JP2010001457A - 水性複合樹脂組成物、それを含むコーティング剤、及びそれを用いた積層体 - Google Patents

水性複合樹脂組成物、それを含むコーティング剤、及びそれを用いた積層体 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明が解決しようとする課題は、基材追従性に優れ、かつ耐クラック性等の耐久性及び耐候性に優れた塗膜を形成可能な水性複合樹脂組成物を提供することである。
【解決手段】本発明は親水性基含有ポリウレタン(a1)とビニル重合体(a2)とがポリシロキサン(a3)を介して結合した複合樹脂、及び、水系媒体を含有してなり、前記ポリシロキサン(a3)由来の構造が、複合樹脂全体に対して15〜55質量%の範囲で含まれることを特徴とする水性複合樹脂組成物に関するものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、コーティング剤や接着剤をはじめとする様々な用途に使用可能な水性複合樹脂組成物に関するものである。
コーティング剤には、各種基材へ意匠性を付与するだけでなく、基材の劣化を防止可能な優れた耐久性を備えた塗膜を形成できることが求められている。特に近年は、有機溶剤や酸性雨等が塗膜表面に付着した場合であっても、該塗膜の溶解や剥離、光沢の低下、クラックの発生等を引き起こすことのないレベルの耐久性や耐候性を備えた塗膜を形成可能なコーティング剤が、産業界から求められている。
前記したような優れた耐久性や耐候性を備えた塗膜を形成できるコーティング剤としては、例えば、特定のポリシロキサンセグメント(A)と、親水性基を有する重合体セグメント(B)とで構成される複合樹脂(C)及び特定のポリシロキサン(D)を混合し、必要に応じてその一部を縮合させたものが水系媒体中に分散してなる水性樹脂が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、前記水性樹脂を用いて形成された塗膜は、比較的硬いため、外力や温度変化等の影響によって変形や伸縮を引き起こしやすい基材の表面被覆へ使用した場合に、前記塗膜が基材の変形等に追従できず、その結果、塗膜の剥離やクラックの発生等を引き起こす場合があった。
特開平11−279408号公報
本発明が解決しようとする課題は、耐久性や耐候性や基材追従性に優れた塗膜を形成可能な水性複合樹脂組成物を提供することである。
本発明者等は、前記特許文献1記載の水性樹脂をベースに検討を進め、該水性樹脂に良好な基材追従性を付与する方法として、ウレタン樹脂を併用することを検討した。
具体的には、前記文献1記載の水性樹脂と一般的な親水性基含有ポリウレタンとを含有する樹脂組成物を用いて形成した塗膜の諸物性を検討した。
しかし、前記樹脂組成物は、前記水性樹脂とウレタン樹脂との相溶性が十分でないため、形成される塗膜の耐久性や耐候性の著しい低下を引き起こす場合があった。また、前記塗膜の基材追従性も、依然として十分なものではなかった。
また、本発明者等は、前記したような水性樹脂と親水性基含有ポリウレタンとを混合したものではなく、それらを化学的に結合させた樹脂の水分散体を検討した。
具体的には、前記特許文献1記載の水性樹脂を構成するビニル重合体と、前記親水性基含有ポリウレタンとが、ポリシロキサン構造を介して化学的に結合した水性複合樹脂の組成物を検討した。
前記水性複合樹脂組成物を用いて形成された塗膜は、良好な基材追従性を有するものであったが、耐久性及び耐候性の点で、依然として実用上十分なレベルを備えたものではなかった。
ところが、該水性複合樹脂全体に占めるポリシロキサン由来の構造の質量割合を、15〜55質量%の範囲に調整した水性複合樹脂を検討したところ、予想外にも、耐久性及び耐候性の著しく向上した塗膜を形成でき、更には、優れた基材追従性にも優れた塗膜を形成できることを見出した。
即ち、本発明は親水性基含有ポリウレタン(a1)とビニル重合体(a2)とがポリシロキサン(a3)を介して結合した複合樹脂(A)、及び、水系媒体を含有してなり、複合樹脂(A)全体に対する前記ポリシロキサン(a3)由来の構造の質量割合が15〜55質量%の範囲であることを特徴とする水性複合樹脂組成物に関するものである。
また、本発明は、以下の(I)〜(IV)の工程からなる水性複合樹脂組成物の製造方法に関するものである。
(I)有機溶剤下で、加水分解性シリル基含有ビニル単量体及びシラノール基含有ビニル単量体からなる群より選ばれる1種以上を含むビニル単量体を重合することによってビニル重合体(a2)の有機溶剤溶液を得る工程、
(II)前記ビニル重合体(a2)の有機溶剤溶液下で、前記ビニル重合体(a2)とシラン化合物とを反応させることによって、ビニル重合体(a2)にポリシロキサン(a3)が結合した樹脂(C)の有機溶剤溶液を得る工程、
(III)前記樹脂(C)と、親水性基含有ポリウレタン(a1)とを混合し反応させることによって、前記ビニル重合体(a2)と親水性基含有ポリウレタン(a1)とが前記ポリシロキサン(a3)を介して結合した複合樹脂(A)の有機溶剤溶液を得る工程、
(IV)前記複合樹脂(A)の有する親水性基を中和し、該中和物を水系媒体中に溶解または分散する工程。
本発明の水性複合樹脂組成物は、金属基材、プラスチック基材、無機基材、繊維質基材、布材、紙、木質基材等の様々な基材に対して良好な密着性を有することから、コーティング剤や接着剤に使用することができる。とりわけ、本発明の水性複合樹脂組成物は、耐久性や耐候性に優れた塗膜を形成できることから、各種基材のプライマー層形成用コーティング剤やトップコート層形成用コーティング剤等に好適に使用することができる。
また、本発明の水性複合樹脂組成物は、優れた耐久性や耐候性とともに、優れた防錆性を有する塗膜を形成できることから、例えば外壁、屋根等の建築部材、ガードレール、防音壁、排水溝等の土木部材、家電製品、産業機械、自動車の部品等に使用される亜鉛めっき鋼板、アルミニウム−亜鉛合金鋼板等のめっき鋼板や、アルミ板、アルミ合金板、電磁鋼板、銅板、ステンレス鋼板等の金属基材の表面被覆用コーティング剤や、前記した各種の鋼板とトップコート層との間のプライマーコート層形成用コーティング剤として好適に使用することができる。
また、本発明の水性複合樹脂組成物は、ポリカーボネート基材やアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン基材をはじめとする様々なプラスチック基材に対して優れた密着性を有することから、例えば携帯電話、家電製品、OA機器、自動車内装材等のプラスチック製品の、表面被覆用コーティング剤として好適に使用することができる。
また、本発明の水性複合樹脂組成物は、基材追従性に優れる塗膜を形成できることから、例えば偏光板を構成する各種機能フィルムの接着剤等に使用することができる。
本発明は、親水性基含有ポリウレタン(a1)とビニル重合体(a2)とがポリシロキサン(a3)を介して結合した複合樹脂(A)、水系媒体、及び、必要に応じてその他の添加剤を含有するものであって、前記複合樹脂(A)全体に対する前記ポリシロキサン(a3)由来の構造の質量割合が15〜55質量%の範囲であることを特徴とする水性複合樹脂組成物である。
前記複合樹脂(A)は、水系媒体中に分散したものであるが、前記複合樹脂(A)の一部が水系媒体中に溶解していても良い。水系媒体中に分散した複合樹脂(A)は、10〜500nmの平均粒子径を有することが、基材追従性に優れ、かつ耐クラック性等の耐久性や耐候性に優れた塗膜を形成するうえで好ましい。なお、ここでいう平均粒子径とは、粒子の動的散乱光を検出する測定原理で粒度分布を求める方法で測定した値を指す。
また、前記複合樹脂(A)は、耐久性及び耐候性に優れた塗膜を形成するうえで、複合樹脂(A)全体に対して15〜55質量%のポリシロキサン(a3)由来の構造を有することが重要である。例えば、前記ポリシロキサン(a3)の質量割合が10質量%である複合樹脂では、比較的良好な基材追従性を有する塗膜を形成できるものの、かかる塗膜は耐久性及び耐候性の点で十分でなく、経時的に基材からの剥離等が生じる場合がある。
一方、前記ポリシロキサン(a3)由来の構造の質量割合が65質量%である複合樹脂含有の組成物は、前記親水性基含有ポリウレタン(a1)や前記ビニル重合体(a2)由来の構造の質量割合が低くなるのに伴い造膜性が低下し、その結果、塗膜表面にクラックが発生する場合がある。
前記複合樹脂(A)全体に対するポリシロキサン(a3)由来の構造の質量割合は、20質量%〜35質量%の範囲であることが、優れた耐久性と耐候性と基材追従性とを兼ね備えた塗膜を形成するうえで好ましい。
なお、前記ポリシロキサン(a3)由来の構造とは、前記複合樹脂(A)を構成する親水性基含有ポリウレタン(a1)とビニル重合体(a2)との連結部分を構成する主鎖が酸素原子と珪素原子とからなる構造を指す。また、前記ポリシロキサン(a3)由来の構造の質量割合は、前記複合樹脂(A)の製造に使用する原料の仕込み割合に基づき、ポリシロキサン(a3)等の加水分解縮合反応によって生成しうるメタノールやエタノール等の副生成物の生成を考慮し算出した値である。
また、前記複合樹脂(A)は、水系媒体中に安定して分散するうえで、親水性基を有することが必須である。
親水性基は、主として前記複合樹脂(A)の外層を構成するポリウレタン(a1)中に存在することが必須であるが、必要に応じて、前記ビニル重合体(a2)中に存在していても良い。
前記親水性基としては、アニオン性基、カチオン性基、及びノニオン性基を使用できるが、なかでもアニオン性基を使用することがより好ましい。
前記アニオン性基としては、例えばカルボキシル基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基等を使用することができ、なかでも、一部または全部が塩基性化合物等によって中和されたカルボキシレート基やスルホネート基を使用することが、良好な水分散性を有する複合樹脂を製造する上で好ましい。
前記アニオン性基の中和に使用可能な塩基性化合物としては、例えばアンモニア、トリエチルアミン、ピリジン、モルホリン等の有機アミンや、モノエタノールアミン等のアルカノールアミンや、Na、K、Li、Ca等を含む金属塩基化合物等が挙げられる。
前記アニオン性基としてカルボキシレート基やスルホネート基を使用する場合、それらは複合樹脂(A)全体に対して50〜1000mmol/kgの範囲で存在することが、水性複合樹脂(A)粒子の良好な水分散安定性を維持するうえで好ましい。
また、前記カチオン性基としては、例えば3級アミノ基等を使用することができる。
前記3級アミノ基の一部又は全てを中和する際に使用することができる酸としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、乳酸、マレイン酸などの有機酸類や、スルホン酸、メタンスルホン酸等の有機スルホン酸類、及び、塩酸、硫酸、オルトリン酸、オルト亜リン酸等の無機酸等を単独または2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、前記3級アミノ基の一部又は全てを4級化する際に使用することができる4級化剤としては、例えば、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸等のジアルキル硫酸類や、メチルクロライド、エチルクロライド、ベンジルクロライドなどのハロゲン化アルキル類、メタンスルホン酸メチル、パラトルエンスルホン酸メチル等のアルキル又はエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、エピクロルヒドリン等のエポキシ類を単独または2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、前記ノニオン性基としては、例えばポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基、ポリオキシブチレン基、ポリ(オキシエチレン−オキシプロピレン)基、及びポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン基等のポリオキシアルキレン基を使用することができる。なかでもオキシエチレン単位を有するポリオキシアルキレン基を使用することが、親水性をより一層向上させるうえで好ましい。
また、前記複合樹脂(A)としては、前記親水性基含有ポリウレタン(a1)と前記ビニル重合体(a2)との質量割合[(a2)/(a1)]が、1/1〜1/20の範囲であるものを使用することが、基材追従性に優れ、かつ耐久性及び耐候性に優れた塗膜を形成するうえで好ましく、1/1〜1/12の範囲であることがより好ましい。
