JP4485812B2 - エマルション塗料組成物 - Google Patents

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Description

本発明は建築物の内外装に用いられるエマルション塗料組成物に関する。
建築物の内外装に塗布される塗料としては、環境問題の観点から、エマルション樹脂を利用した水性塗料が用いられている。一般に、このような用途に用いられる塗料は、低温造膜性と塗布後のタック性(ベタつきのなさ)との両立が必要とされる。通常、低温造膜性とタック性とは、塗料中に含まれる樹脂のガラス転移温度(Tg)によって大きく左右される、相反する性能である。
このようなエマルション塗料では、エマルション樹脂の製造に用いるモノマー混合液のTgだけでは上記の相反する性能を充分に確保することが困難なため、Tgを比較的高い設計にすることによってタック性を確保し、さらに造膜助剤として有機溶剤を含有することによって低温造膜性を確保している(例えば、非特許文献1参照。)。
ところが、さらなる環境への配慮として、揮発性有機化合物(VOC)の含有量を極力低減する試みがなされており、特に、VOCの含有量を1質量%以下とすることが切望されている。これに対応して、エマルション塗料中に含まれる有機溶剤量を低減した場合、低温造膜性の確保が困難になるという問題があった。
関西ペイント株式会社技術研究所著、「やさしい技術解説シリーズ(3)水性塗料の技術動向」、第1版、日本塗料新聞社、1994年4月1日、p.52−56
本発明は、低温造膜性とタック性とを両立することができるエマルション塗料組成物を提供することにある。
本発明は、モノマー混合液を乳化重合して得られるエマルション樹脂を含み、かつ、上記モノマー混合液が1分子中に2つ以上の不飽和基を有する架橋性モノマーと連鎖移動剤とを含んでいて、上記架橋性モノマーと連鎖移動剤との質量比が2/1〜30/1であり、上記モノマー混合液中に占める上記架橋性モノマーの含有率が1〜6質量%であることを特徴とするエマルション塗料組成物である。
ここで、モノマー混合液中の連鎖移動剤の含有量は、モノマー混合液の0.1〜3質量%であることが好ましい。また、ガラス転移温度は−40〜−5℃であることが好ましい。また、上記のモノマー混合液は、カルボン酸基含有不飽和モノマーを含んでいて、モノマー混合液の酸価が5〜50であることが好ましい。
また、顔料体積濃度は、10〜50%であることが好ましい。
さらに、揮発性有機化合物の含有量が1質量%以下であることが好ましい。
さらに、本発明は、基材に対して、上記のエマルション塗料組成物を塗布することを特徴とする塗膜形成方法である。
また、本発明は、モノマー混合液を乳化重合して得られるエマルション樹脂であって、上記モノマー混合液が1分子中に2つ以上の不飽和基を有する架橋性モノマーと連鎖移動剤とを含んでいて、上記架橋性モノマーと連鎖移動剤との質量比が2/1〜30/1であり、上記モノマー混合液中に占める上記架橋性モノマーの含有率が1〜6質量%であることを特徴とするエマルション樹脂である。
本発明のエマルション塗料組成物は、所定量の連鎖移動剤および所定比率の架橋性モノマーと連鎖移動剤とを含むモノマー混合液を乳化重合して得られるエマルション樹脂を含んでいるので、低温造膜性とタック性とを両立させることが可能となった。この詳細なメカニズムは不明であるが、通常高分子化させるために用いられる架橋性モノマーと低分子化させるために用いられる連鎖移動剤との、相反する2種の物質を含んだモノマー混合液から得られたエマルション樹脂の架橋構造、およびこのようにして得られる分子構造によって成立していると考えられる。この架橋性モノマーと連鎖移動剤との質量比が所定の範囲内であると、このような特異な効果を呈すると推察される。
また、本発明のエマルション塗料組成物において、さらに2種の硬化剤を組み合わせることによって、経時でのタック性も向上させることができる。
従って、本発明の塗膜形成方法は上記のエマルション塗料組成物を塗布するので、得られる塗膜はタック性と低温造膜性とに優れている。上記の塗膜形成方法を利用することにより、冬季の塗布においても良好な造膜性を示すことができる。また、塗布した後、ベタつき感がなく良好な仕上がり塗膜を得ることができる。
