JP2007522329A - 向上された流動特性を有する近赤外線硬化粉体塗料組成物 - Google Patents

Abstract

（ａ）少なくとも１種のフィルム形成性ＮＩＲ硬化性樹脂と、
（ｂ）粉体塗料組成物の総重量に基づいて１．０〜２０．０重量％の、少なくとも１種のＮＩＲ反射性顔料と、
（ｃ）前記粉体塗料組成物を硬化させるための有効量の少なくとも１種の硬化剤と、
の均質混合物を含み、
成分（ａ）と、成分（ｂ）と、成分（ｃ）とが、一緒に混合される前に反応されず、それによって粉体塗料組成物はＮＩＲで硬化されることを特徴とする粉体塗料組成物。

Description

本発明は、ＮＩＲ（近赤外線）によって硬化可能な、向上された流動特性を有する粉体塗料組成物に関する。特に、本発明は、ＮＩＲによって硬化可能な、濃色エポキシ樹脂をベースとする粉体塗料組成物に関する。

金属基材をコートして装飾性または機能性仕上げをこれらの基材に提供するために、粉体塗料が広く用いられている。このように広く用いられているのは、主に、環境に対するコーティング処理の好ましい影響と共に、粉体塗料処理自体の採算性の増加による。沢山の粉体塗料調合物および処理が、多種の異なる用途に対して開発されてきた。しかしながら、このように、これまで開発されてきた粉体塗料を硬化するための処理は、基材上に付着された粉体塗料を、先ず、粉体塗料調合物のガラス転移温度または融点より高い温度まで加熱して溶融する必要がある。粉体塗料調合物の加熱に一般に用いられてきている従来の加熱源としては、例えば、対流オーブン、赤外光源、またはこの二つの混み合わせが挙げられる。

次いで、溶融された粉体塗料は硬化される。熱架橋系の場合には、粉体塗料は通常、約１０〜３０分の間、１４０および２００℃の間の温度まで加熱されることにより硬化される。粉体塗料は、一般に、これに限定されるわけではないが、エポキシ基、カルボキシ基、またはイソシアノ基を含む付加反応により架橋される。さらに、ある種の粉体塗料は、フリーラジカルメカニズムを利用して二重結合を重合することにより架橋することも可能である。

粉体塗料の熱硬化に高温を用いることには欠点がある；例えば、高温による硬化では、木材またはプラスチックなどの感温性表面材の使用ができず、さらに金属表面材が用いられている場合には、高いエネルギー入力が必要となる。

米国特許公報（特許文献１）には、コーティングの硬化に近赤外線（ＮＩＲ）を用いることが示されており、および米国特許公報（特許文献２）には、非金属基材に適用された粉体塗料の硬化にＮＩＲを用いることが示されている。本明細書中において用いられた用語「ＮＩＲ」は、７６０〜１５００ｎｍの波長域の高強度放射線を意味する。しかしながら、黒色粉体塗料組成物の硬化にＮＩＲを用いることに関しては、いくつかの欠点がある。黒色または濃色粉体塗料組成物に通常用いられるカーボンブラックはＮＩＲを吸収し、粉体塗料が完全に流延してその適用された表面を濡らす前に、粉体塗料をその硬化温度に到達させてしまう。その結果、例えば、過度のゆず肌および／または許容できない平滑性ならびに光沢を有する仕上げとなってしまう。

本発明は、ＮＩＲによって硬化可能であり、熱感応性基材に用いることができ、および大幅に低減したゆず肌、優れた平滑性ならびに良好な光沢を有する仕上げを形成する新規の粉体塗料組成物に関する。

米国特許第６，４５８，２５０号明細書 米国特許第６，５４１，０７８号明細書

本発明は、
（ａ）少なくとも１種のフィルム形成性ＮＩＲ硬化性樹脂と、
（ｂ）粉体塗料組成物の総重量に基づいて１．０〜２０．０重量％の、少なくとも１種のＮＩＲ反射性顔料と、
（ｃ）前記粉体塗料組成物を硬化させるための有効量の少なくとも１種の硬化剤と
の均質混合物を含み、
成分（ａ）と、成分（ｂ）と、成分（ｃ）とが、一緒に混合される前に反応されない、粉体塗料組成物を含む。

