JP2011213941A - 水系塗料組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、ヒドロキシル基含有重合性単量体を2〜15質量%含有する(メタ)アクリル系単量体を重合してなる(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)、シリコーン樹脂水分散体(B)、及びHLBが16〜20である高HLB界面活性剤(C)を含む水系塗料組成物であって、この高HLB界面活性剤(C)を(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)100質量部に対し0.2〜2質量部含有する水系塗料組成物である。
【選択図】なし
Description
[1] ヒドロキシル基含有重合性単量体を2〜15質量%含有する(メタ)アクリル系単量体を重合してなる(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)、シリコーン樹脂水分散体(B)、及びHLBが16〜20である高HLB界面活性剤(C)を含む水系塗料組成物であって、この高HLB界面活性剤(C)を(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)100質量部に対し0.2〜2質量部含有する水系塗料組成物。
[2] (メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)の粒子径が、110〜250nmである[1]に記載の水系塗料組成物。
[3] (メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)とシリコーン樹脂水分散体(B)の質量比が、80〜20/20〜80の範囲内である[1]又は[2]に記載の水系塗料組成物。
[4] (メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)が、紫外線吸収剤及び/又は光安定剤の存在下で乳化重合することによって形成される[1]〜[3]のいずれか1項に記載の水系塗料組成物。
[5] [1]〜[4]のいずれか1項に記載の水系塗料組成物の製造方法であって、1)(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)を形成する工程、並びに2)(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)、シリコーン樹脂水分散体(B)、及び高HLB界面活性剤(C)を混合する工程をこの順に含む水系塗料組成物の製造方法。
[6] [1]〜[4]のいずれか1項に記載の水系塗料組成物の製造方法であって、1)(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)を形成する工程、2)(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)及び高HLB界面活性剤(C)の混合液を作る工程、並びに、3)(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)と高HLB界面活性剤(C)の混合液にシリコーン樹脂水分散体(B)を混合する工程をこの順に含む水系塗料組成物の製造方法。
本発明の水系塗料組成物において、シリコーン樹脂水分散体(B)と併用される(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)は、ヒドロキシル基含有重合性単量体を2〜15質量%含有する(メタ)アクリル系単量体を重合してなる(メタ)アクリ系重合体エマルジョンである。(メタ)アクリル系重合体エマルジョンは、安定性が良く、単独では鮮鋭性がある透明な塗膜を形成することが特徴である。しかし、この(メタ)アクリル系重合体エマルジョンとシリコーン樹脂水分散体(B)とを混合してなる水系塗料組成物からは、低光沢かつ半透明な塗膜を得ることができる。また、通常、単独クリアー塗膜の場合、水系塗料組成物におけるヒドロキシル基含有重合性単量体の量が多いほど、塗膜の光沢が上昇することに対し、本発明者は、所定量のヒドロキシル基含有重合性単量体を用いて形成した(メタ)アクリル系重合体エマルジョンをシリコーン樹脂水分散体(B)と混合することによって、得られる塗膜の光沢が低下するという非常に面白い現象を見出した。以下、(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)を製造する際の使用原料の詳細について説明する。