また、前記親水性基含有ポリウレタン(a1)と前記ポリシロキサン(a3)との結合は、例えば前記親水性基含有ポリウレタン(a1)の有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基と前記ポリシロキサン(a3)の有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基との反応によって形成されるものであることが好ましい。また、前記ビニル重合体(a2)と前記ポリシロキサン(a3)との結合は、前記ビニル重合体(a2)の有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基と前記ポリシロキサン(a3)の有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基との反応によって形成されるものであることが好ましい。
次に、前記複合樹脂(A)を構成する親水性基含有ポリウレタン(a1)について説明する。
前記親水性基含有ポリウレタン(a1)は、優れた基材追従性を本発明の水性複合樹脂組成物に付与するうえで必須成分である。
前記親水性基含有ポリウレタン(a1)としては、各種のものを使用することができるが、例えば3000〜100000の数平均分子量を有するものを使用することが好ましく、5000〜10000の数平均分子量を有するものを使用することが、基材追従性に優れ、かつ耐久性及び耐候性に優れた塗膜を形成するうえで好ましい。
前記親水性基含有ポリウレタン(a1)は、前記複合樹脂(A)に水分散安定性を付与する上で親水性基を有することが必須である。親水性基は、前記親水性基含有ポリウレタン(a1)全体に対して、50〜1000mmol/kgの範囲存在することが、複合樹脂に一層良好な水分散性を付与する上で好ましい。
前記親水性基含有ポリウレタン(a1)としては、例えばポリオールとポリイソシアネートとを反応させて得られるポリウレタンを使用することができる。前記親水性基含有ポリウレタン(a1)の有する親水性基は、例えば前記ポリオールを構成する一成分として、親水性基含有ポリオールを使用することによって、前記親水性基含有ポリウレタン(a1)中に導入することができる。
前記親水性基含有ポリウレタン(a1)の製造に使用可能なポリオールとしては、例えば前記親水性基含有ポリオール及びその他のポリオールを組み合わせ使用することができる。
前記親水性基含有ポリオールとしては、例えば2,2’−ジメチロールプロピオン酸、2,2’−ジメチロールブタン酸、2,2’−ジメチロール酪酸、2,2’−ジメチロール吉草酸等のカルボキシル基含有ポリオールや、5−スルホイソフタル酸、スルホテレフタル酸、4−スルホフタル酸、5[4−スルホフェノキシ]イソフタル酸等のスルホン酸基含有ポリオールを使用することができる。また、前記親水性基含有ポリオールとしては、前記した低分子量の親水性基含有ポリオールと、例えばアジピン酸等の各種ポリカルボン酸とを反応させて得られる親水性基含有ポリエステルポリオール等を使用することもできる。
前記親水性基含有ポリオールと組み合わせ使用可能なその他のポリオールとしては、本発明の水性複合樹脂組成物に求められる特性や、水性複合樹脂組成物を適用する用途等に応じて適宜使用することができ、例えばポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオール等を使用することができる。
前記ポリエーテルポリオールは、本発明の水性複合樹脂組成物に、特に優れた基材追従性を付与することができるため、前記親水性基含有ポリオールと組み合わせ使用することが好ましい。
前記ポリエーテルポリオールとしては、例えば活性水素原子を2個以上有する化合物の1種または2種以上を開始剤として、アルキレンオキサイドを付加重合させたものを使用することができる。
前記開始剤としては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、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等を使用することができる。
また、前記アルキレンオキサイドとしては、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、エピクロルヒドリン、テトラヒドロフラン等を使用することができる。
また、前記ポリエステルポリオールとしては、例えば低分子量のポリオールとポリカルボン酸とをエステル化反応して得られる脂肪族ポリエステルポリオールや芳香族ポリエステルポリオール、ε−カプロラクトン等の環状エステル化合物を開環重合反応して得られるポリエステルや、これらの共重合ポリエステル等を使用することができる。
前記低分子量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−ル等を使用することができる。
また、前記ポリカルボン酸としては、例えばコハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、及びこれらの無水物またはエステル形成性誘導体などを使用することができる。
また、前記親水性基含有ポリウレタン(a1)の製造に使用できるポリカーボネートポリオールは、本発明の水性複合樹脂組成物のプラスチック基材に対する密着性を格段に向上するうえで好ましい。
前記ポリカーボネートポリオールとしては、例えば炭酸エステルとポリオールとを反応させて得られるものや、ホスゲンとビスフェノールA等とを反応させて得られるものを使用することができる。
前記炭酸エステルとしては、メチルカーボネートや、ジメチルカーボネート、エチルカーボネート、ジエチルカーボネート、シクロカーボネート、ジフェニルカーボネ−ト等を使用することできる。
前記炭酸エステルと反応しうるポリオールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、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、1,2−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,5−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、2−ブチル−2−エチルプロパンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ハイドロキノン、レゾルシン、ビスフェノール−A、ビスフェノール−F、4,4’−ビフェノール等の比較的低分子量のジヒドロキシ化合物や、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリエーテルポリオールや、ポリヘキサメチレンアジペート、ポリヘキサメチレンサクシネート、ポリカプロラクトン等のポリエステルポリオール等を使用することができる。
前記ポリカーボネートポリオールとしては、前記ジメチルカーボネートと、前記1,6−ヘキサンジオールとを反応させて得られるものを使用することが、優れたプラスチック基材に対する密着性と優れた基材追従性とを両立でき、かつ安価であることからより好ましい。
また、前記ポリカーボネートポリオールとしては、500〜6000の範囲の数平均分子量を有するものを使用することが好ましい。
前記ポリカーボネートポリオールは、前記ポリウレタン(a1)の製造に使用するポリオール及びポリイソシアネートの全量に対して、30〜95質量%の範囲で使用することが、プラスチック基材に対する密着性や耐候性及び耐久性を両立するうえで好ましい。
前記ポリカーボネートポリオールを用いて得られた本発明の水性複合樹脂組成物は、とりわけ、ポリカーボネート基材、ポリエステル基材、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン基材、ポリアクリル基材、ポリスチレン基材、ポリウレタン基材、エポキシ樹脂基材、ポリ塩化ビニル系基材及びポリアミド系基材等の、一般に難付着性基材として知られる様々なプラスチック基材に対して優れた密着性を有することから、もっぱらプラスチック基材用コーティング剤に使用することができる。
また、前記親水性基含有ポリウレタン(a1)を製造する際に使用するポリイソシアネートとしては、例えばフェニレンジイソシアネート、ト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、ナフタレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネートや、ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、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等の脂肪族または脂肪族環式構造含有ジイソシアネート等を、単独で使用または2種以上を併用して使用することができる。なかでも、脂肪族環式構造含有ジイソシアネートを使用することが、長期耐候性に優れる塗膜を形成できるため好ましい。
前記親水性基含有ポリウレタン樹脂(a1)は、前記したような親水性基の他に、必要に応じてその他の官能基を有していてもよく、かかる官能基としては、後述するポリシロキサン(a3)と反応しうる加水分解性シリル基、シラノール基や、アミノ基、イミノ基、水酸基等が挙げられ、なかでも加水分解性シリル基であることが、長期耐候性に優れる塗膜を形成できるため好ましい。
前記親水性基含有ポリウレタン(a1)が有していても良い加水分解性シリル基は、加水分解性基が珪素原子に直接結合した官能基であり、例えば、下記の一般式で表される官能基が挙げられる。
Figure 2010001457
(式中、Rはアルキル基、アリール基又はアラルキル基等の1価の有機基を、Rはハロゲン原子、アルコキシ基、アシロキシ基、フェノキシ基、アリールオキシ基、メルカプト基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、イミノオキシ基又はアルケニルオキシ基である。またxは0〜2の整数である。)
前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基等が挙げられる。
前記アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、2−メチルフェニル基等が挙げられ、前記アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、ジフェニルメチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
前記ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。
前記アシロキシ基としては、例えば、アセトキシ、プロパノイルオキシ、ブタノイルオキシ、フェニルアセトキシ、アセトアセトキシ等が挙げられ、前記アリールオキシ基としては、例えば、フェニルオキシ、ナフチルオキシ等が挙げられ、前記アルケニルオキシ基としては、例えば、アリルオキシ基、1−プロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシ基等が挙げられる。
前記Rは、加水分解によって生じうる一般式ROH等の脱離成分の除去が容易であることから、好ましくはそれぞれ独立してアルコキシ基であることが好ましい。
また、前記親水性基含有ポリウレタン(a1)が有していても良いシラノール基は、水酸基が直接珪素原子に結合した官能基であって、主に前記した加水分解性シリル基が加水分解して生じる官能基である。
前記加水分解性シリル基及びシラノール基は、前記親水性基含有ポリウレタン(a1)全体に対して10〜400mmol/kg存在することが、複合樹脂の良好な水分散安定性を確保するうえで好ましい。
次に、前記複合樹脂(A)を構成するビニル重合体(a2)について説明する。
前記ビニル重合体(a2)は、後述するポリシロキサン(a3)を介して前記親水性基含有ポリウレタン(a1)と結合しうるものである。
前記ビニル重合体(a1)としては、3000〜100000の数平均分子量を有するものを使用することが好ましく、5000〜25000の数平均分子量を有するものを使用することが、基材追従性に優れ、かつ耐クラック性等の耐久性及び耐候性に優れた塗膜を形成するうえでより好ましい。
前記ビニル重合体(a1)としては、例えば各種ビニル単量体を重合開始剤の存在下で重合することによって製造したものを使用することができる。
前記ビニル単量体としては、前記ポリシロキサン(a3)の有する加水分解性シリル基等と反応しうる官能基を、ビニル重合体(a1)中に導入する観点から、加水分解性シリル基含有ビニル単量体や水酸基含有ビニル単量体等を使用することが好ましい。
