JP2006307213A - 最適化された欠けの性能を有する、コーティング及びコーティングの系並びに同じものを得る方法 - Google Patents

最適化された欠けの性能を有する、コーティング及びコーティングの系並びに同じものを得る方法 Download PDF

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Abstract

【課題】少なくとも0.8の結合材に対する顔料の比で存在する、結合材及び顔料の混合物を含む、フィルムを形成する組成物を開示する。
【解決手段】
顔料の混合物は、顔料の混合物の合計の重量に基づいて、少なくとも80重量%の二酸化チタン、及び、わずかに20重量%の二酸化非チタンの顔料からなり、二酸化非チタンの顔料は、カーボンブラック、タルク、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、及び、前記のものの二つ以上を含む組み合わせからなる群より選択される。その組成物は、わずかに100g/Lの調節されたVOCを有し、その顔料の混合物におけるもの以外の全ての顔料がないものであり、且つ、384秒−1でわずかに200cpsの粘度を有し、且つ、少なくとも20%の弾性を有する。その組成物は、改善された欠けの性能を有する多層コーティングの系を提供する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、改善された欠けの性能を有する、熱硬化性コーティング及びコーティングの系、特に、自動車用のコーティング及びコーティングの系、並びに、同じものを得る方法に関する。
硬化性の熱硬化性コーティング組成物は、コーティングの技術において広く使用される。それらは、しばしば、自動車用の及び産業用のコーティングの産業における上塗り塗料として使用される。このような上塗り塗料は、下塗り塗料、透明塗料、又はそれらの混合物であってもよい。色塗りプラス透明複合コーティングは、別格な光沢、色の深み、画像の明瞭さ、又は、特別な金属の効果が望まれるところの上塗り塗料として特に有用なものである。自動車産業は、自動車の本体のパネル用のこれらのコーティングの広範囲の使用をなしてきた。
色塗りプラス透明複合コーティングは、しかしながら、所望の視覚的な効果を達成するために、透明塗料において極度に高い程度の透明度を要求する。また、高い光沢のコーティングは、高い画像の明瞭さ(distinctness of image)(DOI)のような所望の視覚的な効果を達成するためには、コーティングの表面における低い程度の視覚的な異常を要求する。最後に、このような組成物のコーティングは、また、同時に、欠けの性能、耐久性、硬度、柔軟性、及び、環境的な食刻、引っ掻き、擦傷、溶剤、及び/又は、酸に対する抵抗性のような、仕上げられたフィルムの性質の所望のバランスを提供しなければならない。
欠けの性能又は砂利抵抗性は、自動車用のコーティング、特に、ロッカーパネル及びフロント・バンパーのようなリーディングエッジを備えた自動車の構成部品における使用のための意図されたものにおいては、特に重要なものである。欠けることに対する弱い又は乏しい抵抗性は、全体的な乗り物の外観及び際だって減少した耐久性に対する顕著な損傷に帰着し得る。
先行技術の自動車用のコーティングの系は、このような望ましい欠けの抵抗性を提供する個々のコーティング又はコーティングの系を長く探し求めてきた。様々なタイプの上塗り塗料を用いる多種多様なコーティングの系において、改善された欠けの抵抗性を提供するために使用することができるであろう単一のコーティングを得ることは、特に好都合なものであろう。
また、先行技術は、特定のコーティングの樹脂又は結合材の構成成分の化学又は分子の構造と無関係である、欠けの抵抗性を改善するための方式を長く探し求めてきた。
もちろん、欠けの抵抗性における改善を、外観及びVOCのような他の重要な性質を犠牲にして、得ることをしてはならない。
コーティングの産業に一般に要求される極度に滑らかな仕上げを得るためには、コーティング組成物は、硬化する前に、良好な流動を示さなければならない。良好な流動は、そのコーティング組成物が、それを基体に塗布した後に且つそれが滑らかな外観を呈するために硬質なフィルムへ硬化する前に、いくつかの点で十分に流体であるとき、観察される。いくつかのコーティング組成物は、塗布次第良好な流動を示すと共に、他のものは、上昇した温度の塗布の後にのみ良好な流動を示す。
コーティング組成物への流体の特性及び良好な流動を付与するための一つの方式は、その組成物の中に揮発性の有機溶剤を組み込むことである。これらの溶剤は、そのコーティングの工程の間に所望の流動率及び流動を提供するが、しかし、後にコーティングの構成成分のみを残して、上昇した硬化温度への露出で蒸発する。
しかしながら、このような溶剤の使用は、そのコーティング組成物の揮発性の有機の内容物(volatile organic content)(VOC)を増加させる。揮発性の有機溶剤がその環境で有することもある有害な影響のために、多くの政府規制が、使用することができる揮発性の溶剤の量に制限を課する。コーティング組成物の不揮発性の百分率を増加させることは、又は、VOCを減少させることは、環境の関心事、空気が容認する要件、及び費用に関して競合的な利点を提供する。
このように、自動車産業によって要求された性能の性質の最適なバランスをなお所有する一方で、改善された欠けの性能を有する熱硬化性コーティングを得るための引き続く要望がある。仕上げられたフィルムにおける性能の性質のこの最適なバランスは、滑らかさ及び外観の最適なレベルをなお維持する一方で、その組成物の問題点の無い塗布に要求されたコーティング組成物の流動学的な性質を犠牲にすることなく、得なければならない。
特に多層のコーティングの系において、欠けの抵抗性における改善を提供する地塗り塗料として有用なコーティングを得ることは、特に好都合なことであろう。
一つの実施形態において、フィルムを形成する結合材及び顔料の混合物を含む、フィルムを形成する組成物が、開示されるが、前記の顔料の混合物は、少なくとも0.8の結合材に対する顔料の比で存在する。その顔料の混合物は、(i)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、少なくとも80重量%の二酸化チタン、及び、(ii)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、わずかに20重量%の二酸化非チタンの顔料からなり、前記の二酸化非チタンの顔料は、カーボンブラック、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、及び、前記のものの二つ以上を含む組み合わせからなる群より選択される。この実施形態の開示されるフィルムを形成する組成物は、わずかに100g/Lの調節されたVOCを有し、その顔料の混合物におけるもの以外の全ての顔料がないものであり、且つ、(384秒−1で)わずかに200cpsの粘度を有し、且つ、150℃で25分の間に硬化させたとき、冷たい圧延された鋼において0.8ミルから2.0ミルの乾燥したフィルムの造りで少なくとも20%の弾性を有する硬化したフィルムを提供する。
別の実施形態において、本質的には、基体、電着コーティング、地塗り塗料の組成物、及び上塗り塗料からなる、多層のコーティングの系が、開示される。その地塗り塗料の組成物は、フィルムを形成する結合材及び顔料の混合物を含み、前記の顔料の混合物は、少なくとも0.8の結合材に対する顔料の比で存在すると共に、(i)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、少なくとも80重量%の二酸化チタン、及び、(ii)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、わずかに20重量%の二酸化非チタンの顔料からなり、前記の二酸化非チタンの顔料は、カーボンブラック、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、及び、前記のものの二つ以上を含む組み合わせからなる群より選択される。その地塗り塗料の組成物は、わずかに100g/Lの調節されたVOCを有し、その顔料の混合物におけるもの以外の全ての顔料がないものであり、且つ、384秒−1でわずかに200cpsの粘度を有する。
また、開示されるのは、地塗りされた基体を提供するために基体へ地塗り塗料の組成物を塗布すること、その地塗りされた基体へ上塗り塗料を塗布すること、及び、硬化した多層のコーティングの系を提供するためにその上塗り塗料を硬化させることからなる、多層のコーティングの系を作る方法である。この実施形態において、その硬化した多層のコーティングの系は、わずかに2%の塗料の喪失の欠けの性能を有すると共にその地塗り塗料の組成物は、フィルムを形成する結合材及び顔料の混合物を含み、前記の顔料の混合物は、少なくとも0.8の結合材に対する顔料の比で存在すると共に、(i)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、少なくとも80重量%の二酸化チタン、及び、(ii)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、わずかに20重量%の二酸化非チタンの顔料からなり、前記の二酸化非チタンの顔料は、カーボンブラック、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、及び、前記のものの二つ以上を含む組み合わせからなる群より選択される。地塗り塗料の組成物は、わずかに100g/Lの調節されたVOCを有し、その顔料の混合物におけるもの以外の全ての顔料がないものであり、384秒−1でわずかに200cpsの粘度を有し、且つ、冷たい圧延された鋼において0.8ミルから2.0ミルの乾燥したフィルムの造りで少なくとも20%の弾性を有する。
