JP4822479B2 - カチオン電着塗料組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカチオン電着塗料組成物に関し、詳しくは優れた耐チッピング性、耐衝撃性を有し、かつ防食性に優れた硬化塗膜を形成するカチオン電着塗料組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
カチオン電着塗料組成物は主に電着塗料として自動車下塗り用を始め幅広い用途に使用されており、従来種々の特性を有するものが開発されている。主な樹脂成分として、基体樹脂にアミン変性エポキシ樹脂、硬化成分としてブロック化ポリイソシアネートにより構成されている。
【０００３】
また、北米やカナダでの寒冷地では冬場凍結防止のために融雪塩が撒かれ、そのような寒冷地では自動車走行時ドアやボンネットなどの外板に石が跳ねによる塗膜損傷が発生し易く、また融雪塩散布など厳しい腐食環境下であるため塗膜の剥がれた部位において錆発生が重大な問題となっている。そこで耐チッピング性や耐衝撃性などの塗膜物性と、塗装塗膜の高防食性との両立が求められていた。
【０００４】
上記課題を解決する方法として、自動車ボディの下塗り塗装として用いられているところのカチオン電着塗料組成物の、基体樹脂や硬化剤として用いるところのエポキシ樹脂や（ブロック化）ポリイソシアネートに、可撓性を付与するため変性剤を導入する方法、ポリオールなどの可塑成分、キシレン樹脂などの軟質樹脂、高沸点の有機溶剤などを添加剤として塗料成分中に配合する方法がある。しかし、従来の樹脂変性方法や添加剤を配合する方法では、耐チッピング性や耐衝撃性の塗膜物性と、防食性の両立が困難を極めその改良を図ったカチオン電着塗料組成物が求められていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決すべく本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、カチオン電着塗料組成物中にカチオン性のウレタンアクリルエマルションを添加することにより、電着塗膜に可撓性及び弾性を付与し、また焼き付け時に基体樹脂や硬化剤やその他の成分と融着硬化（メルトイン）すること、かつ他の樹脂成分と一部架橋することなどから耐チッピング性や耐衝撃性の塗膜物性と、高防食性の両立が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明は、
１．（Ａ）アミン変性エポキシ樹脂と（Ｂ）ブロック化ポリイソシアネートを配合してなる塗料組成物に、（Ｃ）カチオン性ウレタンアクリルエマルションを、上記（Ａ）アミン変性エポキシ樹脂と上記（Ｂ）、ブロック化ポリイソシアネートの固形分の総合計１００重量部に対して５〜５０重量部配合してなることを特徴とするカチオン電着塗料組成物、
２．上記カチオン性ウレタンアクリルエマルションが、（ａ）ポリイソシアネート、（ｂ）ポリオール、（ｃ）モノアルキルジアルカノールアミン及び（ｄ）ヒドロキシル基含有重合性モノマーを反応して（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂を作成し、それを酸で中和して得られる乳化剤及び水の存在下で、（ｆ）重合性不飽和モノマーを乳化重合反応させてなることを特徴とする１項記載のカチオン電着塗料組成物、
に関する。
【発明の実施の形態】
本発明について詳細に説明する。
本発明の特徴であるところのカチオン性ウレタンアクリルエマルションは、（ａ）ポリイソシアネート、(ｂ)ポリオール、（ｃ）モノアルキルジアルカノールアミン、（ｄ）ヒドロキシル基含有重合性モノマーを、反応して（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂を作成する。
【０００７】
その（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂を酸で中和したものを乳化剤とし、水中で（ｆ）重合性不飽和モノマーを乳化重合してなるカチオン電着塗料組成物である。
【０００８】
（ａ）ポリイソシアネートとしては、芳香族、あるいは脂肪族（脂環式を含む）が挙げられる。例示すると、２，４−または２，６−トルイレンジイソシアネート及びこれらの混合物、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４'−ジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタン−４、４'−ジイソシアネート、ｍ−、あるいはｐ−キシリレンジイソシアネート、さらには、上記イソシアネートのビュウレット変性体あるいは、イソシアヌレート変性体、あるいは、上記イソシアネートのイソシアネート基の一部をエチレングリコール、プロピレングリコール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，４−シクロヘキサンジオールなどの低分子ジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリラクトンジオール等のオリゴマージオールで連結したポリイソシアネートあるいはこれらの混合物を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【０００９】
（ｂ）ポリオールは、低分子量グリコール類、高分子量グリコール類、ポリエステルポリオール類、ポリカーボネートポリオール類等をそれぞれ単独に用いてもよく、また、ポリエステルポリオールや高分子量グリコールに低分子量グリコールを併用しても良い。（ｂ）ポリオールは数平均分子量が６２〜１００００の範囲が好ましく、該数平均分子量が６２より小さいとウレタンの軟質部分がなくなり、１００００より大きいと合成時の取り扱いが困難になるので好ましくない。
【００１０】
（ｃ）モノアルキルジアルカノールアミン（は、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、Ｎ−ブチルジエタノールアミンなどが挙げられる。
【００１１】
