JP2008063581A - トリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライブレンド法により製造でき、トリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック塗装に好適に使用することができ、さらに、溶剤系シルバーメタリック塗料により得られる塗膜と同等の品質を有するシルバーメタリック粉体塗膜を得ることができるシルバーメタリック粉体塗料を提供する。
【解決手段】酸化チタンを、結着樹脂と硬化剤の合計に対して０．５〜６．０重量％含有した樹脂粒子と、シルバーメタリック粒子とをドライブレンドした後に、流動性付与剤を添加して、シルバーメタリック粉体塗料を作製する。
【選択図】なし

Description

本発明は、トリボ帯電スプレーガン方式の塗装機での使用に適するシルバーメタリック粉体塗料に関する。

従来、メタリック塗装には、メタリック粒子、結着樹脂、および有機溶剤からなる溶剤塗料が一般に用いられている。この溶剤塗料においては、有機溶剤中に塗料成分を均一に溶解分散せしめている。静電スプレー塗装などの塗装時において溶剤塗料を用いると、樹脂成分とメタリック粒子とが分離しないため、個々の霧状粒子の帯電性が均一であるという特徴がある。この均一な帯電性のため、溶剤塗料中にはメタリック粒子を比較的多量に含有させることが可能であり、緻密でメタリック感の優れたメタリック塗膜を形成することが可能である。

しかしながら、溶剤塗料は、塗装時に有機溶剤が揮発することがその性質上避けられないので、人体または環境に対して望ましくない。したがって、溶剤塗料を使用する場合には、十分な換気を行うなどの対処が必要となる。そこで、この溶剤塗料における本質的な問題を避けるため、メタリック粒子を含有した粉体塗料による塗装が、従来の溶剤塗料に代るものとして提案されている。このような粉体塗料を用いると、有機溶媒を使用せずに塗装を行うことが可能であるので、本質的に上記のような問題が生じないという利点がある。

一般にメタリック粉体塗料の製造には、生産性および製造コスト等の面から、結着樹脂およびメタリック粒子を含有する原材料を溶融混練した後に粉砕する混練粉砕法と、予め混練粉砕法によりメタリック粒子を含まない樹脂粒子を製造した後にメタリック粒子を混合するドライブレンド法等が挙げられる。

しかしながら、メタリック塗装用粉体塗料の製造を混練粉砕法により行う場合には以下のような問題が生じる。例えば粉体塗料のメタリック粒子としてアルミニウム粉を用いた場合、溶融混練時の混練機内のシェアーによりアルミニウム粉が黒色または灰色に変色してしまい、この得られた粉体塗料を使用すると、金属光沢を有するメタリック塗膜を得ることができない。

これに対し、もう一方の方法であるドライブレンド法は、メタリック粒子と樹脂粒子とを単純にドライブレンドしてメタリック粒子の表面に樹脂粒子を付着させることにより粉体塗料を製造するので、メタリック粒子が変色するという問題はなく、粉体塗料に適した方法である。

しかしながら、この方法で製造される塗料を塗装する際にも以下のような問題がある。例えばメタリック粒子としてアルミニウム粉を使用した粉体塗料を塗装する際に、トリボ帯電方式のスプレー塗装ガンを用いると、塗料中の樹脂粒子とアルミニウム粉との荷電性の違いから、アルミニウム粉が樹脂粒子と分離してしまい、スプレー塗装ガンの先端、その周辺部およびトリボ発生筒内壁に、アルミニウム粉が選択的に付着してしまう。このため、得られた塗装物では、メタリック調が出ない、または均一な塗膜が得られないという問題や、スプレー塗装ガンの先端、その周辺部およびトリボ発生筒内に付着したアルミニウム粉を取り除くために、塗装作業を中断しなければならないという問題が生じる。さらに、塗装時に上記のアルミニウム粉からなる付着物がスプレーガンから剥がれて塗膜に付着した場合には、塗装面に凸状のプツ（スピッツ）を形成してしまう。また、粉体塗料粒子の帯電性が高いと、静電反発のため粉体塗料粒子の付着が少ない部分ができて被塗着面に凹みが生じる。