本発明の特徴および利点は、下記の詳細な説明を読むことにより、当業者によってより容易に理解されるであろう。明確にするために別個の実施態様のコンテクストにおいて、上記および下記に記載されたこれらの一定の本発明の特徴は、単一の実施態様においても組み合わせて提供される可能性があると理解されるべきである。逆に、簡略化のために、単一の実施態様のコンテクストにおいて記載された本発明の種々の特徴は、個別に、またはいかなる副次的な組合せにおいても提供される可能性がある。また、単数形の用語は、コンテクストに特に別段の規定がない限り、複数形（例えば、「ａ」および「ａｎ」は、１つの、または１つあるいは複数をさす可能性がある）をも含む可能性がある。

本明細書中において特定された種々の範囲中の数値の使用は、規定された範囲内の最小の値および最大の値の両方は「約」という語によって前置きされるが、明示的に別段の規定がない限り、近似値として規定される。このように、規定された範囲の上下のわずかな変動値を用いて、範囲内の数値による場合と実質的に同じ結果を達成することも可能である。これらの範囲の開示はまた、最小値と最大値との間のすべての値を含む連続的な範囲として意図されている。

本明細書中において参照された特許、特許出願および文献のすべては、その全体が参照により含まれる。

驚くべきことに、ＮＩＲ照射および、本発明の新規な粉体塗料組成物であって、ラジカル重合可能で、ＮＩＲによる付加反応および／または縮合反応により架橋可能なバインダ系をベースとした粉体塗料組成物の硬化の結果として、向上した流動性および速硬化性ならびに完全硬化性を有すると共に、平滑で高い光沢仕上げを形成するコーティングが得られることが見出された。

本発明において用いられているＮＩＲは、約７６０〜約１５００ｎｍ、好ましくは７６０〜１２００ｎｍの波長域の赤外線である。ＮＩＲの放射線源としては、例えば、面光源、線光源、または点光源として放射線を放射することができるＮＩＲ放射源が挙げられる。このような種類のＮＩＲ放射源は、商業的に入手可能である（例えば、アドフォス（Ａｄｐｈｏｓ）から）。これらは、一般に、１０ｋＷ／ｍ^２を超えて例えば１５ＭＷ／ｍ^２まで、好ましくは１００ｋＷ／ｍ^２〜１０００ｋＷ／ｍ^２の強度（単位面積当たりの放射線出力）の、例えば高性能ハロゲン放射線放射源を含む。例えば、放射線放射源は、２０００°Ｋより高い、好ましくは２９００°Ｋより高い、例えば２０００〜３５００°Ｋの温度の放射線放射源表面温度（コイルフィラメント温度）に達する。好適な放射線放射源は、例えば７６０〜１２００ｎｍの間に最大の放射スペクトルを有する。通常、組成物が照射される合計時間は、例えば、０．５〜３００秒、好ましくは１〜３０秒の範囲内である。

新規の粉体塗料組成物は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシポリエステル樹脂またはシリコーン樹脂などの、４０〜９０重量％、好ましくは６０〜９０重量％の、少なくとも１つのフィルム形成性ＮＩＲ硬化性樹脂；２〜５０重量％の硬化剤、１〜５０重量％、好ましくは１〜４０重量％の顔料および／または充填剤であって、１〜２０重量％、好ましくは３〜２０重量％の少なくとも１種のＮＩＲ反射性顔料を含むもの、５〜１５重量％、好ましくは０．１〜１重量％の架橋触媒；および、任意で、さらに助剤物質ならびに添加剤を含有する。すべての上記重量％は、新規の粉体塗料組成物の総重量に基づく。

上記のＮＩＲ硬化性樹脂は、化学結合を形成する官能基としてエポキシ基、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、およびＲＮＨ基を含有する。特に有用な樹脂の一つは、２００〜２５００のエポキシド当量を有する、エピクロロヒドリンおよびビスフェノールＡのエポキシ樹脂を含む。他の有用な樹脂は、少なくとも５０重量％のポリエステル型樹脂を含む。用いることができる好適な架橋性樹脂は、これに限定されるわけではないが、ジ−および／またはポリ感応性カルボン酸、ジシアノジアミド、フェノール樹脂、アミノ樹脂および／またはイソシアネートを含有する。

