(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
アクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体の含有量が、水酸基含有樹脂(A)及び硬化剤(B)の合計固形分を基準として1〜15質量%の範囲内である、請求項1又は2に記載の塗料組成物。
被塗物に順次、少なくとも1層の着色ベースコート塗料及び少なくとも1層のクリヤコート塗料を塗装することにより、複層塗膜を形成する方法であって、最上層のクリヤコート塗料として請求項1乃至3のいずれか一項に記載の塗料組成物を塗装することを含む、複層塗膜形成方法。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明の塗料組成物(以下、「本塗料」と略称する場合がある)は、水酸基含有樹脂(A)、硬化剤(B)、及びアクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体を含有する塗料組成物であって、アクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体が、重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)と重合性不飽和モノマー(c2)とを(c1):(c2)=20:80〜90:10の質量比で反応させて得られるアクリル樹脂被覆シリカ粒子分散体であって、かつ該重合性不飽和モノマー(c2)がその成分の少なくとも一部として、特定の重合性不飽和モノマー(c2−1)を含み、かつシリカ粒子を被覆する樹脂の
数平均分子量が400〜6000である塗料組成物である。以下、各成分について詳細に説明する。
【0015】
水酸基含有樹脂(A)
水酸基含有樹脂(A)としては水酸基を含有していれば特に限定されず、熱硬化性樹脂として公知のものを使用することができる。
例えば、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、セルロース樹脂等が挙げられるが、塗膜の耐候性や耐擦傷性の点から、水酸基含有アクリル樹脂が好ましい。
上記水酸基含有アクリル樹脂は、水酸基含有重合性不飽和モノマー及び該水酸基含有重合性不飽和モノマーと共重合可能なその他の重合性不飽和モノマーを、共重合せしめることによって製造することができる。
水酸基含有重合性不飽和モノマーは、1分子中に水酸基と重合性不飽和基とをそれぞれ1個以上有する化合物である。
【0016】
該水酸基含有重合性不飽和モノマーとしては、具体的には、アクリル酸又はメタクリル酸と炭素数2〜10の2価アルコールとのモノエステル化物が好適であり、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−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、カプロラクトン変性水酸基含有(メタ)アクリレート、4−メチロールシクロヘキシル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。カプロラクトン変性水酸基含有(メタ)アクリレートの市販品としては、例えば、「プラクセルFM」(商品名、ダイセル化学社製)等が挙げられ、4−メチロールシクロヘキシルアクリレートの市販品としては、例えば、「CHDMMA」(商品名、日本化成社製)等が挙げられる。
【0017】
該水酸基含有重合性不飽和モノマーとしては、形成される塗膜の耐擦り傷性の観点から、特に炭素原子数3〜20の水酸基含有炭化水素基を有する重合性不飽和モノマー、具体的には、2−ヒドロキシプロピル(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、4−メチロールシクロヘキシルアクリレート等を使用することが好ましい。
水酸基含有重合性不飽和モノマーに基づく水酸基は、得られる共重合体樹脂の架橋性官能基として機能する。
【0018】
前記その他の共重合可能な重合性不飽和モノマーは、上記水酸基含有重合性不飽和モノマー以外の、1分子中に1個以上の重合性不飽和基を有する化合物であり、その具体例を以下の(1)〜(11)に列挙する。
【0019】
(1)芳香族系重合性不飽和モノマー:例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等。
(2)炭素原子数3〜20の脂環式炭化水素基含有重合性不飽和モノマー:例えば、イソボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、3,5−ジメチルアダマンチル(メタ)アクリレート、3−テトラシクロドデシル(メタ)アクリレート等の炭素原子数10〜20の有橋脂環式炭化水素基含有重合性不飽和モノマー、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、4−メチルシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、4−エチルシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、4−メトキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、t−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロオクチル(メタ)アクリレート、シクロドデシル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等の炭素原子数3〜12の脂環式炭化水素基を有する重合性不飽和モノマー。
【0020】
(3)分岐構造を有する炭素原子数8以上の炭化水素基を有する重合性不飽和モノマー:例えば、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート等が挙げられる。市販品としては、「イソステアリルアクリレート」(商品名、大阪有機化学工業(株)製)等が挙げられる。
(4)(メタ)アクリル酸の炭素数1〜7の直鎖状又は分岐状アルキルエステル: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、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート等。
【0021】
(5)(メタ)アクリル酸の炭素数8〜22の直鎖状アルキルエステル:例えば、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等。
(6)エポキシ基含有重合性不飽和モノマー:例えば、グリシジル(メタ)アクリレート等。
(7)窒素含有重合性不飽和モノマー:例えば、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等。
(8)その他のビニル化合物:例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ジビニルエーテル、バーサティック酸ビニルエステルである「ベオバ9」、「ベオバ10」(商品名、ジャパンエポキシレジン社製)等。
(9)不飽和基含有ニトリル化合物:例えば、(メタ)アクリロニトリル等。
【0022】
(10)酸性官能基含有重合性不飽和モノマー:例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸及び無水マレイン酸等のカルボキシル基含有不飽和モノマー;ビニルスルホン酸、スルホエチル(メタ)アクリレート等のスルホン酸基含有不飽和モノマー;2−(メタ)アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシ−3−クロロプロピルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニルリン酸等の酸性リン酸エステル系不飽和モノマー。
【0023】
(11)アルコキシシリル基含有重合性不飽和モノマー:例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アクリロキシエチルトリメトキシシラン、メタクリロキシエチルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン等を挙げることができる。
上記その他の共重合可能な重合性不飽和モノマーは、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0024】
前記水酸基含有重合性不飽和モノマー及び上記その他の重合性不飽和モノマーからなる重合性不飽和モノマー混合物を共重合して水酸基含有アクリル樹脂を得ることができる。
水酸基含有重合性不飽和モノマーの使用割合は、耐擦傷性及び仕上り性の点から、共重合モノマー成分の全質量に基づいて、15〜50質量%、好ましくは20〜45質量%であることが適当である。
【0025】
その他の重合性不飽和モノマーとして、仕上り性(特に光沢)、耐水性及び耐候性の点から、モノマー(1)を使用することが望ましく、その使用割合は、共重合モノマー成分の全質量に基づいて、3〜40質量%程度、好ましくは5〜30質量%程度であることが適当である。
また、その他の重合性不飽和モノマーとして、仕上り性及び耐水性の点から、モノマー(2)を使用することが望ましく、その使用割合は、共重合モノマー成分の全質量に基づいて、3〜40質量%程度、好ましくは5〜30質量%程度であることが適当である。
