JP2010065075A - 耐汚れ付着性に優れた塗装鋼板用塗料および塗装鋼板 - Google Patents

Abstract

【課題】耐汚れ付着性および加工性に優れた塗装鋼板を与える塗料を提供する。
【解決手段】（Ａ）重量平均分子量が８０００〜５００００の有機樹脂と、（Ｂ）下記一般式（Ｂ１）で表される化合物を含む塗料。
【化１】

式中、Ｒ_１〜Ｒ_４は、炭素数１〜５のアルキル基であって、Ｒ_１〜Ｒ_４の少なくとも１つは炭素数２〜５のアルキル基であり、ｎは、１〜１０の整数である。
【選択図】図１

Description

本発明は耐汚れ付着性に優れた塗装鋼板用塗料および塗装鋼板に関する。

塗装鋼板は、優れた外観性、耐久性等から、外装建材等に用いられている。しかし、近年、自動車の排ガスや工場からの排煙等に起因した親油性の汚染物質が付着して、塗装鋼板の外観を低下させることが問題となっていた。このことを解決するために、特許文献１には、テトラメチルシリケートやテトラエチルシリケート等のシラン化合物またはその縮合物を含む塗料が開示されている。この塗料から得られる塗膜は、シラン化合物やその縮合物の加水分解物により塗膜表面が親水性になるため、親油性汚染物質が付着しにくいとされる。
さらに、特許文献２には、シラン化合物と、中性顔料またはオルトギ酸エステル等を含む塗料が開示されている。この塗料から得られる塗膜は、塗装工程においてシラン化合物が自己縮合や他成分と縮合反応を起こしにくいため、塗膜表面に濃化しやすく、塗膜表面をより親水化しやすいとされる。

ところで、最近は外装建材においても複雑な形状のものが望まれている。そのため、外装建材として用いられる塗装鋼板にも高度な加工に耐えられること（「加工性に優れる」ともいう）が求められている。
しかしながら、前記特許文献に開示されている塗料を塗装してなる塗装鋼板は、親油性汚染物質が付着しにくい（「耐汚れ付着性に優れる」ともいう）ものの、高度な加工には耐えられないことがあった。
特開平７−３３１１３６号公報 特開２００２−１１５７９３号公報

発明者らは、予備的に前記特許文献に開示されている塗料を塗装してなる塗装鋼板についてその加工性を検討した。その結果、このような塗装鋼板は、塗膜の主成分をなす樹脂（「マトリックス樹脂」ともいう）の分子量が低いため、加工性が十分でないことを見出した。しかし一方で、発明者らはマトリックス樹脂を高分子量とすると、シラン化合物が塗膜表面に濃化しにくくなることも見出した。
すなわち、耐汚れ付着性および加工性に優れた塗装鋼板が求められていたが、未だこれらの性能を満足する塗装鋼板はなかった。かかる事情に鑑み、本発明は耐汚れ付着性および加工性に優れた塗装鋼板を提供することを目的とする。

発明者は鋭意検討した結果、特定の分子量の有機樹脂と特定のシラン化合物を含む塗料により上記課題が解決できることを見出した。すなわち上記課題は以下の本発明により解決される。

［１］（Ａ）重量平均分子量が８０００〜５００００の有機樹脂と、（Ｂ）下記一般式（Ｂ１）で表される化合物を含む、塗料。

式中、Ｒ_１〜Ｒ_４は、炭素数１〜５のアルキル基であって、Ｒ_１〜Ｒ_４の少なくとも１つは炭素数２〜５のアルキル基であり、ｎは、１〜１０の整数である。
［２］前記一般式（Ｂ１）においてＲ_１またはＲ_４は炭素数２〜５のアルキル基であり、Ｒ_２またはＲ_３はメチル基である、［１］記載の塗料。
［３］前記一般式（Ｂ１）においてＲ_１とＲ_４はエチル基であってＲ_２とＲ_３はメチル基である、または、Ｒ_１はエチル基であってＲ_２とＲ_３とＲ_４はメチル基である、［１］または［２］記載の塗料。
［４］前記（Ａ）有機樹脂は、ポリエステル樹脂である、［１］〜［３］のいずれかに記載の塗料。
［５］オルトギ酸エステル、オルト酢酸エステルまたはオルトホウ酸エステルをさらに含む、［１］記載の塗料。
［６］鋼板の表面に、［１］に記載の塗料を塗装してなる塗膜を有する、塗装鋼板。