また、開示されるのは、わずかに2%の塗料の喪失の欠けの性能を有する多層のコーティングの系を作る方法であり、その方法は、地塗りされた基体を提供するために基体へ地塗り塗料の組成物を塗布することを含み、前記の地塗り塗料の組成物は、冷たい圧延された鋼において0.8ミルから2.0ミルの乾燥したフィルムの造りで少なくとも20%の弾性を有すると共にフィルムを形成する結合材及び顔料の混合物を含み、前記の顔料の混合物は、少なくとも0.8の結合材に対する顔料の比で存在すると共に(i)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、少なくとも80重量%の二酸化チタン、及び、(ii)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、わずかに20重量%の二酸化非チタンの顔料からなり、前記の二酸化非チタンの顔料は、カーボンブラック、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、及び、前記のものの二つ以上を含む組み合わせからなる群より選択され、その方法は、その地塗りされた基体へ上塗り塗料を塗布すること、及び、硬化した多層のコーティングの系を提供するためにその上塗り塗料を硬化させることを含み、ここで、その硬化した多層のコーティングの系は、わずかに2%の塗料の喪失の欠けの性能を有する。
最後に、その開示されるフィルムを形成する組成物を基体へ塗布すること、及び、被覆された基体を提供するために、その塗布されたコーティングを硬化させることを含む、被覆された基体を作る方法が、開示される。
好適な実施形態の以下の記述は、単に、事実上例示的なものであると共に本発明、それの用途、又は使用を限定することが少しも意図されるものではない。単数の形態の不定冠詞及び定冠詞は、文脈が、明らかに別なように規定しない限り、複数の参照先を含む。“自由選択の”又は“自由選択で”は、後に記載した事象又は状況が、起こることもあるか又は起こらないこともあることを、及び、その記述が、その事象が起こる事例及びそれが起こらない事例を含むことを、意味する。ある量と関連して使用される修飾語“約”は、その述べた値を含めたものであると共に文脈によって規定された意味を有する(例えば、特定の量の測定と関連した誤差の程度を含む)。
本発明は、形成するフィルムである熱硬化性コーティング組成物を提供する。一つの実施形態において、その開示されるコーティング組成物は、エネルギー、特に熱エネルギー、化学線、又は、それらの組み合わせにさらされるとき、フィルムを形成する。そのフィルムを形成する組成物は、フィルムを形成する結合材及び顔料の混合物を含む。
一つの実施形態において、その開示されるコーティング組成物は、ここでは、架橋性の樹脂ともまた呼ばれる、一つ以上の活性な水素を含有する化合物、及び、一つ以上の架橋剤を含むフィルムを形成する結合材を含むことになる。
ここで使用されるような“活性な水素の基”は、一つ以上の架橋剤の官能基との反応の間に、水素の基を供与する官能基を指す。活性な水素の基の例は、カルバマート基、水酸基、アミノ基、チオール基、酸基、ヒドラジン基、活性化されたメチレン基などである。好適な活性な水素の基は、カルバマートの基、水酸基、及びそれらの混合物である。
一つ以上の架橋性の樹脂は、水が所持された、溶剤を主材料とした、粉末のコーティング組成物、粉末のスラリーの組成物、地塗り塗料、上塗り塗料、下塗り塗料、又は、透明塗料における使用に適切などんな架橋性の樹脂であってもよい。一つの例示的な実施形態においては、その架橋性の樹脂は、地塗り塗料の組成物、特に、水が所持された又は水性の粉末のスラリーの組成物における使用に適切なものであることになる。
ここで使用されるように、用語“架橋性の樹脂”は、熱の適用の際に架橋されることが可能なそれらの樹脂だけではなく、熱の適用無しに架橋されることが可能なものであるそれらの樹脂もまたを含むことが、意図される。このような架橋性の樹脂の例は、熱硬化性アクリル系樹脂、アミノプラスト樹脂、カルバマート官能性の樹脂、ポリエステル類、エポキシ類、シリコーン類、及びポリアミド類、改質されたアクリル系重合体、ポリカーボナート類、ポリウレタン類、ポリイミド類、並びに、ポリシロキサン類を含む。また、これらの樹脂は、望まれるとき、例えば、ポリエステルアミド類、ウレタンアクリラート類、カルバマートアクリラート類などのような、一つを超える部類に特有な官能基を含有してもよい。
一つの実施形態において、その架橋性の樹脂は、アクリル系重合体、改質されたアクリル系樹脂、又は、ポリエステルポリウレタン重合体の少なくとも一つであることになる。別の実施形態においては、その架橋性の樹脂は、アクリル系又はポリウレタンの重合体であることになる。
本発明の一つの実施形態において、その架橋性の樹脂は、アクリル系の重合体である。適切なアクリル系の重合体は、500から1,000,000までの、及び、より好ましくは、1500から50,000までの、分子量を有してもよい。ここで使用したように、“分子量”は、ポリスチレンの基準を使用するGPCの方法によって決定されることもある、数平均分子量を指す。このような重合体は、当技術において周知なものであると共に、メチル=アクリラート、アクリル酸、メタクリル酸、メチル=メタクリラート、ブチル=メタクリラート、シクロヘキシル=メタクリラートなどのような単量体から調製されることができる。その活性な水素の官能基、例えば、ヒドロキシルを、そのアクリル系単量体のエステル部分の中へ組み込むことができる。例えば、このような重合体を形成するために使用することができるヒドロキシ−官能性のアクリル系単量体は、ヒドロキシルエチル=アクリラート、ヒドロキシブチル=アクリラート、ヒドロキシブチル=メタクリラート、ヒドロキシプロピル=アクリラートなどを含む。アミノ官能性のアクリル系単量体は、t−ブチルアミノエチル=メタクリラート及びt−ブチルアミノ=エチルアクリラートを含むであろう。また、単量体のエステル部分における活性な水素の官能基を有する他のアクリル系単量体は、当技術内にある。
また、改質されたアクリル系樹脂を、架橋性の樹脂として使用することができる。このようなアクリル系樹脂は、当技術において周知なものであるような、ポリエステルで改質されたアクリル系樹脂又はポリウレタンで改質されたアクリル系樹脂であってもよい。ε−カプロラクトンで改質された、ポリエステルで改質されたアクリル系樹脂は、Etzell等の米国特許第4,546,046号に記載され、その開示は、ここでは、参照によって組み込まれる。また、ポリウレタンで改質されたアクリル系樹脂は、当技術において周知なものである。それらは、例えば、米国特許第4,584,354号明細書に記載され、その開示は、ここでは、参照によって組み込まれる。
架橋性の樹脂として有用な、好適なカルバマート官能性のアクリル系樹脂を、様々な方式で調製することができる。このような重合体を調製するための一つの方式は、単量体のエステル部分におけるカルバマートの官能性を有するアクリル系の単量体を調製することである。このような単量体は、当技術において周知なものであると共に、例えば、米国特許第3,479,328号明細書、米国特許第3,674,838号明細書、米国特許第4,126,747号明細書、米国特許第4,279,833号明細書、及び米国特許第4,340,497号明細書、米国特許第5,356,669号明細書、並びに、国際公開第94/10211号パンフレットに記載され、それらの開示は、ここでは、参照によって組み込まれる。合成の一つの方法は、カルバミルオキシ=カルボキシラート(すなわち、カルバマートで改質されたアクリル系樹脂)を形成するために、尿素とのヒドロキシエステルの反応を伴う。合成の別の方法は、カルバミルオキシ=カルボキシラートを形成するために、ヒドロキシカルバマートエステルと不飽和の酸のエステルを反応させる。さらに別の技術は、エチレンカーボナートのような環状のカーボナートと、第一級若しくは第二級アミン又はジアミンを反応させることによって、ヒドロキシアルキル=カルバマートの形成を伴う。そして、ヒドロキシアルキル=カルバマートにおける水酸基は、単量体を形成するために、アクリル又はメタクリル酸との反応によってエステル化される。カルバマートで改質されたアクリル系単量体を調製する他の方法は、当技術において記載され、且つ、同様に利用されることができる。そして、アクリル系単量体を、他のエチレン性で不飽和の単量体と一緒に、望まれるのであれば、当技術における周知の技術によって、重合させることができる。