また、その他の重合性不飽和モノマーとして、被塗物へのヌレ性及び仕上り性の点から、モノマー(3)を使用することが望ましく、その使用割合は、共重合モノマー成分の全質量に基づいて、3〜45質量%程度、好ましくは8〜40質量%程度であることが適当である。
また、上記共重合モノマー成分の全質量に基づいて、塗膜の耐酸性と耐擦傷性とのいずれにも極めて優れる樹脂を得る観点から、モノマー(1)、モノマー(2)及びモノマー(3)の合計質量は、共重合モノマー成分の全質量に基づいて、35〜85質量%程度、好ましくは40〜80質量%程度の範囲内であることが適当である。
【0026】
その他の重合性不飽和モノマーの内、カルボキシル基含有不飽和モノマー、スルホン酸基含有不飽和モノマー、酸性リン酸エステル系不飽和モノマー等の酸性官能基含有重合性不飽和モノマーは、得られた水酸基含有樹脂がポリイソシアネート化合物と架橋反応する時の内部触媒として作用することができるものであり、その使用量は樹脂を構成するモノマー混合物全量に基づいて、0.1〜5質量%程度の範囲内が好ましく、0.5〜3質量%程度の範囲内で使用することができる。
【0027】
上記モノマー混合物を共重合して水酸基含有アクリル樹脂を得るための共重合方法は、特に限定されるものではなく、公知の共重合方法を用いることができる。特に、有機溶剤中にて、重合開始剤の存在下で重合を行なう溶液重合法を用いるのが好ましい。
【0028】
上記溶液重合法に際して使用される有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、高沸点芳香族系炭化水素等の芳香族系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシブチルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメ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、メチルアミルケトン等のケトン系溶剤;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エチルエーテル、ジ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等のグリコールエーテル系溶剤;プロピルプロピオネート、ブチルプロピオネート、エトキシエチルプロピオネート等を挙げることができる。高沸点芳香族系炭化水素の市販品としては、例えば、「スワゾール1000」(商品名、コスモ石油(株)製、高沸点石油系溶剤)を挙げることができる。
【0029】
これらの有機溶剤は、1種で又は2種以上を組合せて使用することができる。特に、有機溶剤としては、水酸基含有アクリル樹脂が高い水酸基価を有する場合、樹脂の溶解性の点から高沸点のエステル系溶剤、ケトン系溶剤を使用することが好ましい。また、更に、高沸点の芳香族系溶剤を組合せて使用することもできる。
【0030】
水酸基含有アクリル樹脂の共重合に際して使用できる重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、2,2−ジ(t−アミルパーオキシ)ブタン、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジ−t−アミルパーオキサイド、t−ブチルパーオクトエート、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)等の公知のラジカル重合開始剤を挙げることができる。
【0031】
水酸基含有アクリル樹脂は、1種の共重合体からなっていてもよいが、2種以上の共重合体からなっていてもよい。
水酸基含有アクリル樹脂の水酸基価は、耐擦傷性及び耐水性の両立の観点から、好ましくは10〜200mgKOH/g、さらに好ましくは50〜200mgKOH/g、さらに特に好ましくは80〜200mgKOH/gの範囲内である。
水酸基含有アクリル樹脂の重量平均分子量は、耐酸性と仕上り性の観点から、好ましくは、5,000〜30,000の範囲内であり、さらに好ましくは5,000〜20,000、さらに特に好ましくは10,000〜20,000の範囲内である。
【0032】
なお、本明細書において、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフで測定したクロマトグラムから標準ポリスチレンの分子量を基準にして算出した値である。ゲルパーミエーションクロマトグラフは、「HLC8120GPC」(東ソー社製)を使用した。カラムとしては、「TSKgel G−4000HXL」、「TSKgel G−3000HXL」、「TSKgel G−2500HXL」、「TSKgel G−2000HXL」(いずれも東ソー(株)社製、商品名)の4本を用い、移動相;テトラヒドロフラン、測定温度;40℃、流速;1cc/分、検出器;RIの条件で行った。
水酸基含有アクリル樹脂のガラス転移温度は、塗膜硬度及び仕上り性の点から、−30℃〜30℃、特に−20℃〜20℃の範囲内であることが好ましい。
【0033】
硬化剤(B)
硬化剤としては、ポリイソシアネート化合物(ブロックしたものも含む)や、メラミン樹脂、グアナミン樹脂及び尿素樹脂等のアミノ樹脂を用いることができる。耐候性、耐擦傷性、塗膜硬度、付着性等により優れた塗膜を得る観点から、ポリイソシアネート化合物及び/又はメラミン樹脂が好ましい。
【0034】
ポリイソシアネート化合物は、1分子中にイソシアネート基を2個以上有する化合物である。
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もしくは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もしくは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もしくは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などの有機ジイソシアネートそれ自体、又はこれらの各有機ジ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、あるいは上記した如き各有機ジ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・ビウレット体等が挙げられるが、これらのポリイソシアネート化合物をブロック化剤でブロックしたものも用いることができる。ブロックイソシアネート化合物を用いる場合には解離触媒を併用することが好ましい。
【0035】
上記イソシアネート化合物の代表的な市販品の例としては、バーノックD−750、−800、DN−950、−970もしくは15−455(以上、商品名、DIC株式会社製)、スミジュール N3300、もしくはN3390(以上、商品名、住友バイエルウレタン社製)、デュラネート 24A−100、TPA−100、TLA−100、P301−75E」(以上、商品名、旭化成ケミカルズ株式会社製)等が挙げられる。
ブロックされた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、上記、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をオキシム、フェノール、アルコール、ラクタム、マロン酸エステル、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(商品名、DIC株式会社製)又はデュラネートSBN−70(商品名、旭化成株式会社製)等が挙げられる。
【0036】
メラミン樹脂としては、例えば、メチロール化メラミンのメチロール基を炭素数1〜8の1価アルコールでエーテル化したメラミン樹脂を、好ましく使用できる。エーテル化メラミン樹脂は、メチロール化メラミンのメチロール基がすべてエーテル化されているものでもよいし、又部分的にエーテル化され、メチロール基やイミノ基が残存しているものでもよい。
【0037】
エーテル化メラミン樹脂の具体例としては、例えば、メチルエーテル化メラミン、エチルエーテル化メラミン、ブチルエーテル化メラミン等のアルキルエーテル化メラミンを挙げることができる。エーテル化メラミン樹脂は、1種のみ用いてもよいし、又2種以上を併用してもよい。
【0038】
上記メラミン樹脂の市販品としては、例えば、ブチル化メラミン樹脂(三井化学株式会社製;ユーバン20SE−60、ユーバン225、DIC株式会社製;スーパーベッカミンG840、スーパーベッカミンG821等)、メチル化メラミン樹脂(日本サイテックインダストリーズ株式会社製;サイメル303、住友化学株式会社製;スミマールM−100、スミマールM−40S等)、メチルエーテル化メラミン樹脂(日本サイテックインダストリーズ株式会社製;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、住友化学製スミマールM55等)、メチル化、ブチル化混合エーテル化メラミン樹脂(日本サイテックインダストリーズ株式会社製;サイメル253、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、住友化学株式会社製;スミマールM66B等)、メチル化、イソブチル化混合エーテル化メラミン樹脂(日本サイテックインダストリーズサイメルXV805等)等のメラミン樹脂を用いることができる。
【0039】
