JP2023137967A - 水性樹脂組成物及び塗装品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の水性樹脂組成物は、エチレン性不飽和単量体を構成単位として含む樹脂粒子を含む樹脂エマルションと、ワックス粒子を含むワックスエマルションと、を含む。樹脂粒子の平均粒子径は25~1000nmである。ワックス粒子の平均粒子径は380~5000nmである。
樹脂粒子(A)は、エチレン性不飽和単量体、好ましくは(メタ)アクリル酸エステルに由来する構造単位を有する。なお、本明細書中において、「(メタ)アクリル」の文言には、「アクリル」及び「メタクリル」の両方の文言が含まれることを意味する。
樹脂エマルション(A)は、エチレン性不飽和単量体を構成単位として含む。エチレン性不飽和単量体は、アクリル系単量体、アミド系単量体、スチレン系単量体、及びその他のエチレン性不飽和単量体を含む。
樹脂粒子(A)のD90/D10は、1.01~5.00、好ましくは1.01~4.00、より好ましくは1.01~3.00の範囲である。樹脂粒子(A)のD90/D10が上記の範囲内である場合、ワックス粒子(B)が樹脂粒子層上で規則的に配列されるため艶消し性が向上する。
樹脂粒子(A)のガラス転移温度(Tg)は、-50~100℃、好ましくは-30~90℃、より好ましくは-10~80℃である。ガラス転移温度(Tg)とは、物質がゴム状態からガラス状態になる境界温度のことをいう。
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+・・・Wn/Tgn (式1)
メチルメタクリレート(MMA):105℃
ブチルアクリレート(BA):-52℃
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA):-70℃
アクリル酸(AAc):105℃
スチレン(ST):100℃
樹脂粒子(A)は、コア部とシェル部とを有する形態であっても良い。樹脂粒子(A)がコア・シェル構造を有する場合、樹脂粒子層の成膜性、耐溶剤性、耐水性、及び機械的安定性がより向上する。水性樹脂組成物は、コア・シェル構造の樹脂粒子(A)を含む樹脂エマルションと、ワックス粒子(B)を含むワックスエマルションとを含有することにより、艶消し性を向上させることができる。
ワックス粒子(B)に用いるワックスは、蜜蝋、カルナバワックス、キャンデリアワックス、モンタンワックス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の天然ワックス、及び、アマイドワックス、変性モンタンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の合成ワックスを含む。ワックスは、着色性及び融点の観点から、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、及びポリエチレンワックスが用いられ得る。なお、ワックスは、上記のうち1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられてよい。
ワックス粒子(B)の融点は、40~150℃、好ましくは50~120℃、より好ましくは60~100℃である。融点が40℃未満である場合、室温でワックスが液状となることから、塗装品の表面がべた付いた感触となる。塗装品とは、水性樹脂組成物が塗布された基材のことをいう。一方で、融点が150℃より高い場合、水性樹脂組成物の乾燥工程でワックスが溶融しづらくなり、樹脂粒子層上に複数の凹部が形成されなくなるため艶消し性が低下する。
樹脂粒子(A)は、溶液重合、塊状重合、乳化重合及び懸濁重合等により合成される。樹脂粒子(A)の粒子径の調整の容易性及び生産性の観点から、水性媒体中で乳化重合を行う方法が用いられるとよい。乳化重合の方法は、水性媒体、単量体成分、及び重合開始剤等を一括で混合して乳化重合する方法を含む。また、乳化重合の方法は、水性媒体及び単量体成分等を含有するプレエマルションを用いて乳化重合する方法を含む。
水性媒体は、水、脱イオン水、又は、水及び水溶性有機溶媒(アルコール、ケトン、エーテル、ジメチルスルホキシド、及びジメチルホルムアミド等)からなる混合物の少なくともいずれかを含む。
水性樹脂組成物は、艶消し性等に対する要求性能に応じて、以下の種々の添加剤を更に含有してもよい。添加剤は、例えば、乳化剤、凝集助剤、凍結防止剤、硬化剤、緩衝剤、中和剤、増粘剤、保湿剤、湿潤剤、可塑剤、消泡剤、UV吸収剤、蛍光増白剤、光又は熱安定剤、殺生物剤、キレート剤、分散剤、着色剤、撥水剤、有機又は無機顔料、増量剤、及び酸化防止剤等のコーティング補助剤を含む。
塗装品は、基材と、基材上に配置されたエチレン性不飽和単量体を構成単位として含む樹脂粒子の層と、を備える。以下、基材と、樹脂粒子の層について説明する。
基材は、本発明に係る水性樹脂組成物が塗布される基材である。基材は、有機材料及び無機材料のいずれでもよい。有機材料は、プラスチック、樹脂、繊維、ゴム、木材、壁紙等を含む。無機材料は、ガラス、セラミックス、シリカ、金属等を含む。
