JP2009001650A - 水性塗料組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】平滑性及び鮮映性に優れた複層塗膜を形成できる塗料組成物及び塗膜形成方法を提供すること。
【解決手段】被塗物上に、水性第1塗料(X)を塗装して第1塗膜を形成し、得られた未硬化の第1塗膜上に水性第2塗料(Y)を塗装して第2塗膜を形成する複層塗膜形成方法において、水性第1塗料(X)として使用される水性塗料組成物であって、水及びアニオン性乳化剤(b)の存在下で、3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)1〜50質量%及び3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)50〜99質量%からなるモノマー混合物(a)を乳化重合して得られる共重合体エマルション(A)及びカルボキシル基含有樹脂(B)を含有することを特徴とする水性塗料組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、水性塗料組成物及びこれを用いる複層塗膜形成方法に関する。
自動車車体、特にその外板部は、優れた防食性や外観を付与することを目的として、一般に、高い防食性を有する下塗り塗膜、優れた平滑性や耐チッピング性を有する中塗り塗膜、及び優れた外観を有する上塗り塗膜からなる複層塗膜により被覆されている。
このうち、上塗り塗膜の形成方法としては、一般に、上塗り塗料を塗装し、次いで該上塗り塗料を焼付け硬化させる1コート1ベーク方式;光輝性顔料、着色顔料等の顔料を含有する着色ベース塗料を塗装し、得られた着色ベース塗膜上にクリヤー塗料を塗装した後、該着色ベース塗膜とクリヤー塗膜を同時に焼付け硬化させる2コート1ベーク方式;着色顔料を含有する着色ベース塗料を塗装し、得られた着色ベース塗膜上に、光干渉性を有する光輝性顔料等を含有する光輝性ベース塗料を塗装し、得られた光輝性ベース塗膜上にクリヤー塗料を塗装した後、該着色ベース塗膜、光輝性ベース塗膜及びクリヤー塗膜を同時に焼付け硬化させる3コート1ベーク方式等が採用されている。通常、上記1コート1ベーク方式は、白色や黒色等のいわゆるソリッド色で多く用いられ、2コート1ベーク方式は、アルミニウム顔料等の光輝性顔料を含有するいわゆるメタリック色で多く用いられ、3コート1ベーク方式は、光干渉性模様を呈するいわゆるパール色で多く用いられる。
従来、上塗り塗料は、焼き付け硬化せしめた中塗り塗膜上に塗装されていたが、最近では、工程スペースの縮小や使用エネルギー量の低減等を目的として、中塗り塗料塗装後の焼き付け硬化工程を省略し、未硬化の中塗り塗膜上に上塗り塗料を塗装した後、中塗り塗膜及び上塗り塗膜を同時に焼付硬化させる、いわゆるウエットオンウエット塗装が検討されている。なかでも、焼付け硬化時の有機溶剤の揮散による環境汚染を抑制するため、上記中塗り塗料及び上塗り塗料として水性塗料を用いた水性ウエットオンウエット塗装が特に求められている。
しかしながら、水性ウエットオンウエット塗装は、中塗り塗料及び上塗り塗料が、共に水を溶媒として使用しているため、中塗り塗料と上塗り塗料の界面において混層が生じやすく、平滑性及び鮮映性が低下しやすい点が課題とされていた。
例えば、特許文献1には、熱硬化型水性中塗塗料(A)、熱硬化型水性ベースコート(B)および熱硬化型クリヤーコート塗料(C)を用い、かつ該水性中塗塗料(A)と該水性ベースコート(B)をウエットオンウエット方式で塗装する方法において、該水性中塗塗料(A)の基体樹脂の中和価を10〜40(KOHmg/g)とし、かつ該水性ベースコート塗料(B)の基体樹脂の中和価を該水性塗料(A)よりも10〜20大きくする場合に、ツヤや鮮映性などの仕上がり外観が低下しないことが記載されている。しかしながら、該塗装方法によって得られる複層塗膜は平滑性が不十分であるという問題があった。
また、特許文献2には、(1)電着塗膜が形成された被塗物を提供する工程;(2)電着塗膜の上に水性中塗り塗料を塗布して中塗り塗膜を形成する工程;(3)中塗り塗膜を硬化させないで中塗り塗膜の上に水性ベース塗料、及びクリヤー塗料をウェットオンウェットで順次塗布してベース塗膜及びクリヤー塗膜を形成する工程;(4)中塗り塗膜、ベース塗膜及びクリヤー塗膜を同時に焼き付け硬化させる工程;を含む複層塗膜形成方法において、上記水性中塗り塗料が特定のアクリル樹脂エマルション及びウレタン樹脂エマルションを含有し、かつ、該水性中塗り塗料によって形成される中塗り塗膜が特定の吸水率及び水溶出率を有する場合に、中塗り塗膜とベース塗膜との混相が有効に防止され、表面平滑性に優れる複層塗膜を形成できることが記載されている。しかしながら、該複層塗膜形成方法は、比較的高価なウレタン樹脂エマルションを使用するため高コストであり、さらに、得られる複層塗膜の鮮映性が不十分であるという問題があった。
また、特許文献3には、電着塗膜が形成された基材上に、水性中塗り塗料、水性ベース塗料、水性光輝材含有ベース塗料及びクリヤー塗料を、順次ウエットオンウエットで塗布し、得られた4層の未硬化塗膜を同時に加熱硬化させる複層塗膜形成方法によって、エネルギーや製造時間を大きく軽減することができ、省資源や環境汚染への対応が可能になることが記載されている。しかしながら、該複層塗膜形成方法によって得られる複層塗膜は平滑性及び鮮映性が不十分であるという問題があった。
また、上塗り塗膜を形成する際においても、水性着色ベース塗料及び水性クリヤー塗料を用いた2コート1ベーク方式;水性着色ベース塗料、水性光輝性ベース塗料及び溶剤型クリヤー塗料を用いた3コート1ベーク方式;水性着色ベース塗料、水性光輝性ベース塗料及び水性クリヤー塗料を用いた3コート1ベーク方式等の水性ウエットオンウエット塗装が望まれているものの、得られる複層塗膜の平滑性及び鮮映性が不十分であるという問題があった。
特開平8−290102号公報 特開2004−358462号公報 特開2004−298837号公報
本発明の目的は、被塗物上に、水性第1塗料(X)を塗装して第1塗膜を形成し、得られた未硬化の第1塗膜上に水性第2塗料(Y)を塗装して第2塗膜を形成する複層塗膜形成方法(いわゆる水性ウエットオンウエット塗装)において、平滑性及び鮮映性に優れた複層塗膜を形成できる塗料組成物を提供することである。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、上記水性ウエットオンウエット塗装において、水性第1塗料(X)として、特定の共重合体エマルション(A)及びカルボキシル基含有樹脂(B)を含有する水性塗料組成物を使用する場合に、平滑性及び鮮映性に優れた複層塗膜を形成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、被塗物上に、水性第1塗料(X)を塗装して第1塗膜を形成し、得られた未硬化の第1塗膜上に水性第2塗料(Y)を塗装して第2塗膜を形成する複層塗膜形成方法において、水性第1塗料(X)として使用される水性塗料組成物であって、水及びアニオン性乳化剤(b)の存在下で、3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)1〜50質量%及び3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)50〜99質量%からなるモノマー混合物(a)を乳化重合して得られる共重合体エマルション(A)及びカルボキシル基含有樹脂(B)を含有することを特徴とする水性塗料組成物を提供するものである。
被塗物上に、水性第1塗料(X)を塗装して第1塗膜を形成し、得られた未硬化の第1塗膜上に水性第2塗料(Y)を塗装して第2塗膜を形成する複層塗膜形成方法において、本発明の塗料組成物を使用することにより、平滑性及び鮮映性に優れた複層塗膜を形成することができる。
以下、本発明の水性塗料組成物について詳細に説明する。
本発明の水性塗料組成物(以下、「本塗料」ということがある)は、被塗物上に、水性第1塗料(X)を塗装して第1塗膜を形成し、得られた未硬化の第1塗膜上に水性第2塗料(Y)を塗装して第2塗膜を形成する複層塗膜形成方法において、水性第1塗料(X)として使用される水性塗料組成物であって、水及びアニオン性乳化剤(b)の存在下で、3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)1〜50質量%及び3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)50〜99質量%からなるモノマー混合物(a)を乳化重合して得られる共重合体エマルション(A)及びカルボキシル基含有樹脂(B)を含有する水性塗料組成物である。
3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)
3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)は、1分子中に3級アミノ基及び重合性不飽和結合をそれぞれ1個以上有する化合物であって、例えば、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジt−ブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノブチル(メタ)アクリレートなどのN,N−ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドなどのN,N−ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド等が挙げられ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。なかでも、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート及び/又はN,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレートを用いることが好適である。
なお、本明細書において、(メタ)アクリレートとは、アクリレート及びメタクリレートの総称であり、(メタ)アクリルとは、アクリル及びメタクリルの総称である。
3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)
3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)は、前記3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)以外の重合性不飽和モノマーであって、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、「イソステアリルアクリレート」(商品名、大阪有機化学工業社製)、シクロヘキシル(メタ)アクリレ−ト、メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレ−ト、t−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレ−ト、シクロドデシル(メタ)アクリレ−ト、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート等のアルキル又はシクロアルキル(メタ)アクリレート;イソボルニル(メタ)アクリレート等のイソボルニル基を有する重合性不飽和モノマー;アダマンチル(メタ)アクリレート等のアダマンチル基を有する重合性不飽和モノマー;トリシクロデセニル(メタ)アクリレート等のトリシクロデセニル基を有する重合性不飽和モノマー;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどのビニル芳香族化合物;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシランなどのアルコキシシリル基を有する重合性不飽和モノマー;パーフルオロブチルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート等のパーフルオロアルキル(メタ)アクリレート;フルオロオレフィン等のフッ素化アルキル基を有する重合性不飽和モノマー;マレイミド基を有する重合性不飽和モノマー;N−ビニルピロリドン、エチレン、ブタジエン、クロロプレン、プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル等のビニル化合物;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレ−ト、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物、該(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物のε−カプロラクトン変性体、N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、アリルアルコール、分子末端が水酸基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート等の水酸基含有重合性不飽和モノマー;(メタ)アクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、β−カルボキシエチルアクリレート等のカルボキシル基含有重合性不飽和モノマー;(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド等の3級アミノ基を含まない含窒素重合性不飽和モノマー;アリル(メタ)アクリレ−ト、1,6−ヘキサンジオ−ルジ(メタ)アクリレ−ト等の重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマー;グリシジル(メタ)アクリレート、β−メチルグリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルプロピル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル等のエポキシ基含有重合性不飽和モノマー;分子末端がアルコキシ基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート;2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−スルホエチル(メタ)アクリレート、アリルスルホン酸、4−スチレンスルホン酸及びそのナトリウム塩やアンモニウム塩等のスルホン酸基を有する重合性不飽和モノマー;アシッドホスホオキシエチル(メタ)アクリレート、アシッドホスホオキシポリオキシエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、アシッドホスホオキシポリオキシプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のリン酸基を有する重合性不飽和モノマー;2−ヒドロキシ−4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(3−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2' −ジヒドロキシ−4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2' −ジヒドロキシ−4−(3−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2−(2' −ヒドロキシ−5' −メタクリロイルオキシエチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール等の紫外線吸収性官能基を有する重合性不飽和モノマー;4−(メタ)アクリロイルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−クロトノイル−4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン等の紫外線安定性重合性不飽和モノマー;アクロレイン、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、アセトアセトキシエチルメタクリレート、ホルミルスチロール、4〜7個の炭素原子を有するビニルアルキルケトン(例えば、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルブチルケトン)等のカルボニル基を有する重合性不飽和モノマー化合物等を挙げることができ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
なかでも、上記3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)が、前記ビニル芳香族化合物及び/又は炭素数6〜18のアルキル基を有する重合性不飽和モノマー、好ましくはスチレンを含有することが、得られる塗膜の耐水性に優れるため、特に好適である。
上記炭素数6〜18のアルキル基を有する重合性不飽和モノマーとしては、炭素数8〜13のアルキル基を有する重合性不飽和モノマーがより好ましく、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレートが特に好ましい。
また、上記重合性不飽和モノマー(a−2)が、前記ビニル芳香族化合物及び/又は炭素数6〜18のアルキル基を有する重合性不飽和モノマーを含有する場合、該ビニル芳香族化合物及び/又は炭素数6〜18のアルキル基を有する重合性不飽和モノマーの使用量は、前記重合性不飽和モノマー(a−1)及び重合性不飽和モノマー(a−2)の合計量を基準として、10〜90質量%、好ましくは20〜80質量%、さらに好ましくは30〜70質量%の範囲内であることが好適である。
また、上記重合性不飽和モノマー(a−2)がスチレンを含有する場合、該スチレンの使用量は、前記重合性不飽和モノマー(a−1)及び重合性不飽和モノマー(a−2)の合計量を基準として、1〜70質量%、好ましくは3〜60質量%、さらに好ましくは5〜50質量%の範囲内であることが好適である。
