JP2004002758A - Resin for dispersing pigment and aqueous pigment dispersion containing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水性塗料に好適な顔料分散用樹脂、及び特に自動車塗装用水性上塗り塗料に好適に使用される、該顔料分散用樹脂を含有する水性顔料分散体に関する。
【0002】
【従来の技術】
これまで自動車塗装用上塗塗料としては、水酸基、カルボキシル基などの官能基を有するアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂の如き基体樹脂(ベースポリマー)成分に、アミノ樹脂、ブロック化されていてもよいポリイソシアネート化合物、エポキシ化合物などの硬化剤を併用した溶剤型のものが幅広く使用されていた。
【0003】
近年、地球環境保護の観点から、揮発性有機物含有量(VOC)が低い塗料が要求されている。自動車塗装用塗料分野においては、特に、着色ベースコート用塗料が排出VOCが多いため、水性化が強く求められており、今後は溶剤型ベースコートから水性ベースコートへの切り換えが進んでいくものと考えられる。
【0004】
着色ベースコート塗料の水性化に伴う問題点としては、例えば、(1)水性塗料中に配合される顔料分散用樹脂が、水性塗料中のバインダ成分と相溶しないこと;(2)顔料分散用樹脂や分散剤が顔料を均一に分散せず、顔料が凝集(フロキュレーションまたはアグロメレーション)を起こすこと;(3)水性塗料中の顔料分散用樹脂や分散剤が焼付けによって硬化せず塗膜性能の劣化を招くこと、などが挙げられる。
【0005】
着色ベースコート塗料に使用される顔料は一般に表面が疎水性で水に濡れにくく、また、従来、溶剤型の着色塗料に用いられている顔料分散用樹脂は水に対する溶解性が低く水性媒体中での分散安定性に劣っている。したがって、水系塗料における顔料分散用樹脂の設計にあたっては、顔料の濡れ性と顔料分散用樹脂の水性媒体中での分散安定性を両立させることが重要である。
【0006】
顔料の濡れ性に関しては、顔料分散用樹脂が低粘度、低分子量であることが有利であり、分散安定化については、顔料表面での立体反発層の形成性や顔料分散用樹脂の連続相(水性媒体)への溶解性が良いことが有利であるといわれている。また、顔料表面の疎水部と顔料分散用樹脂の疎水部との相互作用による、顔料表面への顔料分散用樹脂の濡れ(顔料分散用樹脂がアルキル基など水系で弱い凝集を生じる基を有するものが有効)や顔料への吸着に関しては、顔料の濡れ性と顔料分散用樹脂の分散安定性の両方が関与しているものと考えられる。
【0007】
これまで上記の観点から水性塗料用あるいは水性インキ用の顔料分散用樹脂や助剤の開発が行われてきた。例えば、特許文献1には、顔料分散用樹脂として、(メタ)アクリル酸などの酸性官能基含有重合性不飽和単量体を単量体成分の一部として含有する単量体混合物が重合されてなる酸性官能基を有する直鎖型アニオン性重合体を用いることが提案されているが、該重合体は水性媒体への高い溶解性を有するため、顔料分散体の分散安定化という点で不十分であるとともに、それを用いて形成される分散体は著しく粘度が高く、取り扱いが困難となるという問題がある。
【0008】
また、特許文献2、特許文献3及び特許文献4には、顔料分散用樹脂として、カルボキシル基含有マクロモノマーを共重合して得られるグラフト共重合体が開示されている。該グラフト共重合体は、重合体の幹部分が疎水性であり且つ枝部分が親水性であることから、顔料の分散安定化に優れているが、該グラフト共重合体を用いて形成される顔料分散体は粘度が高く、今後、コスト面やVOC削減の観点からますます高顔料濃度の顔料分散体が必要とされることから、上記グラフト共重合体も決して満足のいくものではない。
【0009】
さらに、特許文献5、特許文献6及び特許文献7には、ポリオキシアルキレン鎖をもつノニオン系の界面活性剤を顔料分散剤として使用することが開示されているが、該界面活性剤は水系顔料分散体の中で安定に存在することはできるが、顔料への吸着性が不十分であり、特にレットダウン安定性が悪く、塗膜の仕上り外観に劣る傾向にある。
【0010】
また、現在、自動車塗装用上塗塗料においては、高度の耐久性、耐酸性、耐洗車擦り傷性、耐チッピング性などの塗膜性能はもちろんのこと、これまで以上に鮮映性、透明性、発色性などの塗膜の仕上り外観が要求されている。
【0011】
本発明者らは、これらの要求に応えるべく、先に、イオン性官能基を含有する重合性不飽和モノマー及びポリオキシアルキレン鎖を有する非イオン性重合性不飽和モノマーを共重合成分とする共重合体である顔料分散用樹脂を提案した(特許文献8、特許文献9等)。これらの顔料分散用樹脂を用いることによって、高顔料濃度においても、低粘度で、発色性に優れ、しかも塗膜の仕上がり外観に優れた水性顔料分散体を得ることができる。しかしながら、酸化チタンなどの無機顔料を分散する場合、上記顔料分散用樹脂を用いても、得られる塗膜の仕上がり性や耐候性などに不具合が生じることがある。
【0012】
【特許文献1】特開昭50−154328号公報
【0013】
【特許文献2】特開平1−182304号公報
【0014】
【特許文献3】特開平7−316240号公報
【0015】
【特許文献4】特表平10−502097号公報
【0016】
【特許文献5】特開平9−255728号公報
【0017】
【特許文献6】特開平9−267034号公報
【0018】
【特許文献7】特公平8−19201号公報
【0019】
【特許文献8】WO02/31010パンフレット
【0020】
【特許文献9】特開2003−12744
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高顔料濃度においても、濡れ性と分散安定性に優れ、低粘度で且つ発色性に優れ、塗膜の仕上り外観が良好な水性顔料分散体を得ることができる顔料分散用樹脂を提供することである。
【0022】
本発明の別の目的は、酸化チタンなどの無機顔料の分散に特に好適であり、しかも、低粘度で且つ発色性に優れた水性顔料分散体を提供することである。
【0023】
本発明のさらに別の目的は、硬化性に優れ、発色性、光沢などの塗膜の仕上り外観に優れた塗膜を形成可能な水性塗料を提供することである。
【0024】
本発明のその他の目的及び特徴は以下の記述から明らかとなるであろう。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、今回、スルホン酸基を有するモノマー、ポリオキシエチレン鎖などを有する非イオン性の親水性モノマー、特定の分岐鎖を有するモノマー及びその他のエチレン性不飽和モノマーをラジカル重合開始剤の存在下に共重合することにより得られる共重合体が水性塗料における顔料分散用樹脂として極めて適していることを見出し本発明を完成するに至った。
【0026】
かくして、本発明は、
(A)スルホン酸基を含有する重合性不飽和モノマー、
(B)ポリオキシアルキレン鎖を有する非イオン性重合性不飽和モノマー、
(C)(C−1)1分子中に3級アルキル基を2個有する(メタ)アクリル酸エステル系重合性モノマー及び/又は(C−2)1分子中に3級アルキル基と2級水酸基をそれぞれ1個有する(メタ)アクリル酸エステル系重合性モノマー、及び
(D)その他のエチレン性不飽和モノマー
の共重合体であることを特徴とする顔料分散用樹脂を提供するものである。
【0027】
本発明はまた、上記の顔料分散用樹脂、顔料、水性媒体、及び必要に応じて塩基性中和剤及び/又は分散助剤を含有する水性顔料分散体を提供するものである。
【0028】
本発明はさらに、上記の水性顔料分散体を含有する水性塗料組成物を提供するものである。
【0029】
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
【0030】
【発明の実施の形態】
顔料分散用樹脂
本発明により提供される顔料分散用樹脂は、以下に述べるスルホン酸基を含有する重合性不飽和モノマー(A)、ポリオキシアルキレン鎖を有する非イオン性重合性不飽和モノマー(B)、特定の分岐鎖を有するモノマー(C)及びその他のエチレン性不飽和モノマー(D)の共重合体である。
【0031】
スルホン酸基を含有する重合性不飽和モノマー(A)
モノマー(A)は、顔料分散用樹脂にイオン性官能基としてのスルホン酸基を導入するためのモノマー成分であり、具体的には、例えば、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸などの(メタ)アクリルアミド−アルカンスルホン酸;2−スルホエチル(メタ)アクリレートなどのスルホアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらは1種のみ又は2種以上組み合わせて使用することができる。これらの中、特に、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸が好適である。これらのモノマー(A)により樹脂中に導入されるスルホン酸基は、特に、無機顔料の顔料分散に効果的に作用する。
【0032】
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート又はメタクリレートを意味するものである。
【0033】
ポリオキシアルキレン鎖を有する非イオン性重合性不飽和モノマー(B)
モノマー(B)は、形成される共重合体に親水性を付与するモノマー成分であり、1分子中に、ポリオキシアルキレン鎖と重合性不飽和基を有するモノマーである。上記ポリオキシアルキレン鎖としては、ポリオキシエチレン鎖、ポリオキシプロピレン鎖、ポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンとのブロック鎖などを挙げることができる。
【0034】
ポリオキシアルキレン鎖は、200〜3,000、好ましくは300〜2,500の範囲内の分子量を有するのが好適である。
【0035】
モノマー(B)の代表例としては、例えば、下記式(1)
CH2=C(R3)COO(CnH2nO)m−R4 (1)
式中、R3は水素原子またはメチル基を表し、R4は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表し、mは4〜60、好ましくは6〜50の整数であり、
nは2又は3、好ましくは2であり、ここでm個のオキシアルキレン単位(CnH2nO)は同じであっても又は互いに異なっていてもよい、
で示される化合物を挙げることができる。
【0036】
そのようなモノマー(B)の具体例としては、例えば、テトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、n−ブトキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、テトラプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシテトラプロピレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシテトラプロピレングリコール(メタ)アクリレート、n−ブトキシテトラプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレートなどが挙げられ、これらは単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。これらの中、特に、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレートが好適である。
【0037】
特定の分岐鎖を有するモノマー(C)
モノマー(C)は、本発明の共重合体にtert−ブチル基のような3級アルキル基を導入するためのモノマー成分であり、本発明では、1分子中に3級アルキル基を2個有する(メタ)アクリル酸エステル系重合性モノマー(C−1)及び/又は1分子中に3級アルキル基と2級水酸基をそれぞれ1個有する(メタ)アクリル酸エステル系重合性モノマー(C−2)を使用する。
【0038】
モノマー(C−1)の具体例としては、下記式(2)
【0039】
【化3】
【0040】
式中、Xは水素又はメチル基である、
で示されるモノマー等が挙げられ、また、モノマー(C−2)の具体例としては、下記式(3)
【0041】
【化4】
【0042】
式中、Xは水素又はメチル基であり、R1及びR2はそれぞれ炭素数1〜6のアルキル基を表し、ただしR1とR2の合計炭素数は7である、
で示されるモノマー等が挙げられる。
【0043】
以上に述べたモノマー(C−1)及び(C−2)はそれぞれ単独で使用することができ又は両者を併用してもよい。
【0044】
その他のエチレン性不飽和モノマー(D)
その他のエチレン性不飽和モノマー(D)は、以上に述べたモノマー(A)、モノマー(B)及びモノマー(C)と共重合可能なモノマーで、これらのモノマー(A)、モノマー(B)及びモノマー(C)以外の重合性不飽和モノマーであって、顔料分散用樹脂に望まれる特性に応じて適宜選択して使用される。
【0045】