本発明により、本発明は耐汚れ付着性および加工性に優れた塗装鋼板が提供できる。

１．塗料
本発明の塗料は、（Ａ）重量平均分子量が８０００〜５００００の有機樹脂と、（Ｂ）前記一般式（Ｂ１）で表される化合物を含むことを特徴とする。

（Ａ）重量平均分子量が８０００〜５００００の有機樹脂
有機樹脂とは、有機系の高分子化合物である。本発明の有機樹脂には通常、塗装鋼板に用いられる樹脂が使用できる。このような樹脂の例には、ポリエステル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂とアクリル樹脂の混合樹脂、溶剤可溶型フッ素樹脂、シリコーンポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニリデン樹脂等が含まれる。この中でも、本発明の有機樹脂としてはポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂は、塗膜強度、加工性等に優れた塗膜を与えるからである。ポリエステル樹脂とは、多塩基酸と多価アルコールを脱水しながらエステル化反応して得られる樹脂である。

本発明の有機樹脂の重量平均分子量は、８０００〜５００００であり、好ましくは１００００〜１５０００である。重量平均分子量は、ＧＰＣによりポリスチレン換算して求められることが好ましい。分子量がこの範囲にある有機樹脂を含む塗膜は加工性に優れる。本発明において記号「〜」はその両端の数値を含む。

（Ｂ）前記一般式（Ｂ１）で表される化合物
本発明の塗料は、前記一般式（Ｂ１）で表される化合物を含む。

式（Ｂ１）において、Ｒ_１〜Ｒ_４は、炭素数１〜５のアルキル基であって、Ｒ_１〜Ｒ_４の少なくとも１つは炭素数２〜５のアルキル基である。炭素数１〜５のアルキル基の例には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基が含まれる。プロピル基、ブチル基、ペンチル基は、その異性体を含む。ｎは、１〜５の整数である。

式（Ｂ１）で表されるシラン化合物（「本発明のシラン化合物」ともいう）は、塗装工程において塗膜表層に移行し、当該箇所に濃化して存在する。そしてシラン化合物のアルコキシ基が水酸基に加水分解され、塗膜表面に親水性が付与される。前述のとおり本発明は加工性を高めるために高分子量の有機樹脂を用いている。高分子量の有機樹脂を含む塗料においては、シラン化合物は塗装工程において塗膜表層へ移行しにくい。これは、塗装工程において形成される塗布膜が流動性に乏しいためと推察される。
また、本発明の塗料は、後述するように、架橋剤としてブチル化メラミン樹脂等のアルキル化メラミン樹脂が配合されることがある。アルキル化メラミン樹脂は、塗装工程において、塗膜表層に移行することがあり、本発明のシラン化合物が塗膜表層へ移行することを一層妨げる可能性がある。

ところが、発明者らは、前記式（Ｂ１）で表されるような、炭素数の多いアルコキシ基を有するシラン化合物が、高分子量の有機樹脂を含む塗料においても塗膜表層へ移行しやすいことを見出した。これは、炭素数の多いアルコキシ基を有するシラン化合物の表面自由エネルギーが低く、製膜時に塗布膜表面に移行しやすくなるためと推察される。
よって、式（Ｂ１）で表される化合物であって、Ｒ_１〜Ｒ_４少なくとも１つは炭素数２〜５のアルキル基である化合物を含む本発明の塗膜は、マトリックス樹脂に高分子量の有機樹脂を用いたり、さらにアルキル化メラミン樹脂等の架橋剤を用いたりしても、前記のような不具合が生じない。

一方で、炭素数の多いアルコキシ基は、塗膜表層において加水分解しにくい傾向がある。そのため、本発明のシラン化合物の末端に存在するＲ_１またはＲ_４が炭素数１〜５のアルキル基であり、本発明のシラン化合物の側鎖に存在するＲ_２またはＲ_３がメチル基であることが好ましい。このようなシラン化合物は、塗膜表層への移行のしやすさと加水分解しやすさのバランスに優れるからである。

また、ｎは１〜５であることがより好ましい。シラン化合物の塗膜表層への移行のしやすさと加水分解しやすさのバランスに優れるからである。また、塗料としたときの溶解性にも優れるからである。

