JP5461336B2 - 自動車用耐衝撃性複合塗膜 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、合成樹脂成形品本体の上に、無機系艶消し剤としてシリカ等を混合したベースコート層を設け、該ベースコート層上にメタル層を設け、該メタル層上にトップコート層を設けた合成樹脂成形品が開示されている。該合成樹脂成形品によれば、ベースコート層に無機系艶消し剤を混合することで、意匠性の高い艶消し外観を得ている。
また、艶消し剤としては、上述したシリカ等の無機系艶消し剤の他にも、ポリエチレン粒子、尿素樹脂粒子、ポリ4フッ化エチレン粒子、アクリル樹脂等の有機系艶消し剤が用いられている。
ポリエチレン粒子、尿素樹脂粒子、ポリ4フッ化エチレン粒子は柔らかいため、衝撃が加わると変形し、クラックが発生しやすかった。
アクリル樹脂は上述した有機系艶消し剤に比べて硬いものの、靭性に劣るため、耐衝撃性が低下しやすかった。
また、前記ベースコート用樹脂が、水酸基価25〜200mgKOH/gのアクリルポリオールと、イソシアネートとからなることが好ましい。
この例の複合塗膜10は、合成樹脂成形品11上に形成された艶消しベースコート層12と、該艶消しベースコート層12上に形成された金属薄膜層13と、該金属薄膜層13上に形成されたクリアトップコート層14とを備えて構成される。
なお、図1においては、説明の便宜上、寸法比は実際のものと異なったものである。
艶消しベースコート層12は、ベースコート用樹脂と、アクリル架橋粒子と、アマイド系針状フィラーとを含有するベースコート用塗料より形成される。
ベースコート用樹脂としては、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等の硬化性樹脂が好ましい。硬化性樹脂としては、例えばウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。これらの中でも凝集力が高く靭性に優れる点でウレタン樹脂が好ましい。
これら硬化性樹脂は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
アクリルポリールとしては、イソシアネートと反応する官能基を有するモノマーの単独重合体または共重合体が挙げられる。
このようなモノマーとしては、例えば(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどが挙げられ、具体的には、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(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、ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なお、本発明において、「(メタ)アクリレート」とは、メタクリレートとアクリレートの両方を示すものとする。
アクリルポリオールの水酸基価は、JIS K 0070に準拠し、中和滴定法により測定される値である。
1/(Tg+273.15)=Σ[Wn/(Tgn+273.15)] ・・・(1)
なお、Tgnはホモポリマーの特性値として広く知られており、例えば、「POLYMER HANDBOOK、THIRD EDITION」に記載されている値を用いればよい。
アクリル架橋粒子は艶消し剤としての役割を果たす。従って、アクリル架橋粒子を含有するベースコート用塗料より形成される艶消しベースコート層12を備えた複合塗膜10は、金属調で意匠性に優れると共に、艶消し感を有する。
しかし、本発明においては、架橋型のアクリル粒子(アクリル架橋粒子)を用いるので、熱による影響を受けにくい。また、高温環境下においてベースコート用塗料を長期間保存するような場合でも、ベースコート用塗料中の溶剤に溶解しにくく、艶消し効果を維持できる。加えて、アクリル架橋粒子は一般的に真球状粒子であるため、複合塗膜10、特に艶消しベースコート層12が衝撃を受けてひずみが掛かっても、艶消しベースコート層12の樹脂成分とアクリル架橋粒子との間で亀裂が生じにくい。
まず、架橋剤の存在下で(メタ)アクリル酸アルキルエステルを単独重合または共重合させて、架橋アクリル樹脂を製造する。
