JP2012140637A - 水分散スラリー塗料およびこれを用いた塗膜 - Google Patents

水分散スラリー塗料およびこれを用いた塗膜 Download PDF

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Kazuyuki Tate
和幸 舘
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Abstract

【課題】貯蔵安定性および硬化塗膜としたときの耐水性を向上させる。
【解決手段】水性媒体中に、樹脂aを含む樹脂粒子(A)と、樹脂bを含み、体積平均粒子径が前記樹脂粒子(A)の体積平均粒子径より大きい樹脂粒子(B)と、1〜12個の芳香環を含む炭素数6〜100の炭化水素基を有する疎水部(U)を繰り返し単位として少なくとも2つとオキシエチレン鎖を有する親水部(W)を繰り返し単位として少なくとも1つとを含む繰り返し構造を有し、両末端が前記疎水部(U)に由来の末端基である界面活性剤(C1)とを含んでいる。
【選択図】なし

Description

本発明は、水分散スラリー塗料およびこれを用いた塗膜に関し、詳しくは、水系媒体中に樹脂粒子を分散して含む水分散スラリー塗料およびこれを用いた塗膜に関する。
水分散スラリー塗料は、樹脂粒子が水中に分散された形態を有するため、長期にわたり樹脂粒子同士の合着や沈降を抑制し、樹脂粒子を水中で安定に分散される必要がある。
かかる観点から、一般には、界面活性剤が広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。例えば、アニオン系の界面活性剤や片末端に疎水部を有する非ブロック型の界面活性剤などの界面活性剤が知られている。
特開2001−220544号公報
しかしながら、上記のアニオン系の界面活性剤では、貯蔵安定性には優れているものの、塗布・焼き付けにより硬化塗膜を形成したときの耐水性に劣る課題があった。また、片末端に疎水部を有する非ブロック型のノニオン系の界面活性剤を用いた場合には、貯蔵時における分散状態の安定性が不充分となる課題があった。
このように、これまで広く用いられている界面活性剤では、塗料調製後の貯蔵安定性を保ちつつ、塗料として用いた際の塗膜に高度の耐水性を付与できるまでには至っていないのが現状である。
本発明は、前記に鑑みなされたものであり、貯蔵安定性および硬化塗膜としたときの耐水性に優れた水分散スラリー塗料、並びに耐水性に優れた塗膜を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 水性媒体中に、樹脂aを含む樹脂粒子(A)と、樹脂bを含み、体積平均粒子径が前記樹脂粒子(A)の体積平均粒子径より大きい樹脂粒子(B)と、1〜12個の芳香環を含む炭素数6〜100の炭化水素基を有する疎水部(U)を繰り返し単位として少なくとも2つとオキシエチレン鎖を有する親水部(W)を繰り返し単位として少なくとも1つとを含む繰り返し構造を有し、両末端が前記疎水部(U)に由来の末端基である界面活性剤(C1)とを含む水分散スラリー塗料である。
<2> 前記樹脂bの溶解度パラメータと、前記界面活性剤(C1)の疎水部(U)の溶解度パラメータとの差が0〜1であることを特徴とする前記<1>に記載の水分散スラリー塗料である。
<3> 前記界面活性剤(C1)が、疎水部(U)−親水部(W)−疎水部(U)のトリブロック構造を有することを特徴とする前記<1>又は前記<2>に記載の水分散スラリー塗料である。
<4> 前記界面活性剤(C1)が、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、およびエポキシ基から選択される少なくとも一種を有する反応性界面活性剤であることを特徴とする前記<1>〜前記<3>のいずれか1つに記載の水分散スラリー塗料である。
<5> 前記界面活性剤(C1)は、重量平均分子量が1500〜30000であって、かつ分子中のオキシエチレン鎖の重量平均分子量が1000〜4000であることを特徴とする前記<1>〜前記<4>のいずれか1つに記載の水分散スラリー塗料である。
<6> 前記樹脂粒子(A)の体積平均粒子径rが0.03〜0.2μmであり、前記樹脂粒子(B)の体積平均粒子径rが0.3〜10μmであって、樹脂粒子(A)および樹脂粒子(B)の体積平均粒子径の比(r/r)が0.003〜0.3であることを特徴とする前記<1>〜前記<5>のいずれか1つに記載の水分散スラリー塗料である。
<7> 前記<1>〜前記<6>のいずれか1つに記載の水分散スラリー塗料を用いてなる塗膜である。
本発明によれば、貯蔵安定性および硬化塗膜としたときの耐水性に優れた水分散スラリー塗料、並びに耐水性に優れた塗膜を提供することができる。
以下、本発明の水分散スラリー塗料について詳細に説明すると共に、該水分散スラリー塗料を用いた塗膜についても詳述する。
本発明の水分散スラリー塗料は、水性媒体中に樹脂粒子と界面活性剤とを含んでなるものであり、具体的には、以下に示す第1の態様、第2の態様に構成された水分散スラリー塗料である。また、必要に応じて、硬化剤など他の成分を用いて構成することができる。
水性媒体とは、水または、水混和性溶媒と水との混合溶媒をいう。水混和性溶媒とは、例えば、アルコール系溶剤やケトン系溶剤などが挙げられる。具体的には、アルコール系溶剤(例えば、メタノール、イソプロパノール、エタノール、n−プロパノールなど)、ケトン系溶剤(例えば、アセトン、メチルエチルケトンなど)が挙げられる。前記混合溶媒の水と水混和性溶媒との混合比率は、好ましくは100/0〜100/20であり、さらに好ましくは100/0〜100/5である。
−第1の態様−
水分散スラリー塗料は、少なくとも、樹脂粒子として、樹脂aを含む樹脂粒子(A)と、樹脂bを含み、体積平均粒子径が前記樹脂粒子(A)の体積平均粒子径より大きい樹脂粒子(B)とを用い、界面活性剤として、ブロックイソシアネート基、エポキシ基、アミノ基、および水酸基より選択される少なくとも1種を有し、数平均分子量が4000〜500000である第1の反応性界面活性剤(CL)と、数平均分子量が500〜3000である第2の反応性界面活性剤(Cs)とを用いて構成することができる。
第1の態様においては、水性媒体中に、体積平均粒子径が大小異なる二種の有機粒子と共に、数平均分子量が低い界面活性剤と高い界面活性剤とを併用することによって、分散性が良好で貯蔵安定性を向上できると共に、塗布・焼き付けを行なって硬化塗膜としたときの耐水性をも向上させることができる。
〈樹脂粒子(A)〉
第1の態様の水分散スラリー塗料は、樹脂aを含む樹脂粒子(A)の少なくとも一種を含有する。樹脂粒子(A)は、樹脂aからなる粒子、および樹脂aと共に硬化剤、硬化触媒、顔料などの他の成分を含んでなる粒子のいずれであってもよい。
樹脂粒子(A)の粒子形状は、不定形であっても球状であってもよいが、塗膜の平滑性、均一性の点で、球状の方が好ましい。ここで、球状とは、粒子の長径/短径の比率が1.0〜1.5の範囲にあるものをいう。
また、樹脂粒子(A)の体積平均粒子径rは、貯蔵安定性の観点から、好ましくは0.03μm以上、さらに好ましくは0.05μm以上であり、塗膜平滑性の観点から、好ましくは0.2μm以下、さらに好ましくは0.1μm以下である。
体積平均粒子径rは、動的光散乱法による粒度分布測定によって測定することができる。粒度分布測定器としては、例えばDLS−7000(大塚電子社製)が挙げられる。測定試料は、例えば、分散液または水分散スラリー塗料を遠心分離機で分離し、上澄み液をイオン交換水で希釈して測定する。具体的には、高速冷却遠心機GRX−220(TOMY社製)ローターNo.4IIを用いて10000r.p.m.で5分間遠心分離し、上澄み液をイオン交換永で400倍に希釈して測定する。
前記樹脂aとしては、水性分散液を形成しうる樹脂であればいかなる樹脂であっても使用でき、熱可塑性樹脂であっても熱硬化性樹脂であってもよいが、例えば、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。樹脂aは、前記樹脂の2種以上を併用してもよい。
これらのうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散液が得られやすいという観点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、およびこれらの併用である。
樹脂aとしては、反応性官能基を有するものであることが好ましい。
樹脂aにおける反応性官能基としては、カルボキシル基、エポキシ基、水酸基、加水分解性シリル基、ブロック化カルボキシル基、ブロック化アミノ基およびブロック化イソシアネート基などが挙げられ、製造時および保管時の貯蔵安定性の観点から、好ましいのは、カルボキシル基、エポキシ基、水酸基、ブロック化カルボキシル基、ブロック化アミノ基およびブロック化イソシアネート基であり、さらに好ましいのはエポキシ基、水酸基およびブロック化イソシアネート基である。
ブロック化カルボキシル基におけるブロック化剤としては、アンモニア、第3級アルコール(炭素数4〜19、例えばt−ブタノール、トリエチルカルビノール、トリブチルカルビノール、トリフェニルカルビノール)およびビニル化合物(炭素数4〜18、例えば2−メチルプロペン、2−メチルヘキセン)などが挙げられる。これらのうち貯蔵安定性および熱処理時の脱離のしやすさの観点から、好ましいのは第3級アルコール、さらに好ましいのはt−ブタノールおよびトリエチルカルビノールである。
ブロック化アミノ基におけるブロック化剤としては、ケトン[炭素数3〜15、例えば脂肪族ケトン(アセトン、メチルイソブチルケトンなど)、芳香族ケトン(ベンゾフェンなど)、脂環式ケトン(ジシクロヘキシルケトン)などが挙げられる。これらのうち貯蔵安定性および熱処理時の脱離のしやすさの観点から、好ましいのは脂肪族ケトン、さらに好ましいのはメチルイソブイルケトンである。
ブロック化イソシアネート基におけるブロック化剤としては、オキシム(炭素数3〜10、例えば、アセトキシム、メチルエチルエトキシム)、アルコール(炭素数1〜18の1価アルコール、例えばメチルアルコール、イソプロピルアルコール、t−ブチルアルコール)、フェノール化合物[炭素数6〜20の1価フェノール、例えば単環フェノール(フェノール、ニトロフェノールなど)、多環フェノール(1−ナフトールなど)]、ラクタム(炭素数4〜15、例えば、γ−プチロラクタム、ε−カプロラクタム、γ−バレロラクタム)などが挙げられる。これらのうち、貯蔵安定性および熱処理時の脱離のしやすさの観点から、好ましいのはオキシムおよびラクタムであり、さらに好ましいのはアセトキシム、ε−カプロラクタムである。
樹脂a1分子における反応性官能基の数は、塗膜強度の観点から、好ましくは1個以上であり、さらに好ましくは2個以上である。なお、樹脂aは、架橋樹脂の場合もあることから上限については記載できない。
前記反応性官能基を導入して樹脂aを形成する方法としては、該反応性官能基を有するモノマーを(共)重合させる方法、該反応性官能基を有する重合開始剤を用いて(共)重合を行なう方法、および(共)重合を行なった後、樹脂を変性して該反応性官能基を導入する方法などが挙げられる。これらのうち、反応性官能基の導入のしやすさの観点から好ましいのは、該反応性官能基を有するモノマーを(共)重合させる方法である。
ビニル系樹脂は、ビニル系モノマーを単独重合または共重合したポリマーである。ビニル系モノマーとしては、下記(1)〜(10)が挙げられる。
(1)ビニル系炭化水素:(1−1)脂肪族ビニル系炭化水素:アルケン類、例えばエチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン、オクタデセン、前記以外のα−オレフィン等;アルカジエン類、例えばブタジエン、イソプレン、1,4−ペンタジエン、1,6−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン。
(1−2)脂環式ビニル系炭化水素:モノ−もしくはジ−シクロアルケンおよびアルカジエン類、例えばシクロヘキセン、(ジ)シクロペンタジエン、ビニルシクロヘキセン、エチリデンビシクロヘプテン等;テルペン類、例えばピネン、リモネン、インデン等。
(1−3)芳香族ビニル系炭化水素:スチレンおよびそのハイドロカルビル(アルキル、シクロアルキル、アラルキル及び/又はアルケニル)置換体、例えばα−メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4−ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、シクロヘキシルスチレン、ベンジルスチレン、クロチルベンゼン、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、トリビニルベンゼン等;およびビニルナフタレン。
(2)カルボキシル基含有ビニル系モノマーおよびその塩:炭素数3〜30の不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸並びにその無水物およびそのモノアルキル(炭素数1〜24)エステル、例えば(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸、フマル酸モノアルキルエステル、クロトン酸、イタコン酸、イタコン酸モノアルキルエステル、イタコン酸グリコールモノエステル、シトラコン酸、シトラコン酸モノアルキルエステル、桂皮酸等のカルボキシル基含有ビニル系モノマー;並びにそれらの塩。