特に、エマルション塗料組成物に含まれる、揮発性有機化合物の含有量が1質量%以下であっても、低温造膜性とタック性とを両立させることができる。
本発明のエマルション塗料組成物に含まれるエマルション樹脂は、モノマー混合液を乳化重合して得られるものであり、上記モノマー混合液が1分子中に2つ以上の不飽和基を有する架橋性モノマーと連鎖移動剤とを含んでいて、上記架橋性モノマーと連鎖移動剤との質量比が2/1〜30/1であり、上記モノマー混合液中に占める上記架橋性モノマーの含有率が1〜6質量%であることを特徴とするものである。
上記モノマー混合液は、1分子中に2つ以上の不飽和基を有する架橋性モノマーと連鎖移動剤とを含んでいる。上記架橋性モノマーとしては、具体的には、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、ジアリルフタレート等を挙げることができる。
また、上記連鎖移動剤としては、具体的には、ラウリルメルカプタン、n−ブチルメルカプタン、t−ブチルメルカプタン、オクチルメルカプタン等のアルキルメルカプタン;チオグリコール酸−2−エチルへキシル、2−メチル−5−t−ブチルチオフェノール、四臭化炭素、α−メチルスチレンダイマー等を挙げることができる。
上記モノマー混合液に含まれる上記架橋性モノマーと上記連鎖移動剤との質量比は2/1以上、30/1以下であり、かつ、上記モノマー混合液に占める上記架橋性モノマーの含有率は1質量%以上、6質量%以下である。上記範囲外である場合、得られるエマルション樹脂の安定性および得られる低温造膜性が不充分になる。さらに、得られる塗膜のタック性および低温造膜性の観点から、上記モノマー混合液に占める上記連鎖移動剤の含有率は0.1質量%以上、3質量%以下であることが好ましく、1質量%以上であることがさらに好ましい。
上記モノマー混合液に含まれる上記架橋性モノマーおよび連鎖移動剤以外のモノマーとしては特に限定されず、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸二量体、クロトン酸、2−アクリロイルオキシエチルフタル酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−アクリロイルオキシエチルアシッドフォスフェート、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ω−カルボキシ−ポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、イソクロトン酸、α−ハイドロ−ω−[(1−オキソ−2−プロペニル)オキシ]ポリ[オキシ(1−オキソ−1,6−ヘキサンジイル)]、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、3−ビニルサリチル酸、3−ビニルアセチルサリチル酸等のカルボン酸基含有不飽和モノマー;(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル等の水酸基含有不飽和モノマー;グリシジル(メタ)アクリレート等のエポキシ基含有不飽和モノマー;(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(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,N−ジブチル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)メタクリルアミド等のアミド基含有不飽和モノマー;ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノ基含有不飽和モノマー;アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート等のカルボニル基含有不飽和モノマー;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;スチレン、メチルスチレンのビニル化合物;(メタ)アクリロニトリル等のニトリル等を挙げることができる。モノマーは2種以上であってもよい。
