JP6245111B2 - ガラス用コーティング剤、ガラスのコーティング方法及びガラス積層体 - Google Patents

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本発明は、ガラス製品の外面にコーティングし、ガラス製品外面に十分な滑性を付与し、しかも耐磨耗性、耐水性にも優れるコーティング剤、及びガラス製品にこのコーティング剤をコーティングする方法、ならびにこのコーティング剤を外面にコーティングしたガラス積層体に関する。
ガラス容器などのガラス製品は、滑性を付与させる為に、成形直後の高温のガラス容器外面にホットエンドコーティングと言われる金属酸化物(酸化スズ、酸化チタン等)をコーティングし、さらにコールドエンドコーティングと言われるポリエチレン樹脂等のコーティングが行われている。しかし、金属酸化物コーティング皮膜と樹脂コーティング皮膜との密着不足や、樹脂コーティング皮膜の磨耗により、搬送ラインにおけるガイド汚れや、ガラス容器の滑性低下等をが問題となっている。
一方、近年のガラス容器製造ライン、食品メーカー等のガラス容器ユーザーにおける充填ラインの高速化に伴い、ガラス容器に施されたコールドエンドコーティングの磨耗やガラス容器表面からの磨耗・脱落に起因する搬送ラインの汚染の問題が顕在化してきた。
これらの課題を解決するため、ポリエチレンワックスとシランカップリング剤とを含有するコールドエンドコーティング剤の開発も行われており(特許文献1参照)、一定の成果が得られているが、ガラス容器ユーザーでのラインの更なる高速化に伴い、更に磨耗や脱落をし難いコーティングを可能にするコールドエンドコーティング剤が求められている。
従来、コールドエンドコーティング剤以外に、ガラス製品のコーティング剤として、樹脂とシランカップリング剤とを含む組成物が刊行物に記載されている(特許文献2、3)。しかしながら、同記載によれば、それらのコーティング剤によりガラス瓶等の表面にコーティングを施した場合、その表面滑り角は20°以上と大きい、すなわち滑性が悪いことが示されている。また、同文献に記載されたコーティング剤の具体例としては、樹脂としてポリウレタン樹脂エマルジョンまたはメタクリル酸とエチレンとの共重合体(ケミパールS−100(登録商標))を用いたものが記載されるに止まる。
また、α−オレフィンと無水マレイン酸との共重合体やその部分エステル体を分散安定剤として含む塗工用吸水性樹脂分散体(特許文献4)や該樹脂からなる顔料分散剤(特許文献5)、該樹脂の水性分散対の存在下、顔料を分散させた水性インキ(特許文献6,7)が知られている。しかし、これらの分散体や分散剤、水性インキは、基材、特にガラス製品に強固に接着したコーティングを形成することを目的としたものではない。
特許文献8には、無水マレイン酸/α―オレフィン共重合体と、酸化ポリエチレンと、セルロース又はセルロース誘導体からなるコーティング剤が開示されているが、金属酸化物コーティング被膜と樹脂コーティング被膜の密着不足、樹脂コーティング被膜の耐摩耗性不足により、搬送ラインガイドなどに樹脂が転写・付着し、ガイド汚れ、ガラス容器の滑性低下などを起こすという課題があった。
特開2002−241145号公報 特開昭57−145466号公報 特開昭57−3869号公報 特開平4−255704号公報 特開平1−261474号公報 特開2004−91519号公報 特開2002−91520号公報 特開2012−224824号公報
本発明の目的は、ガラス製品の外面にコーティングし、ガラス製品外面に十分な滑性を付与し、しかも耐磨耗性、耐水性にも優れるガラス用コーティング剤を提供することである。本発明の更なる目的は、本発明のガラス用コーティング剤をガラス製品の外面にコーティングすることで、ガラス製品表面の傷付き防止機能を発現し、かつガラス製品表面のコーティングの磨耗・脱落に起因する搬送ライン、特にコンベアガイドの汚染を防止できるガラス製品を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記諸問題点を考慮し解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。
すなわち、本発明は、ポリウレタン系樹脂(A)と、カルボジイミド系樹脂(B)と、ワックス状樹脂(C)とを含有するガラス用コーティング剤に関する。
さらに、本発明は、
ガラス用コーティング剤全不揮発分中、
ポリウレタン系樹脂(A)が0.5〜90重量%、
カルボジイミド系樹脂(B)が0.5〜90重量%、
ワックス状樹脂(C)が0.5〜30重量%、
であることを特徴とする上記ガラス用コーティング剤に関する。
さらに、本発明は、ポリウレタン系樹脂(A)が、カルボキシル基を有するポリウレタン樹脂(a)を含有することを特徴とする上記ガラス用コーティング剤に関する。
さらに、本発明は、ポリウレタン系樹脂(A)が、ポリエーテルポリオール(p1)、ポリエステルポリオール(p2)およびポリカーボネートポリオール(p3)からなる群より選択される1種以上の化合物を原料とすることを特徴とする上記ガラス用コーティング剤に関する。
さらに、本発明は、カルボジイミド系樹脂(B)が、アルキレンオキサイド鎖を有するカルボジイミド系樹脂(b)を含有することを特徴とする上記ガラス用コーティング剤に関する。
さらに、本発明は、アルキレンオキサイド鎖を有するカルボジイミド系樹脂(b)が、エチレンオキサイド鎖を有するカルボジイミド系樹脂(b1)を含有することを特徴とする上記ガラス用コーティング剤に関する。
さらに、本発明は、ワックス状樹脂(C)が、ポリオレフィンワックス(c1)、エステルワックス(c2)およびアミドワックス(c3)からなる群より選択される1種以上のワックスであることを特徴とする上記ガラス用コーティング剤に関する。
さらに、本発明は、更にシラン化合物(D)を含有することを特徴とする上記ガラス用コーティング剤に関する。
さらに、本発明は、更に、表面改質剤(E)を含有することを特徴とする上記ガラス用コーティング剤に関する。
さらに、本発明は、ガラス基材(X)と、上記ガラス用コーティング剤から形成されるコーティング層(Y)とからなるガラス積層体に関する。
さらに、本発明は、コーティング層(Y)の厚さが、0.01〜30μmであることを特徴とする上記ガラス積層体に関する。
さらに、本発明は、ガラス基材(X)の端面が、曲面または平面形状であることを特徴とする上記ガラスの積層体に関する。
本発明により、ガラス製品外面に十分な滑性を付与し、しかも耐磨耗性、耐水性にも優れる水性コーティング剤が提供でき、更には、該水性コーティング剤により表面処理を施したガラス製品は、その製造ラインやユーザーサイド(食品工場等)でコンベアガイド等の搬送ラインを汚染することがないという特徴を有する。
本発明のガラス用コーティング剤は、ポリウレタン系樹脂(A)と、カルボジイミド系樹脂(B)と、ワックス状樹脂(C)と、を必須成分として含有したものである。
本発明のガラス用コーティング剤は、ポリウレタン系樹脂(A)、カルボジイミド系樹脂(B)、及びワックス状樹脂(C)を必須として含有することにより、コーティング剤として使用した場合には、ガラス製品外面に十分な滑性を付与することで、傷付き防止機能等の耐擦傷性、さらには耐水性にも優れるコーティング層を形成することが可能となる。また、高密着性を維持するため、コーティング後の磨耗・脱落に起因する耐磨耗性が良好となり、搬送ライン、特にコンベアガイドの汚染を防止することが可能となる。
また、本発明のガラス積層体とは、板ガラス、ガラス瓶、ガラス製の食器や花瓶等、ガラスを原料とした硝子製品の全てを含む。
以下、ガラス用コーティング剤の構成成分について具体的に説明する。
<ポリウレタン系樹脂(A)>
本発明のポリウレタン系樹脂(A)は、カルボキシル基含有ポリウレタン樹脂(a)が好ましく使用され、アンモニアやアルカリ金属等を含有し、必要に応じて、後述の界面活性剤(S)を加えて水に分散した水性分散体(ac)として使用される。水性分散体(ac)の不揮発成分は1〜70重量%であることが好ましい。不揮発成分が1重量%以上であると、ポリウレタン樹脂(a)の分散粒子がコーティングした際に、隙間無く融着しやすくなるため、均一なコーティング層を形成することが可能となる。70重量%以下であると、コーティングに最適な粘度を確保することが可能となる。
また、水性分散体(ac)に含有されるポリウレタン樹脂(a)の平均粒子径は0.01〜20.0μmの範囲であることが好ましい。平均粒子径が0.01μm以上であると、コーティング剤として使用した場合に、コーティング層が均一となり、十分な滑性を付与することが可能となる。また、20.0μm以下であると、分散安定化が図られ、水分散体を長期保存しても問題無く使用が可能となる。
カルボキシル基含有ポリウレタン樹脂(a)は、極性基であるカルボキシル基を多く持つので、ガラス面及びガラス面に施した金属酸化物膜との密着性が良くなる。また、ポリウレタン樹脂(a)は融点が低いので、ガラス容器のコーティング剤として使用した際にコールドエンド(徐冷炉の出口付近)におけるガラス温度でも溶融しやすく、ガラス面またはガラス面に施された酸化金属膜上に広い接着面積で熱融着する。このためポリウレタン樹脂(a)被膜は剥がれ難く、搬送ラインのガイドを汚したり、滑性低下を防止する効果を有する。
ポリウレタン系樹脂(A)としては、ポリオール類(P)とポリイソシアネート類(Q)とを反応させて得られる樹脂であり、その構造中の少なくとも一部にウレタン結合構造を有し、側鎖、あるいは末端にカルボキシル基を有する樹脂である。さらに、ポリオール類(P)とポリイソシアネート類(Q)との反応で末端がイソシアネート基である樹脂(このポリオール類(P)とポリイソシアネート類(Q)とを反応させて得られる樹脂をウレタンプレポリマーと称する場合がある)とし、重合反応を制御したり、鎖延長反応によりウレア結合構造を導入したりするため、アミノ化合物類(R)を使用することも可能である。鎖延長反応により、ウレア結合構造を導入したポリウレタンウレア樹脂もポリウレタン系樹脂(A)に含まれる。
本発明のポリウレタン系樹脂(A)の構成成分であるポリオール類(P)としては、重合度2以上の繰り返し単位を有する数平均分子量(Mn)500〜50,000の高分子量のポリオール類とこれらの出発成分でもある多官能アルコール類(p4)に分類され、高分子量のポリオールとしては、ポリエーテルポリオール類(p1)、ポリエステルポリオール類(p2)およびポリカーボネートポリオール類(p3)が挙げられ、好ましく用いることができる。
