JP7497543B1 - 水性塗料組成物及び複層塗膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この見る方向によって色調が変化するという特徴はフリップフロップ性と呼ばれる。この色調の変化が大きい方が、フリップフロップ性が高いとされ、光輝性顔料を含有する塗膜としての光輝感に優れるとされている。
また、最近は、環境負荷低減等の観点から、塗料を水性化することが求められている。
前記セルロースナノファイバー(D)は、セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して0.80~1.10mmol/gのカルボキシル基量を有し、かつ、20以上50未満の平均アスペクト比を有する、水性塗料組成物によれば、上記目的を達成できることを見出した。
前記セルロースナノファイバー(D)は、セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して0.80~1.10mmol/gのカルボキシル基量を有し、かつ、20以上50未満の平均アスペクト比を有する、水性塗料組成物。
項2.前記光輝性顔料(C)が、アルミニウム顔料を含む、項1に記載の水性塗料組成物。
工程(2):前記工程(1)で形成された中塗り塗膜上に、項1又は2に記載の水性塗料組成物を塗装してベースコート塗膜を形成する工程、
工程(3):前記工程(2)で形成されたベースコート塗膜上に、クリヤ塗料組成物を塗装してクリヤ塗膜を形成する工程、ならびに
工程(4):前記工程(1)~(3)で形成された中塗り塗膜、ベースコート塗膜及びクリヤ塗膜を一度に加熱硬化する工程、を順次行う複層塗膜形成方法。
本発明の水性塗料組成物は、(A)水酸基含有樹脂、(B)硬化剤、(C)光輝性顔料及び(D)セルロースナノファイバーを含有する水性塗料組成物であって、
前記セルロースナノファイバー(D)は、セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して0.80~1.10mmol/gのカルボキシル基量を有し、かつ、20以上50未満の平均アスペクト比を有する、水性塗料組成物。
水酸基含有樹脂(A)は、水酸基を含有する樹脂であれば、特に限定されるものではない。水酸基含有樹脂(A)の種類としては、具体的には、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂などを挙げることができる。特に、水酸基含有樹脂(A)として、水酸基含有アクリル樹脂(A1)、水酸基含有ポリエステル樹脂(A2)、及び水酸基含有ポリウレタン樹脂(A3)を好適に使用することができる。
水酸基含有アクリル樹脂(A1)は、例えば、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他の重合性不飽和モノマーを、それ自体既知の方法、例えば、有機溶媒中での溶液重合法、水中でのエマルション重合法等の方法により共重合せしめることによって製造することができる。
(ii) イソボルニル基を有する重合性不飽和モノマー:イソボルニル(メタ)アクリレート等。
(iii) アダマンチル基を有する重合性不飽和モノマー:アダマンチル(メタ)アクリレート等。
(iv) トリシクロデセニル基を有する重合性不飽和モノマー:トリシクロデセニル(メタ)アクリレート等。
(v) 芳香環含有重合性不飽和モノマー:ベンジル(メタ)アクリレート、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン等。
(vii) フッ素化アルキル基を有する重合性不飽和モノマー:パーフルオロブチルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート等のパーフルオロアルキル(メタ)アクリレート;フルオロオレフィン等。
(viii) マレイミド基等の光重合性官能基を有する重合性不飽和モノマー。
(ix) ビニル化合物:N-ビニルピロリドン、エチレン、ブタジエン、クロロプレン、プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル等。
(x) カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー:(メタ)アクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、β-カルボキシエチル(メタ)アクリレート等。
(xii) 重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマー:アリル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(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、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート等。
(xiii) エポキシ基含有重合性不飽和モノマー:グリシジル(メタ)アクリレート、β-メチルグリシジル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルプロピル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル等。
