JP6177983B1 - 複層塗膜形成方法及び塗料組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
この方法は、それぞれ1回の下塗り及び上塗りで従来の各層の多層塗りによる防食効果と同等の防食効果を得ることができると記載されている。
更に、本発明は、作業者の安全、健康面を考慮し、厚生労働省による特定化学物質障害予防規則(特化則)の対象物質について法的制限を受けない複層塗膜形成方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、優れた塗膜外観、及び優れた塗膜物性、例えば、耐候性及び防食性を有する複層塗膜を被塗物上に形成できる、ウェットオンウェット塗装用の塗料組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、作業者の安全、健康面を考慮し、特化則の対象物質について法的制限を受けないウェットオンウェット塗装用の塗料組成物を提供することを目的とする。
[1]被塗物上に、下塗り塗料組成物を塗装して、未乾燥の下塗り塗膜を形成する、下塗り塗膜形成工程、
得られた未乾燥の下塗り塗膜の上に、上塗り塗料組成物を、ウェットオンウェットで塗装し、未乾燥の上塗り塗膜を形成する、上塗り塗膜形成工程、及び
得られた未乾燥の下塗り塗膜及び未乾燥の上塗り塗膜を同時に乾燥させて複層塗膜を形成する、乾燥工程、を包含する、複層塗膜形成方法であって、
前記下塗り塗料組成物が、アクリル樹脂を含む塗膜形成樹脂、イソシアネート化合物を含む硬化剤、体質顔料及び粘性調整剤を含んでおり、
前記上塗り塗料組成物が、アクリル樹脂を含む塗膜形成樹脂、イソシアネート化合物を含む硬化剤、体質顔料及び粘性調整剤を含んでおり、
前記下塗り塗料組成物におけるアクリル樹脂の数平均分子量が3,000〜20,000であり、
前記下塗り塗料組成物は、測定温度25℃において、せん断速度を0.1sec−1とした測定開始時間を時間T1とし、
前記時間T1から20秒後の時間T2における粘度をV2とし、時間T2において、せん断速度を1,000sec−1とし、
前記時間T2から20秒後の時間T3における粘度を粘度V3とし、時間T3においてせん断速度を0.1sec−1とし、
時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4は、粘度V2に対して70%以下の粘度であり、かつ時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5は、粘度V2に対して30%以上の粘度である、複層塗膜形成方法。
[2]前記下塗り塗料組成物におけるアクリル樹脂の固形分水酸基価が50〜250である、[1]に記載の複層塗膜形成方法。
[3]前記下塗り塗料組成物に含まれる塗膜形成樹脂が、更にポリエステル樹脂及びエポキシ樹脂の少なくとも1を含む、[1]又は[2]に記載の複層塗膜形成方法。
[4]前記下塗り塗料組成物に含まれる塗膜形成樹脂が、更にシランカップリング剤を含む、[1]から[3]のいずれか1に記載の複層塗膜形成方法。
[5]前記上塗り塗料組成物におけるアクリル樹脂の数平均分子量が3,000〜20,000である、[1]から[4]のいずれか1に記載の複層塗膜形成方法。
[6]前記上塗り塗料組成物に含まれる塗膜形成樹脂が、更にポリエステル樹脂を含む、[1]から[5]のいずれか1に記載の複層塗膜形成方法。
[7]前記体質顔料が炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルクからなる群から選択される少なくとも1である、[1]から[6]のいずれか1に記載の複層塗膜形成方法。
[8]前記粘性調整剤が、ポリオレフィン系粘性調整剤、ポリアマイド系粘性調整剤、有機ベントナイト系粘性調整剤、無機顔料、扁平顔料、架橋樹脂粒子及び非架橋樹脂粒子からなる群から選択される少なくとも1である、[1]から[7]のいずれか1に記載の複層塗膜形成方法。
[9]前記被塗物が建設機械又は産業機械である、[1]から[8]のいずれか1に記載の複層塗膜形成方法。
[10]ウェットオンウェット塗装用の塗料組成物であって、
前記塗料組成物は、アクリル樹脂を含む塗膜形成樹脂、イソシアネート化合物を含む硬化剤、体質顔料及び粘性調整剤を含んでおり、
前記アクリル樹脂の数平均分子量が3,000〜20,000であり、
前記塗料組成物は、測定温度25℃において、せん断速度を0.1sec−1とした測定開始時間を時間T1とし、
前記時間T1から20秒後の時間T2における粘度をV2とし、時間T2において、せん断速度を1,000sec−1とし、
前記時間T2から20秒後の時間T3における粘度を粘度V3とし、時間T3においてせん断速度を0.1sec−1とし、
時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4は、粘度V2に対して70%以下の粘度であり、かつ時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5は、粘度V2に対して30%以上の粘度である、塗料組成物。
[11]前記粘性調整剤が、ポリオレフィン系粘性調整剤、ポリアマイド系粘性調整剤、有機ベントナイト系粘性調整剤、無機顔料、扁平顔料、架橋樹脂粒子及び非架橋樹脂粒子からなる群から選択される少なくとも1である、[10]に記載の塗料組成物。
別の態様において、本発明のウェットオンウェット塗装用の塗料組成物は、被塗物上に乾燥性と塗膜外観の両方に優れ、特化則の対象物質について法的制限を受けることなく複層塗膜を形成できる。
塗料の乾燥性を向上させるためには、蒸発速度の速い溶剤を配合し、かつ樹脂の分子量を上げることが考えられる。例えば、塗料組成物中にキシレン等の蒸発速度の速い有機溶剤を比較的多く配合し、塗料の乾燥性を向上させることが行われている。
一方、塗膜外観を向上させるためには、蒸発速度の遅い溶剤を配合し、かつ樹脂の分子量を下げること、更に、塗料の固形分を下げることが考えられる。