多官能アルコール類(p4)は、少なくとも1個のイオン性官能基を含有する多官能アルコール類(p4−1)とイオン性官能基を有しない多官能アルコール類(p4−2)に大別できる。イオン性官能基を含有するアルコール類(p4−1)におけるイオン性基としては、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基、第1〜3級アミノ基、第4級アンモニウム基、ホスホニウム基、及び第4級スルホニウム基などが挙げられ、本発明のポリウレタン系樹脂(A)を水性化したり、合成時の反応速度を速めたりすることが可能となる。しかしながら、リン酸基やスルホン酸基を有すると、コーティング塗膜の耐水性が低下し、第1〜3級アミノ基、第4級アンモニウム基、ホスホニウム基、あるいは第4級スルホニウム基を有すると、コーティング塗膜の密着性が低下し、いずれも実用上問題があるため、カルボキシル基を有することが好ましい。このように、イオン性官能基を含有するアルコール類(p4−1)は、カルボキシル基含有多官能アルコール類(p4−1−1)とカルボキシル基以外のイオン性基含有多官能アルコール類(p4−1−1)に大別でき、カルボキシル基含有多官能アルコール類(p4−1−1)を使用することが好ましい。
また、ガラス基材への接着性、耐擦傷性、あるいは耐水性等のバランスを取るためには、一般に化学構造の異なる2種類以上を併用したり、それらの分子量を適宜選択する必要がある。ウレタン系樹脂(A)の水性化において、ポリエチレングリコールを併用すると水溶化が容易になり安定な分散体得られるが、ポリエチレングリコ−ル等の後述のポリエーテルポリオール(b1)が挙げられるが、これのみを用いると水性分散体(ad)の粘度が極めて高くなったり、塗膜の耐水性、耐ボイル性が低下する。
カルボキシル基含有多官能アルコール類(p4−1−1)としては、例えば、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、2,2−ジメチロール酢酸、2,2−ジメチロール酪酸、2,2−ジメチロールペンタン酸、ジヒドロキシプロピオン酸等のジメチロールアルカン酸、ジヒドロキシコハク酸、ジヒドロキシ安息香酸が挙げられる。特に、反応性、溶解性点からはジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、2,2−ジメチロール酪酸が好ましい。少なくとも1個のカルボキシル基を含有するポリオールは、本発明のポリウレタン系樹脂(A)を水性化したり、合成時の反応速度を速めたりする点、更には、成膜性を向上させる等の点でも好適に使用される。上記のカルボキシル基含有多官能アルコール類(p4−1−1)を使用することによって、カルボキシル基含有ポリウレタン樹脂(a)を形成することができる。カルボキシル基含有ポリウレタン樹脂(a)におけるカルボキシル基含有多官能アルコール類(p4−1−1)の含有量としては、水性化能を上げ、かつ粒径が小さい水性分散体とする観点から、カルボキシル基含有ポリオール(p4−1)全量中、カルボキシル基含有多官能アルコール類(p4−1−1)を3〜50重量%の範囲が好ましい。この範囲であると、コーティング剤が高粘度とはならず、コーティング後のガラス密着性に優れ、耐水性の良好な塗膜となる。これらカルボキシル基含有多官能アルコール類(p4−1−1)を用いると自己乳化性のウレタン系樹脂が得られる。
イオン性官能基を有しない多官能アルコール類(p4−2)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、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ブチレングリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、3,3’−ジメチロールヘプタン、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、ポリオキシエチレングリコール(付加モル数10以下)、ポリオキシプロピレングリコール(付加モル数10以下)、プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−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、1,9−ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、オクタンジオール、ブチルエチルペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、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、シクロペンタジエンジメタノール、ダイマージオール等の脂肪族あるいは脂環族ジオール類;
例えば、1,3−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,2−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,4−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、4,4’−メチレンジフェノール、4,4’−(2−ノルボルニリデン)ジフェノール、4,4’−ジヒドロキシビフェノール、o−,m−,及びp−ジヒドロキシベンゼン、4,4’−イソプロピリデンフェノール、あるいはビスフェノールAやビスフェノールF等のビスフェノール類にエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加させてなるビスフェノール類等の芳香族ジオール類;
例えば、1,1,1−トリメチロールブタン、1,1,1−トリメチロールペンタン、1,1,1−トリメチロールヘキサン、1,1,1−トリメチロールヘプタン、1,1,1−トリメチロールオクタン、1,1,1−トリメチロールノナン、1,1,1−トリメチロールデカン、1,1,1−トリメチロールウンデカン、1,1,1−トリメチロールドデカン、1,1,1−トリメチロールトリデカン、1,1,1−トリメチロールテトラデカン、1,1,1−トリメチロールペンタデカン、1,1,1−トリメチロールヘキサデカン、1,1,1−トリメチロールヘプタデカン、1,1,1−トリメチロールオクタデカン、1,1,1−トリメチロールナノデカン、1,1,1−トリメチロール−sec−ブタン、1,1,1−トリメチロール−tert−ペンタン、1,1,1−トリメチロール−tert−ノナン、1,1,1−トリメチロール−tert−トリデカン、1,1,1−トリメチロール−tert−ヘプタデカン、1,1,1−トリメチロール−2−メチル−ヘキサン、1,1,1−トリメチロール−3−メチル−ヘキサン、1,1,1−トリメチロール−2−エチル−ヘキサン、1,1,1−トリメチロール−3−エチル−ヘキサン、1,1,1−トリメチロールイソヘプタデカンなどのトリメチロール分岐アルカン類、トリメチロールブテン、トリメチロールヘプテン、トリメチロールペンテン、トリメチロールヘキセン、トリメチロールヘプテン、トリメチロールオクテン、トリメチロールデセン、トリメチロールドデセン、トリメチロールトリデセン、トリメチロールペンタデセン、トリメチロールヘキサデセン、トリメトロールヘプタデセン、トリメチロールオクタデセン、1,2,6−ブタントリオール、1,2,4−ブタントリオール、グリセリン等の3官能トリオール類;
さらには、例えば、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ソルビトール等の4官能以上のアルコール類を挙げることができ、それぞれを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の片末端が封鎖されているグリコールも多官能アルコール類(p4)に分類される。
ポリエーテルポリオール類(p1)としては、公知のポリエーテルポリオールを用いることができる。例えば、上記、多官能アルコール類(p4)のうち、プロピレンオキサイド、テトラヒドロフラン、エチレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドの重合体、共重合体、及びグラフト共重合体;
ヘキサンジオール、メチルヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール若しくはこれらの混合物の縮合によるポリエーテルポリオール類などの水酸基が2個以上のものを用いることができる。更にビスフェノールAやビスフェノールF等のビスフェノール類にエチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加させたグリコール類を使用することができる。
また、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル等の片末端がアルキル基で封鎖されたポリオールもポリエーテルポリオール類(p1)として分類される。
ポリエステルポリオール類(p2)としては、公知のポリエステルポリオールを用いることができる。ポリエステルポリオールとしては、例えば、上記、多官能アルコール類(p4)ポリカルボン酸類とが縮合反応したポリエステルポリオールがある。ポリカルボン酸類としては、脂肪族系、脂環族系、及び芳香族系が挙げられ、それぞれ特に制限が無く使用できる。脂肪族系多塩基酸としては、より具体的には、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、スベリン酸、マレイン酸、クロロマレイン酸、フマル酸、ドデカン二酸、ピメリン酸、シトラコン酸、グルタル酸、イタコン酸、無水コハク酸、無水マレイン酸等が挙げられ、これらの脂肪族ジカルボン酸及びその無水物が利用できる。又、無水コハク酸の誘導体(メチル無水コハク酸物、2,2−ジメチル無水コハク酸、ブチル無水コハク酸、イソブチル無水コハク酸、ヘキシル無水コハク酸、オクチル無水コハク酸、ドデセニル無水コハク酸、フェニル無水コハク酸等)、無水グルタル酸の誘導体(無水グルタル酸、3−アリル無水グルタル酸、2,4−ジメチル無水グルタル酸、2,4−ジエチル無水グルタル酸、ブチル無水グルタル酸、ヘキシル無水グルタル酸等)、無水マレイン酸の誘導体(2−メチル無水マレイン酸、2,3−ジメチル無水マレイン酸、ブチル無水マレイン酸、ペンチル無水マレイン酸、ヘキシル無水マレイン酸、オクチル無水マレイン酸、デシル無水マレイン酸、ドデシル無水マレイン酸、2,3−ジクロロ無水マレイン酸、フェニル無水マレイン酸、2,3−ジフェニル無水マレイン酸等)等の無水物誘導体も利用できる。.
