JP4589512B2

JP4589512B2 - 塗膜形成方法

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Publication number: JP4589512B2
Application number: JP2000305713A
Authority: JP
Inventors: 宗治大本; 徹竹内; 章加佐利; 博清水; 智史井納
Original assignee: Kansai Paint Co Ltd
Current assignee: Kansai Paint Co Ltd
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2020-10-05
Also published as: JP2002113410A; JP2002113415A; JP4589513B2; US20020090461A1; KR20020027170A; KR100773279B1; US6534127B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水性塗料を用いた３コート１ベークの塗膜形成方法において、低温度・高湿度雰囲気下でもタレ等を生じることなく、特に水性メタリック塗料ではメタリック顔料の配向を制御でき、しかも空調エネルギーを大幅に削減できる塗膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来技術及びその課題】
従来、中塗り塗料や上塗り塗料の塗装は、一般に塗装ブース内で行われており、該塗装ブース内は、通常、温度及び湿度を適性に制御する空調がなされている。ブース内の温度や湿度が制御されずに大きく変動すると、特に低温、多湿では、噴霧パターン領域での霧化塗料粒子中の揮発成分の蒸発速度が大きく変化し、霧化塗料粒子の塗着粘度が大きく変動するので、特に水性塗料では溶剤型塗料に比べて塗着塗料のタレや塗膜の肌不良等を生じて正常な塗膜を形成できなくなるため、上記ブース内の空調管理は厳密に行なう必要があった。また水性メタリック塗料の塗装では、空調管理がメタリック顔料の配向にも影響を及ぼすため、管理幅が狭くなっていた。
【０００３】
上記塗装ブース内では、給排気をしつつ、温度及び湿度を制御するため、塗装ブース全体で空調に消費されるエネルギーは相当なもので、通常、工業塗装ラインの工程の中で最大であり、このエネルギー削減が重要課題であった。
【０００４】
本発明の目的は、水性塗料を用いた塗膜形成方法において、低温度・高湿度雰囲気下でもタレ等を生じることなく、特に水性メタリック塗料でメタリック顔料の配向を制御でき、しかも空調エネルギーを大幅に削減できる塗膜形成方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被塗面に、熱硬化性水系着色塗料（Ａ）を塗装し、該塗面に着色顔料及び／又は光輝性顔料を含む熱硬化性水性塗料（Ｂ）を塗装し、必要に応じて予備乾燥をして、次いで熱硬化性クリヤー塗料（Ｃ）を塗装した後、加熱して該（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の３層塗膜を同時に硬化させる塗膜形成方法において、該熱硬化性水系着色塗料（Ａ）の塗装時に、該塗料の噴霧粒子が被塗面に移動するほぼ同じ方向に向けて、塗料噴出口の後方から塗装パターンの周囲に該パターンに接触するように温度３０〜７０℃及び湿度１〜２０％ＲＨに制御された空気を噴射する方法（Ｉ）によって塗料（Ａ）の塗着１分後の塗着塗料の固形分を５０％以上に制御し、さらに塗料（Ａ）の塗装後に塗装された被塗物を温度３０〜７０℃及び湿度１〜２０％ＲＨに制御された空気流で包囲し高速エアブロー（II）を行なって塗着塗料の固形分を制御することを特徴とする塗膜形成方法に関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられる熱硬化性水系着色塗料（Ａ）は、着色顔料、及び必要に応じて光輝性顔料を含むものであり、水を主たる溶媒とし、水溶性もしくは水分散性熱硬化型樹脂を含有するものである。
【０００７】
水溶性もしくは水分散性熱硬化型樹脂としては、例えばアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、さらにはブロックイソシアネート基含有ポリエステル樹脂等の自己架橋型樹脂などが挙げられ、特に酸価２０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価２０〜２００ｍｇＫＯＨ／ｇを有するアクリル樹脂やポリエステル樹脂が好適である。
【０００８】
上記アクリル樹脂としては、カルボキシル基含有不飽和単量体、水酸基含有不飽和単量体、及びその他の不飽和単量体からなる混合物を共重合してなる、数平均分子量３，０００〜１００，０００、好ましくは５，０００〜５０，０００の共重合体が挙げられる。