さらに、本発明のシラン化合物は、式（Ｂ２）または式（Ｂ３）で表される化合物であることがより好ましい。塗膜表層への移行のしやすさと加水分解しやすさのバランスにさらに優れるからである。式（Ｂ２）で表される化合物とは、一般式（Ｂ１）においてＲ_１とＲ_４がエチル基、Ｒ_２とＲ_３がメチル基である化合物である。式（Ｂ３）で表される化合物とは、一般式（Ｂ１）においてＲ_１がエチル基、Ｒ_２とＲ_３とＲ_４がメチル基である化合物である。
式（Ｂ２）、（Ｂ３）においてｎは、１〜１０の整数であるが、２〜４の整数であることが好ましい。式（Ｂ２）、（Ｂ３）で表される化合物は任意の範囲で混合して用いてよい。

本発明のシラン化合物の含有量は、（Ａ）有機樹脂１００質量部に対して、０．５〜２０質量部であることが好ましい。前記含有量が０．５質量部未満であると、塗膜表面を親水化する効果が十分でないことがある。また、前記含有量が２０質量部を超えると、塗膜の加工性が低下することがある。

本発明のシラン化合物はアルコキシル基の種類が単一もしくは２種類以上の特殊な構造を有しており、メチルシリケートやエチルシリケート等のシリケートモノマーの加水分解縮合により合成される。加水分解縮合によるシラン化合物はオリゴマーレベルではあるが、分子量の調整が可能である。

（Ｃ）脱水剤
本発明の塗料は、オルトギ酸エステル、オルト酢酸エステルまたはオルトホウ酸エステルを含むことが好ましい。オルトギ酸エステル等は、塗料中の水分と反応してアルコールとエステルに分解される。そのため塗料中の水分を減少させ、シラン化合物のアルコキシル基の加水分解を抑制し、ひいては、塗料中でシラン化合物が重合することを防げる。その結果、塗装時にシラン化合物の塗膜表層への移行が妨げられることがなく、塗膜表層にシラン化合物を濃化させやすくなる。

オルトギ酸エステルとは、オルトギ酸（ＨＣ（ＯＨ）_３）のエステルであり、その例には、オルトギ酸トリメチル、オルトギ酸トリエチルが含まれる。
オルト酢酸エステルとは、オルト酢酸（ＣＨ_３Ｃ（ＯＨ）_３）のエステルであり、その例には、オルト酢酸トリメチル、オルト酢酸トリエチルが含まれる。
オルトホウ酸エステルとは、オルトホウ酸（Ｂ（ＯＨ）_３）のエステルであり、その例には、オルトホウ酸トリメチル、オルトホウ酸トリエチルが含まれる。
これらは、塗料から水分を除去する作用を奏するため、「脱水剤」とも呼ばれる。

本発明の塗料は、オルトギ酸エステル、オルト酢酸エステルまたはオルトホウ酸エステルを単独で含んでいてもよいし、複数種類含んでいてもよい。これらの脱水剤は、（Ａ）有機樹脂１００質量部に対して、１〜５０質量部であることが好ましい。前記含有量が１質量部未満であると、シラン化合物の塗料中における縮合反応を抑制する効果が十分でないことがある。また、前記含有量が５０質量部を超えると、塗料の粘度が低下し、塗装作業性が低下することがある。

（Ｄ）架橋剤
本発明の塗料は、前述のとおり架橋剤を含んでいてもよい。架橋剤としては公知ものものを用いてよいが、その例には、メラミン樹脂、ポリイソシアネート化合物、エポキシ樹脂等が含まれる。特に本発明においては、（Ａ）成分としてポリエステル樹脂を用いることが好ましいため、架橋剤としてメラミン樹脂を用いることが好ましい。メラミン樹脂は、ポリエステル樹脂中の水酸基と反応しうるため、塗膜の強度等を向上させる。
特に、メラミン樹脂としては、複素環に置換している窒素原子にブトキシメチル基等のアルコキシメチル基が結合しているアルキル化メラミン樹脂であることが好ましい。塗料の保存安定性を損なうことなく、塗装工程においては速やかに架橋反応を起こしうるからである。

