JP2018001087A - 親水性被膜形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】親水性の維持性及び耐水性に優れ、下塗り塗膜層が比較的厚く塗装された場合でもワレが発生しない親水性被膜形成方法を提供する。【解決手段】基材上に、工程(1):重量平均分子量が5,000〜100,000である架橋性官能基含有樹脂(A)、架橋剤(B)及び重量平均分子量が200以上5,000未満である(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)を含有する組成物であって、該組成物中の(メタ)アクリロイル基濃度が4〜7mol/kgの範囲内である組成物(1)を使用して、下塗り塗膜層を形成する工程、工程(2):下塗り塗膜層が形成された基材上に、親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)を含有する組成物(2)を使用して、親水性付与層を形成する工程、並びに工程(3):上記親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)を重合反応させる工程、を順次行うことを親水性被膜形成方法。【選択図】なし

Description

本発明は、基材の表面を改質して親水性を付与するための被膜形成方法に関する。
一般に、基材を親水化することにより、耐汚染性、防曇性等の親水性を付与し、高付加価値化できることから、各種基材に親水性を付与する試みがなされてきた。
特許文献1には、基材上に積層された、光重合開始部が化学的に結合した高分子からなる下塗り塗膜層の表面に、親水性モノマーを接触させた状態で紫外線を照射し、該下塗り塗膜層に親水性モノマーをグラフト重合させることにより、該基材に耐久性に優れた各種機能、特に親水性能を付与できることが記載されている。しかしながら、該表面処理方法では、親水性の維持性、特に屋外曝露後の親水性の維持性及び塗膜の耐水性が不十分だったり、下塗り塗膜層が比較的厚く塗装された場合にワレが発生したりする場合があるという課題があった。
特開平9−77891号公報
本発明は上記事情を勘案してなされたものであり、簡便で生産性に優れ、また、親水性の維持性、特に屋外曝露後の親水性の維持性及び耐水性に優れ、さらに、下塗り塗膜層が比較的厚く塗装された場合でもワレが発生しない親水性被膜形成方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、基材上に、重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内である架橋性官能基含有樹脂、架橋剤及び重量平均分子量が200以上5,000未満の範囲内である(メタ)アクリロイル基含有化合物を含有する組成物であって、該組成物中の(メタ)アクリロイル基濃度が、該組成物の合計固形分を基準として、4〜7mol/kgの範囲内である組成物を使用して下塗り塗膜層を形成し、ついで親水性付与基含有重合性不飽和化合物を含有する親水性付与層を形成した後、該親水性付与基含有重合性不飽和化合物を重合反応させる親水性被膜形成方法によれば、上記目的を達成できることを見出した。
即ち、本発明は、下記の態様を包含する。
項1、基材上に、
工程(1):重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内である架橋性官能基含有樹脂(A)、架橋剤(B)及び重量平均分子量が200以上5,000未満の範囲内である(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)を含有する組成物であって、該組成物中の(メタ)アクリロイル基濃度が、該組成物の合計固形分を基準として、4〜7mol/kgの範囲内である組成物(1)を使用して、下塗り塗膜層を形成する工程、
工程(2):前記工程(1)で下塗り塗膜層が形成された基材上に、親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)を含有する組成物(2)を使用して、親水性付与層を形成する工程、並びに
工程(3):前記組成物(1)及び組成物(2)の少なくとも一方が光重合開始剤(E1)及び熱重合開始剤(E2)から選択される重合開始剤(E)を含有するものであり、前記組成物(2)中の親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)を重合反応させる工程、
を順次行うことを特徴とする親水性被膜形成方法。
項2、 工程(3)において、
前記工程(2)において光重合開始剤(E1)を含有する組成物(2)を使用した場合は該基材上に活性エネルギー線を照射し、
前記工程(2)において熱重合開始剤(E2)を含有する組成物(2)を使用した場合は該基材を加熱し、
前記工程(2)において重合開始剤(E)を含有しない組成物(2)を使用し、かつ前記工程(1)において光重合開始剤(E1)を含有する組成物(1)を使用した場合は該基材上に活性エネルギー線を照射し、
前記工程(2)において重合開始剤(E)を含有しない組成物(2)を使用し、かつ前記工程(1)において熱重合開始剤(E2)を含有する組成物(1)を使用した場合は該基材を加熱する
項1に記載の親水性被膜形成方法。
項3、組成物(1)において、架橋性官能基含有樹脂(A)が、重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内である水酸基含有アクリル樹脂(A1)である項1又は2に記載の親水性被膜形成方法。
項4、水酸基含有アクリル樹脂(A1)が、重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内であり、かつ、(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)である項3に記載の親水性被膜形成方法。
項5、組成物(1)において、架橋剤(B)が、ポリイソシアネート化合物、ブロック化ポリイソシアネート化合物及びアミノ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種である項1〜4のいずれか1項に記載の親水性被膜形成方法。
項6、組成物(1)において、(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の(メタ)アクリロイル基濃度が、該(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の固形分を基準として、2〜15mol/kgの範囲内である項1〜5のいずれか1項に記載の親水性被膜形成方法。
項7、組成物(1)において、(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の含有量が、前記成分(A)、(B)及び(C)の合計固形分100質量部を基準として、20〜90質量部の範囲内である項1〜6のいずれか1項に記載の親水性被膜形成方法。
本発明の親水性被膜形成方法は、上記特徴を有する組成物(1)を使用して形成された下塗り塗膜層上に、親水性付与基含有重合性不飽和化合物を含有する組成物(2)を使用して親水性付与層を形成し、活性エネルギー線を照射又は加熱することにより、親水性の維持性、特に屋外曝露後の親水性の維持性及び耐水性に優れ、さらに、下塗り塗膜層が比較的厚く塗装された場合でもワレが発生しない親水性被膜を形成できるという効果を奏することができる。
以下、本発明の親水性被膜形成方法について、さらに詳細に説明する。
本発明の親水性被膜形成方法(以下、「本方法」と略称する場合がある)は、
基材上に、
工程(1):重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内である架橋性官能基含有樹脂(A)、架橋剤(B)及び重量平均分子量が200以上5,000未満の範囲内である(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)を含有する組成物であって、該組成物中の(メタ)アクリロイル基濃度が、該組成物の合計固形分を基準として、4〜7mol/kgの範囲内である組成物(1)を使用して、下塗り塗膜層を形成する工程、
工程(2):前記工程(1)で下塗り塗膜層が形成された基材上に、親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)を含有する組成物(2)を使用して、親水性付与層を形成する工程、並びに
工程(3):前記組成物(1)及び組成物(2)の少なくとも一方が光重合開始剤(E1)及び熱重合開始剤(E2)から選択される重合開始剤(E)を含有するものであり、該組成物(2)中の親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)を重合反応させる工程、
を順次行うことを特徴とする親水性被膜形成方法。
基材
本発明において、基材はその表面を改質して親水性を付与する対象となる。基材としては、特に制限はなく、有機材料、無機材料、或いは、有機と無機とのハイブリッド材料のいずれであってもよい。本発明における基材としては、有機材料、有機と無機とのハイブリッド材料等の有機高分子化合物を含む基材であることが好ましい。
基材を構成する有機材料としては、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−1、4−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート、ポリエチレン−1、2−ジフェノキシエタン−4、4’−ジカルボキシレート、ポリブチレンテレフタレートなどのようなポリエステル樹脂、エピコート(商品名:油化シェルエポキシ(株)製)などの市販品に代表されるエポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロースエステル(例、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、プロピオニルセルロース、ブチリルセルロース、アセチルプロピオニルセルロース、ニトロセルロース)、ポリアミド、ポリスチレン(例、シンジオタクチックポリスチレン)、ポリオレフィン(例、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン)、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、各種の繊維強化プラスチック材料(Fiber Reinforced Plastics:以下FRP材料又は単にFRPという。)などのプラスチック材料等を挙げることができる。
各種のFRPは公知であり、プラスチック(マトリックス樹脂)に強化繊維を含めることにより、強度を向上させた材料を主に指す。マトリックス樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、セルロース繊維などを単独で又は2種以上併用して用いることができる。FRPの成形方法としては、公知のものを使用することができ、金型を用いて製造するシートモールディングコンパウンド(SMC)成形法、レジンインフュージョン(RIMP)成形法、プリプレグ/オートクレーブプレス法、スプレーアップ/RTM(Resin Transfer Molding)成形法等が挙げられる。
前記無機材料としては、例えば、鉄、アルミニウム、真鍮、銅、ブリキ、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼、亜鉛合金(Zn−Al、Zn−Ni、Zn−Fe等)メッキ鋼等の金属材料;ガラス;セメント;コンクリート等が挙げられる。
基材の厚みは、使用目的に応じて選択され、特に限定されないが、一般的には、10μm〜10cm程度である。
基材はさらに表面上(基材の1の面、あるいは2以上の面(例えば、表面、裏面、存在する場合は1又は複数の側面から選択される2以上の面))に塗膜、ゲルコート層等が形成されたものであってもよい。本明細書においては、基材の表面上に形成された塗膜、ゲルコート層等を含めて「基材」と呼ぶ。
基材の表面上に塗膜が形成されている場合、塗膜は1層であっても、2層以上の複層であってもよい。また、該塗膜は硬化塗膜であっても、未硬化塗膜であってもよい。本発明において、硬化塗膜とは、JIS K 5600−1−1に規定された硬化乾燥状態、すなわち、塗面の中央を親指と人差指とで強く挟んで、塗面に指紋によるへこみが付かず、塗膜の動きが感じられず、また、塗面の中央を指先で急速に繰り返しこすって、塗面にすり跡が付かない状態の塗膜である。一方、未硬化塗膜とは、塗膜が上記硬化乾燥状態に至っていない状態であって、JIS K 5600−1−1に規定された指触乾燥状態及び半硬化乾燥状態をも含むものである。
上記基材上に形成される塗膜は、例えば、公知の熱硬化性塗料組成物、活性エネルギー線硬化性塗料組成物、活性エネルギー線及び熱硬化性を有する塗料組成物等によって形成された塗膜であることができる。
上記熱硬化性塗料組成物としては、例えば、架橋性官能基を有する基体樹脂及び架橋剤を含有する有機溶剤型、水性、粉体型等の形態の塗料組成物を挙げることができる。基体樹脂が有する架橋性官能基としては、例えば、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、シラノール基等を挙げることができ、基体樹脂の種類としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などを挙げることができる。架橋剤としては、例えば、ポリイソシアネート化合物、ブロック化ポリイソシアネート化合物、メラミン樹脂、尿素樹脂、カルボキシル基含有化合物、カルボキシル基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂、エポキシ基含有化合物などを挙げることができる。なかでも、水酸基含有樹脂及び架橋剤を含有する塗料、又は酸基含有樹脂及びエポキシ基含有樹脂を含有する塗料から得られる塗膜が好ましく、水酸基含有樹脂及び架橋剤を含有する塗料から得られる塗膜がさらに好ましく、水酸基含有樹脂及びブロックされていてもよいポリイソシアネート化合物を含有する塗料から得られる塗膜がさらに特に好ましい。
前記ゲルコートとは、基材の表面の凹凸などの平滑化、意匠性の向上、紫外線の遮断等のために用いられるものである。ゲルコートを形成するための樹脂(ゲルコート樹脂)としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、硝化綿(ニトロセルロース)系樹脂、又はこれらの樹脂に適宜顔料、染料、離型剤等を混合したものなどを好適に使用することができる。
ゲルコート層が表面に形成された基材の具体例として、ゲルコート層が形成されたFRPが例示される。ゲルコート層の塗布方法としては、特に制限されず、例えば、ハンドレイアップ法、スプレーアップ法、型内被覆方法(インモールドコート法)により一体成形体をとして製造する方法など公知の方法が挙げられる。具体的には、型(例えば、金型)の内面に、予め外板の表面となりうるゲルコート樹脂材を塗布し、その後にFRP基材を積層させて硬化させて得る方法や、FRP基材を作成してからゲルコート樹脂材を塗布して硬化させる方法などが例示される。
また、基材は、上記ゲルコート層上に、前記塗膜が形成されたものであってもよい。
基材は、その表面に水酸基を有することが好ましい。
水酸基を有する基材は、例えば、基材上に、水酸基含有樹脂を含有する塗料を塗装する方法;水酸基含有樹脂及びブロックされていてもよいポリイソシアネート化合物を、水酸基含有樹脂の水酸基がポリイソシアネート化合物のブロックされていてもよいイソシアネート基(ブロック化イソシアネート基を含む)に対して、当量比で過剰(イソシアネート基/水酸基<1.0)となるように含有する塗料を塗装する方法等によって得ることができる。
また、水酸基を有する基材は、基材上に、水酸基含有樹脂及びブロックされていてもよいポリイソシアネート化合物を含有する塗料を塗装し、水酸基が残存する加熱方法で、塗膜を乾燥させることによっても得ることができる。上記水酸基が残存する加熱方法としては、具体的には、例えば、比較的低温で加熱を行う方法、比較的短時間の加熱を行う方法等が挙げられる。
上記水酸基は、基材が元来有するものであっても、別途の処理により生成するものであってもよい。無論、基材が元来有するものと、別途の処理により生成するものとの両方が混在することも妨げられない。基材の表面上に塗膜、ゲルコート層などが形成されている場合は、水酸基は、塗膜、ゲルコート層等が元来有する、あるいは、後記の工程(0)などの別途の処理により生成するものであってもよい。無論、塗膜、ゲルコート層等が元来有するものと、別途の処理により生成するものとの両方が混在することも妨げられない。
工程(0)
本発明の被膜形成方法において、必須工程である工程(1)の前に、表面を改質して親水性を付与する対象となる基材に対し、プラズマ処理、コロナ放電処理、活性エネルギー線処理、火炎処理、ブラスト処理、研磨処理などから選択された少なくとも1種の物理的方法による処理(物理的処理)を行うことができる。これらの物理的処理は必要に応じて2種以上を併用して行うこともできる。
本発明の被膜形成方法において、工程(1)の前に工程(0)を行うことは、基材と後述の下塗り塗膜層との付着性向上の観点、基材の濡れ性向上の観点などから好ましい。これらの性能向上は、以下の点に起因すると考えられる:(i)基材に対し上記物理的処理(特に、プラズマ処理、コロナ放電処理、活性エネルギー線処理及び火炎処理)を行うことにより、当該基材の表面が活性化され、付着性及び/又は濡れ性が向上する。具体的には、例えば、官能基(水酸基、カルボキシル基等)が生成する。官能基は、好ましくは硬化剤(B)との反応性を有し、かつ、基材表面の濡れ性向上に寄与する水酸基である。(ii)基材に対し上記物理的処理(特に、研磨処理)を行うことにより、下塗り塗膜層との付着を阻害するものが除去され、基材の濡れ性が向上する。
