JP6659023B2 - 摩擦抵抗低減塗膜形成用の塗料組成物、塗膜、及び塗膜付き基材 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、水溶性高分子、及び塗膜更新性を有する樹脂を含有することを特徴とする塗料組成物が提案されている。
このように、トムズ効果を利用した摩擦抵抗低減方法はこれまでに数多く検討されているが、実用上十分な性能を発揮しているとはいえず改善が望まれていた。
また、本発明は、前記摩擦抵抗低減塗膜を基材上に有する塗膜付き基材、及びこの製造方法を提供する。
本発明の要旨は以下のとおりである。
[1]硬化性オルガノポリシロキサン(A)と、重量平均分子量(Mw)が200,000以上であり、親水性合成高分子(B1)及び親水性天然物由来高分子(B2)から選ばれる1種以上の親水性高分子(B)とを含有する摩擦抵抗低減塗膜形成用の塗料組成物。
[2]前記親水性合成高分子(B1)が、1種の親水性基含有不飽和単量体に由来する構造単位を有する単独重合体、又は2種以上の親水性基含有不飽和単量体に由来する構造単位を有する共重合体である、前記[1]に記載の塗料組成物。
[3]前記親水性基含有不飽和単量体が、非イオン性基含有不飽和単量体、アニオン性基含有不飽和単量体、及びカチオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上である、前記[2]に記載の塗料組成物。
[4]前記親水性合成高分子(B1)がポリエチレンオキシドである、前記[1]に記載の塗料組成物。
[5]前記親水性天然物由来高分子(B2)が、グアーガム、タラガム、ローカストビーンガム、キサンタンガム、ウェランガム、ダイユータンガム、γ−ポリグルタミン酸及びその塩、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、及びカルボキシメチルセルロース(CMC)から選ばれる1種以上である、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の塗料組成物。
[6]前記親水性合成高分子(B1)の重量平均分子量(Mw)が3,000,000以上である、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の塗料組成物。
[7]前記親水性天然物由来高分子(B2)の重量平均分子量(Mw)が500,000以上である、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の塗料組成物。
[8]塗料組成物中の前記硬化性オルガノポリシロキサン(A)の含有量が30〜70質量%である、前記[1]〜[7]のいずれかに記載の塗料組成物。
[9]塗料組成物の固形分中の前記親水性高分子(B)の含有量が5〜40質量%である、前記[1]〜[8]のいずれかに記載の塗料組成物。
[10]更に、無機充填剤(C)を含有する、前記[1]〜[9]のいずれかに記載の塗料組成物。
[11]前記無機充填剤(C)がシリカであり、該シリカを前記硬化性オルガノポリシロキサン(A)との混練物として含有する、前記[10]に記載の塗料組成物。
[12]更に、シリコーンオイル(D)を含有する、前記[1]〜[11]のいずれかに記載の塗料組成物。
[13]更に、防汚剤(E)を含有する、前記[1]〜[12]のいずれかに記載の塗料組成物。
[14]前記[1]〜[13]のいずれかに記載の塗料組成物を硬化させた摩擦抵抗低減塗膜。
[15]前記[14]に記載の摩擦抵抗低減塗膜を基材上に有する塗膜付き基材。
[16]前記基材が船舶である、前記[15]に記載の塗膜付き基材。
[17]前記[1]〜[13]のいずれかに記載の塗料組成物を基材に塗布又は含浸させることにより塗布体又は含浸体を得る工程(1)と、前記塗布体又は含浸体を硬化させる工程(2)とを有する塗膜付き基材の製造方法。
[18]前記[1]〜[13]のいずれかに記載の塗料組成物を用いて塗膜を形成する工程(i)と、前記塗膜を基材に貼付する工程(ii)とを有する塗膜付き基材の製造方法。
また、本発明によれば、前記摩擦抵抗低減塗膜を基材上に有する塗膜付き基材、及びこの製造方法を提供することができる。
本発明の摩擦抵抗低減塗膜形成用の塗料組成物は、硬化性オルガノポリシロキサン(A)と、重量平均分子量(Mw)が200,000以上であり、親水性合成高分子(B1)及び親水性天然物由来高分子(B2)から選ばれる1種以上の親水性高分子(B)とを含有するものである。
本発明においては、摩擦抵抗を低減させることを目的として、硬化性オルガノポリシロキサン(A)を用いる。
本発明に用いる硬化性オルガノポリシロキサン(A)としては、例えば、分子中に反応性基を有し、該反応性基が互いに反応するか、又は該反応性基と後述する有機ケイ素架橋剤(F)の反応性基とが反応することにより三次元架橋構造を形成して硬化するものが挙げられる。なお、前記反応性基の反応としては、例えば、縮合反応及び付加反応が挙げられ、縮合反応としては、脱アルコール反応、脱オキシム反応、及び脱アセトン反応等が挙げられる。
(式(I)中、R1は、それぞれ独立に、水素原子、炭素原子数1〜16のアルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、又はハロゲン化アルキル基を示し、R2は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、又は加水分解性基を示す。また、rは1〜3の整数を示し、pは10〜10,000を示す。)
R1における炭素原子数1〜16のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、及びヘプチル基等が挙げられる。
