JP4615612B2 - 光輝性顔料と、それを含有する光輝性塗料組成物および自動車外板コート物 - Google Patents
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Description
本発明は、上述のとおり、光輝性顔料において、様々な色の粒子が混在して輝くことを抑制することを目的としている。そこで、様々な色の粒子が混ざり合うことが、薄片状粒子の厚みによる干渉色の違いよって起こる現象であることを説明する。なお、本明細書において、薄片状粒子の厚みとは、図3にdで示す部分の厚さのことである。なお、ここでは、薄片状粒子の表面に二酸化チタンおよび/または酸化鉄の金属酸化物層が設けられた光輝性顔料を例に挙げて説明する。
2nd×cosγ ・・・・(式1)
(n:薄膜層の屈折率、d:薄膜層の厚み(μm)、γ:薄膜層の屈折角)
n1(金属酸化物層)>n0(薄片状粒子)<n1(金属酸化物層)・・・・(式2)
金属酸化物の屈折率n1: ルチル型二酸化チタン(2.71)
アナターゼ型二酸化チタン(2.52)
酸化鉄(3.01)
薄片状粒子の屈折率n0: Cガラス(1.54)
シリカ(1.46)
アルミナ(1.76)
雲母、合成マイカ(1.55〜1.59)
2n0d×cosγ=1/2×λ×(2m+1) ・・・・(式3)
λ:反射光の波長(μm)、n0:薄片状粒子の屈折率、
d:薄片状粒子の厚み(μm)、m:干渉次数(0、1、2、3・・・の整数)
自動車外板コート物(塗装)には、大きく分けて2つの事項が要求される。その1つの要求事項は、塗装下部(鋼板)の腐食保護であり、もう1つの要求事項は、上述のように魅力ある意匠性(鮮明な単一色)だけでなく、鏡のような高光沢でスムーズな外観品質である。
du:波長0.1mm以下
Wa:波長0.1〜0.3mm
Wb:波長0.3〜1mm
Wc:波長1〜3mm
Wd:波長3〜10mm
We:波長10〜30mm
Sw:波長0.3〜1.2mm
Lw:波長1.2〜12mm
DOI:波長0.3mm以下
本実施の形態の薄片状粒子の一例は、粒度分布において、粒径が小さい側からの体積累積が99%に相当する粒径が48μm以下であり、かつ、最大粒径が62μm以下である。また、本実施の形態の薄片状粒子は、光輝性顔料が粒度分布において、粒径が小さい側からの体積累積が99%に相当する粒径が48μm以下であり、かつ、最大粒径が62μm以下となるように、適宜その粒径を調整してもよい。さらに、本実施の形態の薄片状粒子は、1.4〜1.8の屈折率を有する材料によって形成されている。さらに、本実施の形態の薄片状粒子は、厚さ分布において、0.8μm〜1.9μmの範囲の頻度が体積で90%以上(第1形態)、または、厚さ分布において、0.01μm〜0.35μm(好ましくは0.1μm)の範囲の頻度が体積で90%以上(第2形態)、を満たす。第1形態における薄片状粒子の場合、そのアスペクト比(平均粒径/平均厚さ)は、例えば2〜30程度である。一方、第2形態における薄片状粒子の場合、そのアスペクト比(平均粒径/平均厚さ)は、例えば25〜2000程度である。なお、本明細書において、平均粒径とは、粒径が小さい側からの体積累積が50%に相当する粒径(D50)のことであり、平均厚さとは、上記の方法で求めた厚さ分布を用いて求めることができる。
本実施の形態では、例えばふるい分け分級によって薄片状粒子の粒度を調整することができる。ふるい分け分級には、例えば乾式振動ふるいを利用できる。用いるふるいの目開きの大きさは、ふるう前の粒子の粒度や、得たい薄片状粒子の粒径等に応じて適宜選択するとよい。
金属酸化物層の具体例について、以下に説明する。
薄片状粒子を被覆する金属酸化物層の一例として、二酸化チタン層が挙げられる。薄片状粒子を被覆する二酸化チタン層は、実質的に、ルチル型二酸化チタンからなっているとよい。二酸化チタンは、アナターゼ型、ブルーカイト型、ルチル型の3種類の結晶型を有する。この中で工業的に製造されているのは、アナターゼ型とルチル型である。アナターゼ型二酸化チタンは、強い光触媒活性を持つため、樹脂や塗料の分解や変色が加速される。一方、ルチル型二酸化チタンはアナターゼ型二酸化チタンと比較すると10分の1程度の光触媒活性であり、塗料や樹脂に顔料として使用する場合に適している。さらに、ルチル型二酸化チタンは、アナターゼ型二酸化チタンよりも屈折率が高く、緻密かつ均一な被膜を容易に形成できるため、光の干渉による発色性がよくなる。ルチル型二酸化チタンの製造方法としては、特開2001-31421号公報に開示されているように、温度55〜85℃、pH1.3以下の条件下で、チタン含有溶液から中和反応により析出する方法が例示できる。この方法を用いると、結晶型転移のための加熱を本質的に必要とせず、耐熱性の低い基体に対してもルチル型二酸化チタンを容易に定着させることができる。例えば、本実施の形態の光輝性顔料におけるルチル型二酸化チタン層の厚みは、20nm〜200nmが好ましい。
薄片状粒子を被覆する金属酸化物層の別の例として、酸化鉄層が挙げられる。酸化鉄は、ルチル型二酸化チタンと同様に、アナターゼ型二酸化チタンと比較すると光触媒活性が10分の1程度と低く、塗料や樹脂組成物に含まれる顔料としての使用に適している。酸化鉄を用いると、酸化鉄の光の吸収による有彩色の発色と光の干渉による発色の色彩が実現できる。本実施の形態の光輝性顔料において、薄片状粒子を被覆する酸化鉄として、3価の酸化鉄、もしくは2価の酸化鉄と3価の酸化鉄との混合物を用いることができる。酸化鉄の製造方法としては、特開2005−187782号公報に開示されているように、50〜80℃、pH2〜4の条件下で、鉄含有溶液から中和反応により析出する方法が例示できる。酸化鉄層の厚さは、20nm〜200nmが好ましい。