(3)スルホン基含有ビニル系モノマー、ビニル系硫酸モノエステル化物およびこれらの塩:炭素数2〜14のアルケンスルホン酸、例えばビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸;およびその炭素数2〜24のアルキル誘導体、例えばα−メチルスチレンスルホン酸等;スルホ(ヒドロキシ)アルキル−(メタ)アクリレートもしくは(メタ)アクリルアミド、例えば、スルホプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロキシプロピルスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2−ジメチルエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエタンスルホン酸、3−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−(メタ)アクリルアミド−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸、アルキル(炭素数3〜18)アリルスルホコハク酸、ポリ(n=2〜30)オキシアルキレン(エチレン、プロピレン、ブチレン:単独、ランダム、ブロックでもよい)モノ(メタ)アクリレートの硫酸エステル[ポリ(n=5〜15)オキシプロピレンモノメタクリレート硫酸エステル等]、ポリオキシエチレン多環フェニルーテル硫酸エステル、および硫酸エステルもしくはスルホン酸基含有モノマー;並びにそれらの塩。
(4)燐酸基含有ビニル系モノマーおよびその塩:(メタ)アクリロイルオキシアルキル(炭素数1〜24)燐酸モノエステル、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルホスフェート、フェニル−2−アクリロイロキシエチルホスフェート、(メタ)アクリロイルオキシアルキル(炭素数1〜24)ホスホン酸類、例えば2−アクリロイルオキシエチルホスホン酸;並びにそれらの塩。
なお、上記(2)〜(4)の塩としては、例えばアルカリ金属塩(ナトリウム塩、カリウム塩等)、アルカリ土類金属塩(カルシウム塩、マグネシウム塩等)、アンモニウム塩、アミン塩もしくは4級アンモニウム塩が挙げられる。
(5)ヒドロキシル基含有ビニル系モノマー:ヒドロキシスチレン、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、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、(メタ)アリルアルコール、クロチルアルコール、イソクロチルアルコール、1−ブテン−3−オール、2−ブテン−1−オール、2−ブテン−1,4−ジオール、プロパルギルアルコール、2−ヒドロキシエチルプロペニルエーテル、庶糖アリルエーテル等。
(6)含窒素ビニル系モノマー:(6−1)アミノ基含有ビニル系モノマー:アミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t−ブチルアミノエチルメタクリレート、N−アミノエチル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アリルアミン、モルホリノエチル(メタ)アクリレート、4−ビニルピリジン、2−ビニルピリジン、クロチルアミン、N,N−ジメチルアミノスチレン、メチルα−アセトアミノアクリレート、ビニルイミダゾール、N−ビニルピロール、N−ビニルチオピロリドン、N−アリールフェニレンジアミン、アミノカルバゾール、アミノチアゾール、アミノインドール、アミノピロール、アミノイミダゾール、アミノメルカプトチアゾール、これらの塩等、(6−2)アミド基含有ビニル系モノマー:(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−ブチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N,N−メチレン−ビス(メタ)アクリルアミド、桂皮酸アミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジベンジルアクリルアミド、メタクリルホルムアミド、N−メチルN−ビニルアセトアミド、N−ビニルピロリドン等、(6−3)ニトリル基含有ビニル系モノマー:(メタ)アクリロニトリル、シアノスチレン、シアノアクリレート等、(6−4)4級アンモニウムカチオン基含有ビニル系モノマー:ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、ジアリルアミン等の3級アミン基含有ビニル系モノマーの4級化物(メチルクロライド、ジメチル硫酸、ベンジルクロライド、ジメチルカーボネート等の4級化剤を用いて4級化したもの)、(6−5)ニトロ基含有ビニル系モノマー:ニトロスチレン等。
(7)オキシランまたはオキソラン基含有ビニル系モノマー:グリシジル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等。
(8)ハロゲン元素含有ビニル系モノマー:塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、アリルクロライド、クロルスチレン、ブロムスチレン、ジクロルスチレン、クロロメチルスチレン、テトラフルオロスチレン、クロロプルン等。
(9)ビニルエステル、ビニル(チオ)エーテル、ビニルケトン、ビニルスルホン類:(9−1)ビニルエステル、例えば酢酸ビニル、ビニルブチレート、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ジアリルフタレート、ジアジルアジペート、イソプロペニルアセテート、ビニルメタクリレート、メチル4−ビニルベンゾエート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ビニルメトキシアセテート、ビニルベンゾエート、エチルα−エトキシアクリレート、炭素数1〜50のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート[メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ヘキサデシル(メタ)アクリレート、ヘプタデシル(メタ)アクリレート、エイコシル(メタ)アクリレート等]、ジアルキルフマレート(2個のアルキル基は、炭素数2〜8の、直鎮、分枝鎖もしくは脂環式の基である)、ジアルキルマレエート(2個のアルキル基は、炭素数2〜8の、直鎖、分枝鎖もしくは脂環式の基である)、ポリ(メタ)アリロキシアルカン類[ジアリロキシエタン、トリアリロキシエタン、テトラアリロキシエタン、テトラアリロキシプロパン、テトラアリロキシプタン、テトラメタアリロキシエタン等]等、ポリアルキルングリコール鎖を有するビニル系モノマー[ポリエチレングリコール(分子量300)モノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(分子量500)モノアクリレート、メチルアルコールエチレンオキサイド10モル付加物(メタ)アクリレート、ラウリルアルコールエチレンオキサイド30モル付加物(メタ)アクリレート等]、ポリ(メタ)アクリレート類[多価アルコール類のポリ(メタ)アクリレート;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等]等;(9−2)ビニル(チオ)エーテル、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテル、ビニルブチルエーテル、ビニル2−エチルヘキシルエーテル、ビニルフェニルエーテル、ビニル2−メトキシエチルへキシルエーテル、メトキシブタジエン、ビニル2−ブトキシエチルエーテル、3,4−ジヒドロ1,2−ピラン、2−ブトキシ−2’−ビニロキシジエチルエーテル、ビニル2−エチルメルカプトエチルエーテル、アセトキシスチレン、フェノキシスチレン、(9−3)ビニルケトン、例えばビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルフェニルケトン;ビニルスルホン、例えばジビニルサルファイド、p−ビニルジフェニルサルファイド、ビニルエチルサルファイド、ビニルエチルスルフォン、ジビニルスルフォン、ジビニルスルフォキサイド等。
(10)その他のビニル系モノマー:イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、m−イソプロペニル−a,a−ジメチルベンジルイソシアネート等。
ビニル系モノマーの共重合体としては、上記(1)〜(10)の任意のモノマー同士を、2元またはそれ以上の個数で、任意の割合で共重合したポリマーが挙げられるが、例えばスチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸、ジビニルベンゼン共重合体、スチレン−スチレンスルホン酸−(メタ)アクリル酸エステル共重合体等が挙げられる。
樹脂aは非イオン性であることが好ましい。ここで、非イオン性である樹脂とはイオン性官能基を有しない樹脂をいうものとする。
樹脂aは、水性媒体中で樹脂粒子(A)を形成することが必要であることから、少なくとも水性媒体に完全に溶解していないことが必要である。そのため、ビニル系樹脂が共重合体である場合には、ビニル系樹脂を構成する疎水性モノマーと親水性モノマーの比率は、選ばれるモノマーの種類によるが、一般に疎水性モノマーが10%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。疎水性モノマーの比率が、10%未満になるとビニル系樹脂が水溶性になり、水分散スラリー塗料の貯蔵安定性が損なわれることがある。ここで、親水性モノマーとは、親水基を有するモノマー、例えばカルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、スルホン基、燐酸基、チオール基等を有するモノマー、およびその塩をいうものとする。
ポリエステル樹脂としては、ポリオールと、ポリカルボン酸またはその酸無水物またはその低級アルキルエステルとの重縮合物などが挙げられる。ポリオールとしてはジオール(11)および3価以上のポリオール(12)が、ポリカルボン酸またはその酸無水物またはその低級アルキルエステルとしては、ジカルボン酸(13)および3価以上のポリカルボン酸(14)およびこれらの酸無水物または低級アルキルエステルが挙げられる。ポリオールとポリカルボン酸の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
ジオール(11)としては、アルキレングリコール(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、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、テトラデカンジオール、ネオペンチルグリコール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジ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、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(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など)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(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など)付加物;その他、ポリラクトンジオール(ポリε−カプロラクトンジオールなど)、ポリブタジエンジオールなどが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。
3価以上のポリオール(12)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(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、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);トリスフェノール類(トリスフェノールPAなど);ノボラック樹脂(フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記トリスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物;上記ノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物;アクリルポリオール[ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートと他のビニル系モノマーの共重合物など。]などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコールおよびノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物である。
ジカルボン酸(13)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ドデセニルコハク酸、アゼライン酸、ドデカンジカルボン酸、オクタデカンジカルボン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);炭素数8以上の分岐アルキレンジカルボン酸[ダイマー酸、アルケニルコハク酸(ドデセニルコハク酸、ペンタデセニルコハク酸、オクタデセニルコハク酸など)、アルキルコハク酸(デシルコハク酸、ドデシルコハク酸、オクタデシルコハク酸など);芳香族ジカルボン酸(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など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。
3価以上のポリカルボン酸(14)としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、ジカルボン酸(13)または3価以上のポリカルボン酸(14)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてもよい。
ポリエステル樹脂中に反応性官能基(カルボキシル基、水酸基等)を導入する方法としては、カルボキシル基含有成分と水酸基含有成分の反応における当量比(COOH/OH)を調整する方法が挙げられる。