R1における炭素原子数1〜16のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ペンテニル基、ヘプテニル基、ヘキセニル基、及びシクロヘキセニル基等が挙げられる。
R1における炭素原子数1〜16のアラルキル基としては、炭素原子数7〜16のアラルキル基が好ましく、例えば、ベンジル基、2−フェニルエチル基、2−ナフチルエチル基、及びジフェニルメチル基等が挙げられる。
R1における炭素原子数1〜16のハロゲン化アルキル基としては、例えば、前記アルキル基に含まれる水素原子の一部又は全部をフッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子等のハロゲン原子で置換して形成された基が挙げられる。
R2におけるオキシム基としては、炭素原子数が1〜10のオキシム基が好ましく、例えば、ジメチルケトオキシム、メチルエチルケトオキシム、ジエチルケトオキシム、及びメチルイソプロピルケトオキシム等が挙げられる。
R2におけるアシルオキシ基としては、炭素原子数が1〜10の脂肪族系アシルオキシ基、又は炭素原子数6〜12の芳香族系アシルオキシ基が好ましく、例えば、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチロイルオキシ基、及びベンゾイルオキシ基等が挙げられる。
R2におけるアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、メトキシエトキシ基、及びエトキシエトキシ基等が挙げられる。
R2におけるアルケニルオキシ基としては、炭素原子数3〜10のアルケニルオキシ基が好ましく、例えば、イソプロペニルオキシ基、イソブテニルオキシ基、及び1−エチル−2−メチルビニルオキシ基等が挙げられる。
R2におけるアミド基としては、炭素原子数2〜10のアミド基が好ましく、例えば、N−メチルアセトアミド基、N−エチルアセトアミド基、及びN−メチルベンズアミド基等が挙げられる。
R2におけるアミノオキシ基としては、炭素原子数2〜10のアミノオキシ基が好ましく、例えば、N,N−ジメチルアミノオキシ基、及びN,N−ジエチルアミノオキシ基等が挙げられる。
式(I)におけるR1及びR2の組み合わせとしては、R1がアルキル基、アルケニル基又はアリール基であり、R2がヒドロキシ基、オキシム基又はアルコキシ基であることが好ましく、R1がメチル基、エチル基、ビニル基又はフェニル基であり、R2がヒドロキシ基又はオキシム基であることがより好ましく、R1がメチル基又はビニル基であり、R2がヒドロキシ基又は2−メチルエチルケトオキシム基であることが更に好ましく、R1がメチル基であり、R2がヒドロキシ基であること、及びR1がビニル基であり、R2が2−メチルエチルケトオキシム基であることがより更に好ましい。
R2がヒドロキシ基である場合、rは好ましくは1であり、R2がヒドロキシ基以外の置換基である場合、rは好ましくは2である。
式(I)中、pは10〜10,000を示し、好ましくは100〜1,000であり、下記重量平均分子量を満たすように適宜調整することができる。
なお、本明細書において硬化性オルガノポリシロキサン(A)の23℃における粘度は、B型回転粘度計により測定した粘度を指す。
本発明においては、摩擦抵抗を低減することを目的として、重量平均分子量(Mw)が200,000以上であり、親水性合成高分子(B1)及び親水性天然物由来高分子(B2)から選ばれる1種以上の親水性高分子(B)を用いる。
本発明においては、硬化性オルガノポリシロキサン(A)と親水性高分子(B)とを併用しているため、水中における親水性高分子(B)が両者の極性の違いにより塗膜内部から塗膜表面に移行し、塗膜近傍における乱流渦の発達を抑制することができ、結果として水中における摩擦抵抗が低減すると推察される。
なお、本発明における「親水性高分子」とは、分子中にヒドロキシ基、アミノ基、アミド基、アルコキシ基、エーテル基(アルキレンオキサイドユニットを含む。)、カルボキシ基、エステル基、スルホン酸基、及び4級アンモニウム塩基等の親水性基を1個以上有する高分子化合物を指す。
〔親水性合成高分子(B1)〕
親水性合成高分子(B1)としては、例えば、親水性基含有ビニル系高分子、ポリアルキレンオキシド、及びポリエステル系高分子等が挙げられ、これらの中でも、親水性基含有ビニル系高分子、及びポリアルキレンオキシドが好ましい。これらの親水性合成高分子(B1)は、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
親水性基含有ビニル系高分子は、例えば、少なくとも1個以上の親水性基を含有する親水性基含有不飽和単量体に由来する構造単位を有する重合体が挙げられる。
親水性基含有不飽和単量体としては、例えば、非イオン性基含有不飽和単量体、アニオン性基含有不飽和単量体、及びカチオン性基含有不飽和単量体等が挙げられる。
なお、本明細書における「(メタ)アクリルアミド」とは、「アクリルアミド又はメタクリルアミド」を意味する表記であり、他の類似の表記も同様の意味である。
これらのアニオン性基含有不飽和単量体は、部分的に、又は完全に中和して使用してもよい。なお、中和は単量体のまま行ってもよく、重合体とした後に中和してもよい。
中和に使用する塩基としては、例えば、水酸化カリウム、及び水酸化ナトリウム等のアルカリ金属水酸化物、アンモニア、トリエタノールアミン、及びトリメチルアミン等のアミン化合物が挙げられる。
