JP2018021098A - 塗料組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、低温での加工性や耐アルカリ性が優れ、さらに金属との接着力に優れる塗膜を形成できる塗料組成物の提供を目的とする。
【解決手段】酸価30mgKOH/g以下、ガラス転移温度30〜110℃であるポリエステル樹脂(A)、酸価30mgKOH/g以下、ガラス転移温度−20℃未満であるポリエステル樹脂(B)およびフェノール樹脂(C)を含む、塗料組成物。なお、ポリエステル樹脂(B)は、ポリカルボン酸(a)とポリオール(b)とを反応させて得られる樹脂である。
【選択図】図1

Description

本発明は塗料組成物に関する。
従来、ビスフェノールA(以下「BPA」とも表記する)とエピクロルヒドリンとを原料として合成されるBPA型エポキシ樹脂は、耐蒸気殺菌性(耐レトルト性)、加工性、密着性に優れた塗膜を形成できるため缶の内面および外面を被覆する塗料として広く使用されていた。
しかし、BPAは生物の内分泌を撹乱する作用があるとの研究結果が報告され、環境省が公表した「内分泌撹乱作用を有すると疑われる化学物質」のリスト67物質の中に挙げられた。これを受けて、缶内面を被覆する塗膜から内容物にBPAが溶出することが問題
になった。そこでBPA由来の原料を全く用いない缶用塗料が求められていた。
ここで缶の内面を被覆する塗料には、内容物の風味を損なわない耐フレーバー性、耐腐食性、耐レトルト性などの他、缶部材成型時の加工を可能とする、加工性に優れる塗膜を形成できることが求められていた。缶部材の中でも蓋部材は、凹凸が多い形状であり他の部材と比較して高度な成型加工が施されるため、蓋部材に形成する塗膜には、特に高度な加工性が要求される。
また、缶内容物の種類、および缶部材の成形工程の関係上、塗膜には耐酸性および耐アルカリ性が必要であり、上記要求物性に加え耐酸性および耐アルカリ性を満足する塗料が求められていた。
また、飲料缶および食料缶は、その内容物の種類によって、缶に内容物を充填した後、内容物の殺菌を目的として、高温でのレトルト処理が施される場合がある。そのため内面塗膜のレトルト耐性が十分でない場合、このレトルト処理時に、塗膜中の成分が内容物中に溶出してしまうことがあり、衛生上好ましいとはいえない。また、塗膜のレトルト耐性の乏しい場合、レトルト処理を行なわず、常温で保管されている場合であっても、塗膜成分が内容物中に溶出することがある。このように缶の内面塗膜には、その成分が内容物中へ溶出しにくいという耐性が求められる。なお、本発明では、塗膜中の成分の、内容物中へ溶出しにくい特性のことを「耐内容物汚染性」という。この耐内容物汚染性は、通常、塗膜から溶出する有機物成分量の多少によって見積もられる。溶出する有機成分量が少ない方が、耐内容物汚染性は良好である。
さらに、炭酸飲料を充填する飲料缶は、5℃程度の低温で内容物が充填され蓋が取り付けられた後室温まで戻される。この過程で炭酸が揮発し缶内部の圧力が高くなるので、缶の蓋部分は内部からの圧力により外側へ膨らむ。この後も雰囲気温度の変化により炭酸の充填物からの揮発、充填物への溶解が繰り返され、蓋は凹凸状の変化を繰り返す。これにより蓋は内容物が充填された状態で変形を受けることになり、変形部の腐食が発生しやすい。そこで、この様な圧力による変形を考慮した種々の加工が蓋部分には施される。この種々の加工は、蓋材上の両面に塗膜を設けた後に行われるため、塗料組成物には種々の加工において塗膜欠陥を生じないような高い加工性、内容物充填後に蓋が凹凸状の変化を繰り返しても腐食が発生しないような高い耐食性が要求される。特に昨今の消費者の傾向として、強炭酸で強刺激を訴求する飲料が増えてきており、この高ガス圧力に耐える高い低温加工性が要求される。
そこで、特許文献1には、ガラス転移温度が35〜100℃であるポリエステル樹脂と、ガラス転移温度が−20〜25℃であるポリエステル樹脂を混合した混合ポリエステル樹脂と、硬化剤、硬化触媒からなる塗料組成物が開示されている。
また、特許文献2には、ガラス転移温度が0℃以上のポリエステル樹脂と、ガラス転移温度が0℃未満のポリエステル樹脂を混合した混合ポリエステル樹脂と、レゾール型フェノール樹脂及び酸性硬化触媒からなる塗料組成物が開示されている。
特開2013−249376号公報 WO2013/111814号公報
しかし、特許文献1の塗料は、ガラス転移温度が異なる2種類のポリエステル樹脂を併用することで、塗膜の経時後の加工性が向上しているが、反面、低温での加工性が低下する問題があった。
また、特許文献2の塗料も、ガラス転移温度が異なる2種類のポリエステル樹脂を併用することで、塗膜の経時後の加工性が向上しているが、反面、低温での加工性の低下に加え、耐アルカリ性が低下する問題があった。
本発明は、低温での加工性や耐アルカリ性が優れ、さらに金属との接着力に優れる塗膜を形成できる塗料組成物の提供を目的とする。
本発明の塗料組成物は、酸価30mgKOH/g以下、ガラス転移温度30〜130℃であるポリエステル樹脂(A)、酸価30mgKOH/g以下、ガラス転移温度−20℃未満であるポリエステル樹脂(B)およびフェノール樹脂(C)を含む。
本発明により、低温での加工性や耐アルカリ性が優れ、さらに金属との接着力に優れる塗膜を形成できる塗料組成物のを提供できる。
折り曲げ加工性試験の試験片の作成方法を説明した模式図である。
本発明について説明する前に、用語を定義する。ポリカルボン酸(a)には、ポリカルボン酸中のカルボキシル基が、メタノールやエタノール等のモノアルコールによってエステル化された化合物、およびポリカルボン酸の酸無水物も包含される。
ポリカルボン酸(a)として、上記のエステル化された化合物を使用する場合、「ポリカルボン酸(a)のカルボキシル基の数」は、「−COOH」と「−COOR」(Rは、アルキルアルコールをエステル化に使用した場合であれば、当該エステル化に使用したアルキルアルコールのアルキル基である。)との合算となる。
また、酸無水物基は、2つのカルボキシル基から脱水によって生成するものであるため、本発明において酸無水物基1個はカルボキシル基2個に相当するものとする。例えば、無水トリメリット酸は、カルボキシル基3個を有する化合物とする。
耐内容物性は、塗膜が缶の内容物によりダメージを受け難い性質をいい、缶の内面に影響を及ぼす主な内容物は、酸性食品、食塩、魚肉等である。酸性食品は、缶の素材である鉄を腐食し、食塩は鉄を酸化する。また魚肉は微量の硫黄化合物を含むところ、硫黄化合物が鉄と反応して缶が黒く変色する。