カルボキシル基を導入する場合の該当量比は、塗膜の硬化性および樹脂の顔料分散性の観点から、好ましくは1を越え10以下、さらに好ましくは1.1〜3、また、水酸基を導入する場合の該当量比は、硬化後の樹脂の耐候性および樹脂の顔料分散性の観点から、好ましくは0.2以上1未満、さらに好ましくは0.7〜0.9である。
上記ポリエステル樹脂の製造方法としては、ポリカルボン酸とポリオールとの脱水重縮合反応、ポリカルボン酸のエステル形成性誘導体とポリオールとのエステル交換反応などの通常のポリエステル重合方法が挙げられる。
ポリウレタン樹脂としては、ポリイソシアネート(15)と活性水素基含有化合物{水、ポリオール[前記ジオール(11)および3価以上のポリオール(12)]、ジカルボン酸(13)、3価以上のポリカルポン酸(14)、ポリアミン(16)、ポリチオール(17)等}との重付加物などが挙げられる。
ポリイソジアネート(15)としては、炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)6〜20の芳香族ポリイソシアネート、炭素数2〜18の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数4〜15の脂環式ポリイソシアネート、炭素数8〜15の芳香脂肪族ポリイソシアネートおよびこれらのポリイソシアネートの変性物(ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基含有変性物など)およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
前記芳香族ポリイソシアネートの具体例としては、1,3−及び/又は1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−及び/又は2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’−及び/又は4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、粗製MDI[粗製ジアミノフェニルメタン[ホルムアルデヒドと芳香族アミン(アニリン)またはその混合物との縮合生成物;ジアミノジフェニルメタンと少量(例えば5〜20質量%)の3官能以上のポリアミンとの混合物〕のホスゲン化物:ポリアリルポリイソシアネート(PAPI)]、1,5−ナフチレンジイソシアネート、4,4’,4’’−トリフェニルメタントリイソシアネート、m−およびp−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネートなどが挙げられる。
前記脂肪族ポリイソシアネートの具体例としては、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、2,2,4−トリメチル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、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート、2−イソシアナトエチル−2,6−ジイソシアナトヘキサノエートなどの脂肪族ポリイソシアネートなどが挙げられる。
前記脂環式ポリイソシアネートの具体例としては、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水添TDI)、ビス(2−イソシアナトエチル)−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシルト、2,5−及び/又は2,6−ノルボルナンジイソシアネートなどが挙げられる。
前記芳香脂肪族ポリイソシアネートの具体例としては、m−及び/又はp−キシリレンジイソシアネート(XDI)、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)などが挙げられる。
前記ポリイソシアネートの変性物には、ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基含有変性物などが挙げられる。
具体的には、変性MDI(ウレタン変性MDI、カルボジイミド変性MDI、トリヒドロカルビルホスフェート変性MDIなど)、ウレタン変性TDIなどのポリイソシアネートの変性物およびこれらの2種以上の混合物[例えば変性MDIとウレタン変性TDI(イソシアネート含有プレポリマー)との併用]が含まれる。これらのうちで好ましいものは、6〜15の芳香族ポリイソシアネート、炭素数4〜12の脂肪族ポリイソシアネート、および炭素数4〜15の脂環式ポリイソシアネートであり、特に好ましいものはTDI、MDI、HDI、水添MDIおよびIPDIである。
ポリアミン(16)の例としては、脂肪族ポリアミン類(C2〜C18):(1)脂肪族ポリアミン{C2〜C6アルキレンジアミン(エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)、ポリアルキレン(C2〜C6)ポリアミン〔ジエチレントリアミン、イミノビスプロピルアミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン,トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミンなど〕};(2)これらのアルキル(C1〜C4)またはヒドロキシアルキル(C2〜C4)置換体〔ジアルキル(C1〜C3)アミノプロピノルアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、アミノエチルエタノールアミン、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサメチレンジアミン、メチルイミノビスプロピルアミンなど〕;(3)脂環または複素環含有脂肪族ポリアミン〔3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンなど〕;(4)芳香環含有脂肪族アミン類(C8〜Cl5)(キシリレンジアミン、テトラクロル−p−キシリレンジアミンなど)、脂環式ポリアミン(C4〜C15)、1,3−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、メンセンジアミン、4,4’−メチレンジシクロヘキサンジアミン(水添メチレンジアニリン)など、複素環式ポリアミン(C4〜C15):ピペラジン、N−アミノニチルピペラジン、1,4−ジアミノエチルピペラジン、1,4ビス(2−アミノ−2−メチルプロピル)ピペラジンなど、芳香族ポリアミン類(C6〜C20);
(5)非置換芳香族ポリアミン〔1,2−、1,3−および1,4−フェニレンジアミン、2,4’−および4,4’−ジフェニルメタンジアミン、クルードジフェニルメタンジアミン(ポリフェニルポリメチレンポリアミン)、ジアミノジフェニルスルホン、ベンジジン、チオジアニリン、ビス(3,4−ジアミノフェニル)スルホン、2,6−ジアミノピリジン、m−アミノベンジルアミン、トリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリアミン、ナフチレンジアミンなど;核置換アルキル基〔メチル、エチル、n−およびi−プロピル、ブチルなどのC1〜C4アルキル基)を有する芳香族ポリアミン、例えば2,4−および2,6−トリレンジアミン、クルードトリレンジアミン、ジエチルトリレンジアミン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ビス(o−トルイジン)、ジアニシジン、ジアミノジトリルスルホン、1,3−ジメチル−2,4−ジアミノベンゼン、1,3−ジエチル−2,4−ジアミノベンゼン、1,3−ジメチル−2,6−ジアミノベンゼン、1,4−ジエチル−2,5−ジアミノベンゼン、1,4−ジイソプロピル−2,5−ジアミノベンゼン、1,4−ジブチル−2,5−ジアミノベンゼン、2,4−ジアミノメシチレン、1,3,5−トリエチル−2,4−ジアミノベンゼン、1,3,5−トリイソプロピル−2,4−ジアミノベンゼン、1−メチル−3,5−ジエチル−2,4−ジアミノベンゼン、1−メチル−3,5−ジエチル−2,6−ジアミノベンゼン、2,3−ジメチル−1,4−ジアミノナフタレン、2,6−ジメチル−1,5−ジアミノナフタレン、2,6−ジイソプロピル−1,5−ジアミノナフタレン、2,6−ジブチル−1,5−ジアミノナフタレン、3,3’,5,5’−テトラメチルベンジジン、3,3’,5,5’−テトライソプロピルベンジジン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトライソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,5−ジエチル−3’−メチル−2’,4−ジアミノジフェニルメタン、3,5−ジイソプロピル−3’−メチル−2’,7,4−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジエチル−2,2’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’,5,5’−テトライソプロピル−4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3、3’,5,5’−テトライソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルスルホンなど〕、およびこれらの異性体の種々の割合の混合物;
(6)核置換電子吸引基(CI、Br、I、Fなどのハロゲン;メトキシ、エトキシなどのアルコキシ基;ニトロ基など)を有する芳香族ポリアミン〔メチレンビス−o−クロロアニリン、4−クロロ−o−フェニレンジアミン、2−クロル−1,4−フェニレンジアミン、3−アミノ−4−クロロアニリン、4−ブロモ−1,3−フェニレンジアミン、2,5−ジクロル−1,4−フェニレンジアミン、5−ニトロ−1,3−フェニレンジアミン、3−ジメトキシ−4−アミノアニリン;4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチル−5,5’−ジブロモージフェニルメタン、3,3’−ジクロロベンジジン、3,3’−ジメトキシベンジジン、ビス(4−アミノ−3−クロロフェニル)オキシド、ビス(4−アミノ−2−クロロフェニル)プロパン、ビス(4−アミノ−2−クロロフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3−メトキシフェニル)デカン、ビス(4−アミノフェニル)スルフィド、ビス(4−アミノフェニル)テルリド、ビス(4−アミノフェニル)セレニド、ビス(4−アミノ−3−メトキシフェニル)ジスルフイド、4,4’−メチレンビス(2−ヨードアニジン)、4,4’−メチレンビス(2−ブロモアニリン)、4,4’−メチレンビス(2−フルオロアニリン)、4−アミノフェニル−2−クロロアニリンなど〕;(7)2級アミノ基を有する芳香族ポリアミン〔上記(4)〜(5)の芳香族ポリアミンの−NHの一部または全部が−NH−R’(R’は、アルキル基、例えばメチル、エチルなどの低級アルキル基)で置き換ったもの〕〔4,4’−ジ(メチルアミノ)ジフェニルメタン、1−メチル−2−メチルアミノ−4−アミノベンゼンなど〕、ポリアミドポリアミン:ジカルボン酸(ダイマー酸など)と過剰の(酸1モル当り2モル以上の)ポリアミン類(上記アルキレンジアミン、ポリアルキルンポリアミンなど)との縮合により得られる低分子量ポリアミドポリアミンなど、ポリエーテルポリアミン:ポリエーテルポリオール(ポリアルキレングリコールなど)のシアノエチル化物の水素化物などが挙げられる。
ポリチオール(17)としては、エチレンジチオール、1,4−ブタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオールなどが挙げられる。
エポキシ樹脂としては、ポリエポキシド(18)の開環重合物、ポリエポキシド(18)と活性水素基含有化合物{水、ポリオール[前記ジオール(11)および3価以上のポリオール(12)]、ジカルボン酸(13)、3価以上のポリカルボン酸(14)、ポリアミン(16)、ポリチオール(17)等}との重付加物、またはポリエポキシド(18)とジカルボン酸(13)または3価以上のポリカルボン酸(14)の酸無水物との硬化物などが挙げられる。
本発明におけるポリエポキシド(18)は、分子中に2個以上のエポキシ基を有していれば、特に限定されない。ポリエポキシド(18)として好ましいものは、硬化物の機械的性質の観点から分子中にエポキシ基を2〜6個有するものである。ポリエポキシド(18)のエポキシ当量(エポキシ基1個当たりの分子量)は、通常65〜1000であり、好ましいのは90〜500である。エポキシ当量が1000を超えると、架橋構造がルーズになり硬化物の耐水性、耐薬品性、機械的強度等の物性が悪くなり、一方、エポキシ当量が65未満のものを合成するのが困難になることがある。
