JP2019199495A - 樹脂組成物、流体二酸化炭素塗装用樹脂組成物、および、硬化物の製造方法。 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、従来の技術では、分子量が高い樹脂化合物、中でも脂環構造のような剛直な骨格を有する樹脂化合物や、ウレタンや水酸基といった高い極性を有する樹脂化合物を含有した塗装液組成物の十分な検討はなされていなかった。このため、塗装液組成物中で樹脂成分の析出や、塗装液粘度の問題から、塗装液組成物の噴霧ができなといった課題や、塗装液組成物を噴霧することによって形成される塗膜が不均一であるという課題があった。
前記流体二酸化炭素含有樹脂組成物を噴霧して塗膜を形成する工程と、
得られた塗膜を活性エネルギー線硬化により硬化させて硬化物を得る工程とを有することを特徴とする、硬化物の製造方法を提供するものである。
本発明の樹脂組成物は、グリセリントリ(メタ)アクリレートを含有する。グリセリントリ(メタ)アクリレートには特に限定はないが、下記式(1)で表される構造であると好ましい。好ましくはn1+n2+n3=0〜10であって、さらに好ましくは0〜8であって、さらに好ましくは0〜6であって、より好ましくは0〜4ある。特に好ましくは、n1+n2+n3=0〜1である。グリセリントリ(メタ)アクリレートを含有することで、分子量が大きい樹脂であっても流体二酸化炭素への溶解度が向上し、良好な塗装が可能となる。
本発明の樹脂組成物は、重合性二重結合を有する樹脂を含有する。本発明の重合性二重結合を有する樹脂は、数平均分子量が400〜50,000であることを特徴とする。好ましい分子量としては、30000以下であって、より好ましくは20000以下であって、特に好ましくは、5000以下である。
本発明の重合性二重結合を有する樹脂は、脂環構造を有する樹脂であることが好ましい。環構造を有することで、樹脂を硬化した塗装物の、硬化収縮が低減され密着性が向上するためである。
環構造としては、脂環、芳香環、複素環が挙げられ、それぞれ単環であっても多環であっても構わない。また、異なる種類の環構造が組み合わされた多環であってもよい。
環構造は樹脂中に単独で存在しても複数存在してもよく、同一種のみで構成されても複数種の環構造が存在しても構わない。
また、環構造の水素は置換されていてもよく、炭化水素基、重合性二重結合、水酸基、等の置換基を有していてもよい。
また多環式化合物にはキュバン、バスケタン、ハウサン等が挙げられる。
複素環構造としては含窒素複素環構造が好ましく、特に好ましくはイソシアヌレート環である。
環構造を有する樹脂の一例として、以下のような構造が挙げられる。
本発明の重合性二重結合を有する樹脂は、ウレタン結合を有する樹脂であることが好ましい。ウレタン結合を有することで硬化時の残留応力が緩和され、樹脂を硬化した塗装物の密着性が向上するためである。ウレタン結合を有する樹脂としては、好ましくは以下のような構造が挙げられる。
本発明の重合性二重結合を有する樹脂は、水酸基を有する樹脂を含んでも良い。水酸基を有することで、基材の極性基成分と相互作用することで、樹脂を硬化した塗装物の基材への密着性が向上するためである。水酸基を有する樹脂としては、好ましくは以下のような構造が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、グリセリントリ(メタ)アクリレートと分子量400〜50,000であって重合性二重結合を有する樹脂とを含有する流体二酸化炭素塗装用樹脂組成物である。流体二酸化炭素を流体二酸化炭素塗装用樹脂組成物と配合することで、流体二酸化炭素塗装が可能な樹脂組成物となる。
本発明の組成物は、そのほかの配合物を含有していてもかまわない。例えば、各種樹脂、反応性化合物、触媒、重合開始剤、有機フィラー、無機フィラー、有機溶剤、無機顔料、有機顔料、体質顔料、粘土鉱物、ワックス、界面活性剤、安定剤、流動調整剤、カップリング剤、染料、レベリング剤、レオロジーコントロール剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、可塑剤等を配合してもかまわない。