また、「塗膜」と「被覆層」は、同義語である。
本発明の塗料組成物は、ポリエステル樹脂(A)、ポリエステル樹脂(B)、およびフェノール樹脂(C)を含む。ポリエステル樹脂(A)を含むことで、塗膜の耐内容物汚染性が向上する。また、ポリエステル樹脂(B)を含むことで、塗膜の低温加工性、ならびに金属との接着力、ならびに耐アルカリ性が向上する。
本発明においてポリエステル樹脂(A)は、ポリカルボン酸(a)およびポリオール(b)を反応させて合成する。
ポリカルボン酸(a)としては、芳香族二塩基酸、脂肪族二塩基酸、脂環式二塩基酸およびα、β−不飽和二塩基酸、その他の二塩基酸ならびにこれらの酸無水物、ならびにこれらのアルキルエステル等が好ましい。なお、上記二塩基酸のアルキルエステルは、アルキル基の炭素数1〜3であることが合成反応上好ましい。
芳香族二塩基酸は、例えばテレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、およびビフェニルジカルボン酸等が挙げられる。
脂肪族二塩基酸は、例えばコハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジオン酸、およびダイマー酸等が挙げられる。
脂環式二塩基酸は、例えば1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、および1,2−シクロヘキサンジカルボン酸等が挙げられる。
α、β−不飽和二塩基酸は、例えばフマル酸、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸等が挙げられる。
その他の二塩基酸として、例えば2,5−ノルボルネンジカルボン酸無水物、テトラヒドロ無水フタル酸などが挙げられる。
ポリカルボン酸(a)は、単独または2種類以上を併用できる。
また、ポリエステル樹脂(A)は、直鎖構造のみならず分岐構造であってもよい。ポリエステル樹脂(A)を分岐構造にするには、例えば、二塩基酸と3官能以上の酸を併用する方法が挙げられる。3官能以上の酸は、例えば、(無水)トリメリット酸〔トリメリット酸と無水トリメリット酸とをあわせて「(無水)トリメリット酸」と表記する。以下同様。〕、(無水)ピロメリット酸、およびエチレングリコールビストリメリテート二無水物等が挙げられる。
3官能以上の酸は、ポリカルボン酸(a)の合成100モル%中、0.1〜10モル%使用することが好ましい
また、ポリカルボン酸(a)は、一塩基酸を併用できる。一塩基酸は、例えば安息香酸等が挙げられる。
ポリオール(b)としては、炭素数2〜10の脂肪族ジオール、炭素数6〜12の脂環式ジオール、エーテル結合を含有するジオール、その他のポリオール等が好ましい。
炭素数2〜10の脂肪族ジオールとしては、例えばエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5ペンタンジオール、1,9−ノナンジオール、2−エチル−2−ブチルプロパンジオール等が挙げられる。
炭素数6〜12の脂環式ジオールとしては、例えば1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。
エーテル結合を含有するジオールとしては、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グリコール等が挙げられる。
その他のポリオールとしては、例えばトリシクロデカングリコール類、水添ビスフェノール類等の脂環族ポリアルコールなどが挙げられる。
ポリオール(b)は、単独または2種類以上を併用できる。
ポリエステル樹脂(A)を分岐構造にするため3官能以上の酸を使用する方法以外に、ジオールと3官能以上のアルコールを併用する方法が挙げられる。3官能以上のアルコールは、例えば、トリメチロールプロパン、グリセリン、トリメチロールエタン、マンニトール、ソルビトール、ペンタエリスリトール、およびα−メチルグルコシド等が挙げられる。
また、ポリオール(b)には、モノアルコールを併用できる。
3官能以上のアルコールは、ポリカルボン酸(a)の合成100モル%中、0.1〜10モル%使用することが好ましい。
本発明で用いるポリエステル樹脂(A)は、ポリカルボン酸(a)、およびポリオール(b)を使用して公知の反応で合成できる。合成方法は、高温下、縮合反応またはエステル交換反応等により合成できる。また、ヒドロキシカルボン酸の自己縮合によっても合成できる。なお、ポリカルボン酸(a)に酸無水物を用いる場合、一部、付加反応も生じる。また、反応の終点は、通常、酸価によって判定する。
ポリエステル樹脂(A)のガラス転移温度は、30〜130℃であり、45〜85℃がより好ましい。ガラス転移温度がこの範囲にあれば、耐内容物汚染性および耐アルカリ性が優れ、加工性が経時で低下し難い塗膜を形成できる。
ポリエステル樹脂(A)の数平均分子量は、5,000〜30,000が好ましく、8,000〜25,000がより好ましい。数平均分子量がこの範囲にあれば、加工性および耐アルカリ性がより向上し、樹脂の溶剤への溶解性をより向上できるため塗料組成物の塗装性がより向上する。なお、本発明における数平均分子量は、GPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフィー)による標準ポリスチレン換算の値である。
ポリエステル樹脂(A)およびポリエステル樹脂(B)は、塗料組成物の金属に対する密着性、ならびに硬化剤との反応性を向上させるために、酸価を有することが好ましい。
ポリエステル樹脂(A)の酸価は、30mgKOH/g以下であり、15mgKOH/g以下が好ましい。酸価がこの範囲にあれば、耐内容物汚染性および耐アルカリ性が優れ、加工性が経時で低下し難い塗膜を形成できることに加え、耐酸性も向上する。なお酸価の下限値は、0mgKOH/gである。
ポリエステル樹脂(A)が酸価を有するためには、ポリエステル樹脂(A)の合成にポリカルボン酸無水物を使用することが好ましく、重合反応の終了後あるいは途中においてポリカルボン酸無水物を付加させる方法等により酸価を付与してもよい。
ポリカルボン酸無水物は、例えば、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、エチレングリコールビストリメリテート二無水物等が挙げられる。