また、ドライブレンド法で作成するトリボ帯電スプレーガン用メタリック粉体塗料における上記の問題点を解決するため、次のような改良法が提案されている。即ち、樹脂粒子と、メタリック粒子、例えばアルミニウム粉とをミキサー等に投入し、攪拌等の外力を加えて十分に攪拌しながら、樹脂粒子のガラス転移点以上の温度に加熱することにより、樹脂粒子とアルミニウム粉とをより強く付着させる方法が提案されている。この方法により製造される粉体塗料では、メタリック粒子と樹脂粒子とが塗装中に分離しがたくなるので、上記のような塗装中の問題は改良できると考えられる。

しかしながら、この製造方法においては加熱攪拌中に樹脂粒子の凝集粉が発生するという問題が生じる。さらに、反応性の高い硬化系の熱硬化性樹脂粒子を用いて加熱攪拌を行うと、硬化反応が始まってしまうため、高分子量の樹脂が塗料中で増加してしまう。そのため、熱溶融時のフロー性が悪化して、塗膜の平滑性が低下してしまうという問題が生じる。

さらに、ドライブレンド法には別の問題も存在する。例えば樹脂粒子にアルミニウム粉を添加し、ドライブレンドして製造された粉体塗料では、緻密性のあるメタリック塗膜を得るためにアルミニウム粉の添加量を多くすると、上記のスピッツと凹みが発生する。そのため、均一な光沢のある塗膜を得、かつ、塗装作業に支障のない粉体塗料を得るためには、一般に樹脂粒子１００重量部に対してアルミニウム粉を５重量部程度までしか添加することができない。したがって、ドライブレンド法による塗料を使用して、塗装面にスピッツや凹みがなく、緻密性のあるメタリック塗膜を得ることが困難であった。

このような問題を解決するために、扁平金属コア粒子の表面に樹脂製シェル粒子を付着させた複合粒子と、熱硬化性樹脂粒子とを含有した粉体塗料が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この技術によっても、従来のトリボ帯電スプレーガンによるメタリック粉体塗装では、塗装面にスピッツや凹みがなく、緻密性が高く、かつ、溶剤塗料並みのメタリック塗膜を形成することができなかった。

特開２０００−１６００６２号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ドライブレンド法により製造でき、トリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック塗装に好適に使用することができ、さらに、溶剤系シルバーメタリック塗料により得られる塗膜と同等の品質（シルバーメタリック感、隠蔽性、表面の凸凹なし）を有するシルバーメタリック粉体塗膜を得ることができるシルバーメタリック粉体塗料を提供することを目的とする。

本発明のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料は、樹子粒子とシルバーメタリック粒子とをドライブレンドした後に流動性付与剤を添加して作製されたシルバーメタリック粉体塗料であって、前記樹脂粒子は、酸化チタンが結着樹脂と硬化剤の合計に対して０．５〜６．０重量％含有されていることを特徴としている。

本発明のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料によれば、酸化チタンを結着樹脂と硬化剤の合計に対して０．５〜６．０重量％含有した樹脂粒子と、シルバーメタリック粒子とをドライブレンドした後に、流動性付与剤を添加したものであり、このシルバーメタリック粉体塗料を用いることによって、溶剤系シルバーメタリック塗料により得られる塗膜と同等の品質（シルバーメタリック感、隠蔽性、表面の凸凹なし）を有するシルバーメタリック粉体塗膜を得ることができる。

以下、本発明のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料について詳しく説明する。
トリボ帯電スプレーガンは、トリボ発生筒部壁面に設けられた負帯電性のフッ素樹脂と粉体塗料との摩擦により粉体塗料粒子を帯電する。したがって、粉体塗料粒子は適度な正帯電性を有することが必要とされる。

Ａ．樹脂粒子
本発明における樹脂粒子は、結着樹脂を主成分とし、必要に応じて硬化剤、硬化促進剤、流展剤、発泡防止剤、充填剤（増粘剤）、着色剤、カップリング剤、酸化防止剤、ワックス等を含有する。さらに、本発明における樹脂粒子は、酸化チタンを結着樹脂と硬化剤の合計に対して０．５〜６．０重量％含有することが必要である。一般的に酸化チタンは、粉体塗料に対し適度な正帯電性を付与するので、トリボ帯電スプレーガンに好適である。酸化チタンの含有量が０．５重量％未満であると、正帯電性が不足し塗着効率が低下し、また、塗膜の隠蔽性も不足する。一方、酸化チタンの含有量が６．０重量％を超えると、正帯電性が過剰となり、静電反発による塗膜表面の凹みが発生したり隠蔽性が過剰となり、塗膜のメタリック調が損なわれる。また、本発明における酸化チタンの体積平均粒子径は、０．０５〜１．０μｍが好ましい。