アミノ基含有不飽和単量体としては、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(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−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン及びこれらをH+X−で表される酸で中和した構造が挙げられる。
また、4級アンモニウム塩基含有不飽和単量体としては、X−を対イオンに持つ(メタ)アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウム、(メタ)アクリロイルアミノエチルトリメチルアンモニウム、(メタ)アクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウム、ジアリルジメチルアンモニウム、1−エチル−4−ビニルピリジニウム、及び1,2−ジメチル−5−ビニルピリジニウム等が挙げられる。
X−は、アニオンを示し、ハロゲン化物イオンが好ましく、塩化物イオンがより好ましい。
本発明における親水性基含有不飽和単量体としては、非イオン性基含有不飽和単量体、アニオン性基含有不飽和単量体、及びカチオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上が好ましく、非イオン性基含有不飽和単量体及びアニオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上がより好ましく、アクリルアミド、並びにアクリル酸及びその塩から選ばれる1種以上が更に好ましい。
なお、本発明において「非イオン性基含有不飽和単量体、アニオン性基含有不飽和単量体、及びカチオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上」とは、例えば、「非イオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上」、「アニオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上」及び「カチオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上」を意味すると共に、「非イオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上、及びアニオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上の混合物」や「非イオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上、及びカチオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上の混合物」等も意味する。
その他の単量体としては、例えば、スチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、4−tert−ブチルスチレン、及び5−tert−ブチル−2−メチルスチレン等の芳香族ビニル等が挙げられる。
また、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、及び(メタ)アクリル酸n−オクチル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステルが挙げられる。
親水性合成高分子(B1)がその他の単量体に由来する構成単位を含有する場合、その含有量は、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
親水性合成高分子(B1)として用いるポリアルキレンオキシドとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、及びポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド共重合体(PEO−PPO)が挙げられ、これらの中でも、ポリエチレンオキシドが好ましい。
本発明における親水性天然物由来高分子(B2)は、動植物に由来する高分子、又はこれらの高分子を化学修飾して得られたものを指す。
親水性天然物由来高分子(B2)としては、例えば、フェヌグリークガム、グアーガム、タラガム、ローカストビーンガム(カロブビーンガム)、デンプン、プルラン、セルロース、キシロース、キチン、キトサン、アラビアガム、カラヤガム、トラガカントガム、アルギン酸又はその塩、カラギーナン(κ、ι、λ型)、寒天、キサンタンガム、ウェランガム、ダイユータンガム、ジェランガム、サクシノグリカン、カードラン、ヒアルロン酸、デキストラン、γ−ポリグルタミン酸又はその塩、ケラチン、絹、核酸、メチルセルロース(MC)等のアルキルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、及びヒドロキシプロピルセルロース(HPC)等のヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)、及びヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等のヒドロキシアルキル(アルキル)セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、カチオン化セルロース、疏水化セルロース、可溶化デンプン、カルボキシメチルデンプン、及びアルギン酸プロピレングリコールエステル等が挙げられる。これらの親水性天然物由来高分子(B2)は、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