そのようなモノマー(D)の具体例としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート等のC1〜C24の直鎖状又は環状アルキル(メタ)アクリレートモノマー;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどの水酸基含有重合性不飽和モノマー(典型的にはヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートモノマー);メタクリル酸、アクリル酸などのカルボキシル基含有重合性不飽和モノマー;アクリルアミド、メタクリルアミド;3−エチル−3−(メタ)アクリロイルオキシメチルオキセタン、3−メチル−3−(メタ)アクリロイルオキシメチルオキセタン、3−ブチル−3−(メタ)アクリロイルオキシメチルオキセタンなどのオキセタン環含有(メタ)アクリレート;2−(2′−ヒドロキシ−5′−メタクリロイルオキシエチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾールなどの紫外線吸収性重合性不飽和モノマー;4−(メタ)アクリロイルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジンなどの紫外線安定性重合性不飽和モノマー;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどの芳香族ビニル化合物;(メタ)アクリロニトリル、酢酸ビニルなどを挙げることができる。これらの重合性不飽和モノマーは1種のみ又は2種以上を組合せて使用することができる。
【0046】
本発明に従う顔料分散用樹脂は、例えば、着色水性ベースコート用塗料の作成に用いられる場合、硬化剤成分、例えばアミノ樹脂やブロック化されてもよいポリイソシアネート化合物と反応し、架橋塗膜中にとりこまれることが塗膜性能上望ましく、そのため、上記モノマー(D)は、その成分の少なくとも一部として水酸基含有重合性不飽和モノマーを含有することが望ましい。
【0047】
上記水酸基含有重合性不飽和モノマーの具体例としては、上記の2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2,3−ジヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の、多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのモノエステル化物;上記多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのモノエステル化物にε−カプロラクトンを開環重合した化合物等を挙げることができる。なかでも、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート[前記モノマー(B)以外のもの]、及び多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのモノエステル化物にε−カプロラクトンを開環重合した化合物が反応性などの点から好適である。例示した上記化合物はそれぞれ単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。水酸基含有重合性不飽和モノマーは、一般に、得られる共重合体の水酸基価が15〜75mgKOH/g、好ましくは25〜70mgKOH/g、さらに好ましくは35〜60mgKOH/gの範囲内となるような量で使用することが望ましい。
【0048】
また、本発明の顔料分散用樹脂は主として水系に用いることを目的としており、該樹脂の水分散性を確保するため、親水性の前記(B)モノマーに加えて、さらに必要に応じて、上記のその他のエチレン性不飽和モノマー(D)の少なくとも一部としてカルボキシル基含有重合性不飽和モノマーを用いることができる。
【0049】
本発明の顔料分散用樹脂は、以上に述べたスルホン酸基を含有する重合性不飽和モノマー(A)、非イオン性重合性不飽和モノマー(B)、特定の分岐鎖を有するモノマー(C)及びその他のエチレン性不飽和モノマー(D)を共重合することによって得られる。共重合に際してのこれらのモノマー(A)、(B)、(C)及び(D)の使用割合は厳密に制限されるものではなく、形成される共重合体に望まれる物性等に応じて変えることができるが、一般には、モノマー(A)、(B)、(C)及び(D)の合計量を基準にして下記の範囲内とすることができる。
【0050】
モノマー(A):0.1〜10重量%、好ましくは0.5〜7重量%、さらに好ましくは1〜4重量%、
モノマー(B):5〜50重量%、好ましくは7.5〜40重量%、さらに好ましくは10〜30重量%、
モノマー(C):1〜30重量%、好ましくは3〜25重量%、さらに好ましくは5〜20重量%、
モノマー(D):10〜93.9重量%、好ましくは28〜89重量%、さらに好ましくは46〜84重量%。
【0051】
上記モノマー(A)、(B)、(C)及び(D)の共重合は、それ自体既知の方法、例えば、有機溶剤中での溶液重合法、水中でのエマルション重合法などの方法により行なうことができるが、なかでも溶液重合法が好適である。溶液重合法による共重合法としては、例えば、前記モノマー(A)、(B)、(C)及び(D)とラジカル重合開始剤の混合物を、有機溶媒に溶解もしくは分散せしめ、通常、約80℃〜約200℃程度の温度で、1〜10時間程度撹拌しながら加熱して重合させる方法を挙げることができる。
【0052】
共重合時に使用し得る有機溶媒としては、例えば、ヘプタン、トルエン、キシレン、オクタン、ミネラルスピリット等の炭化水素系溶剤;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のエステル系溶剤;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、イソブタノール等のアルコール系溶剤;n−ブチルエーテル、ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル系溶剤;コスモ石油社製のスワゾール310、スワゾール1000、スワゾール1500等の芳香族石油系溶剤等を挙げることができる。これらの有機溶剤は1種のみ又は2種以上を組合せて使用することができる。重合反応時において、上記有機溶剤は、モノマー成分の合計量100重量部に対して、通常、400重量部以下となる範囲で使用される。
【0053】
前記ラジカル重合開始剤としては、例えば、シクロヘキサノンパーオキサイド、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類;1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ビス(tert−ブチルパーオキシ)バレレート等のパーオキシケタール類;クメンハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジハイドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド類;1,3−ビス(tert−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジイソプロピルベンゼンパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド等のジアルキルパーオキサイド類;デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類;ビス(tert−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート等のパーオキシカーボネート類;tert−ブチルパーオキシベンゾエート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン等のパーオキシエステル類等の有機過酸化物系重合開始剤;2,2´−アゾビスイソブチロニトリル、1,1−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、アゾクメン2,2’−アゾビスメチルバレロニトリル、4,4´−アゾビス(4−シアノ吉草酸)等のアゾ系重合開始剤を挙げることができる。これらのラジカル重合開始剤の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、重合性モノマーの合計量100重量部あたり、0.1〜15重量部、特に0.3〜10重量部の範囲内であることが望ましい。
【0054】
上記重合反応において、モノマー成分や重合開始剤の添加方法は特に制約されるものではないが、重合開始剤は重合初期に一括仕込みするよりも重合初期から重合後期にわたって数回に分けて分割滴下することが、重合反応における温度制御、ゲル化物のような不良な架橋物の生成の抑制、などの点から好適である。
【0055】
このようにして得られる共重合体の分子量は、特に制限されるものではないが、水分散安定性、顔料分散性、粘度、VOC、樹脂の色数(着色度)などの面から、通常、重量平均分子量で500〜100,000、特に1,000〜70,000、さらに特に3,000〜50,000の範囲内にあることが好ましい。
【0056】
また、該共重合体は、一般に、15〜75mgKOH/g、好ましくは25〜70mgKOH/g、さらに好ましくは35〜60mgKOH/gの範囲内の水酸基価を有することが好ましく、さらに一般に、3〜100mgKOH/g、好ましくは5〜70mgKOH/g、さらに好ましくは10〜40mgKOH/gの範囲内の酸価を有することができる。
【0057】
以上に述べた如くして製造される共重合体からなる本発明の顔料分散用樹脂は、水性顔料分散体の作製に用いられるので、顔料への濡れ性と分散安定化を両立できるものであることが必要である。本発明の顔料分散用樹脂を構成するモノマー(A)成分は、顔料分散用樹脂の顔料への吸着を向上させることができ、特に酸化チタンなどの無機顔料への濡れ性の向上と樹脂の分散安定性の向上の両面で有利に働くことができる。また、本発明の顔料分散用樹脂を構成するモノマー(B)成分は、顔料分散用樹脂の連続相(水性媒体)への溶解性の向上に寄与し、特に顔料分散用樹脂の分散安定性の向上に有利に働くことができる。さらに、本発明の顔料分散用樹脂を構成するモノマー(C)成分は、顔料分散用樹脂を用いて得られる水性塗料による塗膜の光沢やつやなどの仕上り外観を著しく向上させるのに役立つ。
【0058】
したがって、本発明の顔料分散用樹脂は、顔料、水性媒体などと共に水性顔料分散体を調製するのに極めて有用である。
【0059】
水性顔料分散体
本発明の水性顔料分散体は、以上に述べた顔料分散用樹脂に、顔料、水性媒体、及び必要に応じて、その他の顔料分散樹脂、分散助剤、塩基性中和剤、その他の添加剤などを配合することにより調製することができる。
【0060】
上記顔料としては、例えば、アルミニウム粉、銅粉、ニッケル粉、ステンレス粉、クロム粉、雲母状酸化鉄、酸価チタン被覆マイカ粉、酸化鉄被覆マイカ粉、光輝性グラファイト等の光輝性顔料;ピンクEB、アゾ系やキナクリドン系等の有機赤系顔料、シアニンブルー、シアニングリーンなどの有機青系顔料、ベンゾイミダゾロン系、イソインドリン系及びキノフタロン系等の有機黄色系顔料;酸化チタン、チタンイエロー、ベンガラ、カーボンブラック、黄鉛、酸化鉄、及び各種焼成顔料等の無機着色顔料等が挙げられる。また、体質顔料を含んでもよい。これらの顔料は、それ自体既知の表面処理、例えば酸・塩基処理、カップリング剤処理、プラズマ処理、酸化/還元処理などが施されたものであってもよい。これらのうち、特に酸化チタンなどの無機顔料が好適である。
【0061】
これらの顔料の配合割合は、特に制限されるものではないが、通常、顔料分散用樹脂100重量部あたり、10〜3,000重量部、特に15〜2,000重量部、さらに特に15〜1,500重量部の範囲内にあることが、顔料分散性、分散安定性、得られる顔料分散体の着色力の面などから好ましい。
【0062】
水性媒体としては、水、または水に水溶性有機溶媒などの有機溶媒を溶解してなる水−有機溶媒混合溶液などを挙げることができる。ここで用いる有機溶媒としては、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、3−メチル3−メトキシブタノールなどの水溶性有機溶媒;キシレン、トルエン、シクロヘキサノン、ヘキサン、ペンタンなどの難溶性又は不溶性有機溶剤などが挙げられる。該有機溶剤は1種のみ又は2種以上混合して使用できる。有機溶剤としては水溶性有機溶媒を主体とするものが好適である。また、水と有機溶媒との混合割合は特に制限はないが、有機溶媒の含有量は混合溶液の50重量%以下、特に35重量%以下が望ましい。水性媒体の配合割合は、特に制限されるものではないが、通常、顔料分散用樹脂100重量部あたり、50〜5,000重量部、特に100〜3,000重量部、さらに特に100〜2,000重量部の範囲内にあることが顔料分散時の粘度、顔料分散性、分散安定性及び生産効率などの面から好ましい。
【0063】