【０００９】
カルボキシル基含有不飽和単量体としては、例えば（メタ）アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、及びこのうちのジカルボン酸のハーフモノアルキルエステル化物などが挙げられ、水酸基含有不飽和単量体としては、例えばヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレートなどのアクリル酸又はメタクリル酸のヒドロキシアルキルエステルなどが挙げられ、これらは１種又は２種以上使用できる。
【００１０】
その他の不飽和単量体としては、例えばメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−、ｉ−プロピル（メタ）アクリレート、ｎ−、ｉ−、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、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレートなどのアクリル酸又はメタクリル酸の炭素数１〜２４のアルキルエステル又はシクロアルキルエステル；グリシジル（メタ）アクリレート、アクリロニトリル、アクリルアミド、ジメチルアミノエチルメタクリレート、スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、塩化ビニルなどが挙げられ、これらは１種又は２種以上使用できる。
【００１１】
アクリル樹脂は、アクリル酸又はメタクリル酸のアルキルエステル又はシクロアルキルエステルを２０重量％以上含有する共重合体であり、ビニル樹脂は、これらが２０重量％未満の共重合体である。
【００１２】
ポリエステル樹脂は、多価アルコール及び多塩基酸、さらに必要に応じて一塩基酸、油成分（この脂肪酸も含む）などを用いてエステル反応させることによって調製されるオイルフリーもしくは油変性のポリエステル樹脂である。この樹脂の数平均分子量は約５００〜５００００、好ましくは３０００〜３００００の範囲内が適当である。
【００１３】
多価アルコールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、２，２−ジメチルプロパンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール及びカージュラＥ（シェル化学社製、商品名）などが挙げられ、これらは１種又は２種以上使用できる。多塩基酸としては、例えばフタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、マレイン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸及びこれらの無水物などが挙げられ、これらは１種又は２種以上使用できる。また一塩基酸としては、例えば安息香酸やｔ−ブチル安息香酸などが挙げられ、油せ成分としては、例えばヒマシ油、脱水ヒマシ油、サフラワー油、大豆油、あまに油、トール油、ヤシ油及びこれらの脂肪酸などが挙げられ、これらは１種又は２種以上使用できる。
【００１４】
ポリエステル樹脂において、カルボキシル基は例えば１分子中に３個以上のカルボキシル基を有するトリメリット酸やピロメリット酸などの多塩基酸を併用したり、ジカルボン酸をハーフエステル付加することによって導入でき、水酸基は１分子中に３個以上の水酸基を有するグリセリン、トリメチロールプロパンなどの多価アルコールを併用することによって容易に導入できる。
【００１５】
上記水酸基含有樹脂としては、またアクリル樹脂又はビニル樹脂をポリエステル樹脂にグラフト化したグラフト重合体も適用でき、該グラフト重合体は重合性不飽和基を有するポリエステル樹脂に上述の不飽和単量体類を反応（グラフト化）させることによって得られる。
【００１６】
上記水酸基含有樹脂のカルボキシル基の中和は塩基性物質を用いて行なうことができ、架橋剤などとの混合前に行なうことが望ましい。
【００１７】
塩基性物質としては、水溶性であることが好ましく、例えばアンモニア、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、モルホリン、メチルエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、２−アミノ−２−メチルプロパノールなどが挙げられ、これらは１種又は２種以上使用できる。
【００１８】
架橋剤としては、例えばブロックポリイソシアネートやアミノ樹脂などが好適に使用できる。
【００１９】
上記水酸基含有樹脂の中和物と架橋剤との使用割合は、固形分重量で、前者が５０〜９０重量％、好ましくは６０〜８０重量％、後者が５０〜１０重量％、好ましくは４０〜２０重量％の範囲内が適当である。