なお、プラズマ処理、コロナ放電処理、活性エネルギー線処理、火炎処理などの表面処理により、大気に接する表面の高分子層の結合の主鎖や側鎖を切り離され、切り離された高分子表層はラジカル状態となり、他のラジカル種(例えば、空気中であれば酸素ラジカルやオゾン)が主鎖や側鎖と再結合することにより、水酸基、カルボニル基等が生成すると考えられる。
工程(0)における物理的処理としては、生産性及び処理の簡便さの観点から、プラズマ処理、コロナ放電処理、火炎処理、ブラスト処理、研磨処理であることが好ましい。
また、本発明の被膜形成方法においては、必須工程である工程(1)の前に、表面を改質して親水性を付与する対象となる基材に対し、強酸処理、強アルカリ処理、酸化剤処理などから選択された少なくとも1種の化学的方法による処理(化学的処理)を行ってもよい。これらの化学的処理は必要に応じて2種以上を併用して行うこともできる。
また、本発明の被膜形成方法においては、上記物理的処理及び化学的処理を併用してもよい。
工程(1)
工程(1)では、基材上に、重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内である架橋性官能基含有樹脂(A)、架橋剤(B)及び重量平均分子量が200以上5,000未満の範囲内である(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)を含有する組成物であって、該組成物中の(メタ)アクリロイル基濃度が、該組成物の合計固形分を基準として、4〜7mol/kgの範囲内である組成物(1)を使用して、下塗り塗膜層を形成する。
工程(1)に先立ち、前記工程(0)の物理的処理及び/又は前記化学的処理を行う場合は、該処理が施された基材上に、下塗り塗膜層を形成する。
工程(1)で形成される下塗り塗膜層は、後記工程(2)で形成される親水性付与層と基材との中間層として、及び、基材と親水性付与層との接着層として形成されるものである。
本発明の被膜形成方法においては、架橋性官能基含有樹脂(A)中の架橋性官能基と、架橋剤(B)とが反応し、架橋構造を有する強固な下塗り塗膜層が形成されるため、水等の付着性低下因子の進入が抑制され、基材表面に対し、親水性の維持性及び耐水性に優れた塗膜が形成されると推察される。また、上記架橋性官能基含有樹脂(A)が比較的高い重量平均分子量を有するため、下塗り塗膜層が比較的厚く塗装された場合でも塗膜ワレが発生しないことが推察される。
また、本発明の被膜形成方法においては、上記架橋剤(B)が水酸基との反応性を有する場合、該架橋剤(B)が、基材が表面に有する水酸基(前記水酸基含有樹脂及び架橋剤を含有する塗料を用いて形成された塗膜上に存在するもの、前記工程(0)の物理的処理により生成したものが例示される)と反応することにより、基材と下塗り塗膜層が結合し、結果として、基材、下塗り塗膜層及び親水性付与層が一体となった強固に結合された被膜が形成されると推察される。
さらに、本発明の被膜形成方法においては、組成物(1)が、重量平均分子量が200以上5,000未満の範囲内である(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)を含有し、該組成物(1)中の(メタ)アクリロイル基濃度が、該組成物の合計固形分を基準として、4〜7mol/kgの範囲内と比較的高いため、前記親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)の下塗り層への結合量が増加し、親水性の維持性に優れた被膜が形成されることが推察される。
また、本発明の被膜形成方法においては、上記のように(メタ)アクリロイル基濃度が高い下塗り塗膜層が形成されるため、屋外曝露により、上層の親水性付与層中の親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)が一部脱落した場合でも、該下塗り塗膜層中の該(メタ)アクリロイル基が太陽光線等により加水分解し、水酸基及びカルボキシル基が生成して親水性が発現するため、屋外曝露後の親水性の維持性に優れた被膜が形成されることが推察される。
以下、組成物(1)について説明する。
架橋性官能基含有樹脂(A)
架橋性官能基含有樹脂(A)は、1分子内に1個以上の架橋性官能基を有し、重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内の樹脂である。
上記架橋性官能基は、後記の架橋剤(B)中の官能基と反応することにより、架橋塗膜を形成することができる。該架橋性官能基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基等が挙げられる。なかでも形成される塗膜の耐水性等の観点から、該架橋性官能基の少なくとも1種が水酸基であることが好ましい。
したがって、本発明に係る組成物(1)は、上記架橋性官能基含有樹脂(A)の少なくともその一部として水酸基含有樹脂を含有し、かつ上記架橋剤(B)の少なくともその一部として該水酸基含有樹脂との反応性を有する架橋剤(B)を含有することが好ましい。
架橋性官能基含有樹脂(A)が少なくともその一部として水酸基含有樹脂を含有する場合、該水酸基含有樹脂の水酸基価は、親水性の維持性、形成される塗膜の耐水性等の観点から、15〜240mgKOH/g、好ましくは20〜220mgKOH/g、さらに好ましくは25〜200mgの範囲内であることが好適である。
また、上記架橋性官能基含有樹脂(A)の重量平均分子量は、形成される塗膜の外観、塗膜ワレの抑制等の観点から、6,000〜80,000、好ましくは7,000〜50,000の範囲内であることが特に好適である。
なお、本明細書において、数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)を用いて測定した保持時間(保持容量)を、同一条件で測定した分子量既知の標準ポリスチレンの保持時間(保持容量)によりポリスチレンの分子量に換算して求めた値である。具体的には、ゲルパーミエーションクロマトグラフ装置として、「HLC−8120GPC」(商品名、東ソー社製)を使用し、カラムとして、「TSKgel G4000HXL」、「TSKgel G3000HXL」、「TSKgel G2500HXL」及び「TSKgel G2000HXL」(商品名、いずれも東ソー社製)の計4本を使用し、検出器として、示差屈折率計を使用し、移動相:テトラヒドロフラン、測定温度:40℃、流速:1mL/minの条件下で測定することができる。
また、上記架橋性官能基含有樹脂(A)の種類としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル変性ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂等の樹脂が挙げられる。これらはそれぞれ単独でもしくは2種以上を組み合わせて使用することができる。なかでも、架橋性官能基含有樹脂(A)は、親水性の維持性、形成される塗膜の耐水性等の観点から、水酸基含有アクリル樹脂(A1)であることが好ましい。
水酸基含有アクリル樹脂(A1)
水酸基含有アクリル樹脂(A1)は、1分子内に水酸基を1個以上有し、重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内であるアクリル樹脂である。
上記水酸基含有アクリル樹脂(A1)は、例えば、水酸基含有重合性不飽和モノマー及び該水酸基含有重合性不飽和モノマーと共重合可能な他の重合性不飽和モノマーを含有する混合物を、それ自体既知の方法、例えば、有機溶媒中での溶液重合法、水中でのエマルション重合法等の方法により共重合せしめることによって製造することができる。
上記水酸基含有重合性不飽和モノマーは、1分子中に水酸基及び重合性不飽和結合をそれぞれ1個以上有する化合物である。該水酸基含有重合性不飽和モノマーとしては、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、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物;該(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物のε−カプロラクトン変性体;N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド;アリルアルコール、さらに、分子末端が水酸基であるポリオキシアルキレン鎖を有する(メタ)アクリレート等を挙げることができる。但し、本発明においては、後述する(xvii) 紫外線吸収性官能基を有する重合性不飽和モノマーに該当する水酸基を有するモノマーは、上記水酸基含有重合性不飽和モノマーと共重合可能な他の重合性不飽和モノマーとして規定されるべきものであり、水酸基含有重合性不飽和モノマーからは除かれる。これらは、単独でもしくは2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記水酸基含有重合性不飽和モノマーと共重合可能な他の重合性不飽和モノマーとしては、例えば、下記モノマー(i)〜(xx)等を使用することができる。これらの重合性不飽和モノマーは単独でもしくは2種以上で組み合わせて使用することができる。
(i) アルキル又はシクロアルキル(メタ)アクリレート: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−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、t−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロドデシル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート等。
(ii) イソボルニル基を有する重合性不飽和モノマー:イソボルニル(メタ)アクリレート等。
(iii) アダマンチル基を有する重合性不飽和モノマー:アダマンチル(メタ)アクリレート等。
(iv) トリシクロデセニル基を有する重合性不飽和モノマー:トリシクロデセニル(メタ)アクリレート等。
(v) 芳香環含有重合性不飽和モノマー:ベンジル(メタ)アクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等。
(vi) アルコキシシリル基を有する重合性不飽和モノマー: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(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン等。
(vii) フッ素化アルキル基を有する重合性不飽和モノマー:パーフルオロブチルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート等のパーフルオロアルキル(メタ)アクリレート;フルオロオレフィン等。
(viii) マレイミド基等の光重合性官能基を有する重合性不飽和モノマー。
(ix) ビニル化合物:N−ビニルピロリドン、エチレン、ブタジエン、クロロプレン、プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル等。
(x) カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー:(メタ)アクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、β−カルボキシエチル(メタ)アクリレート等。
(xi) 含窒素重合性不飽和モノマー:(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、エチレンビス(メタ)アクリルアミド、グリシジル(メタ)アクリレートとアミン化合物との付加物等。
(xii) 重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマー:アリル(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、1,4−ブタンジオールジ(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、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート等。
(xiii) エポキシ基含有重合性不飽和モノマー:グリシジル(メタ)アクリレート、β−メチルグリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルプロピル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル等。
(xiv) 分子末端がアルコキシ基であるポリオキシアルキレン鎖を有する(メタ)アクリレート。
(xv) スルホン酸基を有する重合性不飽和モノマー:2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−スルホエチル(メタ)アクリレート、アリルスルホン酸、4−スチレンスルホン酸等;これらスルホン酸のナトリウム塩及びアンモニウム塩等。
(xvi) リン酸基を有する重合性不飽和モノマー:アシッドホスホオキシエチル(メタ)アクリレート、アシッドホスホオキシプロピル(メタ)アクリレート、アシッドホスホオキシポリ(オキシエチレン)グリコール(メタ)アクリレート、アシッドホスホオキシポリ(オキシプロピレン)グリコール(メタ)アクリレート等。
(xvii) 紫外線吸収性官能基を有する重合性不飽和モノマー:2−ヒドロキシ−4(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(3−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−(3−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2−(2’−ヒドロキシ−5'−メタクリロイルオキシエチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール等。
(xviii) 光安定性重合性不飽和モノマー:4−(メタ)アクリロイルオキシ1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−クロトノイル−4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン等。
(xix) カルボニル基を有する重合性不飽和モノマー:アクロレイン、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、アセトアセトキシエチルメタクリレート、ホルミルスチロール、4〜7個の炭素原子を有するビニルアルキルケトン(例えば、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルブチルケトン)等。
(xx) 酸無水物基を有する重合性不飽和モノマー:無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸等。
本明細書において、重合性不飽和基とは、ラジカル重合しうる不飽和基を意味する。かかる重合性不飽和基としては、例えば、ビニル基、(メタ)アクリロイル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、マレイミド基、ビニルエーテル基等が挙げられる。
また、本明細書において、「(メタ)アクリレート」はアクリレート又はメタクリレートを意味する。「(メタ)アクリル酸」は、アクリル酸又はメタクリル酸を意味する。また、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイル又はメタクリロイルを意味する。また、「(メタ)アクリルアミド」は、アクリルアミド又はメタクリルアミドを意味する。
なかでも、上記水酸基含有アクリル樹脂(A1)は、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)であることが好ましい。
(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)
(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)は、1分子内に、アクリロイル基及びメタクリロイル基から選ばれる少なくとも1種を1個以上有し、重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内である水酸基含有アクリル樹脂である。
なかでも、該(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)は、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂であることが好ましい。
(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)は、例えば、第1の反応性基を有するアクリル樹脂と、該第1の反応性基との反応性を有する第2の反応性基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを反応させることにより製造することができる。
上記第1の反応性基及び第2の反応性基の組合せとしては、例えば、第1の反応性基/第2の反応性基の組合せで、エポキシ基/カルボキシル基、カルボキシル基/エポキシ基、水酸基/イソシアネート基、イソシアネート基/水酸基等が挙げられる。