アルキル化メラミン樹脂の配合量は、（Ａ）有機樹脂１００質量部に対し、３〜３０質量部であることが好ましく、５〜３０質量部であることがより好ましい。メラミン樹脂の配合量が少なすぎると塗膜の架橋密度が小さくなり、耐湿性や耐薬品性、耐溶剤性等が低下し、逆に多すぎると塗膜の加工性が損なわれることがある。

（Ｅ）その他の成分
本発明の塗料は発明の効果を損なわない範囲で、上記以外の添加物を含んでいてもよい。このような添加物の例には、着色顔料、着色染料等が含まれる。

２．塗料の製造方法
本発明の塗料は、発明の効果を損なわない範囲で任意に製造できる。すなわち、各成分を、公知の混合手段で混合して得てよい。公知の混合手段の例には、ビーズミル等の混練基、ディスパーザー等の分散機が含まれる。
本発明の塗料に用いられる溶剤も公知のものを用いてよい。本発明の塗料は、固形分濃度が、５０〜７０質量％であることが好ましい。

３．本発明の塗料を塗装してなる塗装鋼板
本発明の塗料を鋼板の表面に塗装すると、本発明の塗料から形成された塗膜を有する塗装鋼板料が得られる。塗装は、塗料を鋼板に塗布した後、乾燥して行われる。塗布された膜のうち、乾燥前の膜を「塗布膜」、乾燥後の膜を「塗膜」と呼ぶ。

図１は、本発明の塗装鋼板の一態様を示す。図中、１０は鋼板、２０は塗膜、２１はシラン化合物の濃化層、３０は下塗り塗膜である。

鋼板１０の例には、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌ合金めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、ステンレス鋼板等が含まれる。鋼板は、必要に応じて脱脂、酸洗、クロメート処理、クロムフリー処理、リン酸塩処理等の塗装前処理が施される。

本発明における塗膜２０の膜厚は、５〜２５μｍであることが好ましい。耐汚れ付着性および加工性に優れた塗装鋼板を与えるからである。

本発明の塗装鋼板は、図１に示すとおり、鋼板と塗膜の間に下塗り塗膜を有していてもよい。下塗り塗膜は公知の塗料を塗装して形成してよい。下塗り塗料の例には、エポキシ塗料、ウレタン塗料、エポキシウレタン塗料、ポリエステル塗料、アクリル塗料等の塗料が含まれる。下塗り塗膜の膜厚は３〜５μｍ程度が好ましい。防食性、塗膜密着性、加工性に優れるからである。下塗り塗膜に含有される防錆顔料は、クロム系、クロムフリー系のいずれでもよい。

４．塗装鋼板の製造方法
本発明の塗装鋼板は、発明の効果を損なわない程度で任意に製造できるが、以下その好ましい製造方法を記載する。
本発明の塗装鋼板は、
（ａ）本発明の塗料を鋼板に塗布する工程、および
（ｂ）前記鋼板を加熱する工程、を経て製造されることが好ましい。

（ａ）の工程において、塗料を鋼板に塗布する方法の例には、ロールコート、カーテンコート、ダイコート、ナイフコートによる方法が含まれるが特に限定されない。塗布膜の厚みは、最終的に得られる塗膜が所望の膜厚となるように調整される。
（ｂ）の工程（「焼付工程」ともいう）は、１５０〜３００℃において、２０〜１２０秒程度加熱して行われることが好ましい。

［実施例１］
（Ａ）成分として重量平均分子量が１４０００のポリエステル樹脂を準備した。（Ｂ）成分として、前記式（Ｂ１）と（Ｂ２）を含むシラン化合物１（コルコート社製、エチルメチルシリケートＥＭＳ−４８５）を準備した。（Ｃ）成分として、ＯＦＥ（オルソ蟻酸エチル）を、（Ｄ）成分としてブチル化メラミン樹脂を準備した。
有機溶媒と、８０質量部の（Ａ）と、７質量部の（Ｂ）と、１０質量部の（Ｃ）と、２０質量部の（Ｄ）をミルを用いてよく混合し、固形分５６質量％の塗料１を製造した。