親水性高分子(B)が23℃において固体である場合、その平均粒子径は、塗料組成物の製造時の作業性、塗装作業性、及び得られる塗膜の平滑性を向上させる観点から、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上であり、そして、好ましくは200μm以下、より好ましくは100μm以下、更に好ましくは50μm以下である。なお、親水性高分子(B)の平均粒子径は50%径(メディアン径)を指し、実施例に記載の方法で測定することができる。
本発明に用いる親水性高分子(B)の平均粒子径は、塗料組成物への配合前及び塗料組成物中のいずれにおいても前記平均粒子径を有することが好ましい。すなわち、親水性高分子(B)は、塗料組成物の粘度の向上を抑制する観点から、硬化性オルガノポリシロキサン(A)への溶解性が低いか又は溶解性を有しないことが好ましい。
なお、本明細書において「重量平均分子量」、後述する「数平均分子量」、及び「Z平均分子量」とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したものを指す。
なお、本明細書において「粘度平均分子量(Mv)」はJIS−K−2283やJIS−Z−8803に規定された粘度法を用い、JIS-K-7367に準拠して測定した値を指す。
親水性高分子(B)は、塗料組成物中、塗膜中、又は水中で会合体を形成していてもよく、この会合体の分子量が前述の範囲内であればよい。
なお、本明細書において「塗料組成物の固形分」とは、後述する有機溶剤(K)及び各成分に溶剤として含まれる揮発成分を除いた成分を指し、「塗料組成物の固形分中の含有量」は、塗料組成物を125℃の熱風乾燥機中で1時間乾燥させて得られた固形分中の含有量として算出することができる。
本発明の摩擦抵抗低減塗膜形成用の塗料組成物は、硬化性オルガノポリシロキサン(A)及び親水性高分子(B)の他に、必要に応じて、無機充填剤(C)、シリコーンオイル(D)、防汚剤(E)、有機ケイ素架橋剤(F)、硬化触媒(G)、脱水剤(H)、着色顔料(I)、体質顔料(J)、有機溶剤(K)、タレ止め−沈降防止剤(L)、シランカップリング剤(M)、その他の塗膜形成成分(N)、難燃剤(O)、及び熱伝導改良剤(P)等を含有していてもよい。
本発明においては、塗料組成物の流動性、及びチクソトロピー性を向上させることを目的として、無機充填剤(C)を含有してもよい。
本発明の塗料組成物が無機充填剤(C)を含有する場合、前述のとおり塗料組成物の流動性、及びチクソトロピー性が良好になり、垂直塗装面等に対しても充分な厚みの塗膜を少ない塗装回数で形成できる。更に得られた塗膜の硬さ、引張強さ、及び伸び等の物性がバランス良く向上する。
これらの中でも、無機充填剤(C)としては、塗膜の硬さ、引張強さ、及び伸び等の物性をバランス良く向上させる観点からシリカが好ましい。
また、前記乾式法シリカに特に制限はないが、例えば、水分含量が1.5質量%以下、嵩密度が50〜100g/L、1次粒子径が8〜20μm、比表面積が10m2/g以上の乾式法シリカが好ましい。
前記疎水性フュームドシリカに特に制限はないが、例えば、1次粒子径が5〜50μm、嵩密度が50〜100g/L、比表面積が10m2/g以上の疎水性フュームドシリカが好ましい。なお、疎水性フュームドシリカについて後述する加熱処理を行った場合、熱処理後の疎水性フュームドシリカの表面に吸着している水分が低下する場合がある。その場合の疎水性フュームドシリカの水分含量は通常0.2質量%以下、好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.05〜0.1質量%である。
シリカと硬化性オルガノポリシロキサン(A)とを加熱処理する方法としては、例えば、常圧下又は減圧下において、好ましくは100℃以上、配合成分の分解温度以下、より好ましくは100〜300℃、更に好ましくは140〜200℃で、通常3〜30時間処理する方法が挙げられる。
シリカと硬化性オルガノポリシロキサン(A)との混練物を製造する方法としては、例えば、特開2004−182908号公報に記載のような方法を挙げることができる。
シリカと硬化性オルガノポリシロキサン(A)との混練物の23℃における粘度は、塗料組成物の製造時の作業性を向上させる観点、塗料組成物のスプレー霧化性、硬化性、及び形成された塗膜の強度を向上させる観点から、好ましくは1Pa・s以上、より好ましくは3Pa・s以上であり、そして、好ましくは2,000Pa・s以下、より好ましくは1,200Pa・s以下である。
なお、本明細書においてシリカと硬化性オルガノポリシロキサン(A)との混練物の23℃における粘度は、B型回転粘度計により測定した粘度を指す。
本発明においては、摩擦抵抗を低減することを目的としてシリコーンオイル(D)を用いてもよい。
シリコーンオイル(D)としては、下記式(II)で表されるシリコーンオイルが好ましい。
(式(II)中、R3は、それぞれ独立に、鎖中にヘテロ原子を有していてもよい炭素原子数1〜20のアルキル基、アルケニル基、アリール基又はハロゲン化アルキル基を示し、R4は、アミノ基、エーテル基、チオエーテル基、エステル基、又はアミド基が介在してよい炭素原子数1〜20の二価炭化水素基を示す。lは10〜1,000の整数を示し、mは0又は1以上の整数を示し、nは1以上の整数を示す。)
なお、本明細書においてシリコーンオイル(D)の23℃における粘度は、B型回転粘度計により測定した粘度を指す。
本発明においては、塗膜の耐汚染性を向上させることを目的として、防汚剤(E)を用いてもよい。