モノマー混合物(a)
モノマー混合物(a)における前記重合性不飽和モノマー(a−1)及び重合性不飽和モノマー(a−2)の使用割合は、重合性不飽和モノマー(a−1)及び重合性不飽和モノマー(a−2)の合計量を基準にして下記の範囲内とすることができる。
重合性不飽和モノマー(a−1):1〜50質量%、好ましくは2〜40質量%、
さらに好ましくは5〜20質量%、
重合性不飽和モノマー(a−2):50〜99質量%、好ましくは60〜98質量%、
さらに好ましくは80〜95質量%。
アニオン性乳化剤(b)
アニオン性乳化剤(b)は、1分子中に少なくとも1個のアニオン性基を含有する乳化剤であって、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸カルシウム、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩(市販品として、例えば、日本乳化剤社製の「ニューコール210」、「ニューコール220L」、「ニューコール263−H」、花王社製の「ネオペレックスGS」、「ネオペレックスG−65」、日本油脂社製の「ニューレックスソフトタイプ30」、テイカ社製の「テイカパワー(ソフト)LN2050D」等が挙げられる);
ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ジアンモニウム、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ジナトリウム、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ジカルシウム等のアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩(市販品として、例えば、日本乳化剤社製の「ニューコール271−A」、「ニューコール271−S」、「ニューコール271−NH」、「ニューコール271−C」、花王社製の「ペレックスSS−L」、「ペレックスSS−H」、ダウ・ケミカル社製の「ダウファックス2A−1」等が挙げられる);
ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム等のナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩(市販品として、例えば、日本乳化剤社製の「ディスロールSH」、「エスコール」、花王社製の「デモールN」、「デモールNL」、「デモールT」等が挙げられる);
ジアルキルサクシネートスルホン酸ナトリウム、モノアルキルサクシネートスルホン酸ジナトリウム等のアルキルサクシネートスルホン酸塩(市販品として、例えば、日本乳化剤社製の「ニューコール290−A」、「ニューコール290−K」、「ニューコール290−KS」、「ニューコール291−M」、「ニューコール291−PG」、「ニューコール291−GL」、「ニューコール292−PG」、「ニューコール293」、花王社製の「ペレックスOT−P」、「ペレックスTR」、「ペレックスCS」、「ペレックスTA」等が挙げられる);
ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム等のアルキル硫酸エステル塩(市販品として、例えば、花王社製の「エマール0」、「エマール10G」等が挙げられる);
脂肪酸ナトリウム類、オレイン酸カリウム等の脂肪族カルボン酸塩(市販品として、例えば、花王社製の「NSソープ」、「KSソープ」、「OSソープ」、「FR−25」等が挙げられる);
ポリオキシアルキレン単位含有硫酸エステル塩(例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸アンモニウム等のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩;ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸アンモニウム等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩;ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸アンモニウム等のポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸エステル塩等が挙げられ、市販品として、例えば、日本乳化剤社製の「ニューコール1020−SN」、「ニューコール2308−SF」、「ニューコール2320−SN」、「ニューコール2360−SN」、「ニューコール1305−SN」、「ニューコール1703−SFD」、「ニューコール1525−SFC」、「ニューコール707−SF」、「ニューコール707−SFC」、「ニューコール707−SN」、「ニューコール714−SF」、「ニューコール723−SF」、「ニューコール740−SF」、「ニューコールB4−SN」、「ニューコールB13−SN」、「アントックスMS−60」、「アントックスMS−2N」等が挙げられる);
ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸塩(市販品として、例えば、花王社製の「エレクトロストリッパーF」等が挙げられる);
等が挙げられ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
また、上記アニオン性乳化剤(b)としては、1分子中に少なくとも1個のアニオン性基及び重合性不飽和基を含有する反応性のアニオン性乳化剤を使用してもよい。
アニオン性乳化剤(b)の使用量は、使用される全重合性不飽和モノマーの合計質量を基準にして、通常、0.1〜15質量%、好ましくは0.5〜10質量%、さらに好ましくは1〜5質量%の範囲内であることが好適である。
また、上記アニオン性乳化剤(b)としては、スルホン酸型アニオン性乳化剤、好ましくは、下記一般式(I)
Figure 2009001650
(式中、Xはカリウム、カルシウム、ナトリウム又はアンモニウム、好ましくはカリウム又はナトリウム、さらに好ましくはナトリウムを表す)
で表されるベンゼンスルホン酸塩構造を有するアニオン性乳化剤(b−1)、さらに好ましくは下記一般式(II)
Figure 2009001650
(式中、Rは炭素数4〜20、好ましくは6〜18、さらに好ましくは8〜16の炭化水素基を表し、Xはカリウム、カルシウム、ナトリウム又はアンモニウム、好ましくはカリウム又はナトリウム、さらに好ましくはナトリウムを表す)
で表されるジフェニルエーテルジスルホン酸塩構造を有するアニオン性乳化剤(b−1−1)を使用することが、鮮映性に優れた複層塗膜を形成できるため、好適である。
アニオン性乳化剤(b−1)としては、上記アニオン性乳化剤(b)のうち、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸カルシウム、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩;ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ジアンモニウム、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ジカリウム、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ジナトリウム、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ジカルシウム等のアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩;ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム等のナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩等が挙げられ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
上記アニオン性乳化剤(b−1)は、使用される全重合性不飽和モノマーの合計質量を基準にして、通常0.1〜15質量%、好ましくは0.5〜10質量%、さらに好ましくは1〜5質量%の範囲内で使用することができる。
アニオン性乳化剤(b)として、上記アニオン性乳化剤(b−1)を使用した場合に、鮮映性に優れた複層塗膜を形成できる理由は明確ではないが、アニオン性乳化剤(b−1)中のスルホン酸基とベンゼン環が隣接した構造が、上層に塗装された水性塗料からの水の浸透を抑え、界面での混層を抑制するため、鮮映性に優れた塗膜が形成されることが推察される。
また、前記アニオン性乳化剤(b−1−1)としては、前記一般式(II)中のRが、炭素数4〜20、好ましくは6〜18、さらに好ましくは8〜16のアルキル基であることが好適であり、なかでも該アルキル基が直鎖状又は分岐状のアルキル基、特に好ましくは分岐状のアルキル基であるものを好適に使用することができる。
上記アニオン性乳化剤(b−1−1)としては、前記アニオン性乳化剤(b)の説明において記載したアニオン性乳化剤のうち、例えば、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ジアンモニウム、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ジナトリウム、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ジカルシウム等のアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩等が挙げられ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
上記アニオン性乳化剤(b−1−1)は、使用される全重合性不飽和モノマーの合計質量を基準にして、通常、0.1〜15質量%、好ましくは0.5〜10質量%、さらに好ましくは1〜5質量%の範囲内で使用することができる。
共重合体エマルション(A)
共重合体エマルション(A)は、水及び上記アニオン性乳化剤(b)の存在下で、前記モノマー混合物(a)を乳化重合して得られる共重合体エマルションである。
上記乳化重合は、それ自体既知の方法で行うことができ、水及びアニオン性乳化剤(b)の存在下で、例えば、さらに重合開始剤を併用して行うことができる。また、必要に応じて、さらにメルカプタン類等の連鎖移動剤を用いてもよい。
上記重合開始剤としては、油溶性、水溶性のいずれのタイプのものであってもよく、例えば、ベンゾイルパーオキシド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキシド、ステアロイルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、tert−ブチルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシラウレート、 tert−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、 tert−ブチルパーオキシアセテート、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、アゾビス(2−メチルプロピオンニトリル)、アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、4、4´−アゾビス(4−シアノブタン酸)、ジメチルアゾビス(2−メチルプロピオネート)、アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−プロピオンアミド]、アゾビス{2−メチル−N−[2−(1−ヒドロキシブチル)]−プロピオンアミド}等のアゾ化合物;過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩等が挙げられる。これらはそれぞれ単独でもしくは2種以上組み合わせて用いることができる。また、上記重合開始剤に、必要に応じて、糖、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート、鉄錯体等の還元剤を併用し、レドックス重合系としてもよい。
重合開始剤の使用量は、一般に、使用されるモノマー混合物(a)の合計質量を基準にして、0.1〜5質量%、特に0.2〜3質量%の範囲内が好ましい。該重合開始剤の添加方法は、特に制限されるものではなく、その種類や量などに応じて適宜選択することができる。例えば、予めモノマー混合物(a)又は水性媒体に含ませてもよく、或いは重合時に一括して添加してもよく又は滴下してもよい。
また、乳化重合における乳化剤としては、前記アニオン性乳化剤(b)に加え、さらにノニオン性乳化剤(c)を使用してもよい。
ノニオン性乳化剤(c)としては、例えば、ポリオキシアルキレン単位含有エーテル化合物(例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレントリデシルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレン2−エチルヘキシルエーテル、ポリオキシエチレンひまし油エーテル等のポリオキシアルキレンアルキルエーテル化合物;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル化合物;ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル等のポリオキシアルキレン多環フェニルエーテル化合物;等);ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノステアレート、ポリオキシエチレンモノオレエート等のポリオキシアルキレンアルキルエステル化合物;ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等のソルビタン化合物;等が挙げられ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。なかでも、ノニオン性乳化剤(c)の少なくとも1種として、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル化合物を使用することが好ましい。
また、上記ノニオン性乳化剤(c)としては、1分子中に少なくとも1個のノニオン性基及び重合性不飽和基を含有する反応性のノニオン性乳化剤を使用してもよい。
また、ノニオン性乳化剤(c)としては、HLB(親水親油バランス)が10〜19、好ましくは12〜18、さらに好ましくは14〜18の範囲内であるものが好ましく、なかでも、HLBが10〜19、好ましくは12〜18、さらに好ましくは14〜18の範囲内であるポリオキシアルキレンアルキルエーテル化合物がさらに好適である。
なお、本明細書において、化合物のHLBは、グリフィン法によるHLBであって、下記式によって算出される値である。
HLB=20×(親水基の重量%)
ノニオン性乳化剤(c)を使用する場合、該ノニオン性乳化剤(c)の使用量は、使用される全重合性不飽和モノマーの合計質量を基準にして、通常0.1〜15質量%、好ましくは0.5〜10質量%、さらに好ましくは1〜5質量%の範囲内で使用することができる。
乳化重合反応の温度及び時間としては、重合開始剤の種類によって異なるが、通常、30〜150℃程度の間で、反応時間は30分〜10時間程度の範囲とするのが適当である。
乳化重合は、1段階もしくは多段階で行われ、これにより、共重合体エマルション(A)が得られる。
多段階の乳化重合によって共重合体エマルション(A)を製造する場合、水及びアニオン性乳化剤(b)の存在下で、前述のモノマー混合物(a)を用いて多段階で乳化重合を行なってもよく、多段階の乳化重合のうちの少なくとも1段階の乳化重合において、上記アニオン性乳化剤(b)を用いた乳化重合を行なってもよい。乳化重合を多段階で行うことにより、コア/シェル型、コア/シェル/シェル型等の多層構造を有する共重合体エマルションを得ることができる。
また、共重合体エマルション(A)を製造する場合、乳化重合の系内にモノマー混合物(a)を添加する手段については特に制約はなく、例えば、モノマー混合物(a)の一部を一括して予め乳化重合系内に添加し重合した後、残りのモノマー混合物(a)を連続的もしくは間欠的に添加してもよく、モノマー混合物(a)を最初から連続的または間欠的に添加してもよい。また、これらの重合方法を組み合わせて重合してもよい。なかでも、得られる複層塗膜の平滑性、鮮映性及び耐水性の観点から、モノマー混合物(a)を複数の段階に分け、各段階でモノマー混合物の組成を変えて仕込む、多段階重合法が好ましい。
共重合体エマルション(A)を多段階重合法で製造する方法としては、全重合性不飽和モノマーを合計した組成が、3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)1〜50質量%及び3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)50〜99質量%からなるものであれば特に制約はないが、得られる複層塗膜の耐水性の観点から、粒子中心(コア)部が架橋構造を有し、粒子表層(シェル)部が非架橋構造を有する組成となるべく、各段階の重合性不飽和性モノマーの組成を設定する事が好ましい。