ポリエステル樹脂(A)の市販品は、例えば、東洋紡社製バイロン103、バイロン200、バイロン270、バイロン600、バイロンGK360、バイロンGK640、バイロンGK880;また、ユニチカ社製エリテールUE3200、エリテールUE3201、エリテールUE3203、エリテールUE3500、エリテールUE3600、エリテールUE3660、エリテールUE9800、エリテールUE9900;
EVONIK社製ダイナポールL205、ダイナポールL206、ダイナポールL208、ダイナポールL912、ダイナポールL952;また、SKケミカル社製スカイボンES100、スカイボンES250、スカイボンES410、スカイボンES660、スカイボンES901、スカイボンES955;等が挙げられる。
本発明においてポリエステル樹脂(B)は、ポリエステル樹脂(A)と同様にポリカルボン酸(a)とポリオール(b)との反応物である樹脂である。
ポリエステル樹脂(B)のガラス転移温度は、−20℃未満であり、原料として使用するポリカルボン酸(a)およびポリオール(b)の種類を適宜選択することで調整する。
本発明で用いるポリエステル樹脂(B)は、ポリカルボン酸(a)とポリオール(b)との反応物である樹脂である。前記ポリカルボン酸(a)の合計100モル%中、芳香族二塩基酸を0%〜60モル%、脂肪族二塩基酸を40〜100モル%含むことが好ましい。また、前記ポリオール(b)の合計100モル%中、エチレングルコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオールおよび1,6−ヘキサンジオールからなる群より選ばれる1種以上を20〜100モル%含むことが好ましく、40〜90モル%使用することがより好ましい。40〜90モル%使用すると、前述のポリエステル樹脂(A)およびフェノール樹脂(C)と組み合わせることにより、優れた耐内容物汚染性および耐アルカリ性および低温加工性特に優れる塗膜を形成できる。
ポリエステル樹脂(B)の合成に使用するポリカルボン酸(a)およびポリオール(b)は、ポリエステル樹脂(A)の説明で例示した化合物を使用でき、同様の方法で合成できる。
また、ポリエステル樹脂(B)は、ポリエステル樹脂(A)と同様に直鎖構造のみならず分岐構造を有してもよい。分岐させる方法は、ポリエステル樹脂(A)と同様の方法が好ましい。
ポリエステル樹脂(A)およびポリエステル樹脂(B)のポリカルボン酸(a)とポリオール(b)の配合比は、ポリカルボン酸(a)がエステル化物を含まない場合は、ポリオール(b)中の水酸基の数(NB)とポリカルボン酸(a)中のカルボキシル基の数(NA)との比がNB/NA=1.10〜1.50であることが好ましく、1.15〜1.40であることがより好ましい。
また、ポリカルボン酸(a)がエステル化物を含む場合は、NB/NA=1.10〜2.40であることが好ましく、1.20〜2.10であることがより好ましい。NBとNAとの比が上記範囲にあれば、耐内容物汚染性、耐アルカリ性もより向上し、加工性がより低下し難くなる。
ポリカルボン酸(a)のエステル化物は、例えばジメチルテレフタル酸等が挙げられる。
以上の通り、後述する実施例の各製造例において、ポリエステル樹脂(A)およびポリエステル樹脂(B)の合成に使用するポリカルボン酸(a)の配合量の合計(モル比)、およびポリオール(b)の配合量の合計(モル比)は、実際の配合比を示しているため、それぞれ100モル%を超えている。
ポリエステル樹脂(B)のガラス転移温度は、−20℃未満であり、−60〜−30℃が好ましく、−50〜−35℃がさらにより好ましい。ガラス転移温度がこの範囲にあれば、前述するポリエステル樹脂(A)およびフェノール樹脂(C)と組み合わせることにより、低温での加工性、金属との接着力、耐レトルト性および耐アルカリ性が優れる塗膜を形成できる。
ポリエステル樹脂(B)の数平均分子量は、5,000〜100,000であることが好ましく、10,000〜90,000であることがより好ましい。数平均分子量がこの範囲にあれば、加工性および耐アルカリ性がより向上し、樹脂の溶剤への溶解性をより向上できる。
ポリエステル樹脂(B)の酸価は、30mgKOH/g以下であり、15mgKOH/g以下が好ましい。酸価がこの範囲にあれば、耐内容物汚染性および耐アルカリ性が優れ、加工性が低下し難い塗膜を形成できることに加え、耐酸性も向上する。ポリエステル樹脂(B)が酸価を有するためには、ポリエステル樹脂(A)同様の方法等により酸価を付与してもよい。
ポリエステル樹脂(B)の市販品は、例えば、東洋紡社製バイロンGM913、バイロンGM920、バイロンGA6400、バイロン30P;また、ユニチカ社製エリテールUE3400、エリテールUE3410、エリテールUE3510;等が挙げられる。
本発明においてポリエステル樹脂(A)およびポリエステル樹脂(B)は、下記式で算出される平均ガラス転移温度が30〜90℃になるように配合することが好ましく、35〜80℃がより好ましく、40〜75℃がさらに好ましい。平均ガラス転移温度がこの範囲にあれば、耐内容物汚染性および耐アルカリ性が特に優れ、加工性が経時で低下し難い塗膜を形成できる。
1/Tg=W(A)/Tg(A)+W(B)/Tg(B)
ここで、Tgは得られる平均ガラス転移温度(K)、Tg(A)はポリエステル樹脂(A)のガラス転移温度(K)、Tg(B)はポリエステル樹脂(B)のガラス転移温度(K)、W(A)はポリエステル樹脂(A)の重量比率、W(B)はポリエステル樹脂(B)の重量比率を表す。
(ここに、W(A)+W(B)=1である。)
本発明で用いるフェノール樹脂(C)は、ポリエステル樹脂を架橋させるための硬化剤である。フェノール樹脂は、フェノールモノマーと、ホルムアルデヒド等のアルデヒドとの付加縮合反応により合成した樹脂である。フェノール樹脂(C)は公知の方法で合成できる。
フェノールモノマーは、例えば、フェノール、o−クレゾール、p−クレゾール、p−tert−ブチルフェノール、p−フェニルフェノール、p−ノニルフェノール、2,3−キシレノール、2,5−キシレノール、m−クレゾール、3,5−キシレノール、レゾルシノール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールB、ビスフェノールE、ビスフェノールH、ビスフェノールS、カテコール、およびハイドロキノン等が挙げられる。これらの中でも硬化性および反応性が優れるフェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール等が好ましく、m−クレゾールがより好ましい。