ついで、架橋アクリル樹脂を粉砕機で粉砕し、得られた粉砕物を所望の粒子径になるまで分級し、アクリル架橋粒子を得る。
また、重合の際には、これらのモノマーと共重合可能なモノマーを共重合させてもよい。共重合可能なモノマーとしては、マレイン酸、フタル酸、イタコン酸、酢酸ビニル、スチレン等が挙げられる。
2官能のモノマーとしては、例えばアリル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(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、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジ(メタ)アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ(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、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラ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ヒドロキシピバレートジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、ジメチロールジシクロペンタンジアクリレート、ヘキサメチレンジアクリレートなどが挙げられる。
3官能以上のモノマーとしては、例えばトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(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、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレートなどが挙げられる。
ここで「平均粒子径」とはメジアン径のことであり、具体的にはレーザー回折・散乱法により、例えば日機装株式会社製の「マイクロトラックHRA」を用いて測定された「平均粒子径」である。
そこで、本発明者らは鋭意検討した結果、アクリル架橋粒子にアマイド系の針状フィラーを併用することで、艶消しベースコート層12中でアクリル架橋粒子が均一に配列することを見出した。その結果、複合塗膜10が衝撃を受けてもその衝撃が一箇所に集中することなく分散され、複合塗膜10の耐衝撃性が向上することを見出した。
アマイド系の針状フィラーは、アクリル架橋粒子を艶消しベースコート層12中で均一に配列させる役割を果たす。これは、フィラーの形状が針状であることにより、アクリル架橋粒子の動きを規制できるため、艶消しベースコート層12中で均一に配列させることができるものと考えられる。従って、アクリル架橋粒子およびアマイド系の針状フィラーを含有するベースコート用塗料より形成される艶消しベースコート層12を備えた複合塗膜10は、衝撃を受けてもその衝撃が分散されるので、耐衝撃性に優れる。
ここで、「針状」とは、アスペクト比(長径/短径)が、5.0以上であることを意味する。
脂肪酸としては、ラウリン酸、ミリスチチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸などが挙げられる。
なお、アマイド系の針状フィラーの割合は、固形分換算した値である。
ベースコート用塗料は、必要に応じてその他添加剤を含有してもよい。その他添加剤としては、レベリング剤、消泡剤、可塑剤、帯電防止剤等が挙げられる。
また、ベースコート用塗料は、必要に応じて溶剤によって濃度を調整して用いてもよい。溶剤としては、例えばトルエン、キシレン、ソルベントナフサ、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンなどの炭化水素系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテルなどのエステル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトンなどのケトン系溶剤が挙げられる。これら溶剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