（ｄ）ヒドロキシル基含有重合性モノマーは、例えば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、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコール−モノ（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレートのε−カプロラクトン重付加物、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレートのβ−メチル−δ−バレロラクトン重付加物、グリセロールモノ（メタ）アクリレート、グリセロールジ（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート類、アリルアルコール、グリセロールモノアリルエーテル、グリセロールジアリルエーテル等のアリル化合物：及びこれ等のアルキレン（炭素数２〜４）オキシド付加物（アルキレンオキシド付加モル数は通常０〜３０モル、好ましくは１０〜２０モル）などが挙げられる。
【００１２】
（ａ）〜（ｄ）などによる（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂の合成反応は、有機溶剤中で行っても良いが、ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、Ｎ−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等のイソシアネート基に不活性でかつ水との親和性の大きい有機溶剤中で行うことが望ましい。
該不飽和ポリウレタン樹脂の合成において、前記した（ａ）ポリイソシアネート、（ｂ）ポリオール、（ｃ）モノアルキルジアルカノールアミン、（ｄ）ヒドロキシル基含有重合性モノマー成分の他に過剰のイソシアネート基を封鎖する目的で、必要に応じて１価アルコールを配合しても良い。これら（ａ）ポリイソシアネート、（ｂ）ポリオール、（ｃ）モノアルキルジアルカノールアミン、及び（ｄ）ヒドロキシル基含有重合性モノマー成分の使用割合は種々変えることができるが、全成分中のイソシアネート基と水酸基との当量比が１：１〜１：３、好ましくは１：１〜１：２．５が適切である。１：１より小さいと末端がイソシアネートとなり本目的上好ましくない。
【００１３】
また１：３を越えると未反応の水酸基成分が多くなり乳化重合体製造時のエマルション安定性を低下させるので好ましくない。このうち（ｄ）ヒドロキシル基含有重合性モノマー成分の使用量はイソシアネート基１当量に対し０．０１〜１．０、好ましくは０．０２〜０．８当量である。０．０１より少ないとグラフトとなる部分が少なくなり形成された電着塗膜の物性面で効果が見られない。また１．０を越えると未反応の（ｄ）ヒドロキシル基含有重合性モノマー成分が生じ、不飽和ポリウレタン樹脂の貯蔵安定性を低下させるので好ましくない。
【００１４】
（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂の製造は特に限定されないが、前記した（ａ）ポリイソシアネート、（ｂ）ポリオール、（ｃ）モノアルキルジアルカノールアミン、（ｄ）ヒドロキシル基含有重合性モノマー成分を一度に反応させても良いし、多段階的に反応させる方法、例えばジイソシアネートとポリオールの一部とモノアルキルジアルカノールアミンとを反応させてイソシアネート末端でプレポリマーを合成した後、ポリオールの残りと（ｄ）ヒドロキシル基含有エチレン性不飽和モノマーを反応させる方法などによって製造してもよい。反応は通常４０〜１８０℃、好ましくは６０〜１３０℃の温度で行われる。
【００１５】
この反応を促進させるため、通常のウレタン化反応において使用されるトリエチルアミン、Ｎ−エチルモルホリン、トリエチレンジアミン等のアミン系触媒や、ジブチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジラウレート等の錫系触媒などを用いてもよい。また、エチレン性不飽和化合物がウレタン化反応中に重合するのを防止するため、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ｐ−ベンゾキノンなどを使用することができる。
【００１６】
このように製造された（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂中のアミン価は、樹脂固形分１ｇ当たり５〜２００ｍｇ／ＫＯＨであるが、特に１０〜１８０ｍｇ／ＫＯＨが好ましい。５ｍｇ／ＫＯＨ未満では水溶化または水分散化が困難である。また２００ｍｇ／ＫＯＨを越えると塗膜にした場合の耐水性などが低下するので好ましくない。
【００１７】
カチオン性ウレタンアクリルエマルション中の（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂は、ヒドロキシル基含有重合性モノマー（ｄ）のイソシアネート基１当量に対して０．０１〜１当量の比で配合され、また（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂の含有量は、カチオン性ウレタンアクリルエマルションの固形分に対して１０〜８０重量％である。
【００１８】
この（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂を、水に分散することによりカチオン性ウレタンアクリルエマルションを作成することができる。水分散はとくに制限がなく従来公知の方法で行うことができる。
【００１９】
乳化重合方法としては、例えば、中和剤、乳化剤などを必要に応じて含有させた水を撹拌しながら（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂を加えて混合し、該樹脂のアミノ基の中和及び水分散を行ったあと、重合性モノマーを加え乳化重合してウレタンアクリルエマルションを製造する方法。
【００２０】
また、水の中に中和剤、乳化剤、（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂を連続的に滴下混合しながら、該樹脂のアミノ基の中和及び水分散を行ったあと、（ｆ）重合性不飽和モノマーを加え乳化重合反応してウレタンアクリルエマルションを製造する方法。