フェノールモノマーは、単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。
なお、フェノールモノマーは、フェノール性の水酸基に対して、オルト位とパラ位とが反応部位となる。従って、o−クレゾール、p−クレゾール、p−tert−ブチルフェノール、p−フェニルフェノール、p−ノニルフェノール、2,3−キシレノール、2,5−キシレノール等は、1分子中に反応部位が2箇所あるため、当量数が2のフェノールモノマーであり、官能基が2となる。又、フェノール、m−クレゾール、3,5−キシレノール、レゾルシノール等は1分子中に反応部位が3箇所あるため、当量数が3のフェノールモノマーであり官能基が3となる。又、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールB、ビスフェノールE、ビスフェノールH、ビスフェノールS等のビスフェノールや、カテコール、ハイドロキノン等は1分子中に反応部位が4箇所あるため、当量数が4のフェノールモノマーであり、官能基が4となる。当量数が4未満のフェノールモノマーを用いると、分子量が適切なフェノール樹脂を得やすい。そのため、このようなフェノール樹脂を塗料に使用した場合、溶剤に対する溶解性が向上し、塗膜表面にフェノール樹脂由来のブツが生じ難い。
本発明においてフェノール樹脂(C)は、m−クレゾールとアルデヒドを反応させた樹脂が好ましい。このフェノール樹脂は、ポリエステル樹脂との硬化性が優れているため耐レトルト性および耐アルカリ性がより向上する。
フェノール樹脂(C)の市販品は、例えば、住友ベークライト社製スミライトレジンPR−55317(メタクレゾール系フェノール樹脂、不揮発分濃度50重量%)、昭和電工社製ショウノールCKS−3898(メタクレゾール系フェノール樹脂、不揮発分濃度50重量%)等が挙げられる。なお、メタクレゾール系とは、フェノール樹脂(C)の原料にm−クレゾールを使用して得られる樹脂である。
ポリエステル樹脂(ポリエステル樹脂(A)とポリエステル樹脂(B)の合計)とフェノール樹脂(C)との重量比は、ポリエステル樹脂/フェノール樹脂(C)=95/5〜75/25が好ましく、90/10〜85/15がより好ましい。両者の重量比がこの範囲内にあれば、加工性、および耐レトルト性等がより向上する。
本発明の塗料組成物は、必要に応じて、目的で、ワックス等の滑剤、硬化触媒、レベリング剤および可塑剤等の添加剤、ならびに有機溶剤を配合できる。滑剤を配合すると製缶工程における塗膜の傷付きを抑制できる。
ワックスは、カルナバワックス、ラノリンワックス、パーム油、キャンデリラワックス、ライスワックス等の動植物系ワックス;パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタム等の石油系ワックス;
ポリオレフィンワックス、テフロン(登録商標)ワックス等の合成ワックス等が挙げられる。
硬化触媒は、例えばドデシルベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ジノニルナフタレンジスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、硫酸、およびリン酸化合物ならびにこれらの中和物等が挙げられる。
本発明の塗料組成物は、缶の内面および外面を問わずに使用できるところ、その高度な加工性を活かして缶の内面塗料として使用することが好ましく、特に缶蓋用部材の内面塗料に使用することが好ましい。金属またはプラスチックの部材の少なくとも一方の面に、本発明の塗料組成物の硬化物である被覆層を設けることにより、本発明の缶蓋が得られる。
被覆層の厚みは、1〜100μm程度である。
前記部材の厚みは、0.05〜5mm程度である。
さらには、本発明の塗料組成物は上記特性に加えて、プラスチックフィルムに対する接着性も良好であることから、フィルムラミネート金属缶における、プラスチックフィルムと金属とを貼り合わせるための接着剤としても好ましく使用できる。接着剤層の厚みは、0.01〜10μmである。
本発明の飲食物用缶は、缶蓋、および缶胴部材を備えている。飲食物用缶は、飲料缶および食料缶を含む缶であり、内容物として飲料ないし飲料以外の食品を収納できる。そして本発明の塗料組成物から形成される塗膜で被覆された缶蓋を備えることが好ましい。また、本発明の塗料組成物を缶胴部材の被膜層形成に使用することも好ましい。
飲食物用缶は、金属またはプラスチックの缶体、さらにはフィルムラミネート金属缶の内面ないし外面に缶用塗料を塗装し、硬化させることで被覆層を形成する。
なお、フィルムラミネート金属缶における、プラスチックフィルムと金属とを貼り合わせる接着剤として使用した場合に形成される接着剤層も、本発明においては、被覆層の範疇に含まれる。
前記金属は、アルミニウム、錫メッキ鋼板、クロム処理鋼板、ニッケル処理鋼板等の金属板等が好ましい。
前記プラスチックは、ポリオレフィン、ポリエステル等が好ましい。
フィルムラミネート金属缶に用いられるプラスチックフィルムとしては、ポリエステル、特にPET(ポリエチレンテレフタレート)が好ましい。
塗料および接着剤として使用するにあたり、塗装方法は、エアースプレー、エアレススプレー、および静電スプレー等のスプレー塗装、ロールコーター塗装、浸漬塗装、ならびに電着塗装等の公知の方法を使用できる。
塗料組成物を金属に塗装する場合、200〜300℃の温度で、10秒〜2分間焼き付けることが好ましく、20〜40秒間がより好ましい。
本発明の飲食物用缶は、本発明の缶蓋と缶胴部材とを具備する。飲食物用缶は、1つの缶蓋と1つの缶胴部材で構成した2ピース缶、および上下2つの缶蓋と1つの缶胴部材で構成した3ピース缶であることが好ましい。
内容物のうち飲料は、飲料水、清涼飲料水、コーヒー、お茶、ビール、チュウハイ、日本酒、ウイスキー、および水割り等が好ましい。また、飲料以外の食品は、魚肉、畜肉、野菜、果実、油、およびソース等の食品等を収納する用途が好ましい。
本発明の塗料組成物を使用した塗膜を備えた缶は、エンジンオイルや塗料、インキのような非飲食物を収納する用途にも使用できる。
以下に実施例によって、本発明をより具体的に説明する。なお例中、特に断りのない限り「部」は「重量部」を、「%」は「重量%」を表す。また、「Mn」は数平均分子量を、「Mw」は重量平均分子量をそれぞれ表す。
(数平均分子量および重量平均分子量の測定条件)
