JP3911832B2 - 光硬化性塗料組成物、塗装仕上げ方法および塗装物品 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規にして有用なる光硬化性塗料組成物、塗装仕上げ方法および塗装物品に関する。さらに詳細には、本発明は、希釈性、硬化性とその硬化物の塗膜性能に優れる特定の光硬化性塗料組成物を使用する塗装仕上げ方法および該塗装仕上げ方法により塗装された塗装物品に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より光硬化性塗料に用いられているラジカル重合性不飽和結合とウレタン結合を合わせ持つ、いわゆるウレタンアクリレート化合物が強靱な塗膜を形成することができるので金属、塩化ビニール、プラスチック、木工製品などをはじめとする各種基材に幅広く実用化されている。
【0003】
しかし一般的にウレタンアクリレート化合物は粘度が高く有機溶剤や反応性希釈剤で希釈して塗装に適した粘度に調製している。有機溶剤で希釈した場合は、人体や地球環境に害をおよぼすし、反応性希釈剤を用いる場合は一般に希釈性が有機溶剤より劣るために反応性希釈剤使用量が多くなり塗料が高価になるし得られる硬化塗膜は脆くなる傾向にある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解消することにある。
すなわち、本発明が解決しようとする課題は、有害な有機溶剤や塗膜性能を低下する反応性希釈剤の使用量を少なくする、あるいは全く用いないで使用することが可能な低粘度でかつ硬化性や耐寒熱クラック性、耐溶剤性をはじめとする塗膜性能の良好な新規なウレタンアクリレート化合物を必須成分として含む極めて実用性の高い斬新なる光硬化性組成物、塗装仕上げ方法および塗装物品を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上述したような発明が解決しようとする課題に照準を合わせて、鋭意、検討を重ねた結果、特定のエネルギー線硬化型樹脂塗料を上塗り塗料として用いることにより、上記課題が解決されることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【0006】
すなわち本発明の第1発明は、下記の一般式(1)で表されるウレタン(メタ)アクリル化合物と光開始剤とを含有することを特徴とする光硬化性塗料組成物に関するものであるし、
A−B−C−B−A (1)
[式中、Aは下記一般式(2)で表されるヒドロキシ(メタ)アクリレート残基を表し、
【0007】
【化4】
【0008】
(式中、R1は水素原子またはメチル基、R2は水素原子又は炭素数1〜10の有機基、aは1〜3の整数、bは3〜6の整数、cは1〜6の整数である)
Bはウレタン結合を表し、Cはジイソシアネート残基を表す。]
【0009】
また第2の発明は下記の一般式(3)で表されるウレタン(メタ)アクリル化合物と光開始剤とを含有することを特徴とする光硬化性塗料組成物に関するものであるし、
A−B−C−B−D (3)
[式中、A、B、Cは、前記と同様であり、Dは下記一般式(4)で表されるヒドロキシ(メタ)アクリレート残基を表す。
【0010】
【化5】
【0011】
(式中、R3は水素原子またはメチル基、R4は水素原子または炭素数1〜10の有機基、dは1〜3の整数である)]
【0012】
さらに第3の発明は、下記の一般式(5)で表されるウレタン(メタ)アクリル化合物と光開始剤とを含有することを特徴とする光硬化性塗料組成物に関するものであるし、
D−B−C−B−E (5)
[式中、B、C、Dは、前記と同様であり、Eは下記一般式(6)で表されるヒドロキシ(メタ)アクリレート残基を表す。
【0013】
【化6】
【0014】
(式中、R5およびR6は水素原子またはメチル基、eは2〜10の整数である)]
【0015】
さらに第4の発明は、下記の一般式(7)で表されるウレタン(メタ)アクリル化合物と光開始剤とを含有することを特徴とする光硬化性塗料組成物に関するものである。
【0016】
E−B−C−B−E (7)
[式中、B、C、Eは、前記と同様である。]
【0017】
また本発明の第2発明および第3発明において、好ましくは、一般式(4)中のdが2〜3の整数である化合物を用いることを特徴とする光硬化性塗料組成物であるし、
【0018】
また本発明の第1発明〜第4発明において、さらに粘度の調整や付着性等の塗膜性能の向上のために光重合性単量体(F)をも含有することを特徴とする光硬化性塗料組成物に関するものであるし、
【0019】
好ましくは前記したウレタン(メタ)アクリレート化合物中のウレタン結合濃度が1.0〜 4.0mmol/gかつ炭素−炭素間の二重結合濃度が2.0〜10.0なる範囲である光硬化性塗料組成物であり、好ましくは、前記した光重合性単量体(F)が極性基として酸性基、塩基性基、酸性基と塩基性基から形成される塩構造基、水酸基、ポリオキシアルキレン構造基からなる群より選ばれる少なくとも1つの極性基を含有する単量体および/または1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含有する単量体を含む光硬化性塗料組成物に関するものである。
【0020】
さらに本発明の第5の発明は、下塗り塗料として前記のいずれかの光硬化性塗料組成物を塗装し、その塗膜の上に上塗り塗料を塗布することを特徴とする塗装仕上げ方法に関するものであり、
さらに本発明の第6の発明は上記の塗装仕上げ方法により塗装された塗装物品である。
【0021】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係る光硬化性塗料組成物について説明する。