このように、塗料の乾燥性を向上させること及び塗膜外観を向上させることは、相反する事象であり、両立することは困難であった。
本発明に係る塗膜形成樹脂であれば、塗料組成物の乾燥性を大きく向上させ、塗装作業性及び工程短縮を可能とした。更に、体質顔料及び粘性調整剤を併用することにより、塗料の高せん断時の粘度を低くし、粘度回復性を遅くすることが可能となり、塗膜外観の低下を抑制することができた。このように、例えば、粘度回復性を制御することで、乾燥性を保ちつつ、塗膜外観の低下を抑制することができた。
その上、本発明による複層塗膜形成方法によると、人体安全、環境保全の観点から、溶剤の使用を低減でき、更に、厚生労働省による特定化学物質障害予防規則(特化則)の法的制限を受けない、すなわち、特化則を遵守した塗料設計が可能となった。
被塗物上に、下塗り塗料組成物を塗装して、未乾燥の下塗り塗膜を形成する、下塗り塗膜形成工程、
得られた未乾燥の下塗り塗膜の上に、上塗り塗料組成物を、ウェットオンウェットで塗装し、未乾燥の上塗り塗膜を形成する、上塗り塗膜形成工程、及び
得られた未乾燥の下塗り塗膜及び未乾燥の上塗り塗膜を同時に乾燥させて複層塗膜を形成する、乾燥工程、を包含する、複層塗膜形成方法であって、
前記下塗り塗料組成物が、アクリル樹脂を含む塗膜形成樹脂、イソシアネート化合物を含む硬化剤、体質顔料及び粘性調整剤を含んでおり、
前記上塗り塗料組成物が、アクリル樹脂を含む塗膜形成樹脂、イソシアネート化合物を含む硬化剤、体質顔料及び粘性調整剤を含んでおり、
前記下塗り塗料組成物におけるアクリル樹脂の数平均分子量が3,000〜20,000であり、
前記下塗り塗料組成物は、測定温度25℃において、せん断速度を0.1sec−1とした測定開始時間を時間T1とし、
前記時間T1から20秒後の時間T2における粘度をV2とし、時間T2において、せん断速度を1,000sec−1とし、
前記時間T2から20秒後の時間T3における粘度を粘度V3とし、時間T3においてせん断速度を0.1sec−1とし、
時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4は、粘度V2に対して70%以下の粘度であり、かつ時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5は、粘度V2に対して30%以上の粘度である、複層塗膜形成方法に関する。
同様のことが、組成が同じ下塗り塗料組成物及び上塗り塗料組成物をウェットオンウェット塗装する場合においても当てはまる。
ある態様において、複層塗膜は、良好な防食性付与機能を有する下塗り塗膜及び耐候性付与機能を有する上塗り塗膜によって、優れた防食性、耐候性及び塗膜物性が達成されている。
したがって、本発明の複層塗膜形成方法は、例えば、産業機械又は建設機械等の大型で熱容量が大きい被塗物の塗装に特に適している。
本発明における下塗り塗料組成物は、塗膜形成樹脂、硬化剤、体質顔料及び粘性調整剤を含み、塗膜形成樹脂は、アクリル樹脂を含み、硬化剤はイソシアネート化合物を含む。
前記時間T1から20秒後の時間T2における粘度をV2とし、時間T2において、せん断速度を1,000sec−1とし、
前記時間T2から20秒後の時間T3における粘度を粘度V3とし、時間T3においてせん断速度を0.1sec−1とし、
時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4は、粘度V2に対して70%以下の粘度であり、かつ時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5は、粘度V2に対して30%以上の粘度である。
このような条件を有することにより、本発明における下塗り塗料組成物は、レベリングとタレ性に最適な粘度特性を示すことができ、下塗り塗料組成物は、優れた乾燥性となじみ性を有することができる。
本発明においては、塗装後の低いせん断応力下(例えば、図1におけるT3以降)では、高い仕上り性(平滑性)を得るために、低粘度によるレベリング性とタレ抑制のバランスとを保てるよう、塗料組成物には本発明においての要求される粘度回復性が付与されている。
一方、本明細書において、時間T2から20秒後の時間T3の時点における粘度V3を、高せん断時の粘度として記載する。時間T3においては、せん断速度が1,000sec−1(高せん断速度)から、せん断速度が0.1sec−1(低せん断速度)へと切替わる変曲点であり、粘度V3は、高せん断力に依存した状態であると推測できるからである。
例えば、図1におけるT2〜T3間において高せん断力を加えて粘度を低下させ(粘度V3)、時間T3において低せん断力に切替え、時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4は、粘度V2に対して70%以下の値を示し、かつ時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5は、粘度V2に対して30%以上の値を示す場合、本発明に係る塗料組成物は適切な範囲の粘度回復性を有していると評価できる。
適切な範囲の粘度回復性を有することにより、より良好な乾燥性を有し、かつ塗膜外観、例えば、なじみ性に優れた塗膜を形成できる。
ある態様においては、粘度V5は、粘度V4よりも高い値を示す。
別の態様において、時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4は、粘度V2に対して50%以下の粘度であり、かつ時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5は、粘度V2に対して30%以上の粘度である。
加えて、塗布された塗料組成物は良好な乾燥性を有し、作業効率を高めることが可能となる。
また、本発明の製造方法であれば、乾燥性と粘度のバランスを保つことができるので、塗膜の肌荒れ、ムラ等を抑制でき、さらに、優れたなじみ性等の特性を示すことができる。従って、ウェットオンウェット塗装において、より良好な乾燥性を有し、かつ塗膜外観、例えばなじみ性及び塗膜平滑性に優れた塗膜を形成できる。