必要に応じて用いられる他の顔料分散用樹脂としては、例えば、(メタ)アクリル酸などのカルボキシル基含有重合性不飽和モノマーと、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートなどの水酸基含有重合性不飽和モノマーと、その他の重合性不飽和モノマーとをラジカル重合開始剤の存在下に共重合して得られるアクリル樹脂などを挙げることができる。該アクリル樹脂としては、重量平均分子量が約2,000〜150,000、特に5,000〜100,000、酸価が5〜150mgKOH/g、特に15〜100mgKOH/g、水酸基価が10〜160mgKOH/g、特に30〜120mgKOH/gの範囲内にあるものが好ましい。
【0064】
本発明の顔料分散用樹脂(I)と他の顔料分散用樹脂(II)の使用割合(固形分)は、通常、樹脂(I)100重量部あたり、樹脂(II)5〜300重量部、特に20〜150重量部の範囲内が適当である。
【0065】
塩基性中和剤は、顔料分散用樹脂がカルボキシル基を有する場合、これを中和し、顔料分散用樹脂を水溶化ないしは水分散化するために使用されるものであって、その具体例としては、例えば、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機塩基;アミノメチルプロパノール、アミノエチルプロパノール、ジメチルエタノールアミン、トリエチルアミン、ジエチルエタノールアミン、ジメチルアミノプロパノール、アミノメチルプロパノールなどのアミン類を挙げることができる。これらの塩基性中和剤の配合量は、顔料分散用樹脂を水溶化ないしは水分散化するのに必要な量以上であり、通常、顔料分散用樹脂中のカルボキシル基の中和当量が0.3〜1.5、特に0.4〜1.3となるような割合であることが好適である。
【0066】
必要に応じて用いられる分散助剤としては、例えば、BYK−Chemie社のDisperbyk184やDisperbyk190などを挙げることができ、また、その他の添加剤としては、消泡剤、防腐剤、防錆剤、可塑剤などを挙げることができる。これらの配合量は、顔料の分散性やペーストの安定性、レットダウン安定性や塗膜性能を考慮すると、いずれも顔料分散用樹脂100重量部に対して50部以下であることが望ましい。
【0067】
水性顔料分散体は、以上に述べた各成分を、例えば、ペイントシェーカー、サンドミル、ボールミル、LMZミル、DCPパールミルなどの分散機を用いて均一に混合、分散させることにより調製することができる。
【0068】
水性塗料組成物
上記の如くして調製される水性顔料分散体は、塗料用バインダ樹脂、及び必要に応じて、水性媒体、ポリマー微粒子、硬化触媒、塩基性中和剤、紫外線吸収剤、紫外線安定剤、塗面調整剤、酸化防止剤、流動性調整剤、シランカップリング剤等の添加剤等を配合し、水性媒体中に安定に分散せしめることによって水性塗料組成物とすることができる。
【0069】
上記塗料用バインダ樹脂としては、水溶性ないしは水分散性塗料の分野で通常使用できる基体樹脂と硬化剤の組合せが包含され、基体樹脂としては、例えば、水酸基含有アクリル樹脂、水酸基含有ポリエステル樹脂、エポキシ基含有共重合体樹脂、カルボキシル基含有高酸価樹脂などが挙げられ、硬化剤としては、例えば、アミノ樹脂、ブロック化されていてもよいポリイソシアネート化合物などを挙げることができ、これらは1種のみ又は2種以上組合せて使用することができる。
【0070】
上記水酸基含有アクリル樹脂としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートなどの水酸基含有重合性不飽和モノマーと、その他の重合性不飽和モノマーとをラジカル重合開始剤の存在下に共重合して得られる、重量平均分子量が約2,000〜100,000程度、特に5,000〜50,000の範囲内にあるものが好ましい。
【0071】
上記水酸基含有ポリエステル樹脂としては、例えば、エチレングリコール、ブチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどの多価アルコールと、アジピン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水トリメリット酸などの多価カルボン酸成分との縮合反応によって得られる、重量平均分子量が約1,000〜100,000、特に1,500〜70,000の範囲内にあるものが好ましい。
【0072】
硬化剤として用いられる上記アミノ樹脂としては、メラミン樹脂が一般的で、なかでもメチロール化メラミン樹脂やメチロール化メラミン樹脂のメチロール基の少なくとも一部を炭素数1〜4の1価アルコールでエーテル化してなるメラミン樹脂が好適であり、特に水溶性ないしは水分散性を有するものが適しているが水不溶性のものも使用できる。
【0073】
上記メラミン樹脂の市販品としては、例えば、ユーバン20SE−60、ユーバン225(以上、いずれも三井化学社製、商品名)、スーパーベッカミンG840、スーパーベッカミンG821(以上、いずれも大日本インキ化学工業社製、商品名)などのブチルエーテル化メラミン樹脂;スミマールM−100、スミマールM−40S、スミマールM−55(以上、いずれも住友化学社製、商品名)、サイメル303、サイメル325、サイメル327、サイメル350、サイメル370(以上、いずれも三井サイテック社製、商品名)、ニカラックMS17、ニカラックMS15(以上、いずれも三和ケミカル社製、商品名)、レジミン741(モンサント社製、商品名)等のメチルエーテル化メラミン樹脂;サイメル235、サイメル202、サイメル238、サイメル254、サイメル272、サイメル1130(以上、いずれも三井サイテック社製、商品名)、スマミールM66B(住友化学社製、商品名)等のメチル化とイソブチル化との混合エーテル化メラミン樹脂;サイメルXV805(三井サイテック社製、商品名)、ニカラックMS95(三和ケミカル社製、商品名)等のメチル化とn−ブチル化との混合エーテル化メラミン樹脂などを挙げることができる。
【0074】
硬化剤として使用できる前記ブロック化されていてもよいポリイソシアネート化合物は、フリーのイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物及びイソシアネート基がブロック化されたポリイソシアネート化合物の両者を包含する。
【0075】
フリーのイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートの如き脂肪族ジイソシアネート類;水素添加キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートの如き環状脂肪族ジイソシアネート類;トリレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートの如き芳香族ジイソシアネート類;トリフェニルメタン−4,4′,4″−トリイソシアネート、1,3,5−トリイソシアナトベンゼン、2,4,6−トリイソシアナトトルエン、4,4′−ジメチルジフェニルメタン−2,2′,5,5′−テトライソシアネートなどの3個以上のイソシアネ−ト基を有するポリイソシアネート化合物の如き有機ポリイソシアネートそれ自体、またはこれらの各有機ポリイソシアネートと多価アルコール、低分子量ポリエステル樹脂もしくは水等との付加物、あるいは上記した各有機ポリイソシアネート同志の環化重合体、更にはイソシアネート・ビウレット体等を挙げることができる。
【0076】
フリーのイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物の市販品としては、例えば、バーノックD−750、バーノック−800、バーノックDN−950、バーノックDN−970、バーノックDN−15−455(以上、いずれも大日本インキ化学工業社製)、デスモジュールL、デスモジュールN、デスモジュールHL、デスモジュールN3390(以上、いずれも住友バイエルウレタン社製、商品名)、タケネートD−102、タケネート−202、タケネート−110、タケネート−123N(以上、いずれも武田薬品工業社製、商品名)、コロネートEH、コロネートL、コロネートHL、コロネート203(以上、いずれも日本ポリウレタン工業社製、商品名)、デュラネート24A−90CX(旭化成工業社製、商品名)等が挙げられる。
【0077】
イソシアネート基がブロックされたポリイソシアネート化合物としては、上記したフリーのイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物のイソシアネート基を、オキシム、フェノール、アルコール、ラクタム、マロン酸ジエステル、アセト酢酸エステル又はメルカプタン等の公知のブロック剤でブロックしたものが挙げられる。これらの代表的な市販品の例としては、バーノックD−550(大日本インキ化学工業社製、商品名)、タケネートB−815−N(武田薬品工業社製、商品名)、アディトールVXL−80(ドイツ国、ヘキスト社製、商品名)、コロネート2507(日本ポリウレタン工業社製、商品名)、デスモデュールN3500(住友バイエルウレタン社製、商品名)等が挙げられる。
【0078】
前記必要に応じて使用される水性溶媒としては、前記顔料分散体を製造する際に必要に応じて使用される水性媒体として説明したものの中から適宜選んで用いることができる。
【0079】
前記ポリマー微粒子は、本発明の塗料組成物中で溶解せず微粒子として分散するポリマーであり、通常、平均粒子径が0.01〜1μm、特に0.05〜0.8μmの範囲内のものが好適である。該ポリマー微粒子は、粒子内部が架橋されていても又はされていなくてもよいが、内部架橋されたものが望ましい。該ポリマー微粒子としては、塗料分野において、塗料の流動性調整剤としてそれ自体既知のものを使用できる。
【0080】
前記硬化触媒としては、硬化剤としてブロック化されていてもよいポリイソシアネート化合物を用いる場合には、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジオクテート、ジブチル錫ジラウレートなどの有機金属触媒;トリエチルアミン、ジエタノールアミン等などのアミン類などを好適に使用することができ、硬化剤としてメラミン樹脂などのアミノ樹脂を用いる場合には、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ジノニルナフタレンスルホン酸などのスルホン酸化合物やこれらのスルホン酸化合物のアミン中和物などを好適に使用することができる。
【0081】
前記紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系、サリシレート系、蓚酸アニリド系などの化合物を挙げることができ、前記紫外線安定剤としては、ヒンダードアミン系化合物などを挙げることができる。
【0082】
本発明の水性塗料組成物は、着色顔料、メタリック顔料、干渉色顔料などの各種顔料を配合した着色塗料組成物(メタリック塗料、干渉色塗料も包含する)として使用することができ、なかでも自動車塗装用上塗り塗料(着色ベースコート)として好適に使用することができる。
【0083】
本発明の塗料組成物は、常法により各種の被塗物に塗装することができ、通常、約80〜約180℃の温度で、10〜60分間程度焼付けることにより硬化塗膜を形成することができる。短時間焼付けする場合には、例えば、素材到達最高温度が約180℃〜約250℃となる条件で約20秒〜60秒間焼付けることによっても硬化塗膜を形成することができる。
【0084】
本発明の塗料組成物を塗装することができる被塗物は、特に限定されるものではなく、例えば、鋼板、アルミニウム、錫などの金属基材;モルタル、セメント、プラスチックス、ガラスなどのその他基材;これらの基材に表面処理及び/又は塗膜形成を施したものなどを挙げることができるが、なかでも、金属基材、特に鋼板を基材としたものや、プラスチックスを基材としたものを好適に使用することができる。
【0085】
上記鋼板としては、冷延鋼板、溶融亜鉛メッキ鋼板、電気亜鉛メッキ鋼板、アルミニウムメッキ鋼板、ステンレス鋼板、銅メッキ鋼板、錫メッキ鋼板、鉛−錫合金メッキ鋼板(ターンシート);鉄−亜鉛、アルミニウム−亜鉛、ニッケル−亜鉛などの亜鉛合金メッキ鋼板などを挙げることができる。また、表面処理を施した鋼板としては、上記鋼板に燐酸塩処理やクロム酸塩処理などの化成処理を施した鋼板を挙げることができる。
【0086】
また、塗膜形成を施した被塗物としては、基材に必要に応じて表面処理を施し、その上にプライマー塗膜を形成したもの、該プライマー塗膜の上に中塗り塗膜を形成したものなどを挙げることができる。
【0087】
本発明の塗料組成物を自動車塗装用上塗り塗料として使用する場合、被塗物の代表例としては、化成処理した鋼板にプライマ−を電着塗装し、必要に応じて中塗り塗料を塗装したもの、各種プラスチック基材(必要に応じて、表面処理、プライマ−塗装、中塗り塗装等を行ったもの)、これらのものが組み合わさった複合部材等が挙げられる。
【0088】
上記電着塗装のための塗料としては、アニオン型及びカチオン型のいずれでもよいが、防食性の良好なカチオン型が望ましい。カチオン電着塗料としてはそれ自体既知のものを用いることができ、例えば、樹脂成分として水酸基及びカチオン性基を有する基体樹脂とブロックポリイソシアネート化合物などの硬化剤を含むものなどを好適に使用することができる。