光硬化性塗料とは、ウレタンアクリレート化合物、エポキシアクリレート化合物、ビニルウレタン化合物、ビニルエステル化合物、(メタ)アクリル酸エステル化合物、不飽和ポリエステル樹脂等に代表される、不飽和二重結合を含有する化合物および樹脂から選ばれる少なくとも一種類の成分と紫外線、可視光、レーザー光、電子線、X線、γ線、プラズマ、マイクロウエーブなどのエネルギー線を照射することにより、ラジカルを発生することのできる開始剤を必須の構成成分とする塗料を意味する。
【0022】
次に本発明の光硬化性塗料組成物の必須構成成分であるウレタン(メタ)アクリレート化合物について説明する。
まず、ウレタン(メタ)アクリレート化合物としては、下記一般式(1)、(3)、(5)、(7)がある。
【0023】
A−B−C−B−A (1)
A−B−C−B−D (3)
D−B−C−B−E (5)
E−B−C−B−E (7)
[式中、Aは下記一般式(2)で表されるヒドロキシ(メタ)アクリレート残基を表し、
【0024】
【化7】
【0025】
(式中、R1は水素原子またはメチル基、R2は水素原子又は炭素数1〜10の有機基、aは1〜3の整数、bは3〜6の整数、cは1〜6の整数である)
Bはウレタン結合を表し、Cはジイソシアネート残基を表す。Dは下記一般式(4)で表されるヒドロキシ(メタ)アクリレート残基を表す。
【0026】
【化8】
【0027】
(式中、R3は水素原子またはメチル基、R4は水素原子または炭素数1〜10の有機基、dは1〜3の整数である)、Eは下記一般式(6)で表されるヒドロキシ(メタ)アクリレート残基を表す。
【0028】
【化9】
【0029】
(式中、R5およびR6は水素原子またはメチル基、eは2〜10の整数である)]
【0030】
つぎにこれらウレタン(メタ)アクリレート化合物について順に説明する。
まず、前記一般式(1)で示されるウレタン(メタ)アクリレートは、下記の一般式(I);
【0031】
【化10】
【0032】
(式中、R1は水素原子またはメチル基、R2は水素原子又は炭素数1〜10の有機基、aは1〜3の整数、bは3〜6の整数、cは1〜10の整数である)で表される化合物(a−1)とジイソシアネート化合物(a−2)とのモル比で2:1の付加反応により得られる。
【0033】
化合物(a−1)は、下記一般式;
【0034】
【化11】
【0035】
(式中、R7は水素原子または炭素数1〜12のアルキル基、bは3〜6の整数である)で表されるラクトン化合物(a−1−1)と後で説明する水酸基含有光重合性単量体である化合物(a−3)と反応させて得られる。
【0036】
ラクトン化合物(a−1−1)として代表的なものを挙げるに止めれば、β−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン、γ−カプロラクトンなどがある。また、ラクトン化合物(a−1−1)と化合物(a−3)との反応モル比率は 特に限定されないが、通常ラクトン化合物(a−1−1)/化合物(a−3)=1.0〜20.0なる範囲であり、好ましくは、1.0〜10.0である。
【0037】
そして、ラクトン化合物(a−1−1)と化合物(a−3)との反応には硫酸、p−トルエンスルホン酸などに代表される有機酸触媒類;錫オクテート、ジブチル錫ジラウレート等の有機金属触媒類などの公知慣用の触媒を用いることができ、100〜140℃で反応させるとよい。
【0038】
化合物(a−3)は下記一般式(II);
【0039】
【化12】
【0040】
(式中、R3は水素原子またはメチル基、R4は水素原子又は炭素数1〜20の有機基、dは1〜3の整数である)で表される。
【0041】
化合物(a−3)として代表的なものを挙げるに止めれば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレートモノステアレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等があり、これらの化合物は単独で使用してもまたは2種以上を併用してもよい。
【0042】
ジイソシアネート化合物(a−2)は、1分子中にイソシアネート基が2つ含有される化合物であれば、如何なるものでも使用することができる。具体例として代表的なものを挙げる止めれば、トリレンジイソシアネート(TDI)、フェニレンジイソシアネート(PDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、4,4ージフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、シクロヘキサンジイソシアネート(CHDI)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアナート(DCHMDI)、水添キシリレンジイソシアネート等がある。これらのジイソシアネート化合物は単独で使用してもまたは2種以上を併用してもよい。
【0043】
また、付加反応つまりウレタン化反応には従来既知のウレタン化触媒として、例えばナフテン酸亜鉛、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫アセテートに代表される有機金属系触媒やトリエチルアミン、ジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロウンデセン等に代表される3級アミン系触媒等を用いることができる。
【0044】
反応温度としては10〜120℃の温度で反応せしめれば良い。
【0045】
一般式(1)で示されるウレタン(メタ)アクリレートを合成する際に用いる化合物(a−1)およびジイソシアネート化合物(a−2)の使用割合は、化合物(a−1)/ジイソシアネート化合物(a−2)なるモル比率が3.0/1〜1.8/1なる範囲であり、好ましくは2.2/1〜1.8/1なる範囲、より好ましくは2.0/1.0である。ウレタンアクリレートの量が1.8モルに満たないと硬化性が不十分になり、また3.0モルを越えると硬化塗膜の耐溶剤性が不十分となり好ましくない。
