JP2001323220A - カーテン安定性に優れる塗料及び塗装製品とその製造方法 - Google Patents

カーテン安定性に優れる塗料及び塗装製品とその製造方法

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JP2001323220A
JP2001323220A JP2000146612A JP2000146612A JP2001323220A JP 2001323220 A JP2001323220 A JP 2001323220A JP 2000146612 A JP2000146612 A JP 2000146612A JP 2000146612 A JP2000146612 A JP 2000146612A JP 2001323220 A JP2001323220 A JP 2001323220A
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curtain
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coating material
resin
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Hiroshi Kanai
洋 金井
Hiroyasu Furukawa
博康 古川
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カーテン安定性に優れる塗料及び塗装製品と
その製造方法の提供。 【解決手段】 (0.14×σ×ρp 0 .34 ×
μ-0.45 )×N×106 ×1.2/(V×ρf )≦Hを
満足するカーテン安定性に優れる塗料。 ただし、σ:塗料の表面張力(N/m)、ρp :塗料の
密度(kg/m3)、μ:塗料の粘度(Pa・s)、N:塗
料の不揮発分(%)、V:ライン速度(m/秒)、
ρf :乾燥後塗膜の密度(kg/m3)、H:製品の目標膜
厚(μm)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、家電、建材、自動
車用に用いられる塗装製品をカーテンコーターで製造す
る方法とその製品、及びその製造に用いる塗料に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】カーテンコーターは、平滑な塗膜が得ら
れる特徴があることから、工業的な塗装手段として金属
板、木材、合板、プラスチック製品の塗装に用いられて
いる。カーテン塗装方法としては、塗料溜めの下部に設
けたオリフィスから塗料を重力または圧力をかけて落下
させて塗料カーテンを形成する方法、塗料溜めの上部か
ら塗料を流出させて塗料カーテンを形成する方法、ダイ
から圧力をかけて塗料を押し出して塗料カーテンを形成
する方法、塗料を計量するロール間を通過した塗料をロ
ールからブレードでかきとることによって塗料カーテン
を形成する方法など、いくつかの方法がある。工業的に
は、塗装する膜厚は要求される性能を満足する範囲で、
できるだけ薄いことが、コストの点から重要である。し
かし、いずれの方法においても、塗料カーテンが形成で
きる最低の塗料流量が存在し、この流量とライン速度と
によって塗装可能な下限膜厚が決定される。ライン速度
は、塗料の乾燥やラインの機械的な能力等で制約を受け
るため、より膜厚の薄い塗膜を形成するためには塗料流
量が少ないときにも、塗料カーテンが安定に形成される
ことが必要である。この塗料カーテンの安定性は、塗装
機の工夫によっても向上できるが、塗料そのものによっ
て決定される部分が多い。従って、塗料カーテンがより
安定に形成できる塗料を選択することが重要である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、カー
テンコーターで塗布する際に、塗料カーテンが安定に形
成され、かつカーテン塗布の妨げになる欠点が少ない塗
料を提供し、カーテンコーターによる製品とその製造を
効率よくおこなう方法をも提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】発明者らは、ポリエステ
ル樹脂系を中心とする塗料において、塗料カーテンの安
定性と塗料組成や塗料物性との関係を調べた結果、本発
明を完成するに至った。すなわち、塗料カーテンが安定
に形成できる塗料は、次の式を満足する。 (0.14×σ×ρp 0.34×μ-0.45 )×N×106 ×1.2 /
(V×ρf )≦H σ:塗料の表面張力 N/m ρp :塗料の密度 kg/m3 μ:塗料の粘度 Pa・s N:塗料の不揮発分 % V:板の速度(ライン速度) m/秒 ρf :乾燥後塗膜の密度 kg/m3 H:製品の目標乾燥膜厚 μm また、上記の条件に合う塗料をカーテンコーターで塗装
することによって、目的とする膜厚の塗装製品を安定し
て製造することができる。
【0005】以下の説明においてS=1.4×σ×ρ
0.34×μ-0.45 とし、Sを安定指数と呼ぶ。本発明にお
いて、塗料用樹脂としては、ポリエステル樹脂、アミノ
樹脂、ウレタン樹脂、イソシアネート樹脂、フェノール
樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ブチ
ラール樹脂等が挙げられる。これらの樹脂の2種類以上
が併用されていても良いし、これらの共重合樹脂等も含
まれる。これらの樹脂を架橋するのに必要な他の薬剤を
含有していても良い。塗装製品が後から成形加工される
場合には、加工性の良いポリエステル系の樹脂を主成分
とする塗料が良い。
【0006】塗料の表面張力は、Byk社製の「ダイノ
メーター」を用いて20℃で測定した値である。5回以
上測定し、それらの算術平均値を求める。塗料の表面張
力は、使用する溶剤の種類、樹脂の種類、添加剤の種類
等で決まるが、樹脂の種類は塗膜に要求される性能によ
って決められることが多く、添加剤の種類や量、溶剤の
種類を変えることで調整することが望ましい。この表面
張力の値の範囲は特に限定されないが、一般的には0.