【００２０】
該熱硬化性水系着色塗料（Ａ）による塗膜は、着色顔料や光輝性顔料を配合して不透明のソリッド調又はメタリック調としてもよい。着色顔料としては、例えば二酸化チタン、カーボンブラック、ベンガラ、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料などの無機系及び有機系の着色顔料が挙げられ、光輝性顔料としては、隠蔽性向上を目的とした、例えばアルミニウムフレーク、意匠性を目的とした、例えば雲母、雲母状酸化鉄などが挙げられ、これらは１種又は２種以上使用できる。これらの顔料配合により、熱硬化性水系着色塗料（Ａ）による塗膜の隠蔽性が高まり中塗り工程を省略することが可能になる。
【００２１】
熱硬化性水系着色塗料（Ａ）には、さらに必要に応じて有機溶剤、体質顔料、硬化触媒、塗面調製剤、顔料分散剤、粘度調整剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤などの塗料用添加剤を配合してもよい。
【００２２】
熱硬化性水系着色塗料（Ａ）に一部使用される有機溶剤としては、従来公知のものが使用でき、例えばエステル系、ケトン系、エーテル系、アルコール系などの溶剤が挙げられ、これらは１種又は２種以上使用できる。これらのうち、特に２０℃において水１００重量部に対し５０重量部以上溶解するような親水性溶剤を用いることが好ましい。
【００２３】
本発明において用いられる熱硬化性水性塗料（Ｂ）は、着色顔料及び／又は光輝性顔料を含むものであり、水を主たる溶媒とし、水溶性もしくは水分散性熱硬化型樹脂を含有し、さらに必要に応じて体質顔料、塗面調製剤、粘度調製剤、有機溶剤などを配合してなるものである。
【００２４】
水溶性もしくは水分散性熱硬化型樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられ、特にアクリル樹脂が好適である。該水溶性もしくは水分散性熱硬化型アクリル樹脂は、カルボキシル基含有不飽和単量体、水酸基含有不飽和単量体、及びその他の不飽和単量体からなる混合物を共重合してなる、酸価２０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価２０〜２００ｍｇＫＯＨ／の樹脂である。かかるカルボキシル基含有不飽和単量体、水酸基含有不飽和単量体、及びその他の不飽和単量体は、前記ベース塗料（Ａ）の説明で列記したものから適宜選んで使用できる。該アクリル樹脂と組み合わせられる架橋剤としては、例えばブロックポリイソシアネートやアミノ樹脂などが挙げられる。
【００２５】
着色顔料としては、例えば二酸化チタン、カーボンブラック、ベンガラ、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料などの無機系及び有機系の着色顔料が挙げられ、光輝性顔料としては、例えばアルミニウムフレーク、雲母、着色雲母、雲母状酸化鉄などが挙げられ、これらは１種又は２種以上使用できる。該着色顔料及び光輝性顔料の使用量は、樹脂固形分１００重量部あたり１〜１００重量部の範囲内が適当である。
【００２６】
本発明において用いられるクリヤー塗料（Ｃ）は、基体樹脂、架橋剤及び有機溶剤などを含有し、さらに必要に応じて着色顔料、紫外線吸収剤、光安定剤などを配合してなる熱硬化性塗料であり、このクリヤー塗膜を透して下層塗膜のメタリック感を視認できる程度の透明性を有するものである。
【００２７】
該基体樹脂としては、例えば水酸基、カルボキシル基、シラノール基、エポキシ基などの架橋性官能基を含有するアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、シリコン含有樹脂などが挙げられ、特に架橋性官能基含有アクリル樹脂が好適である。架橋剤としては、これらの官能基と反応しうるメラミン樹脂、尿素樹脂、（ブロック）ポリイソシアネート化合物、エポキシ化合物、カルボキシル基含有化合物、酸無水物、アルコキシシラン基含有化合物などが挙げられる。該基体樹脂と架橋剤との使用割合は、固形分重量で、前者が５０〜９０重量％、好ましくは６５〜８０重量％、後者が５０〜１０重量％、好ましくは４５〜２０重量％の範囲内が適当である。
【００２８】
本発明の塗膜形成方法は、被塗面に、上記熱硬化性水系着色塗料（Ａ）を塗装し、該塗面に上記熱硬化性水性塗料（Ｂ）を塗装し、必要に応じて予備乾燥をして、次いで上記熱硬化性クリヤー塗料（Ｃ）を塗装した後、加熱して該（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の３層塗膜を同時に硬化させるものである。
【００２９】
上記熱硬化性水系着色塗料（Ａ）を塗装する被塗面は、例えば金属もしくはプラスチックなどの素材面、さらには必要に応じて電着塗料などの下塗りや中塗りなどを塗装、硬化してなる自動車車体外板面などの塗装面が挙げられる。
