JP4075871B2

JP4075871B2 - 塗装方法

Info

Publication number: JP4075871B2
Application number: JP2004218652A
Authority: JP
Inventors: 資良太田; 孝荒川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2024-07-27
Also published as: JP2006035097A

Description

本発明は、たとえば水系上塗りベース塗料とクリヤ塗料とをウェットオンウェットで塗装する際に用いて好ましい塗装方法に関する。

自動車ボディの塗装系は、下塗り塗装としての電着塗装と、中塗り塗装と、上塗り塗装の３コート３ベークで構成されるのが一般的である。このうちメタリック塗色の上塗り塗装では、光輝顔料が含まれたベース塗料と顔料を含まない透明のクリヤ塗料とがウェットオンウェットで塗装され、同時に焼き付けられる（特許文献１）。

上塗りベース塗料とクリヤ塗料とをウェットオンウェットで塗装する場合、上塗りベース塗料を塗布してからクリヤ塗料を塗布するまでの間に、上塗りベース塗膜に含まれた溶剤を蒸発させるためのインターバル（以下、フラッシュオフという。）が必要とされる。このフラッシュオフが短いと、塗着した上塗りベース塗膜中の溶剤がクリヤ塗料を塗布した後の乾燥炉において蒸発し、これが「ワキ」と呼ばれるクレータ状の塗装欠陥となる。

ところで、従来の有機溶剤系上塗りベース塗料の場合には低沸点溶剤が用いられていたのでフラッシュオフ時間は１〜２分程度で十分であったが、水系上塗りベース塗料の場合にはこれ以上のフラッシュオフ時間が必要となる。

しかしながら、このフラッシュオフは一つの上塗りブース内に設けられる工程であることから、水系上塗りベース塗料のフラッシュオフを長くするとその分だけ上塗りブースを延長する必要があり、上塗りブースをそのまま使用する場合は他の工程を侵食してしまうといった問題がある。
特開平１１−５７６０８号公報

本発明は、水系上塗りベース塗料のフラッシュオフを適切に行うことができる塗装方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の塗装方法は、被塗物に対して、水系塗料である第１の塗料と、第２の塗料とをウェットオンウェットで塗装したのち、これらを同時に焼付け硬化させる塗装方法において、前記第１の塗料は、ポリウレタンを基体樹脂とし、アクリル樹脂オリゴマーとイソプロピルアルコールとを含むことを特徴とする。

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る塗装方法の実施形態を示す工程図、図２は本発明に係る塗装方法を適用した上塗りブースの実施形態を示す平面図である。なお以下において、「塗料」というときは被塗物に対して塗装する前の状態をいい、この塗料を被塗物に塗装して形成されたものを「塗膜」といい、特に焼付け硬化前の塗膜を未硬化塗膜、焼付け硬化後の塗膜を硬化塗膜という。

本実施形態の塗装方法は、たとえば鋼板上に下塗り塗膜としての電着塗膜及び中塗り塗膜を形成したものに対し、上塗り塗膜としての上塗りベース塗膜とクリヤ塗膜を形成するものである。図１に、下塗り塗膜及び中塗り塗膜を符号１で示して下地又は単に被塗物と称するが、この下地１の構成は特に限定されず、鋼板に代えて樹脂やアルミニウムにも適用でき、また電着塗膜や中塗り塗膜は何れか一方を省略してもよい。

本実施形態に係る塗装方法では、上塗りベース塗料とクリヤ塗料とをウェットオンウェットで塗装したのち、これらを同時に焼付け硬化させる、いわゆる２コート１ベーク型上塗り塗装系である。特に、上塗りベース塗料が、有機溶剤系塗料ではなく水系塗料であり、これに対してクリヤ塗料が有機溶剤系塗料である。なお、クリヤ塗料は水系塗料であってもよい。

水系塗料は、塗料の廃水処理が容易で環境に対する影響が極めて少ない点で有機溶剤系塗料より優れている。特に、上塗りベース塗料は溶剤希釈率が５０％前後である（クリヤ塗料や上塗りソリッド塗料は２０〜３０％）ことから、水系塗料を採用したときの効果が大きいので、近年上塗りベース塗料に水系塗料が採用されることが少なくない。ただし、２コート１ベーク型上塗り塗装系にあっては、上塗りベース塗膜の塗膜固形分を、クリヤ塗料を塗装する直前までに８０％以上に高める必要があり、特に水系上塗りベース塗料は溶剤が沸点の高い水であることから、フラッシュオフ工程の工夫が必要となる。この点については後述する。