【0089】
本発明の水性塗料組成物は、被塗物上への1コート1ベーク用の着色塗膜形成用組成物、被塗物上への2コート1ベーク(2C1B)、2コート2ベーク(2C2B)、3コート1ベーク(3C1B)、3コート2ベーク(3C2B)又は3コート3ベーク(3C3B)方式などにおける上塗着色ベース塗料組成物などとして好適に使用することができる。
【0090】
本発明の塗料組成物を自動車の上塗着色塗料として使用する場合、例えば、電着塗膜などのプライマ塗膜上に、又はプライマ塗膜上に塗装された未硬化もしくは硬化された中塗塗膜上に、例えば、静電霧化塗装(ベル型等)、エアスプレー塗装等の手段により、乾燥膜厚が通常、約10〜約60μmとなるように塗装し、数分間室温に放置するか、約50〜約80℃の範囲で数分間強制乾燥するか、約120〜約180℃程度の温度で通常、約10〜約60分間焼付けることによって上塗着色塗膜を形成することができる。また、上記のように塗装された未硬化又は硬化された上塗着色塗膜上に、上塗クリヤ塗料を例えば静電霧化塗装(ベル型等)、エアスプレー塗装等の手段により、乾燥膜厚が通常、約20〜約100μmとなるように塗装し硬化させることによって上塗り複層塗膜を形成することもできる。
【0091】
上記上塗着色塗膜上に塗装される上塗クリヤ塗料としては、架橋性官能基(例えば、水酸基、エポキシ基、カルボキシル基、アルコキシシラン基など)を有するアクリル樹脂、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂などの少なくとも1種の基体樹脂と、この基体樹脂を架橋硬化させるためのアルキルエーテル化したメラミン樹脂、尿素樹脂、グアナミン樹脂、ブロック化されてもよいポリイソシアネート化合物、エポキシ樹脂、カルボキシル基含有化合物などの少なくとも1種の架橋剤とからなる上塗クリヤ塗料が好適であり、基体樹脂と架橋剤との配合比率は、両者の合計に基づいて、通常、基体樹脂成分が50〜90重量%、架橋剤成分が10〜50重量%であることが望ましい。これらの上塗りクリヤ塗料組成物の形態としては、特に制限されるものではなく、有機溶剤型、非水分散液型、水溶液型、水分散液(スラリー)型、ハイソリッド型、粉体型など任意の形態のものを使用することができる。
【0092】
【実施例】
以下、製造例、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、特に断らない限り「部」及び「%」は、それぞれ「重量部」及び「重量%」を意味する。
【0093】
顔料分散用樹脂の製造
実施例1
撹拌機、温度計及び還流冷却管を備えた通常のアクリル樹脂反応槽に、エチレングリコールモノブチルエーテル38部及びイソブチルアルコール12部を仕込み、加熱撹拌して95℃に保持した。この中に、メチルメタクリレート46部、n−ブチルアクリレート15部、2−ヒドロキシエチルアクリレート10部、「NFバイソマーS20W」(第一工業製薬(株)製、商品名、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレートの50%水希釈品、分子量約2080)40部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸1.5部、「イソステアリルアクリレート」(大阪有機化学社製、商品名、モノマー(C−1)に該当)7.5部、アゾビスイソブチロニトリル1部及びイソブチルアルコール5部からなる混合物を3時間かけて滴下した。滴下終了後、95℃で30分間熟成し、次に、エチレングリコールモノブチルエーテル20部及びアゾビスイソブチロニトリル0.5部からなる追加触媒混合液を1時間かけて滴下した。ついで95℃で1時間熟成したのち冷却し、固形分50%の顔料分散用樹脂(A−1)溶液を得た。
【0094】
実施例2〜5及び比較例1、2
上記実施例1において、後記表1に示す配合とする以外は実施例1と同様の操作を行い、本発明の顔料分散用樹脂溶液(A−2)〜(A−5)ならびに比較用の顔料分散用樹脂溶液(AC−1)及び(AC−2)を得た。これらの顔料分散用樹脂溶液の固形分及び顔料分散用樹脂の樹脂酸価を下記表1に示す。なお、下記表1における(注1)は、下記の意味を有する。また、表1において「NFバイソマーS20W」の量は固形分量で示す。
(注1)「アクリットM−201」:大成化工社製、商品名、モノマー(C−2)に該当する。
【0095】
【表1】
【0096】
水性顔料分散体の作製
実施例6〜10及び比較例3、4
上記実施例1〜5及び比較例1、2で得た各顔料分散用樹脂溶液及び顔料と、さらに脱イオン水及び湿潤分散剤を用い、下記表2に示す組成配合にて、ディゾルバーにて30分間分散して各水性顔料分散体(B−1)〜(B−5)ならびに(BC−1)及び(BC−2)を得た。なお、下記表2における(注2)〜(注4)は、それぞれ下記の意味を有する。
(注2)JR903:テイカ(株)社製、商品名、無機系チタン白顔料
(注3)SN−122NSK:サンノプコ社製、商品名、消泡剤
(注4)BYK−180:ビックケミー・ジャパン社製、商品名、湿潤分散剤
【0097】
【表2】
【0098】
塗料用基体樹脂の合成
合成例1
攪拌機、温度計、精留塔、窒素導入管、還流冷却器などを備えた反応槽に、イソフタル
酸317.8部、ヘキサヒドロフタル酸196.5部、アジピン酸372.6部、ネオペンチルグリコール268部、1,6−ヘキサンジオール217.8部、トリメチロールプロパン263.5部を仕込み、窒素ガス導入下で加熱攪拌して、160℃に達してから3時間かけて235℃まで昇温した。その後、同温度で1.5時間保持し、精留塔を還流冷却器に切り換え、トルエン100部を導入し還流下にて反応を続けた。同温度で6時間反応させた後、減圧下トルエンを除去し、170℃まで冷却して無水トリメリット酸122.5部を添加した。そのまま170℃で30分間保持した後、ブチルセロソルブ322部を添加してその後80℃まで冷却した。次いでN,N−ジメチルアミノエタノール4部を加え、そのまま80℃で30分間保持した後、50℃まで冷却し脱イオン水2200部を加えて30分間攪拌し、固形分濃度45%のポリエステル樹脂溶液(P−1)を得た。
【0099】
水性塗料組成物の製造
実施例11
実施例6で得た水性顔料分散体(B−1)131.8部、合成例1で得たポリエステル樹脂溶液(P−1)153.5部、「MS−25」(三和ケミカル(株)製、商品名、メチル・n−ブチル混合エーテル化メラミン樹脂溶液)37.5部及び「WS−314」(共栄社製、商品名、表面調整剤)0.83部を加え、さらにジメチルエタノールアミン0.8部及び脱イオン水88部を加えて、固形分約44%、粘度35〜40秒(フォードカップ#4/20℃)、pH約8.5の着色水性塗料組成物を得た。
【0100】
実施例12〜15及び比較例5、6
実施例11において、配合組成を表3に示すとおりとする以外は実施例11と同様に操作し、各着色水性塗料組成物を得た。
【0101】
これら各着色水性塗料組成物を用いて、下記試験塗板の作製方法に基づき各試験塗板を作製した。
【0102】
試験塗板の作製方法
リン酸亜鉛化成処理を施した厚さ0.8mmの冷延ダル鋼板上に、エポキシ樹脂系カチオン電着塗料を乾燥膜厚が約20μmとなるように電着塗装し焼付けた電着塗膜上に、自動車用ポリエステル樹脂系中塗り塗料を乾燥膜厚が約20μmとなるように塗装し焼付けた。この塗装板を#400のサンドペーパーで水研、水切り乾燥し、石油ベンジンで脱脂した。ついでこの脱脂板上に、脱イオン水で粘度約25秒(フォードカップ#4/20℃)に粘度調整した上記各着色水性塗料組成物を、エアスプレーを用い、乾燥膜厚が約35μmとなるように塗装し、室温で5分間放置後、電気熱風乾燥器にて140℃で30分間焼付けて各試験塗板を作製した。
【0103】
これらの試験塗板について下記試験方法に基づいて種々の試験を行った。その試験結果を表3に併せて示す。
【0104】
試験方法
(*1)光沢:「マイクロ−トリ−グロス光沢計」(JISZ8741)を用いて、各塗膜の60度鏡面反射率を測定した。
(*2)HAZE:「BYKマイクロヘイズメーター」(JISZ8741)を用いて、各塗膜のHAZE値を測定した。数値が小さいほど良好であることを示す。
(*3)塗膜外観:塗膜の仕上がり外観をツヤ感、肉持ち感から総合的に調査し次の基準で評価した(○:良好、△:不良、×:著しく不良)。
(*4)耐候性:各試験塗板を、「スーパーキセノンウエザーメーター」(スガ試験機社製、耐候試験機)を用いて、JISK56007−7に準じ促進耐候試験を行った。試験開始から1500時間経過後の60度光沢の保持率を調べた。数値が大きいほど耐候性が良好なことを示す。
【0105】
【表3】
【0106】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明の顔料分散用樹脂を使用することによって、高顔料濃度においても濡れ性と分散安定性に優れ、低粘度で且つ発色性に優れた水性顔料分散体を得ることができる。また、この水性顔料分散体を使用することによって、顔料の発色性、塗膜の仕上がり外観ならびに耐候性、その他の物理的性質等の塗膜性能に優れ、しかも、顔料の分散安定性が良好で高顔料濃度化が可能な塗料組成物を得ることができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pigment-dispersing resin suitable for a water-based coating, and particularly to an aqueous pigment dispersion containing the pigment-dispersing resin, which is suitably used for a water-based topcoat for automotive coating.
[0002]
[Prior art]
Heretofore, as a top coat for automotive coating, an amino resin, a poly (optionally blocked) resin may be added to a base resin (base polymer) component such as an acrylic resin, a polyester resin, and an alkyd resin having a functional group such as a hydroxyl group or a carboxyl group. Solvent-type compounds using a curing agent such as an isocyanate compound or an epoxy compound in combination have been widely used.
[0003]
In recent years, from the viewpoint of protection of the global environment, paints having a low volatile organic matter content (VOC) have been required. In the field of paints for automotive coatings, in particular, paints for colored base coats have a high emission VOC, so there is a strong demand for water-based coatings, and it is expected that the switch from solvent-based base coats to water-based base coats will proceed in the future.
[0004]
Problems associated with making the colored base coat paint water-based include, for example, (1) that the pigment dispersion resin blended in the water-based paint is not compatible with the binder component in the water-based paint; (2) the pigment dispersion resin And the dispersing agent does not uniformly disperse the pigment, causing the pigment to aggregate (flocculation or agglomeration). (3) The resin for dispersing the pigment or the dispersing agent in the water-based paint is not cured by baking and is coated. And performance degradation.