金属薄膜層13の材質としては、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、銅、銀、亜鉛、スズ、インジウム、マグネシウム、これらの酸化物、およびこれらの合金などが挙げられる。中でもスズ、インジウムが好ましい。
金属薄膜層13が連続膜の場合、複合塗膜10全体としての付着性は主に金属薄膜層13とクリアトップコート層14との付着性に依存する。
一方、金属薄膜層13が不連続膜の場合、クリアトップコート層14は金属薄膜層13のみならず、艶消しベースコート層12とも接することになる。従って、複合塗膜10全体としての付着性は、金属薄膜層13とクリアトップコート層14との付着性、および艶消しベースコート層12とクリアトップコート層14との付着性の両方に依存する。よって、金属薄膜層13が不連続膜であれば、複合塗膜10の付着性がより向上し、耐衝撃性の向上にもつながる。
クリアトップコート層14は、無色透明、または金属薄膜層13を完全に遮蔽しない程度に着色された層である。なお、クリアトップコート層14が、金属薄膜層13を完全に遮蔽しない程度に着色されている場合を「カラークリアトップコート層」ということもある。
クリアトップコート層14は、トップコート用樹脂と必要に応じて添加剤とを含有する。
一方、添加剤としては、レベリング剤、消泡剤、可塑剤、紫外線吸収剤、ラジカルトラップ剤、着色剤等が挙げられる。
本発明の複合塗膜は、合成樹脂成形品11上に艶消しベースコート層12、金属薄膜層13、クリアトップコート層14を順次形成することで得られる。
合成樹脂成形品11としては、自動車のラジエータグリル、ホイールキャップ、サイドモール等の自動車外装部品などが挙げられる。
また、合成樹脂成形品11の材料としては、自動車外装部品に用いられる樹脂であれば特に制限されないが、例えばポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS樹脂)、ナイロン樹脂等が挙げられる。
まず、合成樹脂成形品11上に艶消しベースコート層12を形成する。具体的には、上述したベースコート用樹脂と、アクリル架橋粒子と、アマイド系の針状フィラーと、必要に応じてその他添加剤や溶剤とを混合してベースコート用塗料を調製し、該ベースコート用塗料を合成樹脂成形品11上に塗布し、乾燥して艶消しベースコート層12を形成する。
また、乾燥方法としては、ベースコート用樹脂の種類により、加熱法、光照射法などを適宜選択して用いることができるが、加熱法が特に適している。加熱法の場合、60〜100℃で、30〜360分間加熱するのが好ましい。
ついで、金属薄膜層13上にクリアトップコート層14を形成し、複合塗膜10を得る。クリアトップコート層14は、上述したトップコート用樹脂と、必要に応じて添加剤とを混合してトップコート用塗料を調製し、該トップコート用塗料を金属薄膜層13上に塗布し、乾燥することで形成できる。
トップコート用塗料は、必要に応じて溶剤によって濃度を調整して用いてもよい。溶剤としては、ベースコート用塗料の説明において先に例示した溶剤が挙げられる。
また、トップコート用塗料の塗布方法、および乾燥方法としては、ベースコート用塗料の塗布方法および乾燥方法と同様である。
トップコート用樹脂としてアクリル樹脂(DIC株式会社製、「アクリディックA−860」、固形分濃度:50質量%)を固形分換算で80質量部、およびポリイソシアネート(DIC株式会社製、「バーノックDN−981」、固形分濃度:75質量%)を固形分換算で20質量部と、添加剤としてレベリング剤(ビックケミー・ジャパン株式会社製、「BYK−330」)3質量部と、溶剤として酢酸ブチル80質量部を混合し、トップコート用塗料を調製した。
冷却器、温度計、および撹拌機を備えた2Lの4つ口フラスコに、エチルアクリレート30質量部、メチルメタクリレート58質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート12質量部を仕込み、さらに重合開始剤として2,2−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)(ABN−E)1.0質量部と、溶剤として酢酸エチル100質量部とを加え、フラスコ内の温度を80℃に昇温した。この温度を維持できるように冷却しながら発熱を抑え、重合反応を4時間行った。その後、未反応のモノマーを処理するためにABN−Eを0.5質量部投入し、80℃で2時間重合反応を行い、アクリルポリオールA−1を得た。
