JP2022176824A - 光硬化性上塗り塗料、積層体およびその製造方法、包装容器用部材およびその製造方法、並びに包装容器 - Google Patents

光硬化性上塗り塗料、積層体およびその製造方法、包装容器用部材およびその製造方法、並びに包装容器 Download PDF

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Abstract

【課題】低露光量で硬化した場合であっても、下層に配された層(下塗り塗膜、インキ層等)との密着性に優れ、且つ加工後の密着性にも優れる上塗り塗膜を形成できる光硬化性上塗り塗料、積層体およびその製造方法、包装容器用部材およびその製造方法、並びに包装容器を提供する。【解決手段】本発明は、エポキシ基を有するカチオン重合性化合物(A)と、一分子中に2個または3個の水酸基を有し、数平均分子量が2000以下のポリエーテルポリオール(B)と、カチオン性光重合開始剤(C)と、3官能のラジカル重合性モノマー(D)と、ラジカル性光重合開始剤(E)と、ポリジメチルシロキサン系レベリング剤(F)とを、特定の配合量で含む光硬化性上塗り塗料に関する。【選択図】図2

Description

本発明は、光硬化性上塗り塗料に関する。また、前記光硬化性上塗り塗料の硬化物である上塗り塗膜を備える積層体およびその製造方法に関する。更に、前記積層体を備える包装容器用部材およびその製造方法、並びに前記包装容器用部材を有する包装容器に関する。
光硬化性組成物は、紫外線などの活性光線により重合・架橋して光硬化性を示すので、加熱工程が基本的に不要であり生産性に優れる。このため、特に、加熱できない被着体に対して有用性が高く、様々な用途に多用されている。
例えば、特許文献1には、光学的立体造形に好適に用いることができる光硬化性樹脂組成物が開示されている。具体的には、カチオン重合性有機化合物、カチオン性光重合開始剤、エチレン性不飽和モノマー、ラジカル性光重合開始剤、および1分子中に3個以上の水酸基を有するポリエーテルポリオールを含有してなり、前記エチレン性不飽和モノマーの60質量%以上が1分子中に3個以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能モノマーであることを特徴とする光硬化性樹脂組成物が提案されている。また、特許文献2には、ハードコート用フィルムとして好適に適用できる、アクリル化合物、脂環式エポキシ化合物、および硬化触媒を含む活性光線硬化性組成物が開示されている。
光硬化性組成物は、例えば、菓子や茶葉を収容する美術缶、殺虫剤用などのエアゾール缶、或いはプルトップ式缶詰缶などの金属缶の上塗り塗膜としても用いられている。上塗り塗膜は、金属缶表面に施されたインキ層よりなる図柄等を保護するトップコート層として機能する。このような金属缶には、3ピースタイプと2ピースタイプがある。
3ピースタイプの缶胴部は、平板状の金属板に下塗り層、インキ層、上塗り塗膜を順次形成し、塗装金属板から一缶分の四辺形の小片を作製し、前記四辺形の小片を前記上塗り塗膜が外側を向くように筒状に丸め、重ねた端部同士を接合し、製造される。製造された筒状体の缶胴部の両端は開口している。そして、筒状の缶胴部の一方の開口端には底面部材が取り付けられ、他方の開口端には内容物を収容後、内容物を取り出すための蓋用部材が取り付けられ、包装容器となる。
2ピースタイプの缶胴部には、更に、金属板を加工する前に上塗り塗膜等を形成するタイプと金属板を加工した後に上塗り層等を形成するタイプとがある。
前者の2ピースタイプの缶胴部は、平板状の金属板に下塗り層、インキ層、上塗り塗膜を順次形成した後、塗装金属板から一缶分の小片を作製し、前記小片を前記上塗り塗膜等が容器の外面側になるように成型加工し、周壁部(側面部ともいう)と底面部とが一体化した状態のカップ状の部材として製造される(以下、「先塗工・後成型」の2ピースタイプということがある)。前記小片の形状は、製造される容器の形状に応じ選択することができる。
後者の2ピースタイプの缶胴部は、まず、平板状の金属板から一缶分の小片を作製する。次いで、前記小片を周壁部(側面部)と底面部とが一体化した状態のカップ状に成型加工した後、必要に応じて周壁部(側面部)の高さを高くするよう加工した後、周壁部(側面部)の外面側に下塗り層、インキ層、上塗り塗膜を順次形成して製造される(以下、「先成型・後塗工」の2ピースタイプということがある)。前記小片の形状は、製造される容器の形状に応じ選択することができる。
製造された2ピースタイプの缶胴部は、缶胴部の一方の端部が開口している。前記開口端には内容物を収容後、内容物を取り出すための蓋用部材が取り付けられ、包装容器となる。
また、3ピースタイプの筒状の缶胴部の一方の開口端に底面部材を取り付け、一方の開口端には2ピースタイプの比較的浅い部材を蓋用部材として組み合わせて包装容器とすることもある。図7に、このような包装容器の模式的斜視図を示す。包装容器70の本体71は2パーツにより、蓋75は1パーツにより構成される。本体71は、平板状の塗装金属板を筒状にし、つなぎ目74を接合することにより形成された筒状の缶胴部72と,この缶胴部72の一方の開口端に取り付けられた底面部材73を有する。蓋75は、平板状の塗装金属板から天面と側面を1パーツにより立体的に加工してなり、本体71に対して開閉自在に構成されている。
美術缶の缶胴部は3ピースタイプが主流となっている。プルトップ式缶詰缶の缶胴部、美術缶の蓋部材は、「先塗工・後成型」の2ピースタイプが主流となっている。飲料缶やアルミニウムのエアゾール缶の缶胴部は、「先成型・後塗工」の2ピースタイプが主流となっている。
特開平09-278811号公報 特開2016-102193号公報
金属缶に用いられる上塗り塗膜は、被塗装面(下塗り塗膜、インキ層等)の種類が多岐に及ぶので、種々の材料に対して優れた密着性を有することが求められている。また、3ピース方式の場合は缶胴部と底面部材・蓋用部材とを接合する際、缶胴部の開口端には開口径を段階的に狭くした後、底面部材・蓋用部材を巻き締める変形が加えられる。2ピース方式の場合も周壁部と蓋用部材とを接合する際、周壁部の開口端に同様の変形が加えられる。あるいは、意匠性付与、強度向上の観点から、缶胴部(周壁部)を変形させ凹凸を形成することもある。2ピース方式で作製される比較的浅い蓋用部材も開口端に同様の変形が加えられる。そこで、これらの変形加工後においても密着性が維持できる上塗り塗膜が市場において切望されている。更に、昨今では、環境負荷低減の観点から、溶剤含有量が極めて少ない光硬化性上塗り塗料が注目を浴びており、更に従来よりも硬化のための照射露光量を低減する技術の開発が望まれている。
なお、上記においては、金属缶に用いられる光硬化性上塗り塗料に対する課題を述べたが、光硬化性上塗り塗料全般に対して同様の課題が生じ得る。
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、低露光量で硬化した場合であっても、被塗装面(下塗り塗膜、インキ層等)との密着性に優れ、且つ加工後の密着性にも優れる上塗り塗膜を形成できる光硬化性上塗り塗料、積層体およびその製造方法、包装容器用部材およびその製造方法、並びに包装容器を提供することを目的とする。
本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、以下の態様において、本発明の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
[1]: エポキシ基を有するカチオン重合性化合物(A)と、一分子中に2個または3個の水酸基を有し、数平均分子量が2000以下のポリエーテルポリオール(B)と、カチオン性光重合開始剤(C)と、
3官能のラジカル重合性モノマー(D)と、ラジカル性光重合開始剤(E)と、ポリジメチルシロキサン系レベリング剤(F)とを含み
カチオン重合性化合物(A)、ポリエーテルポリオール(B)およびラジカル重合性モノマー(D)の合計100質量%に対して、ラジカル重合性モノマー(D)の含有率が5~35質量%であり、
カチオン重合性化合物(A)およびポリエーテルポリオール(B)の合計100質量部に対して、カチオン性光重合開始剤(C)の含有量が3~15質量部であり、
ラジカル重合性モノマー(D)100質量部に対して、ラジカル性光重合開始剤(E)の含有量が1~10質量部である光硬化性上塗り塗料。
[2]: 表面張力が29mN/m以下である、[1]記載の光硬化性上塗り塗料。
[3]: 金属基材、下塗り塗膜、インキ層、および上塗り塗膜をこの順に備える積層体であって、前記上塗り塗膜が[1]または[2]記載の光硬化性上塗り塗料の硬化物である、積層体。
[4]: 前記上塗り塗膜の表面自由エネルギーが25mJ/m以上である、[3]記載の積層体。
[5]: [3]または[4]記載の積層体を筒状体とし、当該筒状体の外面側を前記上塗り塗膜とし、且つ当該筒状体につなぎ目を有する、包装容器用部材。