より具体的には、上記(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)は、1)エポキシ基含有アクリル樹脂にカルボキシル基含有(メタ)アクリレートを付加反応させる方法、2)カルボキシル基含有アクリル樹脂にエポキシ基含有(メタ)アクリレートを付加反応させる方法、3)水酸基含有アクリル樹脂にイソシアネート基含有(メタ)アクリレートを付加反応させる方法、により好適に製造することができる。
なかでも、耐水性等の観点から、上記(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)が、上記1)エポキシ基含有アクリル樹脂にカルボキシル基含有(メタ)アクリレートを付加反応させる方法により得られる(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂であることが好ましい。
上記エポキシ基含有アクリル樹脂、カルボキシル基含有アクリル樹脂、水酸基含有アクリル樹脂等の第1の反応性基を有するアクリル樹脂と、上記カルボキシル基含有(メタ)アクリレート、エポキシ基含有(メタ)アクリレート、イソシアネート基含有(メタ)アクリレート等の第2の反応性基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物との付加反応は、通常、有機溶剤中、40〜160℃で、必要に応じて触媒を用いて行うことができる。なお、第1の反応性基を有するアクリル樹脂を溶融させて付加反応を行うこともできるが、製造の容易さから有機溶剤中で反応を行うことが好ましい。
続いて、上記付加反応に用いるカルボキシル基含有(メタ)アクリレート、エポキシ基含有(メタ)アクリレート及びイソシアネート基含有(メタ)アクリレートについて説明する。
上記カルボキシル基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、(メタ)アクリル酸等が挙げられる。
上記エポキシ基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸β−メチルグリシジル等のエポキシ基含有(メタ)アクリレート;(メタ)アクリル酸(2−オキソ−1,3−オキソラン)メチル等の(2−オキソ−1,3−オキソラン)基含有(メタ)アクリレート;(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸3,4−エポキシシクロヘキシルエチル等の脂環式エポキシ基含有(メタ)アクリレート等が挙げられる。
イソシアネート基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、イソシアナトメチル(メタ)アクリレート、イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、イソシアナトプロピル(メタ)アクリレート、イソシアネートオクチル(メタ)アクリレート、p−メタクリロキシ−α,α’−ジメチルベンジルイソシアネート、m−アクリロキシ−α,α’−ジメチルベンジルイソシアネート等が挙げられる。また、ポリイソシアネート化合物のイソシアネートの一部を水酸基含有(メタ)アクリレートと反応させたものが挙げられる。
次に、前記カルボキシル基含有アクリル樹脂、エポキシ基含有アクリル樹脂、水酸基含有アクリル樹脂等の第1の反応性基を有するアクリル樹脂について説明する。
上記第1の反応性基を有するアクリル樹脂を調製するには各種の方法が適用できるが、例えば、カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー、エポキシ基含有重合性不飽和モノマー及び水酸基含有重合性不飽和モノマーのうちから所望とする第1の反応性基を有するアクリル樹脂を得るために選択された重合性不飽和モノマーと、必要に応じてその他の重合性不飽和モノマーとを有機溶剤中で共重合反応する方法が、最も簡便であり好ましい。
上記カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー、エポキシ基含有重合性不飽和モノマー、水酸基含有重合性不飽和モノマー及びその他の重合性不飽和モノマーとしては、例えば、前記水酸基含有アクリル樹脂(A1)の説明欄に記載した重合性不飽和モノマーを使用することができる。
前記カルボキシル基含有アクリル樹脂、エポキシ基含有アクリル樹脂、水酸基含有アクリル樹脂等の第1の反応性基を有するアクリル樹脂の調製に使用する重合開始剤及び有機溶剤としては、各種のものが使用できる。
また、上記第1の反応性基を有するアクリル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、耐水性等の観点から、−35〜100℃、好ましくは−25〜95℃、さらに好ましくは−5〜90℃の範囲内であることが好適である。
なお、本明細書において、上記第1の反応性基を有するアクリル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、下記式により算出される値である。
1/Tg(K)=W/T+W/T+・・・W/T
Tg(℃)=Tg(K)−273
式中、W、W、・・・Wは各モノマーの質量分率であり、T、T・・・Tは各モノマーのホモポリマーのガラス転移温度Tg(K)である。
なお、各モノマーのホモポリマーのガラス転移温度は、POLYMER HANDBOOK Fourth Edition,J.Brandrup,E.h.Immergut,E.A.Grulke編(1999年)による値であり、該文献に記載されていないモノマーのガラス転移温度は、該モノマーのホモポリマーを重量平均分子量が50,000程度になるようにして合成したときの静的ガラス転移温度とする。
該静的ガラス転移温度は、例えば示差走査熱量計「DSC−50Q型」(島津製作所製、商品名)を用いて、試料を測定カップにとり、真空吸引して完全に溶剤を除去した後、3℃/分の昇温速度で−100℃〜150℃の範囲で熱量変化を測定し、低温側における最初のベースラインの変化点を静的ガラス転移温度とすることによって、測定することができる。
また、上記第1の反応性基を有するアクリル樹脂の重量平均分子量は、塗膜外観、耐水性等の観点から、4,500〜99,500、好ましくは5,500〜79,500、さらに好ましくは6,500〜49,500の範囲内であることが好適である。
また、(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)は、上記第1の反応性基を有するアクリル樹脂、第2の反応性基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物及び水酸基含有化合物の鎖伸長成分を反応させて得られるものであってもよい。
具体的には、例えば、前記1)又は2)の方法において、第1の反応性基を有するアクリル樹脂の共重合モノマー成分の1種として水酸基含有重合性不飽和モノマーを使用し、該モノマーに由来する水酸基と上記水酸基含有化合物の鎖伸長成分とを反応させる方法;前記1)又は2)の方法において、エポキシ基とカルボキシル基の付加反応によって生成する2級水酸基と上記水酸基含有化合物の鎖伸長成分とを反応させる方法;前記3)の方法において水酸基含有アクリル樹脂中の水酸基と上記水酸基含有化合物の鎖伸長成分とを反応させる方法等が挙げられる。
上記水酸基含有化合物の鎖伸長成分としては、例えば、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン化合物;エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイド化合物等が挙げられる。
上記(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)の(メタ)アクリロイル基濃度は、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、0.5〜5.0mol/kg、好ましくは0.75〜4.5mol/kg、さらに好ましくは1.0〜4.0mol/kgの範囲内であることが好適である。
本明細書において、(メタ)アクリロイル基濃度とは、化合物1kg当たりの(メタ)アクリロイル基の数であり、化合物中に存在する(メタ)アクリロイル基の数を、化合物の質量で除した値である(mol/kg)。本明細書において上記(メタ)アクリロイル基濃度は、化合物の合成時に使用した原材料の質量から算出される理論値である。
本発明に係る組成物(1)において、架橋性官能基含有樹脂(A)の含有量は、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、組成物(1)の合計固形分100質量部を基準として、5〜80量部、好ましくは10〜70質量部、さらに好ましくは15〜60質量部の範囲内であることが好適である。
本明細書において、「固形分」は、110℃で1時間乾燥させた後に残存する、組成物中に含有される樹脂、硬化剤、顔料等の不揮発性成分を意味する。このため、例えば、組成物(1)の合計固形分は、アルミ箔カップ等の耐熱容器に組成物(1)を量り取り、容器底面に該組成物(1)を塗り広げた後、110℃で1時間乾燥させ、乾燥後に残存する組成物(1)中の組成物(1)中の成分の質量を秤量して、乾燥前の組成物(1)の全質量に対する乾燥後に残存する成分の質量の割合を求めることにより、算出することができる。
架橋剤(B)
架橋剤(B)は、前記架橋性官能基含有樹脂(A)内の架橋性官能基と反応し得る官能基を有する化合物である。該架橋剤(B)は、それぞれ単独でもしくは2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記架橋剤(B)としては、具体的には、例えば、上記架橋性官能基含有樹脂(A)が、架橋性官能基の少なくともその一種として水酸基を有する場合は、該架橋剤(B)として、例えば、ポリイソシアネート化合物、ブロック化ポリイソシアネート化合物、アミノ樹脂等を使用することができる。
また、上記架橋性官能基含有樹脂(A)が、架橋性官能基の少なくともその一種としてカルボキシル基を有する場合は、該架橋剤(B)として、例えば、カルボジイミド基含有化合物、エポキシ基含有化合物等を使用することができる。
また、上記架橋性官能基含有樹脂(A)が、架橋性官能基の少なくともその一種としてエポキシ基を有する場合は、該架橋剤(B)として、例えば、カルボキシル基含有化合物等を使用することができる。
なかでも、形成される塗膜の耐水性等の観点から、上記架橋性官能基含有樹脂(A)が、架橋性官能基の少なくともその一種として水酸基を有する水酸基含有樹脂であり、上記架橋剤(B)が、ポリイソシアネート化合物、ブロック化ポリイソシアネート化合物及びアミノ樹脂から選ばれる少なくとも一種の架橋剤を含有することが好ましい。
なかでも特に、親水性の維持性、塗膜ワレの抑制、基材がプラスチック等の熱変形し易い基材である場合の熱変形の抑制等の観点から、上記架橋剤(B)が、ポリイソシアネート化合物及び/又はブロック化ポリイソシアネート化合物を含有することが好ましく、ポリイソシアネート化合物を含有することがさらに好ましい。上記架橋剤(B)は、それぞれ単独でもしくは2種以上を組み合わせて使用することができる。
前記ポリイソシアネート化合物は、1分子中に少なくとも2個のイソシアネート基を有する化合物であって、例えば、脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、該ポリイソシアネートの誘導体等を挙げることができる。
上記脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリメ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、ペンタメチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、1,2−ブチレンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート、2,4,4−又は2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトヘキサン酸メチル(慣用名:リジンジイソシアネート)等の脂肪族ジイソシアネート;2,6−ジイソシアナトヘキサン酸2−イソシアナトエチル、1,6−ジイソシアナト−3−イソシアナトメチルヘキサン、1,4,8−トリイソシアナトオクタン、1,6,11−トリイソシアナトウンデカン、1,8−ジイソシアナト−4−イソシアナトメチルオクタン、1,3,6−トリイソシアナトヘキサン、2,5,7−トリメチル−1,8−ジイソシアナト−5−イソシアナトメチルオクタン等の脂肪族トリイソシアネート等を挙げることができる。
前記脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、1,3−シクロペンテンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(慣用名:イソホロンジイソシアネート)、4−メチル−1,3−シクロヘキシレンジイソシアネート(慣用名:水添TDI)、2−メチル−1,3−シクロヘキシレンジイソシアネート、1,3−もしくは1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(慣用名:水添キシリレンジイソシアネート)もしくはその混合物、メチレンビス(4,1−シクロヘキサンジイル)ジイソシアネート(慣用名:水添MDI)、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート;1,3,5−トリイソシアナトシクロヘキサン、1,3,5−トリメチルイソシアナトシクロヘキサン、2−(3−イソシアナトプロピル)−2,5−ジ(イソシアナトメチル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン、2−(3−イソシアナトプロピル)−2,6−ジ(イソシアナトメチル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン、3−(3−イソシアナトプロピル)−2,5−ジ(イソシアナトメチル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン、5−(2−イソシアナトエチル)−2−イソシアナトメチル−3−(3−イソシアナトプロピル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン、6−(2−イソシアナトエチル)−2−イソシアナトメチル−3−(3−イソシアナトプロピル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン、5−(2−イソシアナトエチル)−2−イソシアナトメチル−2−(3−イソシアナトプロピル)−ビシクロ(2.2.1)−ヘプタン、6−(2−イソシアナトエチル)−2−イソシアナトメチル−2−(3−イソシアナトプロピル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン等の脂環族トリイソシアネート等を挙げることができる。
前記芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、メチレンビス(4,1−フェニレン)ジイソシアネート(慣用名:MDI)、1,3−もしくは1,4−キシリレンジイソシアネート又はその混合物、ω,ω'−ジイソシアナト−1,4−ジエチルベンゼン、1,3−又は1,4−ビス(1−イソシアナト−1−メチルエチル)ベンゼン(慣用名:テトラメチルキシリレンジイソシアネート)もしくはその混合物等の芳香脂肪族ジイソシアネート;1,3,5−トリイソシアナトメチルベンゼン等の芳香脂肪族トリイソシアネート等を挙げることができる。
前記芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート(慣用名:2,4−TDI)もしくは2,6−トリレンジイソシアネート(慣用名:2,6−TDI)もしくはその混合物、4,4'−トルイジンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルエーテルジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート;トリフェニルメタン−4,4',4''−トリイソシアネート、1,3,5−トリイソシアナトベンゼン、2,4,6−トリイソシアナトトルエン等の芳香族トリイソシアネート;4,4'−ジフェニルメタン−2,2',5,5'−テトライソシアネート等の芳香族テトライソシアネート等を挙げることができる。
また、前記ポリイソシアネートの誘導体としては、例えば、上記したポリイソシアネートのダイマー、トリマー、ビウレット、アロファネート、ウレトジオン、ウレトイミン、イソシアヌレート、オキサジアジントリオン、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(クルードMDI、ポリメリックMDI)、クルードTDI等を挙げることができる。
上記ポリイソシアネート及びその誘導体は、それぞれ単独で用いてもよく又は2種以上併用してもよい。また、これらポリイソシアネートのうち、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート及びこれらの誘導体が好ましい。
