(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-09
(45)【発行日】2022-03-17
(54)【発明の名称】塗料組成物、塗料材料、硬化膜、硬化膜を備えた物品および硬化膜を備えた物品の製造方法
(51)【国際特許分類】
C09D 133/24 20060101AFI20220310BHJP
C09D 7/63 20180101ALI20220310BHJP
C09D 133/14 20060101ALI20220310BHJP
C09D 4/06 20060101ALI20220310BHJP
C09K 3/18 20060101ALI20220310BHJP
【FI】
C09D133/24
C09D7/63
C09D133/14
C09D4/06
C09K3/18
(21)【出願番号】P 2018526271
(86)(22)【出願日】2017-09-22
(86)【国際出願番号】 JP2017034260
(87)【国際公開番号】W WO2019058498
(87)【国際公開日】2019-03-28
【審査請求日】2020-07-08
(73)【特許権者】
【識別番号】392007566
【氏名又は名称】ナトコ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110928
【氏名又は名称】速水 進治
(72)【発明者】
【氏名】金原 文子
(72)【発明者】
【氏名】江藤 嘉則
【審査官】松原 宜史
(56)【参考文献】
【文献】特表2002-514673(JP,A)
【文献】特開2015-140423(JP,A)
【文献】特開2003-012966(JP,A)
【文献】特開昭63-273668(JP,A)
【文献】国際公開第2008/056678(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C09D 1/00-201/10
C09K 3//18
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アセトアセトキシ基を有する構造単位(a1)およびアミド基を有する構造単位(a2)を含む(メタ)アクリル樹脂(A)、
硬化剤(B)、および、
界面活性剤(C)
を含
み、
前記硬化剤(B)が、多官能(メタ)アクリレート化合物を含む塗料組成物。
【請求項2】
請求項1に記載の塗料組成物であって、
前記塗料組成物を用いて形成した膜厚10μmの硬化膜に水を接触させてから1秒後の接触角θ
1が70°以下である塗料組成物。
【請求項3】
請求項2に記載の塗料組成物であって、
前記塗料組成物を用いて形成した膜厚10μmの硬化膜に水を接触させてから20秒後の接触角をθ
2としたとき、θ
1-θ
2の値が5°以上であり、かつ、θ
2の値が45°以下である塗料組成物。
【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載の塗料組成物であって、
前記界面活性剤(C)が、ジアルキルスルホコハク酸塩、両性化合物、ショ糖脂肪酸エステルおよびフッ素系ノニオン化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む塗料組成物。
【請求項5】
請求項1~3のいずれか1項に記載の塗料組成物であって、
前記界面活性剤(C)が、少なくとも1種のアニオン性界面活性剤と、少なくとも1種のノニオン性界面活性剤とを含む塗料組成物。
【請求項6】
請求項1~
5のいずれか1項に記載の塗料組成物であって、
さらに、塩基性化合物(D)を含む塗料組成物。
【請求項7】
第1容器に収容された第1塗料前駆体組成物と、第2容器に収容された第2塗料前駆体組成物とを含む塗料材料であって、
前記第1塗料前駆体組成物が、アセトアセトキシ基を有する構造単位(a1)およびアミド基を有する構造単位(a2)を有する(メタ)アクリル樹脂(A)を含み、硬化剤(B)を含まず、
前記第2塗料前駆体組成物が、硬化剤(B)を含み、前記(メタ)アクリル樹脂(A)を含まず、
前記第1塗料前駆体組成物および/または前記第2塗料前駆体組成物が、界面活性剤(C)を含
み、
前記硬化剤(B)が、多官能(メタ)アクリレート化合物を含む塗料材料。
【請求項8】
請求項1~
6のいずれか1項に記載の塗料組成物の硬化膜。
【請求項9】
請求項
8に記載の硬化膜を備えた物品。
【請求項10】
請求項1~
6のいずれか1項に記載の塗料組成物を基材に塗装する塗装工程と
基材に塗装された前記塗料組成物を加熱して前記塗料組成物を硬化させる熱硬化工程と
を含む硬化膜を備えた物品の製造方法。
【請求項11】
請求項1~
6のいずれか1項に記載の塗料組成物を基材に塗装する塗装工程と
基材に塗装された前記塗料組成物に活性光線を照射して前記塗料組成物を硬化させる光硬化工程と
を含む硬化膜を備えた物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、塗料組成物、塗料材料、硬化膜、硬化膜を備えた物品および硬化膜を備えた物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
窓ガラス、レンズ、鏡などの物品が、湿気の多い場所で「曇る」ことを防ぐための技術が種々検討されている。特に、物品表面に塗装して硬化させることにより、防曇性の硬化膜を形成可能な組成物(防曇用の塗料組成物)が盛んに検討されている。
【0003】
例えば、特許文献1には、共重合体と、多官能ブロックイソシアネート化合物と、界面活性剤とを必須成分とする組成物が記載されている。より具体的には、実施例においては、N,N-ジメチルアクリルアミド、ブチルアクリレートおよび2-ヒドロキシアクリレートの共重合体、多官能ブロックイソシアネート化合物、ジ(2-エチルヘキシル)スルホコハク酸ナトリウム(界面活性剤)等を含む組成物が記載されている。
【0004】
別の例として、特許文献2には、親水性重合体部分および疎水性重合体部分を有するブロック又はグラフト共重合体を含む組成物が記載されている。より具体的には、実施例において、N,N-ジメチルアクリルアミド、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、N-メチロールアクリルアミド等から合成されたブロック共重合体、リン酸ジイソブチルエステル(触媒)、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム(界面活性剤)等を含む組成物が記載されている。
【0005】
更に別の例として、特許文献3には、特定のアクリル樹脂(アセトアセトキシ基及びメタクリロイルオキシ基を有するモノマーに由来するモノマー単位と、(メタ)アクリルアミド基を有するモノマーに由来するモノマー単位と、ポリジメチルシロキサン鎖とを有するアクリル樹脂)と、多官能性モノマーとを含む塗料組成物が記載されている。より具体的には、実施例において、ジメチルアクリルアミド、2-アセトアセトキシエチルメタクリレート、片末端メタクリレート変性ポリジメチルシロキサンおよびメタクリル酸メチルの共重合体、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジアザビシクロウンデセン等を含む塗料組成物が記載されている。また、特許文献3の比較例においては、ジメチルアクリルアミド、2-アセトアセトキシエチルメタクリレートおよびメタクリル酸メチルの共重合体、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジアザビシクロウンデセン等を含む塗料組成物が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2016-169287号公報
【文献】特開2017-008217号公報
【文献】特開2015-140423号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記のように、防曇用の塗料組成物は盛んに検討されている。
しかしながら、市場においては、防曇用の塗料組成物の更なる改良が求められている。例えば、単に防曇性能が良好なだけでなく、防曇性の硬化膜が物品表面に十分に強く密着して剥がれにくいなど、耐久性が良好な防曇性の硬化膜を形成可能な塗料組成物が求められている。
【0008】
よって、本発明は、耐久性に優れ、かつ、防曇性能が良好な硬化膜を形成可能な塗料組成物を提供することを目的の1つとする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、検討の結果、以下に提供される発明をなし、上記課題を達成できることを見出した。
