JP5506317B2 - 塗膜形成方法及び塗装物品 - Google Patents

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Description

本発明は、特定の電着硬化塗膜上に、第1着色水性塗料と第2着色水性塗料及びクリヤ塗料を塗装し、3層の未硬化塗膜を同時に加熱乾燥することを特徴とする3コート1ベーク方式において、仕上り性に優れる複層塗膜を提供する塗膜形成方法に関する。
自動車ボディ、二輪車用金属部品、家庭用電化製品、鋼製家具などの金属成形品の塗装は、通常、電着塗料を塗装し、焼付けた電着塗膜上に、中塗り塗料を塗装して焼付け、次に着色水性塗料を塗装して予備加熱(プレヒート)を施し、次いでクリヤ塗料を塗装し、焼付けて複層塗膜を形成する(所謂、「3C2B方式」による塗膜形成方法)。このように焼付けによって塗膜の凹凸を平準化して、防食性と仕上り性が良好な複層塗膜を得ることができる。
しかし、各塗料の塗装後に焼付けを行うと、焼付けのために多大のエネルギーコストがかかるのみならず、焼付け設備の稼動やメンテナンスのためにも多大の手間と費用を要する。また、塗料中の低揮発性有機化合物の低減(低VOC化)を目的として、有機溶剤型塗料から水性塗料に移行してきている。
このような省エネルギー性、省工程及び低VOC化を目的として、電着塗膜上に、第1着色水性塗料と第2着色水性塗料及びクリヤ塗料を順次塗装し、3層を同時に加熱硬化する塗膜形成方法(以下、「水性3C1B方式」と略称することがある)によって、防食性と仕上り性が良好な複層塗膜を得ることが求められている。
従来から3コート1ベーク方式で仕上り性を向上する為に、例えば、特許文献1には、カチオン電着塗装によって下塗り塗装が施され焼付けが行われたレーザーダル鋼板に、中塗り塗料、上塗りベース塗料及び上塗りクリヤ塗料の少なくとも1つとして有機溶剤型塗料(明細書中、非水分散型塗料)を用い、これらの塗料を順次塗装したのち、焼付けを行うことにより3コート1ベーク方式で、高品質の複層塗膜を形成する方法が開示されている。しかし、この方法において、1回の焼付けで高品質の3層の複層塗膜を形成するためには、高価なレーザーダル鋼板製の成形品を用いて垂直部や水平部の仕上り性を確保する必要がある、という問題がある。
他に、特許文献2には、被塗物に電着塗料(A)を塗装し、その塗膜を加熱硬化させてから、中塗り塗料(B)、上塗りベース塗料(C)及びクリヤ塗料(D)をウェットオンウェットで塗装した後、加熱してこれらの3層塗膜を同時に硬化せしめて複層塗膜を形成する方法において、電着塗料(A)として、(a)ビスフェノ−ル型エポキシ樹脂の水酸基に環状エステル化合物を反応させてなる樹脂、(b)溶解性パラメ−タ値が9.6未満のビニル樹脂、(c)溶解性パラメ−タ値が9.6未満のポリアルキレングリコ−ル及び(d)平均粒径が0.5μm以下に調整してなる顔料成分を含有するカチオン電着塗料を使用することを特徴とする複層塗膜の形成方法が開示されている。しかし、この塗膜形成方法に用いる中塗り塗料(B)、上塗りベース塗料(C)は有機溶剤型塗料であって、低VOC化を実現できる水性塗料でない。
特許文献3には、基材上に、カチオン電着塗料により塗膜形成した硬化電着塗膜のガラス転移温度が、110℃以上であり、かつ表面粗度(Ra)が0.3μm以下である電着塗膜面に、中塗り塗料、上塗りベース塗料さらに上塗りクリヤ塗料を順次塗装し、未硬化の中塗り塗膜、上塗りベース塗膜さらに上塗りクリヤ塗膜の3層塗膜を形成した後、上記3層塗膜を同時に加熱して硬化させる複層塗膜形成方法が開示されている。しかし、カチオン電着塗料の硬化塗膜のガラス転移温度や表面粗度(Ra)を規定しただけの塗膜では、電着塗膜上に水性3C1B方式によって得られた複層塗膜は、防食性と仕上り性の両立ができなかった。
特許文献4には、基材上に、カチオン電着塗料により塗膜形成した塗膜に対する非極性有機溶剤であるトルエンの電着塗膜への吸込み率が、25%以下である硬化電着塗膜面に、中塗り塗料、上塗りベース塗料さらに上塗りクリヤ塗料を順次塗装し、未硬化の中塗り塗膜、上塗りベース塗膜さらに上塗りクリヤ塗膜の3層塗膜を形成した後、前記3層塗膜を同時に加熱して硬化させる複層塗膜形成方法が開示されている。しかし、特許文献4の複層塗膜形成方法は、電着塗膜上に、有機溶剤型の塗料が塗り重ねられることを目的としたものである。
また、特許文献5には、カチオン電着塗膜上に、水性中塗り塗料を塗布して未硬化の水性中塗り塗膜を形成する工程、該未硬化の水性中塗り塗膜上に水性ベース塗料を塗布して未硬化のベース塗膜を形成する工程、該未硬化のベース塗膜上にクリヤ塗料を塗布する工程、未硬化の水性中塗り塗膜、水性ベース塗膜及びクリヤ塗膜を同時に加熱硬化させる工程からなり、該カチオン電着塗料の金属イオン濃度や中和剤の量を規定したカチオン電着塗料を用いた塗膜形成方法が開示されている。
しかしながら、特許文献5に記載のカチオン電着塗膜は、プレヒート時や加熱乾燥時において電着塗膜が膨潤してうねり感や凹凸が生じ、水性3C1B方式による複層塗膜形成を施した場合、電着塗膜の凹凸の影響を受けて、複層塗膜において、防食性と仕上り性の両立ができなかった。
特許文献6は、硬化させたカチオン電着塗膜の上に、中塗り塗料組成物、上塗りベース塗料及び上塗りクリヤ塗料組成物を塗布して、これらの未硬化塗膜を同時に焼付け硬化させる複層塗膜形成方法であって、硬化電着塗膜が粗さ曲線の中心線平均粗さ(Ra)0.05〜0.25μmおよび断面曲線の中心線平均粗さ(Pa)0.05〜0.30μmを有する、複層塗膜形成方法が開示されている。
しかし、カチオン電着塗料の硬化塗膜における粗さ曲線の中心線平均粗さ(Ra)0.05〜0.25μmおよび断面曲線の中心線平均粗さ(Pa)0.05〜0.30μmを規定しただけの塗膜では、電着硬化塗膜上に、第1着色水性塗料、第2着色水性塗料及びクリヤ塗料を塗り重ねる3コート1ベーク方式においては、所望の防食性や仕上り性が得られない。
特許文献7は、電着塗膜上の3コート1ベーク方式複層塗膜形成方法であって、加熱硬化前の電着塗膜が粗さ曲線の算術平均粗さ(Ra)0.3〜4.0μmを有する内容が開示されている。しかし、未硬化電着塗膜の粗さ曲線の算術平均粗さ(Ra)を規定したとしても、特許文献3に記載の表面粗度(Ra)が0.3μm以下である電着塗膜と同様に3コート1ベーク方式によって得られた複層塗膜は、防食性と仕上り性の両立ができなかった。
他に、特許文献8には、加熱減量(X)が5重量%以下である電着塗料(A)の硬化塗膜上に、第1着色塗料(B)、第2着色塗料(C)及びクリヤ塗料(D)をウェットオンウェットで順次塗装し、得られる3層の塗膜を同時に加熱硬化することを特徴とする複層塗膜の形成方法が開示されている。しかし、電着塗膜の加熱硬化時における減量(脱離成分)が少ないことと、複層塗膜における防食性や仕上り性の相関性についても明確でない。
特開平3−181369号公報 特開2001−252613号公報 特開2002−224613号公報 特開2002−224614号公報 特開2002−282773号公報 特開2005−238222号公報 特開2006−167681号公報 特開2007−61812号公報
本発明の目的は、電着塗膜上の水性3C1B方式における塗膜形成において、仕上り性、防食性に優れた複層塗膜を形成する方法を提供することである。
水性3C1B方式においては、電着塗膜上に第1着色水性塗料が塗装され、未硬化の第1着色水性塗膜上に第2着色水性塗料が塗装され、さらに未硬化の第2着色水性塗膜上にクリヤ塗料が塗装される。このとき、未硬化の第1着色水性塗膜や第2着色水性塗料は、炭素数11以下の極性が高い有機溶剤(以下、「炭素数11以下の極性有機溶剤(s)」と称する場合がある)を含有し、塗膜間の混層抑制やタレ防止、未硬化塗膜の平準化等を図っているが、焼付け後の複層塗膜の仕上り性は不十分であることがあった。
電着塗膜は極性が高く、第1着色水性塗料や第2着色水性塗料やクリヤ塗料中の溶解力が強い有機溶剤が、プレヒート工程や焼付け工程などにおいて、温度が高くなった状態で電着塗膜に接触すると電着塗膜の膨潤度合が高くなる。特に、「水性3C1B方式」の塗膜形成においては、硬化電着塗膜上に第1着色水性塗料(中塗り塗料)の焼付け硬化なしで塗膜が塗り重ねられる為、硬化電着塗膜が接触するウェット塗膜に含まれる有機溶剤の量も多く、浸透してくる有機溶剤によって電着塗膜が膨潤してしまい、電着塗膜上の複層塗膜での仕上り性の低下をもたらすと考えられる。
一方、従来の特許文献4(特開2002−224614号公報)は、硬化電着塗膜を非極性有機溶剤であるトルエンに室温で1週間浸漬した後のトルエン吸込み率を規定して、該トルエン吸込み率が低い電着塗膜上の複層塗膜において仕上り性が良好である発明である。しかし、一般的な3コート1ベークの塗装ラインにおいて第1水性塗料や第2水性塗料などが加熱されることにより、電着塗膜が高温度の極性有機溶剤に接触することになることを想定したものでない。
本願の発明者等は、第1着色水性塗料や第2着色水性塗料のプレヒート温度(70〜120℃)、さらには第1着色水性塗料や第2着色水性塗料及びクリヤ塗料の加熱乾燥温度(80〜170℃)において、極性有機溶剤が加熱された状態で電着塗膜に接触することを考慮して、特に炭素数11以下の極性有機溶剤に対する電着塗膜の耐高温溶剤性が、電着塗膜上の複層塗膜の仕上り性に影響があることを見出し、さらに今回、水性3C1B方式での複層塗膜において高仕上り性を得る為には、(イ)粗さ曲線における中心線平均粗さ(Ra)(以下、「中心線平均粗さ(Ra)」と称することがある)、(ロ)ろ波中心線うねり曲線における中心線平均値(Wca)(以下、「中心線平均値(Wca)」と称することがある)、(ハ)80℃に調整した、n−ブチルアルコール、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、2−エチル−1−ヘキサノール、3−メトキシブチルアセテート及びジエチレングリコールモノエチルエーテルから選ばれる、いずれの有機溶剤中においても10分間浸漬時の溶剤膨潤率が30.0質量%以下であるとの条件を満足できる電着硬化塗膜が、課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、「1.金属被塗物に、カチオン電着塗料組成物(A)の硬化塗膜(A1)を形成する工程、第1着色水性塗料(B)を塗装して第1着色塗膜(B1)を形成する工程、未硬化の第1着色塗膜上(B1)に、第2着色水性塗料(C)を塗装して第2着色塗膜(C1)を形成する工程、未硬化の第2着色塗膜(C1)上に、クリヤ塗料(D)を塗装してクリヤ塗膜(D1)を形成する工程、並びに未硬化の第1着色塗膜(B1)と未硬化の第2着色塗膜(C1)及び未硬化のクリヤ塗膜(D1)を同時に硬化させる工程、を含む塗膜形成方法であって、カチオン電着塗料組成物(A)の硬化塗膜(A1)が、
(イ)カットオフ値2.5mmでの粗さ曲線における中心線平均粗さ(Ra)が0.50μm以下であり、かつ
(ロ)高域カットオフ値0.8mm、低域カットオフ値8mmでのろ波中心線うねり曲線における中心線平均値(Wca)が0.50μm以下であり、かつ
(ハ)80℃に調整した、n−ブチルアルコール、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、2−エチル−1−ヘキサノール、3−メトキシブチルアセテート及びジエチレングリコールモノエチルエーテルから選ばれるいずれの有機溶剤中においても、10分間浸漬後の溶剤膨潤率が30.0質量%以下、であることを特徴とする塗膜形成方法。
2.カチオン電着塗料組成物(A)が、エポキシ当量が180〜2,500のエポキシ樹脂(a11)とフェノール性水酸基を有するキシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)、並びにアミノ基含有化合物(a13)を反応させてなるキシレンホルムアルデヒド樹脂で変性したアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)を含むことを特徴とする1項に記載の塗膜形成方法、
3.カチオン電着塗料組成物(A)が、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)に加え、下記のアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)を含むことを特徴とする請求項2に記載の塗膜形成方法。
アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2):下記式(1)で表される化合物(a211)又は下記式(2)で表される化合物(a212)で表されるジエポキシ化合物(a21)と、エポキシ当量170〜500のエポキシ樹脂(a22)と、ビスフェノール化合物(a23)とを反応させて得られる変性エポキシ樹脂(I)と、アミノ基含有化合物(a24)を反応させてなる樹脂
Figure 0005506317
(式(1)、Rは、同一又は相異なってもよい水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、Rは同一又は相異なってもよい水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、アルキレンオキシド構造部分の繰り返し単位の数であるm及びnはm+n=1〜20となる整数を表す)
Figure 0005506317
(式(2)中、Rは、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を示す。
Xは1〜9を示す。
Yは1〜50となる整数を示す。
Yが2以上の場合、繰り返し単位中の各Rはそれぞれ同一であっても異なってもよい。)
4.カチオン電着塗料組成物(A)が、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)及びブロック化ポリイソシアネート硬化剤(b)を含有し、かつ成分(a1)、成分(a2)及び成分(b)の固形分合計100質量部を基準にして、成分(a1)を30〜60質量部、成分(a2)を5〜30質量部、成分(b)を10〜40質量部含有することを特徴とするカチオン電着塗料組成物である1〜3のいずれか1項に記載の塗膜形成方法、
5.ブロック化ポリイソシアネート硬化剤(b)におけるイソシアネート化合物が、脂環族ポリイソシアネート化合物及び/又は芳香環を有する芳香族ポリイソシアネート化合物である1項〜4項のいずれか1項に記載の塗膜形成方法、
6.第1着色水性塗料(B)が、基体樹脂と架橋剤の合計100質量部に対して、炭素数11以下の極性有機溶剤を1〜150質量部含有する塗料である1〜5のいずれか1項に記載の塗膜形成方法、