【００２１】
中和剤により（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂のアミノ基を中和し、水の中に乳化剤とこの中和した（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂を添加混合して水分散を行ったあと、（ｆ）重合性不飽和モノマーを加え乳化重合してウレタンアクリルエマルションを製造する方法。
【００２２】
水、乳化剤及び（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂をあらかじめ混合し、その中に中和剤及び（ｆ）重合性不飽和モノマーを加え、樹脂の中和と乳化重合反応を同時に行うことによりウレタンアクリルエマルションを製造する方法などがある。
【００２３】
即ち、この反応は（ａ）ポリイソシアネート、(ｂ)ポリオール、（ｃ）モノアルキルジアルカノールアミン、及び（ｄ）ヒドロキシル基含有重合性モノマーを反応させ（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂作成し、それを中和したものを（高分子量）乳化剤として（ｆ）重合性不飽和モノマーを、水を溶媒とした中で乳化重合反応してなるカチオン性ウレタンアクリルエマルションを製造する方法である。
【００２４】
ここで用いる中和剤としては、アミノ基を中和できるものであれば特に制限はないが、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸などの脂肪族カルボン酸が挙げられる。中和剤の使用量は、アミノ基１当量に対して０．５〜２．０当量、好ましくは０．７〜１．３当量となるような割合が好ましい。
【００２５】
また、ここでいうところの乳化剤は、（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂以外に、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤などが挙げられ、該乳化剤の１種または２種以上の存在下で重合開始剤を使用して乳化重合することができる。重合開始剤としては、例えばアゾイソバレロニトリルのようなアゾ系開始剤、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、ｔ−ブチルハイドロパーオキシド等の過酸化物等既知のものを用いることができ、重合温度を下げる目的でホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウム等の還元剤を用いることもできる。
【００２６】
また、カチオン性ウレタンアクリルエマルション製造時における、（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂は、カチオン性ウレタンアクリルエマルションの固形分中に対して、１０〜８０重量％、好ましくは、２０〜６０重量％となる量で配合される。
【００２７】
１０重量％未満であると、カチオン性ウレタンアクリルエマルションにおけるポリイソシアネートの特性が発揮されず、形成された塗膜において十分な耐チッピング性、耐衝撃性が得られない。一方、８０重量％を越えると、（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂の親水性が強く、その中和及び水分散されたプレエマルションの経時貯蔵性が不安定となり、これを乳化剤とする（ｆ）重合性不飽和モノマーの乳化重合反応が困難となる。
【００２８】
上記、（ｆ）重合性不飽和モノマーとしては、例えば、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、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸の炭素数2〜８個のヒドロキシアルキルエステル；スチレン、ビニルトルエン等のビニル芳香族化合物；（メタ）アクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、β―カルボキシエチルアクリレート、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウム塩、スルホエチルメタクリレート及びそのナトリウム塩やアンモニウム塩；（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレートとアミン類との付加物；ポリエチレングリコール（メタ）アクリレート；Ｎ―ビニルピロリドン、エチレン、ブタジエン、クロロプレン、プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル、（メタ）アクリロニトリル；メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、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、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、イソボロニル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸の炭素数１〜２４個のアルキルまたはシクロアルキルエステル；が挙げられ、これ等は要求される性能に応じて適宜選択される。
【００２９】
本発明において、上記（Ｃ）カチオン性ウレタンアクリルエマルションを配合する塗料組成物は、上記（Ａ）アミン変性エポキシ樹脂と、（Ｂ）ブロック化ポリイソシアネート、その他の添加剤からなるカチオン電着用樹脂の混合物を水分散化してなる塗料組成物が使用できる。また、（Ａ）アミン変性エポキシ樹脂と（Ｂ）ブロック化ポリイソシアネートの配合比率は、好ましくは９０〜４０/１０〜６０（重量比）、さらに好ましくは、８５〜５０/１５〜５０（重量比）である。
【００３０】