前記加水分解性シリル基含有ビニル単量体としては、例えば3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシランもしくは3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン等を使用することができ、なかでも、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランを使用することが好ましい。
また、前記水酸基含有ビニル単量体としては、例えば2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート等を使用することができる。
前記ビニル単量体としては、前記加水分解性シリル基含有ビニル単量体や水酸基含有ビニル単量体等の他に、必要に応じてその他のビニル単量体を併用しても良い。
前記その他のビニル単量体としては、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−ブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等の三級アミノ基含有ビニル単量体;N−メチルアミノエチル(メタ)アクリレート等の二級アミノ基含有ビニル単量体;アミノメチルアクリレート等の一級アミノ基含有ビニル単量体等の塩基性窒素原子含有基含有ビニル単量体;2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート等のフッ素含有ビニル単量体;酢酸ビニル等のビニルエステル類;メチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;(メタ)アクリロニトリル等の不飽和カルボン酸のニトリル類;スチレン等の芳香族環を有するビニル化合物;イソプレン等のα−オレフィン類、グリシジル(メタ)アクリレート等のエポキシ基含有ビニル単量体;(メタ)アクリルアミド等のアミド基含有ビニル単量体;N−メチロール(メタ)アクリルアミド等のメチロールアミド基及びそのアルコキシ化物含有ビニル単量体;2−アジリジニルエチル(メタ)アクリレート等のアジリジニル基含有ビニル単量体;(メタ)アクリロイルイソシアナート等のイソシアナート基及び/またはブロック化イソシアナート基含有ビニル単量体;2−イソプロペニル−2−オキサゾリン等のオキサゾリン基含有ビニル単量体;ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート等のシクロペンテニル基含有ビニル単量体;アクロレイン等のカルボニル基含有ビニル単量体;アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート等のアセトアセチル基含有ビニル単量体;(メタ)アクリル酸、マレイン酸、もしくはこれらの半エステルまたはこれらの塩等のカルボキシル基含有単量体等を1種または2種以上使用することができる。
前記ビニル重合体(a2)を製造する際に使用可能な重合開始剤としては、例えば過硫酸塩類、有機過酸化物類、過酸化水素等のラジカル重合開始剤や、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩等のアゾ開始剤を使用することができる。また、前記ラジカル重合開始剤は、例えばアスコルビン酸等の還元剤と併用しレドックス重合開始剤として使用しても良い。
前記重合開始剤の代表的なものである過硫酸塩類としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等が挙げられ、有機過酸化物類として、具体的には、例えば、過酸化ベンゾイル、ラウロイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド等のジアルキルパーオキサイド類、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシベンゾエート等のパーオキシエステル類、クメンハイドロパーオキサイド、パラメンタンハイドロパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド類等を使用することができる。
重合開始剤の使用量は、重合が円滑に進行する量を使用すれば良いが、ビニル重合体(a2)の製造に使用するビニル単量体の全量に対して、10質量%以下とすることが好ましい。
次に、前記複合樹脂(A)を構成するポリシロキサン(a3)について説明する。
前記ポリシロキサン(a3)は、前記親水性基含有ポリウレタン(a1)と前記ビニル重合体(a2)との連結部分を構成するものである。
前記ポリシロキサン(a3)は、ケイ素原子と酸素原子とからなる鎖状構造を有するものであって、必要に応じて加水分解性シリル基やシラノール基等を有するものである。
前記加水分解性シリル基は、加水分解性基が前記ケイ素原子に直接結合した原子団であって、例えば前記親水性基含有ポリウレタン(a1)の説明の際に例示した一般式(I)に示されるような構造からなるものを使用することができる。
前記加水分解性基は、水の影響により水酸基を形成しうるものであって、例えばハロゲン原子、アルコキシ基、置換アルコキシ基、アシロキシ基、フェノキシ基、メルカプト基、アミノ基、アミド基、アミノオキシ基、イミノオキシ基、アルケニルオキシ基等が挙げられ、なかでもアルコキシ基や置換アルコキシ基であることが好ましい。
また、前記シラノール基は、水酸基が前記ケイ素原子に直接結合した原子団を示すものであって、前記加水分解性シリル基が加水分解した際に形成される。
また、前記ポリシロキサン(a3)としては、前記したものの他に、必要に応じてメチル基等のアルキル基やフェニル基等を有しているものを使用することができ、例えばポリシロキサン(a3)を構成するケイ素原子に、フェニル基等の芳香族環式構造、炭素原子数1〜3個を有するアルキル基、及び炭素原子数1〜3個を有するアルコキシ基からなる群より選ばれる1種以上が直接結合したものを使用することが、水性複合樹脂の良好な水分散安定性を維持するうえでより好ましい。
前記ポリシロキサン(a3)としては、例えば後述するシラン化合物を完全にまたは部分的に加水分解縮合して得られるものを使用することができる。
前記シラン化合物としては、例えばメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、iso−ブチルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランもしくは3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン等のオルガノトリアルコキシシラン;ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジ−n−ブトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルシクロヘキシルジメトキシシランもしくはメチルフェニルジメトキシシラン等のジオルガノジアルコキシシラン類;メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ジエチルジクロロシランもしくはジフェニルジクロロシラン等の各種のクロロシラン類や、それらの部分加水分解縮合物等を使用することができ、なかでもオルガノトリアルコキシシランやジオルガノジアルコキシシランを使用することが好ましい。これらシラン化合物は単独使用でも2種類以上の併用でもよい。
また、前記ポリシロキサン(a3)は、複合樹脂(A)を製造する工程において、2段階の反応工程を経ることによって形成することが好ましい。具体的には、前記ビニル重合体(a2)の有する加水分解性基等に、フェニルトリメトキシシラン等の比較的低分子量のシラン化合物を反応させることでポリシロキサン構造を形成し、次いで、該反応物と、メチルトリメトキシシランやエチルトリメトキシシラン等の縮合物とを反応させることによって、ポリシロキサン(a3)からなる構造を形成することができる。これにより、より一層、基材追従性に優れ、かつ耐久性や耐汚染性に優れた塗膜を形成可能な水性複合樹脂組成物を得ることができる。
次に、本発明で使用する水性複合樹脂組成物の製造方法について説明する。
本発明の水性複合樹脂組成物の製造方法は、主として、複合樹脂(A)を製造する工程と、該複合樹脂(A)を水系媒体中に分散する工程とからなる。
はじめに、前記複合樹脂(A)を製造する工程について説明する。
前記複合樹脂(A)は、例えば以下の(I)〜(III)の工程によって製造することができる。
前記(I)の工程は、有機溶剤中で、前記したビニル単量体を前記重合開始剤の存在下で重合することによってビニル重合体(a2)の有機溶剤溶液を得る工程である。
かかる反応は、例えば重合開始剤を含む有機溶剤中に、前記ビニル単量体を逐次供給または一括供給し、次いで、攪拌下、20〜120℃の範囲で0.5〜24時間程度行うことが好ましい。
また、前記(II)の工程は、前記ビニル重合体(a2)の有機溶剤溶液下で前記ビニル重合体(a2)の有する加水分解性シリル基等の反応性官能基と、シラン化合物の有する加水分解性シリル基またはシラノール基との反応と、前記シラン化合物間の加水分解縮合反応とを進行させることによって、ビニル重合体(a2)とポリシロキサン(a3)とが結合した樹脂(C)の有機溶剤溶液を得る工程である。
かかる反応は、例えば前記(I)の工程に引き続き、前記ビニル重合体(a2)の有機溶剤溶液中に、前記ポリシロキサン(a3)を形成しうる前記シラン化合物を逐次供給または一括供給し、次いで、攪拌下、20〜120℃の範囲で0.5〜24時間程度行うことが好ましい。
前記(II)の工程は、更に2段階の反応工程を経ることが好ましい。具体的には前記ビニル重合体(a2)の有する加水分解性シリル基またはシラノール基と、前記したフェニルトリメトキシシラン等の比較的低分子量のシラン化合物とを反応させる工程と、次いで、該反応物と、メチルトリメトキシシランやエチルトリメトキシシラン等のメチルトリアルコキシシラン及びエチルトリアルコキシシランを予め縮合させた縮合物とを反応させる工程とを経ることが好ましい。ポリシロキサン(a3)の構造形成を上記のような2段階で行うことで、一層、基材追従性に優れ、かつ耐久性に優れた塗膜を形成可能な水性複合樹脂組成物を得ることができる。
また、前記(III)の工程は、前記樹脂(C)と、親水性基含有ポリウレタン(a1)とを混合し加水分解縮合させることにより、前記ビニル重合体(a2)と親水性基含有ポリウレタン(a1)とが前記ポリシロキサン(a3)を介して結合した複合樹脂(A)の有機溶剤溶液を得る工程である。
前記反応は、例えば前記(II)の工程に引き続き、前記樹脂(C)の有機溶剤溶液中に前記親水性基含有ポリオールを含むポリオールと前記ポリイソシアネートとを反応させることによって得られる親水性基含有ポリウレタン(a1)を逐次供給または一括供給し、次いで、攪拌下、20〜120℃の範囲で0.5〜24時間程度行うことが好ましい。
前記工程(I)〜(III)によって得られた複合樹脂(A)の有機溶剤溶液は、下記工程(IV)によって水性化することが好ましい。
工程(IV)は、例えば前記(III)の工程に引き続き、前記複合樹脂(A)の有する親水性基を中和し、該中和物を水系媒体中に分散する工程である。
前記親水性基の中和は、必ずしも行う必要はないが、前記複合樹脂(A)の水分散安定性を向上する観点から、行うことが好ましい。とりわけ前記親水性基がカルボキシル基やスルホン酸基等のアニオン性基である場合には、それらの全部または一部を、塩基性化合物を用いて中和し、カルボキシレート基やスルホネート基とすることが、水分散安定性を一層向上する上で好ましい。
前記中和は、例えば前記複合樹脂(A)の有機溶剤溶液中に、塩基性化合物等を逐次または一括供給し、攪拌することによって行うことができる。
前記中和後、複合樹脂(A)の中和物の有機溶剤溶液中に水系媒体を供給し、次いで、該有機溶剤を除去することによって、本発明の水性複合樹脂組成物を製造することができる。
前記有機溶剤の除去は、例えば蒸留によって行うことができる。
また、前記水系媒体としては、水、水と混和する有機溶剤、及び、これらの混合物が挙げられる。水と混和する有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、n−及びイソプロパノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類;ポリアルキレングリコールのアルキルエーテル類;N-メチル-2-ピロリドン等のラクタム類、等が挙げられる。本発明では、水のみを用いても良く、また水及び水と混和する有機溶剤との混合物を用いても良く、水と混和する有機溶剤のみを用いても良い。安全性や環境に対する負荷の点から、水のみ、又は、水及び水と混和する有機溶剤との混合物が好ましく、水のみが特に好ましい。
