JP4005183B2

JP4005183B2 - 粉体塗料及び該粉体塗料を使用する皮膜形成方法

Info

Publication number: JP4005183B2
Application number: JP25138497A
Authority: JP
Inventors: 眞人佐川; 修板谷; 晃藤原
Original assignee: Intermetallics Co Ltd; Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Intermetallics Co Ltd; Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2017-09-01
Also published as: JPH1180610A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の物品に皮膜を形成する皮膜形成方法に使用される粉体塗料及び該粉体塗料を使用する皮膜形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者等は、粉体塗料、皮膜形成媒体、皮膜を形成する物品（以下、単に、「被塗装物」という。）等の混合物に、加震装置により振動を与えることにより、粘着層が形成された被塗装物に皮膜を形成するようにした皮膜形成方法を提案した。そして、上記の皮膜形成方法により形成された皮膜の絶縁性を高めるためには、ピンホール及び皮膜表面の凹凸を少なくする（極端に膜厚の薄い箇所を無くす）必要があり、そのために、皮膜を厚くする厚膜塗装を施している。
【０００３】
以下に、図１を用いて、上述した皮膜形成方法が適用される皮膜形成装置を用いて、皮膜形成方法の一例について概説する。
【０００４】
１は、硬質合成樹脂や金属等の硬質材からなる碗状の容器であって、上部に開口部１ａが形成されている。また、底部１ｂの中央部を、ほぼ開口部１ａの高さまで上方に膨出させて、柱状部１ｃを形成することにより、柱状部１ｃの周りに環状空間１ｄが形成されている。
【０００５】
２は、加震装置であり、加震装置２は、機台３に配設された、複数のコイルスプリング２ａに支持された振動板２ｂを有している。振動板２ｂの下部中央部には、モーター２ｃが垂下されており、下方に延びるモーター２ｃの出力軸２ｃ’には、重錘２ｄが偏心して取着されている。また、振動板２ｂの上部中央部には、垂直軸２ｅが取着されており、該垂直軸２ｅの上端に、容器１の柱状部１ｃの上部が取着されている。従って、モーター２ｃを回転させることにより、偏心した重錘２ｄが回転されて、振動板２ｂ上に取着された垂直軸２ｅを介して、容器１が加振されるように構成されている。
【０００６】
容器１の環状空間１ｄには、ゴムや合成樹脂やセラミックスや金属等で形成された粒状の皮膜形成媒体及び後述する粉体塗料或いは必要に応じて、着色剤、流展剤、発泡防止剤、硬化促進剤等の適当な添加物からなる混合物Ｍと、表面に、未硬化樹脂や液状物質等により粘着層が形成された被塗装物Ｗとを入れておく。次いで、加震装置２を駆動させると、被塗装物Ｗの粘着層に、皮膜形成媒体を介して、粉体塗料を構成する粒子（以下、粉体塗料を構成する粒子を、単に、「粉体粒子」という。）が付着する。この付着した粉体粒子は、皮膜形成媒体に叩かれて、粘着層に、強固に、圧接或いは圧入されて、粉体粒子層を形成する。更に、皮膜形成媒体に繰り返して叩かれることにより、粘着剤が、付着された粉体粒子層の表面から押し出され、該押し出された粘着剤に、皮膜形成媒体を介して、更に、粉体粒子が付着する。このようにして、被塗装物の表面への皮膜形成が進行する。そして、この被塗装物の表面への皮膜形成は、粉体粒子層が皮膜形成媒体に叩かれても、粘着剤が、粉体粒子層の表面から押し出されなくなった時点で終了することになる。上記したようにして粉体粒子層が形成された被塗装物に、熱処理を施すことにより、皮膜が形成されることになる。
【０００７】
