JP4648803B2 - 水性ベースコート塗料の塗装方法 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車等の塗装に用いられる水性ベースコート塗料の塗装方法に関するものであり、光輝感に優れる複層塗膜の形成方法に関するものである。
自動車の外板に塗装される上塗り塗料には高級な意匠感をもつ塗膜を形成できるものであることが求められており、鱗片状の光輝性顔料を含有するベースコート塗料が開発されてきた。鱗片状の光輝性顔料は、被塗物の面に平行になるように配向し、キラキラとした輝きを持つとともに、見る方向によって色調が変化し、独特の意匠性を呈するものである。
一方、従来の有機溶剤希釈型塗料は、塗装塗膜焼付け時の有機溶剤の揮散など環境に与える影響が大きく、環境負荷の少ない水性塗料の開発が求められている。水性ベースコート塗料は、このような要求に応じて開発されてきたものであり、水性塗料用樹脂及び光輝性顔料を水中に混合してなるものである。しかしながら塗料の希釈剤としての水は、塗装塗膜からの揮散速度が遅いだけでなく、揮散速度が塗装環境、特に温度や湿度に大きく影響を受けるため、安定な外観を得られにくく、フリップフロップ性の低下やメタリックムラの発生といった不具合を発生しやすい。
このような欠点を改良するため、塗料組成からの改良(例えば、特許文献1等参照。)や塗装方法からの改良(例えば、特許文献2等参照。)が多々行なわれている。
塗料組成からの改良は、特許文献1にもあるように、主に塗料粘性を添加剤等によって制御しようとするものである。
一方、塗装方法からの改良では、特許文献2等にあるように、塗装を複数ステージに分けて少しずつ塗装したり、各ステージでの膜厚範囲を制御したり、各ステージの間にセッティング時間を長く取ったり、プレヒートしたりする方法が一般的である。塗装を複数ステージに分ける場合には、最後のステージにおいて塗装膜厚を薄くすることが行なわれているが、塗装膜厚を薄くするためには、一般に、塗装機からの塗料の吐出量を絞ることにより行なっている。しかしながら、このような方法では、薄膜にするほど塗膜厚の制御が難しくなり、塗装膜厚の差によるメタリックムラが発生しやすくなるという問題がある。
特開2004−83678号公報 特開2002−273333号公報
本発明の目的は、メタリックムラのない高意匠性の塗膜を形成することのできる水性ベースコート塗料の塗装方法を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を行なった結果、被塗物に鱗片状光輝性顔料を含んでなる水性ベースコート塗料を塗装するに際し、第1ステージでは通常の固形分を有する水性ベースコート塗料を塗装し、第2ステージでは、その未硬化塗膜の上に固形分が通常に比べて大幅に低い水性ベースコート塗料を薄膜(乾燥膜厚として)で塗装することにより、メタリックムラのないフリップフロップ性の高い塗膜を得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
かくして、本発明は、鱗片状光輝性顔料を含んでなる水性ベースコート塗料の塗装方法であって、塗料中の固形分が20〜40重量%になるように調整された水性ベースコート塗料(A1)を乾燥膜厚で1〜15μmとなるように被塗物に塗装した後、未硬化の塗膜の上に、塗料中の固形分が2〜15重量%になるように調整された水性ベースコート塗料(A2)を乾燥膜厚で0.1〜5μmとなるように塗装することを特徴とする水性ベースコート塗料の塗装方法に関する。
また、本発明は、上記水性ベースコート塗料の塗装方法を用いて得られた未硬化のベースコート塗膜の上にトップクリヤー塗料を塗布し、ベースコート塗膜とトップクリヤー塗膜を同時に加熱、硬化させることを特徴とする複層塗膜形成方法に関する。
本発明の塗装方法は、被塗物に鱗片状光輝性顔料を含んでなる水性ベースコート塗料を塗装するに際し、第1ステージでは通常の固形分を有する水性ベースコート塗料を塗装し、第2ステージでは、その未硬化塗膜の上に固形分が通常に比べて大幅に低い水性ベースコート塗料を薄膜(乾燥膜厚として)で塗装するものであり、水性のベースコート塗料であってもメタリックムラのないフリップフロップ性の高い塗膜を得られることから、特に自動車外板の塗装に有用なものである。
本発明は、水性ベースコート塗料の塗装方法に関するものである。
水性ベースコート塗料
本発明に使用する水性ベースコート塗料としては、従来公知のものを使用することができる。