また、前記ポリイソシアネート化合物としては、上記ポリイソシアネート及びその誘導体と、該ポリイソシアネートと反応し得る化合物とを、イソシアネート基過剰の条件で反応させてなるプレポリマーを使用してもよい。該ポリイソシアネートと反応し得る化合物としては、例えば、水酸基、アミノ基等の活性水素基を有する化合物が挙げられ、具体的には、例えば、多価アルコール、低分子量ポリエステル樹脂、アミン、水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化合物としては、イソシアネート基含有重合性不飽和モノマーの重合体、又は該イソシアネート基含有重合性不飽和モノマーと該イソシアネート基含有重合性不飽和モノマー以外の重合性不飽和モノマーとの共重合体を使用してもよい。
また、前記ポリイソシアネート化合物としては、重合性不飽和基を有するポリイソシアネート化合物を使用してもよい。
該重合性不飽和基を有するポリイソシアネート化合物は、例えば、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基の一部と水酸基含有重合性不飽和化合物とを反応させることにより得ることができる。
該重合性不飽和基を有するポリイソシアネート化合物としては、例えば、3個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物のイソシアネート基の一部を水酸基含有重合性不飽和化合物と反応させることにより得られる化合物;カルボジイミド基含有イソシアネート化合物のカルボジイミド基の一部又は全部をカルボキシル基含有不飽和化合物と反応させることにより得られる化合物;オルネクス社製の「Desmolux D100」、「Desmolux D200」、「Desmolux VP LS 2396」、「Desmolux XP2510」、「Desmolux XP2765」;BASF社製の「Laromer LR9000」等を使用することができる。
上記3個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物のイソシアネート基の一部を水酸基含有重合性不飽和化合物と反応させることにより得られる化合物としては、具体的には、例えば、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート等の水酸基含有(メタ)アクリレートと、3個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物あるいはイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーとの反応物等を挙げることができる。
より具体的には、例えば、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート1モルとトリイソシアネート化合物1モルとの反応生成物、トリオールのジ(メタ)アクリレート1モルとトリイソシアネート化合物1モルとの反応生成物等を挙げることができる。
上記ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基の一部を水酸基含有重合性不飽和化合物と反応させることにより得られる化合物としては、原材料コスト等の観点から、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート環付加物と水酸基含有重合性不飽和化合物とを反応させて得られる化合物を好適に使用することができる。
また、架橋剤(B)として使用し得る前記ブロック化ポリイソシアネート化合物は、上記ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基を、ブロック剤でブロックした化合物である。
上記ブロック剤としては、例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、ニトロフェノール、エチルフェノール、ヒドロキシジフェニル、ブチルフェノール、イソプロピルフェノール、ノニルフェノール、オクチルフェノール、ヒドロキシ安息香酸メチル等のフェノール系;ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム、β−プロピオラクタム等のラクタム系;メタノール、エタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、アミルアルコール、ラウリルアルコール等の脂肪族アルコール系;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、メトキシメタノール等のエーテル系;ベンジルアルコール、グリコール酸、グリコール酸メチル、グリコール酸エチル、グリコール酸ブチル、乳酸、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチロール尿素、メチロールメラミン、ジアセトンアルコール、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート等のアルコール系;ホルムアミドオキシム、アセトアミドオキシム、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム、ジアセチルモノオキシム、ベンゾフェノンオキシム、シクロヘキサンオキシム等のオキシム系;マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸メチル、アセチルアセトン等の活性メチレン系;ブチルメルカプタン、t−ブチルメルカプタン、ヘキシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、2−メルカプトベンゾチアゾール、チオフェノール、メチルチオフェノール、エチルチオフェノール等のメルカプタン系;アセトアニリド、アセトアニシジド、アセトトルイド、アクリルアミド、メタクリルアミド、酢酸アミド、ステアリン酸アミド、ベンズアミド等の酸アミド系;コハク酸イミド、フタル酸イミド、マレイン酸イミド等のイミド系;ジフェニルアミン、フェニルナフチルアミン、キシリジン、N−フェニルキシリジン、カルバゾール、アニリン、ナフチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、ブチルフェニルアミン等アミン系;イミダゾール、2−エチルイミダゾール等のイミダゾール系;尿素、チオ尿素、エチレン尿素、エチレンチオ尿素、ジフェニル尿素等の尿素系;N−フェニルカルバミン酸フェニル等のカルバミン酸エステル系;エチレンイミン、プロピレンイミン等のイミン系;重亜硫酸ソーダ、重亜硫酸カリ等の亜硫酸塩系;アゾール系の化合物等が挙げられる。上記アゾール系の化合物としては、ピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、3−メチルピラゾール、4−ベンジル−3,5−ジメチルピラゾール、4−ニトロ−3,5−ジメチルピラゾール、4−ブロモ−3,5−ジメチルピラゾール、3−メチル−5−フェニルピラゾール等のピラゾール又はピラゾール誘導体;イミダゾール、ベンズイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール等のイミダゾール又はイミダゾール誘導体;2−メチルイミダゾリン、2−フェニルイミダゾリン等のイミダゾリン誘導体等が挙げられる。
なかでも、好ましいブロック剤としては、オキシム系のブロック剤、活性メチレン系のブロック剤、ピラゾール又はピラゾール誘導体が挙げられる。
ブロック化を行なう(ブロック剤を反応させる)にあたっては、必要に応じて溶剤を添加して行なうことができる。ブロック化反応に用いる溶剤としてはイソシアネート基に対して反応性でないものが良く、例えば、アセトン、メチルエチルケトンのようなケトン類、酢酸エチルのようなエステル類、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)のような溶剤を挙げることができる。
組成物(1)において、前記架橋性官能基含有樹脂(A)が少なくともその一種として水酸基含有樹脂を含有し、架橋剤(B)が少なくともその一種として上記ポリイソシアネート化合物及び/又はブロック化ポリイソシアネート化合物を含有する場合、該水酸基含有樹脂と、ポリイソシアネート化合物及びブロック化ポリイソシアネート化合物との含有割合は、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、該ポリイソシアネート化合物及びブロック化ポリイソシアネート化合物の合計イソシアネート基(ブロック化イソシアネート基を含む)と、該水酸基含有樹脂の水酸基との当量比(NCO/OH)が通常0.5〜2.0、特に0.8〜1.5の範囲内となる割合で使用することが好適である。
架橋剤(B)として使用し得るアミノ樹脂としては、アミノ成分とアルデヒド成分との反応によって得られる部分メチロール化アミノ樹脂又は完全メチロール化アミノ樹脂を使用することができる。アミノ成分としては、例えば、メラミン、尿素、ベンゾグアナミン、アセトグアナミン、ステログアナミン、スピログアナミン、ジシアンジアミド等が挙げられる。アルデヒド成分としては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等が挙げられる。
また、上記メチロール化アミノ樹脂のメチロール基を、適当なアルコールによって、部分的に又は完全にエーテル化したものも使用することができる。エーテル化に用いられるアルコールとしては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、2−エチルブタノール、2−エチルヘキサノール等が挙げられる。
アミノ樹脂としては、メラミン樹脂が好ましい。メラミン樹脂としては、例えば、部分又は完全メチロール化メラミン樹脂のメチロール基を上記アルコールで部分的に又は完全にエーテル化したアルキルエーテル化メラミン樹脂を使用することができる。
上記アルキルエーテル化メラミン樹脂としては、例えば、部分又は完全メチロール化メラミン樹脂のメチロール基をメチルアルコールで部分的に又は完全にエーテル化したメチルエーテル化メラミン樹脂;部分又は完全メチロール化メラミン樹脂のメチロール基をブチルアルコールで部分的に又は完全にエーテル化したブチルエーテル化メラミン樹脂;部分又は完全メチロール化メラミン樹脂のメチロール基をメチルアルコール及びブチルアルコールで部分的に又は完全にエーテル化したメチル−ブチル混合エーテル化メラミン樹脂等を好適に使用することができる。
また、上記メラミン樹脂は、重量平均分子量が400〜6,000、好ましくは500〜5,000、さらに好ましくは800〜4,000の範囲内であること好適である
メラミン樹脂としては市販品を使用できる。市販品の商品名としては、例えば、「サイメル202」、「サイメル203」、「サイメル238」、「サイメル251」、「サイメル303」、「サイメル323」、「サイメル324」、「サイメル325」、「サイメル327」、「サイメル350」、「サイメル385」、「サイメル1156」、「サイメル1158」、「サイメル1116」、「サイメル1130」(以上、日本サイテックインダストリーズ社製)、「ユーバン120」、「ユーバン20HS」、「ユーバン20SE60」、「ユーバン2021」、「ユーバン2028」、「ユーバン28−60」(以上、三井化学社製)等が挙げられる。
以上に述べたメラミン樹脂は、それぞれ単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
組成物(1)において、前記架橋性官能基含有樹脂(A)が少なくともその一種として水酸基含有樹脂を含有し、架橋剤(B)が少なくともその一種として上記アミノ樹脂を含有する場合、該アミノ樹脂の含有量は、水酸基含有樹脂及びアミノ樹脂の合計固形分100質量部を基準として、5〜70質量部、好ましくは10〜60質量部、さらに好ましくは15〜40質量部の範囲内であることが好適である。
(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)
(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)は、アクリロイル基及びメタクリロイル基から選ばれる少なくとも1種を1個以上有し、重量平均分子量が200以上5,000未満の範囲内である化合物である。
なかでも、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、該(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)がアクリロイル基を有する化合物であることが好ましい。
また、上記(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)における1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数は、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、1〜20個、好ましくは2〜15個、さらに好ましくは3〜15個の範囲内であることが好ましい。なかでも、該(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)がアクリロイル基を有し、1分子内の該アクリロイル基の個数が、1〜20個、好ましくは2〜15個、さらに好ましくは3〜15個の範囲内の範囲内であることが好ましい。
また、上記(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の(メタ)アクリロイル基濃度は、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、該(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の固形分を基準として、2〜15mol/kg、好ましくは4〜13mol/kg、さらに好ましくは6〜11mol/kgの範囲内であることが好適である。
また、上記(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の重量平均分子量は、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、300〜4,000、好ましくは400〜3,000、より好ましくは500〜2,500の範囲内であることが好適である。
また、上記(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)としては、1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数が1個の(メタ)アクリロイル基含有化合物、並びに1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数が2個以上の(メタ)アクリロイル基含有化合物を使用することができる。
なかでも、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、上記(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)が、少なくともその一種として、1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数が2個以上の(メタ)アクリロイル基含有化合物を含有することが好ましい。
上記1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数が2個以上の(メタ)アクリロイル基含有化合物としては、例えば、多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物、多価アルコールとイソシアネート基含有(メタ)アクリレートとの反応物、ポリイソシアネート化合物と水酸基含有(メタ)アクリレートとの反応物等が挙げられる。
上記多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物としては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(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、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(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、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAエチレンオキサイド変性ジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、イソソルバイドジ(メタ)アクリレート等のジ(メタ)アクリレート化合物;グリセリントリ(メタ)アクリレート、グリセリンエチレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、グリセリンプロピレンオキサイド変性トリ(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、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンプロピレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン変性トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート等のトリ(メタ)アクリレート化合物;ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエチレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールプロピレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンプロピレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート、ジグリセリンテトラ(メタ)アクリレート、ジグリセリンエチレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート、ジグリセリンプロピレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート等のテトラ(メタ)アクリレート化合物;その他、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