[0005]
Pigments used in colored basecoat paints generally have a hydrophobic surface and are hardly wetted by water, and pigment dispersing resins conventionally used in solvent-type colored paints have low solubility in water and have low solubility in aqueous media. Poor dispersion stability. Therefore, when designing the pigment dispersing resin in the water-based paint, it is important to achieve both the wettability of the pigment and the dispersion stability of the pigment dispersing resin in the aqueous medium.
[0006]
Regarding the wettability of the pigment, it is advantageous that the pigment dispersing resin has a low viscosity and a low molecular weight. For the dispersion stabilization, the formation of the steric repulsion layer on the pigment surface and the continuous phase ( It is said that it is advantageous to have good solubility in aqueous media). In addition, the interaction between the hydrophobic part of the pigment surface and the hydrophobic part of the pigment dispersing resin causes the wetting of the pigment dispersing resin on the pigment surface (the pigment dispersing resin has a group that causes weak aggregation in an aqueous system such as an alkyl group). It is considered that both the wettability of the pigment and the dispersion stability of the pigment dispersing resin are involved in the adsorption to the pigment.
[0007]
From the above viewpoints, pigment dispersing resins and auxiliaries for water-based paints or water-based inks have been developed. For example, in Patent Document 1, as a pigment dispersing resin, a monomer mixture containing a polymerizable unsaturated monomer having an acidic functional group such as (meth) acrylic acid as a part of a monomer component is polymerized. Although it has been proposed to use a linear anionic polymer having an acidic functional group, the polymer has high solubility in an aqueous medium, and is not suitable for stabilizing the dispersion of a pigment dispersion. In addition to being sufficient, there is a problem that the dispersion formed by using the dispersion has a remarkably high viscosity and is difficult to handle.
[0008]
Patent Documents 2, 3, and 4 disclose, as a pigment dispersing resin, a graft copolymer obtained by copolymerizing a carboxyl group-containing macromonomer. The graft copolymer is excellent in stabilizing the dispersion of the pigment because the trunk portion of the polymer is hydrophobic and the branch portion is hydrophilic, but is formed using the graft copolymer. Since the pigment dispersion has a high viscosity and a pigment dispersion having an increasingly higher pigment concentration is required from the viewpoints of cost and VOC reduction in the future, the above graft copolymer is also not satisfactory.
[0009]
Further, Patent Document 5, Patent Document 6, and Patent Document 7 disclose that a nonionic surfactant having a polyoxyalkylene chain is used as a pigment dispersant, but the surfactant is an aqueous pigment. Although it can be stably present in the dispersion, its adsorbability to the pigment is insufficient, particularly the letdown stability is poor, and the finished appearance of the coating film tends to be poor.
[0010]
In addition, at present, topcoat paints for automotive coatings not only have high durability, acid resistance, car wash abrasion resistance, chipping resistance, etc., but also more sharpness, transparency and color development than ever before. The finished appearance of the coating film such as properties is required.
[0011]
In order to meet these demands, the present inventors have first made a copolymerizable component containing a polymerizable unsaturated monomer containing an ionic functional group and a nonionic polymerizable unsaturated monomer having a polyoxyalkylene chain. A pigment dispersing resin that is a polymer has been proposed (Patent Document 8, Patent Document 9, etc.). By using these pigment dispersing resins, it is possible to obtain an aqueous pigment dispersion having a low viscosity, excellent coloring properties, and excellent finished appearance of a coating film even at a high pigment concentration. However, in the case of dispersing an inorganic pigment such as titanium oxide, even when the above-mentioned pigment dispersing resin is used, problems may occur in the finish properties, weather resistance, and the like of the obtained coating film.
[0012]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-154328
[0013]
[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-182304
[0014]
[Patent Document 3] JP-A-7-316240
[0015]
[Patent Document 4] Japanese Patent Publication No. 10-502097
[0016]
[Patent Document 5] JP-A-9-255728
[0017]
[Patent Document 6] JP-A-9-267034
[0018]
[Patent Document 7] Japanese Patent Publication No. 8-19201
[0019]
[Patent Document 8] WO02 / 31010 pamphlet
[0020]
[Patent Document 9] JP-A-2003-12744
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an aqueous pigment dispersion having excellent wettability and dispersion stability, low viscosity and excellent color development even at a high pigment concentration, and capable of obtaining an aqueous pigment dispersion having a good finished appearance of a coating film. It is to provide a resin.
[0022]
Another object of the present invention is to provide an aqueous pigment dispersion which is particularly suitable for dispersing an inorganic pigment such as titanium oxide and has a low viscosity and excellent coloring properties.
[0023]
Still another object of the present invention is to provide a water-based paint which has excellent curability and can form a coating film having excellent finish appearance such as coloring property and gloss.
[0024]
Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, this time, a monomer having a sulfonic acid group, a nonionic hydrophilic monomer having a polyoxyethylene chain, etc., a monomer having a specific branched chain And found that a copolymer obtained by copolymerizing other ethylenically unsaturated monomers in the presence of a radical polymerization initiator was extremely suitable as a resin for dispersing a pigment in an aqueous coating material, and completed the present invention. Was.
[0026]
Thus, the present invention provides
(A) a polymerizable unsaturated monomer containing a sulfonic acid group,
(B) a nonionic polymerizable unsaturated monomer having a polyoxyalkylene chain,
(C) (C-1) (meth) acrylate polymerizable monomer having two tertiary alkyl groups in one molecule and / or (C-2) tertiary alkyl group and secondary hydroxyl group in one molecule A (meth) acrylate-based polymerizable monomer having one each, and
(D) Other ethylenically unsaturated monomers
And a pigment dispersing resin characterized by being a copolymer of the above.
[0027]
The present invention also provides an aqueous pigment dispersion containing the pigment dispersing resin, the pigment, the aqueous medium, and, if necessary, a basic neutralizer and / or a dispersing aid.
[0028]
The present invention further provides an aqueous coating composition containing the above aqueous pigment dispersion.
[0029]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Pigment dispersion resin
The pigment dispersing resin provided by the present invention includes a polymerizable unsaturated monomer containing a sulfonic acid group (A) described below, a nonionic polymerizable unsaturated monomer having a polyoxyalkylene chain (B), It is a copolymer of a monomer (C) having a branched chain and another ethylenically unsaturated monomer (D).
[0031]
Polymerizable unsaturated monomer containing sulfonic acid group (A)
The monomer (A) is a monomer component for introducing a sulfonic acid group as an ionic functional group into the pigment dispersing resin. Specifically, for example, (A) such as 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (Meth) acrylamide-alkanesulfonic acid; and sulfoalkyl (meth) acrylates such as 2-sulfoethyl (meth) acrylate. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid is particularly preferred. The sulfonic acid group introduced into the resin by these monomers (A) particularly effectively acts on the pigment dispersion of the inorganic pigment.
[0032]
In the present specification, “(meth) acrylate” means acrylate or methacrylate.
[0033]
Nonionic polymerizable unsaturated monomer having a polyoxyalkylene chain (B)
The monomer (B) is a monomer component that imparts hydrophilicity to the formed copolymer, and is a monomer having a polyoxyalkylene chain and a polymerizable unsaturated group in one molecule. Examples of the polyoxyalkylene chain include a polyoxyethylene chain, a polyoxypropylene chain, and a block chain of polyoxyethylene and polyoxypropylene.
[0034]
Suitably, the polyoxyalkylene chain has a molecular weight in the range of 200 to 3,000, preferably 300 to 2,500.
[0035]
As a typical example of the monomer (B), for example, the following formula (1)
CH2= C (R3) COO (CnH2nO)m-R4(1)
Where R3Represents a hydrogen atom or a methyl group;4Represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, m is an integer of 4 to 60, preferably 6 to 50;
n is 2 or 3, preferably 2, where m oxyalkylene units (CnH2nO) may be the same or different from each other,
The compound shown by these can be mentioned.
[0036]
Specific examples of such a monomer (B) include, for example, tetraethylene glycol (meth) acrylate, methoxytetraethylene glycol (meth) acrylate, ethoxytetraethylene glycol (meth) acrylate, and n-butoxytetraethylene glycol (meth) Acrylate, tetrapropylene glycol (meth) acrylate, methoxytetrapropylene glycol (meth) acrylate, ethoxytetrapropylene glycol (meth) acrylate, n-butoxytetrapropylene glycol (meth) acrylate, polyethylene glycol (meth) acrylate, polypropylene glycol (meth) ) Acrylate, methoxy polyethylene glycol (meth) acrylate, ethoxy polyethylene glycol (meth) Rate and the like, which may be used alone or in combination. Among them, polyethylene glycol (meth) acrylate and polypropylene glycol (meth) acrylate are particularly preferable.
[0037]
Monomer (C) having a specific branched chain
The monomer (C) is a monomer component for introducing a tertiary alkyl group such as a tert-butyl group into the copolymer of the present invention, and has two tertiary alkyl groups in one molecule in the present invention. (Meth) acrylate polymerizable monomer (C-1) and / or (meth) acrylate polymerizable monomer (C-2) having one tertiary alkyl group and one secondary hydroxyl group in each molecule Use
[0038]
Specific examples of the monomer (C-1) include the following formula (2)
[0039]
Embedded image
[0040]
Wherein X is hydrogen or a methyl group;
And specific examples of the monomer (C-2) include the following formula (3)
[0041]
Embedded image
[0042]
Wherein X is hydrogen or a methyl group;1And R2Represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, provided that R1And R2Has a total carbon number of 7,
And the like.
[0043]
The monomers (C-1) and (C-2) described above can be used alone or in combination.
[0044]
Other ethylenically unsaturated monomers (D)
The other ethylenically unsaturated monomers (D) are monomers copolymerizable with the above-mentioned monomers (A), (B) and (C), and these monomers (A), (B) and A polymerizable unsaturated monomer other than the monomer (C), which is appropriately selected and used according to the properties desired for the pigment dispersing resin.
[0045]
Specific examples of such a monomer (D) include, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (Meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) C) such as acrylate and tridecyl (meth) acrylate1~ C24Linear or cyclic alkyl (meth) acrylate monomers; hydroxyl-containing polymerizable unsaturated monomers such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate and hydroxybutyl (meth) acrylate (typically hydroxy Alkyl (meth) acrylate monomers); carboxyl group-containing polymerizable unsaturated monomers such as methacrylic acid and acrylic acid; acrylamide, methacrylamide; 3-ethyl-3- (meth) acryloyloxymethyloxetane, 3-methyl-3- ( Oxetane ring-containing (meth) acrylates such as (meth) acryloyloxymethyloxetane and 3-butyl-3- (meth) acryloyloxymethyloxetane; 2- (2'-hydroxy-5'-methacryloyloxyethylphenyl) -2 UV-absorbing polymerizable unsaturated monomers such as benzotriazole; UV-stable polymerizable unsaturated monomers such as 4- (meth) acryloyloxy-1,2,2,6,6-pentamethylpiperidine; styrene, α- Aromatic vinyl compounds such as methylstyrene and vinyltoluene; (meth) acrylonitrile, vinyl acetate and the like. These polymerizable unsaturated monomers can be used alone or in combination of two or more.
[0046]
The pigment dispersing resin according to the present invention reacts with a curing agent component, for example, an amino resin or a polyisocyanate compound which may be blocked, and is incorporated into a crosslinked coating film, for example, when used for preparing a colored aqueous base coat paint. It is desirable from the viewpoint of coating film performance that the monomer (D) desirably contains a hydroxyl group-containing polymerizable unsaturated monomer as at least a part of its components.