7.第2着色水性塗料(C)が、基体樹脂と架橋剤の合計100質量部に対して、炭素数11以下の極性有機溶剤を1〜150質量部含有する1〜6のいずれか1項に記載の塗膜形成方法、
8.1〜7のいずれか1項に記載の塗膜形成方法によって得られた塗装物品」、に関する。
1.本発明の塗膜形成方法によれば、仕上り性、防食性に優れた塗装製品を得ることができる。しかも、「水性3C1B方式」を採用しているため、省エネルギー性、省スペース化及び低VOC化に貢献することができる。
これは、(イ)粗さ曲線における中心線平均粗さ(Ra)、(ロ)ろ波中心線うねり曲線における中心線平均値(Wca)、(ハ)80℃に調整した、n−ブチルアルコール、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、2−エチル−1−ヘキサノール、3−メトキシブチルアセテート及びジエチレングリコールモノエチルエーテルから選ばれる、いずれの有機溶剤中においても10分間浸漬後の溶剤膨潤率が30.0質量%以下である、ことを満足するカチオン電着塗料を用いることによって達成できる。
2.特に、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)を含有するカチオン電着塗料から得られる硬化電着塗膜は、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)におけるキシレン樹脂構造が、可塑性と疎水性をエポキシ樹脂骨格に付与できる為、可塑性が電着塗膜の平滑性を向上し、かつ疎水性であることによって電着塗膜の高温溶剤膨潤率を低下できる。
3.さらに、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)にアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)を併用すれば、電着塗膜の耐溶剤膨潤性を維持したままで、さらに電着塗膜の平滑性を向上できる。このことによって、該電着塗膜上の水性3C1B方式による複層塗膜での仕上り性をより向上させることができる。本発明の塗膜形成方法によれば、例え、被塗物表面の中心線平均粗さ(Ra)が1.0〜1.70μm(カットオフ値2.5mm)であるような非常に粗度の粗い鋼板であっても仕上り性に優れる複層塗膜を得ることができる。
電着硬化塗膜上に、第1着色水性塗料と第2着色水性塗料及びクリヤ塗料を塗装し、同時に加熱乾燥することを特徴とする「水性3C1B方式」において、仕上り性に優れる複層塗膜を得る為には、特定の有機溶剤に耐性のある塗膜が得られる特定のカチオン電着塗料組成物(A)を用いることが必要である。以下、本発明の複層塗膜形成方法について、さらに詳細に説明する。
[金属被塗物]
本発明の方法を適用することができる被塗物としては、電着塗装が可能な材料であれば特に制限はなく、例えば、ステンレス、鉄、鋼、銅、亜鉛、スズ、アルミニウム、アルマイトなどの金属;これらの金属の合金;該金属がメッキされたシート;該金属が積層されたシート等が挙げられ、必要に応じて、耐食性及び付着性を向上させるために、表面処理、プライマーなどを施すことができ、例えば、ステンレスには、クロム系表面処理を施すことができる。被塗物として、具体的には、自動車ボディが好適であり、被塗物となる鋼板は通常行われているように、りん酸亜鉛処理を施しておくことができる。
[カチオン電着塗料組成物(A)]
本発明の塗膜形成方法には、硬化塗膜(A1)が、下記の要件(イ)〜要件(ハ)を全て満足する、カチオン電着塗料組成物(A)を用いることが必須要件である。
要件(イ)粗さ曲線における中心線平均粗さ(Ra)が0.50μm以下(カットオフ値2.5mm)であること。要件(ロ)ろ波中心線うねり曲線における中心線平均値(Wca)が0.50μm以下(高域カットオフ値0.8mm、低域カットオフ値8mm)であること。要件(ハ)80℃に調整した、n−ブチルアルコール、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、2−エチル−1−ヘキサノール、3−メトキシブチルアセテート及びジエチレングリコールモノエチルエーテルから選ばれるいずれの有機溶剤中においても、10分間浸漬後の溶剤膨潤率が30.0質量%以下であること。
本発明において、要件(イ)の粗さ曲線における中心線平均粗さ(Ra)は、JIS B 601(1982年改正版)に定義される方法により測定される。具体的には、中心線平均粗さは、粗さ曲線からその中心線の方向に測定長さlの部分を抜き取り、この抜取り部分の中心線をX軸、縦倍率の方向をY軸とし、粗さ曲線をy=f(x)で表したとき次の式によって求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものをいう。
Figure 0005506317
ここで、粗さ曲線とは、測定対象の断面曲線から所定の波長より長い表面うねり部分をカットオフした曲線を粗さ曲線という。当該所定の波長をカットオフ値という。より具体的には、粗さ曲線のカットオフ値は、粗さ曲線を求める場合に減衰率が−12dB/octの高域フィルタを用いたとき、その利得が75%になる周波数に対応する波長をいう。
本発明においてRaは、カットオフ値2.5mmでの粗さ曲線から求める。
また、本発明において、Raを求める際の測定長さlは、50mmとする。
本発明において、要件(ロ)のろ波中心線うねり曲線における中心線平均値(Wca、本明細書中、ろ波中心線うねりと示すこともある)は、ろ波うねり曲線の中の形の狂い等の間隔の大きい成分を高域フィルタで除去して得られる、ろ波中心線うねり曲線の測定長さ内の中心線平均値をいい、JIS B 610(1976年改正版)に定義される方法により測定される。より具体的には、ろ波中心線うねりは、ろ波中心線うねり曲線からその中心線の方向に測定ながさlの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をX軸、縦倍率の方向をY軸として、ろ波中心線うねり曲線をy={f(x)}cで表したとき次の式によって求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものをいう。
Figure 0005506317
ここで、ろ波中心線うねり曲線とは、ろ波うねり曲線から、真直度、真円度などの波長の長い成分を除去して得られる曲線をいう。ろ波中心線うねり曲線を求める場合、減衰率が−12dB/octの高域フィルタを用いたとき、その利得が70%になる周波数に対応する波長をろ波中心線うねり曲線のカットオフ値(本明細書中において低域カットオフ値と示すこともある)という。
ろ波うねり曲線とは、断面曲線から波長の短い表面粗さの成分を除去して得られる曲線をいう。ろ波うねり曲線を求める場合、減衰率が−12dB/octの低域フィルタを用いたとき、その利得が70%になる周波数に対応する波長をろ波うねり曲線のカットオフ値(本明細書中において、高域カットオフ値と示すこともある)という。
本発明においては、Wcaは、高域カットオフ値0.8mm、低域カットオフ値8mmでのろ波中心線うねり曲線から求める。
なお、これらの有機溶剤は、第1着色水性塗料(B)、第2着色水性塗料(C)及びクリヤ塗料(D)で配合されることが多く、特に、プレヒート温度において下層の硬化電着塗膜へ影響する。このことから「溶剤膨潤率」を規定することによって、電着塗膜上の水性3C1B方式における塗膜形成において、仕上り性に優れた複層塗膜を提供できる。
より具体的には、カチオン電着塗料組成物(A)として、これにより得られる硬化電着塗膜(A1)の溶剤膨潤率がn−ブチルアルコール、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、2−エチル−1−ヘキサノール、3−メトキシブチルアセテート及びジエチレングリコールモノエチルエーテルのいずれの有機溶剤中においても30.0質量%以下(10分間浸漬後)となるものが用いられる。
このような硬化電着塗膜(A1)上には、第1着色水性塗料(B)、第2着色水性塗料(C)及びクリヤ塗料(D)が、未硬化のまま塗り重ねられるので、該塗料(B)、該塗料(C)及び該塗料(D)の中に含まれる有機溶剤が、これらの未硬化塗膜中を浸透して硬化塗膜(A1)上に達する。しかし、上記のいずれの有機溶剤中においても溶剤膨潤率が30.0質量%以下であるようなカチオン電着塗料組成物(A)を用いることによって、塗料(B)、塗料(C)及び該塗料(D)からの有機溶剤で硬化塗膜(A1)が膨潤して凹凸になることに起因する仕上り性の低下が抑えられる。そしてかかる状体で塗料(B)、塗料(C)及び塗料(D)を加熱硬化するので、仕上り性に優れた水性3C1B方式における塗膜を得ることができる。
ここで、上記の要件(イ)〜要件(ハ)を備えた電着塗膜(A1)を得るには、カチオン電着塗料組成物(A)が、カチオンアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)を含有することが好ましい。アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)におけるキシレン樹脂構造が、エポキシ樹脂骨格に可塑性と疎水性を付与できる為、電着塗膜の平滑性を低下させることなく、「80℃耐溶剤膨潤率」を下げることができる。
アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)におけるキシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)のキシレン樹脂構造が、エポキシ樹脂(a11)に疎水性を付与できることから硬化塗膜(A1)の耐溶剤膨潤性が向上して、要件(ハ)「80℃耐溶剤膨潤率」の達成が容易となる。以下、要件(イ)〜要件(ハ)を達成する塗膜を形成できるカチオン電着塗料組成物(A)の好ましい構成について述べる。
アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1):
アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)は、エポキシ当量が180〜2,500のエポキシ樹脂(a11)、フェノール性水酸基を有するキシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)、及びアミノ基含有化合物(a13)を反応させてなるキシレンホルムアルデヒド樹脂で変性したアミノ基含有変性エポキシ樹脂である。
エポキシ樹脂(a11)
出発材料として用いられるエポキシ樹脂(a11)としては、塗膜の防食性等の観点から、特に、ポリフェノール化合物とエピハロヒドリン、例えば、エピクロルヒドリンとの反応により得られるエポキシ樹脂が好適である。
該エポキシ樹脂(a11)の形成のために用いられるポリフェノール化合物としては、例えば、ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2,2−プロパン[ビスフェノールA]、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン[ビスフェノールF]、ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)メタン[水添ビスフェノールF]、2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン[水添ビスフェノールA]、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1−エタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1−イソブタン、ビス(4−ヒドロキシ−2もしくは3−tert−ブチル−フェニル)−2,2−プロパン、ビス(2−ヒドロキシナフチル)メタン、テトラ(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,2,2−エタン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなどを挙げることができる。
また、ポリフェノール化合物とエピクロルヒドリンとの反応によって得られるエポキシ樹脂としては、中でも、ビスフェノールAから誘導される下記式(3)で、nは0〜8で示されるものが好適である。
Figure 0005506317
エポキシ樹脂(a11)は、180〜2,500、好ましくは200〜2,000、さらに好ましくは400〜1,500の範囲内のエポキシ当量を有することができ、少なくとも300、特に400〜4,000、さらに特に800〜2,500の範囲内の数平均分子量を有するものが適している。
なお本明細書における「数平均分子量」又は「重量平均分子量」は、JIS K 0124−83に記載の方法に準じ、分離カラムとして「TSK gelG4000HXL」、「TSK gel G3000HXL」、「TSK gel G2500HXL」、「TSK gel G2000HXL」(東ソー株式会社製)の4本を用いて、溶離液としてGPC用テトラヒドロフランを用いて40℃及び流速1.0ml/分において、RI屈折計で得られたクロマトグラムと標準ポリスチレンの検量線から求めた。
かかるエポキシ樹脂の市販品としては、例えば、ジャパンエポキシレジン(株)からjER828EL、jER1002、jER1004、jER1007なる商品名で販売されているものが挙げられる。
キシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)
アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)は、エポキシ樹脂(a11)の可塑化(変性)のためにエポキシ基と反応することが可能なフェノール性水酸基を有するキシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)を用いたカチオン性樹脂である。
このフェノール性水酸基を有するキシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)としては、例えば、キシレン、ホルムアルデヒド、及び場合によりフェノール類を酸性触媒の存在下に縮合反応させることにより製造することができる。上記のホルムアルデヒドとしては、工業的に入手容易なホルマリン、パラホルムアルデヒド、トリオキサン等のホルムアルデヒドを発生する化合物などを例示することができる。