さらに、本発明における樹脂粒子は、熱硬化性であることが好ましい。熱硬化性であると、熱処理後の塗膜の平滑性、機械的強度、耐溶剤性、耐熱性および耐候性などの塗膜特性が優れる。該樹脂粒子に用いられる結着樹脂としては、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等が使用できる。また、硬化剤や硬化促進剤としては、二塩基酸類、イソシアネート類、アミン類、ポリアミド類、酸無水物類、ポリスルフィド類、三フッ化ホウ素、酸ジヒドラジド類、イミダゾール類、ジシアンジアミド類、イミダゾリン類等が挙げられる。流展剤としては、アクリルオリゴマー、シリコーン等が挙げられる。発泡防止剤としては、ベンゾイン等が挙げられる。充填剤としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、ケイ酸カルシウム等が挙げられる。着色剤としては、酸化チタン、酸化クロム、酸化鉄、カーボンブラック、銅フタロシアニン、アゾ染料、縮合多環顔料等が挙げられる。

本発明においては、樹脂粒子の体積平均粒子径が１０〜３０μｍであること好ましく、１０〜２５μｍが好適である。樹脂粒子の体積平均径が１０μｍ未満になると、ファンデルワールス力などに起因する粒子間力が大きくなるため、当該樹脂粒子の流動性および貯蔵安定性が悪化してしまい、このような熱硬化性樹脂粒子を用いた粉体塗料では塗装作業性が悪くなるため好ましくない。逆に、体積平均粒子径が３０μｍを越えると、シルバーメタリック粒子に対する樹脂粒子の粒子径が相対的に大きくなる。そのため、このような粉体塗料を用いた粉体塗料では、トリボ帯電スプレーガン塗装の際に、被塗装物上にシルバーメタリック粒子が被塗装物表面と平行して付着し難しくなるため、塗膜のシルバーメタリック感が低下するため好ましくない。

Ｂ．シルバーメタリック粒子
本発明におけるシルバーメタリック粒子は、塗膜にシルバーメタリック調を付与するために必要である。このシルバーメタリック粒子は、扁平な形状を有する金属粒子等であり、シルバーメタリック調を発現するための材質としては、アルミニウム、亜鉛、銀、白金、ニッケル、錫、ステンレス等を、単独でまたは２種以上混合して使用する。これらの中でも、特に、アルミニウム粉がシルバーメタリック粒子として好ましく、特にシリカで表面処理されたアルミニウム粉が好ましい。シリカで表面処理されたアルミニウム粉は、ドライブレンド時において樹脂粒子の付着が強く、スピッツを発生させにくい。

ここで、扁平な形状とは、当該金属粒子が面と面との間で押しつぶされた状態をいい、押しつぶされることにより対向した平面を有していることを特徴とする形状をいう。さらに、ここで平面とは、球や不定形と比較して平らであれば足り、ひずみ、反り、湾曲、凹凸等があってもよい。また、上記の対向した面同士は、必ずしも平行でなくても良い。

また、本発明に用いるシルバーメタリック粒子としては、体積平均粒子径が１０〜４０μｍのものを使用することができるが、緻密性のある均一なシルバーメタリック塗膜を形成するには、体積平均粒子径が１５〜３０μｍであることが好ましい。

さらに、本発明におけるシルバーメタリック粒子の配合量は、樹脂粒子とシルバーメタリック粒子の合計に対して７〜１２重量％が好ましい。シルバーメタリック粒子の配合比が７重量％未満では、シルバーメタリック調や隠蔽性が不足し、一方、１２重量％を超えると、スピッツが発生し易くなる。

Ｃ．流動性付与剤
本発明のシルバーメタリック粉体塗料に適宜用いられる流動性付与剤としては、一次粒子が０．１μｍ以下の、シリカ、アルミナ、酸化チタン等に代表される無機物の超微粒子や、スチレンやメチルメタクリレートやメチルシリコーン等に代表される架橋樹脂超微粒子、さらには、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸等が含まれる。これらの中でも、本発明においてはアルミナが特に好ましい。アルミナは、シルバーメタリック粒子として最も一般的であるアルミニウムとの混和性が良く、粉体塗料中に均一に存在することが可能で、優れた流動性を発揮し、粉体塗装中の各成分の凝集を防ぎ、均一な塗膜を形成させることができる。

