(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024146708
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】水系塗料組成物及び複層塗膜形成方法
(51)【国際特許分類】
C09D 201/00 20060101AFI20241004BHJP
C09D 5/00 20060101ALI20241004BHJP
C09D 133/00 20060101ALI20241004BHJP
B05D 1/36 20060101ALI20241004BHJP
B05D 7/24 20060101ALI20241004BHJP
【FI】
C09D201/00
C09D5/00 Z
C09D133/00
B05D1/36 B
B05D7/24 303A
B05D7/24 301K
B05D7/24 302P
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023169819
(22)【出願日】2023-09-29
(31)【優先権主張番号】P 2023058309
(32)【優先日】2023-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000003322
【氏名又は名称】大日本塗料株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002871
【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】小野 彩花
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 淳也
(72)【発明者】
【氏名】籠谷 天真
【テーマコード(参考)】
4D075
4J038
【Fターム(参考)】
4D075AA02
4D075AA13
4D075AE06
4D075BB16X
4D075CA13
4D075CA47
4D075CA48
4D075DA06
4D075DB31
4D075DB35
4D075DB36
4D075DB37
4D075DB43
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4D075EA06
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4D075EB22
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4D075EB51
4D075EB55
4D075EC01
4D075EC02
4D075EC07
4D075EC10
4D075EC11
4D075EC13
4D075EC30
4D075EC31
4D075EC33
4D075EC35
4D075EC54
4J038CG001
4J038DG002
4J038EA001
4J038KA06
4J038KA08
4J038MA15
4J038NA01
4J038PC08
(57)【要約】
【課題】塗膜外観及び塗装時の作業性に優れた水系塗料組成物及び複層塗膜形成方法を提供する。
【解決手段】本発明は、水と、樹脂と、光輝顔料又は着色顔料の少なくとも一方とを含む水系塗料組成物であって、水系塗料組成物が、測定温度25℃における粘度を65KUに調整したとき、せん断速度を1000sec-1としてから60秒間経過後の時間T1におけるせん断粘度V1と、時間T1において、せん断速度を0.1sec-1とし、時間T1から1秒後の時間T2におけるせん断粘度V2との比であるV2/V1が、10以上であり、かつ、時間T2におけるせん断粘度V2と、時間T2から1秒後の時間T3におけるせん断粘度V3との比であるV3/V2が、1.3以上である水系塗料組成物である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水と、樹脂と、光輝顔料及び着色顔料の少なくとも一方とを含有する塗料組成物であって、測定温度25℃における粘度を65KUに調整したとき、下記(a)及び(b)の粘性挙動を有する水系塗料組成物。
(a)せん断速度を1000sec-1としてから60秒間経過後の時間T1におけるせん断粘度V1と、前記時間T1において、せん断速度を0.1sec-1とし、前記時間T1から1秒後の時間T2におけるせん断粘度V2との比であるV2/V1が、10以上である。
(b)前記時間T2における前記せん断粘度V2と、前記時間T2から1秒後の時間T3におけるせん断粘度V3との比であるV3/V2が、1.3以上である。
【請求項2】
前記アクリル樹脂の固形水酸基価が、2%以下である請求項1記載の水系塗料組成物。
【請求項3】
前記水系塗料組成物が、更に揺変剤を含み、前記水系塗料組成物中の前記揺変剤の固形分量が、0.1質量%以上1.5質量%以下である請求項1記載の水系塗料組成物。
【請求項4】
被塗物上に、前記請求項1から3いずれか1項記載の水系塗料組成物を塗装し、未乾燥のベース塗膜を形成するベース塗膜形成工程、
得られた未乾燥のベース塗膜の上に、上塗塗料組成物を塗装し、未乾燥の上塗塗膜を形成する上塗塗膜形成工程、及び、
得られた前記未乾燥のベース塗膜及び前記未乾燥の上塗塗膜を同時に乾燥させて複層塗膜を形成する乾燥工程