(xiv) 分子末端がアルコキシ基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート。
(xv) スルホン酸基を有する重合性不飽和モノマー:2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、2-スルホエチル(メタ)アクリレート、アリルスルホン酸、4-スチレンスルホン酸等;これらスルホン酸のナトリウム塩及びアンモニウム塩等。
(xvii) 紫外線吸収性官能基を有する重合性不飽和モノマー:2-ヒドロキシ-4-(3-メタクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2-ヒドロキシ-4-(3-アクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4-(3-メタクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2’-ジヒドロキシ-4-(3-アクリロイルオキシ-2-ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2-[2-ヒドロキシ-5-[2-(メタクリロイルオキシ)エチル]フェニル]-2H-ベンゾトリアゾール等。
(xviii) 光安定性重合性不飽和モノマー:4-(メタ)アクリロイルオキシ1,2,2,6,6-ペンタメチルピペリジン、4-(メタ)アクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-シアノ-4-(メタ)アクリロイルアミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、1-(メタ)アクリロイル-4-(メタ)アクリロイルアミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、1-(メタ)アクリロイル-4-シアノ-4-(メタ)アクリロイルアミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-クロトノイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-クロトノイルアミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、1-クロトノイル-4-クロトノイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン等。
(xix) カルボニル基を有する重合性不飽和モノマー:アクロレイン、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、アセトアセトキシエチルメタクリレート、ホルミルスチロール、4~7個の炭素原子を有するビニルアルキルケトン(例えば、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルブチルケトン)等。
(xx) 酸無水物基を有する重合性不飽和モノマー:無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸等。
また、本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及び/又はメタクリレートを意味する。「(メタ)アクリル酸」は、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を意味する。また、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイル及び/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、アクリルアミド及び/又はメタクリルアミドを意味する。
上記水酸基含有アクリル樹脂(A1)は、塗料の貯蔵安定性、得られる塗膜の耐水性等の観点から、酸価が、1~150mgKOH/gであることが好ましく、5~100mgKOH/gであることがより好ましく、5~80mgKOH/gであることがさらに好ましい。
また、上記水酸基含有アクリル樹脂(A1)は、コアシェル構造を有する水酸基含有アクリル樹脂粒子(A1’)であることが好ましい。
本発明において、「コアシェル構造を有する水酸基含有アクリル樹脂粒子(A1’)」の「シェル部」は樹脂粒子の最外層に存在する重合体層を意味し、「コア部」は上記シェル部を除く樹脂粒子内層の重合体層を意味し、「コアシェル構造を有する」は上記コア部とシェル部を有する構造を意味するものである。
なお、以下では「コアシェル構造を有する水酸基含有アクリル樹脂粒子(A1’)」を単に「水酸基含有アクリル樹脂粒子(A1’)」ということがある。
上記乳化剤としては、アニオン性乳化剤及びノニオン性乳化剤を好適に使用することができる。
上記反応性アニオン性乳化剤としては、アリル基、メタリル基、(メタ)アクリロイル基、プロペニル基、ブテニル基等のラジカル重合性不飽和基を有するスルホン酸化合物のナトリウム塩、該スルホン酸化合物のアンモニウム塩等を挙げることができる。
上記乳化剤の使用量は、使用される全モノマーの総量に対して、0.1~15質量%程度が好ましく、特に0.5~10質量%程度が好ましく、さらに特に1~5質量%程度の範囲内が好ましい。
