JP2001106774A - 粉体塗料用ポリエステル樹脂及び組成物、並びにこれを用いた粉体塗料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実用上十分な強度と耐候性を有するととも
に、優れた塗膜の平滑性と良好な耐ブロッキング性を有
する粉体塗料用ポリエステル樹脂及び組成物、並びにこ
れを用いた粉体塗料を提供する。 【解決手段】 芳香族ジカルボン酸と脂肪族グリコール
を主成分とし、極限粘度が0.10〜0.30dl/g、酸価が15〜
50mgKOH/gで、炭素数10以上の飽和脂肪酸を共重合成分
として含有するポリエステル樹脂。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、実用上十分な強度
と耐候性を有するとともに、優れた塗膜の平滑性を与え
る粉体塗料用ポリエステル樹脂及び組成物、並びにこれ
を用いた粉体塗料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】粉体塗料は、従来の溶剤型塗料と比較し
て、無公害塗料であること、塗装直後でも使用に供しう
ること、多層の重ね塗りが不要であること、比較的安価
であること、回収利用が可能であること等の利点が認め
られ、建材、家電製品、自動車部品等の部材の保護装飾
用塗料として、近年急速に需要が拡大している。粉体塗
料にはエポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、ポリエステル
樹脂系のものが主に知られており、ポリエステル粉体塗
料はバランスのとれた塗膜性能を有する塗料として知ら
れている。そのなかでも主たる末端がカルボキシル基で
あるポリエステル樹脂とヒドロキシアルキルアミド系硬
化剤とからなる粉体塗料は、低温焼付けが可能で、かつ
優れた耐候性を有していることが知られている。

【０００３】また、一般的に、塗料は部材の保護という
主機能を有しているが、最近では表面の塗装仕上げの美
麗感が求められており、特に、塗装表面の優れた平滑性
が要求されている。しかしながら、ヒドロキシアルキル
アミド系硬化剤で硬化する粉体塗料は、その硬化剤の構
造(官能基数)により、主たる末端がカルボキシル基であ
るポリエステル樹脂を組み合わせた場合、硬化時の架橋
密度が高くなり、かつ、硬化反応性が増大するために、
塗膜の平滑性が著しく悪化していた。

【０００４】そこで、塗膜の平滑性を実用的なレベルに
するため、塗料の主成分であるポリエステル樹脂に1,6-
ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、アジピン
酸、ドデカン二酸等の一般的な脂肪族タイプのジオー
ル、ジカルボン酸成分を共重合し、樹脂の溶融粘度を下
げる方法がとられてきた。しかし、この方法では、塗膜
に優れた平滑性を発現させるためには、共重合量をかな
り多くする必要があり、その影響でポリエステル樹脂の
ガラス転移温度の低下がさけられず、塗料の貯蔵安定性
(耐ブロッキング性)が悪くなるという問題があった。

【０００５】また、ポリエステル樹脂の分子量を下げる
という方策もあるが、塗料として配合した場合、ポリエ
ステル樹脂に由来するカルボキシル末端基数が多くなる
ため、結果として硬化反応性が増大し塗膜の平滑性は改
善されないばかりか、耐衝撃性等の機械的強度が低下す
るという問題があった。

【０００６】このように、主たる末端がカルボキシル基
であるポリエステル樹脂とヒドロキシアルキルアミド系
硬化剤とからなる粉体塗料において、耐候性が良好で、
十分な機械的強度を有し、かつ、低温焼付け可能で、優
れた塗膜の平滑性を有したものを得ることは非常に困難
であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題を解決し、実用上十分な強度と耐候性を有するととも
に、優れた塗膜の平滑性と良好な耐ブロッキング性を与
える粉体塗料用ポリエステル樹脂及び組成物、並びにこ
れを用いた粉体塗料を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達
した。すなわち、本発明の要旨は次の通りである。 (１)酸成分が芳香族ジカルボン酸を主体とし、アルコー
ル成分が脂肪族ジオールを主体とするポリエステルであ
って、極限粘度が0.10〜0.30dl/g、酸価が15〜50mgKOH/
gであり、酸成分の0.5〜5モル％が炭素数10以上の飽和
脂肪酸であることを特徴とする粉体塗料用ポリエステル
樹脂。 (２)上記(１)記載のポリエステル樹脂に、ヒドロキシア
ルキルアミド系硬化剤を配合した粉体塗料用ポリエステ
ル樹脂組成物。 (３)上記(２)記載の粉体塗料用ポリエステル樹脂組成物
を用いた粉体塗料。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明におけるポリエステル樹脂の酸成分は、芳
香族ジカルボン酸を主体とする必要がある。芳香族ジカ
ルボン酸としては主として、テレフタル酸、イソフタル
酸が用いられるが、必要に応じて、本発明の効果を損な
わない範囲で、5-ナトリウムスルホイソフタル酸、フタ
ル酸、無水フタル酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香
族ジカルボン酸やそのエステル形成性誘導体、コハク
酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン
二酸等の脂肪族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボ
ン酸等の脂環族ジカルボン酸、無水トリメリット酸、ト
リメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸等の三価
以上のカルボン酸、あるいは、4-ヒドロキシ安息香酸、
ε-カプロラクトンなどのオキシカルボン酸を少量併用
してもよい。