硬化剤の配合割合は、塗膜が硬化し充分な性能を有するように適宜配合すればよいが、得られる塗膜の硬化性の観点から、水酸基含有樹脂/硬化剤の比率は質量比で80/20〜50/50の範囲が好適である。
【0040】
硬化剤にポリイソシアネート化合物を使用する場合その配合割合は、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基と、本発明の塗料組成物中の水酸基含有樹脂の水酸基との当量比(NCO/OH)が、通常0.5〜2.0、特に0.7〜1.5の範囲内が好適である。
【0041】
アクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体
アクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体は、重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)と重合性不飽和モノマー(c2)との、(c1):(c2)=20:80〜90:10の質量比での反応物である、アクリル樹脂被覆シリカ粒子分散体であって、かつ該重合性不飽和モノマー(c2)がその成分の少なくとも一部として、後述する特定の重合性不飽和モノマー(c2−1)を含み、かつシリカ粒子を被覆する樹脂の
数平均分子量が400〜6000のものである。
【0042】
重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)
重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)は、例えばシリカ粒子(d)、有機溶剤(e)、ならびに重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)を混合加熱することによって得ることができる重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1−i)を用いることもできるし、該重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1−i)にさらに3級アミン(g)を添加して得られる重合性不飽和基含有シリカ粒子(c1−ii)を用いることもできる。塗料の貯蔵性の観点及び得られる塗膜の耐擦り傷性の観点等から、重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)としては(c1−ii)を用いることが好ましい。
【0043】
シリカ粒子(d)
シリカ粒子(d)は、後述する重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)との反応により共有結合を形成することによって、重合性不飽和基による表面修飾を行うことが可能なシリカ粒子であれば、何れでも使用することができる。このようなシリカ粒子(d)としては、乾式シリカ、湿式シリカ、シリカゲル、カルシウムイオン交換シリカ微粒子、コロイダルシリカ等を挙げることができるが、特に、水酸基及び/又はアルコキシ基を粒子表面に有し、分散媒に分散されたシリカ微粒子であるコロイダルシリカが好ましい。
【0044】
上記分散媒としては、例えば、水;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、イソブタノール、n−ブタノール等のアルコール系溶剤;エチレングリコール等の多価アルコール系溶剤;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等の多価アルコール誘導体;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール等のケトン系溶剤等が挙げられる。上記分散媒としては、炭素数3以下の低級アルコール系溶剤、低級多価アルコール誘導体が好ましい。重合性不飽和基含有シリカ粒子(c1−i)の製造における溶剤除去工程で除去しやすいからである。
【0045】
コロイダルシリカとしては、例えば、メタノールシリカゾル、IPA−ST、MEK−ST、NBA−ST、XBA−ST、DMAC−ST、PGM−ST、ST−UP、ST−OUP、ST−20、ST−40、ST−C、ST−N、ST−O、ST−50、ST−OL(いずれも日産化学工業社製)等が挙げられる。
【0046】
シリカ粒子(d)の平均一次粒子径は、5〜100nmが好ましく、5〜50nmがより好ましい。平均一次粒子径が5nm未満であると、本分散体を他の有機材料と混合して使用した場合に、機械特性等の改良効果が小さくなる場合がある。平均一次粒子径が100nmを超えると、透明性が損なわれる場合がある。
本明細書において、「平均一次粒子径」は、体積基準粒度分布のメジアン径(d50)を意味し、体積基準の粒度分布は、レーザー回折/散乱法によって測定される。本発明において、本分散体の体積基準の粒度分布は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置「マイクロトラックNT3300」(商品名、日機装社製)を使用して測定した。その際、サンプル濃度は装置に設定された所定の透過率の範囲となるように調整した。
【0047】
有機溶剤(e)
有機溶剤(e)は、親水性有機溶剤であることが好ましく、該親水性有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール等のアルコール系有機溶剤;ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル系有機溶剤;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エチルエーテル、エチレングリコールモノn−プロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノn−ブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノtert−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノn−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノn−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノtert−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エチルエーテル、プロピレングリコールモノn−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、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エチルエーテル、ジプロピレングリコールモノn−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソプロピルエーテル等のグリコールエーテル系有機溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、3−メトキシブチルアセテート等のエステル系有機溶剤等が挙げられ、これらは単独で、または2種以上組み合わせて使用することができる。
【0048】
なかでも、貯蔵性及び耐擦り傷性等の観点からアルコール類及び/又はグリコールエーテル類が好ましい。
なかでも、貯蔵性及び耐擦り傷性等の観点から、沸点が64〜132℃、好ましくは沸点が82〜118℃のアルコール類及び沸点が120〜208℃、好ましくは沸点が120〜192℃のグリコールエーテル類が好ましい。
なかでも、貯蔵性及び耐擦り傷性等の観点から、炭素数2〜8、好ましくは3〜5のアルコール類及び炭素数3〜5、好ましくは3〜4のグリコールエーテル類が好ましい。
【0049】
重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)
重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)は、例えば、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメトキシシラン、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルメチルジメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、各種シランカップリング剤の有する加水分解性シリル基以外の官能基と不飽和化合物の不飽和基以外の官能基との反応により得られる重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー等を挙げることができる。
【0050】
重合性不飽和基含有シリカ粒子(c1−i)は、シリカ粒子(d)、有機溶剤(e)、並びに重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)を加熱混合することによって得られる。
より詳細には、分散媒に分散したシリカ粒子(d)と、有機溶剤(e)と、重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)とを混合し、この混合物から、有機溶剤(e)及びシリカ粒子(d)の分散媒(重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマーを加水分解して生じた低級アルコールを含む。)を常圧又は減圧下で共沸留出させ、分散媒を上記有機溶剤(e)に置換しながら、又は置換した後に、加熱下で脱水縮合反応させることにより製造することができる。