架橋性の樹脂として有用な一つ以上の重合体又はオリゴマーを調製するための代替の経路は、その開示がここでは参照によって組み込まれる米国特許第4,758,632号明細書に記載されるような、重合体の骨格へ付けられたカルバマートの官能基を形成するために、アクリル系の重合体のような既に形成された重合体を、別の構成成分と、反応させることである。架橋性の樹脂として有用な重合体を調製するための別の技術は、カルバマート官能性アクリル系重合体を形成するために、ヒドロキシ官能性のアクリル系重合体の存在下で(アンモニア及びHNCOを発生させるための)熱的に分解する尿素を伴う。別の技術は、カルバマート官能性のアクリル系樹脂を形成するために、イソシアナート官能性のアクリル系又はビニル単量体のイソシアナート基と、ヒドロキシアルキル=カルバマートの水酸基を反応させることを伴う。イソシアナート官能性のアクリル樹脂は、当技術において知られると共に、例えば、米国特許第4,301,257号明細書に記載され、その開示は、ここでは、参照によって組み込まれる。イソシアナートビニル単量体は、当技術において周知なものであると共に、(TMI(R)としてAmerican Cyanamidによって販売される)不飽和のm−テトラメチルキシレンイソシアナートを含む。さらに別の技術は、最も好適なカルバマート官能性のアクリル系樹脂を形成するためには、アンモニアと、環状のカーボナート官能性のアクリル系樹脂における環状のカーボナート基を反応させることである。環状のカーボナート官能性のアクリル系の重合体は、当技術において知られると共に、例えば、米国特許第2,979,514号明細書に記載され、その開示は、ここでは、参照によって組み込まれる。別の技術は、アルキル=カルバマートと、ヒドロキシ官能性のアクリル系重合体をトランスカルバミル化することである。その重合体を調製する、より困難な、しかし、実行可能な方式は、ヒドロキシアルキル=カルバマートとアクリラート重合体をトランスエステル化することであろう。
一つの実施形態において、架橋性の樹脂として有用な重合体は、一般に、2000−20,000の、及び好ましくは、3000−6000の数平均分子量を有することになる。カルバマート官能性の当量当たりの分子量における、その重合体のカルバマートの含有率は、一般に、200と1500との間に、及び好ましくは、300と500との間にあることになる。
また、水酸基のような活性な水素の基を有するポリエステル類を、開示されるコーティング組成物における架橋性の樹脂として使用することもできる。このようなポリエステル類は、当技術において周知なものであると共に、第一級又は第二級の水酸基を含有する有機ポリオール類(例えば、エチレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール)との、有機ポリカルボン酸類(例えば、フタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、アジピン酸、マレイン酸)又はそれらの無水物類のポリエステル化によって調製されることもある。
また、カルバマート官能性のポリエステル類は、開示されるコーティング組成物における架橋性の樹脂としての使用に適切なものである。適切なポリエステル類を、ポリオール及び/又はエポキシドとの、ポリカルボン酸又はそれの無水物のエステル化によって、調製することができる。そのポリエステルを調製するために使用されるポリカルボン酸類は、主として、分子当たり2個から18個までの炭素原子を有する単量体のポリカルボン酸類又はそれの無水物からなる。それら酸の中で、有用であるものは、フタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、マレイン酸、及び、様々なタイプの他のジカルボン酸類である。少量の一塩基酸、例えば、安息香酸、ステアリン酸、酢酸、及びオレイン酸を、その反応混合物中に含むことができる。また、より高いカルボン酸類、例えば、トリメリト酸及びトリカルバリル酸を、使用することができる。上で参照された酸の無水物類は、ここでそれらが存在するが、その酸の代わりに使用されることができる。また、それら酸のより低いアルキルエステル類、例えば、ジメチル=グルタラート及びジメチル=テレフタラートを、使用することができる。
適切なポリエステル類を調製するために使用することができるポリオール類は、アルキレングリコール類のようなジオール類を含む。具体的な例は、エチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、及び2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピル=2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピオナートを含む。他の適切なグリコール類は、水素化されたビスフェノールA、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、e−カプロラクトン及びエチレングリコールの反応生産物のようなカプロラクトンを主材料としたジオール類、ヒドロキシアルキル化されたビスフェノール類、ポリ(オキシテトラメチレン)グリコールのようなポリエーテルグリコール類などを含む。
ポリオールの構成成分が、全てのジオール類を含むことができるとはいえ、より高い官能性のポリオール類をもまた、使用することができる。そのポリオールが、少なくとも一つのジオール及び少なくとも一つのトリオールの混合物又はより高い官能性の一つのポリオールであることは、好適なことである。より高い官能性のポリオール類の例は、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどを含むであろう。トリオール類は、好適なものである。より高い官能性のポリオール類の、ジオールに対する、モルの比は、一般には、3.3/1未満、好ましくは、1.4/1までである。
第一に、ポリエステルを形成する際に使用されるポリ酸類及びポリオール類と反応させることができるヒドロキシアルキル=カルバマートを形成することによって、カルバマート基を、ポリエステルの中へ組み込むことができる。ポリエステルオリゴマーを、ヒドロキシアルキル=カルバマートと、上に述べたもののようなポリカルボン酸を反応させることによって、調製することができる。ヒドロキシアルキル=カルバマートの例は、アンモニア及びプロピレンカルボナートの反応生産物である。ヒドロキシアルキル=カルバマートは、ポリエステル又はポリカルボン酸における酸の官能性と縮合され、末端のカルバマート官能性を生じる。また、末端のカルバマート官能基を、ヒドロキシ官能性のポリエステルとイソシアン酸を反応させることによって、ポリエステルの中へ組み込むことができる。また、カルバマート官能性を、尿素とヒドロキシ官能性ポリエステルを反応させることによって、ポリエステルの中へ組み込むことができる。
また、カルバマート基を、トランスカルバマート化(transcarbamalation)反応によって、ポリエステルの中へ組み込むことができる。この反応において、メチル=カルバマートのような、低い分子量のアルコール又はグリコールエーテルから誘導された、より低い分子量のカルバマート官能性の材料は、ヒドロキシル官能性のポリエステルの水酸基と反応させられ、カルバマート官能性のポリエステル及び元来のアルコール又はグリコールエーテルを生じる。アルコール又はグリコールエーテルから誘導された低い分子量のカルバマート官能性の材料は、第一に、触媒の存在下で、尿素とアルコール又はグリコールエーテルを反応させることによって、調製される。適切なアルコール類は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、シクロヘキサノール、2−エチルヘキサノール、及び、3−メチルブタノールのような、より低い分子量の脂肪族の、脂環式の、及び、芳香族のアルコール類を含む。適切なグリコールエーテル類は、エチレングリコールメチルエーテル及びプロピレングリコールメチルエーテルを含む。プロピレングリコールメチルエーテルは、好適なものである。
カルバマート官能性の他には、架橋性の樹脂としての使用に適切なポリエステル重合体及びオリゴマーは、水酸基、カルボン酸基、及び/又は、無水物の基のような他の官能基を含有してもよい。末端のカルバマート基を含有するこのようなポリエステル類の当量は、カルバマート基の当量に基づいて、約140から2500までであってもよい。その当量は、そのポリエステルを作る際に使用された様々な成分の相対的な量に基づいて、算出された値であると共に、その材料の固形物に基づく。
架橋性の樹脂としての使用に適切なものである上に記載したもののような活性な水素の官能基を有するポリウレタン類は、また、当技術において周知なものである。それらは、ポリイソシアナート(例えば、ヘキサメチレンジイソシアナート、イソホロンジイソシアナート、MDIなど)及びポリオール(例えば、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン)の鎖伸張反応によって、調製される。それらには、過剰なジオール、ポリアミン、アミノアルコールなどでポリウレタンの鎖をキャップ形成すること(capping)によって、活性な水素の官能基を提供することができる。
カルバマート官能性のポリウレタン類を、低い分子量のアルコール又はメチルのようなグリコールエーテルから誘導された低い分子量のカルバマート官能性の材料と活性な水素の基を反応させることによって、調製してもよい。
架橋性の樹脂としての使用に好適な他のカルバマート官能性の化合物は、ポリイソシアナート又は鎖が伸張した重合体を含む混合物の反応生産物であるカルバマート官能性の化合物、及び、カルバマート基又はカルバマートへ変換することができる基のみならず、鎖が伸張した重合体におけるイソシアナート又は官能基と反応性である基を含む化合物である。このような化合物は、これによって参照によって組み込まれる米国特許第5,373,069号明細書及び米国特許第5,512,639号明細書に記載される。
一つの例示的な実施形態において、架橋性の樹脂は、カルバマート官能性のアクリル系樹脂、カルバマート官能性の改質されたアクリル系樹脂、ヒドロキシル官能性のアクリル系樹脂、ヒドロキシ官能性の改質されたアクリル系樹脂、ポリウレタン類、ポリエステル類、及びそれらの混合物の少なくとも一つであってもよい。