得られたアクリルポリオールA−1の水酸基価をJIS K 0070に準拠し、中和滴定法により測定した。また、アクリルポリオールA−1のガラス転移点を上記式(1)に示すFoxの式から求めた。結果を表1に示す。
モノマーの種類および配合割合を表1に示すように変更した以外は、アクリルポリオールA−1と同様にして、アクリルポリオールA−2〜A−8を得た。各アクリルポリオールについて、水酸基価とガラス転移点を求めた。結果を表1に示す。
「BA」:ブチルアクリレート(Tg:−54℃)、
「EA」:エチルアクリレート(Tg:−22℃)、
「MMA」:メチルメタクリレート(Tg:105℃)、
「HEMA」:2−ヒドロキシエチルメタクリレート(Tg:55℃)。
ベースコート用樹脂としてアクリルポリオールA−1を固形分換算で83.8質量部、およびヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(日本ポリウレタン工業株式会社製、「コロネートHX」、NCOの質量割合=21.3%)を固形分換算で16.2質量部と、アクリル架橋粒子C(根上工業株式会社製、「アートパールGR−600」、平均粒子径=10μm)50質量部と、アマイド系の針状フィラーB(楠本化成株式会社製、「ディスパロンPFA−231」を1.5質量部(固形分換算で0.3質量部)と、その他添加剤として表面調整剤(ビックケミー・ジャパン株式会社製、「BYK330」)2.5質量部と、溶剤として酢酸エチル20質量部および酢酸ブチル60質量部とを混合し、ベースコート用塗料を調製した。
ついで、真空蒸着装置(株式会社アルバック製、「EX−200」)を用い、艶消しベースコート層上にインジウムの金属材料を真空蒸着することにより、金属薄膜層(インジウム薄膜層)を形成した。インジウム薄膜層の厚さは60nmであった。
ついで、インジウム薄膜層上に、先に調製したトップコート用塗料を、硬化後の厚さが25μmになるように、スプレーガンでスプレー塗装し、80℃で60分間乾燥して溶剤を除去すると共に硬化させ、クリアトップコート層を形成し、複合塗膜を得た。
(外観の評価)
複合塗膜の外観を目視にて観察し、以下の評価基準にて評価した。結果を表2に示す。
○:艶消し感および透明感を有し、ざらつき感が感じられず、かつ針状の筋が浮き出ていない。
△:艶消し感があり、針状の筋は浮き出ていないが、透明感にやや劣る、またはざらつき感が感じられる。
×:艶消し感がない、または針状の筋が浮き出て見える。
複合塗膜のクリアトップコート層上に、1mm幅で5×5の碁盤目状にカッターで切れ目を入れ、碁盤目状の部分にテープを貼着し剥がす操作を実施し、以下の評価基準にて評価した。なお、テープとしては、セロハンテープを使用した。結果を表2に示す。
○:碁盤目の残存数が25個。
△:碁盤目の残存数が10〜24個。
×:碁盤目の残存数が9個以下。
JIS K 5600に準じ、デュポン式衝撃試験機を用いて複合塗膜におもりを衝突させ、その衝突面を目視にて観察し、以下の評価基準にて評価した。結果を表2に示す。
○:クラックが発生していない。
△:わずかにクラックが発生した。
×:クラックが発生した。
耐衝撃性試験後の複合塗膜のクリアトップコート層上に、1mm幅で5×5の碁盤目状にカッターで切れ目を入れ、碁盤目状の部分にテープを貼着し剥がす操作を実施し、以下の評価基準にて評価した。なお、テープとしては、セロハンテープを使用した。結果を表2に示す。
○:碁盤目の残存数が25個。
△:碁盤目の残存数が10〜24個。
×:碁盤目の残存数が9個以下。
表2、3に示す組成に従ってベースコート用塗料を調製した以外は、実施例1と同様にして複合塗膜を製造し、各評価を行った。結果を表2、3に示す。
・HMDIイソシアヌレート:日本ポリウレタン工業株式会社製の「コロネートHX」(ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体)、NCOの質量割合=21.3%。
・HMDIビウレット:旭化成ケミカルズ株式会社製の「デュラネート24A−100」
(ヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット体)、NCOの質量割合=23.5%。
