JP2009101261A - 塗膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワキが発生せずおよび光沢に優れた良好な特性を有する塗膜を形成することができ、かつ、非常に生産性が高い塗膜形成方法を提供すること。
【解決手段】本発明の塗膜形成方法は、水性塗料組成物を被塗物に塗装して未硬化の塗膜を形成し、該未硬化の塗膜を電磁誘導により加熱して硬化塗膜を得ることを含む。未硬化の塗膜が９０℃付近に到達した時点での固形分濃度は６５重量％以上であり、水性塗料組成物は、沸点が１５０℃以上の溶媒を含有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、塗膜形成方法に関する。より詳細には、本発明は、誘導加熱により水性塗料組成物を硬化させる塗膜形成方法に関する。

物品の製造に関する仕上げ工程として塗装工程がある。この塗装工程は、代表的には、物品に対して溶媒を含んだ塗料を塗布した後に加熱硬化させて物品の表面に塗膜を形成する工程である。

ここで、塗料を加熱硬化させる方法として、従来、熱風を吹き付けることによって加熱する加熱炉が利用されている。しかし、加熱炉によって塗膜を硬化させるには、物品全体が設定された温度にま到達するまでに相当の時間が必要であるので、塗膜形成時間が長くなり、物品の生産効率を低下させる要因となっている。

このような問題に対して、塗膜形成時間を短縮させる方法として、誘導加熱を利用した加熱装置が提案されている。例えば、短時間の乾燥と同時に部品全体を均一に加熱するために、部品の形状に応じ、加熱する面に沿うように変形が可能な螺旋状誘導コイルを有する誘導加熱装置が発明されている（例えば、特許文献１参照）。

このような誘導加熱装置を用いて加熱硬化させて塗膜を形成した場合、従来の熱風加熱炉においては塗膜が表面から暖まり硬化してゆくのに対し、上記誘導加熱装置では誘導加熱によって基材が発熱し、塗膜は基材と接している部分から表面に向かって乾燥してゆくため、所望の温度までの昇温速度が速く、生産効率あるいは省エネルギーの観点から有効な焼付け方法として期待されている。しかし、誘導加熱装置の昇温速度が速い（または大きい）ので、熱風加熱炉で従来使用していた塗料組成物を誘導加熱装置にそのまま転用し、誘導加熱装置の特性を利用して硬化開始温度まで短時間に昇温すると、該未硬化塗膜はその表面も同時に硬化・乾燥するので未硬化塗膜中に含まれる水分や溶媒が揮散した際にその揮散跡が修復せず、ワキと呼ばれる微小な穴が多数形成される。あるいは、未硬化塗膜の加熱時のフロー性を確保する前に硬化開始温度に達してしまうので、塗膜の平滑性が確保できずに、表面の塗膜形成不良を引き起こし、光沢等の外観に不具合が生じるという問題がある。

さらに、近年の環境に対する意識の高まりから、有機溶媒の使用量を削減した水性塗料への要求が高まっており、このような水性塗料についても、誘導加熱を利用して生産性高く、かつ、良好な特性を有する塗膜が得られる塗膜形成方法が望まれている。
特開平７−１２４５１２号公報

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ワキが発生せずおよび光沢に優れた良好な特性を有する塗膜を形成することができ、かつ、非常に生産性が高い塗膜形成方法を提供することにある。

本発明の塗膜形成方法は、水性塗料組成物を被塗物に塗装して未硬化の塗膜を形成し、該未硬化の塗膜を電磁誘導により加熱して硬化塗膜を得ることを含み、該水性塗料組成物が、沸点が１５０℃以上の溶媒を含有し、該未硬化の塗膜が９０℃付近に到達した時点での固形分濃度が６５重量％以上である。

好ましい実施形態においては、上記未硬化膜の加熱は、上記水性塗料組成物の塗装時の温度から１４０〜２００℃の範囲の所定の温度まで昇温すること、および、該所定の温度で所定の時間保持することを含む。好ましい実施形態においては、上記未硬化の塗膜を上記所定の温度に到達した時点での粘度は５０〜１０００ポイズである。

好ましい実施形態においては、上記電磁誘導による加熱を行う装置は、電磁誘導を利用して導電体の表面に塗布された塗料を乾燥させることで該導電体の表面に塗膜が形成された塗装物を製造する塗装物製造装置である。当該製造装置は、表面に塗料が塗布された導電体を加熱する誘導加熱手段と、該誘導加熱手段に電力を出力する電力出力手段と、該電力出力手段により出力される電力の強さを制御可能な電力制御手段と、を備え、該電力制御手段が、該電力出力手段に、該導電体の加熱が可能な加熱電力を所定間隔で間欠的に出力させる。