017〜0.072N/mの範囲にある。
【0007】塗料粘度は、E型粘度計で測定しmPa・
sの単位で求める。本発明においては、トキメック
(株)のE型粘度計、「TV−20型H」のローターN
o「1度34分×R24」型を用いて20℃で測定した
値を用いた。上記条件で、5rpmの回転数で粘度を測定
した値を用いる。塗料粘度は、樹脂の種類、溶剤の種
類、塗料中の固形分量などで決まる。通常は、塗料中の
固形分量(あるいは溶剤量)で調整されることが多い。
粘度の範囲は特に限定されるものではないが、一般的に
は0.01〜3Pa・s程度の範囲である。
【0008】塗料密度は、測定方法によらずほぼ一定の
値が得られるので、特に測定方法は指定されない。たと
えば、JIS K5400の4.6の方法によれば良
い。塗料密度は、樹脂や顔料の種類や量、固形分の量、
溶剤の種類や量、添加剤の種類や量によって決まる。カ
ーテンコーターで塗布される塗料の密度は、一般的には
950〜1800kg/m3程度の範囲である。
【0009】塗料の不揮発分とは、塗料中の成分の内、
所定の条件で乾燥硬化した後にも塗膜として残る成分の
重量%を言う。JIS K5400の加熱残分の試験法
によるのが一般的であるが、加熱硬化条件によって若干
値が変わるので、実際に硬化乾燥する条件で測定した値
を用いることが望ましい。発明者らは、塗料の密度、塗
料の粘度、塗料の表面張力がある特定の関係を満足する
場合に、塗料カーテンが安定で、薄い膜厚の塗装製品で
もカーテン切れなどの不具合を生じることなく効率的に
製品が製造できることを見いだした。すなわち、塗料の
表面張力(N/m)をσ、塗料密度(kg/m3)をρ、塗
料粘度(Ps・s)をμとしたときに、安定なカーテン
を形成できるカーテンの最低流量Qは概ね、 Q=0.14×σ×ρp 0.34×μ-0.45 (単位はkg/(m・秒)) (1)式 の式で表せることを見出した。被塗物の搬送速度をV
(m/秒)、乾燥硬化後の塗膜の密度をρf (kg/
m3)、塗料の不揮発分をN(%)、塗料カーテンの流量
をQ(kg/(m・秒))とすると、塗装後の乾燥膜厚H
(μm)は、 Q×N×106 /(V×ρf )=H (2)式 で表せる。また、(1)式で求められるのは、カーテン
の最低流量であり、この最低流量に1.2の安全係数を
乗ずると、実際の工業的な生産時にも問題ない安定性が
得られることがわかった。これらから、操業条件や塗料
の条件として、 (0.14×σ×ρp 0.34×μ-0.45 )×N×106 ×1.2 /(V×ρf )≦H (3)式 の式が満足できるとき、カーテンコーターによる塗布は
安定して行えることを知見した。
【0010】この塗料には、塗膜を構成する主成分とな
る樹脂、架橋剤などのほかに、これらの反応することの
できるシランカップリング剤、チタンカップリング剤な
どが含まれてもよい。また、樹脂の顔料への分散性を向
上するために加える合成樹脂成分も含まれてよい。その
他、顔料成分としては、チタン白、酸化鉄、カーボンブ
ラック、亜鉛華などの無機着色顔料、シアニンブルーな
どシアニン系やアゾ系などの有機着色顔料、硫酸バリウ
ム、シリカ、カオリンなどの体質顔料の他、樹脂ビー
ズ、樹脂粒子や金属箔、金属粒子、骨材など公知のもの
が使用できる。溶剤は、樹脂を溶解し、あるいは塗料の
粘度を調整するために加えられるもので、シクロヘキサ
ノン、イソホロン、メチルイソブチルケトン、ブチルセ
ロソルブ、エチルセロソルブ、キシレン、ソルベッソ1
00、ソルベッソ150、酢酸ブチルなど公知のものが
使用できる。
【0011】その他、たとえばポリエチレン系、ポリプ
ロピレン系、マイクロクリスタリン系、パラフィン系、
フッ素系、合成樹脂系などのワックス成分、シリコン
系、フッ素系、合成樹脂系のレベリング剤、アクリル
系、シリコン系などの消泡剤、その他色別れ防止剤、分
散安定剤などを含むことができる。上述の条件に当ては
まるように塗料と操業条件を選定してカーテンコーター
によって塗布すると、塗料カーテンの安定性が良いため
に、カーテンの切れによる未塗装部の発生や、塗装ライ
ンの停止などのトラブルがなく、安定した操業が可能と
なる。
【0012】カーテン塗装方法としては、塗料溜めの下
部に設けたオリフィスから塗料を重力または圧力をかけ
て落下させて塗料カーテンを形成する方法、塗料溜めの
上部から塗料を流出させて塗料カーテンを形成する方
法、ダイから圧力をかけて塗料を押し出して塗料カーテ