【0046】
またウレタン(メタ)アクリレートのウレタン結合濃度は0.5〜 5.0mmol/gなる範囲が好ましく、より好ましくは1.0から4.0なる範囲である。0.5mmol/g未満では硬化性が悪くなるし一方5.0mmol/gを越えると粘度が高くなりすぎる。
【0047】
さらに、ウレタン(メタ)アクリレート中の炭素−炭素間の二重結合濃度は1.0〜10.0mmol/gなる範囲が好ましく、より好ましくは、1.5〜9.0mmol/gなる範囲である。1.0mmol/g未満では硬化性が悪くなるし一方10.0mmol/gを越えると、やはり粘度が高くなるので好ましくない。
【0048】
また、本発明の一般式(1)で示されるウレタン(メタ)アクリレートは、必要に応じて有機溶剤あるいは本発明の必須成分であり後で述べる光重合性単量体中で反応させることもできるしあるいは、反応後希釈することもできる。
【0049】
この際、使用することができる有機溶剤としては、トルエン、キシレンの如き芳香族系炭化水素;ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンの如き(環状)脂肪族炭化水素;酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテートの如きエステル系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンの如きケトン系溶剤等のほか、ウレタン化反応が終了した後にのみ使用できる溶剤としては、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノールなどのアルコール系溶剤等がある。
【0050】
次に前記一般式(3)で示されるウレタン(メタ)アクリレートは、〔1〕前記化合物(a−3)と前記ジイソシアネート(a−2)の1:1の付加反応物に前記(a−1)を付加反応せしめるか、あるいは〔2〕前記化合物(a−1)と前記ジイソシアネート(a−2)の1:1の付加反応物に上記化合物(a−3)とを付加反応せしめるか、さらに〔3〕化合物(a−1)および化合物(a−3)からなる混合物をジイソシアネート化合物(a−2)に付加反応せしめる方法により得られる。これらの方法のうち〔1〕あるいは〔2〕の方法の方が目的の構造のウレタン(メタ)アクリレート(3)をより高純度で得ることができるので好ましい。
【0051】
付加反応つまりウレタン化反応は前記した触媒、反応温度で行えばよい。
【0052】
ウレタン(メタ)アクリレート(3)を合成する際に用いる化合物(a−1)、ジイソシアネート化合物(a−2)および化合物(a−3)の使用割合は、モル比で、化合物(a−1)/ジイソシアネート化合物(a−2)/化合物(a−3)なる比率が0.5/1/1.7〜1.7/1/0.5なる範囲が好ましく、より好ましくは0.8/1/1.3〜1.3/1/0.8なる範囲、さらに好ましくは1.0/1.0/1.0の範囲である。化合物(a−1)が0.5モルに満たないと低粘度になりにくく、また1.7モルを越えると硬化性や硬化塗膜の耐溶剤性が不十分となり好ましくない。
【0053】
またウレタン(メタ)アクリレート(3)中のウレタン結合濃度は0.5〜5.0mmol/gなる範囲、好ましくは1.0〜4.0なる範囲である。0.5mmol/g未満であると硬化性が悪くなるし一方5.0mmol/gを越えると粘度が高くなりすぎる。
【0054】
さらに、ウレタン(メタ)アクリレート(3)中の炭素−炭素間の二重結合濃度は1.0〜10.0mmol/gなる範囲、好ましくは、1.5〜9.0mmol/gなる範囲である。1.0mmol/g未満であると硬化性が悪くなるし一方10.0mmol/gを越えると、やはり粘度が高くなるので好ましくない。
【0055】
上記した様に硬化性を向上さえるために所定量の二重結合濃度に調整する際には、一般式(4)中のdが2〜3の整数のものが好ましい。
【0056】
また、必要に応じて前記した有機溶剤あるいは本発明の必須成分であり後で述べる光重合性単量体(F)中で反応させることもできるしあるいは、反応後希釈することもできる。
【0057】
次にウレタン(メタ)アクリレート(5)は下記の一般式(III);
【0058】
【化13】
【0059】
(式中、R4およびR5は水素原子またはメチル基、eは2〜20の整数である)で表される化合物(a−4)と前記ジイソシアネート化合物(a−2)と前記化合物(a−3)とから得られる。
【0060】
化合物(a−4)は、(メタ)アクリル酸にエチレンオキサイドおよび/またはプロピレンオキサイドを2〜20モル付加せしめた構造のものを意味する。
【0061】
上記した化合物(a−4)、ジイソシアネート化合物(a−2)および化合物(a−3)を用いてウレタン(メタ)アクリレート(5)を調製するには▲1▼化合物(a−4)をジイソシアネート化合物(a−2)に付加反応させモル比1:1の付加反応物を得た後に化合物(a−3)を付加反応せしめる方法と▲2▼化合物(a−3)をジイソシアネート化合物(a−2)に付加反応させモル比1:1の付加反応物を得た後に化合物(a−4)を付加反応せしめる方法と▲3▼化合物(a−4)および化合物(a−3)からなる混合物をジイソシアネート化合物(a−2)に付加反応せしめる方法がある。これらの方法のうち▲1▼あるいは▲2▼の方法の方が目的の構造のウレタン(メタ)アクリレート(5)をより高純度で得ることができるので好ましい。
【0062】
また、付加反応つまりウレタン化反応には上記した従来既知のウレタン化触媒を用いることができる。
反応温度としては10〜120℃の温度で反応せしめれば良い。
【0063】
