JP2014037459A - ガラス容器塗装用塗料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 密着性など所望の特性を有するガラス容器塗装用塗料を製造する製造方法を提供する。
【解決手段】 ステップＳ１の準備工程で、熱硬化性樹脂と着色剤とを溶媒に溶解または分散させて得られる着色塗料を準備し、ステップＳ２のカップリング剤添加工程で、着色塗料を撹拌しながらシランカップリング剤を添加し、シランカップリング剤を添加した後、ステップＳ３の希釈工程で、希釈用溶剤を添加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラス容器塗装に好適な塗料を製造する製造方法に関する。

ガラス容器は、密閉性や耐薬品性などに優れ、その汎用性の高さから種々の用途に用いられる。ガラス容器は、デザイン性や機能性を持たせるために、ガラス材料に金属酸化物などの着色剤を混合して色ガラスからなる容器として製造することができる。しかしながら、色ガラスの場合は、使用可能な着色剤が制限され、発色できる色の種類が限られるため、所望のデザインまたは所望の機能を付与することができないことがある。

デザインや機能のバリエーションを増やすために、色ガラスに代わって、ガラス容器表面に塗装を施すことが多くなっている。ガラス容器表面の塗装は、スプレーガンなどで霧化した塗料をガラス容器の表面に吹き付けて施される。

塗装の場合は色ガラスとは異なり、容器表面に塗膜が形成され、この塗膜がデザイン性や機能性を有することになる。塗装が施されたガラス容器としては、塗膜とガラス容器表面との密着性を確保することが要求される。

ガラス被覆用塗料の製造方法として、たとえば特許文献１には、熱可塑性樹脂を有機溶媒に溶解させたのち、冷却することで、平均１次粒子径が１０００ｎｍ以下の熱可塑性樹脂粒子の懸濁液を得て、熱可塑性樹脂粒子を溶媒中に分散させることが記載されている。

特開２００５−２１３３５４号公報

特許文献１に記載された塗料は、熱可塑性樹脂の粒子を溶媒に分散させた構成となっているが、ガラス容器塗装用塗料は、密着性などの特性を十分に確保するために、樹脂以外にも多種の化合物を溶媒に溶解または分散させる必要がある。そして、ガラス容器塗装用塗料は、他種の化合物を単に溶媒に添加すればよいというものではなく、管理された工程手順に従って製造しなければ所望の特性を得ることができない。

本発明の目的は、密着性など所望の特性を有するガラス容器塗装用塗料を製造する製造方法を提供することである。

本発明は、熱硬化性樹脂と着色剤とを溶媒に溶解または分散させて得られる着色塗料を準備する準備工程と、
着色塗料を撹拌しながら、シランカップリング剤を添加する添加工程と、
シランカップリング剤を添加した後、希釈用溶剤を添加する希釈工程と、を有することを特徴とするガラス容器塗装用塗料の製造方法である。

また本発明は、前記添加工程における撹拌は、撹拌槽に貯留された着色塗料を、撹拌子を回転させることで行われ、
撹拌子の回転速度が５０〜２０００ｒｐｍであることを特徴とする。

また本発明は、前記添加工程においてシランカップリング剤は、着色塗料１Ｌに対して、１〜２０ｍＬ／秒で添加されることを特徴とする。

また本発明は、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂およびアクリルシリコン樹脂から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする。

また本発明は、希釈用溶剤は、メタノール、ｎ−ブタノール、キシレンおよびエチルベンゼンから選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする。

本発明によれば、準備工程で、熱硬化性樹脂と着色剤とを溶媒に溶解または分散させて得られる着色塗料を準備し、添加工程で着色塗料を撹拌しながら、シランカップリング剤を添加し、シランカップリング剤を添加した後、希釈工程で希釈用溶剤を添加する。

これにより、密着性など所望の特性を有するガラス容器塗装用塗料を製造することができる。

また本発明によれば、前記添加工程における撹拌は、撹拌槽に貯留された着色塗料を、撹拌子を回転させることで行われる。撹拌時の撹拌子の回転速度を５０〜２０００ｒｐｍとすることが好ましい。

また本発明によれば、前記添加工程においてシランカップリング剤は、着色塗料１Ｌに対して、１〜２０ｍＬ／秒で添加されることが好ましい。

また本発明によれば、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂およびアクリルシリコン樹脂から選ばれる１種または２種以上を用いることができる。

また本発明によれば、希釈用溶剤として、メタノール、ｎ−ブタノール、キシレンおよびエチルベンゼンから選ばれる１種または２種以上を用いることができる。

本発明の実施形態であるガラス容器塗装用塗料の製造方法を示す工程図である。

図１は、本発明の実施形態であるガラス容器塗装用塗料の製造方法を示す工程図である。本実施形態の製造方法は、ステップＳ１の準備工程、ステップＳ２のカップリング剤添加工程およびステップＳ３の希釈工程からなる。