本発明によれば、誘導加熱によって被塗物に高い熱量を発生させ、短時間で高温まで加熱できるので、水性塗料組成物の硬化塗膜を非常に高い生産性で形成することができる。このような誘導加熱は、比熱の高い水を水性塗料組成物から良好に除去することができるので、水性塗料組成物の硬化塗膜を良好に形成することができる。さらに、本発明においては、未硬化塗膜の９０℃付近に加熱した時点での固形分濃度を６５重量％以上とし、および、水性塗料組成物に沸点が１５０℃以上である溶媒を含有させることにより、硬化塗膜形成時に発生し得る外観不良を顕著に防止することができる。その結果、ワキやピンがなく、タレが生じず、かつ、非常に艶のある、きわめて外観に優れた硬化塗膜を形成することができる。

本発明の塗膜形成方法は、まず、水性塗料組成物を被塗物に塗装して未硬化の塗膜を形成する。

上記水性塗料組成物としては、本発明の効果が得られる限りにおいて任意の適切な水性塗料組成物が採用され得る。塗料組成物のバインダーとしては、例えば、アクリル樹脂（水溶性アクリル樹脂、アクリルエマルション）、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂が挙げられる。好ましくは、水溶性アクリル樹脂およびアクリルエマルションである。水溶性アクリル樹脂およびアクリルエマルションは製造が容易であり、かつ、塗料組成物を加熱した際の固形分濃度および粘度の制御が、樹脂の官能基あるいは分子量の変更などにより比較的容易だからである。バインダー樹脂は、単独で用いてもよく組み合わせて用いてもよい。以下、バインダー樹脂の一例として、水溶性アクリル樹脂およびアクリルエマルションについて説明する。

上記水溶性アクリル樹脂またはアクリルエマルションは、例えば、酸基を有するα，β−エチレン性不飽和モノマーと、水酸基を有するα，β−エチレン性不飽和モノマーと、必要に応じて他のα，β−エチレン性不飽和モノマーとを含有するα，β−エチレン性不飽和モノマー混合物を任意の適切な方法（例えば、溶液重合、懸濁重合、乳化重合）で重合することにより得られる。例えば、水溶性アクリル樹脂またはアクリルエマルションは、特開２００５−７８７号公報に記載の方法により製造され得る。重合方法および重合に用いられる開始剤等は業界で周知であるので、詳細な説明は省略する。

上記酸基を有するα，β−エチレン性不飽和モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、２−アクリロイルオキシエチルフタル酸、２−アクリロイルオキシエチルコハク酸、２−アクリロイルオキシエチルアシッドフォスフェート、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、ω−カルボキシ−ポリカプロラクトンモノ（メタ）アクリレート、イソクロトン酸、α−ハイドロ−ω−［（１−オキソ−２−プロペニル）オキシ］ポリ［オキシ（１−オキソ−１，６−ヘキサンジイル）］、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、３−ビニルサリチル酸、３−ビニルアセチルサリチル酸等を挙げることができる。これらの中で好ましいものは、アクリル酸、メタクリル酸である。

上記水酸基を有するα，β−エチレン性不飽和モノマーとしては、例えば、（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシブチル、アリルアルコール、メタクリルアルコール、（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチルとε−カプロラクトンとの付加物等を挙げることができる。なかでも、被塗物への付着性や得られる塗膜の物性の観点から、（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシブチル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチルとε−カプロラクトンとの付加物が好ましい。なお、ここでいう水酸基価は、樹脂固形分水酸基価である。

上記他のα，β−エチレン性不飽和モノマーとしては、例えば、エステル部の炭素数が３以上の（メタ）アクリル酸エステル（例えば（メタ）アクリル酸ｎ−ブチル、（メタ）アクリル酸イソブチル、（メタ）アクリル酸ｔ−ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、アクリル酸フェニル、（メタ）アクリル酸イソボルニル、メタクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸ｔ−ブチルシクロヘキシル、（メタ）アクリル酸ジシクロペンタジエニル、（メタ）アクリル酸ジヒドロジシクロペンタジエニル等）、重合性アミド化合物（例えば、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジブチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジオクチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−モノブチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−モノオクチル（メタ）アクリルアミド
２，４−ジヒドロキシ−４−ビニルベンゾフェノン、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）アクリルアミド、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）メタクリルアミド等）、重合性芳香族化合物（例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルケトン、ｔ−ブチルスチレン、パラクロロスチレン及びビニルナフタレン等）、重合性ニトリル（例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等）、α−オレフィン（例えば、エチレン、プロピレン等）、ビニルエステル（例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等）、ジエン（例えば、ブタジエン、イソプレン等）が挙げられる。