脂環族系多塩基酸としては、より具体的には、例えば、脂環族ジカルボン酸としては、例えば、ダイマー酸、シクロプロパン−1α,2α−ジカルボン酸、シクロプロパン−1α,2β−ジカルボン酸、シクロプロパン−1β,2α−ジカルボン酸、シクロブタン−1,2−ジカルボン酸、シクロブタン−1α,2β−ジカルボン酸、シクロブタン−1α,3β−ジカルボン酸、シクロブタン−1α,3α−ジカルボン酸、(1R)−シクロペンタン−1β,2α−ジカルボン酸、trans−シクロペンタン−1,3−ジカルボン酸、(1β,2β)−シクロペンタン−1,3−ジカルボン酸、(1β,3β)−シクロペンタン−1,3−ジカルボン酸、(1S,2S)−1,2−シクロペンタンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,1−シクロヘプタンジカルボン酸、クバン−1,4−ジカルボン酸、2,3−ノルボルナンジカルボン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸等の飽和脂環属ジカルボン酸や、1−シクロブテン−1,2−ジカルボン酸、3−シクロブテン−1,2−ジカルボン酸、1−シクロペンテン−1,2−ジカルボン酸、4−シクロペンテン−1,3−ジカルボン酸、1−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、2−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、4−シクロヘキセン−1,3−ジカルボン酸、2,5−ヘキサジエン−1α,4α−ジカルボン酸等の環内に不飽和二重結合が1もしくは2個有した不飽和脂環族ジカルボン酸が挙げられ、これらの脂環族ジカルボン酸及びその無水物等が利用できる。
また、ヘキサヒドロ無水フタル酸の誘導体(3−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸、4−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸)、テトラヒドロ無水フタル酸の誘導体(1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸、3−メチル−1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸、4−メチル−1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸、メチルブテニル−1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸等)等の水素添化した無水フタル酸誘導体も脂環族ジカルボン酸無水物として利用できる。
芳香族系多塩基酸としては、より具体的には、例えば、芳香族ジカルボン酸としては、例えば、o−フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、2,5−ジメチルテレフタル酸、2,2'−ビフェニルジカルボン酸、4,4−ビフェニルジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ノルボルネンジカルボン酸、ジフェニルメタン−4,4´−ジカルボン酸、フェニルインダンジカルボン酸、1,2−アズレンジカルボン酸、1,3−アズレンジカルボン酸、4,5−アズレンジカルボン酸、(−)−1,3−アセナフテンジカルボン酸、1,4−アントラセンジカルボン酸、1,5−アントラセンジカルボン酸、1,8−アントラセンジカルボン酸、2,3−アントラセンジカルボン酸、1,2−フェナントレンジカルボン酸、4,5−フェナントレンジカルボン酸、3,9−ペリレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸や、無水フタル酸、4−メチル無水フタル酸等の芳香族ジカルボン酸無水物が挙げられ、これらの芳香族ジカルボン酸及びその無水物等が利用できる。
さらに、無水クロレンド酸、無水ヘット酸、ビフェニルジカルボン酸無水物、無水ハイミック酸、エンドメチレン−1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸、メチル−3,6−エンドメチレン−1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物、1−シクロペンテン−1,2−ジカルボン酸無水物、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物、1,8−ナフタレンジカルボン酸無水物、オクタヒドロ−1,3−ジオキソ−4,5−イソベンゾフランジカルボン酸無水物等の酸無水物類も多塩基酸として使用可能である。それぞれを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
その他、ポリカプロラクトン、ポリ(β−メチル−γ−バレロラクトン)、ポリバレロラクトン等のラクトン類を開環重合して得られるポリエステルポリオール(p2)等も使用することができる。
ポリカーボネートポリオール類(p3)は、例えば、
1)上記の多官能アルコール類(p4)と炭酸エステルとの反応;
あるいは、
2)上記の多官能アルコール類(p4)にアルカリの存在下でホスゲンを作用させる反応;
により得ることができる。
上記1)の場合に用いられる炭酸エステルとして具体的には、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどが挙げられる。
ポリカーボネートポリオール類(p3)は市販品を用いることもでき、具体的には、
オキシマーN112(Mn=1,000,Tg=60℃,水酸基価=112,酸価<0.5,線形タイプ)〔パーストープ社製〕;
PCDL−T5651(Mn=1,000,水酸基価=110,酸価<0.05,線形液状タイプ)、PCDL−T5652(Mn=2,000,水酸基価=56,酸価<0.05,線形液状タイプ)、PCDL−T4671(Mn=1,000,水酸基価=110,酸価<0.05,線形液状タイプ)、PCDL−T4672(Mn=2,000,水酸基価=52,酸価<0.05,線形液状タイプ)〔以上、旭化成ケミカルズ社製〕;
PMHC−1050(Mn=1,000,水酸基価=112,酸価<0.5,線形液状タイプ)、PMHC−2050(Mn=2,000,水酸基価=56,酸価<0.5,線形液状タイプ)、C−1090(Mn=1,000,水酸基価=112,酸価<0.5,線形液状タイプ)、C−2090(Mn=2,000,水酸基価=56,酸価<0.5,線形液状タイプ)、C−3090(Mn=3,000,水酸基価=37,酸価<0.5,線形液状タイプ)、C−4090(Mn=4,000,水酸基価=28,酸価<0.5,線形液状タイプ)、C−5090(Mn=5,000,水酸基価=22,酸価<0.5,線形液状タイプ)、C−1065N(Mn=1,000,水酸基価=112,酸価<0.5,線形液状タイプ)、C−2065N(Mn=2,000,水酸基価=56,酸価<0.5,線形液状タイプ)、C−1015N(Mn=1,000,水酸基価=112,酸価<0.5,線形液状タイプ)、C−2015N(Mn=2,000,水酸基価=56,酸価<0.5,線形液状タイプ)〔以上、クラレ社製〕;
等を挙げることができる。
本発明のウレタン系樹脂(A)の構成成分であるポリイソシアネート類(Q)としては、従来公知のものを使用することができ、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート等が挙げられる。
ポリイソシアネート類(Q)のうち、芳香族ポリイソシアネートとしては、より具体的に、例えば、1,3−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(別名:4,4’−MDI)、2,4−トリレンジイソシアネート(別名:2,4−TDI)、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−トルイジンジイソシアネート、2,4,6−トリイソシアネートトルエン、1,3,5−トリイソシアネートベンゼン、ジアニシジンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネート、4,4’,4”−トリフェニルメタントリイソシアネート等を挙げることができる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、トリメチレンジイソシアネート、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(別名:HMDI)、ペンタメチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等を挙げることができる。
芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、2,4−ジイソシアネート−1−メチル−ベンゼン(別名:2,4−TDI)、2,6−ジイソシアネート−1−メチル−ベンゼン(別名:2,6−TDI)、1,3−フェニレンビスメチレンジイソシアナート(別名:m−XDI)、1,4−フェニレンビスメチレンジイソシアナート(別名:p−XDI)、2,2'−ジフェニルメタンジイソシアネート(別名:2,2−MDI)、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート(別名:4,4−MDI)、1,3−ナフタレンジイルジイソシアネート(別名:1,3−NDI)、1,5−ナフタレンジイルジイソシアネート(別名:1,5−NDI)等を挙げることができる。
脂環族ポリイソシアネートとしては、3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(別名:IPDI)、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(別名:水添MDI)、1,4−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、ノルボルネンジイソシアネート等を挙げることができる。
また、ポリイソシアネート類(Q)成分の一部として、上記、ポリイソシアネートの2−メチルペンタン−2,4−ジオールやトリメチロールプロパン等のポリオールとのアダクト体、イソシアヌレート環を有する3量体等も併用することができる。ポリフェニルメタンポリイソシアネート(別名:PAPI)、及びこれらのポリイソシアネート変性物等を使用し得る。なおポリイソシアネート変性物としては、カルボジイミド基、ウレトジオン基、ウレトンイミン基、水と反応したビュレット基、イソシアヌレート基のいずれかの基、又はこれらの基の2種以上を有する変性物を使用できる。ポリオールとジイソシアネートの反応物も少なくとも2個のイソシアネート基を有する化合物として使用することができる。
本発明に用いられるポリイソシアネート類(Q)としては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、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、キシリレンジイソシネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)等の無黄変型、又は難黄変型のポリイシソアネート化合物を用いると耐候性の点から好ましい。更に、上記記載のポリイソシアネート類(Q)として、樹脂組成物の透明性や反応性の制御の面でイソホロンジイソシアネート(別名:IPDI)を使用するのが好ましい。
ポリイソシアネート類(Q)の使用量は、ポリウレタン系樹脂(A)100重量%中[ポリウレタン系樹脂(A)の合成に使用するポリオール類(P)、ポリイソシアネート類(Q)、後述のアミノ化合物類(R)の合計100重量%中]、8〜23重量%の割合が好ましく、更に好ましくは10〜21重量%である。8重量%未満であると樹脂組成物の凝集力が低下し、耐久性の付与が困難になる場合がある。又、23重量%を超えると樹脂組成物の柔軟性が低下することから、十分な接着力を得ることが困難となる場合がある。
次に本発明に使用するアミノ化合物類(R)について説明する。
アミノ化合物類(R)はアミノ基を有する化合物で有り公知のものが使用可能である。アミノ化合物類(R)は、上記したポリオール類(P)とポリイソシアネート類(Q)とを反応させて得られた際に、触媒として使用可能な3級アミン(r1)、鎖延長反応でウレア結合を形成する1級、あるいは2級のアミノ基を2個以上有するポリアミン(r2)、及び反応制御可能な反応停止剤として作用するモノアミン(r3)に大別できる。アミノ化合物類(R)を使用することにより、本願のポリウレタン系樹脂(A)の分子量や凝集力を制御することが可能となるため、コーティング剤に接着力を付与することができ、更に耐久性との両立が可能になる。