を有する複層塗膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水系塗料組成物及び複層塗膜形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、プラスチック素材の塗装には一般的に、有機溶剤型塗料が用いられてきた(例えば特許文献1)。有機溶剤型塗料には、塗料中にプラスチック素材表面をエッチングする有機溶剤が含有されており、形成される塗膜はエッチング面に対するアンカー効果によって良好に付着するので、プラスチック用塗料として適している。しかし、塗料中の有機化合物(以下、VOCとも記載する。)は塗装時や塗料乾燥過程時に大気中に発散放出されるため、大気を汚染するという欠点があり、大きな環境問題になっており、各業界においてもVOC規制強化の流れと共に脱溶剤化(脱VOC)への流れが活発になっている。
【0003】
そこで、近年では、塗料業界においてもこうした地球環境問題を背景に有機溶剤型塗料からVOCを殆ど含まない又は全く含まない水系塗料への転換が図られてきている。また、自動車内装分野においても、密閉空間と成り易い室内において内装材に施されている塗膜や接着剤から放出される有機溶剤による人体への影響や化学物質過敏症に悩む人も考慮して、水系塗料の導入が進められている。
【0004】
自動車内装用部品や家電製品では主にプラスチック素材が用いられているが、水系塗料は上述した様なプラスチック素材表面をエッチングする有機溶剤を十分に含有しておらず、有機溶剤塗料と比較してプラスチック素材表面への付着性が低いという傾向があった。
【0005】
例えば、特許文献2には、水性塗料組成物であって、水と、鱗片状アルミニウム顔料及びセルロース系粘性調整剤を含有する光輝性顔料分散体及びそれを用いた積層塗膜形成方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2018-069185号公報
【特許文献2】国際公開2017/175468号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献2に記載の発明では、金属調の水性塗料であって、セルロース系粘性調整剤を含有した塗料に限定されたものである。また、水性塗料組成物は、水性塗料組成物に適した親水性樹脂を用いることから、液ダレし易く、塗装時の作業性が低いという問題がある。このように、従来の水性塗料組成物及び塗膜形成方法においては、塗装後の塗膜外観において未だ向上の余地がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、塗膜外観及び塗装時の作業性に優れた水系塗料組成物及び複層塗膜形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、水と、樹脂と、光輝顔料及び着色顔料の少なくとも一方とを含有する塗料組成物であって、測定温度25℃における粘度を65KUに調整したとき、下記(a)及び(b)の粘性挙動を有する水系塗料組成物である。
(a)せん断速度を1000sec-1としてから60秒間経過後の時間T1におけるせん断粘度V1と、時間T1において、せん断速度を0.1sec-1とし、時間T1から1秒後の時間T2におけるせん断粘度V2との比であるV2/V1が、10以上である。
(b)時間T2におけるせん断粘度V2と、時間T2から1秒後の時間T3におけるせん断粘度V3との比であるV3/V2が、1.3以上である。
【0009】
アクリル樹脂の固形水酸基価は、2%以下であることが好ましい。
【0010】
水系塗料組成物は、更に揺変剤を含み、水系塗料組成物中の揺変剤の固形分量は、0.1質量%以上1.5質量%以下であることが好ましい。
【0011】
本発明の複層塗膜形成方法は、被塗物上に、本発明の水系塗料組成物を塗装し、未乾燥のベース塗膜を形成するベース塗膜形成工程、得られた未乾燥のベース塗膜の上に、上塗塗料組成物を塗装し、未乾燥の上塗塗膜を形成する上塗塗膜形成工程、及び、得られた未乾燥のベース塗膜及び未乾燥の上塗塗膜を同時に乾燥させて複層塗膜を形成する乾燥工程を有する複層塗膜形成方法である。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、塗膜外観及び塗装時の作業性に優れた水系塗料組成物及び複層塗膜形成方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】本発明の水系塗料組成物の一実施形態のせん断粘度を示すグラフである。
【
図2】
図1に示すグラフの一部を拡大したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の水系塗料組成物の詳細を説明する。
【0015】
[水系塗料組成物]
本発明の水系塗料組成物は、水と、樹脂と、光輝顔料及び着色顔料の少なくとも一方とを含有する塗料組成物であって、測定温度25℃における粘度を65KUに調整したとき、下記(a)及び(b)の粘性挙動を有する水系塗料組成物である。
(a)せん断速度を1000sec-1としてから60秒間経過後の時間T1におけるせん断粘度V1と、時間T1において、せん断速度を0.1sec-1とし、時間T1から1秒後の時間T2におけるせん断粘度V2との比であるV2/V1が、10以上である。
(b)時間T2におけるせん断粘度V2と、時間T2から1秒後の時間T3におけるせん断粘度V3との比であるV3/V2が、1.3以上である。
ここで、「測定温度25℃」とは、環境温度と組成物の液温の両方が25℃である状態を示す。
以下に、まず、水系塗料組成物の成分について説明する。
【0016】
<水>
本明細書において、「水系塗料組成物」とは、主溶媒として水を含有する塗料組成物である。
「主溶媒」とは、使用される溶媒、すなわち水の割合が、少なくとも50質量%以上であることを意味する。