屋外で利用される自動車、オートバイにおいては、顔料に高い耐候性が求められる。紫外線に曝されると、顔料に含まれる二酸化チタンおよび/または酸化鉄の光触媒活性により、塗膜の分解や変色が加速されるためである。そこで、高い耐候性を得るために、光輝性顔料が、ランタン、セリウムおよびアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1つの元素の水酸化物または酸化物水和物でさらに被覆されていることが好ましい。また、光輝性顔料は、上述の耐候性とさらに耐水二次密着性とを向上させるため、最外層に、オキサゾリン環を有する有機化合物および/またはシランカップリング剤を用いた表面処理層を設けることがさらに好ましい。
セリウムの水酸化物または酸化物水和物は、水溶性セリウム化合物と酸またはアルカリとを反応させることによって、粒子(二酸化チタンおよび/または酸化鉄で被覆された薄片状粒子)上に析出させることができる。使用できる酸性セリウム化合物の例としては、硫酸セリウム、塩化セリウム、硝酸セリウム等の鉱酸塩が挙げられる。使用される酸性セリウム化合物は、水酸化アルカリ金属等のアルカリとの反応によって、セリウムの水酸化物または酸化物水和物を析出させることができる。また、酸性セリウム化合物の代わりに、酸、例えば硫酸と反応してセリウムの水酸化物または酸化物水和物を析出させる、硫酸アンモニウムセリウムまたは硝酸アンモニウムセリウム等のアルカリ性セリウム塩を使用することができる。好ましくは、水溶性セリウム化合物として硝酸セリウムを用い、それと反応するアルカリに水酸化ナトリウム溶液を用いることである。セリウム化合物は、セリウム換算で、本実施の形態における金属酸化物層に用いられる二酸化チタンおよび/または酸化鉄の約0.01質量%から約1.0質量%の範囲の一般的な量とすることができる。より好ましくは、二酸化チタンおよび/または酸化鉄の約0.02質量%から約0.5質量%の範囲の量で、セリウム化合物を水性スラリーに添加することである。使用する酸もしくはアルカリは、セリウム化合物と反応し、粒子上にセリウムの水酸化物または酸化水和物を析出させるために十分な量で、スラリーに添加される。
ランタンの水酸化物または酸化物水和物は、水溶性ランタン化合物と酸またはアルカリとを反応させることによって、粒子(二酸化チタンおよび/または酸化鉄で被覆された薄片状粒子)上に析出させることができる。使用できるランタン化合物の例としては、硫酸ランタン、塩化ランタン、硝酸ランタン、酢酸ランタン、炭酸ランタン等の鉱酸塩が挙げられる。使用されるランタン化合物は、水酸化アルカリ金属等のアルカリとの反応によって、ランタンの水酸化物または酸化物水和物を析出させることができる。好ましくは、水溶性ランタン化合物として硝酸ランタンを用い、それと反応するアルカリに水酸化ナトリウム溶液を用いることである。使用するランタン化合物は、ランタン換算で、本実施の形態における金属酸化物層に用いられる二酸化チタンおよび/または酸化鉄の約0.01質量%から約1.0質量%の範囲の一般的な量とすることができる。より好ましくは、二酸化チタンおよび/または酸化鉄の約0.02質量%から約0.5質量%の範囲の量で、ランタン化合物を水性スラリーに添加することである。使用する酸もしくはアルカリは、ランタン化合物と反応し、粒子上にランタンの水酸化物または酸化物水和物を析出させるために十分な量で、スラリーに添加される。
アルミニウムの水酸化物または酸化物水和物は、酸性もしくはアルカリ性のアルミニウム化合物と、適切なアルカリまたは酸とを反応させることによって得ることができ、この反応と同時に粒子(二酸化チタンおよび/または酸化鉄で被覆された薄片状粒子)上に析出させることが可能である。利用できる酸性アルミニウム化合物の例としては、鉱酸のアルミニウム塩、例えば、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウムが挙げられる。アルカリ性アルミニウム化合物の例としては、アルミン酸ナトリウム等のアルミン酸アルカリ金属がある。酸性またはアルカリ性のアルミニウム化合物は、アルミニウム換算で、本実施の形態における金属酸化物層に用いられる二酸化チタンおよび/または酸化鉄の約2質量%〜約4質量%の一般的な範囲の量とすることができる。好ましくは、約2.5%〜約3.5%の範囲の量で、アルミニウム化合物をスラリーに添加することである。適切なアルカリまたは酸は、アルミニウムの水酸化物または酸化物水和物がアルミニウム化合物の添加と同時に、もしくは添加に引き続いて、基体上に析出されるだけの十分な量で、スラリーに添加される。
塗膜マトリックス樹脂との密着性を高めるために、オキサゾリン環を有する有機化合物および/またはシランカップリング剤で、最外層に表面処理層を形成することが好ましい。
本発明の光輝性塗料組成物に含まれるビヒクルの主成分としては、樹脂および溶剤が挙げられる。
カルボキシル基含有アクリル酸系重合体は、例えば、アクリル酸エステル類と、芳香族ビニル類またはビニルエステル類とを共重合させることにより得られる。カルボキシル基含有アクリル酸系重合体は、例えば、単量体(カルボキシル基を有する単量体(単量体が塩である場合もある。))に由来する構成単位が0.2〜30質量%含まれていると好ましく、1〜20質量%含まれているとより好ましい。カルボキシル基含有アクリル酸系重合体の酸価は、2〜200mg・KOH/gであると好ましく、10〜100mg・KOH/gであるとより好ましい。
アクリル変性エポキシ樹脂は、主鎖のエポキシ樹脂にアクリル系ビニル共重合体を導入し、このビニル共重合体にカルボキシル基が結合したものである。