[6]: 前記筒状体の外面側の前記つなぎ目上に、保護用塗膜が被覆されている[5]記載の包装容器用部材。
[7]: 更に、前記筒状体の下方の開口部を塞ぐ底面部材を有する[5]または[6]に記載の包装容器用部材。
[8]: [3]または[4]記載の積層体から形成され、周壁部および底面部によって内面側が凹となる一体成形物であって、
前記一体成形物の外面が、前記上塗り塗膜である包装容器用部材。
[9]: [7]または[8]記載の包装容器用部材を有する容器本体と、前記容器本体の開口部を覆って前記容器本体に取り付けられる蓋用部材とを備える、包装容器。
[10]: 金属基材上に下塗り塗膜を形成し、
前記下塗り塗膜上にインキ層を形成し、
前記インキ層上に[1]または[2]記載の光硬化性上塗り塗料を塗工して硬化させて、上塗り塗膜を形成する、積層体の製造方法。
[11]: 前記光硬化性上塗り塗料の前記硬化させる工程は、320nm以上、390nm以下の波長域の光の積算光量が200mJ/cm以下となるように照射することにより行う、[10]記載の積層体の製造方法。
[12]: 金属基材上に下塗り塗膜を形成し、
前記下塗り塗膜上にインキ層を形成し、
前記インキ層上に[1]または[2]記載の光硬化性上塗り塗料を塗工して硬化させて、上塗り塗膜を形成して積層体を得、
前記積層体を用いて、外面側が前記上塗り塗膜であり、周壁部につなぎ目を含む筒状体を形成し、
前記筒状体の外面側の前記つなぎ目を、保護用塗膜で被覆する工程を有する包装容器用部材の製造方法。
[13]: 金属基材上に下塗り塗膜を形成し、
前記下塗り塗膜上にインキ層を形成し、
前記インキ層上に[1]または[2]記載の光硬化性上塗り塗料を塗工して硬化させて、上塗り塗膜を形成して積層体を得、
前記積層体を用いて、周壁部および底面部によって内面側が凹となり、外面が前記上塗り塗膜となる一体成形物を形成する工程を有する包装容器用部材の製造方法。
[14]: 前記光硬化性上塗り塗料の前記硬化させる工程は、320nm以上、390nm以下の波長域の光の積算光量が200mJ/cm以下となるように照射することにより行う、[12]または[13]記載の包装容器用部材の製造方法。
本発明によれば、低露光量で硬化した場合であっても、被塗装面(下塗り塗膜、インキ層等)との密着性に優れ、且つ加工後の密着性にも優れる上塗り塗膜を形成できる光硬化性上塗り塗料、積層体およびその製造方法、包装容器用部材およびその製造方法、並びに包装容器を提供できるという優れた効果を奏する。例えば、積算光量200mJ/cm以下のUVA波長域(320-390nm)の光を照射することにより、被塗装面(下塗り塗膜、インキ層等)との密着性に優れ、且つ加工後の密着性にも優れる上塗り塗膜を形成できる光硬化性上塗り塗料、積層体およびその製造方法、包装容器用部材およびその製造方法、並びに包装容器を提供できる。
本実施形態に係る積層体の一例を示す模式的上面図。 図1のII-II切断部断面図。 図1のIII-III切断部断面図(図2の変形例)。 本実施形態に係る包装容器用部材の一例を示す模式的斜視図。 図4中のVの領域の部分拡大説明図。 本実施形態に係る包装容器用部材の接合方法の一例を示す要部の模式的説明図。 2パーツからなる容器本体と1パーツからなる蓋用部材を組み合わせた金属缶の一例を示す模式的斜視図。
以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に含まれることは言うまでもない。また、本明細書において「~」を用いて特定される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を含む。また、本明細書において「フィルム」や「シート」は、厚みによって区別されないものとする。また、本明細書中に出てくる各種成分は特に注釈しない限り、それぞれ独立に一種単独でも二種以上を併用してもよい。また、同一または同等の部材には同一の符号を付す。
[[光硬化性上塗り塗料]]
本実施形態に係る光硬化性上塗り塗料(以下、「本塗料」ともいう)は、エポキシ基を有するカチオン重合性化合物(A)(以下、「カチオン重合性化合物(A)」ともいう)と、一分子中に2個または3個の水酸基を有し、数平均分子量が2000以下のポリエーテルポリオール(B)(以下、「ポリエーテルポリオール(B)」ともいう)と、カチオン性光重合開始剤(C)と、3官能のラジカル重合性モノマー(D)(以下、「ラジカル重合性モノマー(D)」ともいう)と、ラジカル性光重合開始剤(E)と、ポリジメチルシロキサン系レベリング剤(F)(以下、「レベリング剤(F)」ともいう)とを含有する。ラジカル重合性モノマー(D)の含有量は、カチオン重合性化合物(A)、ポリエーテルポリオール(B)およびラジカル重合性モノマー(D)の合計100質量%に対して5~35質量%とする。カチオン性光重合開始剤(C)の含有量は、カチオン重合性化合物(A)およびポリエーテルポリオール(B)の合計100質量部に対して3~15質量部とし、ラジカル性光重合開始剤(E)の含有量は、ラジカル重合性モノマー(D)100質量部に対して1~10質量部とする。
本塗料を被塗装面に塗工して活性光線を照射せしめることにより、被塗装面上に硬化物たる上塗り塗膜が形成される。上塗り塗膜はトップコート層であり、仕上げニスとして機能する。上塗り塗膜により、被塗装面を保護することができる。また、被塗装面に印刷が施されている場合には、被塗装面の加工時や搬送時からその印刷面を適切に保護すると共に、印刷層の密着性を高めることができる。
本塗料は、各成分を均一に混合することにより得ることができる。なお、硬化物とは、本塗料に活性光線を照射し硬化させたものをいう。活性光線としては、紫外線、可視光、赤外線、X線、α線、β線、およびγ線が例示できる。これらのうちでも、取扱容易性を考慮すると紫外線、可視光線が好ましく、紫外線がより好ましく、この中でもUVA波長域が好適である。なお、本明細書においてUVA波長域とは320-390nmの波長をいうものとする。
本塗料の用途は特に限定されず、被塗装面の材質は特に限定されない。本塗料は、例えば、基材上に、下塗り塗膜または/および印刷などが施されたインキ層などの中間層が形成された被塗装面を被覆するための上塗り塗膜用の塗料として広く用いることができる。基材の直上に直接塗工する用途として用いてもよい。
本塗料は、印刷が施された金属缶の上塗り塗膜用塗料として特に好適である。金属缶の製造は、下塗り塗膜、インキ層である中間層を介して上塗り塗膜が形成された積層体を加工する方法、即ち、前述した3ピースタイプの方法や、2ピースタイプの先塗工・後成型の他、先成型・後塗工の方法等により製造できる。
一般に、塗料の光重合性成分としてカチオン重合性成分を用いた場合、ラジカル重合性成分を用いる場合よりも塗膜を得るための硬化スピードが遅くなる。ここで硬化スピードを上げる方法としてカチオン性光重合開始剤(C)の量を増やす方法がある。しかし、開始剤の量が多くなりすぎると、表層は速やかに硬化する一方、深層部になればなる程、相対的に上層部の塗膜中に含まれるカチオン性光重合開始剤(C)に光が吸収されてしまい、深層部にまで十分な光が到達にくくなるため、均一な硬化性が阻害されてしまう。また、カチオン重合性成分を用いた場合、通常、250mJ/cm(UVA波長域)以上の積算光量が必要であり、場合によっては1J/cm(UVA波長域)程度の積算光量が必要となる。一方、ラジカル重合性成分は一般に硬化スピードが速いが、硬化収縮が大きいため堅くて脆くなりやすく、カチオン重合性化合物(A)に比べて密着性が低下しやすい。
本塗料によれば、カチオン重合性成分とラジカル重合性成分を併用し、レベリング剤(F)と組み合わせた上記構成により、低露光量で硬化した場合であっても優れた硬化性を有しており、被塗装面(下塗り塗膜、インキ層等)との密着性に優れ、且つ加工後の密着性にも優れる上塗り塗膜を形成できる光硬化性上塗り塗料を提供できる。エポキシ基を有するカチオン重合性化合物(A)および一分子中に2個または3個の水酸基を有し、分子量が2000以下のポリエーテルポリオール(B)をカチオン成分として用い、且つ特定含有量の3官能のラジカル重合性モノマー(D)をラジカル成分として組み合わせることにより、低露光量での硬化を可能とし、硬化スピードと硬化収縮を適切に制御することができる。特に、本塗料によれば、積算光量200mJ/cm以下のUVA波長域の光を照射する用途に好適である。
また、レベリング剤(F)と前記成分との組み合わせにより、被塗装面(下塗り塗膜、インキ層等)との密着性を顕著に高めることができる。更に、カチオン性光重合開始剤(C)およびラジカル性光重合開始剤(E)の上記特定量を前記成分に組み合わせることにより、硬化阻害を抑制しつつ、加工後の密着性も高めることができる光硬化性上塗り塗料を提供できる。
なお、本塗料は低露光量に好適に利用できるものであるが、本塗料に対して高露光量を照射することを排除するものではない。以下、本塗料の各成分について詳述する。
[カチオン重合性化合物(A)]