かくして得られる水酸基含有アクリル樹脂粒子(A1’)は、共重合体(I)をコア部とし、共重合体(II)をシェル部とする複層構造を有する。
水酸基含有ポリエステル樹脂(A2)は、既知の方法で、常法に従い、多塩基酸と多価アルコ-ルとをエステル化反応させることによって合成することができる。
上記脂肪酸としては、例えば、ヤシ油脂肪酸、綿実油脂肪酸、麻実油脂肪酸、米ぬか油脂肪酸、魚油脂肪酸、トール油脂肪酸、大豆油脂肪酸、アマニ油脂肪酸、桐油脂肪酸、ナタネ油脂肪酸、ヒマシ油脂肪酸、脱水ヒマシ油脂肪酸、サフラワー油脂肪酸等が挙げられる。また、上記モノエポキシ化合物としては、例えば、「カージュラE10P」(商品名、HEXION社製、合成高分岐飽和脂肪酸のグリシジルエステル)を好適に用いることができる。
また、水酸基含有ポリエステル樹脂(A2)は、その酸価が1~150mgKOH/gであるのが好ましく、2~100mgKOH/gであるのがより好ましく、2~50mgKOH/gであるのがさらに好ましい。
水酸基含有ポリウレタン樹脂(A3)は、常法により、例えば、ポリオールとポリイソシアネート化合物とを反応させることにより得ることができる。また、該反応後、ジオール、ジアミン等の、1分子中に少なくとも2個の活性水素をもつ低分子量化合物である鎖伸長剤の存在下で、鎖伸長することができる。また、該樹脂の調製中又は調製後に、アクリル樹脂等で変性することができる。
また、水酸基含有ポリウレタン樹脂(A3)は、製造安定性、得られる塗膜の耐水性の観点から、その酸価が1~100mgKOH/gであるのが好ましく、2~50mgKOH/gであるのがより好ましく、2~30mgKOH/gであるのがさらに好ましい。
硬化剤(B)は、水酸基含有樹脂(A)中の水酸基と反応して、本発明の水性塗料組成物を硬化し得る化合物である。硬化剤(B)としては、例えば、ポリイソシアネート化合物、ブロック化ポリイソシアネート化合物(B1)、メラミン樹脂(B2)などが挙げられる。なかでも、塗料の混合工程が無く生産性に優れる等の観点から、ブロック化ポリイソシアネート化合物(B1)及びメラミン樹脂(B2)が好ましく、ブロック化ポリイソシアネート化合物(B1)が特に好ましい。硬化剤(B)は、1種単独で又は2種以上組合せて使用することができる。
ブロック化ポリイソシアネート化合物(B1)は、ポリイソシアネート化合物(b1)のイソシアネート基をブロック剤(b2)でブロック化した化合物である。
ポリイソシアネート化合物(b1)は、1分子中に少なくとも2個のイソシアネート基を有する化合物であって、例えば、脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、及びそれらの誘導体等、並びにそれらの任意の組み合わせを挙げることができる。
ポリイソシアネート化合物(b1)中のイソシアネート基をブロック化するブロック剤(b2)としては、例えば、活性メチレン系、アルコール系、フェノール系、オキシム系、アミン系、酸アミド系、イミダゾール系、ピリジン系、メルカプタン系等のブロック剤を挙げることができ、該ブロック剤は、それぞれ単独で、又は2種以上組み合わせて使用することができる。
スペーサー(b3)は、少なくとも2個のイソシアネート反応性官能基を有する化合物である。
上記官能基は、イソシアネート基に対して反応性を有している官能基であれば特に制限されない。該イソシアネート反応性官能基としては、例えば、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、チオール基等が挙げられ、なかでも水酸基、アミノ基が好ましく、特に、水酸基が好ましい。
したがって、スペーサー(b3)は、少なくとも2個の水酸基を有する化合物であるか、又は少なくとも2個のアミノ基を有する化合物であることが好ましく、なかでも少なくとも2個の水酸基を有する化合物であることが好ましい。
上記ポリエーテルアミンは、市販品を使用することもできる。該市販品としては、例えば、HUNTSMAN社製の「JEFFAMINE D-400」、「JEFFAMINE D-2000」、「JEFFAMINE D-4000」、「JEFFAMINE ED-600」、「JEFFAMINE ED-900」、「JEFFAMINE ED
-2003」、「ELASTAMINE RT-1000」、「JEFFAMINE T-403」、「JEFFAMINE T-3000」、「JEFFAMINE T-5000」などを挙げることができる。
親水基含有化合物(b4)は、1個のイソシアネート反応性官能基を有する。該親水基含有化合物(b4)としては、ノニオン性の親水基含有化合物、アニオン性の親水基含有化合物、及びカチオン性の親水基含有化合物、並びにそれらの任意の組み合わせが挙げられる。親水基含有化合物(b4)としては、ポリイソシアネート化合物(b1)中のイソシアネート基を前述のブロック剤(b2)によってブロック化する反応が阻害されにくいという理由から、ノニオン性の親水基含有化合物であることが好ましい。
また、上記ポリオキシエチレン基を有する化合物は、ポリオキシエチレンブロック以外に、オキシエチレン基以外のオキシアルキレン基を含有してもよい。上記オキシエチレン基以外のオキシアルキレン基としては、例えば、オキシプロピレン基、オキシブチレン基、オキシスチレン基等が挙げられる。