前記多価アルコールとイソシアネート基含有(メタ)アクリレートとの反応物としては、例えば、ペンタエリスリトールと2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレートの反応物(1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数:4個)、ペンタエリスリトールと1,1−(ビス(メタ)アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネートの反応物(1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数:8個)、ジペンタエリスリトールと2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレートの反応物(1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数:6個)、ジペンタエリスリトールと1,1−(ビス(メタ)アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネートの反応物(1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数:12個)等が挙げられる。
前記ポリイソシアネート化合物と水酸基含有(メタ)アクリレートとの反応物としては、例えば、ジイソシアネート化合物とペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートとの反応物(1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数:6個)、ジイソシアネート化合物とジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートとの反応物(1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数:10個)、トリイソシアネート化合物とペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートとの反応物(1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数:9個)、トリイソシアネート化合物とジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートとの反応物(1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数:15個)等が挙げられる。上記トリイソシアネート化合物としては、例えば、ジイソシアネート化合物のイソシアヌレート体等を使用することができる。
また、前記1分子内のアクリロイル基及びメタクリロイル基の合計個数が1個の(メタ)アクリロイル基含有化合物としては、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−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、ネオペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(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、イソボルニル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、α−クロルスチレン;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、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物;該(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物のε−カプロラクトン変性体;イソシアナトメチル(メタ)アクリレート、イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、イソシアナトプロピル(メタ)アクリレート等の1個のイソシアネート基と1個の重合性不飽和基とを有する化合物;分子末端が水酸基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート等が挙げられる。
本発明に係る組成物(1)において、(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の含有量は、親水性の維持性、塗膜ワレの抑制等の観点から、前記成分(A)、(B)及び(C)の合計固形分100質量部を基準として、20〜90質量部、好ましくは30〜85質量部、さらに好ましくは40〜80質量部の範囲内であることが好適である。
また、上記組成物(1)は、該組成物(1)中の(メタ)アクリロイル基濃度が、該組成物(1)の合計固形分を基準として、4〜7mol/kgの範囲内である組成物である。
本明細書において、上記組成物(1)の(メタ)アクリロイル基濃度は、組成物(1)の合計固形分1kg当たりの(メタ)アクリロイル基の数であり、組成物(1)中に存在する(メタ)アクリロイル基の数を、組成物(1)の固形分質量で除した値である(mol/kg)。本明細書において該組成物(1)の(メタ)アクリロイル基濃度は、使用された各原材料の(メタ)アクリロイル基濃度とその使用割合から算出される理論値である。
上記組成物(1)中の(メタ)アクリロイル基濃度の調整は、例えば、前記架橋性官能基含有樹脂(A)、架橋剤(B)及び(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の不飽和基濃度の調整、該成分(A)、(B)及び(C)の配合割合の調整等により行うことができる。
上記組成物(1)中の(メタ)アクリロイル基濃度は、親水性の維持性、塗膜ワレの抑制等の観点から、なかでも、4.5〜6.8mol/kgの範囲内であることが好ましく、4.8〜6.5mol/kgの範囲内であることがより好ましい。
上記組成物(1)は、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、さらに、重合開始剤(E)を含有することが好ましい。
上記重合開始剤(E)としては、光重合開始剤(E1)及び熱重合開始剤(E2)から選択される少なくとも1種の重合開始剤、好ましくは熱重合開始剤(E2)を使用することが好適である。
光重合開始剤(E1)
光重合開始剤(E1)は、活性エネルギー線を吸収して、フリーラジカル(中間体の形態でも)を発生する化合物又はこれらの化合物の混合物である。
光重合開始剤(E1)としては、光化学的に活性化可能な化合物(たとえばベンゾイン)、発色団と共開始剤(たとえばベンゾフェノン及び第三級アミン)との組合せ及びこれらの混合物、増感剤と、共開始剤との(たとえばチオキサントンと第三級アミン)又は発色団との(たとえばチオキサントンとアミノケトン)の組合せ、Hと鉄(II)塩との組合せ等のレドックス系、染料及びホウ酸塩及び/又はアミン等の電子輸送ペアー等を挙げることができる。
光重合開始剤(E1)として具体的には、例えば、ベンジル、ジアセチル等のα−ジケトン化合物;ベンゾイン等のアシロイン化合物;ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等のアシロインエーテル化合物;チオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、チオキサントン−4−スルホン酸等のチオキサントン化合物;ベンゾフェノン、o−メチルベンゾイルベンゾエート、4−メチルベンゾフェノン、4−フェニルベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン化合物;ミヒラーケトン化合物;アセトフェノン、2−(4−トルエンスルホニルオキシ)−2−フェニルアセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、α,α’−ジメトキシアセトキシベンゾフェノン、2,2’−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、p−メトキシアセトフェノン、2−メチル〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルフォリノ−1−プロパノン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、α−イソヒドロキシイソブチルフェノン、α,α’−ジクロル−4−フェノキシアセトフェノン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン等のアセトフェノン化合物;2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(アシル)フォスフィンオキサイド等のアシルフォスフィンオキサイド化合物;アントラキノン、1,4−ナフトキノン等のキノン;フェナシルクロライド、トリハロメチルフェニルスルホン、トリス(トリハロメチル)−s−トリアジン等のハロゲン化合物;ジ−t−ブチルパーオキサイド等の過酸化物等を挙げることができる。
光重合開始剤(E1)の市販品としては、例えば、イルガキュア(IRGACURE)−127、イルガキュア−184、イルガキュア−261、イルガキュア−369、イルガキュア−500、イルガキュア−651、イルガキュア−754、イルガキュア−819、イルガキュア−907、イルガキュア−CGI−1700、イルガキュア−2959、イルガキュア−TPO、ダロキュア(Darocur)−1173(以上、BASF社製、商品名);カヤキュアー(KAYACURE)−MBP、カヤキュアー−DETX−S、カヤキュアー−DMBI、カヤキュアー−EPA、カヤキュアー−OA(以上、日本化薬社製、商品名);ビキュア(VICURE)−10、ビキュア−55(以上、ストウファー社(STAUFFER Co., LTD.)製、商品名);トリゴナル(Trigonal)P1(アクゾ社(AKZO Co., LTD.)製、商品名);サンドレイ(SANDORAY)1000(サンドズ社(SANDOZ Co., LTD.)製、商品名);ディープ(DEAP)(アプジョン社(APJOHN Co., LTD.)製、商品名);カンタキュア(QUANTACURE)−PDO、カンタキュア−ITX、カンタキュア−EPD(以上、ウォードブレキンソプ社(WARD BLEKINSOP Co., LTD.)製、商品名)、ESACURE KIP 150、ESACURE ONE(LAMBERTI社製、商品名)等を挙げることができる。
上記光重合開始剤(E1)は、それぞれ単独でもしくは2種以上を組み合わせて使用することができる。
組成物(1)が上記光重合開始剤(E1)を含有する場合、該光重合開始剤(E1)の含有量は、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、前記架橋性官能基含有樹脂(A)、架橋剤(B)及び(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の合計固形分100質量部を基準として、0.1〜20質量部、好ましくは0.3〜15質量部、さらに好ましくは0.5〜12質量部の範囲内であることが好適である。
熱重合開始剤(E2)
熱重合開始剤(E2)は、加熱により、フリーラジカル(中間体の形態でも)を発生する化合物又はこれらの化合物の混合物である。
熱重合開始剤(E2)としては、例えば、ベンゾイルパーオキシド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキシド、ステアロイルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、tert−ブチルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシラウレート、tert−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、tert−ブチルパーオキシアセテート、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、アゾビス(2−メチルプロピオンニトリル)、アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、4、4’−アゾビス(4−シアノブタン酸)、ジメチルアゾビス(2−メチルプロピオネート)、アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−プロピオンアミド]、アゾビス{2−メチル−N−[2−(1−ヒドロキシブチル)]−プロピオンアミド}等のアゾ化合物;過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩等を挙げることができる。
熱重合開始剤(E2)の市販品としては、例えば、VA−044、VA−046B、V−50、VA−057、VA−061、VA−067、VA−086、V−60、V−70、V−65、V−601、V−59、V−40、VF−096、VAm−110(以上、和光純薬工業社製、商品名)、パーブチルH(日油社製、商品名)等を挙げることができる。
上記熱重合開始剤(E2)は、必要に応じて、糖、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート、鉄錯体等の還元剤を併用して、レドックス開始剤としてもよい。
上記熱重合開始剤(E2)は、それぞれ単独でもしくは2種以上を組み合わせて使用することができる。
組成物(1)が上記熱重合開始剤(E2)を含有する場合、該熱重合開始剤(E2)の含有量は、親水性の維持性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、前記架橋性官能基含有樹脂(A)、架橋剤(B)及び(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の合計固形分100質量部を基準として、0.1〜20質量部、好ましくは0.3〜15質量部、さらに好ましくは0.5〜12質量部の範囲内であることが好適である。
組成物(1)には、本発明の効果を損なわないことを限度として、触媒、溶媒、顔料、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、表面調整剤、消泡剤、乳化剤、界面活性剤、防汚剤、湿潤剤、増粘剤、染料、ツヤ調整剤等の塗装の分野で通常使用される他の添加成分等を適宜含有させることができる。
組成物(1)は、溶融物、溶液、懸濁液、エマルションのいずれの形態であってもよいが、溶媒中に上記の必須成分が溶解した溶液の形態であることが、生産性及び作業性の観点から好ましい。
上記溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、石油系炭化水素等を挙げることができる。
上記溶媒のうち、前記成分(A)、(B)及び(C)の溶解性等の観点から、エステル類を好適に使用することができる。また、基材がプラスチック等である場合は、石油系炭化水素を好適に使用することができる。
また、組成物(1)が、架橋剤(B)として、前記ポリイソシアネート化合物及び/又はブロック化ポリイソシアネート化合物を含有する場合、該組成物(1)はウレタン化反応触媒を含有することができる。
該ウレタン化反応触媒としては、具体的には、例えば、オクチル酸錫、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジ(2−エチルヘキサノエート)、ジブチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジアセテート、ジオクチル錫ジ(2−エチルヘキサノエート)、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫サルファイド、ジオクチル錫オキサイド、ジブチル錫脂肪酸塩、2−エチルヘキサン酸鉛、オクチル酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、脂肪酸亜鉛類、オクタン酸ビスマス、2−エチルヘキサン酸ビスマス、オレイン酸ビスマス、ネオデカン酸ビスマス、バーサチック酸ビスマス、ナフテン酸ビスマス、ナフテン酸コバルト、オクチル酸カルシウム、ナフテン酸銅、テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート等の有機金属化合物;第三級アミン等が挙げられ、これらはそれぞれ単独でもしくは2種以上組み合せて使用することができる。
また、上記ウレタン化反応触媒を使用する場合、触媒量としては、組成物(1)の固形分総量100質量部を基準として、0.0001〜0.5質量部、好ましくは0.0005〜0.1質量部の範囲内であることが好適である。