１つの実施形態においては、上記α，β−エチレン性不飽和モノマー混合物から得られるポリマーの酸価は、好ましくは３ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であり、さらに好ましくは７ｍｇＫＯＨ／ｇ以上である。酸価が３ｍｇＫＯＨ／ｇ未満である場合、得られる塗膜の硬化性が不十分になる場合がある。一方、酸価は、好ましくは６０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であり、さらに好ましくは４０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。酸価が６０ｍｇＫＯＨ／ｇを超える場合、得られる塗膜の耐水性をはじめとする諸性能が低下する場合がある。１つの実施形態においては、上記α，β−エチレン性不飽和モノマー混合物から得られるポリマーの水酸基価は、好ましくは１０以上であり、さらに好ましくは２０以上である。水酸基価が１０未満である場合、充分な硬化性が得られない場合がある。一方、水酸基価は、好ましくは１５０以下であり、さらに好ましくは１００以下である。水酸基価が１５０を超える場合、得られる塗膜の耐水性をはじめとする諸性能が低下する場合がある。ポリマーの酸価および／または水酸基価は、モノマー混合物中の酸基を有するα，β−エチレン性不飽和モノマーおよび水酸基を有するα，β−エチレン性不飽和モノマーの含有量を調整することにより制御され得る。なお、ここでいう水酸基価は、樹脂固形分水酸基価である。

上記水溶性アクリル樹脂またはアクリルエマルションのガラス転移温度（Ｔｇ）は、好ましくは−２０〜８０℃である。ガラス転移温度（Ｔｇ）がこのような範囲であれば、水性塗料組成物を加熱する際の固形分濃度および粘度の制御が容易であり、かつ、得られる塗膜のワレの発生を回避する点において優れる。

上記水溶性アクリル樹脂の数平均分子量は、好ましくは４０００〜１２０００であり、さらに好ましくは４０００〜９０００である。分子量がこのような範囲であれば、水性塗料組成物を加熱する際の固形分濃度および粘度の制御が容易である。上記分子量は、ポリスチレンを基準としてＧＰＣによって測定され得る。

本発明においては、上記水性塗料組成物は、水性媒体に加えて、沸点が１５０℃以上の溶媒（以下、高沸点溶媒とも称する）を含有する。高沸点溶媒の沸点は、好ましくは２００℃以上、さらに好ましくは２２０℃以上である。高沸点溶媒を含有することにより、ワキやピンがなく、タレが生じず、かつ、非常に艶のある、きわめて外観に優れた塗膜を形成することができる。

上記高沸点溶媒としては、例えば、アニソール、エチルラクテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、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エチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、ジプロピ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ジエチルエーテル、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、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、トリ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ジブチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルが挙げられる。好ましくは、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エチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルである。高沸点溶媒は、単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。

上記高沸点溶媒は、水性塗料組成物の全重量１００重量部に対して、好ましくは０．１〜５重量部、さらに好ましくは０．５〜４重量部、特に好ましくは１〜３重量部の割合で含有される。このような範囲であれば、塗装作業性に悪影響を与えることなく、きわめて優れた外観を有する塗膜を形成することができる。

上記水性塗料組成物は、好ましくは、硬化剤をさらに含有し得る。硬化剤を含有することにより、得られる塗膜に高い硬化性を付与することができる。硬化剤としては、任意の適切な硬化剤が採用され得る。硬化剤としては、例えば、メラミン樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。得られる塗膜の諸性能およびコストの観点から、メラミン樹脂が好ましい。１つの実施形態においては、ブロックイソシアネート樹脂、カルボジイミド化合物またはオキサゾリン化合物が併用され得る。これらを併用することにより、低温での硬化性が向上し得る。

上記硬化剤の配合量は、塗料樹脂固形分１００重量部に対して、好ましくは１５〜３５重量部であり、さらに好ましくは１５〜３５重量部である。配合量が１５重量部未満である場合には、硬化性が不十分な場合がある。配合量が３５重量部を超えると、付着性、耐温水性等が低下する場合がある。

上記水性塗料組成物は、必要に応じて、粘性制御剤をさらに含有し得る。粘性制御剤を含有することにより、水性塗料組成物を加熱する際の粘度を所望の範囲に調整することができる。粘性制御剤としては、チクソトロピー性を示すものであれば任意の適切な化合物が採用され得る。具体例としては、脂肪酸アマイドの膨潤分散体、アマイド系脂肪酸、長鎖ポリアミノアマイドのリン酸塩等のポリアマイド系の化合物、酸化ポリエチレンのコロイド状膨潤分散体等のポリエチレン系等の化合物、有機酸スメクタイト粘土、モンモリロナイト等の有機ベントナイト系の化合物、ケイ酸アルミ、硫酸バリウム等の無機顔料、顔料の形状により粘性が発現する扁平顔料、架橋又は非架橋の樹脂粒子、ウレタン会合型増粘剤、アルカリ増粘型ポリカルボン酸が挙げられる。

上記水性塗料組成物は、必要に応じて、添加剤をさらに含有し得る。添加剤の具体例としては、有機着色材（例えば、フタロシアニン系、キノフタロン系、ジオキサジン系、キナクリドン系、イソインドリノン系）、無機着色材（例えば、黄鉛、黄色酸化鉄、ベンガラ、二酸化チタン、カーボンブラック）、体質顔料（例えば、硫酸バリウム、タルク、クレー）、防錆顔料、ポリシロキサン等の表面調整剤、可塑剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、ワキ防止剤、顔料分散剤、アミン化合物、イミタゾール化合物、カチオン重合開始剤等の硬化触媒、消泡剤が挙げられる。含有されるべき添加剤の種類および量は、目的に応じて適切に選択され得る。