本発明の水性ベースコート塗料としては、水溶性ないし水分散性の基体樹脂(a)、硬化剤(b)及び鱗片状光輝性顔料(c)を含有する水性の塗料を使用することができる。
基体樹脂(a)としては、樹脂を水溶性化もしくは水分散化するのに十分な量の親水性基(例えば、カルボキシル基、水酸基、メチロール基、アミノ基、スルホン酸基、ポリオキシエチレン結合など)及び硬化剤と架橋反応しうる官能基(例えば、水酸基)を有する、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などの樹脂が挙げられるが、中でも、カルボキシル基を有するアクリル樹脂又はポリエステル樹脂が好適である。該カルボキシル基を有するアクリル樹脂又はポリエステル樹脂は通常10〜100mgKOH/g、好ましくは15〜50mgKOH/gの範囲内の酸価を有することができる。
基体樹脂(a)は存在する親水性基の種類に依存して、例えば塩基性物質又は酸で中和することにより水溶化又は水分散化することができる。また、基体樹脂(a)の重合による製造に際して、モノマー成分を界面活性剤や水溶性高分子物質の存在下に乳化重合するとによっても基体樹脂(a)の水分散化を行うことができる。
硬化剤(b)としては、アミノ樹脂、ブロック化ポリイソシアネート化合物などを使用することができる。アミノ樹脂は、メラミン、尿素、ベンゾグアナミン、アセトグアナミン、ステログアナミン、スピログアナミン、ジシアンジアミド等のアミノ成分とアルデヒドとの反応によって得られるメチロール化アミノ樹脂があげられる。アルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンツアルデヒド等がある。また、このメチロール化アミノ樹脂を適当なアルコールによってエーテル化したものも使用でき、エーテル化に用いられるアルコールの例としてはメチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、i−ブチルアルコール、2−エチルブタノール、2−エチルヘキサノールなどがあげられる。
また、ブロック化ポリイソシアネート化合物は、1分子中に少なくとも2個のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物のイソシアネート基をオキシム、フェノール、アルコール、ラクタム、メルカプタンなどのブロック剤でブロックしたものを使用することができる。
これらの基体樹脂(a)と硬化剤(b)との構成比率は、この両成分の合計固形分量を基準に、前者は50〜90重量%、特に65〜85重量%、後者は50〜10重量%、特に35〜15重量%の範囲内が好ましい。
鱗片状光輝性顔料(c)は、塗膜にキラキラとした光輝感又は光干渉性を付与する鱗片状顔料であり、例えば、鱗片状のアルミニウム、蒸着アルミニウム、酸化アルミニウム、塩化オキシビスマス、雲母、酸化チタン被覆雲母、酸化鉄被覆雲母、雲母状酸化鉄、酸化チタン被覆シリカ、酸化チタン被覆アルミナ、酸化鉄被覆シリカ、酸化鉄被覆アルミナなどがあげられる。これらの鱗片状光輝性顔料(c)の大きさは長手方向が1〜30μm及び厚さが0.001〜1μm程度であることが好ましい。鱗片状光輝性顔料(c)の配合比率は、基体樹脂(a)と硬化剤(b)との合計固形分量100重量部あたり0.5〜40重量部程度が適している。
本発明の水性ベースコート塗料には、上記鱗片状光輝性顔料(c)以外に、必要に応じて着色顔料を含有することができる。着色顔料としては、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、塩基性硫酸鉛、鉛酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、モリブデン酸亜鉛、モリブデン酸カルシウム、紺青、群青、コバルトブルー、銅フタロシアニンブルー、インダンスロンブルー、黄鉛、合成黄色酸化鉄、透明べんがら(黄)、ビスマスバナデート、チタンイエロー、亜鉛黄(ジンクエロー)、クロム酸ストロンチウム、シアナミド鉛、モノアゾイエロー、ジスアゾイエロー、イソインドリノンイエロー、金属錯塩アゾイエロー、キノフタロンイエロー、イソインドリンイエロー、ベンズイミダゾロンイエロー、べんがら、透明べんがら(赤)、鉛丹、モノアゾレッド、無置換キナクリドンレッド、アゾレーキ(Mn塩)、キナクリドンマゼンダ、アンサンスロンオレンジ、ジアンスラキノニルレッド、ペリレンマルーン、キナクリドンマゼンダ、ペリレンレッド、ジケトピロロピロールクロムバーミリオン、塩基性クロム酸鉛、酸化クロム、塩素化フタロシアニングリーン、臭素化フタロシアニングリーン、ピラゾロンオレンジ、ベンズイミダゾロンオレンジ、ジオキサジンバイオレット、ペリレンバイオレットなどが挙げられる。