【0010】
本発明によれば、
アセトアセトキシ基を有する構造単位(a1)およびアミド基を有する構造単位(a2)を含む(メタ)アクリル樹脂(A)、
硬化剤(B)、および、
界面活性剤(C)
を含む塗料組成物が提供される。
【0011】
また、本発明によれば、
第1容器に収容された第1塗料前駆体組成物と、第2容器に収容された第2塗料前駆体組成物とを含む塗料材料であって、
前記第1塗料前駆体組成物が、アセトアセトキシ基を有する構造単位(a1)およびアミド基を有する構造単位(a2)を有する(メタ)アクリル樹脂(A)を含み、硬化剤(B)を含まず、
前記第2塗料前駆体組成物が、硬化剤(B)を含み、前記(メタ)アクリル樹脂(A)を含まず、
前記第1塗料前駆体組成物および/または前記第2塗料前駆体組成物が、界面活性剤(C)を含む塗料材料が提供される。
【0012】
また、本発明によれば、
前記塗料組成物の硬化膜が提供される。
【0013】
また、本発明によれば、
前記硬化膜を備えた物品が提供される。
【0014】
また、本発明によれば、
前記塗料組成物を基材に塗装する塗装工程と
基材に塗装された前記塗料組成物を加熱して前記塗料組成物を硬化させる熱硬化工程と
を含む硬化膜を備えた物品の製造方法が提供される。
【0015】
また、本発明によれば、
前記塗料組成物を基材に塗装する塗装工程と
基材に塗装された前記塗料組成物に活性光線を照射して前記塗料組成物を硬化させる光硬化工程と
を含む硬化膜を備えた物品の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、耐久性に優れ、かつ、防曇性能が良好な硬化膜を形成可能な塗料組成物を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本明細書中、数値範囲の説明における「a~b」との表記は、特に断らない限り、a以上b以下のことを表す。
本明細書における基(原子団)の表記において、置換か無置換かを記していない表記は、置換基を有しないものと置換基を有するものの両方を包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有しないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書における「(メタ)アクリル」との表記は、アクリルとメタアクリルの両方を包含する概念を表す。「(メタ)アクリレート」等の類似の表記についても同様である。
【0018】
<塗料組成物>
本実施形態の塗料組成物は、アセトアセトキシ基を有する構造単位(a1)およびアミド基を有する構造単位(a2)を含む(メタ)アクリル樹脂(A)、硬化剤(B)、および、界面活性剤(C)を含む。
なお、以下において、(メタ)アクリル樹脂(A)を「樹脂(A)」とも表記する。また、アセトアセトキシ基を有する構造単位(a1)を「構造単位(a1)」とも、アミド基を有する構造単位(a2)を「構造単位(a2)」とも表記する。
【0019】
本実施形態の塗料組成物により、防曇性能が良好で、かつ、耐久性に優れた硬化膜を形成可能な理由は、必ずしも全てが明らかではないが、以下のように説明することができる。
【0020】
まず、硬化膜の耐久性について説明する。
樹脂(A)が含むアセトアセトキシ基(CH3-CO-CH2-CO-O-)のメチレンの水素は、2つの電子求引性基(CO:カルボニル基)で挟まれていることにより、酸性度が高く、解離しやすい。つまり、アセトアセトキシ基のメチレンの水素が解離し、2つのカルボニル基の間にカルボアニオンまたはラジカルが発生しやすい。この発生したカルボアニオンまたはラジカルが、硬化剤(B)とよく反応し、架橋構造を形成する結果、耐久性に優れた硬化膜が形成されると考えられる。
特に、アセトアセトキシ基が硬化剤(B)と反応して形成される架橋構造は化学的に強く、逆反応等により分解しづらいと考えられる。よって優れた耐久性が得られると考えられる。
【0021】
ここで、特許文献1の実施例においては、樹脂中の2-ヒドロキシアクリレート等が有するヒドロキシ基と多官能ブロックイソシアネート化合物とが反応してウレタン結合が生じ、架橋構造が形成されると考えられる。ウレタン結合は、経時により加水分解することが知られており、本実施形態の塗料組成物に比べれば耐久性がやや劣る可能性がある。
また、特許文献2の実施例においては、硬化剤が単独の成分として組成物中に含まれていない。よって、本実施形態の塗料組成物に比べれば、硬化が不十分で耐久性がやや劣る可能性がある。
【0022】
次に、硬化膜の防曇性能について説明する。
樹脂(A)に含まれるアミド基は、親水性が大きく、水分を抱え込みやすい。すなわち、湿気がある場所では、アミド基があることにより硬化膜が水を吸収し、防曇性が得られると考えられる。
ここで、硬化膜が吸収した水の量が一定量を超えた場合は、吸収された水の一部が硬化膜の表面で微細な水滴となり、そのままでは曇りの原因となる可能性がある。しかし本実施形態においては、硬化膜中に界面活性剤(C)が存在することで、硬化膜に吸収された水の表面張力が低下する。すると、硬化膜に吸収された水は「水滴」とはならず、硬化膜の表面に薄く一様に広がることとなる。
つまり、樹脂(A)中のアミド基と界面活性剤(C)との組み合わせにより、その相乗作用として、(1)まず、硬化膜が水を吸収し、(2)次に、その水が硬化膜表面に「一様に広がる」、という流れができ、結果、湿気が多い場合でも曇りが十分に抑えられると考えられる。
【0023】
ここで、特許文献3の「発明が解決しようとする課題」の欄には、防曇性の塗料組成物によって形成された塗膜が界面活性剤を含む場合は「上記塗膜の表面に形成された水膜中に界面活性剤が溶け出す場合がある。溶け出した界面活性剤は、その後水膜中の水が乾燥することによって、上記塗膜の上に析出してしまい水垂れ跡として残る傾向がある。」と、界面活性剤の使用には問題がある旨が記載されている(特許文献3の段落0008参照)。つまり、特許文献3においては、界面活性剤の使用は否定的に捉えられており、まして、上述の「樹脂中のアミド基と界面活性剤との相乗作用」については記載も示唆もされていないと考えられる。
また、特許文献3の発明は、組成物が含む樹脂が、撥水的な性質を有する「ポリジメチルシロキサン鎖」を含むことが特徴である。つまり、膜自体をそもそも撥水的に設計する思想であり、上述の「水を吸収することによる防曇」とは思想を異にするものと考えられる。
【0024】
本実施形態の塗料組成物の含有成分について説明する。
[樹脂(A)]
本実施形態の塗料組成物は、樹脂(A)、すなわち、アセトアセトキシ基を有する構造単位(a1)およびアミド基を有する構造単位(a2)を含む(メタ)アクリル樹脂)を含む。
上述のように、構造単位(a1)が主として架橋反応に関与し、また、構造単位(a2)が主として水(湿気)の吸収に関与しているものと考えられる。
樹脂(A)は、典型的には、構造単位(a1)および構造単位(a2)のそれぞれに対応するモノマーを重合させることで得ることができる。重合方法の詳細については後に述べる。
【0025】
なお、本実施形態においては、樹脂(A)を構成する構造単位の100%が、(メタ)アクリル系のモノマーに由来する構造単位でなくてもよい。すなわち、樹脂(A)は、(メタ)アクリル系ではないモノマーに由来する構造単位を一部(全部ではない)含んでいてもよい。例えば、構造単位(a1)および/または構造単位(a2)に対応するモノマーが、(メタ)アクリル構造を含まないモノマーである場合も本実施形態から排除はされない。
ただし、(メタ)アクリル構造に由来する効果を十二分に得る観点では、樹脂(A)は、全構造単位中の50質量%以上が、(メタ)アクリル系のモノマーに由来する構造単位であることが好ましい。より好ましくは、樹脂(A)の全構造単位中の80質量%以上が、(メタ)アクリル系のモノマーに由来する構造単位である。さらに好ましくは、樹脂(A)の全ての(100%の)構造単位が、(メタ)アクリル系のモノマーに由来する構造単位である。
【0026】
構造単位(a1)に対応するモノマーは特に限定されないが、例えば、アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート(AAEM)、アセトアセトキシプロピル(メタ)アクリレート、アセトアセトキシブチル(メタ)アクリレート、2,3-ジ(アセトアセトキシ)プロピル(メタ)アクリレートなどのアセトアセトキシアルキル(メタ)アクリレートが挙げられる。