ンを形成する方法、塗料を計量するロール間を通過した
塗料をロールからブレードでかきとることによって塗料
カーテンを形成する方法など、公知の方法を用いること
ができる。特に、カーテンコーターとして、塗料を計量
するロール間を通過した塗料をロールからブレードでか
きとることによって塗料カーテンを形成する方法(以下
ローラーカーテンコーターと称する)を用いると、膜厚
の制御がしやすく、特に本発明による塗料のカーテン安
定性を有効に活用して薄い膜厚の塗装をするのに好適で
ある。
【0013】塗装速度(ライン速度、つまり被塗物の搬
送速度)は、任意に選択できる。塗料カーテンの流量が
同じでも、被塗物の移動速度(塗装速度)を早くすると
膜厚が薄くなる。一方、早すぎると塗装時に塗料カーテ
ンと被塗物の間に空気が同伴され、泡等による欠陥、未
塗装部の発生がおこりやすくなる。これらを考慮して、
塗装速度は決定されれば良い。
【0014】被塗物としては、コイル状に巻いたものを
ほどいた連続した平板、切断された平板かもしくは平板
に近い形状のもの、たとえばやや湾曲しているもの、穴
が開いている物などが用いられる。種類は、たとえば金
属板、金属箔、木材の板、合板、プラスチック板、プラ
スチックフィルム、布、紙などである。上記の被塗物
に、前述の方法でカーテン塗装した後に、塗膜を乾燥す
る。乾燥の方法は公知の方法が適用でき、たとえば自然
乾燥や、熱風加熱、誘導加熱、赤外線による加熱など塗
膜に熱を与えて乾燥硬化する方法や、紫外線や電子線な
どの放射線を塗膜に照射して乾燥硬化する方法や、触媒
を充満させたブースを通過させることによって塗膜を乾
燥硬化する方法、あるいはこれらを組み合わせる方法な
どがあり、塗装された塗料の種類に応じて選択すること
ができる。
【0015】被塗物にはあらかじめ塗装前処理をほどこ
すことも出来る。たとえば、水や溶剤等による洗浄、脱
脂など被塗物表面を清浄にする処理、コロナ放電処理、
火炎処理など表面に極性基を生成させて密着性を向上す
る処理、リン酸亜鉛処理、クロメート処理、複合酸化皮
膜処理など主に金属に適用される処理、ブラシかけ、研
削など凹凸を付与したり表面の密着性を阻害する成分を
除去する処理、酸洗、アルカリ洗浄などの薬品処理、あ
るいはこれらを組み合わせた処理を施すことができる。
【0016】また、カーテンコーターによる塗布の前後
に同じ手段、あるいは別の手段によって皮膜を形成する
こともできる。たとえば、下塗りのための塗膜を塗布、
形成する、保護のための上塗り層を塗布、形成する、な
どである。これらは、カーテンコーターによっても良い
し、その他の公知の方法、たとえばロールコーター、刷
毛塗り、静電塗装、浸漬などである。
【0017】
【実施例】実施例、比較例を挙げて本発明を具体的に説
明する。尚、本発明はこれらの実施例によって限定され
るものではない。塗料として表に示すポリエステル樹脂
系塗料を用いた。塗料は白系、黒系、クリアー系で、塗
料物性値も表中に示した。表面張力は、Byk社製の
「ダイノメーター」を用いて20℃で測定した値であ
る。5回測定し、それらの算術平均値を塗料の表面張力
とした。
【0018】塗料粘度は、E型粘度計で測定しmPa・
sの単位で求めた。本実施例においては、トキメック
(株)のE型粘度計、「TV−20型H」のローターN
o「1度34分×R24」型を用いて20℃で測定した
値を用いた。上記条件で、5rpm の回転数で粘度を5回
測定し、その算術平均値を求めた。カーテンコーターと
して、塗布量制御用の2本のロールを持つローラーカー
テンコーター(図1)と、スリット型のカーテンコータ
ー(図2)とを用いた。塗料カーテンの高さ(塗料カー
テンの落下点から被塗物までの垂直高さ)はいずれの場
合にも15cmとした。塗料の流量は前者ではアプリケー
ターロール周速を変更することで制御し、後者では塗料
溜めにかける塗料圧と塗料溜め下部のスリット幅で制御
した。
【0019】塗料カーテンの安定性は、所定の乾燥膜厚
を得るために必要な流量で塗料カーテンを形成し、所定
のライン速度で鋼板コイルに連続的に塗装したときに、
カーテンが切れる回数をカウントし、下記の基準で評点
付けした。5:連続20分塗装時に、カーテン切れの回
数が0〜1回、4:連続20分塗装時にカーテン切れの
回数が2回、3:連続20分塗装時にカーテン切れの回
数が3〜4回、2:連続20分塗装時にカーテン切れの
回数が5回以上10回未満、1:連続20分塗装時にカ
