JP6156336B2 - 積層塗膜及び塗装物 - Google Patents
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Description
本発明は、積層塗膜及び塗装物に関するものである。
自動車の車体等の塗装においては、防錆用の電着塗料によって下塗り塗膜を形成し、その上に下地隠蔽性を有する中塗り塗膜を形成し、その上に上塗り塗膜（ベース塗膜およびクリヤ塗膜）を重ねる塗膜構造が一般に採用されている。また、省資源等の観点から、中塗り塗膜をなくし、下塗り塗膜の上に上塗り塗膜を直接重ねることも試みられている。例えば、カチオン電着塗膜の上に下地隠蔽性を有するベース塗膜を形成し、その上にクリヤ塗膜を形成することがなされている。
ところで、ベース塗膜とクリヤ塗膜の屈折率を調整することによって、自動車塗膜に新たな意匠性を付与する試みは従来より知られている。例えば、特許文献１には、クリヤ塗膜の屈折率を１．５２２とすること、並びにベース塗膜とクリヤ塗膜との屈折率差を０．０１５以上とすることによって、塗膜の光輝感が見る角度によって変わるようにすることが記載されている。さらに、特許文献１には、メタクリル酸ｔ−ブチルを５０質量％以上使用したアクリル樹脂が低い屈折率を発揮し、スチレンを４０質量％以上使用したアクリル樹脂が高い屈折率を発揮することが記載されている。
また、特許文献２には、ＺｎＯ２ナノ粒子を樹脂中に分散させると当該樹脂の高屈折率化が図れること、そのような樹脂を塗料組成物として用いることが記載されている。
塗装は被塗物に意匠性を付与する側面が強いところ、近年は個人の嗜好が多様化しており、なかには艶感があって高い光沢を有している塗装が好まれることもある。しかしながら、艶感があり高い光沢を有する塗装を作りだす技術は上記の特許文献からは導き出すことができない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、艶感があり高い光沢を有する積層塗膜及び塗装物を提供することにある。
本発明の積層塗膜は、着色材を含有する下層塗膜と、該下層塗膜上に積層されている上層塗膜と、該上層塗膜上に積層されている保護塗膜とを備え、前記上層塗膜及び前記保護塗膜は無色透明であり、前記上層塗膜の塗膜形成要素は、樹脂と、該樹脂よりも低屈折率であり且つ粒子径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下のナノ粒子とを含んでおり、前記下層塗膜の着色材を除く塗膜形成要素は、樹脂と、該樹脂よりも高屈折率であり且つ粒子径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下のナノ粒子とを含んでおり、前記保護塗膜の塗膜形成要素は、樹脂と、該樹脂よりも高屈折率であり且つ粒子径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下のナノ粒子とを含んでおり、前記上層塗膜の塗膜形成要素の屈折率は、前記下層塗膜の着色材を除く塗膜形成要素の屈折率よりも小さいとともに、前記保護塗膜の塗膜形成要素の屈折率よりも小さい構成を備えている。
ここで、「着色材」は、顔料、染料など塗膜に色彩を与える成分をいう。
上記の構成により、積層塗膜に入射する光は、保護塗膜の表面と上層塗膜及び下層塗膜の界面にて全波長にわたって一部が反射する。このように二箇所で反射することにより艶感が向上する。また、上層塗膜の屈折率を容易に小さく調節することができる。また、下層塗膜の屈折率を容易に大きく調節することができる。また、保護塗膜の屈折率を容易に大きく調節することができる。
本発明の好ましい態様では、前記下層塗膜は光輝材を含有している。これにより、積層塗膜の色が鮮やかになる。
本発明の好ましい態様では、前記下層塗膜は白色の下地部材の上に形成されている。これにより、光輝材がなくても積層塗膜の色が明確に観察できる。
本発明の塗装物は、被塗物に上記のいずれかの積層塗膜を備えている。
本発明の積層塗膜によれば、入射する光は、保護塗膜の表面と上層塗膜及び下層塗膜の界面にて全波長にわたって一部が反射するため、反射光の量が多くなって艶感が増して光沢が向上する