カチオン重合性化合物(A)は、エポキシ基を少なくとも1個以上有する化合物であり、好適には2個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物である。そして、カチオンにより重合または架橋する化合物をいう。カチオン重合性化合物(A)100質量%中、2個以上のエポキシ基を有するカチオン重合性化合物(A)を60~100質量%用いることが好ましい。硬化収縮を効果的に抑制する観点からは、2個のエポキシ基を有するカチオン重合性化合物(A)を、カチオン重合性化合物(A)100質量%中、60~100質量%用いることがより好ましい。
カチオン重合性化合物(A)の具体例としては、脂環式エポキシ基を有するカチオン重合性化合物(a1)(以下、「化合物(a1)」または脂環式エポキシ化合物(a1)ともいう)、グリシジルエーテル基を有するカチオン重合性化合物(a2)(以下、「化合物(a2)またはグリシジルエーテル基を有する化合物(a2)ともいう)などが挙げられる。
カチオン重合性化合物(A)としては、硬化収縮を低減させ、硬化スピードを適切にする観点からは、脂環式エポキシ化合物(a1)を用いることが好まれるが、更に加工密着性の向上の観点からはグリシジルエーテル基を有する化合物(a2)を併用することが好ましい。反応性が高い化合物(a1)と反応性が(a1)に比して落ちる化合物(a2)を併用することにより、硬化速度と硬化収縮および加工密着性のバランスを容易に調整できる。また、化合物(a1)を用いることにより優れた成膜性を得つつ、化合物(a2)により粘度を調整して、塗工性を高めることができる。化合物(a1)と化合物(a2)のより好適な組み合わせとしては、2官能の脂環式エポキシ基を有するカチオン重合性化合物と、2官能のグリシジルエーテル基を有するカチオン重合性化合物との組合せが挙げられる。
カチオン重合性化合物(A)100質量%中、化合物(a1)と化合物(a2)の合計含有量が60~100質量%であることが好ましい。また、化合物(a1)と化合物(a2)の質量比は100:0~60:40の範囲とすることが、硬化速度と硬化収縮低減の観点から好適である。更に化合物(a1)と化合物(a2)の質量比は90:10~65:35の範囲とすることが、加工密着性の観点からはより好適である。なお、脂環式エポキシ基とは、炭素数4~12のシクロアルカンの環上においてエポキシ結合を形成している基をいう。カチオン重合性化合物(A)は一種単独または二種以上を併用して用いることができる。
脂環式エポキシ化合物(a1)としては、4-ビニルシクロヘキセンモノエポキサイド、ノルボルネンモノエポキサイド、リモネンモノエポキサイド、リモネンジオキサイド、3,4-エポキシシクロヘキシシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビス-(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル-5,5-スピロ-3,4-エポキシ)シクロヘキサノン-メタ-ジオキサン、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート等が挙げられる。
市販品としては、セロキサイド2021P、セロキサイド2081、セロキサイド2000、サイクロマーM100、エポリードGT-401(以上、ダイセル社製)などが例示できる。
グリシジルエーテル基を有する化合物(a2)としては、例えば1,4-ブタンジオールジクリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグルコールジグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル、グリセロールトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、ビスフェノールF型ジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、エポキシノボラック樹脂、水素添加ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、1,4-ビス[(オキシラン-2-イルメトキシ)メチル]シクロヘキサン等が挙げられる。
市販品としては、リカレジンHBE-100、リカレジンDME-100、リカレジンL-200、リカレジンBPO-20E、リカレジンBEO-60E(以上、新日本理化社製)デナコールEX-121、デナコールEX-141、デナコールEX-145、デナコールEX-212、デナコールEX-211、デナコールEX-201、デナコールEX-252、デナコールEX-850、デナコールEX-851、デナコールEX-612、デナコールEX-313、デナコールEX-314、デナコールEX-421、デナコールEX-321、デナコールEX-321L、デナコールEX-411(以上、ナガセケムテックス社製)などが例示できる。
カチオン重合性化合物(A)、ポリエーテルポリオール(B)、カチオン性光重合開始剤(C)、3官能のラジカル重合性モノマー(D)およびラジカル性光重合開始剤(E)100質量%に対し、密着性および加工性密着性の確保・向上の観点からは、カチオン重合性化合物(A)が50~85質量%含むことが好ましい。より好ましい範囲は55~75質量%である。
[ポリエーテルポリオール(B)]
ポリエーテルポリオール(B)は、1分子中に2個または3個の水酸基を有し、その数平均分子量(以下、数平均分子量をMnと略す)が2000以下である化合物である。従来公知のポリエーテルポリオールから適宜選定できる。1分子中に2個または3個の水酸基を有するポリエーテルポリオール(B)を用いることによって、加工密着性を高めることができる。
ポリエーテルポリオール(B)は、例えば、1分子中に2個または3個の水酸基を有する化合物を開始剤として用い、1種以上のオキシラン化合物を付加重合させた反応物が挙げられる。1分子中に2個または3個の水酸基を有する化合物としては、エチレングリコール(EG)、プロピレングリコール(PG)、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ブチルエチルペンタンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン等が例示できる。オキシラン化合物としては、エチレンオキシド(EO)、プロピレンオキシド(PO)、ブチレンオキシド(BO)等のアルキレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)等の環状エーテル化合物が例示できる。
ポリエーテルポリオール(B)は、アルキレンオキシ基を有するポリオキシアルキレンポリオールが好ましい。好適例として、EO変性トリメチロールプロパン、PO変性トリメチロールプロパン、テトラヒドロフラン変性トリメチロールプロパン、EO変性グリセリン、PO変性グリセリン、テトラヒドロフラン変性グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシプロピレングリセリルエーテルなどが例示できる。これらのうち、EO変性トリメチロールプロパン、PO変性トリメチロールプロパン、EO変性グリセリン、PO変性グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシプロピレングリセリルエーテルが好ましい。
なお、EO変性、PO変性とは、エチレンオキサイド変性、プロピレンオキサイド変性等の(ポリ)アルキレンオキサイド変性の意であり、(ポリ)アルキレンオキサイドユニットの付加をいう。
ポリエーテルポリオール(B)のMnを2000以下とすることにより、本塗料における分散性を高め、加工密着性をより優れたものとすることができる。より好ましくは1700以下であり、更に好ましくは1500以下である。ポリエーテルポリオール(B)の分子量の下限値は特に限定されないが、硬化性を高める観点からは、100以上が好ましく、200以上がより好ましく、300以上が更に好ましい。
ポリエーテルポリオール(B)の市販品としては、サンニックスTP-400(Mn:400)、サンニックスGP-250(Mn:250)、サンニックスGP-400(Mn:400)、サンニックスGP-600(Mn:600)、サンニックスGP-1000(Mn:1000)、サンニックスPP-200(Mn:200)、サンニックスPP-400(Mn:450)、サンニックスPP-600(Mn:600)、サンニックスPP-1000(Mn:1000)、PEG-200(Mn:200)、PEG-400(Mn:400)、PEG-600(Mn:600)、PEG-1000(Mn:1000)(以上、三洋化成工業社製)、エクセノール430(Mn:430)、エクセノール1030(Mn:1000)、エクセノール420(Mn:400)、エクセノール720(Mn:700)、エクセノール1020(Mn:1000)、エクセノール2020(Mn:2000)(以上AGC社製)などを挙げることができる。