鎖延長反応でウレア結合を形成する1級、あるいは2級のアミノ基を2個以上有するポリアミン(r2)としては、より具体的に、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン[別名:1,2−ジアミノプロパン又は1,2−プロパンジアミン]、トリメチレンジアミン[別名:1,3−ジアミノプロパン又は1,3−プロパンジアミン]、テトラメチレンジアミン[別名:1,4−ジアミノブタン]、2−メチル−1,3−プロパンジアミン、ペンタメチレンジアミン[別名:1,5−ジアミノペンタン]、ヘキサメチレンジアミン[別名:1,6−ジアミノヘキサン]、ジエチレントリアミン、トリアミノプロパン、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、ダイマージアミン、ジシクロヘキシルメタン−4,4'−ジアミン、ジエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、ポリオキシアルキレングリコールジアミン(アルキレングリコールの付加モル数は2〜50の任意の整数)、フェニレンジアミン、、キシリレンジアミン、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジアミン、2,4−トリレンジアミン、2,6−トリレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン,3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ビス−(sec−ブチル)ジフェニルメタン、グルタミン、アスパラギン、リジン、ジアミノプロピオン酸、オルニチン、ジアミノ安息香酸、ジアミノベンゼンスルホン酸等二つの1級アミノ基有するジアミン類;
例えば、N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、及びN,N'−ジ−tert−ブチルエチレンジアミン、ピペラジン等の二つの2級アミノ基有するジアミン類;
例えば、N−メチルエチレンジアミン[別名:メチルアミノエチルアミン]、N−エチルエチレンジアミン[別名:エチルアミノエチルアミン]、N−メチル−1,3−プロパンジアミン[別名:N−メチル−1,3−ジアミノプロパン又はメチルアミノプロピルアミン]、N,2−メチル−1,3−プロパンジアミン、N−イソプロピルエチレンジアミン[別名:イソプロピルアミノエチルアミン]、N−イソプロピル−1,3−ジアミノプロパン[別名:N−イソプロピル−1,3−プロパンジアミン又はイソプロピルアミノプロピルアミン]、及びN−ラウリル−1,3−プロパンジアミン[別名:N−ラウリル−1,3−ジアミノプロパン又はラウリルアミノプロピルアミン]、トリエチルテトラミン、ジエチレントリアミン、2−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン2−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、N−(2−ヒドロキシエチル)プロピレンジアミン、(2−ヒドロキシエチルプロピレン)ジアミン、(ジ−2−ヒドロキシエチルエチレン)ジアミン、(ジ−2−ヒドロキシエチルプロピレン)ジアミン、(2−ヒドロキシプロピルエチレン)ジアミン、(ジ−2−ヒドロキシプロピルエチレン)ジアミン等の1級及び2級アミノ基を有するポリアミン類;
例えば、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジド、ヘキサデカンジオヒドラジド、エイコサン二酸ジヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、イタコン酸ジヒドラジド、フタル酸ジヒドラジド、炭酸ジヒドラジド、カルボジヒドラジド、チオカルボジヒドラジド、オキサリルジヒドラジド、ポリアクリル酸ヒドラジド等のヒドラジド類;
本発明に使用するポリアミン(r2)としては、反応の制御の面から、特にポリアミン(r2)のうち、1級アミノ基を2個以上有するポリアミンにα,β−不飽和二重結合基含有化合物をマイケル付加反応させた化合物(以後、マイケル付加アミンと称す。)も好ましく使用できる。
ポリアミン(r2)のうち、1級アミノ基を2個以上有するポリアミンとしては、上記の1級アミノ基を有するジアミン類やポリアミン類を使用することが可能で有り、特にイソホロンジアミン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンは、得られたポリウレタン系樹脂(A)の透明性が優れていることから好ましい。
ポリアミン(r2)の使用量は、ポリウレタン系樹脂(A)100重量%中[ポリウレタン系樹脂(A)の合成に使用するポリオール類(P)、ポリイソシアネート類(Q)、及び/またはポリアミン(r2)の合計100重量%中]、0.5〜8重量%の割合が好ましく、更に好ましくは2〜5重量%である。0.5重量%未満であると凝集力が低下し、耐久性の付与が困難になる場合がある。又、8重量%を超えると樹脂の柔軟性が低下することから十分な接着性を得ることが困難になる場合がある。
本発明のポリウレタン系樹脂(A)は、末端がイソシアネート基であるウレタンプレポリマーと、ポリアミン(r2とを反応してなるが、更に必要に応じて反応停止剤としてモノアミン(r3)を反応させることが好ましい。
ポリウレタン系樹脂(A)を作成する際、分子量を制御したり、ポリウレタン系樹脂(A)末端の未反応で残るイソシアネート基と反応して樹脂の反応活性を安定化させたりする目的で反応停止剤としてモノアミン(r3)を使用することができる。反応停止剤として使用可能なモノアミン(r3)としては、例えば、アミノメタン、アミノエタン、1−アミノプロパン、2−アミノプロパン、1−アミノブタン、2−アミノブタン、1−アミノペンタン、2−アミノペンタン、3−アミノペンタン、イソアミルアミン、1−アミノヘキサン、1−アミノヘプタン、2−アミノヘプタン、2−オクチルアミン、1−アミノノナン、1−アミノデカン、1−アミノドデカン(ラウリルアミン)、1−アミノトリデカン、1−アミノヘキサデカン、1−アミノテトラデデカン(ミリスチルアミン)、1−アミノペンタデカン、セチルアミン、オレイルアミン、ココアルキルアミン、牛脂アルキルアミン、硬化牛脂アルキルアミン、アリルアミン、ステアリルアミン、アミノシクロプロパン、アミノシクロブタン、アミノシクロペンタン、アミノシクロヘキサン、アミノシクロドデカン、1−アミノ−2−エチルヘキサン、1−アミノ−2−メチルプロパン、2−アミノ−2−メチルプロパン、3−アミノ−1−プロペン、3−アミノメチルヘプタン、3−イソプロポキシプロピルアミン、3−ブトキシプロピルアミン、3−イソブトキシプロピルアミン、2−エチルヘキシロキシプロピルアミン、3−デシロキシプロピルアミン、3−ラウリロキシプロピルアミン、3−ミリスチロキシプロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジイソノニルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、トリ(ヒドロキシメチル)アミノメタン、2−アミノ−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2−アミノメチルテトラヒドロフラン、アニリン、o−アミノトルエン、m−アミノトルエン、p−アミノトルエン、o−ベンジルアニリン、p−ベンジルアニリン、1−アニリノナフタレン、1−アミノアントラキノン、2−アミノアントラキノン、1−アミノアントラセン、2−アミノアントラセン、5−アミノイソキノリン、o−アミノジフェニル、4−アミノジフェニルエーテル、2−アミノベンゾフェノン、4−アミノベンゾフェノン、o−アミノアセトフェノン、m−アミノアセトフェノン、p−アミノアセトフェノン、ベンジルアミン、α−フェニルエチルアミン、フェネシルアミン、p−メトキシフェネシルアミン、p−アミノアゾベンゼン、m−アミノフェノール、p−アミノフェノール、モノメチルヒドラジン、1,1−ジメチルヒドラジン、ベンジルヒドラジン、N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジエチル−1,3−プロパンジアミン等の1級アミン類;
例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミン、N−メチルエチルアミン、N−メチルイソプロピルアミン、N−メチルヘキシルアミン、ジイソプロピルアミン、ジn−プロピルアミン、ジn−ブチルアミン、ジsec−ブチルアミン、N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、ピペリジン、2−ピペコリン、3−ピペコリン、4−ピペコリン、2,4−ルペチジン、2,6−ルペチジン、3,5−ルペチジン、3−ピペリジンメタノール、2−ピペリジンエタノール、4−ピペリジンエタノール、4−ピペリジノール、ピロリジン、3−アミノピロリジン、、3−ピロリジノール、ジアミルアミン、ジアリルアミン、メチルアニリン、エチルアニリン、ジベンジルアミン、ジフェニルアミン、ジココアルキルアミン、ジ硬化牛脂アルキルアミン、ジステアリルアミン等の2級アミン類等が挙げられる。
上記の反応停止剤としてのモノアミン(r3)の中でも2−アミノ−2−メチル−プロパノールなどのように水酸基を有するモノアミンは、末端が水酸基である保存安定性に優れたポリウレタン系樹脂(A)を得ることができる。尚、水酸基を有するモノアミンの場合、アミノ基と水酸基との両方が、ウレタンプレポリマーの末端イソシアネート基と反応可能であるが、アミノ基の反応性の方が高く、優先的にイソシアネート基と反応する。
上記のモノアミン(r3)は、ポリウレタン系樹脂(A)中[ポリウレタン系樹脂(A)の合成に使用するポリオール類(P)、ポリイソシアネート類(Q)、ポリアミン(r2)、及び/または必要に応じて使用する停止剤としてのモノアミン(r3)全不揮発分中]0.05〜2重量%が好ましく、0.05重量%未満であると樹脂の反応安定性を損なう場合があり、2重量%以上であると樹脂の重量平均分子量(Mw)が低くなり耐久性を損なう場合がある。
次に、本発明に用いるポリウレタン系樹脂(A)の作成方法について説明する。
前記したように、本発明の活性エネルギー線重合性樹脂組成物に使用されるポリウレタン系樹脂(A)の作成方法は、ポリオール類(P)とポリイソシアネート類(Q)とを反応させてウレタン化反応を行い、少なくとも1つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを作成する。次に、必要に応じて、得られたウレタンプレポリマーに鎖延長剤として、ポリアミン(r2)と必要に応じて反応停止剤であるモノアミン(r3)とを反応させてポリウレタン系樹脂(A)を作製することができる。
本発明のウレタンプレポリマーを生成する上で、ポリイソシアネート類(Q)を使用する場合、反応促進のため、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。例えば、上記アミノ化合物類(R)で説明した3級アミン(r1)、あるいは有機金属系化合物等が挙げられ、単独でもあるいは複数を使用することもできる。
3級アミン(r1)としては、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、N−メチルモルホリン、ジアザビシクロウンデセン(別名:DBU)等が挙げられ、場合によっては単独、もしくは併用することもできる。
有機金属系化合物としては、錫系化合物、非錫系化合物を挙げることができる。
錫系化合物としては、ジブチル錫ジクロライド、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫ジブロマイド、ジブチル錫ジマレエート、ジブチル錫ジラウレート(別名:DBTDL)、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫スルファイド、トリブチル錫スルファイド、トリブチル錫オキサイド、トリブチル錫アセテート、トリエチル錫エトキサイド、トリブチル錫エトキサイド、ジオクチル錫オキサイド、トリブチル錫クロライド、トリブチル錫トリクロロアセテート、2−エチルヘキサン酸錫等が挙げられる。
非錫系化合物としては、例えばジブチルチタニウムジクロライド、テトラブチルチタネート、ブトキシチタニウムトリクロライドなどのチタン系、オレイン酸鉛、2−エチルヘキサン酸鉛、安息香酸鉛、ナフテン酸鉛などの鉛系、2−エチルヘキサン酸鉄、鉄2,4−ペンタジオネートなどの鉄系、安息香酸酸コバルト、2−エチルヘキサン酸コバルトなどのコバルト系、ナフテン酸亜鉛、2−エチルヘキサン酸亜鉛などの亜鉛系、ナフテン酸ジルコニウムなどが挙げられる。
非錫系化合物としては、例えばジブチルチタニウムジクロライド、テトラブチルチタネート、ブトキシチタニウムトリクロライドなどのチタン系、オレイン酸鉛、2−エチルヘキサン酸鉛、安息香酸鉛、ナフテン酸鉛などの鉛系、2−エチルヘキサン酸鉄、鉄アセチルアセトネートなどの鉄系、安息香酸コバルト、2−エチルヘキサン酸コバルトなどのコバルト系、ナフテン酸亜鉛、2−エチルヘキサン酸亜鉛などの亜鉛系、ナフテン酸ジルコニウムなどが挙げられる。