本実施形態の塗装方法では、図１に示すように水系上塗りベース塗料を塗装する工程Ａ２を有し、この工程Ａ２において下地１の表面に水系上塗りベース塗料が塗装されて上塗りベース塗膜２を形成する。上塗りベース塗膜２の膜厚は、たとえば１５〜２０μｍである。

図２に示す塗装ブース１２にて説明すると、この上塗りベース塗装工程Ａ２は、塗装ブース１２の入口に設けられた準備工程Ａ１に続けて設けられ、塗装ロボット１３や手吹き塗装によりボディ１１の主として内板に上塗りベース塗料が塗装される工程Ａ２１と、塗装機１４によりボディ１１の主として外板に上塗りベース塗料が塗装される工程Ａ２２とから構成されている。なお、準備工程Ａ１とは、ボディ１１に付着した塵埃等をワイピングして清浄にするための工程である。

特に本実施形態では、水系上塗りベース塗料の基体樹脂として疎水性樹脂であるポリウレタンが採用されている。また、ポリウレタンを基体樹脂とする上塗りベース塗料に、微粒化促進剤としてのアクリル樹脂オリゴマーと、蒸発潜熱が低く水溶性の溶剤としてのイソプロピルアルコールが添加されている。

ポリウレタン樹脂は疎水性であることから、塗装時及び塗着後において上塗りベース塗膜中の水分に対する水離れ性がよく、これにより水分蒸発が促進される。また、微粒化促進剤としてのアクリル樹脂オリゴマーは塗装時に微粒化を促進することから、単位重量あたりの表面積が増加し、これにより塗着するまでの間の水分蒸発が促進される。さらに、イソプロピルアルコールは、水に可溶で、かつ蒸発潜熱が低いので塗着前後において塗料又は塗膜中の水分と相溶し、共沸作用によって水分とともに低温でも蒸発する。
すなわち、本実施形態では、水系塗料である上塗りベース塗料を塗装し、ウェットオンウェットでクリヤ塗料を塗装する。このとき上塗りベース塗料による塗膜には未蒸発の水分が微量含まれているが、上塗りベース塗料を塗装したときに当該上塗りベース塗料に添加された微粒化促進剤の作用によって塗装機で塗装する際に微粒化され、これにより塗着前に水分の蒸発が促進される。つまり、上塗りベース塗料に微粒化促進剤を添加することにより塗着固形分が増加する。その後、上塗りベース塗膜とクリヤ塗膜とを同時に焼付け硬化させる際に、クリヤ塗膜中の溶剤分が蒸発するが、上塗りベース塗膜には水分が殆ど残留しないのでワキ不具合の発生を防止できると同時に、上塗りベース塗料とクリヤ塗料との間のフラッシュオフを省略ないし短縮化することができる。
また、上塗りベース塗料の基体樹脂が疎水性樹脂であることから、被塗物に塗着する際において基体樹脂と水分との水離れ性が高く、これにより水分の蒸発が促進される。すなわち、上塗りベース塗料の基体樹脂を疎水性樹脂とすることにより塗着固形分が増加する。その後、上塗りベース塗膜とクリヤ塗膜とを同時に焼付け硬化させる際に、クリヤ塗膜中の溶剤分が蒸発するが、上塗りベース塗膜には水分が殆ど残留しないのでワキ不具合の発生を防止できると同時に、上塗りベース塗料とクリヤ塗料との間のフラッシュオフを省略ないし短縮化することができる。
さらに、上塗りベース塗料に添加されたイソプロピルアルコールは水に可溶で、かつ蒸発潜熱が低いので、当該イソプロピルアルコールが蒸発する際に水分も一緒に蒸発し、これにより塗膜中の水分の蒸発が促進される。すなわち、上塗りベース塗料にイソプロピルアルコールを添加することにより共沸作用による水分蒸発の促進が期待できる。その後、上塗りベース塗膜とクリヤ塗膜とを同時に焼付け硬化させる際に、クリヤ塗膜中の溶剤分が蒸発するが、上塗りベース塗膜には水分が殆ど残留しないのでワキ不具合の発生を防止できると同時に、上塗りベース塗料とクリヤ塗料との間のフラッシュオフを省略ないし短縮化することができる。

このように、上塗りベース塗膜２に多量の水分が含まれていても、その蒸発が促進され、クリヤ塗料を塗装する前に充分に水分の蒸発を行うことができるので、上塗りベース塗膜２からのワキの発生が防止できる。