ポリエポキシド(18)の例としては、芳香族系ポリエポキシ化合物、複素環系ポリエポキシ化合物、脂環族系ポリエポキシ化合物あるいは脂肪族系ポリエポキシ化合物が挙げられる。芳香族系ポリエポキシ化合物としては、多価フェノール類のグリシジルエーテル体およびグリシジルエステル体、グリシジル芳香族ポリアミン、並びに、アミノフェノールのグリシジル化物等が挙げられる。多価フェノールのグリシジルエーテル体としては、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールBジグリシジルエーテル、ビスフェノールADジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、ハロゲン化ビスフェノールAジグリシジル、テトラクロロビスフェノールAジグリシジルエーテル、カテキンジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ハイドロキノンジグリシジルエーテル、ピロガロールトリグリシジルエーテル、1,5−ジヒドロキシナフタリンジグリシジルエーテル、ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル、オクタクロロ−4,4’−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル、テトラメチルビフェニルジグリシジルエーテル、ジヒドロキシナフチルクレゾールトリグリシジルエーテル、トリス(ヒドロキシフェニル)メタントリグリシジルエーテル、ジナフチルトリオールトリグリシジルエーテル、テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタンテトラグリシジルエーテル、p−グリシジルフェニルジメチルトリールビスフェノールAグリシジルエーテル、トリスメチル−tert−ブチル−ブチルヒドロキシメタントリグリシジルエーテル、9,9’−ビス(4−ヒドキシフェニル)フロオレンジグリシジルエーテル、4,4’−オキシビス(1,4−フェニルエチル)テトラクレゾールグリシジルエーテル、4,4’−オキシビス(1,4−フェニルエチル)フェニルグリシジルエーテル、ビス(ジヒドロキシナフタレン)テトラグリシジルエーテル、フェノールまたはクレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル体、リモネンフェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル体、ビスフェノールA2モルとエピクロロヒドリン3モルの反応から得られるジグリシジルエーテル体、フェノールとグリオキザール、グルタールアルデヒド、またはホルムアルデヒドの縮合反応によって得られるポリフェノールのポリグリシジルエーテル体、およびレゾルシンとアセトンの縮合反応によって得られるポリフェノールのポリグリシジルエーテル体等が挙げられる。
多価フェノールのグリシジルエステル体としては、フタル酸ジグリシジルエステル、イソフタル酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル等が挙げられる。
グリシジル芳香族ポリアミンとしては、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジルキシリレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラグリシジルジフェニルメタンジアミン等が挙げられる。
さらに、本発明において前記芳香族系として、p−アミノフェノールのトリグリシジルエーテル、トリレンジイソシアネートまたはジフェニルメタンジイソシアネートとグリシドールの付加反応によって得られるジグリシジルウレタン化合物、前記2反応物にポリオールも反応させて得られるグリシジル基含有ポリウレタン(プレ)ポリマーおよびビスフェノールAのアルキレンオキシド(エチレンオキシドまたはプロピレンオキシド)付加物のジグリシジルエーテル体も含む。複素環系ポリエポキシ化合物としては、トリスグリシジルメラミンが挙げられる;脂環族系ポリエポキシ化合物としては、ビニルシクロヘキセンジオキシド、リモネンジオキシド、ジシクロペンタジエンジオキシド、ビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテル、エチレングリコールビスエポキシジシクロペンチルエール、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシ−6’−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、およびビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)ブチルアミン、ダイマー酸ジグリシジルエステル等が挙げられる。
また、脂環族系としては、前記芳香族系ポリエポキシド化合物の核水添化物も含む;脂肪族系ポリエポキシ化合物としては、多価脂肪族アルコールのポリグリシジルエーテル体、多価脂肪酸のポリグリシジルエステル体、およびグリシジル脂肪族アミンが挙げられる。多価脂肪族アルコールのポリグリシジルエーテル体としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、テトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテルおよびポリグリセロールンポリグリシジルエーテル等が挙げられる。多価脂肪酸のポリグリシジルエステル体としては、ジグリシジルオキサレート、ジグリシジルマレート、ジグリシジルスクシネート、ジグリシジルグルタレート、ジグリシジルアジペート、ジグリシジルピメレート等が挙げられる。グリシジル脂肪族アミンとしては、N,N,N’,N’−テトラグリシジルヘキサメチレンジアミンが挙げられる。
また、本発明において脂肪族系としては、ジグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレートの(共)重合体も含む。これらのうち、好ましいのは、脂肪族系ポリエポキシ化合物および芳香族系ポリエポキシ化合物である。ポリエポキシドは、2種以上併用しても差し支えない。
樹脂aのガラス転移温度(以下、Tgと記す。)は、貯蔵安定性の観点から、好ましくは0℃〜100℃、さらに好ましくは20℃〜95℃、より好ましくは30℃〜90℃である。水分散スラリー塗料を作製する温度よりTgが低いと、合一を防止する効果が小さくなる。なお、本発明におけるTgは、DSC測定から求められる値である。
樹脂粒子(A)が水や分散時に用いる溶剤に対して、溶解したり、膨潤したりするのを低減する観点から、樹脂aの分子量、SP値(SP値の計算方法はPolymer Engineering and Science,Feburuary,1974,Vol.14,No.2,P.147〜154による)、結晶性、架橋点間分子量等を適宜調整するのが好ましい。
樹脂aの数平均分子量(GPCにて測定;以下、Mnと略記する)は、通常1000以上、好ましくは1400以上であり、SP値は、通常7〜18、好ましくは8〜14である。また、樹脂aに架橋構造を導入させてもよい。かかる架橋構造は、共有結合性、配位結合性、イオン結合性、水素結合性等、いずれの架橋形態であってもよい。
樹脂粒子(A)の水分散スラリー塗料中における含有量としては、塗料の全質量に対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.5〜15質量%がより好ましい。樹脂粒子(A)の含有量が前記範囲内であると、貯蔵安定性が良好であると共に耐水性の向上効果の点で有効である。
〈樹脂粒子(B)〉
第1の態様の水分散スラリー塗料は、上記の樹脂粒子(A)と共に、樹脂bを含み、体積平均粒子径が前記樹脂粒子(A)の体積平均粒子径より大きい樹脂粒子(B)の少なくとも一種を含有する。
樹脂粒子(B)は、樹脂bからなる粒子、および樹脂aと共に、顔料や染料等の色材、硬化剤、塗料用添加剤などの他の成分を含んでなる粒子のいずれであってもよい。顔料や染料などの他の成分については、特に制限はなく、公知のものを適宜選択することができる。
樹脂粒子(B)の粒子形状もまた、不定形であっても球状であってもよいが、塗膜の平滑性、均一性の点で、球状の方が好ましい。球状とは、既述したように、粒子の長径/短径の比率が1.0〜1.5の範囲にあるものをいう。
樹脂粒子(B)の体積平均粒子径rは、焼き付け工程における乾燥性の観点から、好ましくは0.3μm以上、より好ましくは1μm以上、さらに好ましくは1.2μm以上であり、平滑性の観点から、好ましくは10μm以下、さらに好ましくは8μm以下、特に好ましくは5μm以下であり、この範囲内で前記樹脂粒子(A)の体積平均粒子径より大きくなるように選択する。
体積平均粒子径rは、フロー式粒子像解析装置、例えばシスメックス株式会社製のFPIA−2100を使用し、試料は例えば水分散スラリー塗料をイオン交換水で希釈したものを用いて測定することができる。
前記樹脂粒子(A)の体積平均粒子径〔r〕と樹脂粒子(B)の体積平均粒子径〔r〕とは、貯蔵安定性の観点から、粒径比{(樹脂粒子(A)の体積平均粒子径r)/(樹脂粒子(B)の体積平均粒子径r)}の値が0.003〜0.3の範囲内が好ましい。粒径比が前記範囲内であると、貯蔵安定性が良好であり、塗工時の表面平滑性が損なわれることもない。
前記粒径比の値は、より好ましくは0.004〜0.2であり、更に好ましくは0.005〜0.1である。
樹脂粒子(B)を構成する樹脂bとしては、用途、目的等に応じて適宜好ましいものを選択することが可能であり、既述の樹脂aと同様に、公知の樹脂であればいかなる樹脂も使用することができる。その具体例についても前記樹脂aと同様のものが挙げられ、具体的には、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂が好ましい。また、樹脂bは、前記樹脂aと同様に、反応性官能基を有するものであることが好ましい。
樹脂bの数平均分子量(Mn)は、通常2,000〜50万であり、好ましくは4,000〜20万である。
樹脂bの融点(DSCにて測定;以下、融点はDSCでの測定値である)は、通常0℃〜200℃であり、好ましくは35℃〜150℃である。また、樹脂bのTgは、好ましくは−50℃〜50℃であり、より好ましくは−40℃〜40℃、さらに好ましくは−37℃〜38℃である。樹脂bのSP値は、通常7〜18、好ましくは8〜14である。
樹脂粒子(B)の水分散スラリー塗料中における含有量としては、塗料の全質量に対して、5〜80質量%が好ましく、10〜70質量%がより好ましい。樹脂粒子(B)の含有量が前記範囲内であると、貯蔵安定性が良好であると共に塗工性の点で有効である。
上記のうち、樹脂粒子(A)と樹脂粒子(B)との好ましい組み合わせとしては、(A)がビニル樹脂であって、(B)がエポキシ系樹脂である組み合わせ、(A)がビニル系樹脂であって、(B)がビニル系樹脂である組み合わせ、(A)がポリプロピレンであって、(B)がポリウレタンである組み合わせ、(A)がポリエチレンであって、(B)がポリエステル系樹脂である組み合わせ、などである。
〈反応性界面活性剤〉
第1の態様の水分散スラリー塗料は、前記樹脂粒子(A)および(B)と共に界面活性剤を含有してなるものであり、該界面活性剤(反応性界面活性剤(C))として、ブロックイソシアネート基、エポキシ基、アミノ基、および水酸基より選択される少なくとも1種を有し、数平均分子量が4000〜500000である第1の反応性界面活性剤(CL)の少なくとも一種と、数平均分子量が500〜3000である第2の反応性界面活性剤(Cs)の少なくとも一種とを含有する。
本発明における反応性界面活性剤(C)は、疎水部および親水部からなり、少なくとも第1の反応性界面活性剤(CL)はブロックイソシアネート基、エポキシ基、アミノ基および水酸基から選ばれる1種または2種以上の基を親水部に有しており、第2の反応性界面活性剤(Cs)については、ブロックイソシアネート基、エポキシ基、アミノ基および水酸基から選ばれる1種または2種以上の基を親水部に有することが好ましい。
疎水部としては、芳香環を有する炭素数6〜100の炭化水素基を有するものが好ましい。親水部としては、前記以外にオキシエチレン単位、アニオン基、カチオン基、および両性イオン基の群から選ばれる少なくとも1種の基が好ましい。
以下、親水部として、オキシエチレン単位を有する反応性界面活性剤(C)を本発明における反応性界面活性剤(C1)、親水部として、アニオン基、カチオン基、および両性イオン基の群から選ばれる少なくとも1種の基を有する反応性界面活性剤(C)を本発明における反応性界面活性剤(C2)、アニオン基、カチオン基、および両性イオン基の群から選ばれる少なくとも1種の基を有する前記反応性界面活性剤(C1)を本発明における反応性界面活性剤(C3)とする。
反応性界面活性剤(C)は、これを使用して得られた水性分散体から得られる皮膜の耐水性の観点から、ブロックイソシアネート基、エポキシ基、アミノ基および水酸基から選ばれる1種または2種以上を、反応性界面活性剤(C)1分子あたり、好ましくは1〜20個、さらに好ましくは1〜15個、特に好ましくは1〜10個、最も好ましくは1〜5個含有する。
反応性界面活性剤(C)の親水部は、オキシエチレン単位[ポリオキシエチレン基等]、アニオン基、カチオン基、および両性イオン基のいずれか1種または2種以上の親水基を有することが好ましく、特にオキシエチレン単位を有することがより好ましい。
親水基が特にオキシエチレン単位である場合には、オキシエチレン単位を反応性界面活性剤(C)の質量(すなわち第1の反応性界面活性剤(CL)および第2の反応性界面活性剤(Cs)の合計質量)に対して、好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上、特に好ましくは45質量%以上であり、好ましくは97質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下、特に好ましくは80質量%以下である。
オキシエチレン単位が20質量%以上97質量%以下であると、乳化力が強く、安定なスラリー塗料を得ることができる。
本発明における反応性界面活性剤(C)は、1種以上の疎水部を有する。該疎水部としては、例えば、炭素数6〜100またはそれ以上、好ましくは8〜80の、芳香環を有する炭化水素基が挙げられる。該芳香環を有する炭化水素基としては、例えば、スチレン化フェニル基、ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールS、ビスフェノールFなど)の水酸基を除いた残基、およびこれら化合物にビニルモノマーを付加させたものなどが挙げられる。
該疎水部としてはまた、オキシエチレン単位以外の疎水性のオキシアルキレン単位、例えば、オキシプロピレン単位、オキシテトラメチレン単位等であってもよい。
ブロックイソシアネート基及び/又はエポキシ基を導入する方法は特に限定されないが、例えば、二重結合を有するブロック化されていてもよいイソシアネートモノマー(c2)及び/又はエポキシ基を有するビニルモノマー(c2’)を、他の不飽和モノマーと付加重合させる方法、末端に水酸基またはアミノ基を有するポリオキシアルキレンエーテル、ジイソシアネートおよびブロック化剤からなるウレタン樹脂を合成する方法、末端に水酸基またはアミノ基を有するポリオキシアルキレンエーテルとジエポキシ化合物を反応させる方法等がある。