なお、本明細書において、「ポリエチレングリコール(プロピレングリコール)」は、エチレングリコールとプロピレングリコールの共重合体を意味し、ブロック共重合体及びランダム共重合体を含む。
具体的には、ポリイソシアネート化合物(b1)中のイソシアネート基の一部にスペーサー(b3)及び/又は親水基含有化合物(b4)を反応させた後、残りのイソシアネート基をブロック剤(b2)でブロックする方法、ポリイソシアネート化合物(b1)中のイソシアネート基の一部をブロック剤(b2)でブロックした後、残りのイソシアネート基にスペーサー(b3)及び/又は親水基含有化合物(b4)を反応させる方法、並びに、ポリイソシアネート化合物(b1)中のイソシアネート基にブロック剤(b2)、スペーサー(b3)及び/又は親水基含有化合物(b4)を同時に反応させる方法等が挙げられる。
メラミン樹脂(B2)としては、メラミン成分とアルデヒド成分との反応によって得られる部分メチロール化メラミン樹脂又は完全メチロール化メラミン樹脂を使用することができる。アルデヒド成分としては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等を挙げることができる。
光輝性顔料(C)としては、例えば、アルミニウム顔料、蒸着金属フレーク顔料、光干渉性顔料等を挙げることができる。これらの顔料は1種又は2種以上を適宜選択して用いることができる。なかでも、光輝感に優れた塗膜を形成する観点から、アルミニウム顔料及び/又は蒸着金属フレーク顔料を含むことが好ましく、アルミニウム顔料を含むことがさらに好ましい。
また上記アルミニウム顔料は、アルミニウム顔料表面に着色顔料を被覆してさらに樹脂被覆せしめたものや、アルミニウム顔料表面に酸化鉄等の金属酸化物を被覆したものなどの着色アルミニウム顔料を使用してもよい。
上記金属の材質としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、真鍮、チタン、クロム、ニッケル、ニッケルクロム、ステンレス等が挙げられる。なかでも特に入手しやすさ及び取扱いやすさ等の観点から、アルミニウム又はクロムが好適である。本明細書では、アルミニウムを蒸着して得られた蒸着金属フレーク顔料を「蒸着アルミニウムフレーク顔料」と呼び、クロムを蒸着して得られた蒸着金属フレーク顔料を「蒸着クロムフレーク顔料」と呼ぶ。
本明細書において、上記「蒸着アルミニウムフレーク顔料」は、アルミニウム顔料ではなく、蒸着金属フレーク顔料に含まれるものとする。
蒸着アルミニウムフレーク顔料は、表面がシリカ処理されていることが、貯蔵安定性、及び金属調光沢に優れた塗膜を得る等の観点から好ましい。
上記蒸着金属フレーク顔料の平均厚みは、好ましくは0.01~1.0μm、より好ましくは、0.015~0.1μmである。
本発明の水性塗料組成物が、光輝性顔料(C)として、蒸着金属フレーク顔料を含有する場合、その含有量は、仕上がり外観及び光輝感に優れた塗膜を形成する観点から、本発明の水性塗料組成物中の樹脂固形分100質量部を基準として、0.1~30質量部の範囲内であることが好ましく、1~15質量部の範囲内であることがさらに好ましい。
光干渉性顔料としては具体的には、下記に示す金属酸化物被覆マイカ顔料、金属酸化物被覆アルミナフレーク顔料、金属酸化物被覆ガラスフレーク顔料、金属酸化物被覆シリカフレーク顔料などを挙げることができる。
セルロースナノファイバー(D)は、セルロースナノファイバーの絶乾質量に対してカルボキシル基量が0.80~1.10mmol/gであり、かつ、平均アスペクト比が、20以上50未満である。
上記セルロースナノファイバー(D)は、セルロースナノフィブリル、フィブリレーティドセルロース、又はナノセルロースクリスタルと称されることもある。
セルロース原料としては、例えば、植物性材料(例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)、動物性材料(例えば、ホヤ類)、藻類、微生物(例えば、酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物を起源とするものを挙げることができ、いずれも使用することができる。好ましくは、植物又は微生物由来のセルロース原料であり、より好ましくは、植物由来のセルロース原料である。
(カルボキシル基の導入)
上記のセルロース原料を公知の方法で酸化(カルボキシル化)することにより、セルロース原料にカルボキシル基を導入することができる。
臭化物又はヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物及びヨウ化物の合計量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.1mmol~100mmolが好ましく、0.1mmol~10mmolがより好ましく、0.5mmol~5mmolがさらに好ましい。
酸化剤の使用量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.5mmol~500mmolが好ましく、0.5mmol~50mmolがより好ましく、1mmol~25mmolがさらに好ましい。また、例えば、N-オキシル化合物1molに対して1mol~40molが好ましい。