さらに、上記のフェノール類には2個又は3個の反応サイトを持つ1価もしくは2価のフェノール性化合物が包含され、具体的には、例えばフェノール、クレゾール類(o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール)、パラ−オクチルフェノール、ノニルフェノール、ビスフェノールプロパン、ビスフェノールメタン、レゾルシン、ピロカテコール、ハイドロキノン、パラ−tert−ブチルフェノール、ビスフェノールスルホン、ビスフェノールエーテル、パラ−フェニルフェノール等が挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は2種以上の組合せて用いることができる。この中で特に、フェノール、クレゾール類が好適である。
以上に述べたキシレン、ホルムアルデヒド、及びフェノール類の縮合反応に使用される酸性触媒としては、例えば、硫酸、塩酸、パラトルエンスルホン酸、シュウ酸等が挙げられるが、一般的には、特に硫酸が好適である。その使用量は、通常、ホルムアルデヒド水溶液中の水により希釈されるので、水溶液中の濃度として10〜50質量%の範囲内とすることができる。
縮合反応は、例えば、反応系に存在するキシレン、フェノール類、水、ホルマリン等が還流する温度、通常、80〜100℃の温度に加熱することにより行うことができ、通常、2〜6時間で終了させることができる。
上記の条件下に、キシレンとホルムアルデヒド、及びフェノール類を酸性触媒の存在下で加熱反応させることによって、キシレンホルムアルデヒド樹脂を得ることができる。また、キシレンホルムアルデヒド樹脂は、予め製造されたキシレンホルムアルデヒド樹脂をフェノール類と酸性触媒の存在下で反応させることによっても得ることができる。
かくして得られるキシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)は、一般に、20〜50,000mPa・s(25℃)、好ましくは30〜15,000mPa・s(25℃)の範囲内の粘度を有することができ、そして一般に100〜50,000、特に200〜10,000の範囲内のフェノール性水酸基当量を有していることが好ましい。
アミノ基含有化合物(a13)
前記エポキシ樹脂(a11)に反応せしめられるアミノ基含有化合物(a13)は、エポキシ樹脂基体にアミノ基を導入して、該エポキシ樹脂をカチオン化するためのカチオン性付与成分であり、例えば、モノメチルアミン、ジメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、モノイソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、モノブチルアミン、ジブチルアミンなどのモノ−、もしくはジ−アルキルアミン;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノ(2−ヒドロキシプロピル)アミン、ジ(2−ヒドロキシプロピル)アミン、モノメチルアミノエタノール、モノエチルアミノエタノールなどのアルカノールアミン;エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどのアルキレンポリアミン及びこれらのポリアミンのケチミン化物;エチレンイミン、プロピレンイミンなどのアルキレンイミン;ピペラジン、モルホリン、ピラジンなどの環状アミンなどが挙げられる。これら上記のアミンのうち、1級アミンをケチミン化したアミンも併せて用いることができる
カチオン電着塗料組成物(A)において基体樹脂として使用されるアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)は、前記のエポキシ樹脂(a11)に、キシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)及びアミノ基含有化合物(a13)をそれ自体既知の方法で反応させることにより製造することができる。
エポキシ樹脂(a11)に対するキシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)及びアミノ基含有化合物(a13)の反応は任意の順序で行うことができるが、エポキシ樹脂(a11)に対して、キシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)及びアミノ基含有化合物(a13)を同時に反応させるのが好適である。
上記の付加反応は、通常、適当な有機溶剤中で、80〜170℃、好ましくは90〜150℃の温度で1〜6時間、好ましくは1〜5時間行うことができる。
上記反応における有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、n−ヘキサンなどの炭化水素系;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトンなどのケトン系;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系;メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノールなどのアルコール系;フェニルカルビノール、メチルフェニルカルビノールなどの芳香族アルキルアルコール類;エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテルアルコール系化合物あるいはこれらの混合物などが挙げられる。
上記の付加反応における各反応成分の使用割合は、厳密に制限されるものではなく、用途等に応じて適宜変えることができるが、エポキシ樹脂(a11)、キシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)及びアミノ基含有化合物(a13)の3成分の合計固形分質量を基準にして以下の範囲内が適当である。
エポキシ樹脂(a11):一般に50〜90質量%、好ましくは50〜85質量%、さらに好ましくは53〜83質量%、キシレンホルムアルデヒド樹脂(a12):一般に5〜45質量%、好ましくは6〜43質量%、さらに好ましくは6〜40質量%、アミノ基含有化合物(a13):一般に5〜25質量%、好ましくは6〜20質量%、さらに好ましくは6〜18質量%である。
アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2):
本発明の塗膜形成方法に用いるカチオン電着塗料組成物(A)は、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)に加え、適宜、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)を含有することにより、80℃での特定の有機溶剤への耐溶剤膨潤性(要件(ハ))を損うことなく、電着塗膜の平滑性がさらに向上し、要件(イ)「中心線平均粗さ(Ra)」と要件(ロ)「ろ波中心線うねり(Wca)」を一定範囲内とすることがより容易となる。
アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)の製造は、式(4)で表される化合物(a211)又は式(6)で表される化合物(a212)で表されるジエポキシ化合物(a21)と、エポキシ当量170〜500のエポキシ樹脂(a22)及びビスフェノール化合物(a23)とを反応させて得られる変性エポキシ樹脂に対し、アミノ基含有化合物(a24)を反応させてなる樹脂である。
アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)の製造には、出発材料として、ジエポキシ化合物(a21)、エポキシ当量170〜500のエポキシ樹脂(a22)及びビスフェノール化合物(a23)とを反応させて得られる変性エポキシ樹脂(I)を用いる。
ジエポキシ化合物(a21)
ジエポキシ化合物(a21)として、式(4)で表される化合物(a211)を用いることができる。
化合物(a211)
Figure 0005506317
(式(4)、Rは、同一又は相異なってもよい水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、Rは同一又は相異なってもよい水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、アルキレンオキシド構造部分の繰り返し単位の数であるm及びnはm+n=1〜20となる整数を表す)
ここで、Rとしては、例えば、メチル基が挙げられる。
化合物(a211)の製造は、ビスフェノールAに、下記式(5)で示されるアルキレンオキシドを付加させてヒドロキシル末端のポリエーテル化合物を得た後、
Figure 0005506317
(式(5)中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す)
該ポリエーテル化合物とエピハロヒドリンと反応させてジエポキシ化することにより製造することができる。
ここで上記式(5)のアルキレンオキシドとしては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等の炭素数2〜8のアルキレンオキシドが挙げられる。
この中でも、エチレンオキシド(式(5)のRが水素原子である化合物)、プロピレンオキシド(式(5)のRがメチルである化合物)が好適である。
化合物(a212)
また、ジエポキシ化合物(a21)として、式(6)で表される化合物(a212)を用いることができる。
Figure 0005506317
(式(6)中、Rは、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を示す。
Xは1〜9を示す。
Yは1〜50となる整数を示す。
Yが2以上の場合、繰り返し単位中の各Rはそれぞれ同一であっても異なってもよい。)
化合物(a212)の製造は、アルキレングリコールを開始剤として、前記式(5)のアルキレンオキシドを開環重合させることにより得られるヒドロキシル末端のポリアルキレンオキシドを得た後、次いで、該ポリアルキレンオキシドにエピハロヒドリンを反応させてジエポキシ化する方法(1)が挙げられる。
又は、下記式(7)
Figure 0005506317
(式(7)中、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、Xは1〜9の整数を表す)
で示されるアルキレングリコール又は該アルキレングリコール分子2個以上を脱水縮合させることにより得られるポリエーテルジオールに、エピハロヒドリンを反応させてジエポキシ化することによる方法(2)が挙げられる。
ここで使用される上記式(7)のアルキレングリコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール等の炭素数2〜10のアルキレングリコールが挙げられる。
上記式(4)又は式(6)で表されるジエポキシ化合物(a21)としては、デナコールEX−850、デナコールEX−821、デナコールEX−830、デナコールEX−841、デナコールEX−861、デナコールEX−941、デナコールEX−920、デナコールEX−931(ナガセケムテックス株式会社)、グリシエールPP−300P、BPP−350(三洋化成工業株式会社)などが挙げられる。また、ジエポキシド化合物(a21)として、化合物(a211)と化合物(a212)を混合して用いることもできる。
エポキシ樹脂(a22)
変性エポキシ樹脂(I)の製造に用いるエポキシ樹脂(a22)は、1分子中にエポキシ基を2個以上有する化合物であり、その分子量は340〜1,500、さらに好ましくは340〜1000の「数平均分子量」、及び170〜500、さらに好ましくは170〜400の範囲内の「エポキシ当量」を有するものが適しており、特に、ポリフェノール化合物とエピハロヒドリンとの反応によって得られるものが好ましい。
該エポキシ樹脂の形成のために用いられるポリフェノール化合物としては、例えば、ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2,2−プロパン[ビスフェノールA]、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン[ビスフェノールF]、ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)メタン[水添ビスフェノールF]、2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン[水添ビスフェノールA]、
4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1−エタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1−イソブタン、ビス(4−ヒドロキシ−2もしくは3−tert−ブチル−フェニル)−2,2−プロパン、ビス(2−ヒドロキシナフチル)メタン、テトラ(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,2,2−エタン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなどを挙げることができる。
また、ポリフェノール化合物とエピクロルヒドリンとの反応によって得られるエポキシ樹脂としては、中でも、ビスフェノールAから誘導される下記式(8)
Figure 0005506317
(式中、n=0〜2)で示されるものが好適である。
かかるエポキシ樹脂の市販品としては、例えば、ジャパンエポキシレジン(株)からjER828EL、jER1001なる商品名で販売されているものが挙げられる。
ビスフェノール化合物(a23)
ビスフェノール化合物(a23)には、下記一般式(9)
Figure 0005506317
(式(9)中、R及びRはそれぞれ水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基を表し、R、R、R10、R11、R12、R13、R14及びR15はそれぞれ水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表す)
で示される化合物が包含される。
具体的には、ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2,2−プロパン[ビスフェノールA]、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン[ビスフェノールF]が挙げられる。
なお変性エポキシ樹脂(I)の製造は、通常、ジエポキシ化合物(a21)とエポキシ樹脂(a22)とビスフェノール化合物(a23)を混合し、適宜、反応触媒として、ジメチルベンジルアミン、トリブチルアミンのような3級アミン、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブロマイドのような4級アンモニウム塩などの存在下、反応温度としては約80〜約200℃、好ましくは90〜180℃、反応時間として1〜6時間、好ましくは1〜5時間行うことができる。