ポリエーテルポリオール(B)の含有量は、加工密着性の効果をより優れたモノとする観点からは、カチオン重合性化合物(A)100質量部に対し、2質量部以上含有させることが好ましい。より好ましくは3質量部以上であり更に好ましくは5質量部以上である。また、硬化性を良好にする観点からは、30質量部以下とすることが好ましい。より好ましくは20質量部以下であり、更に好ましくは15質量部以下である。
ポリエーテルポリオール(B)は、一種単独または二種以上を併用して用いることができる。なお、ポリエーテルポリオール(B)は、1分子中に水酸基を2個または3個有する化合物であるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本塗料に1分子中に水酸基を1個または4個以上有するポリエーテルポリオールを含有させることを排除するものではない。
[カチオン性光重合開始剤(C)]
カチオン性光重合開始剤(C)は、活性光線の照射により、カチオン重合性化合物(A)の重合または架橋反応を開始させるカチオンを放出する化合物をいう。
カチオン性光重合開始剤(C)として、ジアゾニウム化合物、スルホニウム化合物、ヨードニウム化合物、金属錯体化合物など様々な化合物が知られており、「機能材料」1985年10月号5項、「UV・EB硬化技術の応用と市場」シーエムシー社1989年発行78頁などに詳細な記述がある。具体例としては、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニル(4-(フェニルチオ)フェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス(4-(ジフェニルスルフォニオ)フェニル)スルフィドビス(ヘキサフルオロアンチモネート)、ジフェニル(4-(フェニルチオ)フェニル)スルホニウムヘキサフルオロホスフェート、ビス(4-(ジフェニルスルフォニオ)フェニル)スルフィドビス(ヘキサフルオロホスフェート)などが挙げられる。カチオン性光重合開始剤(C)は、一種または二種以上を組み合わせて使用できる。
カチオン性光重合開始剤(C)を含有する市販品としては、例えば、CPI-100P(有効成分50%)、CPI-101A(有効成分50%)、CPI-200K(有効成分50%)、CPI-110B(有効成分100%)、CPI-310FG(有効成分100%)、CPI-310B(有効成分100%)、CPI-410S(有効成分100%)、CPI-410B(有効成分100%)、IK-1(有効成分100%)(以上、サンアプロ社製)、Omnicat250(有効成分75%)、Omnicat270(有効成分100%)、Omnicat432(有効成分45%)(以上、IGM社製)、WPI-113(有効成分50%)(和光純薬工業社製)、AT-6992(有効成分60%)、AT-6976(有効成分60%)(以上、Aceto社製)が挙げられる。
カチオン性光重合開始剤(C)の含有量は、カチオン重合性化合物(A)およびポリエーテルポリオール(B)の合計100質量部に対して3~15質量部とする。本塗料に対して、この範囲で用いることにより、低露光量であっても優れた硬化性を有する硬化膜たる上塗り塗膜が得られる。また、硬化収縮および硬化スピードを適切にし、被塗装面との密着性に優れた塗膜が得られる。更に、加工後密着性が優れた上塗り塗膜が得られる。上記カチオン性光重合開始剤(C)の好適な含有量は4~13質量部であり、より好適な範囲は5~12質量部である。
[3官能のラジカル重合性モノマー(D)]
ラジカル重合性モノマー(D)は、1分子中にラジカルにより重合性または/および架橋性を示す基を3官能有するモノマーである。他の官能基の有無、および官能基数は限定されない。ラジカル重合性モノマー(D)の含有率は、カチオン重合性化合物(A)、ポリエーテルポリオール(B)およびラジカル重合性モノマー(D)の合計100質量%に対して、5~35質量%とする。5質量%以上とすることにより、種々の被塗装面との密着性を優れたものとすることができる。また、加工後の密着性を優れたものとすることができる。また、35質量%以下とすることにより、硬化時のひずみを軽減することができる。より好ましい範囲は6~32質量%であり、更に好ましい範囲は7~30質量%である。
ラジカル重合性モノマー(D)の重合性基または/および架橋性基の好適例として(メタ)アクリロイル基、ビニル基が挙げられる。2官能のラジカル重合性モノマーを用いると硬化性が低下する傾向にあり、4官能以上のラジカル重合性モノマーを用いると加工密着性が低下する傾向にある。3官能のラジカル重合性モノマー(D)を用いることにより、硬化性、密着性および加工後の密着性を兼備した塗膜が得られる。ラジカル重合性モノマー(D)は一種単独または二種以上を併用して用いられる。 なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、2官能のラジカル重合性モノマーおよび4官能以上のラジカル重合性モノマーを用いることを排除するものではない。
(メタ)アクリロイル基を有するラジカル重合性モノマー(D)としては、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シ変性トリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシ変性トリメチロールプロパントリ(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、イソシアヌル酸エチレンオキシ変性トリ(メタ)アクリレートが例示できる。
ビニル基を有するラジカル重合性モノマー(D)としては、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレンオキシ付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル(TMPEOTVE)等が挙げられる。
[ラジカル性光重合開始剤(E)]
ラジカル性光重合開始剤(E)は、活性光線の照射により、ラジカル重合性モノマー(D)の重合または架橋反応を開始させるラジカルを放出する化合物をいう。ラジカル性光重合開始剤(E)の含有量は、ラジカル重合性モノマー(D)100質量部に対して、1~10質量部とする。この範囲とすることにより、硬化不良を防止して、優れた硬化膜を得ることができる。ラジカル性光重合開始剤(E)は、特に制限はなく、公知のものを用いることができる。具体例としては、ベンゾフェノン系化合物、ジアルコキシアセトフェノン系化合物、α-ヒドロキシアルキルフェノン系化合物、α-アミノアルキルフェノン系化合物、アシルフォスフィンオキサイド化合物などが挙げられる。
ベンゾフェノン系化合物としては、ベンゾフェノン、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(ジエチルアミノ)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-(メチルフェニルチオ)フェニル]-フェニルメタノン、ベンゾフェノン-2-カルボン酸メチル、ベンゾフェノン構造を2つ以上有する化合物などが挙げられる。
ジアルコキシアセトフェノン系化合物としては、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、ジメトキシアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノンなどが挙げられる。
α-ヒドロキシアルキルフェノン系化合物としては、1-ヒドロキシ-シクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン、2-ヒドロキシ-1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-メチル-1-プロパン-1-オン、などが挙げられる。
α-アミノアルキルフェノン系化合物としては、2-メチル-1-[4-(メトキシチオ)-フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン、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)-1-ブタノン、2-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-[4-(4-モルフォリニル)フェニル-1-ブタノン、α-アミノアルキルフェノン構造を2つ以上有する化合物などが挙げられる。
アシルフォスフィンオキサイド系化合物としては、ジフェニル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキサイド、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキサイドなどが挙げられる。