また、酸化反応は、2段階に分けて実施してもよい。例えば、1段階目の反応終了後に濾別して得られたカルボキシル化セルロースを、再度、同一又は異なる反応条件で酸化することにより、1段階目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化することができる。
オゾンを含む気体中のオゾン濃度は、50g/m3~250g/m3であることが好ましく、50g/m3~220g/m3であることがより好ましい。セルロース原料に対するオゾン添加量は、セルロース原料の固形分を100質量部とした際に、0.1質量部~30質量部であることが好ましく、5質量部~30質量部であることがより好ましい。
(解繊)
解繊に用いる装置は特に限定されないが、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などのタイプの装置が挙げられ、高圧又は超高圧ホモジナイザーが好ましく、湿式の高圧又は超高圧ホモジナイザーがより好ましい。装置は、セルロース原料又は酸化セルロース(通常は分散液)に強力なせん断力を印加できることが好ましい。装置が印加できる圧力は、50MPa以上が好ましく、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。装置は、セルロース原料又は酸化セルロース(通常は分散液)に上記圧力を印加でき、かつ強力なせん断力を印加できる、湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーが好ましい。これにより、解繊を効率的に行うことができる。解繊装置での処理(パス)回数は、1回でもよいし2回以上でもよく、2回以上が好ましい。
解繊処理又は分散処理に先立ち、必要に応じて予備処理を行ってもよい。予備処理は、高速せん断ミキサーなどの混合、撹拌、乳化、分散装置を用いて行えばよい。
平均アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
本発明の水性塗料組成物における、セルロースナノファイバー(D)の含有量は、仕上がり外観及び光輝感に優れた塗膜を形成する観点から、本発明の水性塗料組成物中の樹脂固形分100質量部を基準として、0.1~15.0質量部の範囲内であることが好ましく、1.0~10.0質量部の範囲内であることがさらに好ましい。
本発明の水性塗料組成物は、さらに必要に応じて、上記以外の樹脂、光輝性顔料(C)以外の顔料、有機溶剤、硬化触媒、分散剤、沈降防止剤、消泡剤、増粘剤、紫外線吸収剤、光安定剤、表面調整剤等を含有することができる。
上記以外の樹脂としては、例えば、水酸基を含有しないアクリル樹脂、水酸基を含有しないポリエステル樹脂、水酸基を含有しないポリウレタン樹脂、水酸基を含有しないポリエーテル樹脂、水酸基を含有しないポリカーボネート樹脂、水酸基を含有しないエポキシ樹脂等が挙げられ、なかでも、水酸基を含有しないポリウレタン樹脂を用いることが好ましい。
本発明の水性塗料組成物が、上記光輝性顔料(C)以外の顔料を含有する場合、該光輝性顔料(C)以外の顔料の含有量は、本発明の水性塗料組成物中の樹脂固形分100質量部を基準として、1~200質量部、好ましくは5~160質量部、さらに好ましくは15~140質量部の範囲内であることが好適である。
本発明の水性塗料組成物が、上記着色顔料を含有する場合、該着色顔料の含有量は本発明の水性塗料組成物中の樹脂固形分100質量部を基準として、1~180質量部、好ましくは5~150質量部、さらに好ましくは15~130質量部の範囲内であることが好適である。
リン酸基含有アクリル樹脂の重量平均分子量は、仕上り外観及び塗膜性能の観点から、3000~30000の範囲内であることが好ましく、5000~25000の範囲内であることがより好ましく、10000~20000の範囲内であることがさらに好ましい。
なお、リン酸基含有アクリル樹脂が水酸基を含有している場合、水酸基含有樹脂(A)に含まれるものとする。
適正粘度は、塗料組成により異なるが、例えば、フォードカップ粘度計No.4を用いて調整した場合、20℃において、通常、20~100秒程度、好ましくは25~70秒程度の粘度とすることができる。
本発明の水性塗料組成物は、一液型塗料又は多液型塗料のいずれであっても良いが、塗料の混合工程が無く生産性に優れる、塗装機械のメンテナンスの簡略化ができる等の観点から、一液型塗料であることが好ましい。
本発明の水性塗料組成物の塗布量は、硬化膜厚として、通常、5~30μm、好ましくは7~25μm、さらに好ましくは10~20μmとなる量であることが好ましい。
本発明の水性塗料組成物は、仕上がり外観及び光輝感に優れた塗膜を形成することができるため、ベース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。
本塗料がベースコート塗料組成物として塗装される複層塗膜形成方法としては、例えば、下記の方法を好適に用いることができる。
工程(2):前記工程(1)で形成された中塗り塗膜上に、本発明の水性塗料組成物を塗装してベースコート塗膜を形成する工程、
工程(3):前記工程(2)で形成されたベースコート塗膜上に、クリヤ塗料組成物を塗装してクリヤ塗膜を形成する工程、ならびに
工程(4):前記工程(1)~(3)で形成された中塗り塗膜、ベースコート塗膜及びクリヤ塗膜を一度に加熱硬化する工程、を順次行う複層塗膜形成方法。