本発明の水系塗料組成物に用いる水は、特に制限されるものではなく、イオン交換水や蒸留水等の純水や、地下水、水道水、工業用水等が挙げられる。また、水系塗料組成物を長期保存する場合には、カビやバクテリアの発生を防止するため、紫外線照射等により滅菌処理した水を用いてもよい。
【0017】
(有機溶剤)
本発明の水系塗料組成物は、有機溶剤を含有してもよい。水系塗料組成物中の有機溶剤の含有量は、好ましくは15質量%以下、最も好ましくは10質量%である。VOC削減の観点からは、有機溶剤の含有量は少ないことが好ましいが、少量の有機溶剤を使用することで、例えば、プラスチック基材との付着性向上や、水系メタリック塗料組成物の場合であれば、組成物中の鱗片状金属顔料の分散性、及び水系メタリック塗料組成物の成膜性を良好に維持できることもある。
本発明の水系塗料組成物に用いることができる有機溶剤としては、特に限定されるものではなく、各種の親水性有機溶剤又は疎水性有機溶剤を用いることができる。
【0018】
親水性有機溶剤としては、例えば、アルコール系溶媒やグリコールエーテル系溶媒を使用することが好ましい。アルコール系溶媒としては、イソブチルアルコール、n-ブチルアルコール、イソアミルアルコール、n-アミルアルコール、ヘキシルアルコール、2-エチルブチルアルコール、メチルアミルアルコール、シクロヘキサノール、2-エチルヘキシルアルコール、オクチルアルコール、ベンジルアルコール、ジメチルアミノエタノール、ブタノール等を挙げることができ、グリコールエーテル系溶媒としては、エチレングリコールモノブチルエーテルや、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル等を挙げることができる。
【0019】
疎水性有機溶剤としては、例えば、2-エチルヘキサノール、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテートを挙げることができる。
水系塗料組成物中の有機溶剤のうち、親水性有機溶剤:疎水性有機溶剤の比は、100:0以上33:67以下であることが好ましい。
【0020】
本発明の水系塗料組成物をプラスチック基材へ直接塗装する場合、高沸点且つ基材に対する溶解性が高い有機溶剤を塗料組成物中に0.5~5.0質量%含むことが好ましい。水系塗料の場合、有機溶剤型塗料と比較して有機溶剤の含有量が低いため、プラスチック基材表面をエッチングする効果が小さいとされているが、高沸点且つ基材に対する溶解性が高い有機溶剤を用いることで、塗装後、溶解性の高い溶剤が基材上に存在する時間が長くなることから、少量の添加であっても高いエッチング効果を示すと考えられる。
【0021】
高沸点の有機溶剤としては、沸点が160℃以上であることが好ましく、180~300℃の範囲であることが特に好ましい。このような有機溶剤としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、ブチルグリコールアセテート、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ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル等を上げることができる。
【0022】
基材に対する溶解性が高い有機溶剤とは、プラスチック基材に滴下した際、基材表面を溶解させることが可能な有機溶剤であり、SP値(溶解度パラメータ)が20.0(J/cm3)1/2以下であることが好ましく、18.0(J/cm3)1/2以下であることが更に好ましい。また、有機溶剤の種類としては、グリコール系有機溶剤が好ましく、水溶性のグリコール系有機溶剤であることが更に好ましい。高沸点且つ基材に対する溶解性が高い有機溶剤としては、例えば、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル(沸点:261℃、SP値:16.6)、ジエチレングリコールジエチルエーテル(沸点:189℃、SP値:17.8)、ジエチレングリコールジメチルエーテル(沸点:162℃、SP値:18.2)、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル(沸点:212℃、SP値:16.1)、及びテトラエチレングリコールジメチルエーテル(沸点:275℃、SP値:17.5)等を上げることができる。
【0023】
SP値とは、相溶性を判断する際の目安となるもので、種々の計算方法や実測方法があるが、本明細書において、SP値は、ハンセン溶解度パラメータの値であり、Y-MB法を用いて算出する。
【0024】
-平均SP値の算出方法-
プラスチック基材がn種類の重合性化合物からなる場合、各重合性化合物のSP値をそれぞれSP1、SP2、・・・、SPnとし、各重合性化合物の質量分率をW1、W2、・・・、Wn(W1+W2+・・・+Wn=1)として、以下の式より求められる。平均SP値=SP1×W1+SP2×W2+・・・+SPn×Wn
【0025】
-水系塗料組成物の固形分濃度-
本発明の水系塗料組成物の固形分濃度は、粘度を、65KUに調整したとき、5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。また、光輝性顔料を含む場合は、8質量%以上20質量%以下であることが特に好ましい。水系塗料組成物の固形分濃度を上記範囲とすることにより、顔料の配向性や塗装時のタレ性を良好なものとすることができる。
【0026】
