JP2805389B2 - 熱硬化性塗料組成物およびそれを用いた複合塗膜形成方法 - Google Patents

熱硬化性塗料組成物およびそれを用いた複合塗膜形成方法

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【発明の詳細な説明】 本発明の背景 本発明は、熱潜在性カチオン重合開始剤によるカチオ
ン重合反応を利用した熱硬化性塗料組成物と、それを用
いた複合塗膜形成方法に関する。
これまで熱硬化性塗料としては、メラミン樹脂やポリ
イソシアネートを架橋剤とする系が多く使用されて来
た。前者は耐酸性に乏しい欠点があり、後者はポリイソ
シアネートの毒性および二液で使用しなければならない
などの欠点がある。他の酸/エポキシ基および酸無水物
/水酸基付加反応、シラン架橋反応、活性エステルによ
るエステル交換反応、マイケル付加反応、エポキシ基の
カチオン重合反応などを利用した熱硬化性塗料が知られ
ているが、いずれも硬化性および塗膜の耐久性と、塗料
の貯蔵安定性の両立は困難であった。
本発明の開示 そこで本発明は、熱潜在性カチオン重合開始剤の使用
により塗料の硬化性と貯蔵安定性の両立を可能とし、さ
らに樹脂成分の選択により耐酸性と耐久性、特に耐すり
傷性にすぐれた熱硬化性塗料を提供する。さらに多官能
エポキシ化合物を反応性希釈剤として使用することによ
り、ハイソリッド化を可能にする。
本発明は、 (A)(a)エポキシ価70〜250、ヒドロキシル価150以
下、酸価20以下、数平均分子量1000〜20000の同一分子
内にエポキシ基と水酸基を併せ有する樹脂、または
(b)分子内に複数のエポキシ基を有する樹脂と分子内
に複数の水酸基を有する樹脂との混合物であって混合物
のエポキシ当量、ヒドロキシル価、酸価および分子量が
前記範囲内である樹脂混合物、 (B)分子内に複数個のエポキシ基を含んでいるエポキ
シ化合物、および (C)熱潜在性カチオン重合開始剤を皮膜形成成分とし
て含み、(A)成分/(B)成分の比率は固形分で100/
0〜100/150であり、組成物の(C)成分の量は(A)成
分および(B)成分の固形分の総計の0.05〜5重量%で
あることを特徴とする熱硬化性塗料組成物に関する。
本発明はまた、被塗面に顔料を含む熱硬化性塗料を塗
装し、その上にウエットオンウエットでクリヤー塗料を
重ね塗りし、2層の未硬化塗膜を同時に加熱硬化せしめ
る2コート1ベーク塗装仕上げ方法であって、前記クリ
ヤー塗料が本発明の塗料組成物であることを特徴とする
複合塗膜形成方法に関する。
好ましい実施態様 (A)成分 同一分子内にエポキシ基と水酸基を併せ有する樹脂の
曲型例は、ビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノール
ノボラック型エポキシ樹脂などのよく知られたエポキシ
樹脂である。同一分子内にエポキシ基と水酸基を併せ有
するアクリル樹脂も使用することができる。そのような
アクリル樹脂は、グリシジルメタクリレート、グリシジ
ルアクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル
メタクリレートなどのエポキシ基含有ビニル単量体と、
共重合可能な他の単量体とを常法により共重合すること
によって得られる。他の共重合可能な単量体としては、
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチ
ル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチ
ル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタク
リル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリ
ル酸2−エチルヘキシル、メタクリル等ラウリル等の
(メタ)アクリル酸アルキル;スチレン、α−メチルス
チレン、α−メチルスチレンダイマー、ビニルトルエン
等の芳香族ビニル化合物;アクリルアミド、メタクリル
アミド、アクリロニトリル、酢酸ビニル等がある。エポ
キシ基と水酸基を併有するアクリル樹脂は、共重合単量
体成分の少なくとも一部に、ヒドロキシエチルアクリレ
ート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプ
ロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレー
ト、ε−カプロラクトン変性水酸基含有アクリル単量体
などの水酸基含有アクリル単量体を使用することによっ