上記触媒の中で、ジブチル錫ジラウレート(別名:DBTDL)、ジオクチル錫ジラウリレート(別名:DOTDL)、2−エチルヘキサン酸錫等が反応性や衛生性の点で好ましい。
上記3級アミン系化合物、有機金属系化合物等の触媒は、場合によっては単独でも使用できるが、併用することもでき、特にポリオール成分としてポリエステルジオール類とポリエーテルジオール類を併用する場合においては、ジブチル錫ジラウレートと2−エチルヘキサン酸錫を併用することにより安定に均一なウレタンプレポリマーが得られるので好ましい。
ウレタンプレポリマーを作成するときに用いる有機金属化合物触媒は、ウレタンプレポリマーが、ポリアミン(r2)、あるいはモノアミン(r3)と反応するとき、反応を著しく促進する。イソシアネート基とアミノ基との反応は、元来、非常に早いが、有機金属化合物触媒の存在下では、更に反応が促進され、制御が困難になる場合がある。このとき、キレート化合物が存在していると、この有機金属化合物触媒とキレートを形成し、触媒能が調整され、ポリアミン(r2)、あるいはモノアミン(r3)との反応を制御しやすくする。
当該キレート化合物としては、アセチルアセトン、ジメチルグリオキシム、オキシン、ジチゾン、エチレンジアミン四酢酸(別名:EDTA)のようなポリアミノオキシ酸、クエン酸のようなオキシカルボン酸、縮合リン酸等が挙げられる。キレート化合物の中では、アセチルアセトンが有機溶媒等に可溶であり、揮発性を有して必要で有れば除去することが容易であり好ましい。
ポリウレタン系樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)は、5,000〜200,000の範囲である必要がある。好ましくは、10,000〜100,000の範囲である。重量平均分子量(Mw)が5,000未満であると燥塗膜の凝集力が低下し、耐水性が悪化する。一方、200,000を超えると、粘度が高すぎ扱いにくくなったり、ガラス面に対する接着力が低下したり、水性化が困難であったりする。
本発明のウレタンプレポリマーの作成時には公知の有機溶剤が溶媒として好適に使用することが可能であり、また無溶剤でも作成することが可能である。反応に有機溶剤を使用した場合には、溶剤は反応制御を容易にする役割を果たす。斯かる目的で使用される溶剤としては、上記した有機溶剤が好ましく使用され、得られるポリウレタン系樹脂(A)の粘度や濃度などを考慮して適宜決定すればよい。有機溶剤を用いる場合は、ポリウレタン系樹脂(A)の溶解性、溶剤の沸点、アミノ化合物類(R)の溶解性等の点から特に酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトン又はこれらの混合溶剤が好ましい。また、溶剤を使用した場合のウレタンプレポリマー反応系内の樹脂不揮発分濃度は、50〜95重量%が好ましく、更に好ましくは60〜90重量%である。濃度が低すぎると反応性が低下しすぎることから好ましくない。また、ウレタンプレポリマーと反応する可能性のある活性水素を有する溶剤、例えば、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤は、通常、使用しないほうが好ましいが、使用用途によっては用いることも可能である。
また無溶剤で反応する場合は、そのまま反応を行ってもかまわないが、適度な反応速度の制御のため、後述の界面活性剤(S)等を有機溶剤の代わりに溶媒として使用することも可能である。この場合、ポリウレタン系樹脂(A)を水性分散体とする場合、脱溶剤工程や分散工程を省略できるため、好ましい。
ポリウレタン系樹脂溶液を水性分散体とする方法としては、ポリウレタン系樹脂にも水性化能を持たせることが考えられる。具体的には以下の方法が挙げられる。
(方法A1)上記のカルボキシル基含有多官能アルコール類(p4−1−1)を用いたカルボキシル基含有のポリウレタン樹脂(a)を作成し、塩基で中和する方法
(方法A2)3級アミノ基を有するアルキルジアルカノールアミンでプレポリマー化し、4級化する方法
(方法A3)3級アミノ基を有するアルキルジアルカノールアミンでプレポリマー化し、酸で中和し、アミン塩にする方法
(方法A4)水溶性の高いポリオール、例えばポリエチレングリコール等のポリエーテルポリオール(p1)をポリウレタン系樹脂のポリオール成分として使用する方法
(方法A5)界面活性剤(S)を添加配合する方法
この中でも、(方法A1)は、自己乳化型となるため、粘度上昇が抑えられるため好ましい。さらに条件により、(方法A2)〜(方法A5)を併用することがより好ましい。
このように、一般的な方法で水性化が可能である。水を混合して、上記、(方法A1)〜(方法A5)で中和を行い、その後減圧等によって脱溶剤を行っても良いし、予め、ポリオール類(P)とポリイソシアネート類(Q)とを反応させて得られるウレタンプレポリマーに、ポリアミン(r2)で鎖延長反応を行う際に水を加えて乳化し、必要に応じて(方法A1)〜(方法A5)を行い、反応中、あるいは反応後に減圧等により脱溶剤をおこなって。水性分散体を得ることができる。更に保存安定性が良好で粒子径の小さい水分散体を得る方法としては、通常の撹拌機による水分散も可能であるが。安定な水分散体を得るためには、ディスパー、ホモミキサー、ホモジナイザー、プラネタリミキサ、ニーダー、あるいはマイクロフルイタイザー(みずほ工業社製)等の撹拌乳化混合器を用いて、高剪断力下による強制分散を行うことが好ましい。
水性化に使用される塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、エタノールアミン、プロパノールアミン、ジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、2−ジメチルアミノ−2−メチル−1−プロパノール、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、モルホリン等が挙げられ単独、混合にて使用される。ポリウレタン系樹脂(A)溶液を中和する時、塩基性化合物の種類によっては溶液中へのなじみ易さ、水分散後の安定性が異なる場合があるため適宜選択する必要がある。ジメチロールアルカン酸等のカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂(a)の中和においては、カルボキシル基1当量に対し0.6〜1.2当量が好ましい。
本発明のポリウレタン系樹脂(A)の水性化には界面活性剤(S)を使用することも可能である。界面活性剤(S)は、極性物質と非極性物質を均一に混合させる働きを持つもので有り、本発明ではポリウレタン系樹脂(A)をはじめ、後述のカルボジイミド系樹脂(B)やワックス状樹脂(C)を水媒体に安定分散させる機能を有する化合物である。このような界面活性剤(S)としては、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、及び両性界面活性剤が挙げられる。
アニオン系界面活性剤としては、より具体的に、オレイン酸ナトリウムなどの高級脂肪酸塩類、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルアリールスルホン酸塩類、ラウリル硫酸ナトリウムなどのアルキル硫酸エステル塩類、ポリエキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウムなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩類、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウムなどのポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル硫酸エステル塩類、モノオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルスルホコハク酸ナトリウムなどのアルキルスルホコハク酸エステル塩およびその誘導体類、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステル塩類等の非反応性のアニオン系界面活性剤類;
アルキルエーテル系(市販品としては、第一工業製薬株式会社製アクアロンKH−05、株式会社ADEKA製アデカリアソープSR−10N、花王株式会社製ラテムルPD−104など)、スルフォコハク酸エステル系(市販品としては、花王株式会社製ラテムルS−120、三洋化成株式会社製エレミノールJS−2など)、アルキルフェニルエーテル系もしくはアルキルフェニルエステル系(市販品としては、第一工業製薬株式会社製アクアロンH−2855A、株式会社ADEKA製アデカリアソープSDX−222など)、(メタ)アクリレート硫酸エステル系(市販品としては、日本乳化剤株式会社製アントックスMS−60、三洋化成工業株式会社製エレミノールRS−30など)、リン酸エステル系(市販品としては、第一工業製薬株式会社製H−3330PL、株式会社ADEKA製アデカリアソープPP−70など)等の反応性のアニオン系界面活性剤類等が挙げられる。
ノニオン系界面活性剤としては、より具体的に、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ソルビタンモノラウレートなどのソルビタン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートなどのポリオキシエチレンソルビタン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンモノラウレートなどのポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル類、オレイン酸モノグリセライドなどのグリセリン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル等の非反応性のノニオン系界面活性剤類;
例えば、アルキルエーテル系(市販品としては、株式会社ADEKA製アデカリアソープER−10、花王株式会社製ラテムルPD−420など)、アルキルフェニルエーテル系もしくはアルキルフェニルエステル系(市販品としては第一工業製薬株式会社製アクアロンRN−10、株式会社ADEKA製アデカリアソープNE−10など)、(メタ)アクリレート硫酸エステル系(市販品としては、日本乳化剤株式会社製RMA−564など)等の反応性のノニオン系界面活性剤類等が挙げられる。
カチオン系界面活性剤としては、例えば、アルキルアミン塩、第4級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、アルキルイミダゾリウム塩等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、例えば、アルキルベタイン、アルキルアミンオキサイド、ホスファジルコリン等が挙げられ、1種だけを用いてもよいし、あるいは、複数種を併用してもよいが、これらに限定されるものではない。
本発明のポリウレタン系樹脂(A)をはじめ、後述のカルボジイミド系樹脂(B)やワックス状樹脂(C)は、界面活性剤(S)及び水とを混合して、上記の撹拌乳化混合器を用いて、強制乳化することが知られている。これらの乳化器は、水中の非水系物質のいわゆる油滴を粉砕し、もしくは撹拌による油滴同士の衝突によって油滴を微細化し、界面活性剤(S)によって樹脂成分の微粒子を安定化させる方法であり、安定な水性分散体を得ることができる。また強制乳化には必要に応じて、少量の有機溶剤を使用する場合もあるが、特に問題は無い。
また、本発明のポリウレタン系樹脂(A)の水性分散体(ac)に、含有されるポリウレタン系樹脂(A)の平均粒子径は0.01〜30.0μmの範囲であることが好ましい。平均粒子径が0.01μm以上であると、コーティング剤として使用した場合には、コーティング層が均一となり、十分な接着性を付与することが可能となる。また、30.0μm以下であると、分散安定化が図られ、水分散体を長期保存しても問題無く使用が可能となる。
<カルボジイミド系樹脂(B)>
次にカルボジイミド系樹脂(B)について説明する。
本発明のカルボジイミド系樹脂(B)は、アルキレンオキサイド鎖を有する親水性のカルボジイミド系樹脂(b)が好ましく使用され、アルキレンオキサイド鎖がエチレンオキサイド鎖である水性分散可能なカルボジイミド系樹脂(b1)より好ましく使用される。エチレンオキサイド鎖を有するカルボジイミド系樹脂(b1)は、必要に応じて、後述の界面活性剤(S)を加えて水に分散した水性分散体(bd)として使用される。水性分散体(bc)の不揮発成分は1〜70重量%であることが好ましい。不揮発成分が1重量%以上であると、カルボジイミド系樹脂(B)の分散粒子がコーティングした際に、隙間無く融着しやすくなるため、均一なコーティング層を形成することが可能となる。70重量%以下であると、コーティングに最適な粘度を確保することが可能となる。