ーテン切れの回数が10回以上。
【0020】被塗物として、クロメート処理を施し、乾
燥膜厚5μmの下塗り塗膜を形成した0.6mmの厚みの
溶融亜鉛めっき鋼板のコイルを用いた。この板を表に示
す速度で走らせながらカーテン塗装した。プレコート金
属板製品では一般的な、乾燥膜厚で10〜20μmの製
品を製造するための試験を行った。また、塗装した板
を、誘導加熱炉で最高到達温度230℃で焼付けた後、
塗膜の外観を目視観察し、泡等の欠陥の有無を評価し
た。外観が製品として問題ないものを5点、若干の不具
合のあるものを4点(出荷は可能なレベル)、不具合の
あるものを3点、不具合の著しいものを2点、全く問題
外に不具合のあるものを1点とした。4点のもののみ製
品として販売可能である。
【0021】表1に示したように、実施例では、いずれ
も安定性指数Sが、目標膜厚Hよりも小さくなってお
り、カーテンが安定で、色や塗料物性、あるいはライン
速度に関わらず、目標とする膜厚の外観の良い製品が安
定して製造でき、効率的であった。カーテン高さは変え
ていないが、カーテンの高さが変更されても、同じ考え
方が適用できる。
【0022】一方、比較例では、安定性指数Sが目標膜
厚Hよりも大きくなっており、カーテンの安定性に問題
が生じた。カーテンが操業中に切れるため、切れた部分
の鋼板が無塗装となった。無塗装部分が多くなると、製
品として販売することができず、製品の歩留が大きく低
下するか、もしくは販売が不可能となった。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】注1)表中のロール型塗装機は図1に示す
膜厚制御用のロールを持つカーテンコーターであり、ス
リット型塗装機は図2に示す塗料溜めの下部にスリット
を持ちここから塗料を落下させるカーテンコーターであ
った。
【0026】
【発明の効果】以上のように、本発明の条件にあう様に
塗料と操業条件を選定すると、カーテンを安定な状態に
保ったまま生産が可能であり、非常に効率的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ロール型のカーテンコーターの模式図。
【図2】スリット型のカーテンコーターの模式図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D075 AC14 AC92 AC94 AC96 DA03 DA06 DB01 DC01 DC11 DC18 EB35 4J038 CD091 CE071 CG141 DA031 DA131 DB001 DD001 DG021 DG051 KA03 KA06 KA08 KA09 NA01 NA23 NA24 PA15 PB05 PB07 PB09 PC02 PC06 PC08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 次の式を満足するカーテン安定性に優れ
    る塗料。 (0.14×σ×ρp 0.34×μ-0.45 )×N×106 ×1.2 /
    (V×ρf )≦H ただし、 σ:塗料の表面張力 N/m ρp :塗料の密度 kg/m3 μ:塗料の粘度 Pa・s N:塗料の不揮発分 % V:板の速度(ライン速度) m/秒 ρf :乾燥後塗膜の密度 kg/m3 H:製品の目標乾燥膜厚 μm
  2. 【請求項2】 塗料の主樹脂がポリエステル樹脂である
    ことを特徴とする請求項1に記載のカーテン安定性に優
    れる塗料。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載のカーテン安定
    性に優れる塗料をカーテンコーターで塗装することを特
    徴とする塗装製品の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1または2に記載のカーテン安定
    性に優れる塗料による塗膜を金属板上に有することを特
    徴とする塗装製品。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2006006717A1 (ja) * 2004-07-14 2006-01-19 Nippon Steel Corporation 多層塗膜塗装方法及び多層塗膜を有する製品

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