開示される硬化性の又はフィルムを形成するコーティング組成物は、架橋性のものである。一つの例示的な実施形態において、開示される組成物は、それら自体、すなわち、自己架橋すること(self-crosslinking)を介してか、又は、架橋剤と共にかのいずれかで、架橋することになると共に、このように、一つ以上の架橋性の官能基を有する一つ以上の架橋剤を含むことになる。このような基は、例えば、ヒドロキシ基、イソシアナート基、アミン基、エポキシ基、アクリラート基、ビニル基、シラン基、及び、アセトアセタート基を含む。このような基を、遮断してもよい又は遮断しなくてもよい。一つの実施形態において、このような官能基を、遮断されなくなると共に所望の硬化する条件又は事象、一般には上昇した温度の下での架橋に利用可能になるような方式で、遮蔽してもよい又は遮断してもよい。
有用な架橋性の官能基は、ヒドロキシ基、エポキシ基、酸基、無水物基、シラン基、及び、アセトアセタート基、及び/又は、活性なメチロール基又はメチルアルコキシ基を含む。一つの実施形態において、適切な架橋剤は、ヒドロキシ官能基、アミノ官能基、イソシアナート基、及び、活性なメチロール基又はメチルアルコキシ基から選択された少なくとも一つの架橋性の官能基を有することになる。
実例としての架橋剤は、制限なしに、単量体の又は重合体のメラミン樹脂及び部分的に又は十分にアルキル化されたメラミン樹脂、尿素樹脂、及び、尿素−ホルムアルデヒド樹脂のようなメチロール尿素類、ブチル化された尿素−ホルムアルデヒド樹脂のようなアルコキシ尿素類、並びに、ポリイソシアナート類及び遮断されたポリイソシアナート類を含む、メラミン−ホルムアルデヒド架橋剤を含む。硬化剤は、前述のものの組み合わせであってもよい。一つの例示的な実施形態において、フィルムを形成する結合材の架橋剤は、ポリイソシアナート類又はアミノプラスト樹脂の少なくとも一つであることになる。
一つの実施形態において、架橋剤は、不揮発性の結合材又はビヒクルの、少なくとも約5重量%、より好ましくは、少なくとも約10重量%であると共に、不揮発性の結合材の残部は、架橋性の樹脂で構成される。“不揮発性のビヒクル”は、結合材のフィルムを形成する又は架橋する構成成分の固体の部分を指す。また、架橋剤が、不揮発性のビヒクルの約40重量%まで、より好ましくは、約30重量%までであることは、好適なことである。一つの実施形態において、架橋剤は、好ましくは、不揮発性のビヒクルの約5重量%から約40重量%までである。
フィルムを形成する組成物は、顔料の混合物をさらに含むことになる。一つの実施形態において、顔料の混合物は、(i)二酸化チタン及び(ii)二酸化非チタンの顔料からなる。
一つの例示的な実施形態において、顔料混合物は、できるだけ球形のものに近いものである粒子の形状を有する顔料の粒子からなることになる。小板の形状又は楕円の形状を有する顔料の粒子が、ブロック形状の顔料の粒子よりも好まれることは、認識されると思われる。一つの例示的な実施形態において、顔料の混合物は、球形の粒子を有する顔料からなることになる。
一つの例示的な実施形態において、顔料の混合物は、実質的に、顔料(i)及び(ii)以外のどんな着色顔料、効果的な顔料、充填剤の顔料、及び体質顔料も無いものであることになる。別の例示的な実施形態において、フィルムを形成するコーティング組成物は、実質的に、顔料の混合物に存在する顔料(i)及び(ii)以外のどんな着色顔料、効果的な顔料、充填剤の顔料、及び体質顔料も無いものであることになる。
顔料(i)は、二酸化チタン(TiO)からなる。適切な二酸化チタンは、フィルムを形成するコーティングの用途における使用のために商業的に入手可能なものを含む。適切な二酸化チタンは、優れた色、不透明性、分散性、熱安定性、耐光堅牢度、高い屈折率、及び、化学物質、酸、及びアルカリの材料に対する抵抗性によって特徴付けられてもよい。一つの例示的な実施形態において、二酸化チタンの顔料(i)は、ルチルの二酸化チタンであることになる。一つの特別に例示的な実施形態において、二酸化チタンの顔料(i)は、球形の粒子及び少なくとも約2.5の、より特別には、少なくとも約2.75の屈折率を有するルチルの二酸化チタンであることになる。
一つの実施形態において、二酸化非チタンの顔料は、カーボンブラック、タルク、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、及び前述のものの二つ以上を含む組み合わせからなる群より選択される。一つの例示的な実施形態において、二酸化非チタンの顔料は、硫酸バリウム又はタルクのいずれかであることになる。一つの特別に例示的な実施形態において、二酸化非チタンの顔料(ii)は、硫酸バリウムであることになる。
一つの例示的な実施形態において、顔料の混合物は、(i)顔料の混合物の合計の重量に基づいた、少なくとも約80重量%の二酸化チタン、及び、(ii)顔料の混合物の合計の重量に基づいた、わずかに約20重量%の二酸化非チタンの顔料からなる。別の実施形態において、全てが顔料の混合物の合計の重量に基づいて、顔料(ii)が、約20重量%から約0重量%までの量で存在してもよい一方で、顔料(i)は、約80重量%から約100重量%までの量で存在することになる。一つの特別に例示的な実施形態において、顔料(ii)は、可能な範囲まで最小にさせられることになる。別の特別に例示的な実施形態において、顔料(i)は、顔料の混合物の合計の重量に基づいて、約85重量%から約95重量%までの量で存在することになる。
顔料の混合物は、組成物が、少なくとも約0.8の結合材に対する顔料の比(P/B)を有するような量で、フィルムを形成するコーティング組成物に存在する。そのP/Bの比は、フィルムを形成する結合材の量に対する固体の顔料の量に基づく。別の実施形態において、顔料の混合物は、臨界的な顔料容量濃度(Critical Pigment Volume Concentration)(CPVC)未満のP/Bの比を提供するために十分な量で存在する。その容量濃度又はコーティングの重合体の結合材に分散した固体の顔料の相の容積の割合は、通常、顔料容量濃度(pigment volume concentration)(PCV)として定義される。CPVCを、顔料のその濃度として定義してもよく、ここで、個々の粒子の間における空所を湿らす及び充填するためのちょうど十分な重合体の基材がある。
一つの例示的な実施形態において、顔料の混合物は、約0.95未満のP/B比を提供するために十分な量で存在することになる。別の例示的な実施形態において、顔料の混合物は、約0.85から約0.95までのP/B比を提供するために十分な量で存在する。
特定の理論に束縛されることを望まない一方で、約0.8未満の開示される顔料の混合物のP/B比が、最適化したもの未満の欠けの性能を有するこのような硬化したフィルムを使用する、硬化したフィルム及び多層のコーティングの系に帰着することが、信じられる。また、CPVCを超えるP/B比は、最適値未満の欠けの性能を有する硬化したフィルムを生じさせることが信じられる。
ここで使用されるような用語“欠けの性能”は、欠け又は砂利の抵抗性を指す。硬化したフィルム又は硬化した多層のコーティングの系のこの性能の性質は、グラベロメーター欠け試験(Gravelometer Chip Test)に従って、評価されてもよい。硬化した被覆された基体は、その試験より先の少なくとも一時間の間に−20度Cまで冷却される。その冷たい基体は、砂利の経路から90度、直立した位置で、“グラベロメーター”と呼ばれた、試験機において位置決めされる。そして、三パイントの砂利を、70PSIの空気の圧力で冷たい基体上へ吹き付ける。その砂利は、好ましくは、水で摩損させられた道の砂利、破砕されてない石灰石又は岩であるが、それは、すり砕かれたとき、5/8’’の空間のスクリーンを通過することになるが、しかし、3/8’’の空間のスクリーンに保持されることになる。適切なグラベロメーターは、Q−Panel Lab Productsから入手可能である。そして、試験の基体は、画像ソフトウェア及びスキャナーを使用して、分析される。その基体は、走査されると共に、その画像ソフトウェアは、その基体の表面から百分率の塗料のフィルムの喪失を測定する。
一つの実施形態において、百分率の塗料のフィルムの喪失を、75dpiの分解能及び(0から250までの尺度で)125のコントラストを有するHP ScabjetTM 4c上で黒色及び白色の図面として試験の基体を走査することによって、得ることができるが、ここで、HP DeskScanTM II V2.4ソフトウェアが、走査するために利用される。そして、その基体の走査された画像を、Noesis Vision,Inc.から入手可能なVisilogTM 5.1 ソフトウェアを使用して、分析することができる。試験の基体の分析を、その基体の12.5掛ける6.8cmのエリアで行ってもよい。百分率のフィルムの喪失を、そのソフトウェアにおける“Area”のルーチンを使用して、算出することができる。そのソフトウェアは、ピクセルの合計の数(おおよそ74,000個)に対する暗いピクセルの数に基づいて、百分率の塗料のフィルムの喪失を算出する。
あるいは、その基体を、ある尺度で視覚的に評価すると共に測定することができる。一つの実施形態において、視覚的な基準を、百分率の塗料又はフィルムの喪失を決定するために、用いてもよい。
一つの実施形態において、約2%以下の塗料の喪失を有する硬化したフィルムは、2%を超える%の塗料の喪失を有するものが、乏しい又は望ましくない欠けの性能を有するものとして特徴付けられることもある一方で、望ましい欠けの性能を有する。一つの実施形態において、開示されるコーティング組成物で上で議論したように調製された後の基体は、砂利欠け試験(Gravel Chip Test)に従って、0.05パーセントから0.8パーセントまでの塗料のフィルムの喪失を生じさせる。