微粒化促進剤としてのアクリル樹脂オリゴマーの添加量は、上塗りベース塗料の２〜１０重量％であることが望ましい。これより少ないと微粒化促進効果が不充分となって上塗りベース塗膜２からのワキが発生する。またこれより多いと、硬化が不充分となる。

また、イソプロピルアルコールの添加量は、上塗りベース塗料の２〜２０重量％であることが望ましい。これより少ないと共沸効果が不充分となって上塗りベース塗膜２からのワキが発生する。またこれより多いと、溶剤蒸発速度の調整が不充分となり色味不良や外観不良が発生するおそれがある。

なお、アクリル樹脂オリゴマーなどの微粒化促進剤やイソプロピルアルコールは、塗料原液に添加しておくことも、あるいは塗料原液を希釈シンナーで希釈する際に添加することもできる。

未硬化の上塗りベース塗膜２に含まれた溶剤分、すなわち水分を自然蒸発させるのが図１に示すフラッシュオフ工程Ａ３である。本発明ではこのフラッシュオフ工程は省略することができる。本実施形態に係るフラッシュオフ工程Ａ３は、図２に示すように上塗りベース塗装工程Ａ２とクリヤ塗装工程Ａ４との間に形成された自動機やロボット等のスペース確保のために設けた必然的なインターバルで行うことができる。

フラッシュオフ工程Ａ３の後に、クリヤ塗装工程Ａ４を有し、この工程Ａ４にて未硬化の上塗りベース塗膜２の表面にクリヤ塗料を塗装し、クリヤ塗膜３を形成する。クリヤ塗膜３の膜厚は、たとえば３０〜４５μｍである。

図２に示す塗装ブース１２にて説明すると、このクリヤ塗装工程Ａ４は、上述したフラッシュオフ工程Ａ３に続けて設けられ、塗装ロボット１５や手吹き塗装によりボディ１１の主として内板にクリヤ塗料が塗装される工程Ａ４１と、塗装機１６によりボディ１１の主として外板にクリヤ塗料が塗装される工程Ａ４２と、仕上げ塗装が行われる仕上げ工程Ａ４３から構成されている。

クリヤ塗料を塗装したら、先に塗装した上塗りベース塗膜２とクリヤ塗膜３とを同時に焼付け硬化させる。焼付け硬化温度は、たとえば１４０℃で２０分である。

図２に示すレイアウトで説明すると、上塗りブース１２の出口にセッティング室１７が設けられ、クリヤ塗装を終えたボディ１１はこのセッティング室１７を通過することでクリヤ塗膜から溶剤が予備蒸発することになる。セッティング工程Ｂの時間は数分間である。そして、セッティング室１７に続いて上塗り乾燥炉１８が設けられており、この上塗り乾燥炉１８が上塗り乾燥工程Ｃである。

次に図１の右図を参照しながら本例の作用を説明する。

まず、下地１の表面に上塗りベース塗膜２を塗装する際に、疎水性樹脂を基体樹脂としている点及び微粒化促進剤を添加している点によって水分が蒸発する。そして、上塗りベース塗膜２を形成すると、フラッシュオフ工程Ａ３にて上塗りベース塗膜２に含まれた水分が、イソプロピルアルコールを添加している点によって蒸発する。この様子を図１の矢印Ｘ１にて示す。本例ではこの工程で水分を充分に蒸発させることができる。

そして、この表面にクリヤ塗膜３を形成し、上塗りベース塗膜２とクリヤ塗膜３とを同時に焼き付けると、クリヤ塗膜３に含まれる有機溶剤が塗膜外へ蒸発することになる。

このように、未硬化の上塗りベース塗膜２に含まれる水分は、クリヤ塗膜３を形成する前に充分に蒸発するので、クリヤ塗膜３が硬化してから蒸発することがなくなり、ワキ不具合の発生が防止される。

また、本例の塗装方法では、上塗りベース塗料の基体樹脂や添加剤を工夫することにより水系上塗りベース塗膜の水分蒸発を促進させるので、上塗りブース１２の設備は有機溶剤系上塗りベース塗料を用いる場合と共用することができる。換言すれば、同じ上塗りブース１２に水系上塗りベース塗料を塗装するボディ１１と、有機溶剤系上塗りベース塗料を塗装するボディ１１とが混合して流れても、設備等を改造、追加することなく対応することができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下、本発明をさらに具体化して説明する。