【0051】
反応中の分散液の不揮発分濃度は約5〜約50質量%の範囲が好ましい。不揮発分濃度が約5質量%未満、すなわち溶媒が約95質量%を超えると、シリカ粒子(d)と重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)との反応時間が長くなり製造効率が低下する場合がある。一方、不揮発分濃度が約50質量%を超えると、生成物がゲル化する恐れがある。
【0052】
これらの製造方法により、シリカ粒子(d)表面のケイ素原子と重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)のケイ素原子とが酸素原子を介して結合し、シロキサン結合が形成されることにより、シリカ粒子(d)と重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)とが化学的に結合した、重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1−i)分散液を得ることができる。
【0053】
重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1−i)を得る際の重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)の配合割合は、シリカ粒子(d)100質量部に対して、好ましくは約0.2質量部〜約95質量部であり、より好ましくは約0.5質量部〜約50質量部、さらに好ましくは約1.0質量部〜約20質量部である。
重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)の割合が約0.2質量部未満であると、生成する重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1−i)が、分散媒中で安定性に劣る場合がある。重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)の割合が約95質量部よりも多いと、シリカ粒子(d)との反応において重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)が未反応のまま残存する場合がある。
【0054】
また、重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1−i)を得る場合において、必要に応じて、炭素数1以上のアルキル基を有するアルコキシシランを、重合性不飽和基及び加水分解性シリル基を有するモノマー(f)とともにシリカ粒子(d)と反応させても良い。炭素数1以上のアルキル基を有するアルコキシシランを反応させることで、得られる塗膜の耐水性を向上させる場合がある。かかる炭素数1以上のアルキル基を有するアルコキシシランとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン等が挙げられ、これら例示した化合物中のメトキシ基をエトキシ基に置換した化合物(例えばメチルトリエトキシシラン等)も挙げられる。
【0055】
重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)としては、さらに、貯蔵安定性及び耐擦り傷性等の観点から、上記成分(d)、(e)及び(f)から得られた重合性不飽和基含有シリカ粒子(c1−i)分散液に3級アミン(g)を添加して得られた、重合性不飽和基含有シリカ粒子(c1−ii)分散液を用いることが好ましい。
【0056】
3級アミン(g)
3級アミン(g)は、分子量が120〜380、好ましくは130〜350、さらに好ましくは150〜300でありかつ末端がアルキル基及び/又はアリール基である3級アミン(g)であれば特に制限なく用いることができる。
3級アミン(g)としては、貯蔵性及び耐擦り傷性等の観点から、3級アミン(g)の有するアルキル基のうち少なくとも1つが炭素数3以上、好ましくは4〜12、さらに好ましくは5〜10のアルキル基であることが好適である。
なかでも、貯蔵性及び耐擦り傷性等の観点から、特に3級アミン(g)の有するアルキル基のうち少なくとも1つが直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
【0057】
上記3級アミン(g)としては例えば、
トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン等の直鎖3級アミン;
トリイソプロピルアミン、トリイソブチルアミン、トリ−2−エチルヘキシルアミン等の分岐トリトリデシルアミン等の分岐3級アミン;
ジメチルオクチルアミン、ジメチルドデシルアミン、ジメチルオクタデシルアミン、ヘキシルジエチルアミン、オクチルジエチルアミン、ジエチルドデシルアミン等の混合炭化水素基を有する三級アミン;
ジメチルシクロヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン等の脂環3級アミン;
ジメチルベンジルアミン、トリベンジルアミン等の芳香環置換基を持つ3級アミン;
等が挙げられる。これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0058】
前記重合性不飽和基含有シリカ粒子(c1−i)分散液に上記3級アミン(g)を添加する方法としては、従来既知の方法を用いることができる。
上記3級アミン(g)の使用量としては、貯蔵安定性、及び、塗料に配合した際に得られる塗膜の耐擦り傷性等の観点から、重合性不飽和基含有シリカ粒子(i)の固形分100質量部を基準として0.1〜5.0質量部、好ましくは1.5〜3.0質量部、さらに好ましくは1.7〜2.5質量部であることが好適である。
かくして重合性不飽和基含有シリカ粒子(c1−ii)分散液を得ることができる。
【0059】
上記で得られた重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)と重合性不飽和モノマー(c2)とを、固形分質量比で(c1):(c2)=20:80〜90:10の範囲内で反応させて、アクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体を得る。
【0060】
重合性不飽和モノマー(c2)
重合性不飽和モノマー(c2)はその成分の少なくとも一部として、特定の重合性不飽和モノマー(c2−1)を含む。
【0061】
モノマー(c2−1)
モノマー(c2−1)は、下記式(I)
【化3】
(式中、R
1は水素原子又はメチル基を示し、Zは下記式(II)を含む構造を示し、Xは水素原子又は(メタ)アクリロイル基、アルキル基、水酸基、アミノ基、アリール基から選ばれる基を示す。)
【0062】
【化4】
(式中、mは5〜200の整数を示し、R
2は互いに同一でも異なっていても良いフェニル基又は炭素数1〜6のアルキル基を示し、R
3は炭素数1〜6のアルキレン基を示す。)
で示される重合性不飽和モノマーである。
【0063】
上記式(I)において、Xは水素原子又は(メタ)アクリロイル基、アルキル基、水酸基、アミノ基、(脂環式)エポキシ基、カルボキシル基、メルカプト基、ビニル基、イソシアネート基、アリール基から選ばれる基を示すが、好ましくは(メタ)アクリロイル基、アルキル基から選ばれる基であり、さらに好ましくは(メタ)アクリロイル基、炭素数1〜10のアルキル基から選ばれる基である。
【0064】
上記式(II)において、mは5.5〜160の整数を示すが、好ましくは12〜106、さらに好ましくは23〜64の整数である。
また上記式(II)において、R
2は互いに同一でも異なっていても良いフェニル基又は炭素数1〜6のアルキル基を示すが、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基であり、さらに好ましくはメチル基である。
さらにまた上記式(II)において、R
3は炭素数1〜6のアルキレン基を示すが、好ましくは炭素数1〜3のアルキレン基であり、さらに好ましくはメチレン基である。
重合性不飽和モノマー(c2)におけるモノマー(c2−1)の占める割合は、重合性不飽和モノマー全量を基準として0.01〜15質量%、好ましくは0.05〜5質量%、さらに好ましくは0.1〜3質量%であることが好適である。
【0065】
モノマー(c2−2)
モノマー(c2−2)は、1分子中に1個以上の重合性不飽和基を有する化合物であり、(c2−1)以外のモノマーである。その具体例を以下に列挙する。
【0066】
(1)水酸基含有重合性不飽和モノマー:水酸基含有重合性不飽和モノマーは、1分子中に水酸基と重合性不飽和基とをそれぞれ1個以上有する化合物であり、該水酸基含有重合性不飽和モノマーとしては、具体的には、アクリル酸又はメタクリル酸と炭素数2〜10の2価アルコールとのモノエステル化物が好適であり、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを挙げることができる。さらに、該水酸基含有重合性不飽和モノマー(c2−2)として、上記ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとε−カプロラクトン等のラクトン類との開環重合付加物等を挙げることもできる。具体的には、例えば、「プラクセルFA−1」、「プラクセルFA−2」、「プラクセルFA−3」、「プラクセルFA−4」、「プラクセルFA−5」、「プラクセルFM−1」、「プラクセルFM−2」、「プラクセルFM−3」、「プラクセルFM−4」、「プラクセルFM−5」(以上、いずれもダイセル化学社製、商品名)等を挙げることができる。