本発明のカルボジイミド系樹脂(B)は、コーティング剤として使用した場合には、前述のカルボキシル基を含有するポリウレタン樹脂(a)やその他の化合物に含有されているカルボキシル基等の活性水素と反応するため、コーティング層を形成した場合には、粒子間架橋に伴って塗膜の凝集力が向上する架橋剤として機能する。カルボジイミド系樹脂(B)としては、分子内にカルボジイミド基、即ち、−N=C=N−を少なくとも一つを有し、中でもカルボジイミド基を分子内に1〜15個有する化合物が好ましい。係るカルボジイミド基を有するカルボジイミド系樹脂(B)を得る方法の一つとして、有機溶媒中で触媒の存在下に、上記のポリイソシアネート類(Q)を100〜200℃で脱二酸化炭素する方法がある。100℃以下では反応に長時間要し、200℃以上では副反応が起こりやすい。かかる反応は、窒素雰囲気下で行うことが好ましい。
カルボジイミド化反応に用いられる触媒としては、上述の触媒が使用可能である。特に、ホスホレン、ホスホレンオキサイド類が上げられる。具体的には、1−エチル−3−メチル−3ホスホレンオキサイド、1−フェニル−3−メチル−3−ホスホレンオキサイド、1−フェニル−3−メチル−2−ホスホレンオキサイド等の有機金属系化合物が挙げられる。
カルボジイミド化反応の際に用いられる有機溶媒としては沸点が高く、又原料であるポリイソシアネート類(Q)、及び生成するカルボジイミド系樹脂(B)と反応するような活性水素を持たないことが必要である。例を挙げると、トルエン、キシレン、ジエチルベンゼン等の芳香族炭化水素;ジエチレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールジブチレート、ヘキシレングリコールジアセテート、グリコールジアセテート、メチルグリコールアセテート、エチルグリコールアセテート、ブチルグリコールアセテート、エチルジグリコールアセテート、ブチルジグリコールアセテート等のグリコールエーテルエステル類;エチルブチルケトン、アセトフェノン、プロピオフェノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸アルミ、プロピオン酸プロピル、酪酸エチル等の脂肪族エステル等がある。カルボジイミド基の生成は、2260cm-1のイソシアネ−ト基の吸収ピ−クの消失、及びカルボジイミド基の吸収ピ−クの生成によって確認できる。
カルボジイミド系樹脂(B)は、前記の基本的な方法の他、例えば米国特許第2,941,956号、特公昭47−33279号公報、特開平5−178954、特開平7−330849号公報等に開示されている方法、J.Org.Chem.,28,2069(1963)、Chem.,Review81,619(1981)に記載されている方法で行うことができる。また、最近では特開平5−178954号公報、特開平6−56950号公報等に開示されている様に無溶媒下でも行うことができる。
カルボジイミド系樹脂(B)の市販品としては、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)を原料としたモノカルボジイミドとしてルプラネートMM−103、XTB−3003(BASF社製)、スタバクゾールP(住友バイエルウレタン社製)、テトラメチルキシリレンジイソシアネートを原料としたポリカルボジイミドとしてカルボジライトV−03、V−05等(日清紡社製)等が挙げられる。尚、これらのカルボジイミド系樹脂(B)は、−N=C=N−の他に原料たるポリイソシアネート類(Q)に由来するイソシアネート基を分子中に少なくとも1つ有する場合がある。
本発明にけるカルボジイミド系樹脂(B)溶液を水性分散体とする方法としては、上記同様、カルボジイミド系樹脂(B)にも水性化能を持たせることが考えられる。具体的には下記の方法が挙げられる。
(方法B1)両末端にイソシアネート基を有するポリカルボジイミドを形成し、そのイソシアネート基にポリエチレングリコール等のポリエーテルポリオール(p1)を反応させる方法
(方法B2)両末端にイソシアネート基を有するポリカルボジイミドや(方法B1)で得られたアルキレンオキサイド基を有するカルボジイミド系樹脂(b)に、N−アルキルアミノスルホン酸塩を反応させる方法
(方法B3)上述の界面活性剤(S)を添加配合する方法
これら(方法B1)〜(方法B3)のいずれかを単独で、あるいは組み合わせた工程後、有機溶剤を減圧化にて水と共沸して除去し、水分散体(bc)を得ることができる。なお、水性化にあたっては上述した撹拌乳化混合器を用いて、高剪断力下による強制分散を行うことが好ましい。
また、本発明のカルボジイミド系樹脂(B)の水性分散体(bc)に、含有されるカルボジイミド系樹脂(B)の平均粒子径は0.01〜30.0μmの範囲であることが好ましい。平均粒子径が0.01μm以上であると、コーティング剤として使用した場合には、コーティング層が均一となり、十分な架橋反応性付与することが可能となるため、コーティング層の耐水性た耐擦傷性を維持することが可能となる。また、30.0μm以下であると、分散安定化が図られ、水分散体を長期保存しても問題無く使用が可能となる。
カルボジイミド系樹脂(B)の水性分散体(bc)の市販品としては、例えば、、水添ジフェニルメタンジイソシアネート(水添MDI)を原料としたカルボジライトE−02、V−02−L2、E−03A等(日清紡社製)等が挙げられる。
<ワックス状樹脂(C)>
次にワックス状樹脂(C)について説明する。
本発明のワックス状樹脂(C)をコーティング剤として使用した場合には、形成した塗膜の潤滑性、傷つき防止性、付着防止性、撥水性、離型性等の機能を付与することが可能である。ワックス状樹脂(C)は、水性分散体(cc)として使用され、その不揮発成分は1〜70重量%であることが好ましい。不揮発成分が1%以上であると、ワックス状樹脂(C)の分散粒子がコーティングした際に、隙間無く融着しやすくなるため、均一なコーティング層を形成することが可能となる。70%以下であると、コーティングに最適な粘度を確保することが可能となる。
また、水性分散体(cc)に、含有されるワックス状樹脂(C)の平均粒子径は0.01〜30.0μmの範囲であることが好ましい。平均粒子径が0.01μm以上であると、コーティング剤として使用した場合には、コーティング層が均一となり、表層に点在して十分な滑性を付与することが可能となる。また、30.0μm以下であると、分散安定化が図られ、水性分散体を長期保存しても問題無く使用が可能となる。
ワックス状樹脂(C)は、JIS K7210に準じてMFR測定が不可能であるもののを通常一般に「ワックス」とよばれ、天然ワックス(c2)と合成ワックス(c1)に大別される。天然ワックス(c2)としては、木蝋、ハゼ蝋、漆蝋、パーム蝋、蜜蝋、鯨蝋、イボタ蝋、羊毛蝋、ライス蝋、カンデリラワックス、カルナバワックス、モンタンワックス、オゾケライト、セレシン等が挙げられる。
合成ワックス(c1)としては半合成ワックスと全合成ワックスがある。半合成ワックスとは、天然ワックスまたはワックス様材料を、エステル化、アミド化、酸性ワックスの中和等の化学的処理により変性したものである。これら合成ワックス(c1)は、ポリオレフィンワックス(c1−1)、エステルワックス(c1−2)、またはアミドワックス(c1−3)に区別される。耐熱性を考慮すると合成ワックス(c1)を用いることが好ましく、これらはそれぞれ単独、あるいは併用して使用することができる。尚、ワックス状樹脂(C)には、水性化とガラス面への密着性の点でカルボキシル基を含有していることが好ましい。また、本発明の効果が得られる場合は、必要に応じて上記ポリオレフィンワックスに親水性高分子や極性モノマー及び一般的な反応性基を共重合もしくはグラフト反応させて用いても良い。なお単に共重合体という場合はランダム共重合体であってもブロック共重合体であってもよい。
ポリオレフィンワックス(c1−1)としては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタム等の石油ワックスや、水溶液中で分散可能な公知の各種ポリオレフィンを用いることができる。例えばプロピレンホモポリマー、プロピレン−エチレンブロック共重合体樹脂、プロピレン−エチレンランダム共重合体樹脂、プロピレン−αオレフィンブロック共重合体樹脂、プロピレン−αオレフィンランダム共重合体樹脂、プロピレン−ブテンブロック共重合体樹脂、プロピレン−ブテンランダム共重合体樹脂、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−シクロオレフィン共重合体等が好ましく挙げられる。
また、カルボキシル基を含有している酸変性ポリオレフィンとしては、αオレフィンとカルボキシル基含有のα,β−不飽和二重結合基含有化合物との共重合体樹脂や、上記ポリオレフィンを無水マレイン酸等で変性した共重合体樹脂が挙げられる。
上記、酸変性ポリオレフィンに用いられるαオレフィンとしては、より具体的に、例えば、エチレンやプロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−エイコセン等のαオレフィンやその単独や共重合体類;
例えば、シクロペンテン、シクロオクテン、3−メチルシクロペンテン、2−ノルボルネン、5−メチル−2−ノルボルネン、2−テトラシクロドデセン、5−アセチル−2−ノルボルネン、8−メトキシカルボニル−2−テトラシクロドデセン等のシクロオレフィンやその単独や共重合体類が挙げらる。
上記αオレフィンに加えて、イソプレン、クロロプレンおよびブタジエン等のジエン系モノマーや、スチレン、アクリロニトリル等を共重合してもよい。
酸変性ポリオレフィンに使用されるカルボキシル基含有化合物としては、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸が工業的に有利であり、本発明では生産性の点でマレイン酸もしくはマレイン酸誘導体であることが特に好ましい。
酸変性ポリオレフィンの酸変性率は10重量%以上が望ましい。また、酸価が、5〜500mgKOH/gであることが好ましく、10〜300mgKOH/gの範囲が特に好ましい。酸価が5mgKOH/gであると、ガラス面またはガラス面に施された金属膜に対して、密着性が向上するだけで無く、平均粒子径も小さくすることが可能となり、より平滑な塗膜を作成することが可能となり、また、500mgKOH/g以下であると、耐水性が低下しないため好ましい。
本発明におけるエステルワックス(c1−2)としては、脂肪酸にアルコールが1つ以上結合した脂肪酸エステルが合成ワックスとして挙げられる。
アルコールとしては単官能もしくは上述の多官能アルコール類(p4)を用いることができる。単官能アルコールとしては炭素数が6以上の高級アルコールを用いることが好ましく、炭素数が10以上の高級アルコールを用いることがより好ましい。具体例としては、例えば、ミスチリルアルコール、ステアリルアルコール、オレイルアルコールが例示されるが、これらに限定されるものではない。本発明では、グリセリン、プロピレングリコール、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトールが好ましく、グリセリン、ジペンタエリトリトールがより好ましい。
また、脂肪酸としては、カプロン酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸、メリシン酸など飽和脂肪酸、またはオレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸などの不飽和脂肪酸等が挙げられる。また、12−ヒドロキシステアリン酸などのヒドロキシ脂肪酸やアジピン酸などの脂肪族ジカルボン酸も挙げられる。本発明では、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、12−ヒドロキシステアリン酸、オレイン酸が好ましく、ステアリン酸または12−ヒドロキシステアリン酸のトリグリセライドがより好ましい。
市販されている脂肪酸エステルの例としては理研ビタミン社製の「リケマール」等があげられる。
本発明におけるアミドワックス(c1−3)としては、カルボン酸アミド、スルホン酸アミド、あるいはリン酸アミド等、アミド結合を有するワックスが挙げられるが、耐熱性等の点で、カルボン酸アミドが好ましく、脂肪酸アミドが特に好ましく使用される。
脂肪酸アミドとしては、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、オレイン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミド等の脂肪族モノカルボン酸アミド;
N−オレイルオレイン酸アミド、N−ステアリルオレイン酸アミド等のN−置換脂肪族モノカルボン酸アミド;
メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド等の脂肪族ビスカルボン酸アミド;
N,N'−エチレン−ビス−オレイルアミド、N,N'−エチレンビスステアリン酸アミド、N,N'−メチレンビスステアリン酸アミドなどのN−置換脂肪族カルボン酸ビスアミドを含む脂肪族カルボン酸アミド、あるいは水酸基をさらに有するヒドロキシ脂肪酸アミドなどが挙げられる。これらの化合物が有するアミド基は1個でも2個以上でもよい。市販されているアマイドワックスの例としては花王社製の「カオーワックス」等があげられる。