本発明の水性複合樹脂組成物は、製造の際の急激な粘度上昇を抑制し、かつ、水性複合樹脂組成物の生産性や、その塗工のしやすさや乾燥性等を向上する観点から、20〜70質量%の不揮発分を有するものであることが好ましく、30〜60質量%の範囲であることがより好ましい。
本発明の水性複合樹脂組成物には、必要に応じて硬化剤を併用しても良い。
前記硬化剤としては、前記複合樹脂(A)が有する親水性基やシラノール基と反応する官能基を有する化合物を使用することができる。
前記硬化剤の具体例としては、シラノール基及び/または加水分解性シリル基を有する化合物、ポリエポキシ化合物、ポリオキサゾリン化合物、ポリイソシアネート等が挙げられる。特に、前記複合樹脂としてカルボキシル基又はカルボキシレート基を有するものを使用する場合には、エポキシ基とシラノール基及び/または加水分解性シリル基を有する化合物、ポリエポキシ化合物、ポリオキサゾリン化合物を使用する組み合わせとすることが好ましい。
前記シラノール基及び/または加水分解性シリル基を有する化合物としては、例えば前記複合樹脂の製造に際し使用可能なものとして例示したシラン化合物と同様のものをはじめ、その他に3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等や、これらの加水分解縮合物などが挙げられる。
前記ポリエポキシ化合物としては、例えば、エチレングリコール、ヘキサンジオ−ル、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、水添ビスフェノールA等の脂肪族又は脂環式ポリオール由来の構造を有するポリグリシジルエーテル類;ビスフェノールA、ビスフェノールS、ビスフェノールF等の芳香族系ジオールのポリグリシジルエーテル類;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル類;トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレ−トのポリグリシジルエーテル類;アジピン酸、ブタンテトラカルボン酸、フタル酸、テレフタル酸等の脂肪族又は芳香族ポリカルボン酸のポリグリシジルエステル類;シクロオクタジエン、ビニルシクロヘキセン等の炭化水素系ジエン類のビスエポキシド類;ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート等の脂環式ポリエポキシ化合物などが挙げられる。
前記ポリオキサゾリン化合物としては、例えば、2,2’−p−フェニレン−ビス(1,3−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレン−ビス(1,3−オキサゾリン)、2,2’−オクタメチレン−ビス(2−オキサゾリン)、2−イソプロペニル−1,3−オキサゾリン、またはそれらの重合体等を使用することができる。
前記ポリイソシアネートとしては、例えばトリレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート類;メタ−キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチル−メタ−キシリレンジイソシアネート等のアラルキルジイソシアネート類;ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、1,3−ビスイソシアナートメチルシクロヘキサン、2−メチル−1,3−ジイソシアナートシクロヘキサン、2−メチル−1,5−ジイソシアナートシクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート等を使用することができる。
また、前記ポリイソシアネートとしては、イソシアネート基を有する各種のプレポリマー、イソシアヌレート環を有するプレポリマー、ビウレット構造を有するポリイソシアネート、イソシアネート基含有ビニル系単量体を使用することもできる。
硬化剤としての前記ポリイソシアネートの有するイソシアネート基は、必要に応じてメタノール等の従来知られているブロック剤によってブロック化されていても良い。
前記硬化剤は、例えば前記複合樹脂(A)の100質量部に対して固形分0.1〜50質量部の範囲内で使用することが好ましく、0.5〜30重量部の範囲内で使用することがより好ましく、1〜20重量部の範囲内で使用することが特に好ましい。
また、前記複合樹脂(A)が親水性基としてカルボキシル基を有する場合には、前記硬化剤は、前記複合樹脂(A)中のカルボキシル基の1当量に対する、硬化剤が有するエポキシ基、シクロカーボネート基、水酸基、オキサゾリン基、カルボジイミド基、ヒドラジノ基等の反応性官能基の当量が、0.2〜5.0当量の範囲内であることが好ましく、0.5〜3.0当量の範囲内であることがより好ましく、0.7〜2.0当量の範囲内であることが特に好ましい。
また、本発明の水性複合樹脂組成物には、必要に応じて硬化触媒を含有させることも可能である。
前記硬化触媒としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸カリウム、ナトリウムメチラート、テトライソプロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、オクチル酸錫、オクチル酸鉛、オクチル酸コバルト、オクチル酸亜鉛、オクチル酸カルシウム、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、ジ−n−ブチル錫ジアセテート、ジ−n−ブチル錫ジオクトエート、ジ−n−ブチル錫ジラウレート、ジ−n−ブチル錫マレエート、p−トルエンスルホン酸、トリクロル酢酸、燐酸、モノアルキル燐酸、ジアルキル燐酸、モノアルキル亜燐酸、ジアルキル亜燐酸等を使用することができる。
本発明の水性複合樹脂組成物には、必要に応じて熱硬化性樹脂を含有させることも可能である。かかる熱硬化性樹脂としては、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、石油樹脂、ケトン樹脂、シリコン樹脂、あるいはこれらの変性樹脂等が挙げられる。
本発明の水性複合樹脂組成物には、必要に応じて粘土鉱物、金属、金属酸化物、ガラス等の各種の無機粒子を使用することができる。金属の種類としては、金、銀、銅、白金、チタン、亜鉛、ニッケル、アルミニウム、鉄、シリコン、ゲルマニウム、アンチモン、それらの金属酸化物等が挙げられる。
本発明の水性複合樹脂組成物には、必要に応じて光触媒性化合物や無機顔料、有機顔料、体質顔料、ワックス、界面活性剤、安定剤、流動調整剤、染料、レベリング剤、レオロジーコントロール剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、可塑剤等の各種の添加剤等を使用することができる。
前記光触媒性化合物は、光照射により有機物を酸化分解する化合物であって、近年、建築外装をはじめとするセルフクリーニング機能の求められる分野で注目されている。また、光触媒性化合物は、大気中のNOx等の有害ガスや水中の環境ホルモン等の有害物をも分解し、大気浄化、水質浄化、消臭性や抗菌性の機能をも発現し得ることから、環境上有用な材料としても注目されている。
前記光触媒性化合物としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化ゲルマニウム、酸化銅、酸化バナジウム、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化ルテニウム等を使用することができる。具体的には、例えば、「ST−01」〔石原産業(株)製酸化チタン、平均粒子径7nm〕、「ST−21」〔石原産業(株)製酸化チタン、平均粒子径20nm〕、「AMT−100」〔テイカ(株)製酸化チタン、平均粒子径6nm〕、「TKD−701」〔テイカ(株)製酸化チタン分散体、平均粒子径6nm〕、「TKD−702」〔テイカ(株)製酸化チタン分散体、平均粒子径6nm〕、「STS−21」〔石原産業(株)製酸化チタン水分散体、平均粒子径20nm〕、「TKS−203」〔テイカ(株)製の酸化チタン水分散体、平均粒子径6nm〕等を使用することができる。なかでも、化学的に安定で、無害であり、しかも光触媒活性が高い酸化チタンや酸化亜鉛を使用することが好ましい。
前記光触媒性化合物は粒子状であることが好ましく、その平均粒子径は、通常3〜100nm、好ましくは3〜50nm、特に好ましくは4〜30nmである。
前記光触媒性化合物としては、その微粒子状の粉体をそのまま使用しても良いが、良好な分散性を付与する観点から、有機溶剤や水系媒体中に前記光触媒性化合物を予め分散させたゾル状のものを使用することが好ましい。
前記光触媒性化合物は、前記複合樹脂(A)100質量部に対して、0.01〜20質量部の範囲内であることが好ましく、0.1〜10質量部の範囲内であることがより好ましい。前記光触媒性化合物を前記範囲内で使用することによって、得られる塗膜の酸化物微粒子による分解劣化の影響が小さく、且つ、塗膜表層部の親水化による塗膜のセルフクリーニング機能を発現することができる。
前記水性複合樹脂組成物は、基材追従性に優れた塗膜を形成できることから、コーティング剤や接着剤等の各種用途に使用することができる。なかでも、本発明の水性複合樹脂組成物は、前記基材追従性とともに耐久性及び耐候性に優れた塗膜を形成できることから、コーティング剤に使用することが好ましく、トップ層形成用コーティング剤やプライマー層形成用コーティング剤に使用することがより好ましい。
前記コーティング剤を塗布し塗膜を形成可能な基材としては、例えば金属基材やプラスチック基材、ガラス基材、紙や木材基材、繊維質基材等が挙げられる。
また、本発明のコーティング剤は、前記耐久性や耐候性や基材追従性に加え、基材表面における錆の発生の防止や該錆に起因した塗膜の剥がれや膨れを防止できるレベルの耐食性を有する塗膜を形成できることから、例えば外壁や屋根等の建築部材、ガードレール、防音壁、排水溝等の土木部材、家電製品、産業機械、自動車の部品等を構成する各種金属基材の表面被覆に使用することができる。特に、前記複合樹脂(A)を構成する親水性基含有ポリウレタン(a1)がポリエーテルポリオールと親水性基含有ポリオールとを含むポリオール及びポリイソシアネートを反応させて得られたものであるコーティング剤は、金属基材に対する密着性や基材追従性に優れることから、もっぱら金属基材用のコーティング剤に使用することができ、とりわけ、従来のクロメート処理に代わりうる鋼板表面処理剤に好ましく使用することができる。また、前記金属基材用のコーティング剤は、前記金属基材の表面に直接塗布し乾燥することによって塗膜を形成してもよく、前記金属基材とトップ層との間のプライマー層の形成に使用してもよい。
前記金属基材としては、例えば亜鉛めっき鋼板、アルミニウム−亜鉛合金鋼板等のめっき鋼板や、アルミ板、アルミ合金板、電磁鋼板、銅板、ステンレス鋼板等を使用することができる。
また、本発明のコーティング剤のうち、該コーティング剤中に含まれる複合樹脂(A)を構成する親水性基含有ポリウレタン(a1)がポリカーボネートポリオールと親水性基含有ポリオールとを含むポリオール及びポリイソシアネートを反応させて得られるものであるコーティング剤は、前記耐久性や耐候性、基材追従性を損なうことなく、様々な種類のプラスチック基材に対して優れた密着性を有する。とりわけ、前記コーティング剤は、一般に難付着性基材として知られるポリメチルメタクリレート樹脂やポリスチレン樹脂等からなる基材に対しても非常に優れた密着性を有することから、プラスチック基材の表面被覆用コーティング剤として好適に使用することができる。
前記プラスチック基材としては、一般に、携帯電話、家電製品、自動車内外装材、OA機器等のプラスチック成型品に採用されている、ポリカーボネート基材、ポリエステル基材、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン基材、ポリアクリル基材、ポリスチレン基材、ポリウレタン基材、エポキシ樹脂基材、ポリ塩化ビニル系基材及びポリアミド系基材からなる群より選ばれるプラスチック基材を使用することができる。