本発明の粉体塗料組成物は、低分子量ポリエステル樹脂、エポキシおよび／またはヒドロキシアルキルアミド硬化剤、および／または二量体化されたイソシアネート、ジシアノジアミド硬化剤、カルボン酸硬化剤またはフェノール硬化剤、またはカルボン酸あるいはカルボン酸無水物硬化剤と共にエポキシ−官能化アクリレート樹脂などの従来のバインダ硬化剤を含有する。

エポキシ樹脂のための本発明における硬化剤の例は、例えばジシアノジアミドおよびその誘導体、カルボン酸ならびにフェノール樹脂などの、カルボキシル基；アミドおよび／またはアミン基を含有するものを含有する硬化剤である。

本発明の新規の粉体塗料組成物は、１〜５０重量％の、この組成物を着色する顔料を含有する。顔料は、カーボンブラックを含む従来の有機または無機顔料または染料ならびに金属および／または非金属の特殊効果付与剤であることができる。しかしながら、均一に硬化して平滑で光沢のある仕上げを得るために、粉体塗料組成物の重量に基づいて１〜２０重量％の顔料は、少なくとも１つのＮＩＲ反射性顔料である。このような顔料は、特定の波長に応じて１％および８０％の間のＮＩＲを反射する。顔料のＮＩＲ反射特性は、製造者による印刷物から得られた。

通常、本発明の新規の粉体塗料組成物の形成に用いることができる有用なＮＩＲ反射性顔料は、下記の通りである：
「アーティック（Ａｒｔｉｃ）」顔料−ブラック３７６、ブラック４１１およびブラック１０Ｃ９０９（オハイオ州シンシナティのシェファードカラー社製（Ｓｈｅｐｈｅｒｄ Ｃｏｌｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏｈｉｏ））および
「エクリプス（Ｅｃｌｉｐｓｅ）」顔料−ブラック１０２０１およびブラック１０２０２ （オハイオ州クリーブランドのフェロコーポレーション社製（Ｆｅｒｒｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ））。
「アーティック（Ａｒｔｉｃ）」顔料−ブラック３７６、ブラック４１１およびブラック１０Ｃ９０９は、無機材料の高温焼成により合成された顔料である。
「エクリプス（Ｅｃｌｉｐｓｅ）」顔料−ブラック１０２０１およびブラック１０２０２もまた、無機材料の高温焼成により合成された顔料である。

本発明の粉体塗料組成物は、さらに、成分として、脱気助剤、流動性制御剤、平たん化剤、質感剤（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ）および光安定剤などの粉体塗料技術における従来の構成成分を含有していてもよい。粉体塗料組成物は、好ましくは上述の架橋触媒を規定された量の範囲内で含有する。添加剤の量は、粉体塗料組成物の重量に基づいて、例えば０．０１〜１０重量％である。

本発明において使用可能な粉体塗料は、例えば、非押出し／粉砕処理の使用、超臨界溶液からの噴霧によるパウダーの製造、ＮＡＤ「非水性分散（ｎｏｎ−ａｑｕｅｏｕｓ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）」処理または超音波定在波噴霧処理あるいは押出し／粉砕処理として知られているものを利用した従来の手法により製造されてもよい。

本発明の粉体塗料は基材表面に対して優れた接着性を有し、それ以外にも、改良された流動特性およびＮＩＲ源による過熱に対する耐性を有している。

例えば、コロナあるいはトライボ原理（ｔｒｉｂｏ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）をベースとするスプレーガンを用いた既知の静電的噴霧処理を用いることにより、または、例えば水性分散体（パウダースラリー）形態での適用あるいは広帯域拡散処理法による適用などのその他の好適なパウダー適用処理を用いることにより、パウダーはコートされるべき基材上に適用されてもよい。水性分散体が用いられる場合には、ＮＩＲは、分散体から水を除去するのに有利に用いられる可能性がある。

本発明の粉体塗料組成物は、例えば３ｍｍ以上の厚さを有する厚い壁比率を有する金属基材のカバーリングおよびコーティングに特に好適である。用いられ得る基材は、例えば、アルミニウム、鋼などの金属、ガラス、セラミックス、ならびに木材またはプラスチック表面材である。特に、とりわけ、厚い壁の三次元物体も、本発明の新規の粉体塗料組成物でコートすることが可能である。

金属基材表面は、本発明により直接カバーおよびコートされ得るが、これらは、カバーリングおよびコーティングに先立って、例えばリン酸塩処理またはクロム処理による例えば無機腐食防護層により予備コートされることもできる。