また、水性ベースコート塗料には、さらに必要に応じて、有機溶剤、光干渉性顔料、体質顔料、顔料分散剤、沈降防止剤、硬化触媒、消泡剤、増粘剤、防錆剤、紫外線吸収剤、表面調整剤などを適宜配合してもよい。
トップクリヤー塗料
上記水性ベースコート塗料を塗装された塗膜の上には通常トップクリヤー塗料が塗装される。
トップクリヤー塗料としては、例えば、自動車車体の塗装において通常使用されているそれ自体既知のものを使用することができる。具体的には、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基などの架橋性官能基を有する、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などの基体樹脂と、メラミン樹脂、尿素樹脂、ブロックされていてもよいポリイソシアネート化合物、カルボキシル基含有化合物もしくは樹脂、エポキシ基含有化合物もしくは樹脂などの架橋剤を樹脂成分として含有する有機溶剤系熱硬化型塗料又は水性熱硬化型塗料が好適である。
クリヤ塗料には、必要に応じて、透明性を阻害しない程度に着色顔料、光輝性顔料などを含有させることができ、さらに体質顔料、紫外線吸収剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、表面調整剤などを適宜含有せしめることができる。
塗装方法
本発明の塗装方法に用いられる被塗物は、乗用車、トラック、オートバイ、バスなどの自動車車体の外板部、家庭電気製品の外板部などの金属製又はプラスチック製被塗物であり、これらの被塗物に直接、又はこれらの被塗物にカチオン電着塗料などの下塗り塗料及び中塗り塗料などをあらかじめ塗装し、これらの塗膜を硬化してから、水性ベースコート塗料を塗装する。このうち金属製被塗物は、予め、りん酸塩、クロム酸塩などで化成処理を行っておくことが好ましい。また、下塗り塗料及び中塗り塗料などはそれ自体既知のものが使用できる。
本発明の塗装方法に用いる塗装機としては、回転霧化方式の静電塗装機、エアレススプレー塗装機、エアスプレー塗装機などの塗装機が好ましく、特に回転霧化方式の静電塗装機が好ましい。また、固形分の異なる2種類の水性ベースコート塗料を塗装するため、自動車などの塗装ラインにおいては、塗料切り替えの容易な塗料カセット式の塗装機、特に塗料カセット式で回転霧化方式の静電塗装機が好ましい。
本発明の塗装方法は、水性ベースコート塗料を2ステージ又は3ステージ以上で塗装するものである。
第1ステージでは、塗料中の固形分が20〜40重量%になるように調整された水性ベースコート塗料(A1)を乾燥膜厚で1〜15μmとなるように被塗物に塗装する。
第2ステージでは、水性ベースコート塗料(A1)の未硬化の塗膜の上に、塗料中の固形分が2〜15重量%になるように調整された水性ベースコート塗料(A2)を乾燥膜厚で0.1〜5μmとなるように塗装する。中でも、水性ベースコート塗料(A2)の塗料中の固形分が7〜10重量%の範囲内であることが好ましく、8〜9重量%の範囲内であることがさらに好ましい。
第1ステージ及び第2ステージでの塗装の後は、30秒間〜3分間程度セッティングすることが好ましく、塗膜が硬化しない程度の温度でプレヒートを行なって乾燥させてもよい。
第2ステージまででベースコートの塗装は終了してもよいが、より光輝感に優れる塗膜を得るためには、さらに水性ベースコート塗料(A2)を乾燥膜厚で0.1〜5μmとなるように塗装してセッティング又はプレヒートを行なう工程を繰り返し行なってもよい。
上記のように水性ベースコート塗料を2ステージ又は3ステージ以上で塗装して得られた未硬化のベースコート塗膜の上にトップクリヤー塗料を回転霧化方式の静電塗装機、エアレススプレー塗装機、エアスプレー塗装機などの塗装機を用いて塗装した後、100〜180℃、好ましくは120〜160℃で10〜40分間程度加熱して両塗膜を同時に硬化させることにより、光輝感に優れた複層塗膜を得ることができる。
また、水性ベースコート塗料(A1)及び水性ベースコート塗料(A2)は、同じ塗料の希釈率だけを変えて固形分を調整したものでも、光輝性顔料の基体樹脂に対する比率等が異なる塗料の固形分を調整したものであってもよい。水性ベースコート塗料(A2)の光輝性顔料の基体樹脂に対する比率を水性ベースコート塗料(A1)のものより高めることにより、より光輝感に優れた塗膜を得ることができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、以下、「部」及び「%」はいずれも重量基準によるものとする。