ビヒクルに含まれる溶剤が有機溶剤である場合、その有機溶剤としては、例えば、アルコール類(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール等)、脂肪族炭化水素類(例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等)、脂環族炭化水素類(例えば、シクロヘキサン等)、芳香族炭化水素類(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等)、エステル類(例えば、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸n−ブチル等)、ケトン類(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等)、エーテル類(例えば、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等)、セルソルブ類(例えば、メチルセルソルブ(エチレングリコールモノメチルエーテル)、エチルセルソルブ、プロピルセルソルブ、ブチルセルソルブ、フェニルセルソルブ、ベンジルセルソルブ等)、カルビトール類(例えば、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、カルビトール(ジエチレングリコールモノエチルエーテル)、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル等)、またはこれらの混合溶剤等を用いることができる。
本発明の光輝性塗料組成物を構成するビヒクルは、架橋硬化剤をさらに含んでいてもよい。架橋硬化剤として、アミノ樹脂および/またはポリイソシアネート化合物を用いることができる。ビヒクルを構成する樹脂が水酸基を有している場合、この水酸基が、アミノ樹脂やポリイソシアネート化合物等の架橋剤と反応して、樹脂が硬化する。アミノ樹脂および/またはポリイソシアネート化合物は、水酸基以外に活性水素を有するカルボシル基、アミノ基などとも架橋反応する。
実施例1の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み1.3μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
実施例2の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み1.0μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
実施例3の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み1.5μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
比較例1の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み0.7μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
比較例2の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み1.3μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
比較例3の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み0.7μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
比較例4の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み1.3μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
比較例5の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み1.3μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
実施例4の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み0.05μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
実施例5の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み0.07μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
比較例6の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み0.27μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
比較例7の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み0.3μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
比較例8の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み0.07μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