樹脂(A)は、構造単位(a1)に該当する繰り返し単位を複数種含んでいてもよい。例えば、上記に挙げたモノマーのうち2種以上を用いて重合反応を行うことで樹脂(A)を得てもよい。
【0027】
構造単位(a2)に対応するモノマーについても特に限定されないが、(メタ)アクリル酸アミド、より具体的には、(メタ)アクリルアミド、N,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。これらの中でもN,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミドが好ましい。
【0028】
構造単位(a2)に対応するモノマーの具体例としては、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド、ジ-n-プロピル(メタ)アクリルアミド、ジブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N-ビニルピロリドン、N-ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシイソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-メチルヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-メチルヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N-メチルヒドロキシイソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-エチルヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-エチルヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N-エチルヒドロキシイソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-プロピルヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-プロピルヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N-プロピルヒドロキシイソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピルヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピルヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピルヒドロキシイソプロピル(メタ)アクリルアミド、メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、メトキシエチル(メタ)アクリルアミド、エトキシエチル(メタ)アクリルアミド、エトキシプロピル(メタ)アクリルアミド、メトキシブチル(メタ)アクリルアミド、ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ブトキシエチル(メタ)アクリルアミド、アリル(メタ)アクリルアミド、2-エチルヘキシル(メタ)アクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ダイアセトンアクリルアミド等を挙げることができる。
樹脂(A)は、構造単位(a2)に該当する繰り返し単位を複数種含んでいてもよい。例えば、上記に挙げたモノマーのうち2種以上を用いて重合反応を行うことで樹脂(A)を得てもよい。
【0029】
樹脂(A)中の構造単位(a1)の含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常10~70質量%、好ましくは15~50質量%、より好ましくは20~40質量%である。
また、樹脂(A)中の構造単位(a2)の含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常20~85質量%、好ましくは30~80質量%、より好ましくは40~75質量%である。
【0030】
樹脂(A)は、構造単位(a1)および構造単位(a2)以外の任意の構造単位(構造単位(a3))を含んでもよいし、含まなくてもよい。構造単位(a3)としては、例えば、以下の(i)または(ii)で表されるモノマーに由来する構造単位が挙げられる。樹脂(A)にこのような構造単位を含めることで、樹脂(A)のガラス転移温度や、硬化膜の物性(硬化膜の硬さ、柔らかさなど)の調整・最適化をすることができる。
【0031】
(i)一般式CH2=CR-COO-R’において、Rが水素原子またはメチル基であり、R’が、アルキル基、単環または多環のシクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基であるモノマー。
この具体例としては、たとえば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-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、イソデシル(メタ)アクリレート、n-ラウリル(メタ)アクリレート、n-ステアリル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
これらの中でも、R’が炭素数1~8のアルキル基であるものが好ましく、R’が1~6のアルキル基であるものがより好ましく、R’が1~4のアルキル基であるものがさらに好ましい。
【0032】
(ii)一般式CH2=CR-COO-R’において、Rが水素原子またはメチル基であり、R’がヒドロキシ基等の極性基で置換された有機基(アルキル基、単環または多環のシクロアルキル基、アリール基、アラルキル基等)であるモノマー。
この具体例としては、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、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0033】
樹脂(A)は、構造単位(a3)に該当する繰り返し単位を複数種含んでいてもよい。例えば、上記で具体例として挙げられたモノマーのうち2種以上を用いて重合反応を行うことで樹脂(A)を得てもよい。
樹脂(A)が構造単位(a3)を含む場合、その含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、好ましくは3~60質量%、より好ましくは5~50質量%、さらに好ましくは10~45質量%である。
【0034】
樹脂(A)は、フッ素原子やケイ素原子を含まないか、または、含むとしてもその量が少ないことが好ましい。硬化膜が、十分な親水性・吸水性を持つようにするためである。
具体的には、樹脂(A)において、フッ素原子またはケイ素原子を含む構造単位の含有量は、樹脂(A)の全構造単位に対して、好ましくは0~10質量%、より好ましくは0~5質量%である。さらに好ましくは、樹脂(A)は、フッ素原子またはケイ素原子を含む構造単位を含まない。
【0035】
樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは5,000~1,000,000、より好ましくは10,000~100,000である。
なお、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ィー(GPC)により、標準物質としてポリスチレンを用いることで求めることができる。
【0036】
樹脂(A)のガラス転移温度は、特に限定されないが、好ましくは20~120℃、より好ましくは40~110℃、さらに好ましくは45~100℃である。
なお、樹脂がコポリマーである場合、そのガラス転移温度は、種々の方法で求めることが可能であるが、例えば以下のフォックス(Fox)の式に基づいて求めることができる。
1/Tg=(W1/Tg1)+(W2/Tg2)+(W3/Tg3)+・・・・+(Wn/Tgn)
〔式中、Tgは、樹脂のガラス転移温度(K)、W1、W2、W3・・・Wnは、それぞれのモノマーの質量分率、Tg1、Tg2、Tg3・・・・Tgnは、それぞれ各モノマーの質量分率に対応するモノマーからなる単独重合体のガラス転移温度(K)を示す。〕
【0037】