このような重合方法の例としては、例えば、重合の前半に供給するモノマー組成物を重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマーを含有する組成として架橋したコアを形成させ、その後重合性不飽和基を1分子中に1個有する重合性不飽和モノマーからなるモノマー組成物を重合の後半に供給し、前述の架橋したコアを被覆するように非架橋のシェルを構成する方法、或いは重合の前半に重合性不飽和基を1分子中に1個有する重合性不飽和モノマーからなるモノマー組成物を供給して非架橋層を形成させ、このモノマー組成物の重合反応率が適切な時点で、重合の後半成分として重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマーを含有するモノマー組成物を供給して架橋成分を形成させ、前半/後半のポリマーの溶解度パラメーターの差を利用して、重合後半の成分を粒子中心(コア)部に、重合前半の成分を粒子表層(シェル)部に配位させるように層反転を起こさせる方法等が挙げられ、なかでも、重合の前半に供給するモノマー組成物を重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマーを含有する組成として架橋したコアを形成させ、その後重合性不飽和基を1分子中に1個以上有する重合性不飽和モノマーからなるモノマー組成物を重合の後半に供給し、前述の架橋したコアを被覆するように非架橋のシェルを構成する方法が好ましい。
具体的には、共重合体エマルション(A)として、重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマー(a−3)0.1〜30質量%及び重合性不飽和基を1分子中に1個有する重合性不飽和モノマー(a−4)70〜99.9質量%からなるモノマ−混合物を乳化重合して得られるアクリル共重合体(i)の存在下に、3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)1〜50質量%及び3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)50〜99質量%からなるモノマ−混合物を加えて乳化重合して得られるアクリル共重合体(ii)を含むコア/シェル型エマルション(A1)及び/又は3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)1〜50質量%、重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマー(a−3)0.1〜50質量%及び3級アミノ基を有さず、かつ重合性不飽和基を1分子中に1個有する重合性不飽和モノマー(a−5)0〜98.9質量%からなるモノマ−混合物を乳化重合して得られるアクリル共重合体(iii)の存在下に、重合性不飽和モノマーを加えて乳化重合して得られるアクリル共重合体(iv)を含むコア/シェル型エマルション(A2)を好適に使用することができる。
上記重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマー(a−3)としては、例えば、アリル(メタ)アクリレ−ト、エチレングリコ−ルジ(メタ)アクリレ−ト、トリエチレングリコ−ルジ(メタ)アクリレ−ト、テトラエチレングリコ−ルジ(メタ)アクリレ−ト、1,3−ブチレングリコ−ルジ(メタ)アクリレ−ト、トリメチロ−ルプロパントリ(メタ)アクリレ−ト、1,4−ブタンジオ−ルジ(メタ)アクリレ−ト、ネオペンチルグリコ−ルジ(メタ)アクリレ−ト、1,6−ヘキサンジオ−ルジ(メタ)アクリレ−ト、ペンタエリスリト−ルジ(メタ)アクリレ−ト、ペンタエリスリト−ルテトラ(メタ)アクリレ−ト、グリセロ−ルジ(メタ)アクリレ−ト、1,1,1−トリスヒドロキシメチルエタンジ(メタ)アクリレ−ト、1,1,1−トリスヒドロキシメチルエタントリ(メタ)アクリレ−ト、1,1,1−トリスヒドロキシメチルプロパントリ(メタ)アクリレ−ト、トリアリルイソシアヌレ−ト、ジアリルテレフタレ−ト、ジビニルベンゼン等が挙げられ、これらは単独で、もしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
また、前記重合性不飽和基を1分子中に1個有する重合性不飽和モノマー(a−4)は、上記重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマー(a−3)と共重合可能な重合性不飽和モノマーであり、1分子中に1個の重合性不飽和基、例えば、ビニル基、(メタ)アクリロイル基などを含有する化合物が包含される。
重合性不飽和基を1分子中に1個有する重合性不飽和モノマー(a−4)としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、「イソステアリルアクリレート」(商品名、大阪有機化学工業社製)、シクロヘキシル(メタ)アクリレ−ト、メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレ−ト、t−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレ−ト、シクロドデシル(メタ)アクリレ−ト等のアルキル又はシクロアルキル(メタ)アクリレート;イソボルニル(メタ)アクリレート等のイソボルニル基を有する重合性不飽和モノマー;アダマンチル(メタ)アクリレート等のアダマンチル基を有する重合性不飽和モノマー;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどのビニル芳香族化合物;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレ−ト、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレ−ト、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物、該(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物のε−カプロラクトン変性体、アリルアルコ−ル、分子末端が水酸基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート等の水酸基含有重合性不飽和モノマー;(メタ)アクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、β−カルボキシエチルアクリレート等のカルボキシル基含有重合性不飽和モノマー;(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレートとアミン類との付加物等の含窒素重合性不飽和モノマーなどが挙げられ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
コア/シェル型エマルション(A1)において、上記アクリル共重合体(i)とアクリル共重合体(ii)の割合は、得られる塗膜の平滑性及び鮮映性の観点から、アクリル共重合体(i)/アクリル共重合体(ii)の固形分質量比で、一般に10/90〜90/10、好ましくは50/50〜85/15、さらに好ましくは65/35〜80/20の範囲内にあることが好適である。
また、3級アミノ基を有さず、かつ重合性不飽和基を1分子中に1個有する重合性不飽和モノマー(a−5)としては、例えば、重合性不飽和基を1分子中に1個有する重合性不飽和モノマー(a−4)の説明において例示した重合性不飽和モノマーのうち、3級アミノ基を有さないものを使用することができ、具体的には、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、「イソステアリルアクリレート」(商品名、大阪有機化学工業社製)、シクロヘキシル(メタ)アクリレ−ト、メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレ−ト、t−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレ−ト、シクロドデシル(メタ)アクリレ−ト等のアルキル又はシクロアルキル(メタ)アクリレート;イソボルニル(メタ)アクリレート等のイソボルニル基を有する重合性不飽和モノマー;アダマンチル(メタ)アクリレート等のアダマンチル基を有する重合性不飽和モノマー;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどのビニル芳香族化合物;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレ−ト、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレ−ト、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物、該(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物のε−カプロラクトン変性体、アリルアルコ−ル、分子末端が水酸基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート等の水酸基含有重合性不飽和モノマー;(メタ)アクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、β−カルボキシエチルアクリレート等のカルボキシル基含有重合性不飽和モノマー等が挙げられ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
コア/シェル型エマルション(A2)において、上記アクリル共重合体(iii)とアクリル共重合体(iv)の割合は、得られる塗膜の平滑性及び鮮映性の観点から、アクリル共重合体(iii)/アクリル共重合体(iv)の固形分質量比で、一般に10/90〜90/10、好ましくは50/50〜85/15、さらに好ましくは65/35〜80/20の範囲内にあることが好適である。
上記のようにして得られる共重合体エマルション(A)は、一般に10〜1000nm、好ましくは50〜600nm、さらに好ましくは80〜500nmの範囲内の平均粒子径を有することが好適である。なお、上記共重合体エマルション(A)の平均粒子径は、測定温度20℃で、コールターカウンター法によって測定された値である。この測定は、例えば、「COULTER N4型」(商品名、ベックマン・コールター社製)を用いて行うことができる。
また、共重合体エマルション(A)は、得られる複層塗膜の耐水性等の観点から、1〜300mgKOH/g、好ましくは5〜250mgKOH/g、さらに好ましくは10〜180mgKOH/gの範囲内の水酸基価を有することが好適である。
また、共重合体エマルション(A)は、重量平均分子量が1,000〜2,000,000、好ましくは2,000〜1,000,000、さらに好ましくは3,000〜500,000の範囲内であることが好適である。
なお、本明細書において、数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフを用い、テトラヒドロフランを溶媒として測定した、分子量既知のポリスチレンを標準物質とする換算値である。
カルボキシル基含有樹脂(B)
カルボキシル基含有樹脂(B)は、1分子中に少なくとも1個のカルボキシル基を有する樹脂であり、塗料の貯蔵安定性及び得られる塗膜の耐水性等の観点から、酸価が1〜200mgKOH/g、好ましくは2〜100mgKOH/g、さらに好ましくは3〜60mgKOH/gの範囲内であることが好適である。
また、カルボキシル基含有樹脂(B)は、得られる塗膜の耐水性等の観点から、さらに、水酸基を有することが好ましい。カルボキシル基含有樹脂(B)が水酸基を有する場合、該カルボキシル基含有樹脂(B)の水酸基価は、得られる塗膜の耐水性等の観点から、0〜300mgKOH/g、好ましくは5〜250mgKOH/g、さらに好ましくは10〜180mgKOH/gの範囲内であることが好適である。
カルボキシル基含有樹脂(B)の種類としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂などが挙げられ、これらは単独で、もしくは2種以上組み合わせて使用することができる。なかでも、カルボキシル基含有樹脂(B)が、カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1)及び/又はカルボキシル基含有アクリル樹脂(B2)、好ましくはカルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1)を含むことが好適である。
また、上記カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1)及びカルボキシル基含有アクリル樹脂(B2)としては、その一部として、該樹脂中の水酸基の一部にポリイソシアネート化合物をウレタン化反応により伸長させ高分子量化した、いわゆるウレタン変性ポリエステル樹脂又はウレタン変性アクリル樹脂を併用してもよい。
上記カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1)は、通常、酸成分(b1−1)とアルコ−ル成分(b1−2)とのエステル化反応又はエステル交換反応によって製造することができる。
上記酸成分(b1−1)としては、ポリエステル樹脂の製造に際して酸成分として通常使用される化合物を使用することができ、例えば、脂肪族多塩基酸(b1−1−1)、脂環族多塩基酸(b1−1−2)、芳香族多塩基酸(b1−1−3)等を使用することができる。
上記脂肪族多塩基酸(b1−1−1)は、一般に、1分子中に2個以上のカルボキシル基を有する脂肪族化合物、該脂肪族化合物の酸無水物及び該脂肪族化合物のエステル化物であって、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、ブラシル酸、オクタデカン二酸、クエン酸等の脂肪族多価カルボン酸;該脂肪族多価カルボン酸の無水物;該脂肪族多価カルボン酸の低級アルキルエステル化物等が挙げられる。上記脂肪族多塩基酸(b1−1−1)は単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
上記脂肪族多塩基酸(b1−1−1)としては、耐チッピング性の観点から、アジピン酸及び/又はアジピン酸無水物を用いることが特に好ましい。
また、前記脂環族多塩基酸(b1−1−2)は、一般に、1分子中に1個以上の脂環式構造(主として4〜6員環)と2個以上のカルボキシル基を有する化合物、該化合物の酸無水物及び該化合物のエステル化物であって、例えば、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、3−メチル−1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、4−メチル−1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、1,3,5−シクロヘキサントリカルボン酸等の脂環族多価カルボン酸;該脂環族多価カルボン酸の無水物;該脂環族多価カルボン酸の低級アルキルエステル化物等が挙げられる。上記脂環族多塩基酸(b1−1−2)は単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
上記脂環族多塩基酸(b1−1−2)としては、耐チッピング性の観点から、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物を用いることが好ましく、なかでも、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸及び/又は1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物を用いることが特に好ましい。
上記芳香族多塩基酸(b1−1−3)は、一般に、1分子中に2個以上のカルボキシル基を有する芳香族化合物、該芳香族化合物の酸無水物及び該芳香族化合物のエステル化物であって、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、4,4′−ビフェニルジカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の芳香族多価カルボン酸;該芳香族多価カルボン酸の無水物;該芳香族多価カルボン酸の低級アルキルエステル化物等が挙げられる。上記芳香族多塩基酸(b1−1−3)は単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
上記芳香族多塩基酸(b1−1−3)としては、フタル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸、無水トリメリット酸を好適に使用することができる。
また、前記脂肪族多塩基酸(b1−1−1)、脂環族多塩基酸(b1−1−2)及び芳香族多塩基酸(b1−1−3)以外の酸成分(b1−1)としては、特に限定されず、例えば、ヤシ油脂肪酸、綿実油脂肪酸、麻実油脂肪酸、米ぬか油脂肪酸、魚油脂肪酸、トール油脂肪酸、大豆油脂肪酸、アマニ油脂肪酸、桐油脂肪酸、ナタネ油脂肪酸、ヒマシ油脂肪酸、脱水ヒマシ油脂肪酸、サフラワー油脂肪酸等の脂肪酸;ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、安息香酸、p−tert−ブチル安息香酸、シクロヘキサン酸、10−フェニルオクタデカン酸等のモノカルボン酸;乳酸、3−ヒドロキシブタン酸、3−ヒドロキシ−4−エトキシ安息香酸等のヒドロキシカルボン酸等が挙げられる。上記酸成分(b1−1)は単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