[0047]
Specific examples of the hydroxyl group-containing polymerizable unsaturated monomer include the above-mentioned 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, 2,3-dihydroxybutyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) Monoester of polyhydric alcohol and (meth) acrylic acid such as acrylate and polyethylene glycol mono (meth) acrylate; ring-opening polymerization of ε-caprolactone to monoester of polyhydric alcohol and (meth) acrylic acid And the like. Among them, ε-caprolactone is used for 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) acrylate [other than the monomer (B)], and a monoester of a polyhydric alcohol and (meth) acrylic acid. A compound obtained by ring-opening polymerization is preferred in terms of reactivity and the like. The above-mentioned compounds can be used alone or in combination of two or more. The amount of the hydroxyl group-containing polymerizable unsaturated monomer is generally such that the resulting copolymer has a hydroxyl value of 15 to 75 mgKOH / g, preferably 25 to 70 mgKOH / g, and more preferably 35 to 60 mgKOH / g. It is desirable to use it.
[0048]
Further, the pigment dispersing resin of the present invention is intended to be mainly used in an aqueous system. In order to ensure the water dispersibility of the resin, in addition to the hydrophilic monomer (B), if necessary, A carboxyl group-containing polymerizable unsaturated monomer can be used as at least a part of the other ethylenically unsaturated monomer (D).
[0049]
The pigment dispersing resin of the present invention comprises the above-mentioned polymerizable unsaturated monomer containing a sulfonic acid group (A), a nonionic polymerizable unsaturated monomer (B), and a monomer having a specific branched chain (C). And other ethylenically unsaturated monomers (D). The proportions of these monomers (A), (B), (C) and (D) used in the copolymerization are not strictly limited, and vary depending on the physical properties desired for the copolymer to be formed. However, in general, it can be within the following range based on the total amount of the monomers (A), (B), (C) and (D).
[0050]
Monomer (A): 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 7% by weight, more preferably 1 to 4% by weight,
Monomer (B): 5 to 50% by weight, preferably 7.5 to 40% by weight, more preferably 10 to 30% by weight,
Monomer (C): 1 to 30% by weight, preferably 3 to 25% by weight, more preferably 5 to 20% by weight,
Monomer (D): 10 to 93.9% by weight, preferably 28 to 89% by weight, more preferably 46 to 84% by weight.
[0051]
The copolymerization of the monomers (A), (B), (C) and (D) is carried out by a method known per se, for example, a method such as a solution polymerization method in an organic solvent and an emulsion polymerization method in water. Among them, a solution polymerization method is preferable. As a copolymerization method by a solution polymerization method, for example, a mixture of the above-mentioned monomers (A), (B), (C) and (D) and a radical polymerization initiator is dissolved or dispersed in an organic solvent. A method in which polymerization is performed by heating at a temperature of about 200C to about 200C with stirring for about 1 to 10 hours.
[0052]
Examples of the organic solvent that can be used in the copolymerization include hydrocarbon solvents such as heptane, toluene, xylene, octane, and mineral spirit; ethyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, and diethylene glycol monobutyl ether. Ester solvents such as acetate; ketone solvents such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone and cyclohexanone; alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol and isobutanol; n-butyl ether and dioxane , Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol Ether solvents such as propyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, and tripropylene glycol monomethyl ether; aromatic petroleum solvents such as Swazole 310, Swazole 1000, and Swazole 1500 manufactured by Cosmo Oil; Solvents and the like can be mentioned. These organic solvents can be used alone or in combination of two or more. At the time of the polymerization reaction, the organic solvent is used in an amount of usually 400 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the total amount of the monomer components.
[0053]
Examples of the radical polymerization initiator include ketone peroxides such as cyclohexanone peroxide, 3,3,5-trimethylcyclohexanone peroxide, and methylcyclohexanone peroxide; 1,1-bis (tert-butylperoxy) -3 Peroxy ketals such as 1,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis (tert-butylperoxy) cyclohexane, n-butyl-4,4-bis (tert-butylperoxy) valerate; cumene hydroperoxide Hydroperoxides such as 2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide; 1,3-bis (tert-butylperoxy-m-isopropyl) benzene, 2,5-dimethyl-2,5 -Di (tert-butylperoxy) Dialkyl peroxides such as xane, diisopropylbenzene peroxide and tert-butylcumyl peroxide; diacyl peroxides such as decanoyl peroxide, lauroyl peroxide, benzoyl peroxide and 2,4-dichlorobenzoyl peroxide; bis ( peroxycarbonates such as tert-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate; organic peroxides such as peroxyesters such as tert-butylperoxybenzoate and 2,5-dimethyl-2,5-di (benzoylperoxy) hexane. Oxide polymerization initiator: 2,2′-azobisisobutyronitrile, 1,1-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), azocumene 2,2′-azobismethylvaleronitrile, 4,4′- Azo Scan (4-cyanovaleric acid) azo-based polymerization initiators, and the like. The use amount of these radical polymerization initiators is not particularly limited, but is usually 0.1 to 15 parts by weight, particularly 0.3 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the total amount of the polymerizable monomers. It is desirable to be within the range.
[0054]
In the above-mentioned polymerization reaction, the method of adding the monomer component and the polymerization initiator is not particularly limited, but the polymerization initiator is divided and dropped several times from the initial stage of the polymerization to the latter stage of the polymerization, rather than batch charging in the early stage of the polymerization. This is preferable from the viewpoint of controlling the temperature in the polymerization reaction, suppressing the formation of a poor crosslinked product such as a gelled product, and the like.
[0055]
The molecular weight of the copolymer obtained in this manner is not particularly limited, but is usually selected from the viewpoints of water dispersion stability, pigment dispersibility, viscosity, VOC, and the number of colors (degree of coloring) of the resin. It is preferable that the weight average molecular weight is in the range of 500 to 100,000, particularly 1,000 to 70,000, and more particularly 3,000 to 50,000.
[0056]
In addition, the copolymer generally has a hydroxyl value in the range of 15 to 75 mg KOH / g, preferably 25 to 70 mg KOH / g, more preferably 35 to 60 mg KOH / g, and more generally 3 to 100 mg KOH / g. / G, preferably 5 to 70 mg KOH / g, more preferably 10 to 40 mg KOH / g.
[0057]
Since the pigment dispersing resin of the present invention comprising the copolymer produced as described above is used for producing an aqueous pigment dispersion, it is possible to achieve both wettability to the pigment and dispersion stabilization. It is necessary. The monomer (A) component constituting the pigment dispersing resin of the present invention can improve the adsorption of the pigment dispersing resin to the pigment, and particularly improves the wettability to an inorganic pigment such as titanium oxide and disperses the resin. It can work advantageously in both aspects of improving stability. Further, the monomer (B) component constituting the pigment dispersing resin of the present invention contributes to the improvement of the solubility of the pigment dispersing resin in the continuous phase (aqueous medium), and particularly, the dispersion stability of the pigment dispersing resin. It can work advantageously for improvement. Further, the monomer (C) component constituting the pigment dispersing resin of the present invention is useful for remarkably improving a finished appearance such as gloss and gloss of a coating film formed by using an aqueous paint obtained using the pigment dispersing resin.
[0058]
Therefore, the pigment dispersion resin of the present invention is extremely useful for preparing an aqueous pigment dispersion together with a pigment, an aqueous medium and the like.
[0059]
Aqueous pigment dispersion
The aqueous pigment dispersion of the present invention comprises the pigment dispersion resin described above, a pigment, an aqueous medium, and, if necessary, other pigment dispersion resins, a dispersing aid, a basic neutralizing agent, and other additives. It can be prepared by blending the above.
[0060]
Examples of the pigment include glittering pigments such as aluminum powder, copper powder, nickel powder, stainless steel powder, chromium powder, mica-like iron oxide, mica powder coated with titanium oxide, mica powder coated with iron oxide, and glittering graphite; EB, organic red pigments such as azo and quinacridone, organic blue pigments such as cyanine blue and cyanine green, organic yellow pigments such as benzimidazolone, isoindoline and quinophthalone; titanium oxide, titanium yellow, Examples include inorganic color pigments such as red iron oxide, carbon black, graphite, iron oxide, and various calcined pigments. Further, it may contain an extender pigment. These pigments may have been subjected to a surface treatment known per se, for example, an acid / base treatment, a coupling agent treatment, a plasma treatment, an oxidation / reduction treatment, or the like. Of these, inorganic pigments such as titanium oxide are particularly preferred.
[0061]
The blending ratio of these pigments is not particularly limited, but is usually 10 to 3,000 parts by weight, particularly 15 to 2,000 parts by weight, more preferably 15 to 2,000 parts by weight, per 100 parts by weight of the pigment dispersing resin. , 500 parts by weight is preferable from the viewpoints of pigment dispersibility, dispersion stability, coloring power of the obtained pigment dispersion, and the like.
[0062]
Examples of the aqueous medium include water and a water-organic solvent mixed solution obtained by dissolving an organic solvent such as a water-soluble organic solvent in water. Examples of the organic solvent used herein include methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, propylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monoble ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, and dipropylene glycol monomethyl ether. Water-soluble organic solvents such as butyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, and 3-methyl 3-methoxybutanol; and hardly soluble or insoluble organic solvents such as xylene, toluene, cyclohexanone, hexane, and pentane. These organic solvents can be used alone or in combination of two or more. As the organic solvent, a solvent mainly composed of a water-soluble organic solvent is preferable. The mixing ratio of water and the organic solvent is not particularly limited, but the content of the organic solvent is preferably 50% by weight or less, more preferably 35% by weight or less of the mixed solution. The mixing ratio of the aqueous medium is not particularly limited, but is usually 50 to 5,000 parts by weight, particularly 100 to 3,000 parts by weight, more preferably 100 to 2,000 parts by weight, per 100 parts by weight of the pigment dispersing resin. It is preferably in the range of 000 parts by weight from the viewpoints of viscosity at the time of pigment dispersion, pigment dispersibility, dispersion stability and production efficiency.
[0063]
Other pigment dispersing resins used as needed include, for example, a carboxyl group-containing polymerizable unsaturated monomer such as (meth) acrylic acid and a hydroxyl group-containing polymerizable unsaturated monomer such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate. An acrylic resin obtained by copolymerizing a monomer and another polymerizable unsaturated monomer in the presence of a radical polymerization initiator can be used. The acrylic resin has a weight average molecular weight of about 2,000 to 150,000, especially 5,000 to 100,000, an acid value of 5 to 150 mg KOH / g, particularly 15 to 100 mg KOH / g, and a hydroxyl value of 10 to 160 mg KOH. / G, particularly preferably in the range of 30 to 120 mgKOH / g.
[0064]
The use ratio (solid content) of the pigment dispersing resin (I) of the present invention and the other pigment dispersing resin (II) is usually 5 to 300 parts by weight of the resin (II) per 100 parts by weight of the resin (I), In particular, a range of 20 to 150 parts by weight is appropriate.