別の態様において、時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4は、粘度V2に対して50%以下の粘度であり、かつ時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5は、粘度V2に対して55%以上の粘度である。
アクリル樹脂の平均分子量と粘度回復性の指標がこのような範囲となることにより、ウェットオンウェット塗装において、乾燥性を向上させることができ、かつ塗膜外観、例えばなじみ性及び塗膜平滑性に優れた塗膜を形成できる。
別の態様において、時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4は、粘度V2に対して60%以下の粘度であり、かつ時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5は、粘度V2に対して55%以上の粘度である。
アクリル樹脂の平均分子量と粘度回復性の指標がこのような範囲となることにより、ウェットオンウェット塗装において、乾燥性を向上させることができ、かつ塗膜外観、例えばなじみ性及び塗膜平滑性に優れた塗膜を形成できる。
粘度V2が上記の範囲内にあることにより、塗料中に含まれる顔料の沈降や色別れを抑制できる。なお、後述の上塗り塗料組成物についても、同様の範囲が好ましい。
(A−1)アクリル樹脂
本発明における下塗り塗料組成物は塗膜形成樹脂としてアクリル樹脂(A−1)を含む。アクリル樹脂(A−1)が含まれることによって、下塗り塗膜に付着性、耐水性等の良好な塗膜性能が付与される。また、表面形状が平滑な塗膜を形成でき、例えば、優れた表面平滑性を有する塗膜を形成できる。
水酸基含有モノマー(a)としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2,3−ジヒドロキシブチル(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、これら水酸基含有(メタ)アクリレートとε−カプロラクトンとの反応物及びポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等の多価アルコールとアクリル酸又はメタクリル酸とのエステル化物等が挙げられる。更に、上記多価アルコールと、アクリル酸又はメタクリル酸とのモノエステル化物にε−カプロラクトンを開環重合した反応物を用いることもできる。これらの水酸基含有モノマー(a)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なお本明細書において、(メタ)アクリレートは、アクリレート又はメタアクリレートを意味する。
上記他のモノマー(b)のうち、アクリル酸、メタクリル酸、メチル(メタ)アクリレート、エチル(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、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル等が好ましく用いられる。
なお、本発明においては、上記の範囲内に分子量を有するアクリル樹脂を単に用いるのではなく、本発明に係る体質顔料及び粘性調整剤と併用される。この組合せによって、上記範囲内に分子量を有するアクリル樹脂を用いても、塗料の乾燥性を向上することができ、その上、塗膜外観を損なわない。
一方、数平均分子量が3,000未満である場合は、良好な塗膜の乾燥性が得られず、また、得られる複層塗膜の塗膜物性が劣るおそれがあり、数平均分子量が20,000を超える場合は、塗膜の光沢が劣る等良好な塗膜外観が得られないおそれがある。
上記アクリル樹脂(A−1)は、固形分酸価が2〜50mgKOH/gであるのが好ましい。固形分酸価が上記の範囲内にあることにより、所望の塗膜物性が得られる。アクリル樹脂(A−1)の固形分酸価は5〜20mgKOH/gであるのがより好ましい。なお、本明細書中において、樹脂の酸価及び水酸基価は、いずれも固形分換算での値を示し、JIS K 0070に準拠した方法により測定された値である。
本発明における下塗り塗料組成物は塗膜形成樹脂としてポリエステル樹脂(B−1)を含むことができる。下塗り塗料組成物にポリエステル樹脂(B−1)を含むことによって塗装作業性が向上し、得られる塗膜の外観が向上するという利点がある。このようなポリエステル樹脂(B−1)として、一般にポリエステルポリオールと呼ばれる、1分子中に2個以上の水酸基を有するポリエステル樹脂が好適に用いられる。このようなポリエステル樹脂は、多価アルコールと多塩基酸又はその無水物とを重縮合(エステル反応)して調製することができる。
上記ポリエステル樹脂(B−1)は、固形分水酸基価が40〜350mgKOH/gであるのが好ましい。固形分水酸基価が上記の範囲内にあることにより、イソシアネート化合物(D−1)と適切に反応させることができ、所望の塗膜性能が得られる。ポリエステル樹脂(B−1)の固形分水酸基価は40〜300mgKOH/gであるのがより好ましい。
本発明における下塗り塗料組成物は、塗膜形成樹脂としてエポキシ樹脂(C−1)が含まれ得る。下塗り塗料組成物中にエポキシ樹脂(C−1)が含まれることによって、得られる複層塗膜の防食性が向上するという利点がある。エポキシ樹脂(C−1)として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂又はノボラック型エポキシ樹脂の少なくともいずれか一方が含まれるのが好ましい。
(D−1)イソシアネート化合物
本発明における下塗り塗料組成物は、硬化剤としてイソシアネート化合物(D−1)を含む。
イソシアネート化合物(D−1)としては、脂肪族、脂環式、芳香族基含有脂肪族又は芳香族の、ジイソシアネート、ジイソシアネートの二量体、ジイソシアネートの三量体(好ましくはイソシアヌレート型イソシアネート(いわゆるイソシアヌレート))等多官能イソシアネート化合物を用いることができる。このようなイソシアネート化合物はいわゆるアシンメトリー型のものであってもよい。
