JP2020105234A - 粉体塗料 - Google Patents

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Abstract

【課題】撥水性に優れた塗膜を形成でき、耐ブロッキング性に優れた粉体塗料の提供。【解決手段】本発明の粉体塗料は、CF3−CH=CHFおよびCF3−CF=CH2からなる群から選択される少なくとも一種に基づく単位の20〜80モル%、式X1−Z1(式中、X1は特定1価重合性基、Z1は特定アルキル基、特定シクロアルキル基または特定アリール基)で表される単量体に基づく単位の18〜60モル%および架橋性基を有する単量体に基づく単位を含む含フッ素重合体を含む粉体塗料である。【選択図】なし

Description

本発明は、含フッ素重合体を含む粉体塗料に関する。
粉体塗料は、環境負荷低減の観点から注目されており、多様な用途への対応が求められている。特許文献1には、クロロトリフルオロエチレンに基づく単位、ヒドロキシ基に基づく単位、および、カルボキシ基に基づく単位を含む含フッ素重合体を含む粉体塗料が開示されている。
特開平5−331388号公報
製造安定性および貯蔵安定性の観点から、耐ブロッキング性に優れた粉体塗料が求められている。また、近年、粉体塗料を用いて形成される塗膜に求められる物性はさらに向上しており、撥水性(特に、塗膜に付着した水が滑落する目安となる動的撥水性)にも優れた塗膜を基材上に形成できる粉体塗料が求められている。
本発明者らは、特許文献1に記載の粉体塗料は、耐ブロッキング性が良好であるが、これを用いて形成されてなる塗膜の撥水性が不十分であるのを知見した。
本発明は、上記課題に鑑みて、撥水性に優れた塗膜を形成でき、耐ブロッキング性に優れた粉体塗料、塗膜付き基材の製造方法、および、塗装物品の提供を課題とする。
本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、後述する式X−Zで表される単量体に基づく単位を特定量含み、かつ、CF−CH=CHFおよびCF−CF=CHからなる群から選択される少なくとも一種に基づく単位を特定量含む含フッ素重合体を用いれば、所望の効果が得られるのを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明者は、以下の構成により上記課題が解決できるのを見出した。
[1]CF−CH=CHFおよびCF−CF=CHからなる群から選択される少なくとも一種に基づく単位、式X−Zで表される単量体に基づく単位および架橋性基を有する単量体に基づく単位を含む含フッ素重合体を含む粉体塗料であって、
前記CF−CH=CHFおよびCF−CF=CHからなる群から選択される少なくとも一種に基づく単位の含有量が、前記含フッ素重合体が含む全単位に対して、20〜80モル%であり、
前記式X−Zで表される単量体に基づく単位の含有量が、前記含フッ素重合体が含む全単位に対して、18〜60モル%であることを特徴とする、粉体塗料。
式中の記号は、以下の意味を示す。
は、CH=CHC(O)O−、CH=C(CH)C(O)O−、CH=CHOC(O)−、CH=CHCHOC(O)−、CH=CHO−またはCH=CHCHO−である。
は、式−C(ZR1で表される炭素数4〜8のアルキル基、炭素数6〜10のシクロアルキル基、炭素数6〜10のシクロアルキルアルキル基、炭素数6〜10のアリール基または炭素数7〜12のアラルキル基である。3個のZR1はそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基である。
[2]前記架橋性基を有する単量体が、ヒドロキシ基またはカルボキシ基を有する単量体である、[1]に記載の粉体塗料。
[3]前記架橋性基を有する単量体に基づく単位の含有量が、前記含フッ素重合体が含む全単位に対して、1〜20モル%である、[1]または[2]に記載の粉体塗料。
[4]前記含フッ素重合体のガラス転移温度が、40〜120℃である、[1]〜[3]のいずれか1つに記載の粉体塗料。
[5]前記含フッ素重合体が、さらに、式X−Zで表される単量体に基づく単位を含み、該単位の含有量が、該含フッ素重合体が含む全単位に対して、0モル%超40モル%以下である[1]〜[4]のいずれか1つに記載の粉体塗料。
式中の記号は、以下の意味を示す。
は、CH=CHC(O)O−、CH=C(CH)C(O)O−、CH=CHOC(O)−、CH=CHCHOC(O)−、CH=CHO−またはCH=CHCHO−である。
は、式−C(ZR1で表される炭素数4〜8のアルキル基を除く、炭素数1〜24のアルキル基である。3個のZR1はそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基である。
[6]前記含フッ素重合体は、XがCH=CHOC(O)−もしくはCH=CHCHOC(O)−である式X−Zで表される単量体に基づく単位を含むか、または、XがCH=CHOC(O)−もしくはCH=CHCHOC(O)−である式X−Zで表される単量体に基づく単位を含み、
該式X−Zで表される単量体に基づく単位と該式X−Zで表される単量体に基づく単位との合計含有量が、前記含フッ素重合体が含む全単位に対して、15〜60モル%である、[1]〜[5]のいずれか1つに記載の粉体塗料。
式中の記号は、以下の意味を示す。
は、式−C(ZR1で表される炭素数4〜8のアルキル基、炭素数6〜10のシクロアルキル基、炭素数6〜10のシクロアルキルアルキル基、炭素数6〜10のアリール基または炭素数7〜12のアラルキル基である。3個のZR1はそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基である。