本明細書において、樹脂(A)のガラス転移温度(硬化膜のガラス転移温度ではなく、樹脂(A)単独のガラス転移温度)は、上記式に基づいて求められたガラス転移温度を意味する。なお、特殊モノマー、多官能モノマーなどのようにガラス転移温度が不明のモノマーについては、ガラス転移温度が判明しているモノマーのみを用いてガラス転移温度が求められる。
【0038】
樹脂(A)は、典型的には重合反応により得ることができる。重合反応としては、ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合などの各種方法であってよいが、ラジカル重合が好ましい。また、重合は、溶液重合、懸濁重合、および乳化重合などのいずれであってもよい。これらのうち、重合の精密な制御等の観点から、溶液重合が好ましい。
【0039】
ラジカル重合の重合開始剤としては、公知のものを用いることができる。たとえば、アゾビスイソブチロニトリル、2,2-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2-アゾビス(2-メチルプロピオニトリル)、および2,2-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)などのアゾ系開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシオクタノエート、ジイソブチルパーオキサイド、ジ(2-エチルヘキシル)パーオキシピバレート、デカノイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、およびt-ブチルパーオキシベンゾエートなどの過酸化物系開始剤、過酸化水素と鉄(II)塩、過硫酸塩と亜硫酸水素ナトリウムなど、酸化剤と還元剤とを組み合わせたレドックス系開始剤などが挙げられる。これらは、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
重合開始剤の配合量は、特に限定されないが、重合するモノマーの混合液全体を100質量部とした場合に、0.001~10質量部とすることが好ましい。
【0040】
また、重合反応に際しては、適宜、公知の連鎖移動剤、重合禁止剤、分子量調整剤などを用いてもよい。さらに、重合反応は、1段階で行ってもよいし、2段階以上で行ってもよい。重合反応の温度は特に限定されないが、典型的には50℃~200℃、好ましくは80℃~150℃の範囲内である。
【0041】
塗料組成物中の樹脂(A)の含有量は、塗料組成物の全量中、好ましくは50~99質量%、より好ましくは60~98質量%である。
【0042】
[界面活性剤(C)]
本実施形態の塗料組成物は、界面活性剤(C)を含む。
界面活性剤(C)は特に限定されず、公知のものを適宜用いることができる。例えば、カチオン性、アニオン性、ノニオン性、両性などの各種界面活性剤を用いることができる。界面活性剤(C)としてより具体的には、スルホン酸アニオン(例えばジアルキルスルホコハク酸塩など)、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、両性化合物(ベタイン化合物等)、ショ糖脂肪酸エステル、フッ素系ノニオン化合物などを挙げることができる。
【0043】
界面活性剤(C)としては、ジアルキルスルホコハク酸塩、両性化合物(ベタイン化合物等)、ショ糖脂肪酸エステルおよびフッ素系ノニオン化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。また、これらに次いで好ましいものとしては、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルが挙げられる。
本発明者らの知見によると、これらの好ましい界面活性剤(C)は、硬化膜中から適度にブリードアウトする(経時により徐々に、界面活性剤が硬化膜の内部から硬化膜表面にしみ出す)と考えられる。そしてその結果、スチームを繰り返し当てても防曇性能の低下が抑えられたり、硬化膜をふき取った後であっても防曇性能が良好であったりする効果(すなわち、単なる防曇性能ではなくよりハイレベルな防曇性能)が期待される。
【0044】
また、組成物設計の別観点として、界面活性剤(C)を2種以上併用してもよい。
どのような界面活性剤(C)を併用するかは特に限定されないが、本発明者らの知見によれば、例えば、少なくとも1種のアニオン性界面活性剤と、少なくとも1種のノニオン性界面活性剤とを併用することが好ましい。なぜこの併用が好ましいのか、具体的メカニズムは不明であるが、アニオン性とノニオン性という、水との静電的な相互作用が大きく異なると考えられる異種の界面活性剤を併用することで、硬化膜が吸収した水が硬化膜表面により広がりやすくなり、結果、よりハイレベルな防曇性能が得られること等が推測される。
【0045】
界面活性剤(C)がスルホン酸アニオンを含む場合、その市販品としては、例えば、花王株式会社の商品名「ネオペレックス」シリーズ、「ぺレックス」シリーズ等を挙げることができる。
特に、界面活性剤(C)がジアルキルスルホコハク酸塩を含む場合、その市販品としては、三洋化成工業株式会社の商品名サンモリンOTシリーズ(サンモリンOT-70等)、カラボンDA-72、花王株式会社の商品名ペレックス OT-P、ペレックス TA、ペレックス TR等を挙げることができる。
界面活性剤(C)がカチオン系界面活性剤(4級アンモニウム塩等)を含む場合、その市販品としては、例えば、第一工業製薬株式会社から「カチオーゲン」(登録商標)の名前で市販されているもの等を挙げることができる。
界面活性剤(C)が両性化合物(ベタイン化合物等)を含む場合、その市販品としては、例えば、川研ファインケミカル株式会社の商品名「ソフタゾリン」シリーズ、例えばソフタゾリンLSB、ソフタゾリンLPB、ソフタゾリンLPB-R等を挙げることができる。
【0046】
界面活性剤(C)がポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルを含む場合、その市販品としては、例えば、花王株式会社の商品名「レオドール」シリーズのうち、品番TW-IS399C、TW-L106、TW-L120、TW-O106V、TW-O120V、TW-O320V、TW-P120、TW-S120V、TW-S320V、TW-S106Vや、商品名「レオドールスーパー」の品番TW-L120等を挙げることができる。
【0047】
界面活性剤(C)がグリセリン脂肪酸エステルを含む場合、その市販品としては、例えば、阪本薬品工業株式会社の商品名MO-7S、ML-750、ML-500、ML-310、MM-750、花王株式会社の商品名レオドールMS-50、レオドールMS-60、レオドールMO-60、レオドールMS-165V等を挙げることができる。
【0048】
界面活性剤(C)がショ糖脂肪酸エステルを含む場合、その市販品としては、例えば、三菱ケミカルフーズ株式会社のリョートー(登録商標)シュガーエステル、その中でも例えば品番L-1695、M-1670、P-1695等を挙げることができる。
界面活性剤(C)がフッ素系ノニオン化合物を含む場合、その市販品としては、例えば、AGCセイミケミカル社の商品名「サーフロン」シリーズの、品番S-242、品番S-243、品番S-420等を挙げることができる。
【0049】
界面活性剤(C)の量は、樹脂(A)100質量部に対して好ましくは0.5~10質量部、より好ましくは樹脂(A)100質量部に対して1~8質量部である。この量とすることで、前述の樹脂(A)と界面活性剤(C)との相乗作用を最適化でき、防曇性能を最適化できると考えられる。
【0050】
[硬化剤(B)]
本実施形態の塗料組成物は、硬化剤(B)を含む。硬化剤(B)は、典型的には、樹脂(A)と反応して架橋構造を形成し、塗料組成物を硬化されるものである。
【0051】
硬化剤(B)は、多官能(メタ)アクリレート化合物を含むことが好ましい。多官能(メタ)アクリレート化合物のエチレン性二重結合は、樹脂(A)のアセトアセトキシ基との反応性が良好であり、また、形成される化学結合が化学的に安定であることから、硬化膜の耐久性に寄与するものと推測される。
【0052】
多官能(メタ)アクリレート化合物は、2~8官能の(メタ)アクリレート化合物(つまり、1分子中に2~8個の(メタ)アクリロイル基を含む化合物)であることが好ましく、2~6官能の(メタ)アクリレート化合物であることがより好ましい。
【0053】