ウレタン(メタ)アクリレート(5)を合成する際に用いる化合物(a−4)、ジイソシアネート化合物(a−2)および化合物(a−3)の使用割合は、モル比で化合物(a−4)/ジイソシアネート化合物(a−2)/化合物(a−3)なる比率が0.5/1/1.7〜1.7/1/0.5なる範囲、好ましくは0.8/1/1.3〜1.3/1/0.8なる範囲、最も好ましくは1.0/1.0/1.0である。化合物(a−4)が0.5モルに満たないと低粘度になりにくく、また1.7モルを越えると硬化性や硬化塗膜の耐溶剤性が不十分となり好ましくない。
【0064】
またウレタン(メタ)アクリレート(5)中のウレタン結合濃度は0.5〜5.0mmol/gなる範囲、好ましくは1.0〜4.0mmol/gなる範囲である。0.5mmol/g未満であると硬化性が悪くなるし一方5.0mmol/gを越えると粘度が高くなりすぎる。
【0065】
さらに、ウレタン(メタ)アクリレート(5)中の炭素−炭素間の二重結合濃度は1.0〜10.0mmol/gなる範囲、好ましくは、1.5〜9.0mmol/gなる範囲である。1.0mmol/g未満であると硬化性が悪くなるし一方10.0mmol/gを越えると、やはり粘度が高くなるので好ましくない。
【0066】
また、必要に応じて前記した有機溶剤あるいは本発明の必須成分であり後で述べる光重合性単量体(F)中で反応させることもできるしあるいは、反応後希釈することもできる。
【0067】
次に前記一般式(7)で示されるウレタン(メタ)アクリレートは、前記化合物(a−4)と前記ジイソシアネート化合物(a−2)との反応により得られる。
反応に用いる触媒、温度等の条件は前記ウレタン(メタ)アクリレート(1)と同様である。
【0068】
一般式(7)で示されるウレタン(メタ)アクリレートを合成する際に用いる化合物(a−4)およびジイソシアネート化合物(a−2)の使用割合は、化合物(a−4)/ジイソシアネート化合物(a−2)なるモル比率が3.0/1〜1.8/1なる範囲、好ましくは2.2/1〜1.8/1なる範囲、最も好ましくは2.0/1.0である。化合物(a−4)が1.8モルに満たないと硬化性が不十分になり、また3.0モルを越えると硬化塗膜の耐溶剤性が不十分となり好ましくない。
【0069】
またウレタン(メタ)アクリレートのウレタン結合濃度は0.5〜5.0mmol/gなる範囲、好ましくは1.0から4.0mmol/gなる範囲である。0.5mmol/g未満であると硬化性が悪くなるし一方5.0mmol/gを越えると粘度が高くなりすぎる。
【0070】
さらに、ウレタン(メタ)アクリレート中の炭素−炭素間の二重結合濃度は1.0〜10.0mmol/gなる範囲、好ましくは、1.5〜9.0mmol/gなる範囲である。1.0mmol/g未満であると硬化性が悪くなるし一方10.0mmol/gを越えると、やはり粘度が高くなるので好ましくない。
【0071】
また、必要に応じて前記有機溶剤あるいは本発明の必須成分であり後で述べる光重合性単量体中で反応させることもできるしあるいは、反応後希釈することもできる。
【0072】
つぎに本発明の必須成分の光開始剤としては、公知慣用のものがすべて使用できるが、それらのうちでも特に代表的なもののみを例示するに止めれば、例えば、ベンゾフェノン、ベンジル、ミヒラーケトン、チオキサントンまたはアントラキノン等の水素引き抜きによってラジカルを発生するタイプの化合物であっても良いが、一般的には、これらの化合物は、メチルアミン、ジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、トリブチルアミン等の第三アミンと併用する。別のタイプの光開始剤としては、例えば、分子内分裂によってラジカルを発生するタイプの化合物であって、ベンゾイン、ジアルコキシアセトフェノン、アシルオキシムエステル、ベンジルケタール、ビスアシルホスフィンオキサイド、さらに、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンや2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン等に代表されるヒドロキシアルキルフェノンおよびハロゲノケトン等が挙げられる。
【0073】
光開始剤の使用量としては、ウレタン(メタ)アクリレートおよび後述する光重合性単量体(F)を用いる場合は単量体(F)を加えた組成物に対して0.1〜10wt%なる範囲が好ましい。
【0074】
つぎに、本発明の必須成分である光重合性単量体(F)は、分子中に不飽和二重結合を有する単量体であれば、特に限定されないが、極性基として酸性基、塩基性基、酸性基と塩基性基から形成される塩構造基、水酸基、ポリオキシアルキレン構造基からなる群より選ばれる少なくとも1つの極性基を含有する単量体は、密着性の点で好ましいし、また、1分子中に不飽和2重結合を2個以上持つものは、硬化性の点で好ましい。
【0075】
まず▲1▼酸性基含有単量体として特に代表的なもののみを例示するにとどめれば、アクリル酸、(メタ)アクリル酸もしくはクロトン酸の如き、各種の不飽和一塩基酸類;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸もしくはシトラコン酸の如き、各種の不飽和二塩基酸類;
【0076】
前記した、マレイン酸、フマル酸もしくはイタコン酸の如き、各種の不飽和二塩基酸類と、炭素数が1〜10なるアルキルアルコールとのモノエステル類ないしはハーフ・エステル類(半エステル類);
【0077】
4−ビニル安息香酸もしくは桂皮酸の如き、カルボキシル基を有する各種の芳香族系化合物;コハク酸モノ−2−(メタ)アクリロイルオキシエチルエステルもしくはフタル酸モノ−2−(メタ)アクリロイルオキシエチルエステエルの如き、前記したような各種の水酸基を有する種々の単量体類と、飽和の二塩基酸類との付加反応生成物;マロン酸、コハク酸、アジピン酸もしくはセバシン酸の如き、各種の多価カルボン酸のモノビニルエステル類;
【0078】