ここでいう水分散化は、（Ａ）アミン変性エポキシ樹脂中のアミノ基を酸によって中和する方法により分散する方法が一般的である。ここで用いる酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、リン酸等が好ましい。酸の配合量は特に限定されるものではないが、アミノ基の中和当量が０．２〜１．２の範囲内となる量が好適であり、カチオン電着塗料用エマルションの粒径を０．０１〜０．２μｍ、好ましくは０．０５〜０．１５μｍの値になる中和当量を選択する。
【００３１】
この塗料用組成物において（Ａ）成分と（Ｂ）成分の混合物を水分散化させるために使用される溶媒としては、水及び水と混和性の高い有機溶剤との混合物である。この溶媒中には必要に応じて、水と混和しない有機溶剤を少量含有することも可能である。
【００３２】
水と混和性の高い有機溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチ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チルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ブタノール、メチルエチルケトン、ジアセトンアルコールなどを挙げることができる。水と混和しない有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、メチルイソブチルケトン、２−エチルヘキサノールなどを挙げることができる。
【００３３】
その後、本発明の特徴であるところの、（Ｃ）カチオン性ウレタンアクリルエマルションを加える。この成分の配合割合は、成分（Ａ）カチオン性アミン変性エポキシ樹脂と成分（Ｂ）ブロック化ポリイソシアネートの固形分の総合計量に対して、（Ｃ）カチオン性ウレタンアクリルエマルションは、固形分で５〜５０重量％好ましくは１０〜４０重量％が適量である。
【００３４】
（Ａ）カチオン性アミン変性エポキシ樹脂は、例えば、（I）ポリエポキシ化合物と１級モノ−及びポリアミン、２級モノ−及びポリアミン又は１、２級混合ポリアミンとの付加物（例えば、米国特許第3,984,299号明細書参照）；（II）ポリエポキシド化合物とケチミン化された１級アミノ基を有する２級モノ−及びポリアミンとの付加物（例えば、米国特許第4,017,438号 明細書参照）；（III）ポリエポキシド化合物とケチミン化された１級アミノ基を有するヒドロキシ化合物とのエーテル化により得られる反応物（例えば、特開昭59−43013号公報参照）等を挙げることができる。
【００３５】
上記アミン付加エポキシ樹脂の製造に使用されるポリエポキシド化合物は、エポキシ基を１分子中に２個以上有する化合物であり、一般に少なくとも２００、好ましくは４００〜４０００、更に好ましくは８００〜２０００の範囲内の数平均分子量を有するものが適しており、特にポリフェノール化合物とエピクロルヒドリンとの反応によって得られるものが好ましい。該ポリエポキシド化合物の形成のために用い得るポリフェノール化合物としては、例えば、ビス（４−ヒドロキシフェニル）−２，２−プロパン、４，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１，１−エタン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１，１−イソブタン、ビス（４−ヒドロキシ−tert−ブチル−フェニル）−２，２−プロパン、ビス（２−ヒドロキシナフチル）メタン、テトラ（４−ヒドロキシフェニル）−１，１，２，２−エタン、４，４−ジヒドロキシジフェニルスルホン、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等を挙げることができる。
【００３６】
該ポリエポキシド化合物は、ポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリアミドアミン、ポリカルボン酸、ポリイソシアネート化合物などと一部反応させたものであってもよく、更にまた、ε−カプロラクトン、アクリルモノマーなどをグラフト重合させたものであってもよい。
【００３７】
（Ｂ）ブロック化ポリイソシアネートは、ポリイソシアネート化合物とブロック剤との付加反応生成物である。ポリイソシアネートとしては、芳香族、あるいは脂肪族（脂環式の含む）のポリイソシアネートが挙げられる。例示すると、２，４−または２，６−トルイレンジイソシアネート、及びこれらの混合物、ｐ−フェニレンジイシシアネート、ジフェニルメタン−４，４'−ジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、さらには、上記イソシアネートのイソシアネート基の一部をエチレングリコール、プロピレングリコール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，４−シクロヘキサンジオール等の低分子ジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリラクトンジオール等のオリゴマージオールで連結したポリイソシアネートあるいはこれらの混合物、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなどの多価アルコールやイソシアネート基と反応する官能基を有する低分子量のポリエステル樹脂（油変性タイプを含む）やアクリル系共重合体、水などの付加物；あるいはビュレット体、ジイソシアネート同志の共重合体（オリゴマー）；あるいは２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレートとヘキサメチレンジイソシアネート等モル付加物、イソシアネートエチルメタクリレートなどのイソシアネート基と共重合性不飽和基を有するビニルモノマーを必須成分とした共重合体；特開昭６１−７２０１３号公報で開示されているようなＣ₂〜Ｃ₈のアルキレン、シクロアルキレン及びアラルキレンジイソシアネート類とＣ₁₀〜Ｃ₄₀のジオールとをイソシアヌレート化触媒の存在下で反応させて得られるイソシアヌレート環を有する非極性有機溶剤に可溶なポリイソシアネートなどが挙げられる。
【００３８】