開示されるコーティング組成物のフィルムの造りが、増加すると、基体における塗料のフィルムの喪失は、減少することは、認識されると思われる。一つの実施形態において、開示されるコーティング組成物のフィルムの造りを二倍にするとき、塗料のフィルムの喪失は、約半分までに減少させられる。従って、開示されるコーティング組成物は、光沢、剥離、及びDOIのような他の望ましい性質を保持するとき、先に知られた地塗り塗料と比較すると、改善された欠けの抵抗性を提供する。
コーティング職人に周知な他の材料、例えば、界面活性剤、安定剤、湿潤剤、分散剤、定着剤、UV吸収剤、HALSのような光安定剤、酸化防止剤、溶剤、触媒及び/又はレオロジー制御剤を、顔料の混合物に関する前述の考察が、観察される限りは、コーティング組成物の中へ組み込んでもよい。使用されるこれらの材料の量を、所望の性能の性質を達成するために、及び/又は、コーティングの特性に悪影響を及ぼすことを回避するために、制御しなければならない。
単数又は複数の溶剤を、コーティング組成物において利用してもよい。一般には、溶剤は、どんな有機溶剤及び/又は水であることができる。一つの好適な実施形態において、溶剤は、極性の有機溶剤を含む。別の実施形態において、溶剤は、極性の脂肪族の溶剤又は極性の芳香族の溶剤から選択された一つ以上の有機溶剤を含む。一つの実施形態において、溶剤は、ケトン、エステル、アセタート、非プロトン性アミド、非プロトン性スルホキシド、非プロトン性アミン、又は、これらの任意の組み合わせを含む。有用な溶剤の例は、制限無しに、メチル=エチル=ケトン、メチル=イソブチル=ケトン、m−アミル=アセタート、エチレングリコールブチルエーテル=アセタート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、キシレン、N−メチルピロリドン、芳香族炭化水素のブレンド、及びこれらの混合物を含む。一つの特別に例示的な実施形態において、溶剤は、水又は小さい量の補助溶剤を伴った水の混合物である。
また、開示されるコーティング組成物は、一成分の、二成分の、多成分の、溶剤が所持された、水が所持された、水性の、無溶剤の、粉末のコーティング、粉末のスラリーのコーティング、分散系、乳濁液、及びそれらの組み合わせとして特徴付けられることもある。一つの実施形態においては、フィルムを形成するコーティング組成物は、水が所持されたコーティング又は一成分の水性の粉末のスラリーのコーティングであることになる。
一つの実施形態において、開示されるフィルムを形成するコーティング組成物は、低いVOCを有することになる。一つの例示的な実施形態において、“低いVOC”は、揮発性の有機溶剤のわずかに100g/Lの調節されたVOCを有する、フィルムを形成する組成物を指す。ここで使用されるような、調節されたVOCは、水を含まないコーティング組成物のL当たりの揮発性の有機溶剤の濃度を指す。
低いVOCの要件にもかかわらず、開示されるフィルムを形成するコーティング組成物は、384秒−1でわずかに約200cpsの粘度を有することになる。一つの実施形態において、開示されるフィルムを形成する組成物は、384秒−1で約110cpsから約160cpsの粘度を有することになる。
開示されるフィルムを形成するコーティング組成物を、当技術において周知の多くの技術のいずれによっても、物品へ被覆させることができる。これらは、例えば、スプレー塗工、浸漬塗工、ロール塗工、カーテン塗工などを含む。自動車の本体のパネルについては、スプレー塗工が、好適なものである。コーティングが、相対的に厚いものであることになるとき、それらを、通常、若干の水及び/又は溶剤が、塗布されたコーティング層から蒸発すること(“フラッシュ”)を可能にすることに十分な時間によって分離された二つ以上の被膜で塗布する。塗布されたような被膜は、通常、1ミルから3ミルまでのコーティング組成物であると共に、十分な数の被膜が、所望の最終的なコーティングの厚さを生じるために、塗布される。
開示されるコーティング組成物は、硬化する際に、架橋されたフィルムを形成する。ここで使用されるような硬化は、熱エネルギー、電磁エネルギー、又はそれらの組み合わせのような刺激の適用を指す。ここで使用されるような電磁エネルギーは、化学線及び電子線のような粒子線を指す。一つの実施形態において、フィルムを形成するコーティング組成物は、熱エネルギーの適用で、硬化性であることになる。
開示されるコーティング組成物は、硬化させたとき、望ましい光沢、弾性、硬度、及びサンドペーパー磨き性(sandability)のフィルムを提供する。例えば、一つの実施形態において、約0.8ミルから2.0ミルの乾燥したフィルムの厚さを有する硬化させたフィルムは、少なくとも20mN/mmの硬度でサンドペーパー磨き可能なものであることになる。サンドペーパー磨き可能なフィルムは、ペーパーの過剰なガム引き無しに、媒体の粗粒の商業的に入手可能なサンドペーパーで、手によってサンドペーパーで磨くことができるものである。
別の実施形態において、光沢が、約0.8ミルから2.0ミルの乾燥したフィルムの厚さで約70から98まで(60度)であることになる一方で、別の実施形態において、開示されたコーティング組成物は、硬化させたとき、約0.8ミルから2.0ミルの乾燥したフィルムの厚さにおける少なくとも70の最小の光沢(60度)を有するフィルムを提供する。
一つの実施形態において、開示されるコーティング組成物は、H.Fischer GmbH−Sindelfingenから入手可能なFischerscope H100 SMCのようなフィッシャーの微小硬度ツールを使用して、少なくとも20%の弾性を有する硬化したフィルムを提供する。関連性のある測定を、以下のパラメータで取得することができる。すなわち、硬化した被覆された試験のパネルが、ステージに表を下にして置かれると共に25.000mN/20秒で適用されたVickerのダイヤモンドの角錐を使用して評価される。試験のパネルは、約0.8ミルから2.0ミルの乾燥したフィルムの造りを有した。試験パネルは、15分から30分の間における140度Cから160度Cまでの硬化の予定で、裸の又は電着された基体へ開示されるコーティング組成物の適用及び硬化によって用意された。他のコーティングは、試験パネルに適用しなかった。WIN−HCUTMのソフトウェアを使用して、測定を開始した。別の実施形態において、開示されるコーティング組成物は、硬化したとき、約20%から約35%までの弾性を有するフィルムを提供する。
特定の理論に束縛されることを望むものではない一方で、20%未満の弾性を有する開示されるコーティング組成物の硬化したフィルムは、一般に、望ましいものよりも少ない欠けの性能を有することが、見出されてきた。一つの実施形態において、20%未満の弾性を有するコーティング組成物が、一般には、2%より多くの喪失を備えた許容されない欠けの性能を有することが、見出されてきた。
開示されるフィルムを形成するコーティング組成物を利用する多層コーティングの系を、改善された欠けの性能を提供するために、調製することができる。一つの例示的な実施形態において、開示されるフィルムを形成する組成物は、地塗り塗料、シーラー、又は抗欠けコーティング組成物、特に、低いVOCの水が所持された又は水性の粉末のスラリーの地塗り塗料の組成物として使用されることになる。全てのこのような場合において、コーティング組成物は、開示されるP/Bの比における上で議論した結合材及び顔料の混合物の存在によって特徴付けられる。
一つの実施形態において、わずかに2%の喪失の欠けの性能を有する多層のコーティングの系を作る方法は、地塗りされた基体を提供するために、基体へ地塗り塗料の組成物を塗布すること、地塗りされた基体へ上塗り塗料を塗布すること、及び、硬化した多層のコーティングの系を提供するために上塗り塗料を硬化させることを含む。この場合には、地塗り塗料の組成物は、ここで議論した開示されるフィルムを形成する組成物である。一つの実施形態において、結果として生じる硬化した多層のコーティングの系は、わずかに2%のフィルムの喪失の欠けの性能を有し、一方、別の実施形態においては、結果として生じる硬化した多層のコーティングの系は、約0.1%から約1%のフィルムの喪失の欠けの性能を有する。
適切な基体は、金属の基体、プラスチックの基体、及びそれらの組み合わせを含むがしかしそれらに限定されない、全ての自動車用の基体を含む。自動車用の基体は、自動車は、欠けたものになることにより影響されやすいものであると共に改善された欠けの抵抗性を有するフィルムを形成するコーティング組成物又は多層のコーティング系の塗布から利益を得るであろう、ロッカーパネル及びリーディングエッジのような所定のエリアを有するのではあるが、特に適切なものである。開示されるコーティング組成物を、アルミニウム及び亜鉛メッキされた鋼へ塗布してもよい。また、ここで開示した地塗り塗料、シーラー、又は抗欠け組成物を、バンパー、ミラーハウジング、又は内部のダッシュボードのような、自動車用のプラスチックの基体へ塗布してもよい。鋼又は亜鉛メッキされた鋼のような金属の基体は、一つの例示的な実施形態において、使用される。
地塗り塗料の組成物が塗布される基体は、裸のものであっても、予備処理されても、及び/又は、当技術において知られるもののような塗布された電着コーティングで被覆されてもよい。このような電着コーティングは、カチオン性又はアニオン性であってもよいと共に、カチオン性の電着コーティングは、一つの例示的な例で使用される。電着コーティングで被覆された基体を、ここに開示した地塗り塗料の組成物の塗布の前又は後に、硬化させてもよい。例えば、電着コーティング及びと塗布された地塗り塗料組成物を、両方のコーティングにおいて架橋を果たすための十分な時間の間における熱エネルギーの適用と共に硬化させてもよい。一つの例示的な実施形態において、上に記載したような結合材及び顔料の混合物を含む地塗り塗料の組成物が、硬化した電着コーティングへ塗布されることになる。