これらの被塗物の材質としては、特に限定されるものではない。例えば、鉄、アルミニウム、真鍮、銅、ブリキ、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼、亜鉛合金(Zn-Al、Zn-Ni、Zn-Feなど)メッキ鋼などの金属材料;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂類、各種のFRPなどのプラスチック材料;ガラス、セメント、コンクリートなどの無機材料;木材;紙、布などの繊維材料などを挙げることができる。これらの内、金属材料及びプラスチック材料が好ましい。
また、上記クリヤ塗料組成物は、一液型塗料であってもよいし、二液型ウレタン樹脂塗料等の多液型塗料であってもよい。
コアシェル構造を有する水酸基含有アクリル樹脂粒子(A1’)の製造
製造例1
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に脱イオン水130部、「アクアロンKH-10」(商品名、第一工業製薬社製、乳化剤、有効成分97%)0.52部を仕込み、窒素気流中で反応系を撹拌混合し、反応系を80℃に昇温した。
製造例2
温度計、サーモスタット、攪拌装置、還流冷却器及び水分離器を備えた反応容器に、トリメチロールプロパン174部、ネオペンチルグリコール327部、アジピン酸352部、イソフタル酸109部及び1,2-シクロヘキサンジカルボン酸無水物101部を仕込み、160℃から230℃まで3時間かけて反応系を昇温させた後、生成した縮合水を水分離器により留去させながら230℃で保持し、酸価が3mgKOH/g以下となるまで反応させた。この反応生成物に、無水トリメリット酸59部を添加し、170℃で30分間付加反応を行った後、50℃以下に冷却し、トリエチルアミンを75.8部添加し中和してから、脱イオン水を徐々に添加することにより、固形分濃度45%の水酸基含有ポリエステル樹脂溶液(A2-1)を得た。得られた水酸基含有ポリエステル樹脂は、水酸基価が128mgKOH/g、酸価が35mgKOH/g、重量平均分子量が13,000であった。
製造例3
温度計、撹拌機及び還流コンデンサーを備えた反応槽に、ポリテトラメチレングリコール(数平均分子量1000)211.9部、2,2-ジメチロールプロピオン酸11.5部、トリメチロールプロパン6.9部、イソホロンジイソシアネート112.2部及びメチルエチルケトン298.5部を仕込み、反応系を窒素ガスで置換した後、撹拌下80℃で反応させて、遊離イソシアネート基含有量3.2%のNCO末端ウレタンプレポリマーを得た。得られた該メチルエチルケトン溶液を40℃に冷却しトリエチルアミン8.6部を含む脱イオン水493.2gを加えて乳化した後、これに5%N-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン水溶液275.9部を添加し、60分間撹拌後、メチルエチルケトンを減圧加熱下に留去し、脱イオン水で濃度調整して、固形分35%、酸価14mgKOH/g、水酸基価12mgKOH/g、平均粒子径120nmの水酸基含有ポリウレタン樹脂分散液(A3-1)を得た。
製造例4
温度計、撹拌機及び還流コンデンサーを備えた反応槽に、ポリテトラメチレングリコール(数平均分子量1000)211.9部、2,2-ジメチロールプロピオン酸11.5部、トリメチロールプロパン6.9部、イソホロンジイソシアネート112.2部及びメチルエチルケトン298.5部を仕込み、反応系を窒素ガスで置換した後、撹拌下80℃で反応させ遊離イソシアネート基含有量3.2%のNCO末端ウレタンプレポリマーを得た。得られた該メチルエチルケトン溶液を40℃に冷却し、トリエチルアミン9.8部を含む脱イオン水493.2gを加えて乳化した後、これに5%エチレンジアミン水溶液159.2部を添加し、60分間撹拌後、メチルエチルケトンを減圧加熱下に留去し、脱イオン水で濃度調整して、固形分35%、酸価14mgKOH/g、平均粒子径120nmの水酸基を含有しないポリウレタン樹脂分散液(U-1)を得た。
製造例5
温度計、サーモスタット、攪拌装置、還流冷却器、窒素導入管、滴下装置を備えた反応容器に、「スミジュールN-3300」(商品名、住化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由来のイソシアヌレート構造含有ポリイソシアネート、固形分100%、イソシアネート基含有率21.8%)1610部、「PTMG2000」(商品名、三菱ケミカル社製、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、平均分子量2,000、固形分100%)1200部及び2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール0.9部を仕込み、よく混合して、反応系を窒素気流下で130℃で3時間加熱した。次いで、反応容器に酢酸エチル1200部及びマロン酸ジイソプロピル1250部を仕込み、窒素気流下で反応系を攪拌しながら、ナトリウムメトキシドの28%メタノール溶液14部を反応容器に加え、65℃で8時間攪拌し、最終固形分が70%となるよう反応生成物を酢酸エチルで希釈して、固形分70%、重量平均分子量50,000のブロック化ポリイソシアネート化合物(B1-1)を得た。
製造例6