一方、ブロック剤はポリイソシアネート化合物のイソシアネート基に付加してブロックするものであり、そして付加によって生成するブロックポリイソシアネート化合物は常温において安定で且つ約100〜200℃に加熱した際、ブロック剤を解離して遊離のイソシアネート基を再生しうるものであることが望ましい。
【００３９】
このような要件を満たすブロック剤としては、例えば、ε−カプロラクタム、γ−ブチロラクタムなどのラクタム系化合物；メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサノンオキシムなどのオキシム系化合物；フェノール、パラ−ｔ−ブチルフェノール、クレゾールなどのフェノール系化合物；ｎ−ブタノール、２−エチルヘキサノールなどの脂肪族アルコール類；フェニルカルビノール、メチルフェニルカルビノールなどの芳香族アルキルアルコール類；エチレングリコールモノブチルエーテルなどのエーテルアルコール系化合物等を挙げることができる。
【００４０】
カチオン電着塗料組成物の作成であるが、（Ａ）カチオン性アミン変性エポキシ樹脂のアミノ基を酸で中和することにより水溶化される。ここで（Ａ）カチオン性アミン変性エポキシ樹脂、（Ｂ）ブロック化ポリイソシアネート、及びその他の添加剤からなる樹脂の混合物を、ぎ酸、酢酸、乳酸、プロピオン酸、クエン酸、リンゴ酸、スルファミン酸などから選ばれる中和剤の1種または併用したものにより水分散し、カチオン電着塗料用エマルションが得られる。
【００４１】
このカチオン電着塗料用エマルションは、本発明の特徴である（Ｃ）カチオン性ウレタンアクリルエマルションを、その目的とする性能に応じて加えることができ。
【００４２】
上記、（Ｃ）カチオン性ウレタンアクリルエマルションを添加したカチオン電着塗料用組成物は、そのままでも電着塗装をすることができるが、必要に応じて、顔料、界面活性剤、紫外線吸収剤、その他の添加剤、水、分散用樹脂などを添加し、分散ペーストとしたものを配合してカチオン電着塗料組成物とすることができる。
【００４３】
上記、ペーストに使用される顔料としては、例えば、二酸化チタン、カーボンブラック、ベンガラなどの着色顔料；塩基性珪酸鉛、リンモリブデン酸アルミニウム、トリポリリン酸アルミニウム、クロム酸ストロンチウム、クロム酸亜鉛、クロム酸鉛などの防錆顔料；水酸化ビスマス、塩基性けい酸ビスマス、没食子酸ビスマス、乳酸ビスマス、ケイ酸ビスマス、トリフェニルビスマス、三酸化ビスマス、硝酸ビスマス、安息香酸ビスマス、クエン酸ビスマス、オキシ炭酸ビスマスのようなビスマス含有化合物も防錆顔料として使用できる。シリカ、沈降性硫酸バリウム、珪酸アルミニウム、沈降性炭酸カルシウム、タルク、クレー、マイカなどの体質顔料が挙げられる。
【００４４】
また、硬化性を高めるためにも錫化合物を含有することができる。錫化合物としては、例えば、ジブチル錫オキサイド、ジオクチル錫ジオキサイドなどの有機錫酸化物；ジブチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ベンゾエートオキシ、ジブチル錫ベンゾエートオキシ、ジオクチル錫ジベンゾエート、ジブチル錫ジベンゾエートなどのジアルキル錫の脂肪族または芳香族カルボン酸塩等を挙げることができる。
【００４５】
上記、カチオン電着塗料組成物により電着塗膜を得るには、カチオン電着塗料用エマルションに、必要に応じて顔料などを分散したペースト及び純水を加え、固形分を１０〜３０重量％、好ましくは１５〜２５重量％程度に調整する。その後、塗料温度が２５〜３５℃好ましくは２８〜３２℃の条件で、攪拌しながら溶剤及び水を蒸発させ、印加電圧１００〜４００Ｖの条件で、膜厚が５〜５０μｍ好ましくは１０〜４０μｍ程度となるように調整する。
【００４６】
その後、冷延鋼板や亜鉛メッキ鋼板をりん酸亜鉛などで化成処理したものを、陰極に被塗物として塗料の浴温度１５〜３５℃、好ましくは２０〜３０℃にて電着塗装を行う。電着塗装後、必要に応じて余分の塗料を取り除くためＵＦ（ウルトラフィルトレーション）ろ液水や純水などで水洗後する。次に、被塗物の表面が保持される、焼き付け温度として１００〜２００℃好ましくは１４０〜１８０℃、焼き付け時間として１０〜９０分間好ましくは３０〜６０分間程度、電気熱風乾燥炉やガス熱風乾燥炉などの乾燥設備を用いて焼付け乾燥することにより電着塗膜を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
特定のカチオン性ウレタンアクリルエマルションをカチオン電着塗料組成物中に含有することにより、耐チッピング性や耐衝撃性などの塗膜物性を向上させ、またソルトスプレー性などの防食性も低下させないことから、塗膜物性と防食性の両立を図った電着塗膜を提供できる。
【００４８】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。本発明は実施例のものに限定されるものではない。尚、「部」及び「％」は「重量部」及び「重量％」を示す。
【００４９】
製造例１ アミン変性エポキシ樹脂の製造
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器を備えた反応容器にエピコート８２８ＥＬ（油化シェルエポキシ社製エポキシ樹脂、エポキシ当量約１９０）を３８０部、ビスフェノールＡを１３７部仕込み、１００℃に加熱保持しながら、Ｎ−ベンジルジメチルアミン０．２６部を添加し、１２０℃まで加熱昇温し、約２時間反応させた。その後、メチルイソブチルケトン１２０部を配合し、８０℃まで冷却し、ジエチレントリアミンのメチルイソブチルジケチミン（メチルイソブチルケトンの７５％溶液）１４部とＮ−エチルモノエタノールアミン５７部を配合し、１００℃まで加熱昇温して約５時間反応させ、ついでプロピレングリコールモノメチルエーテル４１部を加え、固形分約７８％のアミン変性エポキシ樹脂（Ａ−１）を得た。
【００５０】
製造例２ ブロック化ポリイソシアネートの製造
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に溶剤としてメチルイソブチルケトン２０部を仕込み、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）３５部を仕込み６０℃まで加熱昇温させた。その後、６０℃でエチレングリコールモノイソプロピルエーテル４５部を２時間かけて滴下により仕込み、その後８０℃まで加熱昇温し、滴定法によるイソシアネート基残存率が０になるまで反応させて、固形分約７７％のブロック化ポイリソシアネート（Ｂ−１）を得た。