比較例9の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み0.07μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
実施例6の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み0.2μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
実施例7の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み0.24μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
比較例10の光輝性顔料は、薄片状ガラス(平均厚み0.27μm)に、ルチル型二酸化チタンを被覆したものである。
本実施例では、粒度分布の測定にレーザー回折粒度分布測定装置(「製品名マイクロトラックHRA」(日機装株式会社製))を用いた。その測定結果から、粒径が小さい側から48μmまでの体積累積と、粒径が小さい側から62μmまでの体積累積とを求めて、体積累積が99%に相当する粒径(D99)が48μm以下であるか否かと、最大粒径が62μm以下であるか否かとを読み取った。
本実施例では、任意の100個の薄片状粒子についてその厚さd(図3参照)を電子顕微鏡にて測定し、厚さ分布を得た。この厚さ分布から、厚さ0.8〜1.9μmの範囲の頻度、または、厚さ0.01〜0.1μm(または0.01〜0.35μm)の範囲の頻度を求めた。
アクリル樹脂(製品名「アクリデックA−322」(大日本インキ化学工業株式会社製))78質量%、ブチル化メラミン樹脂(製品名「スーパーベッカミンL−117−60」(大日本インキ化学工業株式会社製))16質量%、実施例1〜5、比較例1〜4で得られた光輝性顔料6質量%に、シンナーを適量加えて、粘度13Pa・s(株式会社安田精機製作所製フォードカップNo.4/20℃)となるように攪拌機を用いて混合して光輝性塗料を調整した。この光輝性塗料を三角フィルター(ナイロン製、#200メッシュ(目開き:約75μm))を用いて濾過した際のフィルターの目詰まりの程度を、目視で観察した。フィルターの目詰まり性は次の3段階評価とした。
3:目詰まりが認められない
2:目詰まりが少し認められる
1:目詰まりが顕著に相当認められる
アクリル樹脂(製品名「アクリデックA−322」(大日本インキ化学工業株式会社製))78質量%、ブチル化メラミン樹脂(製品名「スーパーベッカミンL−117−60」(大日本インキ化学工業株式会社製))16質量%、実施例1〜5、比較例1〜4で得られた光輝性顔料6質量%に、シンナーを適量加えて、粘度13Pa・s(株式会社安田精機製作所製フォードカップNo.4/20℃)となるように攪拌機を用いて混合して、メタリックベース塗料となる光輝性塗料を調整した。この光輝性塗料を、スプレーガン(アネスト岩田株式会社製W−100)を用いて塗装板(日本ルートサービス株式会社製D−7、中塗り色N=6.0)の上に塗装し、メタリックベース層を形成した。
マイクロウェーブスキャン(Gardner社製)を用いて、塗膜の仕上がり性を評価した。光輝性顔料が、塗膜の仕上がり性に及ぼす影響をWa(0.1〜0.3mm)値で評価した。
D65自然光源を用いて、干渉単一色性の程度を目視で観察した。干渉単一色性の程度(干渉混色度)は、次の3段階で評価した。
3:粒子毎に異なったさまざまな干渉色が認められない
2:粒子毎に異なったさまざまな干渉色が多少認められる
1:粒子毎に異なったさまざまな干渉色が多く認められる
Claims (8)
- 薄片状粒子と、前記薄片状粒子の表面の少なくとも一部を被覆する金属酸化物層と、を含む光輝性顔料であって、
前記薄片状粒子は、粒度分布において、粒径が小さい側からの体積累積が99%に相当する粒径が48μm以下であり、かつ、最大粒径が62μm以下であって、
前記薄片状粒子は、1.4〜1.8の屈折率を有する材料からなり、
前記薄片状粒子は、厚さ分布において、厚さ0.8μm〜1.9μmの範囲の頻度が体積で90%以上、または、厚さ0.01μm〜0.35μmの範囲の頻度が体積で90%以上である、光輝性顔料。 - 薄片状粒子と、前記薄片状粒子の表面の少なくとも一部を被覆する金属酸化物層と、を含む光輝性顔料であって、
前記薄片状粒子は、1.4〜1.8の屈折率を有する材料からなり、
前記薄片状粒子は、厚さ分布において、厚さ0.8μm〜1.9μmの範囲の頻度が体積で90%以上、または、厚さ0.01μm〜0.35μmの範囲の頻度が体積で90%以上であって、
前記光輝性顔料は、粒度分布において、粒径が小さい側からの体積累積が99%に相当する粒径が48μm以下であり、かつ、最大粒径が62μm以下である、光輝性顔料。 - 前記薄片状粒子は、粒度分布において、粒径が小さい側からの体積累積が50%に相当する粒径が20μm未満である請求項1に記載の光輝性顔料。
- 前記光輝性顔料は、粒度分布において、粒径が小さい側からの体積累積が50%に相当する粒径が20μm未満である請求項2に記載の光輝性顔料。
- 前記薄片状粒子の材料が、ガラス、シリカ、アルミナ、合成マイカおよび雲母から選ばれる少なくとも何れか1種である、請求項1又は2に記載の光輝性顔料。
- 前記金属酸化物層が、二酸化チタンおよび酸化鉄から選ばれる少なくとも何れか1種によって形成されている、請求項1又は2に記載の光輝性顔料。
- 請求項1又は2に記載の光輝性顔料を含有する光輝性塗料組成物。
- 請求項1又は2に記載の光輝性顔料を0.01〜30質量%含有してなるメタリックベース層を含む自動車外板コート物。
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