樹脂粒子の層は、本発明に係る水性樹脂組成物を硬化乾燥させた塗膜のことである。水性樹脂組成物の態様は、硬化乾燥前に液体状であり、硬化乾燥後に固体状である。基材の少なくとも一方の表面に塗布する水性樹脂組成物の塗工量は、乾燥後の樹脂粒子の層の厚さに応じた量であってよい。樹脂粒子の層の厚さは、0.1~300μm、好ましくは0.5~200μm、より好ましくは1~100μmである。
以下、水性樹脂組成物に用いる樹脂エマルションの製造例について説明する。
撹拌機、温度計、還流冷却器、及び滴下ロートを取り付けた四ツ口セパラブルフラスコに、脱イオン水265.2質量部、アニオン乳化剤としてポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸ナトリウム(商品名:Newcol707SF、日本乳化剤(株)製、不揮発分30質量%)0.4質量部(有効成分:0.12質量部)を加えて、混合物を撹拌しながら四ツ口セパラブルフラスコの内部温度を80℃まで昇温させた。
樹脂粒子(A)を合成する際の重合温度、重合時間、重合開始剤、及び乳化剤等の重合条件は、公知の乳化重合の方法と同様であってよい。
重合開始剤は、例えば、過硫酸塩、有機過酸化物、過酸化水素等の過酸化物、及びアゾ化合物等を含む。重合開始剤は、上記のうち1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられてよい。また、過酸化物と併用したレドックス重合開始剤及び重合促進剤として1種又は2種以上の還元剤を用いることもできる。
重合調整剤は、樹脂の分子量を調整するために用いられ、公知の連鎖移動剤である。連鎖移動剤は、例えば、ヘキシルメルカプタン、ラウリルメルカプタン、オクチルメルカプタン、及びn-,又はt-ドデシルメルカプタン等のアルキルメルカプタン類等を含む。
表1は、製造例2~14のそれぞれで得られる樹脂エマルションA2~A14のモノマーの配合比率を示す。製造例2~14では、表1のモノマーの配合比率に基づいて、製造例1と同様の工程を行った。Haze(ヘイズ(%))は、JIS7361-1に準拠したヘイズメーター(日本電色工業社製、商品名:NDH5000)により測定された。なお、ST~AACの略語及び各単量体のTgを表1の下部に示す。
メチルメタクリレート(MMA):105℃
ブチルアクリレート(BA):-52℃
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA):-70℃
アクリル酸(AAc):105℃
スチレン(ST):100℃
以下、水性樹脂組成物に用いるワックスエマルションの詳細について説明する。なお、表2に記載の各種ワックスは既にエマルションの状態であるため、製造方法の説明を省略する。表2の3種類のワックス(品名:サイビノール PN-3500、AQUACER 539、ケミパール W800)は、本発明で規定されるワックス粒子(B)の平均粒子径380~5000nmの範囲外の平均粒子径を有する。上記3種類のワックスは、実施例との比較を行うために、比較例1(PN-3500)、比較例2(AQUACER 539)、及び比較例7(ケミパール W800)に用いられた。
(実施例1)
表3に記載の原料配合量に基づいて、製造例1にて作製した樹脂エマルション(A-1)250質量部(有効成分:100質量部)、ワックス粒子(B)を含有したワックスエマルション(三井化学社製、商品名:ケミパールW900)125質量部(有効成分:50質量部)、増粘剤(ADEKA製、商品名:アデカノールUH-540)4.3質量部(有効成分:1.3質量部)、増粘剤(中部サイデン(株)製、商品名:バンスターS100)2.9質量部(有効成分:0.8質量部)、中和剤(25%アンモニア水)0.8質量部(有効成分:0.2質量部)、湿潤剤(サンノプコ(株)製、商品名:SNウェット125)0.5質量部、及び消泡剤(サンノプコ(株)製、商品名:ノプタム8034-LF)0.1質量部を混合して混合物を得た。混合物から固形分20wt%になるよう調整して、水性樹脂組成物(C-1)を得た。
アデカノールUH-540:ウレタン会合型増粘剤、有効成分30%
バンスターS100:アルカリ溶解型増粘剤、有効成分28%
SNウェット125:シリコーン系湿潤剤、有効成分100%
ノプタム8034-LF:シリコーン系消泡剤、有効成分100%
表3は、実施例1~9のそれぞれで得られた水性樹脂組成物の原料配合量を示す。実施例2~9は、表3の原料配合量に基づいて、実施例1と同様の工程を行うことにより、水性樹脂組成物C-1~C-9を得た。なお、A-1~A-14は、製造例1~14のそれぞれで得られた樹脂エマルションを示す。また、表中の数値は投入量(質量部)を表し、カッコ内は有効成分量を表す。
表4は、比較例1~9のそれぞれで得られた水性樹脂組成物の原料配合量を示す。比較例1~9は、表4の原料配合量に基づいて、実施例1と同様の工程を行うことにより、水性樹脂組成物C-10~C-18を得た。ここで、比較例8及び比較例9は、ワックス粒子(B)を含有したワックスエマルションを含まず、ワックスエマルションの代替として艶消し剤(富士シリシア化学(株)製、商品名:サイリシア530、成分:粉末シリカ、平均粒子径2.7μm)を含む。なお、A1~A14は製造例1~14のそれぞれで得られた樹脂エマルションを示す。また、表中の数値は投入量(質量部)を表し、カッコ内は有効成分量を表す。