また上記反応において、反応触媒として2級アミンを少量用いることもでき、例えば、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ジエタノールアミン、ジプロパノールアミン、メチルエタノールアミンなどが挙げられる。これらの2級アミンは、エポキシ樹脂(a22)のエポキシ基と反応して3級アミンを生じ、この3級アミンが反応触媒として作用する。
なお変性エポキシ樹脂(I)の製造方法としては、以下の1〜3の方法が挙げられる。
1.ジエポキシ化合物(a21)とエポキシ樹脂(a22)とビスフェノール化合物(a23)をすべて混合し反応させて変性エポキシ樹脂(I)を得る方法;2.ジエポキシ化合物(a21)とビスフェノール化合物(a23)を反応させて反応物を得た後、次に該反応物にエポキシ樹脂(a22)を混合し、反応させて変性エポキシ樹脂(I)を得る方法;3.エポキシ樹脂(a22)とビスフェノール化合物(a23)を反応させて反応物を得た後、次に該反応物にジエポキシ化合物(a21)を混合し、反応させて変性エポキシ樹脂(I)を得る方法;等が挙げられる。なお反応状態は、エポキシ価によって追跡することができる。
なお変性エポキシ樹脂(I)の製造における各成分の配合割合としては、該変性エポキシ樹脂(I)の構成成分であるジエポキシ化合物(a21)とエポキシ樹脂(a22)及びビスフェノール化合物(a23)の固形分合計質量を基準にして、ジエポキシ化合物(a21)が1〜35質量%、好ましくは2〜30質量%、エポキシ樹脂(a22)が10〜80質量%、好ましくは15〜75質量%、ビスフェノール化合物(a23)が10〜60質量%、好ましくは15〜50質量%であることが、硬化塗膜(A1)の耐溶剤膨潤性、水性3C1B方式での仕上り性及び防食性向上の為にも好ましい。
上記の製造には適宜、有機溶剤を用いることができ、例えば、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、n−ヘキサンなどの炭化水素系;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトンなどのケトン系;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系;メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノールなどのアルコール系;フェニルカルビノール、メチルフェニルカルビノールなどの芳香族アルキルアルコール類;エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテルアルコール系化合物あるいはこれらの混合物などが挙げられる。かくして得られた変性エポキシ樹脂(I)は、エポキシ当量500〜3,000、好ましくは600〜2,500のエポキシ当量を有する。
アミノ基含有化合物(a24)
本発明において、前記変性エポキシ樹脂(I)に反応せしめられるアミノ基含有化合物(a24)は、変性エポキシ樹脂(I)にアミノ基を導入して、該変性エポキシ樹脂(I)をカチオン化するためのカチオン性付与成分であり、エポキシ基と反応する活性水素を少なくとも1個含有するものが用いられる。そのような目的で使用されるアミノ基含有化合物(a24)としては、前記アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)の製造に用いたアミノ基含有化合物(a13)と同様である。なおアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)は、変性エポキシ樹脂(I)にアミノ基含有化合物(a24)を付加反応させることにより製造することができる。
上記付加反応における各成分の使用割合は、厳密に制限されるものではなく、電着塗料組成物の用途等に応じて適宜変えることができるが、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)の製造に使用される変性エポキシ樹脂(I)とアミノ基含有化合物(a24)の合計固形分質量を基準にして、変性エポキシ樹脂(I)が70〜95質量%、好ましくは75〜93質量%、アミノ基含有化合物(A2)が5〜30質量%、好ましくは7〜25質量%である。
なお上記の付加反応は、通常、適当な有機溶剤中で、80〜170℃、好ましくは90〜150℃の温度で1〜6時間、好ましくは1〜5時間行うことができる。
上記反応における有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、n−ヘキサンなどの炭化水素系;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトンなどのケトン系;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系;メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノールなどのアルコール系;フェニルカルビノール、メチルフェニルカルビノールなどの芳香族アルキルアルコール類;エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテルアルコール系化合物あるいはこれらの混合物などが挙げられる。
ブロック化ポリイソシアネート硬化剤(b)
前記のアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)やアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)は、ブロックポリイソシアネート硬化剤(b)と組合せて使用することができる。
上記のブロックポリイソシアネート硬化剤(b)は、ポリイソシアネート化合物とイソシアネートブロック剤とのほぼ化学理論量での付加反応生成物である。ブロック化ポリイソシアネート硬化剤(b)で使用されるポリイソシアネート化合物としては、公知のものを使用することができ、例えば、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−2,2’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−2,4’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、クルードMDI[ポリメチレンポリフェニルイソシアネート]、ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどの芳香族、脂肪族又は脂環族ポリイソシアネート化合物;これらのポリイソシアネート化合物の環化重合体又はビゥレット体;又はこれらの組合せを挙げることができる。
特に、脂環族ポリイソシアネート化合物又は芳香環を有する芳香族ポリイソシアネート化合物等の環状構造を有するポリイソシアネート化合物にブロック剤を反応させてなるブロック化ポリイソシアネートを用いることにより、得られた硬化塗膜(A1)の耐溶剤膨潤性が向上する。
具体的には、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−2,4’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、クルードMDI、イソホロンジイソシアネート等のポリイソシアネート化合物が好ましい。
一方、前記イソシアネートブロック剤は、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基に付加してブロックするものであり、そして付加によって生成するブロックポリイソシアネート化合物は常温において安定であるが、塗膜の焼付け温度(通常100〜200℃)に加熱した際、ブロック剤が解離して遊離のイソシアネート基を再生しうるものであることが望ましい。
ブロック化ポリイソシアネート硬化剤(b)で使用されるブロック剤としては、例えば、メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサノンオキシムなどのオキシム系化合物;フェノール、パラ−t−ブチルフェノール、クレゾールなどのフェノール系化合物;n−ブタノール、2−エチルヘキサノールなどの脂肪族アルコール類;フェニルカルビノール、メチルフェニルカルビノールなどの芳香族アルキルアルコール類;エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテルアルコール系化合物;ε−カプロラクタム、γ−ブチロラクタムなどのラクタム系化合物;等が挙げられる。
なお、カチオン電着塗料組成物(A)におけるアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)や、必要に応じて配合されるアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)を含む基体樹脂とブロック化ポリイソシアネート硬化剤(b)の配合割合としては、上記成分(a1)、成分(a2)及び成分(b)の固形分合計質量を基準にして、成分(a1)を30〜60質量%、好ましくは32〜55質量%、成分(a2)を5〜30質量%、好ましくは10〜25質量%、そして成分(b)を10〜40質量%、好ましくは15〜35質量%の範囲内であることが、硬化塗膜(A1)の耐溶剤膨潤性や溶出性を低下させることなく、電着塗膜の仕上り性を確保し、かつ水性3C1B方式による複層塗膜での仕上り性に優れる塗装物品を得る為にも好ましい。上記範囲を外れると、上記の塗料特性や塗膜性能を損うことがあり好ましくない。
なおカチオン電着塗料の製造は、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)や、必要に応じて配合されるアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)を含む基体樹脂とブロック化ポリイソシアネート硬化剤(b)に加え、界面活性剤、表面調整剤等の各種添加剤や有機溶剤等を十分に混合して調合樹脂とした後、上記調合樹脂を有機カルボン酸等で水溶化又は水分散化してエマルションを得る。なお調合樹脂の中和には、一般的には、公知の有機カルボン酸を用いることができるが、中でも酢酸、ギ酸、乳酸又はこれらの混合物が好適である。次いで、エマルションに顔料分散ペーストを加え、水で調整することによって調整することができる。
上記の顔料分散ペーストは、着色顔料、防錆顔料及び体質顔料などをあらかじめ微細粒子に分散したものであって、例えば、顔料分散用樹脂、中和剤及び顔料類を配合し、ボールミル、サンドミル、ペブルミル等の分散混合機中で分散処理して、顔料分散ペーストを調製できる。
上記顔料分散用樹脂としては、公知のものが使用でき、例えば水酸基及びカチオン性基を有する基体樹脂、界面活性剤等、又は3級アミン型エポキシ樹脂、4級アンモニウム塩型エポキシ樹脂、3級スルホニウム塩型エポキシ樹脂などの樹脂を使用できる。上記顔料分散剤の使用量は、顔料と有機錫化合物100質量部あたり1〜150質量部、特に10〜100質量部の範囲内が好適である。
上記顔料には、特に制限なく使用でき、例えば、酸化チタン、カーボンブラック、ベンガラ等の着色顔料;クレー、マイカ、バリタ、炭酸カルシウム、シリカなどの体質顔料;リンモリブデン酸アルミニウム、トリポリリン酸アルミニウム、酸化亜鉛(亜鉛華)等の防錆顔料;を添加することができる。
さらに、腐食抑制又は防錆を目的として、ビスマス化合物を含有させることができる。上記ビスマス化合物としては、例えば、酸化ビスマス、水酸化ビスマス、塩基性炭酸ビスマス、硝酸ビスマス、ケイ酸ビスマス及び有機酸ビスマス等を用いることができる。
また、塗膜硬化性の向上を目的として、ジブチル錫ジベンゾエート、ジオクチル錫オキサイド、ジブチル錫オキサイト゛等の有機錫化合物を用いることができるが、前記酸化亜鉛(亜鉛華)等の防錆顔料及び/又はビスマス化合物を、適用(増量)及び/又は微細化して用いることによって、これらの有機錫化合物を含有せずに、塗膜硬化性の向上を図ることもできる。これらの顔料類の配合量は、基体樹脂及び硬化剤との合計固形分100質量部あたり1〜100質量部、特に10〜50質量部の範囲内が好ましい。
カチオン電着塗料組成物は、電着塗装によって所望の基材表面に塗装することができる。カチオン電着塗装は、一般的には、脱イオン水等で希釈して固形分濃度を5〜40質量%とし、さらにpHを5.5〜9.0の範囲内に調整した電着塗料組成物からなる電着浴を、通常、浴温15〜35℃に調整し、負荷電圧100〜400Vの条件で被塗物を陰極として通電することによって行うことができる。電着塗装後、通常、被塗物に余分に付着したカチオン電着塗料を落とすために、限外濾過液(UF濾液)、逆浸透透過水(RO水)、工業用水、純水等で十分に水洗する。
電着塗膜の膜厚は、特に制限されるものではないが、一般的には、乾燥塗膜に基づいて5〜40μm、好ましくは12〜30μmの範囲内とすることができる。また、塗膜の焼き付け乾燥は、電着塗膜を電気熱風乾燥機、ガス熱風乾燥機などの乾燥設備を用いて、塗装物表面の温度で110℃〜200℃、好ましくは140〜180℃にて、時間としては10分間〜180分間、好ましくは20分間〜50分間、電着塗膜を加熱して行う。上記焼付け乾燥により塗膜を硬化させることができる。上記の焼付け乾燥によって得られた硬化塗膜(A1)は、要件(イ)JIS B 601に定義される粗さ曲線における中心線平均粗さ(Ra)が0.50μm以下、好ましくは0.05〜0.40μm、さらに好ましくは0.05〜0.35(以上、カットオフ値2.5mm)である。要件(ロ)JIS B 610に定義されるろ波中心線うねり曲線における中心線平均値(Wca)が0.50μm以下、好ましくは0.05〜0.40μm、さらに好ましくは0.05〜0.37であり、(以上、高域カットオフ値0.8mm、低域カットオフ値8mm)である。要件(ハ)80℃に調整した、n−ブチルアルコール、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、2−エチル−1−ヘキサノール、3−メトキシブチルアセテート及びジエチレングリコールモノエチルエーテルから選ばれるいずれの有機溶剤中においても10分間浸漬後の溶剤膨潤率(注1)が30.0質量%以下、好ましくは0〜28質量%が望ましい。
(注1)溶剤膨潤率:本願において溶剤膨潤率(%)は、下記方法によって求めたものとする。予め質量を測定したブリキ板に、各電着塗料を乾燥膜厚20μmとなるように電着塗装して170℃20分間焼付けて、試験板とした。