【００３０】
熱硬化性水系着色塗料（Ａ）の塗装は、回転式静電塗装、エアースプレー（二流体ノズル）、エアレススプレーなどを用いて行われ、塗装時の塗料粘度がフォードカップ＃４で約１０〜６０秒（２０℃）に調製されることが好ましく、塗装膜厚は硬化塗膜で約２〜３０μｍとなるよう行われる。
【００３１】
次いで該塗料（Ａ）の塗着粘度が１Ｐａ・ｓ以上、好ましくは２〜１０Ｐａ・ｓ（２０℃）の範囲内にあるうちに、熱硬化性水性塗料（Ｂ）を塗装することが望ましい。これによって該塗料（Ａ）による塗膜が塗料（Ｂ）塗着直後の水を吸収するため、高湿度塗装条件下でも塗着粘度が急上昇し、光輝顔料の良好な配向が得られるものである。該熱硬化性水性塗料（Ｂ）の塗装は、回転式静電塗装、エアースプレー（二流体ノズル）、エアレススプレーなどを用いて行われ、塗装膜厚は硬化塗膜で約２〜３０μｍとなるよう行われる。
【００３２】
本発明の塗膜形成方法においては、上記塗着粘度範囲となるように、該熱硬化性水系着色塗料（Ａ）の塗装時に、該塗料の噴霧粒子が被塗面に移動するほぼ同じ方向に向けて、塗料噴出口の後方から塗装パターンの周囲に該パターンに接触するように温度及び／又は湿度が制御された空気（以下、「制御空気」と略称することがある）を噴射する方法（Ｉ）によって上記塗着粘度に相当するよう塗着塗料の固形分を制御するものである。
【００３３】
また必要に応じて、該熱硬化性水系着色塗料（Ａ）の塗装後に、塗装された被塗物を空気流で包囲し、高速エアブロー（II）を行なって、さらに塗着塗料の固形分を制御してもよい。
【００３４】
さらに必要に応じて上記熱硬化性水性塗料（Ｂ）の塗装時に方法（Ｉ）を行なって塗着塗料の固形分を制御してもよい。
【００３５】
上記（Ｉ）の方法では、塗装機から塗料が噴霧されて形成された噴霧塗料粒子パターンの噴霧塗料粒子の被塗物への移動方向とほぼ同じ方向に向けて且つ塗料噴出口より後方から該噴霧塗料粒子パターンに接触するように該パターンの周囲に制御空気を供給する。通常、噴霧塗料粒子の移動方向にほぼ平行に、被塗物に対してほぼ鉛直に噴出される。
【００３６】
例えば回転霧化塗装機から噴霧された噴霧塗料粒子は、シェーピングエアによって噴霧塗料粒子パターンが形成され、上記制御空気はシェーピングエアに巻き込まれ噴霧塗料粒子パターンに接触し、また、制御空気はパターンを乱さない範囲内で噴霧塗料粒子パターン内に取り込まれてもよい。シェーピングエアは、周囲に形成された温湿度制御されたエアーを巻き込むことで、噴霧パターン内の雰囲気の温度及び湿度を制御することができ、噴霧塗料粒子からの揮発成分（水、有機溶剤など）の蒸発速度を調節することができ、塗装時の塗着塗料の固形分を制御することができる。
【００３７】
制御空気の温度、湿度は、ブース内の空気の条件（温度、湿度）などによって適宜設定すればよく、特に限定されるものではないが、通常、塗装面での温度が２０〜８０℃、好ましくは３０〜７０℃であり、湿度が３０％ＲＨ以下、好ましくは１〜２０％ＲＨの範囲内にあることが好適である。制御空気は、例えば、外気を加熱することによって生成することができ、また、加熱に加えて除湿を行うことによって生成することができ、場合によっては加熱せずに除湿を行うことによって生成することもできる。また、シェーピングエアの空気の温度及び湿度を予め制御していてもよく、これによって、さらに効率的に本発明の効果を向上させることができる。
【００３８】
上記したように、従来のようにブース全体を空調することなく、局所的に制御空気を吹き付ける本発明方法によって、噴霧塗料粒子の塗着塗料の固形分を制御することが可能である。
【００３９】
以下、図面に基いて（Ｉ）の方法を説明する。
【００４０】
図１は、外部電極を具備する回転霧化塗装機での（Ｉ）の方法を説明する概略図であり、（ａ）は塗装中の回転霧化塗装機の側面図であり、（ｂ）は回転霧化塗装機をベルカップ側からみた正面図である。また図２は、回転霧化塗装機（内部電極タイプ）での（Ｉ）の方法を説明する概略図であり、（ａ）は塗装中の回転霧化塗装機の側面図であり、（ｂ）は回転霧化塗装機をベルカップ側からみた正面図である。さらに図３は、二流体ノズルでの（Ｉ）の方法を説明する概略図であり、（ａ）は塗装中の二流体ノズルの側面図であり、（ｂ）は制御空気噴出機側からみた正面図である。
【００４１】
図１において、回転霧化塗装機１の円筒ボディーに、外部電極３並びに温度及び湿度が制御された空気を吹き出す複数個のエアダクト８が取り付けられている。複数個のエアダクト８は、それぞれ空気噴出口８ａを有する。空気噴出口８ａは、被塗物に対して塗料噴出口より後方となり、しかも複数個の該空気噴出口８ａが円状となるように該エアダクト８が配置されており、且つ複数個のエアダクト８から温度及び湿度が制御された空気９を噴霧塗料粒子パターンを取り囲むように供給する［図１（ａ）においては、説明上、２個のエアダクトから噴出された制御空気９が記載されているが、実際は複数個のエアダクト８の全てから制御空気９が噴出している。］。