前記アルコール成分(b1−2)としては、1分子中に2個以上の水酸基を有する多価アルコールを好適に使用することができる。該多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、3−メチル−1,2−ブタンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2,3−ジメチルトリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、3−メチル−4,3−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,5−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、水添ビスフェノールA、水添ビスフェノールFなどの2価アルコール;これらの2価アルコールにε−カプロラクトンなどのラクトン類を付加したポリラクトンジオール;ビス(ヒドロキシエチル)テレフタレートなどのエステルジオール類;ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコールなどのポリエーテルジオール類;グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジグリセリン、トリグリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌル酸、ソルビトール、マンニットなどの3価以上のアルコール;これらの3価以上のアルコールにε−カプロラクトンなどのラクトン類を付加させたポリラクトンポリオール類等が挙げられる。
また、上記多価アルコール以外の前記アルコール成分(b1−2)としては、例えば、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ステアリルアルコール、2−フェノキシエタノール等のモノアルコール;プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、「カージュラE10」(商品名、HEXION Specialty Chemicals社製、合成高分岐飽和脂肪酸のグリシジルエステル)等のモノエポキシ化合物と酸を反応させて得られたアルコール化合物等が挙げられる。
カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1)の製造方法は、特に限定されるものではなく、通常の方法に従って行なうことができ、例えば、前記酸成分(b1−1)とアルコール成分(b1−2)を窒素気流中、150〜250℃で、5〜10時間加熱し、該酸成分(b1−1)とアルコール成分(b1−2)のエステル化反応又はエステル交換反応を行なう方法を用いることができる。
上記酸成分(b1−1)及びアルコール成分(b1−2)をエステル化反応又はエステル交換反応せしめる際には、これらを一度に添加してもよいし、数回に分けて添加してもよい。また、はじめに水酸基含有ポリエステル樹脂を合成した後、得られた水酸基含有ポリエステル樹脂に酸無水物を反応させてハーフエステル化させてもよい。また、はじめにカルボキシル基含有ポリエステル樹脂を合成した後、上記アルコール成分(b1−2)を付加させてもよい。
前記エステル化又はエステル交換反応の際には、反応を促進させるための触媒として、ジブチル錫オキサイド、三酸化アンチモン、酢酸亜鉛、酢酸マンガン、酢酸コバルト、酢酸カルシウム、酢酸鉛、テトラブチルチタネート、テトライソプロピルチタネート等のそれ自体既知の触媒を使用することができる。
また、前記カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1)は、該樹脂の調製中、もしくはエステル化反応後又はエステル交換反応後に、脂肪酸、モノエポキシ化合物、ポリイソシアネート化合物等で変性することができる。
上記脂肪酸としては、例えば、ヤシ油脂肪酸、綿実油脂肪酸、麻実油脂肪酸、米ぬか油脂肪酸、魚油脂肪酸、トール油脂肪酸、大豆油脂肪酸、アマニ油脂肪酸、桐油脂肪酸、ナタネ油脂肪酸、ヒマシ油脂肪酸、脱水ヒマシ油脂肪酸、サフラワー油脂肪酸などが挙げられ、上記モノエポキシ化合物としては、例えば、「カージュラE10」(商品名、HEXION Specialty Chemicals社製、合成高分岐飽和脂肪酸のグリシジルエステル)を好適に用いることができる。
また、上記ポリイソシアネート化合物としては、例えば、リジンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネート類;水素添加キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチルシクロヘキサン−2,4−ジイソシアネート、メチルシクロヘキサン−2,6−ジイソシアネート、4,4'−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、1,3−(イソシアナトメチル)シクロヘキサンなどの脂環族ジイソシアネート類;トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート類;リジントリイソシアネートなどの3価以上のポリイソシアネートなどの如き有機ポリイソシアネートそれ自体、またはこれらの各有機ポリイソシアネートと多価アルコール、低分子量ポリエステル樹脂もしくは水等との付加物、あるいは上記した如き各有機ジイソシアネート同志の環化重合体(例えば、イソシアヌレート)、ビウレット型付加物などが挙げられる。これらは、単独でもしくは2種以上混合して使用することができる。
前記カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1)は、酸価が1〜200mgKOH/g、好ましくは15〜100mgKOH/g、さらに好ましくは25〜60mgKOH/gの範囲内であることが好適であり、水酸基価が10〜300mgKOH/g、好ましくは50〜250mgKOH/g、さらに好ましくは80〜180mgKOH/gの範囲内であることが好適である。また、重量平均分子量が500〜50,000、好ましくは1,000〜30,000、さらに好ましくは1,500〜20,000の範囲内であることが好適である。
前記カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1)の配合量は、本塗料中の共重合体エマルション(A)及びカルボキシル基含有樹脂(B)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、10〜99質量部、好ましくは30〜95質量部、さらに好ましくは50〜90質量部の範囲内であることが好適である。
また、上記カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1)は、得られる塗膜の平滑性及び耐チッピング性の観点から、前記酸成分(b1−1)中の脂肪族多塩基酸(b1−1−1)及び脂環族多塩基酸(b1−1−2)の合計含有量が、該酸成分(b1−1)の合計量を基準として30モル%以上、好ましくは40〜97モル%、さらに好ましくは50〜80モル%の範囲内であるカルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1')を含有することが好適である。
なかでも、上記カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1')が、上記脂肪族多塩基酸(b1−1−1)としてアジピン酸及び/又はアジピン酸無水物を使用し、上記脂環族多塩基酸(b1−1−2)として1,2−シクロヘキサンジカルボン酸及び/又は1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物を使用するカルボキシル基含有ポリエステル樹脂であることが、得られる塗膜の耐チッピング性の観点から、好適である。
上記カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1')の配合量は、本塗料中の共重合体エマルション(A)、カルボキシル基含有樹脂(B)、水酸基含有樹脂(C)及び硬化剤(D)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、2〜70質量部、好ましくは10〜50質量部、さらに好ましくは20〜40質量部の範囲内であることが好適である。
前記カルボキシル基含有アクリル樹脂(B2)は、通常、カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(b2−1)、及び該カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(b2−1)と共重合可能な他の重合性不飽和モノマー(b2−2)を、それ自体既知の方法、例えば、有機溶媒中での溶液重合法、水中でのエマルション重合法などの方法により、共重合せしめることによって製造することができる。
上記カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(b2−1)は、1分子中にカルボキシル基及び重合性不飽和結合をそれぞれ1個以上有する化合物であって、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、β−カルボキシエチルアクリレート等を挙げることができ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。なかでも、(メタ)アクリル酸を使用することが好適である。
また、前記カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(b2−1)と共重合可能な他の重合性不飽和モノマー(b2−2)としては、例えば、前記3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)及び3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)の説明において例示した重合性不飽和モノマーのうち、カルボキシル基を有さない重合性不飽和モノマーを使用することができ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
なかでも、重合性不飽和モノマー(b2−2)の少なくとも1種として、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレ−ト、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレ−ト、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物、該(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物のε−カプロラクトン変性体、アリルアルコ−ル、分子末端が水酸基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート等の水酸基含有重合性不飽和モノマーを使用することが好ましい。
上記カルボキシル基含有アクリル樹脂(B2)の酸価は、得られる塗膜の耐水性等の観点から、1〜200mgKOH/g、好ましくは2〜150mgKOH/g、さらに好ましくは5〜100mgKOH/gの範囲内であることが好適である。
また、上記カルボキシル基含有アクリル樹脂(B2)の水酸基価は、貯蔵安定性や得られる塗膜の耐水性等の観点から、1〜200mgKOH/g、好ましくは2〜100mgKOH/g、さらに好ましくは3〜60mgKOH/gの範囲内であることが好適である。
また、上記カルボキシル基含有アクリル樹脂(B2)の重量平均分子量は、1,000〜2,000,000、好ましくは2,000〜500,000、さらに好ましくは3,000〜100,000の範囲内であることが好適である。
上記カルボキシル基含有アクリル樹脂(B2)の配合量は、本塗料中の共重合体エマルション(A)及びカルボキシル基含有樹脂(B)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、10〜99質量部、好ましくは30〜95質量部、さらに好ましくは50〜90質量部の範囲内であることが好適である。
また、前記カルボキシル基含有ポリウレタン樹脂は、分子鎖中又は分子末端にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂であり、例えば、ポリイソシアネート化合物と、カルボキシル基含有ポリオール及びこれ以外のポリオールとを、公知のウレタン化反応に付すことにより、調製することができる。
上記ポリイソシアネート化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチ
レンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、1,2−ブチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート化合物;イソホロンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチルシクロヘキサン−2,4−ジイソシアネート、メチルシクロヘキサン−2,6−ジイソシアネート、1,3−ジ(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ジ(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,2−シクロヘキサンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート化合物;キシリレンジイソシアネート、メタキシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、1,4−ナフタレンジイソシアネート、4,4’−トルイジンジイソシアネ−ト、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、ビス(4−イソシアナトフェニル)スルホン、イソプロピリデンビス(4−フェニルイソシアネート)等の芳香族ジイソシアネート化合物等のジイソシアネート化合物、トリフェニルメタン−4,4’,4”−トリイソシアネート、1,3,5−トリイソシアナトベンゼン、2,4,6−トリイソシアナトトルエン、4,4’−ジメチルジフェニルメタン−2,2’,5,5’−テトライソシアネートなどの3個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物等を挙げることができる。これらは、単独でもしくは2種以上組み合わせて使用できる。
カルボキシル基含有ポリオールとしては、例えば、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロール酪酸、ジメチロール吉草酸、酒石酸、1,2−ヒドロキシステアリン酸、パラヒドロキシ安息香酸、サリチル酸、リンゴ酸、乳酸、ヒドロキシ酢酸、2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピオン酸等が挙げられる。これらは、単独でもしくは2種以上組み合わせて使用できる。
カルボキシル基含有ポリオール以外のポリオールとしては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、テトラメチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、3−メチル−1,2−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2,3−ジメチルトリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、3−メチル−4,3−ペンタンジオール、3−メチル−4,5−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,5−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステル、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、ポリカプロラクトン、水添ビスフェノールA、水添ビスフェノールF、水添ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物、水添ビスフェノールFのアルキレンオキサイド付加物などのグリコール類;ビス(ヒドロキシエチル)テレフタレートなどのポリエステルジオール類等のジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ジグリセリン、トリグリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトールなどの3価以上のアルコール等が挙げられる。これらは、単独でもしくは2種以上組み合わせて使用できる。
また、カルボキシル基含有樹脂(B)は、分子中のカルボキシル基を塩基性化合物で中和することにより、水溶性化又は水分散化することができる。
上記塩基性化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物;アンモニア;エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ベンジルアミン、モノエタノールアミン、ネオペンタノールアミン、2−アミノプロパノール、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、3−アミノプロパノールなどの第1級モノアミン;ジエチルアミン、ジエタノールアミン、ジ−n−プロパノールアミン、ジ−iso−プロパノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミンなどの第2級モノアミン;ジメチルエタノールアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、メチルジエタノールアミン、2−(ジメチルアミノ)エタノールなどの第3級モノアミン;ジエチレントリアミン、ヒドロキシエチルアミノエチルアミン、エチルアミノエチルアミン、メチルアミノプロピルアミンなどのポリアミンを挙げることができる。塩基性化合物の使用量としては、カルボキシル基含有樹脂(B)の酸基に対して0.1〜1.5当量、好ましくは0.2〜1.2当量の範囲がよい。
水性塗料組成物
本塗料は、前記共重合体エマルション(A)及びカルボキシル基含有樹脂(B)を含有する水性塗料組成物である。