2官能の(メタ)アクリレート化合物の例としては、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジメチロール-トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのPO付加物ジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
【0054】
また、3官能以上の(メタ)アクリレート化合物の例としては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリコール変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリコール変性ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセリンプロポキシトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレート、カプロラクタム変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
【0055】
これらの中でも、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリコール変性ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等が好ましい。
【0056】
なお、硬化剤(B)としては、多官能(メタ)アクリレートではないものも排除されない。例えば、多官能イソシアネート化合物、多官能エポキシ化合物等も硬化剤(B)として用いることができる。
【0057】
硬化剤(B)の量は、好ましくは樹脂(A)100質量部に対して5~30質量部、より好ましくは樹脂(A)100質量部に対して7~20質量部である。この量とすることで、より耐久性に優れた硬化膜を得られると考えられる。
【0058】
[塩基性化合物(D)]
本実施形態の塗料組成物は、一態様として、塩基性化合物(D)を含むことが好ましい。特に、本実施形態の塗料組成物を基材に塗装後、熱により硬化させて硬化膜を形成する際に好ましい。塩基性化合物(D)により、アセトアセトキシ基のメチレンの水素原子が解離しやすくなり、結果、硬化反応が促進されると推定される。
【0059】
塩基性化合物(D)は特に限定なく用いることができ、有機塩基であっても無機塩基であってもよい。例えば、金属水酸化物、金属アルコキシド、金属炭酸塩、4級アンモニウム塩化合物、1~3級アミン、含窒素複素環式化合物およびその塩、などを用いることができる。
これらの中でも、含窒素複素環式化合物またはその塩が好ましい。また、含窒素複素環式化合物およびその塩は、アミジン骨格を含むもの(例えば、下記のDBUやDBNなど)であることがより好ましい。
【0060】
含窒素複素環式化合物の例としては、ピリジン、2-アミノピリジン、2-(ジメチルアミノ)ピリジン、4-(ジメチルアミノピリジン)、2-ヒドロキシピリジン、イミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、モルホリン、N-メチルモルホリン、ピペリジン、2-ピペリジンメタノール、2-(2-ピペリジノ)エタノール、ピペリドン、1,2-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジン、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン-7(別称:ジアザビシクロウンデセン、略称:DBU)、6-(ジブチルアミノ)-1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン-7(略称:DBA-DBU)、6-(2-ヒドロキシプロピル)-1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ-7-エン(略称:OH-DBU)、1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]ノネン-5(略称:DBN)、1,4-ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン(DABCO)、アジリジンなどを挙げることができる。
【0061】
また、含窒素複素環式化合物の塩の例としては、DBUのフェノール塩(具体的には、商品名:U-CAT SA1(サンアプロ社製))、DBUのオクチル酸塩(具体的には、商品名:U-CAT SA102(サンアプロ社製))、DBUのp-トルエンスルホン酸塩(具体的には、商品名:U-CAT SA506(サンアプロ社製))、DBNのオクチル酸塩(具体的には、商品名:U-CAT 1102(サンアプロ社製))などを挙げることができる。
【0062】
塩基性化合物(D)を用いる場合は、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
塩基性化合物(D)を用いる場合、その含有量は、(メタ)アクリル樹脂(A)100質量部に対して0.01~3質量部が好ましく、0.05~2.5質量部より好ましく、0.1~2.0質量部がさらに好ましい。この量とすることで、塩基性化合物(D)による効果を十分に得ることができる。例えば、硬化反応が十分に促進され、耐久性の高い硬化膜を得ることができると考えられる。
【0063】
[その他成分]
本実施形態の塗料組成物は、上記(A)~(D)以外の成分を含んでいてもよい。例えば、レベリング剤、レオロジー調整剤、消泡剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤など、塗料分野で用いられる各種添加剤を適量含んでいてもよい。
【0064】
[硬化膜の物性の設計]
本実施形態の塗料組成物は、前述のように、樹脂(A)のアミド基が湿気を積極的に吸収するメカニズム等により防曇性能が発現すると考えられる。このメカニズムからすると、本実施形態の塗料組成物を用いて形成した硬化膜は、ある程度親水的であることが、湿気の吸収という点からは望ましいと考えられる。換言すると、硬化膜の「親水性」を1つの指標として、塗料組成物を設計することができる。
【0065】
具体的には、本実施形態の塗料組成物を用いて膜厚10μmの硬化膜を形成したとき、その硬化膜に水を接触させてから1秒後の接触角θ1が、好ましくは70°以下、より好ましくは65°以下となるように塗料組成物を設計することが好ましい。θ1の下限は特にないが、好ましくは25°以上である。下限値をこのように設計することで、界面活性剤のブリードアウト量を適度に抑制できることとなり、結露をふき取った後の防曇性維持が期待できる。
ここで、θ1の値は、塗料組成物中の各成分の種類や配合量、組成物の調製方法、塗装方法等を適切に選択することにより制御可能である。例えば、樹脂(A)がフッ素原子やケイ素原子を含まないか、または、含むとしてもその量が少ないようにする、界面活性剤(C)として親水的なものを選択する、界面活性剤(C)を適量用いる、等により制御可能である。
【0066】
また、防曇効果の持続性や、過酷な条件下での防曇効果等の観点からは、親水性の時間変化、例えば、硬化膜表面の水の接触角の経時変化を1つの指標として塗料組成物を設計することが好ましい。
具体的には、本実施形態の塗料組成物を用いて膜厚10μmの硬化膜を形成したとき、その硬化膜に水を接触させてから20秒後の接触角をθ2としたとき、θ1-θ2の値が5°以上、かつ、θ2の値が45°以下となるように塗料組成物を設計することが好ましい(θ1は前述の定義のとおりである)。
【0067】
塗料組成物を上記のように設計することで、過酷な条件下(例えば、硬化膜に湿気を連続して当てたり、硬化膜に湿気を繰り返し当てたり、硬化膜上の水を一度拭ってから再度湿気を当てたりする条件下)でも防曇性が得られる効果が期待できる。
すなわち、20秒という経時により硬化膜表面の接触角が5°以上低下し、接触角θ2が45°以下となる設計をすることで、湿気が硬化膜に継続的に/多量に供給されても、その表面の親水性を維持しやすくなると考えられる。言い換えると、過酷な条件下であっても、十分な防曇性能が得られると期待される。
【0068】
θ2の値(およびθ1-θ2の値)は、塗料組成物中の各成分の種類や配合量、組成物の調製方法、塗装方法等を適切に選択することにより制御可能である。例えば、界面活性剤(C)として適度にブリードアウトするものを選択することで制御可能である。また、樹脂(A)中の構造単位(a1)の含有量や、硬化剤(B)の含有量、架橋性官能基の密度などを調整して架橋反応を制御し、界面活性剤(C)がブリードアウトする適度なすき間を硬化膜中に作ること等によっても制御可能である。