は、式−C(ZR1で表される炭素数4〜8のアルキル基を除く、炭素数1〜24のアルキル基である。
[7][1]〜[6]のいずれか1つに記載の粉体塗料を基材上に付与して塗装層を形成し、該塗装層を加熱処理して該基材上に塗膜を形成する、塗膜付き基材の製造方法。
[8]基材と、[1]〜[6]のいずれか1つに記載の粉体塗料により該基材上に形成されてなる塗膜とを有する、塗装物品。
以下に示すように、本発明によれば、撥水性(特に、塗膜に付着した水が滑落する目安となる動的撥水性。以下同様。)に優れた塗膜を形成でき、耐ブロッキング性に優れた粉体塗料、塗膜付き基材の製造方法、および、塗装物品を提供できる。
本発明における用語の意味は以下の通りである。
「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート」および「メタクリレート」の総称であり、「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」および「メタクリル」の総称である。
「単位」とは、単量体の重合により直接形成される原子団と、単量体の重合によって形成される原子団の一部を化学変換して得られる原子団との総称である。重合体が含む全単位に対する、それぞれの単位の含有量(モル%)は、重合体を核磁気共鳴スペクトル法により分析して求められ、また、重合体の製造におけるそれぞれの単量体の仕込量からも決定できる。
「粒子の平均粒子径」は、レーザー回折法を測定原理とした公知の粒度分布測定装置(Sympatec社製、商品名「Helos−Rodos」等。)を用いて測定される粒度分布より体積平均を算出して求められる50%径の値である。
「ガラス転移温度」は、示差走査熱量測定(DSC)法で測定される中間点ガラス転移温度である。「ガラス転移温度」は、「Tg」ともいう。
「溶融粘度」とは、回転式レオメータを用いて、10℃/分の昇温条件にて130℃から200℃まで重合体を昇温した際の、所定温度における重合体の溶融粘度の値である。
「質量平均分子量」は、ポリスチレンを標準物質としてゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定される値である。「質量平均分子量」は、「Mw」ともいう。
「水酸基価」は、JIS K 1557−1(2007)の方法に準じて測定される値である。
「酸価」は、JIS K 0070−3(1992)の方法に準じて測定される値である。
本発明の粉体塗料は、CF−CH=CHFおよびCF−CF=CHからなる群から選択される少なくとも一種に基づく単位(以下、「単位F」ともいう。)、後述する式X−Zで表される単量体(以下、「単量体1」ともいう。)に基づく単位(以下、「単位1」ともいう。)、および、架橋性基を有する単量体(以下、「単量体2」ともいう。)に基づく単位(以下、「単位2」ともいう。)、を含む含フッ素重合体を含む粉体塗料である。
また、含フッ素重合体において、単位Fの含有量は、含フッ素重合体が含む全単位に対して20〜80モル%である。
また、含フッ素重合体において、単位1の含有量は、含フッ素重合体が含む全単位に対して18〜60モル%である。
なお、含フッ素重合体は、粒子状の粉末として粉体塗料に含まれる。
本発明者は、フルオロエチレン(例えば、ビニリデンフルオリド、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン)に基づく単位を含む含フッ素重合体を含む粉体塗料を用いて塗膜を形成した場合、その塗膜の撥水性に関して改良の余地があるのを知見した。
この問題に対して、フルオロプロピレン等の−CF基を有する単量体に基づく単位(例えば、単位F)を含フッ素重合体に導入する方法が考えられる。含フッ素重合体が−CF基を有すれば、その塗膜の表面には−CF基が配列して、塗膜の撥水性が向上すると推測される。しかし、含フッ素重合体が単位Fを含む場合、含フッ素重合体のTgが低下するため、粉体塗料の耐ブロッキング性が低下する。このように、撥水性と、耐ブロッキング性との両立は、トレードオフの関係にあった。
この問題に対して、本発明者らは、単位Fを含む含フッ素重合体に特定量の単位1を含ませれば、耐ブロッキング性に優れた粉体塗料が得られ、該粉体塗料を用いて形成される塗膜の撥水性にも優れるのを見出した。なお、この効果は、本発明の好適な範囲において、特に顕著に発現する。
以下において、本発明の粉体塗料を用いて得られる塗膜を「本塗膜」ともいう。
本発明における含フッ素重合体に含まれる単位Fは、CF−CH=CHFおよびCF−CF=CHからなる群から選択される少なくとも一種に基づく単位である。つまり、本発明においては、CF−CH=CHFまたはCF−CF=CHの一方のみを用いてもよいし、CF−CH=CHFおよびCF−CF=CHの両方を用いてもよい。
単位Fの含有量は、含フッ素重合体が含む全単位に対して、20〜80モル%であり、30〜70%がより好ましい。単位Fの含有量が20モル%以上であれば、本塗膜の撥水性がより向上する。単位Fの含有量が80モル%以下であれば、含フッ素重合体のTgが高くなり粉体塗料の耐ブロッキング性がより優れる。
本発明における含フッ素重合体に含まれる単位1は、式X−Zで表される単量体(単量体1)に基づく単位である。単位1は、含フッ素重合体のTgの向上に寄与し、粉体塗料の耐ブロッキング性を向上させる。
式中の記号は、以下の意味を示す。