【0067】
(2)脂環式炭化水素基を有する重合性不飽和モノマー:脂環式炭化水素基を有する重合性不飽和モノマーとしてはシクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、3,5−ジメチルアダマンチル(メタ)アクリレート、3−テトラシクロドデシルメタアクリレート、4−メチルシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、4−エチルシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、4−メトキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、tert−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロオクチル(メタ)アクリレート、シクロドデシル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、等を挙げることができる。
【0068】
(3)酸基含有重合性不飽和モノマー:1分子中に1個以上の酸基と1個の不飽和結合とを有する化合物で、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸及び無水マレイン酸等の如きカルボキシル基含有重合性不飽和モノマー;ビニルスルホン酸、スルホエチル(メタ)アクリレート等の如きスルホン酸基含有重合性不飽和モノマー;2−(メタ)アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシ−3−クロロプロピルアシッドホスフェート、2−メタクロイルオキシエチルフェニルリン酸等の酸性リン酸エステル系重合性不飽和モノマー等。
【0069】
(4)(メタ)アクリル酸と炭素数1〜20の1価アルコールとのモノエステル化物: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、プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、iso−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、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、イソステアリルアクリレート(商品名、大阪有機化学工業社製)、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等。
【0070】
(5)アルコキシシリル基含有重合性不飽和モノマー:例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アクリロキシエチルトリメトキシシラン、メタクリロキシエチルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン等。
(6)芳香族系重合性不飽和モノマー:例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等。
(7)グリシジル基含有重合性不飽和モノマー:1分子中にグリシジル基と不飽和結合とをそれぞれ1個有する化合物で、具体的にはグリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート等。
【0071】
(8)窒素含有重合性不飽和モノマー:例えば、(メタ)アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルプロピルアクリルアミド、N−ブトキシメチルアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等。
(9)その他のビニル化合物:例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、塩化ビニル、バーサティック酸ビニルエステルである「ベオバ9」、「ベオバ10」(商品名、ジャパンケムテック社製)等。
(10)不飽和結合含有ニトリル系化合物:例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等。
【0072】
上記重合性不飽和モノマー(c2−2)は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、本明細書において、重合性不飽和基とは、ラジカル重合しうる不飽和基を意味する。かかる重合性不飽和基としては、例えば、ビニル基、(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。
また、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。「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸又はメタクリル酸」を意味する。また、「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル又はメタクリロイル」を意味する。また、「(メタ)アクリルアミド」は、「アクリルアミド又はメタクリルアミド」を意味する。
【0073】
得られる塗膜の耐擦り傷性等の観点から、重合性不飽和モノマー(c2−2)としては、少なくともその一部として、上記(1)水酸基含有重合性不飽和モノマーを含有することが好ましい。なかでも特に、形成される塗膜の耐擦り傷性の観点から、炭素原子数4以上の水酸基含有炭化水素基を有する水酸基含有重合性不飽和モノマー、特に4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートを、好適に使用することができる。重合性不飽和モノマー(c2−2)が、少なくともその一部として、上記(1)水酸基含有重合性不飽和モノマーを含有する場合、その量は、重合性不飽和モノマー(c2−2)を基準として10〜50質量%、好ましくは20〜45質量%、さらに好ましくは25〜40質量%であることが好適である。
また、形成される塗膜の耐擦り傷性、耐酸性、耐汚染性及び塗膜外観の観点から、重合性不飽和モノマー(c2−2)としては、少なくともその一部として、上記(2)脂環式炭化水素基を有する重合性不飽和モノマーを含有することが好ましい。なかでも、耐酸性および耐汚染性の観点から、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレートを含有することが好ましい。重合性不飽和モノマー(c2−2)が、少なくともその一部として上記(2)脂環式炭化水素基を有する重合性不飽和モノマーを含有する場合、その量は、重合性不飽和モノマー(c2−2)を基準として5〜60質量%、好ましくは10〜55質量%、さらに好ましくは20〜50質量%であることが好適である。
【0074】
また、形成される塗膜の耐擦り傷性、耐酸性、耐汚染性及び塗膜外観の観点から、重合性不飽和モノマー(c2−2)としては、少なくともその一部として、上記(6)芳香族系重合性不飽和モノマーを含有することが好ましい。なかでも、耐酸性および耐汚染性の観点から、スチレンを含有することが好ましい。重合性不飽和モノマー(c2−2)が、少なくともその一部として、上記(6)芳香族系重合性不飽和モノマーを含有する場合、その量は、重合性不飽和モノマー(c2−2)を基準として5〜40質量%、好ましくは10〜30質量%、さらに好ましくは15〜25質量%であることが好適である。
【0075】
アクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体の製造方法
アクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体は重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)と、重合性不飽和モノマー(c2)とを、溶媒の存在下で重合反応させることにより得ることができる。該重合方法としては特に限定されるものではなく、それ自体既知の重合方法を用いることができるが、なかでも、有機溶剤中にて、適宜、触媒、重合開始剤等の存在下で重合を行う溶液重合法を好適に使用することができる。
【0076】