従来、上述したような皮膜形成方法により皮膜が形成された製品の絶縁性を高めるために、粉体塗料を、少なくとも、熱処理の際に溶融する樹脂粉体粒子と絶縁性に優れたマイカ等の偏平粉から構成したものが知られている。このように、皮膜形成方法の粉体塗料として、熱処理の際に溶融する樹脂粉体粒子と絶縁性に優れたマイカ等の偏平粉から構成される粉体塗料を使用して、被塗装物の表面に、樹脂粉体粒子と皮膜に対して平行に配列された偏平粉からなる皮膜層を形成し、その後、熱処理を施して、樹脂粉体粒子を溶融させて、絶縁性偏平粉間に樹脂が介在した皮膜が形成されることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
絶縁性を高めるために、厚膜塗装を行うと、粉体塗料の使用量の増加を招くために、経済的でないという問題があり、また、小型部品等では空間的制限から、薄膜塗装が要求される場合が多く、厚膜塗装を行うことが困難であるという問題がある。
【０００９】
また、熱処理の際に溶融する樹脂粉体粒子と絶縁性偏平粉から構成される粉体塗料を使用して、被塗装物の表面に樹脂粉体粒子と皮膜に対して平行に配列された偏平粉からなる皮膜層を形成し、その後、熱処理を施して、樹脂粉体粒子を溶融させて、絶縁性偏平粉間に樹脂が介在した皮膜を形成することが行われている。このような偏平粉を用い、偏平粉を皮膜に対して水平に配列させることにより、皮膜のピンホールを減少させるとともに、偏平粉により皮膜表面を平滑にすることができる。しかしながら、従来の粉体塗料では、熱処理の際に、溶融した樹脂の流動性が悪いために、絶縁性偏平粉の表面に、十分に、溶融した樹脂が行き渡らず、また、溶融した樹脂と絶縁性偏平粉との濡れ性（密着性）が悪いために、電流が、絶縁性偏平粉の表面を通って裏面にまで達してしまい、従って、耐電圧が低下するという問題があった。低分子量の樹脂を用いて、溶融した際の流動性を高めることも考えられるが、低分子量の樹脂は、貯蔵安定性が悪いので好ましくない。
【００１０】
本発明の目的は、上述した従来の粉体塗料及び該粉体塗料を使用した皮膜形成方法が有する課題を解決することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した目的を達成するために、第１には、予め表面に粘着層を形成した被塗装物に、皮膜形成媒体を介して、粉体塗料の粒子を付着させる皮膜形成方法に使用される粉体塗料であって、該粉体塗料が、絶縁性偏平粉と、少なくとも非結晶性樹脂と結晶性樹脂とからなる組成物を乾式混合した後、非結晶性樹脂の軟化点以上、結晶性樹脂の融点以下の温度条件下で溶融混練し、その後、粉砕及び分級して得られる樹脂粉体粒子とからなり、且つ、前記非結晶性樹脂と前記結晶性樹脂との重量割合を９０：１０〜６０：４０としたものであり、第２には、非結晶性樹脂の軟化点を１００°Ｃ以下とし、結晶性樹脂の融点を１２０°Ｃ以上としたものであり、第３には、非結晶性樹脂及び結晶性樹脂をエポキシ樹脂としたものであり、第４には、絶縁性偏平粉をマイカ粉としたものであり、第５には、被塗装物の表面に粘着層を形成し、得られた被塗装物に、皮膜形成媒体を介して、粉体塗料の粒子を付着させる皮膜形成方法において、粉体塗料として、上記の第１〜第４のいずれかの粉体塗料を使用したものである。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明の趣旨を越えない限り何ら、本実施例に限定されるものではない。
【００１３】
本発明の特徴は絶縁性偏平粉を、粉体塗料に含有したものであって、該絶縁性偏平粉としては、マイカ粉、ガラス粉、セラミック粉、プラスチック粉、ゴム粉、その他の無機化合物の粉体等が挙げられ、１種又は２種以上を混合して用いてもよい。この中でも特にアスペクト比が大きく、薄くて広い形状を有し、そのため被塗装物の表面上に重なり合って積層され、よって絶縁性が高い被塗装物が得られるマイカ粉が好ましい。
また、絶縁性偏平粉の表面には、樹脂粉体粒子との密着性の向上、あるいは防食性又は耐候性の改良等を目的として、カップリング処理、疎水性処理、樹脂コート等に代表される各種表面処理が施されていてもよい。
絶縁性偏平粉は、立体状のものが面と面との間で押しつぶされた形状のものであり、対向する平らな面の平均粒径が５〜３０μｍの範囲の大きさであることが好ましく、更に１０〜３０μｍのものが好ましい。