【００４２】
図１（ｂ）に示すように、外部電極３は空気噴出口８ａが形成する円やベルカップの外周と同心円状となるように配置されている。外部電極３が配置された円周の径は、エアダクト８の空気噴出口８ａが配置された円周の径よりも小さくなっているが大きくてもよい。
【００４３】
温度及び湿度が制御された空気９は、例えば、空温エア発生装置（図示せず）で生成することができ、生成された制御空気９は蛇腹ホース（図示せず）を経て、エアダクト８に供給され、さらにスプレー開始信号と連動してエアダクト８の空気噴出口８ａから塗料霧化粒子の噴霧塗料粒子パターン６を取り囲むように該パターン６の周囲に放出されるようになっている。該パターン６は、ベルカップ２によって生成された塗料粒子がベルカップ周囲から噴出されるシェーピングエアにより形成されるものであり、温度及び湿度が制御された空気９は、このシェーピングエアの随伴流となって噴霧塗料粒子パターン６に接触する。
【００４４】
従って、噴霧塗料粒子パターン６内の霧化塗料粒子は、ベルカップ２から被塗物４へ飛行し塗着するまでの間、制御空気９が随伴されたシェーピングエア雰囲気により揮発成分（水、有機溶剤など）の蒸発速度が制御され、適正な塗着塗料の固形分で被塗物面４に到達することができる。
【００４５】
図２においても、回転霧化塗装機１の円筒ボディーに、温度及び湿度が制御された空気を吹き出す複数個のエアダクト８が取り付けられており、外部電極部分がない以外は図１と同様に、温度及び湿度が制御された空気９が、このシェーピングエアの随伴流となって噴霧塗料粒子パターン６に接触し、塗着塗料の固形分が制御されるものである。内部電極タイプの回転霧化塗装で水性塗料を塗装するため、通常、塗料供給側でプラスチック製のカートリッジもしくはボルテージブロック式等で絶縁している。自動車ボディ内板部などの塗装には、回転霧化塗装機１として小型の回転霧化塗装機であるロボベルを用いることが好適である。
【００４６】
図３においても、二流体ノズルの円筒ボディー１０に、外部電極１１並びに温度及び湿度が制御された空気を吹き出す複数個のエアダクト１２が取り付けられており、これらのエアダクト１２は、それぞれ空気噴出口１２ａを有する。空気噴出口１２ａは、被塗物に対して塗料噴出口より後方となり、しかも複数個の該空気噴出口１２ａが楕円状となるように該エアダクト１２が配置されており、且つ複数個のエアダクト１２から温度及び湿度が制御された空気１３を噴霧塗料粒子パターンを取り囲むように供給する。
【００４７】
温度及び湿度が制御された空気１３は、例えば、空温エア発生装置（図示せず）で生成することができ、生成された制御空気１３は蛇腹ホース（図示せず）を経て、エアダクト１２に供給され、さらにスプレー開始信号と連動してエアダクト１２の空気噴出口１２ａから塗料霧化粒子の噴霧塗料粒子パターン１４を取り囲むように該パターン１４の周囲に放出されるようになっている。該パターン１４は、二流体ノズルの霧化エア・パターンエアにより形成されるものであり、温度及び湿度が制御された空気１３は、この霧化エア・パターンエアの随伴流となって噴霧塗料粒子パターン１４に接触する。従って、噴霧塗料粒子パターン１４内の霧化塗料粒子は、被塗物１５へ飛行し塗着するまでの間、制御空気が随伴された霧化エア・パターンエア雰囲気により揮発成分（水、有機溶剤など）の蒸発速度が制御され、適正な塗着塗料の固形分で被塗物面１５に到達することができる。
【００４８】
次いで上記（II）の方法では、塗料が塗装された被塗物を空気流で包囲し、高速エアブローを行なうものである。これによって、塗着面からの揮発成分（水、有機溶剤など）の蒸発速度を調節することができ、塗装後の塗着塗料の固形分を制御することができる。空気流には、前記（Ｉ）の制御空気を用いることができ、その温度、湿度は前記（Ｉ）の方法と同様にして、適宜設定することもできる。さらに該空気流には、塗装ブースの空気をそのまま使用して、その空気流の当て方（水平、垂直）や風速を調整することによって水分蒸発を促進してもよい。
【００４９】
以下、図面に基いて（II）の方法を説明する。
【００５０】
図４は、（II）の方法を説明する概略図であり、（ａ）は被塗物が搬送されるラインに対して垂直方向に高速エアブロー装置が設置された図であり、（ｂ）は同ラインに対して水平方向に高速エアブロー装置が設置された図である。
【００５１】
図４（ａ）及び（ｂ）において、高速エアブロー装置は、ダクト２１で接合された熱風発生装置２０及び熱風ボックス２２を具備し、該熱風ボックス２２には多数の吹き出し口２３が設けられている。該吹き出し口２３は被塗物の形状によって吹き出しの有無が制御される。（ａ）では被塗物の両側面部に熱風である空気流の吹き出し口２３を設けており、一方（ｂ）では被塗物の上部に吹き出し口２３を設けている。夫々熱風ボックス２２は、被塗物の部位によって熱風を当てる適性距離に調整できるように前後、あるいは上下に移動可能に設置されている。