上記溶液重合法において使用される有機溶剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、「スワゾール1000」、「スワゾール1500」(商品名、丸善石油化学社製、高沸点石油系溶剤)等の芳香族化合物、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、ミネラルスピリット等の炭化水素系溶媒;トリクロルエチレン、テトラクロルエチレン等のハロゲン化炭化水素類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、プロピオン酸エチル、メチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、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、3−エトキシプロピオン酸エチル等のエステル系溶媒;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媒;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、エチレングリコール、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エチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等のアルコール系溶媒;n−ブチルエーテル、ジオキサン、ジブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル系溶媒;ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン又は水等を挙げることができる。これらの有機溶剤は、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。なかでも、形成される塗膜外観の観点から芳香族系溶剤及びエステル系溶剤が好ましく、エステル系溶剤がさらに好ましい。
【0077】
上記重合に際して使用できる重合開始剤としては特に限定されるものではなく、例えばベンゾイルパーオキサイド、パラメンタンハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ラウロイルパーオキシド、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、tert−ブチルパーオキシピバレート、1,1’−ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、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、n−ブチル−4,4−ビス(tert−ブチルパーオキシ)バレレート、2,2’−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ブタン、tert−ブチルヒドロキシパーオキシド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジハイドロパーオキサイド、ジ−tert−ブチルパーオキシド、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、tert−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、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、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、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、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、過酸化水素等の過酸化物系重合開始剤;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−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−ジ(2−ヒドロキシエチル)アゾビスイソブチロニトリル、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、2−(tert−ブチルアゾ)−2−シアノプロパン、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロパン)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−アゾビス−(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)等のアゾ系重合開始剤、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸系開始剤、過酸化物と還元剤とからなるレドックス型開始剤等といったそれ自体既知のラジカル重合開始剤を挙げることができる。
【0078】
上記ラジカル重合開始剤の使用量は、重合性不飽和モノマー(c2)100質量部に対して0.1〜20質量部、好ましくは1〜10質量部である。上記ラジカル重合開始剤が0.1質量部未満であると、重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)と反応しない未反応の重合性不飽和モノマー(c2)の割合が多くなる場合がある。上記ラジカル重合開始剤が20質量部よりも多いと、アクリル樹脂被覆シリカ粒子同士の重合によって粒子の凝集が起こる場合がある。また、アクリル樹脂被覆シリカ粒子には、未反応の重合性不飽和モノマー(c2)、または、重合性不飽和モノマー(c2)同士で反応はした重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)とは反応しなかったポリマーが含まれていても構わない。
【0079】
上記重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)分散液と重合性不飽和モノマー(c2)との混合割合は、形成される塗膜の外観の観点から、固形分質量比で(c1):(c2)=20:80〜90:10、好ましくは30:70〜80:20、さらに好ましくは40:60〜60:40の範囲内である。
【0080】
重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)及び重合性不飽和モノマー(c2)の反応を溶媒中で行なう場合、重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)及び重合性不飽和モノマー(c2)の合計質量濃度は、約10質量%〜約90質量%、特に約20質量%〜約70質量%の範囲であることが好ましい。上記合計質量濃度が約10質量%未満であると、反応時間が長くなり製造効率が低下する場合がある。上記合計質量濃度が約90質量%よりも高いと、反応系の粘度が高くなり撹拌が困難になる場合がある。
【0081】
前記反応は、酸素による重合反応阻害を抑制し、反応率を向上させる観点から反応容器内の気相を不活性ガスにより置換して撹拌しながら行うことが好ましい。反応温度と反応時間は、重合性不飽和モノマー(c2)の種類等により適宜選択することができるが、反応温度は約0℃〜約250℃の範囲内であるのが好ましく、反応時間は1〜72時間の範囲内であるのが好ましい。反応は、通常、常圧下で行うことができるが、加圧又は減圧下でも行うことができる。
【0082】
上記反応における、重合性不飽和モノマー(c2)の重合率は、約90%以上、約95%以上であることが好ましい。重合性不飽和モノマー(c2)の重合率が約90%未満では耐擦り傷性等の塗膜性能に劣る場合があり、また、得られるアクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体の使用時に未反応の重合性不飽和モノマー(c2)に起因する臭気が問題になる場合がある。未反応の重合性不飽和モノマー(c2)の量は、反応時間を延長して減少させることができる。未反応の重合性不飽和モノマー(c2)が少量の場合には、ラジカル重合開始剤を添加して重合反応をさらに行うことにより減少させることができる。また、得られたアクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体は、所望により、その溶媒を水等の他の溶媒に置換してもよい。
【0083】
塗料の貯蔵安定性及び得られる塗膜の耐擦り傷性の観点から、シリカ粒子を被覆する樹脂の
数平均分子量は400〜6000、好ましくは1000〜5500、さらに好ましくは3000〜5000である。
また、上記製造方法によって得られたアクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体においてシリカ粒子を被覆している樹脂の水酸基価は、形成される塗膜の耐擦り傷性の観点から、50〜200mgKOH/g、特に70〜200mgKOH/g、さらに特に100〜200mgKOH/gの範囲内であることが好ましい。
また、上記製造方法によって得られたアクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体においてシリカ粒子を被覆している樹脂のガラス転移温度Tgは、形成される塗膜の耐擦り傷性の観点から、−40〜40℃の範囲内であることが好ましく、−30〜30℃の範囲内であることがさらに好ましい。
【0084】
本発明において、ガラス転移温度Tgは、下記式により算出される値である。
1/Tg(K)=W1/T1+W2/T2+・・・Wn/Tn
Tg(℃)=Tg(K)−273
式中、W1、W2、・・・Wnは各モノマーの質量分率であり、T1、T2・・・Tnは各モノマーのホモポリマーのガラス転移温度Tg(K)である。