絶縁性偏平粉の平均粒径が５μｍ未満のものでは、樹脂粉体粒子が絶縁性偏平粉よりも相対的に大きいために、被塗装物表面上の皮膜内で絶縁性偏平粉の方向が不均一に形成され、積層構造にならないために絶縁性が低くなりやすいので好ましくない。又、絶縁性偏平粉の平均粒径が３０μｍより大きいものでは、大きくて重くなるため搬送性が悪くなり、被塗装物表面に形成された粘着層上に均一に付着しにくく、該粘着層及び皮膜形成媒体から脱離し、塗装機内の底面に滞留しやすくなる。その結果、粉体塗料中の偏平粉の割合が低下して、偏平粉を被塗装物の表面に均一に付着させることができにくくなる。
絶縁性偏平粉の平均粒径は、日機装社製のマイクロトラックを用い、偏平粉を界面活性剤が添加されている水中に超音波分散機を用いて十分に分散させた後、測定した値である。
なお、前記平らな面とは，球状物や不定形物と比較して平らであることをさし、ひずみ、反り、椀曲又は凹凸等による変形により平らになっているものでもよく、又対向する面同士は必ずしも平行でなくてもよい。
また、絶縁性偏平粉の粉体塗料中の含有量は１０〜５０重量％の割合で添加することができる。１０重量％未満では、耐電圧の向上が認められず絶縁性が低く、一方、５０重量％を越えると被塗装物表面上の皮膜の機械的強度が低下するので好ましくない。
【００１４】
また、本発明の特徴は、結晶構造を有し、低分子量であり分子量分布が狭いため、融点に達すると、瞬時に溶融し、融点以上では、非常に低粘度であるという特性を有する結晶性樹脂を、粉体塗料を構成する樹脂粉体粒子中に添加したものである。
なお、融点が１２０℃以上の結晶性樹脂と、軟化点が１００℃以下の非結晶性樹脂を用いることが好ましい。ここでいう融点とは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）での熱吸収のピークを指し、軟化点とは、ＪＩＳＫ７２３４の環球法での測定値を指す。
また、結晶性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等の結晶構造を含有する樹脂が使用することができ、この中でも特にエポキシ樹脂が、絶縁性が高いので好ましい。
また、非結晶性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等の樹脂を単独で、又は混合して用いれられる。この中でも特に結晶性樹脂がエポキシ樹脂の場合は、該結晶性樹脂と相容性が優れたエポキシ樹脂が好ましい。
【００１５】
非結晶性樹脂又は結晶性樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合は、熱硬化性樹脂が有する官能基と架橋反応し得る官能基をもつ硬化剤を使用することが好ましい。この硬化剤としては、例えば、アミン、アミド、ジシアンジアミド、ドデカン二酸等のカルボン酸、酸無水物、イソシアネート、ポリスルフィド、酸ヒドラジド、イミダゾール等の硬化剤を単独で又は混合して用いられる。
【００１６】
結晶性樹脂と非結晶性樹脂とを、両者の融点及び軟化点以上の温度下で溶融混練すると、相溶して結晶構造が損なわれ、単なる低軟化点の樹脂となり、その結果、粉体塗料の貯蔵安定性が悪化する。そのため、両者が相溶しないように、融点が１２０°Ｃ以上の結晶性樹脂と、軟化点が１００°Ｃ以下の非結晶性樹脂とからなる組成物を乾式混合した後、非結晶性樹脂の軟化点以上、結晶性樹脂の融点以下の温度条件下で溶融混練した後に、粉砕及び分級することにより、樹脂粉体粒子中の結晶性樹脂の結晶性を損なわずに、樹脂粉体粒子を製造することができる。
【００１７】
樹脂粉体粒子を構成する結晶性樹脂と非結晶性樹脂との割合は、樹脂粉体粒子中に、結晶性樹脂が１０〜４０重量％含まれることが好ましい。この量が１０重量％未満では、添加量不足から、絶縁性偏平粉との濡れ性（密着性）が不十分であり、耐電圧が低い。また、低分子量で架橋密度の高い結晶性樹脂は、硬化収縮が大きいため、その重量割合が４０％を越えると、皮膜に微細なクラックが発生し易くなるため、耐電圧及び皮膜の機械的強度が低下するので好ましくない。