本発明の水系塗料組成物は、必要に応じて適宜選択される各種成分を混合することによって調製できる。本発明の水系塗料組成物は、1液型でも2液型でもよいが、塗装時に混合する手間や可使時間を考慮する必要が無いという観点から、1液型として使用することが好ましい。
【0027】
<樹脂>
本発明の水系塗料組成物に使用する樹脂は、用途などを考慮して適宜選択されるものであって、特に限定されるものではないが、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等や、架橋成分としてアミノ樹脂、メラミン樹脂、イソシアネート樹脂、尿素樹脂等、公知の樹脂が挙げられる。1液型の水系塗料組成物とする場合、顔料の配向性や塗装作業性を考慮し、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等を用いることが好ましい。本発明における樹脂は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0028】
(アクリル樹脂)
本発明の水系塗料組成物に含有されるアクリル樹脂は、(メタ)アクリル系モノマー1種以上を構成単位とする樹脂であればよく、本発明の効果を損なわない範囲で(メタ)アクリル系モノマー以外のモノマーを構成単位として含有してもよい。
(メタ)アクリル系モノマーとは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル等の(メタ)アクリロイル基を有するモノマーを意味する。例えば、本発明において使用するアクリル系樹脂の構成モノマーとしては、(メタ)アクリル酸のアルキルエステルであることが好ましく、このエステルにおけるアルキル基は炭素数1から10が好ましく、1から8が特に好ましく、このアルキル基に官能基が導入されていてもよく、このアルキル基が環式基であってもよい。このような構成モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸i-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸i-ブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル等が挙げることができる。
【0029】
アクリル樹脂の樹脂形態は、乳化重合法にて製造することができるアクリルエマルジョン樹脂及び通常の有機溶媒中での溶液重合法により製造することができる水系アクリルディスパージョン樹脂が挙げられる。
【0030】
-アクリル樹脂の重量平均分子量Mw-
アクリル系樹脂の重量平均分子量Mwは、特に限定されるものではないが、5万以上であることが好ましく、10万以上であることがより好ましい。
アクリル樹脂の重量平均分子量Mwの測定は、TSKgelカラム SuperMultiporeHZ-M(東ソー(株)社製)を用い、示差屈折率(RI)検出器を装備したSEC(サイズ排除クロマトグラフィー、商品名「HLC-8420GPC」、東ソー株式会社製)により求めることができる。SECの条件として、展開溶媒にテトラヒドロフランを用い、流速0.35ml/分、温度40℃にて測定を行い、TSK標準ポリスチレン(東ソー株式会社製)を標準物質として用いる。一般的に乳化重合により得られたエマルション樹脂は分子量が大きくなりやすく、特に架橋構造を有するエマルジョン樹脂はゲル浸透クロマトグラフィーで正確に測定することができないため、本明細書では10万以上とする。
【0031】
-アクリル樹脂の水酸基価-
本発明の水系塗料組成物において、1液型塗料とする場合、アクリル樹脂の固形分における水酸基価は2%以下であることが好ましい。アクリル樹脂の固形分水酸基価が2%を超えると、水酸基が塗膜中に多く残存するため耐水性が低下する。
【0032】
(ウレタン樹脂)
本発明の水系塗料組成物に用いるウレタン樹脂は、従来公知のウレタン樹脂を特に制限されることなく使用することができる。例えば、脂肪族ジイソシアネート化合物、脂環族ジイソシアネート化合物及び芳香族ジイソシアネート化合物から成る群から選ばれる少なくとも1種のジイソシアネート化合物と、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオールから成る群から選ばれる少なくとも1種のポリオール化合物とを反応させてなるウレタン樹脂;上記アクリル樹脂、ポリエステル樹脂又はエポキシ樹脂にジポリイソシアネート化合物を反応させて高分子量化したウレタン樹脂;などを挙げることができる。
【0033】
<光輝顔料又は着色顔料>
本発明の水系塗料組成物は、光輝顔料又は着色顔料の少なくとも一方を含有する。
光輝顔料及び着色顔料は、塗膜の着色やツヤ、塗装作業性、塗膜の強度、物性等に応じて適宜選択する。
【0034】
(光輝顔料)
光輝顔料とは、光の反射や干渉により、塗膜に金属光沢を生じさせる顔料を意味し、例えば、アルミニウム粉顔料、ニッケル粉顔料、金粉、銀粉、ブロンズ粉、銅粉、ステンレス粉顔料、マイカ(雲母)顔料、グラファイト顔料、ガラスフレーク顔料や、金属コーティングした硝子粉、金属コーティングしたマイカ粉、金属コーティングしたプラスチック粉、鱗片状酸化鉄顔料等が挙げることができ、特にアルミニウム顔料であることが好ましい。光輝顔料は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよく、塗料組成物の固形分中に5質量%以上30質量%以下であることが好ましく、7質量%以上20質量%以下であることが更に好ましい。
【0035】
(着色顔料)