なお、各モノマーのホモポリマーのガラス転移温度は、POLYMER HANDBOOK Fourth Edition,J.Brandrup,E.h.Immergut,E.A.Grulke編(1999年)による値であり、該文献に記載されていないモノマーのガラス転移温度は、該モノマーのホモポリマーを重量平均分子量が5万程度になるようにして合成し、そのガラス転移温度をセイコー電子工業DSC220U(示差走査型熱量計)により測定した値である。測定は試料50mgを専用のサンプル皿に所定量秤取し、130℃で3時間乾燥させた後、不活性気体中で、−50℃から10℃/分のスピードで150℃まで昇温し、得られた熱量変化カーブの変曲点の温度を読み取ることにより行った。
【0085】
本塗料におけるアクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体の含有量は、水酸基含有樹脂(A)及び硬化剤(B)の合計固形分を基準として0.1〜25質量%、好ましくは0.5〜20質量%、さらに好ましくは1〜15質量%の範囲内であることが好適である。
【0086】
その他の成分
本塗料は、さらに、硬化触媒、顔料、紫外線吸収剤(例えばベンゾトリアゾール系吸収剤、トリアジン系吸収剤、サリチル酸誘導体系吸収剤、ベンゾフェノン系吸収剤等)、光安定剤(例えば、ヒンダードピペリジン類等)、増粘剤、消泡剤、可塑剤、有機溶剤、表面調整剤、沈降防止剤等の通常の塗料用添加剤等を、それぞれ単独でもしくは2種以上組合せて含有させることができる。
【0087】
前記硬化触媒としては、例えば、オクチル酸錫、ジブチル錫ジ(2−エチルヘキサノエート)、ジオクチル錫ジ(2−エチルヘキサノエート)、ジオクチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫オキサイド、ジオクチル錫オキサイド、2−エチルヘキサン酸鉛等の有機金属触媒、第三級アミン等を挙げることができる。これらは単独で又は2種以上組合せて使用することができる。
【0088】
本塗料が硬化触媒を含有する場合、硬化触媒の配合量は、前記水酸基含有樹脂(A)及び硬化剤(B)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、0.05〜10質量部の範囲内であることが好ましく、0.1〜5質量部の範囲内であることがより好ましく、0.2〜3質量部の範囲内であることがさらに好ましい。
【0089】
本塗料が紫外線吸収剤を含有する場合、紫外線吸収剤の配合量は、前記水酸基含有樹脂(A)及び硬化剤(B)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、0.1〜10質量部の範囲内であることが好ましく、0.2〜5質量部の範囲内であることがより好ましく、0.3〜2質量部の範囲内であることがさらに好ましい。
【0090】
本塗料が光安定剤を含有する場合、光安定剤の配合量は、前記水酸基含有樹脂(A)及び硬化剤(B)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、0.1〜10質量部の範囲内であることが好ましく、0.2〜5質量部の範囲内であることがより好ましく、0.3〜2質量部の範囲内であることがさらに好ましい。
【0091】
本塗料は、一液型塗料であってもよいし、二液型塗料等の多液型塗料であってもよい。本塗料において、硬化剤としてブロック化されていないポリイソシアネート化合物を使用する場合には、貯蔵安定性の観点から、水酸基含有樹脂を含む主剤及び硬化剤を含有する二液型塗料とし、使用直前に両者を混合して使用することが好適である。
【0092】
本塗料の形態は、特に限定されるものではないが、有機溶剤溶液型もしくは非水分散液型が好ましい。
有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸メチル等のエステル類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン等のエーテル類;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エチルエーテル、ジエチ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メチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート等のグリコールエーテル類;芳香族炭化水素類、脂肪族炭化水素類等が挙げられる。
これらは、粘度の調整、塗布性の調整等の目的に応じて適宜組合せて使用することができる。
【0093】
本塗料の固形分は特に限定されるものではない。例えば、硬化塗膜の平滑性及び乾燥時間の短縮化の点で、20℃におけるフォードカップNo.4による粘度が15〜60秒の範囲となるように、上記有機溶剤等の溶媒を用いて、適宜、調整しておくことが好ましい。
本明細書において固形分とは、揮発成分を除いた残存物を意味するものであり、残存物は常温で固形状であっても液状であっても差し支えない。固形分質量は、乾燥させた時の残存物質量の乾燥前質量に対する割合を固形分率とし、固形分率を乾燥前の試料質量に乗じることで算出することができる。
【0094】
塗装方法
本塗料を適用される被塗物としては、特に限定されるものではない。例えば、冷延鋼板、亜鉛メッキ鋼板、亜鉛合金メッキ鋼板、ステンレス鋼板、錫メッキ鋼板等の鋼板、アルミニウム板、アルミニウム合金板等の金属基材;各種プラスチック素材等を挙げることができる。またこれらにより形成された自動車、二輪車、コンテナ等の各種車両の車体であってもよい。
【0095】
また、被塗物としては、上記金属基材や車体の金属表面に、リン酸塩処理、クロメート処理、複合酸化物処理等の表面処理が施されたものであってもよい。更に、被塗物としては、上記金属基材や車体等に、各種電着塗料等の下塗り塗膜が形成されたものであってもよく、該下塗り塗膜及び中塗り塗膜が形成されたものであってもよく、下塗り塗膜、中塗り塗膜及びベースコート塗膜が形成されたものであってもよく、下塗り塗膜、中塗り塗膜、ベースコート塗膜及びクリヤコート塗膜が形成されたものであってもよい。
本塗料の塗装方法としては、特に限定されないが、例えば、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装、回転霧化塗装、カーテンコート塗装等の塗装方法が挙げられ、これらの方法によりウエット塗膜を形成することができる。これらの塗装方法では、必要に応じて、静電印加してもよい。これらのうちでは、エアスプレー塗装又は回転霧化塗装が特に好ましい。
【0096】
本塗料の塗布量は、通常、硬化膜厚として、10〜50μm程度となる量とするのが好ましい。
また、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装及び回転霧化塗装を行う場合には、本塗料の粘度を、該塗装に適した粘度範囲、通常、フォードカップNo.4粘度計において、20℃で15〜60秒程度の粘度範囲となるように、有機溶剤等の溶媒を用いて、適宜、調整しておくことが好ましい。
【0097】
被塗物に本塗料を塗装してなるウエット塗膜の硬化は、加熱することにより行われ、加熱は公知の加熱手段により行うことができ、例えば、熱風炉、電気炉、赤外線誘導加熱炉等の乾燥炉を使用することができる。加熱温度は、60〜180℃、好ましくは90〜150℃の範囲内にあるのがよい。加熱時間は、特に制限されるものではないが、10〜60分間、好ましくは15〜30分間の範囲内であるのが好適である。
本塗料は、耐擦り傷性及び塗膜外観のいずれにも優れる硬化塗膜を得ることができることから、上塗りトップクリヤコート塗料組成物として好適に用いることができる。本塗料は、自動車用塗料として特に好適に用いることができる。
【0098】
複層塗膜形成方法
本塗料が上塗りトップクリヤコート塗料として塗装される複層塗膜形成方法としては、被塗物に順次、少なくとも1層の着色ベースコート塗料及び少なくとも1層のクリヤコート塗料を塗装することにより複層塗膜を形成する方法であって、最上層のクリヤコート塗料として本発明の塗料組成物を塗装することを含む複層塗膜形成方法を挙げることができる。
【0099】
具体的には、例えば、電着塗装及び/又は中塗り塗装が施された被塗物上に、溶剤型又は水性のベースコート塗料を塗装し、該塗膜を硬化させることなく、必要に応じてベースコート塗料中の溶媒の揮散を促進させるために、例えば、40〜90℃で3〜30分間程度のプレヒートを行い、この未硬化のベースコート塗膜上にクリヤコート塗料として本塗料の塗装を行った後、ベースコートとクリヤコートを一緒に硬化させる、2コート1ベーク方式の複層塗膜形成方法を挙げることができる。
【0100】
また、本塗料を、3コート2ベーク方式又は3コート1ベーク方式の上塗り塗装におけるトップクリヤコート塗料としても、好適に使用することができる。
【0101】
上記で用いられるベースコート塗料としては、従来から公知の通常の熱硬化型ベースコート塗料を使用することができ、具体的には、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂系等の基体樹脂にアミノ樹脂、ポリイソシアネート化合物、ブロックポリイソシアネート化合物等の硬化剤を基体樹脂が含有する反応性官能基と適宜組合せて使用し、さらに着色顔料や光輝性顔料等を配合してなる塗料を使用することができる。
また、ベースコート塗料としては、例えば、水性塗料、有機溶剤系塗料、粉体塗料を用いることができる。
複層塗膜形成方法において、クリヤコートを2層以上塗装する場合、最上層以外のクリヤコート塗料としては、従来から公知の通常の熱硬化型クリヤコート塗料を使用することができる。
【実施例】