【0069】
なお、上記θ1およびθ2の測定については、公知の方法、例えばθ/2法に基づき行うことができる。評価用の硬化膜の形成方法も含めて、詳細は後述の実施例に記載の方法を参照されたい。
【0070】
<塗料材料>
本実施形態の塗料材料は、
第1容器に収容された第1塗料前駆体組成物と、第2容器に収容された第2塗料前駆体組成物とを含む塗料材料であって、
第1塗料前駆体組成物が、アセトアセトキシ基を有する構造単位(a1)およびアミド基を有する構造単位(a2)を有する(メタ)アクリル樹脂(A)を含み、硬化剤(B)を含まず、
第2塗料前駆体組成物が、硬化剤(B)を含み、(メタ)アクリル樹脂(A)を含まず、
第1塗料前駆体組成物および/または前記第2塗料前駆体組成物が、界面活性剤(C)を含む。
【0071】
ここで、(メタ)アクリル樹脂(A)、硬化剤(B)および界面活性剤(C)は、上記<塗料組成物>においてそれぞれ説明された成分である。
すなわち、本実施形態の塗料材料は、上記<塗料組成物>が含む成分のうち、樹脂(A)を第1容器のみに収容し、硬化剤(B)を第2容器のみに収容し、界面活性剤(C)は第1容器と第2容器のいずれか一方または両方に収容する、というものである。
このようにすることで、塗料の保存安定性を高めることができる。
【0072】
なお、第1塗料前駆体組成物および第2塗料前駆体組成物の一方または両方が、さらに塩基性化合物(D)を含んでいてもよい。また、塩基性化合物(D)については、さらに第3容器を準備し、その第3容器の中に収容してもよい。
塩基性化合物(D)を用いる場合は、アセトアセトキシ基との反応を抑制する観点と、容器の数をむやみに増やさない観点から、第2塗料前駆体組成物に含まれることが好ましい。
【0073】
本実施形態の塗料材料については、物品に防曇性の硬化膜を形成しようとする直前に、第1塗料前駆体組成物および第2塗料前駆体組成物を混合して(場合によってはさらに塩基性化合物(D)を混合して)、塗料組成物を調製することができる。
【0074】
<硬化膜を備えた物品の製造方法>
本実施形態において、塗料組成物を用いて硬化膜を備えた物品を製造する方法としては、例えば、以下の製造方法(i)や製造方法(ii)の製造方法を挙げることができる。
【0075】
・製造方法(i):
塗料組成物を基材に塗装する塗装工程と、
基材に塗装された塗料組成物を加熱して前記塗料組成物を硬化させる熱硬化工程と
を含む硬化膜を備えた物品の製造方法。
・製造方法(ii):
塗料組成物を基材に塗装する塗装工程と、
基材に塗装された前記塗料組成物に活性光線を照射して前記塗料組成物を硬化させる光硬化工程と
を含む硬化膜を備えた物品の製造方法。
【0076】
製造方法(i)について説明する。
塗装工程において、基材に塗装される塗料組成物は、上述の<塗料組成物>として説明したものである。このとき、塗料組成物は、前述の塩基性化合物(D)を含有することが好ましい。
【0077】
塗料組成物を塗装する基材は特に限定されず、ガラス基材や、透明プラスチック基材(例えばアクリル樹脂基材やポリカーボネート樹脂基材)など、防曇性が求められる各種基材を採用することができる。より具体的には、塗料組成物は、建物用窓ガラス、自動車用窓ガラス、各種の鏡、各種光学レンズ、ゴーグル、保護メガネ、2輪車・4輪車用ライト部材、冷蔵庫の部材等に塗装することができる。また、通常の使用態様において視認可能な部位に塗装されるだけでなく、各種機器の内部などに、結露を抑える目的で塗装されてもよい。
基材については、塗料組成物の塗布性・付着性を高める等の観点から、表面に適当な前処理がされていてもよい。例えば、表面の汚れを除去する前処理や、適当な下塗り層を設ける前処理などが行われていてもよい。
【0078】
塗料組成物の塗装の方法は特に限定されず、例えば、スプレー吹き付け法、フローコーティング法、ロールコート法、刷毛塗り法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、スクリーン印刷法、キャスティング法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法等が挙げられる。これらの中でも、一様な硬化膜を得る観点ではスプレー塗布が好ましい。
塗装の膜厚は特に限定されないが、十分な防曇性能を得る観点から、最終的な硬化膜の膜厚が、例えば1~50μm、好ましくは5~25μmとなるように調整される。
【0079】
熱硬化工程においては、オーブンや乾燥炉等を用いて、基材に塗装された塗料組成物を加熱する。これにより塗料組成物を硬化させ、硬化膜を得る。より具体的には、塗料組成物が塗装された基材を、50~150℃の雰囲気中に、30秒~120分静置し、塗料組成物を硬化させる。
【0080】
製造方法(ii)について説明する。
塗装工程については、製造方法(i)とほぼ同様である。ただし、塗料組成物は、前述の塩基性化合物(D)を含んでいなくてもよい。
光硬化工程については、水銀ランプ等を用いて、活性光線(好ましくは紫外線)を、基材に塗装された塗料組成物に当てる。これにより塗料組成物を硬化させ、硬化膜を得る。活性光線の積算光量としては、例えば100~1000mJ/cm2である。
【0081】
<硬化膜、硬化膜を備えた物品>
本実施形態において、硬化膜および硬化膜を備えた物品は、典型的には、上記<硬化膜を備えた物品の製造方法>に基づいて得ることができる。
本実施形態の硬化膜および硬化膜を備えた物品は、耐久性に優れ、また、防曇性能が良好である。
【0082】
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
以下、参考形態の例を付記する。
1.
アセトアセトキシ基を有する構造単位(a1)およびアミド基を有する構造単位(a2)を含む(メタ)アクリル樹脂(A)、
硬化剤(B)、および、
界面活性剤(C)
を含む塗料組成物。
2.
1.に記載の塗料組成物であって、
前記塗料組成物を用いて形成した膜厚10μmの硬化膜に水を接触させてから1秒後の接触角θ
1
が70°以下である塗料組成物。
3.
2.に記載の塗料組成物であって、
前記塗料組成物を用いて形成した膜厚10μmの硬化膜に水を接触させてから20秒後の接触角をθ
2
としたとき、θ
1
-θ
2
の値が5°以上であり、かつ、θ
2
の値が45°以下である塗料組成物。
4.
1.~3.のいずれか1つに記載の塗料組成物であって、
前記界面活性剤(C)が、ジアルキルスルホコハク酸塩、両性化合物、ショ糖脂肪酸エステルおよびフッ素系ノニオン化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む塗料組成物。
5.
1.~3.のいずれか1つに記載の塗料組成物であって、
前記界面活性剤(C)が、少なくとも1種のアニオン性界面活性剤と、少なくとも1種のノニオン性界面活性剤とを含む塗料組成物。
6.
1.~5.のいずれか1つに記載の塗料組成物であって、
前記硬化剤(B)が、多官能(メタ)アクリレート化合物を含む塗料組成物。
7.
1.~6.のいずれか1つに記載の塗料組成物であって、
さらに、塩基性化合物(D)を含む塗料組成物。
8.
第1容器に収容された第1塗料前駆体組成物と、第2容器に収容された第2塗料前駆体組成物とを含む塗料材料であって、
前記第1塗料前駆体組成物が、アセトアセトキシ基を有する構造単位(a1)およびアミド基を有する構造単位(a2)を有する(メタ)アクリル樹脂(A)を含み、硬化剤(B)を含まず、
前記第2塗料前駆体組成物が、硬化剤(B)を含み、前記(メタ)アクリル樹脂(A)を含まず、
前記第1塗料前駆体組成物および/または前記第2塗料前駆体組成物が、界面活性剤(C)を含む塗料材料。
9.
1.~7.のいずれか1つに記載の塗料組成物の硬化膜。
10.
9.に記載の硬化膜を備えた物品。
11.
1.~7.のいずれか1つに記載の塗料組成物を基材に塗装する塗装工程と
基材に塗装された前記塗料組成物を加熱して前記塗料組成物を硬化させる熱硬化工程と
を含む硬化膜を備えた物品の製造方法。
12.
1.~7.のいずれか1つに記載の塗料組成物を基材に塗装する塗装工程と
基材に塗装された前記塗料組成物に活性光線を照射して前記塗料組成物を硬化させる光硬化工程と
を含む硬化膜を備えた物品の製造方法。
【実施例】
【0083】
本発明の実施態様を、実施例および比較例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0084】
<(メタ)アクリル樹脂の合成>
樹脂A-1について、以下のようにして合成した。