東ソー社製高速GPC装置8020シリーズ(テトラヒドロフラン溶媒、カラム温度40℃、ポリスチレン標準)を用いて測定した。具体的には、カラムとして東ソー製G1000HXL、G2000HXL、G3000HXL、G4000HXLの4本を直列に連結し、流量1.0ml/minにて測定して得られた測定値である。
(ガラス転移温度の測定条件)
示差走査熱量計(DSC)(「DSC6220」SII社製)を用いて10℃/分の昇温速度で測定した。
(酸価の測定条件)
ポリエステル樹脂0.2gを20mlのTHF(テトラヒドロフラン)に溶解し、0.1NのKOHエタノール溶液で滴定し、ポリエステル樹脂の酸価(mgKOH/g)を求めた。
ポリエステル樹脂(A)の製造例
[製造例(A)−1(直接重合法)]
テレフタル酸86.3部、イソフタル酸201.3部、エチレングリコール21.5部、2−メチル−1,3−プロパンジオール101.3部、1,4−シクロヘキサンジメタノール87.3部、トリメチロールプロパン2.3部、チタンブトキサイド0.01部を重合反応器に仕込み、窒素雰囲気下で250℃まで徐々に昇温し、6時間かけてエステル化反応を行った。次に、30分かけて圧力を5mmHg以下まで下げ、その状態で2時間重合反応を行った。この後、樹脂を窒素気流下で200℃まで冷却し、これに無水トリメリット酸3.3部を添加し、2時間反応した。以上より、本発明のポリエステル樹脂を得た。得られた樹脂は、Flexisolv DBE esters(インビスタ社製)/キシレン=1/1(重量比)の混合溶剤で不揮発分濃度が40%になるように調整して樹脂ワニスを得た。なお、上記の重合に使用した各単量体の比率を、表1にモル比として表記する。他の製造例も前記同様、表1および表2にモル比で表記する。
[製造例(A)−2(エステル交換法)]
ジメチルテレフタル酸70.3部、エチレングリコール39.3部、2−メチル−1,3−プロパンジオール48.9部、1,4−ブタンジオール97.8部、トリメチロールプロパン2.4部、酢酸亜鉛0.1部、チタンブトキサイド0.01部を仕込み、220℃まで徐々に昇温しエステル交換反応を行った。理論量のメタノールを留出させた後、イソフタル酸70.3部、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸15.6部を添加し3時間かけて250℃まで徐々に昇温しエステル化反応を行った。次に、30分かけて圧力を5mmHg以下まで下げ、その状態で3時間重合反応を行った。この後、樹脂を窒素気流下で200℃まで冷却し、これに無水トリメリット酸3.5部を添加し、2時間反応した。以上より、本発明のポリエステル樹脂を得た。得られた樹脂は、Flexisolv DBE esters(インビスタ社製)/キシレン=1/1(重量比)の混合溶剤で不揮発分濃度が40%になるように調整して樹脂ワニスを得た。
[製造例(A)−3〜(A)−5、比較製造例(A)−6〜(A)−8]
製造例(A)−1の原料を表1に示す原料に置き換えた以外は、製造例(A)−2と同様に行うことでポリエステル樹脂を合成し、それぞれ[製造例(A)−3〜(A)−5、比較製造例(A)−6〜(A)−8の樹脂ワニスを得た。
Figure 2018021098
ポリエステル樹脂(B)の製造例
[製造例(B)−1(直接重合法)]
テレフタル酸54.9部、イソフタル酸54.9部、セバシン酸200.4部、エチレングリコール23.6部、1,4−ブタンジオール111.6部、1,4−シクロヘキサンジメタノール52.4部、トリメチロールプロパン2.2部、チタンブトキサイド0.01部を重合反応器に仕込み、窒素雰囲気下で250℃まで徐々に昇温し、4時間かけてエステル化反応を行った。次に、30分かけて圧力を5mmHg以下まで下げ、その状態で2時間重合反応を行った。この後、樹脂を窒素気流下で200℃まで冷却し、これに無水トリメリット酸3.2部を添加し、2時間反応した。以上より、本発明のポリエステル樹脂を得た。得られた樹脂は、Flexisolv DBE esters(インビスタ社製)/キシレン=1/1(重量比)の混合溶剤で不揮発分濃度が40%になるように調整して樹脂ワニスを得た。
[製造例(B)−2〜(B)−6、比較製造例(B)−7〜(B)−11]
製造例(B)−1の原料を表2に示す原料に置き換えた以外は、製造例(B)−1と同様に行うことでポリエステル樹脂を合成し、それぞれ製造例(B)−2〜(B)−6、比較製造例(B)−7〜(B)−11の樹脂ワニスを得た。
Figure 2018021098
[実施例1]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス48.3部、フェノール樹脂としてスミライトレジンPR−55317(メタクレゾール系フェノール樹脂、不揮発分50%のn−ブタノール溶液、住友ベークライト社製)43.1 部、溶剤として、Flexisolv DBE esters(インビスタ社製)153.4部、キシレン191.1部、ブチルセロソルブ23.6部、n−ブタノール28.4部、シクロヘキサノン76.8部を混合し、硬化触媒としてドデシルベンゼンスルホン酸0.4部添加し、不揮発分21.5%の塗料を得た。
[実施例2]
製造例(A)−2のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例3]
製造例(A)−3のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例4]
製造例(A)−4のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例5]