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
（実施形態１）
図１に示すように、実施形態１に係る積層塗膜は上から順に、保護塗膜１０、上層塗膜２０、及び下層塗膜３０の三層構造を有している。また、下層塗膜３０の下には下地層４０（下地部材）が設けられている。保護塗膜１０は無色透明であり、例えば合成樹脂からなっている。上層塗膜２０は無色透明であり、例えば合成樹脂からなっている。下層塗膜３０は有色透明であるとともに光を反射する光輝材３２を含有しており、例えば合成樹脂に着色材と光輝材３２とを含有させてなっている。
図１に示すように、実施形態１に係る積層塗膜は上から順に、保護塗膜１０、上層塗膜２０、及び下層塗膜３０の三層構造を有している。また、下層塗膜３０の下には下地層４０（下地部材）が設けられている。保護塗膜１０は無色透明であり、例えば合成樹脂からなっている。上層塗膜２０は無色透明であり、例えば合成樹脂からなっている。下層塗膜３０は有色透明であるとともに光を反射する光輝材３２を含有しており、例えば合成樹脂に着色材と光輝材３２とを含有させてなっている。
一般的に自動車の車体塗装用途に用いられるアクリル樹脂は屈折率が１．５である。本実施形態においては、保護塗膜１０の塗膜構成要素の屈折率は、図１に示すように１．８であり、アクリル樹脂よりも大きく、空気の屈折率１．０よりもかなり大きい。また、上層塗膜２０の塗膜構成要素の屈折率は保護塗膜１０の屈折率よりも小さければよく、ここでは１．３である。下層塗膜３０の着色材及び光輝材３２を除く塗膜構成要素の屈折率は上層塗膜２０の塗膜構成要素の屈折率よりも大きければよく、本実施形態では１．８である。
保護塗膜１０の塗膜形成要素および下層塗膜３０の塗膜形成要素の屈折率は１．５よりも大きいことが好ましく、１．６以上であることがより好ましい。上層塗膜の塗膜形成要素の屈折率は１．２以上、１．５未満であることが好ましく、１．２以上、１．４以下であることがより好ましい。保護塗膜１０の屈折率が大きいと保護塗膜１０表面での反射光７０の光量が大きくなるので好ましい。
このような屈折率とするために、本実施形態では保護塗膜１０の塗膜構成要素と下層塗膜３０の塗膜構成要素を同じものとしている。具体的にはアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂に、屈折率の大きさを制御するために無機のナノ粒子を加えている。上層塗膜２０の塗膜構成要素もアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂に、屈折率の大きさを制御するために別の種の無機のナノ粒子を加えている。屈折率を大きくする無機のナノ粒子としては、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２等を挙げることができる。また、屈折率を小さくする無機のナノ粒子としては、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、ＭｇＦ等を挙げることができる。添加するナノ粒子の種類や量などで塗膜構成要素の屈折率の大きさを制御することができる。
ナノ粒子の粒子径は、ナノレベルといえるものであれば特に制限されないが、通常は２０ｎｍ以下である。２０ｎｍを超えると、例えば樹脂に分散させたときに透明性が低くなる可能性がある。より好ましくは１ｎｍ以上、１９ｎｍ以下であり、さらに好ましくは２ｎｍ以上、１８ｎｍ以下である。
粒子径の測定方法としては、一般的な方法を用いることができる。例えば粒子を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、電界放射型透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＴＥＭ）、電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）などで拡大観察し、無作為に１００個の粒子を選択してその長軸方向の長さを測定し、その平均値を粒子径とする。粒子の形状としては球状、楕円球状、立方体状、直方体状、ピラミッド状、針状、柱状、棒状、筒状、りん片状、板状、薄片状などが考えられるが、粒子径を測定する場合はそれぞれの長軸方向長さを測定するものとする。