新規のコーティング組成物の硬化は断続的におよび連続的に行ってもよい。連続的な作業の場合には、コートされた基材は、例えば１つまたは複数の据置きされたＮＩＲ源の前を通過されてもよい。ＮＩＲ源は、しかしながら、移動可能であってもよい。

ＮＩＲ照射は、任意で放射線を増強するための追加の反射器系および／またはレンズ系と一緒に、赤外線または対流オーブンなどの従来の熱源と組み合わせて用いることもできる。

さらに、機能性コーティングを円筒体、コンクリートまたは構造部材を強化するための金属部材上に適用することも可能であり、コーティングを、例えば鋼構造材、橋、船などのオーブン中で加熱することができない大きな部材上にも適用することが可能である。

新規の粉体塗料組成物は、例えば金属またはフィルム上への粉体塗料での高速コーティングのために用いることも可能である。一例は、例えば＞５０ｍ／ｍｉｎのコーティング速度でのコイルコーティング処理である。

本発明の新規の粉体塗料組成物は、短い硬化時間の単一の処理工程で溶融および硬化し、溶融および硬化処理中により均一なコーティングを基材上に提供する。ＮＩＲ源の取り扱いの簡便さによって、短い硬化時間ならびにパウダー層の選択的な加熱、および改良された質のコーティングは、本発明の粉体塗料の、今まではコーティングすべき物体の大きなサイズによって粉体塗料法を用いることが不可能であった鋼構造物（橋、高層建築物、造船、工業プラント他）などの産業分野での使用を可能にする。

本発明は、さらに下記の実施例によって定義される。これらの実施例は例示のためだけのために提供されていることを理解すべきである。上記の考察およびこれらの実施例から、当業者は、本発明の本質的な特徴を確認することができ、その思想および範囲から逸脱することなく、種々の使用および条件に適応させるよう、本発明の種々の変更および修正をすることができることを確認することができる。その結果、本発明は、本明細書において以下に記載された例示的実施例によっては限定されず、むしろ、本明細書に含まれる特許請求の範囲によって定義される。

（実施例１）
下記の粉体塗料組成物１〜３を、構成成分を押出し機に充填し、得られた構成成分のブレンドを粉砕すると共に篩い分けて噴霧可能な粉体塗料組成物を形成することにより調製した：

エポン（Ｅｐｏｎ）（登録商標）２００２は、グリシジル官能基を備えたビスフェノール−Ａをベースとする樹脂であり、６７５〜７６０ｅｑ．／ｇのエポキシド当量を有する（テキサス州ヒューストンのレゾリューションパフォーマンスプロダクツ社製（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ＬＬＣ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ））。クリルコート（Ｃｒｙｌｃｏａｔ）（登録商標）３４０は、酸価７１のカルボキシ−官能性ポリエステルをベースとする樹脂である（ジョージア州スミルナのＵＣＢケミカル社製（ＵＣＢ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．，Ｓｍｙｒｎａ，ＧＡ））。モダフロー（Ｍｏｄａｆｌｏｗ）（登録商標）６０００は、流動強化添加剤である（インド国ムンバイのシグネットケミカル社製（Ｓｉｇｎｅｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．，Ｍｕｍｂａｉ，Ｉｎｄｉａ））。オキシメルト（Ｏｘｙｍｅｌｔ）Ａ４は、フィルムの脱気を促進するよう設計された添加剤である（ケンタッキー州カルベルトシティのエストロンケミカル社製（Ｅｓｔｒｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｃ．，Ｃａｌｖｅｒｔ Ｃｉｔｙ，ＫＹ））。カストールワックス（Ｃａｓｔｏｒｗａｘ）（登録商標）は、水素化ヒマシ油誘導体である（ニュージャージー州ベイヨンのカスケム社製（Ｃａｓｃｈｅｍ Ｉｎｃ．，Ｂａｙｏｎｎｅ，ＮＪ））。レイベン（Ｒａｖｅｎ）４５０は、カーボンブラック顔料である（ジョージア州マリエッタのコロンビアンケミカル社製（Ｃｏｌｕｍｂｉａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍａｒｉｅｔｔａ，ＧＡ））。バルテックス（Ｂａｒｔｅｘ）（登録商標）８０は、硫酸バリウム材料である（テキサス州コーパスクリスティのＴＯＲミネラルインターナショナル社製（ＴＯＲ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．，Ｃｏｒｐｕｓ Ｃｈｒｉｓｔｉ， ＴＸ））。