放冷した後の試験板を80℃に調整した、n−ブチルアルコール、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、2−エチル−1−ヘキサノール、3−メトキシブチルアセテート及びジエチレングリコールモノエチルエーテルから選ばれる有機溶剤に10分間浸漬し、その後、試験板を取り出して表面に付着した有機溶剤を拭き取り、1分間室温で放置した後の試験板の質量を測定して、「ブリキ板の質量を引いた塗膜の質量・・(i)」を求めた。
その後、「ブリキ板の質量を引いた、塗膜の質量・・(i)」を求めた試験板を140℃で30分間乾燥して、「ブリキ板の質量を引いた、有機溶剤を揮散させた塗膜の質量・・(ii)」を求めた。なお(ii)の質量は、塗膜中の有機溶剤可溶性物質を除いた質量である。
下記式(10)に従って、溶剤膨潤率(%)を求める。
(((i)−(ii))/(ii))×100(%)・・・式(10)
第1着色水性塗料(B)
本発明の塗膜形成方法によれば、以上に述べた如くして形成されるカチオン電着塗料組成物(A)の硬化塗膜(A1)上に、第1着色水性塗料(B)が塗装される。
第1着色塗料(B)として用いることができる樹脂組成物としては特に制限されず、既知の熱硬化性塗料用樹脂組成物が使用できる。例えば、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、アミノ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、アルキド樹脂などの基体樹脂に、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、カルボジイミド化合物などの架橋剤を配合してなる組成物が好適である。また、第1着色塗料(B)としては、揮発性有機化合物を低減する(低VOC化)の面から水性の着色塗料を使用する。以下、水性の着色塗料について述べる。
第1着色水性塗料(B)の基体樹脂は、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)及び架橋剤と架橋反応しうる官能基(例えば、水酸基、カルボキシル基)を有する、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。
ポリエステル樹脂としては、脂環式多塩基酸及びその他の多塩基酸から選ばれる少なくとも1種の多塩基酸と、脂環式多価アルコール及びその他の多価アルコールから選ばれる少なくとも1種の多価アルコールとの重縮合反応により得られるポリエステル樹脂が挙げられる。さらに、ポリエステル樹脂には、上記多塩基酸と多価アルコールに、オレイン酸、リノール酸、アマニ油、大豆油等の脂肪酸や油脂を配合して得られるアルキド樹脂も包含する。
そのような脂環式多塩基酸には、1分子中に少なくとも1個の脂環式構造(主として4〜6員環)と2個以上のカルボキシル基を有する化合物が包含され、例えば、シクロヘキサン−1,3−ジカルボン酸、シクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸、ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロトリメリット酸、メチルヘキサヒドロフタル酸及びこれらの無水物などが挙げられる。この中で、特に、シクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸が好ましい。
その他の多塩基酸には、1分子中に少なくとも2個のカルボキシル基を有する化合物が包含され、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、ジフェニルメタン−4,4’−ジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ヘット酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、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る。
脂環式多価アルコールには、1分子中に1個以上の脂環式構造(主として4〜6員環)と少なくとも2個の水酸基とを有する化合物が包含され、例えば、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、水添ビスフェノールA、水添ビスフェノールF、スピログリコール、ジヒドロキシメチルトリシクロデカンなどが挙げられる。この中で、特に、1,4−シクロヘキサンジメタノールが好ましい。
その他の多価アルコールの中、1分子中に2個の水酸基を有する多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、3−メチル−1,2−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2,3−ジメチルトリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、3−メチル−4,5−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,5−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルなどのグリコール類、これらのグリコール類にε−カプロラクトンなどのラクトン類を付加したポリラクトンジオール、ビス(ヒドロキシエチル)テレフタレートなどのポリエステルジオール類が挙げられ、また、1分子中に3個以上の水酸基を有する多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ジグリセリン、トリグリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトールなどが挙げられる。
上記ポリエステル樹脂は一般に1,000〜1,000,000、好ましくは2,000〜10,000の範囲内の重量平均分子量、一般に30〜200mgKOH/g、好ましくは50〜180mgKOH/gの範囲内の水酸基価、及び一般に5〜100mgKOH/g、好ましくは10〜60mgKOH/gの範囲内の酸価を有することができる。
他に、アクリル樹脂としては、水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体及びその他のラジカル重合性不飽和単量体を通常の方法(例えば、溶液重合法、乳化重合法など)により共重合せしめることによって製造されるものが挙げられる。得られるアクリル樹脂は、一般に1,000〜50,000、特に2,000〜20,000の範囲内の数平均分子量、一般に20〜200mgKOH/g、特に50〜150mgKOH/gの範囲内の水酸基価、及び一般に3〜100mgKOH/g、特に20〜70mgKOH/gの範囲内の酸価を有することができる。
上記水酸基含有ラジカル重合性不飽和単量体としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレ−ト、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートのほか、プラクセルFM1、プラクセルFM2、プラクセルFM3、プラクセルFA1、プラクセルFA2、プラクセルFA3(以上、ダイセル化学社製、商品名、カプロラクトン変性(メタ)アクリル酸ヒドロキシエステル類)などを使用することができる。
その他のラジカル重合性不飽和単量体としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸などのカルボキシル基含有ラジカル重合性不飽和単量体;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシルなどの(メタ)アクリル酸のC〜C22のアルキル又はシクロアルキルエステル;スチレンなどの芳香族ビニルモノマー;(メタ)アクリル酸アミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロ−ル(メタ)アクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミド及びその誘導体;(メタ)アクリロニトリルなどが挙げられる。
また、ウレタン樹脂としては、例えば、ジオール類をヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、トリレンジイソシアネートなどのジイソシアネート化合物と反応させ、さらにジアミンなどで鎖延長した樹脂が挙げられる。
また、エポキシ樹脂としては、ポリフェノール化合物とエピハロヒドリン、例えば、エピクロルヒドリンとの反応により得られるエポキシ樹脂が挙げられる。具体的には、前記エポキシ樹脂(a11)に例示したエポキシ樹脂が挙げられる。
これらの基体樹脂は、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ことによっても基体樹脂を水分散化することができる。
一方、第1着色水性塗料(B)に使用する架橋剤は、例えば、メラミン樹脂、ブロック化ポリイソシアネート化合物、カルボジイミド化合物などが挙げられる。メラミン樹脂としては、例えば、メラミンをホルムアルデヒドでメチロール化してなるメチロール化メラミン樹脂;このメチロール基をモノアルコールでエーテル化してなるアルキル化メラミン樹脂;イミノ基を有するメチロール化メラミン樹脂又はアルキル化メラミン樹脂などを挙げることができる。また、メチロール基のエーテル化に際して2種以上のモノアルコールを用いることにより得られる混合アルキル化メラミン樹脂を使用することもできる。モノアルコールとしては、例えば、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挙げられる。
メラミン樹脂として、具体的には、メチル化メラミン樹脂、イミノ基含有メチル化メラミン樹脂、メチル化・ブチル化メラミン樹脂、イミノ基含有メチル化・ブチル化メラミン樹脂などが好ましく、イミノ基含有メチル化メラミン樹脂がより好ましい。
このようなメラミン樹脂の市販品としては、例えば、「サイメル202」、「サイメル232」、「サイメル235」、「サイメル238」、「サイメル254」、「サイメル266」、「サイメル267」、「サイメル272」、「サイメル285」、「サイメル301」、「サイメル303」、「サイメル325」、「サイメル327」、「サイメル350」、「サイメル370」、「サイメル701」、「サイメル703」、「サイメル736」、「サイメル738」、「サイメル771」、「サイメル1141」、「サイメル1156」、「サイメル1158」など(以上、日本サイテック社製、商品名);「ユーバン120」、「ユーバン20HS」、「ユーバン2021」、「ユーバン2028」、「ユーバン2061」など(以上、三井化学社製、商品名);「メラン522」など(日立化成社製、商品名)などが挙げられる。なおこれらのメラミン樹脂は、基体樹脂の水酸基と反応する。
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個の遊離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ブロック剤でブロックしたものであり、該ポリイソシアネート化合物としては、
公知のものを使用することができ、例えば、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−2,2’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−2,4’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、クルードMDI[ポリメチレンポリフェニルイソシアネート]、ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどの芳香族、脂肪族又は脂環族ポリイソシアネート化合物;これらのポリイソシアネート化合物の環化重合体又はビゥレット体;又はこれらの組合せを挙げることができる。
上記ブロック剤は、遊離のイソシアネート基を封鎖するものであり、例えば、メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサノンオキシムなどのオキシム系化合物;フェノール、パラ−t−ブチルフェノール、クレゾールなどのフェノール系化合物;n−ブタノール、2−エチルヘキサノールなどの脂肪族アルコール類;フェニルカルビノール、メチルフェニルカルビノールなどの芳香族アルキルアルコール類;エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテルアルコール系化合物;ε−カプロラクタム、γ−ブチロラクタムなどのラクタム系化合物;等、他に、3,5−ジメチルピラゾール、3−メチルピラゾール、4−ニトロ−3,5−ジメチルピラゾールおよび4−ブロモ−3,5−ジメチルピラゾールなどもブロック剤として使用することができる。
また、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基をブロックするためのブロック剤として、少なくとも1個のヒドロキシル基と少なくとも1個のカルボキシル基を有するヒドロキシカルボン酸、例えば、ヒドロキシピバリン酸、ジメチロールプロピオン酸などを使用することもでき、該ヒドロキシカルボン酸のカルボキシル基を中和することによって水分散性を付与したブロック化ポリイソシアネート化合物を得ることができる。そのようなブロック化ポリイソシアネート化合物の市販品として、例えば、バイヒドロールBL5140(住化バイエルウレタン社製、商品名)が挙げられる。なおこれらのブロック化ポリイソシアネート化合物は、基体樹脂の水酸基と反応する。
上記カルボジイミド化合物としては、得られる塗膜の平滑性などの観点から、水溶性又は水分散性のポリカルボジイミド化合物を使用することが好ましい。該水溶性又は水分散性のポリカルボジイミド化合物は、水性媒体中に安定に溶解又は分散し得るポリカルボジイミド化合物であれば、特に制限なく使用することができる。上記水溶性ポリカルボジイミド化合物としては、具体的には、例えば、「カルボジライトSV−02」、「カルボジライトV−02」、「カルボジライトV−02−L2」「カルボジライトV−04」(いずれも日清紡社製、商品名)等を使用することができる。また、上記水分散性ポリカルボジイミド化合物としては、例えば、「カルボジライトE−01」、「カルボジライトE−02」(いずれも日清紡社製、商品名)等を使用することができる。なおこれらのポリカルボジイミド化合物は、基体樹脂の水酸基と反応する。
第1着色水性塗料(B)には、上記の架橋剤以外にも適宜使用することができ、例えば、ヒドラジド、セミカルバジド、エポキシ樹脂が挙げられる。