[0065]
When the pigment dispersing resin has a carboxyl group, the basic neutralizing agent is used to neutralize the carboxyl group and to make the pigment dispersing resin water-soluble or water-dispersible. Are, for example, inorganic bases such as ammonium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide; amines such as aminomethylpropanol, aminoethylpropanol, dimethylethanolamine, triethylamine, diethylethanolamine, dimethylaminopropanol and aminomethylpropanol. Can be mentioned. The compounding amount of these basic neutralizing agents is not less than the amount necessary for solubilizing or dispersing the pigment dispersing resin in water or dispersing it in water. It is preferable that the ratio is 3 to 1.5, particularly 0.4 to 1.3.
[0066]
Examples of the dispersing aid used as necessary include, for example, Disperbyk 184 and Disperbyk 190 of BYK-Chemie, and other additives include an antifoaming agent, a preservative, a rust inhibitor, and a plasticizer. Agents and the like. In consideration of the dispersibility of the pigment, the stability of the paste, the let-down stability, and the performance of the coating film, the amount of each of these components is desirably 50 parts or less based on 100 parts by weight of the pigment dispersing resin.
[0067]
The aqueous pigment dispersion can be prepared by uniformly mixing and dispersing the above-mentioned components using a disperser such as a paint shaker, a sand mill, a ball mill, an LMZ mill, a DCP pearl mill and the like.
[0068]
Aqueous paint composition
The aqueous pigment dispersion prepared as described above contains a binder resin for paint, and, if necessary, an aqueous medium, polymer fine particles, a curing catalyst, a basic neutralizer, an ultraviolet absorber, an ultraviolet stabilizer, and a coating surface. An aqueous coating composition can be obtained by blending additives such as a regulator, an antioxidant, a fluidity modifier, and a silane coupling agent and stably dispersing the same in an aqueous medium.
[0069]
As the binder resin for the coating, a combination of a base resin and a curing agent which can be generally used in the field of water-soluble or water-dispersible coatings is included. Examples of the base resin include a hydroxyl group-containing acrylic resin, a hydroxyl group-containing polyester resin, and an epoxy resin. Examples include a group-containing copolymer resin and a carboxyl group-containing high acid value resin. Examples of the curing agent include an amino resin and a polyisocyanate compound which may be blocked. They can be used alone or in combination of two or more.
[0070]
As the hydroxyl group-containing acrylic resin, for example, a hydroxyl group-containing polymerizable unsaturated monomer such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate and another polymerizable unsaturated monomer are copolymerized in the presence of a radical polymerization initiator. Those obtained have a weight average molecular weight of about 2,000 to 100,000, particularly preferably in the range of 5,000 to 50,000.
[0071]
Examples of the hydroxyl-containing polyester resin include, for example, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, butylene glycol, 1,6-hexanediol, trimethylolpropane, and pentaerythritol, and adipic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, phthalic anhydride, and hexahydrohydric acid. Those having a weight average molecular weight of about 1,000 to 100,000, especially 1,500 to 70,000, obtained by a condensation reaction with a polycarboxylic acid component such as phthalic anhydride and trimellitic anhydride. Is preferred.
[0072]
As the amino resin used as a curing agent, a melamine resin is generally used. In particular, at least a part of the methylol group of the methylolated melamine resin or the methylolated melamine resin is etherified with a monohydric alcohol having 1 to 4 carbon atoms. The melamine resin is preferably a resin having water solubility or water dispersibility, but a water insoluble resin can also be used.
[0073]
Commercially available melamine resins include, for example, U-Van 20SE-60, U-Van 225 (all of which are manufactured by Mitsui Chemicals, trade name), Super Beckamine G840, and Super Beckamine G 821 (all of which are Dainippon Ink and Chemicals, Inc.) Butyl etherified melamine resin such as Sumimar M-100, Sumimar M-40S, Sumimar M-55 (all of which are trade names, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), Cymel 303, Cymel 325, Cymel 327; , Cymel 350, Cymel 370 (all, manufactured by Mitsui Cytec Co., Ltd., trade name), Nikarac MS17, Nikalac MS15 (all, manufactured by Sanwa Chemical Co., trade name), Regimin 741 (manufactured by Monsanto Co., trade name) Methyletherified melamine resin such as Cymel 235, Cymel 02, Cymel 238, Cymel 254, Cymel 272, Cymel 1130 (all of which are manufactured by Mitsui Cytec Co., Ltd., trade name), and mixed etherification of methylation and isobutylation of Sumamil M66B (trade name, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) Melamine resins; mixed etherified melamine resins of methylation and n-butylation such as Cymel XV805 (trade name, manufactured by Mitsui Cytec Co., Ltd.) and Niclac MS95 (trade name, manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.).
[0074]
The blocked polyisocyanate compound that can be used as a curing agent includes both a polyisocyanate compound having a free isocyanate group and a polyisocyanate compound having a blocked isocyanate group.
[0075]
Examples of the polyisocyanate compound having a free isocyanate group include aliphatic diisocyanates such as hexamethylene diisocyanate and trimethylhexamethylene diisocyanate; cycloaliphatic diisocyanates such as hydrogenated xylylene diisocyanate and isophorone diisocyanate; Aromatic diisocyanates such as 4,4'-diphenylmethane diisocyanate; triphenylmethane-4,4 ', 4 "-triisocyanate, 1,3,5-triisocyanatobenzene, 2,4,6-triisocyanatotoluene, Organic polyisoisomers such as polyisocyanate compounds having three or more isocyanate groups such as 4,4'-dimethyldiphenylmethane-2,2 ', 5,5'-tetraisocyanate Anate itself, or an adduct of each of these organic polyisocyanates with a polyhydric alcohol, a low molecular weight polyester resin or water, or a cyclized polymer of each of the above organic polyisocyanates, furthermore, an isocyanate / biuret compound, etc. Can be mentioned.
[0076]
Commercially available polyisocyanate compounds having a free isocyanate group include, for example, Vernock D-750, Vernock-800, Vernock DN-950, Vernock DN-970, Vernock DN-15-455 (all are Dainippon Ink and Chemicals, Inc.) Desmodur L, Desmodur N, Desmodur HL, Desmodur N3390 (all, trade names, manufactured by Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd.), Takenate D-102, Takenate-202, Takenate-110, Takenate -123N (all, manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd., trade name), Coronate EH, Coronate L, Coronate HL, Coronate 203 (all, manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., trade name), Duranate 24A-90CX (Asahi Chemical Industry) Product made by company ), And the like.
[0077]
As the polyisocyanate compound in which the isocyanate group is blocked, the isocyanate group of the polyisocyanate compound having a free isocyanate group described above, a known block such as oxime, phenol, alcohol, lactam, malonic diester, acetoacetate or mercaptan. And those blocked with an agent. Examples of these typical commercially available products include Burnock D-550 (trade name, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.), Takenate B-815-N (trade name, manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.), and Additol VXL-80. (Trade name, manufactured by Hoechst AG, Germany), Coronate 2507 (trade name, manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.), Desmodur N3500 (trade name, manufactured by Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd.) and the like.
[0078]
The aqueous solvent used as needed can be appropriately selected from those described as the aqueous medium used as needed when producing the pigment dispersion.
[0079]
The polymer fine particles are polymers that are not dissolved in the coating composition of the present invention and are dispersed as fine particles, and usually have an average particle diameter of 0.01 to 1 μm, particularly 0.05 to 0.8 μm. It is suitable. The polymer particles may or may not be cross-linked inside the particles, but preferably are internally cross-linked. As the polymer fine particles, those known per se as a fluidity modifier for a paint in the field of paints can be used.
[0080]
As the curing catalyst, when a polyisocyanate compound which may be blocked as a curing agent is used, an organic metal catalyst such as dibutyltin diacetate, dibutyltin dioctate, dibutyltin dilaurate; an amine such as triethylamine, diethanolamine, etc. Are preferably used.When an amino resin such as a melamine resin is used as a curing agent, a sulfonic acid compound such as paratoluenesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, dinonylnaphthalenesulfonic acid, An amine-neutralized acid compound or the like can be suitably used.
[0081]
Examples of the ultraviolet absorber include benzophenone-based, benzotriazole-based, cyanoacrylate-based, salicylate-based, and oxalic anilide-based compounds, and examples of the ultraviolet stabilizer include hindered amine-based compounds. it can.
[0082]
The aqueous coating composition of the present invention can be used as a colored coating composition (including metallic paint and interference color paint) containing various pigments such as colored pigments, metallic pigments and interference color pigments. It can be suitably used as a top coat for painting (colored base coat).
[0083]
The coating composition of the present invention can be applied to various objects to be coated by a conventional method, and usually forms a cured coating film by baking at a temperature of about 80 to about 180 ° C. for about 10 to 60 minutes. be able to. In the case of baking for a short time, a cured coating film can also be formed by baking for about 20 seconds to 60 seconds under the condition that the maximum temperature of the material reaches about 180 ° C. to about 250 ° C.
[0084]
The substrate to which the coating composition of the present invention can be applied is not particularly limited, and examples thereof include metal substrates such as steel plates, aluminum, and tin; and other substrates such as mortar, cement, plastics, and glass. Materials; those obtained by subjecting these base materials to surface treatment and / or coating film formation, and the like, among which metal base materials, particularly steel base materials, and plastics as base materials It can be suitably used.
[0085]
Examples of the steel sheet include cold-rolled steel sheet, hot-dip galvanized steel sheet, electro-galvanized steel sheet, aluminum-plated steel sheet, stainless steel sheet, copper-plated steel sheet, tin-plated steel sheet, lead-tin alloy-plated steel sheet (turn sheet); iron-zinc, aluminum And zinc alloy-plated steel sheets such as zinc and nickel-zinc. Examples of the steel sheet subjected to the surface treatment include a steel sheet obtained by subjecting the above steel sheet to a chemical conversion treatment such as a phosphate treatment or a chromate treatment.
[0086]
In addition, as an object to be coated, a substrate is subjected to a surface treatment as necessary, and a primer coating is formed thereon, and an intermediate coating is formed on the primer coating. And the like.
[0087]
When the coating composition of the present invention is used as a topcoat for automotive coating, a typical example of the object to be coated is a steel sheet which has been subjected to a chemical conversion treatment, which is coated with a primer and then coated with an intermediate coating as necessary. And various plastic base materials (subjected to surface treatment, primer coating, intermediate coating, etc., as required), and composite members obtained by combining these.
[0088]
The coating for the electrodeposition coating may be either an anionic type or a cationic type, but a cationic type having good anticorrosion properties is desirable. Known cationic electrodeposition paints can be used. For example, a resin containing a base resin having a hydroxyl group and a cationic group as a resin component and a curing agent such as a blocked polyisocyanate compound is preferably used. Can be.
[0089]
The aqueous coating composition of the present invention comprises a composition for forming a colored coating film for one coat and one bake on a substrate, and two coats and one bake (2C1B) on a substrate and two coats and two bake (2C2B). It can be suitably used as a top-coating colored base coating composition in a three-coat one-bake (3C1B), three-coat two-bake (3C2B) or three-coat three-bake (3C3B) system.
[0090]
When the coating composition of the present invention is used as a top coating color coating for automobiles, for example, on a primer coating such as an electrodeposition coating, or on an uncured or cured intermediate coating coated on the primer coating Then, for example, by applying a method such as electrostatic atomizing coating (bell type or the like), air spray coating, or the like, the dried film thickness is usually about 10 to about 60 μm, and left at room temperature for several minutes or A top-coating colored film can be formed by forcibly drying at 50 to about 80 ° C. for several minutes or baking at about 120 to about 180 ° C. for about 10 to about 60 minutes. Further, on the uncured or cured topcoat colored coating film coated as described above, a topcoat clear paint is applied by means of, for example, electrostatic atomization coating (bell type or the like), air spray coating, or the like to obtain a dry film thickness. Usually, an overcoating multilayer coating film can be formed by coating and curing to a thickness of about 20 to about 100 μm.