モノ−およびジ−{2−(メタ)アクリロイルオキシエチル}アシッドホスフェートの如き、各種の燐酸基含有ビニル系単量体類;ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、2−メチルアリルスルホン酸、4−ビニルベンゼンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエタンスルホン酸、3−(メタ)アクリロイルオキシプロパンスルホン酸もしくは2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の如き、各種のスルホン酸基含有ビニル系単量体類などが挙げられる。
【0079】
次に▲2▼塩基性基を有する単量体として特に代表的なもののみを例示するにとどめれば、2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレ−ト、3−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレートもしくは3−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、メチル−ジ−{2ー(メタ)アクリロイルオキシエチル}アミン、トリ{2−(メタ)アクリロイルオキシエチル}アミン、
【0080】
N−〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕ピペリジン、N−〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕ピロリジンもしくはN−〔2−(メタ)アクリロイルオキシエチル〕モルホリンの如き、各種の(メタ)アクリル酸エステル系単量体類;または4−(N,N−ジメチルアミノ)スチレン、4−(N,N−ジエチルアミノ)スチレンもしくは4−ビニルピリジンの如き、各種の芳香族系単量体類;
【0081】
さらには、2−ジメチルアミノエチルビニルエーテル、2−ジエチルアミノエチルビニルエーテル、4−ジメチルアミノブチルビニルエーテル、4−ジエチルアミノブチルビニルエーテルもしくは6−ジメチルアミノヘキシルビニルエーテルの如き、3級アミノ基を有する各種のビニルエーテル類などである。
【0082】
次に▲3▼酸性基と塩基性基から形成される塩構造基を有する単量体として、具体的製品として特に代表的なもののみを例示するにとどめれば、塩基性化合物とスルホン酸基から形成される塩構造基を有する単量体としての「ラテムル S−180もしくはS−180A」[花王(株)製品]、「エレミノール JS−2もしくはRS−30」[三洋化成工業(株)製品]、塩基性基と硫酸基から形成される塩構造基を有する単量体の「アクアロン HS−10」[第一工業製薬(株)製品]、「アデカリアソープ SE−10N」[旭電化工業(株)製品]、塩基性基と燐酸基から形成される塩構造基を有する単量体としての「ニューフロンティア A−229E」[第一工業製薬(株)製品]などが挙げられる。
【0083】
次に▲4▼水酸基含有単量体として特に代表的なもののみを例示するにとどめれば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートもしくは4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートの如き、各種のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;
【0084】
2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテルもしくは6−ヒドロキシヘキシルビニルエーテルの如き、各種の水酸基を有するビニルエーテル類;または2−ヒドロキシエトキシアリルエーテルもしくは4−ヒドロキシブトキシアリルエーテル、トリメチロールプロパンのモノ−、あるいは、ジ−アリルエーテル、ペンタエリスリトールのモノ−、ジ−あるいは、トリ−アリルエーテルの如き水酸基を有するアリルエーテル類;さらには、前記したような、各種の水酸基を有する単量体類と、ε−カプロラクトンとの付加物などが挙げられる。
【0085】
さらに▲5▼ポリオキシアルキレン構造基を含有する単量体として特に代表的なもののみを例示するにとどめれば、ポリエチレングリコールモノまたはジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノまたはジ(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールモノまたはジ(メタ)アクリレート、モノアルコキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレートもしくはモノアルコキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレートの如き(メタ)アクリレート系単量体;
ポリエチレングリコールモノまたはジビニルエーテル、ポリプロピレングリコールモノまたはジビニルエーテル、ポリテトラメチレングリコールモノまたはジビニルエーテル、モノアルコキシポリエチレングリコールビニルエーテルもしくはモノアルコキシポリプロピレングリコールビニルエーテルの如きビニルエーテル系単量体などが挙げられる。
【0086】
前記した極性基含有単量体以外の光重合性単量体を使用することもできる。
この光重合性単量体としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、クロロスチレンもしくはビニルトルエンの如き、各種の芳香族ビニル系単量体類、
【0087】
メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、iso−ブチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、シクロペンチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテルの如き、各種の、アルキル−ないしはシクロアルキルビニルエーテル類;