具体的には、エステル系溶媒としては、酢酸エチル−、酢酸プロピル、酢酸ブチル、ケトン系溶媒としては、アセトン、2−ブタノン、メチルエチル−ケトン、メチルイソブチルケトン等、エーテル系溶媒としてはテトラヒドロフラン、ジオキソラン等、脂肪族系溶媒としては、ヘキサン、シクロヘキサン等、芳香族系溶媒としてはトルエン、キシレン等、アルコール系溶媒としてはエタノール、メタノール、プロパノール、ブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等を例示することができる。
シリカとしては、限定は無く、粉末状のシリカやコロイダルシリカなど公知のシリカ微粒子を使用することができる。市販の粉末状のシリカ微粒子としては、例えば、日本アエロジル(株)製アエロジル50、200、旭硝子(株)製シルデックスH31、H32、H51、H52、H121、H122、日本シリカ工業(株)製E220A、E220、富士シリシア(株)製SYLYSIA470、日本板硝子(株)製SGフレ−ク等を挙げることができる。
また、市販のコロイダルシリカとしては、例えば、日産化学工業(株)製メタノ−ルシリカゾル、IPA−ST、MEK−ST、PGM−ST、NBA−ST、XBA−ST、DMAC−ST、ST−UP、ST−OUP、ST−20、ST−40、ST−C、ST−N、ST−O、ST−50、ST−OL等を挙げることができる。
(メタ)アクリロイル基を有する化合物で修飾した市販の粉末状のシリカとしては、日本アエロジル(株)製アエロジルRM50、R711等、(メタ)アクリロイル基を有する化合物で修飾した市販のコロイダルシリカとしては、日産化学工業(株)製MIBK−SD、MIBK−SD―L、MIBK−AC−2140Z、MEK−AC−2140Z等が挙げられる。また、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシジル基で修飾した後に、アクリル酸を付加反応させたシリカや、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランと水酸基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物をウレタン化反応させたもので修飾したシリカも反応性シリカとして挙げられる。
また一次粒子径は、5〜200nmの範囲が好ましい。5nm以上であると、組成物中の無機微粒子の分散が十分となり、200nmを以下では、硬化物の十分な強度が保持できる。
これらの無機微粒子は、用途によって適時選択すればよく、単独で使用しても、複数種組み合わせて使用してもかまわない。また、上記無機微粒子は、例に挙げた特性以外にも様々な特性を有することから、適時用途に合わせて選択すればよい。
本発明の組成物には、塗布時のレベリング性を高める目的や、硬化膜の滑り性を高めて
耐擦傷性を高める目的等のため、各種表面改質剤を添加してもよい。表面改質剤としては
、表面調整剤、レベリング剤、スベリ性付与剤、防汚性付与剤等の名称で市販されている
、表面物性を改質する各種添加剤を使用することができる。それらのうち、シリコーン系
表面改質剤およびフッ素系表面改質剤が好適である。
具体例としては、シリコーン鎖とポリアルキレンオキサイド鎖を有するシリコーン系ポ
リマーおよびオリゴマー、シリコーン鎖とポリエステル鎖を有するシリコーン系ポリマー
およびオリゴマー、パーフルオロアルキル基とポリアルキレンオキサイド鎖を有するフッ
素系ポリマーおよびオリゴマー、パーフルオロアルキルエーテル鎖とポリアルキレンオキ
サイド鎖を有するフッ素系ポリマーおよびオリゴマー、等が挙げられる。これらのうちの
一種以上を使用すればよい。滑り性の持続力を高めるなどの目的で、分子中に(メタ)ア
クリロイル基を含有するものを使用してもよい。具体的な表面改質剤としては、EBECRYL350(ダイセル・オルネクス株式会社)、BYK−333(ビックケミー・ジャパン株式会社)、BYK−377(ビックケミー・ジャパン株式会社)、BYK−378(ビックケミー・ジャパン株式会社)、BYK―UV3500(ビックケミー・ジャパン株式会社)、BYK―UV3505(ビックケミー・ジャパン株式会社)、BYK―UV3576(ビックケミー・ジャパン株式会社)、メガファックRS−75(DIC株式会社)、メガファックRS−76−E(DIC株式会社)、メガファックRS−72−K(DIC株式会社)、メガファックRS−76−NS(DIC株式会社)、メガファックRS−90(DIC株式会社)、メガファックRS−91(DIC株式会社)、メガファックRS−55(DIC株式会社)、オプツールDAC−HP(ダイキン工業株式会社)、ZX−058−A(株式会社T&K TOKA)、ZX−201(株式会社T&K TOKA)、ZX−202(株式会社T&K TOKA)、ZX−212(株式会社T&K TOKA)、ZX−214−A(株式会社T&K TOKA)、X−22−164AS(信越化学工業株式会社)、X−22−164A(信越化学工業株式会社)、X−22−164B(信越化学工業株式会社)、X−22−164C(信越化学工業株式会社)、X−22−164E(信越化学工業株式会社)、X−22−174DX(信越化学工業株式会社)、等を挙げることができる。