共重合体エマルション(A)及びカルボキシル基含有樹脂(B)の配合量は、共重合体エマルション(A)及びカルボキシル基含有樹脂(B)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、以下の範囲内であることが好適である。
共重合体エマルション(A):1〜99質量部、好ましくは2〜60質量部、
さらに好ましくは3〜50質量部、
カルボキシル基含有樹脂(B):1〜99質量部、好ましくは40〜98質量部、
さらに好ましくは50〜97質量部。
水性第1塗料(X)として本塗料を使用することにより、平滑性及び鮮映性に優れた複層塗膜を形成し得る理由は明確ではないが、共重合体エマルション(A)中の3級アミノ基の周囲にアニオン性乳化剤(b)が存在し、共重合体エマルション(A)中の3級アミノ基とカルボキシル基含有樹脂(B)の相互作用を抑制することにより、粘度が比較的低く流動性に優れた塗料が得られるため、平滑性に優れた塗膜が形成され、さらに、該塗料の塗装後、塗料中の水が蒸発するにつれ、共重合体エマルション(A)中の3級アミノ基とカルボキシル基含有樹脂(B)の相互作用が強まり、上層に塗装された水性塗料との混層が抑制されるため、鮮映性に優れた塗膜が形成されることが推察される。
また、本塗料において、前記カルボキシル基含有樹脂(B)が水酸基を含有しない場合、本塗料は、さらに、水酸基含有樹脂(C)を含有することが好ましい。
水酸基含有樹脂(C)
水酸基含有樹脂(C)は、1分子中に少なくとも1個の水酸基を有する樹脂であり、得られる塗膜の耐水性等の観点から、水酸基価が1〜300mgKOH/g、好ましくは5〜250mgKOH/g、さらに好ましくは10〜180mgKOH/gの範囲内であることが好適である。
また、上記水酸基含有樹脂(C)は、酸基を分子内に有することができる。該酸基としては、スルホン酸基、燐酸基等が挙げられ、これらを塩基性化合物で中和することにより、水酸基含有樹脂(C)を水溶性化又は水分散化することができる。
なお、本発明において、上記水酸基含有樹脂(C)は、カルボキシル基を含有しない樹脂であって、水酸基及びカルボキシル基を含有する樹脂は前記カルボキシル基含有樹脂(B)に含むものとする。
水酸基含有樹脂(C)は、例えば、水酸基含有重合性不飽和モノマー(c−1)及び該水酸基含有重合性不飽和モノマー(c−1)と共重合可能な他の重合性不飽和モノマー(c−2)を、それ自体既知の方法、例えば、有機溶媒中での溶液重合法、水中でのエマルション重合法などの方法により、共重合せしめることによって製造することができる。
上記水酸基含有重合性不飽和モノマー(c−1)は、1分子中に水酸基及び重合性不飽和結合をそれぞれ1個以上有する化合物であって、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレ−ト、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物;該(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物のε−カプロラクトン変性体;N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド;アリルアルコール、さらに、分子末端が水酸基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート等を挙げることができる、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
前記重合性不飽和モノマー(c−2)としては、例えば、前記3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)及び3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)の説明において例示した重合性不飽和モノマーのうち、水酸基を有さない重合性不飽和モノマーを使用することができ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
本塗料が、上記水酸基含有樹脂(C)を含有する場合、水酸基含有樹脂(C)の配合量は、共重合体エマルション(A)及びカルボキシル基含有樹脂(B)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、1〜98質量部、好ましくは3〜80質量部、さらに好ましくは5〜60質量部の範囲内であることが好適である。
また、本塗料は、形成される第1塗膜の性能を向上させる点から、さらに、硬化剤(D)を含有することが好ましい。
硬化剤(D)
硬化剤(D)としては、例えば、カルボキシル基含有樹脂(B)中のカルボキシル基と反応し得るカルボジイミド基含有化合物、オキサゾリン基含有化合物等を使用することができ、なかでもカルボジイミド基含有化合物を使用することが好ましい。硬化剤(D)は、単独で、もしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
上記カルボジイミド基含有化合物としては、例えば、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基同士を脱二酸化炭素反応せしめたものを使用することができる。該カルボジイミド基含有化合物の市販品としては、例えば、「カルボジライトV−02」、「カルボジライトV−02−L2」、「カルボジライトV−04」、「カルボジライトE−01」、「カルボジライトE−02」(いずれも日清紡社製、商品名)等を挙げることができる。
また、前記カルボキシル基含有樹脂(B)が水酸基及びカルボキシル基を含有する樹脂である場合、もしくは本塗料が前記水酸基含有樹脂(C)を含有する場合は、上記硬化剤(D)として、水酸基と反応し得る化合物を使用することでき、例えば、アミノ樹脂(D1)、ポリイソシアネート化合物(D2)及びブロック化ポリイソシアネート化合物(D3)、好ましくはアミノ樹脂(D1)及び/又はブロック化ポリイソシアネート化合物(D3)を好適に用いることできる。
上記アミノ樹脂(D1)としては、例えば、メラミン、尿素、ベンゾグアナミン、アセトグアナミン、ステログアナミン、スピログアナミン、ジシアンジアミド等のアミノ成分とアルデヒドとの反応によって得られる部分もしくは完全メチロール化アミノ樹脂が挙げられる。アルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンツアルデヒド等が挙げられる。また、このメチロール化アミノ樹脂を適当なアルコールによってメチロール基を部分的にもしくは完全にエーテル化したものも使用することができ、エーテル化に用いられるアルコールとしては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、i−ブチルアルコール、2−エチルブタノール、2−エチルヘキサノール等が挙げられる。
アミノ樹脂(D1)としては、メラミン樹脂が好ましく、なかでも、部分もしくは完全メチロール化メラミン樹脂のメチロール基をメチルアルコールで部分的にもしくは完全にエーテル化したメチルエーテル化メラミン樹脂(D1−1)、部分もしくは完全メチロール化メラミン樹脂のメチロール基をブチルアルコールで部分的にもしくは完全にエーテル化したブチルエーテル化メラミン樹脂(D1−2)、部分もしくは完全メチロール化メラミン樹脂のメチロール基をメチルアルコール及びブチルアルコールで部分的にもしくは完全にエーテル化したメチル−ブチル混合エーテル化メラミン樹脂(D1−3)が特に好ましい。
また、上記メラミン樹脂は、重量平均分子量が400〜5,000、好ましくは600〜4,000、さらに好ましくは1,000〜3,000の範囲内にあるものが好ましい。
上記メラミン樹脂の市販品としては、例えば、「サイメル202」、「サイメル203」、「サイメル238」、「サイメル251」、「サイメル303」、「サイメル323」、「サイメル324」、「サイメル325」、「サイメル327」、「サイメル350」、「サイメル385」、「サイメル1156」、「サイメル1158」、「サイメル1116」、「サイメル1130」(以上、日本サイテックインダストリーズ社製)、「ユーバン120」、「ユーバン20HS」、「ユーバン20SE60」、「ユーバン2021」、「ユーバン2028」、「ユーバン28−60」(以上、三井化学社製)等が挙げられる。
上記メラミン樹脂は単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
ポリイソシアネート化合物(D2)は、通常、1分子中に2個以上のイソシアネート基を有する化合物であって、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、リジンジイソシアネートなどの脂肪族ポリイソシアネート類;及びこれらのポリイソシアネートのビューレットタイプ付加物、イソシアヌレート環付加物;
イソホロンジイソシアネート、4,4′−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチルシクロヘキサン−2,4−ジイソシアネート、メチルシクロヘキサン−2,6−ジイソシアネート、1,3−ジ(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ジ(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,2−シクロヘキサンジイソシアネートなどの脂環族ジイソシアネート類;及びこれらのポリイソシアネートのビューレットタイプ付加物、イソシアヌレート環付加物;
キシリレンジイソシアネート、メタキシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレ
ンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、1,4−ナフタレンジイソシアネート、4,4′−トルイジンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルエーテルジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4′−ビフェニレンジイソシアネート、3,3′−ジメチル−4,4′−ビフェニレンジイソシアネート、ビス(4−イソシアナトフェニル)スルホン、イソプロピリデンビス(4−フェニルイソシアネート)などの芳香族ジイソシアネート化合物;及びこれらのポリイソシアネートのビューレットタイプ付加物、イソシアヌレート環付加物;
トリフェニルメタン−4,4′,4″−トリイソシアネート、1,3,5−トリイソシアナトベンゼン、2,4,6−トリイソシアナトトルエン、4,4′−ジメチルジフェニルメタン−2,2′,5,5′−テトライソシアネートなどの1分子中に3個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート類;及びこれらのポリイソシアネートのビューレットタイプ付加物、イソシアヌレート環付加物;
エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブチレングリコール、ジメチロールプロピオン酸、ポリアルキレングリコール、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオールなどのポリオールの水酸基にイソシアネート基が過剰量となる比率でポリイソシアネート化合物を反応させてなるウレタン化付加物;及びこれらのポリイソシアネートのビューレットタイプ付加物、イソシアヌレート環付加物;等が挙げられる。
ブロック化ポリイソシアネート化合物(D3)は、通常、上記ポリイソシアネート化合物(D2)のイソシアネート基にブロック剤を付加することによって得られ、加熱により該ブロック剤が解離してイソシアネート基が再生することにより、水酸基と反応することができる。該ブロック剤の解離温度としては60〜160℃、好ましくは70〜140℃の範囲内であることが好適である。
上記ブロック剤としては、例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、ニトロフェノール、エチルフェノール、ヒドロキシジフェニル、ブチルフェノール、イソプロピルフェノール、ノニルフェノール、オクチルフェノール、ヒドロキシ安息香酸メチルなどのフェノール系;ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム、β−プロピオラクタムなどのラクタム系;メタノール、エタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、アミルアルコール、ラウリルアルコールなどの脂肪族アルコール系;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、メトキシメタノールなどのエーテル系;ベンジルアルコール、グリコール酸、グリコール酸メチル、グリコール酸エチル、グリコール酸ブチル、乳酸、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチロール尿素、メチロールメラミン、ジアセトンアルコール、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレートなどのアルコール系;ホルムアミドオキシム、アセトアミドオキシム、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム、ジアセチルモノオキシム、ベンゾフェノンオキシム、シクロヘキサンオキシムなどのオキシム系;マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸メチル、アセチルアセトンなどの活性メチレン系;ブチルメルカプタン、t−ブチルメルカプタン、ヘキシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、2−メルカプトベンゾチアゾール、チオフェノール、メチルチオフェノール、エチルチオフェノールなどのメルカプタン系;アセトアニリド、アセトアニシジド、アセトトルイド、アクリルアミド、メタクリルアミド、酢酸アミド、ステアリン酸アミド、ベンズアミドなどの酸アミド系;コハク酸イミド、フタル酸イミド、マレイン酸イミドなどのイミド系;ジフェニルアミン、フェニルナフチルアミン、キシリジン、N−フェニルキシリジン、カルバゾール、アニリン、ナフチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、ブチルフェニルアミンなどアミン系;イミダゾール、2−エチルイミダゾールなどのイミダゾール系;尿素、チオ尿素、エチレン尿素、エチレンチオ尿素、ジフェニル尿素などの尿素系;N−フェニルカルバミン酸フェニルなどのカルバミン酸エステル系;エチレンイミン、プロピレンイミンなどのイミン系;重亜硫酸ソーダ、重亜硫酸カリなどの亜硫酸塩系;アゾール系の化合物等が挙げられる。上記アゾール系の化合物としては、ピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、3−メチルピラゾール、4−ベンジル−3,5−ジメチルピラゾール、4−ニトロ−3,5−ジメチルピラゾール、4−ブロモ−3,5−ジメチルピラゾール、3−メチル−5−フェニルピラゾール等のピラゾール又はピラゾール誘導体;イミダゾール、ベンズイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール等のイミダゾールまたはイミダゾール誘導体;2−メチルイミダゾリン、2−フェニルイミダゾリン等のイミダゾリン誘導体等が挙げられる。
なかでも、好ましいブロック剤としては、オキシム系のブロック剤、活性メチレン系のブロック剤、ピラゾール又はピラゾール誘導体が挙げられる。
また、上記ブロック剤として、1個以上のヒドロキシル基と1個以上のカルボキシル基を有するヒドロキシカルボン酸、例えば、ヒドロキシピバリン酸、ジメチロールプロピオン酸なども使用でき、なかでも、上記ヒドロキシカルボン酸を用いてイソシアネート基をブロックした後、該ヒドロキシカルボン酸のカルボキシル基を中和して水分散性を付与したブロック化ポリイソシアネート化合物を好適に用いることができる。このような硬化剤の市販品としては、例えば、「バイヒジュールBL5140」(住化バイエルウレタン社製、商品名)が挙げられる。
本塗料が、硬化剤(D)を含有する場合、硬化剤(D)の配合量は、本塗料中の共重合体エマルション(A)、カルボキシル基含有樹脂(B)、水酸基含有樹脂(C)及び硬化剤(D)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、5〜70質量部、好ましくは10〜50質量部、さらに好ましくは20〜40質量部の範囲内であることが好適である。
また、本塗料は、さらに、顔料(E)を含有することが好ましい。顔料(E)としては、例えば、着色顔料(E1)、体質顔料(E2)、光輝性顔料(E3)等を挙げることができる。該顔料(E)は単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
本塗料が、上記顔料(E)を含有する場合、該顔料(E)の配合量は、本塗料中の樹脂固形分100質量部を基準として、0.1〜200質量部、好ましくは20〜150質量部、さらに好ましくは50〜120質量部の範囲内であることが好適である。
上記着色顔料(E1)としては、例えば、酸化チタン、亜鉛華、カーボンブラック、モリブデンレッド、プルシアンブルー、コバルトブルー、アゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリン顔料、スレン系顔料、ペリレン顔料等が挙げられ、なかでも、酸化チタン、カーボンブラックを好適に使用することができる。
本塗料が、上記着色顔料(E1)を含有する場合、該着色顔料(E1)の配合量は、本塗料中の共重合体エマルション(A)、カルボキシル基含有樹脂(B)、水酸基含有樹脂(C)及び硬化剤(D)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、0.1〜120質量部、好ましくは10〜100質量部、さらに好ましくは15〜90質量部の範囲内であることが好適である。