・アクリル架橋粒子A:根上工業式会社製の「アートパールGR−300」、平均粒子径=22μm。
・アクリル架橋粒子B:根上工業式会社製の「アートパールGR−400」、平均粒子径=15μm。
・アクリル架橋粒子C:根上工業式会社製の「アートパールGR−600」、平均粒子径=10μm。
・アクリル架橋粒子D:根上工業式会社製の「アートパールSE−006T」、平均粒子径=6μm。
・アクリル架橋粒子E:根上工業式会社製の「アートパールJ−5P」、平均粒子径=3μm。
・針状フィラーA:楠本化成株式会社製の「ディスパロンA603−10X」、脂肪酸アマイドペースト(有効成分10質量%)。
・針状フィラーB:楠本化成株式会社製の「ディスパロンPFA−231」、脂肪酸アマイドペースト(有効成分20質量%)。
・針状フィラーC:楠本化成株式会社製の「ディスパロンF−9020」、脂肪酸アマイドペースト(有効成分15質量%)。
・針状フィラーD:共栄社化学株式会社製の「フローノンHR−A4F」、高級脂肪酸アマイドペースト(有効成分20質量%)。
・針状フィラーE:共栄社化学株式会社製の「フローノンSH−295S」、高級脂肪酸アマイドペースト(有効成分10質量%)。
・非針状フィラーF:ライオン・アクゾ株式会社製の「アーモスリップCPパウダー」(オレイン酸由来のモノアマイド樹脂)。
・針状フィラーG:珪灰石。
・表面調整剤:ビックケミー・ジャパン株式会社製の「BYK330」。
なお、ベースコート用樹脂100質量部に対するアクリル架橋粒子の割合が12質量部である実施例4と、32質量部である実施例5を比較すると、実施例5で得られた複合塗膜の方が、耐衝撃性に優れていた。同様に、アクリル架橋粒子の割合が65質量部である実施例3と、90質量部である実施例6を比較すると、実施例3で得られた複合塗膜の方が、外観、耐衝撃性、耐衝撃性試験後の付着性に優れていた。
また、アクリルポリオールの水酸基価が25mgKOH/gである実施例3と、17mgKOH/gである実施例12を比較すると、実施例3で得られた複合塗膜の方が耐衝撃性に優れていた。同様に、水酸基価が200mgKOH/gである実施例9と、260mgKOH/gである実施例11を比較すると、実施例9で得られた複合塗膜の方が初期付着性および耐衝撃性試験後の付着性に優れていた。
また、アクリルポリオールのガラス転移点が30〜60℃である実施例1〜3、5、9と、0℃または100℃である実施例7、8、10と比較すると、実施例1〜3、5、9で得られた複合塗膜の方が外観、耐衝撃性、および耐衝撃性試験後の付着性に優れていた。
ベースコート用樹脂100質量部に対するアマイド系の針状フィラーの含有量が15質量部と多い比較例2で得られた複合塗膜は、塗膜に針状の筋が見られ、意匠性に劣っていた。
ベースコート用樹脂100質量部に対するアクリル架橋粒子の割合が5質量部と少ない比較例3で得られた複合塗膜は、耐衝撃性に劣っていた。
ベースコート用樹脂100質量部に対するアクリル架橋粒子の割合が100質量部と多い比較例4で得られた複合塗膜は、ざらつき感があり艶消し感に劣っていた。また、耐衝撃性試験後の付着性にも劣っていた。
アマイド系の針状フィラーの代わりに、珪灰石を用いた比較例5で得られた複合塗膜は、塗膜に針状の筋が見られ、意匠性に劣っていた。また、耐衝撃性試験後の付着性にも劣っていた。
アマイド系の針状フィラーの代わりに、非針状のモノアマイド樹脂を用いた比較例6で得られた複合塗膜は、耐衝撃性に劣っていた。
Claims (2)
- 合成樹脂成形品上に形成された艶消しベースコート層と、該艶消しベースコート層上に形成された金属薄膜層と、該金属薄膜層上に形成されたクリアトップコート層とを備えた自動車用耐衝撃性複合塗膜において、
前記艶消しベースコート層は、ベースコート用樹脂と、該ベースコート用樹脂100質量部に対して、12〜90質量部のアクリル架橋粒子と、0.1〜12.0質量部のアマイド系の針状フィラーとを含有するベースコート用塗料より形成されたことを特徴とする自動車用耐衝撃性複合塗膜。 - 前記ベースコート用樹脂が、水酸基価25〜200mgKOH/gのアクリルポリオールと、イソシアネートとからなることを特徴とする請求項1に記載の自動車用耐衝撃性複合塗膜。
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