以前に添加される。
【0020】必要に応じ溶融混練すべき原料へ加えられ
る添加剤は、二酸化チタン、酸化鉄、カーボンブラッ
ク、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、
キナクリドン系顔料、アゾ系顔料などの着色顔料、およ
びタルク、炭酸カルシウム、沈降性硫酸バリウムなどの
体質顔料、表面調整剤としてアクリル樹脂またはポリシ
ロキサン、可塑性、紫外線吸収剤、酸化防止剤、ワキ防
止剤、アンチブロッキング剤、ベンゾインなどである。
【0021】以上のような原料を準備した後、スーパー
ミキサー、ヘンシエルミキサー等を使用して原料を予備
的に混入し、コニーダー、エクストルーダー等の混練機
を用いて原料を溶融混合する。この時の加熱温度は勿論
焼付硬化温度より低くなければならないが、少なくとも
原料の一部が溶融し全体を混練することができる温度で
なければならない。一般に80〜120℃の範囲内で溶
融混練される。次に溶融物は冷却ロールや冷却コンベヤ
ー等で冷却して固化され、粗粉砕および微粉砕の工程を
経て所望の粒径に粉砕される。この場合粒子の体積平均
粒子径は一般に5〜50μmである。巨大粒子や微小粒
子を除去して粒度分布を調整するために篩分けによる分
級を行った後出荷するのが好ましい。
【0022】本発明の粉体塗料は、鋼管、コンクリート
鉄筋などの長尺の鉄鋼基体を200℃以上の高温へ予熱
し、搬送下インラインで塗装し、基体の比熱容量を利用
して短時間に熱硬化させる塗装法に適している。この場
合塗装法としては、静電吹付塗装法、詳しくはコロナ帯
電型吹付塗装法または摩擦帯電型吹付塗装法が好まし
い。なおコロナ帯電法の場合は外部帯電法および内部帯
電法のいずれを採用しても良い。
【0023】以下の合成例、実施例および比較例におい
て、「部」および「%」は重量基準による。
【0024】イミダゾール金属錯体 合成例1 熱エタノール10ml中に塩化銅(II)0.134g
(1mmol)と、2−メチルイミダゾール0.16g
(2mmol)を加え、3時間還流した後冷却し、n−
ヘキサンを加えて析出する黄緑色結晶を濾過し、乾燥
し、ジクロロビス(2−メチルイミダゾール)銅(II)
0.24gを得た。 元素分析 C8 124 CuCl2 として 計算値:C32.17;H4.05;N18.76 実験値:C34.5;H4.4;N20.1
【0025】合成例2 合成例1において2−メチルイミダゾールを0.36g
(4.4mmol)に変更し、六配位の青色結晶として
ジクロロテキラキス(2−メチルイミダゾール)銅(I
I)0.46gを得た。 元素分析 C16248 CuCl2 として 計算値:C41.52;H5.23;N24.21 実験値:C41.3;H5.1;N24.2
【0026】合成例3 合成例1において2−メチルイミダゾールの代わりに2
−ウンデシルイミダゾール0.98g(4.4mmo
l)を加え、六配位の緑色結晶としてジクロロテトラキ
ス(2−ウンデシルイミダゾール)銅(II)0.36g
を得た。 元素分析 C56104 8 CuCl2 として 計算値:C65.69;H10.24;N10.94 実験値:C67.1;H10.9;N11.4
【0027】合成例4 熱エタノール10ml中に硝酸亜鉛(II)六水塩0.2
97g(1mmol)と、2−メチルイミダゾール0.