【００５１】
製造例３ 不飽和ポリウレタン樹脂の製造
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に溶剤としてメチルイソブチルケトン６６０部を仕込み、ポリプロピレングリコール（平均分子量７００）１４００部、Ｎ−メチルジエタノールアミン３５７部を仕込み、８０℃まで加熱昇温させた。その後、８０℃でイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）１３３２部を３０分かけて滴下した。滴下終了後、イソシアネート価が３０（固形分）以下になった時点で、２−ヒドロキシエチルアクリレート１１６部を加え、８０℃に保持した。その後、イソシアネート価が１５以下になった時点でジエチレングリコールモノエチルエーテルを４６８部加えた。そのまま８０℃に保ち、イソシアネート価が2以下になるまで反応させて、固形分７７％の不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−１）を得た。
【００５２】
製造例４ 不飽和ポリウレタン樹脂の製造
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に溶剤としてメチルイソブチルケトン３１０部を仕込み、ポリプロピレングリコール（平均分子量７００）４９０部、Ｎ−メチルジエタノールアミン１５５部を仕込み、８０℃まで加熱昇温させた。その後、８０℃でイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）６６６部を３０分かけて滴下した。滴下終了後、イソシアネート価が７０（固形分）以下になった時点で、２−ヒドロキシエチルアクリレート１１６部を加え、８０℃に保持した。その後、イソシアネート価が３２以下になった時点でジエチレングリコールモノエチルエーテルを２９０部加えた。そのまま８０℃に保ち、イソシアネート価が2以下になるまで反応させて、固形分７７％の不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−２）を得た。
【００５３】
製造例５ 不飽和ポリウレタン樹脂の製造
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に溶剤としてメチルイソブチルケトン５７０部を仕込み、ポリプロピレングリコール（平均分子量４００）９６０部、Ｎ−メチルジエタノールアミン３０９部を仕込み、８０℃まで加熱昇温させた。その後、８０℃でイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）１３３２部を３０分かけて滴下した。滴下終了後、イソシアネート価が３５（固形分）以下になった時点で、２−ヒドロキシエチルアクリレート１１６部を加え、８０℃に保持した。その後、イソシアネート価が１７以下になった時点でジエチレングリコールモノエチルエーテルを４１９部加えた。そのまま８０℃に保ち、イソシアネート価が2以下になるまで反応させて、固形分７７％の不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−３）を得た。
【００５４】
製造例６ 不飽和ポリウレタン樹脂の製造
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に溶剤としてメチルイソブチルケトン６６０部を仕込み、ポリプロピレングリコール（平均分子量７００）１４００部、Ｎ−メチルジエタノールアミン３５７部を仕込み、８０℃まで加熱昇温させた。その後、８０℃でヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）１００８部を３０分かけて滴下した。滴下終了後、イソシアネート価が３３（固形分）以下になった時点で、２−ヒドロキシエチルアクリレート１１６部を加え、８０℃に保持した。その後、イソシアネート価が１６以下になった時点でジエチレングリコールモノエチルエーテルを３７９部加えた。そのまま８０℃に保ち、イソシアネート価が2以下になるまで反応させて、固形分７７％の不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−４）を得た。
【００５５】
製造例７ カチオン性ウレタンアクリルエマルションの製造
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に脱イオン水１００部及び「ノニポール１００」（三洋化成工業（株）社製 ノニオン系乳化剤）１.０部を仕込み、窒素置換後、８０℃に保った。次に、この混合物中に製造例３で作成した不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−１）で下記配合内容によりプレエマルション▲１▼を作成し、そのものを３時間かけて上記混合物中に滴下した。このものを滴下終了時から８５℃で２時間保持し、固形分３０重量％のカチオン性ウレタンアクリルエマルション（Ｃ−１）を得た。
【００５６】
プレエマルション▲１▼の配合内容
脱イオン水 １１４ 部
77％不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−１） ６５ 部
スチレン １５ 部
ｎ−ブチルアクリレート ３０ 部
２−ヒドロキシエチルアクリレート ５ 部
酢酸 ３ 部
ＶＡ−０８６（和光純薬工業（株）社製重合開始剤） ０.５部。
【００５７】
製造例８ カチオン性ウレタンアクリルエマルションの製造
製造例７のプレエマルション▲１▼の作成時77％不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−１）の代わりに、製造例４で得た77％不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−２）を６５部使用してプレエマルション▲１▼−１を作成し、製造例７と同様の操作を行って固形分３０重量％のカチオン性ウレタンアクリルエマルション（Ｃ−２）を得た。