本発明の硬化物は、本発明の流体二酸化炭素塗装用樹脂組成物に超臨界二酸化炭素を含有させた樹脂組成物を硬化することで得ることができる。
具体的には、グリセリントリ(メタ)アクリレートと、分子量400〜50,000であって重合性二重結合を有する樹脂とを含有する流体二酸化炭素塗装用樹脂組成物に流体二酸化炭素を配合して流体二酸化炭素含有樹脂組成物を得る工程と、
前記流体二酸化炭素含有樹脂組成物を噴霧して塗膜を形成する工程と、
得られた塗膜を活性エネルギー線硬化により硬化させて硬化物を得る工程とを経ることにより、硬化物を得ることができる。
本発明で用いられる塗装の装置は、二酸化炭素が溶解した塗料を噴射できるものであれば特に制限はない。
たとえば、有機溶剤系の噴霧塗装において用いられる希釈溶剤を、二酸化炭素で一部又は全部を代替する二酸化炭素塗装において、塗料供給ラインとして、塗料を貯蔵するタンク、該タンクから供給される塗料を所定の圧力まで加圧する塗料高圧ポンプ、該塗料高圧ポンプの吐出圧を調整し、余剰分を塗料タンクへ返送させる塗料1次圧調整弁を有し、二酸化炭素供給ラインとして、液体二酸化炭素を貯蔵するタンク、該液体二酸化炭素を所定温度まで冷却する冷却器、該冷却器から供給される液体二酸化炭素を所定の圧力まで加圧する液体二酸化炭素高圧ポンプ、該液体二酸化炭素高圧ポンプの吐出圧を調整し、余剰分を同ポンプのサクションに返送させる液体二酸化炭素1次圧調整弁を有し、塗料/二酸化炭素混合物ラインとして、上記塗料供給ラインから供給される加圧された塗料、上記二酸化炭素供給ラインから供給される加圧された二酸化炭素とを混合する混合器、及び該混合器から供給される混合後の塗料/二酸化炭素加圧混合物を大気圧下の塗装対象物へ噴霧する噴霧ガンを有することからなる二酸化炭素を用いた塗装装置を用いることができる。
本発明の流体二酸化炭素炭素塗装用樹脂組成物は、基材に対し塗装される。基材の材質は特に限定はなく、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば木材、金属、金属酸化物、プラスチック、紙、シリコン又は変性シリコン等が挙げられ、異なる素材を接合して得られた基材であってもよい。基材の形状は特に制限はなく、平板、シート状、又は3次元形状全面に、若しくは一部に、曲率を有するもの等目的に応じた任意の形状であってよい。また、基材の硬度、厚み等にも制限はない。
測定装置 ; 東ソー株式会社製 HLC−8220
カラム ; 東ソー株式会社製ガードカラムHXL−H
+東ソー株式会社製 TSKgel G5000HXL
+東ソー株式会社製 TSKgel G4000HXL
+東ソー株式会社製 TSKgel G3000HXL
+東ソー株式会社製 TSKgel G2000HXL
検出器 ; RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製 SC−8010
測定条件: カラム温度 40℃
溶媒 テトラヒドロフラン
流速 1.0ml/分
標準 ;ポリスチレン
試料 ;樹脂固形分換算で0.4重量%のテトラヒドロフラン溶液をマイクロフィ
ルターでろ過したもの(100μl)
四つ口フラスコに2−ヒドロキシエチルアクリレート116.1量部、ジブチル錫ジラウレート0.2質量部、およびハイドロキノン0.2質量部を加え、均一溶液とした。フラスコの内温が50℃になるまで加温し、次いで、イソホロンジイソシアネート111.1質量部を約一時間かけて分割投入した。80℃で3時間反応させ、赤外吸収スペクトルにてイソシアネート基の消失を確認し、ウレタンアクリレート:UA−1を得た。GPCにて測定された数平均分子量は、461であった。