[0091]
Examples of the top clear coating material applied on the top coating film include acrylic resins having a crosslinkable functional group (for example, hydroxyl group, epoxy group, carboxyl group, alkoxysilane group, etc.), vinyl resin, polyester resin, alkyd resin, At least one kind of base resin such as urethane resin, and an alkyl etherified melamine resin, urea resin, guanamine resin, a polyisocyanate compound which may be blocked, an epoxy resin, and a carboxyl group-containing resin for crosslinking and curing the base resin; A top clear coating composition comprising at least one type of crosslinking agent such as a compound is suitable. The mixing ratio of the base resin and the crosslinking agent is usually 50 to 90% by weight based on the sum of the two, It is desirable that the crosslinker component is 10 to 50% by weight. The form of the clear top coating composition is not particularly limited, and may be any of an organic solvent type, a non-aqueous dispersion type, an aqueous solution type, an aqueous dispersion (slurry) type, a high solid type, and a powder type. Can be used.
[0092]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Production Examples, Examples, and Comparative Examples. Unless otherwise specified, “parts” and “%” mean “parts by weight” and “% by weight”, respectively.
[0093]
Manufacture of resin for pigment dispersion
Example 1
An ordinary acrylic resin reaction tank equipped with a stirrer, thermometer and reflux condenser was charged with 38 parts of ethylene glycol monobutyl ether and 12 parts of isobutyl alcohol, and heated and stirred to be maintained at 95 ° C. Among them, 46 parts of methyl methacrylate, 15 parts of n-butyl acrylate, 10 parts of 2-hydroxyethyl acrylate, "NF Visomer S20W" (trade name, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., 50% of methoxypolyethylene glycol monomethacrylate) Water-diluted product, molecular weight of about 2080) 40 parts, 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid 1.5 parts, "isostearyl acrylate" (trade name, manufactured by Osaka Organic Chemical Co., Ltd., corresponding to monomer (C-1)) A mixture consisting of 7.5 parts, 1 part of azobisisobutyronitrile and 5 parts of isobutyl alcohol was added dropwise over 3 hours. After completion of the dropwise addition, the mixture was aged at 95 ° C. for 30 minutes, and then an additional catalyst mixed solution comprising 20 parts of ethylene glycol monobutyl ether and 0.5 part of azobisisobutyronitrile was added dropwise over 1 hour. Then, the mixture was aged at 95 ° C. for 1 hour and then cooled to obtain a pigment dispersing resin (A-1) solution having a solid content of 50%.
[0094]
Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 and 2
In the above-mentioned Example 1, the same operation as in Example 1 was carried out except that the formulation shown in Table 1 below was used, and the pigment-dispersing resin solutions (A-2) to (A-5) of the present invention and comparative pigments Dispersion resin solutions (AC-1) and (AC-2) were obtained. The solid content of these pigment dispersion resin solutions and the resin acid value of the pigment dispersion resin are shown in Table 1 below. Note that (Note 1) in Table 1 below has the following meaning. Further, in Table 1, the amount of “NF Bisomer S20W” is indicated by the solid content.
(Note 1) “Acryt M-201”: Corresponds to a product name, monomer (C-2), manufactured by Taisei Kako Co., Ltd.
[0095]
[Table 1]
[0096]
Preparation of aqueous pigment dispersion
Examples 6 to 10 and Comparative Examples 3 and 4
Each of the resin solutions and pigments for dispersing the pigments obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, and further using deionized water and a wetting dispersant, were mixed with a dissolver in a composition shown in Table 2 below. After dispersing for 1 minute, each of the aqueous pigment dispersions (B-1) to (B-5) and (BC-1) and (BC-2) were obtained. Note that (Note 2) to (Note 4) in Table 2 below have the following meanings, respectively.
(Note 2) JR903: manufactured by Teika Co., Ltd., trade name, inorganic titanium white pigment
(Note 3) SN-122NSK: manufactured by San Nopco, trade name, defoamer
(Note 4) BYK-180: manufactured by BYK Japan KK, trade name, wetting and dispersing agent
[0097]
[Table 2]
[0098]
Synthesis of base resin for paint
Synthesis Example 1
A reactor equipped with a stirrer, thermometer, rectification tower, nitrogen inlet tube, reflux condenser, etc.
317.8 parts of acid, 196.5 parts of hexahydrophthalic acid, 372.6 parts of adipic acid, 268 parts of neopentyl glycol, 217.8 parts of 1,6-hexanediol, 263.5 parts of trimethylolpropane, and nitrogen The mixture was heated and stirred under the introduction of gas, and after the temperature reached 160 ° C, the temperature was raised to 235 ° C over 3 hours. Thereafter, the mixture was maintained at the same temperature for 1.5 hours, the rectification column was switched to a reflux condenser, 100 parts of toluene was introduced, and the reaction was continued under reflux. After reacting at the same temperature for 6 hours, toluene was removed under reduced pressure, cooled to 170 ° C., and 122.5 parts of trimellitic anhydride was added. After maintaining at 170 ° C. for 30 minutes as it was, 322 parts of butyl cellosolve was added, and then cooled to 80 ° C. Next, 4 parts of N, N-dimethylaminoethanol was added, and the mixture was kept at 80 ° C. for 30 minutes. After cooling to 50 ° C., 2200 parts of deionized water was added, and the mixture was stirred for 30 minutes. (P-1) was obtained.
[0099]
Production of aqueous coating composition
Example 11
131.8 parts of the aqueous pigment dispersion (B-1) obtained in Example 6, 153.5 parts of the polyester resin solution (P-1) obtained in Synthesis Example 1, "MS-25" (Sanwa Chemical Co., Ltd.) ), 37.5 parts of methyl / n-butyl mixed etherified melamine resin solution) and 0.83 part of “WS-314” (manufactured by Kyoeisha Co., Ltd., surface conditioner), and further dimethylethanolamine 0.8 parts and 88 parts of deionized water were added to obtain a colored aqueous coating composition having a solid content of about 44%, a viscosity of 35 to 40 seconds (Ford cup # 4/20 ° C), and a pH of about 8.5.
[0100]
Examples 12 to 15 and Comparative Examples 5 and 6
In Example 11, each colored aqueous coating composition was obtained in the same manner as in Example 11, except that the composition was changed as shown in Table 3.
[0101]
Using each of these colored water-based coating compositions, each test coated plate was prepared according to the following method for preparing a test coated plate.
[0102]
Preparation method of test coated plate
On a 0.8 mm thick cold-rolled dull steel plate that has been subjected to zinc phosphate conversion treatment, an epoxy resin-based cationic electrodeposition paint is electrodeposited and baked to a dry film thickness of about 20 μm. Then, a polyester resin intermediate coating for automobiles was applied and baked so as to have a dry film thickness of about 20 μm. The coated plate was subjected to water research, draining and drying with # 400 sandpaper, and degreased with petroleum benzene. Then, on the degreased plate, each of the colored water-based paint compositions whose viscosity was adjusted to about 25 seconds (Ford cup # 4/20 ° C.) with deionized water was dried to a dry film thickness of about 35 μm using an air spray. After coating at room temperature for 5 minutes and baking at 140 ° C. for 30 minutes in an electric hot air drier, each test coated plate was prepared.
[0103]
Various tests were performed on these test coated plates based on the following test methods. Table 3 also shows the test results.
[0104]
Test method
(* 1) Gloss: The 60-degree specular reflectance of each coating film was measured using a “micro-tri-gloss gloss meter” (JISZ8741).
(* 2) HAZE: The HAZE value of each coating film was measured using a “BYK micro haze meter” (JISZ8741). The smaller the value, the better.
(* 3) Appearance of the coating film: The finished appearance of the coating film was comprehensively investigated from the glossiness and the feeling of holding, and evaluated according to the following criteria ((: good, Δ: poor, ×: extremely poor).
(* 4) Weather resistance: Each test coated plate was subjected to an accelerated weather test according to JIS K56007-7 using "Super Xenon Weather Meter" (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd., weather test machine). After a lapse of 1500 hours from the start of the test, the retention of the 60-degree gloss was examined. The larger the value, the better the weather resistance.
[0105]
[Table 3]
[0106]
【The invention's effect】
As described above, by using the pigment dispersing resin of the present invention, it is possible to obtain an aqueous pigment dispersion having excellent wettability and dispersion stability even at a high pigment concentration, having a low viscosity, and having excellent coloring properties. . In addition, by using this aqueous pigment dispersion, the coloring properties of the pigment, the finished appearance of the coating and the weather resistance, and other coating properties such as other physical properties are excellent, and the pigment has good dispersion stability. A coating composition capable of increasing the pigment concentration can be obtained.
Claims (16)
(B)ポリオキシアルキレン鎖を有する非イオン性重合性不飽和モノマー、
(C)(C−1)1分子中に3級アルキル基を2個有する(メタ)アクリル酸エステル系重合性モノマー及び/又は(C−2)1分子中に3級アルキル基と2級水酸基をそれぞれ1個有する(メタ)アクリル酸エステル系重合性モノマー、及び
(D)その他のエチレン性不飽和モノマー
の共重合体であることを特徴とする顔料分散用樹脂。(A) a polymerizable unsaturated monomer containing a sulfonic acid group,
(B) a nonionic polymerizable unsaturated monomer having a polyoxyalkylene chain,
(C) (C-1) (meth) acrylate polymerizable monomer having two tertiary alkyl groups in one molecule and / or (C-2) tertiary alkyl group and secondary hydroxyl group in one molecule A pigment dispersing resin, which is a copolymer of a (meth) acrylate polymerizable monomer having one each of the following, and (D) another ethylenically unsaturated monomer.
CH2=C(R3)COO(CnH2nO)m−R4 (1)
式中、R3は水素原子またはメチル基を表し、R4は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表し、mは4〜60の整数であり、nは2又は3であり、
ここでm個のオキシアルキレン単位(CnH2nO)は同じであっても又は互
いに異なっていてもよい、
で示される化合物である請求項1に記載の顔料分散用樹脂。The nonionic polymerizable unsaturated monomer (B) is represented by the formula (1)
CH 2 = C (R 3) COO (C n H 2n O) m -R 4 (1)
In the formula, R 3 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 4 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, m is an integer of 4 to 60, n is 2 or 3,
Here, the m oxyalkylene units (C n H 2n O) may be the same or different from each other,
The pigment dispersing resin according to claim 1, which is a compound represented by the formula:
で示されるモノマーである請求項1に記載の顔料分散用樹脂。A (meth) acrylate polymerizable monomer (C-1) having two tertiary alkyl groups in one molecule is represented by the following formula:
The pigment dispersing resin according to claim 1, which is a monomer represented by the following formula:
アルキル基を表し、ただしR1とR2の合計炭素数は7である、
で示されるモノマーである請求項1に記載の顔料分散用樹脂。A (meth) acrylate polymerizable monomer (C-2) having one tertiary alkyl group and one secondary hydroxyl group in one molecule is represented by the following formula:
The pigment dispersing resin according to claim 1, which is a monomer represented by the following formula:
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