は、CH=CHC(O)O−、CH=C(CH)C(O)O−、CH=CHOC(O)−、CH=CHCHOC(O)−、CH=CHO−またはCH=CHCHO−であり、単量体Fとの交互重合性に優れ、含フッ素重合体の耐候性に優れる観点から、CH=CHOC(O)−、CH=CHCHOC(O)−、CH=CHO−またはCH=CHCHO−が好ましく、CH=CHOC(O)−またはCH=CHCHOC(O)−が特に好ましい。
が、CH=CHOC(O)−またはCH=CHCHOC(O)−である場合、包含される極性基であるエステル結合により、含フッ素重合体の帯電が抑制されると考えられる。したがって、含フッ素重合体を含む粉体塗料から塗膜を形成する際、粉体が密にパッキングしやすく、表面平滑性が高い塗膜が得られる。その結果、撥水性に特に優れた塗膜が得られる。
は、式−C(ZR1で表される炭素数4〜8のアルキル基(ただし、3個のZR1はそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基である。)、炭素数6〜10のシクロアルキル基、炭素数6〜10のシクロアルキルアルキル基、炭素数6〜10のアリール基または炭素数7〜12のアラルキル基であり、本塗膜の耐候性の観点から、式−C(ZR1で表される炭素数4〜8のアルキル基または炭素数6〜10のシクロアルキル基が好ましい。
式−C(ZR1で表される基は、この式で明示された「C(炭素原子)」に3個の式ZR1で表される基が結合した3級炭素原子を有する構造を有しており、該基が式Xで表される基に直接結合している。3個のZR1は、3個ともにメチル基であるか、1個がメチル基であり、残りの2個がそれぞれ独立に炭素数2〜5のアルキル基であるのが好ましい。後者の基である場合、3個のZR1のうちの残りの2個の炭素原子の総数は、6が好ましい。
炭素数6〜10のシクロアルキル基は、シクロヘキシル基が好ましい。
炭素数6〜10のシクロアルキルアルキル基は、シクロヘキシルメチル基が好ましい。
炭素数7〜12のアラルキル基は、ベンジル基が好ましい。
炭素数6〜10のアリール基は、フェニル基またはナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。
なお、シクロアルキル基、シクロアルキルアルキル基、アリール基またはアラルキル基の水素原子は、アルキル基で置換されていてもよい。この場合、置換基としてのアルキル基の炭素数は、シクロアルキル基またはアリール基の炭素数には含めない。
また、単量体1は、1種のみを用いてもよく、2種以上用いてもよい。
単量体1としては、ピバル酸ビニルエステル、ネオノナン酸ビニルエステル(HEXION社製、商品名「ベオバ9」。)、安息香酸ビニルエステル、tert−ブチルビニルエーテル、tert−ブチル(メタ)アクリレートおよびベンジル(メタ)アクリレートが挙げられ、単量体Fとの交互重合性の観点と、含フッ素重合体の帯電を抑制する観点とから、ピバル酸ビニルエステルおよびネオノナン酸ビニルエステルが好ましい。
単位1の含有量は、含フッ素重合体が含む全単位に対して、18〜60モル%であり、該含フッ素重合体のTgを粉体塗料により適した範囲に設定できる観点から、25〜50モル%が好ましい。
本発明における含フッ素重合体に含まれる単位2は、架橋性基を有する単量体(単量体2)に基づく単位である。
架橋性基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基およびアルコキシシリル基が挙げられ、含フッ素重合体の帯電を抑制し、粉体塗料の粉体を密にパッキングさせて、表面平滑性が高い塗膜を得る観点と、本塗膜の硬化性がより向上する観点とから、ヒドロキシ基およびカルボキシ基が好ましい。
単量体2は、式X21−Y21で表される単量体(以下、「単量体21」ともいう。)、式X22−Y22で表される単量体(以下、「単量体22」ともいう。)またはアリルアルコールが好ましい。
式中の記号は、以下の意味を示す。
21は、CH=CH−、CH(CH)=CH−またはCH=C(CH)−であり、CH=CH−またはCH(CH)=CH−が好ましい。
21は、カルボキシ基またはカルボキシ基を有する炭素数1〜12の1価の飽和炭化水素基であり、カルボキシ基または炭素数1〜10のカルボキシアルキル基が好ましい。
22は、CH=CHO−またはCH=CHCHO−である。
22は、ヒドロキシ基を有する炭素数2〜12の1価の飽和炭化水素基である。1価の飽和炭化水素基は、直鎖状であってもよく分岐状であってもよい。また、1価の飽和炭化水素基は、環構造からなっていてもよく、環構造を含んでいてもよい。
1価の飽和炭化水素基は、炭素数2〜6のアルキル基または炭素数6〜8のシクロアルキレン基を含むアルキル基が好ましい。
単量体21の具体例としては、CH=CHCOOH、CH(CH)=CHCOOH、CH=C(CH)COOHおよび式CH=CH(CHn2COOHで表される化合物(ただし、n2は1〜10の整数を示す。)が挙げられる。
単量体22の具体例としては、CH=CHO−CH−cycloC10−CHOH、CH=CHCHO−CH−cycloC10−CHOH、CH=CHOCHCHOH、CH=CHCHOCHCHOH、CH=CHOCHCHCHCHOH、およびCH=CHCHOCHCHCHCHOHが挙げられる。
単量体2は、1種のみを用いてもよく、2種以上用いてもよい。
本発明の粉体塗料が硬化剤を含む場合には、単位2の架橋性基が架橋点となって、含フッ素重合体間の架橋反応が該硬化剤を介して進行し、本塗膜の硬化性が向上するので、その耐候性、耐水性、耐薬品性、耐熱性等の塗膜物性が向上する。
単位2の含有量は、含フッ素重合体が含む全単位に対して、1〜20モル%が好ましく、5〜15モル%がより好ましい。