二重結合を有するイソシアネート化合物の具体例としては、イソシアネートエチル(メタ)アクリレート、イソシアネートプロピル(メタ)アクリレート、イソシアネートブチル(メタ)アクリレート、イソシアネートヘキシル(メタ)アクリレート、3−イソプロペニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート、3−エチレニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート、および上記の2種以上の混合物が挙げられる。
これらのうち、好ましいものは、3−イソプロペニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネートおよび3−エチレニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネートである。
イソシアネート基のブロック化剤としては、例えば、ラクタム類(ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム等)、フェノール類(フェノール、クレゾール、エチルフェノール、ブチルフェノール、ノニルフェノール、ジノニルフェノール等)、オキシム類(メチルエチルケトンオキシム、アセトフェノンオキシム、ベンゾフェノンオキシム等)、アルコール類(メタノール、エタノール、ブタノールシクロヘキサノール等)、ジケトン類(マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセチルアセトン等)、メルカプタン類(ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン等)、ウレトジオン類(イソホロンジイソシアネートダイマー、ヘキサメチレンジイソシアネートダイマー等)、アミド類(アセトアニリド、酢酸アミド等)、イミド類(コハク酸イミド、マレイン酸イミド等)および亜硫酸塩類(重亜硫酸ソーダ等)、および上記の2種以上の混合物が挙げられる。
これらのうち、好ましいものとしては、アルコール類、ラクタム類、オキシム類、フェノール類が好ましく、特にメタノール、エタノール、メチルエチルケトンオキシムが好ましい。
前記エポキシ基を有するビニルモノマー(c2’)としては、エポキシ基と重合性ビニル基を分子内に含有する各種公知の化合物であれば特に限定されず、例えば、不飽和カルボン酸グリシジルエステル((メタ)アクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸グリシジル、α−n−プロピルアクリル酸グリシジル、α−n−ブチルアクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸−3,4−エポキシブチル、(メタ)アクリル酸−4,5−エポキシペンチル、(メタ)アクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、α−エチルアクリル酸−6,7−エポキシヘプチル、(メタ)アクリル酸メチルグリシジル等)、および不飽和グリシジルエーテル(スチレン−p−グリシジルエーテル、2,3−ジグリシジルオキシスチレン、4−ビニル−1−シクロヘキセン−1,2−エポキシド、3,4−ジグリシジルオキシスチレン、2,4−ジグリシジルオキシスチレン、3,5−ジグリシジルオキシスチレン、2,6−ジグリシジルオキシスチレン、2,3−ジヒドロキシメチルスチレンジグリシジルエーテル、3,4−ジヒドロキシメチルスチレンジグリシジルエーテル、2,4−ジヒドロキシメチルスチレンジグリシジルエーテル、3,5−ジヒドロキシメチルスチレンジグリシジルエーテル、2,6−ジヒドロキシメチルスチレンジグリシジルエーテル、2,3,4−トリヒドロキシメチルスチレントリグリシジルエーテル、1,3,5−トリヒドロキシメチルスチレントリグリシジルエーテル、5−ビニルピロガロールトリグリシジルエーテル、4−ビニルピロガロールトリグリシジルエーテル、ビニルフロログリシノールトリグリシジルエーテル等)等が挙げられる。
前記他の不飽和モノマーとしては特に限定されず、脂肪族ビニル系炭化水素、脂環式ビニル系炭化水素、および芳香族ビニル系炭化水素を用いることができる。
脂肪族ビニル系炭化水素としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン、オクタデセン、ブタジエン、イソプレン、1,4−ペンタジエン、1,6−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、前記以外のα−オレフィン等が;脂環式ビニル系炭化水素としては、例えば、シクロヘキセン、(ジ)シクロペンタジエン、ピネン、リモネン、インデン、ビニルシクロヘキセン、エチリデンビシクロヘプテン等が;芳香族ビニル系炭化水素としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4−ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、シクロヘキシルスチレン、ベンジルスチレン、クロチルベンゼン、ビニルナフタレン、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、ジビニルケトン、トリビニルベンゼン等が挙げられる。
水酸基またはアミノ基を導入する方法は特に限定されないが、例えば末端に水酸基またはアミノ基を有するポリオキシアルキレンエーテルとジイソシアネートからなるウレタン樹脂を合成する方法が挙げられる。
反応性界面活性剤(C)は、ブロックイソシアネート基、エポキシ基、水酸基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を有するウレタン樹脂であることが好ましい。前記ウレタン樹脂は、1価フェノールまたは1価の芳香族アルコール(c1)と必要によりビニルモノマー(c2)とからなる付加反応物またはそのアルキレンオキサイド付加物(c3)、有機ジイソシアネート(c4)、ポリオキシアルキレン鎖を有するジオール及び/又はジアミン(c5)、並びにブロック化剤(c6)またはポリエポキシ化合物(c7)を主要構成要素としてなり、前記(c3)及び/又は前記(c5)にオキシエチレン基を含有し、前記(c3)及び/又は(c5)にブロックイソシアネート基、エポキシ基、水酸基、およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基が付加してなるウレタン樹脂である。ウレタン樹脂は、必要に応じて、更に、伸長剤(c8)を用いたものであってもよい。
前記1価フェノールまたは1価の芳香族アルコール(c1)との付加反応において、前記ビニルモノマー(c2)及び/又はエポキシ基を有するビニルモノマー(c2’)と、必要に応じて更に、イソシアネート基およびエポキシ基の双方を有しないビニルモノマー(c9)を用いてもよい。
前記1価フェノールとしては、特に限定されず、例えば、フェノール、アルキル(炭素数1〜18)フェノール(例えばノニルフェノール、ドデシルフェノール、オクチルフェノール等)、アリールアルキル化フェノール(例えばクミルフェノール等)、ビスフェノール類のアルキル(炭素数1〜18)エーテル類(例えば、ビスフェノールAのモノメチルエーテル、ビスフェノールAのモノブチルエーテル、ビスフェノールSのモノブチルエーテル等)、および上記の2種以上の混合物等が挙げられる。これらのうち、好ましいものは、フェノール、クミルフェノールである。
また、1価の芳香族アルコール(c1)としては、例えば、ベンジルアルコール、2−ビフェニルエタノール、4−ビフェニルエタノール等が挙げられる。これらのうち、好ましいものは、ベンジルアルコールである。
前記ビニルモノマー(c2)としては、前記で挙げた二重結合を有するイソシアネート化合物が挙げられる。
これらのうち、好ましいものは、3−イソプロペニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネートおよび3−エチレニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネートである。
前記エポキシ基を有するビニルモノマー(c2’)としては、エポキシ基と重合性ビニル基を分子内に含有する各種公知の化合物であれば特に限定されず、上述したエポキシ基を有するビニルモノマーを挙げることができる。
これらのうち、好ましいものは、スチレン−p−グリシジルエーテルおよび2,3−ジグリシジルオキシスチレンである。
必要に応じて用いられるイソシアネート基およびエポキシ基の双方を有しないビニルモノマー(c9)としては特に限定されず、前記で挙げた不飽和モノマーを挙げることができる。
これらのうち、好ましいものは、スチレンである。
前記付加反応物またはそのアルキレンオキサイド付加物(c3)において、前記1価フェノールまたは1価の芳香族アルコール(c1)、前記ビニルモノマー(c2)及び/又はエポキシ基を有するビニルモノマー(c2’)、必要により前記イソシアネート基およびエポキシ基の双方を有しないビニルモノマー(c9)を付加させる方法としては特に限定されないが、フリーデルクラフツ反応によるのが好ましい。
フリーデルクラフツ反応の方法としては、公知の方法が使用でき、例えば、1価フェノールまたは1価の芳香族アルコール(c1)に、ブロックイソシアネート基を有するビニルモノマー(c2)及び/又はエポキシ基を有するビニルモノマー(c2’)、および必要に応じてビニルモノマー(c9)を、公知のルイス酸触媒(例えば、塩化鉄、塩化アルミニウム等)を用いて重付加させる方法等が挙げられる。
本発明において、前記付加反応物またはそのアルキレンオキサイド付加物(c3)はまた、前記1価フェノールまたは1価の芳香族アルコール(c1)、前記ビニルモノマー(c2)及び/又は前記エポキシ基を有するビニルモノマー(c2’)および必要により前記ビニルモノマー(c9)を付加させて得た付加反応物に、更にアルキレンオキサイドを付加させたものであってよい。
使用されるアルキレンオキサイド(以下,AOと略記、炭素数1〜30)としては特に限定されず、例えば、エチレンオキサイド(以下、EOと略記)、プロピレンオキサイド(以下、POと略記)、1,2−、1,3−または2,3−ブチレンオキサイド、テトラヒドロフラン、α−オレフィン(炭素数4〜30)オキサイド、エピクロロヒドリン、スチレンオキサイド、および上記の2種以上の混合物等が挙げられる。これらのうち好ましいものは、EOである。付加様式はランダム、及び/又はブロックが好ましい。
アルキレンオキサイドの付加モル数は、好ましくは1〜30モル、より好ましくは1〜10モル、更に好ましくは1〜5モルである。
前記付加反応物またはそのアルキレンオキサイド付加物(c3)において、構成単位である前記1価フェノールまたは1価の芳香族アルコール(c1)、前記ビニルモノマー(c2)及び/又は前記エポキシ基を有するビニルモノマー(c2’)、前記ビニルモノマー(c9)、付加されたAOの重量比率は、好ましくは(1〜5)/(1〜20)/(0〜20)/(0〜50)であり、さらに好ましくは(1〜3)/(1〜10)/(1〜10)/(1〜25)である。
有機ジイソシアネート(c4)としては特に限定されず、例えば、
(1)炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)2〜18の脂肪族ジイソシアネート[例えば、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチル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、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート、2−イソシアナトエチル−2,6−ジイソシアナトヘキサノエート等];
(2)炭素数4〜15の脂環族ジイソシアネート[例えば、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水添TDI)、ビス(2−イソシアナトエチル)−4−シクロへキセン等];
(3)炭素数6〜14の芳香族ジイソシアネート[例えば、1,3−または1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−または2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’−または4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン、粗製MDI、1,5−ナフチレンジイソシアネート等];
(4)炭素数8〜15の芳香脂肪族ジイソシアネート[例えば、m−またはp−キシリレンジイソシアネート(XDI)、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)等];
(5)これらのジイソシアネートの変性物[例えば、カーボジイミド基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、ウレア基等を有するジイソシアネート変性物等];
(6)およびこれら(1)〜(5)の2種以上の混合物等が挙げられる。
これらのうち好ましいものはHDI、TDIおよびIPDIである。
ポリオキシアルキレン鎖を有するジオール及び/又はジアミン(c5)は、前記反応性界面活性剤(C)の乳化力の観点から、ポリオキシエチレン単位をジオール及び/又はジアミン(c5)の質量に対して好ましくは20〜100質量%、さらに好ましくは50〜100質量%、特に好ましくは70〜100質量%含有する。
前記ジオール及び/又はジアミン(c5)としては、例えば、末端水酸基のポリエーテルジオール(c5−1)、末端水酸基のポリエステルジオール(c5−2)、末端アミノ基のポリエーテルジアミン(c5−3)等が含まれ、ジオール成分のみ、ジアミン成分のみ、または、ジオール成分およびジアミン成分の両方を使用することができる。
前記ポリエーテルジオール(c5−1)としては、例えば、低分子ジオールまたは2価フェノールにAOが付加した構造の化合物およびこれらの2種以上の混合物等が使用できる。