四つ口フラスコに、ペンタエリスリトールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート及びペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物(東亜合成社製「アロニックスM−306」水酸基価165mgKOH/g)350.63質量部、ジブチル錫ジラウレート0.2質量部、およびハイドロキノン0.2質量部を加え、均一溶液とした。フラスコの内温が50℃になるまで加温し、次いで、イソホロンジイソシアネート111質量部を約一時間かけて分割投入した。80℃で3時間反応させ、赤外吸収スペクトルにてイソシアネート基の消失を確認し、ウレタンアクリレート:UA−2を得た。GPCにて測定された数平均分子量は、816であった。
四つ口フラスコに、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート及びジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物(東亜合成社製「アロニックスM−403」水酸基価165mgKOH/g)943.28質量部、ジブチル錫ジラウレート0.3質量部、およびハイドロキノン0.3質量部を加え、均一溶液とした。フラスコの内温が50℃になるまで加温し、次いで、HDI−3量化イソシアネート252質量部を約一時間かけて分割投入した。80℃で3時間反応させ、赤外吸収スペクトルにてイソシアネート基の消失を確認し、ウレタン(メタ)アクリレート:UA−3を得た。GPCにて測定された数平均分子量は、1395であった。
攪拌機、温度計、還流冷却器、滴下装置及びガス導入管を備えた反応容器の反応槽に、
PGMAcを250部を仕込み、窒素ガスを吹き込みながら80℃で1時間攪拌した
。滴下槽にメタクリル酸メチル:MMAを125部、モノマー(a2)として4−ヒドロキシブチルアクリレート:4HBAを125部、AIBN11.5部、及びPGMAc80.9部を仕込み、滴下槽内を攪拌しながら2時間かけて反応槽に滴下し、さらに4時間反応させた。3回目の添加の1時間後に反応液を冷却して取り出し、水酸基を有するアクリル系プレポリマーのPGMAc溶液を得た。固形分は43.03%であった。プレポリマーの水酸基価は201(mgKOH/g)であった。上記のアクリル系プレポリマーのPGMAc溶液128.3部、重合禁止剤としてMEHQ0.05部、触媒としてDBTDL0.17部、及びPGMAc8.1部を反応槽に仕込み、ドライエアーを吹き込みながら60℃で1時間攪拌した。滴下槽にアクリル系プレポリマー中の水酸基1モルに対してイソシアネート基1モルに相当する量のカレンズAOIを27.9部入れ、1時間かけて反応槽に滴下した。滴下終了後、3時間後に反応液のIR測定を行ったところ、イソシアネート基に由来するピークが消失していたので、反応液を冷却して取り出した。固形分が50.0%のACAC−1を164.3部得た。GPCにて測定された数平均分子量は、20000であった。
撹拌機、窒素導入管、コンデンサー、温度計、および滴下ロートを備えた反応装置に、
PGMAc69.8部を仕込み、撹拌しながら系内温度が100℃になるま
で昇温した。グリシジルメタクリレート70部、メタクリル酸メチル30部、トルエ
ン69.8部およびt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート4部からなる混合
液を4時間かけて滴下ロートより滴下した後、100℃で6時間保持した。次いで、80
℃まで降温し、ジブチルヒドロキシトルエン0.4部、パラメトキシフェノール0.1部
およびアクリル酸35.5部を仕込んだ。トリフェニルホスフィン0.7部を添加後、空
気を導入しながら105℃で8時間反応させ、固形分が50質量%のACAC−2を得た。GPCにて測定された数平均分子量は、20000であった。
合成したUA−1を50重量部、グリセリントリアクリレートとしてGTA−1(東亜合成社製MT−3547、式(1)のn1+n2+n3=0)を50重量部とを配合・攪拌した。得られた配合物に対し、Irgcure754(BASF株式会社、光開始剤)を樹脂固形分に対して4重量部を配合・攪拌し、樹脂固形分量100重量部の組成物1を得た。
得られた組成物は、以下の条件および表1に記載の方法を用いて、積層体の製造を行った。得られた積層体については、各種試験を行った。
・流体二酸化炭素塗装