組成物(1)が上記ウレタン化反応触媒を含有する場合、該組成物(1)は貯蔵安定性、硬化性等の観点から、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソペンタン酸、ヘキサン酸、2−エチル酪酸、ナフテン酸、オクチル酸、ノナン酸、デカン酸、2−エチルヘキサン酸、イソオクタン酸、イソノナン酸、ラウリル酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、ネオデカン酸、バーサチック酸、無水イソ酪酸、無水イタコン酸、無水酢酸、無水シトラコン酸、無水プロピオン酸、無水マレイン酸、無水酪酸、無水クエン酸、無水トリメリト酸、無水ピロメリット酸、無水フタル酸等の有機酸;塩酸、リン酸等の無機酸;アセチルアセトン、イミダゾール系化合物等の金属配位性化合物等を含有してもよい。
架橋剤(B)として、メラミン樹脂を使用する場合は、該組成物(1)は硬化触媒としてパラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ジノニルナフタレンスルホン酸等のスルホン酸;モノブチルリン酸、ジブチルリン酸、モノ2−エチルヘキシルリン酸、ジ2−エチルヘキシルリン酸等のアルキルリン酸エステル;これらの酸とアミン化合物との塩等をを含有することができる。
また、上記メラミン樹脂の硬化触媒を使用する場合、触媒量としては、組成物(1)の固形分総量100質量部を基準として、0.1〜5質量部、好ましくは0.2〜3質量部、さらに好ましくは0.5〜2質量部の範囲内であることが好適である。
前記顔料としては、例えば、光輝性顔料、着色顔料、体質顔料等を挙げることができる。該顔料は単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記光輝性顔料としては、例えば、アルミニウム(蒸着アルミニウムも含む)、銅、亜鉛、真ちゅう、ニッケル、ガラスフレーク、酸化アルミニウム、雲母、酸化チタン及び/又は酸化鉄で被覆された酸化アルミニウム、酸化チタン及び/又は酸化鉄で被覆された雲母等が挙げられる。
また、前記着色顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、カーボンブラック、モリブデンレッド、プルシアンブルー、コバルトブルー、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリン系顔料、スレン系顔料、ペリレン系顔料、ジオキサジン系顔料、ジケトピロロピロール系顔料などが挙げられる。
また、前記体質顔料としては、例えば、クレー、カオリン、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、アルミナホワイト等が挙げられる。
組成物(1)が、上記顔料を含有する場合、該顔料の配合量は、組成物(1)の固形分総量100質量部を基準として、0.01〜70質量部、好ましくは0.02〜50質量部、さらに好ましくは0.03〜30質量部の範囲内であることが好適である。
組成物(1)による下塗り塗膜層の形成は、浸漬、噴霧、ブラシ塗布、ナイフ塗布、ローラー塗布、ロールコート、カーテンコート、印刷、スピンコーティング及び流し込み等により行うことができる。
組成物(1)により形成される下塗り塗膜層の硬化後の厚さは、形成される被膜の平滑性、親水性、耐水性等の観点から、5〜100μm、好ましくは15〜60μm、さらに好ましくは21〜60μm、さらに特に好ましくは23〜40μmの範囲内であることが好適である。本発明に係る組成物(1)は比較的厚く塗装された場合でもワレが発生しないという利点を有する。
形成された下塗り塗膜層は、生産性、作業性及び形成される塗膜の耐水性等の観点から、加熱処理を施し、迅速に乾燥させることが好ましい。
上記加熱処理により、通常、前記架橋性官能基含有樹脂(A)と架橋剤(B)とが反応し、強固な架橋塗膜が形成される。
また、組成物(1)が前記熱重合開始剤(E2)を含有する場合、上記加熱処理により、(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)が重合反応し、さらに強固な架橋塗膜が形成される。このため、本方法においては、形成される塗膜の耐水性等の観点から、組成物(1)が該熱重合開始剤(E2)を含有し、かつ該組成物(1)によって形成される下塗り塗膜層が加熱処理されることが好ましい。
また、前記基材表面に水酸基が存在し、架橋剤(B)が水酸基との反応性を有する化合物である場合、上記加熱処理により、基材表面の水酸基と、該架橋剤(B)中の水酸基との反応性を有する官能基とを反応させ、基材と下塗り塗膜層とを強固に結合させることができる。
加熱処理による下塗り塗膜層の乾燥は、この分野において公知の手法を適宜使用することができる。
具体的には、例えば、熱風、熱ガス、赤外線ヒーター、IRラジエータ、オーブン、熱ローラー及びマイクロ波等を使用して行うことができる。
本発明においては、作業の容易性及び低温で乾燥を行うことができること等の観点から、熱風、赤外線ヒーター等により加熱処理を行うことが好ましい。
下塗り塗膜層に施す加熱処理の温度は、生産性、作業性及び基材の熱安定性等の観点から、40〜160℃、好ましくは50〜150℃、さらに好ましくは70〜140℃の範囲内であることが好適である。また、下塗り塗膜層に施す加熱処理の時間は、5分間〜24時間、好ましくは10〜180分間、さらに好ましくは20〜120分間の範囲内であることが好適である。
かくして、基材上に下塗り塗膜層が形成される。形成された下塗り塗膜層は、硬化塗膜であることが好ましい。
工程(2)
工程(2)では、前記工程(1)で基材上に形成された下塗り塗膜層上に、親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)を含有する組成物(2)を使用して、親水性付与層を形成する。
上記親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)中の重合性不飽和基は、親水性付与層における重合に寄与する。
親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)
親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)は、分子内に、1個以上の重合性不飽和基及び1個以上の親水性付与基を有する化合物である。
重合性不飽和基としては、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、マレイミド基、ビニルエーテル基等を挙げることができる。なかでも、反応性に優れる観点から、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基が好ましく、アクリロイル基及びメタクリロイル基がさらに好ましく、アクリロイル基がさらに特に好ましい。
上記の親水性付与基としては、例えばカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等の酸基;カルボキシベタイン、スルホベタイン、ホスホベタイン等のべタイン構造含有基;
ポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基、オキシエチレン基とオキシプロピレン基との両方を含むポリオキシアルキレン基等のポリオキシアルキレン基;
水酸基、アミド;
3級アミノ基、4級アンモニウム塩等を挙げることができる。
親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)の具体例としては、例えば、(メタ)アクリル酸若しくはそのアルカリ金属塩、アミン塩及びアンモニウム塩、イタコン酸若しくはそのアルカリ金属塩、アミン塩及びアンモニウム塩、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、2−スルホエチル(メタ)アクリレート、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−スルホプロピル(メタ)アクリレート、4−スチレンスルホン酸これらスルホン酸のアルカリ金属塩、アミン塩及びアンモニウム塩、2−アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−アクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、2−メタクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、これらリン酸のアルカリ金属塩、アミン塩及びアンモニウム塩;メタクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチル−N−(3−スルホプロピル)アンモニウムベタイン、メタクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウム−α−メチルカルボキシベタイン;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、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、N−ビニル−2−ピロリドン、アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド;ヒドロキシエチルアクリルアミド等のN−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、2−(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムクロライド、2−(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムブロマイド、2−(メタ)アクリロイルオキシエチル−2’−(トリメチルアンモニウム)エチルホスフェート、2−(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムジメチルホスフェート等を挙げることができる。
上記親水性付与基含有重合性不飽和化合物におけるアルカリ金属塩としては、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等が挙げられる。
親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)は、下塗り塗膜層との付着性、親水性付与層の硬化性等の観点から、不飽和基当量が90〜1,500、好ましくは100〜1,000、さらに好ましくは100〜500の範囲内であることが好適である。
親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)の分子量は、不飽和基の反応性の観点から、重量平均分子量が100〜3,000、特に100〜1,000の範囲内であることが好ましい。
また、親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)は、重合反応性の観点から、化合物中に親水性付与基を1個有するものを好適に使用することができる。
上記親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)は単独であるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。
組成物(2)中の親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)の含有量は、組成物(2)の総量に対して、0.01〜30質量%、好ましくは0.1〜20質量%、さらに好ましくは1〜15質量%の範囲内であることが好適である。
重合開始剤(E)
上記組成物(2)は、親水性の維持性等の観点から、さらに、重合開始剤(E)を含有することが好ましい。
上記重合開始剤(E)としては、前記光重合開始剤(E1)及び熱重合開始剤(E2)から選択される少なくとも1種の重合開始剤を使用することが好適である。なかでも、親水性の維持性等の観点から、光重合開始剤(E1)を使用することが好ましい。
組成物(2)が、上記重合開始剤(E)を含有する場合、該重合開始剤(E)の含有量は、親水性の維持性及び親水性付与層の硬化性等の観点から、親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)100質量部を基準として、0.1〜20質量部、好ましくは0.3〜15質量部、さらに好ましくは0.5〜12質量部の範囲内であることが好適である。
また、組成物(2)は、親水性付与層の硬化性向上、親水性の維持性等の観点から、下塗り塗膜層との付着性及び親水性発現効果を阻害しない範囲で、親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)以外の重合性不飽和化合物等も使用することができる。
親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)以外の重合性不飽和化合物としては、単官能重合性不飽和基含有化合物、多官能重合性不飽和基含有化合物を挙げることができる。
単官能重合性不飽和基含有化合物としては、例えば、多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物等が挙げられる。具体的には、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−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、ネオペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(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、イソボルニル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等の一価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、α−クロルスチレン等のビニル芳香族化合物等を挙げることができる。
多官能重合性不飽和基含有化合物としては、例えば、多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物等が挙げられる。具体的には、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(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 、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(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、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAエチレンオキサイド変性ジ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジ(メタ)アクリレート、イソソルバイドジ(メタ)アクリレート等のジ(メタ)アクリレート化合物;グリセリントリ(メタ)アクリレート、グリセリンエチレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、グリセリンプロピレンオキサイド変性トリ(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、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンプロピレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン変性トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート等のトリ(メタ)アクリレート化合物;ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエチレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールプロピレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンプロピレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート、ジグリセリンテトラ(メタ)アクリレート、ジグリセリンエチレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート、ジグリセリンプロピレンオキサイド変性テトラ(メタ)アクリレート等のテトラ(メタ)アクリレート化合物;その他、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
さらに、上記多官能重合性不飽和基含有化合物としては、例えば、エチレンオキサイド変性リン酸ジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性リン酸トリ(メタ)アクリレート、多官能(メタ)アクリルアミド化合物、ウレタン(メタ)アクリレート樹脂、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、ポリエステル(メタ)アクリレート樹脂等が挙げられる。
上記多官能(メタ)アクリルアミド化合物としては、例えば、N,N'−メチレンビスアクリルアミド、N−[トリス(3−アクリルアミドプロポキシメチル)メチル]アクリルアミド等が挙げられる。