下地層４０は、例えば鋼製被塗物（例：自動車の車体外板）の表面に形成されたエポキシ系カチオン電着塗料による下塗り塗膜とその上に形成された、耐光劣化性、耐チッピング性及び発色性を高めるための下地隠蔽性を有する中塗り塗膜の二層からなる塗膜であって、下層塗膜３０と下地層４０との境界では光の反射はほとんどない。
本実施形態の積層塗膜において、入射光６０は、保護塗膜１０表面と、上層塗膜２０及び下層塗膜３０の界面５０との２箇所で、入射光６０の全波長において一部が反射される。なお、この反射光７０，７２は入射する光の一部であって光の大部分は保護塗膜１０内及び下層塗膜３０内に入射していく。また、下層塗膜３０内に入射した光は着色材により一部の波長域以外の波長の光は吸収されて特定の色（例えば赤色）の光となる。そして特定の色の光は、光輝材３２で反射されて下層塗膜３０から上層塗膜２０へ出射され、さらに保護塗膜１０を通過して出射光８０となって積層塗膜から出て行く。
本実施形態の積層塗膜を外側から観察すると、出射光８０と反射光７０，７２が目に入ってくる。出射光８０は特定の色の光であり、反射光７０，７２は入射光６０と同じ全波長の光であって艶感や光沢感を与える。従って、本実施形態の積層塗膜は、艶感・光沢のある特定の色に見える。
本実施形態では２つの反射光７０，７２があるため反射光量が多くなり、艶感や光沢が増大している。例えば図３に示す比較形態に係る積層塗膜では、実施形態１の積層塗膜から上層塗膜２０を除いた塗膜構成を有しており、この場合、保護塗膜１０及び下層塗膜３０の界面５４ではほとんど反射が起こらないため、保護塗膜１０の表面のみから反射光７０が出て行く。一方出射光８２は上層塗膜での吸収がない分だけ光量が少し大きくなる。そのため比較形態に係る積層塗膜は艶感・光沢が乏しく、これに比べると、本実施形態に係る積層塗膜の方が艶感・光沢が高く、高級感が感じられる。
ここで、反射光７０，７２の光量は、入ってくる光の量と反射率によって決まってくる。反射率は反射面の両側の媒質の屈折率差が大きいほど大きくなる。上層塗膜２０及び下層塗膜３０の界面５０においては、屈折率差が０．５であり、入射光６０から保護塗膜１０表面での反射と保護塗膜１０及び上層塗膜２０における吸収とを差し引いた光量が入ってくる。一方、本実施形態においては保護塗膜１０の屈折率を１．８と大きくしているので空気との屈折率差が０．８となり、保護塗膜１０の表面での反射光７０は、上層塗膜２０及び下層塗膜３０の界面５０での反射光７２よりも光量が大きくなる。
通常のアクリル樹脂は屈折率が１．５であり、その表面の垂直反射率（対空気）は４％であるのに対し、本実施形態の保護塗膜１０の表面の垂直反射率は８．１６％である。なお、保護塗膜１０の屈折率を１．６とすると表面の垂直反射率は５．３％である。上層塗膜２０及び下層塗膜３０の界面５０の垂直反射率は、２．６％である。
本実施形態では、透明な塗膜を２層にして上側の保護塗膜１０の屈折率を大きくし、下側の上層塗膜２０の屈折率は保護塗膜１０及び下層塗膜３０の屈折率よりも小さくしているので、反射光７０，７２の量が増えて艶感・光沢が向上する。また、各塗膜の屈折率の大きさは、無機のナノ粒子を混合させて調節しているので、容易に所望の屈折率とすることができる。
＜実施例１＞
実施例１に係る積層塗膜として、図１に示す構造を有しており、各層の塗膜の構成は表１に示す通りの積層塗膜を作製した。
実施例１に係る積層塗膜として、図１に示す構造を有しており、各層の塗膜の構成は表１に示す通りの積層塗膜を作製した。