【0102】
以下、製造例、実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明は、これらにより限定されるものではない。各例において、「部」および「%」は、特記しない限り、質量基準による。また、塗膜の膜厚は硬化塗膜に基づくものである。
【0103】
水酸基含有樹脂(A)の製造
製造例1
撹拌装置、温度計、冷却管、窒素ガス導入口を備えた四ツ口フラスコに、3−エトキシプロピオン酸エチル 31部を仕込み、窒素ガス通気下で155℃に昇温した。155℃に達した後、窒素ガスの通気を止め、下記に示すモノマーと重合開始剤からなる組成配合のモノマー混合物を4時間かけて滴下した。
2−ヒドロキシプロピルアクリレート 24.0部、
スチレン 20.0部、
イソボルニルアクリレート 20.8部、
2−エチルヘキシルアクリレート 34.2部、
アクリル酸 1.0部、及び
ジ−tert−アミルパーオキサイド 4.0部、
ついで、155℃で窒素ガスを通気しながら2時間熟成させた後、100℃まで冷却し、酢酸ブチル32.5部で希釈することにより、固形分60%の水酸基含有アクリル樹脂(A−1)溶液を得た。また、この共重合体の重量平均分子量は13,000、水酸基価は103mgKOH/g、ガラス転移温度は−11.0℃であった。
【0104】
重合性不飽和基を有するシリカ粒子(c1)の製造
還流冷却器、温度計及び攪拌機を取り付けたセパラブルフラスコに、PGM−ST(商品名、日産化学工業社製、シリカ平均一次粒子径;15nm、シリカ濃度;30質量%、分散媒;プロピレングリコールモノメチルエーテル) 333部(固形分100部)及び脱イオン水 10部を入れた後、KBM−503(商品名、信越化学工業社製、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン) 10部を添加し、80℃で2時間攪拌しながら脱水縮合反応を行い、その後、フッ化テトラ−n−ブチルアンモニウム 0.03部を加えて更に1時間攪拌しながら反応させた。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテル 30部を添加し、次いで減圧状態で揮発成分を留出させて、表面が修飾されたシリカ粒子の固形分40%の重合性不飽和基含有シリカ粒子分散液を得た。該重合性不飽和基含有シリカ粒子分散液250部(固形分100部)にトリオクチルアミン1.9部を混合して撹拌し、固形分40%の重合性不飽和基含有シリカ粒子(c1)分散液を得た。
【0105】
アクリル樹脂被覆シリカ粒子(C)分散体の製造
製造例2
還流冷却器、温度計、攪拌機及び窒素ガス導入口を取り付けたセパラブルフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテル 135部を仕込み、窒素ガス通気下で100℃まで昇温した。100℃に達した後、上記重合性不飽和基含有シリカ粒子(c1)分散液 250部(固形分100部)と「X−22−164AS」(商品名、信越シリコーン社製、式(I)のR
1基:メチル基、式(I)のX基:メタクリル基、式(II)のR
2基:メチル基、式(II)のm:12) 2部、スチレン 20部、4−ヒドロキシブチルアクリレート 35.5部、イソボルニルアクリレート 41.5部、アクリル酸 1部、2,2アゾビス(2−メチルブチロニトリル)(商品名V−59、和光純薬工業製) 2.5部の混合物を、2時間かけて滴下した。次いで、100℃で1時間熟成させた後、V−59 0.83部及びプロピレングリコールモノメチルエーテル 20部の混合溶液を、0.5時間かけて滴下し、更に2時間熟成させた。不揮発分から求めた重合率は99%であった。その後、エトキシエチルプロピオネートを加え、減圧状態で共沸留出することにより溶剤を置換し、実測された不揮発分が40%であるアクリル樹脂被覆シリカ粒子(C−1)分散体を得た。
【0106】
製造例3〜16
表1に示す配合とする以外は製造例2と同様にして、アクリル樹脂被覆シリカ粒子(C−2)〜(C−15)分散体を得た。
【0107】
【表1】
【0108】
なお、表中の(c2−1)成分については以下の通りである。
「X−22−164B」:商品名、信越シリコーン社製、式(I)のR
1基:メチル基、式(I)のX基:メタクリル基、式(II)のR
2基:メチル基、式(II)のR
3基:アルキレン基、式(II)のm:44、
「X−22−164E」:商品名、信越シリコーン社製、式(I)のR
1基:メチル基、式(I)のX基:メタクリル基、式(II)のR
2基:メチル基、式(II)のR
3基:アルキレン基、式(II)のm:105、
「X−22−2404」:商品名、信越シリコーン社製、式(I)のR
1基:メチル基、式(I)のX基:アルキル基、式(II)のR
2基:メチル基、式(II)のR
3基:アルキレン基、式(II)のm:6、
「KF−2012」:商品名、信越シリコーン社製、式(I)のR
1基:メチル基、式(I)のX基:アルキル基、式(II)のR
2基:メチル基、式(II)のR
3基:アルキレン基、式(II)のm:62、
「X−22−164」:商品名、信越シリコーン社製、式(I)のR
1基:メチル基、式(I)のX基:メタクリル基、式(II)のR
2基:メチル基、式(II)のR
3基:アルキレン基、式(II)のm:5、
「X−22−2426」:商品名、信越シリコーン社製、式(I)のR
1基:メチル基、式(I)のX基:アルキル基、式(II)のR
2基:メチル基、式(II)のR
3基:アルキレン基、式(II)のm:162。
【0109】
塗料組成物の製造
実施例1
アクリル樹脂被覆シリカ粒子(C−1)分散体 25部(固形分10部)、製造例1で得た水酸基含有アクリル樹脂(A−1) 138部(固形分83部)、及び スミジュール N3300(商品名、住友バイエルウレタン社製、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート環付加物、固形分含有率100%)17部(固形分17部)を配合し、塗料固形分が40%になるように3−エトキシプロピオン酸エチルで希釈攪拌して、塗料組成物 No.1を得た。
【0110】
実施例2〜9、比較例1〜6
実施例1において、アクリル樹脂被覆シリカ粒子分散体(C−1)を、表2に示すようにそれぞれ樹脂被覆シリカ粒子分散体(C−2)〜(C−15)に替えたこと以外は実施例1と同様に行い、塗料組成物 No.2〜15を得た。
【0111】
試験板の作製
上記各塗料組成物No.1〜15の粘度を、酢酸ブチルを添加してフォードカップ#No.4を用いて20℃で25秒の粘度に調整し、それぞれについて以下の様にして試験板を作製した。
リン酸亜鉛化成処理を施した厚さ0.8mmのダル鋼板上に、エレクロンGT−10(関西ペイント社製、商品名、熱硬化性エポキシ樹脂系カチオン電着塗料)を膜厚が20μmになるように電着塗装し、170℃で30分間加熱し硬化させ、その上にアミラックTP−65−2(関西ペイント社製、商品名、ポリエステル・メラミン樹脂系自動車中塗り塗料)を膜厚35μmとなるようにエアスプレー塗装し、140℃で30分間加熱硬化させた。該塗膜上に溶剤ベースコートネオアミラック US−300(C)No202(関西ペイント社製、アクリル・メラミン樹脂系自動車用上塗ベースコート塗料、黒塗色)を膜厚15μmとなるように塗装し、室温で5分間放置してから、140℃で30分間加熱硬化させた。その後、該硬化塗膜上に上記実施例及び比較例にて製造・粘度調整した各塗料組成物を膜厚35μmとなるように塗装し、室温で10分間放置してから、140℃で20分間加熱し硬化させることにより試験板を得た。得られたそれぞれの試験板を常温で7日間静置してから下記塗膜性能試験を行なった。
【0112】
性能試験
塗料組成物の貯蔵安定性
前記実施例で得られた塗料組成物(1)〜(15)について、フォードカップNo.4で測定した製造直後の粘度(秒)と、40℃で1週間静置した後の粘度(秒)の変化率によって評価した。○、△が合格、×が不合格である。
変化率(%)=40℃1週間後の粘度(秒)/製造直後の粘度(秒)×100
○:5%以内
△:5〜10%未満
×:10%以上
【0113】
塗膜の洗車による耐擦り傷性
上記で得られた各試験板を、20℃雰囲気下で洗車試験機(Amtec社製、Car−wash Lab Apparatus)の試験台に固定し、試験板の上にSikron SH200(商品名、粒径24μmのシリカ微粒子、Quarzwerke社製)を水1リットルに対して1.5g混合させた試験液を噴霧しながら、洗車ブラシを127rpmで回転させて試験台を10往復させた。その後、水洗および乾燥を行い、試験前後の20°光沢を光沢計(Byk−Gardner社製、装置名:Micro Tri Gross)を用いて測定し、下式より光沢保持率を算出した。 ○が合格、△、×が不合格である。
試験後の光沢/初期光沢×100
○:70%以上
△:50〜70%未満
×:50%未満
【0114】
塗膜のコインや鍵による耐擦り傷性
上記で得られた各試験板について学振型摩擦試験機(スガ試験株式会社、FR−2S)を用いて9Nの摩擦力で15往復させる。その際に使用するサンドペーパーは#2400である。試験後、塗膜表面をエアスプレーした後に試験前後の20°光沢を光沢計(Byk−Gardner社製、装置名:Micro Tri Gross)を用いて測定し、下式より光沢保持率を算出した。 ○が合格、△、×が不合格である。
試験後の光沢/初期光沢×100
○:65%以上
△:40〜65%未満
×:40%未満
【0115】
【表2】