上記モノマー混合液のガラス転移温度(Tg)は、含まれる各モノマーのTgから計算によって求められる値であり、−40℃以上、−5℃以下であることが好ましい。Tgが−40℃未満となる場合は得られる塗膜のタック性が不充分になる恐れがあり、Tgが−5℃を超える場合は得られる塗膜の低温造膜性が不充分になる恐れがある。好ましくは、−10℃以下である。なお、上記モノマーのTgは個々のモノマーから得られるホモポリマーのTgを意味する。
また、得られるエマルション樹脂の安定性の観点から、上記カルボン酸基含有不飽和モノマーを含んでいて、上記モノマー混合液は酸価が5以上、50以下であることが好ましい。さらに好ましくは、10以上、40以下である。
本発明のエマルション塗料組成物に含まれるエマルション樹脂は、上記モノマー混合液を乳化重合して得ることができる。上記乳化重合としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩;t−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化水素等の過酸化物;亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、アスコルビン酸、ロンガリット等の還元剤と上記開始剤のような酸化剤を組み合わせたもの等のレドックス開始剤;4,4'−アゾビス4−シアノ吉草酸等のアゾ系化合物等の重合開始剤を上記モノマー混合液に対して0.1〜3質量%含有させて、当業者によってよく知られた方法を用いることができる。
得られたエマルション樹脂の体積平均粒子径は特に限定されず、例えば、10〜500nmである。上記体積平均粒子径は、レーザー光散乱法等、当業者によってよく知られている方法で決定することができる。
本発明のエマルション塗料組成物は、上記エマルション樹脂の他に、必要に応じて硬化剤、着色顔料、体質顔料、顔料分散剤、消泡剤、増粘剤、紫外線吸収剤、光安定剤、凍結防止剤、造膜助剤等を含むことができる。
上記硬化剤としては特に限定されず、イソシアネート化合物、アジピン酸ジヒドラジド、カルボジイミド基含有化合物等、上記エマルション樹脂の反応性官能基と架橋反応可能な、当業者によってよく知られているものを適宜選択することができる。これらは2種以上であってもよい。
上記凍結防止剤および上記造膜助剤はVOCに該当するものが多く、環境に対する配慮の観点から、これらを含まないことが好ましい。なお、本発明のエマルション塗料組成物は、上記凍結防止剤および上記造膜助剤を含まなくても、充分な凍結防止性能および造膜性能に優れている。
上記着色顔料としては特に限定されず、例えば、黄鉛、黄色酸化鉄、酸化鉄、カーボンブラック、二酸化チタン等の無機顔料;アゾキレート系顔料、不溶性アゾ系顔料、縮合アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、インジゴ顔料、ペリノン系顔料、ペリレン系顔料、ジオキサン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノン系顔料、金属錯体顔料等の有機顔料等を挙げることができる。また、上記体質顔料は炭酸カルシウム、沈降性硫酸バリウム、クレー、タルク等を挙げることができる。
なお、本発明のエマルション塗料組成物の顔料体積濃度は、10〜50%であることが好ましい。10%未満であるとタック性が低下する恐れがあり、50%を超えると低温造膜性が低下する恐れがある。
本発明のエマルション塗料組成物は、環境に対する配慮の観点から、VOCの含有量が1質量%以下であることが好ましい。上記VOCは常圧において揮発性を有する有機化合物であり、VOCの含有量を1質量%以下である場合は、本発明の効果がより発揮される。なお、エマルション塗料組成物中のVOCの含有量は、水素炎イオン化検出器(FID検出器)付きガスクロマトグラフィによる分析等、当業者によってよく知られた方法を用いて得ることができる。