本実施例において用いられた、上記組成物１〜３のすべての調合物を、粉体塗料組成物の形成に用いられた従来の技術を介して粉体塗料に転換した。すなわち、各コーティング調合物の成分を、３００ｒｐｍで動作し各ゾーンが６０℃であるＺＳＫ二軸押出し機中で激しく混合した。押出し物をバンタムグラインダで粉砕し、８０−メッシュ網を用いて篩い分けした。得られた粉体塗料組成物は、平均粒子サイズが７５μｍで、２μｍ〜２５０μｍの範囲の粒子サイズを有していた。次いで、粉体塗料を、１／４インチ×４インチ×４インチの鋼パネルに同一のフィルム厚でコロナパウダースプレーガンにより静電的に適用した。次いで、これらのパネルを、ＮＩＲスーパーバーン（ｓｕｐｅｒ ｂｕｒｎ）放射源を用い、５０％出力で５０〜７０秒（結果として、４５０ｋＷ／ｍ^２のエネルギー密度で）ＮＩＲ（７６０ｎｍ〜１２００ｎｍ）に暴露した。ＮＩＲ放射源は、長さ２５ｃｍ、２５０Ｗ（「ローバーン（Ｌｏｗ Ｂｕｒｎ）」）〜２０００Ｗ（「スーパーバーン」）の範囲のタングステンフィラメント電球である。これらの電球は配列配置されており、この試験用の鋼パネルの７５ｍｍ上方に上げた。ＮＩＲ放射源および機器はドイツ国のアドフォス社（Ａｄｐｈｏｓ Ｉｎｃ．）から提供される。

粉体塗料組成物１は、カーボンブラック顔料が調合された比較組成物であった。粉体塗料は、パネル上で数珠状となってパネルをカバーせず、および許容できない外観を有した。粉体塗料組成物２〜３は、パネルの全部をカバーする平滑で均一な仕上げを形成し、許容できる外観を有していた。

Claims (10)

1. （ａ）少なくとも１種のフィルム形成性ＮＩＲ硬化性樹脂と、
   （ｂ）粉体塗料組成物の総重量に基づいて１．０〜２０．０重量％の、少なくとも１種のＮＩＲ反射性顔料と、
   （ｃ）前記粉体塗料組成物を硬化させるための有効量の少なくとも１種の硬化剤と
   の均質混合物を含み、
   成分（ａ）と、成分（ｂ）と、成分（ｃ）とが、一緒に混合される前に反応されないことを特徴とする粉体塗料組成物。
2. ＮＩＲ硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシポリエステル樹脂、またはシリコーン樹脂の群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の粉体塗料組成物。
3. ＮＩＲ硬化性樹脂は、エポキシ樹脂を含むことを特徴とする、請求項２に記載の粉体塗料組成物。
4. ＮＩＲ反射性顔料は、１％および８０％の間のＮＩＲを反射する黒色顔料を含むことを特徴とする、請求項３に記載の粉体塗料組成物。
5. エポキシ樹脂は、２００〜２５００のエポキシド当量を有する、エピクロロヒドリンおよびビスフェノールＡを含むことを特徴とする、請求項４に記載の粉体塗料組成物。
6. エポキシ樹脂の硬化剤は、アミン硬化剤を含むことを特徴とする、請求項５に記載の粉体塗料組成物。
7. ＮＩＲ硬化性樹脂系は、少なくとも５０重量％のポリエステル型樹脂を含むことを特徴とする、請求項２に記載の粉体塗料組成物。
8. （ａ）２００〜２５００のエポキシド当量を有する、エピクロロヒドリンおよびビスフェノールＡのエポキシ樹脂と、
   （ｂ）粉体塗料組成物の重量に基づいて１〜２０重量％の顔料であって、１および８０％の間のＮＩＲを反射するＮＩＲ反射性顔料を含む顔料と
   の均質混合物を含むことを特徴とする、請求項１に記載の粉体塗料組成物。
9. 請求項１に記載の組成物の硬化層によりコートされていることを特徴とする基材。
10. 請求項１に記載の粉体塗料組成物を基材に塗布し、ＮＩＲで組成物を硬化させることを特徴とする方法。