また、前記体質顔料(E2)としては、例えば、クレー、カオリン、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、アルミナホワイト等が挙げられ、なかでも硫酸バリウム及び/又はタルクを使用することが好ましい。
なかでも、本塗料が、上記体質顔料(E2)として、平均一次粒子径が1μm以下の硫酸バリウム、さらに好ましくは平均一次粒子径が0.01〜0.8μmの範囲内である硫酸バリウムを含有することが、平滑性に優れ、フリップフロップ性が高く、メタリックムラの少ない優れた外観を有する複層塗膜を得られるため、好適である。
なお、本発明における硫酸バリウムの平均一次粒子径は、硫酸バリウムを走査型電子顕微鏡で観察し、電子顕微鏡写真上に無作為に引いた直線上にある硫酸バリウム20個の最大径を平均した値である。
本塗料が、上記体質顔料(E2)を含有する場合、該体質顔料(E2)の配合量は、本塗料中の共重合体エマルション(A)、カルボキシル基含有樹脂(B)、水酸基含有樹脂(C)及び硬化剤(D)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、0.1〜100質量部、好ましくは11〜60質量部、さらに好ましくは16〜40質量部の範囲内であることが好適である。また、上記平均一次粒子径が1μm以下の硫酸バリウムの配合量は、本塗料中の共重合体エマルション(A)、カルボキシル基含有樹脂(B)、水酸基含有樹脂(C)及び硬化剤(D)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、0.1〜100質量部、好ましくは11〜60質量部、さらに好ましくは16〜40質量部の範囲内であることが好適である。
また、前記光輝性顔料(E3)は、塗膜にキラキラとした光輝感やパール調の光干渉性模様を付与する顔料であり、具体的には、ノンリーフィング型もしくはリーフィング型アルミニウム(蒸着アルミニウムも含む)、銅、亜鉛、真ちゅう、ニッケル、酸化アルミニウム、雲母、酸化チタンや酸化鉄で被覆された酸化アルミニウム、酸化チタンや酸化鉄で被覆された雲母などを使用することができる。このうち、パール調の光干渉性模様を付与することのできる光輝性顔料(E3)としては、酸化チタンや酸化鉄で被覆された酸化アルミニウム、酸化チタンや酸化鉄で被覆された雲母などを挙げることができる。
上記光輝性顔料(E3)はりん片状であることが好ましい。また、該光輝性顔料(E3)としては、長手方向寸法が1〜100μm、特に5〜40μm、厚さが0.0001〜5μm、特に0.001〜2μmの範囲内にあるものが適している。
本塗料が、上記光輝性顔料(E3)を含有する場合、該光輝性顔料(E3)の配合量は、本塗料中の共重合体エマルション(A)、カルボキシル基含有樹脂(B)、水酸基含有樹脂(C)及び硬化剤(D)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、0.1〜60質量部、好ましくは2〜40質量部、さらに好ましくは5〜20質量部の範囲内であることが好適である。
また、本塗料は、さらに、疎水性溶媒(F)を含有することが好ましい。本発明における疎水性溶媒(F)は、20℃において、100gの水に溶解する質量が10g以下、好ましくは4g以下、さらに好ましくは1g以下の有機溶媒であって、例えば、ゴム揮発油、ミネラルスピリット、トルオール、キシロール、ソルベントナフサ等の炭化水素系溶媒;1−ヘキサノール、1−オクタノール、2−オクタノール、2−エチルヘキサノール、1−デカノール、ベンジルアルコール、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノn−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル等のアルコール系溶媒;酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸イソアミル、酢酸メチルアミル、酢酸エチレングリコールモノブチルエーテル等のエステル系溶媒;メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、エチルn−アミルケトン、ジイソブチルケトン等のケトン系溶媒を挙げることができ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
上記疎水性溶媒(F)としては、得られる複層塗膜の平滑性の観点から、アルコール系溶媒を用いることが好ましい。なかでも、炭素数7〜14のアルコール系溶媒、例えば、1−オクタノール、2−オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノn−ブチルエーテルが特に好適である。
本塗料が、上記疎水性溶媒(F)を含有する場合、該疎水性溶媒(F)の配合量は、本塗料中の共重合体エマルション(A)、カルボキシル基含有樹脂(B)、水酸基含有樹脂(C)及び硬化剤(D)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、1〜60質量部、好ましくは5〜50質量部、さらに好ましくは10〜30質量部の範囲内であることが好適である。
また、本塗料の塗料固形分は、5〜70質量%、好ましくは15〜60質量%、さらに好ましくは20〜50質量%の範囲内であることが好適である。
また、本塗料は、さらに、増粘剤を含有することが好ましい。該増粘剤としては、例えば、ケイ酸塩、金属ケイ酸塩、モンモリロナイト、有機モンモリロナイト、コロイド状アルミナ等の無機系増粘剤;ポリアクリル酸と(メタ)アクリル酸エステル共重合体、ポリアクリル酸ソーダ等のポリアクリル酸系増粘剤(市販品として、例えば、ロームアンドハース社製の「プライマルASE−60」、「プライマルTT−615」、「プライマルRM−5」、サンノプコ社製の「SNシックナー613」、「SNシックナー618」、「SNシックナー630」、「SNシックナー634」、「SNシックナー636」等が挙げられる);1分子中に親水性部分と疎水性部分を有し、該疎水性部分が塗料中の顔料やエマルション粒子の表面に吸着したり、該疎水性部分同士が会合したりすることにより効果的に増粘作用を示す会合型増粘剤(市販品として、例えば、ADEKA社製の「UH−420」、「UH−450」、「UH−462」、「UH−472」、「UH−540」、「UH−752」、「UH−756VF」、「UH−814N」、ロームアンドハース社製の「プライマルRM−8W」、「プライマルRM−825」、「プライマルRM−2020NPR」、「プライマルRM−12W」、「プライマルSCT−275」、サンノプコ社製の「SNシックナー612」、「SNシックナー621N」、「SNシックナー625N」、「SNシックナー627N」、「SNシックナー660T」等が挙げられる);カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等の繊維素誘導体系増粘剤;カゼイン、カゼイン酸ソーダ、カゼイン酸アンモニウム等のタンパク質系増粘剤;アルギン酸ソーダ等のアルギン酸系増粘剤;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルベンジルエーテル共重合体等のポリビニル系増粘剤;プルロニックポリエーテル、ポリエーテルジアルキルエステル、ポリエーテルジアルキルエーテル、ポリエーテルエポキシ変性物等のポリエーテル系増粘剤;ビニルメチルエーテル−無水マレイン酸共重合体の部分エステル等の無水マレイン酸共重合体系増粘剤;ポリアマイドアミン塩等のポリアマイド系増粘剤などが挙げられ、これらの増粘剤は、それぞれ単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
なかでも、上記増粘剤が、前記ポリアクリル酸系増粘剤及び/又は会合型増粘剤、好ましくは会合型増粘剤、さらに好ましくは、末端に疎水基を有し、分子鎖中にウレタン結合を含有するウレタン会合型増粘剤であることが好適である。該ウレタン会合型増粘剤としては、例えば、ADEKA社製の「UH−420」、「UH−462」、「UH−472」、「UH−540」、「UH−756VF」、「UH−814N」、サンノプコ社製の「SNシックナー612」、「SNシックナー621N」、「SNシックナー625N」、「SNシックナー627N」、「SNシックナー660T」等が挙げられる。
また、本塗料が、上記増粘剤を含有する場合、該増粘剤の配合量は、本塗料中の共重合体エマルション(A)、カルボキシル基含有樹脂(B)、水酸基含有樹脂(C)及び硬化剤(D)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、0.01〜10質量部、好ましくは0.05〜3質量部、さらに好ましくは0.1〜2質量部の範囲内であることが好適であり、本塗料が、上記会合型増粘剤を含有する場合、該会合型増粘剤の配合量は、本塗料中の共重合体エマルション(A)、カルボキシル基含有樹脂(B)、水酸基含有樹脂(C)及び硬化剤(D)の合計樹脂固形分100質量部を基準として、0.01〜10質量部、好ましくは0.05〜2質量部、さらに好ましくは0.1〜1質量部の範囲内であることが好適である。
また、本塗料は、さらに必要に応じて、硬化触媒、紫外線吸収剤、光安定剤、消泡剤、可塑剤、有機溶剤、表面調整剤、沈降防止剤等の通常の塗料用添加剤を単独でもしくは2種以上組み合わせて含有することができる。
水性第2塗料(Y)
水性第2塗料(Y)は、一般に、被塗物に優れた外観を付与することを目的とするものであって、自動車車体の塗装において通常使用されるそれ自体既知のものを使用することができる。具体的には、カルボキシル基、水酸基などの架橋性官能基を有する、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などの基体樹脂と、ブロックされていてもよいポリイソシアネート化合物、メラミン樹脂、尿素樹脂などの硬化剤からなる樹脂成分を、その他の添加剤と共に水に溶解ないし分散させて塗料化したものを使用することができる。なかでも、水酸基を有するカルボキシル基含有樹脂及びメラミン樹脂を含有する熱硬化型水性塗料、水酸基を有するカルボキシル基含有樹脂及びポリイソシアネート化合物(D2)を含有する熱硬化型水性塗料、及び水酸基を有するカルボキシル基含有樹脂及びブロック化ポリイソシアネート化合物(D3)を含有する熱硬化型水性塗料を好適に使用することができる。
また、水性第2塗料(Y)は、さらに、前記顔料(E)を含有することができる。顔料(E)としては、前記着色顔料(E1)、体質顔料(E2)、光輝性顔料(E3)等を使用することができる。なかでも、水性第2塗料(Y)が、上記顔料の少なくとも1種として光輝性顔料(E3)を含有することが、平滑性に優れ、かつフリップフロップ性が高く、メタリックムラの少ない優れた外観を有する複層塗膜を形成できるため、特に好適である。
上記光輝性顔料(E3)としては、例えば、前記水性第1塗料(X)の説明において例示した、ノンリーフィング型もしくはリーフィング型アルミニウム(蒸着アルミニウムも含む)、銅、亜鉛、真ちゅう、ニッケル、酸化アルミニウム、雲母、酸化チタンや酸化鉄で被覆された酸化アルミニウム、酸化チタンや酸化鉄で被覆された雲母等を挙げることができる。なかでも、アルミニウム、酸化アルミニウム、雲母、酸化チタンや酸化鉄で被覆された酸化アルミニウム、酸化チタンや酸化鉄で被覆された雲母を用いることが好ましく、アルミニウムを用いることが特に好ましい。上記光輝性顔料(E3)は単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
また、上記光輝性顔料(E3)はりん片状であることが好ましい。また、該光輝性顔料(E3)としては、長手方向寸法が1〜100μm、特に5〜40μm、厚さが0.0001〜5μm、特に0.001〜2μmの範囲内にあるものが適している。
水性第2塗料(Y)が、上記光輝性顔料(E3)を含有する場合、該光輝性顔料(E3)の配合量は、水性第2塗料(Y)中の樹脂固形分100質量部を基準として、0.1〜60質量部、好ましくは2〜40質量部、さらに好ましくは5〜20質量部の範囲内であることが好適である。
本発明の水性第1塗料(X)によって得られる第1塗膜上に、光輝性顔料(E3)を含有する水性第2塗料(Y)を塗装することにより、平滑性に優れ、かつフリップフロップ性が高く、メタリックムラの少ない優れた外観を有する複層塗膜を形成し得る理由は明確ではないが、共重合体エマルション(A)中の3級アミノ基の周囲にアニオン性乳化剤(b)が存在し、共重合体エマルション(A)中の3級アミノ基とカルボキシル基含有樹脂(B)の相互作用を抑制することにより、粘度が比較的低く流動性に優れた塗料が得られるため、平滑性に優れた塗膜が形成され、さらに、該塗料の塗装後、塗料中の水が蒸発するにつれ、共重合体エマルション(A)中の3級アミノ基とカルボキシル基含有樹脂(B)の相互作用が強まり、上層に塗装された水性塗料との混層が抑制されるため、該界面付近の光輝性顔料(E3)の配向の乱れが生じにくくなり、フリップフロップ性が高く、メタリックムラが少ない優れた外観を有する塗膜が形成されることが推察される。
また、水性第2塗料(Y)は、前記疎水性溶媒(F)を含有することが好ましい。
上記疎水性溶媒(F)としては、得られる複層塗膜の平滑性の観点から、アルコール系溶媒を用いることが好ましい。なかでも、炭素数7〜14のアルコール系溶媒、例えば、1−オクタノール、2−オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノn−ブチルエーテルを好適に使用することができる。
また、水性第2塗料(Y)が、上記疎水性溶媒(F)を含有する場合、該疎水性溶媒(F)の配合量は、水性第2塗料(Y)中の樹脂固形分100質量部を基準として、2〜70質量部、好ましくは11〜60質量部、さらに好ましくは16〜50質量部の範囲内であることが好適である。
また、水性第2塗料(Y)は、さらに必要に応じて、硬化触媒、増粘剤、紫外線吸収剤、光安定剤、消泡剤、可塑剤、有機溶剤、表面調整剤、沈降防止剤等の通常の塗料用添加剤を単独でもしくは2種以上組み合わせて含有することができる。
塗装方法
本塗料は、被塗物上に、水性第1塗料(X)を塗装して第1塗膜を形成し、得られた未硬化の第1塗膜上に水性第2塗料(Y)を塗装して第2塗膜を形成する複層塗膜形成方法において、水性第1塗料(X)として使用される水性塗料組成物である。
上記被塗物としては、特に制限されず、例えば、乗用車、トラック、オートバイ、バス等の自動車車体の外板部;自動車部品;携帯電話、オーディオ機器等の家庭電気製品の外板部等を挙げることができ、なかでも、自動車車体の外板部及び自動車部品が好ましい。
また、上記被塗物の素材としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉄、アルミニウム、真鍮、銅、ステンレス鋼、ブリキ、亜鉛メッキ鋼、合金化亜鉛(Zn−Al、Zn−Ni、Zn−Fe等)メッキ鋼等の金属材料;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂や各種のFRP等のプラスチック材料;ガラス、セメント、コンクリート等の無機材料;木材;繊維材料(紙、布等)等を挙げることができ、なかでも、金属材料及びプラスチック材料が好適である。
上記被塗物は、上記金属材料やそれから成形された車体等の金属表面に、リン酸塩処理、クロメート処理、複合酸化物処理などの表面処理が施されたものであってもよい。さらに、該被塗物は、上記金属材料や車体などに、下塗り塗膜及び/又は中塗り塗膜が形成されたものであってもよく、なかでも、電着塗料によって下塗り塗膜が形成された車体が好ましく、カチオン電着塗料によって下塗り塗膜が形成された車体が特に好ましい。
本塗料は、上記被塗物上に、それ自体既知の方法、例えば、エアスプレー、エアレススプレー、回転霧化塗装機などにより塗装することができ、塗装の際、静電印加を行ってもよい。なかでも、エアスプレーによる静電塗装及び回転霧化塗装機による静電塗装が好ましく、回転霧化塗装機による静電塗装が特に好ましい。本塗料の塗装膜厚は、通常、乾燥膜厚で10〜100μm、好ましくは10〜50μm、さらに好ましくは15〜35μmの範囲内とすることが好適である。
ここで、必要に応じて各種電着塗料の下塗り塗膜を形成した金属部材と、必要に応じて各種プライマー塗料等の下塗り塗膜を形成したプラスチック部材とを一体化した被塗物上に、本塗料を塗装してもよい。この場合には、金属部材とプラスチック部材の塗色が一致し、かつ両部材上に平滑性に優れる複層塗膜が得られるという利点が得られる。
上記の如くして形成される第1塗膜上には、次いで、水性第2塗料(Y)が塗装される。
水性第2塗料(Y)の塗装は、タレの抑制や形成塗膜の平滑性などの観点から、上記第1塗膜の固形分含有率が、一般に51〜98質量%、好ましくは71〜97質量%、さらに好ましくは80〜96質量%、特に好ましくは90〜96質量%の範囲内にある間に行なうのが好適であり、また、形成塗膜の平滑性などの観点から、上記第1塗膜のゲル分率が、一般に1〜85質量%、好ましくは2〜80質量%、さらに好ましくは3〜70質量%の範囲内にある間に行なうことが望ましい。
上記第1塗膜の固形分含有率及びゲル分率は、水性第2塗料(Y)を塗装する前に、第1塗膜に、例えば、予備加熱(プレヒート)、エアブローなどを行なったり、水性第1塗料(X)中の硬化触媒量を調節したりすることにより調整することができる。
上記予備加熱は、通常、水性第1塗料(X)が塗装された被塗物を、乾燥炉内で、40〜100℃、好ましくは50〜90℃、さらに好ましくは60〜80℃の温度で、30秒間〜15分間、好ましくは1〜10分間、さらに好ましくは2〜5分間直接的又は間接的に加熱することにより行うことができ、また、上記エアブローは、通常、被塗物の塗装面に常温又は25℃〜80℃程度の温度に加熱された空気を吹き付けることにより行うことができる。
水性第2塗料(Y)を塗装する直前の第1塗膜の固形分含有率は、以下の方法により測定することができる。