開示されるコーティング組成物は、地塗り塗料として使用されるとき、約0.5ミルから約5ミルまでの乾燥したフィルムの造りを有するために、基体へ塗布される。一つの実施形態において、乾燥したフィルムの造りは、0.8ミルから約4ミルまでである一方で、一つの実施形態において、開示されるコーティング組成物の乾燥したフィルムの造りは、約1ミルから約3ミルまでである。基体は、周囲条件で三分間に急速に蒸発させられると共に、そして、122度F(50℃)で五分間に急速に蒸発させられる。基体は、そして、302度F(150℃)のオーブン内で三十分間にベーキングされる。
上塗り塗料は、地塗り塗料の層へ塗布される。上塗り塗料の層は、それぞれ、光沢及び酸の食刻に対する抵抗性を増加させることのような、審美的な目的及び機能的な目的の両方に役立つ。上塗り塗料の層は、地塗り塗料の層へ塗布されると共に硬化させられる。下塗り塗料の層は、上で議論したような、一つ以上の着色材及び/又は効果顔料を含有してもよい。透明塗料の層は、基体へ魅力的な滑らかな及び光沢性の仕上げを提供すると共に下塗り塗料の層へ塗布される透明なコーティングである。下塗り塗料の層及び透明塗料の層は、通常、ウェット・オン・ウェットで塗布される、それら層は、また着色した組成物の最後の被覆物と第一の透明塗料の層との間における急速な蒸発と共に、下に記載するような、急速な蒸発によって分離された被覆物に塗布される。そして、二つのコーティング層は、同時に硬化させられる。一つの実施形態において、硬化した下塗り塗料の層のフィルムの造りは、別の実施形態においては、それが、約0.8ミルから約1.4ミルまでの厚さである一方で、約0.6ミルから約1.6ミルまでである。一つの実施形態における硬化した透明塗料の層の乾燥したフィルムの造りは、より例示的な実施形態においては、それが、約1.4ミルから約2.4ミルまでである一方で、約1ミルから約3ミルまでである。
塗布された地塗り塗料及び上塗り塗料を、ウェット・オン・ウェットで塗布することができる。例えば、開示される地塗り塗料の組成物を、同時における地塗り塗料及び上塗り塗料の硬化が後に続く、上塗り塗料の塗布及び急速な蒸発が後に続く、塗布すると共に急速に蒸発させることができる。再度、上塗り塗料は、ウェット・オン・ウェットで塗布された、上塗り塗料の層及び透明塗料の層を含むことができる。
また、異なるタイプの上塗り塗料が、様々に開示される第一のコーティング組成物と互換性のあるものであることは、理解されることである。これらの異なるタイプのものは、一成分の溶剤が所持された透明塗料、一成分の水が所持された透明塗料、二成分の溶剤が所持された透明塗料、及び、二成分の水が所持された透明塗料を含むが、しかし、それらには限定されない。一つの例示的な実施形態において、上塗り塗料は、複合の下塗り塗料の透明塗料のコーティングであることになる。
一つの例示的な実施形態において、上塗り塗料は、架橋する組成物である。下塗り塗料及び透明塗料の組成物において有用なものであることが当技術において知られた重合体は、制限無しに、アクリル系樹脂、ビニル系樹脂、ポリウレタン類、ポリカーボナート類、ポリエステル類、アルキド樹脂、及び、ポリシロキサン類を含む。アクリル系樹脂及びポリウレタン類は、好適なものである。熱硬化性下塗り塗料及び透明塗料の組成物は、また、好適なものであると共に、その目的のために、好適な重合体は、カルバマート、ヒドロキシ、イソシアナート、アミン、エポキシ、アクリラート、ビニル、シラン、アセトアセタートなどのような、一つ以上の種類の架橋性の官能基を含む。その重合体は、自己架橋するものであってもよいか、又は、好ましくは、その組成物は、上に記載した種類のポリイソシアナート又はアミノプラスト樹脂のような架橋剤を含むものであってもよい。
開示される方法で使用された、顔料で着色した上塗り塗料は、マイカなどのような効果顔料のみならず、二酸化チタン、カーボンブラック、及び、酸化鉄の顔料のような無機の顔料又はアゾレッド、キナクリドン類、ペリレン類、銅フタロシアニン類、カルバゾールバイオレット、モノアリーリドイエロー及びジアリーリドイエロー、ナフトールオレンジなどのような有機の顔料のような、当技術において周知な一つ以上の顔料を含むものであってもよい。
また、コーティングの職人に周知の他の材料、例えば、界面活性剤、充填剤、安定剤、湿潤剤、分散剤、定着剤、UV吸収剤、HALSのような光安定剤、酸化防止剤、溶剤、触媒、及び/又は、レオロジー制御剤を、開示される方法で使用される、上塗り塗料又は複合のコーティングの中へ組み込んでもよい。使用されるこれらの材料の量を、所望の性能の性質を達成するために、及び/又は、コーティングの特性に悪影響を及ぼすことを回避するために、制御しなければならない。
多層のコーティングの系の各々の層を、当技術において周知の多くの技術のいずれかに従って、基体又は先に塗布されたコーティング層へ塗布することができる。これらは、例えば、スプレー塗工、浸漬塗工、ロール塗工、カーテン塗工などを含む。電着コーティングは、好ましくは、電着によって塗布される。自動車用の用途については、開示されるフィルムを形成するコーティング組成物及び単数又は複数の上塗り塗料の層は、好ましくは、スプレー塗工、特に静電的なスプレーの方法によって、塗布される。
一ミル以上のコーティング層は、典型的には、若干の溶剤又は水性媒体を、塗布された層から蒸発させること又は“急速に蒸発させること”を可能にするために十分な時間によって分離された、二つ以上の被覆物に塗布される。急速な蒸発は、周囲温度又は上昇した温度にあってもよい、例えば、その急速な蒸発は、放射熱を使用してもよい。
一つの実施形態において、記載された層は、熱で硬化させられる。硬化する温度は、遮断されない酸の触媒を含む組成物について70度Cから180度Cまで、及び特に好ましくは、170度Fから200度Fまで(76度Cから93度C)、又は、遮断された酸の触媒を含む組成物について240度Fから325度Fまで(115度Cから163度C)であってもよい。これらの温度における典型的な硬化する時間は、15分から60分までの範囲にわたると共に、好ましくは、その温度は、15分から30分までの硬化時間を可能にするために、選ばれる。好適な実施形態において、被覆された基体は、自動車用の本体又は部分である。塗布されるような被覆物は、0.5ミルから3ミルまでの乾燥したフィルムの造りであることができると共に、十分な数の被覆物は、多層のコーティングの系の所望な合計のフィルムの厚さを生じるために、塗布される。
本発明を、好適な実施形態を参照して記載してきた一方で、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変化をなしてもよいと共に等価物をそれの要素を置換してもよいことは、当業者によって理解されると思われる。加えて、本発明の教示に、その必須の範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を適合させるために、多くの変更をなしてもよい。従って、本発明が、本発明を実行するための予期されたベストモードとして開示される特定の実施形態に限定されないこと、しかし、本発明が、添付した特許請求の範囲の範囲内に属する全ての実施形態を含むことになることは、意図される。
本発明は、以下の例でさらに記載される。それら例は、単に、実例としてのものであると共に、いかなる方式でも、記載した及び請求したような本発明の範囲を限定するものではない。

例で使用したポリエステル結合材の調製
地塗り塗料として有用な第一のコーティング組成物を調製するために使用したポリエステル結合材は、一連の単量体及びプレポリマーの組み合わせから調製した水性のポリエステル分散系である。
高い温度の加熱のために攪拌機及び充填されたカラムが備え付けられた1000mlの反応フラスコに307.8重量部のネオペンチルグリコールを添加することによって、プレポリマーを作った。次に、72.4部のトリメチルプロパンが、反応フラスコへ添加される。その混合物は、攪拌させられると共に、熱が、100℃(212°F)の標的の温度について加熱マントルの組みを介して、反応フラスコへ加えられる。一度溶液が得られると、207.7部のアジピン酸及び238.8部のイソフタル酸を添加する。そして、その混合物の温度を、時間当たり23.9℃(75°F)の速度で240℃(464°F)へ増加させる。一度標的の温度が達成されると、反応混合物を、時間ごとに試料採取する。各々の1時間毎の試料の酸価を、決定する。試料を、酸価が7未満であるまで、取る。その後、反応混合物を、冷却水の冷却浴を介して、急速に冷却する。最終的な酸価を実証するために、反応混合物の温度が、150℃(302°F)まで冷却してしまったとき、別の試料を取る。その温度が、120℃(248度F)に到達するとき、247.0部のメチル=イソブチル=ケトンを、徹底的に反応混合物の中へ混合する。溶剤のさらなる添加を、標的とされた80%の固体を達成するために、なすことができる。