て得られる。
同一分子内にエポキシ基と水酸基を併有する樹脂の代
りに、分子内に複数のエポキシ基と分子内に複数の水酸
基を有する樹脂の混合物を用いてもよい。複数のエポキ
シ基を有する樹脂としては、水酸基を有しないエポキシ
樹脂や、共重合単量体として水酸基含有アクリル単量体
を含まない前記アクリル樹脂である。分子内に複数の水
酸基を有する樹脂としては、共重合単量体としてエポキ
シ基含有ビニル単量体の代りに水酸基含有アクリル単量
体を含んでいる前記アクリル樹脂がある。ポリエステル
ポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカプロラク
トンポリオールなども使用することができる。
(A)成分の樹脂または樹脂混合物は、エポキシ価70
〜250、ヒドロキシ価150以下、酸価20以下(いずれも固
形分ベース)、数平均分子量1000〜20000の範囲内でな
ければならない。これらのパラメータは、一方で塗膜の
耐久性とくに耐すり傷性および硬化性と、他方で塗料の
貯蔵安定性とを両立させるための要件であり、さらに塗
膜の十分な耐水性、耐候性およびハイソリッド化のため
の要件でもある。
(B)成分 1分子中に少なくとも2個のオキシラン環を有する化
合物を使用する。そのようなエポキシ化合物としては、
グリシジルエーテル類、例えば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、1,6−ヘキサンジオール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
等、グリシジルエステル類、例えばアジピン酸ジグリシ
ジルエステル、水添フタル酸ジグリシジルエステル、フ
タル酸ジグリシジルエステルおよびトリメリット酸トリ
グリシジルエステル等、および脂環式エポキシ化合類、
例えば3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−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)アジペートおよびビニ
ルシクロヘキセンジオキシド等が挙げられる。更に市販
品、例えばERL−4221(UCC社製)、ERL−4299(UCC社
製)、エポライト1600(共栄社油脂製)およびエポライ
ト4000(共栄社油脂製)等を用いても良い。
(C)成分 本発明の塗料組成物は、熱的に開裂してカルボカチオ
ンを発生するカチオン重合開始剤(熱潜在性カチオン開
始剤)を必須成分として含む。
熱潜在性カチオン開始剤とは、常温では不活性である
が、加熱して臨界温度に達すると開裂してカチオンを発
生し、カチオン重合を開始させる化合物である。
従来カチオン重合開始剤としては、塩化アルミ等のフ
リーデルクラフト触媒、ルイス酸、三フッ化ホウ素ジエ
チルエーテル錯体、オニウム塩(イオウ、セレン、テル
ル)、ジアリルヨードニウム塩などが知られているが、
例えばエポキシ樹脂の硬化剤として使用する場合には二
液性組成物としなければならないことから理解されるよ
うに、常温でも活性であり、一液性とした場合ポットラ
イフの制約を受けるので不便である。これに対し熱潜在
性カチオン開始剤は、常温では不活性であるが、120℃
以上のような高温に達した後始めて重合反応を開始させ
るので一液性とすることができ、最近注目されている。
このような熱潜在性カチオン開始剤の多くは既知であ
る。例えば、遠藤ら、J.Polym.Sci.Polym.Lett.Ed.,23,
359(1985),特開昭58−37003,同58−37004等において
開示されているスルホニウム塩型化合物;Sang−Bong Le
eら、Polym.Prep.Jpn.38,271(1989)、本出願人の特開
平1−96169、同平1−299270等に開示されているベン
ジルピリジニウム塩型化合物などである。さらに本出願
人は特願平1−106738、同平1−142541、同平1−1916
59、同平1−244681においてそれぞれベンジルアンモニ
ウム塩、α−置換ベンジルアンモニウム塩、複素環式ア
ンモニウム塩およびα−置換ベンジルピリジニウム塩に
ついて特許出願している。
本発明においては、これら既知もしくは本出願人の前
記特許出願に記載されている熱潜在性カチオン開始剤の
ほか、これらと同様に熱的に開裂してカチオンを発生す
る他の熱潜在性カチオン開始剤を使用することができ
る。
塗料組成物 本発明の塗料組成物は、皮膜形成成分として(A)成
分/(B)成分を固形分重量比で100/0〜100/150の割合
で含む。(B)成分は反応性希釈剤として使用するので