【0088】
前記した酸基を含有する単量体と各種1価アルコールから形成されるエステル系単量体類;
【0089】
(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミドもしくはN−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−(メタ)アクリロイルモルホリンの如き、各種のカルボン酸アミド基含有ビニル系単量体などである。
【0090】
さらに光重合性単量体として多官能のビニル系単量体類が挙げられ、多官能のビニル系単量体類として特に代表的なもののみを例示するにとどめれば、エチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールAのエチレングリコール付加物、ビスフェノールAのプロピレングリコール付加物、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールなどの二価のアルコールのジ(メタ)アクリレートまたは、ジビニルエーテル類;
ジアリルフタレートまたはジビニルベンゼン;
トリメチロールプロパンのトリ(メタ)アクリレートまたはトリビニルエーテル、
トリメチロールプロパンのエチレンオキサイド付加物のトリ(メタ)アクリレートまたはトリビニルエーテル、アリル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールのテトラ(メタ)アクリレートまたはテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールのヘキサ(メタ)アクリレートまたはヘキサビニルエーテルなどである。
【0091】
硬化性の観点からは、1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を持つ多官能単量体が好ましい。
【0092】
また、光重合性単量体としてポリシロキサン結合含有単量体のような、非官能性の珪素原子を有する単量体類を挙げることができ、ポリシロキサン結合含有単量体として特に代表的なもののみを例示するにとどめれば、CH2=CHCOO(CH2)3[Si(CH3)2O]nSi(CH3)3などをはじめ、
【0093】
さらには、CH2=C(CH3)COOC6H4[Si(CH3)2O]nSi(CH3)3 、CH2=C(CH3)COO(CH2)3[Si(CH3)2O]nSi(CH3)3 などのような、
【0094】
CH2=C(CH3)COO(CH2)3[Si(CH3)(C6H5)O]nSi(CH3)3 などのような、
【0095】
あるいはCH2=C(CH3)COO(CH2)3[Si(C6H5)2O]nSi(CH3)3 (ただし、各式中のnは0または1〜130なる整数であるものとする。)などのような一般式で以て示される、各種の単量体類などである。
【0096】
光重合性単量体として加水分解性シリル基を有するビニル系単量体を挙げることができ、加水分解性シリル基を有するビニル系単量体として特に代表的なもののみを例示するにとどめれば、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリイソプロペニルオキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル(トリス−β−メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリクロルシランまたはN−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシランおよびその塩酸塩などを挙げることができる。
【0097】
前記したウレタン(メタ)アクリレートと光重合性単量体(F)との配合割合としては、ウレタン(メタ)アクリレート:(F)が、重量比で100:0〜30:70なる範囲内が適切であり、90:10〜40/60なる範囲がより好ましく、最も好ましくは80:20〜50:50である。
【0098】
ウレタン(メタ)アクリレートの量がこの割合を越えると、十分な耐クラック性が得られ難くなるので好ましくない。
【0099】
また、本発明の光硬化性組成物に対しては、目的に応じて、本発明のウレタン(メタ)アクリレート以外のエネルギー線硬化型樹脂や、他の慣用のビニルエステル樹脂類、ポリイソシアネート化合物、ポリエポキシド類、アクリル樹脂類、アルキド樹脂類、尿素樹脂類、メラミン樹脂類、ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニル系共重合体類、ポリブタジエン系エラストマー、飽和ポリエステル類または飽和ポリエーテル類、あるいは、ニトロセルロース類または、セルロースアセテートブチレートの如きセルロース誘導体類などを始め、アマニ油、桐油、大豆油、ヒマシ油またはエポキシ化油類の如き油脂類のような天然ないしは合成高分子物質類;あるいは、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂の如き公知慣用の活性エネルギー線硬化型樹脂類;炭酸カルシウム、タルク、マイカ、クレー、シリカパウダー、コロイダルシリカ、水酸化アルミニウム、ステアリン酸亜鉛、亜鉛華、チタン白、ベンガラまたはアゾ顔料の如き各種の充填剤類;顔料類;あるいはハイドロキノン、ベンゾキノン、トルハイドノキノンまたは、パラターシャリーブチルカテコールの如き重合禁止剤類;レベリング剤、界面活性剤等の添加剤類などを添加することもできる。
【0100】
本発明の光硬化性塗料組成物の粘度は、用途や塗装方法等に応じて光重合性単量体(F)あるいは前記した少量の有機溶剤を添加して調整仕得るが、一般に回転式B型粘度計を用いて測定したときに、常温(25℃)において、その粘度が100〜100000mPa.Sなる範囲が良く、さらに好ましくは300〜5000mPa.Sなる範囲が塗装作業や塗膜外観等の点から好ましい。