上記イソシアヌレート型イソシアネートとしては上述したジイソシアネートの三量体を挙げることができる。なお、このようなイソシアネート化合物は、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
(E−1)
本発明における下塗り塗料組成物は、体質顔料(E−1)を含む。
体質顔料としては、例えば、タルク、クレー、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、ケイ酸、ケイ酸塩、酸化アルミニウム水和物、硫酸カルシウム、石膏、雲母状酸化鉄(MIO)、ガラスフレーク、スゾライト・マイカ、クラライト・マイカ等が挙げられる。
ある態様において、体質顔料は、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルクからなる群から選択されるものである。例えば、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、沈降性硫酸バリウム及び表面処理タルク等を用いることができる。このような体質顔料を単独で用いてもよく、組合せて用いてもよい。
体質顔料を、本発明における粘性調整剤と併用することにより、本発明における下塗り塗料組成物の粘度及び粘性挙動、例えば粘度回復性を適切に調整でき、塗料組成物に対して適切なレベリングとタレ性を付与できる。これにより、本発明の方法により形成された複層塗膜は、良好な塗膜外観を有することができる。
これらの着色顔料及び防錆顔料は、それぞれ1種のみが用いられてもよいし、2種以上を併用してもよい。
下塗り塗料組成物においては、防錆顔料を1種以上含むことが好ましい。上記体質顔料と、防錆顔料を併用することにより、得られる複層塗膜の防食性等が更に向上するという利点がある。
(F−1)粘性調整剤
本発明における下塗り塗料組成物は、粘性調整剤(F−1)を含む。本発明における下塗り塗料組成物は、粘性調整剤を用いることで、下塗り塗料組成物にチクソトロピー性を付与できる。また、混層、タレ等による塗膜外観の低下を低減できる。しかし、粘性調整剤のみを単独で用いても乾燥性と塗膜外観を両立させることは困難である。
このため、本発明においては、体質顔料と粘性調整剤とを併用することにより、塗料の高せん断時の粘度を低くし、かつ粘度の回復性を遅くすることが可能となり、塗膜外観の低下を抑制することができる。このような組合せを有することにより、優れた外観を塗膜にもたらすことができる。
また、本発明における塗膜形成樹脂と、体質顔料と、粘性調整剤とを用いることにより、塗料組成物は乾燥性に優れ、かつ得られた塗膜は優れた外観を有することができる。
酸化ポリエチレンとしては、下記の化式に示す酸化ポリエチレンが挙げられる。
例えば、酸化ポリエチレンワックス(酸価が3〜70mgKOH/g)を用いてもよい。
本発明における下塗り塗料組成物は、シランカップリング剤(G−1)を含んでもよい。シランカップリング剤を用いることにより、形成された複層塗膜は、優れた耐衝撃性、密着性を備えることができる。更には、優れた防食性、付着性を備えることができる。
本発明における下塗り塗料組成物は、必要に応じて、上記以外の塗料組成物として公知の各種添加剤を含んでもよい。各種添加剤としては、例えば、タレ止め・沈降防止剤、硬化触媒(有機金属触媒)、色分れ防止剤、分散剤、消泡・ワキ防止剤、増粘剤、粘性調整剤、レベリング剤、ツヤ消し剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、可塑剤、造膜助剤、有機溶剤等を挙げることができる。これらの構成要素の配合量は、本発明の効果を損なわない範囲で、適宜調整される。
このような範囲でアクリル樹脂を含むことにより、ウェットオンウェット塗装により、被塗物上に乾燥性により優れた複層塗膜を形成でき、その上、特化則の対象物質について法的制限を受けない。
なお、本発明において、「塗膜形成樹脂の固形分」は、アクリル樹脂の固形分に加えて、所望により添加されるポリエステル樹脂の固形分、エポキシ樹脂の固形分及びその他の塗膜形成樹脂に含まれ得る樹脂の固形分の合計量を意味する。
本発明においては、これらの数値範囲を適宜組合せることができる。
本発明における上塗り塗料組成物は、塗膜形成樹脂、硬化剤、体質顔料及び粘性調整剤を含み、塗膜形成樹脂は、アクリル樹脂を含み、硬化剤はイソシアネート化合物を含む。
上塗り塗料組成物は、上述した下塗り塗料組成物と同一の塗料組成物であってもよく、用途に応じて、適宜選択できる。
前記時間T1−2から20秒後の時間T2−2における粘度をV2−2とし、時間T2−2において、せん断速度を1,000sec−1とし、
前記時間T2−2から20秒後の時間T3−2における粘度を粘度V3−2とし、時間T3−2においてせん断速度を0.1sec−1とし、
時間T3−2から2秒後の時間T4−2における粘度V4−2は、粘度V2−2に対して70%以下の粘度であり、かつ時間T3−2から30秒後の時間T5−2における粘度V5−2は、粘度V2−2に対して30%以上の粘度である。
本発明においては、塗装後の低いせん断応力下では、高い仕上り性(平滑性)を得るための低粘度によるレベリング性とタレ抑制のための粘度回復性との適したバランスが付与されている。
粘度V2−2が上記の範囲内にあることにより、塗料中に含まれる顔料の沈降や色別れを抑制できる。
ここで、時間T3−2から2秒後の時間T4−2における粘度V4−2は、粘度V2−2に対して40%以下の粘度であり、かつ時間T3−2から30秒後の時間T5−2における粘度V5−2は、粘度V2−2に対して70%以上の粘度であることにより、速乾性の塗料組成物でありながらも、最適なレベリングとタレ性を示すことができる。このような粘度特性を有することで、例えば、産業機械、建設機械等をウェットオンウェット塗装する場合であっても、乾燥性が良好のため混層、なじみ等による塗膜の不具合を伴うことなく、良好な外観を有する複層塗膜を形成することができる。