また、本発明のコーティング剤は、比較的透明な塗膜を形成できることから、例えば透明プラスチック基材の表面被覆に使用することができる。ここで、前記透明プラスチック基材としては、ポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA樹脂)やポリカーボネート樹脂等からなる基材を使用することができる。これらの透明プラスチック基材は、通称、有機ガラスといわれ、一般の無機系ガラスと比較して軽量で割れにくい等の特徴を有し、近年、無機系ガラスの代替として住宅や自動車の窓ガラスへの適用が検討されている。本発明のコーティング剤によれば、住宅等の窓ガラスに使用された有機ガラスの透明度を損なうことなく、前記有機ガラスに対して優れた耐候性や耐久性や耐汚染性等を付与することができる。
前記した各種基材は、予め被覆が施されていても良いが、本発明のコーティング剤はプラスチック基材等に対して優れた密着性を有することから、予め被覆等の表面処理の施されていない基材であっても問題なく使用することができる。
また、前記基材は、それぞれ、板状、球状、フィルム状、シート状であってもよい。また、本発明のコーティング剤は特に基材追従性に優れることから、外力や温度等の影響によって変形や伸縮を引き起こしやすいフィルム状やシート状の基材や、表面に微細な凹凸を有する基材に対しても好適に使用することができる。
本発明のコーティング剤は、例えばそれを前記基材表面に直接、塗布し、次いで乾燥、硬化させることによって、耐久性、耐候性、及び基材追従性等に優れた塗膜を形成することができる。
前記コーティング剤を前記基材上に塗布する方法としては、例えばスプレー法、カーテンコーター法、フローコーター法、ロールコーター法、刷毛塗り法、浸漬法等が挙げられる。
前記乾燥し硬化を進行させる方法としては、常温下で1〜10日程度養生する方法であってもよいが、硬化を迅速に進行させる観点から、50〜250℃の温度で、1〜600秒程度加熱する方法が好ましい。また、比較的高温で変形や変色をしやすいプラスチック基材を用いる場合には、30〜100℃程度の比較的低温下で養生を行うことが好ましい。
本発明のコーティング剤を用いて形成する塗膜の膜厚は、基材の使用される用途等に応じて適宜調整可能であるが、通常0.5μm〜20μm程度であることが好ましい。
また、前記基材上に本発明のコーティング剤を用いて形成された塗膜表面上に、更にトップ層形成用コーティング剤からなる塗膜を有する積層体を得る場合には、前記トップ層形成用コーティング剤として、従来から知られているアクリル樹脂系塗料、ポリエステル樹脂系塗料、アルキド樹脂系塗料、エポキシ樹脂系塗料、脂肪酸変性エポキシ樹脂系塗料、シリコーン樹脂系塗料、ポリウレタン樹脂系塗料等を使用することができる。
以上のように、前記基材と本発明のコーティング剤を用いて形成された塗膜とが積層された積層体は、例えば携帯電話、家電製品、OA機器をはじめ、自動車内外装材等の自動車部品や各種家電製品の部品、建材製品等に使用することが可能である。
次に、本発明を、実施例及び比較例により具体的に説明をする。
合成例1〔メチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−1)の調製例〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、メチルトリメトキシシラン(MTMS)1421質量部を仕込んで、60℃まで昇温した。
次いで、前記反応容器中に「A−3」〔堺化学(株)製のiso−プロピルアシッドホスフェート〕0.17質量部と脱イオン水207質量部との混合物を5分間で滴下した後、80℃の温度で4時間撹拌して加水分解縮合反応させた。
前記加水分解縮合反応によって得られた縮合物を、温度40〜60℃及び300〜10mmHgの減圧下(メタノールの留去開始時の減圧条件が300mmHgで、最終的に10mmHgとなるまで減圧する条件を言う。以下、同様。)で蒸留し前記反応過程で生成したメタノール及び水を除去することによって、数平均分子量1000のメチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−1)を含む混合液(有効成分70質量%)1000質量部を得た。
なお、前記有効成分とは、メチルトリメトキシシラン(MTMS)等のシランモノマーのメトキシ基が全て縮合反応した場合の理論収量(質量部)を、縮合反応後の実収量(質量部)で除した値〔シランモノマーのメトキシ基が全て縮合反応した場合の理論収量(質量部)/縮合反応後の実収量(質量部)〕により算出したものである。
合成例2〔エチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−2)の調製例〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、エチルトリメトキシシラン(ETMS)1296質量部を仕込んで、60℃まで昇温した。
次いで、前記反応容器中に「A−3」〔堺化学(株)製のiso−プロピルアシッドホスフェート〕0.14質量部と脱イオン水171質量部との混合物を5分間で滴下した後、80℃で4時間撹拌して加水分解縮合反応させた。
前記加水分解縮合反応によって得られた縮合物を、温度40〜60℃及び300〜10mmHgの減圧下で蒸留し生成したメタノール及び水を除去することによって、数平均分子量が1100のエチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−2)を含む混合液(有効成分70質量%)1000質量部を得た。
Figure 2010001457
第1表中の略称について以下に説明する
「MTMS」 :メチルトリメトキシシラン
「ETMS」 :エチルトリメトキシシラン
合成例3〔複合樹脂中間体含有液(C−1)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口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(PnP)125質量部、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)168質量部及びジメチルジメトキシシラン(DMDMS)102質量部を仕込んで、80℃まで昇温した。
次いで、同温度で、メチルメタクリレート(MMA)38質量部、ブチルメタクリレート(BMA)24質量部、ブチルアクリレート(BA)36質量部、アクリル酸(AA)24質量部、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPTS)4質量部、PnP 54質量部及びtert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(TBPEH)6質量部を含有する混合物を、前記反応容器中へ4時間で滴下した後、更に同温度で2時間反応させることによって、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が10200のアクリル重合体有機溶剤溶液(c1)を得た。
次いで、「A−3」〔堺化学(株)製のiso−プロピルアシッドホスフェート〕2.7質量部と脱イオン水76質量部との混合物を5分間で滴下し、更に同温度で1時間撹拌して加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(c1)中のアクリル重合体の有する加水分解性シリル基と、前記PTMS及びDMDMS由来のポリシロキサンの有する加水分解性シリル基及びシラノール基とが結合した複合樹脂中間体含有液(C’−1)を得た。
次いで、前記複合樹脂中間体含有液(C’−1)と前記メチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−1)291質量部とを混合し、更に、脱イオン水49質量部を添加して同温度で16時間撹拌し、加水分解縮合反応させることによって、前記含有液(C’−1)中の複合樹脂中間体に、更にメチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−1)が結合した複合樹脂中間体含有液(C−1)1000質量部を得た。
合成例4〔複合樹脂中間体含有液(C−2)の調製例〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、、PnP 121質量部、PTMS 267質量部及びDMDMS 162質量部を仕込んで、80℃まで昇温した。
次いで、同温度で、MMA 61質量部、BMA 50質量部、BA 7質量部、MPTS 4質量部、PnP 52質量部及びTBPEH 6質量部を含有する混合物を、前記反応容器中へ4時間で滴下した後、更に同温度で2時間反応させることによって、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が10300のアクリル重合体の有機溶剤溶液(c2)を得た。
次いで「A−3」〔堺化学(株)製のiso−プロピルアシッドホスフェート〕4.3質量部と脱イオン水121質量部との混合物を5分間で滴下し、更に同温度で1時間撹拌して加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(c2)中のアクリル重合体の有する加水分解性シリル基と、前記PTMS及びDMDMS由来のポリシロキサンとが結合した複合樹脂含有液(C’−2)1000質量部を得た。
次いで、メチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−1)123質量部を添加し、更に、脱イオン水21質量部を添加して同温度で16時間撹拌し、加水分解縮合反応させることによって、前記含有液(C’−2)中の複合樹脂中間体に、更にメチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−1)が結合した複合樹脂中間体含有液(C−2)を得た。
合成例5〔複合樹脂中間体含有液(C−3)の調製例〕
メチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−1)291質量部の代わりにエチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−2)291質量部を使用した以外は、合成例3と同様の方法で、前記含有液(C’−1)中の複合樹脂中間体とエチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−2)とが結合した複合樹脂中間体含有液(C−3)1000質量部を得た。
合成例6〔複合樹脂中間体含有液(C−4)の調製例〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、、PnP 129質量部、PTMS 283質量部及びDMDMS 171質量部を仕込んで、80℃まで昇温した。
次いで、同温度で、MMA 21質量部、BMA 13質量部、BA 20質量部、AA 13質量部、MPTS 2.1質量部、PnP 58質量部及びTBPEH 3.5質量部を含有する混合物を、前記反応容器中へ4時間で滴下した後、更に同温度で2時間反応させることによって、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が9900のアクリル重合体の有機溶剤溶液(c4)を得た。
次いで、「A−3」〔堺化学(株)製のiso−プロピルアシッドホスフェート〕4.6質量部と脱イオン水129質量部との混合物を5分間で滴下し、更に同温度で1時間撹拌して加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(c4)中のアクリル重合体の有する加水分解性シリル基と、前記PTMS及びDMDMS由来のポリシロキサンとが結合した複合樹脂含有液(C’−4)1000質量部を得た。
次いで、前記複合樹脂中間体(C’−4)と前記メチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−1)130質量部とを混合し、更に、脱イオン水22質量部を添加して同温度で16時間撹拌し、加水分解縮合反応させることによって、前記複合樹脂中間体(C’−4)に、更にメチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−1)が結合した複合樹脂中間体含有液(C−4)を得た。
実施例1〔水性複合樹脂組成物(I)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、数平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(三菱化学(株)製PTMG−2000) 158質量部、イソホロンジイソシアネート(IPDI)66質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、ジメチロールプロピオン酸(DMPA)13質量部、ネオペンチルグリコール(NPG)5質量部、及びメチルエチルケトン(MEK)121質量部を、前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)30質量部、及びイソプロピルアルコール(IPA)285質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7400のポリウレタンの有機溶剤溶液(i)を製造した。