硬化塗膜の透明性の観点から、α-ヒドロキシアルキルフェノン系化合物、アシルフォスフィンオキサイド系化合物からなる群より選択される化合物を用いることが好ましい。
市販品としては、Omnirad184、907、651、1173、819、369E、TPO H(以上、IGM社製)等が挙げられる。ラジカル性光重合開始剤(E)は一種単独または二種以上を併用して用いられる。
[レベリング剤(F)]
レベリング剤(F)は、前述したようにポリジメチルシロキサン系レベリング剤である。レベリング剤(F)は、本塗料の下層に形成された被塗装面との濡れ性を良好にし、本塗料により得られる上塗り塗膜をより平坦にさせる機能を有する。レベリング剤(F)を用いることにより、被塗装面(下塗り塗膜、インキ層等の中間層)との密着性をより好適に調整できる。
レベリング剤(F)としては、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン(水酸基およびアクリロイル基を有しないもの、水酸基を有するもの、アクリロイル基を有するもの)、ポリエステル変性ポリジメチルシロキサン(水酸基およびアクリロイル基を有しないもの、水酸基を有するもの、アクリロイル基を有するもの)、ポリエーテルエステル変性ポリジメチルシロキサン(水酸基およびアクリロイル基を有しないもの、水酸基を有するもの、アクリロイル基を有するもの)などを挙げることができる。レベリング剤(F)は単独もしくは組み合わせて用いられる。
レベリング剤(F)の市販品としては、BYK333、377、378、UV3500、UV3510(以上、BYK社製)TEGO Glide410、435、450(以上、Evonic社製)等が挙げられる。
レベリング剤(F)の含有量は、被塗装面の種類により、或いは上層に形成される保護用塗膜等の種類により、適宜選定できる。被塗装面への濡れ性、浸透性を良好に保つ観点からは、レベリング剤(F)の含有量は、カチオン重合性化合物(A)、ポリエーテルポリオール(B)、カチオン性光重合開始剤(C)、ラジカル重合性モノマー(D)およびラジカル性光重合開始剤(E)の合計100質量部に対して、0.005質量部以上とすることが好ましい。より好ましくは0.01質量部以上であり、更に好ましくは0.02質量部以上である。
後述するように、上塗り塗膜上に更に保護用塗膜を形成する場合がある。また、賞味期限などの情報をインクジェット印刷などにより上塗り塗膜の上に印字する場合がある。このため、上塗り塗膜は、これら保護用塗膜や印字などの上層膜との密着性を優れたものとすることも求められている。被塗装面への密着性を優れたものとしつつ、上塗り塗膜上に形成される層との密着性を優れたものとする観点からは、レベリング剤(F)の含有率は、カチオン重合性化合物(A)、ポリエーテルポリオール(B)、カチオン性光重合開始剤(C)、ラジカル重合性モノマー(D)およびラジカル性光重合開始剤(E)の合計100質量部に対し、2質量部以下とすることが好ましい。レベリング剤の量をこの範囲とすることにより、本塗料を塗工して硬化膜としたときのレベリング剤(F)の硬化膜内の分散性を高める効果もある。より好ましくは1質量部以下であり、更に好ましくは0.8質量部以下である。
<任意成分>
本塗料は、任意成分として希釈剤を用いることができる。希釈剤は限定されないが、好適例として、メチルプロピレングリコール、プロピレンカーボネート等が例示できる。また、本塗料は、用途に応じて艶出しまたは艶消し効果を付与する成分を添加してもよい。
また、本塗料には、任意成分として光増感剤(重合促進剤)を添加してもよい。光増感剤としては、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエチルアミン、ジエチルアミンなどのアミン系化合物;チオキサントン、チオキサントンの誘導体、アントラキノン、アントラキノンの誘導体、アントラセン、アントラセンの誘導体、ペリレン、ペリレンの誘導体、ベンゾフェノン、ベンゾインイソプロピルエーテルなどからなる光増感剤が挙げられる。
更に、本塗料には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外のカチオン重合性化合物および/またはラジカル重合性モノマーを添加することができる。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、レベリング剤(F)以外のレベリング剤を添加してもおい。また、濡れ性改良剤、界面活性剤、可塑剤、紫外線吸収剤、シランカップリング剤、無機充填剤、樹脂粒子、顔料、染料などを添加してもよい。
<本塗料の表面張力、上塗り塗膜の表面自由エネルギー>
本塗料の表面張力は、適用する被塗装面により適宜調整することが可能であり、特に限定されない。種々の被塗装面(下塗り塗膜、インキ層等)との密着性をより効果的に高める観点からは、表面張力を29mN/m以下とすることが好ましい。より好ましくは28.5mN/m以下であり、更に好ましくは27.5mN/m以下である。表面張力の調整は、レベリング剤(F)の種類や添加量を調整する方法、希釈剤の種類や添加量を調整する方法などにより調整することができる。表面張力の下限値は特に限定されないが、通常、20mN/m以上である。
また、本塗料を塗工して、光照射により硬化した上塗り塗膜の表面自由エネルギーは適宜調整することが可能であり、特に限定されないが、上述した上層膜との密着性を良好にする観点からは25mJ/m以上とすることが好ましい。より好ましくは26.5mJ/m以上であり、更に好ましくは28mJ/m以上である。上塗り塗膜の表面自由エネルギーの調整は、レベリング剤(F)の種類や添加量を調整する方法、ワックスの種類や添加量を調整する方法などにより調整することができる。表面自由エネルギーの上限値は特に限定されないが、通常、60mJ/m以下である。
本塗料の表面張力を29mN/m以下とし、且つ上塗り塗膜の表面自由エネルギーを25mJ/m以上を組み合わせた場合、下塗り塗膜やインキ層との密着性をより効果的に高めつつ、上塗り塗膜上に形成する材料の選択肢を格段に増やすことが可能となる。
[[積層体およびその製造方法]]
本実施形態に係る積層体(以下、「本積層体」ともいう)は、基材と、基材上に形成された上塗り塗膜を少なくとも有する。この上塗り塗膜は、本塗料の硬化物である。基材は、金属、プラスチック、ガラス、セラミックス、木材などが例示できる。基材と上塗り塗膜の間には下塗り塗膜、インキ層などの中間層などの任意の層を形成することができる。
本積層体の一例の模式的上面図を図1に、図1のII-II切断部断面図を図2に示す。図2に示すように、積層体10は、金属基材20、下塗り塗膜30、インキ層40および上塗り塗膜50をこの順に備える。上塗り塗膜50は、図1に示すようにトップコート層となる。積層体10の製造は、金属基材20上に下塗り塗膜30を形成し、この下塗り塗膜30上にインキ層40を形成し、下塗り塗膜30およびインキ層40上に、本塗料を塗工して活性光線照射により硬化させて、上塗り塗膜50を形成する工程等を有する。
上塗り塗膜50の硬化処理の積算光量は適宜設計可能であるが、例えば、本塗料によれば、200mJ/cm以下の320nm以上、390nm以下の波長域の光を照射することにより優れた硬化性を有し、優れた特性を有する上塗り塗膜を提供することができる。積算光量の下限値は、硬化できればよく特に限定されない。例えば50mJ/cm程度である。
積層体10は、更に他の層を有していてもよい。積層体10の横方向(図1中のX方向)両端部には、Y方向に沿って金属基材20がライン状に露出した、接合予定部である非塗工領域21を有する。この積層体10は、両端部の非塗工領域21を互いに重ね合わせて接合加工され、後述する図4に示すような筒状体の溶接缶たる包装容器用部材60が形成される。下塗り塗膜30等が積層されていない金属基材20が露出した非塗工領域21を設けることにより、溶接缶形成時に溶接不良を防止することができる。
金属基材20の材質は特に限定されず、ブリキ板、クロムメッキ鋼板、アルミニウム板、アルミニウム合金板、ティンフリースチール等の表面処理鋼板、アルミメッキ鋼板、ニッケルメッキ鋼板、スズニッケルメッキ鋼板、その各種の合金メッキ鋼板等が例示できる。また、ポリエステル等の熱可塑性樹脂からなるフィルムが形成された樹脂被覆金属板であってもよい。金属基材として樹脂被覆金属板を用いる場合には、被覆する樹脂層に白色顔料を含有させてもよい。
下塗り塗膜30は、図2に示すように一層として構成する他、図3に示すように二層により構成したり、三層以上としてもよい。図3のように、二層の下塗り塗膜30を有する場合、下塗り塗膜30のうち、その大部分が金属基材20に直に接する塗膜を便宜上、第一の下塗り塗膜31、第一の下塗り塗膜31上に更に設けられる塗膜を便宜上、第二の下塗り塗膜32ということとする。
第一の下塗り塗膜31は、公知の方法により形成できる。例えば、金属基材20上に、第一の下塗り塗膜用の下塗り塗料を塗布・乾燥し、硬化することにより第一の下塗り塗膜31を形成できる。