漂白済み針葉樹由来溶解クラフトパルプ(バッカイ社製DKP)5g(絶乾)を、TEMPO(Sigma Aldrich社)19.5mg(絶乾1gのセルロースに対し0.025mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)とを溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に2M次亜塩素酸ナトリウム水溶液8mlを添加した後、0.5N塩酸水溶液でpHを10.3に調整し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHは低下するが、3.0N水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。2時間反応させた後、反応生成物をガラスフィルターで濾過し、十分に水洗することでカルボキシル化セルロースを得た。得られたカルボキシル化セルロースのカルボキシル基量は、0.94mmol/gであった。その後、酸化セルロースの5%(w/v)スラリーに過酸化水素を酸化セルロースに対して2%(w/v)添加し、1M水酸化ナトリウムでpHを12に調整した。このスラリーを80℃で、2時間加水分解処理した。これを水で4.0%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、140MPa)で5回処理し、セルロースナノファイバー(D-1)を含む水分散体を得た。セルロースナノファイバー(D-1)のカルボキシル基量は0.94mmol/gであり、平均繊維径は6.9nm、平均繊維長は235nm、平均アスペクト比は34であった。
反応系に添加する2M次亜塩素酸ナトリウム水溶液を14mlにしたこと以外は、製造例6と同様にしてセルロースナノファイバー(D-2)を含む水分散体を得た。セルロースナノファイバー(D-2)のカルボキシル基量は1.87mmol/gであり、平均繊維径は5.7nm、平均繊維長は230nm、平均アスペクト比は40であった。
漂白済み針葉樹由来クラフトパルプ(白色度85%)5g(絶乾)を、TEMPO(Sigma Aldrich社)19.5mg(絶乾1gのセルロースに対し0.025mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)とを溶解した水溶液500mLに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に2M次亜塩素酸ナトリウム水溶液11ml添加した後、0.5N塩酸水溶液でpHを10.3に調整し、酸化反応を開始した。0.5N水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。2時間反応させた後、反応生成物をガラスフィルターで濾過し、十分に水洗することで酸化セルロースを得た。得られた酸化セルロースのカルボキシル基量は1.6mmol/gであった。これを水で1.0%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、140MPa)で3回処理して、セルロースナノファイバー(D-3)を含む水分散体を得た。セルロースナノファイバー(D-3)のカルボキシル基量は1.6mmol/gであり、平均繊維径は3.0nm、平均繊維長は753nm、平均アスペクト比は251であった。
酸化セルロースの5%(w/v)スラリーに添加する過酸化水素の量を酸化セルロースに対し10%(w/v)に変更した以外は、製造例6と同様にしてセルロースナノファイバー(D-4)を含む水分散体を得た。セルロースナノファイバー(D-4)のカルボキシル基量は0.92mmol/gであり、平均繊維径は6.5nm、平均繊維長は126nm、平均アスペクト比は19であった。
酸化セルロースの5%(w/v)スラリーに添加する過酸化水素の量を酸化セルロースに対し0.5%(w/v)に変更し、且つ加水分解した酸化セルロース繊維を超高圧ホモジェナイザー(20℃、140MPa)で4回処理に変更したこと以外は、製造例6と同様にしてセルロースナノファイバー(D-5)を含む水分散体を得た。セルロースナノファイバー(D-5)のカルボキシル基量は0.95mmol/gであり、平均繊維径は7.2nm、平均繊維長は370nm、平均アスペクト比は51であった。
反応系に添加する2M次亜塩素酸ナトリウム水溶液を6.5mlにしたこと以外は、製造例6と同様にしてセルロースナノファイバー(D-6)を含む水分散体を得た。セルロースナノファイバー(D-6)のカルボキシル基量は0.71mmol/gであり、平均繊維径は8.2nm、平均繊維長は268nm、平均アスペクト比は33であった。
反応系に添加する2M次亜塩素酸ナトリウム水溶液を10mlにしたこと以外は、製造例6と同様にしてセルロースナノファイバー(D-7)を含む水分散体を得た。セルロースナノファイバー(D-7)のカルボキシル基量は1.18mmol/gであり、平均繊維径は5.3nm、平均繊維長は241nm、平均アスペクト比は45であった。
製造例13