着色顔料としては、特に限定されるものではなく、塗料業界において通常使用されている顔料を使用できる。具体例としては、二酸化チタン、酸化鉄、カーボンブラック等の無機顔料やフタロシアニン系顔料、アゾ系顔料等の有機顔料が挙げることができる。着色顔料は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよく、塗料組成物の固形分中に30質量%以上70質量%以下であることが好ましく、40質量%以上60質量%以下であることが更に好ましい。
【0036】
(体質顔料)
本発明の水系塗料組成物は、体質顔料を含有してもよい。体質顔料としては、例えば、シリカ、タルク、マイカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、クレー等を挙げることができる。中でも、吸油量5~30ml/g、より好ましくは5~20ml/gの体質顔料を含むことで、比較的高い固形分の塗料組成物とした場合であっても粘度が高くなり難くなるため、塗装作業性に優れ、且つ目標の膜厚を得るために塗装する塗料組成物の量を減らすことができる。
本発明の水系塗料組成物において、固形分中の体質顔料の量は、1質量%以上50質量%以下であることが好ましい。体質顔料は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、体質顔料は、塗膜の光沢を調整する観点から使用される場合がある。
【0037】
<その他の成分>
本発明の水系塗料組成物は、本発明の効果を損なわない範囲内で、架橋成分、揺変剤、分散剤、増粘剤、中和剤、消泡剤、表面調整剤、乳化剤、界面活性剤、シランカップリング剤、pH調整剤、防腐剤等の塗料分野において慣用される各種添加剤を添加してもよい。
【0038】
(架橋成分)
本発明の水系塗料組成物は、被塗物が金属である場合には、高温での焼付が可能であるため、水酸基価が高いアクリル樹脂、アミノ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等を含有してもよい。
また、本発明の水系塗料組成物には、常温での塗料貯蔵安定性を向上させる場合、又は耐熱性に優れたポリイミド等のプラスチック素材に塗布乾燥する場合に、ブロック化ポリイソシアネートを用いることができる。貯蔵性、及び、水系アクリル樹脂と均一に混合し易いといった作業性の観点から、水分散性のブロック化ポリイソシアネートを用いることがより好ましい。
【0039】
(揺変剤)
本発明の水系塗料組成物は、揺変剤としては、従来公知の揺変剤を特に制限されることなく使用することができる。例えば、高分子会合型揺変剤、アルカリ増粘型揺変剤、ポリアマイド型揺変剤、ポリエチレン型揺変剤、ベントナイト型揺変剤等を挙げることができる。なかでも、高分子会合型揺変剤、アルカリ増粘型揺変剤、及びポリアマイド型揺変剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。揺変剤は、塗料に揺変性を与えるため、塗装時のタレが生じにくく、塗装1回当たりの膜厚を厚くすることが可能であり、更に塗装中の塗料粘度を下げることにより作業性を高める等の目的で添加される。揺変剤は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0040】
-揺変剤の固形分量-
水系塗料組成物の測定温度25℃における粘度を65KUに調整したとき、水系塗料組成物中の揺変剤の固形分量は、0.1質量%以上1.0質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以上0.9質量%以下であることがより好ましい。揺変剤の含有量が前記範囲であると、後述する粘性挙動が得られやすくなることから、塗装作業性に優れ、優れた外観を有する塗膜が形成可能となる。
【0041】
揺変剤の市販品としては、例えば、商品名「AS1130」、「AS1137」、「AS1180」(以上、BASF社製)、商品名「RHEOBYK H7625VF」、「RHEOBYK L1400VF」、「RHEOBYK-420」、「RHEOBYK-425」(以上、ビックケミー社製)、商品名「ACRYSOL RM-8W」、「ACRYSOL RM-12W」(以上、DOW Chemical社製)、商品名「Thixol 53L」、「Viscoatex 46」、「Viscoatex 146」、「Viscoatex 730」、「Viscoatex146」、「Lheotech 4800」、「Coapur XS83」、「Coapur 6050」、「Coapur 830W」、「BR100P」(以上、COATEX社製)、商品名「ノパール3303」(サンノプコ株式会社製)、商品名「ディスパロン4200-20」(楠本化成株式会社製)等を挙げることができる。
【0042】
(分散剤)
分散剤としては、特に限定されず、水性塗料用に市販されているBYKシリーズ(ビックケミー社製)やEFKAシリーズ(エフカケミカル社製)、フローレンシリーズ(共栄社化学社製)等を使用することができる。
【0043】
(中和剤)
本発明の水系塗料組成物は、アンモニア又はアミン系中和剤で中和しておくことが耐水性、分散安定性、反応性、耐候性、耐汚染性等の点から好ましい。アミン系中和剤としては、酸性基を中和することができれば特に制限はなく、例えば、ジエチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、イシプロピルエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、2-アミノ-2-メチルプロパノール、2-(ジメチルアミノ)-2-メチルプロパノール、モルホリン、N-メチルモルホリン及びN-エチルモルホリン等が挙げることができる。中和剤は、中和後の水系塗料組成物のpHが6.5~9.0程度となるような量で添加することが好ましい。