本発明における含フッ素重合体は、含フッ素重合体のTgが粉体塗料として適する範囲において、粉体塗料の溶融粘度を制御する観点から、式X−Zで表される単量体(以下、「単量体3」ともいう。)に基づく単位(以下、「単位3」ともいう。)を含んでもよい。この場合、単位3の含有量は、含フッ素重合体が含む全単位に対して、0モル%超40モル%以下が好ましい。上限は、含フッ素重合体の溶融粘度を調整する観点から、35モル%が好ましい。
式中の記号は、以下の意味を示す。
は、CH=CHC(O)O−、CH=C(CH)C(O)O−、CH=CHOC(O)−、CH=CHCHOC(O)−、CH=CHO−またはCH=CHCHO−であり、単量体Fとの交互重合性に優れ、含フッ素重合体の耐候性に優れる観点から、CH=CHOC(O)−、CH=CHCHOC(O)−、CH=CHO−またはCH=CHCHO−が好ましく、CH=CHOC(O)−またはCH=CHCHOC(O)−が特に好ましい。
が、CH=CHOC(O)−またはCH=CHCHOC(O)−である場合、包含される極性基であるエステル結合により、含フッ素重合体の帯電が抑制されると考えられる。したがって、含フッ素重合体を含む粉体塗料から塗膜を形成する際、粉体が密にパッキングしやすく、表面平滑性が高い塗膜が得られる。その結果、撥水性に特に優れた塗膜が得られる。
は、式−C(ZR1で表される炭素数4〜8のアルキル基を除く、炭素数1〜24のアルキル基である。3個のZR1はそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基である。
また、単量体3は、1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
単量体3の具体例としては、エチルビニルエーテル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ノニルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、ネオデカン酸ビニルエステル(HEXION社製、商品名「ベオバ10」等)が挙げられる。
本発明における含フッ素重合体は、該含フッ素重合体が含む全単位に対して、単位Fの含有量、単位1の含有量および単位2の含有量が、この順に、20〜80モル%、18〜60モル%および1〜20モル%であるのが好ましい。
本発明における含フッ素重合体は、XがCH=CHOC(O)−もしくはCH=CHCHOC(O)−である単量体1に基づく単位(以下、「単位1A」とも記す。)を含むか、または、XがCH=CHOC(O)−もしくはCH=CHCHOC(O)−である単量体3に基づく単位(以下、「単位3A」とも記す。)を含むのが好ましい。
さらに、単位1Aおよび単位3Aの合計含有量は、含フッ素重合体が含む全単位に対して、15〜60モル%が好ましく、20〜50モル%がより好ましい。この範囲において、含フッ素重合体を含む粉体塗料から塗膜を形成する際、粉体が密にパッキングしやすく、表面平滑性が高い塗膜が得られる。その結果、撥水性に特に優れた塗膜が得られる。
含フッ素重合体は、単位1Aまたは単位3Aの一方のみを含んでもよいし、単位1Aおよび単位3Aの両方を含んでもよい。
単位1Aおよび単位3Aの合計含有量とは、単位1Aまたは単位3Aの一方のみを含む場合には、その一方のみの含有量を示し、単位1Aおよび単位3Aの両方を含む場合には、それらの含有量の合計を示す。
本発明における含フッ素重合体のTgは、粉体塗料の耐ブロッキング性が向上する観点から、40〜120℃が好ましく、45〜120℃がより好ましく、50〜100℃がさらに好ましく、50〜80℃が特に好ましい。
本発明における含フッ素重合体の170℃における溶融粘度(以下、「溶融粘度」ともいう)は、20〜100Pa・sが好ましく、20〜95Pa・sがより好ましく、20〜50Pa・sが特に好ましい。溶融粘度が上記範囲内にあれば、本塗膜の表面平滑性が向上する。
本発明における含フッ素重合体のMnは、本塗膜の耐衝撃性と撥水性の観点から、8000〜50000が好ましい。
本発明の粉体塗料における含フッ素重合体の含有量は、粉体塗料の全質量に対して、1〜100質量%が好ましい。
本発明における含フッ素重合体の製造方法は、溶媒とラジカル重合開始剤の存在下、単量体(単量体F、単量体1および単量体2)を共重合させる方法が挙げられる。なお、さらに単量体3および単量体4を添加してもよい。
含フッ素重合体の製造方法における重合法の具体例としては、懸濁重合法、乳化重合法、溶液重合法が挙げられ、溶媒に対する単量体Fの溶解性が優れ、含フッ素重合体に所定量の単位Fを導入しやすい観点から、溶液重合法が好ましい。
含フッ素重合体は、粉末にした後、後述する粉体塗料の製造に用いるのが好ましい。含フッ素重合体の粉末は、例えば、上記含フッ素重合体の製造方法で得られる、含フッ素重合体と溶媒を含む溶液から溶媒を留去して製造できる。
ラジカル重合開始剤の具体例としては、パーオキシジカーボネート、パーオキシエステル、ケトンパーオキサイド、パーオキシケタール、パーオキシカーボネートエステル、ジアシルパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイドが挙げられる。
重合における反応温度は通常0〜130℃であり、反応圧力は通常0〜1.0MPaであり、反応時間は通常1〜50時間である。
本発明の粉体塗料は、硬化剤を含むのが好ましい。硬化剤は、含フッ素重合体の架橋性基と反応し得る基を2以上有する化合物であって、含フッ素重合体を架橋させる化合物である。硬化剤は、架橋性基と反応し得る基を、通常2〜30有する化合物である。
含フッ素重合体がカルボキシ基を含む場合には、硬化剤は、エポキシ基、カルボジイミド基、オキサゾリン基、またはβ−ヒドロキシアルキルアミド基を1分子中に2以上有する化合物が好ましい。