前記低分子ジオールとしては特に限定されず、例えば、エチレングリコール(以下EGと略記)、ジエチレングリコール、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(以下14BGと略記)、1,3−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール;環状基を有する低分子ジオール類[例えば、特公昭45−1474号公報記載のもの、ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ビス(ヒドロキシエチル)ベンゼン、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物等]、およびこれらの2種以上の混合物等が挙げられる。
AOが付加されるべき前記2価フェノールとしては特に限定されず、例えば、炭素数6〜30の2価フェノールが使用できる。具体的には単環2価、例えば、カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン等;縮合環2価、例えば、ジヒドロキシナフタレン等;ビスフェノール、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ジヒドロキシジフェニルエーテル、ジヒドロキシジフェニルチオエーテル等;およびビナフトール;並びにこれらのアルキル(炭素数1〜10)またはハロゲン(塩素、臭素など)置換体(例えば臭素化ビスフェノールA)等が挙げられる。
前記ポリエステルジオール(c5−2)としては、例えば、数平均分子量1000以下の前記ポリエーテルジオール(c5−1)とジカルボン酸及び/又は低分子ジオールとを反応させて得られる縮合ポリエステルジオールのうち、ポリオキシエチレン単位を前記の如く含有するもの等が挙げられる。
低分子ジオールとしては、例えば、前記のものが挙げられる。
ジカルボン酸としては、例えば、脂肪族ジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸など)、芳香族ジカルボン酸(テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸など)、これらのジカルボン酸のエステル形成性誘導体[酸無水物、低級アルキル(炭素数1〜4)エステルなど]およびこれらの2種以上の混合物等が挙げられる。
前記ポリエーテルジアミン(c5−3)としては、前記ポリエーテルジオール(c5−1)の末端ヒドロキシル基をさらにアミノ基に変成することで得られるものを使用することができる。
末端ヒドロキシル基をアミノ基に変成する方法としては、公知の方法が使用でき、例えば、前記ポリエーテルジオール(c5−1)の末端ヒドロキシル基をシアノアルキル化して得られる末端シアノアルキル基を還元しアミノアルキル化する方法(例えば、末端ヒドロキシル基を有する前記ポリエーテルジオール(c5−1)とアクリロニトリルまたはノネンニトリルとを反応させ、得られるシアノエチル化物を水素添加する方法)等が挙げられる。
これらのうち、好ましいものは、前記ポリエーテルジオール(c5−1)の末端ヒドロキシル基をシアノアルキル化して得られる末端シアノアルキル基を還元しアミノアルキル化する方法である。
前記ジオール及び/又はジアミン(c5)の水酸基及び/又はアミノ基1個あたりの数平均分子量は100〜10,000またはそれ以上であることが好ましく、より好ましくは400〜4,000である。
必要に応じて使用される伸長剤(c10)としては、例えば、水;前記に記載した低分子ジオール;ジアミン類[炭素数2〜6の脂肪族ジアミン(例えばエチレンジアミン、1,2−プロピレンジアミンなど)、炭素数6〜15の脂環式ジアミン(例えばイソホロンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンなど)、炭素数6〜15の芳香族ジアミン(例えば4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど)など];モノアルカノールアミン(例えばモノエタノールアミンなど)、ヒドラジンまたはその誘導体(例えばアジピン酸ジヒドラジドなど)およびこれらの2種以上の混合物等が挙げられる。これらのうち好ましいものは低分子ジオールであり、特に好ましいものはEGおよび14BGである。
また、停止剤(c11)としては特に限定されず、例えば、1価脂肪族アルコール(c11−1)、脂肪族モノアミン(c11−2)等が挙げられる。
前記アルコール(c11−1)としては、例えば、炭素数1〜18の飽和脂肪族1価アルコール(エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、オクチルアルコール、ラウリルアルコール、2−オクチルアルコール、2−エチルヘキシルアルコール等)、炭素数1〜18の不飽和1価脂肪族アルコール(オレイルアルコール等)などが挙げられる。
前記モノアミン(c11−2)としては、例えば、炭素数1〜18の脂肪族モノアミン[オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、ドデシルアミン、ジブチルアミン、ジオクチルアミン、ジ(2−エチルヘキシル)アミン等]、炭素数1〜18の不飽和脂肪族モノアミン(オレイルアミン等)、炭素数1〜16のヒドロキシアルキル基含有モノアミン(モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等)などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは1価脂肪族アルコールおよび脂肪族モノアミンであり、特に好ましいものは1価脂肪族アルコールである。
本発明において、前記ウレタン樹脂としては、下記一般式(1)で表される化合物が好ましい。
[式中、Qは、1価フェノールまたは1価の芳香族アルコール(c1)とブロックイソシアネート基を有するビニルモノマー(c2)及び/又はエポキシ基を有するビニルモノマー(c2’)との付加物もしくはそのポリオキシアルキレンエーテル(c3)の残基を、Gは、ウレア結合を有していてもよい有機ジイソシアネート(c4)の残基を、Xは、OまたはNHを、Jは、ポリオキシエチレン単位を含有するポリオキシアルキレン鎖を有するジオール及び/又はジアミン(c5)の残基を、Zは、水素、−COO−Qで表される基、または、−CO−Y(Yは、−OR(R:炭素数1〜18の1価アルコールの残基)または−NR(R:炭素数1〜18の炭化水素基または炭素数1〜16のヒドロキシアルキル基、R:水素、炭素数1〜18の炭化水素基または炭素数1〜16のヒドロキシアルキル基)である)を、それぞれ表す。mは、1〜500の整数である。]
本発明において、前記ウレタン樹脂の製法は特に限定されず、通常のポリウレタン樹脂を製造する方法(ワンショット法または多段法)で、前記付加物もしくはそのポリオキシアルキレンエーテル(c3)〜ジオール及び/又はジアミン(c5)、必要に応じて前記伸長剤(c10)、および停止剤(c11)をウレタン化反応させることにより得られる。ウレタン化の反応温度は好ましくは30〜200℃、より好ましくは50〜180℃である。反応時間は好ましくは0.1〜30時間、より好ましくは0.1〜8時間である。
該ウレタン化反応は無溶剤系またはイソシアネートに不活性な有機溶剤中で行なうことが好ましい。該有機溶剤としては、例えば、アセトン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキサイド、トルエン、ジオキサン等が挙げられる。該有機溶剤はウレタン樹脂を生成させた後、蒸留法等により除去されるのが好ましい。
前記ウレタン化反応において、ヒドロキシル(OH)基およびアミノ基(NH2)と、前記有機ジイソシアネート(c4)のイソシアネート(NCO)基の当量比[(OH+NH2)/NCO比]は、好ましくは1:(0.8〜1.5)、さらに好ましくは1:(0.9〜1.3)である。NCO基の当量比が0.8〜1.5であると、得られるポリウレタン樹脂が適度の分子量となり、得られる樹脂水性分散体からの皮膜の耐水性が良好となる。
アニオン、カチオン、もしくは両性イオンを有する、本発明における反応性界面活性剤(C2)において、親水基としては、特に限定されず、例えば、アニオン基であればカルボン酸塩の基(−COO-+)、スルホン酸塩の基(−SO3-+)、硫酸エステル塩の基(−OSO3-+)、リン酸エステル塩の基(−OPO3-+,−OPO3 2-・2X+)等が(Xは、例えば、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、アルカノールアミン塩等)、カチオン基であれば第1級アミンの塩の基、第2級アミンの塩の基、第3級アミンの塩の基、第4級アンモニウム塩の基等が、両性イオン基ではベタイン基等の親水基が挙げられる。
親水基の含量は、前記反応性界面活性剤(C2)の質量に対して好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは1質量%以上、特に好ましくは5質量%以上であり、好ましくは50質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下、特に好ましくは10質量%以下含有する。該親水基の含有量が0.1質量%以上50質量%以下であると、乳化力が強く、安定なスラリー塗料を得ることができる。
本発明における反応性界面活性剤(C2)は、好ましくは、例えば、1価フェノールまたは1価の芳香族アルコール(c1)とブロックイソシアネート基を有するビニルモノマー(c2)及び/又はエポキシ基を有するビニルモノマー(c2’)とからなる付加反応物の残基またはそのアルキレンオキサイド付加物の残基(c3’)と、アニオン基、カチオン基、および両性イオン基の群から選ばれる少なくとも1種のイオン基を主要構成要素としてなる。
アニオン基、カチオン基、および両性イオン基の群から選ばれる少なくとも1種のイオン基は、残基(c3’)中のいずれの部位に付加されていてもよく、例えば、芳香環、前記1価フェノールまたは1価の芳香族アルコール(c1)により導入された水酸基、または、この水酸基にアルキレンオキサイドが付加されたことにより導入された水酸基等に付加され得る。
本発明において、前記反応性界面活性剤(C2)の製法は特に限定されず、例えば、上述した付加物もしくはそのポリオキシアルキレンエーテル(c3)の末端ヒドロキシル基を、アニオン化(C2−1)、カチオン化(C2−2)、両性イオン化(C2−3)することで得られる。
前記アニオン化(C2−1)の方法としては、例えば、上述の付加物もしくはそのポリオキシアルキレンエーテル(c3)の末端ヒドロキシル基の、無水硫酸、クロルスルホン酸等による硫酸エステル化、無水リン酸などによるリン酸エステル化などが挙げられる。反応温度は好ましくは20℃〜200℃、より好ましくは20℃〜100℃である。反応時間は好ましくは0.1〜30時間、より好ましくは0.1〜10時間である。
前記カチオン化(C2−2)の方法としては、例えば、アミノ化された前記付加物もしくはそのポリオキシアルキレンエーテル(c3)末端の、酸による中和、アルキル化剤による第4級化などが挙げられる。中和に用いる酸は特に限定されず、例えば、塩酸、酢酸などが挙げられる。また、第4級化に用いるアルキル化剤は、例えば、メチルクロライド、メチルブロマイド、ベンジルクロライド、長鎖アルキルクロライド、エピクロルヒドリン、ジメチル硫酸、エチレンオキサイド等が挙げられる。末端をアミノ化する方法としては、例えば上述の付加物もしくはそのポリオキシアルキレンエーテル(c3)のヒドロキシル基に、水酸化カリウム等のアルカリ触媒存在下、アクリロニトリルを10〜80℃で滴下して付加させた後、用いたアルカリ触媒を除去して、メタノール等の溶媒中で高圧下(例えば30〜100kg/cm)、ニッケルやコバルト等の触媒を用いて水素添加する方法等が挙げられる。
中和反応の反応温度は、好ましくは20〜150℃、より好ましくは20〜100℃である。反応時間は好ましくは0.1〜20時間、より好ましくは0.1〜6時間である。
アルキル化剤による反応温度は、好ましくは50〜300℃、より好ましくは80〜150℃である。反応時間は好ましくは0.1〜20時間、より好ましくは0.1〜12時間である。
前記両性イオン化(C2−3)の方法としては、例えば、前記付加物もしくはそのポリオキシアルキレンエーテル(c3)の末端のアミノ基を前記アルキル化剤で第3級化した後、モノクロル酢酸ナトリウムの水溶液と反応させる方法、ビニル基含有エステルもしくはビニル基含有ニトリルを付加させた後、アルカリでケン化する方法などが挙げられる。ビニル基含有エステルとしては、アクリル酸メチル、アクリロニトリル等が挙げられる。
また、末端OHのノニオン性の界面活性剤(C1)を反応させ、アニオン基、カチオン基、および両性イオン基の群から選ばれる少なくとも1種の基を有するものは上述した本発明における反応性界面活性剤(C3)となる。その製造は、上述の反応性界面活性剤(C2)の製法に準じて行なうことができる。
本発明における反応性界面活性剤(C3)において、アニオン基、カチオン基、または両性イオン基の含量は、前記反応性界面活性剤(C3)の質量に対して好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは1質量%以上、特に好ましくは5質量%以上であり、好ましくは50質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下、特に好ましくは10質量%以下含有する。該親水基の含有量が0.1質量%以上50質量%以下であると、乳化力が強く、安定なスラリー塗料を得ることができる。
水分散スラリー塗料の第1の態様においては、ブロックイソシアネート基、エポキシ基、アミノ基、および水酸基より選択される少なくとも1種を有し、数平均分子量4000以上500000以下の反応性界面活性剤(CL)と、数平均分子量500以上3000以下の反応性界面活性剤(Cs)を併用することが、微粒子が安定に分散され、かつ焼付け後の硬化塗膜の耐水性のため重要である。