さらに、第1着色水性塗料(B)には、必要に応じて、有機溶剤、増粘剤、着色顔料、光干渉性顔料、体質顔料、分散剤、沈降防止剤、ウレタン化反応促進用触媒(例えば、有機錫化合物など)、基体樹脂の水酸基とメラミン樹脂との架橋反応促進用触媒(例えば、酸触媒)、消泡剤、防錆剤、紫外線吸収剤、表面調整剤などを適宜配合することができる。
特に、本発明の塗膜形成方法に用いる第1着色水性塗料(B)は、炭素数11以下の極性有機溶剤(s)を一定量使用することが、第1着色水性塗料(B)に配合している添加剤の相溶性向上による混層抑制やタレ防止、さらに塗膜の平準化の為にも好ましい。なお本明細書において、極性有機溶剤(s)は、誘電率(20℃)が3以上、好ましくは誘電率(20℃)が10以上の有機溶剤をいう。
このような炭素数11以下の極性有機溶剤(s)は、例えば、n−ブチルアルコール、n−オクチルアルコール、2−エチル−1−ヘキサノール、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ベンジルアルコール、プロピレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル等のアルコール系溶剤;酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸イソアミル、酢酸メチルアミル、酢酸エチレングリコールモノブチルエーテル、3−メトキシブチルアセテート等のエステル系溶剤;シクロヘキサノン等のケトン系溶剤を挙げることができる。これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
当該第1着色水性塗料(B)は、樹脂成分(基体樹脂と架橋剤)の合計100質量部に対して、炭素数11以下の極性有機溶剤(s)を1〜150質量部、好ましくは10〜70質量部、さらに好ましくは15〜40質量部含有することが、樹脂成分や添加剤の相溶性を向上させて、第2着色水性塗料(C)との混層抑制、タレ防止、塗膜の平準化の為にも好ましい。さらに、必要に応じて仕上り性(垂直部の「耐タレ性向上」)を目的として、増粘剤を使用することができる。
第1着色水性塗料(B)は、水を適量加えて、塗料の固形分を通常30〜70質量%、好ましくは固形分を40〜55質量%に調整し、塗装に供する。
上記増粘剤としては、例えば、ケイ酸塩、金属ケイ酸塩、モンモリロナイト、有機モンモリロナイト、コロイド状アルミナ等の無機系増粘剤;ポリアクリル酸と(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体、ポリアクリル酸ソーダ等のポリアクリル酸系増粘剤;1分子中に親水性部分と疎水性部分を有し、該疎水性部分が組成物中の顔料やエマルション粒子の表面に吸着したり、該疎水性部分同士が会合したりすることにより効果的に増粘作用を示す会合型増粘剤;カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等の繊維素誘導体系増粘剤;カゼイン、カゼイン酸ソーダ、カゼイン酸アンモニウム等のタンパク質系増粘剤;アルギン酸ソーダ等のアルギン酸系増粘剤;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルベンジルエーテル共重合体等のポリビニル系増粘剤;プルロニックポリエーテル、ポリエーテルジアルキルエステル、ポリエーテルジアルキルエーテル、ポリエーテルエポキシ変性物等のポリエーテル系増粘剤;ビニルメチルエーテル−無水マレイン酸共重合体の部分エステル等の無水マレイン酸共重合体系増粘剤;ポリアマイドアミン塩等のポリアマイド系増粘剤等が挙げられる。これらの増粘剤は、それぞれ単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。
前記ポリアクリル酸系増粘剤の市販品としては、例えば、「プライマルASE−60」、「プライマルTT−615」、「プライマルRM−5」(いずれもロームアンドハース社製の商品名)、「SNシックナー613」、「SNシックナー618」、「SNシックナー630」、「SNシックナー634」、「SNシックナー636」(いずれもサンノプコ社製の商品名)等が挙げられる。前記会合型増粘剤の市販品としては、例えば、「UH−420」、「UH−450」、「UH−462」、「UH−472」、「UH−540」、「UH−752」、「UH−756VF」、「UH−814N」(いずれも株式会社ADEKA製の商品名)、「プライマルRM−8W」、「プライマルRM−825」、「プライマルRM−2020NPR」、「プライマルRM−12W」、「プライマルSCT−275」(いずれもロームアンドハース社製の商品名)、「SNシックナー612」、「SNシックナー621N」、「SNシックナー625N」、「SNシックナー627N」、「SNシックナー660T」(いずれもサンノプコ社製の商品名)等が挙げられる。
前記ウレタン会合型増粘剤の市販品としては、例えば、上記「UH−420」、「UH−462」、「UH−472」、「UH−540」、「UH−756VF」、「UH−814N」、「SNシックナー612」、「SNシックナー621N」、「SNシックナー625N」、「SNシックナー627N」、「SNシックナー660T」等が挙げられる。
なお第1着色水性組成物(B)が上記増粘剤を含有する場合、第1着色水性組成物(B)中における該増粘剤の含有量は、水酸基含有樹脂および硬化剤の合計100質量部に対して0.01〜10質量部が好ましく、0.05〜3質量部がより好ましく、0.1〜2質量部がさらに好ましい。
第1着色水性塗料(B)は、以上に述べた各成分を、それ自体既知の方法で、水性媒体中に溶解ないし分散させることにより調製することができ、例えば、フォードカップNo.4、20℃で50秒間の粘度及び20〜70質量%、好ましくは35〜60質量%の範囲内の固形分濃度に調整した後、前記電着塗料(A)の硬化塗膜(A1)上に塗装することができる。
第1着色水性塗料(B)は、それ自体既知の方法、例えば、エアースプレー、エアレススプレー、静電塗装などにより塗装することができ、塗装膜厚は、通常、乾燥塗膜で10〜100μm、好ましくは10〜35μmとなる範囲内とすることができる。
塗装後の塗膜は、通常、塗装された被塗物を乾燥炉内で60〜120℃、好ましくは70〜110℃の温度で1〜60分間程度直接的又は間接的に予備加熱(プレヒート)するか、或いは被塗物の塗装面を常温又は25℃〜70℃未満の温度雰囲気下でセッティングを行うことができる。
なお、本発明に用いるカチオン電着塗料(A)は、前記の特徴((要件(イ)〜要件(ハ))を有する為、第1着色水性塗料(B)の予備加熱(プレヒート)時において、加熱された極性有機溶剤(s)が硬化塗膜(A1)中に浸透しても、硬化塗膜(A1)は影響をほとんど受けることがなく、複層塗膜の仕上り性に優れるものとなる。
第2着色水性塗料(C)
本発明の方法によれば、第1着色水性塗料(B)の未硬化塗膜上に、第2着色水性塗料(C)が塗装される。第2着色水性塗料(C)としては、揮発性有機化合物を低減する(低VOC化)の面から水性の着色塗料を使用する。
第2着色水性塗料(C)は、例えば、第1着色水性塗料(B)について前述したと同様の、カルボキシル基、水酸基、カルボニル基、アミノ基などの架橋性官能基を有するポリエステル樹脂、アクリル樹脂、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、第1着色水性塗料(B)について前述したと同様の、ブロックされていてもよいポリイソシアネート化合物、メラミン樹脂、尿素樹脂、カルボジイミド化合物、ヒドラジド、セミカルバジド、エポキシ樹脂などの架橋剤を含んでなり、必要に応じて、さらに、顔料、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なるものを使用することができる。
さらに、第2着色水性塗料(C)には、必要に応じて、有機溶剤、着色顔料、光干渉性顔料、体質顔料、分散剤、増粘剤、沈降防止剤、ウレタン化反応促進用触媒(例えば、有機錫化合物など)、基体樹脂の水酸基とメラミン樹脂との架橋反応促進用触媒(例えば、酸触媒)、消泡剤、防錆剤、紫外線吸収剤、表面調整剤などを適宜配合することができる。
特に、本発明の塗膜形成方法に用いる第2着色水性塗料(C)中には、樹脂成分(基体樹脂と架橋剤)の合計100質量部に対して、炭素数11以下の極性有機溶剤(s)を1〜150質量部、好ましくは20〜120質量部含有することが、第2着色水性塗料(C)に配合している添加剤の相溶性向上による混層抑制やタレ防止、さらに塗膜平準化によって、水性3C1B方式での複層塗膜の仕上り性向上の為には好ましい。なお炭素数11以下の極性有機溶剤(s)は、前記第1着色水性塗料(B)に例示した炭素数11以下の極性有機溶剤(s)と同様である。
第2着色水性塗料(C)は、水を適量加えて、塗料の固形分を通常5〜50質量%、好ましくは固形分を15〜30質量%に調整し、塗装に供する。
なお第2着色水性塗料(C)の塗装は、それ自体既知の方法、例えば、エアスプレー、エアレススプレー、静電塗装機などで行うことができ、膜厚は、乾燥膜厚で5〜40μm、好ましくは10〜30μmの範囲内とすることができる。
塗装後の塗膜は、適宜、予備加熱及び/又はセッティングを行うことができる。予備加熱は、通常、塗装された被塗物を乾燥炉内で60〜120℃、好ましくは70〜120℃の温度で1〜60分間程度直接的又は間接的に加熱することにより行うことができ、また、セッティングは、通常、被塗物の塗装面を、常温又は25℃〜70℃未満の温度に加熱された雰囲気下で行うことができる。なお、本発明に用いるカチオン電着塗料は、前記の特徴((要件(イ)〜(ハ))を有する為、第2着色水性塗料(C)の予備加熱(プレヒート)時において加熱された第2着色水性塗料(C)中に含まれる極性有機溶剤(s)が、硬化塗膜(A1)中に浸透しても影響をほとんど受けることがなく、水性3C1B方式での複層塗膜の仕上り性に優れることとなる。
クリヤ塗料(D)
本発明の方法によれば、上記のように形成される第2着色塗料(C)の未硬化塗膜上には、クリヤ塗料(D)が塗装される。クリヤ塗料(D)としては、例えば、自動車ボディの塗装において通常使用されている有機溶剤型又は水性のクリヤ塗料(D)を使用することができる。
基体樹脂には、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、エポキシ樹脂等と、架橋剤として、メラミン樹脂、尿素樹脂、ブロックされ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を含有する(例えば、酸/エポキシ樹脂硬化系クリヤ塗料)、有機溶剤型塗料又は水性塗料を使用することができる。
有機溶剤型のクリヤ塗料に用いる有機溶剤には、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルアミルケトン等のケトン類;メタノール、エタノール、2−プロパノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、2−メチル−1−プロパノール、n−ブチルアルコール、2−メトキシエタノール、n−オクチルアルコール、2−エチル−1−ヘキサノール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸カルビトール、3−メトキシブチルアセテート等のエステル類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;トルエン、キシレン、シクロヘキサン、n−ヘキサン等の炭化水素類;その他の有機溶剤には、メチルフタレート、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、アジピン酸ジメチル/グルタール酸ジメチル/コハク酸ジメチルの混合溶剤(「DBE」(デュポン社製、商品名))、N−メチル−2−ピロリドン、イソホロン、スワゾール#1000(丸善石油化学社製、商品名、芳香族系有機溶剤)等が挙げられる。これらの1種又は2種以上を使用できる。
クリヤ塗料(D)には、必要に応じて、塗膜の透明性を阻害しない程度に着色顔料及び/又は光干渉性顔料を含有させることができ、さらに、体質顔料、紫外線吸収剤などを適宜含有せしめることもできる。
クリヤ塗料(D)は、第2着色水性塗料(C)の塗膜面に、それ自体既知の方法、例えば、静電塗装、エアレススプレー、エアスプレーなどにより、乾燥膜厚で10〜60μm、好ましくは25〜50μmの範囲内になるように塗装することができる。
複層塗膜の加熱乾燥について
以上に述べた如くして形成される第1着色水性塗料(B)の塗膜、第2着色水性塗料(C)の塗膜及びクリヤ塗料(D)の塗膜の3層の未硬化塗膜からなる複層塗膜は、通常の塗膜の焼付け手段により、例えば、熱風加熱、赤外線加熱、誘導加熱などにより、80〜170℃、好ましくは120〜160℃の温度で20〜40分間程度加熱して同時に硬化させることによって、仕上り性、防食性に優れた複層塗膜を形成することができる。
なお第1着色水性塗料(B)、第2着色水性塗料(C)及びクリヤ塗料(D)に含まれる有機溶剤の一部は、塗装後のセッティング、プレヒート、加熱乾燥における熱によって、下層のカチオン電着塗料組成物(A)の硬化塗膜(A1)中に浸透するが、本発明に用いるカチオン電着塗料(A)は、前記の特徴(要件(イ)〜(ハ))を有し、第1着色水性塗料(B)、第2着色水性塗料(C)、クリヤ塗料(D)に含まれる有機溶剤が、硬化塗膜(A1)中に浸透しても影響を受けることがなく、第1着色水性塗料(B)の塗膜、第2着色水性塗料(C)の塗膜及びクリヤ塗料(D)の塗膜の3層を同時に硬化して塗膜を形成する水性3C1B方式で、仕上り性や防食性に優れた複層塗膜を有する塗装物品を得ることができる。
以下、製造例、実施例及び比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。各例中の「部」は質量部、「%」は質量%を示す。
アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)の製造
製造例1 キシレンホルムアルデヒド樹脂No.1の製造
温度計、還流冷却器及び撹拌機を備えた内容積2リットルのセパラブルフラスコに50%ホルマリン480部、フェノール110部、98%工業用硫酸202部及びメタキシレン424部を仕込み、84〜88℃で4時間反応させた。 反応終了後、静置して樹脂相と硫酸水相とを分離した後、樹脂相を3回水洗し、20〜30mmHg/120〜130℃の条件で20分間未反応メタキシレンをストリッピングして、粘度1050mPa・s(25℃)のフェノール変性されたキシレンホルムアルデヒド樹脂No.1を480部得た。
製造例2 キシレンホルムアルデヒド樹脂No.2の製造