本発明の塗膜形成方法は、基材に対して、上述のエマルション塗料組成物を塗布することを特徴とするものである。上記基材としては特に限定されず、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム等およびその表面処理物の金属基材、セメント類、石灰類、石膏類等のセメント系基材、ポリ塩化ビニル類、ポリエステル類、ポリカーボネート類、アクリル類等のプラスチック系基材等を挙げることができる。なお、これらはシーラー等の下塗り塗膜が形成されていてもよい。また、塗布する方法としては特に限定されず、例えば、刷毛塗り、ローラー塗装、ロールコーター、カーテンフローコート、スプレー塗装、ナイフエッジコート等を挙げることができる。塗布後、常温にて放置または強制的に加熱を行い乾燥させて塗膜を得ることができる。なお、塗布量、塗布膜厚および乾燥時間は、塗料の種類や適用する基材に応じて任意に設定することができる。
本発明のエマルション樹脂は、モノマー混合液を乳化重合して得られるエマルション樹脂であって、上記モノマー混合液が1分子中に2つ以上の不飽和基を有する架橋性モノマーと連鎖移動剤とを含んでいて、上記架橋性モノマーと連鎖移動剤との質量比が2/1以上、30/1以下であり、上記モノマー混合液中に占める上記連鎖移動剤の含有率が0.1質量%以上、3質量%以下であることを特徴とするものである。具体的には、上記のエマルション塗料組成物において述べたエマルション樹脂を挙げることができる。本発明のエマルション樹脂は、エマルション塗料に好適に用いられるものである。
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例により限定されるものではない。なお、以下において「部」とあるのは「質量部」を意味する。
製造例1 顔料分散ペーストの製造
タイペークCR−50(石原産業社製二酸化チタン)200部、SP−600N(ダイセル社製ヒドロキシセルロース系増粘剤)1部、SNデフォーマ1070(サンノプコ社製消泡剤)1部、ディスパービック−190(ビックケミー社製顔料分散剤)15部およびイオン交換水53部を混合した後、ガラスビーズを用いディスパーにて分散し、顔料分散ペーストを得た。
実施例1
滴下漏斗、温度計、窒素導入管、還流冷却器および撹拌機を備えたセパラブルフラスコにイオン交換水34.5部、ペレックスSS−H(花王社製アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム)0.3部を仕込み、窒素雰囲気のもとで80℃に昇温した。スチレン14部、2−エチルへキシルアクリレート57部、メチルメタクリレート22部、エチレングリコールジメタクリレート4部、ジアセトンアクリルアミド1部およびメタクリル酸2部からなる、Tgが−19℃、酸価が13であるモノマー混合液に、ドデシルメルカプタン0.6部を加えた後、これを、ペレックスSS−H1.2部をイオン交換水50部に溶解させた乳化剤水溶液中に加え、ミキサーを用いて乳化させてプレエマルジョンを調製した。なお、モノマー混合液のTgを計算するにあたって、エチレングリコールジメタクリレートのTgはメチルメタクリレートと同じ温度とした。
このようにして得られたプレエマルションと過硫酸アンモニウム0.3部とをイオン交換水13部に溶解させた開始剤水溶液を別個の滴下漏斗から同時に滴下した。前者は120分間、後者は150分間にわたって均等に滴下を開始した。滴下終了後、同温度でさらに120分間反応を継続した。冷却後、用いたメタクリル酸の10モル%に相当するアンモニア水で中和した。中和物を200メッシュの金網で濾過し、体積平均粒子径126nm、固形分50%のエマルション樹脂1を得た。
得られたエマルション樹脂1を290部、製造例1で得られた顔料分散ペースト150部、SNデフォーマ1070を5部、アジピン酸ジヒドラジド5%水溶液14部、アデカノールUH−420(旭電化社製ウレタン系増粘剤)6部およびイオン交換水35部を混合して、顔料体積濃度17%のエマルション塗料組成物を得た。この塗料に含まれるVOCの含有量をFID検出器付きHP−5890(ヒューレットパッカード社製ガスクロマトグラフィ)にて分析し、検出された揮発成分のピーク面積の合計を予め作成したトルエン標準サンプルの検量線式に代入して求めたところ、0.1質量%であった。