反応性界面活性剤(CL)の数平均分子量は、耐水性の観点から、4000以上500000以下であり、好ましくは10000以上70000以下、さらに好ましくは13000以上50000以下、最も好ましくは15000以上30000以下である。反応性界面活性剤(Cs)の数平均分子量は、貯蔵安定性の観点から、500以上3000以下であり、好ましくは800以上2500以下、特に好ましくは1000以上2300以下、最も好ましくは1500以上2000以下である。
また、反応性界面活性剤(CL)と反応性界面活性剤(Cs)とは、ともにノニオン系界面活性剤である組み合わせが好ましい。
数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにて、ポリスチレン換算値として測定したものである。
反応性界面活性剤の数平均分子量を調整するには、原料となるモノマーのモル比等を変化させる、合成時の温度、時間、濃度を変化させる等の方法が挙げられる。
本発明においては、反応性界面活性剤(CL)および反応性界面活性剤(Cs)の合計質量に対して、反応性界面活性剤(CL)の質量比が、20質量%以上95質量%以下であることが好ましく、25質量%以上80質量%以下がさらに好ましく、30質量%以上70質量%以下が特に好ましい。
また、反応性界面活性剤(C)のHLBは、エチレン性不飽和単量体を乳化する力および樹脂微粒子を分散させて安定な水性分散体または水性エマルジョンとする観点から、5〜40が好ましく、5〜20がさらに好ましい。前記反応性界面活性剤(C)のHLBの調整は、例えば前記反応性界面活性剤(C)中の疎水基の種類とその含有量の調整および親水基の種類とその含有量の調整により行なうことができる。該HLBは、例えば、藤本武彦著「全訂版新・界面活性剤入門」三洋化成工業株式会社、1992年発行の197頁に記載の小田の方法により求めることができる。すなわち、各官能基の無機性(親水性)または有機性(疎水性)の数値を炭素原子数に基づいて評価した有機性と無機性の数値(この数値は、例えば、前記文献の第3・3・11表に掲載されている)を用いて、前記反応性界面活性剤(C)中の疎水基の種類とその含有量および親水基の種類とその含有量から、その有機性の値と無機性の値を求め、以下の式によりHLBを計算する。
HLB=10×(無機性/有機性)
水分散スラリー塗料において、反応性界面活性剤(C)の含有量は、樹脂粒子(A)と(B)および反応性界面活性剤(C)の合計質量に対して、0.1〜10質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜8質量%、最も好ましくは1〜5質量%である。
−第2の態様−
本発明の水分散スラリー塗料は、少なくとも、樹脂粒子として、樹脂aを含む樹脂粒子(A)と、樹脂bを含み、体積平均粒子径が前記樹脂粒子(A)の体積平均粒子径より大きい樹脂粒子(B)とを用い、界面活性剤として、1〜12個の芳香環を含む炭素数6〜100の炭化水素基を有する疎水部(U)の少なくとも2つおよび、オキシエチレン鎖を有する親水部(W)の少なくとも1つ、をそれぞれ繰り返し単位として含む繰り返し構造を有し、両末端が前記疎水部(U)に由来の末端基である界面活性剤(C1)を用いて構成したものである。
第2の態様においては、水性媒体中に、体積平均粒子径が大小異なる二種の有機粒子と共に、両末端が前記疎水部(U)である界面活性剤(C1)を用いることによって、分散性が良好で貯蔵安定性を向上できると共に、塗布・焼き付けを行なって硬化塗膜としたときの耐水性をも向上させることができる。
なお、第2の態様における樹脂粒子(A)および樹脂粒子(B)については、既述の第1の態様における樹脂粒子(A)および樹脂粒子(B)と同様であり、好ましい態様も同様である。
〈界面活性剤(C1)〉
本発明の第2の態様の水分散スラリー塗料は、1〜12個の芳香環を含む炭素数6〜100の炭化水素基を有する疎水部(U)を繰り返し単位として少なくとも2つとオキシエチレン鎖を有する親水部(W)を繰り返し単位として少なくとも1つとを含む繰り返し構造を有し、両末端が前記疎水部(U)に由来の末端基である界面活性剤(C1)の少なくとも一種を含有する。
前記疎水部(U)は、1〜12個の芳香環を含む炭素数6〜100の炭化水素基を有する繰り返し単位であり、好ましくは、前記芳香環を含む炭素数8〜80の炭化水素基(芳香環の数は好ましくは2〜10個である)である。前記炭素数が前記範囲内であると、樹脂bの初期分散性の点で有効であり、芳香環が前記範囲内であると、貯蔵安定性の点で有効である。
1〜12個の芳香環を有する炭化水素基としては、例えば、スチレン化フェニル基、ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールS、ビスフェノールFなど)の水酸基を除いた残基、およびこれら化合物にビニルモノマーを付加させたものなどが挙げられる。
疎水部(U)は、該疎水部の溶解度パラメータ(SP)と併用する樹脂bの溶解度パラメータ(SP)との差(|SP−SP|)が0〜3であることが好ましい。溶解度パラメータ(SP値)の差が前記範囲内であると、樹脂bの初期分散性の点で有効である。中でも、好ましくは0〜2である。
ここで、溶解度パラメータ(SP値)は、Fedors法によって計算される。なお、SP値は、次式で表せる。
SP値(δ)=(ΔH/V)1/2
但し、式中、ΔHはモル蒸発熱(cal)を、Vはモル体積(cm)を表す。また、ΔHおよびVは、「POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE,1974,Vol.14,No.2,ROBERT F.FEDORS.(151〜153頁)」に記載の、原子団のモル蒸発熱の合計(ΔH)とモル体積の合計(V)とを用いることができる。
このSP値は、値が近いもの同士は互いに混ざりやすく(相溶性が高い)、値が離れているものは混ざりにくいことを表す指標である。
前記親水部(W)は、オキシエチレン鎖(例えばポリオキシエチレン基等)を有する繰り返し単位であり、界面活性剤(C1)1分子中におけるオキシエチレン鎖の重量平均分子量としては、1000〜4000が好ましく、より好ましくは1300〜3500であり、さらに好ましくは1500〜3000である。オキシエチレン鎖が前記範囲内であると、安定なスラリー塗料を得ることができる。
界面活性剤(C1)を構成する繰り返し構造中には、2つ以上の前記疎水部(U)と1つ以上の親水部(W)が含まれるが、疎水部および親水部が各々末端に位置するときには、それぞれ2つの結合手の一方に水素原子が結合して末端基となって存在している。
したがって、界面活性剤(C1)の両末端は、前記疎水部(U)の2つの結合手の一つに水素原子が結合した疎水部(U)に由来の末端基が結合されており、界面活性剤(C1)は硬化後の耐水性をより向上させることができる。
第2の態様の界面活性剤(C1)は、繰り返し単位である前記疎水部(U)2つと繰り返し単位である前記親水部(W)1つとを含む繰り返し構造を有するものであり、この繰り返し構造の最小単位は「U−W−U」である。
また、界面活性剤(C1)は、樹脂粒子や必要に応じて加えることができる硬化剤等の他の成分との結合により製造時や保管時の保存安定性、硬化後の耐水性を高める観点から、反応性官能基を有する反応性界面活性剤であってもよく、好ましくは、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、およびエポキシ基から選択される少なくとも一種を有する。
反応性官能基を導入する方法としては、反応性官能基を有するモノマーを(共)重合させる方法、反応性官能基を有する重合開始剤を用いて(共)重合を行なう方法、(共)重合を行なった後、界面活性剤を変性して反応性官能基を導入する方法などが挙げられる。
これらのうち、反応性官能基の導入のしやすさの観点から、反応性官能基を有するモノマーを(共)重合させる方法が好ましい。
ブロック化イソシアネート基におけるブロック化剤については既述と同様である。
界面活性剤(C1)の具体例としては、例えば、後述する製造例4で得られた疎水部−親水部−疎水部のトリブロック構造を有する界面活性剤C1−4や、製造例5で得られた疎水部−親水部−疎水部−親水部−疎水部のマルチブロック構造を有する界面活性剤C1−5などを挙げることができる。
界面活性剤(C1)の中でも、疎水部(U)−親水部(W)−疎水部(U)のトリブロック構造を有する反応性界面活性剤は好ましい。
前記界面活性剤(C1)の重量平均分子量としては、貯蔵安定性の観点から、1500〜30000が好ましく、より好ましくは1800〜28000であり、さらに好ましくは2000〜25000である。
数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにて、ポリスチレン換算値として測定したものである。
本発明の第2の態様の水分散スラリー塗料において、界面活性剤(C1)の含有量は、樹脂粒子(A)と(B)および界面活性剤(C1)の合計質量に対して、0.1〜10質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜8質量%であり、最も好ましくは1〜5質量%である。
本発明の水分散スラリー塗料中の樹脂分としては、好ましくは20〜75質量%であり、さらに好ましくは20〜60質量%である。また、25℃における粘度は、好ましくは10〜100,000mPa・sであり、さらに好ましくは50〜5,000mPa・sである。
樹脂分が20〜75質量%であると、樹脂粒子の水中での分散性は良好であり、粘度が10〜100,000mPa・sであると、塗料としての取り扱いが容易である。
なお、本発明の効果を阻害しない範囲において、反応性界面活性剤(C)または界面活性剤(C1)と共に、必要により公知のその他の乳化剤または界面活性剤(ノニオン性乳化剤および界面活性剤、アニオン乳化剤および界面活性剤、カチオン乳化剤および界面活性剤、各種反応性乳化剤および界面活性剤)等を併用することができる。併用する場合の該他の乳化剤および界面活性剤の使用量は、乳化剤または界面活性剤の全量に対して好ましくは44質量%以下、より好ましくは37質量%以下である。
〈他の成分〉
本発明の水分散スラリー塗料には、目的とする用途に応じて必要により公知の添加剤(C)(例えば、粘弾性調整剤、反応促進剤、動的表面張力調整剤、充填剤、増粘剤、耐熱もしくは耐候安定剤、レベリング剤、消泡剤、防腐剤、着色料などの他の成分)を任意に含有することができる。
粘弾性調整剤としては、例えば、ポリカルボン酸系、ポリスルホン酸系、ポリエーテル変性カルボン酸系、ポリエーテル系等の高分子型粘弾性調整剤、ウレタン変性ポリエーテル系等の会合型粘弾性調整剤が挙げられる。また、反応性界面活性剤(C)または(C1)を粘弾性調整剤として使用することもできる。配合量はスラリー塗料に対して好ましくは0.05%以上10.0%以下、より好ましくは0.1以上5%以下である。
反応促進剤としては、例えば、ジアザビシクロオクタン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデセン−7などのアミン化合物、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸ジルコニウムなどの金属含有化合物が挙げられる。配合量はスラリー塗料に対して好ましくは0.05%以上5.00%以下、より好ましくは0.1%以上3%以下である。
動的表面張力調整剤としては、例えば、アセチレングリコール系動的表面張力調整剤、フッ素系動的表面張力調整剤やシリコーン系動的表面張力調整剤等が挙げられる。配合量はスラリー塗料に対して好ましくは0.05%以上20.0%以下、より好ましくは0.1以上10%以下である。
耐候安定剤としては、例えば、フェニルサリシレート、p−tert−ブチルフェニルサリシレート等のサリチル酸系紫外線吸収剤、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系紫外線吸収剤、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−5’−tert−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、2−エチルヘキシル−2−シアノ−3,3’−ジフェニルアクリレート等のシアノアクリレート系紫外線吸収剤、オクチル化ジフェニルアミン、イソオクチル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェノール)プロピオネート等のヒンダードアミン系光安定剤が挙げられる。配合量はスラリー塗料に対して好ましくは0.05%以上10%以下、より好ましくは0.5%以上3%以下である。
レベリング剤としては特に限定されないが、例えば低分子ポリエチレン、低分子ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂、エチレン−アクリル共重合体、エチレン−メタクリル共重合体などのオレフィン共重合体、(メタ)アクリル共重合体、ポリビニルピロリドンなどが挙げられる。配合量はスラリー塗料に対して好ましくは0.2%以上6%以下、より好ましくは0.5%以上3%以下である。
必要により用いる着色料としては、特に限定されないが、例えば、無機顔料、有機顔料、染料などが挙げられる。無機顔料としては例えば、酸化チタン、カーボンブラック、酸化クロム、フェライト等が挙げられる。有機顔料としては例えば、アゾレーキ系、モノアゾ系、ジスアゾ系、キレートアゾ系等のアゾ顔料、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、イソインドリノン系、チオインジゴ系、ペリレン系、キノフタロン系、アンスラキノン系等の多環式顔料が挙げられる。染料としては、例えば、ニグロシン系、アニリン系が挙げられる。配合量としては着色料の種類によって異なるが、スラリー塗料に対して好ましくは0.5%以上30%以下、より好ましくは1.0%以上10%以下である。
本発明の水分散スラリー塗料を製造する方法としては、下記の方法が例示できるが、これらに限定されない。
例えば、好ましくは下層を形成する樹脂粒子(A)水分散液と、好ましくは上層を形成する樹脂粒子(B)水分散液とを混合する方法が挙げられる。これらは下記に例示した方法により製造される。