次いで、前記ポリウレタンの有機溶剤溶液(i)の全量と前記複合樹脂中間体含有液(C−1)158質量部とを混合し、攪拌下80℃で1時間、加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(i)中のポリウレタンが有する加水分解性シリル基と、前記含有液(C−1)中の複合樹脂中間体が有する加水分解性シリル基とが結合した複合樹脂の含有液(I’)を得た。
次いで、前記複合樹脂の含有液(I’)とトリエチルアミン(TEA)10質量部とを混合することで前記複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物と脱イオン水610質量部とを混合したものを、300〜10mmHgの減圧下で、40〜60℃の条件で4時間蒸留し、生成したメタノールや有機溶媒及び水を除去することで、不揮発分が35.0質量%の水性複合樹脂組成物(I)1000質量部を得た。
得られた水性複合樹脂組成物中の複合樹脂の[ポリシロキサン構造/複合樹脂]や[ビニル重合体構造/親水性基含有ポリウレタン構造]の質量割合は、表2に示した。
実施例2〔水性複合樹脂組成物(II)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、数平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(三菱化学(株)製PTMG−2000) 142質量部、IPDI 60質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、DMPA 12質量部、NPG 4質量部、及びMEK 110質量部を前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、APTES 27質量部、IPA 258質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7400のポリウレタンの有機溶剤溶液(ii)を得た。
次いで、前記ポリウレタンの有機溶剤溶液(ii)の全量と前記複合樹脂中間体含有液(C−1)209質量部とを混合し、攪拌下80℃で1時間加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(ii)中のポリウレタンの有する加水分解性シリル基と、前記含有液(C−1)中の複合樹脂中間体の有する加水分解性シリル基とが結合した複合樹脂の含有液(II’)を得た。
次いで、前記複合樹脂の含有液(II’)とTEA 13質量部とを混合することで前記複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物と脱イオン水610質量部とを混合したものを、実施例1と同様の条件で蒸留することによって、不揮発分が35.0質量%の水性複合樹脂組成物(II)1000質量部を得た。
実施例3〔水性複合樹脂組成物(III)の調製〕
複合樹脂中間体(C−1)209質量部の代わりに複合樹脂中間体(C−2)216質量部を使用し、かつTEA13質量部の代わりにTEA7質量部を使用した以外は実施例2と同様の方法で不揮発分が35.1質量%の水性複合樹脂組成物(III)1000質量部を得た。
実施例4〔水性複合樹脂組成物(IV)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、数平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(三菱化学(株)製PTMG−2000) 122質量部、IPDI 51質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、DMPA 10質量部、NPG 4質量部、及びMEK 94質量部を、前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、APTES 23質量部、及びIPA 221質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7500のポリウレタンの有機溶剤溶液(iv)を得た。
次いで、前記ポリウレタンの有機溶剤溶液(iv)の全量と前記複合樹脂中間体含有液(C−1)279質量部とを混合し、攪拌下80℃で1時間加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(iv)中のポリウレタンの有する加水分解性シリル基と前記含有液(C−1)中の複合樹脂中間体の有する加水分解性シリル基とが結合した複合樹脂の含有液(IV)を得た。
次いで、前記複合樹脂の含有液(IV)とTEA 14質量部とを混合することで複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物と脱イオン水610質量部とを混合したものを、実施例1と同様の条件で蒸留することによって、不揮発分が35.0質量%の水性複合樹脂組成物(IV)1000質量部を得た。
実施例5〔水性複合樹脂組成物(V)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、1,6−ヘキサンジオール骨格を有する数平均分子量2000のポリカーボネートポリオール(宇部興産(株)製 UH−200) 123質量部、IPDI 50質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、DMPA 10質量部、NPG 4質量部、及びMEK 94質量部を、前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、APTES 23質量部、IPA 221質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7300のポリウレタンの有機溶剤溶液(v)を得た。
次いで、前記ポリウレタンの有機溶剤溶液(v)の全量と前記複合樹脂中間体含有液(C−1)279質量部を混合し、攪拌下80℃で1時間加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(v)中のポリウレタンの有する加水分解性シリル基と前記含有液(C−1)中の複合樹脂中間体の有する加水分解性シリル基とが結合した複合樹脂の含有液(V’)を得た。
次いで、前記複合樹脂の含有液(V’)とTEAを14質量部とを混合することで、前記複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物と脱イオン水610質量部とを混合したものを、実施例1と同様の条件で蒸留することによって、不揮発分が35.0質量%の水性複合樹脂組成物(V)1000質量部を得た。
実施例6〔水性複合樹脂組成物(VI)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、ポリエステルポリオール 123質量部(「ネオペンチルグリコールと1,6−ヘキサンジオールとアジピン酸とを反応させて得られたポリエステルポリオール」水酸基当量1000g/当量)、IPDI 50質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、DMPA 10質量部、NPG 4質量部、及びMEK 94質量部を前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、APTES 23質量部、及びIPA 221質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7900のポリウレタンの有機溶剤溶液(vi)を得た。
次いで、前記ポリウレタンの有機溶剤溶液(vi)の全量と前記複合樹脂中間体含有液(C−1)279質量部とを混合し、攪拌下80℃で1時間加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(vi)中のポリウレタンの有する加水分解性シリル基と前記含有液(C−1)中の複合樹脂中間体の有する加水分解性シリル基とが結合した複合樹脂の含有液(VI’)を得た。
次いで、前記複合樹脂の含有液(VI’)とTEA 14質量部とを混合することで複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物と脱イオン水610質量部とを混合したものを、実施例1と同様の条件で蒸留することによって、不揮発分が35.0質量%の水性複合樹脂組成物(VI)1000質量部を得た。
実施例7〔水性複合樹脂組成物(VII)の調製〕
複合樹脂中間体含有液(C−1)279質量部の代わりに複合樹脂中間体含有液(C−2)288質量部を使用し、TEA14質量部の代わりにTEA6質量部を使用した以外は実施例4と同様にして、不揮発分が35.1質量%の水性複合樹脂組成物(VII)1000質量部を得た。
実施例8〔水性複合樹脂組成物(VIII)の調製〕
複合樹脂中間体(C−1)279質量部の代わりに複合樹脂中間体(C−3)279質量部を使用した以外は実施例4と同様にして不揮発分が35.1質量%の水性複合樹脂組成物(VIII)1000質量部を得た。
実施例9〔水性複合樹脂組成物(IX)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、数平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(三菱化学(株)製PTMG−2000) 61質量部、IPDI 26質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、DMPA 5質量部、NPG 2質量部、及びMEK 47質量部を前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、APTES 12質量部、及びIPA 110質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7500のポリウレタンの有機溶剤溶液(ix)を得た。
次いで、前記ポリウレタンの有機溶剤溶液(ix)の全量と前記複合樹脂中間体含有液(C−1)489質量部とを混合し、攪拌下80℃で1時間加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(ix)中のポリウレタンの有する加水分解性シリル基と前記含有液(C−1)中の複合樹脂中間体の有する加水分解性シリル基とが結合した複合樹脂の含有液(IX’)を得た。
次いで、前記複合樹脂の含有液(IX’)とTEA 16質量部とを混合することで、複合樹脂(II’)中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物と脱イオン水560質量部とを混合したものを、実施例1と同様の条件で蒸留することによって、不揮発分が35.0質量%の水性複合樹脂組成物(IX)1000質量部を得た。
実施例10〔水性複合樹脂組成物(X)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、数平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(三菱化学(株)製PTMG−2000) 77質量部、IPDI 32質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、DMPA 6質量部、NPG 2質量部、及びMEK 60質量部を前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、APTES 15質量部、及びIPA 140質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7600のポリウレタンの有機溶剤溶液(x)を得た。
次いで、前記ポリウレタンの有機溶剤溶液(x)の全量と前記複合樹脂中間体含有液(C−4)476質量部とを混合し、攪拌下80℃で1時間加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(x)中のポリウレタンの有する加水分解性シリル基と前記含有液(C−4)中の複合樹脂中間体の有する加水分解性シリル基とが結合した複合樹脂の含有液(X’)を得た。