(A−2)アクリル樹脂
アクリル樹脂(A−2)として具体的には、上記の下塗り塗料組成物のところで述べたアクリル樹脂(A−1)を挙げることができる。
ある態様において、上塗り塗料組成物におけるアクリル樹脂の数平均分子量は3,000〜20,000であり、好ましくは3,500〜15,000であり、例えば、3,500〜12,000である。
アクリル樹脂の数平均分子量がこのような範囲内にあることにより、塗料組成物の乾燥性を向上させるこができる。
なお、本発明においては、このような範囲内に分子量を有するアクリル樹脂を単に用いるのではなく、本発明に係る体質顔料及び粘性調整剤と併用される。この組合せによって、上記範囲内に分子量を有するアクリル樹脂を用いても、塗料の乾燥性を向上することができ、その上、塗膜外観を損なわない。
一方、数平均分子量が3,000未満である場合は、良好な塗膜の乾燥性が得られず、また、得られる複層塗膜の塗膜物性が劣るおそれがあり、数平均分子量が20,000を超える場合は、塗膜の光沢が劣る等良好な塗膜外観が得られないおそれがある。
本発明における上塗り塗料組成物は、塗膜形成樹脂としてポリエステル樹脂(B−2)を含むことができる。ポリエステル樹脂(B−2)として具体的には、上記の下塗り塗料組成物のところで述べたポリエステル樹脂(B−1)を挙げることができる。また、配合量等の条件についても、上記ポリエステル樹脂(B−1)と同様の範囲で使用できる。
(D−2)イソシアネート化合物
本発明における上塗り塗料組成物は、硬化剤としてイソシアネート化合物(D−1)を含む。イソシアネート化合物(D−2)として具体的には、上記した下塗り塗料組成物のところで述べたイソシアネート化合物(D−1)を挙げることができる。配合量等の条件についても、上記イソシアネート化合物(D−1)と同様の範囲で使用できる。
本発明における上塗り塗料組成物は、体質顔料(E−2)を含む。体質顔料(E−2)として具体的には、上記した下塗り塗料組成物のところで述べた体質顔料(E−1)を挙げることができる。配合量等の条件についても、上記体質顔料(E−1)と同様の範囲で使用できる。
本発明における上塗り塗料組成物は、粘性調整剤(F−2)を含む。粘性調整剤(F−2)として具体的には、上記した下塗り塗料組成物のところで述べた粘性調整剤(F−1)を挙げることができる。配合量等の条件についても、上記粘性調整剤(F−1)と同様の範囲で使用できる。
上塗り塗料組成物は更に、下塗り塗料組成物において含まれ得る各種添加剤(例えば、有機溶剤、硬化触媒、タレ止め・沈降防止剤、粘性調整剤、紫外線吸収剤等)を含んでもよい。
A.被塗物
本発明の複層塗膜形成方法における被塗物として、例えば、鉄、亜鉛、錫、銅、チタン、ブリキ、トタン等の金属基材が挙げられる。これらの金属基材は、亜鉛、銅、クロム等のメッキが施されていてもよく、また、クロム酸、リン酸亜鉛又はジルコニウム塩等の表面処理剤を用いた表面処理が施されていてもよい。
<下塗り>
下塗り塗料組成物及び上塗り塗料組成物を塗装する方法は特に限定されず、例えば、浸漬、刷毛、ローラー、ロールコーター、エアースプレー、エアレススプレー、カーテンフローコーター、ローラーカーテンコーター、ダイコーター、静電塗装等の一般に用いられている塗装方法等を挙げることができる。この中でも、エアースプレー、エアレススプレー、カーテンフローコーターが好ましい。これらは被塗物の用途及び形状に応じて適宜選択することができる。
上塗り塗料組成物は、乾燥膜厚が10〜200μmの範囲となる量で塗装するのが好ましく、20〜100μmの範囲となる量で塗装するのがより好ましい。こうして得られた、未乾燥の下塗り塗膜及び未乾燥の上塗り塗膜は、室温(5〜35℃)で1〜10日間放置するか、又は一般的な室温を超える温度(例えば50〜100℃、より好ましくは60〜80℃)で15〜60分間強制乾燥することによって、複層塗膜を得ることができる。
前記アクリル樹脂の数平均分子量が3,000〜20,000であり、
前記塗料組成物は、測定温度25℃において、せん断速度を0.1sec−1とした測定開始時間を時間T1とし、
前記時間T1から20秒後の時間T2における粘度をV2とし、時間T2において、せん断速度を1,000sec−1とし、
前記時間T2から20秒後の時間T3における粘度を粘度V3とし、時間T3においてせん断速度を0.1sec−1とし、
時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4は、粘度V2に対して70%以下の粘度であり、かつ時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5は、粘度V2に対して30%以上の粘度である、塗料組成物である。
更に、塗料組成物における各粘度、時間等についても、上述した下塗り塗料組成物において説明した粘度範囲、時間を挙げることができる。
本発明の複層塗膜形成方法及びウェットオンウェット塗装用の塗料組成物により形成される複層塗膜は、塗料組成物が良好な乾燥性を有することにより、混層、なじみ等による塗膜の不具合を伴うことなく、更に、適切に調整された粘度を有するために、良好な外観を有する。
また、複層塗膜は、良好な防食性付与機能を有する下塗り塗膜及び耐候性付与機能を有する上塗り塗膜によって、優れた防食性、耐候性等の塗膜物性が達成されている。
(製造例1) アクリル樹脂1の製造
窒素導入管、撹拌機、温度調節機、滴下ロート及びデカンターを備えた冷却管を取り付けた1Lの反応容器に酢酸ブチル35部を仕込み、温度を120℃にした。次に、アクリルモノマーとして、スチレン5.0部、メタクリル酸0.3部、メチルメタクリレート61.0部、2−エチルヘキシルメタクリレート17.7部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート18.0部及び反応開始剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート4部を滴下ロートに仕込みモノマー溶液とした。反応容器内を120℃に保持しながら3時間かけてこのモノマー溶液を滴下した。滴下後更に1時間120℃で保持した。得られたアクリル樹脂1は数平均分子量11,000、固形分水酸基価70mgKOH/g、固形分酸価2mgKOH/g、固形分濃度は75%であった。