第二の下塗り塗膜32は、第二の下塗り塗膜用の塗料を第一の下塗り塗膜31上に塗布・乾燥し、硬化することにより形成できる。第二の下塗り塗膜32用の塗料は、金属基材20の一部に直に塗布・乾燥し、硬化されていてもよい。
第一、第二の下塗り塗膜用の塗料(以下、下塗り塗料ということがある)としては、バインダー成分を溶剤に溶解または分散した組成物を用いることができる。バインダー成分としては、熱硬化性化合物、光硬化性化合物が好適である。熱硬化性化合物を含むバインダー成分を用いた場合には、下塗り塗料を塗布・乾燥した後、熱により硬化させる。光硬化性化合物を含むバインダー成分を用いた場合には、活性光線を照射することにより硬化させる。熱硬化性化合物と光硬化性化合物を併用してもよい。下塗り塗料は、無色の無機フィラーや有色の顔料を含むことができる。例えば、無色の無機フィラーとしては、シリカが、白色顔料としては二酸化チタン等が例示できる。
第一の下塗り塗膜31および第二の下塗り塗膜32の厚みは特に限定されない。各塗膜の単位面積当たりの質量として、例えば1~300mg/dm2とすることができる。金属基材20の地色の隠蔽を主な目的とする場合には、例えば40~300mg/dm2とすることができる。
インキ層40は、図3の積層体10の例では第一インキ層41および第二インキ層42の2層からなる。インキ層は単層から形成しても、2層越えの複層から形成してもよい。インキ層40により金属基材上に図柄を形成したり、着色層を形成したりすることができる。インキ層40は、下塗り塗膜上の全面に形成してもよいし、図3に示すように所望の位置に形成してもよい。
インキ層40は、版を複数作製して多色印刷が施されるオフセット印刷やスクリーン印刷などの版式印刷、インクヘッドから噴霧されたインクの液適を用いたインクジェット印刷などにより得られる。版式印刷とインクジェット印刷を併用してもよい。版式印刷においてインキ層が複層から構成される場合には、各層毎に硬化する。或いは、各層毎に仮硬化して、複層を積層後に最終的な硬化処理を行ってもよい。
インキ層40は、例えば、バインダー成分(熱硬化性化合物を含むバインダー成分、酸化重合性化合物を含むバインダー成分、光硬化性化合物を含むバインダー成分等)と、顔料とを含むインキを、下塗り塗膜30上に塗工し、硬化せしめて硬化膜とすることにより得られる。インキに用いるバインダー成分は公知の化合物を用いることができる。例えば、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。顔料は有機顔料、無機顔料のいずれでもよい。また、必要に応じて硬化剤を添加することができる。更に、任意成分として顔料分散剤、ワックス、安定剤等を添加することができる。
第一インキ層41、第二インキ層42の各膜厚は限定されないが、例えば0.1~6μm程度にすることができる。図3の例では、第二の下塗り塗膜32上に、例えば、第一インキを塗布・乾燥し、硬化することにより第一インキ層41を形成し、続いて、第二インキを所望の位置に塗布・乾燥し、硬化することにより第二インキ層42を形成することによりインキ層40が得られる。
上塗り塗膜50は、下塗り塗膜30およびインキ層40上に、これらを被覆するように形成されている。本塗料である光硬化性上塗り塗料を、積層体10の下塗り塗膜30およびインキ層40上に塗工し、活性光線を照射することにより硬化せしめ、上塗り塗膜50を形成する。
塗工は、公知の塗工装置を使用できる。例えば、マイヤーバー、アプリケーター、刷毛、スプレー、ローラー、グラビアコーター、ダイコーター、マイクログラビアコーター、リップコーター、コンマコーター、カーテンコーター、ナイフコーター、リバースコーター、スピンコーター等が挙げられる。
活性光線の光源は適宜選定可能である。紫外線を照射する場合には、例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ケミカルランプ、ブラックライトランプ、マイクロウェ-ブ励起水銀灯、LEDランプ、キセノンランプ、およびメタルハライドランプが挙げられる。
上塗り塗膜の厚さは用途に応じて適宜選定できるが2~20μmが好ましく、3~15μmがより好ましい。
<変形例>
本積層体の別の例として、金属基材、下塗り塗膜、上塗り塗膜がこの順に積層された構成からなる積層体や、金属基材に直接上塗り塗膜が形成された構成からなる積層体が例示できる。また、金属基材に代えて紙、プラスチックフィルム、木質材料、ガラス、石材等を基材として利用することもできる。
[[包装容器用部材およびその製造方法]]
本実施形態に係る包装容器用部材は、本積層体を用いて形成される部材を有する。図4に、本包装容器用部材の一例を示す模式的斜視図を、図5に、図4中のVの領域の断面の部分拡大説明図示す。包装容器用部材60は、本積層体を筒状体とし、この筒状体の外面側を本塗料により形成されてなる上塗り塗膜50とする。この筒状体につなぎ目61を有する。この包装容器用部材60のつなぎ目61は、図1の積層体10のX方向両端部の溶接予定部である非塗工領域21を重ね合わせ、接合加工することにより接合された部分である。筒状体の外面側22の(図5参照)のつなぎ目61上に保護用塗膜62が形成されている。
図5に示すように、保護用塗膜62は、金属基材20の外面側22のつなぎ目61を中心に、隣接する上塗り塗膜50端部上面までの領域に亘って被覆されている。これにより、つなぎ目61を保護して補強すると共に、包装容器用部材としての美感性を高めることができる。金属基材20の内面側23には、内面保護層(不図示)を形成してもよい。保護用塗膜62は、公知の方法により形成することができる。例えば、保護用塗料を塗工して乾燥することにより得ることができる。また、乾燥後、熱または光により硬化させた硬化膜としてもよい。また、保護用塗膜に代えて保護用テープを貼付してもよい。
積層体10を筒状体にするための接合は、上記方法の他、溶接、接着剤、はんだ、カシメなど種々の公知の方法を適用できる。図6に、カシメにより接合された包装容器用部材のカシメ部分の模式的上面図を示す。同図に示すように、積層体10の一方向両端部を重ねて折り曲げて巻き包むことにより筒状体を接合する。積層体10のうち、包装容器用部材60の外側が上塗り塗膜50、内側が金属基材20となる。なお、カシメにより接合する場合には、非塗工領域21(図1参照)を設けずに、金属基材20の全面に下塗り塗膜30、インキ層40、上塗り塗膜50が設けられた積層体を用いてもよい。また、カシメの場合にはつなぎ目を覆うための保護用塗膜を設けなくてもよい。
筒状体の包装容器用部材60は、缶胴部として機能する。3ピース缶を製造する場合には、缶胴部となる筒状体の下方の開口部を塞ぐ底面部材を溶接等で接合した包装容器用部材(不図示)を用いることができる。缶詰の包装容器用部材やスプレー缶の包装容器用部材として好適に利用できる。
<変形例>
本実施形態の別の包装容器用部材の例として、シート状の本積層体から形成され、周壁部および底面部により凹となる一体成形物により形成された包装容器用部材が例示できる。この一体成形物の外面に、本塗料により形成された上塗り塗膜が形成されている。食品等を収容する2ピース缶の包装容器用部材として好適に利用できる。本積層体は、加工後の密着性に優れる上塗り塗膜を用いているので、このような一体成形物を有する包装容器用部材としても好適に利用できる。
上記実施形態においては、積層体を用いて金属缶を形成する例を挙げたが、金属缶を形成した後、成形後の金属缶に対してスプレーやロール等で塗工して上塗り塗膜等を形成する用途に本塗料を用いることもできる。
[[包装容器]]
本実施形態の包装容器は、本包装容器用部材を有する容器本体と、この容器本体の開口部を覆って、容器本体に取り付けられる蓋用部材とを備える。容器本体は、前述したように、缶胴部となる筒状体の下方の開口部を塞ぐ底面部材を溶接等で接合した包装容器用部材、或いは変形例で記載した、筒状の周壁部と底面部が一体成形物により形成された包装容器用部材が例示できる。容器本体の開口部とは、容器本体に収容される内容物を取り出すための取り出し口をいう。蓋用部材は、プルタブ缶のように容器本体に取り付けられたものであっても、図7で説明した1パーツからなる凹部状の開閉自在な蓋であってもよい。
本発明を更に具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。なお、実施例における「部」および「%」は、「質量部」および「質量%」をそれぞれ表す。
[実施例1]
表1に示す成分を配合して、実施例1に係る光硬化性上塗り塗料N1を得た。表1中において、各成分の配合量は質量部である。