防汚剤(E)としては、例えば、亜酸化銅、ロダン銅、銅、銅ピリチオン、亜鉛ピリチオン、4−ブロモ−2−(4−クロロフェニル)−5−(トリフルオロメチル)−1H−ピロール−3−カルボニトリル、4,5−ジクロロ−2−n−オクチル−4−イソチアゾリン−3−オン、ボラン−窒素系塩基付加物(ピリジントリフェニルボラン、及び4−イソプロピルピリジンジフェニルメチルボラン等)、(±)−4−[1−(2,3−ジメチルフェニル)エチル]−1H−イミダゾール、N,N−ジメチル−N’−(3,4−ジクロロフェニル)尿素、N−(2,4,6−トリクロロフェニル)マレイミド、2−メチルチオ−4−tert−ブチルアミノ−6−シクロプロピルアミノ−1,3,5−トリアジン、2,4,5,6−テトラクロロイソフタロニトリル、ビスジメチルジチオカルバモイルジンクエチレンビスジチオカーバメート、クロロメチル−n−オクチルジスルフィド、N,N−ジメチル−N'−フェニル−(N'−フルオロジクロロメチルチオ)スルファミド、テトラアルキルチウラムジスルフィド、ジンクジメチルジチオカーバメート、ジンクエチレンビスジチオカーバメート、2,3−ジクロロ−N−(2',6'−ジエチルフェニル)マレイミド、及び2,3−ジクロロ−N−(2'−エチル−6'−メチルフェニル)マレイミド等が挙げられる。これらの防汚剤(E)は、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、亜酸化銅、ロダン銅、銅、銅ピリチオン、亜鉛ピリチオン、4−ブロモ−2−(4−クロロフェニル)−5−(トリフルオロメチル)−1H−ピロール−3−カルボニトリル、4,5−ジクロロ−2−n−オクチル−4−イソチアゾリン−3−オン、ボラン−窒素系塩基付加物(ピリジントリフェニルボラン、及び4−イソプロピルピリジンジフェニルメチルボラン等)が好ましく、銅ピリチオンがより好ましい。
本発明においては、摩擦抵抗低減塗膜の硬化性及び膜強度を向上させることを目的として、有機ケイ素架橋剤(F)を用いてもよい。
有機ケイ素架橋剤(F)は、下記式(III)で表される化合物及び又はその部分加水分解縮合物であることが好ましい。
R5 dSiY(4−d) (III)
(式(III)中、R5は、それぞれ独立に、炭素原子数1〜6の炭化水素基を示し、Yは、それぞれ独立に、加水分解性基を示し、dは0〜2の整数を示す。)
式(III)において、Yは、それぞれ独立に、加水分解性基を示す。Yにおける、加水分解性基としては、式(I)において例示した加水分解性基が挙げられる。これらの中でも、アルコキシ基及びオキシム基が好ましく、メトキシ基、及びエトキシ基が好ましい。
dは0〜2の整数を示し、摩擦抵抗低減塗膜の硬化性及び膜強度を向上させる観点から、0が好ましい。
本発明においては、塗膜の硬化速度を向上させ、塗膜強度を向上させることを目的として硬化触媒(G)を用いてもよい。
硬化触媒(G)としては、例えば、特開平4−106156号公報に記載された硬化触媒を挙げることができる。
具体的には、ナフテン酸錫、及びオレイン酸錫等のカルボン酸錫類;
ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫アセトアセトネート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジオレート、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫ジメトキシド、ジブチル錫ジペントエート、ジブチル錫ジオクトエート、ジブチル錫ジネオデカノエート、ジオクチル錫ジネオデカノエート、ビス(ジブチルスズラウレート)オキサイド、ジブチルビス(トリエトキシシロキシ)錫、ビス(ジブチルスズアセテート)オキサイド、ジブチル錫ビス(エチルマレート)及びジオクチル錫ビス(エチルマレート)等の錫化合物類;
テトライソプロポキシチタン、テトラ−N−ブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキソキシ)チタン、ジプロポキシビス(アセチルアセトナト)チタン、及びチタニウムイソプロポキシオクチルグリコール等のチタン酸エステル類又はチタンキレート化合物;
ナフテン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、亜鉛−2−エチルオクトエート、鉄−2−エチルヘキソエート、コバルト−2−エチルヘキソエート、マンガン−2−エチルヘキソエート、ナフテン酸コバルト、及びアルコキシアルミニウム化合物等の有機金属化合物類;
酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、及びシュウ酸リチウム等のアルカリ金属の低級脂肪酸塩類等が挙げられる。
硬化触媒(G)としては市販されているものを使用することができる。例えば、日東化成株式会社製「NEOSTAN U−100」、DIC株式会社製「Gleck TL」等が挙げられる。
本発明においては、塗料組成物の貯蔵安定性を向上させることを目的として、脱水剤(H)を用いてもよい。
脱水剤(H)としては、例えば、「モレキュラーシーブ」の一般名称で知られるゼオライト、アルミナ、及びオルトギ酸アルキルエステル等のオルトエステル、オルトホウ酸、イソシアネート等を用いることができる。これらの脱水剤は、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の塗料組成物が脱水剤(H)を含有する場合、塗料組成物中の脱水剤(H)の含有量は、塗料組成物の貯蔵安定性を向上させる観点、親水性高分子(B)の二次凝集等の不具合を抑制する観点から、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上であり、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。