本発明のワックス状樹脂(C)は、1種だけを用いてもよいし、あるいは、複数種を併用してもよいが、耐熱性を考慮すると合成ワックスを用いることが好ましい。本発明の水性分散体樹脂組成物をコーティング剤として使用した場合には、コーティング層に十分な滑性を付与するための優位性は、(c1−1)≧(c1−2)>(c1−3)>(C2)であるが、コーティング時の条件や、コーティング後のガラス製品の使用状況により、適時配合することで、良好なコーティング層を得ることが可能となる。
ワックス状樹脂(C)は、融点が、50〜150℃の範囲であることが好ましい。融点が150℃以下であると、本発明のコーティング剤をガラス容器のコーティング剤として使用した際に、ワックス状樹脂(C)が軟化し易く、ガラス面またはガラス面に施された金属酸化物膜への密着性が向上する。一方融点が50℃以上であると、内容物を充填するときの温水洗浄でワックス状樹脂(C)が脱落し難くなる。
ワックス状樹脂(C)の重量平均分子量は500〜500,000の範囲であり、特に1,000〜200,000が好ましい。平均分子量が500未満では、コーティング剤をガラス容器のコーティング剤として使用した際、ガラス面への密着強度等の諸物性を低下させるだけでなく、コーティング層の耐殺傷性が低下してしまう。重量平均分子量が500,000を超えると、上記のポリウレタン系樹脂(A)と相溶し難くなるため、塗膜が白化したり、またコーティング時の粘度が増大するため、ガラス面への密着性が低下する。
ワックス状樹脂(C)を水性分散体とする方法としては、ワックス状樹脂(C)にも水性化能を持たせることが考えられる。具体的には下記の方法が挙げられる。
(方法C1)上記のカルボキシル基含有の酸変性ポリオレフィンを、上述の塩基で中和する方法
(方法C2)酸価が100〜500、数平均分子量が2,000〜50,000のアクリル系性樹脂とともに分散させて、上述の塩基で中和する方法
(方法C3)水溶性の高いポリオール、例えばポリエチレングリコール等のポリエーテルポリオール(p1)をポリウレタン系樹脂のポリオール成分として使用する方法
(方法C4)界面活性剤(S)を添加配合する方法等
この中でも、(方法C1)では自己乳化型となるため、粘度上昇も抑えられ、好ましく使用される。さらに、条件により、(方法2)〜(方法4)を併用使用することが好ましい。水性化は水を混合して、これまでと同様、撹拌乳化混合器を用いて、高剪断力下による強制分散を行うことが好ましい。
無水マレイン酸/α―オレフィン共重合体の
酸化ポリエチレンは、融点100℃以上で針入度3以下の高融点、高密度であることが望ましい。融点が100℃以上であると、コールドエンドでのコーティングで溶解しにくくなり微粒子としてコーティング被膜中に存在し、針入度3以下の高密度であることによって滑性が向上し、耐摩耗性が付与される。酸化ポリエチレンの融点の上限について制限はないが、通常の酸化ポリエチレンの融点は140℃以下である。
性非反応性乳化剤反応性乳化剤反応性乳化剤1.0本発明において、ガラス用コーティング剤の不揮発成分全量中、ポリウレタン系樹脂(A)0.5〜90重量%、カルボジイミド系樹脂(B)0.5〜90重量%、ワックス状樹脂(C)0.5〜30重量%を含有することが好ましい。
さらに、樹脂(A)30〜89重量%、樹脂(B)1〜50重量%、樹脂(C)10〜20重量%含有してなることが好ましい。
樹脂(A)と、樹脂(B)が、それぞれ0.5重量%以上であると、コーティング層の凝集力とガラス面に対する密着性が優れ、耐擦傷性も優れる。
一方、樹脂(A)と、樹脂(B)が、90重量%以下であると、滑性に優れた均一性のあるコーティング膜を形成することができ、また樹脂(C)の滑落も皆無となる。
本発明のガラス用コーティング剤において、前記、ポリウレタン系樹脂(A)、カルボジイミド系樹脂(B)、及びワックス状樹脂(C)が混合された時の平均粒子径が、前述した個別粒子径と同様0.01〜30μmの範囲であることが重要である。粒子径が0.010.01μm未満であると必要な耐殺傷性を得られず、31.00μmより大きいと水分散体中に均一に分散させることが難しくなり、ガラス面にコーティングした際にムラができる懸念があるため好ましくない。
<シラン化合物(D)>
本発明のガラス用コーティング剤の一実施形態において、コーティング剤には、上記必須成分に加えて、シラン化合物(D)を含有しても良い。シラン化合物(D) を使用することによって、コーティング剤をガラス用コーティング剤として使用した時に、ガラス面に対する密着性をより向上させることができる。またコーティング層の耐熱性又は耐水性を向上させることが容易となる。
シラン化合物(D)としては、公知のシラン化合物を用いることができ、ガラス面及びガラス面に施した金属酸化物膜との密着性が向上するものであれば特に限定されない。例えば、アルキル系シラン、エポキシ系シラン、ハロゲン系シラン、(メタ)アクリロイル系シラン、メルカプト系シランイソシアネート系シラン、ヒドロキシル系シラン等が挙げられる。
より具体的には、テトラメトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジイソプロポキシシラン、メチルプロピルジエトキシシラン、メチルプロピルジイソプロポキシシラン等のアルキル系シラン類;
例えば、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアリール系シラン類;
例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランジアリルジメトキシシラン、ジアリルジエトキシシラン、ジアリルジイソプロポキシシラン、メチルアリルジメトキシシラン等のビニル系シラン類;
例えば、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−[2−(ビニルベンジルアミノ)エチル]−3−アミノピロピルトリメトキシシラン塩酸塩等のアミノ系シラン類;
例えば、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等のエポキシ系シラン類;
例えば、クロロメチルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルメチルジエトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン等のハロゲン系シラン類;
例えば、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン等の(メタ)アクリロイル系シラン類;
例えば、3−メルカプトプロピルトリメトキシラン等のメルカプト系シラン類;
例えば、γ―イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート系シラン類;
例えば、メチルシラン、シクロヘキシルジメチルシラン、ジメチルフェニルシラン、、ジフェニルシラン、トリフェニルシラン、トリクロロシラン、、シクロヘキサンシランや長鎖ジメチルシロキサンオリゴマーでヒドロシリル基を持ったオイル状あるいはワックス状のヒドロシリル系シラン類等が挙げられる。
また、該シラン化合物(D)としては市販製品を用いることも可能であるし、2種以上のシラン混合物を加水分解・縮合してオリゴマー化したオリゴマー系シランを使用する事もこれらシラン化合物(D)に含まれる。該シラン化合物(D)は単独または2種類以上の混合物として使用することも可能である。
本発明のガラス用コーティング剤にシラン化合物(D)を用いる場合、コーティング剤全量中、シラン化合物(D)は0.01〜20重量%であることが好ましい。濃度が0.01重量%に満たないとガラス面及びガラス面に施した金属酸化物膜との密着性向上が期待できない。一方20重量%を越えて高めても効果は変わらず、経済的ではない。
<表面改質剤(E)>
次に、表面改質剤(E)について説明する。
コーティング時に発生する種々の欠陥には、泡、刷毛目、オレンジピール、ハジキ、クレーター、ピンホール及び浮きまだら等がある。これらの原因としての多くは本発明のガラス用コーティング剤の一実施形態において、コーティング剤は、上記必須成分に加えて、表面改質剤(E)を含有しても良い。表面改質剤(E) を使用することによって、コーティング剤をガラス用コーティング剤として使用した時に、泡、刷毛目、オレンジピール、ハジキ、クレーター、ピンホール及び浮きまだら等の種々の欠陥の発生を抑制することができ、均一なコーティング層を形成することが可能となる。
これらの欠陥発生には、水や溶剤の蒸発、高分子化に伴う粘性の変化、及び表面張力の変化等が影響するため、泡の発生に起因していると考えられる。良好なコーティング膜を形成するためには、分散安定性維持、乾燥性の制御、樹脂の造膜促進に優れる点から、特に表面張力をコントロールすることが有効であり、そのため、消泡剤、レべリング剤、あるいは水混和性有機溶媒等の様々な種類の表面改質剤(E)を使用することができる。また、上述の界面活性剤(S)も表面改質作用があるため、追加使用することも可能である。、
表面改質剤(E)において、消泡剤やレべリング剤の市販品としては、例えば、日信化学社製、サーフィノール420、460、SE、ダイノール604、607、ビックケミー社製BYK−381、3441、BASF社製、EfkaSL3210等が挙げられるがこれらに限らない。
表面改質剤(E)において、水混和性有機溶媒としては、、例えば、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、2-ブタノールなどの一価のアルコール溶剤;
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、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール等のグリコール系溶剤;
エチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル系溶剤;
N-メチル-2-ピロリドン、2-ピロリドン、ε-カプロラクタム等のラクタム系溶剤;
ホルムアミド、N-メチルホルムアミド等のアミド系溶剤等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは1種類または2種以上を併用して用いることができる。
本発明のガラス用コーティング剤に表面改質剤を用いる場合、ガラス用コーティング剤コーティング剤全量中、表面改質剤は0.01〜20重量%であることが好ましい。濃度が0.01重量%に満たないとその表面改質効果が期待できない。一方20重量%を越えて高めても効果は変わらず、経済的ではなく、塗膜性能が低下しやすい。
<色材(F)>
本発明のガラス用コーティング剤の一実施形態において、コーティング剤は、上記成分に加えて、色材(F)を含有しても良い。色材(F) を使用することによって、ガラス用コーティング剤として使用して、ガラス面にコーティングした後、含有される染料や顔料によって、意匠性だけで無く、熱特性、電気特性、あるいは光学特性等の様々な機能性を付与することが可能となる。
色材(F)は、染料や顔料(f1)を分散樹脂で高濃度に分散させて使用される。このような染料や顔料(f1)としては、例えば、カーボンブラック、酸化チタン、炭酸カルシウム等の無彩色の顔料または有彩色の有機顔料や染料が使用できる。
例えば、有機顔料としては、トルイジンレッド、トルイジンマルーン、ハンザエロー、ベンジジンエロー、ピラゾロンレッドなどの不溶性アゾ顔料、
リトールレッド、ヘリオボルドー、ピグメントスカーレット、パーマネントレッド2Bなどの溶性アゾ顔料、
アリザリン、インダントロン、チオインジゴマルーンなどの建染染料からの誘導体、
フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーンなどのフタロシアニン系有機顔料、
キナクリドンレッド、キナクリドンマゼンタなどのキナクリドン系有機顔料、
ペリレンレッド、ペリレンスカーレットなどのペリレン系有機顔料、
イソインドリノンエロー、イソインドリノンオレンジなどのイソインドリノン系有機顔料、
ピランスロンレッド、ピランスロンオレンジなどのピランスロン系有機顔料、チオインジゴ系有機顔料、縮合アゾ系有機顔料、ベンズイミダゾロン系有機顔料、
キノフタロンエローなどのキノフタロン系有機顔料、
イソインドリンエローなどのイソインドリン系有機顔料、
その他の顔料として、フラバンスロンエロー、アシルアミドエロー、ニッケルアゾエロー、銅アゾメチンエロー、ペリノンオレンジ、アンスロンオレンジ、ジアンスラキノニルレッド、ジオキサジンバイオレット等の有機顔料類が挙げられる。
例えば、染料としては、アゾ系染料、ローダミン系染料、キノリン系染料、チアジン系染料、チアゾール系染料、キサンテン系染料、ニグロシン染料等が挙げられる。
これら色素誘導体であれば、特に問題無く使用できる。