温度計、サーモスタット、攪拌装置、還流冷却器および滴下装置を備えた4つ口フラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート110質量部を仕込み、110℃まで加温した。
次いで、2-アセトアセトキシエチルメタクリレート30質量部、ジメチルアクリルアミド50質量部、メタクリル酸メチル10質量部、メタクリル酸ブチル10質量部、および、1,1-アゾビス-1-シクロヘキサンカルボニトリル1質量部を混合した液を、滴下漏斗より2時間かけて上記4つ口フラスコに連続滴下した。
【0085】
滴下終了後、さらに110℃で4時間攪拌して反応を進行させた。その後、加熱を止めて室温まで冷却した。これにより、(メタ)アクリル系の樹脂A-1を含む樹脂組成物(固形分40質量%)を得た。
得られた樹脂A-1の重量平均分子量は45000だった。また、前述のFoxの式に基づき、使用したモノマーの配合比から理論計算した樹脂A-1のガラス転移温度は、70℃だった。
【0086】
なお、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ィー(GPC)により測定、算出した。用いた装置、条件等は以下の通りである。
使用機器:HLC8220GPC(株式会社東ソー製)
使用カラム:TSKgel SuperHZM-M、TSKgel GMHXL-H、TSKgel G2500HXL、TSKgel G5000HXL(株式会社東ソー製)
カラム温度:40℃
標準物質:TSKgel 標準ポリスチレンA1000、A2500、A5000、F1、F2、F4、F10(株式会社東ソー製)
検出器:RI(示差屈折)検出器
溶離液:テトラヒドロフラン
流速:1ml/min
【0087】
樹脂A-2~A-11についても、樹脂A-1と同様にして合成した。これら樹脂について、以下の表1に情報をまとめた。
【0088】
【0089】
上表中、モノマーの略号は以下のとおりである。
AAEM:2-アセトアセトキシエチルメタクリレート
DMAA:ジメチルアクリルアミド
DEAA:ジエチルアクリルアミド
HEAA:ヒドロキシエチルアクリルアミド
N-MAM:N-メチロールアクリルアミド(別名:N-(ヒドロキシメチル)アクリルアミド)
MMA:メタクリル酸メチル
BMA:メタクリル酸n-ブチル
【0090】
<塗料組成物の調製>
表2~7に示す各成分を、イソプロパノールに均一に溶解させ、不揮発成分の濃度が30質量%の塗料組成物を調製した。
表2~7において、界面活性剤の量(質量部)は、樹脂(質量部)と硬化剤(質量部)との合計量を100質量部としたときの量である。例えば、実施例1においては、(メタ)アクリル樹脂と硬化剤の合計量114質量部に対して界面活性剤を2.5質量部用いたのではなく、(メタ)アクリル樹脂と硬化剤の合計量を100質量部としたときに、界面活性剤を2.5質量部用いたことを意味する。
また、表2~7において、各成分の量としては、不揮発成分の量を記載している。例えば、表2の実施例1における(メタ)アクリル樹脂A-1「100質量部」とは、上述の樹脂A-1を含む樹脂組成物(固形分40質量%)としては250質量部用いたことを意味する。
なお、表2~7の上部に「熱硬化」と記載されている塗料組成物については、表に明記された成分のほかに、以下に示す塩基性化合物(商品名SA-102:DBUオクチル酸塩)を、(メタ)アクリル樹脂と硬化剤の合計量を100質量部としたとき、0.5質量部用いた。
【0091】
表中に記載の化合物の入手先、構造等は以下のとおりである。
【0092】
[硬化剤]
A-DPH:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(新中村化学工業株式会社製)
PETIA:ペンタエリスリトールトリアクリレート、および、ペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物(ダイセル・オルネクス株式会社製)
DPEA-12:EO(エチレンオキサイド)変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(日本化薬株式会社製)
A-400:ポリエチレングリコール♯400ジアクリレート(新中村化学工業株式会社製)
【0093】
[界面活性剤(アニオン系)]
サンモリンOT-70:ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、有効成分70質量%(三洋化成工業株式会社製)
ネオペレックスG-65:ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、有効成分60質量%(花王株式会社製)
ぺレックスSS-L:ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、有効成分50質量%(花王株式会社製)
【0094】
[界面活性剤(カチオン系)]
カチオーゲンES-L-9:ラウリルジメチルエチルアンモニウムエチルサルフェート、有効成分90質量%(第一工業製薬株式会社製)
【0095】
[界面活性剤(両性)]
ソフタゾリンLPB:ラウリン酸アミドプロピルベタイン、有効成分30質量%(川研ファインケミカル株式会社製)
ソフタゾリンLSB:ラウラミドプロピルヒドロキシスルタイン、有効成分30質量%(川研ファインケミカル株式会社製)
【0096】
[界面活性剤(ノニオン系)]
シュガーエステルL-1695:ショ糖ラウリン酸エステル、有効成分100%(三菱ケミカルフーズ株式会社製)
シュガーエステルM-1695:ショ糖ミリスチン酸エステル、有効成分100%(三菱ケミカルフーズ株式会社製)
レオドールTW-L106:ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート(6EO)、有効成分100%(花王株式会社製)
レオドールTW-L120:ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート(20EO)、有効成分100%(花王株式会社製)
ML-750:デカグリセリンモノエステル、有効成分100%(阪本薬品工業株式会社製)
ML-500:ヘキサグリセリンモノエステル、有効成分100%(阪本薬品工業株式会社製)
サーフロンS-243:フッ素系界面活性剤(EO付加物)、有効成分100%(AGCセイミケミカル社製)
サーフロンS-242:フッ素系界面活性剤(EO付加物)、有効成分100%(AGCセイミケミカル社製)
【0097】
[塩基性化合物]
SA-102:1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン-7-オクチル酸塩(サンアプロ株式会社製)
【0098】
<試験用の硬化膜の作製>
表2~7の上段に「熱硬化」と記載されている塗料組成物については、以下のようにして、硬化膜が形成された試験板を作製した。
ポリカーボネート樹脂板(厚み2mm、縦70mm×横70mm)に、得られた各塗料組成物をスプレー塗装した。得られた塗装物を、120℃に設定した乾燥炉内に60分間静置し加熱硬化させた。これにより厚み10μmの硬化膜を備えた試験板を得た。
【0099】
また、表2~7の上段に「光硬化」と記載されている塗料組成物については、以下のようにして、硬化膜が形成された試験板を作製した。
ポリカーボネート樹脂板(厚み2mm、縦70mm×横70mm)に、得られた各塗料組成物をスプレー塗装した。得られた塗装物を、80℃に設定した乾燥炉に3分間静置し、溶剤を揮発させた。その後、得られた塗装物を、高圧水銀ランプ(アイグラフィック株式会社製)を使用して、積算光量500mJ/cm2の条件で紫外線照射を行って硬化させた。これにより厚み10μmの硬化膜を備えた試験板を得た。
【0100】
得られた試験板を用いて、以下の各種評価を行った。
【0101】
<接触角の測定>
温度25℃、湿度50%RHの条件下、協和界面科学株式会社製の自動接触角計(品番DM-700)を用いて測定した。
具体的には、この装置のシリンジに純水を準備し、シリンジの針の先端から2μLの純水の液滴を吐出させ、試験板上の塗膜をこの液滴に近づけて塗膜に液滴を付着させた。そして、静止状態で水が塗膜表面に触れた1秒後の接触角と20秒後の接触角を、θ/2法により測定した。測定は膜表面の任意の10か所で行い、その平均値を接触角とした。
【0102】
<硬化膜の耐久性評価>
[付着性]
JIS K5600-5-6(1999)「塗膜の機械的性質―付着性(クロスカット法)」に基づいた試験を行った。ポリカーボネート基材に対する硬化膜の密着性を下記の基準に基づいて評価した。