【００１０】本発明において塗膜の優れた平滑性を発現
させるには、上記芳香族ジカルボン酸に加えて、炭素数
10以上の飽和脂肪酸が、全酸成分中、0.5〜5モル％含ま
れていることが必要である。炭素数10以上の飽和脂肪酸
がポリエステル樹脂中に含まれていることにより、同じ
重合度のポリエステル樹脂と比較して、ポリエステル樹
脂中に含まれるカルボキシあるいはヒドロキシ末端基数
が減少し、塗料としたときの硬化剤との硬化反応性をや
わらげるとともに、ポリエステル樹脂の末端が長鎖のア
ルキル基となるために樹脂の流動性が増大し、塗膜とな
った場合に十分な平滑性を示すのである。炭素数が10未
満の飽和脂肪酸では、ポリエステル樹脂に十分な流動性
が付与できない。また、炭素数10以上の飽和脂肪酸とし
ては特に限定されるものではないが、工業的に製造、使
用されている観点から、炭素数が10〜20のものがより好
ましく、その具体例としては、ステアリン酸、パルミチ
ン酸、ラウリン酸等が挙げられるが、コストの面から特
にステアリン酸が好ましい。なお、上記成分の共重合量
は全酸成分に対して0.5〜5モル％の範囲とすることが必
要である。共重合量が0.5モル％未満では、塗膜とした
場合に十分な平滑性が発現されない。一方、共重合量が
5モル％を超えると、ポリエステル樹脂のガラス転移温
度が大きく低下し、塗料の貯蔵安定性(耐ブロッキング
性)が悪くなる。

【００１１】本発明におけるポリエステル樹脂のアルコ
ール成分としては、主に脂肪族ジオールであるネオペン
チルグリコールとエチレングリコールが好ましく用いら
れるが、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲
で、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,
4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール等の脂肪族グ
リコールや、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,4-シ
クロヘキサンジオール等の脂環族グリコール、ビスフェ
ノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールS
のエチレンオキサイド付加物等の芳香族グリコール、あ
るいは、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタ
エリスリトール等の三価以上のアルコールを少量併用し
てもよい。

【００１２】本発明のポリエステル樹脂は、極限粘度が
0.10〜0.30dl/gであることが必要であり、好ましくは0.
15〜0.25dl/gである。極限粘度が0.10dl/gに満たない
と、樹脂の分子量が低いために、樹脂及び組成物の耐ブ
ロッキング性が低下したり、塗膜の機械的強度が低下す
る。一方、0.30dl/gを超えると、樹脂の分子量が高いた
めに流動性が低下し、塗膜の平滑性が悪くなる。

【００１３】本発明のポリエステル樹脂は、酸価が15〜
50mgKOH/gであることが必要であり、好ましくは20〜40m
gKOH/gである。酸価が15mgKOH/gに満たないと、樹脂の
分子量が高くなりすぎ流動性が低下するため塗膜の表面
に大きな凹凸が生じ、平滑性が低下する。一方、酸価が
50mgKOH/gを超えると、塗料として配合した場合、硬化
剤との硬化反応性が増大しすぎるため塗膜の平滑性が悪
くなる。