【００５８】
製造例９ カチオン性ウレタンアクリルエマルションの製造
製造例７のプレエマルション▲１▼の作成時77％不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−１）の代わりに、製造例５で得た77％不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−３）を６５部使用してプレエマルション▲１▼−２を作成し、製造例７と同様の操作を行って固形分３０重量％のカチオン性ウレタンアクリルエマルション（Ｃ−３）を得た。
【００５９】
製造例１０ カチオン性ウレタンアクリルエマルションの製造
製造例７のプレエマルション▲１▼の作成時77％不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−１）の代わりに、、製造例６で得た77％不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−４）を６５部使用してプレエマルション▲１▼−３を作成し、製造例７と同様の操作を行って固形分３０重量％のカチオン性ウレタンアクリルエマルション（Ｃ−４）を得た。
【００６０】
製造例１１ カチオン性ウレタンアクリルエマルションの製造
製造例７において、カチオン性ウレタンアクリルエマルションの製造に使用するプレエマルションの組成を、下記配合プレエマルション▲２▼にすること以外は製造例７と同様の操作を行い、固形分３０重量％のカチオン性ウレタンアクリルエマルション（Ｃ−５）を得た。
【００６１】
プレエマルション▲２▼
脱イオン水 １２３ 部
77％不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−１） ３２．５ 部
スチレン ２３ 部
ｎ−ブチルアクリレート ４５ 部
２−ヒドロキシエチルアクリレート ７ 部
酢酸 １．５ 部
ＶＡ−０８６（和光純薬工業（株）社製 重合開始剤）０．７５部。
【００６２】
製造例１２ カチオン性ウレタンアクリルエマルションの製造
製造例７において、カチオン性ウレタンアクリルエマルションの製造に使用するプレエマルションの組成を、下記配合プレエマルション▲３▼にすること以外は製造例７と同様の操作を行い、固形分３０重量％のカチオン性ウレタンアクリルエマルション（Ｃ−６）を得た。
【００６３】
プレエマルション▲３▼
脱イオン水 １１４ 部
77％不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−１） ６５ 部
メチルメタクリレート ２０ 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 １５ 部
酢酸 ３ 部
ＶＡ−０８６（和光純薬工業（株）社製重合開始剤） ０.５部。
【００６４】
製造例１３ ポリウレタン樹脂の製造
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に溶剤としてメチルイソブチルケトン６６０部を仕込み、ポリプロピレングリコール（平均分子量７００）１４００部、Ｎ−メチルジエタノールアミン３５７部を仕込み、８０℃まで加熱昇温させた。その後、８０℃でイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）１３３２部を３０分かけて滴下した。滴下終了後、イソシアネート価が３０（固形分）以下になった時点で、ジエチレングリコールモノエチルエーテル６１１部を加えた。そのまま８０℃に保ち、イソシアネート価が2以下になるまで反応させて、固形分７７％のポリウレタン樹脂（ｇ）を得た。
【００６５】
製造例１４ カチオン性ウレタンアクリルエマルションの製造
製造例７のプレエマルション▲１▼の作成時77％の不飽和ポリウレタン樹脂（ｅ−１）の代わりに製造例１３で得られた77％のポリウレタン樹脂（ｇ）６５部使用してプレエマルション▲１▼−４を作成し、製造例７と同様の操作を行って固形分３０重量％のカチオン性ウレタンアクリルエマルション（Ｃ−７）を得た。
【００６６】
プレエマルション▲４▼の配合内容
脱イオン水 １１４ 部
77％ポリウレタン樹脂（ｇ） ６５ 部
スチレン １５ 部
ｎ−ブチルアクリレート ３０ 部
２−ヒドロキシエチルアクリレート ５ 部
酢酸 ３ 部
ＶＡ−０８６（和光純薬工業（株）社製重合開始剤） ０.５部。
【００６７】
製造例１５ カチオン性アクリルエマルションの製造
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に溶剤としてメチルイソブチルケトン５０部を仕込み、窒素ガスを通送しながら１０５℃に加熱し、この中に重合性不飽和モノマーとして、ジエチルアミノエチルメタクリレート１０部、ｎ−ブチルアクリレート７０部、２−ヒドロキシエチルアクリレート２０部、ラジカル重合開始剤として２,２'−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）４．０部の混合物を3時間かけて滴下した。
その後、１０５℃で１時間放置してから、さらに２,２'−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）０．５部、メチルイソブチルケトン5部を1時間かけて滴下し、１０５℃で1時間放置してアクリル共重合体溶液を得た。次に、脱イオン水と酢酸とを仕込んだ円筒型ステンレス容器中に十分な撹拌を行い、上記アクリル共重合体溶液を徐々に投入して乳化させた後、固形分３０重量％のカチオン性アクリルエマルション（Ｃ−８）を得た。
【００６８】
顔料分散ペーストの製造
６０％の第４級塩化エポキシ樹脂５．８３部、チタン白１４．５部、カーボンブラック０．４部、体質顔料７．０部、水酸化ビスマス２．０部、脱イオン水を加え、固形分５０．０重量％の顔料分散ペーストを得た。
【００６９】
実施例及び比較例