5:カットのふちが完全に滑らかで、どの格子の目にもハガレがない。
4:カットの交差点における硬化膜の小さなハガレがあり、剥離部分の面積が5%未満。
3:剥離部分の面積が5%以上15%未満。
2:剥離部分の面積が15%以上35%未満。
1:剥離部分の面積が35%以上。
【0103】
[耐水性]
JIS K-5600-6-1「塗膜の化学的性質-耐液体性(一般的方法)」に準拠した方法により、試験板を、25℃の水に24時間浸漬した。24時間経過後、水から試験板を取り出して室温で24時間乾燥したのち、硬化膜の外観を目視で観察した。評価は下記の基準で行った。
5:無変化
4:硬化膜の白化、フクレが硬化膜全体の5%未満の面積で、認められる。
3:硬化膜の白化、フクレが硬化膜全体の5%以上10%未満で認められる。
2:硬化膜の白化、フクレが硬化膜全体の10%以上で認められる。
1:硬化膜が溶解している。
【0104】
[耐溶剤性]
酢酸エチルを浸み込ませた脱脂綿を試験板に載せ、100gの荷重をかけた状態で往復20回ラビングした。ラビング後の硬化膜の状態を確認し、以下の基準で評価した。
5:表面に変化なし。
4:表面が白化するがすぐに戻る。
3:硬化膜の表面に傷がつく。
2:硬化膜の一部がはがれる。
1:硬化膜が溶解する。
【0105】
<防曇評価>
[呼気試験]
室温25℃、湿度40%の条件下で、試験板に呼気を吹きかけた。10秒間呼気を吹きかけた直後の硬化膜の状態について目視観察を行い、以下の基準で評価した。
5:曇りが全く認められない。
4:5秒以上の呼気吹きかけで曇りが生じる。
3:3秒以上の呼気吹きかけで曇りが生じる。
2:曇りが認められるが、呼気の吹きかけ終了後、すぐに曇りが解消する。
1:曇りが認められ、曇りが解消されるのに10秒以上かかる。
【0106】
[連続スチーム試験]
60℃に保った温水浴の水面から5cm上方に、硬化膜面が下向きになるように試験板を設置し、温水浴からの蒸気を90秒間続けて当てた。その後の硬化膜の状態について目視で観察を行い、以下の基準で評価を行った。
5:曇りが全く認めらない。
4:曇りはないが、形成された水膜に発泡がみられる。
3:曇りはないが、形成された水膜が歪んで見える。
2:水膜の形成が十分ではなく、若干曇っている。
1:水膜が形成されず、硬化膜面全体が白く曇る。
【0107】
[水たれ跡]
連続スチーム試験後の試験板を垂直に立てた状態で、室温で30分乾燥させた。乾燥後の硬化膜上の水たれ跡の状態について目視で観察を行い、以下の基準で評価した。
5:水たれ跡が確認できない。
4:光の当て方によって、うっすらと水たれ跡が見える。
3:水たれ跡ははっきりと見えるが、透明である。
2:水たれ跡がはっきりと見え、若干の硬化膜の白化が生じる。
1:水たれ跡がはっきりと確認でき、硬化膜の白化が著しい。
【0108】
[繰り返しスチーム試験]
60℃に保った温水浴の水面から5cm上方に、塗膜面が下向きになるように試験板を設置した。温水浴からの水蒸気を硬化膜に10秒間当て、その後、5分間常温常湿下で乾燥させるというサイクルを1工程とし、当該工程を10回繰り返した。その後、再び水蒸気を10秒間当てた後の硬化膜の状態を目視で確認し、以下の基準で評価した。
5:曇りが全く認めらない。
4:曇りは認められないが、形成された水膜が歪んで見える。
3:蒸気を当てた直後に一瞬の曇りが認められるが、すぐに水膜が形成されて曇りが解消される。
2:蒸気を当てた直後に曇りが認められるが、数秒後に水膜が形成されて曇りが解消される。
1:水膜が形成されずに曇る。
【0109】
[ふき取り後の防曇性]
流水で試験板を60秒間洗浄したのち、水分をティッシュで拭き取った。その後、上記[連続スチーム試験]を行い、蒸気を当て終わってから90秒後の硬化膜の状態について目視で観察を行い、以下の基準で評価した。
5:曇りが全く認めらない。
4:曇りは認められないが、形成された水膜が歪んで見える。
3:蒸気を当てた直後に一瞬の曇りが認められるが、すぐに水膜が形成されて曇りが解消される。
2:蒸気を当てた直後に曇りが認められるが、数秒後に水膜が形成されて曇りが解消される。
1:水膜が形成されずに曇る。
【0110】
<二次物性評価>
[耐湿試験]
JIS K-5600-7-2「塗膜の長期耐久性-耐湿性(連続結露法)」に準拠した方法により、温度50±2℃、湿度98±2%の雰囲気中に試験板を240時間放置し、その後1時間以内に塗膜表面を観察した。
5:無変化。
4:硬化膜の白化、フクレが硬化膜全体の5%未満の面積で認められる。
3:硬化膜の白化、フクレが硬化膜全体の5%以上10%未満で認められる。
2:硬化膜の白化、フクレが硬化膜全体の10%以上で認められる。
1:硬化膜が溶解している。
【0111】
[耐湿試験後の防曇性]
上記[耐湿試験]後の試験板を用いて、上記[連続スチーム試験]と同様の試験を行い、防曇性を評価した。
5:曇りが全く認めらない。
4:曇りはないが、形成された水膜に発泡がみられる。
3:曇りはないが、形成された水膜が歪んで見える。
2:水膜の形成が十分ではなく、若干曇っている。
1:水膜が形成されず、硬化膜の全体が白く曇る。
【0112】
[耐熱試験]
JIS K-5600-6-3「塗膜の化学的性質-耐加熱性」に準じた方法により、温度120℃±2℃の雰囲気中に試験板を240時間放置し、その後1時間以内に塗膜表面の観察をした。
5:無変化。
4:硬化膜の色の変化やワレが、硬化膜全体の3%未満の面積で認められる。
3:硬化膜の色の変化やワレが、硬化膜全体の3%以上10%未満で認められる。
2:硬化膜の色の変化やワレが、硬化膜全体の10%以上50%未満で認められる。
1:硬化膜の色の変化やワレが、硬化膜全体の50%以上で認められる。
【0113】
[耐熱試験後の防曇性]
上記(耐湿試験後の防曇性)の評価において、耐湿試験後の試験板の代わりに、耐熱試験後の試験板を用いた以外は、上記[耐湿試験後の防曇性]と同様の評価を行った。基準についても上記と同様である。
【0114】
【0115】
【0116】
【0117】
【0118】
【0119】
【0120】
表2~7に示されるように、特定の(メタ)アクリル樹脂(A)、硬化剤(B)、および、界面活性剤(C)の全てを含む実施例1~48の組成物により形成された硬化膜は、各成分の組合せ(相乗効果)により、膜としての耐久性(付着性、耐水性、耐溶剤性)が良好であり、かつ、防曇性能が良好であった。特に、連続スチーム試験や繰り返しスチーム試験などの過酷な試験においても、有意な防曇効果が得られた。
一方、(メタ)アクリル樹脂として、アセトアセトキシ基を有する構造単位(a1)またはアミド基を有する構造単位(a2)を含まないもの(A-9、A-10およびA-11)を用いた比較例1~3は、膜自体の耐久性(耐水性と耐溶剤性)が実施例に比べて大きく劣っており、実用上望ましくない結果であった。
また、特定の(メタ)アクリル樹脂(A)と硬化剤(B)を含むものの、界面活性剤(C)を含まない比較例4では、連続スチーム試験や繰り返しスチーム試験などの過酷な試験において、防曇効果が確認できなかった。(なお、比較例4は、「水たれ跡」の評価結果は良好だが、これは、界面活性剤が入っていないためであり、当然の結果である。)
さらに、特定の(メタ)アクリル樹脂(A)と界面活性剤(C)を含むものの、硬化剤(B)を含まない比較例5では、膜自体の耐久性(耐水性と耐溶剤性)が実施例に比べて大きく劣り、また、防曇評価や二次物性評価も実施例に比べて大きく劣る結果であった。
【0121】
実施例においては、特に、界面活性剤としてジアルキルスルホコハク酸塩を用いているもの(実施例1~3等)、両性化合物を用いているもの(実施例7、8等)、ショ糖脂肪酸エステルを用いているもの(実施例9~13等)およびフッ素系ノニオン化合物を用いているもの(実施例18、19等)が、連続スチーム試験、繰り返しスチーム試験、ふき取り後の防曇性などの過酷な評価でも良好な防曇性能を示す傾向にある。
また、界面活性剤として、アニオン性界面活性剤とノニオン性界面活性剤が併用されているもの(実施例20~48)も、連続スチーム試験や繰り返しスチーム試験などの過酷な評価でも良好な防曇性能を示す傾向にある。
【0122】
加えて、全体的な傾向として、θ1-θ2の値が5°以上、かつ、θ2の値が45°以下である実施例が、そうでない実施例(例えば実施例6)に比べ、「ふき取り後の防曇性」が優れている傾向にあることが読み取れる。界面活性剤(C)のブリードアウト性の調整などが、よりハイレベルな防曇性の発現に関係していることが推察される。