【００１４】上記の条件を満足するポリエステル樹脂
は、前記のようなカルボン酸成分、アルコール成分(そ
れらのエステル形成性誘導体を含む)を原料とし、常法
によって、200〜280℃の温度でエステル化又はエステル
交換反応を行った後、5hPa以下の減圧下、200〜300℃、
好ましくは230〜290℃の温度で重縮合反応を行って高重
合度のポリマーとし、さらに酸成分を添加して、220〜2
80℃の温度で解重合反応を行う方法で調製することがで
きる。なお、エステル化、エステル交換反応及び重縮合
反応においては、公知の反応触媒などを用いることがで
きる。

【００１５】本発明の粉体塗料用ポリエステル樹脂組成
物においては、上記のポリエステル樹脂にヒドロキシア
ルキルアミド系硬化剤を配合する必要がある。ヒドロキ
シアルキルアミド系硬化剤を使用しないと良好な耐候性
を有する粉体塗料用ポリエステル樹脂組成物が得られな
い。この硬化剤の種類は特に限定されるものではない
が、例えばＥＭＳ社製の「Primid XL-552」などが挙げ
られる。硬化剤の配合量は、ポリエステル樹脂の酸価に
対して0.8〜1.2倍当量、好ましくは1.0倍当量とするの
が適当である。

【００１６】本発明の粉体塗料は、上記ポリエステル樹
脂組成物に、必要に応じてレベリング剤、その他の添加
剤、例えば二酸化チタン、カーボンブラック等の顔料な
どからなる混合物を、ニーダーまたはロールを用いて70
〜120℃で溶融混練することにより調製することができ
る。そして、得られた粉体塗料は、これを被塗装物に塗
装し、150〜190℃の比較的低温で、15〜25分間焼付ける
ことによっても、平滑性などに優れた塗膜を与える。

【００１７】

【作用】本発明におけるポリエステル樹脂が、優れた塗
膜の平滑性を有する理由は、柔軟な分子鎖を有する長鎖
の飽和脂肪酸を共重合することにより、樹脂の流動性を
増大させると同時に、ポリエステル樹脂の末端が適度に
封鎖されることにより、硬化反応性を制御することによ
って発現したものと推察される。

【００１８】

【実施例】次に、本発明を実施例及び比較例によって具
体的に説明する。なお、実施例及び比較例において、樹
脂、樹脂組成物の特性値及び塗膜性能の評価は以下の方
法で測定した。

【００１９】(a)極限粘度 フェノールと四塩化エタンとの等重量混合物を溶媒と
し、20℃で測定した。 (b)酸価 ポリエステル樹脂0.5gをジオキサン/蒸留水＝10/1(重量
比)の混合溶媒50mlに溶解し、加熱還流後、0.1規定の水
酸化カリウムメタノール溶液で滴定して求めた。 (c)共重合成分の割合 ポリエステル樹脂を重水素化トリフルオロ酢酸に溶解さ
せ、¹Ｈ-ＮＭＲ(日本電子社製JNM-LA400)を用いて測定
し求めた。 (d)ガラス転移温度 示差走査型熱量計(セイコー電子工業社製DSC-220型)を
用い、昇温速度10℃/分で求めた。 (e)耐ブロッキング性 直径3cm、高さ7cmの有底ガラス管に、粉体塗料を高さ4c
mまで入れ、40℃の恒温槽中に1週間放置した後、ガラス
管を逆さにして粉体塗料を取り出し、塗料の状態によ
り、次の2段階で評価した。 ○：塗料に塊がないか、もしくは塊が小さく、手で持ち
上げられない。 ×：塗料が凝集して固化した大きな塊があり、その塊を
持ち上げられる。 (f)耐衝撃性 JIS K 5400に準じ、直径1.27cmの球面を持つ撃ち台とそ
れにあう窪みを持った受け台との間に塗膜が球面に接触
するように塗装鋼板を挟み込み、その上から1kgのおも
りを垂直に落下させ、塗膜の破壊する高さを求めた。こ
の値が20cm以上であれば合格である。 (g)塗膜外観 塗膜の平滑性を目視により評価した。 ○：塗膜に凹凸が少なく平滑性が良好なもの。 ×：塗膜に大きな凹凸があり平滑性がよくないもの。 (h)60度鏡面光沢度 JIS K 5400に準じて求めた。 (g)促進耐候性 JIS K 5400に準じ、サンシャインウェザーメーター(ス
ガ試験機社製 WEL-6XC-HC-B・EC型)を用いて400時間照射
後の光沢保持率を求めた。この値が80％以上であれば合
格である。