含フッ素重合体がヒドロキシ基を含む場合には、硬化剤は、イソシアネート基を有する化合物またはブロック化イソシアネート基を1分子中に2以上有する化合物が好ましい。
エポキシ基を有する化合物の具体例としては、トリグリシジルイソシアヌレート(以下、「TGIC」と称する。)、TGICのグリシジル基部分にメチレン基を導入した「TM239」(日産化学工業社製)、トリアジン骨格を有するエポキシ化合物である「TEPIC−SP」(日産化学工業社製)、トリメリット酸グリシジルエステルとテレフタル酸グリシジルエステルの混合物である「PT−910」(HUNTSMAN社製)が挙げられる。
カルボジイミド基を有する化合物の具体例としては、ジカルボジイミドおよびポリカルボジイミド(ポリ(1,6−ヘキサメチレンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−メチレンビスシクロヘキシルカルボジイミド)、ポリ(1,3−シクロヘキシレンカルボジイミド)、ポリ(1,4−シクロヘキシレンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−ジフェニルメタンカルボジイミド)、ポリ(3,3’−ジメチル−4,4’−ジフェニルメタンカルボジイミド)、ポリ(ナフタレンカルボジイミド)、ポリ(p−フェニレンカルボジイミド)、ポリ(m−フェニレンカルボジイミド)、ポリ(トリルカルボジイミド)、ポリ(ジイソプロピルカルボジイミド)、ポリ(メチル−ジイソプロピルフェニレンカルボジイミド)、ポリ(1,3,5−トリイソプロピルベンゼン)ポリカルボジイミド、ポリ(1,3,5−トリイソプロピルベンゼン)ポリカルボジイミド、ポリ(1,5−ジイソプロピルベンゼン)ポリカルボジイミド、ポリ(トリエチルフェニレンカルボジイミド)、ポリ(トリイソプロピルフェニレンカルボジイミド)等)が挙げられる。
オキサゾリン基を有する化合物の具体例としては、日本触媒社製のエポクロス WS−500、WS−700、K−2010、K−2020、K−2030(以上、全て商品名)が挙げられる。
β−ヒドロキシアルキルアミド基を有する化合物の具体例としては、PrimidXL−552(EMS社製)が挙げられる。
イソシアネート基を2以上有する化合物としては、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂環族ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート、および、これらの変性体が挙げられる。
ブロック化イソシアネート基を2以上有する化合物の具体例としては、ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリ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、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンイソホロンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、リジンジイソシアネート等)とブロック化剤とを反応させて得られる化合物が挙げられる。
ブロック剤の具体例としては、アルコール、フェノール、活性メチレン、アミン、イミン、酸アミド、ラクタム、オキシム、ピラゾール、イミダゾール、イミダゾリン、ピリミジン、グアニジンが挙げられる。
本発明の粉体塗料が硬化剤を含む場合、硬化剤の含有量は、粉体塗料中の含フッ素重合体の全質量に対して、1〜50質量%が好ましく、1〜20質量%がより好ましい。
本発明の粉体塗料は、硬化触媒を含んでもよい。硬化触媒は、硬化剤を用いた際の硬化反応を促進する化合物であり、硬化剤の種類に応じて、公知の硬化触媒から選択できる。
本発明の粉体塗料は、含フッ素重合体以外の樹脂(以下、「他の樹脂」ともいう。)を含んでもよい。本発明の粉体塗料が他の樹脂を含む場合、基材上に、該他の樹脂を主とする層と、含フッ素重合体を主とする層とが、この順に積層した本塗膜が得られやすい観点から、含フッ素重合体のSP値と、他の樹脂のSP値との差は、絶対値で0.4〜16(J/cm1/2が好ましい。
本発明の粉体塗料が他の樹脂を含む場合、本発明の粉体塗料中の含フッ素重合体に対する、該他の樹脂の質量比は、0.30〜3.5が好ましく、0.35〜3.0がより好ましい。
他の樹脂は、ポリエステル樹脂、(メタ)アクリル樹脂またはエポキシ樹脂が好ましく、本塗膜の基材密着性の観点と、他の樹脂を主とする層に含フッ素重合体が混入しにくい観点とから、ポリエステル樹脂または(メタ)アクリル樹脂が好ましい。
ポリエステル樹脂の具体例としては、ダイセル・オルネクス社製の「CRYLCOAT(登録商標) 4642−3」、「CRYLCOAT(登録商標) 4890−0」、「CRYLCOAT(登録商標) 4842−3」、日本ユピカ社製の「ユピカコート(登録商標) GV−250」、「ユピカコート(登録商標) GV−740」、「ユピカコート(登録商標) GV−175」、「ユピカコート(登録商標) GV−110」、DSM社製の「Uralac(登録商標) 1680」が挙げられる。
(メタ)アクリル樹脂の具体例としては、DIC社製の「ファインディック(登録商標) A−249」、「ファインディック(登録商標) A−251」、「ファインディック(登録商標) A−266」、三井化学社製の「アルマテックス(登録商標) PD6200」、「アルマテックス(登録商標) PD7310」、三洋化成工業社製の「サンペックス PA−55」が挙げられる。