本発明で使用されるヒドロキシル基含有重合性単量体の具体例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレートなどのヒドロキシル基含有(メタ)アクリレートが挙げられ、これらの群から選ばれた1または2以上を使用することができる。特に好ましくは、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートである。これらのヒドロキシル基含有重合性単量体の1種類以上を、(メタ)アクリル系重合体エマルジョンを得るために使用する重合性単量体全体に対して、2〜15質量%用いることが重要である。このような単量体から得られた(メタ)アクリル系エマルジョンを、シリコーン樹脂水分散体(B)と混合することによって、優れた耐水性を有し、低光沢かつ半透明な塗膜を形成することが可能となる。特に耐水性の観点から、ヒドロキシル基含有重合性単量体を3〜10質量%用いることが最も好ましい。
(メタ)アクリル系重合体エマルジョンの調製に使用されるアルコキシシラン基含有重合性単量体としては、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(β−メトキシエトキシ)シラン、ビニルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシランなどが挙げられ、これらの群から選ばれた1または2以上を使用することができる。特に好ましくは、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランである。さらに、(メタ)アクリル系重合体エマルジョンを得るために使用する重合性単量体全体に対して、0.1〜10質量%のアルコキシシラン基含有重合性単量体を使用することが好ましい。特に重合安定性、配合安定性、得られる塗膜の耐水性の観点から、0.1〜5質量%が好ましい。
(メタ)アクリル系重合体エマルジョンの調製で使用されるカルボキシル基含有重合性単量体の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸などが挙げられ、これらの群から選ばれた1または2以上を使用することができる。特にアクリル酸とメタクリル酸が好ましい。さらに、(メタ)アクリル系重合体エマルジョンを得るために使用する重合性単量体全体に対して、0.5〜10質量%のカルボキシル基含有重合性単量体を使用することが好ましい。特にシリコーン樹脂水分散体とブレンド後の貯蔵安定性の観点から1〜5質量%が好ましい。
本発明の水系塗料組成物において、(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)と併用されるシリコーン樹脂水分散体(B)には、オルガノポリシロキサンを乳化剤の存在下で水性媒体中に乳化分散させてなる乳化組成物が包含される。
本発明の水系塗料組成物においては、保存安定性を向上させるために、HLBが16〜20の高HLB界面活性剤が用いられる。特に、この高HLB界面活性剤は、16より大きいHLBを有することが好ましく、18より大きいHLBを有することが更に好ましい。ここで言うHLBは、グリフィンの式(HLB=20×(分子中における親水基の質量比))で算出した値である。好適な界面活性剤は、ポリオキシエチレンアルキル(C12〜15)エーテルである。日本乳化剤株式会社から入手されるNEWCOL(登録商標)界面活性剤が、本発明において特に有用であることが見出された。特に、HLBが16.4のNEWCOL(登録商標)2320、HLBが19.2のNEWCOL(登録商標)2399Sは、最も好ましい。花王株式会社から入手されるHLBが18.3のエマルゲン150も好適である。
乳化重合後に得られた(メタ)アクリル系重合体エマルジョンを100メッシュの濾布で凝固物を濾過し、その残渣質量を(メタ)アクリル系重合体エマルジョンの質量で割り、残渣率とした。
○ :残渣率が100ppm未満
△ :残渣率が100ppm以上、1000ppm未満
× :多量の凝集物が発生
得られた(メタ)アクリル系重合体エマルジョンの平均粒子径を、リーズ&ノースラップ社製のマイクロトラック粒度分布計にて測定した。
(メタ)アクリル系重合体エマルジョンを105℃にて3時間乾燥させた後の乾燥質量である。より詳細には、予め質量の分かっているアルミ皿に、約1gの(メタ)アクリル系重合体エマルジョンを正確に秤量し、恒温乾燥機で105℃にて3時間乾燥した後、シリカゲルを入れたデシケーター中で、30分放冷後に精秤する。当該物質の乾燥後質量を乾燥前質量で割ったものを固形分率とした。
水系塗料組成物を250mmのポリカップに8分目までに入れ、初期粘度、及び50℃に4週間貯蔵した後の粘度を測定し、粘度変化率(小数点四捨五入)として評価した。ここでの粘度は、東機産業(株)製TVB−10M型粘度計を用い、60rpmにて測定した。
◎;初期粘度に比較し、粘度変化率が20%以下である。
○;初期粘度に比較し、粘度変化率が30%以下である。
△;初期粘度に比較し、粘度変化率が40%以下である。
×;初期粘度に比較し、粘度変化率が41%以上である。
水系塗料組成物をワイヤーコーターNo.50を用いて、ABS板に塗布し、100℃、5分強制乾燥させた後、50℃、1週間乾燥させた。乾燥後の塗膜について、光沢計(マイクロトリグロスμ、BYKガードナー社製)にて60°グロス光沢を測定した。
60以上;光沢がある。