具体的には、カチオン重合性化合物(A)として、2官能の脂環式エポキシ化合物である「セロキサイド2021P(ダイセル社製)」:60.67部、および2官能のグリシジルエーテルである「RD-111(Aditya社製)」:20部を用いた。ポリエーテルポリオール(B)として、水酸基を2個有し、数平均分子量が約400のポリエーテルポリオールである「Excenol420(AGC社製)」:5.5部を、不揮発分60質量%の「AT-6992(Aceto社製)」:8部(カチオン性光重合開始剤(C):4.8部を含む)を用いた。ラジカル重合性モノマー(D)として、3官能のラジカル重合性モノマーである「Miramer M3130(Miwon社製)」:5.5部、ラジカル性光重合開始剤(E)として不揮発分100質量%の「Omnirad1173(IGM社製)」0.3部、レベリング剤(F)として不揮発分100質量%の「BYK377(BYK社製)」:0.03部を用いた。光硬化性上塗り塗料N1の表面張力は、26.8mN/mであった。得られた光硬化性上塗り塗料N1に対し、後述の試験片I、II、IIIの積層体をそれぞれ作製し、種々の評価を行った。
<光硬化性上塗り塗料の表面張力>
光硬化性上塗り塗料の表面張力は、協和界面科学社製の表面張力計(CBVP-Z)を用いて、25℃の環境下でプレート法により測定した。
[実施例2~30]、[比較例1~11]
表1~4に示す処方に従って、実施例1と同様にして、光硬化性上塗り塗料N2~N30、N101~N110を得、それぞれの光硬化性上塗り塗料に対し、試験片I、II、IIIの積層体をそれぞれ作製し、種々の評価を行った。
なお、表1~4中の各成分は以下の通りである。
(カチオン重合性化合物(A)等)
・AI:セロキサイド2021P、ダイセル社製、2官能の脂環式エポキシ化合物。
・AII:RD-111、Aditya製、2官能のグリシジルエーテル。
・AIII:エポゴーセーBD(D)、四日市合成社製、2官能のグリシジルエーテル。
・AIV:アロンオキセタンOXT-101、東亞合成社製、単官能のオキセタン。
(ポリエーテルポリオール(B)等)
・BI:Excenol420:AGC社製、水酸基を2個有し、数平均分子量が約400のポリエーテルポリオール。
・BII:Excenol1030、AGC社製、水酸基を3個有し、数平均分子量が約1000のポリエーテルポリオール。
・BIII:サンニックスGP-400、三洋化成社製、水酸基を3個有し、数平均分子量が約400のポリエーテルポリオール。
・BIV:Excenol2020、AGC社製、水酸基を2個有し、数平均分子量が約2000のポリエーテルポリオール。
・BV:Excenol3020、AGC社製、水酸基を2個有し、数平均分子量が約3000のポリエーテルポリオール。
(カチオン性光重合開始剤(C))
・CI:AT-6992、Aceto社製、Triarylsulfonium Hexafluorophosphate Salts、(有効成分60%)。
・CII:AT-6976、Aceto社製、Triarylsulfonium Hexafluoroantimonate Salts、(有効成分60%)。
(ラジカル重合性モノマー(D)等)
・DI:Miramer M3130、Miwon社製、3官能アクリレート(TMP・EO・TA)。
・DII:Visocat#295、大阪有機社製、3官能アクリレート(TMPTA)。
・DIII:Aronix315、東亞合成社製、3官能アクリレート(THEIC-TA)。
・DIV:KAYARAD DPHA:日本化薬社製、6官能アクリレート。
(ラジカル性光重合開始剤(E))
・EI:Omnirad1173(有効成分100%)、IGM社製
・EII:Omnirad184(有効成分100%)、IGM社製
(ポリジメチルシロキサン系レベリング剤(F)
・FI:BYK377(有効成分100%)、BYK社製
・FII:BYK-UV3500(有効成分100%)、BYK社製
・FIII:BYK333(有効成分100%)、BYK社製
Figure 2022176824000002
Figure 2022176824000003
Figure 2022176824000004
Figure 2022176824000005
[試験片I(金属基材/下塗り塗膜1/上塗り塗膜からなる積層体)の作製]
0.24mmの厚みのブリキ板に、下塗り剤1(「S48-1281」(ポリエステル樹脂とアミノ樹脂とを含む)、トーヨーケム社製)を塗工し、180℃で10分加熱し、塗膜量20mg/dm2の下塗り塗膜1を得た。
次いで、下塗り塗膜1上に、実施例1~30および比較例1~10で得た光硬化性上塗り塗料N1~N30、N101~N110をそれぞれ塗装し、下記条件にて紫外線を照射し、70mg/dm2の上塗り塗膜を得た。
照射条件:ジャテック社製UV照射装置、出力160Wの高圧水銀ランプ、搬送速度25m/分、UVA帯の積算光量100mJ/cm2
比較例10に係る光硬化性上塗り塗料N110は、前記条件では硬化膜が得られなかった。そこで、条件を変更した積層体を作製し、この積層体を比較例11とした。具体的には、塗装までの工程は比較例10と同様の工程および光硬化性上塗り塗料N110を用い、紫外線照射条件のみを変更した。紫外線照射条件は、搬送速度を5m/分に変更し、積算光量を500mJ/cm2とした。
試験片Iの各積層体に対し、後述する方法に従って、表面自由エネルギー、初期硬化性、密着性および加工後の密着性を評価した。
[試験片II(金属基材/下塗り塗膜1/インキ層1/上塗り塗膜からなる積層体)の作製]
試験片Iと同様の方法により、0.24mm厚のブリキ板に下塗り塗膜1を形成した。次いで、下塗り塗膜1上に、UV硬化型のインキ1(「MDK UV Black M-1」、東洋インキ社製)を印刷し、出力160Wの高圧水銀ランプを用いて、搬送速度25m/分で、積算光量100mJ/cm2のUVA帯の紫外線を照射することにより、20mg/dm2のインキ層1を得た。
次いで、前記インキ層1上に、試験片Iの場合と同様の方法により、実施例1~30および比較例1~10の光硬化性上塗り塗料を用いて70mg/dm2の上塗り塗膜を形成した。各上塗り塗膜の表面自由エネルギーを表5に示す。また、試験片Iの場合と同様に後述する方法に従って、初期硬化性、密着性および加工後の密着性を評価した。
<<上塗り塗膜の表面自由エネルギー>>
各実施例および比較例の試験片Iの上塗り塗膜の表面自由エネルギーを、協和界面科学社製の接触角計(Drop Master)により求めた。具体的には、25℃の環境下における上塗り塗膜表面に対する水、ジヨードメタン、n-ヘキサデカンそれぞれの接触角を測定し、北崎-畑理論「北崎,畑,日本接着学会誌,Vol.8,No.3,(1972)等」を用いて表面自由エネルギーを算出した。
<<試験片I,IIの上塗り塗膜の初期硬化性>>
各試験片I、IIの作製直後、即ち、紫外線を照射した直後の各試験片の上塗り塗膜の表面を指で触り、タックが消失するまでに要する時間で求めた。なお、タックとは、べたつき具合のことをいう。評価基準は以下の通りとした。工業的生産性の点から、基準4.0以上が求められる。
5.0:タック消失時間が3秒未満。
4.5:タック消失時間が3秒以上7秒未満。
4.0:タック消失時間が7秒以上10秒未満。
3.5:タック消失時間が10秒以上15秒未満。
3.0:タック消失時間が15秒以上20秒未満。
2.5:タック消失時間が20秒以上25秒未満。
2.0:タック消失時間が25秒以上30秒未満。
1.5:タック消失時間が30秒以上60秒未満。
1.0:60秒以上経っても塗膜表面のタックが消失しない。
<<試験片I,IIの上塗り塗膜の密着性>>
各試験片I、IIのサンプルを作製後3分以上経過(紫外線照射後3分以上経過)した各試験片の上塗り塗膜表面に、2mm間隔で碁盤目状に切れ込みを入れ、25個のマス目を形成した。このマス目全体にセロハンテープを貼り付けた後、セロハンテープを剥がす1回目の剥離試験を行った。続いて、このサンプルの同じ箇所に、新しいセロハンテープを貼り付け、2回目の剥離試験を行った。2回の剥離試験を行った後、剥離した面積(%)の合計を求め、以下の基準により評価した。実用的には、基準4.0以上が求められる。セロハンテープは、ニチバン社製のLP-18を用いた。
5.0:0%(剥離無)。
4.5:剥離面積が10%未満。
4.0:剥離面積が10%以上20%未満。
3.5:剥離面積が20%以上30%未満。
3.0:剥離面積が30以上40%未満。
2.5:剥離面積が40%以上50%未満。
2.0:剥離面積が50%以上60%未満。
1.5:剥離面積が60%以上70%未満。
1.0:剥離面積が70%以上。
<<試験片I,IIの上塗り塗膜の加工後の密着性>>
各試験片I、IIの上塗り塗膜面が凸加工されるよう、ブリキ板の裏面に撃芯を落下させて加工処理を行い、試験サンプルを得た。具体的には、Dupont衝撃試験機を用いて、撃芯突端の半径が1/2インチ、落下高さが50cm、落下重りの質量が300gの条件で加工処理を行った。その後、この試験サンプルの加工部の上塗り塗膜面に、セロハンテープを貼って剥がす剥離試験を2回行った。なお、セロハンテープを貼って剥がす箇所は同一箇所とした。2回行った後、剥離した面積(%)の合計を求め、以下の基準により評価した。実用的には、基準4.0以上が求められる。
5.0:0%(剥離無)。
4.5:剥離面積が10%未満。