ポリエステル結合材の調製の第二のフェーズについて、以下の試薬、56.34重量部の脂肪酸、50.66部の1,6−ヘキサンジオール、58.98部のエチル=ブチル=プロパンジオール、57.21部のイソフタル酸、13.40部のトリメチロールプロパン、及び、7.08部のトルエンが、1000mlの反応フラスコへ添加される。反応フラスコには、次に、高い温度の加熱のための充填されたカラムが備え付けられる。それら試薬は、徹底的に混合させられると共に、熱が、約230℃(446°F)の標的とされた温度について2時間の周期にわたって加えられる。標的とされた温度は、一時間の間に維持される。その後、試料は、酸価の決定のために30分毎に取られる。一度、酸価が、9.5から10.5までの範囲に属すると、加熱を、中止すると共に反応混合物を、140℃(284°F)まで急速に冷却する。次に、45.1部のトリメリト酸無水物を、反応混合物へ添加すると共に、加熱を、170℃(338°F)の標的とされた温度について再開する。170℃を達成した後、酸価の値が、52−55の範囲にあるまで、試料を、酸価の決定のために30分毎に取る。そして、反応混合物を、120℃(248°F)まで冷却する。次に、第一のフェーズで調製された139.87部のプレポリマーの添加は、9.89部のメチル=イソブチル=ケトンと一緒に、反応混合物へなされる。反応混合物を、30分間ずっと攪拌する。そして、その混合物の温度を、180℃(356°F)まで増加させる。そして、溶剤の除去を、真空によって、この加熱の段階の間に開始する。試料を、酸価が、29から31までの範囲に属するまで、15分毎に取る。一度標的とされた酸価が、達成されると、その混合物を、150℃(302°F)まで冷却する。31.67部の3−メチル−3−メトキシ−1−ブタノールの添加が、その混合物へなされ、そして、その混合物を、別の30分間に攪拌する。そして、その系を、75°(167°F)まで冷却すると共に以下のもの、10.66部のN,N−ジメチルエタノールアミン、93.4部のメチル化されたブチル化されたメラミン、4.9部のポリエーテルの溶液K2000、及び、9.9部の3−メチル−3−メトキシ−1−ブタノールを添加する。徹底的な混合を、30分の周期の間に実施する。最後に、410.9部の脱イオン水を、そのバッチへ添加すると共に均質な分散系を達成するために徹底的に攪拌する。理論的な合計の不揮発性分は、おおよそ48重量%である。
例1:二酸化チタンのみを備えた地塗り塗料
地塗り塗料の組成物を、32.6重量部のBAYHYDROL 140AQのポリウレタン分散系(約40%の不揮発性分、59%の水、及び1%のトルエン、約6.0から約7.5までのpH、陰イオン性のDESMODUR W/1,6−ヘキサメチレンジイソシアナート/ポリエステル ポリオールを主材料としたポリウレタン、Bayer Corporation,Pittsburgh,Paから入手可能)、122.3重量部のアクリル系重合体の乳濁液(20℃のガラス転移温度、水における約41%の不揮発性分の含有率、約8mgKOH/gの不揮発性分の酸価、510のヒドロキシルの当量、約6から7までのpHへ2−アミノ−2−メチルプパノールで塩にした)、26.9部の脱イオン水、及び、530.0重量部の顔料のペースト(水における60重量%の不揮発性分、不揮発性分が、21.7重量%のBAYHYDROL 140AQのポリウレタン樹脂である、76.8重量%の二酸化チタン、6ミクロンの細度まで水平ミル(horizontal mill)で粉砕された1.5%のカーボンブラック)を最初に互いに混合することによって、調製した。この混合物に対して、添加されたものは、18.9重量部のRESIMENE 747(Solutia,St.Louis,Mo.から入手可能なメラミン−ホルムアルデヒド樹脂)、合計で265部のポリエステル樹脂(40%の固形分、Acid number 32)であった。そして、合計で3.7重量部の添加剤のパッケージ(流動性添加剤及び増粘剤)を添加した。最後に、地塗り塗料の組成物のpHを、2−アミノ−2−メチルプロパノールで約8.0まで調節した。
地塗り塗料の組成物は、52重量%の不揮発性分の含有率を有した。地塗り塗料の組成物の揮発性の有機含有率は、85グラム/リットルであった。地塗り塗料の組成物を、スプレー塗布の前に、脱イオン水で、384秒−1での120センチポアズから150センチポアズまでの粘度まで、調節した。
例2:二酸化チタン及び硫酸バリウムを備えた地塗り塗料
硫酸バリウム(BaSO)を含んだ地塗り塗料の組成物を、30.2重量部のBAYHYDROL 140AQのポリウレタン分散系(約40%の不揮発性分、59%の水、及び1%のトルエン、約6.0から約7.5までのpH、陰イオン性のDESMODUR W/1,6−ヘキサメチレンジイソシアナート/ポリエステル ポリオールを主材料としたポリウレタン、Bayer Corporation,Pittsburgh,Paから入手可能)、113.1重量部のアクリル系重合体の乳濁液(20℃のガラス転移温度、水における約41%の不揮発性分の含有率、約8mgKOH/gの不揮発性分の酸価、510のヒドロキシルの当量、約6から7までのpHへ2−アミノ−2−メチルプパノールで塩にした)、24.9部の脱イオン水、及び、565.4重量部の顔料のペースト(水における65.6重量%の不揮発性分、不揮発性分が、17.2重量%のBAYHYDROL 140AQのポリウレタン樹脂である、60.9重量%の二酸化チタン、6ミクロンの細度まで水平ミルで粉砕された1.2%のカーボンブラック及び20.7%の硫酸バリウム)を最初に互いに混合することによって、調製した。この混合物に対して、添加されたものは、245.0部のポリエステル樹脂(40%の固形分、Acid number 32)の添加が後に続いた、17.5重量部のRESIMENE 747(Solutia,St.Louis,Mo.から入手可能なメラミン−ホルムアルデヒド樹脂)であった。次に、合計で3.5重量部の添加剤のパッケージ(流動性添加剤及び増粘剤)を添加した。最後に、地塗り塗料の組成物のpHを、2−アミノ−2−メチルプロパノールで約8.0まで調節した。地塗り塗料の組成物は、56重量%の不揮発性分の含有率を有した。地塗り塗料の組成物の揮発性の有機含有率は、85グラム/リットルであった。地塗り塗料の組成物を、スプレー塗布の前に、脱イオン水で、384秒−1での120センチポアズから150センチポアズまでの粘度まで、調節した。
例3:二酸化チタン及びタルクを備えた地塗り塗料
タルク(ケイ酸マグネシウム)を含んだ地塗り塗料の組成物を、31.3重量部のBAYHYDROL 140AQのポリウレタン分散系(約40%の不揮発性分、59%の水、及び1%のトルエン、約6.0から約7.5までのpH、陰イオン性のDESMODUR W/1,6−ヘキサメチレンジイソシアナート/ポリエステル ポリオールを主材料としたポリウレタン、Bayer Corporation,Pittsburgh,Paから入手可能)、117.5重量部のアクリル系重合体の乳濁液(20℃のガラス転移温度、水における約41%の不揮発性分の含有率、約8mgKOH/gの不揮発性分の酸価、510のヒドロキシルの当量、約6から7までのpHへ2−アミノ−2−メチルプパノールで塩にした)、25.8部の脱イオン水、及び、548.4重量部の顔料のペースト(水における65.4重量%の不揮発性分、不揮発性分が、18.4重量%のBAYHYDROL 140AQのポリウレタン樹脂である、65.5重量%の二酸化チタン、6ミクロンの細度まで水平ミルで粉砕された1.3%のカーボンブラック及び14.8%のタルク)を最初に互いに混合することによって、調製した。この混合物に対して、添加されたものは、245.0部のポリエステル樹脂(40%の固形分、Acid number 32)の添加が後に続いた、18.2重量部のRESIMENE 747(Solutia,St.Louis,Mo.から入手可能なメラミン−ホルムアルデヒド樹脂)であった。次に、合計で3.6重量部の添加剤のパッケージ(流動性添加剤及び増粘剤)を添加した。最後に、地塗り塗料の組成物のpHを、2−アミノ−2−メチルプロパノールで約8.0まで調節した。最後に、地塗り塗料の組成物は、56重量%の不揮発性分の含有率を有した。地塗り塗料の組成物の揮発性の有機含有率は、85グラム/リットルであった。地塗り塗料の組成物を、スプレー塗布の前に、脱イオン水で、384秒−1での120センチポアズから150センチポアズまでの粘度まで、調節した。
地塗り塗料の評価
例1、2及び3の地塗り塗料組成物を、約25ミクロンの乾燥したフィルムの厚さの地塗り塗料の層を形成するために、地塗りされた4’’掛ける12’’の鋼のパネルを電着するために塗布したと共に150℃で25分の間に硬化させた。そして、硬化させた地塗り塗料を、商業的な下塗り塗料組成物及び透明塗料組成物で上塗りした。そして、パネルを、SAE J400の試験の手順に従って、グラベロメーターの検定にかけた。手短に、SAE J400の手順において、パネルを、砂利試験より先の1時間の間に−20℃まで冷却する。そのパネルを、直立位置、砂利の経路から90°でグラベロメーターの機械において位置決めする。一パイントの砂利を、70プサイ(psi)で空気の圧力で、パネル上へ吹き付ける。そして、そのパネルを、室温まで暖め、3M898ストラッピングテープでテープ引きし、且つ、1から5の尺度で欠けを見積もる基準に従って見積もったが、ここで1は、4%を超える上塗り塗料の塗料の喪失を有する基準に対応し、及び、5は、欠けることによる0.3%未満の塗料の喪失を有する基準に対応する。例1、2及び3の組成物を使用して得られたパネルについてのグラベロメーターの見積もりを、以下の表に組に示す。
%の塗料の喪失の評価
各々の試料の欠けのパネルを、Atlas Analytical Instrumentsによって分析されたVieewディジタル画像を使用して、最初に走査した。ディジタル画像を、VieewソフトウェアのAquinto a4i version 5.00(level 593)を使用して、評価した。そのソフトウェアにおけるParticle Analysisの手順を、基体における及び地塗り塗料における欠損モードを差別化するための色のコントラストを定義することによって、塗料の損失の現実の百分率を決定するために、使用した。各々の塗料の試料を、%の塗料の損失の平均値を得るために、三つ組で分析した。
Fischerの微小硬度