実施例１ 製造例１で得られたアミン変性エポキシ樹脂（Ａ−１）を７０部（固形分 ５４．６部）、及び製造例２で得られたブロック化ポイリソシアネート樹脂（Ｂ−１）を３０部（固形分 ２３．１部）、９０％酢酸 １．３３部を加えて十分に攪拌し溶解ワニスを作成した。このものに徐々に脱イオン水を加えてカチオン電着用エマルション（Ｄ）を得た。このカチオン電着用エマルション（Ｄ）２６０．３部（固形分 ７８．１部）に、製造例７で得られたカチオン性ウレタンアクリルエマルション（Ｃ−１）を７８部（固形分 ２３．４部）、及び顔料分散ペースト７０部（固形分 ３５部）を加えた後、脱イオン水を加えて固形分２０重量％に調整し、カチオン電着塗料ＮＯ．１を得た。
【００７０】
実施例２〜６ 実施例１同様にカチオン電着エマルション（Ｄ）を得た。このカチオン電着用エマルション（Ｄ）２６０．３部（固形分 ７８．１部）に、製造例７〜１２で得られたカチオン性ウレタンアクリルエマルション（Ｃ−２）〜（Ｃ−６）を７８部（固形分 ２３．４部）、及び顔料分散ペースト７０部（固形分 ３５部）を加えた後、脱イオン水により固形分２０重量％に調整し、カチオン電着塗料ＮＯ．２〜ＮＯ．６を得た。
【００７１】
比較例１、２ 実施例１と同様にカチオン電着用エマルション（Ｄ）を得た。このカチオン電着用エマルション（Ｄ）２６０．３部（固形分 ７８．１部）に、製造例１４〜１５で得られたカチオン性ウレタンアクリルエマルション（Ｃ−７）、カチオン性アクリルエマルション（Ｃ−８）をそれぞれ７８部（固形分 ２３．４部）加え、及び顔料分散ペースト７０部（固形分 ３５部）を加えた後、脱イオン水により固形分２０重量％に調整し、カチオン電着塗料ＮＯ．７〜ＮＯ．８を得た。
【００７２】
比較例３ 実施例１と同様にカチオン電着用エマルション（Ｄ）を得た。このカチオン電着用エマルション（Ｄ）２６０．３部（固形分 ７８．１部）に、顔料分散ペースト７０部（固形分 ３５部）を加えた後、脱イオン水により固形分２０重量％に調整し、カチオン電着塗料ＮＯ．９を得た。
これらのカチオン電着塗料配合の組成を、表１に示す。
【００７３】
【表１】

【００７４】
カチオン電着塗料の調整
これらのカチオン電着塗料ＮＯ．１〜ＮＯ．９をステンレス製の円筒型開放缶に仕込み、液温３０℃にて２日間、開放状態にて攪拌しながら塗料中の余分な溶剤を除去し、脱イオン水で固形分を２０重量％に調整し電着塗装試験に供した。
【００７５】
電着塗装試験
上記、実施例及び比較例で得た各カチオン電着塗料中に、パルボンド＃3020（日本パーカライジング社製、商品名、リン酸亜鉛処理剤）で化成処理した。０．８×１５０×７０ｍｍの亜鉛メッキ鋼板を浸漬し、これをカソードとして電着塗装を行った。焼き付け温度は１７０℃、焼き付け時間を２０分間とし、電気熱風乾燥機を用いて行った。得られた塗装板の性能試験結果を表２に示す。性能試験は下記の方法に従って実施した。
【００７６】
【表２】

【００７７】
試験方法
防食性（注１）： 得られた各電着塗板に、素地に達するように電着塗膜にナイフでクロスカット傷を入れ、これをＪＩＳZ−2371に準じて840時間耐塩水噴霧試験を行い、ナイフ傷からの錆、フクレ幅によって以下の基準で評価した。○は、錆、フクレの最大幅がカット部より2mm未満（片側）。△は、錆、フクレの最大幅がカット部より2mm以上、3mm未満（片側）でかつ塗面全体にブリスターの発生がみられる。×は、錆、フクレの最大幅がカット部より3mm以上でかつ塗面全体にブリスターの発生がみられる。
【００７８】
耐チッピング性試験（注２）： 実施例及び比較例で得られたカチオン電着塗料を電着浴塗料としこれをカソードとして電着塗装を行った。次いで、得られた塗装物を浴塗料から引き上げ、水洗した後、焼き付けは雰囲気温度で１７０℃、焼き付け時間を２０分間として電気熱風乾燥機を用いて焼付けて電着塗膜を形成した。
【００７９】
次いで、得られた塗板に、中塗り塗料 ＴＰ−６５（関西ペイント社製、商品名、アミノアルキド中塗り塗料）をスプレー塗装にて３５μｍ塗装し１４０℃−２０分間焼き付けた、そののち上塗り塗料ネオアミラック６０００（関西ペイント社製、商品名、アミノアルキド上塗り塗料）をスプレー塗装にて３５μｍ塗装し１４０℃−２０分焼き付け、３コートを施した。それをグラベロ飛石試験器を用い、下記条件で試験を実施した。
試験条件
１．試験機器 ：Q-G-Rグラベロメーター（Qパネル会社製品）
２．吹き付けられる石 ：７号砕石
３．吹き付けられる石の量 ：５０ｇ
４．吹き付けられるエア圧力：３．９２ｍPａ（４ｋｇｆ／ｃｍ²）
５．試験時の温度 ：−２０℃
６．塗面への吹き付け角度 ：９０度
評価内容 ○は、上塗り塗装面にキズがつくのみである。 △は、上塗り塗装面のキズ及び本塗料組成物〜素材の間で塗膜の剥離が認められる。×は、キズが素材にまでほとんど達している。
【００８０】
耐衝撃性、デュポン式（注３）：焼き付け温度１７０℃−２０分間で得られた試験板を、温度２０±1℃、湿度７５±２％の恒温恒湿室に２４時間置いたのち、デュポン衝撃試験器に規定の大きさの受台と直径１．２７ｃｍ（１／２インチ）の撃心を取り付け、試験板の塗面を上向きにして、その間に挟み、１ｋｇの重さのおもり撃心の上に落として衝撃による塗膜のワレ、ハガレがない最大高さを測定した。

Claims (1)

1. （Ａ）アミン変性エポキシ樹脂と（Ｂ）ブロック化ポリイソシアネートを配合してなる塗料組成物に、（Ｃ）カチオン性ウレタンアクリルエマルションを、該（Ａ）アミン変性エポキシ樹脂と該（Ｂ）ブロック化ポリイソシアネートの固形分の総合計１００重量部に対して固形分で５〜５０重量部配合してなり、該カチオン性ウレタンアクリルエマルションが、（ａ）ポリイソシアネート、（ｂ）ポリオール、（ｃ）モノアルキルジアルカノールアミン及び（ｄ）ヒドロキシル基含有重合性モノマーを反応させて（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂を作成し、それを酸で中和して得られる乳化剤及び水の存在下で、（ｆ）重合性不飽和モノマーを乳化重合反応させてなり、（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂の含有量が、カチオン性ウレタンアクリルエマルションの固形分中に対して１０〜８０重量％であり、（ｅ）不飽和ポリウレタン樹脂中のアミン価が樹脂固形分１ｇ当たり５〜２００ｍｇ／ＫＯＨの範囲にあることを特徴とするカチオン電着塗料組成物。