【0101】
本発明の光硬化性塗料組成物は、刷毛、ローラー、ロールコーター、バーコーター、カーテンコーター、スピンコーター、スプレー、静電塗装等の公知慣用の塗装方法により塗装することができる。
【0102】
かくして得られる本発明の光硬化性塗料組成物はガラス、各種プラスチック、木、金属、無機建材等の各種基材に応用することができるが、特に各種合板、家具、フローリングなどの木工製品、木質建材の塗装用に適する。
【0103】
とくに本発明の光硬化性塗料組成物を木に直接あるいは、着色剤やシーラーを塗装した木の上に下塗り塗装し硬化せしめた後さらにその上に少なくとも1層の塗装を施すいわゆる多層仕上げ方法に用いることにより、クラックの発生が抑制でき、かつ層間の密着性に優れるという極めて実用的な塗装仕上げ方法および塗装物品を提供することができる。
【0104】
本発明の光硬化性塗料組成物を下塗り塗装した塗膜上に、さらに施す塗装の塗装剤としては、例えば、アクリルラッカー系塗料、ポリウレタン樹脂系塗料、アクリルーウレタン樹脂系塗料、シリコン樹脂系塗料、シリコンーアクリル樹脂系塗料、アクリルメラミン樹脂系塗料、アミノアルキッド樹脂系塗料、エマルジョン樹脂系塗料、不飽和ポリエステル系塗料あるいは本発明の光硬化性塗料組成物を始めとする各種光硬化性塗料などの公知慣用の塗装剤を用いることができる。
【0105】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。以下において、部および%は特に断りのない限り、すべて重量基準であるものとする。
【0106】
参考例1(ウレタンアクリレート化合物の調整例)
攪拌機、空気導入管、コンデンサーおよび温度計を備えた2リットルのフラスコに、トリレンジイソシアネートの174部(1.0モル)、ジブチル錫ジラウレート(以下DBTDLという)の0.06部、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(以下BHTという)0.6部を加え空気雰囲気で攪拌しながら65℃に昇温し、2時間かけてTONE M−100[ユニオンカーバイド日本(株)製、ヒドロキシエチルアクリレートのεカプロラクトン2モル付加物、平均分子量344]の344部を滴下した。滴下終了後75℃で1時間反応させたところNCO含有量が7.8%になった。その後同温度でヒドロキシプロピルアクリレートの130部を加えNCO%が0.1%以下になるまで反応させた。
【0107】
酢酸ブチルエステルで不揮発分70%に調整した樹脂溶液の25℃でのガードナー粘度は、A2−Bを示した。この樹脂のウレタン結合濃度は3.09mmol/g、二重結合濃度は3.09mmol/gであり、以下、この樹脂をUA1と略記する。
【0108】
参考例2(ウレタンアクリレート化合物の調整例)
参考例1と同様の反応装置に、トリレンジイソシアネートの174部(1.0モル)、DBTDLの0.1部、BHTの1部を加え空気雰囲気で攪拌しながら65℃に昇温し、2時間かけてプラクセル FA−3(ダイセル化学工業(株)製、ヒドロキシエチルアクリレートのεカプロラクトン3モル付加物、平均分子量458)の458部を滴下した。滴下終了後75℃で1時間反応させたところNCO含有量が6.2%になった。その後同温度でペンタエリスリトールトリアクリレートとペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物(重量での混合比70/30)の426部を加えNCO%が0.1%以下になるまで反応させた。
酢酸ブチルエステルで不揮発分70%に調整した樹脂溶液の25℃でのガードナー粘度は、B2−Cを示した。この樹脂のウレタン結合濃度は2.15mmol/g、二重結合濃度は4.30mmol/gであり、以下、この樹脂をUA2と略記する。
【0109】
参考例3(ウレタンアクリレート化合物の調整例)
参考例1と同様の反応装置にトリレンジイソシアネートの174部(1.0モル)、DBTDLの0.1部、BHTの1部を加え空気雰囲気で攪拌しながら65℃に昇温し、2時間かけてニューフロンティア NFバイソマー PPA−6(第一工業製薬(株)製、アクリル酸のプロピレンオキサイド6モル付加物 水酸基価132mgKOH/g)の428部を滴下した。滴下終了後75℃で1時間反応させたところNCO含有量が7.0%になった。その後同温度でペンタエリスリトールトリアクリレートとペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物(重量での混合比70/30)の425部を加えNCO%が0.1%以下になるまで反応させた。
酢酸ブチルエステルで不揮発分70%に調整した樹脂溶液の25℃でのガードナー粘度は、A−B2を示した。この樹脂のウレタン結合濃度は2.23mmol/g、二重結合濃度は4.46mmol/gであり、以下、この樹脂をUA3と略記する。
【0110】
比較参考例1(ウレタンアクリレート化合物の調整例)
参考例1と同様の反応装置に、トリレンジイソシアネートの174部(1.0モル)、DBTDLの0.08部、BHTの0.8部を加え空気雰囲気で攪拌しながら65℃に昇温し、2時間かけて2−ヒドロキシプロピルアクリレートの130部を滴下した。滴下終了後75℃で1時間反応させたところNCO含有量が13.5%以下になった。その後同温度でポリプロピレンオキサイド系ポリエーテルジオール(水酸基価112mgKOH/g)の500部を加えNCO%が0.1以下になるまで反応させた。
【0111】
酢酸ブチルエステルで不揮発分70%に調整した樹脂溶液の25℃でのガードナー粘度は、I2−Jを示した。この樹脂のウレタン結合濃度は2.49mmol/g、二重結合濃度は1.24mmol/gであり、以下、この樹脂をUA4と略記する。