角錐の形状をしたダイヤモンドの圧子が備え付けられたFischerscope(R)H100Cを、地塗り塗料の微小硬度を測定するために、使用した。そのパネルを、圧子に面する地塗り塗料の表面を備えた機器の載物台に置いたと共に機器のレバーで固着した。その機器は、測定するパラメータを定義することができるであろうというように、コンピューターに接続されたと共にWIN−HCUソフトウェアを介した対話型のものであった。使用した試験の設定の手順において、25mNの最大の力を、20秒の周期にわたって加えたと共に5秒の周期の間で一定なものに保持した。そして、その力を、25mNから20秒にわたって負荷を除去したと共に5秒の間で最小の力に維持した。一連の三個の読み取りを、全てがきわめて接近した異なるスポットで同じ試料のパネルにおける25ミクロンのフィルムの造りで取得した。測定値の三個の組みの平均を、得たと共にN/mmでのHU、ユニバーサル硬度、マイクロメートルでのhmax、最大の押し込み、%におけるCr1、最大の力でのクリープ、Cr2、%における最小の力でのクリープ、ギガパスカルにおけるY、ヤング率、及び、%におけるW/Wtot、合計の材料の変形の仕事のうち弾性的な変形の仕事を含んだ。
Figure 2006307213
開示されるコーティング組成物が、改善された欠けの抵抗性を提供することを、見ることができる。

Claims (20)

  1. フィルムを形成する組成物であって、
    フィルムを形成する結合材、及び
    顔料の混合物
    を含み、
    前記の顔料の混合物は、少なくとも0.8の結合材に対する顔料の比で存在すると共に、(i)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、少なくとも80重量%の二酸化チタン、及び、(ii)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、わずかに20重量%の二酸化非チタンの顔料からなり、
    前記の二酸化非チタンの顔料は、カーボンブラック、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、及び、前記のものの二つ以上を含む組み合わせからなる群より選択され、
    フィルムを形成する組成物は、わずかに100g/Lの調節されたVOCを有し、その顔料の混合物におけるもの以外の全ての顔料がないものであり、且つ、384秒−1でわずかに200cpsの粘度を有し、且つ、150℃で25分の間に硬化させたとき、冷たい圧延された鋼において0.8ミルから2.0ミルの乾燥したフィルムの造りで少なくとも20%の弾性を有する硬化したフィルムを提供する、フィルムを形成する組成物。
  2. 前記硬化したフィルムは、サンドペーパー磨き可能であると共に少なくとも20mN/mmの硬度を有する、請求項1に記載のフィルムを形成する組成物。
  3. 前記顔料の混合物は、わずかに0.99を超える結合材に対する顔料の比で存在する、請求項1に記載のフィルムを形成する組成物。
  4. 前記顔料の混合物は、0.85から0.95までの結合材に対する顔料の比で存在する、請求項1に記載のフィルムを形成する組成物。
  5. 前記顔料の混合物は、前記顔料の混合物の合計の重量に基づいて、100重量%の二酸化チタンからなる請求項1に記載のフィルムを形成する組成物。
  6. 前記顔料の混合物は、前記顔料の混合物の合計の重量に基づいて、85重量%から100重量%までの二酸化チタンからなる請求項5に記載のフィルムを形成する組成物。
  7. 本質的には、
    基体、
    電着コーティング、
    地塗り塗料の組成物、及び
    上塗り塗料からなる、多層のコーティングの系であって、
    その地塗り塗料の組成物は、
    フィルムを形成する結合材及び
    顔料の混合物
    を含み、
    前記の顔料の混合物は、
    少なくとも0.8の結合材に対する顔料の比で存在すると共に、
    (i)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、少なくとも80重量%の二酸化チタン、及び、(ii)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、わずかに20重量%の二酸化非チタンの顔料からなり、
    前記の二酸化非チタンの顔料は、カーボンブラック、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、及び、前記のものの二つ以上を含む組み合わせからなる群より選択され、
    その地塗り塗料の組成物は、わずかに100g/Lの調節されたVOCを有し、その顔料の混合物におけるもの以外の全ての顔料がないものであり、且つ、384秒−1でわずかに200cpsの粘度を有する、多層のコーティングの系。
  8. 前記コーティングの系は、わずかに2%喪失の欠けの性能を有する、請求項7に記載のコーティングの系。
  9. 前記フィルムを形成する地塗り塗料の組成物は、25分間に150℃で硬化させたとき、冷たい圧延された鋼において、0.8ミルから2.0ミルまでの乾燥させたフィルムの造りで、少なくとも20%の弾性を有する、請求項7に記載のコーティングの系。
  10. 前記上塗り塗料は、下塗り塗料及び透明塗料を含む、請求項7に記載のコーティングの系。
  11. 前記下塗り塗料及び透明塗料は、ウェット・オン・ウェットで塗布される複合のコーティングである、請求項10に記載のコーティングの系。
  12. わずかに2%の喪失の欠けの性能を有する、多層のコーティングの系を作る方法であって、
    地塗りされた基体を提供するために基体へ地塗り塗料の組成物を塗布すること、
    上塗り塗料を前記地塗りされた基体へ塗布すること、及び
    硬化した多層のコーティングの系を提供するために前記上塗り塗料を硬化させること、
    を含み、
    前記地塗り塗料の組成物は、
    冷たい圧延された鋼において0.8ミルから2.0ミルの乾燥したフィルムの造りで少なくとも20%の弾性を有する

    フィルムを形成する結合材、及び
    顔料の混合物
    を含み、
    前記の顔料の混合物は、少なくとも0.8の結合材に対する顔料の比で存在すると共に、(i)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、少なくとも80重量%の二酸化チタン、及び、(ii)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、わずかに20重量%の二酸化非チタンの顔料からなり、
    前記の二酸化非チタンの顔料は、カーボンブラック、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、及び、前記のものの二つ以上を含む組み合わせからなる群より選択され、
    地塗り塗料の組成物は、わずかに100g/Lの調節されたVOCを有し、その顔料の混合物におけるもの以外の全ての顔料がないものであり、且つ、384秒−1でわずかに200cpsの粘度を有する、方法。
  13. 前記基体は、電着コーティングを含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記電着コーティングは、前記地塗り塗料の塗布の前に、硬化させられてある、請求項13に記載の方法。
  15. 前記上塗り塗料の塗布の前に前記塗布された地塗り塗料を硬化させることをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  16. 前記上塗り塗料は、ウェット・オン・ウェットで塗布される複合の下塗り塗料及び透明塗料を含む、請求項12に記載の方法。
  17. 多層のコーティングの系を作る方法であって、
    地塗りされた基体を提供するために基体へ地塗り塗料の組成物を塗布すること、
    上塗り塗料を前記地塗りされた基体へ塗布すること、及び
    硬化した多層のコーティングの系を提供するために前記上塗り塗料を硬化させること、
    前記硬化した多層のコーティングの系は、わずかに2%の喪失の欠けの性能を有し、
    前記地塗り塗料の組成物は、
    フィルムを形成する結合材、及び
    顔料の混合物
    を含み、
    前記の顔料の混合物は、少なくとも0.8の結合材に対する顔料の比で存在すると共に、(i)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、少なくとも80重量%の二酸化チタン、及び、(ii)その顔料の混合物の合計の重量に基づいた、わずかに20重量%の二酸化非チタンの顔料からなり、
    前記の二酸化非チタンの顔料は、カーボンブラック、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、及び、前記のものの二つ以上を含む組み合わせからなる群より選択され、
    前記硬化した多層のコーティングの系は、わずかに2%の喪失の欠けの性能を有する、方法。
  18. 被覆された基体を作る方法であって、
    基体へ請求項1に記載の前記フィルムを形成する組成物を塗布すること及び被服された基体を提供するために前記塗布されたコーティングを硬化させることを含む、方法。
  19. 請求項18に記載の方法によって作られた被覆された基体。
  20. 冷たい圧延された鋼で0.8から2.0ミルの乾燥させたフィルムの造りで少なくとも20%の弾性を有する請求項19に記載の被覆された基体。
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