【００２０】実施例1〜5及び比較例1〜5 表1に示した原料化合物を、表1に示した量(モル部)でエ
ステル化反応槽に仕込み、圧力0.1〜0.5MPaG、温度210
〜260℃で4時間エステル化反応を行った。得られたエス
テル化物を重縮合反応槽に移送した後、三酸化アンチモ
ンを2.5〜4×10^-4モル/酸成分1モル添加し、0.5hPaに減
圧し、280℃で3.5時間重縮合反応を行い、ポリエステル
樹脂を得た。次いでこのポリエステル樹脂に、表1に示
した解重合剤を、表1に示した量(モル部)で添加し、常
圧下、250℃で2時間解重合反応を行い、表1に示す特性
値を有するポリエステル樹脂を得た。

【００２１】得られたポリエステル樹脂に、ヒドロキシ
アルキルアミド系硬化剤(ＥＭＳ社製「Primid XL-55
2」)、ブチルポリアクリレート系レベリング剤(ビー・
エー・エス・エフ社製「アクロナール4F」)、ベンゾイ
ン及びルチル型二酸化チタン顔料(石原産業社製「タイ
ペークCR-90」)を表1に示す量(重量部)添加し、ヘンシ
ェルミキサー(三井三池製作所製、FM 10B型)でドライブ
レンドした後、コ・ニーダ(ブッス社製、PR-46型)を用い
て100℃で溶融混練し、冷却、粉砕後、140メッシュ(106
μm)の金網で分級して粉体塗料を得た。得られた粉体塗
料を、リン酸亜鉛処理鋼板上に、膜厚が50〜60μmとな
るように静電塗装して、160℃×20分間焼付けを行っ
た。塗膜性能の評価結果を表1に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】実施例1〜5で得られた粉体塗料は、いずれ
も強度、平滑性を満足した良好な塗膜を与え、かつ耐ブ
ロッキング性の良好なものであった。これに対して、比
較例では次のような問題があった。比較例1では、飽和
脂肪酸の共重合量が少なかったため、ポリエステル樹脂
と硬化剤との反応性が高く、塗膜の平滑性が不十分であ
った。比較例2では、飽和脂肪酸の共重合量が多かった
ため、ポリエステル樹脂のガラス転移温度が低くなり、
結果として、塗料の耐ブロッキング性が劣るものであっ
た。比較例3では、ポリエステル樹脂の極限粘度が高
く、酸価が低いため、樹脂の分子量が高くなり流動性が
低下して、塗膜の平滑性が不十分であった。比較例4で
は、ポリエステル樹脂の極限粘度が低いため、ガラス転
移温度が低くなり、結果として塗料の耐ブロッキング性
が劣るものであった。比較例5では、ポリエステル樹脂
の酸価が高いため、硬化剤との反応性が高く、塗膜の平
滑性が不十分であった。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、実用上十分な強度と耐
候性を有し、かつ、優れた塗膜の平滑性と良好な耐ブロ
ッキング性を有する粉体塗料用ポリエステル樹脂及び組
成物、並びにこれを用いた粉体塗料が提供される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J029 AA03 AD01 AD02 AE11 BA02 BA03 BA05 BA08 BA10 BD04A BD07A BF09 BF26 CA02 CA04 CA06 CB04A CB05A CB05B CB06A CC05A CD03 CH02 DB02 EB04A EG09 FB02 FC03 FC05 FC08 FC35 FC36 FC38 HB06 JC122 4J038 DD061 DD111 DD151 JB12 KA03 MA14 MA15 NA01 NA03 NA11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸成分が芳香族ジカルボン酸を主体と
   し、アルコール成分が脂肪族ジオールを主体とするポリ
   エステルであって、極限粘度が0.10〜0.30dl/g、酸価が
   15〜50mgKOH/gであり、酸成分の0.5〜5モル％が炭素数1
   0以上の飽和脂肪酸であることを特徴とする粉体塗料用
   ポリエステル樹脂。
2. 【請求項２】 請求項１記載のポリエステル樹脂に、ヒ
   ドロキシアルキルアミド系硬化剤を配合した粉体塗料用
   ポリエステル樹脂組成物。
3. 【請求項３】 請求項２記載の粉体塗料用ポリエステル
   樹脂組成物を用いた粉体塗料。