製造例1において、フェノール55部の代わりにo−クレゾール 55部を用いる以外、製造例1と同様にして、o−クレゾール変性されたキシレンホルムアルデヒド樹脂No.2を得た。
製造例3 アミノ基含有変性エポキシ樹脂No.1の製造例
フラスコに、jER828EL(注2)1140部、ビスフェノールA 456部及びジメチルベンジルアミン0.2部を加え、130℃でエポキシ当量820になるまで反応させた。
(注2)jER828EL:ジャパンエポキシレジン(株)社製のエポキシ樹脂。エポキシ当量190。数平均分子量380。
次に、メチルイソブチルケトンを220部、エチレングリコールモノブチルエーテルを200部加え、次いで、製造例1で得たキシレンホルムアルデヒド樹脂No.1を300部加え、次いで、ジエタノールアミンを95部及びジエチレントリアミンのメチルイソブチルケトンのケチミン化物を127部(純度84%、メチルイソブチルケトン溶液)を加えて120℃で4時間反応させ、樹脂固形分80%のアミノ基含有変性エポキシ樹脂であるアミノ基含有変性エポキシ樹脂No.1溶液を得た。アミノ基含有変性エポキシ樹脂No.1は、アミン価47mgKOH/g、数平均分子量2,500であった。
製造例4 アミノ基含有変性エポキシ樹脂No.2の製造例
製造例3において、キシレンホルムアルデヒド樹脂No.1の300部の代わりに、製造例2で得たo−クレゾール変性されたキシレンホルムアルデヒド樹脂No.2を300部使用する以外は製造例3と同様の操作を行い、アミン価47mgKOH/g、樹脂固形分80%のアミノ基含有変性エポキシ樹脂No.2を得た。
アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)の製造
製造例5 アミノ基含有変性エポキシ樹脂No.3の製造例
温度計、還流冷却器、及び攪拌機を備えた内容積2リットルのフラスコに、デナコールEX−931(注3)471部、jER828EL(注2)950部、ビスフェノールAを456部及びテトラブチルアンモニウムブロマイド0.8部を加え、160℃でエポキシ当量950になるまで反応させた。
次に、メチルイソブチルケトンを430部加え、次いで、ジエタノールアミンを150部及びジエチレントリアミンのメチルイソブチルケトンのケチミン化物を127部(純度84%、メチルイソブチルケトン溶液)を加えて120℃で4時間反応させ、樹脂固形分80%のアミノ基含有変性エポキシ樹脂No.3溶液を得た。アミノ基含有変性エポキシ樹脂No.3は、アミン価60mgKOH/g、数平均分子量2,500であった。
(注3)デナコールEX−931:ナガセケムテックス株式会社製、ジエポキシ化合物、前述の式(2)に相当。
製造例6 アミノ基含有変性エポキシ樹脂No.4の製造例
温度計、還流冷却器、及び攪拌機を備えた内容積2リットルのフラスコに、グリシエールBPP−350(注4)340部、jER828EL(注2)950部、ビスフェノールAを456部及びテトラブチルアンモニウムブロマイド0.8部を加え、160℃でエポキシ当量900になるまで反応させた。
(注4)グリシエールBPP−350:三洋化成工業株式会社製、ジエポキシ化合物、前述の式(1)に相当。
次に、メチルイソブチルケトンを400部加え、次いで、ジエタノールアミンを150部及びジエチレントリアミンのメチルイソブチルケトンのケチミン化物を127部(純度84%、メチルイソブチルケトン溶液)を加えて120℃で4時間反応させ、樹脂固形分80%のアミノ基含有変性エポキシ樹脂であるアミノ基含有変性エポキシ樹脂No.5溶液を得た。アミノ基含有変性エポキシ樹脂No.4は、アミン価64mgKOH/g、数平均分子量2,500であった。
ブロック化ポリイソシアネート硬化剤(b)の製造
製造例7 硬化剤No.1の製造例
反応容器中に、コスモネートM−200(商品名、三井化学社製、クルードMDI)270部及びメチルイソブチルケトン127部を加え70℃に昇温した。この中にエチレングリコールモノブチルエーテル236部を1時間かけて滴下して加え、その後、100℃に昇温し、この温度を保ちながら、経時でサンプリングし、赤外線吸収スペクトル測定にて未反応のイソシアナト基の吸収がなくなったことを確認し、樹脂固形分80%の硬化剤No.1を得た。
製造例8 硬化剤No.2の製造例
反応容器中にイソホロンジイソシアネート222部及びメチルイソブチルケトン99部を加え60℃に昇温した。この中に2時間かけてメチルエチルケトオキシム174部を滴下して加え、70℃に昇温した。経時でサンプリングし、赤外線吸収スペクトル測定にて未反応のイソシアネート基の吸収がなくなったことを確認し、樹脂固形分80%の硬化剤No.2を得た。
製造例9 硬化剤No.3の製造例
反応容器中にヘキサメチレンジイソシアネート168部及びメチルイソブチルケトン86部を加え60℃に昇温した。この中に2時間かけてメチルエチルケトオキシム174部を滴下して加え、70℃に昇温した。経時でサンプリングし、赤外線吸収スペクトル測定にて未反応のイソシアネート基の吸収がなくなったことを確認し、樹脂固形分80%の硬化剤No.3を得た。
カチオン電着塗料用のエマルションの製造
製造例10 エマルションNo.1の製造例
製造例3で得られたアミノ基含有変性エポキシ樹脂No.1を62.5部(固形分50部)、アミノ基含有変性エポキシ樹脂No.3を25.0部(固形分20.0部)、製造例7で得られた硬化剤No.1を37.5部(固形分30.0部)を混合し、さらに10%酢酸13.0部を配合して均一に攪拌した後、脱イオン水156.0部を強く攪拌しながら約15分間を要して滴下してエマルションNo.1を得た。
製造例11〜19 エマルションNo.2〜No.10の製造例(実施例用)
表1の配合内容とする以外は、製造例10と同様にして、エマルションNo.2〜No.10を得た。
Figure 0005506317
製造例20〜23 エマルションNo.11〜No.14の製造例(比較例用)
表2の配合内容とする以外は、製造例10と同様にして、エマルションNo.11〜No.14を得た。
Figure 0005506317
製造例24 顔料分散用樹脂の製造例
jER828EL(注2参照)1010部に、ビスフェノールAを390部、プラクセル212(ポリカプロラクトンジオール、ダイセル化学工業株式会社、商品名、重量平均分子量約1,250)240部及びジメチルベンジルアミン0.2部を加え、130℃でエポキシ当量が約1,090になるまで反応させた。
次に、ジメチルエタノールアミン134部及び90%の乳酸水溶液150部を加え、120℃で4時間反応させた。次いで、メチルイソブチルケトンを加えて固形分を調整し、固形分60%のアンモニウム塩型樹脂系の顔料分散用樹脂を得た。上記分散用樹脂のアンモニウム塩濃度は、0.78mmol/gであった。
製造例25 顔料分散ペーストNo.1の製造例(顔料分22.8部)
製造例24で得た固形分60%の顔料分散用樹脂8.3部(固形分5.0部)、酸化チタン14.5部、精製クレー7.0部、カーボンブラック0.3部、水酸化ビスマス1部、ジオクチル錫オキサイド1.0部及び脱イオン水27.3部を加え、ボールミルにて20時間分散し、固形分55%の顔料分散ペーストNo.1を得た。
製造例26 顔料分散ペーストNo.2の製造例(顔料分35.3部)
表3の配合内容とする以外は製造例25と同様にして、固形分55%の顔料分散ペーストNo.2を得た。
Figure 0005506317
製造例27
製造例10で得たエマルションNo.1を294部(固形分100部)、製造例25で得た55%の顔料分散ペーストNo.1を52.4部(固形分28.8部)、脱イオン水297.6部を加え、固形分20%のカチオン電着塗料No.1を製造した。
製造例28〜37
製造例27と同様にして、表4で示されるような配合内容にてカチオン電着塗料No.2〜No.11を製造した。
Figure 0005506317
比較製造例1〜4
製造例27と同様にして、表5で示されるような配合内容にてカチオン電着塗料No.12〜No.15を製造した。
Figure 0005506317
[水性第1着色塗料の製造]
製造例38 ポリエステル樹脂溶液(PE1)の製造
加熱装置、攪拌装置、温度計、還流冷却器、精留塔を備えた4つ口フラスコに、ドデカン二酸108質量部、アジピン酸102.8質量部、イソフタル酸149.4質量部、ヘキサヒドロキシ無水フタル酸180.4質量部、ネオペンチルグリコール143.8質量部、ブチルエチルプロパンジオール219.1質量部及びトリメチロールプロパン160.2質量部を仕込み、160℃まで昇温させた後、160℃から230℃まで3時間かけて生成する縮合水を精留塔を用いて溜去しながら、昇温させ、その後230℃で2時間反応させた。
次に精留塔を水分離器に付け替え、トルエンを適宜加え、230℃で還流状態を保持し、縮合水を水分離器で分離、溜去しながら縮合反応させた。
樹脂酸価が2mgKOH/gとなった時点で、減圧下でトルエンを除去し、170℃まで冷却した。反応生成物に無水トリメリット酸31.5質量部を添加し、170℃で60分間付加反応させた後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを反応生成物に対して10質量%加え、温度を85℃とした後、酸価を測定した。酸価に対して0.9当量に相当する量のN,N−ジメチルエタノールアミンで中和し、さらに脱イオン水を徐々に添加して水分散体とすることにより、固形分48%のポリエステル樹脂溶液(PE1)を得た。ポリエステル樹脂の樹脂固形分は、数平均分子量1,430、水酸基価133mgKOH/g、酸価20.4mgKOH/gであった。
製造例39 第1水性着色塗料No.1の製造
顔料分散用樹脂(注5)37.5部に、カーボンMA100(カーボンブラック、三菱化学社製)1部、JR806(チタン白、テイカ社製)70部及びMICRO ACE S−3(微粉タルク、日本タルク社製)10部を順次加えながら混合し、ペイントシェーカーで30分間分散し、顔料分散ペーストを得た。
得られた顔料分散ペースト118.5部に、攪拌しながら順に、製造例38で得たポリエステル樹脂(PE1)114.6部(固形分55部)、メラミン樹脂MF−1(メトキシ・ブトキシ混合アルキル化メラミン樹脂、固形分80%)37.5部(固形分30部)及び「n−ブチルアルコール」7部を加えて混合攪拌し、さらに、脱イオン水、ジメチルエタノールアミンを加えて、pH8.5、フォードカップNo.4で20℃にて、40秒の粘度に調整して第1水性着色塗料No.1を得た。
(注5)顔料分散用樹脂:カージュラE10P(HEXION Specialty Chemicals社製、合成高分岐飽和脂肪酸のグリシジルエステル)30.4部/トリメチロールプロパン41.5部/無水イソフタル酸80.7部/アジピン酸79.9部/ネオペンチルグリコール83.0部/無水トリメリット酸19.6部」からなる単量体を反応して得た、固形分40%の顔料分散用樹脂。顔料分散用樹脂は、酸価が40mgKOH/g、水酸基価が108mgKOH/g、数平均分子量が1,500であった。
製造例40
製造例39の「n−ブチルアルコール」を「ジプロピレングリコールモノブチルエーテル」に代える以外は製造例39と同様にして、第1水性着色塗料No.2を得た。
製造例41
製造例39の「n−ブチルアルコール」を「2−エチル−1−ヘキサノール」に代える以外は製造例39と同様にして、第1水性着色塗料No.3を得た。
製造例42
製造例39の「n−ブチルアルコール」を「3−メトキシブチルアセテート」に代える以外は製造例39と同様にして、第1水性着色塗料No.4を得た。
製造例43
製造例39の「n−ブチルアルコール」を「ジエチレングリコールモノエチルエーテル」に代える以外は製造例39と同様にして、第1水性着色塗料No.5を得た。
[水性第2着色塗料の製造]
製造例44 アクリル樹脂エマルション(AC)の製造
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器、窒素導入管および滴下装置を備えた反応容器に脱イオン水130部、アクアロンKH−10(注6)0.52部を仕込み、窒素気流中で撹拌混合し、80℃に昇温した。
次いで下記のモノマー乳化物(1)のうちの全量の1%量および6%過硫酸アンモニウム水溶液5.3部を反応容器内に導入し80℃で15分間保持した。その後、残りのモノマー乳化物(1)を3時間かけて、同温度に保持した反応容器内に滴下した。滴下終了後、1時間熟成を行なった。
次いで、下記のモノマー乳化物(2)を1時間かけて滴下した。1時間熟成した後、5%ジメチルエタノールアミン水溶液40部を反応容器に徐々に加えながら30℃まで冷却し、100メッシュのナイロンクロスで濾過することにより、固形分濃度30%のアクリル樹脂エマルション(AC)を得た。得られたアクリル樹脂は、酸価が33mgKOH/g、水酸基価が25mgKOH/gであった。
(注6)アクアロンKH−10:ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩エステルアンモニウム塩、第一工業製薬株式会社製、有効成分97%。
モノマー乳化物(1):脱イオン水42部/アクアロンKH−10 0.72部/メチレンビスアクリルアミド2.1部/スチレン2.8部/メチルメタクリレート16.1部/エチルアクリレート28部/n−ブチルアクリレート21部の乳化物
モノマー乳化物(2):脱イオン水18部/アクアロンKH−10 0.31部/過硫酸アンモニウム0.03部/メタクリル酸5.1部/2−ヒドロキシエチルアクリレート5.1部/スチレン3部/メチルメタクリレート6部/エチルアクリレート1.8部/n−ブチルアクリレート9部の乳化物
製造例45 ポリエステル樹脂溶液(PE2)の製造
温度計、サーモスタット、攪拌装置、還流冷却器および水分離器を備えた反応容器に、トリメチロールプロパン109部、1,6−ヘキサンジオール141部、ヘキサヒドロ無水フタル酸126部およびアジピン酸120部を仕込み、160℃〜230℃の間を3時間かけて昇温させた後、230℃で4時間縮合反応させた。次いで、得られた縮合反応生成物にカルボキシル基を付加するために、さらに無水トリメリット酸38.3部を加え、170℃で30分間反応させた後、2−エチル−1−ヘキサノールで希釈し、固形分濃度70%であるポリエステル樹脂溶液(PE2)を得た。得られたポリエステル樹脂は、酸価が46mgKOH/g、水酸基価が150mgKOH/g、重量平均分子量が6,400であった。
製造例46 光輝性顔料分散液の製造例
攪拌混合容器内において、アルミニウム顔料ペースト(商品名「GX−180A」旭化成メタルズ株式会社製、金属含有量74%)19部、2−エチル−1−ヘキサノール35部、リン酸基含有樹脂溶液(注7)8部および2−(ジメチルアミノ)エタノール0.2部を均一に混合して、光輝性顔料分散液(P1)を得た。