本発明においては、塗料組成物及び塗膜の意匠性を向上させることを目的として着色顔料(I)を用いてもよい。
着色顔料(I)としては、例えば、カーボンブラック、弁柄、チタン白(酸化チタン)、及び黄色酸化鉄等の無機系顔料、並びにナフトールレッド、及びフタロシアニンブルー等の有機系顔料が挙げられる。なお、着色顔料には、更に染料等の各種着色剤が含まれていてもよい。
これらの着色顔料(I)は、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、本発明の塗料組成物が、着色顔料(I)として、無機充填剤(C)として用いた成分と同一成分を含有する場合、その成分は、着色顔料(I)には含まれないものとする。
本発明においては、塗料組成物や塗膜の意匠性及び視認性を向上させることを目的として体質顔料(J)を用いてもよい。なお、本明細書における体質顔料(J)とは、屈折率が小さく、油やワニスと混練した場合に透明で被塗面を隠さない顔料をいう。
体質顔料(J)としては、例えば、タルク、マイカ、クレー、カリ長石、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、カオリン、アルミナホワイト、ホワイトカーボン、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、及び硫化亜鉛等が挙げられる。これらの体質顔料(J)は、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、酸化亜鉛、タルク、マイカ、クレー、炭酸カルシウム、カオリン、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、及びカリ長石が好ましい。
本発明の塗料組成物が体質顔料(J)を含有する場合、塗料組成物の固形分中の体質顔料(J)の含有量は、通常1〜50質量%である。
なお、本発明の塗料組成物が、体質顔料(J)として用いた成分と、無機充填剤(C)として用いた成分とが同一成分を含有する場合、その成分は、体質顔料(J)には含まれないものとする。
本発明においては、塗料組成物の粘度を低く保ちスプレー霧化性を向上させることにより塗装作業性を向上させることを目的として、有機溶剤(K)を用いてもよい。
有機溶剤(K)としては、例えば、芳香族炭化水素系有機溶剤、脂肪族炭化水素系有機溶剤、脂環族炭化水素系有機溶剤、ケトン系有機溶剤、及びエステル系有機溶剤を挙げることができ、これらの中でも芳香族炭化水素系有機溶剤、及びケトン系有機溶媒が好ましい。
芳香族炭化水素系有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、及びメシチレン等が挙げられる。
脂肪族炭化水素系有機溶剤としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、及びオクタン等が挙げられる。
脂環族炭化水素系有機溶剤としては、例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、及びエチルシクロヘキサン等が挙げられる。
ケトン系有機溶剤としては、例えば、アセチルアセトン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、及び炭酸ジメチル等が挙げられる。
エステル系有機溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられる。
これらの有機溶媒(K)は、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明においては、タレ止め−沈降防止剤(L)を用いてもよい。
タレ止め−沈降防止剤(L)としては、有機粘土系ワックス(Al、Ca、Znのステアレート塩、レシチン塩、アルキルスルホン酸塩等)、有機系ワックス(ポリエチレンワックス、酸化ポリエチレンワックス、アマイドワックス、ポリアマイドワックス、水添ヒマシ油ワックス等)、及び有機粘土系ワックスと有機系ワックスの混合物等が挙げられる。
タレ止め−沈降防止剤(L)としては、市販されているものを使用することができる。市販品としては、例えば、楠本化成株式会社製「ディスパロン305」、「ディスパロン4200−20」、及び「ディスパロンA630−20X」等が挙げられる。
本発明の塗料組成物がタレ止め−沈降防止剤(L)を含有する場合、塗料組成物中のタレ止め−沈降防止剤の含有量は、通常0.01〜10質量%、好ましくは0.1〜3質量%である。
シランカップリング剤(M)としては、例えば、下記式(IV)で表されるものを用いることが好ましい。
(R6O)wR7 (3−w)Si−R8−Z (IV)
(式(IV)中、R6及びR7は、それぞれ独立に、炭素原子数1〜10のアルキル基、アルケニル基、アリール基、又はハロゲン化アルキル基を示し、R8はアミノ基、エーテル基、チオエーテル基、エステル基、又はアミド基が介在してよい炭素原子数1〜20の二価炭化水素基を示す。Zは極性基を示し、wは2又は3の整数を示す。)
前記式(IV)のR8は、好ましくはアミノ基が介在する炭素原子数4〜11のアルキレン基である。
前記式(IV)におけるZは、好ましくはアミノ基、イミノ基、グリシジル基、イソシアネート基、チオール基、ヒドロシリル基、又は(メタ)アクリル基であり、より好ましくはアミノ基である。