50〜59;光沢が少しある。
50以下;光沢がない。
この水接触角は、塗膜の撥水性を測る尺度であり、この値が大きいほど撥水性が高い。
水系塗料組成物をワイヤーコーターNo.50を用いて、ガラス板に塗布し、80℃のオーブンに5分放置させた。さらに室温で1日間放置させた後、温度23℃、湿度50%の雰囲気下で水接触角を測定した。水接触角が100度±3であるならば、撥水性が高いと判断する。水接触角を、協和界面科学(株)製CA−X150型接触角測定器にて測定した。
水系塗料組成物をワイヤーコーターNo.50を用いて、硫酸アルマイト板に塗布し、80℃のオーブンに5分放置させた。さらに室温で1日間放置させた後、40℃の水に30日間浸漬しその状態を目視にて判定した。判定基準は以下の通りである。○以上を合格とした。
◎;ふくれ、つやびけがまったく見られない。
○;ふくれがややあるが、つやびけは見られない。
△;ふくれがあり、つやびけも見られる。
×;全面がふくれ、つやびけが著しい。
製造例1
攪拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取り付けた反応容器に水505部、アクアロンKH1025(アンモニウム−α−スルホナト−ω−1−(アリルオキシメチル)アルキルオキシポリオキシエチレン:第一工業製薬(株)製)4.4部を投入し、反応容器中の温度を80℃に上げてから、ペルオキソ二硫酸アンモニウムの2%水溶液15部を添加した後、5分後に、メチルメタクリレート(MMA)122部、シクロヘキシルメタクリレート(CHMA)50部、ブチルメタクリレート(BMA)20部、ブチルアクリレート(BA)236部、2−エチルヘキシルアクリレート(2EHA)40.75部、メタアクリル酸(MAA)6.25部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(2HEMA)25部、アクアロンKH1025を40部、スチレンスルホン酸塩3部、ペルオキソ二硫酸アンモニウム2%水溶液25部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(ダウコーニング・東レ社製のSZ6030)6部、水245部からなる乳化混合液を120分かけて滴下槽から反応容器に投入した。反応系のpHは4以下に維持した。乳化混合液の投入が終了した後、そのまま反応容器の温度は80℃に保った。
ヒドロキシル基含有重合性単量体の量と種類を表1に記載のとおり変更した以外は、製造例1と同様にアクリル系重合体エマルジョンを製造した。製造例2については、ヒドロキシル基含有重合性単量体を未使用である。なお、表1におけるHEAは、2−ヒドロキシエチルアクリレートの略語である。
製造例1によるアクリル系重合体エマルジョンに、25%溶液の界面活性剤 NEWCOL 2399S(日本乳化剤株式会社製)を5部添加し、30分間攪拌した(表1)。
耐候性向上の目的で、紫外線吸収剤(日本チバガイギー(株)製、製品名:TINUVIN 400)10部、及び光安定剤(日本チバガイギー(株)製、製品名:TINUVIN 123)10部を、製造例1の(メタ)アクリル系重合体エマルジョンを製造する乳化重合時に存在させることにより、これらの添加剤を(メタ)アクリル系重合体エマルジョンに導入した。
アクリル系重合体エマルジョンの粒子径をコントロールする目的で、初期界面活性剤の量を表2に記載のとおり変更した以外は、製造例1と同様にアクリル系重合体エマルジョンを製造した。これらの製造例の各々のアクリル系重合体エマルジョンについて、物性評価の結果を表1〜2に示す。
製造例1のアクリル系重合体エマルジョン100部と、シリコーン樹脂エマルジョン(旭化成ワッカーシリコーン(株)製WACKER BS45)100部と、HLBが19.2の界面活性剤(日本乳化剤(株)製NEWCOL2399S(表中“Ne−2399S”))0.5部とを配合し、撹拌機を用いて60分間撹拌混合し水系塗料組成物を調製した。
製造例3〜7、10のアクリル系重合体エマルジョン100部と、シリコーン樹脂エマルジョン(旭化成ワッカーシリコーン(株)製WACKER BS45)100部と、HLBが19.2の界面活性剤(日本乳化剤(株)製NEWCOL2399S)0.5部とを配合し、撹拌機を用いて60分間撹拌混合し水系塗料組成物を調製した。
製造例9のアクリル系重合体エマルジョン100部と、シリコーン樹脂エマルジョン(旭化成ワッカーシリコーン(株)製WACKER BS45)100部とを配合し、撹拌機を用いて60分間撹拌混合し水系塗料組成物を調製した。
製造例1のアクリル系重合体エマルジョン100部と、シリコーン樹脂エマルジョン(旭化成ワッカーシリコーン(株)製WACKER BS45)100部と、高HLB界面活性剤(HLB16.4の日本乳化剤(株)製NEWCOL2320(表中“Ne−2320”)、HLB18.3の花王(株)製エマルゲン150(表中“Em150”)、又はHLB19.2の日本乳化剤(株)製NEWCOL2399S(表中“Ne−2399S”))とを配合し、撹拌機を用いて60分間撹拌混合し水系塗料組成物を調製した。