＜ステップＳ１ 準備工程＞
ステップＳ１の準備工程では、熱硬化性樹脂と着色剤とを溶媒に溶解または分散させて得られる着色塗料を準備する。

着色塗料に用いられる熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、アクリルメラミン樹脂およびアクリルシリコン樹脂から選ばれる１種のみを含んでいてもよいし、２種以上を組み合せて含んでいてもよい。２種以上を組み合せるときは、エポキシ樹脂と、その他の樹脂とを組み合わせることが好ましい。また、２種以上を組み合せるときは、熱硬化性樹脂全体を１００重量％としたときに、エポキシ樹脂の含有量を５０重量％よりも大きくし、他の樹脂の含有量を５０％未満とすることが好ましい。エポキシ樹脂の含有量を５０重量％よりも大きくすることで、最終的に得られるガラス容器塗装用塗料の密着性が十分得られる。エポキシ樹脂の含有量を５０重量％以下とすると、十分な密着性が得られない場合がある。

着色塗料に用いられる着色剤としては、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、白色顔料（酸化チタン、リトポン、鉛白、亜鉛華など）、コバルト化合物（オーレオリン、コバルトグリーン、セルリアンブルー、コバルトブルー、コバルトバイオレットなど）、鉄化合物（酸化鉄、紺青など）およびこれらの混合物が挙げられる。有機顔料としてはアゾレーキ系、モノアゾ系、ジスアゾ系、キレートアゾ系等のアゾ顔料、ベンジイミダゾロン系、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、およびこれらの混合物が挙げられる。染料としてはアゾ系、アントラキノン系、インジゴイド系、硫化系、トリフェニルメタン系、ピラゾロン系、スチルベン系、ジフェニルメタン系、キサンテン系、アリザリン系、アクリジン系、キノンイミン系、チアゾール系、メチン系、ニトロ系、ニトロソ系、アニリン系およびこれらの混合物などが挙げられる。

着色塗料に用いられる溶媒は、特に限定されず、塗料の分野で通常用いられる溶媒であればよい。たとえば、メタノール、ｎ−ブタノール、キシレンおよびエチルベンゼンから選ばれる１種または２種以上である。

溶媒に、熱硬化性樹脂および着色剤を溶解または分散させることで着色塗料が得られる。

本準備工程では、着色塗料を準備可能であればよく、上記の各材料を用いて着色塗料を調製して準備してもよく、予め調製された着色塗料を入手して準備してもよい。
着色塗料を準備し終えると、次にステップＳ２のカップリング剤添加工程に進む。

＜ステップＳ２ カップリング剤添加工程＞
ステップＳ２のカップリング剤添加工程では、着色塗料にシランカップリング剤を添加する。

着色塗料を、撹拌装置などで撹拌しながらシランカップリング剤を所定の添加速度で添加する。撹拌装置は、着色塗料を貯留する撹拌槽と、貯留された着色塗料を、回転によって撹拌する撹拌翼、撹拌スターラ、撹拌ロータなどの撹拌子とからなる。

撹拌槽の容量は、たとえば１８〜１２０Ｌであり、撹拌しようとする着色塗料の量を、撹拌槽容量の２０〜９０％程度とする。貯留された着色塗料を回転によって撹拌する撹拌子の回転速度は、５０〜２０００ｒｐｍとする。

撹拌装置で撹拌される着色塗料は、液温が１０〜２５℃に保持され、撹拌された状態の着色塗料に、液状のシランカップリング剤が添加される。シランカップリング剤の添加速度は、着色塗料１Ｌ（リットル）に対して、１〜２０ｍＬ／秒である。シランカップリング剤の添加速度が、この範囲を外れると、塗料が凝固したり、被塗物であるガラス容器との密着性低下、塗装時の塗膜の艶引け、塗料ブツの発生のような不具合が生じる。

シランカップリング剤は、熱硬化性樹脂を主成分とする塗膜と、シリカを主成分とするガラス容器との密着性を向上させるために添加される。

本発明に用いられるシランカップリング剤は、官能基としてエポキシ基、ビニル基、スチリル基、アクリル基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、スルフィド基およびイソシアネート基のいずれかを有するものである。着色塗料に含まれる熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂であれば、官能基としてエポキシ基を有するシランカップリング剤を用いるなど、着色塗料に含まれる熱硬化性樹脂の種類によって添加すべきシランカップリング剤を選択すればよい。

シランカップリング剤を全量添加終了後は、一定時間撹拌を継続した後、撹拌を停止してもよいが、後段の希釈工程でも撹拌を行うことから、撹拌装置による撹拌を継続してもよい。
シランカップリング剤の添加を終えると、次にステップＳ３の希釈工程に進む。