次いで、前記複合樹脂の含有液(X’)とTEA 11質量部とを混合することで、複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物と脱イオン水560質量部とを混合したものを、実施例1と同様の条件で蒸留することによって水性複合樹脂組成物を得、次いで該組成物にGPTMS 0.9質量部を混合することによって、不揮発分が35.1質量%の水性複合樹脂組成物(X)1000質量部を得た。
比較例1〔比較用水性複合樹脂組成物(XI)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、PnP 60質量部、MTMS 365質量部及びDMDMS 32質量部を仕込んで、80℃まで昇温した。
次いで、同温度でMMA 93質量部、BA 53質量部、MPTS 27質量部、AA 7質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(2−HEMA)20質量部、PnP 10質量部、及びTBPEH 10質量部を含有する混合物を、前記反応容器中へ4時間かけて滴下した後、更に同温度で2時間反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が16000のアクリル重合体の有機溶剤溶液(xi)を得た。
次いで、前記アクリル重合体の有機溶剤溶液(xi)を含む反応容器中に、「A−3」〔堺化学(株)製のiso−プロピルアシッドホスフェート〕4.6質量部と脱イオン水154質量部との混合物を5分間で滴下し、更に80℃で10時間撹拌し加水分解縮合反応させることによって、前記有機溶剤溶液(xi)中のアクリル重合体の有する加水分解性シリル基に、MTMS及びDMDMS由来のポリシロキサンが結合した比較用複合樹脂の含有液(XI’)を得た。
次いで、前記比較用複合樹脂の含有液(XI’)とTEA 21質量部とを混合することで、前記比較用複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物と脱イオン水530質量部とを混合したものを、実施例1と同様の条件で蒸留することによって、不揮発分が40.3質量%の比較用水性複合樹脂組成物(XI)1000質量部を得た。
比較例2〔比較用水性複合樹脂組成物(XII)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、PnP 36質量部、IPA 80質量部、PTMS 32質量部、及びDMDMS 19質量部を仕込んで、80℃まで昇温した。
次いで、同温度で、MMA 9質量部、BMA 86質量部、BA 67質量部、MPTS 14質量部、AA 16質量部、PnP 14質量部及びTBPEH 14質量部を含有する混合物を、前記反応容器中へ4時間で滴下した後、更に同温度で2時間反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が13100のアクリル重合体の有機溶剤溶液(xii)を得た。
次いで、前記アクリル重合体の有機溶剤溶液(xii)を含む反応容器中に、「A−3」〔堺化学(株)製のiso−プロピルアシッドホスフェート〕0.9質量部と脱イオン水24質量部とを含む混合物を、5分間で滴下し、更に80℃で10時間撹拌し加水分解縮合反応させることによって、前記有機溶剤溶液(xii)中のアクリル重合体の有する加水分解性シリル基に、PTMS及びDMDMS由来のポリシロキサンが結合した比較用複合樹脂の含有液(XII’)を得た。
次いで、前記比較用複合樹脂の含有液(XII’)とTEA 18質量部とを混合することで前記比較用複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物とメチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−1)124質量部とを反応させた後、脱イオン水550質量部と混合し、実施例1と同様の条件で蒸留することによって、不揮発分が40.0質量%の比較用水性複合樹脂組成物(XII)1000質量部を得た。
比較例3〔比較用水性複合樹脂組成物(XIII)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、数平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(三菱化学(株)製PTMG−2000) 171質量部及びIPDI 72質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、DMPA 14質量部、NPG 5質量部、及びMEK 132質量部を、前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、APTES 33質量部、及びIPA 309質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7,500のポリウレタンの有機溶剤溶液(xiii)を得た
次いで、前記ポリウレタンの有機溶剤溶液(xiii)の全量と複合樹脂中間体の含有液(C−1)112質量部とを混合し、攪拌下80℃で1時間加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(xiii)中のポリウレタンと前記含有液(C−1)中の複合樹脂中間体とが結合した比較用複合樹脂の含有液(XIII’)を得た。
次いで、前記比較用複合樹脂の含有液(XIII’)とTEA 12質量部とを混合することで前記比較用複合樹脂(XIII’)中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物と脱イオン水610質量部とを混合したものを、実施例1と同様の条件で蒸留することによって、不揮発分が35.0質量%の水性複合樹脂組成物(IX)1000質量部を得た。
比較例4〔比較用水性複合樹脂組成物(XIV)の調製〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、数平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(三菱化学(株)製PTMG−2000) 187質量部、IPDI 78質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、DMPA 15質量部、NPG 6質量部、及びMEK 144質量部を、前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、APTES 36質量部、IPA 339質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7400のポリウレタンの有機溶剤溶液(xiv)を得た。
次いで、前記ポリウレタンの有機溶剤溶液(xiv)の全量と複合樹脂中間体含有液(C−1)56質量部とを混合し、攪拌下80℃で1時間加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(xiv)中のポリウレタンと前記含有液(C−1)中の複合樹脂中間体とが結合した比較用複合樹脂の含有液(XIV’)を得た。
次いで、前記複合樹脂の含有液(XIV’)とTEA 11質量部とを混合することで、前記比較用複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物と脱イオン水610質量部とを混合したものを、実施例1と同様の条件で蒸留することによって、不揮発分が35.0質量%の水性複合樹脂組成物(XIV)1000質量部を得た。
比較例5〔比較用水性複合樹脂組成物(XV)の調製例〕
攪拌機、温度計、滴下ロート、冷却管及び窒素ガス導入口を備えた反応容器に、数平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(三菱化学(株)製PTMG−2000) 27質量部、IPDI 11質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、DMPA 2質量部、NPG 1質量部、及びMEK 144質量部を、前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させた。
次いで、温度を50℃に下げ、APTES 5質量部、IPA 49質量部を前記反応容器中へ投入し反応させることで、カルボキシル基と加水分解性シリル基とを有する数平均分子量が7400のポリウレタンの有機溶剤溶液(xiv)を得た。
次いで、前記ポリウレタンの有機溶剤溶液(xiv)の全量と複合樹脂中間体含有液(C−1)676質量部とを混合し、攪拌下80℃で1時間加水分解縮合反応させることで、前記有機溶剤溶液(xiv)中のポリウレタンと前記含有液(C−1)中の複合樹脂中間体とが結合した比較用複合樹脂の含有液(XIV’)を得た。
次いで、前記複合樹脂の含有液(XIV’)とTEA 12質量部とを混合することで、前記比較用複合樹脂中のカルボキシル基を中和した中和物を得、次いで、該中和物と脱イオン水610質量部とを混合したものを、実施例1と同様の条件で蒸留することによって、不揮発分が35.0質量%の水性複合樹脂組成物(XIV)1000質量部を得た。
比較例6〔比較用水性複合樹脂組成物(XVI)の調製例〕
合成例1と同様の反応容器に、PnP 150質量部を仕込んで80℃まで昇温した。
次いで、同温度でMMA 60質量部、BMA 45質量部、BA 57質量部、AA 38質量部、PnP 50質量部、及びTBPEH 9質量部を含有する混合物を、前記反応容器中へ4時間かけて滴下した後、更に同温度で2時間反応させることで、カルボキシル基を有する数平均分子量が16000のアクリル重合体(xvi−1)を得た。
また、別の、合成例1と同様の反応容器に、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学(株)製PTMG−2000) 260質量部、IPDI 110質量部を仕込んで100℃まで昇温し、同温度で1時間反応させた。
次いで、温度を80℃に下げ、DMPA 22質量部、NPG 8質量部、及びMEK 400質量部を、前記反応容器中へ投入した後、更に80℃で5時間反応させることで、カルボキシル基を有する数平均分子量が7600のポリウレタン(xvi−2)を得た。
上記した、アクリル重合体(xvi−1) 109質量部、ポリウレタン(xvi−2) 656質量部、メチルトリメトキシシランの縮合物(a3’−1) 235質量部を混合することによりプラスチック基材用コーティング剤(XVI)1000質量部を得た。
第2〜4表に記載の保存安定性は、前記水性複合樹脂組成物の粘度(初期粘度)と、該水性複合樹脂組成物を50℃の環境下に30日間放置した後の粘度(経時粘度)とを測定し、経時粘度を初期粘度で除した値[経時粘度/初期粘度]で評価した。該値が概ね0.5〜3.0程度であれば、塗料などとして使用可能である。
また、前記[ポリシロキサン構造/複合樹脂]及び[ビニル重合体(a2)構造/親水性基含有ポリウレタン(a1)構造]は、複合樹脂(A)の製造に使用する原料の仕込み割合に基づいて求めた。なお、前記[ポリシロキサン構造/複合樹脂]の質量割合は、ポリシロキサン構造を形成する際に生成しうるメタノールやエタノール等の副生成物の生成を考慮し算出した。
Figure 2010001457
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前記した水性複合樹脂組成物(I)〜(X)及び比較用の水性複合樹脂組成物(XI)〜(XVI)からなる塗膜の諸物性を、下記評価方法に従って評価した。
また、前記水性複合樹脂組成物(I)〜(X)及び比較用の水性複合樹脂組成物(XI)〜(XVI)に、各種硬化剤を表5〜11記載の配合組成に従って混合して得られた各水性複合樹脂組成物からなる塗膜の諸物性もまた、下記評価方法に従って評価した。
前記硬化剤としては、下記のものを使用した。
「GPTMS」;3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
「MS−51」;三菱化学(株)製「MKCシリケートMS−51」(縮合度2〜9のポリメトキシシロキサン)
「EX−614B」;ナガセケムテックス(株)製「デナコールEX−614B」(エポキシ当量が173g/eqのエポキシ化合物)
「WS−500」;日本触媒(株)製「エポクロスWS−500」(オキサゾリン基の当量が220g/eqの1,3−オキサゾリン基含有水溶性樹脂の水溶液、不揮発分40質量%)
「V−02」;日清紡績(株)製「カルボジライトV−02」(カルボジイミド基の当量が600g/eqのカルボジイミド基含有水溶性樹脂の水溶液、不揮発分40質量%)