アクリルモノマーを、スチレン5.0部、メタクリル酸0.8部、メチルメタクリレート58.7部、2−エチルヘキシルメタクリレート17.0部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート18.5部とした以外は製造例1と同様に作製した。得られたアクリル樹脂2は数平均分子量3,200、固形分水酸基価80mgKOH/g、固形分酸価5mgKOH/g、固形分濃度は63%であった。
アクリルモノマーを、スチレン5.0部、メタクリル酸0.8部、メチルメタクリレート46.6部、2−エチルヘキシルメタクリレート10.6部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート37.0部とした以外は製造例1と同様に作製した。得られたアクリル樹脂3は数平均分子量5,000、固形分水酸基価160mgKOH/g、固形分酸価5mgKOH/g、固形分濃度は70%であった。
アクリルモノマーを、スチレン5.0部、メタクリル酸1.5部、メチルメタクリレート59.0部、2−エチルヘキシルメタクリレート18.0部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート16.5部とした以外は製造例1と同様に作製した。得られたアクリル樹脂4は数平均分子量16,000、固形分水酸基価70mgKOH/g、固形分酸価10mgKOH/g、固形分濃度は50%であった。
アクリルモノマーを、スチレン5.0部、メタクリル酸0.3部、メチルメタクリレート64.0部、2−エチルヘキシルメタクリレート19.0部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート11.7部とした以外は製造例1と同様に作製した。得られたアクリル樹脂6は数平均分子量23,000、固形分水酸基価50mgKOH/g、固形分酸価2mgKOH/g、固形分濃度は40%であった。
なお、上記アクリル樹脂2〜6の製造においては、数平均分子量、樹脂粘度等により、反応開始剤量、固形分濃度等を当該技術分野において公知の方法により適宜調整した。
撹拌機、温度調節機、冷却管を備えた2Lの反応容器に、イソフタル酸15.6部、ヘキサヒドロ無水フタル酸21.8部、ネオペンチルグリコール15.2部、トリメチロールプロパン18.0部、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6.1部、カージュラーE10P(ヘキシオン社製 バーサティック酸グリシジルエステル)7.9部、ε−カプロラクトン15.4部を仕込み、昇温した。反応により生成する水を除去しながら縮合反応を進めた。昇温開始より約2時間をかけて温度を190℃にし、カルボン酸相当の酸価が8になるまで撹拌と脱水を継続し、反応を終了した。更に酢酸ブチル16部を加えた。得られたポリエステル樹脂1は数平均分子量1,500、固形分水酸基価230mgKOH/g、固形分酸価8mgKOH/g、固形分濃度は80%であった。
分散容器に、アクリル樹脂1(水酸基価=70、数平均分子量=11,000)を55部、体質顔料として重質炭酸カルシウムスーパー#2000(丸尾カルシウム社製)を11部、着色顔料としてTAROX合成酸化鉄LL−XLO(チタン工業社製)を9部、分散剤としてBYK−161(ビックケミー・ジャパン社製)を1部、表面調整剤としてBYK−392(ビックケミー・ジャパン社製)を1部、及び溶剤として酢酸ブチルを19部、を添加し、ガラスビーズを入れて分散し、粒度が10μm以下になるまで分散を行った。その後、粘性調整剤1としてディスパロンPF−911(酸化ポリエチレン系、楠本化成社製)3部を添加し、撹拌を行った。
その後、塗膜形成樹脂であるアクリル樹脂に含まれる水酸基の総数と、イソシアネート基との比率が1:1になるように、イソシアヌレート型のイソシアネート化合物としてスミジュール3300(固形分濃度100質量%、HDIのイソシアヌレート体(3量体)、日本ポリウレタン社製)の酢酸ブチル溶液(固形分濃度50%)11部を加えて攪拌を行い、下塗り塗料組成物1を得た(下記表1A参照)。
各成分の量を、下記表1Aに示す量に変更したこと以外は製造例1と同様にして、下塗り塗料組成物2〜16を製造した。
なお、下記表1に示すアクリル樹脂5は、アクリディックA−859B(固形分濃度75質量%、固形分水酸基価130mgKOH/g、数平均分子量2,100、DIC社製)である。エポキシ樹脂1は、jER#828(エポキシ当量189g/eq、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、三菱化学社製)である。シランカップリング剤は、KBM−403(信越化学工業社製)である。体質顔料である沈降性硫酸バリウムは、バリエースB−34(堺化学工業社製)である。粘性調整剤2は、ディスパロンNS−5025(ポリアマイド系、楠本化成社製)である。
各成分の量を、下記表1Bに示す量に変更したこと以外は、下塗り塗料組成物の製造例と同様にして、上塗り塗料組成物を製造した。
複層塗膜の形成
大きさ0.8×70×150mmのJIS G 3141(SPCC−SB)冷間圧延鋼板を、キシレンで脱脂した。次いで、下塗り塗料組成物の製造例1で得られた下塗り塗料組成物1を、40μmの乾燥膜厚になるようにエアレススプレーを用いて塗装して未乾燥の下塗り塗膜を形成した。
続けて、室温で3分のインターバルを置いて、下塗り塗膜が未乾燥の状態で、製造例で得られた上塗り塗料組成物1を、40μmの乾燥膜厚になるようにエアレススプレーを用いてウェットオンウェット塗装をして未乾燥の上塗り塗膜を形成した。