【００５２】
従って、塗装された被塗物の塗着面は、空気流により揮発成分（水、有機溶剤など）の蒸発速度が制御され、適正な塗着塗料の固形分にすることができ、セッティングやプレヒート工程を大幅に削減できる。さらにかかる高速エアブローの能力を高めることでこれらの工程をなくすことが可能である。
【００５３】
また本発明の塗膜形成方法においては、塗装ブースの温湿度に応じて、予めプログラムされた条件から、（Ｉ）及び（II）において使用される制御空気の温度及び／又は湿度、風量を最適値になるように自動的に制御することができる。
【００５４】
具体的には、図５に基いて説明する。塗装ブース内に設置された温度及び湿度センサーで温度及び湿度が感知され、そのフィードバック信号が塗装ブース温湿度管理端末に常時送られモニターされており、その温湿度データが中央制御盤にリアルタイムで送られる。該中央制御盤では、塗装ブースの温湿度が塗装可能範囲であるかを判断すると共に、予めプログラムされた条件から、（Ｉ）及び（II）において使用される制御空気の温度、湿度、風量などが適切であるかを判断し、最適値となるように演算され、（Ｉ）及び（II）において使用される制御空気（熱風）発生装置の温度、湿度、風量の指示が送られ、ファン回転数や各ダンパーの調整弁の開閉度が自動的に調整される。
【００５５】
以上の通り、本発明の塗膜形成方法において、上記熱硬化性水性塗料（Ｂ）を塗装後に行われる予備乾燥は、従来公知の手法に従って熱風や赤外線などによって、予備乾燥温度３０〜１００℃程度で約２〜５分間加熱するものである。該予備乾燥として、必要に応じて前記高速エアブロー（II）を行なっても良い。
【００５６】
クリヤー塗料（Ｃ）の塗装は、回転式静電塗装、エアースプレー（二流体ノズル）、エアレススプレーなどを用いて、塗装膜厚は硬化塗膜で約５〜１００μｍとなるように行われる。該クリヤー塗料（Ｃ）の塗装後、１００〜１８０℃で１０〜４０分間加熱して、塗料（Ａ）〜（Ｃ）による３層塗膜を同時に硬化することができる。
【００５７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。尚、「部」及び「％」は、別記しない限り「重量部」及び「重量％」を示す。
【００５８】
熱硬化性水系着色塗料（Ａ）の製造
固形分５０％のアクリル樹脂中和溶液（注１）１４０部と、「サイメル３７０」（三井サイテック社製、８８％水溶性メラミン樹脂溶液）３４部を混合し、次いでチタン白５５部、カーボンブラック２部を加えて分散し、脱イオン水で固形分３５％、粘度３５秒（フォードカップ＃４、２０℃）に調整して熱硬化性水系着色塗料（Ａ）を得た。
【００５９】
（注１）メタクリル酸メチル３０部、アクリル酸エチル２３部、アクリル酸ブチル３０部、メタクリル酸ヒドロキシエチル１２部、アクリル酸５部を重合して、酸価４０、水酸基価５２、数平均分子量約１００００のアクリル樹脂溶液（固形分６０％）を作成し、この溶液にジメチルアミノエタノールを加えて中和し、次いでイソプロピルアルコールで固形分５０％に希釈してアクリル樹脂中和溶液とした。
【００６０】
熱硬化性水性塗料（Ｂ）の製造
固形分５０％のアクリル樹脂中和溶液（注１）１００部、固形分５０％のポリエステル樹脂中和溶液（注２）１００部、固形分２０％のアクリルエマルション（注３）５００部及び「サイメル３７０」３８部を混合し、さらに「アルミペースト８９１Ｋ」（東洋アルミニウム社製）２５部を加えて混合し、脱イオン水で固形分２５％、粘度４５秒（フォードカップ＃４、２０℃）に調整して熱硬化性水性メタリック塗料（Ｂ）を得た。
【００６１】
（注２）ネオペンチルグリコール０．７モル、トリメチロールプロパン０．３モル、無水フタル酸０．４モル及びアジピン酸０．５モルをエステル化反応させた後、無水トリメリット酸０．０３モルを添加して更に反応させ、その後ブチルセロソルブを加えて、酸価４０、数平均分子量約６０００のポリエステル樹脂溶液（固形分７０％）を作成し、この溶液にジメチルアミノエタノールを加えて中和し、次いでイソプロピルアルコールで固形分５０％に希釈してポリエステル樹脂中和溶液とした。
【００６２】