【００１８】
樹脂粉体粒子の粒子径が５μｍ以下の粒子の体積割合が多いほど、絶縁性偏平粉の方向性及び塗装性が良いので好ましく、粒子径が５μｍ以下の粒子が、１０重量％以上含まれていることが好適である。なお、樹脂粉体粒子の粒子形は、コールターマルチサイザーIIにより測定することができる。
【００１９】
また、樹脂粉体粒子には、必要に応じて、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク等の各種充填剤、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム等の各種増粘剤、銅フタロシアニン、アゾ顔料、縮合多環式化合物等の各種着色剤、ポリアクリル酸ブチルエステル等のアクリルオリゴマー、シリコーン等の各種流展剤、ベンゾイン等の各種発泡防止剤、更に硬化促進剤、ワックス、カップリング剤、酸化防止剤等の各種添加剤及び各種機能性材料を適宜添加することができる。
また、樹脂粉体粒子は、例えば上記の材料をミキサー又はブレンダー等を用いて乾式混合し、得られた混合物をニーダー等により溶融混練し、生成した混練物を冷却させる。その後、機械式又は気流式の粉砕機を用いて粉砕し、次いで分級することにより得ることができる。
【００２０】
本発明の粉体塗料は、前記した絶縁性偏平粉と樹脂粉体粒子とを混合することにより得られる。この混合には、ミキサー又はブレンダー等を用いて乾式混合することが粉体塗料の生産性及び均一混合性のために好ましい。
なお、本発明の粉体塗料には、絶縁性偏平粉と樹脂粉体粒子との混合分散性向上、粉体塗料の流動性及び貯蔵安定性の向上等を目的として、必要に応じて、シリカ微粒子、アルミナ微粒子等の無機微粒子やメチルメタクリレート等の架橋樹脂粒子、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸等の流動性付与剤等を乾式混合により適宜添加してもよい。
【００２１】
実施例及び比較例
実施例及び比較例で使用した粉体塗料組成物の組成は以下の通りである。そして、結晶性樹脂及び非結晶性樹脂としては、以下のようなエポキシ樹脂を用いた。
非結晶性樹脂：ＹＤ−０１４、軟化点９５°Ｃ（東都化成社製）
結晶性樹脂：ＹＤＣ−１３１２、融点１４０°Ｃ（東都化成社製）
硬化剤：ジシアンジアミド（宇部興産社製）
硬化促進剤：イミダゾール（四国化成社製）
流展剤：ポリアクリル酸ブチルエステル（ＢＡＳＦ社製）
発泡防止剤：ベンゾイン（みどり化学社製）
上記組成からなる粉体塗料組成物を乾式混合した後、１００°Ｃの温度条件下で溶融混練し冷却した後に、粒子径が５μｍ以下の粒子の体積割合が５０％になるように粉砕及び分級を施して、樹脂粉体粒子を得た。一方、絶縁性偏平粉として、マイカ粉（ダイモＵＶ−５０：平均粒径６μｍ（トピー工業社製））を使用し、実施例１〜３と比較例１、２では、樹脂粉体粒子とマイカ粉とを７０：３０の比率で乾式混合して粉体塗料を得た。
【００２２】
上述した皮膜形成方法を用いて皮膜を形成するが、粘着剤としては、液状エポキシ樹脂（ＹＤ−１２８（東都化成社製））とイミダゾール（Ｃ₁₁Ｚ（四国化成社製））とを９５：５の比率で混合したものをアセトンで５％に希釈したものを用い、被塗装物の洗浄を兼ねて、被塗装物を粘着剤に浸漬後、温風で乾燥させることにより、被塗装物上に粘着層を形成した。皮膜形成媒体は、ジルコニア球にゴム被覆を施した直径１ｍｍのものを用い、図１と同型の内容積が２．８リットルの容器１に、皮膜形成媒体１ｋｇと粉体塗料４０ｇを投入し、容器１を５分間振動させ、均一に混合した後、被塗装物（４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．８ｍｍ（厚さ）の鋼板）を投入し、被塗装物上に熱処理後の膜厚が２０μｍになるように粉体層を形成させた後、１８０°Ｃで２０分間、熱風乾燥炉を用いて熱処理を施し皮膜を形成した。
【００２３】