また、前記ウレタン(メタ)アクリレート樹脂は、例えばポリイソシアネート化合物、ヒドロキシルアルキル(メタ)アクリレート及びポリオール化合物を原料として用い、イソシアネート基に対してヒドロキシル基が等モル量もしくは過剰になるような量で反応させて得ることができる。
上記親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)以外の重合性不飽和化合物は単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)以外の重合性不飽和化合物のうち、親水性付与層の硬化性向上、親水性の維持性等の観点から、多官能重合性不飽和基含有化合物を好適に使用することができる。
上記親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)以外の重合性不飽和化合物は、親水性付与層の硬化性向上、親水性の維持性等の観点から、不飽和基当量が70〜700、好ましくは90〜700、さらに好ましくは100〜700の範囲内であることが好適である。
組成物(2)が上記親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)以外の重合性不飽和化合物を使用する場合、その使用量は、親水性付与層の硬化性向上、親水性の維持性向上等の観点から、親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)100質量部を基準として、0.3〜80質量部、好ましくは0.5〜50質量部、さらに好ましくは0.8〜30質量部の範囲内であることが好適である。
なかでも、上記親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)以外の重合性不飽和化合物として前記多官能重合性不飽和基含有化合物を使用する場合、該多官能重合性不飽和基含有化合物の使用量は、親水性付与層の硬化性向上、親水性の維持性向上等の観点から、親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)100質量部を基準として、0.3〜70質量部、好ましくは0.5〜40質量部、さらに好ましくは0.8〜20質量部の範囲内であることが好適である。
組成物(2)は、溶融物、溶液、懸濁液、エマルションのいずれの形態であってもよいが、溶媒中に上記の必須成分が溶解した溶液の形態であることが、生産性及び作業性の観点から好ましい。
組成物(2)には、本発明の効果を損なわないことを限度として、上記必須成分及び必要に応じて使用される親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)以外の重合性不飽和化合物の他、溶媒、表面調整剤、消泡剤、乳化剤、界面活性剤、防汚剤、湿潤剤、増粘剤、顔料、染料、ツヤ調整剤等の塗装の分野で通常使用される他の添加成分を適宜含有させることができる。
上記溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(慣用名:イソプロピルアルコール)、1−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、水等を挙げることができる。
組成物(2)による親水性付与層の形成は、浸漬、噴霧、ブラシ塗布、ナイフ塗布、ローラー塗布、ロールコート、カーテンコート、印刷、スピンコーティング及び流し込み等により行うことができる。
組成物(2)により形成される親水性付与層の硬化後の厚さは、親水性付与、付着性及び最終的な仕上り外観の観点から、10μm以下、好ましくは5μm以下、さらに好ましくは1μm以下、さらに特に好ましくは0.05〜0.7μmの範囲内であることが好適である。
工程(3)
工程(3)は、前記組成物(2)中の親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)を重合反応させる工程である。
具体的には、
前記工程(2)において光重合開始剤(E1)を含有する組成物(2)を使用した場合は該基材上に活性エネルギー線を照射し、
前記工程(2)において熱重合開始剤(E2)を含有する組成物(2)を使用した場合は該基材を加熱し、
前記工程(2)において重合開始剤(E)を含有しない組成物(2)を使用し、かつ前記工程(1)において光重合開始剤(E1)を含有する組成物(1)を使用した場合は該基材上に活性エネルギー線を照射し、
前記工程(2)において重合開始剤(E)を含有しない組成物(2)を使用し、かつ前記工程(1)において熱重合開始剤(E2)を含有する組成物(1)を使用した場合は該基材を加熱する
ことが好ましい。
また、前記工程(1)において光重合開始剤(E1)を含有する組成物(1)を使用し、かつ前記工程(2)において熱重合開始剤(E2)を含有する組成物(2)を使用する場合又は前記工程(1)において熱重合開始剤(E2)を含有する組成物(1)を使用し、かつ前記工程(2)において光重合開始剤(E1)を含有する組成物(2)を使用する場合は、活性エネルギー線照射及び加熱の少なくとも一方を行うことにより、上記親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)を重合反応させることができる。
本工程(3)により、下塗り塗膜層及び親水性付与層が一体となって強固に結合した、表面が改質され新たに親水性が付与された塗装物品を得ることができる。
活性エネルギー線照射
照射される活性エネルギー線としては、公知のものを使用することができる。具体的には、紫外線、可視光線、レーザー光(近赤外線レーザー、可視光レーザー、紫外線レーザー等)、マイクロ波、電子ビーム、電磁波等を挙げることができる。
これらの活性エネルギー線のうち、経済性の観点から、紫外線を好適に使用することができる。
活性エネルギー線の照射は、前記光重合開始剤(E1)が吸収することができる波長の電磁波を発する任意の光源を用いて行うことができる。このような光源は通常、波長200nm〜2,000nmの範囲の電磁波を発するものである。
活性エネルギー線の照射源としては、公知のものを使用することができる。具体的には、例えば、超高圧、高圧、中圧、低圧の水銀灯、無電極ランプ、ケミカルランプ、カーボンアーク灯、キセノン灯、メタルハライド灯、蛍光灯、タングステン灯、LED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)、太陽光等を使用することができる。また、パルス発光型の活性エネルギー線照射装置も使用することができる。
また、活性エネルギー線の照射は、全領域及び/又は一部を、例えば、マスクを介して行っても、レーザービームを用いて行ってもよい。その手段によって特定の領域だけの被膜の硬化を行うことも可能である。
活性エネルギー線の照射量は、親水性付与層の硬化を完結させることができる範囲で行えばよく、通常、例えば、高圧水銀灯の場合は、50〜3,000mJ/cm、メタルハライドランプの場合は、100〜5,000mJ/cm、特に高圧水銀灯の場合は、100〜1,000mJ/cm、メタルハライドランプの場合は、500〜2,000mJ/cmの範囲内であることが好ましい。
活性エネルギー線の照射は、空気中又は不活性ガス下で行うことができる。不活性ガスとしては、窒素ガス、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウム等又はこれらの混合物を使用することができる。
また、活性エネルギー線による硬化と併せて、加熱を行ってもよい。加熱手段としては、例えば、熱風、熱ガス、赤外線ヒーター、IRラジエータ、オーブン、熱ローラー及びマイクロ波等を使用することができる
加熱を行う場合、加熱条件は、生産性、作業性及び基材の熱安定性等の観点から決定されるが、加熱温度は30〜120℃、特に、50〜90℃の範囲内であることが好ましく、加熱時間は1〜60分間、特に1〜20分間の範囲内であることが好ましい。
加熱を行う場合、活性エネルギー線照射及び加熱の順序は特に限定されず、活性エネルギー線照射の後に加熱を行ってもよく、加熱の後に活性エネルギー線照射を行ってもよく、活性エネルギー線照射と加熱とを同時に行ってもよい。
また、活性エネルギー線照射と加熱とを同時に行う際には、活性エネルギー線の照射源からの熱(例えばランプが発する熱)を熱源としてもよい。さらに、加熱の後に活性エネルギー線照射を行う際には、被膜形成基材が熱を帯びた状態(余熱を持った状態)で活性エネルギー線照射を行ってもよい。
加熱
加熱は、この分野において公知の手法を適宜使用することができる。
具体的には、例えば、熱風、熱ガス、赤外線ヒーター、IRラジエータ、オーブン、熱ローラー及びマイクロ波等を使用して行うことができる。
本発明においては、作業の容易性及び低温で行うことができること等の観点から、熱風、赤外線ヒーターなどにより加熱を行うことが好ましい。
上記加熱の温度は、生産性、作業性及び基材の熱安定性等の観点から、30〜150℃、好ましくは40〜140℃、さらに好ましくは50〜130℃の範囲内であることが好適である。
また、上記加熱の時間は、1〜60分間、好ましくは1〜40分間の範囲内であることが好適である。
活性エネルギー線照射後若しくは加熱後は、必要に応じて、反応することなく残存した親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)等を除去することもできる。
上記残存物の除去は、例えば、溶剤浸漬、水やアセトン等による洗浄等により行うことができる。残存物除去性の観点から、上記洗浄時に超音波などの手段を採用することもできる。
以下、製造例、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明は、これらにより限定されない。各例において、「部」及び「%」は、特記しない限り、質量基準による。また、塗膜の膜厚は硬化塗膜に基づく。
水酸基含有アクリル樹脂(A1)の製造
(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)の製造
製造例1
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に、メトキシプロピルアセテート45部を仕込み、窒素ガスを吹き込みながら125℃で攪拌し、この中にグリシジルメタクリレート36.9部、メチルメタクリレート44.2部、エチルアクリレート18.9部及びt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート11.0部からなるモノマー混合物を3時間かけて均一速度で滴下し、さらに同温度で0.5時間熟成した。その後、さらにt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート0.5部及びメトキシプロピルアセテート10部の混合物を1時間かけて反応容器に滴下し、滴下終了後2時間熟成させ、エポキシ基含有アクリル樹脂溶液を得た。得られたエポキシ基含有アクリル樹脂のガラス転移温度は51℃であった。その後130℃に昇温し、さらに、反応容器内に空気を吹き込みながら、該エポキシ基含有アクリル樹脂溶液に、アクリル酸17部、ハイドロキノンモノメチルエーテル0.15部及びテトラブチルアンモニウムブロマイド0.5部を加えて、130℃で10時間反応させた後、メトキシプロピルアセテートで希釈し、固形分50%の(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1−1)溶液を得た。得られた(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1−1)の重量平均分子量は5,500、水酸基価は113mgKOH/g、(メタ)アクリロイル基濃度は2.0mol/kgであった。
製造例2〜9、14〜15
製造例1において、配合組成、反応温度及び反応時間を表1に示すものとする以外は、製造例1と同様にして、固形分50%の(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1−2)〜(A1−9)、(A1−14)〜(A1−15)溶液を得た。各第1の反応性基を有するアクリル樹脂のガラス転移温度、各(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂の重量平均分子量、水酸基価及び(メタ)アクリロイル基濃度を表1にあわせて示す。なお、製造例14〜15の(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1−14)〜(A1−15)溶液は比較例用である。
製造例10
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に、メトキシプロピルアセテート45部を仕込み、窒素ガスを吹き込みながら125℃で攪拌し、この中にアクリル酸22.0部、メチルメタクリレート57.1部、エチルアクリレート20.9部及びt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート6部からなるモノマー混合物を3時間かけて均一速度で滴下し、さらに同温度で0.5時間熟成した。その後、さらにt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート0.5部及びメトキシプロピルアセテート10部の混合物を1時間かけて反応容器に滴下し、滴下終了後2時間熟成させ、カルボキシル基含有アクリル樹脂溶液を得た。得られたカルボキシル基含有アクリル樹脂のガラス転移温度は68℃であった。その後130℃に昇温し、さらに、反応容器内に空気を吹き込みながら、該カルボキシル基含有アクリル樹脂溶液に、グリシジルメタクリレート38.0部、ハイドロキノンモノメチルエーテル0.15部及びテトラブチルアンモニウムブロマイド0.5部を加えて、130℃で10時間反応させた後、メトキシプロピルアセテートで希釈し、固形分50%の(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1−10)溶液を得た。得られた(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1−10)の重量平均分子量は8,000、水酸基価は109mgKOH/g、(メタ)アクリロイル基濃度は1.9mol/kgであった。
製造例11
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に、酢酸ブチル45部を仕込み、窒素ガスを吹き込みながら125℃で攪拌し、この中に2−ヒドロキシエチルメタクリレート35部、メチルメタクリレート37.2部、スチレン11.9部、エチルアクリレート15.9部及びt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート6部からなるモノマー混合物を3時間かけて均一速度で滴下し、さらに同温度で0.5時間熟成した。その後、さらにt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート0.5部及びメトキシプロピルアセテート10部の混合物を1時間かけて反応容器に滴下し、滴下終了後2時間熟成させ、水酸基含有アクリル樹脂溶液を得た。得られた水酸基含有アクリル樹脂のガラス転移温度は59℃であった。その後80℃に冷却し、反応容器内に空気を吹き込みながら、該水酸基含有アクリル樹脂溶液に、「カレンズAOI」(商品名、昭和電工社製、2−アクリロイルオキシエチルイソシアナート)20.0部、ハイドロキノンモノメチルエーテル0.4部及びジブチル錫ジラウレート0.1部を仕込み、温度を80℃に保ち4時間熟成させた。その後、イソシアネート基が実質的に全て反応したのを確認して、酢酸ブチルで希釈し、固形分50%の(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1−11)溶液を得た。得られた(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1−11)の重量平均分子量は8,000、水酸基価は59mgKOH/g、(メタ)アクリロイル基濃度は1.2mol/kgであった。
(メタ)アクリロイル基を有さない水酸基含有アクリル樹脂の製造
製造例12
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に、メトキシプロピルアセテート45部を仕込み、窒素ガスを吹き込みながら125℃で攪拌し、この中に2−ヒドロキシエチルメタクリレート25部、メチルメタクリレート44.2部、スチレン11.9部、エチルアクリレート18.9部及びt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート6.0部からなるモノマー混合物を3時間かけて均一速度で滴下し、さらに同温度で0.5時間熟成した。その後、さらにt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート0.5部及びメトキシプロピルアセテート10部の混合物を1時間かけて反応容器に滴下し、滴下終了後2時間熟成させた。その後、メトキシプロピルアセテートで希釈し、固形分50%の水酸基含有アクリル樹脂(A1−12)溶液を得た。得られた水酸基含有アクリル樹脂(A1−12)の重量平均分子量は8,000、水酸基価は108mgKOH/g、ガラス転移温度は59℃であった。
製造例13