Ｄ．シルバーメタリック粉体塗料の製造方法
先ず、樹脂粒子を製造するには、例えば、熱硬化性樹脂、硬化剤、酸化チタンおよび必要に応じて応じて添加するその他の原材料を用意し、これをミキサーまたはブレンダー等を用いて乾式混合する。混合後、ニーダーにより原材料を溶融混練し、冷却する。次に、冷却された溶融混練物を機械式または気流式の粉砕機を用いて粉砕し、その後、気流式の分級機により分級して、本発明のシルバーメタリック粉体塗料に用いる熱硬化性樹脂粒子を得ることができる。また、本発明においては、上述の溶触混練法により製造されるものの他に、例えば、スプレードライ法や重合法によっても、熱硬化性樹脂粒子を製造することができる。

次に、上記の樹脂粒子とシルバーメタリック粒子とをドライブレンドする。ドライブレンドの方法については特に限定されないが、ヘンシェルミキサーやスーパーミキサーが使用できる。ドライブレンドにより、シルバーメタリック粒子の周囲に樹脂粒子が付着する。樹脂粒子とシルバーメタリック粒子の密着性を高めるには、ブレンド時に樹脂粒子のガラス転移点以上に加熱することが好ましいが、加熱が過剰であると樹脂粒子同士が凝集して塊になってしまうこともあるので、各々の事例において上限を特定する必要があり、一般的には、加熱温度はガラス転移点よりも１０℃高い温度までであることが望ましい。

また、本発明においては、樹脂粒子とシルバーメタリック粒子とをドライブレンドした後に流動性付与剤を添加することが必要である。流動性付与剤と同時にブレンドすると、シルバーメタリック感や隠蔽性が低下する。

なお、樹脂粒子のガラス転移点（Ｔｇ）の測定法は次の通りである。先ず、測定試料を約１０ｍｇ計量してアルミニウム製セルに入れ、Ｔｇ測定装置（セイコー電子工業社製、商品名：ＳＳＣ−５２００）に載置し、１分間に５０ミリリットルのＮ_２ガスを吹き込む。そして、２０〜１５０℃の範囲を１分間あたり１０℃の割合で昇温させ、次いで、１５０℃から２０℃に急冷させた後、再度、上記の昇温を行ったときの吸熱ピーク温度をガラス転移点とする。

以下、本発明の具体的実施例を示す。なお、本発明はこれに限定されるものではない。また、配合部数はすべて重量部である。

＜実施例１＞
１．樹脂粒子の作製
下記配合比からなる原料をスーパーミキサーで混合した後に、１１０℃の温度条件下で加圧ニーダーにより溶融混練し、冷却後にハンマークラッシャーで粗粉砕した。その後、ジェットミルで粉砕しながら風力分級機により体積平均粒子径２０μｍの樹脂粒子を得た。
・ポリエステル樹脂（大日本インキ化学工業社製、商品名：ファインディックＭ−８０１０） ８６部
・硬化剤（ヒュルスジャパン社製、商品名：ペスタゴンＢ−１５３０） １４部
・硬化促進剤（三共有機合成社製、商品名：スタンＯＭＦ） ０．３部
・流展剤（日本モンサント社製、商品名：モダフローパウダー３） ０．５部
・発泡防止剤（みどり化学社製、商品名：ベンゾイン） ０．５部
・酸化チタン（石原産業社製、商品名：タイペークＣＲ−９０） １部

２．ドライブレンド
三井鉱山社製の７５Ｌヘンシェルミキサーのジャケットに温水を流し、下記配合比からなる原料を全量で１６ｋｇ投入後、回転数１３５０ｒｐｍの条件下で運転し、粉体樹脂のガラス転移点である５６℃よりやや高い６３℃に到達するまで１０分間攪拌し、その後、冷水を流しながら常温になるまで攪拌し、ドライブレンド粒子を得た。
・上記で得られた樹脂粒子 ９０部
・シルバーメタリック粒子（エカレト社製、商品名：ＰＣＲ５０７、アルミニウム粒子）
１０部

３．流動性付与剤の添加
下記配合比で、ドライブレンド粒子に流動性付与剤を添加し、回転数１３５０ｒｐｍで５分間攪拌した。その後、混合物を混合槽から排出し、振動フルイ機により１００メッシュをパスさせて、本発明の実施例１のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料を得た。
・上記で得られたドライブレンド粒子 １００部
・流動性付与剤（日本アエロジル社製、商品名：アルミナＣ） １部