(A)成分の粘度に応じて所要量を用いればよい。しか
しながらあまり多量使用すると耐候性、耐水性など塗膜
の耐久性が劣化する。
熱潜在性カチオン重合開始剤は、(A)成分および
(B)成分の固形分合計に対し、0.05〜5重量%添加さ
れる。少量すぎると充分に硬化せず、あまり多いと貯蔵
安定性を害したり、塗膜の黄変、耐水性の低下など好ま
しくない現象を発生することがある。
塗料は(B)成分を反応性希釈剤として使用し、無溶
剤とすることもできるが、通常トルエン、キシレン、ソ
ルベッソ100および150、酢酸エチル、酢酸ブチル、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、イソホロン、ブタノール、オクタノール、ジア
セトンアルコール、酢酸カルビトール、酢酸メトキシブ
チルなどの有機溶剤を使って溶液型で使用される。
塗料は、クリヤー塗料として、または顔料を含むエナ
メル塗料として各種被塗物の塗装仕上げに使用すること
ができる。顔料としては、酸化鉄、酸化鉛、ストロンチ
ウムクロメート、カーボンブラック、コールダスト、二
酸化チタン、亜鉛華、タルク、硫酸バリウム、カドミウ
ムイエロー、カドミウムレッド、クロムイエローなどの
無機顔料、フタロシアニンブルー、シンカシャレッド等
の有機顔料、アルミフレーク、パールマイカ等の金属光
沢顔料等通常の着色および体質顔料を使用することがで
きる。顔料は使用する顔料の種類、必要とする輝度、外
観等に応じ、顔料と、顔料を除いた塗料の不揮発分の重
量比が通常0.05〜1:1の範囲、場合により2:1までの高い
比になるような量で使用される。
塗料は通常の塗料用添加剤、例えば表面調整剤、ハジ
キ防止剤、レオロジーコントロール剤、紫外線吸収剤、
光安定化剤等を必要に応じて含むことができる。紫外線
吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系(例えばチバガ
イギー社のチヌビン900,チヌビン1130)、シュウ酸アニ
リド系(例えばサンド社のサンドバー3206,サンドバーV
SU)が好ましい。
本発明の塗料は、自動車用塗料、コイルコーティング
用途料、および汎用塗料など広い分野の用途を有する。
塗装は、希釈溶剤により所定の粘度に調整し、スプレ
ー、静電塗装、刷毛塗り、浸漬、流し塗り、ロール塗装
など常法によって被塗物に塗装される。塗装厚みは用途
により変化するが、通常0.4〜4ミルの範囲である。硬
化は、使用した熱潜在性カチオン重合開始剤の開裂温度
以上の温度で焼付けることによって行われる。通常80℃
〜200℃,好ましくは100℃〜180℃において高い架橋度
の硬化塗膜が得られる。硬化時間は温度にもよるが、10
0℃〜180℃において30分以内が適当である。
本発明の塗料が特に適している用途として、2コート
1ベークで塗装されるカラーベースコートとその上のク
リヤーコートよりなる複合塗膜のクリヤー塗料としての
使用がある。このような複合塗膜は自動車ボディの仕上
げ塗装として、特にメタリック仕上げに広く採用されて
いる。この場合、ベースコートとして顔料、特にアルミ
フレークまたはパールマイカのようなメタリック顔料を
含んだ塗料を塗装し、その上にクリヤー塗料をウエット
オンウエットで塗装し、2層の未硬化塗膜を同時に加熱
硬化して仕上げる。ベースコートとしては、顔料を含ん
だ本発明の塗料組成物を使用してもよいが、クリヤー塗
膜との密着性がよく、層間剥離などの不都合を生じない
限りベースコートとして広く使用されているメラミン樹
脂架橋型アクリル樹脂またはポリエステル樹脂塗料など
硬化メカニズムを異にする塗料を用いてもよい。クリヤ
ー塗料として本発明の塗料組成物を用いると、そのすぐ
れた耐久性、特に耐すり傷性などのすぐれた塗膜性能に
よって耐久性ある複合塗膜が得られる。耐すり傷性は、
(A)成分としてカプロラクトン変性水酸基含有アクリ
ル単量体を含む樹脂の使用により一層向上する。
以下の本発明の実施例によって例証する。実施例中、
「部」および「%」は特記しない限り重量基準による。
製造例1〜11(樹脂ワニスの製造) 撹拌機、温度計、還流冷却機、N2ガス導入管および滴
下ロートを備えた容器に、キシレン50部を仕込み、N2
スを導入しつつ130℃に昇温後、表1に示す単量体およ
び開始剤の混合液を滴下ロートにより3時間を要して等
速滴下した。滴下終了後30分間エージングし、キシレン
5部、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエー
ト0.5部を30分間で滴下し、滴下終了後1時間エージン
グして表1に示す樹脂ワニスA〜Kを得た。