[塗膜の耐久性(耐溶剤性、耐酸性、耐クラック性)、耐候性、密着性の評価方法]
[試験板の作製方法]
(株)エンジニアリングテストサービス社製のクロメート処理されたアルミ板上に、前記水性複合樹脂組成物を膜厚が10μmとなるように塗装し、80℃の環境下で5分間乾燥させた後、更に140℃の環境下で10分間乾燥させることによって、アルミ板上に塗膜が積層された試験板(1)を得た。
また、日本テストパネル(株)社製の亜鉛(Zn)−鉄(Fe)溶融鋼板(表面未処理)上に、前記水性複合樹脂組成物を乾燥膜厚が2μmとなるように塗付し、150℃で5分間乾燥させることによって、前記亜鉛(Zn)−鉄(Fe)溶融鋼板上に塗膜が積層された試験板(2)を得た。
また、エンジニアリングテストサービス(株)社製のポリカーボネート(PC)基材上に、前記水性複合樹脂組成物を乾燥膜厚が10μmとなるように塗付し、80℃で20分間乾燥することによって、前記ポリカーボネート基材上に塗膜が積層された試験板(3)を得た。
[耐溶剤性の評価方法]
メチルエチルケトンを浸み込ませたフェルトを用い、試験板(1)〜(3)の表面の同一箇所を往復50回ラビングした。ラビング前とラビング後の塗膜の状態を指触及び目視により確認し、下記評価基準に従って評価した。
○:ラビング前後で軟化及び光沢低下が認められない。
△:ラビング前後で若干の軟化又は光沢低下が認められる。
×:ラビング前後で著しい軟化又は光沢低下が認められる。
なお、前記水性複合樹脂組成物が前記基材表面に密着せず試験板を作製できなかったものは、耐溶剤性の評価試験を行わなかった。表中「−」で示したものは、前記理由により評価試験を行わなかったことを示す。
[耐酸性の評価方法]
前記試験板(1)〜(3)の表面を5質量%の硫酸水溶液に浸した状態で25℃の温度下に24時間放置した後、該塗膜を水洗いし、次いで乾燥した塗膜の表面状態を目視により確認し、下記評価基準に従って評価した。
○:エッチング跡なし。
△:若干エッチング跡あり。
×:エッチング著しい。
なお、前記水性複合樹脂組成物が前記基材表面に密着せず試験板を作製できなかったものは、耐酸性の評価試験を行わなかった。表中「−」で示したものは、前記理由により評価試験を行わなかったことを示す。
[耐クラック性の評価方法]
前記水性複合樹脂組成物を、ガラス板上に塗膜の膜厚が10μmとなるように塗装し、80℃の環境下で5分間乾燥させた後、140℃の環境下で10分間乾燥させて塗膜を得た。
得られた試験板を、デューパネル光ウェザーメーター〔スガ試験機(株)製、光照射時:30W/m、60℃、湿潤時:湿度90%以上、40℃、光照射/湿潤サイクル=4時間/4時間〕を用いて1000時間の曝露試験を行った後、該試験板の表面の塗膜の外観を下記評価基準に従って目視で評価した。
○:塗膜表面にクラックの発生がみられない。
△:塗膜表面のごく一部に若干のクラックの発生がみられる。
×:塗膜表面全体にクラックの発生がみられる。
なお、前記水性複合樹脂組成物が前記基材表面に密着せず試験板を作製できなかったものは、耐クラック性の評価試験を行わなかった。表中「−」で示したものは、前記理由により評価試験を行わなかったことを示す。
[耐候性の評価方法]
前記試験板(1)〜(3)をデューパネル光ウェザーメーター〔スガ試験機(株)製、光照射時:30W/m、60℃、湿潤時:湿度90%以上、40℃、光照射/湿潤サイクル=4時間/4時間〕を用いて1000時間曝露試験した。
ここで、前記曝露試験前後の試験板の表面塗膜の鏡面光沢反射率を、スガ試験機(株)製のHG−268を用いて測定し、その光沢保持率を下記式に基づいて求めた。
〔100×(暴露試験後の塗膜の鏡面反射率)/(曝露試験前の塗膜の鏡面反射率)〕光沢保持率の値が大きいほど、耐候性が良好であることを示し、概ね80%以上であることが好ましい。
なお、前記水性複合樹脂組成物が前記基材表面に密着せず試験板を作製できなかったものは、耐候性の評価試験を行わなかった。表中「−」で示したものは、前記理由により評価試験を行わなかったことを示す。
[密着性の評価方法]
前記試験板(1)〜(2)を用い、JIS K−5400 碁盤目試験法に基づいて評価した。評価基準は下記の通りである。
また、前記水性複合樹脂組成物を、エンジニアリングテストサービス(株)社製のポリカーボネート(PC)基材、ポリエチレンテレフタレート(PET)基材、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)基材、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)基材、ポリスチレン(PS)基材、ポリ塩化ビニル(PVC)基材、及び6−ナイロン(NR)基材上に、乾燥膜厚が10μmとなるように塗付し、80℃で20分間乾燥することによって、各プラスチック基材上に塗膜が積層された試験板を作製した。
前記試験板表面に形成された塗膜の、プラスチック基材に対する密着性を、上記同様、JIS K−5400 碁盤目試験法にしたがって評価した。
◎:塗膜の剥がれが全く見られなかった。
○:塗膜のはがれた面積が、全碁盤目面積の30%未満であった。
△:塗膜のはがれた面積が、全碁盤目面積の30〜95%未満であった。
×:塗膜のはがれた面積が、全碁盤目面積の95%以上であった。
[基材追従性の評価方法]
塗膜の基材追従性は、塗膜の伸度に基づいて評価した。
はじめに、ポリプロピレンフィルムからなる基材上に前記水性複合樹脂組成物を、膜厚が200μmとなるように塗装し、140℃の環境下で5分間乾燥させた後、更に25℃の環境下で24時間乾燥させ、該基材から剥離したものを試験塗膜(10mm×70mm)とした。
前記試験塗膜の伸度の測定は、(株)島津製作所製のオートグラフAGS−1kNG(チャック間距離;20mm、引っ張り速度;300mm/min.、測定雰囲気:22℃、60%RH)を用いて行い、引張試験前の塗膜に対する伸び率に基づいて評価した。前記伸度は、概ね80%以上であることが実用上好ましい。
[耐食性の評価方法]
日本テストパネル(株)社製の亜鉛(Zn)−鉄(Fe)溶融鋼板(表面未処理)上に、前記水性複合樹脂組成物を乾燥膜厚が2μmとなるように塗付し、150℃で5分間乾燥させることによって得た前記試験板(2)を用い、JIS K−5400 9.1 耐塩水噴霧性試験に基づいて測定した。具体的には、前記試験板(2)の塗膜表面を、基材に到達する深さまでカッターナイフで傷を付け(クロスカット部)、スガ試験機(株)製塩水噴霧試験器にて塩水噴霧試験を実施し、240時間後の錆発生面積を目視により求めて評価した。評価は、カッターナイフによる傷をつけていない平面部と、クロスカット部の周辺部とに分けて行った。
<平面部>
◎:錆の発生及び錆に起因した塗膜の膨れや剥がれの生じた面積が、平面部全体に対して5%未満であった。
○:錆の発生及び錆に起因した塗膜の膨れや剥がれの生じた面積が、平面部全体に対して5%以上30%未満であった。
△:錆の発生及び錆に起因した塗膜の膨れや剥がれの生じた面積が、平面部全体に対して30%以上60%未満であった。
×:錆の発生及び錆に起因した塗膜の膨れや剥がれの生じた面積が、平面部全体に対して60%以上であった。
<クロスカット部の周辺部>
◎:クロスカット部の周辺部に錆の発生は見られず、錆に起因した塗膜の剥離等も見られなかった。
○:クロスカット部の周辺部に極微量の錆の発生が見られたが、それに起因した塗膜の剥離や膨れは見られなかった。
△:クロスカット部の周辺部に広く錆の発生が見られ、それに起因した塗膜の剥離や膨れが見られたものの、流れ錆はみられなかった。
×:クロスカット部の周辺部に広く錆の発生と、それに起因した塗膜の剥離や膨れが見られ、更に流れ錆による塗膜の汚染等が見られた。
[耐汚染性の評価方法」
前記試験塗膜を、大阪府高石市のDIC株式会社堺工場内において3ヶ月間の曝露試験を行った。
ここで、曝露試験後の未洗浄の試験塗膜と、曝露試験前の試験塗膜との色差(ΔE)を、コニカミノルタセンシング(株)製のCM−3500dを用いて評価した。前記色差(ΔE)が小さいほど、耐汚染性が良好であることを示す。
Figure 2010001457
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Claims (11)

  1. 親水性基含有ポリウレタン(a1)とビニル重合体(a2)とがポリシロキサン(a3)を介して結合した複合樹脂(A)、及び、水系媒体を含有してなり、前記複合樹脂(A)全体に対する前記ポリシロキサン(a3)由来の構造の質量割合が15〜55質量%の範囲であることを特徴とする水性複合樹脂組成物。
  2. 前記親水性基含有ポリウレタン(a1)がポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオールからなる群より選ばれる1種以上と親水性基含有ポリオールとを含むポリオール及びポリイソシアネートを反応させて得られるものである、請求項1に記載の水性複合樹脂組成物。
  3. 前記親水性基含有ポリウレタン(a1)と前記ビニル重合体(a2)との質量割合[(a2)/(a1)]が1/1〜1/20の範囲である、請求項1に記載の水性複合樹脂組成物。
  4. 前記親水性基含有ポリウレタン(a1)と前記ポリシロキサン(a3)との結合が、前記親水性基含有ポリウレタン(a1)の有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基と前記ポリシロキサン(a3)の有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基との反応によって形成されるものであり、かつ前記ビニル重合体(a2)と前記ポリシロキサン(a3)との結合が、前記ビニル重合体(a2)の有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基と前記ポリシロキサン(a3)の有する加水分解性シリル基及び/またはシラノール基との反応によって形成されるものである、請求項1に記載の水性複合樹脂組成物。
  5. 前記ビニル重合体(a2)が、加水分解性シリル基含有ビニル単量体及びシラノール基含有ビニル単量体からなる群より選ばれる1種以上を含むビニル単量体を重合して得られるものである、請求項1に記載の水性複合樹脂組成物。
  6. 前記ポリシロキサン(a3)が、ケイ素原子に結合した芳香族環式構造、ケイ素原子に結合した炭素原子数1〜3個を有するアルキル基、及びケイ素原子に結合した炭素原子数1〜3個を有するアルコキシ基からなる群より選ばれる1種以上を有するものである、請求項1に記載の水性複合樹脂組成物。
  7. 前記ポリシロキサン(a3)が、下記一般式(I)及び(II)からなる群より選ばれる1種以上の構造を有するポリシロキサン(a3−1)と、アルキル基の炭素原子数が1〜3個であるアルキルトリアルコキシシランの縮合物(a3−2)との反応物である、請求項1に記載の水性複合樹脂組成物。
    Figure 2010001457

    Figure 2010001457
    〔一般式(I)及び(II)中のRはケイ素原子に結合した炭素数が4〜12の有機基、R及びRは、それぞれ独立してケイ素原子に結合したメチル基又はケイ素原子に結合したエチル基を表す。〕
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載の水性複合樹脂組成物を含んでなるコーティング剤。
  9. 請求項1〜7のいずれかに記載の水性複合樹脂組成物を含んでなるプライマーコート剤。
  10. 基材上に、請求項9に記載のプライマーコート剤を用いて得られるプライマー層を有し、該プライマー層上にトップコート層を有する積層体。
  11. 以下の(I)〜(IV)の工程からなる請求項1に記載の水性複合樹脂組成物の製造方法。
    (I)有機溶剤の存在下で、加水分解性シリル基含有ビニル単量体及びシラノール基含有ビニル単量体からなる群より選ばれる1種以上を含むビニル単量体を重合することによってビニル重合体(a2)の有機溶剤溶液を得る工程、
    (II)前記ビニル重合体(a2)の有機溶剤溶液の存在下で、前記ビニル重合体(a2)とシラン化合物とを反応させることによって、ビニル重合体(a2)にポリシロキサン(a3)が結合した樹脂(C)の有機溶剤溶液を得る工程、
    (III)前記樹脂(C)と、親水性基含有ポリウレタン(a1)とを混合し反応させることによって、前記ビニル重合体(a2)と親水性基含有ポリウレタン(a1)とが前記ポリシロキサン(a3)を介して結合した複合樹脂(A)の有機溶剤溶液を得る工程、
    (IV)前記複合樹脂(A)の有する親水性基を中和し、該中和物を水系媒体中に溶解または分散する工程。
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