製造例(A)−5のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例6]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−2のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例7]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−3のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例8]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−4のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例9]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−5のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例10]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−6のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例11]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス386.7部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス96.7部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例12]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス338.4部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス145.0部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例13]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス290.0部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス193.4部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例14]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス241.7部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス241.7部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例15]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス386.7部、製造例(B)−2のポリエステル樹脂ワニス96.7部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例16]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス338.4部、製造例(B)−2のポリエステル樹脂ワニス145.0部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例17]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス386.7部、製造例(B)−3のポリエステル樹脂ワニス96.7部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例18]
製造例(A)−2のポリエステル樹脂ワニス386.7部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス96.7部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例19]
製造例(A)−3のポリエステル樹脂ワニス386.7部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス96.7部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例20]
製造例(A)−3のポリエステル樹脂ワニス338.4部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス145.0部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例21]
製造例(A)−3のポリエステル樹脂ワニス241.7部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス241.7部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例22]
製造例(A)−3のポリエステル樹脂ワニス193.4部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス290.0部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例23]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス386.8部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス43.0部、スミライトレジンPR−55317(メタクレゾール系フェノール樹脂、不揮発分50%のn−ブタノール溶液、住友ベークライト社製)86.0 部、キシレン201.8部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[実施例24]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス449.7部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス50.0部、スミライトレジンPR−55317(メタクレゾール系フェノール樹脂、不揮発分50%のn−ブタノール溶液、住友ベークライト社製)30.1部、キシレン187.8部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例1]
比較製造例(A)−6のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例2]
比較製造例(A)−7のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例3]