前記式(IV)におけるwは、好ましくは3である。
これらのシランカップリング剤(M)は、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の塗料組成物は、主たる樹脂成分である硬化性オルガノポリシロキサン(A)以外の塗膜形成成分をその他の塗膜形成成分(N)として、本発明の目的に反しない範囲内で含有することができる。
その他の塗膜形成成分(N)としては、例えば、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、ポリブテン樹脂、ウレタン樹脂(ゴム)、ポリアミド樹脂、塩化ビニル系共重合樹脂、塩化ゴム(樹脂)、塩素化オレフィン樹脂、スチレン・ブタジエン共重合樹脂、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂、塩化ビニル樹脂、アルキッド樹脂、クマロン樹脂、及び石油樹脂等の難水溶性又は非水溶性樹脂が挙げられる。
なお、その他の塗膜形成成分(N)として用いられる樹脂の重量平均分子量は100,000以下が好ましい。
本発明の塗料組成物は難燃剤(O)を含有してもよい。難燃剤(O)としては、酸化アンチモン、及び酸化パラフィン等が挙げられる。
本発明の塗料組成物は熱伝導改良剤(P)を含有してもよい。熱伝導性改良剤(P)としては、窒化ホウ素、及び酸化アルミニウム等が挙げられる。
本発明の塗料組成物は1のコンポーネントからなる1液型塗料としてもよく、また、2以上のコンポーネントからなる多液型塗料としてもよい。
多液型の塗料とする場合、各コンポーネント(各液)は、それぞれ1又は複数の成分を含有しており、別個に包装された後、缶等の容器に入れられた状態で貯蔵保管されることが好ましく、各コンポーネントの内容物を塗装時に混合することにより塗料組成物を調製することができる。
多液型の塗料とする場合、塗料組成物のバインダー樹脂の主体をなす硬化性オルガノポリシロキサン(A)を含有する「主剤コンポーネント」と、硬化性ポリオルガノシロキサン(A)と反応して架橋構造を形成する化合物を含有する「硬化剤コンポーネント」との2つのコンポーネントで構成されることが好ましい。なお、任意成分の反応性や変質等を考慮して「任意成分コンポーネント(添加剤コンポーネント)」等と称したコンポーネントを追加してもよい。すなわち、本発明の塗料組成物は、例えば、主剤コンポーネントと硬化剤コンポーネントとで構成される2液型塗料であってもよく、主剤コンポーネント、硬化剤コンポーネント、及び添加剤コンポーネントの3液型塗料であってもよい。
本発明の塗料組成物は、摩擦抵抗低減塗膜を形成するために使用される。すなわち、本発明の摩擦抵抗低減塗膜は、本発明の塗料組成物を硬化させたものである。具体的には、例えば、本発明の塗料組成物を基材等に塗布した後、硬化させることにより摩擦抵抗低減塗膜を得ることができる。
本発明の塗料組成物を塗布する方法としては、刷毛、ローラー、及びスプレーを用いる方法等の公知の方法を挙げることができる。
前述の方法により塗布した塗料組成物は、例えば、25℃の条件下、0.5〜3日間程度放置することにより硬化し、塗膜を得ることができる。なお、塗料組成物の硬化にあたっては、加熱下で送風しながら行ってもよい。
摩擦抵抗低減塗膜の硬化後の厚さは、例えば、塗膜強度を向上させる観点、及び摩擦抵抗を低減させる観点から、100〜2,000μm程度が好ましい。この厚さの摩擦抵抗低減塗膜を製造する方法としては、塗料組成物を1回の塗布あたり通常30〜400μm、好ましくは50〜300μmの厚さで、1回〜複数回塗布する方法が挙げられる。
本発明に係る塗膜付き基材は、本発明の摩擦抵抗低減塗膜を基材上に有するものである。
本発明の塗膜付き基材は、例えば、塗料組成物を基材に塗布又は含浸させることにより塗布体又は含浸体を得る工程(1)と、前記塗布体又は含浸体を硬化させる工程(2)とを有する塗膜付き基材の製造方法により製造することができる。
前記工程(1)において、塗料組成物を基材に塗布する方法は、前述の塗布方法を採用することができる。また、含浸させる方法に特に制限はなく、含浸させるのに十分な量の塗料組成物中に基材を浸すことにより行うことができる。更に前記塗布体又は含浸体を硬化させる方法に特に制限はなく、摩擦抵抗低減塗膜を製造する際の方法と同様の方法で硬化させることができる。
工程(i)において塗膜を形成する方法に特に制限はなく、摩擦抵抗低減塗膜を製造する際の方法と同様の方法により製造することができる。
工程(ii)において塗膜を基材に貼付する方法に特に制限はなく、例えば、特開2013−129724号公報に記載の方法により貼付することができる。
更には、他の塗料による塗装が行われている面や、本発明の塗料組成物が既に塗装されている面に上塗りしてもよい。
本発明の摩擦抵抗低減塗膜形成用の塗料組成物を硬化させた塗膜は、該塗膜の表面と水との間に生じる摩擦抵抗を十分に低減することができ、かつ安定性に優れるため、これを船舶等の表面に設けることにより船舶等の表面と水との間に生じる摩擦抵抗を低減し、船舶等の燃費を向上させることができる。
すなわち、本発明によれば、基材に前記塗膜を被覆する摩擦抵抗低減方法や、基材に前記塗膜を被覆する燃費抑制方法も提供することができる。
以下、硬化性オルガノポリシロキサン(A)を「(A)成分」、親水性高分子(B)を「(B)成分」、無機充填剤(シリカ)(C)を「(C)成分」と表記する場合がある。
[塗料組成物]
・配合成分
塗料組成物に用いられる配合成分を表1〜3に示すと共に、親水性高分子(B)の特性を表4に示す。