【0044】
(消泡剤)
本発明の水系塗料組成物は、消泡剤を含んでもよい。消泡剤は市販されているものを適宜使用できるが、中でも臭気が少ないものを使用するのが好ましい。消泡剤は、一般にキャリアオイルによってミネラルオイル系、シリコーン系、ポリエーテル系などに分類され、通常、キャリアの他、疎水性シリカ、ワックス、アマイド、金属石鹸等の核剤を構成成分として含むものである。
本発明の水系塗料組成物中の消泡剤の量は、0.01質量%以上5質量%以下であることが好ましい。消泡剤は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0045】
(表面調整剤)
表面調整剤としては、表面調整剤としては、シリコーン系、アクリル系、ビニル系、フッ素系等の表面調整剤を挙げることができる。表面調整剤は、得られる塗膜の金属光沢感、耐水性等の観点から、シリコーン系の表面調整剤が好ましい。シリコーン系の表面調整剤としては、ポリジメチルシロキサンやこれを変性した変性シリコーンが使用される。変性シリコーンとしては、ポリエーテル変性シリコーン、アクリル変性シリコーン、ポリエステル変性シリコーンなどが挙げられる。表面調整剤は一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
表面調整剤の市販品としては、商品名「SURFYNOL SF104BC」(アセチレンジアルコール系表面調整剤、EVONIK社製)などを挙げることができる。
【0046】
<水系塗料組成物中の固形分量>
水系塗料組成物中の固形分濃度は、65KU(mPa換算で約430mPa・s)に調整したとき、5質量%以上30質量%以下であることが好ましく、7質量%以上25質量%以下であることがより好ましい。
【0047】
<粘度>
本発明の水系塗料組成物の粘度は、塗装方法や塗装条件により異なるが、例えば、ベル型塗装ガンを用いた回転ディスク塗装の場合、測定温度25℃において、60KU以上70KU以下(mPa換算で、約0.30Pa・s以上約0.58Pa・s以下)の範囲で好適に使用することが可能であり、エアスプレー塗装の場合、測定温度25℃において、40KU以上50KU以下(mPa換算で、約0.10Pa・s以上約0.18Pa・s以下)で好適に使用することができる。粘度の調整には、水等の希釈剤を用いることができる。
水系塗料組成物の塗装時の粘度が40KU以上70KU以下であると、例えば、自動車部品等の凹凸又は流形の被塗物の塗装に適している。
水系塗料組成物の粘度は、JIS K 5600-2-2:1999に準拠し、測定温度25℃において、ストーマー粘度計で測定する値とする。
【0048】
<粘性挙動>
本発明の水系塗料組成物の粘性挙動について説明する。
本発明の水系塗料組成物は、測定温度25℃における粘度を65KUに調整したとき、下記(a)及び(b)の粘性挙動を有するものである。
(a)せん断速度を1000sec-1としてから60秒間経過後の時間T1におけるせん断粘度V1と、時間T1において、せん断速度を0.1sec-1とし、時間T1から1秒後の時間T2におけるせん断粘度V2との比であるV2/V1が、10以上である。
(b)時間T2におけるせん断粘度V2と、時間T2から1秒後の時間T3におけるせん断粘度V3との比であるV3/V2が、1.3以上である。
【0049】
各時間におけるせん断粘度は、レオメーター(Anton Parr社製レオメーターMCR)等を用い、液温を25℃に調整した後測定した値とする。
【0050】
「せん断速度を1000sec-1とする」とは、塗装時の高いせん断速度の状態を意味する。
測定温度25℃における粘度を65KUに調整したとき、せん断速度が1000sec-1の場合の時間T1における水系塗料組成物のせん断粘度V1は、0.01Pa・s以上0.5Pa・s以下であることが好ましく、0.01Pa・s以上0.2Pa・s以下であることが更に好ましい。このような高いせん断速度の場合に、せん断粘度V1が上記範囲のような低粘度であることは、塗装時の作業性が良好であることを意味する。
【0051】
次に、「せん断速度を1000sec-1としてから60秒間経過後の時間T1において、せん断速度を0.1sec-1としたとき」とは、塗装後の静置時等の低いせん断速度の状態を意味する。
せん断速度を0.1sec-1とした時間T1から1秒後の時間T2におけるせん断粘度V2は、1.5Pa・s以上10Pa・s以下であることが好ましく、1.5Pa・s以上6Pa・s以下であることが更に好ましい。せん断粘度V2が上記範囲であると、塗装直後の未乾燥塗膜中において、顔料が均一に並びやすく、塗膜形成後の外観が良好である。
【0052】
さらに、時間T2から1秒後の時間T3におけるせん断粘度V3は、2Pa・s以上15Pa・s以下であることが好ましく、2Pa・s以上8Pa・s以下であることが更に好ましい。せん断粘度V3が上記範囲であると、塗装後のタレ性及び塗装外観が良好である。
【0053】
本発明の水系塗料組成物は、せん断粘度V1とせん断粘度V2の比であるV2/V1が、10以上であることにより(上記(a))、塗装後1秒以内での粘度の上昇が顕著であるため、顔料が均一に並びやすく、外観に優れる塗膜を得ることができる。
V2/V1は、15以上であることがより好ましく、20以上が更に好ましい。
【0054】