アクリル樹脂水溶液の製造
製造例1
温度計、攪拌機、冷却管及び水分離器を備えたガラス製4ツ口フラスコにブチルセロソルブ35部を仕込み、撹拌しながら115℃まで昇温した後、アクリル酸n−ブチル16.7部、メタクリル酸メチル15部、スチレン30部、アクリル酸2−エチルヘキシル20部、メタクリル酸2−ヒドロキシルエチル12部、アクリル酸6.3部及びアゾビスイソブチロニトリル1部の混合物を115℃に保ったまま滴下ポンプを利用して4時間かけて一定速度で滴下した。滴下終了後115℃に1時間保ち、撹拌を続けた。その後、アゾビスイソブチロニトリル0.5部をブチルセロソルブ10部に溶解させたものを1時間かけて一定速度で滴下し、さらに1時間115℃に保ちアクリル樹脂溶液を得た。得られたアクリル樹脂は酸価が50mgKOH/g、水酸基価が50mgKOH/g及び数平均分子量が45,000であった。
ついで、このアクリル樹脂のカルボキシル基をジメチルアミノエタノールで当量中和し、水を添加して固形分含有率が55%のアクリル樹脂水溶液Aを得た。
なお、本発明において数平均分子量は、標準ポリマーとしてポリスチレンを用いたゲル浸透クロマトグラフ分析法(GPC法)を用いて得られた値である。
水性ベースコート塗料の製造
製造例2
製造例1で得られたアクリル樹脂水溶液A70部(固形分)、80%「サイメル325」(商品名、日本サイテックインダストリーズ、メチル化メラミン樹脂)30部(固形分)、りん酸基含有樹脂(注1)10部(固形分)、「アルミペースト#9670」(商品名、東洋アルミニウム社製)20部(固形分)及びイソプロピルアルコール30部を混合し、さらに水を加えて固形分25%の水性ベースコート塗料B1を得た。
(注1)りん酸基含有樹脂:アシッドホスホキシエチルメタクリレート25部、2−ヒドロキシエチルアクリレート25部及びメチルメタクリレート50部からなる単量体成分の共重合体。数平均分子量13,000、水酸基価120mgKOH/g、酸価104mgKOH/g。
製造例3
製造例2で得られた水性ベースコート塗料B1に、増粘剤「SNシックナー636」(商品名、サンノプコ社製)及び水を加えて、固形分12%の水性ベースコート塗料B2を得た。
製造例4
製造例2で得られた水性ベースコート塗料B1に、増粘剤「SNシックナー636」及び水を加えて、固形分10%の水性ベースコート塗料B3を得た。
製造例5
製造例2で得られた水性ベースコート塗料B1に、増粘剤「SNシックナー636」及び水を加えて、固形分9%の水性ベースコート塗料B4を得た。
製造例6
製造例2で得られた水性ベースコート塗料B1に、増粘剤「SNシックナー636」及び水を加えて、固形分8%の水性ベースコート塗料B5を得た。
製造例7
製造例2で得られた水性ベースコート塗料B1に、増粘剤「SNシックナー636」及び水を加えて、固形分7%の水性ベースコート塗料B6を得た。
製造例8
製造例2で得られた水性ベースコート塗料B1に、増粘剤「SNシックナー636」及び水を加えて、固形分6%の水性ベースコート塗料B7を得た。
製造例9
製造例1で得られたアクリル樹脂水溶液A75部(固形分)、「ユーバン28−60」(商品名、三井化学社製、ブチル化メラミン樹脂、固形分60%)25部(固形分)、りん酸基含有樹脂(注1)10部(固形分)、「アルミペースト#9670」(商品名、東洋アルミニウム社製)10部(固形分)及びイソプロピルアルコール20部を混合し、さらに水を加えて固形分30%の水性ベースコート塗料B8を得た。
製造例10
製造例9で得られた水性ベースコート塗料B8に、増粘剤「SNシックナー636」及び水を加えて、固形分10%の水性ベースコート塗料B9を得た。
製造例11
製造例9で得られた水性ベースコート塗料B8に、増粘剤「SNシックナー636」及び水を加えて、固形分8%の水性ベースコート塗料B10を得た。
クリヤ塗料の製造
製造例7
クリヤ塗料:カルボキシル基含有アクリル樹脂(注2)50部(固形分)、エポキシ基含有アクリル樹脂(注3)50部(固形分)、「チヌビン900」(チバガイギ社製、商品名、紫外線吸収剤)1部、テトラブチルアンモニウムブロマイドとモノブチルりん酸との当量配合物2部、「BYK−300」(ビッグケミー社製、商品名、表面調整剤)0.1部を芳香族炭化水素系溶剤に混合分散して、粘度20秒/フォードカップ#4/20℃に調製してクリヤ塗料C1を得た。