エポキシ樹脂の具体例としては、三菱化学社製の「エピコート(登録商標) 1001」、「エピコート(登録商標) 1002」、「エピコート(登録商標) 4004P」、DIC社製の「エピクロン(登録商標) 1050」、「エピクロン(登録商標) 3050」、新日鉄住金化学社製の「エポトート(登録商標) YD−012」、「エポトート(登録商標) YD−014」、「エポトート(登録商標) YDCN704」、ナガセケムテックス社製の「デナコール(登録商標) EX−711」、ダイセル社製の「EHPE3150」が挙げられる。
本発明の粉体塗料は、防錆顔料、体質顔料、着色顔料等の顔料を含んでもよい。
防錆顔料の具体例としては、シアナミド亜鉛、酸化亜鉛、リン酸亜鉛、リン酸カルシウムマグネシウム、モリブデン酸亜鉛、ホウ酸バリウム、シアナミド亜鉛カルシウムが挙げられる。
体質顔料の具体例としては、タルク、硫酸バリウム、マイカ、炭酸カルシウムが挙げられる。
着色顔料の具体例としては、キナクリドン、ジケトピロロピロール、イソインドリノン、インダンスロン、ペリレン、ペリノン、アントラキノン、ジオキサジン、ベンゾイミダゾロン、トリフェニルメタンキノフタロン、アントラピリミジン、黄鉛、フタロシアニン、ハロゲン化フタロシアニン、アゾ顔料(アゾメチン金属錯体、縮合アゾ等)、酸化チタン、カーボンブラック、酸化鉄、銅フタロシアニン、縮合多環顔料が挙げられる。
また、着色顔料としては、光輝顔料も挙げられ、具体例としては、金属粒子(アルミニウム、亜鉛、銅、ブロンズ、ニッケル、チタン、ステンレス等の金属およびそれらの合金)、マイカ粒子(雲母粉)、パール粒子、グラファイト粒子、ガラスフレーク、鱗片状酸化鉄粒子が挙げられる。
本発明の粉体塗料が顔料を含む場合の含有量は、粉体塗料の全質量(固形分)に対して、40質量%以下が好ましい。
本発明の粉体塗料は、必要に応じて上記以外の成分(以下、「他の添加剤」と称する。)を含んでもよい。他の添加剤の具体例としては、紫外線吸収剤(各種の有機系紫外線吸収剤、無機系紫外線吸収剤等)、光安定剤(ヒンダードアミン光安定剤等)、つや消し剤(超微粉合成シリカ等)、レベリング剤、表面調整剤(本塗膜の表面平滑性を向上させる。)、脱ガス剤、可塑剤、充填剤、熱安定剤、増粘剤、分散剤、帯電防止剤、防錆剤、シランカップリング剤、防汚剤、低汚染化処理剤が挙げられる。
本発明における粉体塗料の製造方法としては、以下の方法が挙げられる。
まず、含フッ素重合体の粉体と、必要に応じて、他の成分(他の樹脂の粉体、顔料、硬化剤、硬化触媒、およびその他の添加剤)とをドライブレンドした混合物を得て、得られた混合物を80〜130℃で溶融混練して溶融混練物を得る。次いで、得られた溶融混練物を冷却して、固化した溶融混練物を得る。そして、固化した溶融混練物を粉砕して分級すれば、所望の粒径の粉体塗料が得られる。
本発明の粉体塗料の平均粒子径は、1〜100μmが好ましい。粉体塗料の平均粒子径は、25μm以上がより好ましく、50μm以下がより好ましい。
平均粒子径が1μm以上であれば、粉体塗料の凝集性が低くなり、粉体塗装の際に均一に塗装しやすい。また、平均粒子径が100μm以下であれば、本塗膜の表面平滑性がより良好になり、本塗膜の外観に優れる。
本発明の塗装物品は、基材と、上記粉体塗料により該基材上に形成されてなる塗膜(本塗膜)と、を有する。
基材の材質の具体例としては、無機物、有機物、有機無機複合材が挙げられる。
無機物の具体例としては、コンクリート、自然石、ガラス、金属(鉄、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮、チタン等)が挙げられる。
有機物の具体例としては、プラスチック、ゴム、接着剤、木材が挙げられる。
有機無機複合材の具体例としては、繊維強化プラスチック、樹脂強化コンクリート、繊維強化コンクリートが挙げられる。
また、基材は、公知の表面処理(化成処理等)が施されていてもよい。また、基材の表面には、樹脂層(ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等)が形成されていてもよい。
上記の中でも、基材の材質は、金属が好ましく、アルミニウムがより好ましい。アルミニウム製の基材は、防食性に優れ、軽量で、外装部材等の建築材料用途に適している。
基材の形状、サイズ等は、特に限定されない。
基材の具体例としては、コンポジットパネル、カーテンウォール用パネル、カーテンウォール用フレーム、ウィンドウフレーム等の建築用の外装部材、タイヤホイール、ワイパーブレード、自動車外装等の自動車部材、建機、自動2輪のフレームが挙げられる。
本塗膜の厚さは、20〜1000μmが好ましく、20〜500μmがより好ましい。アルミニウムカーテンウォール等の高層ビル用の部材等の用途では、20〜90μmが好ましい。海岸沿いに設置されたエアコンの室外機、信号機のポール、標識等の耐候性の要求が高い用途では、100〜200μmが好ましい。
本発明の塗装物品の製造方法は、本発明の粉体塗料を基材上に付与して塗装層を形成し、該塗装層を加熱処理して該基材上に本塗膜を形成して製造するのが好ましい。なお、塗装物品は、塗膜付き基材と換言できる。
塗装層の形成方法としては、静電塗装法、静電吹付法、静電浸漬法、噴霧法、流動浸漬法、吹付法、スプレー法、溶射法、プラズマ溶射法等の塗装法によって、本発明の粉体塗料を基材上に塗装する方法が好ましい。本塗膜の表面平滑性と隠蔽性とにより優れる点から、粉体塗装ガンを用いた静電塗装法が好ましい。
粉体塗装ガンの具体例としては、コロナ帯電型塗装ガン、摩擦帯電型塗装ガンが挙げられる。コロナ帯電型塗装ガンは、粉体塗料をコロナ放電処理して吹き付ける塗装ガンである。摩擦帯電型塗装ガンは、粉体塗料を摩擦帯電処理して吹き付ける塗装ガンである。