以下の試験例1~試験例4を行い、水性樹脂組成物の性能評価を行った。
黒色のアクリル板(縦120mm×横100mm×厚さ2mm)の表面に、実施例1~9及び比較例1~9でそれぞれ得られた水性樹脂組成物を、バーコーター#10(4.6μm/dry)で塗布した。その後、アクリル板を100℃の雰囲気下で60秒乾燥することで試験片を作製した。
艶有:60度鏡面光沢度で90~100%程度
半艶消し:60度鏡面光沢度で30~70%程度
艶消し:60度鏡面光沢度で30%程度以下
蓋つきのガラスビンに水性樹脂組成物を充填し、50℃の雰囲気下で1週間放置した。1週間経過後、ガラスビンを室温まで放冷して、水性樹脂組成物の沈降(分離度)の有無を下記の4段階の評価基準に基づいて評価した。
◎:分離、沈降なし。
○:やや分離、沈降するが、軽く混ぜるだけで元に戻る。
△:2層に分離、沈降するが、かき混ぜると元に戻る。
×:2層に分離、沈降し、かき混ぜても元に戻らない。
厚さ75μmのPETフィルムの表面に、各実施例等で得られた水性樹脂組成物を、バーコーター#10(4.6μm/dry)で塗布した。PETフィルムを100℃の雰囲気下で60秒乾燥した後、23℃×50%RHの恒温恒湿室で1時間放冷した。その後、PETフィルムを縦250mm×横20mmのサイズに加工して試験片を得た。
◎:試験前後の艶の変化率が5%未満、かつ、目立った傷つき、剥がれがない。
○:試験前後の艶の変化率が5%以上10%未満、かつ、目立った傷つき、剥がれがない。
△:試験前後の艶の変化率が10%以上、または、傷つき、剥がれがある。
×:試験前後の艶の変化率が10%以上、かつ、傷つき、剥がれがある。
黒色のアクリル板(縦120mm×横100mm×厚さ2mm)の表面に、各種実施例等で得られた水性樹脂組成物を、バーコーター#10(4.6μm/dry)で塗布した。黒色のアクリル板を100℃の雰囲気下で60秒乾燥して試験片を得た。
◎:試験前と比べて、大きな変化が見られない。
○:試験前と比べて、やや艶引けがある。
△:試験前と比べて、やや変色、割れ、剥がれ、艶引けがある。
×:試験前と比べて、著しい変色、割れ、剥がれ、艶引けがある。
Claims (12)
- エチレン性不飽和単量体を構成単位として含む樹脂粒子を含む樹脂エマルションと、ワックス粒子を含むワックスエマルションと、を含み、
前記樹脂粒子の平均粒子径は、25~1000nmであり、
前記ワックス粒子の平均粒子径は、380~5000nmである、
ことを特徴とする水性樹脂組成物。 - 前記樹脂粒子100質量部に対して、前記ワックス粒子5~200質量部を含有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の水性樹脂組成物。 - 前記樹脂粒子の粒子径分布(D90/D10)は、1.01~5.00である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の水性樹脂組成物。 - 前記樹脂粒子のガラス転移温度は、-50~100℃である、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の水性樹脂組成物。 - 前記ワックス粒子の融点は、40~150℃である、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の水性樹脂組成物。 - 前記エチレン性不飽和単量体は、アクリル系単量体、スチレン系単量体、及びアミド系単量体の少なくともいずれかを含む、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の水性樹脂組成物。 - 前記ワックス粒子は、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、及びポリエチレンワックスの少なくともいずれかを含む、
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の水性樹脂組成物。 - 基材上に請求項1から7のいずれか一項に記載の水性樹脂組成物を塗布することを含む、
ことを特徴とする塗装品の製造方法。 - 前記水性樹脂組成物が塗布された前記基材を、前記ワックス粒子の融点以上の温度で加熱することを含む、
ことを特徴とする請求項8に記載の塗装品の製造方法。 - 請求項8又は9に記載の製造方法によって製造された、
ことを特徴とする塗装品。 - 基材と、
前記基材上に配置されたエチレン性不飽和単量体を構成単位として含む樹脂粒子の層と、を備え、
前記樹脂粒子の平均粒子径は、25~1000nmであり、
前記樹脂粒子の層は、複数の凹部を有し、
前記複数の凹部の上面の直径は、380~5000nmである、
ことを特徴とする塗装品。 - 前記樹脂粒子の層の表面において60度鏡面光沢度が10%以下である、
ことを特徴とする請求項11に記載の塗装品。
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