得られたエマルション塗料組成物を、JIS K 5600で定められた標準条件下でガラス板上にアプリケータを用いて乾燥膜厚が50μmとなるように塗布した後、同条件下で1時間放置し、さらに40℃の恒温室にて24時間、48時間、72時間放置してタック性評価板および24時間放置して耐候性評価板を得た。
また、温度5℃の条件下でガラス板上にアプリケータを用いて乾燥膜厚が50μmとなるように塗布した後、同条件下で24時間放置して低温造膜性評価板を得た。
実施例2
さらに造膜助剤としてダワノールDPnB(ダウケミカル社製ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、沸点229℃)をエマルション樹脂固形分に対して3質量%加えたこと以外、実施例1と同様にして、顔料体積濃度17%のエマルション塗料組成物を得た。この塗料に含まれるVOCの含有量を実施例1と同様にして分析した結果、3.0質量%であった。
実施例3〜5
表1の配合に基づいて、モノマー混合液を得たこと以外、実施例1と同様にして、エマルション樹脂2〜を得た。いずれも固形分50%であり、体積平均粒子径はそれぞれ、125nm、130nm、128nmおよび130nmであった。
エマルション樹脂1の代わりに、各々エマルション樹脂2〜を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、顔料体積濃度17%のエマルション塗料組成物を得た。これらの塗料に含まれるVOCの含有量を実施例と同様にして分析した。結果を表に記載した。さらに、同様にして、タック性評価板、耐候性評価板および低温造膜性評価板を得た。
実施例7および8
実施例1および5で得られたエマルション塗料組成物に対して、各々カルボジライトV−02(日清紡績社製カルボジイミド基含有化合物水溶液、固形分40%)15.0部を混合した。これらの塗料に含まれるVOCの含有量を実施例1と同様にして分析した。結果を表に記載した。さらに実施例1と同様にして、タック性評価板、耐候性評価板および低温造膜性評価板を得た。
比較例1
滴下漏斗、温度計、窒素導入管、還流冷却器および撹拌機を備えたセパラブルフラスコに脱イオン水34.5部、ペレックスSS−H0.3部を仕込み80℃に昇温した。スチレン15部、2−エチルへキシルアクリレート46部、メチルメタクリレート17部、ジアセトンアクリルアミド1部およびメタクリル酸1.6部からなる、Tgが21℃である1段目用モノマー混合液にペレックスSS−H1.2部をイオン交換水50部に溶解させた乳化剤水溶液中に加え、ミキサーを用いて乳化させてプレエマルジョンを調製した。このプレエマルジョンと、過硫酸アンモニウム0.3部をイオン交換水13部に溶解させた開始剤水溶液とを別個の滴下漏斗から同時に滴下して1段目の重合を行った。1段目の滴下が終わった30分後にスチレン3部、2−エチルへキシルアクリレート13部、メチルメタクリレート4部、メタクリル酸0.4部からなる、Tgが−29℃である2段目用モノマー混合液にドデシルメルカプタン1部を混合したものを30分にかけて滴下して2段目の重合を行った。なお、1段目と2段目とを合わせたモノマー混合液の酸価は13であった。2段目の滴下が終わった後、同温度でさらに120分間重合を継続した。冷却後、用いたメタクリル酸に対して10モル%に相当するアンモニア水で中和した。これを200メッシュの金網で濾過し、体積平均粒子径160nm、固形分50%のエマルション樹脂を得た。
エマルション樹脂1の代わりに、エマルション樹脂を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、顔料体積濃度17%のエマルション塗料組成物を得た。これらの塗料に含まれるVOCの含有量を実施例1と同様にして分析した。結果を表に記載した。さらに、同様にして、タック性評価板、耐候性評価板および低温造膜性評価板を得た。
比較例2〜4
表1の配合に基づいて、モノマー混合液を得たこと以外、実施例1と同様にして、エマルション樹脂8〜10を得た。いずれも固形分50%であり、体積平均粒子径はそれぞれ、120nm、126nmおよび125nmであった。