ただし、製造例6においては溶剤をキシレン80部およ
びメチルイソブチルケトン10部とし、重合温度を100℃
とした。
製造例7においては、溶剤をソルベッソ100とし、重
合温度を140℃とし、反応終了後溶剤10部を留去した。
樹脂ワニスA〜Eは実施例に、F〜Jは比較例に、K
は実施例および比較例にそれぞれ使用した。
実施例1〜10および比較例1〜11 樹脂ワニスA〜Kを用いて表2に示す配合クリヤー塗
料を常法により調製し、ソルベッソ100で粘度30秒/#4
Fと20℃とに希釈した。
リン酸亜鉛処理鋼板に、日本ペイント(株)製電着塗料
パワートップU−30、中塗サーフェサーオルガP−2、
上塗塗料オルガS−142ホワイトを塗装した試験板に、
上記クリヤー塗料を塗布し、140℃で20分間焼付けた。
塗料の貯蔵安定性および塗膜性能の評価を以下の方法
で行い、表3に示す結果を得た。
評価方法 (1)貯蔵安定性 希釈塗料を50℃の恒温器に10日間貯蔵後の粘度変化を
測定した。
○:粘度変化10秒以内 △:粘度変化10秒以上 ×:ゲル化 (2)耐溶剤性 キシレンをしませたガーゼで塗面の10cmの長さ10往復
強くこすった後、塗面を観察した。
○:すり傷,艶ぼけなし △:僅かに痕跡あり ×:すり傷,艶ぼけ発生 (3)耐酸性 10%硫酸1滴(0.3ml)を塗面上にスポットし、70℃
で15分間焼付後水洗し、塗面を観察した。
○:塗面に全く痕跡なし △:塗面に僅かな痕跡あり ×:塗面に侵蝕あり (4)耐すり傷性 クレンザー水溶液をしませたネルを色落ち試験機に取
付け、600gの荷重で塗面を10往復こすった後、塗面を観
察した。
◎:全くすり傷なし ○:僅かにすり傷あり △:かなりすり傷がある ×:無数にすり傷がある (5)耐水性 50℃の恒温水槽に試験片を240時間浸漬後、取出した
塗膜の艶引け、ブリスター等の異常のないものを良好と
した。
(6)耐候性 アトラス−UVCON(東洋精機製作所)中で、紫外線照
射4時間/60℃と、水凝縮4時間/50℃のサイクルを2000
時間繰り返した塗膜について、光沢低下、黄変、クラッ
ク、ブリスター等の異常のないものを良好とした。
(7)黄変性 試験塗膜とOS−142ホワイトの色差(Δb値)を測定
した。
○:Δb<0.3 △:0.3≦Δb≦0.6 ×:Δb<0.6
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹岡 和彦 大阪府寝屋川市池田中町19番17号 日本 ペイント株式会社内 (72)発明者 仲野 伸司 大阪府寝屋川市池田中町19番17号 日本 ペイント株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−126777(JP,A) 特開 平3−275780(JP,A) 特開 平2−41377(JP,A) 特開 昭58−217516(JP,A) 特開 昭60−51770(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C09D 163/00 - 163/10 C08G 59/68 B05D 1/36 B05D 7/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)(a)エポキシ価70〜250、ヒドロ
    キシル価150以下、酸価20以下、数平均分子量1000〜200
    00の同一分子内にエポキシ基と水酸基を併せ有する樹
    脂、または(b)分子内に複数のエポキシ基を有する樹
    脂と分子内に複数の水酸基を有する樹脂との混合物であ
    って混合物のエポキシ当量、ヒドロキシル価、酸価およ
    び分子量が前記範囲内である樹脂混合物、 (B)分子内に複数個のエポキシ基を含んでいるエポキ
    シ化合物、および (C)熱潜在性カチオン重合開始剤を皮膜形成成分とし
    て含み、前記(A)成分/(B)成分の比率は固形分で
    100/0〜100/150であり、組成物中の(C)成分の量は
    (A)成分および(B)成分の固形分の総計の0.05〜5
    重量%であることを特徴とする熱硬化性塗料組成物。
  2. 【請求項2】被塗面に顔料を含む熱硬化性塗料を塗装
    し、その上にウエットオンウエットでクリヤー塗料を重
    ね塗りし、2層の未硬化塗膜を同時に加熱硬化せしめる
    2コート1ベーク塗装仕上げ方法であって、前記クリヤ
    ー塗料が第1項の塗料組成物であることを特徴とする複
    合塗膜形成方法。
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