10分間室温で放置した後、80℃で30分間乾燥させて(強制乾燥)、所定の乾燥膜厚の複層塗膜を得た。乾燥膜厚は80μmの複層塗膜を得た(表2A参照)。
なお、下塗り塗料組成物及び上塗り塗料組成物は、予めNK−2カップで60秒(25℃)となるように酢酸ブチルで希釈し、試験に供した。
各実施例及び比較例に対応する、表2Aに示す処方の下塗り塗料組成物及び上塗り塗料組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして複層塗膜を得た。
上記実施例及び比較例の複層塗膜について、下記評価を行った。実施例および比較例に関する各結果を、表2Aおよび表2Bに示す。
粘度回復性
各実施例及び比較例における下塗り塗料組成物について、粘弾性測定装置MCR−300(治具:パラレルプレートCP50、Anton Paar社製)を用いて粘度を測定し、以下に示す指標で粘度回復性を評価した。測定条件は、以下のとおりである。また、上塗り塗料組成物についても、下塗り塗料組成物と同様にして粘度を測定し評価した。
測定開始時間T1における粘度V1とした。
次に、前記測定開始時間T1から20秒後(時間T2)の粘度を低せん断時の粘度(V2)とした。それと同時に、前記時間T2において、せん断速度を1,000sec−1に切替えた。
更に、前記時間T2から20秒後(時間T3)の粘度を高せん断時の粘度(V3)とした。それと同時に、前記時間T3において、再度せん断速度を0.1sec−1に切替えた。
次いで、時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4を測定し、時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5を測定した。
得られた各種データに基づき、時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4を測定し、時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5を測定し、粘度回復性の指標とした。
得られた結果を表2Aおよび2Bに示す。
下塗り塗料組成物、上塗り塗料組成物それぞれの乾燥性を、下記基準により評価した。△以上を合格とした。
○:塗装終了から5分後、指触し、指に塗料が全く付着しない。
○△:塗装終了から10分後、指触し、指に塗料が全く付着しない。
△:塗装終了から15分後、指触し、指に塗料が全く付着しない。
△×:塗装終了から30分後、指触し、指に塗料が全く付着しない。
×:塗装終了から30分後に指触すると、指に塗料が付着する。
上塗り塗料組成物を塗装した直後の未乾燥の複層塗膜外観を、下記基準に基づき、目視で評価した。なお、塗膜外観(タレ性)評価のための複層塗膜は、前記冷間圧延鋼板を地面に対して垂直に立てて設置し、その状態で下塗り塗料組成物及び上塗り塗料組成物を所定の乾燥膜厚となるように塗装して形成した。
○:タレが見られず、良好な外観である。
△:一部にタレが見られる。
×:全面にタレが見られる。
得られた複層塗膜の光沢値(60°光沢値)を、多角度光沢計GS−4K(スガ試験機社製)により測定し、下記基準に基づき評価した。
◎:光沢保持率が85%以上
○:光沢保持率が80%以上85%未満
△:光沢保持率が50%以上80%未満
×:光沢保持率が50%未満
複層塗膜外観の平滑性は、wave scan T(BYK Gardner社製)を用いて塗膜表面の仕上がり外観を評価した。
wave scan(ウェーブスキャン)は、測定機から出るレーザー光を塗面に当てて反射光の強度を逐一検出器によって検出し、反射光の強度により肉眼での観察に近い塗膜表面の光学的凹凸を観察できる。測定波長として、長波長側の評価値と、短波長側の評価値を測定できる。
より詳細には、各うねり波長W1〜W4におけるうねりの強度を測定することにより、平滑性を評価できる。ここで、各うねり波長W1〜W4におけるうねりの強度は、レーザービームを試料表面に照射しながら走査し、その反射ビームの強度(拡散、集光)をセンサーで検出、解析し数値化したものである。評価数値が小さい程、各うねり波長W1〜W4に対応するうねりが少なく、試料表面が平滑であることを表す。例えば、被塗物が建設機械又は産業機械である場合、波長W2及び/又は波長W3にて評価できる。
各うねり波長及びうねりの強度の基準強度値を以下に示す。いずれにおいても、数値が小さいほど平滑性が高い。
うねり波長W1(波長2.4mm以上 ):基準強度値22
うねり波長W2(波長0.8mm以上 2.4mm未満):基準強度値40
うねり波長W3(波長0.32mm以上0.8mm未満):基準強度値35
うねり波長W4(波長0.32mm未満 ):基準強度値20
○(極めて良好):W2の数値が25以下であり、かつW3の数値が20以下である。
△(良好):W2の数値が26以上40以下であるか、又はW3の数値が21以上35以下である。
△×(不良):W2の数値が41超であるか、又はW3の数値が36超である。
×(極めて不良):W2の数値が41超であり、かつW3の数値が36超である。
得られた複層塗膜に、基材に達するようにカッターナイフで長さ10cmのクロスカット傷を入れた。JIS K 5600−7−1(JIS Z 2371)記載の耐中性塩水噴霧性試験法に従い、塩水噴霧試験機ST-11L(スガ試験機社製)で240時間、塩水噴霧試験を実施した。その後、クロスカット部からの錆及びフクレの発生を、下記基準に基づき、目視で評価した。
○:発生した錆又はフクレの最大幅がクロスカット部より2mm未満
△:発生した錆又はフクレの最大幅がクロスカット部より2mm以上4mm未満
×:発生した錆又はフクレの最大幅がクロスカット部より4mm以上
防錆性を評価した塗板をクロスカットに沿ってセロハン粘着テープを貼り、それを剥がし、クロスカットからの剥離幅を測定し、下記基準に基づき評価した。○△以上を合格とした。
○:剥離幅が1mm以内
○△:剥離幅が1mmを超え、3mm以内