【0112】
実施例1〜3及び比較例1
表1に記載した塗料配合に基づき塗料C1〜C3およびR1を調製した。
【0113】
【表1】
【0114】
《第1表の脚注》
「ACMO」…………アクロイルモルホリンの略称
「TPGDA」………ジトリメチロールプロパンテトラアクリレートの略称
「EOTMPTA」………トリメチロールプロパンのエチレンオキサイド付加物(平均3モル)のトリアクリレートの略称
「DTMPTA」………ジトリメチロールプロパンテトラアクリレートの略称
「PM−2」……………エチレンオキサイド変性リン酸ジメタクリレートの略称
「Dar.1173」………ダロキュアー1173(メルク社製 光開始剤 2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン)の略称
表中の各数値は、重量部数である。
【0115】
参考例4(中塗りあるいは上塗り用紫外線硬化型塗料配合例)
ユニディック V−3226(大日本インキ化学工業(株)製 不飽和ポリエステル樹脂 不揮発分70% スチレン溶液)の90部、スチレンの10部、ステアリン酸亜鉛の20部、イルガキュア651(チバガイギー社製光開始剤)の5部からなる紫外線硬化型塗料。以下、この塗料をS1と略記する。
【0116】
参考例5(中塗りあるいは上塗り用紫外線硬化型塗料配合例)
ユニディック V−5506(大日本インキ化学工業(株)製 エポキシアクリレート系樹脂 有効成分100% ガードナー粘度 X〜Z1)の100部、イルガキュア 184(チバガイギー社製光開始剤)の5部からなる紫外線硬化型塗料。以下、この塗料をS2と略記する。
【0117】
実施例4〜実施例7、比較例2
ナラ合板(100×200×10mm)にディック UV ステイン[大日本インキ化学工業(株)製着色剤]をナチュラルコーターで塗装し90℃で30秒乾燥しUV照射装置(80W/cm 5灯水銀ランプ)にラインスピード30m/minで通過させた板に上記実施例1〜3、比較例1の各種組成の下塗り塗料をナチュラルコーターで塗装しUV照射装置(80W/cm 6灯水銀ランプ)にラインスピード30m/minで通過させた。さらに第1表(1−2)記載の各種組成の中塗り塗料あるいは上塗り塗料をナチュラルコーターで塗装しUV照射装置(80W/cm 6灯水銀ランプ)にラインスピード30m/minで通過させ試験片を得た。
【0118】
結果は第1表(1−2)のとおりである。
【0119】
【表2】
【0120】
評価条件
「タックフリーパス回数」…下塗り塗料を塗装後、前記UV照射条件でUV照射装置を通過させる際に塗膜のタックがなくなる、いわゆるタックフリーになるのに必要な通過回数。
「耐酸性」……………………下塗り塗膜を硬化後、下塗り塗膜に対して5%酢酸を用い室温で6時間カップテストを行った後の塗膜外観を目視で評価。
「MEKラビング」…………メチルエチルケトンを染み込ませたフェルトに500gの荷重をかけ300往復させ塗膜が溶解 しなかったものを異常なしとした。
「耐割れ性」…………………80℃で2時間加熱した後、−20℃で2時間冷却することを1サイクルとし合計2サイクル後の塗膜表面に発生したクラックの数が0〜3を◎、4〜10を○、11〜50を△、51以上を×として評価。また、耐割れ性(1)は下塗り仕上げ後の評価、耐割れ性(2)は中塗り仕上げ後の評価、耐割れ(3)は上塗り仕上げ後の評価結果をそれぞれ示す。
【0121】
【発明の効果】
本発明の光硬化性組成物および塗装仕上げ方法は、特定のウレタン(メタ)アクリレートを用いることによって有害な有機溶剤の大気への排出を低減し、反応性希釈剤の使用量を少なくするか、あるいは全く用いないで低粘度でかつ硬化性や耐寒熱クラック性、耐溶剤性をはじめとする諸性能に優れる硬化塗膜を提供するという効果を有する。
Claims (16)
- 下記の一般式(3)で表されるウレタン(メタ)アクリル化合物と光開始剤とを含んでなる光硬化性塗料組成物。
A−B−C−B−D (3)
[式中、Aは下記一般式(2)で表されるヒドロキシ(メタ)アクリレート残基を表し、
Bはウレタン結合を表し、Cはジイソシアネート残基を表し、Dは下記一般式(4)で表されるヒドロキシ(メタ)アクリレート残基を表す。
- 一般式(4)中のdが2〜3の整数である請求項1又は2記載の光硬化性塗料組成物。
- さらに光重合性単量体(F)を含有してなる請求項1、2または3記載の光硬化性塗料組成物。
- ウレタン(メタ)アクリル化合物中のウレタン結合濃度が、0.5〜5.0mmol/gである請求項1〜4のいずれか1項記載の光硬化性塗料組成物。
- ウレタン(メタ)アクリル化合物中の重合性二重結合濃度が、1.0〜10.0mmol/gである請求項1〜5のいずれか1項記載の光硬化性塗料組成物。
- 前記光重合性単量体(F)が、酸性基、塩基性基、酸性基と塩基性基から形成される塩構造基、水酸基、ポリオキシアルキレン単位からなる群から選ばれる少なくとも1種の極性基を含有する請求項4〜6のいずれか1項記載の光硬化性塗料組成物。
- 前記した光重合性単量体(F)が1分子中に3個以上の(メタ)アクリロイル基を含有する請求項4〜7のいずれか1項記載の光硬化性塗料組成物。
- 前記請求項9に記載の塗装仕上げ方法により塗装された塗装物品。
- 前記請求項11に記載の塗装仕上げ方法により塗装された塗装物品。
- 前記請求項13に記載の塗装仕上げ方法により塗装された塗装物品。
- 下記の一般式(7)で表されるウレタン(メタ)アクリル化合物と光開始剤とを含有してなる光硬化性塗料組成物を下塗り塗料として塗装することを特徴とする塗装仕上げ方法。
E−B−C−B−E (7)
[式中、B、C、Eは、前記と同様である。] - 前記請求項15に記載の塗装仕上げ方法により塗装された塗装物品。
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