実施例１
板厚０．８ｍｍの鋼板に、膜厚１５μｍの電着塗膜を形成して焼付け、その上に膜厚２５μｍの中塗り塗膜を形成して焼き付けたものを塗装原板として用いた。

温度２３℃、湿度７３％ＲＨの塗装ブース内で、この塗装原板の表面に、疎水性樹脂であるポリウレタン樹脂を基体樹脂とする水系上塗りベース塗料（日本油脂社製アクアＢＣ−３ＢＫＬ０）に、微粒化促進剤としてのアクリル樹脂オリゴマーを５重量％、イソプロピルアルコールを５重量％添加したものを、ベル型塗装機を用いて、回転数４０，０００ｒｐｍ，シェーピングエアー６００Ｎｌ／分，吐出量１５０ｃｃ／分，印加電圧−６０ｋＶ，ガン距離２０ｃｍの条件にて、インターバルを３分あけて２ステージで塗装した。

塗装ブースの室温で３分間のフラッシュオフののち、有機溶剤系クリヤ塗料（日本油脂社製ベルコートＮｏ．７３００）を、ベル型塗装機を用いて、回転数２５，０００ｒｐｍ，シェーピングエアー３００Ｎｌ／分，吐出量２００ｃｃ／分，印加電圧−８０ｋＶ，ガン距離２０ｃｍの条件にて、１ステージで塗装した。

これを１４０℃で２０分間焼き付けた。得られた試料を目視で観察し、ワキの発生の有無を評価したところ、ワキは全くなかった。

比較例１
実施例１において上塗りベース塗料の基体樹脂をアクリル−メラミンとし、また微粒化促進剤としてのアクリル樹脂オリゴマー及びイソプロピルアルコールを添加しなかったこと以外は実施例１と同じ条件で試料を作製したところ、試料全面にワキが発生した。

参考例１
比較例１と同じ上塗りベース塗料を使用したが、上塗りベース塗料を塗装してからクリヤ塗料を塗装するまでの間に、上塗りベース塗膜を８０℃で３分間加熱した。これ以外の条件は比較例１と同じ条件で試料を作製したところ、ワキの発生は観察されなかった。

以上の結果のとおり、実施例１のように疎水性基体樹脂を採用するとともに微粒化促進剤及びイソプロピルアルコールを添加した上塗りベース塗料を塗装すると、フラッシュオフ工程で予備加熱することなくワキの発生が防止できる。

本発明に係る塗装方法の実施形態を示す工程図である。本発明に係る塗装方法を適用した上塗りブースの実施形態を示す平面図である。

符号の説明

Ａ…上塗り塗装工程
Ａ１…準備工程
Ａ２…上塗りベース塗装工程
Ａ３…フラッシュオフ工程
Ａ４…クリヤ塗装工程
Ｂ…セッティング工程
Ｃ…上塗り乾燥工程
１…中塗り塗膜（被塗物）
２…上塗りベース塗膜
３…クリヤ塗膜
１１…ボディ
１２…上塗りブース
１３，１５…塗装ロボット
１４，１６…塗装機

Claims

被塗物に対して、水系塗料である第１の塗料と、第２の塗料とをウェットオンウェットで塗装したのち、これらを同時に焼付け硬化させる塗装方法において、
前記第１の塗料は、ポリウレタンを基体樹脂とし、アクリル樹脂オリゴマーとイソプロピルアルコールとを含むことを特徴とする塗装方法。
前記アクリル樹脂オリゴマーは、前記第１の塗料に対し、２〜１０重量％含まれることを特徴とする請求項１記載の塗装方法。
前記イソプロピルアルコールは、前記第１の塗料に対し、２〜２０重量％含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の塗装方法。
前記第１の塗料が上塗りベース塗料であり、前記第２の塗料がクリヤ塗料であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の塗装方法。
連続して搬送される複数の被塗物に対し、水系上塗りベース塗料とクリヤ塗料とをウェットオンウェットで塗装したのちこれらを同時に焼付け硬化させる仕様と、有機溶剤系上塗りベース塗料とクリヤ塗料とをウェットオンウェットで塗装したのちこれらを同時に焼付け硬化させる仕様とが任意の順序で行われる塗装方法において、前記上塗りベース塗料は、ポリウレタンを基体樹脂とし、アクリル樹脂オリゴマーとイソプロピルアルコールとを含むことを特徴とする塗装方法。
前記アクリル樹脂オリゴマーは、前記上塗りベース塗料に対し、２〜１０重量％含まれることを特徴とする請求項５記載の塗装方法。
前記イソプロピルアルコールは、前記上塗りベース塗料に対し、２〜２０重量％含まれることを特徴とする請求項５又は６に記載の塗装方法。