JP4953355B2 - 水性塗料組成物 - Google Patents

Description

本発明は水性塗料組成物に関し、詳しくはしっとりとしたソフトな触感を与え、塗膜を薄くしても充分な塗膜の物性（耐摩耗性、付着性など）が得られて表面のエンボスの効果を出すことができる水性塗料組成物に関するものである。

現在、自動車市場では消費者の嗜好に合せて多様な商品が発売されており、このうち内装関連を中心にして高級感のある塗膜の実現もその一つの対象となっている。内装材の高級化に係る技術は、リアルウッドコーティング技術、金属溶射法、水性ソフト質感塗料などがあり、内装材高級化の目的達成と同時に環境調和型の材料、工法を目指して開発されている。

ソフトな触感を与える塗料は、一般の塗料における部品または被塗装品の外観を保護し、多様な色彩で装飾するという概念より一段階発展した機能性塗料である。このようなソフトな触感を有する塗膜に仕上げることができる塗料として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン粒子を樹脂に内包した複合樹脂粒子とバインダー樹脂とを用いた皮革調触感を有する被覆組成物〔特許文献１参照〕、熱膨張性のマイクロカプセルを配合した下塗り塗料と、マイクロカプセルシリコーンオイル、ウレタンビーズ等が配合された上塗り塗料との組み合わせたスエード調装飾材〔特許文献２参照〕、ゲル化作用を有し且つ壁膜形成能を有する親水性ゾルを、アルカリ土類金属イオン含有水性媒体中に分散させることにより得られるマイクロカプセルを配合した水系塗料組成物〔特許文献３参照〕、ラノリン誘導体とポリウレタン樹脂粒子からなる樹脂微粒子と、ポリエステル樹脂またはポリエーテル樹脂からなるバインダー樹脂と、ポリイソシアネートとを含有する塗料組成物〔特許文献４参照特許文献３〕、水系ウレタン樹脂（ａ）と、ポリイソシアネート（ｂ）と、ウレタンビーズ（ｃ）と、ポリグリセリン脂肪酸エステル（ｄ）とを含有する水性塗料組成物〔特許文献５参照〕などの提案がなされている。

特開平５−２５４１０号公報 特開平１０−９５０６２号公報 特開２００５−３３０３９６号公報 特開２００３−２１２９４７号公報 特開２００５−３４４０４９号公報

インストルメントパネル、ドアトリム、コンソールカバー、センターダッシュボードなど自動車の内装に施されるこれらソフトな触感を与える塗料は、初期においては樹脂が有機溶剤に分散された油性塗料であったが、最近では環境問題への関心の高まりから有機溶剤は可能な限り使用を抑え、さらに内装材に施したときの臭いを減らすことが望まれていた。

最近では水性塗料も開発されて、厚さ３５〜４０ミクロンで塗装することにより自動車内装材用として使用することができる水準の塗膜物性が得られ、前述のように塗装することでソフトな触感を出すことができる。しかし、３５〜４０ミクロンの厚さは、部品表面のエンボスパターンを覆ってしまう厚さであり、一方、エンボスが埋まらないように薄く塗装すると、耐摩耗性や付着性の塗膜物性が充分に満たされないという問題があった。

かかる観点からソフトな触感を与える塗料の薄膜化につき鋭意検討した結果、ポリオール、およびその他配合物のタイプ、含量などの分子構造を設計、制御して、従来の一般的に採用されてきた塗膜厚さ３５〜４０ミクロンを２０〜２５ミクロンに減らすことができる水性塗料組成物を開発し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の目的は、塗膜の厚さを２０〜２５ミクロンにしてもソフトな触感を出し、さらに耐摩耗性、付着性などの塗膜物性を満足させることができる水性塗料を提供することにある。

かかる目的を達成する本発明の水性塗料組成物は、ポリエステルポリオール１５〜２０重量％、ポリカーボネートポリオール５〜１０重量％、ポリイソシアネート５〜１２重量％、ジメチロール化合物０．３〜２重量％、顔料２〜５重量％、光安定剤０．５〜２重量％、増粘剤０．３〜２重量％、つや消し剤３〜７重量％、有機溶剤２〜５重量％を含み、残部が水で全体を１００重量％とした組成でなる水性塗料組成物であって、
前記ポリエステルポリオールの重量平均分子量が、８，０００〜１５，０００であり、かつ、前記ポリカーボネートポリオールの重量平均分子量が、８，０００〜１５，０００であることを特徴とする。

ポリイソシアネートは、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートから選ばれる１種以上であることが好ましく、ジメチロール化合物は、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸から選ばれる１種以上であることが好ましい。