本発明の水系塗料組成物は、せん断粘度V2とせん断粘度V3との比であるV3/V2が1.3以上であることにより(上記(b))、塗料の垂れがなく、外観が良好な塗膜を得ることができる。
V3/V2は、1.4以上3.0以下であることがより好ましい。
【0055】
[複層塗膜形成方法]
本発明の複層塗膜形成方法は、被塗物上に、本発明の水系塗料組成物を塗装し、未乾燥のベース塗膜を形成するベース塗膜形成工程、得られた未乾燥のベース塗膜の上に、上塗塗料組成物を塗装し、未乾燥の上塗塗膜を形成する上塗塗膜形成工程、及び、得られたベース塗膜及び上塗塗膜を同時に乾燥させて複層塗膜を形成する乾燥工程を有する複層塗膜形成方法である。
【0056】
<被塗物>
本発明の水系塗料組成物が対象とする被塗物は、エポキシ樹脂、ABS樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリル樹脂、例えばポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリオレフィン、例えばポリプロピレン(PP)等のプラスチック基材、鉄鋼、亜鉛めっき鋼、錫めっき鋼、ステンレス鋼、マグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金等の金属基材、セメント、モルタル、コンクリート、スレート、石膏、ケイ酸カルシウム、ガラス、セラミック、炭酸カルシウム、大理石、人工大理石等の金属以外の無機質基材、木材等の木質基材、これら基材の2種以上の材料を組み合わせたような複合基材等が挙げることができる。また、複合基材としては、例えば、木繊維補強セメント板、繊維補強セメント板、繊維補強セメント・珪酸カルシウム板等の複合基材、各種表面処理、例えば酸化処理が施された金属基材、その表面が無機物で被覆されているようなプラスチック基材(例えば、ガラス質で被覆されたプラスチック基材)等が挙げることができる。さらに、上記基材は、各種表面処理が施されていてもよいし、基材表面の少なくとも一部に導電性プライマー等の下塗塗膜や旧塗膜(本発明の塗料組成物の塗装を行う前に既に形成されている塗膜)が存在していてもよい。
【0057】
<上塗塗料組成物>
上塗塗料組成物としては、特に限定はなく、通常使用される上塗塗料を使用することができる。上塗塗料に使用する樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、有機変性シリコーン系樹脂(例えば、アクリルシリコーン系樹脂)、ポリエステル系樹脂及びメラミン系樹脂等を挙げることができ、特にアクリル系樹脂、ウレタン系樹脂を使用することが好ましい。また、本発明の水系塗料組成物から形成される塗膜の外観を活かすため、上塗塗料組成物はクリアー塗料であることが好ましい。
【0058】
水系塗料組成物及び上塗塗料組成物を塗布する方法としては、特に制限はなく、エアースプレー塗装、エアレススプレー塗装、回転ディスク塗装等の公知の方法を採用することができる。また、塗装時に静電をかけることにより、塗着効率を上げる方法でもよい。
【0059】
本発明の水系塗料組成物の乾燥膜厚は、例えば5μm以上40μm以下であることが好ましく、5μm以上30μm以下であることがより好ましい。乾燥塗膜が5μm以上であることにより、薄過ぎず連続で均一膜を得られ易く、また下地の色を完全に隠蔽することができる。一方、乾燥塗膜が40μm以下であることにより、乾燥時にいわゆるワキやタレといった不具合が発生しにくいので、正常な乾燥塗膜が得られる。
【0060】
本発明のベース塗膜形成工程の前に、被塗物上にプライマーを形成する工程を有してもよい。プライマーとしては、例えば、静電塗装の塗着効率の点から、導電プライマーが塗装されていることが好ましい。本発明の塗料組成物をベースコート塗料として塗装する際には、導電プライマーの乾燥膜厚が10~100μmになるように塗装することが好ましい。
【実施例0061】
以下に、実施例及び比較例により本発明を詳述するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0062】
[実施例1から実施例14、比較例1から比較例6]
実施例及び比較例の塗料組成物の調製について説明する。塗料組成物に用いる原料と配合量を表1から表3に示す。表内の数値は、質量%である。ここで、固形分とは、塗膜形成時に塗膜中に残存する成分を指す。
表1から表3に示す各原料を、ディスパーにて均一に分散するよう混合して各塗料組成物を得た。
【0063】
表1に記載した原料の詳細は、以下のとおりである。
(1)樹脂
・アクリル樹脂:NeoCry A639(DSM社製、固形分:45%、水酸基価:1.0%未満)
・ウレタン樹脂1:DAOTAN TW6450/30WA(ダイセル・オルネクス社製、固形分:35%)
・ウレタン樹脂2:Bayhydrol UH2606(Covestro社製、固形分:35%)
・ウレタン樹脂3:ウォーターゾールWTW-315(DIC社製、固形分:41.5%)
・メラミン樹脂:Maprenal MF 927/70IB(Prefere Resins社製、固形分:70%)
【0064】
(2)顔料
・光輝顔料:EMR-DZ460(東洋アルミニウム社製、NV:56%、シリカコートアルミニウム顔料)
・着色顔料:R960(デュポン社製、二酸化チタン)
・体質顔料:BF-21(堺化学社製、硫酸バリウム)
【0065】
(3)揺変剤
・アルカリ増粘型揺変剤1:AS1137(BASF社製、NV:30%)
・アルカリ増粘型揺変剤2:AS1180(BASF社製、NV:30%)
・アルカリ増粘型揺変剤3:Viscoatex 146(COATEX社製、NV:28%)