製造例11〜15のアクリル系重合体エマルジョン100部と、シリコーン樹脂エマルジョン(旭化成ワッカーシリコーン(株)製WACKER BS45)100部と、HLBが19.2の界面活性剤(日本乳化剤(株)製NEWCOL2399S)0.5部とを配合し、撹拌機を用いて60分間撹拌混合し水系塗料組成物を調製した。
製造例1のアクリル系重合体エマルジョン160部と、シリコーン樹脂エマルジョン(旭化成ワッカーシリコーン(株)製WACKER BS45)40部と、HLBが19.2の界面活性剤(日本乳化剤(株)製NEWCOL2399S)0.8部とを配合し、撹拌機を用いて60分間撹拌混合し水系塗料組成物を調製した。
製造例1のアクリル系重合体エマルジョン120部と、シリコーン樹脂エマルジョン(旭化成ワッカーシリコーン(株)製WACKER BS45)80部と、HLBが19.2の界面活性剤(日本乳化剤(株)製NEWCOL2399S)0.6部とを配合し、撹拌機を用いて60分間撹拌混合し水系塗料組成物を調製した。
製造例1のアクリル系重合体エマルジョン80部と、シリコーン樹脂エマルジョン(旭化成ワッカーシリコーン(株)製WACKER BS45)120部と、HLBが19.2の界面活性剤(日本乳化剤(株)製NEWCOL2399S)0.4部とを配合し、撹拌機を用いて60分間撹拌混合し水系塗料組成物を調製した。
製造例1のアクリル系重合体エマルジョン40部と、シリコーン樹脂エマルジョン(旭化成ワッカーシリコーン(株)製WACKER BS45)160部と、HLBが19.2の界面活性剤(日本乳化剤(株)製NEWCOL2399S)0.2部とを配合し、撹拌機を用いて60分間撹拌混合し水系塗料組成物を調製した。
表3に記載された製造例の(メタ)アクリル系重合体エマルジョン及び界面活性剤を用いた以外は、実施例1と同様に水系塗料組成物を調製した。表中において、Em108及びEm120は、それぞれ、花王(株)製エマルゲン108(HLB12.1)及びエマルゲン120(HLB15.3)の略語である。
表4に記載された製造例の(メタ)アクリル系重合体エマルジョンを用いた以外は、実施例1と同様に水系塗料組成物を調製した。
表4に記載された(A)成分あるいは(B)成分のみを準備し、これを参考例1〜3とした。
Claims (6)
- ヒドロキシル基含有重合性単量体を2〜15質量%含有する(メタ)アクリル系単量体を重合してなる(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)、シリコーン樹脂水分散体(B)、及びHLBが16〜20である高HLB界面活性剤(C)を含む水系塗料組成物であって、この高HLB界面活性剤(C)を(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)100質量部に対し0.2〜2質量部含有する水系塗料組成物。
- (メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)の粒子径が、110〜250nmである請求項1に記載の水系塗料組成物。
- (メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)とシリコーン樹脂水分散体(B)の質量比が、80〜20/20〜80の範囲内である請求項1又は2に記載の水系塗料組成物。
- (メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)が、紫外線吸収剤及び/又は光安定剤の存在下で乳化重合することによって形成される請求項1〜3のいずれか1項に記載の水系塗料組成物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の水系塗料組成物の製造方法であって、1)(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)を形成する工程、並びに2)(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)、シリコーン樹脂水分散体(B)、及び高HLB界面活性剤(C)を混合する工程をこの順に含む水系塗料組成物の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の水系塗料組成物の製造方法であって、1)(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)を形成する工程、2)(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)及び高HLB界面活性剤(C)の混合液を作る工程、並びに、3)(メタ)アクリル系重合体エマルジョン(A)と高HLB界面活性剤(C)の混合液にシリコーン樹脂水分散体(B)を混合する工程をこの順に含む水系塗料組成物の製造方法。
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