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に、メトキシプロピルアセテート45部を仕込み、窒素ガスを吹き込みながら125℃で攪拌し、この中に2−ヒドロキシエチルメタクリレート15部、メチルメタクリレート44.2部、スチレン16.9部、エチルアクリレート23.9部及びt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート6.0部からなるモノマー混合物を3時間かけて均一速度で滴下し、さらに同温度で0.5時間熟成した。その後、さらにt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート0.5部及びメトキシプロピルアセテート10部の混合物を1時間かけて反応容器に滴下し、滴下終了後2時間熟成させた。その後、メトキシプロピルアセテートで希釈し、固形分50%の水酸基含有アクリル樹脂(A1−13)溶液を得た。得られた水酸基含有アクリル樹脂(A1−13)の重量平均分子量は8,000、水酸基価は65mgKOH/g、ガラス転移温度は56℃であった。
Figure 2018001087
Figure 2018001087
Figure 2018001087
組成物(1)の製造
製造例16
製造例1で得られた水酸基含有アクリル樹脂(A1−1)溶液36.6部(固形分18.3部)、「デュラネートTPA−100」(商品名、旭化成ケミカルズ社製、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート環付加物、固形分含有率100%)6.7部、「U−15HA」(商品名、新中村化学工業社製、ウレタンアクリレート、重量平均分子量2,300、1分子内のアクリロイル基の個数:15個、アクリロイル基濃度:6.5mol/kg、固形分含有率100%)75部、「ナイパーBMT−K40」(商品名、日本油脂社製、熱重合開始剤、固形分含有率40%)3.75部(固形分1.5部)、ジブチル錫ジアセテート0.01部及び「ディスパロン LF−1985−50」(商品名、楠本化成社製、表面調整剤、固形分含有率50%)0.1部(固形分0.05部)を均一に混合し、さらに固形分が30%になるように酢酸ブチルで希釈攪拌して、組成物(1−1)を得た。得られた組成物(1−1)中の(メタ)アクリロイル基濃度は、該組成物の合計固形分を基準として、5.2mol/kgであった。
製造例17〜53
製造例16において、配合組成を表2に示すものとする以外は、製造例16と同様にして、固形分30%の組成物(1−2)〜(1−38)を得た。なお表2に示す配合組成は、各成分の固形分質量による。各組成物中の(メタ)アクリロイル基濃度を表2にあわせて示す。
Figure 2018001087
Figure 2018001087
Figure 2018001087
Figure 2018001087
Figure 2018001087
表2中における(注)は下記を意味する。
(注1)「スミジュールN−3300」:商品名、住化バイエルウレタン社製、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート環付加物、固形分含有率100%。
(注2)重合性不飽和化合物を有するポリイソシアネート化合物(B−1):「スミジュールN−3300」と4−ヒドロキシブチルアクリレートとの等モル付加物。NCO当量323。重量平均分子量650。1分子中に、平均してイソシアネート基を2個、不飽和基を1個有する。
(注3)「サイメル251」:商品名、日本サイテックインダストリーズ社製、メラミン樹脂、固形分含有率80%。
(注4)「U−10HA」:商品名、新中村化学工業社製、ウレタンアクリレート、重量平均分子量1,000、1分子内のアクリロイル基の個数:10個、アクリロイル基濃度10mol/kg、固形分含有率100%。
(注5)「A−DPH」:商品名、新中村化学工業社製、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、重量平均分子量578、1分子内のアクリロイル基の個数:6個、アクリロイル基濃度10.4mol/kg、固形分含有率100%。
(注6)「アロニックスM−305」:商品名、東亞合成社製、ペンタエリスリトールトリ及びテトラアクリレート(トリアクリレート:55〜63%)、重量平均分子量320、1分子内のアクリロイル基の個数:平均3.4個、アクリロイル基濃度10.7mol/kg、固形分含有率100%。
(注7)「IRGACURE184」:商品名、BASF社製、光重合開始剤、1‐ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、固形分含有率100%。
(注8)「ESACURE−KIP150」:商品名、LAMBERTI社製、2個以上の光重合開始部を有するオリゴマー型光重合開始剤、オリゴ[2−ヒドロキシ−2−メチル−1−〔4−(1−メチルビニル)フェニル〕プロパノン]、固形分含有率100%。
(注9)「パーロイルTCP」:商品名、日本油脂社製、熱重合開始剤、固形分含有率100%。
(注10)「GX−180A」:商品名、旭化成メタルズ社製、アルミニウム顔料ペースト、固形分含有率74%。
(注11)「Xirallic Sunbeam Gold T60−20」:商品名、MERCK社製、酸化チタン被覆アルミナフレーク顔料。
(注12)「モナーク1300」:商品名、キャボット社製、カーボンブラック顔料。
なお、製造例46〜53の組成物(1−31)〜(1−38)は比較例用である。
組成物(2)の製造
製造例54
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10部、「IRGACURE184」0.5部、エタノール65部、脱イオン水17部及び20%水酸化ナトリウム水溶液9.7部を混合して組成物(2−1)を得た。
製造例55
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10部、エタノール65部、脱イオン水17部及び20%水酸化ナトリウム水溶液9.7部を混合して組成物(2−2)を得た。
製造例56
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10部、「IRGACURE184」0.5部、エタノール65部、脱イオン水3部及び5%水酸化リチウム水溶液23.1部を混合して組成物(2−3)を得た。
製造例57
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10部、エタノール65部、脱イオン水3部及び5%水酸化リチウム水溶液23.1部を混合して組成物(2−4)を得た。
製造例58
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10部、「アロニックスM−313」(商品名、東亞合成社製、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジ及びトリアクリレート、固形分100%)1部、「IRGACURE184」0.5部、エタノール65部、脱イオン水17部及び20%水酸化ナトリウム水溶液9.7部を混合して組成物(2−5)を得た。
製造例59
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10部、「アロニックスM−306」(商品名、東亞合成社製、ペンタエリスリトールトリ及びテトラアクリレート、固形分100%)1部、「IRGACURE184」0.5部、エタノール65部、脱イオン水17部及び20%水酸化ナトリウム水溶液9.7部を混合して組成物(2−6)を得た。
製造例60
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10部、N,N'−メチレンビスアクリルアミド1部、「IRGACURE184」0.5部、エタノール65部、脱イオン水3部及び5%水酸化リチウム水溶液23.1部を混合して組成物(2−7)を得た。
製造例61
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10部、「A−GLY−9E」(商品名、新中村化学社製、グリセリンエチレンオキサイド変性トリアクリレート(エチレンオキサイド9mol)、固形分100%)1部、「IRGACURE184」0.5部、エタノール65部、脱イオン水3部及び5%水酸化リチウム水溶液23.1部を混合して組成物(2−8)を得た。
製造例62
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10部、「V−50」(商品名、和光純薬工業社製、熱重合開始剤)0.5部、エタノール65部、脱イオン水17部及び20%水酸化ナトリウム水溶液9.7部を混合して組成物(2−9)を得た。
製造例63
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10部、「アロニックスM−306」(商品名、東亞合成社製、ペンタエリスリトールトリ及びテトラアクリレート、固形分100%)1部、「V−50」0.5部、エタノール65部、脱イオン水17部及び20%水酸化ナトリウム水溶液9.7部を混合して組成物(2−10)を得た。
製造例64
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10部、過硫酸アンモニウム0.5部、エタノール65部、脱イオン水17部及び20%水酸化ナトリウム水溶液9.7部を混合して組成物(2−11)を得た。
試験板の作製
基材
<ABS基材>
100mm×150mm×3.0mmのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)板の表面をイソプロピルアルコールで脱脂して基材とした。
<塗膜形成基材(ABS板)>
100mm×150mm×3.0mmのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)板の表面をイソプロピルアルコールで脱脂した。次いで、このABS板上に「レタンPGハイブリッドエコ サンメタリック塗料」(商品名、関西ペイント社製)を膜厚15μmになるように塗装し、80℃で5分乾燥したものを基材とした。
<塗膜形成基材(鋼板)>
100mm×150mm×0.8mmのリン酸亜鉛処理された冷延鋼板に、「エレクロンGT−10」(商品名、関西ペイント社製、カチオン電着塗料組成物)を膜厚20μmになるように電着塗装し、170℃で30分加熱して硬化させた。次いで、この電着塗膜上に「TP−65−2」(商品名、関西ペイント社製、中塗り塗料組成物)を膜厚35μmになるように塗装し、140℃で30分間加熱して硬化させた。次いで、この中塗り塗膜上に「レタンPGハイブリッドエコ サンメタリック塗料」(商品名、関西ペイント社製)を膜厚15μmになるように塗装し、80℃で5分乾燥したものを基材とした。
実施例1
ABS基材上に、製造例16で得た組成物(1−1)を、エアスプレーを用いて膜厚が25μmとなるように塗装し、常温で10分間セッティングを行った後、80℃で30分間加熱して硬化塗膜を得た。次に、該硬化塗膜上に、製造例54で得た組成物(2−1)を、膜厚が0.1μmとなるようにマイクロワイプを用いて塗り伸ばした後、15分間静置した。次に、UV照射装置「CV−1200−G」(フュージョンUVシステムズ・ジャパン株式会社製)を使用して、基材と高圧水銀灯との距離を15cmに設定し、放射照度120mW/cm、放射エネルギー量500mJ/cmの条件で、速度3m/分で2パスさせてUV照射を行った。最後に、被膜が形成された面を水洗し、室温で自然乾燥させて、被膜が形成された塗装物品を得た。
実施例2〜36及び40〜76、比較例1〜16
基材、組成物(1)及び組成物(2)として、表3に記載のものを使用し、組成物(1)の膜厚及び加熱温度を表3に記載のとおりに変更する以外は、実施例1と同様にして、各々の被膜が形成された塗装物品を得た。
実施例37
ABS基材上に、製造例17で得た組成物(1−2)を、エアスプレーを用いて膜厚が25μmとなるように塗装し、常温で10分間セッティングを行った後、80℃で30分間加熱して硬化塗膜を得た。次に、該硬化塗膜上に、製造例62で得た組成物(2−9)を、膜厚が0.1μmとなるようにマイクロワイプを用いて塗り伸ばした後、15分間静置した。次に、90℃で30分間加熱を行った。最後に、被膜が形成された面を水洗し、室温で自然乾燥させて、被膜が形成された塗装物品を得た。
実施例38〜39及び77〜79
基材、組成物(1)及び組成物(2)として、表3に記載のものを使用し、組成物(1)の膜厚を表3に記載のとおりに変更する以外は、実施例37と同様にして、各々の被膜が形成された塗装物品を得た。
被膜が形成された塗装物品の評価
得られた各被膜が形成された塗装物品について、各種試験を行った。評価結果を表3に示す。
試験方法
塗膜外観:各被膜が形成された塗装物品について、塗膜外観を下記基準にて評価した
○:塗膜上にワレが発生していない
×:塗膜上のワレが発生している。
耐水性:各被膜が形成された塗装物品について、50℃の温水に10日間浸漬した後、水洗いした各被膜形成基材の外観を下記基準にて評価した。なお、上記塗膜外観の評価が×の塗装物品については本試験を行わなかった。
◎:試験前の被膜に対して、全く外観の変化のないもの
○:試験前の被膜に対して、わずかにツヤびけ、フクレ又は変色が見られるが、製品とした時に問題の無いレベル
△:試験前の被膜に対して、若干、ツヤびけ、ワレ、フクレ又は変色が見られ、製品として劣る
×:試験前の被膜に対して、著しく、ツヤびけ、ワレ、フクレ又は変色が見られる。
機能維持性:各被膜が形成された塗装物品について、初期と屋外曝露試験後の水接触角を測定した。
<屋外曝露試験>各被膜が形成された塗装物品について、鹿児島県沖永良部島で6ヶ月間屋外曝露した後、水洗した各被膜形成基材の水接触角を測定した。
水接触角の測定は、協和界面科学社製のCA−X型接触角計を用いて、23℃、65%RHの雰囲気下で脱イオン水5mgの水滴を被膜形成基材上に滴下し、滴下から15秒後の接触角を測定することにより行った。
水洗を実施した初期被膜において親水性の発現程度が大きいもの、及び初期と屋外曝露試験後の水接触角の差が小さいものほど、機能維持性に優れることを示す。水接触角が30゜以下であれば親水性が良好である。
Figure 2018001087
Figure 2018001087
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Claims (7)

  1. 基材上に、
    工程(1):重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内である架橋性官能基含有樹脂(A)、架橋剤(B)及び重量平均分子量が200以上5,000未満の範囲内である(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)を含有する組成物であって、該組成物中の(メタ)アクリロイル基濃度が、該組成物の合計固形分を基準として、4〜7mol/kgの範囲内である組成物(1)を使用して、下塗り塗膜層を形成する工程、
    工程(2):前記工程(1)で下塗り塗膜層が形成された基材上に、親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)を含有する組成物(2)を使用して、親水性付与層を形成する工程、並びに
    工程(3):前記組成物(1)及び組成物(2)の少なくとも一方が光重合開始剤(E1)及び熱重合開始剤(E2)から選択される重合開始剤(E)を含有するものであり、前記組成物(2)中の親水性付与基含有重合性不飽和化合物(D)を重合反応させる工程、
    を順次行うことを特徴とする親水性被膜形成方法。
  2. 工程(3)において、
    前記工程(2)において光重合開始剤(E1)を含有する組成物(2)を使用した場合は該基材上に活性エネルギー線を照射し、
    前記工程(2)において熱重合開始剤(E2)を含有する組成物(2)を使用した場合は該基材を加熱し、
    前記工程(2)において重合開始剤(E)を含有しない組成物(2)を使用し、かつ前記工程(1)において光重合開始剤(E1)を含有する組成物(1)を使用した場合は該基材上に活性エネルギー線を照射し、
    前記工程(2)において重合開始剤(E)を含有しない組成物(2)を使用し、かつ前記工程(1)において熱重合開始剤(E2)を含有する組成物(1)を使用した場合は該基材を加熱する
    請求項1に記載の親水性被膜形成方法。
  3. 組成物(1)において、架橋性官能基含有樹脂(A)が、重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内である水酸基含有アクリル樹脂(A1)である請求項1又は2に記載の親水性被膜形成方法。
  4. 水酸基含有アクリル樹脂(A1)が、重量平均分子量が5,000〜100,000の範囲内であり、かつ、(メタ)アクリロイル基を有する水酸基含有アクリル樹脂(A1’)である請求項3に記載の親水性被膜形成方法。
  5. 組成物(1)において、架橋剤(B)が、ポリイソシアネート化合物、ブロック化ポリイソシアネート化合物及びアミノ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1〜4のいずれか1項に記載の親水性被膜形成方法。
  6. 組成物(1)において、(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の(メタ)アクリロイル基濃度が、該(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の固形分を基準として、2〜15mol/kgの範囲内である請求項1〜5のいずれか1項に記載の親水性被膜形成方法。
  7. 組成物(1)において、(メタ)アクリロイル基含有化合物(C)の含有量が、前記成分(A)、(B)及び(C)の合計固形分100質量部を基準として、20〜90質量部の範囲内である請求項1〜6のいずれか1項に記載の親水性被膜形成方法。
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