なお、混色させるなどの目的で２種類以上の異なる着色塗料を用いる場合は、シランカップリング剤を添加するよりも前に、複数の着色塗料を撹拌混合し、一様な混合状態となったのち、上記の条件でシランカップリング剤を添加すればよい。

＜ステップＳ３ 希釈工程＞
ステップＳ３の希釈工程では、シランカップリング剤が添加された着色塗料に、希釈用溶剤を添加して、所望の粘度となるように着色塗料を希釈する。

希釈工程においても、カップリング剤添加工程と同様に、撹拌装置によって着色塗料を撹拌しながら希釈用溶剤を添加する。撹拌装置および撹拌条件はステップＳ２のカップリング剤添加工程と同じである。

希釈用溶剤は、特に限定されず、塗料の分野で通常用いられる溶媒であればよい。たとえば、着色塗料に用いられる溶媒と同じメタノール、ｎ−ブタノール、キシレンおよびエチルベンゼンから選ばれる１種または２種以上である。

希釈工程では、シランカップリング剤が添加されたのち、所望の粘度とすることが目的であるので、たとえば、雰囲気温度５℃〜４０℃のときに、塗料粘度がフォードカップ測定で９秒〜３０秒になるように希釈する。

希釈用溶剤を全量添加終了後も、引き続き撹拌装置による撹拌を一定時間継続することが好ましい。

希釈後さらに添加すべき添加剤などが無い場合は、希釈された着色塗料を、ガラス容器塗装用塗料として得る。

希釈後さらに添加すべき添加剤などがある場合は、希釈工程終了後に必要な添加剤などを全て添加し、添加終了後に得られたものが、ガラス容器塗装用塗料となる。

必要に応じてさらに添加される各種添加剤としては、レベリング剤、消泡剤、スベリ剤などの塗膜形成助剤を使用することができる。また、シリカゲル、炭酸カルシウム、硫酸バリウムおよびクレーなどの表面凹凸形成剤、および／または有機ベントナイト、水添ヒマシ油ワックス、ポリドアマイドワックス系、酸化ポリエチレン系、金属せっけん類、ヒマシ油、高級脂肪族アルコールの硫酸化物ならびに界面活性剤系などの沈降防止剤を添加してもよい。

このようにして得られたガラス容器塗装用塗料は、ガラス容器表面の塗装に好適に用いられる。

被塗装物であるガラス容器の素材としては、たとえば、一般的なソーダ石灰ガラスに少量のアルミナまたは酸化マグネシウムを加えた組成のガラス素材などが挙げられ、医薬品、化粧品および飲料品などに使用される各種のガラス容器を使用することができる。なお、塗装されるガラス容器は、透明、不透明および無色、着色にかかわらず使用できる。また、加熱処理、フロスト処理などの処理を施したものでもよく、無処理のものでもよい。

ガラス容器の表面を塗装する塗装方法としては、従来公知の塗装方法を適用することができるが、本発明の製造方法で得られたガラス容器塗装用塗料は、スプレー塗装法および静電塗装法に用いられることが好ましい。

スプレー塗装法は、圧縮空気によってスプレーヘッドのノズルからガラス容器塗装用塗料を霧状に吐出し、ガラス容器の表面に霧状のガラス容器塗装用塗料を付着させて塗装する方法である。

静電塗装法は、ガラス容器を電気的に正に帯電させた状態で、霧状にしたガラス容器塗装用塗料を高電圧の静電場の中に分散させて、ガラス容器塗装用塗料の微小液滴を負に帯電させ、電気力線の作用により、正帯電したガラス容器の表面に、負帯電したガラス容器塗装用塗料の微小液滴を付着させて塗装する塗装方法である。

本発明の製造方法で得られたガラス容器塗装用塗料は、使用可能な着色剤が制限されることなく、また複数の着色剤を混合して用いることも可能であるので、多様な色の塗膜をガラス容器表面に形成することができる。

また、スプレー塗装法または静電塗装法によってガラス容器を塗装することで、ガラス容器との密着性が高い塗膜を形成することができる。

・実施例１
＜準備工程＞
準備工程では、熱硬化性樹脂であるアクリルメラミン樹脂と、着色剤である白色顔料（酸化チタン）とを、溶媒であるメタノール、ｎ−ブタノールおよびキシレンに溶解させて得られた着色塗料を１０Ｌ準備した。

＜カップリング剤添加工程＞
カップリング剤添加工程では、撹拌装置（商品名M05-1800BN、光陽産業株式会社製）の撹拌槽に１０Ｌの着色塗料を投入し、撹拌ロータの回転速度を３００ｒｐｍとして着色塗料を撹拌した。