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に、メトキシプロパノール27.5部及びイソブタノール27.5部の混合溶剤を入れ、110℃に加熱した。次いで、スチレン25部、n-ブチルメタクリレート27.5部、「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、分岐高級アルキルアクリレート)20部、4-ヒドロキシブチルアクリレート7.5部、下記リン酸基含有重合性モノマー15部、2-メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート12.5部、イソブタノール10部及びt-ブチルパーオキシオクタノエート4部からなる混合物121.5部を、4時間かけて上記混合溶剤に加え、さらにt-ブチルパーオキシオクタノエート0.5部とイソプロパノール20部からなる混合物を1時間滴下した。その後、反応系を1時間攪拌熟成して固形分濃度50%のリン酸基含有アクリル樹脂溶液を得た。本樹脂のリン酸基による酸価は83mgKOH/g、水酸基価は29mgKOH/g、重量平均分子量は10,000であった。
製造例14
撹拌混合容器内において、「アルペースト 6360NS」(商品名、東洋アルミニウム社製、アルミニウム顔料ペースト、アルミニウム含有量70%)21.4部(固形分15部)、製造例13で得たリン酸基含有アクリル樹脂溶液10部(固形分5部)及び2-エチル-1-ヘキサノール35部を均一に混合して、光輝性顔料分散液(P-1)を得た。
実施例1
製造例14で得た光輝性顔料分散液(P-1)66.4部、製造例1で得た水酸基含有アクリル樹脂粒子(A1’-1)83.3部(固形分25部)、製造例2で得た水酸基含有ポリエステル樹脂溶液(A2-1)55.6部(固形分25部)、製造例3で得た水酸基含有ポリウレタン樹脂分散液(A3-1)57.1部(固形分20部)、製造例5で得たブロック化ポリイソシアネート化合物(B1-1)42.9部(固形分30部)及び製造例6で得たセルロースナノファイバー溶液75部(固形分3部)を均一に混合した。次いで、トリエチルアミン及び脱イオン水を添加し、pH8.2、塗料固形分25%、20℃におけるフォードカップNO.4による粘度が30秒の水性塗料組成物NO.1を得た。
配合組成を下記表1に示すものとする以外は、実施例1と同様にして、20℃におけるフォードカップNO.4による粘度が30秒の各水性塗料組成物NO.2~9を得た。
なお、表1に示す配合組成は、各成分の固形分質量による。
リン酸亜鉛処理された冷延鋼板に、熱硬化性エポキシ樹脂系カチオン電着塗料組成物(商品名「エレクロンGT-10」、関西ペイント社製)を膜厚20μmになるように電着塗装し、170℃で30分加熱して硬化させた。かくして、鋼板上に電着塗膜を形成してなる被塗物を作製した。
実施例4
上記で得られた被塗物に、「WP-505T」(商品名、関西ペイント社製、ポリエステルメラミン樹脂系水性中塗り塗料)を、回転霧化型の静電塗装機を用いて、硬化膜厚30μmとなるように静電塗装し、5分間放置して、未硬化の中塗り塗膜を形成した。
次いで、80℃で30分間加熱して、中塗り塗膜、ベースコート塗膜及びクリヤ塗膜を加熱硬化させることにより、試験用塗装板を作製した。
実施例4において、水性塗料組成物の種類を下記表2の通りに変更すること以外は、実施例4と同様にして試験板を作製した。
上記で得られた各試験板について、下記の試験方法により評価を行った。評価結果を下記表2に示す。
仕上がり外観:Wave Scan(商品名、BYK Gardner社製)によって測定されるLong Wave(LW)値及びShort Wave(SW)値に基づいて、仕上がり外観を評価した。
LW値:平滑性の指標であり、LW値が小さいほど塗面の平滑性が高いことを示す。10以下合格とする。
SW値:鮮映性の指標であり、SW値が小さいほど塗面の鮮映性が高いことを示す。15以下を合格とする。
FF値=L*15値/L*75値
例えば、上述の実施形態及び実施例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。
また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料及び数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
Claims (3)
- (A)水酸基含有樹脂、(B)硬化剤、(C)光輝性顔料及び(D)セルロースナノファイバーを含有する水性塗料組成物であって、
前記セルロースナノファイバー(D)は、セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して0.80~1.10mmol/gのカルボキシル基量を有し、かつ、25μm未満の平均繊維長、及び20以上50未満の平均アスペクト比を有する、水性塗料組成物。 - 前記光輝性顔料(C)が、アルミニウム顔料を含む、請求項1に記載の水性塗料組成物。
- 工程(1):被塗物上に、中塗り塗料組成物を塗装して中塗り塗膜を形成する工程、
工程(2):前記工程(1)で形成された中塗り塗膜上に、請求項1又は2に記載の水性塗料組成物を塗装してベースコート塗膜を形成する工程、
工程(3):前記工程(2)で形成されたベースコート塗膜上に、クリヤ塗料組成物を塗装してクリヤ塗膜を形成する工程、ならびに、
工程(4):前記工程(1)~(3)で形成された中塗り塗膜、ベースコート塗膜及びクリヤ塗膜を一度に加熱硬化する工程、を順次行う複層塗膜形成方法。
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