表１において「アクリル系樹脂」とあるのは、日本ペイント株式会社製アクリル樹脂（酸価：２０ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価：７５ｍｇＫＯＨ／ｇ、数平均分子量：５０００、固形分６０質量％）である。保護塗膜１０及び下層塗膜３０に含有されているナノ粒子として、住友大阪セメント社製ＺｒＯ２ナノ粒子分散液（ＺｒＯ２固形分２０質量％）を採用した。上層塗膜２０に含有されているナノ粒子として、ＳｉＯ２ナノ粒子（シーアイ化成社製Nano Tek Slurry（ＳｉＯ２固形分２０質量％））を採用した。また、下層塗膜３０に含有されている顔料として、キナクドリンマゼンタ（大日精化工業株式会社製クロモファイン）、ペリレン（ＢＡＳＦ社製パリオゲンマルーンＬ３９２０）及びカーボンブラック（三菱化学株式会社製カーボンブラック＃２６５０）を採用した。下層塗膜３０に含有されている光輝材として、アルミフレーク（東洋アルミニウム株式会社製７６シリーズ）を採用した。屈折率は、保護塗膜１０が１．８、上層塗膜２０が１．３、下層塗膜３０が１．８であった。
比較例１に係る積層塗膜として図２に示す構造の積層塗膜であって、保護塗膜１０及び下層塗膜３０の構成は表１に示すとおりである積層塗膜を作製した。
実施例１に係る積層塗膜および比較例１に係る積層塗膜を屋外に置いて観察したところ、実施例１に係る積層塗膜の方が比較例１に係る積層塗膜よりも明らかに艶感・光沢のある赤色に見えた。
（実施形態２）
実施形態２に係る積層塗膜は、図２に示す構造を有している。実施形態２に係る積層塗膜は、下層塗膜３１に光輝材３２が含まれていないこと、および下地層４１（下地部材）が白色であって下地層４１と下層塗膜３１との界面５２において光の反射が生じることの２点が実施形態１と異なっており、それ以外の点は実施形態１と同じである。
実施形態２に係る積層塗膜は、図２に示す構造を有している。実施形態２に係る積層塗膜は、下層塗膜３１に光輝材３２が含まれていないこと、および下地層４１（下地部材）が白色であって下地層４１と下層塗膜３１との界面５２において光の反射が生じることの２点が実施形態１と異なっており、それ以外の点は実施形態１と同じである。
実施形態２に係る積層塗膜では、光輝材３２の代わりに下地層４１と下層塗膜３１との界面５２において光の反射が生じて出射光８１となる。そのため実施形態１よりも出射光８１の色が鮮やかではないが、艶感・光沢は実施形態１と同じである。
（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
実施形態及び実施例に係る積層塗膜を構成する材料は、他の材料であってもよい。例えばアクリル系樹脂以外の樹脂を用いてもよいし、顔料も他の色・種類を用いてもよい。またナノ粒子も別の種類のナノ粒子を用いてもよい。各層の屈折率も上記の値に限定されない。光輝材には銅のフレークを用いてもよい。
１０ 保護塗膜
２０ 上層塗膜
３０ 下層塗膜
３１ 下層塗膜
３２ 光輝材
４０ 下地層（下地部材）
４１ 下地層（下地部材）
２０ 上層塗膜
３０ 下層塗膜
３１ 下層塗膜
３２ 光輝材
４０ 下地層（下地部材）
４１ 下地層（下地部材）
Claims (4)
- 着色材を含有する下層塗膜と、該下層塗膜上に積層されている上層塗膜と、該上層塗膜上に積層されている保護塗膜とを備えてなる積層塗膜において、
前記上層塗膜及び前記保護塗膜は無色透明であり、
前記上層塗膜の塗膜形成要素は、樹脂と、該樹脂よりも低屈折率であり且つ粒子径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下のナノ粒子とを含んでおり、
前記下層塗膜の着色材を除く塗膜形成要素は、樹脂と、該樹脂よりも高屈折率であり且つ粒子径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下のナノ粒子とを含んでおり、
前記保護塗膜の塗膜形成要素は、樹脂と、該樹脂よりも高屈折率であり且つ粒子径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下のナノ粒子とを含んでおり、
前記上層塗膜の塗膜形成要素の屈折率は、前記下層塗膜の着色材を除く塗膜形成要素の屈折率よりも小さいとともに、前記保護塗膜の塗膜形成要素の屈折率よりも小さい、積層塗膜。 - 前記下層塗膜は光輝材を含有している、請求項１に記載されている積層塗膜。
- 前記下層塗膜は白色の下地部材の上に形成されている、請求項１又は２に記載されている積層塗膜。
- 被塗物に請求項１乃至３のいずれか一つに記載の積層塗膜を備える、塗装物。
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