まず、被塗物上に水性第1塗料(X)を塗装すると同時に、予め質量(W)を測定しておいたアルミホイル上にも水性第1塗料(X)を塗装し、被塗物に対すると同様に、必要に応じて予備加熱などを行った後、被塗物に水性第2塗料(Y)を塗装する直前に該アルミホイルを回収し、その質量(W)を測定する。次に、回収したアルミホイルを110℃で60分間乾燥し、デシケーター内で室温まで放冷した後、該アルミホイルの質量(W)を測定し、これらの測定結果から以下の式に従って固形分含有率を算出する。
固形分含有率(質量%)={(W−W)/(W−W)}×100
また、水性第2塗料(Y)を塗装する直前の第1塗膜のゲル分率は、以下の方法により測定することができる。
まず、被塗物上に水性第1塗料(X)を塗装すると同時に、ポリプロピレン板上に水性第1塗料(X)を塗装し、被塗物に対すると同様に、必要に応じて予備加熱などを行った後、被塗物に水性第2塗料(Y)を塗装する直前に該ポリプロピレン板を回収する。
次に、該ポリプロピレン板上の第1塗膜を回収し、質量(W)を測定する。その後、該塗膜を300メッシュのステンレススチール製の網状容器に入れ、64℃に加温したアセトンとメタノールの等質量混合溶剤中で5時間抽出し、110℃で60分間乾燥してから、溶剤抽出後の塗膜質量(W)を測定し、これらの測定結果から以下の式に従って算出される不溶塗膜残存率(質量%)をゲル分率とする。
ゲル分率(質量%)=(W/W)×100
水性第2塗料(Y)の塗装は、それ自体既知の方法、例えば、エアスプレー、エアレススプレー、回転霧化塗装機などにより行なうことができ、塗装の際、静電印加を行ってもよい。上記水性第2塗料(Y)は、通常、乾燥膜厚が5〜60μm、好ましくは10〜50μm、さらに好ましくは12〜30μmの範囲内となるように塗装することが好適である。
次いで、上記未硬化の第1塗膜及び第2塗膜を、通常の塗膜の焼付け手段により、例えば、熱風加熱、赤外線加熱、高周波加熱などにより、80〜180℃、好ましくは100〜160℃の温度で10〜40分間、好ましくは15〜30分間程度加熱し、両塗膜を同時に硬化させることによって複層塗膜を形成することができる。
また、ワキ等の塗膜欠陥の発生を防止する観点から、上記水性第2塗料(Y)を塗装後、上記加熱硬化を行なう前に、塗膜が実質的に硬化しない加熱条件でプレヒート(予備加熱)、エアブロー等を行うことが好ましい。プレヒートの温度は、40〜100℃、好ましくは50〜90℃、さらに好ましくは60〜80℃とすることができ、プレヒートの時間は、30秒間〜15分間、好ましくは1〜10分間、さらに好ましくは2〜5分間とすることができる。また、上記エアブローは、通常、被塗物の塗装面に常温又は約25℃〜約80℃の温度に加熱された空気を吹き付けることにより行うことができる。
本発明の方法において、第2塗膜上には、必要に応じて、それ自体既知のクリヤー塗料を塗装することができる。また、該クリヤー塗料は、硬化した又は未硬化の第2塗膜上に塗装し硬化させることができる。
本塗料を使用することにより、平滑性及び鮮映性に優れた複層塗膜を形成することができ、なかでも、前記水性第2塗料(Y)として、光輝性顔料を含む塗料を使用する場合に、フリップフロップ性が高く、メタリックムラが少ない優れた外観を有する複層塗膜を形成することができるため、本塗料は自動車用塗料として好適に用いることができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、「部」及び「%」はいずれも質量基準によるものである。
共重合体エマルション(A)の製造
製造例1
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に脱イオン水65部、Newcol271−A(商品名、日本乳化剤社製、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム塩、有効成分47%)2.2部を仕込み、窒素気流中で撹拌混合し、80℃に昇温した。次いで下記のモノマー乳化物(1)のうちの全量の1%量及び6%過硫酸アンモニウム水溶液5.3部を反応容器内に導入し80℃で15分間保持した。その後、残りのモノマー乳化物(1)を3時間かけて、同温度に保持した反応容器内に滴下し、滴下終了後1時間熟成を行なった。その後、下記のモノマー乳化物(2)を1時間かけて滴下し、滴下終了後1時間熟成を行なった。その後、脱イオン水18部及び過硫酸アンモニウム0.03部からなる重合開始剤溶液を1時間かけて滴下し、滴下終了後1時間攪拌熟成して、固形分濃度38%の共重合体エマルション(A−1)を得た。得られた共重合体の水酸基価は43mgKOH/gであった。
モノマー乳化物(1):脱イオン水55部、Newcol271−A 1.7部、Newcol2320(商品名、日本乳化剤社製、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、有効成分99%以上)1.3部、スチレン20部、2−エチルヘキシルアクリレート10部、メチルメタクリレート15部、n−ブチルアクリレート11部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート6部及び1、6−ヘキサンジオールジアクリレート3部を混合攪拌して、モノマー乳化物(1)を得た。
モノマー乳化物(2):脱イオン水25部、Newcol271−A 0.5部、Newcol2320 0.7部、N,N−ジエチルアミノエチルメタクリレート15部、メチルメタクリレート5部、n−ブチルアクリレート11部及び2−ヒドロキシエチルメタクリレート4部を混合攪拌して、モノマー乳化物(2)を得た。
製造例2
下記表1に示す配合とする以外、製造例1と同様にして合成し、固形分濃度38%の共重合体エマルション(A−2)を得た。得られた共重合体の水酸基価は43mgKOH/gであった。
製造例3
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に脱イオン水65部、Newcol271−A(商品名、日本乳化剤社製、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム塩、有効成分47%)2.2部を仕込み、窒素気流中で撹拌混合し、80℃に昇温した。次いで下記のモノマー乳化物(1)のうちの全量の1%量及び6%過硫酸アンモニウム水溶液5.3部を反応容器内に導入し80℃で15分間保持した。その後、残りのモノマー乳化物(1)を3時間かけて、同温度に保持した反応容器内に滴下し、滴下終了後1時間熟成を行なった。その後、脱イオン水18部及び過硫酸アンモニウム0.03部からなる重合開始剤溶液を1時間かけて滴下し、滴下終了後1時間攪拌熟成して、固形分濃度38%の共重合体エマルション(A−3)を得た。得られた共重合体の水酸基価は43mgKOH/gであった。
モノマー乳化物(1):脱イオン水80部、Newcol271−A 2.2部、Newcol2320 2部、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート15部、スチレン20部、2−エチルヘキシルアクリレート10部、メチルメタクリレート20部、n−ブチルアクリレート25部及び2−ヒドロキシエチルメタクリレート10部を混合攪拌して、モノマー乳化物(1)を得た。
製造例4〜16
下記表1に示す配合とする以外、製造例3と同様にして合成し、共重合体エマルション(A−4)〜(A−16)を得た。製造例3と併せて、得られた共重合体エマルション(A−4)〜(A−16)の固形分濃度及び水酸基価を下記表1に示す。
Figure 2009001650
Figure 2009001650

(注1)Newcol 562−SN:商品名、日本乳化剤社製、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸エステルナトリウム塩、有効成分30%。
(注2)Newcol 240:商品名、日本乳化剤社製、アルキレンジスルホン酸ジナトリウム塩、有効成分30%。
(注3)Newcol 707−SF:商品名、日本乳化剤社製、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩、有効成分30%。
(注4)テイカパワー(ソフト)LN2050D:商品名、テイカ社製、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム,有効成分50%。
(注5)アセタミン86:商品名、花王社製、ステアリルアミンアセテート、有効成分99%以上。
(注6)Newcol 2320:商品名、日本乳化剤社製、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、HLB16.4、有効成分99%以上。
(注7)Newcol 2305:商品名、日本乳化剤社製、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、HLB10.9、有効成分99%以上。
(注8)3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1−1):温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に、グリシジルメタクリレート284部を入れ、室温で攪拌しながら、ジエチルアミン146部を2時間かけて滴下した。滴下終了後、室温で6時間攪拌して、3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1−1)を得た。
カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(B1)の製造
製造例17
温度計、サーモスタット、攪拌装置、還流冷却器及び水分離器を備えた反応容器に、トリメチロールプロパン174部、ネオペンチルグリコール327部、アジピン酸352部、イソフタル酸109部及び1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物101部を仕込み、160℃から230℃まで3時間かけて昇温させた後、生成した縮合水を水分離器により留去させながら230℃で保持し、酸価が3mgKOH/g以下となるまで反応させた。この反応生成物に、無水トリメリット酸59部を添加し、170℃で30分間付加反応を行った後、50℃以下に冷却し、2−(ジメチルアミノ)エタノールを酸基に対して当量添加し中和してから、脱イオン水を徐々に添加することにより、固形分濃度45%、pH7.2のカルボキシル基含有ポリエステル樹脂溶液(B1−1)を得た。得られたカルボキシル基含有ポリエステル樹脂の酸成分(b1−1)の合計量を基準とした脂肪族多塩基酸(b1−1−1)及び脂環族多塩基酸(b1−1−2)の合計含有量は76モル%、芳香族多塩基酸(b1−1−3)の含有量は24モル%であり、酸価が35mgKOH/g、水酸基価が128mgKOH/g、重量平均分子量が13,000であった。
製造例18
温度計、サーモスタット、攪拌装置、還流冷却器及び水分離器を備えた反応容器に、トリメチロールプロパン168部、ネオペンチルグリコール316部、アジピン酸93部、イソフタル酸211部、無水フタル酸188部及び1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物65部を仕込み、160℃から230℃まで3時間かけて昇温させた後、生成した縮合水を水分離器により留去させながら230℃で保持し、酸価が3mgKOH/g以下となるまで反応させた。この反応生成物に、無水トリメリット酸59部を添加し、170℃で30分間付加反応を行った後、50℃以下に冷却し、2−(ジメチルアミノ)エタノールを酸基に対して当量添加し中和してから、脱イオン水を徐々に添加することにより、固形分濃度45%、pH7.2のカルボキシル基含有ポリエステル樹脂溶液(B1−2)を得た。得られたカルボキシル基含有ポリエステル樹脂の酸成分(b1−1)の合計量を基準とした脂肪族多塩基酸(b1−1−1)及び脂環族多塩基酸(b1−1−2)の合計含有量は27モル%、芳香族多塩基酸(b1−1−3)の含有量は73モル%であり、酸価が35mgKOH/g、水酸基価が124mgKOH/g、重量平均分子量が13,500であった。
カルボキシル基含有アクリル樹脂(B2)の製造
製造例19
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に、プロピレングリコールモノプロピルエーテル30部を仕込み85℃に昇温後、スチレン10部、メチルメタクリレート30部、2−エチルヘキシルアクリレート15部、n−ブチルアクリレート11.5部、ヒドロキシエチルアクリレート30部、アクリル酸3.5部、プロピレングリコールモノプロピルエーテル10部及びt−ブチル−2−エチルヘキサノエート4部の混合物を4時間かけてフラスコに滴下し、滴下終了後1時間熟成した。その後さらにプロピレングリコールモノプロピルエーテル5部及びt−ブチル−2−エチルヘキサノエート0.5部の混合物を1時間かけてフラスコに滴下し、滴下終了後1時間熟成した。さらに2−(ジメチルアミノ)エタノール3.03部を加え、脱イオン水を徐々に添加することにより、固形分濃度40%のカルボキシル基含有アクリル樹脂溶液(B2−1)を得た。得られたカルボキシル基含有アクリル樹脂の酸価は27mgKOH/g、水酸基価は145mgKOH/gであった。
製造例20
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に脱イオン水70.7部、アクアロンKH−10(注9)0.52部を仕込み、窒素気流中で撹拌混合し、80℃に昇温した。次いで下記のモノマー乳化物のうちの全量の1%量及び6%過硫酸アンモニウム水溶液5部を反応容器内に導入し80℃で15分間保持した。その後、残りのモノマー乳化物を3時間かけて、同温度に保持した反応容器内に滴下し、滴下終了後1時間熟成熟成した後、5%2−(ジメチルアミノ)エタノール水溶液40部を反応容器に徐々に加えながら30℃まで冷却し、100メッシュのナイロンクロスで濾過しながら排出し、固形分濃度45%のカルボキシル基含有アクリル樹脂分散液(B2−2)を得た。得られたカルボキシル基含有アクリル樹脂の酸価は12mgKOH/g、水酸基価は43mgKOH/gであった。
(注9)アクアロンKH−10:ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩エステルアンモニウム塩:第一工業製薬株式会社製、有効成分97%。
モノマー乳化物:脱イオン水50部、スチレン10部、メチルメタクリレート40部、エチルアクリレート35部、n−ブチルメタクリレート3.5部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート10部、アクリル酸1.5部、アクアロンKH−10 1.0部及び過硫酸アンモニウム0.03部を混合攪拌して、モノマー乳化物を得た。
水性第1塗料(X)の製造
実施例1
製造例17で得たカルボキシル基含有ポリエステル樹脂溶液(B1−1)56部(樹脂固形分25部)、JR−806(テイカ社製、商品名、ルチル型二酸化チタン)60部、カーボンMA−100(三菱化学社製、商品名、カーボンブラック)1部、バリエースB−35(商品名、堺化学工業社製、硫酸バリウム粉末、平均一次粒子径0.5μm)15部、MICRO ACE S−3(日本タルク社製、商品名、タルク粉末、平均一次粒子径4.8μm)3部及び脱イオン水5部を混合し、2−(ジメチルアミノ)エタノールでpH8.0に調整した後、ペイントシェーカーで30分間分散して顔料分散ペーストを得た。
次に、得られた顔料分散ペースト140部、製造例1で得た共重合体エマルション(A−1)26部、製造例17で得たカルボキシル基含有ポリエステル樹脂溶液(B1−1)33部、製造例19で得たカルボキシル基含有アクリル樹脂溶液(B2−1)17部、製造例20で得たカルボキシル基含有アクリル樹脂分散液(B2−2)33部、メラミン樹脂(D1−3−1)(メチル−ブチル混合エーテル化メラミン樹脂、固形分60%、重量平均分子量1,800)33部、バイヒジュールVPLS2310(住化バイエルウレタン社製、商品名、ブロック化ポリイソシアネート化合物、固形分38%)26部及び2−エチル−1−ヘキサノール(20℃において100gの水に溶解する質量:0.1g)10部を均一に混合した。
次いで、得られた混合物に、「UH−752」(商品名、アデカ社製、ウレタン会合型増粘剤)、2−(ジメチルアミノ)エタノール及び脱イオン水を添加し、pH8.0、塗料固形分48%、20℃におけるフォードカップNo.4による粘度30秒の水性第1塗料(X−1)を得た。
実施例2〜18、比較例1〜4
実施例1において、配合組成を下記表2に示す通りとする以外は、実施例1と同様にして、pH8.0、塗料固形分48%、20℃におけるフォードカップNo.4による粘度30秒である水性第1塗料(X−1)〜(X−18)及び(X−20)〜(X−23)を得た。
実施例19
製造例17で得たカルボキシル基含有ポリエステル樹脂溶液(B1−1)56部(樹脂固形分25部)、JR−806(テイカ社製、商品名、ルチル型二酸化チタン)60部、カーボンMA−100(三菱化学社製、商品名、カーボンブラック)1部、バリエースB−35(商品名、堺化学工業社製、硫酸バリウム粉末、平均一次粒子径0.5μm)15部、MICRO ACE S−3(日本タルク社製、商品名、タルク粉末、平均一次粒子径4.8μm)3部及び脱イオン水5部を混合し、2−(ジメチルアミノ)エタノールでpH8.0に調整した後、ペイントシェーカーで30分間分散して顔料分散ペーストを得た。
次に、得られた顔料分散ペースト140部、製造例11で得た共重合体エマルション(A−11)26部、製造例17で得たカルボキシル基含有ポリエステル樹脂溶液(B1−1)33部、製造例19で得たカルボキシル基含有アクリル樹脂溶液(B2−1)17部、製造例20で得たカルボキシル基含有アクリル樹脂分散液(B2−2)33部、メラミン樹脂(D1−3−1)(メチル−ブチル混合エーテル化メラミン樹脂、固形分60%、重量平均分子量1,800)33部、バイヒジュールVPLS2310(住化バイエルウレタン社製、商品名、ブロック化ポリイソシアネート化合物、固形分38%)26部及び2−エチル−1−ヘキサノール(20℃において100gの水に溶解する質量:0.1g)10部を均一に混合した。