比較例５は、粘着層を形成した被塗装物上の一端にアースを兼ねた治具を取り付け、日本パーカーライジング社製の静電スプレーガン（Ｇ×−１０８）を用いて、印加電圧を−６０ＫＶで熱処理後の膜厚が２０μｍになるように粉体層を形成させた後、１８０°Ｃで２０分間、熱風乾燥炉を用いて熱処理を施し皮膜を形成した。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表１に示されている粉体塗料を用いて、熱処理後の平均膜厚が２０μｍになるように皮膜が施された、４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．８ｍｍ（厚さ）の鋼板の耐電圧を以下のようにして測定した。皮膜の一部を鑢で研磨し、その箇所に耐電圧試験器（菊水電子社製、商品名：ＴＯＳ−５０３０）のテストリード（黒）を取り付け、皮膜表面にテストリード（赤）を接触させた状態で、印加電圧を徐々に上げていき、皮膜の耐電圧を評価した。なお、本試験では、０．５ｍＡ以上の電流が流れたときに導通したと見なし、５点／１枚で２枚測定した１０点の平均値を耐電圧（ボルト、１０μｍ当たり）とし、その結果を表２に示す。また、上記各鋼板２枚について、ＪＩＳ−Ｋ５４０，８．１に準じて、耐折り曲げ性試験を直径４ｍｍの心棒を用いて行い、皮膜の機械的強度を調べた。その結果を表２に示す。○は耐折り曲げ性が良好であることを、また、×は耐折り曲げ性が悪いことを表している。
【００２６】
【表２】

【００２７】
実施例１〜３は、いずれも、耐電圧及び耐折り曲げ性が、共に、優れている。比較例１は、耐電圧及び耐折り曲げ性が、共に、劣っている。比較例２〜５は、耐折り曲げ性は良いが、耐電圧が悪い。
【００２８】
実施例１〜３の粉体塗料を、２００ｃｃのポリエチレンの瓶に５０ｇ投入し、３５°Ｃの恒温槽に２週間放置した後に取り出し、粉体塗料の貯蔵安定性を目視で確認したところ、ケーキング等は発生しておらず、貯蔵安定性は良好であった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した構成を有しているので、以下に記載する効果を奏するものである。
【００３０】
粉体塗料を、絶縁性偏平粉と、少なくとも非結晶性樹脂と結晶性樹脂とを含有する樹脂粉体粒子とにより構成したので、皮膜の機械的強度及び粉体塗料の貯蔵安定性を損なうことなく、薄膜でも高い絶縁性を有する皮膜を容易に形成することができる。
【００３１】
非結晶性樹脂の軟化点を１００°Ｃ以下とし、結晶性樹脂の融点を１２０°Ｃ以上とすることにより、樹脂粉体粒子中の結晶性樹脂の結晶性を損なわずに、樹脂粉体粒子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は一例としての本発明が適用される皮膜形成装置の垂直断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・容器
２・・・・・・・加振装置
Ｗ・・・・・・・被塗装物

Claims

予め表面に粘着層を形成した被塗装物に、皮膜形成媒体を介して、粉体塗料の粒子を付着させる皮膜形成方法に使用される粉体塗料であって、該粉体塗料が、絶縁性偏平粉と、少なくとも非結晶性樹脂と結晶性樹脂とからなる組成物を乾式混合した後、非結晶性樹脂の軟化点以上、結晶性樹脂の融点以下の温度条件下で溶融混練し、その後、粉砕及び分級して得られる樹脂粉体粒子とからなり、且つ、前記非結晶性樹脂と前記結晶性樹脂との重量割合が９０：１０〜６０：４０であることを特徴とする粉体塗料。
非結晶性樹脂の軟化点が１００°Ｃ以下であり、結晶性樹脂の融点が１２０°Ｃ以上であることを特徴とする請求項１に記載の粉体塗料。
非結晶性樹脂及び結晶性樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粉体塗料。
絶縁性偏平粉がマイカ粉であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の粉体塗料。
被塗装物の表面に粘着層を形成し、得られた被塗装物に、皮膜形成媒体を介して、粉体塗料の粒子を付着させる皮膜形成方法において、粉体塗料として、請求項１〜４のいずれか１項に記載の粉体塗料を使用することを特徴とする皮膜形成方法。