本発明の塗膜形成方法において上記水性塗料組成物が塗装される被塗物としては、電磁誘導により発熱し得る任意の適切な基体が挙げられる。例えば、基体の材質としては、導電性を持つ金属であれば特に制約はなく、代表例としては、鉄、アルミニウム、銅、ステンレス、白金、金、銀、ニクロムまたはこれらの合金が挙げられる。基体の形状としては、目的や用途に応じて適切な形状が採用され得る。具体例としては、平板状、円盤状、円柱状、直方体状、立方体状、棒状が挙げられる。用途に応じた形状の具体例としては、コイル鋼板、線材、鉄鋳管、マンホールの蓋、ドラム缶などが挙げられる。

上記水性塗料組成物を上記被塗物に塗装する方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。具体例としては、静電スプレー塗装、静電または非静電エアー霧化塗装、エアレス霧化塗装、回転霧化塗装などが挙げられる。静電スプレー塗装が好ましい。

塗装により形成される塗膜の厚みは、目的に応じて変化し得る。１つの実施形態においては、塗膜の厚みは、乾燥後に、好ましくは３０〜７０μｍ、さらに好ましくは４０〜６０μｍとなるように設定され得る。必要に応じて、塗装された塗膜（未硬化の塗膜）は、加熱前に室温付近で放置（セッティング）される。セッティング時間は、例えば３〜５分間である。

次いで、上記のようにして形成された未硬化の塗膜を、電磁誘導により加熱（以下、誘導加熱とも称する）して硬化塗膜を得る。誘導加熱は、水性塗料組成物の加熱・硬化に特に好適である。誘導加熱は、高い熱量を発生させ、短時間で高温まで加熱できるので、比熱の高い水を多く含む水性塗料組成物から硬化塗膜を良好に形成することができるからである。さらに、本発明によれば、水性塗料組成物に沸点が１５０℃以上である溶媒を含有させることが有効である。これにより９０℃付近に到達した後の塗膜の固形分濃度を調整することや未硬化塗膜の粘度を調整することが可能となる。その結果、従来の誘導加熱で問題となっていたワキ等の発生が顕著に防止され、光沢等の外観に不具合が生じることが顕著に防止され得る。

誘導加熱は、電磁誘導により被塗物に渦電流を発生させ、当該渦電流による電力（＝電流^２×抵抗）分のジュール熱で被塗物を加熱する。誘導加熱においては、被塗物自体が発熱するので、加熱炉等を用いた加熱に比べて格段に短い時間で所定温度まで加熱することが可能となる。したがって、硬化塗膜が非常に高い生産効率で得られ得る。誘導加熱に用いられる加熱装置としては、被塗物に渦電流を発生させ得る任意の適切な加熱装置が採用され得る。代表的には、誘導加熱装置は、コイル状とされた導線からなる誘導加熱手段を備える。誘導加熱手段のコイル形状は、被塗物の形状に応じて任意の適切な形状が採用され得る。

図１は、本発明の塗膜形成方法に用いられる誘導加熱装置の一例を示す概略斜視図である。図２（ａ）は、図１の誘導加熱装置を用いた被塗物の幅方向の加熱状態を説明する模式図であり、図２（ｂ）は、被塗物の長手方向の加熱状態を説明する模式図である。これらの図面を参照して、水性塗料組成物の加熱方法の一例を説明する。図１に示すように、表面に水性塗料組成物１１０が塗布された被塗物１００が、誘導加熱装置１Ａに設けられたコイル状の導線からなる誘導加熱手段２の内部に配置される。電源５より導線２０を介して電圧を印加すると、コイル２の周辺に磁力線が発生する。これにより、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、被塗物１００がコイル２により誘導加熱される。図２（ａ）に示すように、幅方向においては、被塗物１００は両端側から加熱され、発生した熱は矢印Ｈ１、Ｈ２で示されるように中心部に向かって熱伝導する。一方、図２（ｂ）に示すように、長手方向においては、被塗物１００は中心部から加熱され、発生した熱は矢印Ｈ３、Ｈ４で示されるように両端側に向かって熱伝導する。このように、被塗物１００が誘導加熱により発熱することにより、塗布された水性塗料組成物１１０が加熱され、硬化し、硬化塗膜が形成される。誘導加熱装置１Ａには、電源から出力される電圧を制御する電力制御部（図示せず）が設けられている。電圧の強さおよび出力形態等を制御することにより、加熱速度および／または加熱形態を制御することができる。さらに、電圧の強さおよび出力形態等を制御することにより、被塗物全体を均一に加熱することができる。その結果、非常に優れた外観を有する塗膜を短時間で形成することができる。１つの実施形態においては、電力制御部は、被塗物１００の加熱が可能な加熱電力を所定間隔で間欠的に出力させる。上述のように、コイル２の形態は、被塗物の形態等に応じて適切に選択され得る。例えば、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す装置１Ｂのように、コイル２は平板状であってもよい。コイル２が図示例以外の任意の適切な形状を有し得ることは、上述したとおりである。