次いで、得られた混合物に、「プライマルASE−60」(商品名、ロームアンドハース社製、ポリアクリル酸系増粘剤)、2−(ジメチルアミノ)エタノール及び脱イオン水を添加し、pH8.0、塗料固形分48%、20℃におけるフォードカップNo.4による粘度30秒の水性第1塗料(X−19)を得た。
Figure 2009001650
Figure 2009001650

(注10)メラミン樹脂(D1−1−1):メチルエーテル化メラミン樹脂、固形分80%、重量平均分子量800。
(注11)カルボジライトE−02:日清紡社製、商品名、カルボジイミド基含有化合物、固形分40%。
(注12)ジプロピレングリコールモノn−ブチルエーテル:20℃において100gの水に溶解する質量が5g。
水性第2塗料(Y)用アクリル樹脂エマルションの製造例
製造例21
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に脱イオン水130部、アクアロンKH−10(注9)0.52部を仕込み、窒素気流中で撹拌混合し、80℃に昇温した。次いで下記のモノマー乳化物(1)のうちの全量の1%量及び6%過硫酸アンモニウム水溶液5.3部とを反応容器内に導入し80℃で15分間保持した。その後、残りのモノマー乳化物(1)を3時間かけて、同温度に保持した反応容器内に滴下し、滴下終了後1時間熟成を行なった。その後、下記のモノマー乳化物(2)を1時間かけて滴下し、1時間熟成した後、5%ジメチルエタノールアミン水溶液40部を反応容器に徐々に加えながら30℃まで冷却し、100メッシュのナイロンクロスで濾過しながら排出し、平均粒子径100nm(サブミクロン粒度分布測定装置「COULTER N4型」(ベックマン・コールター社製)を用いて、脱イオン水で希釈し20℃で測定した。)、固形分濃度30%のアクリル樹脂エマルション(AC)を得た。得られたアクリル樹脂は、酸価が33mgKOH/g、水酸基価が25mgKOH/gであった。
モノマー乳化物(1):脱イオン水42部、アクアロンKH−10 0.72部、メチレンビスアクリルアミド2.1部、スチレン2.8部、メチルメタクリレート16.1部、エチルアクリレート28部及びn−ブチルアクリレート21部を混合攪拌して、モノマー乳化物(1)を得た。
モノマー乳化物(2):脱イオン水18部、アクアロンKH−10 0.31部、過硫酸アンモニウム0.03部、メタクリル酸5.1部、2−ヒドロキシエチルアクリレート5.1部、スチレン3部、メチルメタクリレート6部、エチルアクリレート1.8部及びn−ブチルアクリレート9部を混合攪拌して、モノマー乳化物(2)を得た。
水性第2塗料(Y)用ポリエステル樹脂の製造
製造例22
温度計、サーモスタット、攪拌装置、還流冷却器及び水分離器を備えた反応容器に、トリメチロールプロパン109部、1,6−ヘキサンジオール141部、ヘキサヒドロ無水フタル酸126部及びアジピン酸120部を仕込み、160℃〜230℃の間を3時間かけて昇温させた後、230℃で4時間縮合反応させた。次いで、得られた縮合反応生成物にカルボキシル基を付加するために、さらに無水トリメリット酸38.3部を加え、170℃で30分間反応させた後、2−エチル−1−ヘキサノール(20℃において100gの水に溶解する質量:0.1g)で希釈し、固形分濃度70%であるポリエステル樹脂溶液(PE1)を得た。得られたポリエステル樹脂は、酸価が46mgKOH/g、水酸基価が150mgKOH/g、重量平均分子量が6,400であった。
製造例23
希釈溶剤の2−エチル−1−ヘキサノールを、エチレングリコールモノn−ブチルエーテル(20℃において100gの水に溶解する質量:無限)に変更する以外は、製造例22と同様にして、ポリエステル樹脂溶液(PE2)を得た。
光輝性顔料濃厚液の製造例
製造例24
攪拌混合容器内において、アルミニウム顔料ペースト「GX−180A」(旭化成メタルズ社製、金属含有量74%)19部、2−エチル−1−ヘキサノール35部、リン酸基含有樹脂溶液(注8)8部及び2−(ジメチルアミノ)エタノール0.2部を均一に混合して、光輝性顔料濃厚液(P1)を得た。
(注13)リン酸基含有樹脂溶液:温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器にメトキシプロパノール27.5部、イソブタノール27.5部の混合溶剤を入れ、110℃に加熱し、スチレン25部、n−ブチルメタクリレート27.5部、「イソステアリルアクリレート」(商品名、大阪有機化学工業社製、分岐高級アルキルアクリレート)20部、4−ヒドロキシブチルアクリレート7.5部、リン酸基含有重合性モノマー(注14)15部、2−メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート12.5部、イソブタノール10部、t−ブチルパーオキシオクタノエート4部からなる混合物121.5部を4時間かけて上記混合溶剤に加え、さらにt−ブチルパーオキシオクタノエート0.5部とイソプロパノール20部からなる混合物を1時間滴下した。その後、1時間攪拌熟成して固形分濃度50%のリン酸基含有樹脂溶液を得た。本樹脂のリン酸基による酸価は83mgKOH/g、水酸基価は29mgKOH/g、重量平均分子量は10,000であった。
(注14)リン酸基含有重合性モノマー:温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器にモノブチルリン酸57.5部、イソブタノール41部を入れ、90℃に昇温後、グリシジルメタクリレート42.5部を2時間かけて滴下した後、さらに1時間攪拌熟成した。その後、イソプロパノ−ル59部を加えて、固形分濃度50%のリン酸基含有重合性モノマー溶液を得た。得られたモノマーのリン酸基による酸価は285mgKOH/gであった。
製造例25
2−エチル−1−ヘキサノール35部を、エチレングリコールモノn−ブチルエーテル35部に変更する以外は、製造例24と同様にして、光輝性顔料濃厚液(P2)を得た。
水性第2塗料(Y)用顔料分散ペーストの製造例
製造例26
製造例17で得たカルボキシル基含有ポリエステル樹脂溶液(B1−1)56部(樹脂固形分25部)、JR−806(テイカ社製、商品名、ルチル型二酸化チタン)60部及び脱イオン水5部を混合し、2−(ジメチルアミノ)エタノールでpH8.0に調整した後、ペイントシェーカーで30分間分散して顔料分散ペーストを得た。
水性第2塗料(Y)の製造
製造例27
製造例21で得たアクリル樹脂エマルション(AC)100部、製造例22で得たポリエステル樹脂溶液(PE1)57部、製造例24で得た光輝性顔料濃厚液(P1)62部及び「サイメル325」(商品名、日本サイテックインダストリーズ社製、メラミン樹脂、固形分80%)37.5部を均一に混合し、更に、「プライマルASE−60」(商品名、ロームアンドハース社製、ポリアクリル酸系増粘剤)、2−(ジメチルアミノ)エタノール及び脱イオン水を加えてpH8.0、塗料固形分25%、20℃におけるフォードカップNo.4による粘度40秒の水性第2塗料(Y−1)を得た。
製造例28
製造例21で得たアクリル樹脂エマルション(AC)100部、製造例23で得たポリエステル樹脂溶液(PE2)57部、製造例25で得た光輝性顔料濃厚液(P2)62部及び「サイメル325」(商品名、日本サイテックインダストリーズ社製、メラミン樹脂、固形分80%)37.5部を均一に混合し、更に、「プライマルASE−60」(商品名、ロームアンドハース社製、ポリアクリル酸系増粘剤)、2−(ジメチルアミノ)エタノール及び脱イオン水を加えてpH8.0、塗料固形分25%、20℃におけるフォードカップNo.4による粘度40秒の水性第2塗料(Y−2)を得た。
製造例29
製造例21で得たアクリル樹脂エマルション(AC)100部、製造例22で得たポリエステル樹脂溶液(PE1)21部、製造例26で得た顔料分散ペースト121部、2−エチル−1−ヘキサノール35部及び「サイメル325」(商品名、日本サイテックインダストリーズ社製、メラミン樹脂、固形分80%)37.5部を均一に混合し、更に、「プライマルASE−60」(商品名、ロームアンドハース社製、ポリアクリル酸系増粘剤)、2−(ジメチルアミノ)エタノール及び脱イオン水を加えてpH8.0、塗料固形分48%、20℃におけるフォードカップNo.4による粘度60秒の水性第2塗料(Y−3)を得た。
塗膜形成方法
前記実施例1〜19及び比較例1〜4で得た水性第1塗料(X−1)〜(X−23)、及び上記製造例27〜29で得た水性第2塗料(Y−1)〜(Y−3)を用いて、以下のようにしてそれぞれ試験板を作製し、評価試験を行なった。
(試験用被塗物の作製)
リン酸亜鉛化成処理を施した冷延鋼板に、エレクロンGT−10(商品名、関西ペイント社製、カチオン電着塗料)を乾燥膜厚20μmとなるように電着塗装し、170℃で30分間加熱して硬化させて試験用被塗物とした。
実施例20
上記試験用被塗物に、上記実施例1で得た水性第1塗料(X−1)を、回転霧化型の静電塗装機を用いて、乾燥膜厚25μmとなるように静電塗装し、2分間放置後、80℃で3分間プレヒートを行なった。次いで、該未硬化の第1塗膜上に製造例27で得た水性第2塗料(Y−1)を、回転霧化型の静電塗装機を用いて、乾燥膜厚15μmとなるように静電塗装し、2分間放置後、80℃で3分間プレヒートを行なった後、140℃で30分間加熱して、上記第1塗膜及び第2塗膜を同時に硬化させた。次いで、該第2塗膜上にマジクロンKINO−1210(商品名、関西ペイント社製、アクリル樹脂系溶剤型上塗りクリヤー塗料、以下「クリヤー塗料(Z−1)」ということがある)を乾燥膜厚35μmとなるように静電塗装し、7分間放置した後、140℃で30分間加熱して、該クリヤー塗膜を硬化させることにより試験板を作製した。
実施例21〜39、比較例5〜8
実施例20において、実施例1で得た水性第1塗料(X−1)を、下記表3に示した水性第1塗料(X−2)〜(X−19)のいずれかとし、製造例27で得た水性第2塗料(Y−1)を下記表3に示した水性第2塗料(Y−1)又は(Y−2)とする以外は、実施例20と同様にして試験板を作製した。
実施例40
前記試験用被塗物に、上記実施例1で得た水性第1塗料(X−1)を、回転霧化型の静電塗装機を用いて、乾燥膜厚25μmとなるように静電塗装し、2分間放置後、80℃で3分間プレヒートを行なった。次いで、該未硬化の第1塗膜上に製造例29で得た水性第2塗料(Y−3)を、回転霧化型の静電塗装機を用いて、乾燥膜厚35μmとなるように静電塗装し、2分間放置後、80℃で3分間プレヒートを行なった後、140℃で30分間加熱して、上記第1塗膜及び第2塗膜を同時に硬化させることにより試験板を作製した。
実施例41〜58、比較例9〜12
実施例40において、実施例1で得た水性第1塗料(X−1)を、下記表4に示した水性第1塗料(X−2)〜(X−19)のいずれかとする以外は、実施例40と同様にして試験板を作製した。
評価試験
上記実施例20〜58及び比較例5〜12で得られた各試験板について、下記の試験方法により評価を行なった。評価結果を下記表3及び表4に示す。
(試験方法)
平滑性:Wave Scan(商品名、BYK Gardner社製)によって測定されるLong Wave(LW)値を用いて評価した。Long Wave(LW)値は、1.2〜12mm程度の波長の表面粗度の振幅の指標であり、測定値が小さいほど塗面の平滑性が高いことを示す。
鮮映性:上記Wave Scanによって測定されるShort Wave(SW)値を用いて評価した。Short Wave(SW)値は、0.3〜1.2mm程度の波長の表面粗度の振幅の指標であり、測定値が小さいほど塗面の鮮映性が高いことを示す。
フリップフロップ性:角度を変えて各試験板を目視し、下記基準でフリップフロップ性を評価した。
◎:目視の角度によるメタリック感の変化が顕著であり、極めて優れたフリップフロップ性を有する。
○:目視の角度によるメタリック感の変化が大きく、フリップフロップ性に優れる。
△:目視の角度によるメタリック感の変化がやや小さく、フリップフロップ性がやや劣る。
×:目視の角度によるメタリック感の変化が小さく、フリップフロップ性が劣る。
メタリックムラ:各試験板を目視にて観察し、メタリックムラの発生程度を下記基準で評価した。
◎:メタリックムラがほとんど認められず、極めて優れた塗膜外観を有する。
○:メタリックムラがわずかに認められるが、優れた塗膜外観を有する。
△:メタリックムラが認められ、塗膜外観がやや劣る。
×:メタリックムラが多く認められ、塗膜外観が劣る。
Figure 2009001650
Figure 2009001650

Claims (17)

  1. 被塗物上に、水性第1塗料(X)を塗装して第1塗膜を形成し、得られた未硬化の第1塗膜上に水性第2塗料(Y)を塗装して第2塗膜を形成する複層塗膜形成方法において、水性第1塗料(X)として使用される水性塗料組成物であって、水及びアニオン性乳化剤(b)の存在下で、3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)1〜50質量%及び3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)50〜99質量%からなるモノマー混合物(a)を乳化重合して得られる共重合体エマルション(A)及びカルボキシル基含有樹脂(B)を含有することを特徴とする水性塗料組成物。
  2. 3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)が、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート及び/又はN,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレートである請求項1記載の水性塗料組成物。
  3. 共重合体エマルション(A)が、重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマー(a−3)0.1〜30質量%及び重合性不飽和基を1分子中に1個有する重合性不飽和モノマー(a−4)70〜99.9質量%からなるモノマ−混合物を乳化重合して得られるアクリル共重合体(i)の存在下に、3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)1〜50質量%及び3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)50〜99質量%からなるモノマ−混合物を加えて乳化重合して得られるアクリル共重合体(ii)を含むコア/シェル型エマルション(A1)である請求項1又は2に記載の水性塗料組成物。
  4. 共重合体エマルション(A)が、3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)1〜50質量%、重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマー(a−3)0.1〜50質量%及び3級アミノ基を有さず、かつ重合性不飽和基を1分子中に1個有する重合性不飽和モノマー(a−5)0〜98.9質量%からなるモノマ−混合物を乳化重合して得られるアクリル共重合体(iii)の存在下に、重合性不飽和モノマーを加えて乳化重合して得られるアクリル共重合体(iv)を含むコア/シェル型エマルション(A2)である請求項1又は2に記載の水性塗料組成物。
  5. アニオン性乳化剤(b)が、下記一般式(I)
    Figure 2009001650
    (式中、Xはカリウム、カルシウム、ナトリウム又はアンモニウムを表す)
    で表されるベンゼンスルホン酸塩構造を有するアニオン性乳化剤(b−1)である請求項1〜4のいずれかに記載の水性塗料組成物。
  6. アニオン性乳化剤(b−1)が、下記一般式(II)
    Figure 2009001650
    (式中、Rは炭素数4〜20の炭化水素基を表し、Xはカリウム、カルシウム、ナトリウム又はアンモニウムを表す)
    で表されるアニオン性乳化剤(b−1−1)である請求項5に記載の水性塗料組成物。
  7. 共重合体エマルション(A)が、水、アニオン性乳化剤(b)及びノニオン性乳化剤(c)の存在下で、3級アミノ基含有重合性不飽和モノマー(a−1)1〜50質量%及び3級アミノ基を有さない重合性不飽和モノマー(a−2)50〜99質量%からなるモノマー混合物(a)を乳化重合して得られる共重合体エマルション(A)である請求項1〜6のいずれかに記載の水性塗料組成物。
  8. カルボキシル基含有樹脂(B)が、さらに水酸基を含有する請求項1〜7のいずれかに記載の水性塗料組成物。
  9. さらに、水酸基含有樹脂(C)を含有する請求項1〜8のいずれかに記載の水性塗料組成物。
  10. さらに、硬化剤(D)を含有する請求項1〜9のいずれかに記載の水性塗料組成物。
  11. 被塗物上に、請求項1〜10のいずれかに記載の水性塗料組成物を塗装して第1塗膜を形成し、得られた未硬化の第1塗膜上に水性第2塗料(Y)を塗装して第2塗膜を形成することを特徴とする複層塗膜形成方法。
  12. 第1塗膜の固形分含有率が71〜98質量%の範囲内にある間に、水性第2塗料(Y)を塗装する請求項11に記載の複層塗膜形成方法。
  13. 第1塗膜のゲル分率が1〜85質量%の範囲内にある間に、水性第2塗料(Y)を塗装する請求項11又は12に記載の複層塗膜形成方法。
  14. 水性第2塗料(Y)を塗装した後、該第1塗膜及び第2塗膜を同時に加熱硬化させる請求項11〜13のいずれか1項に記載の複層塗膜形成方法。
  15. 水性第2塗料(Y)が光輝性顔料(E3)を含有することを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の複層塗膜形成方法。
  16. 被塗物が、電着塗料によって下塗り塗膜が形成された車体である請求項11〜15のいずれかに記載の複層塗膜形成方法。
  17. 請求項11〜16のいずれかに記載の複層塗膜形成方法により塗装された物品。
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