両面当りＺｎ付着量１２０ｇ／ｍ^２の溶融亜鉛めっき鋼板に、常法に従って表面調整およびクロメート処理を施した。次に、この鋼板にポリエステルプライマ塗料（Ｐ９８プライマ：日本ファインコーティングス株式会社製）を塗布し、最高到達板温度２１５℃で２０〜３０秒間加熱して乾燥膜厚７μｍの下塗り塗膜を形成した。続いて、この鋼板に塗料１を塗布し、最高到達板温度２３０℃で４０秒間加熱して、塗装鋼板を得た。塗料１から形成された塗膜の乾燥膜厚は１７μｍであった。

得られた塗装鋼板から試験片を切り出し、塗膜表面の親水性と耐汚れ付着性を評価した。親水性は、接触角測定器を用いて塗膜表面と水との静的接触角を測定し、接触角の大小により評価した。結果を表１に示す。

耐汚れ付着性は、図２に示すように評価した。
１）試験片５０を千葉県市川市の屋外に、南に向けて垂直配置した。
２）長さ２０ｃｍの塩化ビニル製波板６０を、前記試験片５０の上に雨水が流れ落ちるように、試験片５０近傍に配置した。その際、塩化ビニル製波板６０は水平に対して２０度傾くように配置された。
３）この状態で３ヶ月間曝露試験を行い、試験片から２ｍ離れた位置で試験片５０表面を目視で観察した。雨筋汚れのない試験片を○、明確な雨筋汚れが観察された試験片を×と評価した。

本発明の塗膜の加工性は、ＪＩＳ Ｋ５６００−５−１に準拠し、直径２ｍｍのマンドレルでＴ曲げ試験を行ったのち、塗膜を目視で観察して評価した。
塗膜割れ等の不良が認められないものを○、不良が認められたものを×と評価した。

［実施例２］
重量平均分子量が１４０００ポリエステル樹脂の代わりに重量平均分子量が１１０００のポリエステル樹脂を用いた以外は、実施例１と同様にして塗装鋼板を製造し、評価した。
［実施例３］
式１で表されるシラン化合物１の分子量を高くしたシラン化合物２（コルコート社製、メチルシリケート５３Ａ）を使用した以外は実施例と同様にして塗装鋼板を製造し評価した。結果を表１に示す。

［比較例１〜４］
比較用シラン化合物として、式（１）で表されるシラン化合物３（コルコート社製、メチルシリケート５１）を準備した。シラン化合物１の代わりに、シラン化合物３を用い、ポリエステル樹脂として表１に示すとおりの樹脂を用いた以外は実施例１と同様にして、塗装鋼板を製造し評価した。結果を表１に示す。

式（１）において、ｎは１〜１０の整数である。

実施例と比較例から、本発明の塗料は、耐汚れ付着性、加工性に優れる塗装鋼板を与えることが明らかである。

本発明の塗料は、耐汚れ付着性、加工性に優れる塗装鋼板を与えるため、外装用建材として有用である。

本発明の塗装鋼板の一態様を示す断面図 本発明の塗装鋼板の耐汚れ付着性試験を示す断面図

符号の説明

１０ 鋼板
２０ 塗膜
２１ シラン化合物濃化層
３０ 下塗り塗膜
５０ 試験片
６０ 塩化ビニル製波板

Claims (6)

1. （Ａ）重量平均分子量が８０００〜５００００の有機樹脂と、（Ｂ）下記一般式（Ｂ１）で表される化合物を含む、塗料。
   

   

   ［式中、Ｒ_１〜Ｒ_４は、炭素数１〜５のアルキル基であって、Ｒ_１〜Ｒ_４の少なくとも１つは炭素数２〜５のアルキル基であり、ｎは、１〜１０の整数である］
2. 前記一般式（Ｂ１）においてＲ_１またはＲ_４は炭素数２〜５のアルキル基であり、Ｒ_２またはＲ_３はメチル基である、請求項１記載の塗料。
3. 前記一般式（Ｂ１）においてＲ_１とＲ_４はエチル基であってＲ_２とＲ_３はメチル基である、または、Ｒ_１はエチル基であってＲ_２とＲ_３とＲ_４はメチル基である、請求項１記載の塗料。
4. 前記（Ａ）有機樹脂は、ポリエステル樹脂である、請求項１記載の塗料。
5. オルトギ酸エステル、オルト酢酸エステルまたはオルトホウ酸エステルをさらに含む、請求項１記載の塗料。
6. 鋼板の表面に、請求項１に記載の塗料を塗装してなる塗膜を有する、塗装鋼板。

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