比較製造例(A)−8のポリエステル樹脂ワニス435.1部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例4]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス435.1部、比較製造例(B)−7のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例5]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス435.1部、比較製造例(B)−8のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例6]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス435.1部、比較製造例(B)−9のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例7]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス435.1部、比較製造例(B)−10のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例8]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス435.1部、比較製造例(B)−11のポリエステル樹脂ワニス48.3部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例9]
製造例(A)−6のポリエステル樹脂ワニス386.7部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス96.7部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例10]
製造例(A)−6のポリエステル樹脂ワニス338.4部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス145.0部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例11]
製造例(A)−8のポリエステル樹脂ワニス386.7部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス96.7部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例12]
製造例(A)−8のポリエステル樹脂ワニス338.4部、製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス145.0部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例13]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス386.7部、製造例(B)−7のポリエステル樹脂ワニス96.7部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例14]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス338.4部、製造例(B)−7のポリエステル樹脂ワニス145.0部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例15]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス290.0部、製造例(B)−7のポリエステル樹脂ワニス193.4部を用いた以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例16]
製造例(A)−1のポリエステル樹脂ワニス483.4部を用い、ポリエステル樹脂(B)を用いなかった以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例17]
製造例(A)−2のポリエステル樹脂ワニス483.4部を用い、ポリエステル樹脂(B)を用いなかった以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例18]
製造例(A)−3のポリエステル樹脂ワニス483.4部を用い、ポリエステル樹脂(B)を用いなかった以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例19]
製造例(B)−1のポリエステル樹脂ワニス483.4部を用い、ポリエステル樹脂(A)を用いなかった以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例20]
製造例(B)−2のポリエステル樹脂ワニス483.4部を用い、ポリエステル樹脂(A)を用いなかった以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[比較例21]
製造例(B)−3のポリエステル樹脂ワニス483.4部を用い、ポリエステル樹脂(A)を用いなかった以外は、実施例1と同様に行ない塗料を得た。
[テストパネルの作製]
実施例1〜24、及び比較例1〜24で得られた塗料を厚さ0.26mmのアルミ板上に乾燥重量が80mg/dm2となるようにバーコーターで塗装し、次いで第1ゾーンの温度が286℃ 、第2ゾーンの温度が326℃である2連型のコンベアーオーブンを24秒間で通過させて乾燥・硬化することで塗膜を備えたテストパネルを作製した。得られたテストパネルを下記の通り評価した。
<23℃折り曲げ加工性>
テストパネルを幅30mm縦50mmの大きさに準備した。次いで23℃環境下、図1の(A)に示す通りテストパネル1の塗膜を外側にして、縦長さ30mmの位置に直径3mmの丸棒2を添える。そして。図1の(B)に示す通り丸棒2に沿ってテストパネル2を2つ折りにして試験片3を作製した。この2つ折りにした試験片3の間に厚さ0.26mmのアルミ板(省略)2枚はさみ、図1の(c)に示す通り幅15cm×高さ5cm×奥行き5cmの直方体状の1kgのおもり4を高さ40cmから試験片3の折り曲げ部に落下させて完全に折り曲げた。
次いで、アルミ板を取り除いた上で、試験片3の折り曲げ部を濃度1%の食塩水中浸
漬させた。次いで、試験片3の、食塩水中に浸漬されていない平面部の金属部分と食塩水との間を6.0V×6秒間通電させて、その電流値を測定した。塗膜の加工性が乏しい場合、折り曲げ加工部の塗膜がひび割れて、下地の金属板が露出して導電性が高まるため、電流値が高くなる。