さらに、光安定剤は、紫外線吸収剤、ハルス（立体障害性アミン光安定剤）から選ばれる１種以上であることが好ましく、増粘剤は、アクリル系増粘剤、ウレタン系増粘剤から選ばれる１種以上であることが好ましく、つや消し剤は、シリカ、ワックス、シリカ含有ワックスから選ばれる１種以上であることが好ましく、有機溶剤は、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、エチレングリコールメチルエーテル、ジエチルグリコールメチルエーテル、ブチレングリコールメチルエーテル、ジブチレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルから選ばれる１種以上が好ましい。

本発明による水性塗料は、ソフトな触感を与える塗膜を形成し、２０〜２５ミクロンの薄膜にしても塗膜物性（耐摩耗性、付着性など）が満足され、エンボスパターンを明瞭に出すことができるようになる。加えて塗料使用量を減らすことができ、原価節減、内装材の臭い改善の効果も期待できる。

本発明の水性塗料組成物は、塗膜としたときにソフトな触感を与えることができる塗料組成物であり、ポリエステルポリオールとポリカーボネートポリオールの２種類のポリオールを特定の比率で組み合わせて配合されることに特徴がある。

ポリオールの配合割合は、全組成物中でポリエステルポリオールが１５〜２０重量％、ポリカーボネートポリオールが５〜１０重量％である。ポリエステルポリオールの含量が１５重量％未満であると硬化度が落ち、２０重量％を超過すると貯蔵性と付着性が低下することがある。また、ポリカーボネートポリオールの含量が５重量％未満であると付着性や耐摩耗性などの塗膜物性が落ち、１０重量％を超えるとソフトな触感を発現し難くなるり、さらに臭いを誘発させるという問題が起きる。

ポリオールの分子量は、ポリエステルポリオールとポリカーボネートポリオールのいずれも８，０００〜１５，０００が好ましい。分子量が８，０００未満であるとソフトな触感を発現させることができないことがあり、分子量が１５，０００を超えると塗膜物性（付着性、耐摩耗性、耐スクラッチ性など）が低下することがある。

ポリイソシアネートは、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートから選ばれる１種以上が好ましく、塗膜を黄変させない点でイソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートから選ばれることがさらに好ましい。ポリイソシアネートは、全組成物中５〜１２重量％が配合される。５重量％未満であると硬化時に黄変し、１２重量％を超えると白化して、耐水性が低下するという問題が生じる。

ジメチロール化合物は、上記ポリオールとともにポリイソシアネートと反応し、塗膜にソフトな触感を与える上で重要な成分であり、好ましくはジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸から選ばれる１種以上である。配合量は、全組成物中０．３〜２重量％である。０．３重量％未満であると粘性が充分高くならず、貯蔵安定性が落ち、２重量％を超えると塗装面への付着性が低下するという問題が生じる。

顔料は塗膜に色彩を与えるもので、白色顔料、黒色顔料、黄色顔料、青色顔料、緑色顔料、赤色顔料など任意の色の無機顔料あるいは有機顔料が選ばれる。配合量は、全組成物中に２〜５重量％である。２重量％未満では塗膜の着色、隠蔽という本来の目的が充分達せられず、５重量％を超えると塗膜物性で劣ることがある。

光安定剤は、光による塗膜の劣化を抑えるもので、好ましくは紫外線吸収剤、ハルス〔ＨＡＬＳ（Ｈｉｎｄｅｒｅｄ Ａｍｉｎｅ Ｌｉｇｈｔ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）：立体障害性アミン光安定剤〕から選ばれる。さらに具体的には、紫外線吸収剤には、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾエート系紫外線吸収剤などがあり、ハルスは４−置換−２，２，６，６−アルキルピペリジン−１−オキシル化合物などがある。
ハルスはラジカル補足剤で、紫外線吸収剤と併用することでさらに効果が高くなることが知られており、本発明においても好ましくは紫外線吸収剤とハルスの混合、より好ましくは１：２（重量比）の混合とする。配合量は、紫外線吸収剤とハルスの合計量で全組成物中０．５〜２重量％である。０．５重量％未満では光による塗膜という本来の目的が充分達せられず、２重量％を超えても特別大きな障害にはならないが多く添加する利点もなく経済的に不利である。

増粘剤は、水性塗料組成物の粘度を高めて分散安定性をよくし、均一な塗膜形成に寄与するもので、アクリル系増粘剤、ウレタン系増粘剤など１種単独あるいは２種以上を組合せて使用される。配合量は、全組成物中０．３〜２重量％である。この配合量は、水性塗料組成物として適正粘度とする上で決められたものであり、０．３重量％未満では塗装の際に塗料が流れ落ちて作業性が悪く、２重量％を超える塗膜を均一厚さにするのが難しい。