(1)脱溶剤法[反応性界面活性剤(CL)および(Cs)あるいは界面活性剤(C1)を含む水性媒体中に、樹脂aまたは樹脂bおよび必要により硬化剤を前記有機溶剤に溶解させ、ホモミキサー等で反応容器に分散させ、必要により最高100℃まで加熱しながら、0.1〜15Torrまで減圧して、水を残存させるよう、上記の水混和性溶媒および有機溶剤だけを脱溶剤し、微粒子を水中に分散させる方法];
(2)粉砕粒子分散法[樹脂aまたは樹脂b、および必要により硬化剤を溶融混練し、冷却、粉砕し、得られた微粒子を、反応性界面活性剤(CL)および(Cs)あるいは界面活性剤(C1)を含む水性媒体と、ディスパーサー等で反応容器に分散させる方法];
(3)自己乳化法[カルボキシル基等の親水性官能基を含有する樹脂aまたは樹脂b、および必要により硬化剤を前記有機溶剤に溶解させ、必要に応じてアミン化合物等塩基性の化合物を用いて中和後または中和しながら得られた微粒子を、反応性界面活性剤(CL)および(Cs)あるいは界面活性剤(C1)を含む水中に分散させる方法]
上記のうち、好ましいのは(1)の方法である。
前記方法(1)による製造における樹脂(aまたはb)、および必要により硬化剤の、有機系溶剤中での濃度は20〜75質量%、好ましくは40〜60質量%である。
また、前記方法(1)および(2)の製造法による樹脂(aまたはb)、および必要により硬化剤の、分散体中での濃度は5〜70質量%、好ましくは30〜60質量%である。
また、樹脂水性分散体における系内温度は通常−5〜100℃、好ましくは30〜80℃、脱溶剤は通常0.1〜50時間、好ましくは2〜10時間である。
上記の樹脂水性分散体を製造する方法で用いる分散機としては、例えば、ホモミキサー、ディスパーサー、高圧ホモジナイザー、スタティックミキサー、膜乳化機、フィルミックス、超音波分散機等が挙げられる。このうち好ましいのはホモミキサーである。
本発明の水分散スラリー塗料は、特に自動車用トップコートとして、あるいは建築物や家電製品等、種々の製品の塗装に用いることができる。
本発明の水分散スラリー塗料は、従来の水性塗料用塗装設備、または溶剤塗料用塗装設備である、スプレー塗装機を使用して塗装することができ、新規の設備を必要としない。 本発明の塗膜は、既述した本発明の水分散スラリー塗料を用いてなるものであり、例えば第1または第2の水分散スラリー塗料を所望の被塗物に塗布して塗膜を形成し、形成された塗膜を焼き付けることによって得られる。
塗膜形成方法は、被塗装物に対して、該スラリー塗料を、ウェット膜厚10μm以上200μm以下、好ましくは10μm以上50μm以下となるようにスプレー塗布し、これを100℃以上200℃以下、好ましくは120℃以上180℃以下の温度で、5分以上60分以下、好ましくは5分以上30分以下、さらに好ましくは5分以上20分以下の時間加熱することで塗膜を形成することができる。
塗膜の被塗物における膜厚は、10μm以上150μm以下が好ましく、より好ましくは15μm以上50μm以下である。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
−界面活性剤の調製−
(製造例1)
撹拌機、滴下ロート、窒素ガス導入管、温度計、および還流冷却器を備えた反応容器に、4−α−クミルフェノール53部およびルイス酸触媒(Galleon Earth、水澤化学工業(株)製)23部を仕込み、撹拌下、系内を窒素ガスで置換し、90℃に昇温した。同温度にてスチレン181部を3時間かけて滴下し、さらに同温度にて5時間反応させた。これを30℃に冷却後、触媒を濾別することにより、スチレン7モルを4−α−クミルフェノール1モルに付加したもの(重量平均分子量Mw:900)(B0−1)220部を得た。
得られたB0−1に、EO(エチレンオキサイド)を付加したもの[EO含有量45質量%、重量平均分子量Mw:1700]16.9部、ポリエチレングリコール(重量平均分子量Mw:4000)79.7部、およびヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)3.4部を80℃で3時間反応させ、ポリオキシエチレン鎖の重量平均分子量Mw3600、オキシエチレン単位の含有量87質量%、数平均分子量24,000、疎水部の炭化水素基の炭素数62、HLB17.2の、水酸基を有する高分子量タイプの反応性界面活性剤(CL−1)100部を得た。
(製造例2)
製造例1の反応性界面活性剤(CL−1)と同様のフリーデルクラフツ反応にて得られた、ヒドロキシル基含有炭化水素[スチレン2モルを4−α−クミルフェノール1モルに付加したもの]にEO(エチレンオキサイド)を付加して、ポリオキシエチレン鎖の重量平均分子量Mw1100、オキシエチレン単位の含有量87質量%、重量平均分子量Mw1800、疎水部の炭化水素基の炭素数62、HLB13.2の、水酸基を有する低分子量タイプの反応性界面活性剤(Cs−2)100部を得た。
(製造例3)
製造例1において、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)3.4部を水添4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)3.7部に代えたこと以外、製造例1と同様にして、ポリオキシエチレン鎖の重量平均分子量Mw3600、オキシエチレン単位の含有量87質量%、数平均分子量24,000、疎水部の炭化水素基の炭素数62、HLB17.2の、水酸基を有する高分子量タイプの反応性界面活性剤(CL−3)100部を得た。
(製造例4)
製造例1と同様にしてB0−1を得、得られたB0−1にEO(エチレンオキサイド)を付加したもの[EO含有量45質量%、重量平均分子量Mw:1700]34.2部、ポリエチレングリコール(重量平均分子量Mw:4000)80.2部、およびヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)3.7部を80℃で3時間反応させ、ポリオキシエチレン鎖の重量平均分子量Mw3600、オキシエチレン単位の含有量74質量%、数平均分子量18,000、疎水部の芳香環数9、炭化水素基の炭素数62、SP値11.2の、両末端に疎水部を有する界面活性剤(C1−4)115部を得た。界面活性剤(C1−4)は、疎水部−親水部−疎水部のトリブロック構造を有するものである。
(製造例5)
製造例1と同様にしてB0−1を得、得られたB0−1にEO(エチレンオキサイド)を付加したもの[EO含有量45質量%、重量平均分子量Mw:1700]36.4部、BPE−20(ビスフェノールAのEO2モル付加物、三洋化成工業(株)製)10.2部、ポリエチレングリコール(重量平均分子量Mw:8000)79.7部、およびヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)3.2部を80℃で3時間反応させ、ポリオキシエチレン鎖の重量平均分子量Mw6400、オキシエチレン単位の含有量76質量%、数平均分子量28,000、疎水部の芳香環数9、炭化水素基の炭素数62、SP値11.2の、両末端に疎水部を有する界面活性剤(C1−5)110部を得た。界面活性剤(C1−5)は、疎水部−親水部−疎水部−親水部−疎水部のマルチブロック構造を有するものである。
−粒子分散液の調製−
耐圧反応容器に、下記表1に示すイオン交換水と界面活性剤と過硫酸アンモニウムとを仕込み、反応容器内の空気を窒素で置換した後、反応容器を密閉して撹拌を開始し、80℃まで昇温した。次いで、下記表1に示す比率(質量比)で混合したモノマー200部を2時間かけて滴下した。さらに、同温度で2時間熟成し、粒子分散液(AL−6、AL−7)を得た。
得られた粒子分散液AL−6,7について、各分散液中の樹脂粒子の体積平均粒子径を動的光散乱粒子径測定法(測定器は大塚電子社製のDLS−7000を用い、測定試料には粒子分散液AL−6,7をイオン交換水で400倍に希釈して調製したものを用いた)により測定した。測定結果は、下記表1に示す。
(実施例1〜2、参考例1〜3、比較例1〜3)
−水分散スラリー塗料の作製−
下記表2に示す配合比にしたがって、イオン交換水と上記より得た粒子分散液(AL−6、AL−7)と、製造例1〜5で得た界面活性剤とを配合し、よく撹拌した。これに更に、樹脂b(SP値9.1)と硬化剤と硬化触媒と溶媒(酢酸エチル)との混合溶液を加えた後、得られた混合溶液をTKホモミキサー(特殊機化工業(株)製)を用いて2分間撹拌を行なった。このとき、実施例1、2、参考例1〜3および比較例1〜3では、回転数を10000r.p.m.とし、参考例2では8000r.p.m.とした。
その後、耐圧反応容器に移し、40℃まで昇温しながら減圧下で脱溶媒し、樹脂粒子分散液を得た。得られた樹脂粒子分散液にレオロジーコントロール剤を加えてよく撹拌することにより、樹脂粒子Aおよび樹脂粒子Bを含有する水分散スラリー塗料〔JL−1〜JL−5(実施例1〜2、参考例1〜3)およびHL−1〜HL−3(比較例1〜3)〕を作製した。
得られた水分散スラリー塗料の固形分濃度は約35%であった。
なお、前記樹脂bとしてはデスモフェンA575X(水酸基含有アクリル系ポリマー、住友バイエルウレタン(株)製)を、硬化剤としてデュラネートTPA−B80E(HDIイソシアヌレート型ブロック化物、旭化成工業(株)製)を、硬化触媒としてジブチル錫ラウレートを、レオロジーコントロール剤としてAcrysol RM−8W(ウレタン変性会合型レオロジーコントロール剤、ローム アンド ハース社製)を用いた。
−塗装板の作製−
リン酸亜鉛処理を施した厚さ0.8mmの冷延鋼板にエポキシ塗料を厚み20μmになるように塗装し、170℃で30分間加熱硬化した後、自動車用黒色中塗り塗料を厚み30μmとなるようにしてエアスプレー塗装し、140℃で30分間加熱硬化して試験板を用意した。
この試験板に、上記より得られた水分散スラリー塗料〔JL−1〜JL−5およびHL−1〜HL−3〕をそれぞれ、市販のエアースプレーガンを用いて膜厚が40〜60μmとなるようにして塗装し、80℃で10分間前焼き付けを行なった後、さらに150℃で20分間焼付乾燥して塗装板を作製した。
(測定・評価)
上記より得た水分散スラリー塗料の体積平均粒子径の測定、貯蔵安定性の評価、および塗装板の耐水性の評価を行なった。測定結果は、下記表3に示す。
−1.体積平均粒子径−
水分散スラリー塗料〔JL−1〜JL−5およびHL−1〜HL−3〕中の樹脂粒子Aの体積平均粒子径((A)値)を動的光散乱粒子径測定法(測定器は大塚電子社製のDLS−7000を用い、測定試料には各水分散スラリー塗料を高速冷却遠心機GRX−220(TOMY社製)ローターNo.4IIにより10000rpmで5分間遠心分離し、上澄みをイオン交換水で400倍に希釈して調製したものを用いた)により測定した。また、水分散スラリー塗料〔JL−1〜JL−5およびHL−1〜HL−3〕中の樹脂粒子Bの体積平均粒子径((B)値)をフロー式粒子画像解析装置FPIA(シスメックス社製、測定試料は各水分散スラリー塗料をイオン交換水で400倍に希釈して調製したものを用いた)により測定した。
−2.貯蔵安定性−
水分散スラリー塗料〔JL−1〜JL−5およびHL−1〜HL−3〕20gを高さ20cm、直径3cmの円筒状のガラス容器に入れ、40℃の恒温槽中に10日間静置し、粒子間のブロッキング(合着)の状態を目視により下記基準にしたがって評価した。
〈基準〉
○:均一に分散されていた。
×:容器を振っても沈殿物が再分散しなかった。
−3.耐水性−
塗膜を水中に40℃で10日間漬浸し、水浸後の塗膜面を目視により下記基準にしたがって評価した。
〈基準〉
○:塗膜に白化が全く認められない。
×:塗膜に白化が著しく認められる。
前記表3に示すように、本発明の水分散スラリー塗料は、微粒子が安定に分散されて貯蔵安定性が良好であり、しかも焼付け後の硬化塗膜の耐水性に優れていた。これに対し、比較の水分散スラリー塗料は、貯蔵安定性および硬化塗膜の耐水性をともに満足することができなかった。

Claims (7)

  1. 水性媒体中に、樹脂aを含む樹脂粒子(A)と、樹脂bを含み、体積平均粒子径が前記樹脂粒子(A)の体積平均粒子径より大きい樹脂粒子(B)と、1〜12個の芳香環を含む炭素数6〜100の炭化水素基を有する疎水部(U)を繰り返し単位として少なくとも2つとオキシエチレン鎖を有する親水部(W)を繰り返し単位として少なくとも1つとを含む繰り返し構造を有し、両末端が前記疎水部(U)に由来の末端基である界面活性剤(C1)とを含む水分散スラリー塗料。
  2. 前記樹脂bの溶解度パラメータと、前記界面活性剤(C1)の疎水部(U)の溶解度パラメータとの差が0〜1であることを特徴とする請求項1に記載の水分散スラリー塗料。
  3. 前記界面活性剤(C1)が、疎水部(U)−親水部(W)−疎水部(U)のトリブロック構造を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の水分散スラリー塗料。
  4. 前記界面活性剤(C1)が、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基、およびエポキシ基から選択される少なくとも一種を有する反応性界面活性剤であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の水分散スラリー塗料。
  5. 前記界面活性剤(C1)は、重量平均分子量が1500〜30000であって、かつ分子中のオキシエチレン鎖の重量平均分子量が1000〜4000であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の水分散スラリー塗料。
  6. 前記樹脂粒子(A)の体積平均粒子径rが0.03〜0.2μmであり、前記樹脂粒子(B)の体積平均粒子径rが0.3〜10μmであって、樹脂粒子(A)および樹脂粒子(B)の体積平均粒子径の比(r/r)が0.003〜0.3であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の水分散スラリー塗料。
  7. 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の水分散スラリー塗料を用いてなる塗膜。
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