36g(4.4mmol)を加え、3時間還流した後冷
却し、n−ヘキサンを加えて析出する結晶を濾過し、乾
燥し、白色結晶としてジニトラートテトラキス(2−メ
チルミイダゾール)亜鉛(II)0.40gを得た。 元素分析 C1624106 Znとして 計算値:C37.11;H4.67;N27.05 実験値:C38.1;H4.7;N27.5
【0028】実施例および比較例粉体塗料の製造 表1(実施例)および表2(比較例)に示した配合によ
り、原料をヘンシェルミキサー(三井三池製作所)にて
予備混合し、次いでコニーダ(ブス社製)によりケーシ
ング温度約100℃において溶融混練し、室温に冷却後
アトマイザー(不二パウダル社製)にて粉砕し、150
メッシュの篩いで分級し、体積平均粒径40μmの粉体
塗料を得た。
【0029】塗料および塗膜試験 ゲルタイム:所定温度に加熱したゲル化試験機(日新化
学社製)にサンプル1gを投下し、攪拌した。攪拌開始
からサンプルが糸を引かなくなるまでの時間を測定し、
ゲルタイムとした。
【0030】最低溶融粘度測定:ペレット状にしたサン
プル0.5gを0.1Hzの周波数においてMR−30
0ソリキッドメーター(レオロジー社製)中105℃か
ら230℃まで20℃/minの昇温速度で昇温し、温
度−粘度カーブを作成し、これから最低溶融粘度を求め
た。
【0031】耐食性:70mm×150mm×9mmの
軟鋼板を表面粗さ45〜80μmにブラストし、これを
240℃に予熱し、直ちにコロナ帯電吹付法により粉体
塗料を塗装し、装置して基体の比熱容量により塗膜を硬
化させた。なお塗装機として松尾(株)製PGC−1を
用い、塗装はガン距離150mm,電圧60kV,吐出
量300g/minの条件で実施した。得られた硬化塗
膜の膜厚は約200μmであった。
【0032】このようにして作成した試験片をSST
(塩水噴霧試験)1000時間にかけ、カット部からの
塗膜剥離幅を測定した。 ◎ 剥離幅 2mm以下 〇 剥離幅 2mm〜4mm △ 剥離幅 4mm〜6mm × 剥離幅 6mm以上
【0033】伸び:70mm×150mm×9mmの軟
鋼板に厚さ0.3mmのブリキ板を重ねて固定し、24
0℃に予熱し、取出して直ちに上に同様な方法により粉
体塗料を塗装し、硬化させて膜厚約200μmの硬化塗
膜を形成した。得られた硬化塗膜を水銀を使ってブリキ
板から剥離し、試料とした。この塗膜をテンシロン試験
機(東洋ボールドウイン社製)を用いて引張り試験にか
け、破断点における伸び率を求めた。測定条件は、引張
り速度10mm/min,測定温度−10℃である。 ◎ 7%以上 〇 6〜7% △ 5〜6% × 5%未満
【0034】塗膜外観:目視により塗膜表面の状態を評
価した。 ◎ 平滑 〇 ゆず肌がみられる △ 一部にへこみあり × 目立ったへこみあり
【0035】製造作業性:原料混練後のニーダー内部を
汚れを目視により評価した。 〇 殆ど汚れなし △ 一部に汚れあり × 殆ど全面に汚れあり
【0036】試験結果を表1および表2に示す。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】注1)油化シエルエポキシ社製ビスフェノ
ールAエポキシ樹脂 注2)油化シエルエポキシ社製ノボラック型エポキシ樹
脂 注3)日本アエロジル社製微粉末シリカ 注4)2−メチルイミダゾール 注5)2−ウンデシルイミダゾール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 啓 大阪府寝屋川市池田中町19番17号 日本ペ イント株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Fe,Co,Ni,Cu,ZnおよびAl
    からなる群から選ばれた中心金属原子へ、イミダゾー
    ル、2−アルキルイミダゾールおよび2,4−ジアルキ
    ルイミダゾールからなる群から選ばれた複数のイミダゾ
    ール配位子が配位しているイミダゾール金属錯体よりな
    る速硬化型エポキシ系粉体塗料用触媒。
  2. 【請求項2】配位子がイミダゾール、2−メチルイミダ
    ゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシ
    ルイミダゾールまたは4−エチル−2−メチルイミダゾ
    ールである請求項1の触媒。
  3. 【請求項3】分子内に複数のエポキシ基を含んでいるバ
    インダー樹脂と、バインダー樹脂と反応する硬化剤と、
    請求項1または2の触媒を含んでいる熱硬化性樹脂組成
    物の粉体粒子よりなる速硬化型粉体塗料。
  4. 【請求項4】バインダー樹脂がエポキシ当量800〜2
    200のポリグリシジルエーテル型エポキシ樹脂である
    請求項3の粉体塗料。
  5. 【請求項5】前記金属錯体中のイミダゾール配位子のバ
    インダー樹脂中のエポキシ基に対するモル比が、1:
    0.05〜0.5である請求項3または4の粉体塗料。
  6. 【請求項6】ゲルタイムが140℃において3分以上で
    あり、200℃において40秒以内である請求項3ない
    し5のいずれかの粉体塗料。
  7. 【請求項7】最低溶融粘度が1〜3000ポイズである
    請求項3ないし6のいずれかの粉体塗料。
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US7049268B2 (en) 2002-06-03 2006-05-23 Ricoh Company, Ltd. Heat reversible recording medium, heat reversible recording label, heat reversible recording member, image processor and image processing method
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