加熱（昇温）は、例えば、連続的に行われてもよく、段階的に行われてもよく、連続的な昇温と段階的な昇温とを組み合わせてもよい。昇温を連続的に行う場合の昇温速度は、目的に応じて適切に設定され得る。例えば、昇温速度は、一定であってもよく、変化してもよい。本発明の塗膜形成方法においては、下記のように未硬化の塗膜が９０℃付近に到達した時点での固形分濃度が６５重量％以上であり、結果的に良好な外観を有する硬化塗膜が形成される限り、昇温の形態は制限されない。本発明に用いられる水性塗料組成物であれば、例えば、加熱による到達温度を１５０℃とすれば、多くの場合、良好な外観を有する硬化塗膜が形成され得る。未硬化の塗膜を加熱する温度である９０℃付近とは、水の沸騰温度１００℃を意識したものであり、代表的には８５℃〜９５℃である。水の蒸発潜熱は大きいため、加熱温度を１００℃に設定しても、１００℃に達することはない。また、加熱温度の設定温度を低くしすぎると、水の揮散速度が十分に確保できず好ましくない。９０℃付近に設定することが、良好な塗膜外観を与える条件として好ましい。

本発明においては、上記のように、上記加熱処理において上記未硬化の塗膜が９０℃付近に到達した時点での固形分濃度は６５重量％以上であり、好ましくは７０重量％以上である。９０℃付近に到達した時点での固形分重量がこのような範囲であれば、ワキが発生せずおよび光沢に優れた良好な特性を有する塗膜を形成することができる。

１つの実施形態においては、加熱は、水性塗料組成物の塗装時の温度（代表的には、室温付近）から所定の温度まで連続的に昇温し、次いで、当該温度で所定の時間保持することにより行われる。この場合、昇温速度は、好ましくは２０〜８０℃／分、さらに好ましくは３０〜７０℃／分であり、所定の温度は、好ましくは１４０〜２００℃、さらに好ましくは１４０〜１７０℃であり、温度保持時間は、好ましくは５〜３０分、さらに好ましくは１５〜２０分である。別の実施形態においては、加熱は、室温から９０℃付近まで１分間（約６７℃／分）で昇温し、次いで１５０℃まで２分間（約３０℃／分）で昇温し、１５０℃で２０分間保持することにより行われる。このような所定温度で保持する実施形態においては、所定の温度に到達した時点での上記未硬化の塗膜の粘度は、好ましくは５０〜１０００ポイズであり、さらに好ましくは５０〜３００ポイズであり、特に好ましくは５０〜１５０ポイズである。

以上のようにして、硬化塗膜が形成される。代表的には、得られた硬化塗膜は放冷される。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例には限定されない。実施例において特に明記しない限り、「部」および「％」は重量基準である。また、実施例における評価方法は以下の通りである。

（１）ワキ、ピン
得られた硬化塗膜を目視により評価した。評価基準は以下の通りである：
◎：ワキもピンも全く観測されない
○：ワキまたはピンが１ヶ所観測される
△：ワキまたはピンが数ヶ所にわたって観測される
×：ワキまたはピンが塗膜のほぼ半分において観測される
（２）タレ
得られた硬化塗膜を目視により評価した。評価基準は以下の通りである：
◎：タレが全く観測されない
△：タレが塗膜の一部に観測される
×：タレが塗膜のほぼ全域に観測される
（３）つや
得られた硬化塗膜を目視により評価した。評価基準は以下の通りである：
◎：非常に艶がある
○：艶はよい
×：若干艶が落ちる
（４）光沢（グロス）
スガ試験機デジタル変角光沢計を用いて６０°方向の光沢を測定した。
（５）９０℃付近における固形分濃度
９０℃付近に到達した時点での未硬化塗膜を回収し、重量を測定した。この塗膜を１４０℃で３０分加熱・乾燥した後の重量を測定した。加熱後の重量を加熱前の重量で除した値を固形分（不揮発分）濃度とした。未硬化塗膜の温度は、日本アビオニクス株式会社製アドバンスドサーモ ＴＶＳ−５００（商品名）で測定した。
（６）溶融粘度
ＵＢＭ社製レオメーターＧ−３０００を用いて、周波数１Ｈｚ、歪０．２ｄｅｇ、温度２５℃の条件で動的粘弾性を測定した。