つや消し剤は、塗膜表面の光沢をなくし、重厚な高級感を現出するもので、シリカ、炭化水素系ワックス、シリカ系ワックスなどが使用され、１種単独でもよく、２種以上を組合わせて使用してもよい。配合量は、全組成物中３〜７重量％である。３重量％未満では塗膜のつや消しという本来の目的が充分達せられず、７重量％を超えると塗膜の強度、特にスクラッチに弱くなる。

有機溶剤は、上記各成分の分散性をよくして水性塗料組成物を均一にするもので、好ましく具体例を挙げると、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチルなどの酢酸エステル、エチレングリコールメチルエーテル、ジエチルグリコールメチルエーテル、ブチレングリコールメチルエーテル、ジブチレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルなどのアルキレングリコールメチルエーテルである。有機溶剤は１種単独でもよく、２種以上を組合せてもよい。配合量は、全組成物中２〜５重量％である。２重量％未満では塗膜の表面状態が悪くなり、５重量％を超えると塗膜の硬化時に白化がすることがある。

水は、上記各成分を水性塗料組成物として均一に安定な状態にする溶剤となる。水は、ナトリウム、カルシウムなどの陽イオン、塩素イオン、硫酸イオンなどの陰イオンが除去された脱イオン水を用いるのが好ましい。配合量は、上記各成分を配合して全体で１００重量％とする残部となる量であり、上記各成分の配合割合を勘案すれば組成物中３５〜６６．９重量％であるが、好ましくは水を組成物中３５〜５５重量％となるように上記各成分の配合量を調整するのがよい。

本発明の水性塗料は、上記成分以外に湿潤剤、チクソトロピー剤、界面活性剤、その他各種添加剤を加えることがあるが、本発明は、本発明の目的達成に支障のない範囲においてこれら上記以外の添加剤を加えることになんら制限を加えるものではない。

本発明の水性塗料組成物は、所望する塗膜形成面に厚さ２０〜２５ミクロンの塗膜で目的を達することができ、従来の３５〜４０ミクロンの厚さにあったエンボスが埋まるという問題を回避できる。

以下、本発明を下記実施例によって更に具体的に説明するが、これらは本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲を制限しない。
〔水性塗料の調製に用いた成分〕
＊ポリエステルポリオール：分子量１０，０００〔バイエル（ＢＡＹＥＲ）社製、「Ｂａｙｈｙｄｕｒ ＰＲ−３４０」（商品名）〕を用いた。
＊ポリカーボネートポリオール：分子量１０，０００〔ノベオン（Ｎｏｖｅｏｎ）社製、「ＰＣ ５１」（商品名）〕を用いた。
＊ポリイソシアネート：ヘキサメチレンジイソシアネート〔ローディア（Ｒｈｏｄｉａ）社製、「
ＷＦ２１０２」（商品名）〕を用いた。
＊ジメチロール化合物：ジメチロールプロピオン酸〔アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）社製〕を用いた。

＊顔料：カーボンブラック〔三菱化学（株）製、「ＭＡ−１００」（商品名）〕と酸化チタン（ＴｉＯ_２）〔デュポン（Ｄｕｐｏｎｔ）社製、「Ｒ−９０２」（商品名）〕とを、２．５：１（重量比）で混合して用いた。
＊光安定剤：ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤〔チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）社製、「Ｔｉｎｕｖｉｎ １１３０」（商品名）ヒドロキシフェニル−ベンゾトリアゾール〕と、１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジニル系ハルス〔１−（メチル）−８−（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジニル）セバケートと１，８−ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジニル）セバケートの混合物、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製、「Ｔｉｎｕｖｉｎ ２９２」（商品名）〕とを１：２（重量比）で混合して用いた。
＊増粘剤：ウレタン系増粘剤〔エリメンチス（Ｅｌｉｍｅｎｔｉｓ Ｓｐｅｃｉａｒｔｉｅｓ）社製、「Ｒｈｅｏｌａｔｅ ２２４」（商品名）〕を用いた。
＊つや消し剤：シリカ〔デグサ（Ｄｅｇｕｓｓａ）社製、「Ａｃｅｍａｔｔ ＴＳ−１００」（商品名）〕を用いた。
＊有機溶剤：プロピレングリコールメチルエーテル〔ライオンデル・ケミカル（ＬＹＯＮＤＥＬＬ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）社製、「ＡＲＣＯＳＯＬＶ ＰＭ」（商品名）〕と、ジプロピレングリコールメチルエーテル〔ライオンデル・ケミカル（ＬＹＯＮＤＥＬＬ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）社製、「ＡＲＣＯＳＯＬＶ ＤＰＭ」（商品名）〕を１：１（重量比）で混合して使用した。