＜実施例２＞
樹脂粒子中の酸化チタンを５．０重量％とした以外は、実施例１と同様にして本発明の実施例２のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料を得た。

＜実施例３＞
樹脂粒子の酸化チタンを０．５重量％とした以外は、実施例１と同様にして本発明の実施例３のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料を得た。

＜比較例１＞
樹脂粒子中の酸化チタンを７．０重量％とした以外は、実施例１と同様にして比較例１のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料を得た。

＜比較例２＞
樹脂粒子中の酸化チタンを０．４重量％とした以外は、実施例１と同様にして比較例２のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料を得た。

＜比較例３＞
樹脂粒子中の酸化チタンをシリカ（龍森社製、商品名：ヒューズレックスＷＸ）に代えた以外は、実施例１と同様にして比較例３のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料を得た。

＜比較例４＞
流動性付与剤を樹脂粒子およびシルバーメタリック粒子と一緒にドライブレンドした以外は、実施例１と同様にして比較例４のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料を得た。

４．塗膜形成評価
トリボ帯電方式の静電スプレー塗装ガン（松尾社製、トリボ型静電塗装機ＳＦＣ−ＱＴＲ１００Ｄ／Ｔ−２ｍ）を用いて、吐出量：５０ｇ／分、搬送エアー圧：１．５ｋｇｆ／ｃｍ^２、加圧エアー圧：０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２の条件で、上記の各実施例および比較例のシルバーメタリック粉体塗料を、日本テストパネル社製のＳＰＣＣ（商品名：ＰＢ−１３７Ｍ）に塗装した。その際、被塗装物とガン先端との距離は２０ｃｍに保ち、膜厚が約４０μｍになるように塗装した。次いで、被塗装物を１８０℃で２０分間熱処理し、シルバーメタリック塗膜を形成させた。その後、得られた塗膜に対して、溶剤系シルバーメタリック塗料による塗膜と比較し、塗膜のメタリック感および隠蔽性について目視にて評価し、その結果を表１に示した。なお、メタリック感の評価基準は、塗膜に優れたシルバーメタリック感があった場合を○、シルバーメタリック感があった場合を△、シルバーメタリック感がなかった場合を×とし、また、隠蔽性の評価基準は、塗膜が隠蔽性に優れていた場合を○、隠蔽性があった場合を△、隠蔽性に劣っていた場合を×とした。

さらに、７０ｃｍ×７０ｃｍの鉄板を被塗装物として利用し、上記と同様の条件で、各実施例および比較例のシルバーメタリック粉体塗料を１分間噴射し、スピッツの発生および凹みの発生の有無を確認し、その結果を表１に示した。なお、スピッツの発生の評価基準は、塗膜にスピッツが発生しなかった場合を○、スピッツが発生した場合を×とし、また、凹みの発生の評価基準は、塗膜に凹みが発生しなかった場合を○、凹みが発生した場合を×とした。

表１に示したように、本発明のシルバーメタリック粉体塗料は、溶剤系のシルバーメタリック塗料による塗膜と同等のシルバーメタリック塗膜を形成することができた。これに対し、酸化チタンが過剰であった比較例１では、良好なシルバーメタリック感が得られなかった。また、酸化チタンが不足していた比較例２では、隠蔽性が得られず、また、スピッツの発生があった。さらに、酸化チタンを含有していない比較例３では、シルバーメタリック感も隠蔽性も得られず、また、スピッツの発生があった。また、流動性付与剤を同時にドライブレンドした比較例４においても、シルバーメタリック感も隠蔽性も得られず、また、スピッツの発生があった。

Claims (4)

1. 樹脂粒子とシルバーメタリック粒子をドライブレンドした後に流動性付与剤を添加して作製されたシルバーメタリック粉体塗料であって、前記樹脂粒子は、酸化チタンが結着樹脂と硬化剤の合計に対して０．５〜６．０重量％含有されていることを特徴とするトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料。
2. 前記樹脂粒子は、体積平均粒子径が１０〜３０μｍであること特徴とする請求項１に記載のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料。
3. 前記シルバーメタリック粒子はアルミニウム粉であり、その配合量が、樹脂粒子とシルバーメタリック粒子の合計に対し、７〜１２重量％であることを特徴とする請求項１に記載のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料。
4. 前記流動性付与剤はアルミナであることを特徴とする請求項１に記載のトリボ帯電スプレーガン用シルバーメタリック粉体塗料。