・疎水性ウレタン会合型:Coapur 6050(COATEX社製、NV:50%)
・ウレタン会合型:RHEOBYK-425(ビックケミー社製、NV:50%)
【0066】
(4)その他添加剤
・分散剤1:XL250(オルネクス社製、NV:47%)
・分散剤2:DISPERBYK-190(ビックケミー社製、NV:40%)
・消泡剤:BYK024(ビックケミー社製、NV:96%)
・表面調整剤:SURFYNOL SF104BC(EVONIK社製、NV:49%)
【0067】
(5)溶剤
・水溶性有機溶剤1:エチレングリコールモノブチルエーテル(沸点:171℃、SP値:20.8)
・水溶性有機溶剤2:ジメチルアミノエタノール
・水溶性有機溶剤3:ブタノール
・水溶性有機溶剤4:トリエチレングリコールブチルメチルエーテル(沸点:261℃、SP値:16.6)
・水溶性有機溶剤5:ジエチレングリコールジエチルエーテル(沸点:189℃、SP値:17.8)
・非水溶性有機溶剤1:ジエチレングリコールブチルメチルエーテル(沸点:212℃、SP値:16.1)
・水溶性有機溶剤6:エチレングリコールモノメチルエーテル(沸点:124℃、SP値:24.8)
・水溶性有機溶剤7:エチレングリコールジメチルエーテル(沸点:85℃、SP値:17.6)
【0068】
[塗料性状及び塗膜外観の評価]
上記実施例及び比較例で得られた各塗料組成物について、以下の評価を行った。評価結果を表1から表3に示す。
なお、「粘度調整後(65KU)における塗料性状」とは、各塗料組成物100質量部に対して、ストーマー粘度が65KUとなるまで水を加えたときの塗料性状であり、加えた水の量を希釈量とした。粘度調整時の粘度は、デジタルストーマー粘度計(KU2、BROOK FIELD社製)を用いて、25℃における粘度を測定した。
また、各時間におけるせん断粘度は、レオメーター(Anton Parr社製レオメーターMCR等)を用い、液温を25℃に調整した後測定した。
【0069】
(ベル塗装における塗膜外観)
上記実施例及び比較例で得られた各塗料組成物について、粘度を65KUに調整した後、「マイティロボベル21回転霧化式静電塗装機」(CFTランズバーグ社製)を用いて乾燥膜厚が10μmとなるよう下記塗装条件にてポリプロピレン板へ塗装を行った。
<塗装条件>
温度/湿度:25℃/70RH%
ベルカップ径:Φ70
吐出量:168cc/min
ベル回転数:40000rpm
シェービングエア(in):200kPa
シェービングエア(out):200kPa
印可電圧:-60KV
塗装回数:6パス(3パス後、82秒間のインターバルを置き、再度3パス)
【0070】
塗膜の仕上がり外観を目視で観察し、以下の評価基準で評価した。
<評価基準>
A:目視にて塗膜の色にムラがなく、塗膜表面の凹凸も確認できず、塗装外観に優れる。
B:目視にて塗膜の色に一部ムラが認められるが、塗膜表面の凹凸は確認できず、塗装外観に実用上の問題はない。
C:目視にて塗膜の色にムラが認められ、塗膜表面にも凹凸が確認できる。
【0071】
(ベル塗装直後のタレ性)
上記実施例及び比較例で得られた各塗料組成物について、上記塗装条件にて塗装を行い、180秒間静置した後、ポリプロピレン板を垂直になるよう立てかけ、下記の基準に従ってタレ性を評価した。
<評価基準>
A:タレが無く表面が平滑かつ均一である。
B:タレに至らないわずかな塗料のたるみが認められる。
C:タレが生じ、部分的に下地の透けが認められる。
【0072】
(スプレー塗装における塗膜外観)
上記実施例及び比較例で得られた各塗料組成物について、エアスプレーにて塗装が可能な粘度まで水により希釈し、エアスプレーを用いて25℃/70RH%の条件下で乾燥膜厚が10μmとなるようポリプロピレン板へ塗装を行い、その仕上がり外観観察結果から次の基準で評価を実施した。
<評価基準>
A:目視にて塗膜の色にムラがなく、塗膜表面の凹凸も確認できず、塗装外観に優れる。
B:目視にて塗膜の色に一部ムラが認められるが、塗膜表面の凹凸は確認できず、塗装外観に実用上の問題はない。
C:目視にて塗膜の色にムラが認められ、塗膜表面にも凹凸が確認できる。
【0073】
(基材との付着性試験)
上記実施例及び比較例で得られた各塗料組成物について、エアスプレーにて塗装が可能な粘度まで水により希釈し、エアスプレーを用いて25℃/70RH%の条件下で乾燥膜厚が20μmとなるようABS板(150mm×70mm×2mm)へ塗装を行い、100℃で30分間乾燥させて試験体を作製した。JIS K5600-5-6:1999に準じ、各試験体の塗膜表面にカッターで切り込みをいれて、2mm角の碁盤目を100マス目作り、その上に粘着テープを貼り付けた後、強制的に剥離する試験を行い、100個のマス目のうち残存したマス目の数をカウントし、次の基準で評価を実施した。尚、100/100は、塗膜のはく離面積が0%である場合を示し、例えば、80/100は、塗膜のはく離面積が20%である場合を示す。
<評価基準>
AA:100/100
A:90/100~99/100
B:70/100~89/100
C:69/100以下
【0074】
【0075】
【0076】
【0077】
表1から表3に示すように、V2/V1が、10以上であり、かつV3/V2が、1.3以上である実施例では、塗装外観(ベル塗装)、塗装直後のタレ性(ベル塗装)、塗装外観(エアスプレー塗装)の全てにおいて、良好な結果が得られた。また、高沸点且つ基材に対する溶解性が高い有機溶剤を添加した実施例15~17では、ABS基材に対して優れた付着性を有するという結果が得られた。