〔水性塗料の組成〕
ポリエステルポリオールとポリカーボネートポリオールの配合割合を変えて、表１の組成で水性塗料を調製した。

〔塗膜物性の評価〕
＊試験片：ポリプロピレン素材の試験片〔現代（ヒュンダイ）エンジニアリング・プラスチック社製、「ＨＴ２４０」（商品名）〕に水性プライマーを７〜２０ミクロン程度塗装し、８０℃で１０分間乾燥した後、表１の組成の水性塗料を２０〜２５ミクロン塗装した。室温で１０分間放置した後、８０℃で２０分間乾燥し試験片とした。

＊常温付着性試験：試験片に水平及び垂直方向のそれぞれに２ｍｍ間隔で１１カットのクロスカットを行った後、表面をやわらかいブラシできれいにし、適当な幅と長さの規定のテープでしっかり付着させた後、テープの一方を９０°で強く引っ張り、剥離された塗膜の目盛数を数えた。この試験は碁盤目盛付着性テストとも言い、総１００個の碁盤の目盛から剥離された個数を数え、剥離された数が多いほど付着性が悪い。

＊耐熱付着性試験：試験片を空気中１１０℃で３００時間放置した。室温に１時間放置した後、上記付着性試験を実施した。

＊耐光付着性試験：試験片をキセノンアーク下、ブラックパネルの温度８９±３℃、漕内湿度５０±５％ＲＨ、照射照度０．５５±０．０２Ｗ／ｍ^２ｎｍ（３４０ｎｍで）の条件で、総累積光量が１０５０ＫＪ／ｍ^２になるまで照射した。中性洗剤水溶液で洗浄し、空気で乾燥させて室温で１時間放置した後、上記付着性試験を実施した。

＊式摩耗試験：往復摩耗試験機を利用して試験荷重１ｋｇｆ、試験速度３０回往復／分、摩擦ストローク１００ｍｍの条件で両面キャンバス摩擦材を利用して素地の露出可否を確認し、その時点の回数を調査した。

〔結果〕
塗膜物性は各試験別に５個の試験片に対して評価した後、平均値を出し、結果を下記表２に表した。

この結果から、ポリカーボネートポリオールの含量が増加するに従い、常温、耐熱、耐光性試験後の付着性を始めとする耐摩耗性などの全般的な塗膜物性が向上した。配合−１と配合−２の結果からも分かるように、ポリカーボネートポリオールの添加が少量でも付着性と耐摩耗性の塗膜物性が急激に向上する傾向があるが、配合−４では塗膜が硬くソフトな感じが出すには至らなかった。従って、配合−３のポリカーボネートポリオールが７．５％の配合で完璧なまでに塗膜物性を示し、かつソフトな触感が出て満足することができる水準だと言える。

本発明による水性塗料は、塗膜を２０〜２５ミクロンにしてもソフトな触感を与え、かつ塗膜物性（耐摩耗性、付着性など）を満足し、エンボスパターンを明瞭に出すことができ自動車の内装に有用である。加えて塗料使用量を減らすことができ、原価節減、内装材の臭い改善の効果も期待できる。

Claims (7)

1. ポリエステルポリオール１５〜２０重量％、ポリカーボネートポリオール５〜１０重量％、ポリイソシアネート５〜１２重量％、ジメチロール化合物０．３〜２重量％、顔料２〜５重量％、光安定剤０．５〜２重量％、増粘剤０．３〜２重量％、つや消し剤３〜７重量％、有機溶剤２〜５重量％を含み、残部が水で全体を１００重量％とした組成でなる水性塗料組成物であって、
   前記ポリエステルポリオールの重量平均分子量が、８，０００〜１５，０００であり、かつ、前記ポリカーボネートポリオールの重量平均分子量が、８，０００〜１５，０００であることを特徴とする水性塗料組成物。
2. 前記ポリイソシアネートが、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートから選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１記載の水性塗料組成物。
3. 前記ジメチロール化合物が、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１記載の水性塗料組成物。
4. 前記光安定剤が、紫外線吸収剤、ハルス（立体障害性アミン光安定剤）から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１記載の水性塗料組成物。
5. 前記増粘剤が、アクリル系増粘剤、ウレタン系増粘剤から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１記載の水性塗料組成物。
6. 前記つや消し剤が、シリカ、ワックス、シリカ含有ワックスから選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１記載の水性塗料組成物。
7. 前記有機溶剤が、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、エチレングリコールメチルエーテル、ジエチルグリコールメチルエーテル、ブチレングリコールメチルエーテル、ジブチレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルから選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１記載の水性塗料組成物。