（注3）脱イオン水１４０部、３０％「Ｎｅｗｃｏｌ７０７ＳＦ」（日本乳化剤社製、界面活性剤）２．５部及び単量体混合物Ａ（メタクリル酸メチル５５部、スチレン８部、アクリル酸ブチル９部、アクリル酸ヒドロキシエチル５部、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート２部及びメタクリル酸１部）１部を加え、窒素ガス気流中で混合攪拌し、６０℃に加熱し、３％過硫酸アンモニウム水溶液３部を加えた。ついで温度８０℃に上昇させた後、単量体混合物Ａ７９部、「Ｎｅｗｃｏｌ７０７ＳＦ」２．５部、３％過硫酸アンモニウム水溶液４部及び脱イオン水２部からなる単量体乳化物を４時間かけて反応容器に加えた。その後１時間熟成を行なった。さらに８０℃で単量体混合物Ｂ（メタクリル酸メチル５部、アクリル酸ブチル７部、アクリル酸２−エチルヘキシル５部、メタクリル酸３部及び「Ｎｅｗｃｏｌ７０７ＳＦ」０．５部）２０．５部と３％過硫酸アンモニウム水溶液４部を同時に１．５時間かけて反応容器に滴下した。その後１時間熟成し、脱イオン水３０部で希釈した。この濾過液に脱イオン水を加え、ジメチルアミノエタノールでｐＨ７．５に調整し、固形分２０％のアクリルエマルションを得た。
【００６３】
クリヤー塗料（Ｃ）の製造
アクリル樹脂溶液（注４）５７部、アクリル樹脂非水分散液（注５）５０部、「サイメル３０３」（三井サイテック社製、モノメリックメラミン樹脂）３０部、２５％ドデシルベンゼンスルホン酸溶液４部及び「ＢＹＫ−３００」（日ビックケミー社製、表面調整剤）０．５部からなる混合物を、「スワゾール＃１０００」（コスモ石油社製、芳香族炭化水素系溶剤）で粘度３０秒（フォードカップ＃４、２０℃）に調整して固形分５５％のクリヤー塗料（Ｃ）を得た。
【００６４】
（注４）反応容器に「スワゾール＃１０００」４０部を加えて１２０℃に加熱し、スチレン３０部、アクリル酸ブチル３５部、アクリル酸２−エチルヘキシル１０部、アクリル酸ヒドロキシエチル２５部、α，α´−アゾビスイソブチロニトリル４部からなる単量体混合物を３時間かけて加え重合させて、水酸基価１２０、数平均分子量６０００のアクリル樹脂溶液（固形分７０％）を得た。
【００６５】
（注5）反応容器に「ユーバン２８−６０」（三井化学社製、６０％メラミン樹脂溶液）５８部、ｎ−ヘプタン３０部及びベンゾイルパーオキシド０．１５部を仕込み、９５℃に加熱後、スチレン１５部、アクリロニトリル９部、メタクリル酸メチル１３部、アクリル酸メチル１５部、アクリル酸ブチル１．８部、メタクリル酸ヒドロキシエチル１０部、アクリル酸１．２部、ベンゾイルパーオキシド０．５部、ｎ−ブタノール５部、「シェルゾール１４０」（シェル石油社製）３０部、ｎ−ヘプタン９部からなる混合物を３時間かけて滴下した。その後１時間熟成後、ｔ−ブチルパーオクトエート０．６５部、「シェルゾール１４０」３．５部を１時間かけて滴下した。その後、９５℃にし２時間攪拌を続けた後、減圧して溶剤を除去し、固形分６０％、ワニス粘度Ａ（ガードナー気泡粘度）のアクリル樹脂非水分散液を得た。
【００６６】
実施例及び比較例
脱脂及びりん酸亜鉛処理した鋼板に、「エレクロン＃９４００」（関西ペイント社製、商品名、カチオン電着塗料）を常法により乾燥膜厚で２０μｍとなるよう電着塗装し、１７５℃で３０分間加熱硬化させて、被塗板▲１▼とした。該被塗板▲１▼にさらに自動車用中塗りサーフェーサーを乾燥膜厚で３０μｍとなるようエアスプレー塗装し、１４０℃で３０分間加熱硬化させ、被塗板▲２▼とした。
【００６７】
上記被塗板▲１▼及び▲２▼に、前記にて製造した塗料（Ａ）を表１に示す条件にて塗装し、３分放置後、その上に塗料（Ｂ）を表１に示す条件にて塗装し、３分放置後、必要に応じて８０℃で１０分間プレヒートを行ない、塗料（Ｃ）を表１に示す条件にて塗装し、７分間放置後１４０℃で３０分間加熱硬化して各塗装板を得た。
【００６８】
その際の塗料（Ａ）及び（Ｂ）の塗装ブース全体の温度は２５℃とし、湿度を７０％ＲＨ及び９０％ＲＨに変化させ、さらに各実施例及び比較例において表２に示すように、回転霧化塗装において図１に示す上記（Ｉ）の塗着塗料の固形分の制御態様の有無、及び図３（ｂ）に示す上記（II）の塗着塗料の固形分の制御態様の有無、塗料（Ｃ）の塗装前のプレヒート工程の有無を選択して、塗装を行なった。図１に示す（Ｉ）方法では、用いる温度及び湿度が制御された空気の温度９（被塗物面で）を５０〜６０℃（１０％ＲＨ）、その供給空気量を１ｍ³／分に設定して吹き付けた。また図３（ａ）に示す（II）方法では、用いる熱風の被塗物面での温度６０℃及び風速２０ｍ／秒、その空気量を１ｍ³に設定して高速エアブローを２分間行なった。
【００６９】
各実施例及び比較例における塗料（Ａ）塗着1分後及び塗料（Ｃ）塗装前の塗着塗料の固形分を測定し、また得られた塗装板のメタリック感、ＩＶ値、ツヤ感を評価した。結果を表２に併せて示す。
【００７０】
（＊１）メタリック感：メタリック感（キラキラ感、白さなど）を目視で評価した（◎：メタリック感に優れる、○：メタリック感が若干劣る、△：キラキラ感がなく白さに劣る、×：キラキラ感、白さが全くない）。
【００７１】
（＊２）ＩＶ値：「アルスコープ」（関西ペイント社製）を用いて測定した。
値が大きいほどアルミの配列が良好であることを意味する。
【００７２】
（＊３）ツヤ感：ツヤ感を目視で評価した（◎：ツヤ感に優れる、○：ツヤ感が若干劣る、△：ツヤ感に劣る、×：ツヤがない）。