塗装層を加熱処理する際は、基材上の塗装層を加熱して、基材上に粉体塗料の溶融物からなる溶融膜を形成するのが好ましい。なお、溶融膜の形成は、基材への塗装層の形成と同時にしてもよく、塗装層を形成した後に別途行ってもよい。
粉体塗料を加熱して溶融し、その溶融状態を所定時間維持するための加熱温度と加熱維持時間は、粉体塗料の原料成分の種類や組成、所望する塗膜の厚さ等により適宜設定される。
例えば、本発明の粉体塗料における含フッ素重合体がカルボキシ基を有する場合、カルボキシ基が硬化剤(エポキシ基、カルボジイミド基、オキサゾリン基、またはβ−ヒドロキシアルキルアミド基を1分子中に2以上有する化合物)と反応して、塗装層がより低温で硬化する。カルボキシ基と硬化剤との反応は、イソシアネート基を有する硬化剤を使用する場合のような高温(200℃程度)を必要としない利点がある。
加熱温度は、120℃〜200℃が好ましい。加熱維持時間は、通常2〜60分間である。
基材上に形成された溶融膜を20〜25℃まで冷却することにより、本塗膜を形成するのが好ましい。冷却は、急冷してもよく徐冷してもよく、本塗膜の基材密着性の観点から、徐冷が好ましい。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。ただし本発明はこれらの実施例に限定されない。なお、後述する表中における各成分の配合量は、質量基準を示す。
〔粉体塗料の製造に使用した成分〕
(含フッ素重合体)
以下の単量体を用い、後述する例により得られる含フッ素重合体を使用した。
単量体F:CF−CH=CHF(HFO−1234ze)、CF−CF=CH(HFO−1234yf)
単量体X:CF=CFCl(CTFE)
単量体1:シクロヘキシルビニルエーテル(CHVE)、ネオノナン酸ビニルエステル(V9)(HEXION社製。商品名「ベオバ9」)、ピバリン酸ビニルエステル(PV)
単量体2:4−ヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)
単量体3:エチルビニルエーテル(EVE)、酢酸ビニル(AV)、ネオデカン酸ビニルエステル(V10)(HEXION社製。商品名「ベオバ10」)
(添加剤)
硬化剤:ブロック化イソシアネート系硬化剤(エボニック社製、ベスタゴン(登録商標)B1530)
硬化触媒:ジブチルスズジラウレートのキシレン溶液(10000倍希釈品)
顔料:酸化チタン(デュポン社製、Ti−Pure R960(商品名)、酸化チタン含有量:89質量%)
脱ガス剤:ベンゾイン
表面調整剤:ビックケミー社製、BYK−360P(商品名)
〔合成例1〕
真空脱気したオートクレーブ内に、酢酸ブチル(396g)、HFO−1234ze(456g)、HFO−1234yf(114g)、CHVE(491g)、およびHBVE(128g)を導入し、撹拌下で昇温し、65℃に保持した。
続いて、オートクレーブ内に、tert−ブチルペルオキシピバレートの50質量%キシレン溶液(以下、「重合開始剤溶液」ともいう。)(2g)を添加し、重合を開始させた。なお、重合中は重合開始剤溶液(14.6g)を連続的に加えた。撹拌下で重合を続け、15時間後にオートクレーブを水冷し、オートクレーブ内溶液をろ過して、得られたろ液に含まれる未反応の単量体をエバポレーターで除去し、含フッ素重合体を含む溶液を得た。
含フッ素重合体を含む溶液を、65℃にて24時間真空乾燥して溶媒を除去し、さらに130℃にて20分間真空乾燥して得られるブロック状の含フッ素重合体を粉砕して、粉末状の含フッ素重合体1を得た。
含フッ素重合体1は、HFO−1234zeに基づく単位、HFO−1234yfに基づく単位、CHVEに基づく単位、およびHBVEに基づく単位を、この順に40モル%、10モル%、39モル%、11モル%含む重合体であった。含フッ素重合体1の、Tgは50℃であり、Mnは11000であった。
〔合成例2〜7〕
使用する単量体の種類と量を変更する以外は、合成例1と同様にして、含フッ素重合体2〜7をそれぞれ得た。
それぞれの合成例で得られた含フッ素重合体の物性をまとめて、表1に示す。
〔粉体塗料の製造〕
粉末状の含フッ素重合体1(52g)、硬化剤(13g)、硬化触媒(0.0021g)、顔料(35g)、脱ガス剤(0.4g)、および表面調整剤(1g)を、高速ミキサを用いて混合し、粉末状の混合物を得た。粉末状の混合物を、2軸押出機を用いて、120℃のバレル設定温度にて溶融混練して、ペレットを得た。ペレットを粉砕機を用いて25℃で粉砕し、さらに150メッシュの網を用いて分級して、平均粒子径が約40μmである粉体塗料1を得た。
含フッ素重合体1をそれぞれ含フッ素重合体2〜7に変更する以外は、粉体塗料1と同様にして、粉体塗料2〜7をそれぞれ得た。
〔試験片の作製〕
25℃にて1週間、それぞれの粉体塗料を密栓保管した後、粉体塗料の評価をした。
クロメート処理されたアルミニウム板(基材)の一面に、静電塗装機を用いて粉体塗料1を静電塗装し、200℃雰囲気中で20分間保持して、粉体塗料1の溶融膜を形成した。そのまま放置して25℃まで冷却し、厚さ55〜65μmの粉体塗料1から形成された塗膜付きアルミニウム板1を得た。得られた塗膜付きアルミニウム板を試験片として、下記評価方法にしたがって評価した。
粉体塗料2〜7に関しても同様にして試験片を作製して、塗膜付きアルミニウム板2〜7をそれぞれ得た。
なお、粉体塗料6および粉体塗料7はブロッキングしており、粉末化された状態を安定に保持できなかったため、試験片を作製できなかった。
(粉体塗料の耐ブロッキング性)