なお、表1に示す硬化性オルガノポリシロキサン(A)及び無機充填剤(シリカ)(C)の混練物は、硬化性オルガノポリシロキサン(A)と無機充填剤(シリカ)(C)を表1に記載の量を用い、前述の公知の方法で混練することにより得たものである。
*1:各平均分子量の測定はGPC-MALSを用いて行った。分離には昭和電工株式会社製「OHpak SB-806HQ」を用いた。
示差屈折率検出器として株式会社島津製作所製「RID20A」を用い、光散乱検出器としてWyatt Technology社製「DAWN HELEOSII」を用いた。
溶離液として、50mM硝酸ナトリウム水溶液を用い、流量0.8ml/min、カラム内温度は40℃の条件で測定した。
*2:前処理は、ジェットミルを用いて粉砕を行い、目開き38ミクロンメッシュで分級を行った。
*3:平均粒子径は株式会社島津製作所製「SALD-2200」を用いて乾式法により測定した50%径(メディアン径)である。
・塗料組成物の製造
表5〜7に記載された配合量(質量部)にしたがって各成分を混合撹拌し、主剤コンポーネントのみからなる1液型塗料組成物、主剤コンポーネント、硬化剤コンポーネント、及び添加剤コンポーネントからなる多液型塗料組成物を調製した。
多液型塗料組成物を塗布する場合は、各コンポーネントの成分をディスパーサーを用いて均一になるよう十分に撹拌混合して用いた。
直径310mmの塩ビ製円筒の外側面に、下塗り塗料1としてエポキシ系防食塗料(中国塗料株式会社製「バンノー500」)を乾燥時の厚さが100μmとなるよう塗布し、乾燥後得られた塗膜上に、下塗り塗料2としてシリコーン系塗料(中国塗料株式会社製「CMPバイオクリンタイコート」)を乾燥時の厚さが100μmとなるよう塗布し、乾燥することにより下塗り積層塗膜を形成した。
次いで、この下塗り積層塗膜上に実施例及び比較例の塗料組成物を、乾燥時の厚さが100μmとなるようにスプレー塗装機を用いて常温下で塗装した。常温1日経過後、塗膜付き試験円筒とした。
塗膜の摩擦抵抗は二重円筒式抵抗測定装置を用いて評価した。二重円筒式抵抗測定装置は内外2つの円筒で構成され、人工海水を満たした外円筒の中に測定対象試料の塗膜を外側面に形成した内円筒を設置し、外円筒を回転させて回転水流を発生させた際に内円筒にかかるトルク応力を測定するものである。
実施例及び比較例の塗膜付き試験円筒をこの内円筒として用い、測定したトルク応力を無塗装の内円筒を用いて得た基準トルク応力と比較し、その減少割合を摩擦抵抗低減率%で表した。結果を表5〜7に示す。
摩擦抵抗低減率%が大きい値であるほど塗膜による摩擦抵抗低減効果は高い。
測定は、外円筒の回転速度を400rpmに設定して、試験塗膜上の水流速度が計算上約10ノットに相当する速度条件で、温度23℃にて実施した。
実施例及び比較例の塗膜付き試験円筒を海水中にて23℃、10ノット相当の回転水流下で1週間回転させたときの塗膜状態を目視にて確認し、試験前と変化がない場合を「正常」とし、クラック等の不具合が認められた場合には「異常」と評価した。結果を表5〜7に示した。
Claims (15)
- 硬化性オルガノポリシロキサン(A)と、重量平均分子量(Mw)が200,000以上である親水性高分子(B)とを含有する塗料組成物であって、該塗料組成物中の該硬化性オルガノポリシロキサン(A)の含有量が30〜70質量%であり、該親水性高分子(B)が親水性合成高分子(B1)である、摩擦抵抗低減塗膜形成用の塗料組成物。
- 前記親水性合成高分子(B1)が、1種の親水性基含有不飽和単量体に由来する構造単位を有する単独重合体、又は2種以上の親水性基含有不飽和単量体に由来する構造単位を有する共重合体である、請求項1に記載の塗料組成物。
- 前記親水性基含有不飽和単量体が、非イオン性基含有不飽和単量体、アニオン性基含有不飽和単量体、及びカチオン性基含有不飽和単量体から選ばれる1種以上である、請求項2に記載の塗料組成物。
- 前記親水性合成高分子(B1)がポリエチレンオキシドである、請求項1に記載の塗料組成物。
- 前記親水性合成高分子(B1)の重量平均分子量(Mw)が3,000,000以上である、請求項1〜4のいずれかに記載の塗料組成物。
- 塗料組成物の固形分中の前記親水性高分子(B)の含有量が5〜40質量%である、請求項1〜5のいずれかに記載の塗料組成物。
- 更に、無機充填剤(C)を含有する、請求項1〜6のいずれかに記載の塗料組成物。
- 前記無機充填剤(C)がシリカであり、該シリカを前記硬化性オルガノポリシロキサン(A)との混練物として含有する、請求項7に記載の塗料組成物。
- 更に、シリコーンオイル(D)を含有する、請求項1〜8のいずれかに記載の塗料組成物。
- 更に、防汚剤(E)を含有する、請求項1〜9のいずれかに記載の塗料組成物。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の塗料組成物を硬化させた摩擦抵抗低減塗膜。
- 請求項11に記載の摩擦抵抗低減塗膜を基材上に有する塗膜付き基材。
- 前記基材が船舶である、請求項12に記載の塗膜付き基材。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の塗料組成物を基材に塗布又は含浸させることにより塗布体又は含浸体を得る工程(1)と、前記塗布体又は含浸体を硬化させる工程(2)とを有する塗膜付き基材の製造方法。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の塗料組成物を用いて塗膜を形成する工程(i)と、前記塗膜を基材に貼付する工程(ii)とを有する塗膜付き基材の製造方法。
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