着色塗料を撹拌しながら、エポキシ基を官能基として有するシランカップリング剤（商品名 カップリング イーシー化学株式会社製）を、添加速度５ｍＬ／秒で添加した。

＜希釈工程＞
シランカップリング剤添加後に、１０Ｌの着色塗料に対して、希釈用溶剤を添加し、着色塗料をフォードカップ測定における粘度が１５秒となるように希釈、気温は２５℃であった。

さらに添加剤として沈降防止剤（商品名 沈降防止剤 川上塗料株式会社製）を、添加速度５ｍＬ／秒で添加した。

・実施例２
沈降防止剤を添加しなかったこと、フォードカップ測定における粘度が２０秒となるように希釈したこと以外は、実施例１と同様にして実施例２の製造方法を実施した。

・実施例３
撹拌速度を５０ｒｐｍとしたこと、シランカップリング剤の添加速度を１０ｍＬ／秒にしたこと以外は、実施例１と同様にして実施例３の製造方法を実施した。

・実施例４
沈降防止剤を添加しなかったこと、撹拌速度を５００ｒｐｍとしたこと、シランカップリング剤の添加速度を１０ｍＬ／秒にしたこと以外は、実施例１と同様にして実施例４の製造方法を実施した。

・実施例５
撹拌速度を１５００ｒｐｍとしたこと、シランカップリング剤の添加速度を２０ｍＬ／秒にしたこと、フォードカップ測定における粘度が２０秒となるように希釈したこと以外は、実施例１と同様にして実施例４の製造方法を実施した。

・実施例６
沈降防止剤を添加しなかったこと、撹拌速度を２０００ｒｐｍとしたこと、シランカップリング剤の添加速度を２０ｍＬ／秒にしたこと、フォードカップ測定における粘度が２５秒となるように希釈したこと以外は、実施例１と同様にして実施例６の製造方法を実施した。

・比較例１
カップリング剤添加工程を行わなかった、すなわちシランカップリング剤を添加しなかったこと以外は、実施例１と同様にして比較例１の製造方法を実施した。

・比較例２
カップリング剤添加工程において撹拌しなかったこと以外は、実施例１と同様にして比較例２の製造方法を実施した。

上記の実施例および比較例で製造したガラス容器塗装用塗料を用いて、ガラス容器（硅砂、ソーダ石灰ガラスに少量のアルミナまたは酸化マグネシウムを加えた組成のガラス素材から成る）の表面に、静電塗装方法で塗装を行った。静電塗装は、静電塗装機（ランズバーグ社製）を用いて行った。ガラス容器表面に形成された塗膜は、厚さ２０μｍであった。

静電塗装後のガラス容器に対して１６０℃で２０分間焼き付けを行ない、耐疵つき性、耐薬品性、耐密着性試験、耐沸騰水試験を実施した。

評価方法は以下の通りである。
（１）耐疵つき性：ＪＩＳ Ｋ５６００−５−４による鉛筆引っかき試験方法に従って評価した。
（２）耐薬品性：５％硫酸と５％ＮａＯＨ溶液に２０℃で２４時間浸漬したのちの塗膜状態を観察し、次のように評価した。
５：跡が全くない。
４：跡がわずかに認められる。
３：跡がやや目立つ。
２：跡が濃く残る。
１：剥離する。
（３）耐密着性試験：塗膜に対して、碁盤目剥離試験（マス目の数を１００とし、剥離にはクロスカットテープを使用）を行い、塗膜の残存数を記録した。
（４）耐沸騰水試験：沸騰水に１時間浸漬させたのち、（３）と同様の試験を行なった。
（５）塗膜の外観：塗膜を目視で観察し、次のように評価した。
〇：均一に塗装されている。
×：塗料の垂れが見られる。模様に均一性がない。

結果を表１〜表４に示す。

Claims (5)

1. 熱硬化性樹脂と着色剤とを溶媒に溶解または分散させて得られる着色塗料を準備する準備工程と、
   着色塗料を撹拌しながら、シランカップリング剤を添加する添加工程と、
   シランカップリング剤を添加した後、希釈用溶剤を添加する希釈工程と、を有することを特徴とするガラス容器塗装用塗料の製造方法。
2. 前記添加工程における撹拌は、撹拌槽に貯留された着色塗料を、撹拌子を回転させることで行われ、
   撹拌子の回転速度が５０〜２０００ｒｐｍであることを特徴とするガラス容器塗装用塗料の製造方法。
3. 前記添加工程においてシランカップリング剤は、着色塗料１Ｌに対して、１〜２０ｍＬ／秒で添加されることを特徴とする請求項１または２記載のガラス容器塗装用塗料の製造方法。
4. 熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂およびアクリルシリコン樹脂から選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のガラス容器塗装用塗料の製造方法。
5. 希釈用溶剤は、メタノール、ｎ−ブタノール、キシレンおよびエチルベンゼンから選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のガラス容器塗装用塗料の製造方法。

Images