△:剥離幅が3mmを超え、5mm以内
×:剥離幅が5mmを超える
JIS K 5600−7−7記載のキセノンランプ法に従い、スーパーキセノンウェザーメーターSX2−75(スガ試験機社製)で促進耐候性試験を実施した。試験時間500時間後の塗膜の60°光沢値を、多角度光沢計GS-4K(スガ試験機社製)により測定し、試験前の60°光沢値に対する変化率(光沢保持率)を、下記基準に基づき評価した。
○:光沢保持率が80%以上
△:光沢保持率が50%以上80%未満
×:光沢保持率が50%未満
比較例2においては、下塗り塗料組成物に含まれるアクリル樹脂の数平均分子量が、本発明の範囲を大きく上回るため、光沢が乏しく、また、なじみ性が悪く、平滑性に乏しい塗膜が得られた。
比較例3においては、下塗り塗料組成物の時間T4における粘度V4が本発明の範囲を超過しており、光沢が乏しく、また、なじみ性が悪く、平滑性に乏しい塗膜が得られた。
比較例4においては、下塗り塗料組成物が体質顔料を含まないため、光沢が乏しく、また、なじみ性が悪く、平滑性に乏しい塗膜が得られた。また、二次密着性についても剥離幅が大きいという問題を有している。
比較例5においては、下塗り塗料組成物が粘性調整剤を含まないため、粘度が立ち上がらず、タレル傾向があった。また、目視外観が極めて悪く、さらに、光沢が乏しく、また、なじみ性が悪く、平滑性に乏しい塗膜が得られた。さらに、耐候性も不十分であった。
また、本発明によるウェットオンウェット塗装用の塗料組成物は、優れた速乾性及び塗膜外観を有する複層塗膜を形成でき、作業者の安全、健康面を考慮し、特化則の対象物質について法的制限を受けない複層塗膜を形成できる。
Claims (11)
- 被塗物上に、下塗り塗料組成物を塗装して、未乾燥の下塗り塗膜を形成する、下塗り塗膜形成工程、
得られた未乾燥の下塗り塗膜の上に、上塗り塗料組成物を、ウェットオンウェットで塗装し、未乾燥の上塗り塗膜を形成する、上塗り塗膜形成工程、及び
得られた未乾燥の下塗り塗膜及び未乾燥の上塗り塗膜を同時に乾燥させて複層塗膜を形成する、乾燥工程、を包含する、複層塗膜形成方法であって、
前記下塗り塗料組成物が、アクリル樹脂を含む塗膜形成樹脂、イソシアネート化合物を含む硬化剤、体質顔料及び粘性調整剤を含んでおり、
前記上塗り塗料組成物が、アクリル樹脂を含む塗膜形成樹脂、イソシアネート化合物を含む硬化剤、体質顔料及び粘性調整剤を含んでおり、
前記下塗り塗料組成物におけるアクリル樹脂の数平均分子量が3,000〜20,000であり、
前記下塗り塗料組成物は、測定温度25℃において、せん断速度を0.1sec−1とした測定開始時間を時間T1とし、
前記時間T1から20秒後の時間T2における粘度をV2とし、時間T2において、せん断速度を1,000sec−1とし、
前記時間T2から20秒後の時間T3における粘度を粘度V3とし、時間T3においてせん断速度を0.1sec−1とし、
時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4は、粘度V2に対して70%以下の粘度であり、かつ時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5は、粘度V2に対して30%以上の粘度である、複層塗膜形成方法。 - 前記下塗り塗料組成物におけるアクリル樹脂の固形分水酸基価が50〜250である、請求項1に記載の複層塗膜形成方法。
- 前記下塗り塗料組成物に含まれる塗膜形成樹脂が、更にポリエステル樹脂及びエポキシ樹脂の少なくとも1を含む、請求項1又は2に記載の複層塗膜形成方法。
- 前記下塗り塗料組成物に含まれる塗膜形成樹脂が、更にシランカップリング剤を含む、請求項1から3のいずれか1項に記載の複層塗膜形成方法。
- 前記上塗り塗料組成物におけるアクリル樹脂の数平均分子量が3,000〜20,000である、請求項1から4のいずれか1項に記載の複層塗膜形成方法。
- 前記上塗り塗料組成物に含まれる塗膜形成樹脂が、更にポリエステル樹脂を含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の複層塗膜形成方法。
- 前記体質顔料が炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルクからなる群から選択される少なくとも1である、請求項1から6のいずれか1項に記載の複層塗膜形成方法。
- 前記粘性調整剤が、ポリオレフィン系粘性調整剤、ポリアマイド系粘性調整剤、有機ベントナイト系粘性調整剤、架橋樹脂粒子及び非架橋樹脂粒子からなる群から選択される少なくとも1である、請求項1から7のいずれか1項に記載の複層塗膜形成方法。
- 前記被塗物が建設機械又は産業機械である、請求項1から8のいずれか1項に記載の複層塗膜形成方法。
- ウェットオンウェット塗装用の塗料組成物であって、
前記塗料組成物は、アクリル樹脂を含む塗膜形成樹脂、イソシアネート化合物を含む硬化剤、体質顔料及び粘性調整剤を含んでおり、
前記アクリル樹脂の数平均分子量が3,000〜20,000であり、
前記塗料組成物は、測定温度25℃において、せん断速度を0.1sec−1とした測定開始時間を時間T1とし、
前記時間T1から20秒後の時間T2における粘度をV2とし、時間T2において、せん断速度を1,000sec−1とし、
前記時間T2から20秒後の時間T3における粘度を粘度V3とし、時間T3においてせん断速度を0.1sec−1とし、
時間T3から2秒後の時間T4における粘度V4は、粘度V2に対して70%以下の粘度であり、かつ時間T3から30秒後の時間T5における粘度V5は、粘度V2に対して30%以上の粘度である、塗料組成物。 - 前記粘性調整剤が、ポリオレフィン系粘性調整剤、ポリアマイド系粘性調整剤、有機ベントナイト系粘性調整剤、架橋樹脂粒子及び非架橋樹脂粒子からなる群から選択される少なくとも1である、請求項10に記載の塗料組成物。
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