ポリカーボネート板(帝人製L−1225LZ、厚み3mm)に対し、表1で調製した組成物1を、図1に示すような二酸化炭素塗装装置の塗料タンクにセットし、塗料高圧ポンプの流量を40g/minに設定した。市販の液体二酸化炭素ボンベを図1に示す二酸化炭素ボンベにセットし、二酸化炭素高圧ポンプの流量を、表1の二酸化炭素添加量になる様に設定した。そして、混合器内で温度45℃になるように加熱し組成物1と二酸化炭素を混合し、噴霧圧力8MPaの条件で乾燥後の塗膜厚さが約20μmとなるように、スプレー塗装を実施した。塗装後、80℃の乾燥機で2分乾燥した。
紫外線照射は、UV照射装置(アイグラフィックス株式会社製:高圧水銀ランプ、)を使用し、照度計(TOPCON社製UVR−T1(測定波長300〜390nm))で、ピーク照度100mW/cm2、積算光量1000mJ/cm2となるようランプ出力、ランプ高さ、及びコンベア速度を調整し、照射により硬化反応をさせ、積層体を得た。
[組成物粘度]
循環高温槽を用いて25℃に調整したコーンプレート型回転粘度計(E型粘度計)を用い
る。組成物を0.5cc採取して、サンプルカップの中心部に吐出する。サンプルカップ
を本体に取り付け、3°×R24のコーンプレートにより10rpmにて3分間測定を行い、「粘度(mPa・s)」とする。
[CO2噴霧性]
実施例記載の二酸化炭素塗装方法で噴霧した際の状態を目視で評価した。
〇:噴霧した際に霧状になった。
×:噴霧した際に霧状にならなかった。
[塗装外観]
硬化した積層体表面を目視にて評価した。
◎:表面の凹凸(ゆず肌)がみられず、たまりもない。
〇:表面の凹凸(ゆず肌)はみられないが、ややたまりがある。
△:表面の凹凸(ゆず肌)がうっすらとみられる。
×:表面の凹凸(ゆず肌)が激しくみられる。
調製例1において、配合を表1または表2に記載の配合率に変更した以外は同様にして、組成物2〜15を得て積層体を作成し、評価を行った。
実施例1において、配合を表3に記載の配合率に変更した以外は同様にして、比較組成物1〜8及び、比較積層体1〜8を得て、積層体を作成し、評価を行った。
GTA−2:ダイセル・オルネクス社製OT480、式(1)のn1+n2+n3=1
GTA−3:新中村化学工業社製A−GLY−9E、式(1)のn1+n2+n3=9
1,10デカンジオールジアクリレート:新中村化学工業社製A−NOD−N
ポリエチレングリコールジアクリレート:新中村化学工業社製A−200
トリメチロールプロパントリアクリレート:新中村化学工業社製A−TMPT
A9300:新中村化学工業社製(エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート)
A9300−3CL:新中村化学工業製(ε−カプロラクトン変性トリス−(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレート)
PGMAc:プロピレングリコール1−モノメチルエーテル2−アセタート
Claims (7)
- グリセリントリ(メタ)アクリレートと、数平均分子量400〜50,000であって重合性二重結合を有する樹脂と、流体二酸化炭素とを含有することを特徴とする樹脂組成物。
- グリセリントリ(メタ)アクリレートが、以下式(1)で表される化合物である、請求項1に記載の樹脂組成物。
(式(1)中、n1+n2+n3=0〜12で、R1、R2、R3、R4、R5、R6はそれぞれ独立して水素またはメチル基で表される基で、X1、X2、X3はそれぞれ独立して水素またはメチル基で表される) - 有機溶剤の含有量が70%以下である、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
- グリセリントリ(メタ)アクリレートと、分子量400〜50,000であって重合性二重結合を有する樹脂とを含有することを特徴とする、流体二酸化炭素塗装用樹脂組成物。
- グリセリントリ(メタ)アクリレートが、前記式(1)で表される化合物である、請求項4に記載の流体二酸化炭素塗装用樹脂組成物。
- 有機溶剤の含有量が70%以下である、請求項4または5に記載の流体二酸化炭素塗装用樹脂組成物。
- グリセリントリ(メタ)アクリレートと、分子量400〜50,000であって重合性二重結合を有する樹脂とを含有する流体二酸化炭素塗装用樹脂組成物に流体二酸化炭素を配合して流体二酸化炭素含有樹脂組成物を得る工程と、
前記流体二酸化炭素含有樹脂組成物を噴霧して塗膜を形成する工程と、
得られた塗膜を活性エネルギー線硬化により硬化させて硬化物を得る工程とを有することを特徴とする、硬化物の製造方法。
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