エマルション樹脂1の代わりに、各々エマルション樹脂7〜9を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、顔料体積濃度17%のエマルション塗料組成物を得た。これらの塗料に含まれるVOCの含有量を実施例1と同様にして分析した。結果を表に記載した。さらに、同様にして、タック性評価板、耐候性評価板および低温造膜性評価板を得た。
Figure 0004485812
評価試験
エマルション樹脂および作成した各評価板を以下の通り試験し、評価した。なお、評価結果は表2に示した。
(1)濾過残渣
エマルション樹脂の製造時に発生した200メッシュの金網上の濾過残渣を150℃で1時間乾燥させて残渣率を計算した。
(2)低温造膜性
作成した低温造膜性評価板の塗膜表面状態を目視にて、以下の評価基準に従って評価した。
○ :塗膜の割れがない
× :塗膜の割れが確認できる
(3)タック性
作成したタック性評価板上に7cm角のウエスを置き、さらにその上に600gのおもりを載せて40℃で24時間放置した後、おもりを取り外して、ウエスを剥がした。ウエスを剥がす時の引き剥がし感をタック性として、以下の評価基準に従って評価した。さらに同様にして48時間放置、72時間放置についても評価した。
◎ :抵抗を全く感じない
○ :抵抗をほとんど感じない
△ :やや抵抗を感じる
× :抵抗を感じる
(4)耐候性
作成した耐候性評価板をサンシャインウェザオメーター(スガ試験機社製)にて1000時間促進耐候性試験を行い、試験前後の60度光沢値を光沢度計(スガ試験機社製)にて測定し、光沢保持率を、光沢保持率(%)=試験後光沢値/試験前光沢値×100によって算出した。70%以上を合格とした。
Figure 0004485812
表2の結果から明らかなように、本発明に含まれる実施例1および実施例3〜のエマルション樹脂は製造時の濾過残さも極めて少なく、樹脂自体の安定性が良好である。しかしながら、コア/シェル型のエマルション樹脂である比較例1は濾過残さが1質量%を超え、樹脂自体の安定性が不良であることがわかった。
また、本発明に含まれる実施例1〜5、7〜8のエマルション塗料組成物は、低温造膜性とタック性とを両立させることができ、特にスチレン量を減量したエマルション樹脂を用いた実施例のエマルション塗料組成物から得られる塗膜は耐候性も良好であった。さらに、別の硬化剤と組み合わせた実施例7および8のエマルション塗料組成物は経時でのタック性が大幅に向上した。しかしながら、比較例2〜4のエマルション塗料組成物は、低温造膜性とタック性とを両立させることができず、また、経時でのタック性向上もなかった。

本発明のエマルション塗料組成物は、建築物の内外装に好適である。

Claims (6)

  1. モノマー混合液を乳化重合して得られるエマルション樹脂を含むエマルション塗料組成物であって、
    前記モノマー混合液が1分子中に2つ以上の不飽和基を有する架橋性モノマーと連鎖移動剤とこれら以外のモノマーとを含んでいて、前記架橋性モノマーと連鎖移動剤との質量比が2/1〜30/1であり、
    前記モノマー混合液中に占める前記架橋性モノマーの含有率が前記モノマー混合液の1〜6質量%であり、
    前記モノマー混合液中に占める前記連鎖移動剤の含有率が前記モノマー混合液の0.1〜3質量%であり、
    前記塗料組成物に含まれるVOC(揮発性有機化合物)の含有量が1質量%以下である、
    建築物の内外装に用いられるエマルション塗料組成物。
  2. 前記モノマー混合液に含まれる各モノマーのガラス転移温度(Tg)から求められる前記モノマー混合液の計算Tgが−40〜−5℃である、請求項1に記載のエマルション塗料組成物。
  3. さらに硬化剤を含む、請求項1または2に記載のエマルション塗料組成物。
  4. 前記硬化剤が、カルボジイミド基含有化合物である、請求項3に記載のエマルション塗料組成物。
  5. 顔料体積濃度が10〜50%である、請求項1から4までのいずれかに記載のエマルション塗料組成物。
  6. 基材に対して、請求項1から5までのいずれかに記載のエマルション塗料組成物を塗布する、塗膜形成方法。
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