【００７３】
【表１】
表１

【００７４】
【表２】
表２

【００７５】
【表３】
表２（つづき）

【００７６】
上記結果から、（Ｉ）の塗着塗料の固形分を制御する手法を用いることにより、塗料（Ａ）の塗着1分後の塗着塗料の固形分が５０％以上に制御でき、また（II）の手法を併用すると塗料（Ｂ）塗装前の塗着塗料の固形分をさらに上昇させることができる。これによって塗料（Ｂ）の塗装時に、塗料（Ａ）による塗膜が塗料（Ｂ）塗着直後の水を吸収するため、湿度９０％の高湿度塗装条件下でも塗着粘度が急上昇し、光輝顔料の良好な配向が得られるものである。
【００７７】
さらに塗料（Ｂ）の塗装時にも（Ｉ）方法を用いることにより、塗料（Ｂ）の塗着塗料の固形分が制御でき、また（II）の手法を用いるとプレヒートなしでも塗料（Ｃ）の塗装前の塗着塗料の固形分を８０％以上に上昇させることができ、塗装ブースが高湿度雰囲気でも、塗装ブース全体を低湿度にしたときと同等の仕上り性が得られ、塗装ブース全体の温湿度制御が軽減できる。さらに中塗り工程なしの被塗板についても同等の仕上り性が得られ、中塗り工程も削減することが可能である。
【００７８】
【発明の効果】
本発明方法によれば、水性塗料を用いた塗膜形成方法において、特定の熱硬化性水系着色塗料の塗面に熱硬化性水性塗料を塗装する３コート１ベーク仕上げとし、さらに塗着塗料の固形分を制御する手法を組み合わせることにより、低温度・高湿度雰囲気下でもタレ等を生じることなく、特に水性メタリック塗料でメタリック顔料の配向を制御でき、しかも空調エネルギーを大幅削減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法において回転霧化塗装機（外部電極）での塗着塗料の固形分を制御する手法（Ｉ）の概略図であり、（ａ）は塗装中の回転霧化塗装機の側面図であり、（ｂ）は回転霧化塗装機をベルカップ側からみた正面図である。
【図２】本発明方法において回転霧化塗装機（内部電極）での塗着塗料の固形分を制御する手法（Ｉ）の概略図であり、（ａ）は塗装中の回転霧化塗装機の側面図であり、（ｂ）は回転霧化塗装機をベルカップ側からみた正面図である。
【図３】本発明方法において二流体ノズルでの塗着塗料の固形分を制御する手法（Ｉ）の概略図であり、（ａ）は塗装中の二流体ノズルの側面図であり、（ｂ）は制御空気噴出機側からみた上面図である。
【図４】本発明方法において塗着塗料の固形分を制御する手法（II）を説明する概略図であり、（ａ）は被塗物が搬送されるラインに対して垂直方向に高速エアブロー装置が設置された図であり、（ｂ）は同ラインに対して水平方向に高速エアブロー装置が設置された図である。
【図５】本発明方法で用いられる空調制御システムの工程説明図である。
【符号の説明】
１：回転霧化塗装機
２：ベルカップ
３：外部電極
４：被塗物
５：ウェット塗膜
６：噴霧塗料粒子パターン
８：エアダクト
９：温度及び湿度が制御された空気
１０：二流体ノズルの円筒ボディ
１１：外部電極
１２：エアダクト
１３：温度及び湿度が制御された空気
１４：噴霧塗料粒子パターン
１５：被塗物
２０：熱風発生装置
２１：ダクト
２２：熱風ボックス
２３：吹き出し口

Claims

被塗面に、熱硬化性水系着色塗料（Ａ）を塗装し、該塗面に着色顔料及び／又は光輝性顔料を含む熱硬化性水性塗料（Ｂ）を塗装し、必要に応じて予備乾燥をして、次いで熱硬化性クリヤー塗料（Ｃ）を塗装した後、加熱して該（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の３層塗膜を同時に硬化させる塗膜形成方法において、該熱硬化性水系着色塗料（Ａ）の塗装時に、該塗料の噴霧粒子が被塗面に移動するほぼ同じ方向に向けて、塗料噴出口の後方から塗装パターンの周囲に該パターンに接触するように温度３０〜７０℃及び湿度１〜２０％ＲＨに制御された空気を噴射する方法（Ｉ）によって塗料（Ａ）の塗着１分後の塗着塗料の固形分を５０％以上に制御し、さらに塗料（Ａ）の塗装後に塗装された被塗物を温度３０〜７０℃及び湿度１〜２０％ＲＨに制御された空気流で包囲し高速エアブロー（II）を行なって塗着塗料の固形分を制御することを特徴とする塗膜形成方法。
塗料（Ｂ）の塗装時に、方法（Ｉ）を行なって塗着塗料の固形分を制御する請求項１記載の塗膜形成方法。
塗料（Ｂ）の塗装後の予備乾燥温度が３０〜１００℃である請求項１又は２記載の塗膜形成方法。
塗料（Ｂ）の塗装後の予備乾燥が、高速エアブロー（II）である請求項１ないし３のいずれか１項記載の塗膜形成方法。
塗装ブースの温湿度に応じて、予めプログラムされた条件から、（Ｉ）及び／又は（II）において使用される空気の温度及び／又は湿度、風量を最適値になるように自動的に制御する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の塗膜形成方法。