（製造例１：エマルション樹脂の製造）
イオン交換水１００．５６部を仕込んだ反応容器に、乳化剤（花王株式会社製、商品名：ラムテルＰＤ−１０４、エーテルサルフェート型反応性界面活性剤）１５部を加え、窒素気流中で混合攪拌しながら８０℃に昇温した。次いで、アクリル酸メチル０．７７部、アクリル酸エチル３５．５３部、メタクリル酸メチル２６．８５部、スチレン２４．４３部、アクリル酸２−ヒドロキシエチル１２．４１部およびイオン交換水３０部からなるモノマー混合物と、過硫酸アンモニウム１．２５部およびイオン交換水１０部からなる開始剤溶液とを２時間にわたり並行して反応容器に滴下した。滴下終了後、１時間同温度で熟成を行った。

次いで、４０℃まで冷却し、４００メッシュフィルターでろ過した。さらに、１０質量％ジメチルアミノエタノール水溶液０．４部を加えｐＨ７に調整し、平均粒子径が２１８ｎｍ、不揮発分が４０％、固形分酸価が５ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価が６０、Ｔｇが２５℃、重量平均分子量Ｍｗが２９０００、数平均分子量が１１３００のエマルション樹脂１を得た。なお、上記平均粒子径（以下、粒径ということもある）は、レーザー光散乱などの一般的な測定手段を用いて求めることができる。

（製造例２：水溶性アクリル樹脂の製造）
反応容器にジプロピレングリコールモノメチルエーテル３８．９部を加え、窒素気流中で混合攪拌しながら１２０℃に昇温した。次いで、アクリル酸メチル８．５部、アクリル酸２−ヒドロキシエチル１４．５部、メタクリル酸メチル１２．５部、アクリル酸エチル５４．５部およびスチレン１０．０部の混合溶液と開始剤（ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート）２．３部とを３時間に渡り並行して反応容器に滴下した。滴下終了後、０．５時間同温度で熟成を行った。

次いで、脱溶剤装置により、減圧下（７０Ｔｏｒｒ）１１０℃で溶剤を１６．１部留去した後、イオン交換水１８７．２部及びジメチルアミノエタノール８．８部を加えて、不揮発分が３０％、固形分酸価が５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価が７０、Ｔｇが１０℃、重量平均分子量が２７０００、数平均分子量が９０００の水溶性アクリル樹脂１を得た。

（製造例３：水溶性アクリル樹脂の製造）
ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエートの使用量を２．３部から７部に変更した以外は製造例２と同様にして水溶性アクリル樹脂２を得た。水溶性アクリル樹脂２の不揮発分は３０％、固形分酸価は５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価は７０、Ｔｇは１０℃、重量平均分子量Ｍｗは８７００、数平均分子量は４３００であった。

（製造例４：顔料ペーストの製造）
顔料（石原産業社製、商品名：ＣＲ−９７、酸化チタン微粒子）６８部、製造例１で得られた水溶性アクリル樹脂１を３７部（固形分濃度３０％）、およびイオン交換水２６部を卓上ディスパーで攪拌後、横型ＳＧミルで分散させた。顔料ペーストの固形分は６０％であった。

（製造例５：水性塗料組成物の製造）
製造例１で得られたエマルション樹脂１（固形分濃度４０％）２８部、メラミン樹脂（サイメル３２７、固形分濃度９０％）１０．７部、製造例４で得られた顔料ペースト１３１部、およびイオン交換水３０部をディスパーで混合し、ジメチルアミノエタノールでｐＨを８に調整し、水性塗料組成物１を得た。水性塗料組成物１の不揮発分は５０％であった。得られた水性塗料組成物１（全重量１９９．７部）中、エマルション樹脂１と水溶性アクリル樹脂１との配合比（固形分基準）は約５０／５０（１１．２部／１１．１部）であった。

（製造例６：水性塗料組成物の製造）
水溶性アクリル樹脂１の使用量を５６部としたこと以外は製造例４と同様にして顔料ペーストを調製した。さらに、この顔料ペーストを用い、およびエマルション樹脂１を１６．８部用いて、エマルション樹脂１と水溶性アクリル樹脂１との配合比（固形分基準）が約３０／７０となるようにしたこと以外は製造例５と同様にして、水性塗料組成物２を調製した。

（製造例７：水性塗料組成物の製造）
水溶性アクリル樹脂１の使用量を７２部としたこと以外は製造例４と同様にして顔料ペーストを調製した。さらに、この顔料ペーストを用い、およびエマルション樹脂１を５．６部用いて、エマルション樹脂１と水溶性アクリル樹脂１との配合比（固形分基準）が約１０／９０となるようにしたこと以外は製造例５と同様にして、水性塗料組成物３を調製した。

（製造例８：水性塗料組成物の製造）
水溶性アクリル樹脂１の使用量を８０部としたこと以外は製造例４と同様にして顔料ペーストを調製した。さらに、この顔料ペーストを用い、およびエマルション樹脂１を用いずに、エマルション樹脂１と水溶性アクリル樹脂１との配合比（固形分基準）が０／１００となるようにしたこと以外は製造例５と同様にして、水性塗料組成物４を調製した。