(注7)リン酸基含有樹脂溶液:スチレン25部/n−ブチルメタクリレート27.5部/分岐高級アルキルアクリレート(商品名「イソステアリルアクリレート」大阪有機化学工業株式会社製)20部/4−ヒドロキシブチルアクリレート7.5部/リン酸基含有重合性モノマー(注8)15部/2−メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート12.5部を反応して得られた固形分濃度50%のリン酸基含有樹脂溶液。リン酸基含有樹脂のリン酸基による酸価は83mgKOH/g、水酸基価は29mgKOH/g、重量平均分子量は10,000であった。
(注8)リン酸基含有重合性モノマー:モノブチルリン酸57.5部/グリシジルメタクリレート42.5部を反応して得られた、固形分濃度50%のリン酸基含有重合性モノマー溶液を得た。
製造例47 第2水性着色塗料No.1の製造
製造例44で得たアクリル樹脂エマルション(AC)100部、製造例54で得たポリエステル樹脂溶液(PE2)57部、製造例55で得た光輝性顔料分散液(P1)62部およびサイメル325(イミノ基含有メチル化メラミン樹脂、商品名、日本サイテック社製、固形分80%)37.5部を均一に混合し、更に、ポリアクリル酸系増粘剤(商品名「プライマルASE−60」ロームアンドハース社製)、2−エチル−1−ヘキサノール10部、および脱イオン水を加えてpH8.0、塗料固形分25%、20℃におけるフォードカップNo.4による粘度40秒の第2水性着色塗料No.1を得た。
製造例48
製造例47の「2−エチル−1−ヘキサノール」を「ジエチレングリコールモノエチルエーテル」に代える以外は製造例47と同様にして、第2水性着色塗料No.2を得た。
[クリヤ塗料の製造]
製造例49 アクリル樹脂溶液(注9)73.6部(固形分)、サイメル303(三井サイテック社製、商品名、メラミン樹脂)26.4部(固形分)、25%ドデシルベンゼンスルホン酸溶液4部およびBYK−300(ビッグケミージャパン社製、商品名)0.5部の混合物に、DBE(デュポン社製、商品名)を20部加えて、粘度30秒/フォードカップ#4/20℃に調整して、クリヤ塗料D1を得た。
(注9) アクリル樹脂溶液:120℃に加温した、スワゾール#1000(丸善石油(株)製、商品名、芳香族系混合溶剤)40部に、混合物(注10)を3時間を要して加え共重合させて、水酸基価120および数平均分子量約6,000である固形分70%のアクリル樹脂溶液を得た。
(注10) 混合物:スチレン30部、アクリル酸ブチル35部、メタクリル酸2−エチルヘキシル10部、アクリル酸2−ヒドロキシエチル25部およびα,α´−アゾビスイソブチロニトリル4部からなる。
実施例及び比較例
実施例1
以下の工程によって、複層塗膜No.1を作成した。
工程1:
化成処理(パルボンド#3020、日本パーカライジング社製、商品名、リン酸亜鉛処理剤)を施した冷延鋼板(150mm(縦)×70mm(横)×0.8mm(厚)、中心線平均粗さ(Ra)=0.8、ろ波中心線うねり曲線における中心線平均値(Wca)=0.19)に、カチオン電着塗料No.1を用いて電着塗装し、得られた塗膜を170℃で20分加熱して硬化膜厚で20μmの硬化電着塗膜を得た。
工程2:
上記製造例39で得た第1着色水性塗料No.1を回転霧化型の静電塗装機を用いて、硬化膜厚25μmとなるように静電塗装し、2分間放置後、80℃で5分間プレヒートを行なった。
工程3:
次いで、該未硬化の第1着色塗膜上に、製造例47で得た第2着色水性塗料No.1を回転霧化型の静電塗装機を用いて、硬化膜厚15μmとなるように静電塗装し、2分間放置後、80℃で5分間プレヒートを行なった。
工程4:
次いで、硬化された第2着色水性塗膜上に、製造例49で得られたクリヤ塗料D1を硬化膜厚35μmとなるように静電塗装し、7分間放置した。
工程5:次いで、140℃で30分間加熱して、第1着色水性塗膜、第2着色水性塗膜及びクリヤ塗膜を硬化させた。
実施例2〜11
下記表6及び表7に示す工程に変更する以外は、実施例1と同様に操作して(硬化膜厚も同じ)、実施例2〜11の複層塗膜No.2〜No.11を得た。
実施例12〜13
化成処理(パルボンド#3020、日本パーカライジング社製、商品名、リン酸亜鉛処理剤)を施した冷延鋼板(150mm(縦)×70mm(横)×0.8mm(厚)、中心線平均粗さ(Ra)=1.3、ろ波中心線うねり曲線における中心線平均値(Wca)=0.58)を用い、表7に示す工程に変更する以外は、実施例1と同様に操作して(硬化膜厚も同じ)、実施例12〜13の複層塗膜No.12〜No.13を得た。
実施例1〜13で得られた複層塗膜の塗膜性能評価の結果も併せて表6、表
7に示す。
Figure 0005506317
Figure 0005506317
比較例1〜4
下記表8に示す工程に変更する以外は、実施例1と同様に操作して、複層塗膜No.14〜No.17を得た。比較例1〜4で得られた複層塗膜の塗膜性能評価も併せて表8に示す。
Figure 0005506317
(注11) 電着塗膜の表面粗度:各実施例、比較例の工程1で得た電着塗膜を、JIS B 0601(表面粗さの定義と表示、1982年)に基づいて、サーフコム301(株式会社 ミツトヨ社製、商品名、表面粗さ測定機)で測定し、中心線平均粗さ(Ra)、及びJIS B 0610(表面うねり、1976年)に基づいて、サーフコム301(株式会社 ミツトヨ社製、商品名、表面粗さ測定機)で測定し、電着塗膜のろ波中心線うねり曲線における中心線平均値(Wca)を求めた。なお、冷延鋼版(リン酸亜鉛処理)のRaとWcaは、上記と同様に測定した。
・電着塗膜の「中心線平均粗さ(Ra)」については、
◎は、Ra値は0.20未満
○は、Ra値が0.20以上で、かつ0.50未満
△は、Ra値が0.50以上で、かつ0.70未満
×は、Ra値が0.70を越える
・電着塗膜の「ろ波中心線うねり曲線における中心線平均値(Wca)」について、
◎は、Wca値が0.10未満
○は、Wca値が0.10以上で、かつ0.50未満
△は、Wca値が0.50以上で、かつ0.70未満
×は、Wca値が0.70を越える
(注12)電着塗膜の溶剤膨潤率:
予め質量を測定したブリキ板に、各電着塗料を乾燥膜厚20μmとなるように電着塗装して170℃20分間焼付けて試験板(各有機溶剤に対して5枚用意する)とした。放冷した後の試験板を80℃に調整した、n−ブチルアルコール、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、2−エチル−1−ヘキサノール、3−メトキシブチルアセテート及びジエチレングリコールモノエチルエーテルから選ばれる各有機溶剤に10分間浸漬した。
その後、各試験板を取り出して表面に付着した有機溶剤を拭き取り、1分間室温で放置した後の試験板の質量を測定して、「ブリキ板の質量を引いた塗膜の質量・・(i)」を求めた。
その後、「ブリキ板の質量を引いた、塗膜の質量・・(i)」を求めた試験板を140℃で30分間乾燥して、「ブリキ板の質量を引いた、有機溶剤を揮散させた塗膜の質量・・(ii)」を求めた。なお(ii)の質量は、塗膜中の有機溶剤可溶性物質を除いた質量である。
下記式(10)に従って、溶剤膨潤率(%)を求めた。
(((i)−(ii))/(ii))×100(%)・・・式(10)
AAは、いずれの有機溶剤に対しても溶剤膨潤率が25質量%以下、
Aは、全ての有機溶剤に対して溶剤膨潤率が30質量%以下であり、少なくとも1種類の有機溶剤の溶剤膨潤率が25質量%を超えて、かつ30質量%以下である
Bは、全ての有機溶剤に対して溶剤膨潤率が35質量%以下であり、少なくとも1種類の有機溶剤の溶剤膨潤率が30質量%を超えて、かつ35質量%以下である
Cは、少なくとも1種類の有機溶剤に対して溶剤膨潤率が35質量%を超える
(注13)トルエン吸込み率:下記の式(11)に従って、トルエン吸込み率を求めた。予め質量を測定したブリキ板に、各電着塗料を乾燥膜厚20μmとなるように電着塗装して170℃20分間焼付けた。
放冷した後の「ブリキ板の質量を引いた塗膜の質量・・(iii)」を測定した。
次いで、試験板を室温でトルエンに1週間浸漬した。その後、試験板を取り出し、表面に付着したトルエンを拭き取り1分間室温(20℃、無風状態)で放置し、「ブリキ板の質量を引いた塗膜の質量・・(iv)」を求めた。
(((iv)−(iii))/(iii))×100(%)・・・式(11)
Aは、トルエンの吸込み率が15%以下である
Bは、トルエンの吸込み率が15%を超えて、かつ20%以下である
Cは、トルエンの吸込み率が20%を越える
(注14) 複層塗膜の仕上り性:各実施例、比較例の工程1〜工程5で得た複層塗膜を、商品名「Wave Scan DOI」(BYK Gardner社製)によって測定されるWbの値を用いて評価した。測定値が小さいほど塗面の平滑性が高いことを示す。
◎は、Wbの値が15未満
○は、Wbが15以上、かつ20未満
△は、Wbが20以上、かつ25未満
×は、Wbが25を越える。
(注15) 防食性:
各実施例、比較例の工程1で得た電着塗膜の素地に達するようにナイフでクロスカット傷を入れ、これをJIS Z−2371に準じて840時間耐塩水噴霧試験を行い、ナイフ傷からの錆、フクレ幅によって以下の基準で評価した。
◎は、錆、フクレの最大幅がカット部より1.5mm未満(片側)
○は、錆、フクレの最大幅がカット部より1.5mm以上でかつ2.5mm未満(片側)
△は、錆、フクレの最大幅がカット部より2.5mm以上でかつ3.5mm未満(片側)
×は、錆、フクレの最大幅がカット部より3.5mm以上(片側)
本発明は、電着塗膜上の第1着色水性塗料、第2着色水性塗料及クリヤ塗料の3コート1ベーク方式において、仕上り性に優れる複層塗膜を有する塗装物品を提供できる。

Claims (6)

  1. 金属被塗物に、カチオン電着塗料組成物(A)の硬化塗膜(A1)を形成する工程、第1着色水性塗料(B)を塗装して第1着色塗膜(B1)を形成する工程、未硬化の第1着色塗膜(B1)上に、第2着色水性塗料(C)を塗装して第2着色塗膜(C1)を形成する工程、未硬化の第2着色塗膜(C1)上に、クリヤ塗料(D)を塗装してクリヤ塗膜(D1)を形成する工程、並びに未硬化の第1着色塗膜(B1)と未硬化の第2着色塗膜(C1)及び未硬化のクリヤ塗膜(D1)を同時に硬化させる工程、を含む塗膜形成方法であって、カチオン電着塗料組成物(A)の硬化塗膜(A1)が、
    (イ)カットオフ値2.5mmでの粗さ曲線における中心線平均粗さ(Ra)が0.50μm以下であり、かつ
    (ロ)高域カットオフ値0.8mm、低域カットオフ値8mmでのろ波中心線うねり曲線における中心線平均値(Wca)が0.50μm以下であり、かつ
    (ハ)80℃に調整した、n−ブチルアルコール、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、2−エチル−1−ヘキサノール、3−メトキシブチルアセテート及びジエチレングリコールモノエチルエーテルから選ばれるいずれの有機溶剤中においても、10分間浸漬後の溶剤膨潤率が30.0質量%以下、であることを特徴とする塗膜形成方法であって、
    カチオン電着塗料組成物(A)が、エポキシ当量が180〜2,500のエポキシ樹脂(a11)とフェノール性水酸基を有するキシレンホルムアルデヒド樹脂(a12)、並びにアミノ基含有化合物(a13)を反応させてなるキシレンホルムアルデヒド樹脂で変性したアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)及びブロック化ポリイソシアネート硬化剤(b)を含み、
    かつブロック化ポリイソシアネート硬化剤(b)におけるイソシアネート化合物が、脂環族ポリイソシアネート化合物及び/又は芳香環を有する芳香族ポリイソシアネート化合物である、塗膜形成方法
  2. カチオン電着塗料組成物(A)が、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)に加え、下記のアミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)を含むことを特徴とする請求項に記載の塗膜形成方法。
    アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2):下記式(1)で表される化合物(a211)又は下記式(2)で表される化合物(a212)で表されるジエポキシ化合物(a21)と、エポキシ当量170〜500のエポキシ樹脂(a22)と、ビスフェノール化合物(a23)とを反応させて得られる変性エポキシ樹脂(I)と、アミノ基含有化合物(a24)を反応させてなる樹脂
    Figure 0005506317
    (式(1)、Rは、同一又は相異なってもよい水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。
    は同一又は相異なってもよい水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、アルキレンオキシド構造部分の繰り返し単位の数であるm及びnはm+n=1〜20となる整数を表す)
    Figure 0005506317
    (式(2)中、Rは、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を示す。
    Xは1〜9を示す。
    Yは1〜50となる整数を示す。
    Yが2以上の場合、繰り返し単位中の各Rはそれぞれ同一であっても異なってもよい。)
  3. カチオン電着塗料組成物(A)が、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a1)、アミノ基含有変性エポキシ樹脂(a2)及びブロック化ポリイソシアネート硬化剤(b)を含有し、かつ成分(a1)、成分(a2)及び成分(b)の固形分合計100質量部を基準にして、成分(a1)を30〜60質量部、成分(a2)を5〜30質量部、成分(b)を10〜40質量部含有することを特徴とするカチオン電着塗料組成物である請求項に記載の塗膜形成方法。
  4. 第1着色水性塗料(B)が、基体樹脂と架橋剤の合計100質量部に対して、炭素数11以下の極性有機溶剤を1〜150質量部含有する塗料である請求項1〜3のいずれか1項に記載の塗膜形成方法。
  5. 第2着色水性塗料(C)が、基体樹脂と架橋剤の合計100質量部に対して、炭素数11以下の極性有機溶剤を1〜150質量部含有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の塗膜形成方法。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の塗膜形成方法によって得られた塗装物品。
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