◎:5mA未満(良好)
○:5mA以上10mA未満(使用可)
△:10mA以上20mA未満(使用不可)
×:20mA以上(不良)
<低温折り曲げ加工性>
「折り曲げ加工性」の評価に用いたものと同様の塗装板を大きさ30mm×50mm(縦×横)に切断した。次に、水温4℃の水中に浸漬させ、1時間後、水中で塗膜を外側にして、横50mmが20mmと30mmの長さになるように手で折り曲げ後、次いで、試験片の折り曲げ先端部を濃度1% の食塩水中に浸漬させ、試験片の食塩水中に浸漬されていない金属部分と、食塩水との間を6.0Vで6秒間10回通電した後の電流値を測定した。塗膜の加工性(可撓性)が乏しい場合、折り曲げ加工部の塗膜がひび割れて、下地の金属板が露出して導電性が高まるため、高い電流値が得られる。評価基準を以下に示す。
◎ : 20mA未満(良好)
○ : 20mA以上40mA未満(使用可)
△ : 40mA以上60mA未満(使用不可)
× : 60mA以上(不良)
<開口性試験>
テストパネルを縦50mm×横50mmの大きさに準備した。プレス機を使用してテストパネルの塗装面に飲料缶で一般的なステイオンタブ開口部の形状に型を成形し試料とした。次いで、同試料の無塗装面の側から、開口部の形状に沿ってアルミニウム板を引き剥がし、その開口部を顕微鏡で拡大し目視判定した。開口性が不良であると、塗膜が開口部の周辺部に残存しやすくなり、開口部内にはみ出す幅が大きくなる。開口性が良好であるとは、塗膜が開口部内にまったくはみ出さないか、あるいは、はみ出したとしても、そのはみ出し幅がごくわずかである状態をいう。具体的な判定方法としては、はみ出ている塗膜の幅を測定し、下記評価基準にて評価した。
◎ : はみ出ている塗膜の最大幅が100μm未満(良好)
○ : はみ出ている塗膜の最大幅が100μm以上、200μm未満(使用可)
△ : はみ出ている塗膜の最大幅が200μm以上、400μm未満(使用不可)
× : はみ出ている塗膜の最大幅が400 μm 以上(不良)
<耐レトルト性試験>
テストパネルを水に浸漬したまま、レトルト釜で125℃−30分間レトルト処理を行い、塗膜の外観について目視で評価した。
◎:未処理の塗膜と変化なし(良好)
○:ごく薄く白化(使用可)
△:やや白化(使用不可)
×:著しく白化(不良)
耐腐食性を耐酸性試験および耐アルカリ性試験で評価した。
<耐酸性試験>
テストパネルをクエン酸を2重量%含むpH2程度の水溶液に浸漬したまま、レトルト釜で125℃−30分間レトルト処理を行い、塗膜の外観について目視で評価した。
◎:未処理の塗膜と変化なし(良好)
○:ごく薄く白化(使用可)
△:やや白化(使用不可)
×:著しく白化(不良)
<耐アルカリ性試験>
テストパネルを水酸化ナトリウムを使用してpH12に調整した水溶液に浸漬したまま、レトルト釜で125℃−30分間レトルト処理を行い、塗膜の外観について目視で評価した。
◎:未処理の塗膜と変化なし(良好)
○:ごく薄く白化(使用可)
△:やや白化(使用不可)
×:著しく白化(不良)
<内容物汚染性試験>
レトルト釜にテストパネルを投入し水中に浸漬させた。次いで、125℃−30分間レトルト処理を行った。テストパネルの面積(すわなち塗膜の面積)と水との比率は、テストパネル100cm2に対して、水が100mLとなるようにした。
レトルト処理後の水を「TOC−L CPH」(島津製作所社製)を使用して分析し、全有機炭素(TOC)量を測定した。なお、TOC量とは、水中に存在する有機物の総量を有機物中の炭素量で示したものである。
◎:1ppm未満(良好)
○:1ppm以上1.5ppm未満(使用可)
△:1.5ppm以上2ppm未満(使用不可)
×:2ppm以上(不良)
<経時加工性試験>
テストパネルを37℃の恒温槽に60日間静置後、上記折り曲げ加工性の試験と同様にしてパネルを加工し、電流値を測定した。次いで、上記折り曲げ加工性の試験で得られた電流値と、パネル経時後の電流値の差(パネル経時後の電流値−パネル経時前の電流値)を求めて経時加工性を評価した。
◎:1mA未満(良好)
○:1mA以上5mA未満(使用可)
△:5mA以上10mA未満(使用不可)
×:10mA以上(不良)
表3、4に、各塗料組成物の物性評価結果を示す。表中の塗料配合組成について、ポリエステル樹脂は、ポリエステル樹脂(A)およびポリエステル樹脂(B)の配合比を重量比で示す。また、塗料は、ポリエステル樹脂とフェノール樹脂との合計100重量部に含まれるポリエステル樹脂の配合部とフェノール樹脂の配合部を示している。
Figure 2018021098
Figure 2018021098
1 テストパネル
2 丸棒
3 試験片
4 おもり

Claims (8)

  1. 酸価30mgKOH/g以下、ガラス転移温度30〜130℃であるポリエステル樹脂(A)、酸価30mgKOH/g以下、ガラス転移温度−20℃未満であるポリエステル樹脂(B)およびフェノール樹脂(C)を含む、塗料組成物。
  2. ポリエステル樹脂(B)が、ポリカルボン酸(a)とポリオール(b)との反応物である樹脂であり、前記ポリカルボン酸(a)の合計100モル%中、芳香族二塩基酸を0%〜60モル%、脂肪族二塩基酸を40〜100モル%含み、
    前記ポリオール(b)の合計100モル%中、エチレングルコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオールおよび1,6−ヘキサンジオールからなる群より選ばれる1種以上を20〜100モル%含む、請求項1記載の塗料組成物。
  3. 前記ポリエステル樹脂(A)および前記ポリエステル樹脂(B)の平均ガラス転移温度が30〜90℃である、請求項1または2記載の塗料組成物。
  4. 前記ポリエステル樹脂(A)の数平均分子量が5,000〜30,000である、請求項1〜3いずれか1項に記載の塗料組成物。
  5. 前記ポリエステル樹脂(B)の数平均分子量が5,000〜100,000である、請求項1〜4いずれか1項に記載の塗料組成物。
  6. フェノール樹脂(C)が、m−クレゾールとアルデヒドとの反応物である樹脂である、請求項1〜5いずれか1項に記載の塗料組成物。
  7. 金属またはプラスチックの部材と、請求項1〜6いずれか1項に記載の塗料組成物の硬化物である被覆層とを備えた、缶蓋。
  8. 請求項7記載の缶蓋、および缶胴部材を備えた、飲食料用缶。
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