4.0:剥離面積が10%以上20%未満。
3.5:剥離面積が20%以上30%未満。
3.0:剥離面積が30以上40%未満。
2.5:剥離面積が40%以上50%未満。
2.0:剥離面積が50%以上60%未満。
1.5:剥離面積が60%以上70%未満。
1.0:剥離面積が70%以上。
[試験片III(金属基材/下塗り塗膜1/インキ層1/上塗り塗膜からなる積層体に保護塗膜1が形成された試験片)の作製]
金属基材/下塗り塗膜1/インキ層1/上塗り塗膜からなる積層体を、試験片IIと同様の手順で作製した。次いで、この積層体の上塗り塗膜上に、バーコーター#14を用いて、保護塗料「HX75-10R」(トーヨーケム社製)を塗装し、1分後の塗膜状態を観察した。塗装した面積に対し、保護塗料の被覆率を算出し、以下の基準で評価した。実用的には、基準4.0以上が求められる。
5.0:保護塗料が弾かれず、塗装した面積が100%塗料で被覆されている。
4.5:保護塗料の被覆率が90%以上、100%未満。
4.0:保護塗料の被覆率が80%以上、90%未満。
3.5:保護塗料の被覆率が70%以上、80%未満。
3.0:保護塗料の被覆率が60%以上、70%未満。
2.5:保護塗料の被覆率が50%以上、60%未満。
2.0:保護塗料の被覆率が40%以上、50%未満。
1.5:保護塗料の被覆率が30%以上、40%未満。
1.0:保護塗料の被覆率が30%未満。
各実施例および比較例の評価結果を表5,6に示す。
Figure 2022176824000006
Figure 2022176824000007
[実施例31~33]
実施例3、12、16で得た光硬化性上塗り塗料N3、12、16を用い、下記試験片IV、V、VIを作製した。そして、試験片I、II、IIIの場合と同様にして、上塗り塗膜の種々の物性を評価した。
[試験片IV(金属基材/下塗り塗膜2/上塗り塗膜からなる積層体)の作製]
下塗り剤1の代わりに、下塗り剤2(「ZE-1500」(ポリエステル樹脂とアミノ樹脂とを含む白色塗料)、Toyo Printing Inks社製)を用いた点、加熱乾燥時間を170℃で12分加熱する条件に変更した点、および下塗り塗料の塗膜量を150mg/dm2とした点以外は、試験片Iと同様の方法により試験片IV(金属基材/下塗り塗膜2/上塗り塗膜からなる積層体)を得た。
[試験片V(金属基材/下塗り塗膜2/インキ層1/上塗り塗膜からなる積層体)の作製]
試験片IVと同様の方法により、0.24mm厚のブリキ板に下塗り塗膜2を形成した。次いで、下塗り塗膜2上に、UV硬化型のインキ1を、試験片IIと同様の条件で印刷して20mg/dm2のインキ層1を得た。そして、このインキ層1上に、各実施例および比較例の光硬化性上塗り塗料をそれぞれ塗装し、試験片Iと同様の条件で紫外線を照射して硬化することにより上塗り塗膜を有する試験片IV(積層体)を得た。得られた試験片IVを試験片IIと同様の方法により評価した。
[試験片VI(金属基材/下塗り塗膜1/インキ層2/上塗り塗膜からなる積層体)の作製]
UV硬化型のインキ層1の代わりに、熱硬化型のインキ2(「CPA-97墨」マツイカガク社製)を用いてインキ層2を形成した点、インキ層2の硬化を紫外線照射の代わりに加熱(160℃で10分加熱)により行った点以外は、試験片IIと同様の方法により、20mg/dm2のインキ層2を有する試験片VI(積層体)を作製した。
実施例3,12,16の光硬化性上塗り塗料N3、N12、N16により形成した実施例17~19に係る各試験片IV~VIについて、初期硬化性、密着性および加工密着性を評価した結果を表7に示す。
Figure 2022176824000008
ラジカル重合性モノマーの含有量が多い比較例1においては、硬化性が劣ることが確認される。また、ポリエーテルポリオール(B)を含まない比較例9においては、加工密着性に課題があることがわかる。同様に、カチオン性光重合開始剤(C)が少ない比較例10,11においては、硬化性と加工密着性に課題があることが確認される。一方、本実施例に係る光硬化性上塗り塗料によれば、低露光量で照射した場合であっても、硬化性に優れ、下層に配された層(下塗り塗膜、インキ層等)との密着性に優れ、且つ加工密着性にも優れていることがわかる。
本発明の光硬化性上塗り塗料は、種々の材料からなる下層(下塗り塗膜、インキ層等)に対して優れた密着性を有するので、被塗装面に上塗り塗膜を形成したい広範囲の用途に適用できる。例えば、金属基材に印刷が施されたお菓子やお茶を収容する美術缶、ビール缶、コーヒー飲料缶、果実飲料缶などの飲料缶、魚、肉、煮物などの食缶、スプレー缶等の上塗り塗膜形成のための光硬化性上塗り塗料として好適である。
10:積層体、
20:金属基材、21:非塗工領域、22:外面側、23:内面側、
30:下塗り塗膜、31:第一の下塗り塗膜、32:第二の下塗り塗膜、
40:インキ層、41:第一インキ層、42:第二インキ層、
50:上塗り塗膜、
60:包装容器用部材、61:つなぎ目、62:保護用塗膜、
70:包装容器、71:本体、72:缶胴部、73:底面部材、74:つなぎ目、75:蓋。

Claims (14)

  1. エポキシ基を有するカチオン重合性化合物(A)と、
    一分子中に2個または3個の水酸基を有し、数平均分子量が2000以下のポリエーテルポリオール(B)と、
    カチオン性光重合開始剤(C)と、
    3官能のラジカル重合性モノマー(D)と、
    ラジカル性光重合開始剤(E)と、
    ポリジメチルシロキサン系レベリング剤(F)とを含み
    カチオン重合性化合物(A)、ポリエーテルポリオール(B)およびラジカル重合性モノマー(D)の合計100質量%に対して、ラジカル重合性モノマー(D)の含有率が5~35質量%であり、
    カチオン重合性化合物(A)およびポリエーテルポリオール(B)の合計100質量部に対して、カチオン性光重合開始剤(C)の含有量が3~15質量部であり、
    ラジカル重合性モノマー(D)100質量部に対して、ラジカル性光重合開始剤(E)の含有量が1~10質量部である光硬化性上塗り塗料。
  2. 表面張力が29mN/m以下である、請求項1記載の光硬化性上塗り塗料。
  3. 金属基材、下塗り塗膜、インキ層、および上塗り塗膜をこの順に備える積層体であって、前記上塗り塗膜が請求項1または2記載の光硬化性上塗り塗料の硬化物である、積層体。
  4. 前記上塗り塗膜の表面自由エネルギーが25mJ/m以上である、請求項3記載の積層体。
  5. 請求項3または4記載の積層体を筒状体とし、当該筒状体の外面側を前記上塗り塗膜とし、且つ当該筒状体につなぎ目を有する包装容器用部材。
  6. 前記筒状体の外面側の前記つなぎ目上に、保護用塗膜が被覆されている請求項5記載の包装容器用部材。
  7. 更に、前記筒状体の下方の開口部を塞ぐ底面部材を有する請求項5または6に記載の包装容器用部材。
  8. 請求項3または4記載の積層体から形成され、周壁部および底面部によって内面側が凹となる一体成形物であって、
    前記一体成形物の外面が、前記上塗り塗膜である包装容器用部材。
  9. 請求項7または8記載の包装容器用部材を有する容器本体と、前記容器本体の開口部を覆って前記容器本体に取り付けられる蓋用部材とを備える、包装容器。
  10. 金属基材上に下塗り塗膜を形成し、
    前記下塗り塗膜上にインキ層を形成し、
    前記インキ層上に請求項1または2記載の光硬化性上塗り塗料を塗工して硬化させて、上塗り塗膜を形成する、積層体の製造方法。
  11. 前記光硬化性上塗り塗料の前記硬化させる工程は、320nm以上、390nm以下の波長域の光の積算光量が200mJ/cm以下となるように照射することにより行う、請求項10記載の積層体の製造方法。
  12. 金属基材上に下塗り塗膜を形成し、
    前記下塗り塗膜上にインキ層を形成し、
    前記インキ層上に請求項1または2記載の光硬化性上塗り塗料を塗工して硬化させて、上塗り塗膜を形成して積層体を得、
    前記積層体を用いて、外面側が前記上塗り塗膜であり、周壁部につなぎ目を含む筒状体を形成し、
    前記筒状体の外面側の前記つなぎ目を、保護用塗膜で被覆する工程を有する包装容器用部材の製造方法。
  13. 金属基材上に下塗り塗膜を形成し、
    前記下塗り塗膜上にインキ層を形成し、
    前記インキ層上に請求項1または2記載の光硬化性上塗り塗料を塗工して硬化させて、上塗り塗膜を形成して積層体を得、
    前記積層体を用いて、周壁部および底面部によって内面側が凹となり、外面が前記上塗り塗膜となる一体成形物を形成する工程を有する包装容器用部材の製造方法。
  14. 前記光硬化性上塗り塗料の前記硬化させる工程は、320nm以上、390nm以下の波長域の光の積算光量が200mJ/cm以下となるように照射することにより行う、請求項12または13記載の包装容器用部材の製造方法。
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