（製造例９：水性塗料組成物の製造）
製造例３で得られた水溶性アクリル樹脂２を用いたこと以外は製造例４と同様にして顔料ペーストを調製した。さらに、この顔料ペーストを用い、およびエマルション樹脂１を用いずに、エマルション樹脂１と水溶性アクリル樹脂２との配合比（固形分基準）が０／１００となるようにしたこと以外は製造例５と同様にして、水性塗料組成物５を調製した。

上記水性塗料組成物１〜５の具体的な配合を表１に示す。

（実施例１）
上記水性塗料組成物１に高沸点溶媒としてエチレングリコールモノブチルエーテル（沸点：１７１℃）を、塗料組成物中の高沸点溶媒濃度が２％となるようにして添加した。この塗料組成物を、リン酸塩亜鉛処理したダル鋼板（３００ｍｍ×１００ｍｍ×０．８ｍｍ）に、温度２４℃／湿度７０％に調整した塗装ブース内でエアー静電塗装機（旭サナック社製、サンガンＩＩ）を用いて、乾燥後の膜厚が５０μｍとなるように塗装した。塗装後、塗装環境において３分間セッティングした。図１に示すような誘導加熱装置を用いて、９０℃まで１分間で加熱し、次いで２分間で１５０℃まで加熱した。その後、熱風循環オーブンを用いて１５０℃で２０分間保持し、塗膜を硬化させた。その後、硬化塗膜を放冷した。得られた硬化塗膜の評価結果を、後述の実施例２〜５および比較例１〜２の結果と併せて表２に示す。

（実施例２）
高沸点溶媒としてジエチレングリコールモノエチルエーテル（沸点：２０２℃）を用いたこと、および、塗料組成物中の高沸点溶媒濃度が０．５％となるように配合したこと以外は実施例１と同様にして、硬化塗膜を形成した。得られた硬化塗膜を実施例１と同様の評価に供した。結果を上記表２に示す。

（実施例３）
高沸点溶媒としてジエチレングリコールモノエチルエーテル（沸点：２０２℃）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、硬化塗膜を形成した。得られた硬化塗膜を実施例１と同様の評価に供した。結果を上記表２に示す。

（実施例４）
高沸点溶媒としてジエチレングリコールモノブチルエーテル（沸点：２３０℃）を用いたこと、および、塗料組成物中の高沸点溶媒濃度が０．５％となるように配合したこと以外は実施例１と同様にして、硬化塗膜を形成した。得られた硬化塗膜を実施例１と同様の評価に供した。結果を上記表２に示す。

（実施例５）
高沸点溶媒としてジエチレングリコールモノブチルエーテル（沸点：２３０℃）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、硬化塗膜を形成した。得られた硬化塗膜を実施例１と同様の評価に供した。結果を上記表２に示す。

（比較例１）
高沸点溶媒を用いなかったこと以外は実施例１と同様にして、硬化塗膜を形成した。得られた硬化塗膜を実施例１と同様の評価に供した。結果を上記表２に示す。

（比較例２）
高沸点溶媒の代わりにメトキシプロパノール（沸点：１２０℃）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、硬化塗膜を形成した。得られた硬化塗膜を実施例１と同様の評価に供した。結果を上記表２に示す。

（比較例３）
メトキシプロパノールの配合量を２％から５％に変更したこと以外は比較例２と同様にして、硬化塗膜を形成した。得られた硬化塗膜を実施例１と同様の評価に供した。結果を上記表２に示す。

（実施例６）
実施例２の塗料組成物を用いた。この塗料組成物を実施例１と同様にして塗装およびセッティングした後、実施例１と同様の誘導加熱装置を用いて、９０℃まで１分間で加熱し、次いで３分間で１８０℃まで加熱した。その後、熱風循環オーブンを用いて１８０℃で５分間保持し、塗膜を硬化させた。その後、硬化塗膜を放冷した。得られた硬化塗膜のワキ・ピンの評価は○であった。

（実施例７）
９０℃まで１分間で加熱した後、９０℃で２分間保持し、次いで２分間で１５０℃まで加熱し、その後、熱風循環オーブンを用いて１５０℃で２０分間保持したこと以外は実施例６と同様にして、硬化塗膜を形成した。得られた硬化塗膜のワキ・ピンの評価は実施例６の○から◎に向上した。

（実施例８）
水性塗料組成物１の代わりに水性塗料組成物２を用い、エチレングリコールモノブチルエーテルの代わりにジエチレングリコールモノエチルエーテルを用いたこと以外は実施例１と同様にして、硬化塗膜を形成した。得られた硬化塗膜の評価結果を、後述の実施例９〜１０の結果と併せて表３に示す。さらに、上記比較例１の硬化塗膜も同様の評価に供した。評価結果を併せて表３に示す。

（実施例９）
水性塗料組成物２の代わりに水性塗料組成物３を用いたこと以外は実施例８と同様にして、硬化塗膜を形成した。得られた硬化塗膜を実施例８と同様の評価に供した。結果を上記表３に示す。