(注5)カルボキシル基含有アクリル樹脂:無水マレイン酸のメタノールハーフエステル化物20部、アクリル酸4−ヒドロキシn−ブチル20部、n−ブチルアクリレート40部及びスチレン20部からなる単量体成分の共重合体。数平均分子量3,500、水酸基価78mgKOH/g、酸価86mgKOH/g。
(注6)エポキシ基含有アクリル樹脂:グリシジルメタクリレート30部、アクリル酸4−ヒドロキシn−ブチル20部、n−ブチルアクリレート30部及びスチレン20部からなる単量体成分の共重合体。数平均分子量3,000、エポキシ基含有量2.12ミリモル/g、水酸基価78mgKOH/g。
試験用塗板の作成
実施例1〜5及び比較例1〜3
りん酸亜鉛処理された冷延鋼板に「エレクロン#9400」(商品名、関西ペイント社製、ポリアミド変性エポキシ樹脂・ブロックポリイソシアネート系カチオン電着塗料)を乾燥膜厚20μmになるように電着塗装し、170℃で20分加熱して硬化させてから、中塗塗料「ルーガベーク中塗り」(商品名、関西ペイント社製、ポリエステル樹脂・アミノ樹脂系、有機溶剤型中塗塗料)を乾燥膜厚40μmになるように塗装し140℃で30分加熱して硬化させて試験用被塗物とした。該被塗物に表1に示す組合せに従って第1ベースコート塗料、第2ベースコート塗料及びクリヤ塗料を表1に示す膜厚でエアスプレー塗装機を用いて塗装し、140℃で30分間加熱して複層の塗膜を同時に硬化させ各試験用塗板を得た。得られた各試験用塗板について、メタリックムラ及びフリップフロップ性(FF性)を下記基準で評価した。
メタリックムラ:各試験用塗板を目視にて観察し、メタリックムラの発生程度を下記基準で評価した。
○:メタリックムラが殆ど認められない。
△:メタリックムラが少し認められる。
×:メタリックムラが多く認められる。
フリップフロップ性(目視評価):角度を変えて各試験用塗板を目視してメタリック感の変化を調べ下記基準で評価した。
○:目視の角度によってメタリック感の変化が大きく、フリップフロップ性良好。
△:目視の角度によってメタリック感の変化があまりなく、フリップフロップ性はやや劣る。
×:目視の角度によってメタリック感の変化が殆どなく、フリップフロップ性が劣る。
フリップフロップ性(計測値):分光光度計MA−68(商品名、X−Rite社製)を用いて受光角15度及び受光角110度の値を測定し、下記の式によってフリップフロップ性を求めた。
フリップフロップ性(計測値)=受光角15度の測色値/受光角110度の測色値
この値が大きいほどフリップフロップ性に優れていることを示す。
Figure 0004648803

Claims (5)

  1. 鱗片状光輝性顔料を含んでなる水性ベースコート塗料の塗装方法であって、塗料中の固形分が20〜40重量%になるように調整された水性ベースコート塗料(A1)を乾燥膜厚で1〜15μmとなるように被塗物に塗装した後、未硬化の塗膜の上に、塗料中の固形分が2〜15重量%になるように調整された水性ベースコート塗料(A2)を乾燥膜厚で0.1〜5μmとなるように塗装することを特徴とする水性ベースコート塗料の塗装方法。
  2. 鱗片状光輝性顔料を含んでなる水性ベースコート塗料の塗装方法であって、塗料中の固形分が20〜40重量%になるように調整された水性ベースコート塗料(A1)を乾燥膜厚で1〜15μmとなるように被塗物に塗装した後、未硬化の塗膜の上に、塗料中の固形分が2〜15重量%になるように調整された水性ベースコート塗料(A2)を乾燥膜厚で0.1〜5μmとなるように塗装し、セッティングした後、未硬化の塗膜の上に、さらに水性ベースコート塗料(A2)を乾燥膜厚で0.1〜5μmとなるように塗装することを特徴とする水性ベースコート塗料の塗装方法。
  3. 水性ベースコート塗料の塗装に回転霧化方式の静電塗装機を用いたものである請求項1又は2に記載の水性ベースコート塗料の塗装方法。
  4. 水性ベースコート塗料の塗装に塗料カートリッジ式の塗装機を用いたものである請求項1〜3のいずれか一項に記載の水性ベースコート塗料の塗装方法。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の水性ベースコート塗料の塗装方法を用いて得られた未硬化のベースコート塗膜の上にトップクリヤー塗料を塗装した後、加熱して両塗膜を同時に硬化させてなることを特徴とする複層塗膜形成方法。
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