それぞれの粉体塗料をそれぞれ瓶に入れて密閉し、密閉された瓶を30℃で保存し、粉体塗料がブロッキングするまでの時間を観測した。
○:15日経過時にブロッキングしない。
△:2〜14日経過時にブロッキングする。
×:1日以内にブロッキングする。
(塗膜の撥水性)
それぞれの試験片について、試験片に対する水の動的接触角を測定した。
接触角計を用いて、水平に配置した試験片の表面に2μLの純水を滴下し、試験片を徐々に傾斜させて、液滴が滑り始める傾斜角度を測定し、動的接触角の値とした。
◎:動的接触角が15度以下である。
○:動的接触角が15度超25度未満である。
△:動的接触角が25度超35度未満である。
×:動的接触角が35度以上である。
それぞれの粉体塗料および粉体塗料から形成した塗膜についての評価結果をまとめて、表2に示す。
表2に示すように、含フッ素重合体が含む全単位に対して、単位F、および単位1の所定量を含む含フッ素重合体を用いると、耐ブロッキング性に優れ、かつ撥水性に優れた塗膜を形成できることが示された(例1〜4参照)。
単位1の含有量が所定量でないと、粉体塗料の耐ブロッキング性に劣り、安定な粉体塗料を作製できないために、有意な塗膜を形成できなかった(例6および例7参照。)。
また、単位1Aおよび単位3Aの合計含有量が所定量である含フッ素重合体を含む、耐ブロッキング性に特に優れた粉体塗料は、撥水性に特に優れた塗膜を形成できた(例2および例3参照。)。

Claims (8)

  1. CF−CH=CHFおよびCF−CF=CHからなる群から選択される少なくとも一種に基づく単位、式X−Zで表される単量体に基づく単位および架橋性基を有する単量体に基づく単位を含む含フッ素重合体を含む粉体塗料であって、
    前記CF−CH=CHFおよびCF−CF=CHからなる群から選択される少なくとも一種に基づく単位の含有量が、前記含フッ素重合体が含む全単位に対して、20〜80モル%であり、
    前記式X−Zで表される単量体に基づく単位の含有量が、前記含フッ素重合体が含む全単位に対して、18〜60モル%であることを特徴とする、粉体塗料。
    式中の記号は、以下の意味を示す。
    は、CH=CHC(O)O−、CH=C(CH)C(O)O−、CH=CHOC(O)−、CH=CHCHOC(O)−、CH=CHO−またはCH=CHCHO−である。
    は、式−C(ZR1で表される炭素数4〜8のアルキル基、炭素数6〜10のシクロアルキル基、炭素数6〜10のシクロアルキルアルキル基、炭素数6〜10のアリール基または炭素数7〜12のアラルキル基である。3個のZR1はそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基である。
  2. 前記架橋性基を有する単量体が、ヒドロキシ基またはカルボキシ基を有する単量体である、請求項1に記載の粉体塗料。
  3. 前記架橋性基を有する単量体に基づく単位の含有量が、前記含フッ素重合体が含む全単位に対して、1〜20モル%である、請求項1または2に記載の粉体塗料。
  4. 前記含フッ素重合体のガラス転移温度が、40〜120℃である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の粉体塗料。
  5. 前記含フッ素重合体が、さらに、式X−Zで表される単量体に基づく単位を含み、該単位の含有量が、該含フッ素重合体が含む全単位に対して、0モル%超40モル%以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の粉体塗料。
    式中の記号は、以下の意味を示す。
    は、CH=CHC(O)O−、CH=C(CH)C(O)O−、CH=CHOC(O)−、CH=CHCHOC(O)−、CH=CHO−またはCH=CHCHO−である。
    は、式−C(ZR1で表される炭素数4〜8のアルキル基を除く、炭素数1〜24のアルキル基である。3個のZR1はそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基である。
  6. 前記含フッ素重合体は、XがCH=CHOC(O)−もしくはCH=CHCHOC(O)−である式X−Zで表される単量体に基づく単位を含むか、または、XがCH=CHOC(O)−もしくはCH=CHCHOC(O)−である式X−Zで表される単量体に基づく単位を含み、
    該式X−Zで表される単量体に基づく単位と該式X−Zで表される単量体に基づく単位との合計含有量が、前記含フッ素重合体が含む全単位に対して、15〜60モル%である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の粉体塗料。
    式中の記号は、以下の意味を示す。
    は、式−C(ZR1で表される炭素数4〜8のアルキル基、炭素数6〜10のシクロアルキル基、炭素数6〜10のシクロアルキルアルキル基、炭素数6〜10のアリール基または炭素数7〜12のアラルキル基である。3個のZR1はそれぞれ独立に炭素数1〜5のアルキル基である。
    は、式−C(ZR1で表される炭素数4〜8のアルキル基を除く、炭素数1〜24のアルキル基である。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の粉体塗料を基材上に付与して塗装層を形成し、該塗装層を加熱処理して該基材上に塗膜を形成する、塗膜付き基材の製造方法。
  8. 基材と、請求項1〜6のいずれか1項に記載の粉体塗料により該基材上に形成されてなる塗膜とを有する、塗装物品。
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