（実施例１０）
水性塗料組成物２の代わりに水性塗料組成物４を用いたこと以外は実施例８と同様にして、硬化塗膜を形成した。得られた硬化塗膜を実施例８と同様の評価に供した。結果を上記表３に示す。

（実施例１１）
実施例２と同様にして硬化塗膜を形成した。実施例２で用いた塗料（水性塗料組成物１）の固形分濃度は４９％であり、塗装後かつ加熱前の固形分濃度は５５．６％であり、９０℃に加熱した時点での未硬化塗膜の固形分濃度は６９％であった。硬化塗膜の評価結果を、後述の実施例１２および比較例４〜５の評価結果と併せて表４に示す。

（実施例１２）
塗料組成物をイオン交換水で希釈して固形分濃度を４７％としたこと以外は実施例１１と同様にして、硬化塗膜を形成した。塗装後かつ加熱前の固形分濃度は５３．０％であり、９０℃に加熱した時点での未硬化塗膜の固形分濃度は６５％であった。得られた硬化塗膜を実施例１１と同様の評価に供した。結果を上記表４に示す。

（比較例４）
塗料組成物をイオン交換水で希釈して固形分濃度を４５％としたこと以外は実施例１１と同様にして、硬化塗膜を形成した。塗装後かつ加熱前の固形分濃度は５０．４％であり、９０℃に加熱した時点での未硬化塗膜の固形分濃度は６１％であった。得られた硬化塗膜を実施例１１と同様の評価に供した。結果を上記表４に示す。

（比較例５）
塗料組成物をイオン交換水で希釈して固形分濃度を４０％としたこと以外は実施例１１と同様にして、硬化塗膜を形成した。塗装後かつ加熱前の固形分濃度は４４．２％であり、９０℃に加熱した時点での未硬化塗膜の固形分濃度は５２％であった。得られた硬化塗膜を実施例１１と同様の評価に供した。結果を上記表４に示す。

表２から明らかなように、誘導加熱を用いる塗膜形成方法において、塗膜を形成する水性塗料組成物に高沸点の溶媒を配合することにより、ワキおよびピンの発生が顕著に防止される。沸点が１２０℃のメトキシプロパノールでは、高濃度で配合してもワキまたはピンの発生を良好に防止することはできない。また、表３から明らかなように、高沸点の溶媒を用いることにより、保持温度まで加熱した際の溶融粘度を適切な範囲に調整することができ、結果として、非常に優れた外観を有する塗膜を形成することができる。さらに、表４から明らかなように、９０℃に加熱した時点での未硬化塗膜の固形分濃度を制御することにより、ワキおよびピンの発生が顕著に防止される。加えて、実施例６と実施例７とを比較すると明らかなように、加熱を段階的に行うことにより、ワキおよびピンの発生をさらに良好に防止することができる。

本発明の塗膜形成方法は、種々の物品の塗装に好適に利用され得る。

本発明の塗膜形成方法に用いられる誘導加熱装置の一例を示す概略斜視図である。 （ａ）は、図１の誘導加熱装置を用いた被塗物の幅方向の加熱状態を説明する模式図であり、（ｂ）は、被塗物の長手方向の加熱状態を説明する模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の塗膜形成方法に用いられる誘導加熱装置の別の一例を示す模式図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 誘導加熱装置
２ コイル
５ 電源
２０ 導線
１００ 被塗物
１１０ 塗布された水性塗料組成物

Claims (4)

1. 水性塗料組成物を被塗物に塗装して未硬化の塗膜を形成し、該未硬化の塗膜を電磁誘導により加熱して硬化塗膜を得ることを含み、
   該水性塗料組成物が、沸点が１５０℃以上の溶媒を含有し、
   該未硬化の塗膜が９０℃付近に到達した時点での固形分濃度が６５重量％以上である
   塗膜形成方法。
2. 前記未硬化膜の加熱が、前記水性塗料組成物の塗装時の温度から１４０〜２００℃の範囲の所定の温度まで昇温すること、および、該所定の温度で所定の時間保持することを含む、請求項１に記載の塗膜形成方法。
3. 前記未硬化の塗膜を前記所定の温度に到達した時点での粘度が５０〜１０００ポイズである、請求項２に記載の塗膜形成方法。
4. 前記電磁誘導による加熱を行う装置が、電磁誘導を利用して導電体の表面に塗布された塗料を乾燥させることで該導電体の表面に塗膜が形成された塗装物を製造する塗装物製造装置であって、
   表面に塗料が塗布された導電体を加熱する誘導加熱手段と、該誘導加熱手段に電力を出力する電力出力手段と、該電力出力手段により出力される電力の強さを制御可能な電力制御手段と、を備え、
   該電力制御手段が、該電力出力手段に、該導電体の加熱が可能な加熱電力を所定間隔で間欠的に出力させる、
   請求項１に記載の塗膜形成方法。
   

Images