色材(F)のうち、分散樹脂としては、一般的なアクリル系樹脂が使用され、場合によっては上述の界面活性剤(S)が併用使用される。分散樹脂は、染料や顔料(f1)100重量部に対し、固形分換算で10〜60重量部の範囲で使用する事が好ましい。顔料分散樹脂が顔料100重量部に対して10重量部未満であると分散安定性が低下して、ガラス用コーティング剤の分散安定性、保存安定性が悪化する場合がある。一方、分散樹脂が染料や顔料100重量部に対して60重量部を超えるとガラス用コーティング剤の粘度が著しく上昇し、ガラス用コーティング剤の保存安定性に悪影響を及ぼす場合があったり、コーティング層の乾燥不良が発生したり、水への溶出成分が増加したりするため、塗膜物性(ガラス密着性、耐水摩擦性、耐ブロッキング性)についても低下する場合がある。
染料や顔料(f1)の、水への分散安定化のために、必要に応じて水溶性樹脂を使用することも可能である。
このような水溶性樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリ(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸−(メタ)アクリル酸アルキルエステル共重合体、酢酸ビニル−クロトン酸共重合体、酢酸ビニル−(メタ)アクリル酸共重合体、ポリスチレンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、スチレンスルホン酸−マレイン酸共重合体、ポリイタコン酸、等の水溶性のビニル系共重合体;
例えば、多価カルボン酸とポリオールの重縮合反応により得られるポリエステル樹脂であり、親水
基の導入により樹脂全体が水溶化された水溶性ポリエステル樹脂;
メチルセルロース、エチルセルロース、プロピルセルロース、エチルメチルセルロース、
ヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボシキメチ
ルスセルロース、アルカリ金属カルボキシメチルセルロース、アルカリ金属セルロース硫
酸塩、セルロースグラフト重合体等のセルロース誘導体;
ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸等のポリペプチド類;
等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。これらは1種類または2種以
上を併用して用いることができる。
本発明の色材(F)に水溶性樹脂を用いる場合、色材(F)全量中、水溶性樹脂は0.1〜80重量%であることが好ましい。濃度が0.1重量%に満たないとその染料や顔料の分散安定化を期待できない。一方80重量%を越えて使用すると、コーティング層の耐水性等の塗膜性能が低下しやすい。
本発明のコーティング剤ガラス用コーティング剤は、本発明の効果を損なわない範囲で有れば、前記したような成分の他に添加剤を適宜配合することが可能である。例えば、熱膨張率低減、弾性率向上、粘度調整、強度向上、靭性向上、着色向上等の観点から有機又は無機の充填剤を配合できる。このような充填剤としては、ポリマー、セラミックス、金属、金属酸化物、金属塩等を用いることができ、形状については粒子状、繊維状等特に限定されない。なお、柔軟性付与剤、可塑剤、難燃化剤、保存安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、チクソトロピー付与剤、分散安定剤等、充填剤としてではなくポリマーブレンド、ポリマーアロイとして、樹脂組成物中に溶解、半溶解又はミクロ分散させることも可能である。
本発明のガラス用コーティング剤の最低造膜温度(MFT)は20℃以下である事が好ましい。20℃を超える場合には、乾燥時の造膜性が不十分となり塗膜物性が低下する場合がある。
<ガラス積層体>
本発明のガラス用コーティング剤は、上述の各成分を、当技術分野で周知の方法に従って均一に混合することによって調製することができる。ガラス用コーティング剤は、液状、あるいはペースト状のいずれかの形態で、様々な用途に適用することができる。本発明の一実施形態において、上記、ガラス用コーティング剤は、ガラス基材(X)をコーティング剤で処理したガラス積層体の用途で使用される。ガラス積層体形成用コーティング剤の用途で使用される場合の不揮発成分濃度は、1〜30%の範囲である。不揮発成分濃度が1%未満であると、ガラス面のコーティング層(Y)が不均一となり、ムラができやすいため、コーティング後の磨耗・脱落に起因する耐磨耗性が低下し、搬送ライン、特にコンベアガイドの汚染を引き起こす可能性がある。
また、30%よりも濃度が高い場合には、コーティング剤の粘度が高くなり、ガラス面のコーティング層(Y)が不均一となり、ガラス製品外面に十分な滑性を付与できないため、傷付き防止機能等の耐擦傷性、さらには耐水性にも優れるコーティング層(Y)を形成することができなくなる。
本発明の一実施形態では、ガラス用コーティング剤をガラス積層体形成用コーティング剤として使用して、代表的に0.1〜30μmの膜厚を有する樹脂層が形成される。したがって、塗膜形成の観点から、ガラス用コーティング剤の粘度は、少なくとも1〜3,500mPa・sの範囲、好ましくは10〜2,000mPa・s、及びより好ましくは20〜1,500mPa・sの範囲であることが望ましい。上記粘度が3,500mPa・s以下の場合、コーティングによって基材上に0.1〜30μmの薄膜を容易に形成することができ、透過率等の光学的特性を高めることも容易である。一方、粘度が1mPa・s以上の場合、ガラス用コーティング剤から形成する樹脂層の膜厚を制御することが容易である。
このように、ガラス用コーティング剤の粘度を調整するために、水や上述の水混和性有機溶媒の添加により、適時、調整が可能となる。
本発明のガラス用コーティング剤を使用する場合、概コーティング剤をガラス面及びガラス面に施した金属酸化物膜にコーティングする方法としては、特に制限は無く、スプレーによる吹き付け、マイヤーバー、アプリケーター、刷毛、スプレー、ローラー、ディッピング、グラビアコーター、ダイコーター、マイクログラビアコーター、リップコーター、コンマコーター、カーテンコーター、ナイフコーター、リバースコ−ター、スピンコーター、浸漬等の、周知の様々な方法を適用することができる。また、薄膜塗工又は厚膜塗工等の形態についても、用途に応じて、特に制限なく、選択することができる。
本発明の一実施形態では、コーティング方法の一例として、ガラス基材(X)が鏡や窓用の端面が平面形状であったり、ガラス瓶等の端面が曲面形状であったりしても、本発明のガラス用コーティング剤を使用して、好ましくガラス積層体を作成することが可能である。ガラス瓶のような端面が曲面形状のガラス基材(X)へのコーティングは、一般的にスプレーやディッピングで行われ、コーティング方法として、ホットエンドコーティングとコールドエンドコーティングの二つの工程で行われる。
第1の工程として、ホットエンドコーティングは、徐冷炉の入り口付近において、成形直後の高温のガラス容器の外面にスズ化合物(主に四塩化スズ)、チタン化合物(主に四塩化チタン)等を作用させて、ガラス容器の外面に酸化スズ、酸化チタン等の金属酸化物被膜を形成するものである。ホットエンドコーティングを行うことにより、次工程におけるコールドエンドコーティング被膜のガラス面への密着性が向上する。
次に、第2の工程として、コールドエンドコーティングにより、本発明のガラス用コーティング剤をコーティングする。コールドエンドコーティングは徐冷炉の終端付近で行うコーティングで、この時のガラス容器外面の平均温度は通常80〜120℃程度であるが、この温度をワックス状樹脂(C)の軟化点よりも高く、ポリウレタン系樹脂(A)、あるいはカルボジイミド系樹脂(B)の軟化点よりも低くすることで、良好な滑性が付与され、ガイド摩擦及び温水洗浄による滑性低下が起こりにくく、ガイド汚れも防ぐことができる。
また、本発明においてコーティング後の水性コーティング剤の乾燥方法は任意であるが、上記ガラス瓶のコーティング方法では、通常はガラス瓶の余熱により十分に乾燥される。
以下に、本発明の具体的な実施例を比較例と併せて説明するが、本発明は、下記実施例に限定されない。また、下記実施例および比較例中、「部」および「%」は、それぞれ「重量部」および「重量%」を表す。
<ポリウレタン系樹脂(A)の合成>
[合成例1]
還流冷却管、滴下満斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツロの2,000mlフラスコに、窒素ガスを導入しながら、数平均分子量(Mn)1,000(水酸基価<OHV>111)のポリエチレングルコール(p1)13部、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸(p4−1−1)7部、及び数平均分子量(Mn)1,500(水酸基価<OHV>76)のポリテトラメチレングリコール(p1)57部を仕込み、乾燥窒素で置換し、160℃まで昇温し、透明状態にした。次いで撹拌下、イソホロンジイソシアネート(Q)23部を20分間かけて滴下し、その後、徐々に190℃まで昇温した。昇温後更に30分反応させ、数平均分子量(Mn)11,500のカルボキシル基ポリウレタン樹脂(a)を得た。次に冷却しながらアセトン20部を徐々に加え、ポリウレタン樹脂(a)を溶解させた。更に3時間撹拌した後、28%アンモニア水4部を含む精製水300部を加えて30分攪拌した後、減圧下80℃にて共沸による脱溶剤を行うことによりカルボキシル基ポリウレタン樹脂(a)の水性分散体(ac)を得た。得られた水性分散体(ac)不揮発分濃度約30重量%、pH=6.7 であった。
[合成例2]
還流冷却管、滴下満斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツロの2,000mlフラスコに、窒素ガスを導入しながら、数平均分子量(Mn)2,000(水酸基価<OHV>56)のポリ(3−メチル−1,5−ペンタンアジペート)ジオール(p2)130.9部、数平均分子量(Mn)2,000(水酸基価<OHV>56)のポリエチレングリコール(p1)15.2部、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸(p4−1−1)29.4部、イソホロンジイソシアネート(Q)97.4部をメチルエチルケトン200部中で6時間沸点反応させて末端イソシアネートプレポリマーとしたのち、40℃まで冷却してからアセトン100部を加えて、末端イソシアネートプレポリマーの有機溶剤溶液を得た。次に、イソホロンジアミン(r2)26.6部およびアセトン400部を混合したものに、得られた末端イソシアネートプレポリマーの有機溶剤溶液572.9部を室温で徐々に添加して50℃で3時間反応させ、カルボキシル基を有するポリウレタン樹脂(a)の有機溶剤溶液を得た。次に、28%アンモニア水18.33部および精製水900部を上記ポリウレタン樹脂(a)の有機溶剤溶液に徐々に添加して中和した。この混合液にプロピレングリコール(b4)50部を加えて30分攪拌した後、減圧下60℃にて共沸による脱溶剤を行うことによりカルボキシル基ポリウレタン樹脂(a)の水性分散体(ac)を得た。得られた水性分散体(ac)不揮発分濃度約30重量%、pH=6.8 であった。
[合成例3]
還流冷却管、滴下満斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツロの2,000mlフラスコに、、窒素ガスを導入しながら、上記成分を下記の変更し対外は合成例2と同様にして、不揮発分濃度約30重量%、pH=6.7の水性分散体(ac)を得た。
(p1)ポリテトラメチレンエーテルグリコール(Mn:3,000、OHV:37)
159.8部
(p1)ポリプロピレングリコール(Mn:2,000、OHV:56)
150.0部
(p4−1−1)2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸
21.5部
(Q)イソホロンジイソシアネート 78.8部
(溶剤)メチルエチルケトン 200 部
(溶剤)アセトン 100 部
(r2)イソホロンジアミン 23.2部
(r3)ジブチルアミン 1.7部
(b4)グリセリン 50 部
(溶剤)アセトン 400 部
(塩基)28%アンモニア水 9.7部
精製水 900 部
[合成例4]
還流冷却管、滴下満斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツロの2,000mlフラスコに、、窒素ガスを導入しながら、上記成分を下記の変更し対外は合成例2と同様にして、不揮発分濃度約30重量%、pH=7.1のカルボキシル基を有しないポリウレタン系樹脂(A)の水性分散体(ac)を得た。
(p1)ポリエチレングリコール(Mn:1,000、OHV:111)
189.3部
(p1)ポリプロピレングリコール(Mn:2,000、OHV:56)
30部
(Q)イソホロンジイソシアネート 81部
(溶剤)メチルエチルケトン 200 部
(溶剤)アセトン 100 部
(r2)イソホロンジアミン 23.2部
(r3)ジブチルアミン 1.7部
(p4)グリセリン 50 部
(溶剤)アセトン 300 部
(塩基)28%アンモニア水 15部
精製水 600 部
<カルボジイミド系樹脂(B)の合成>
[合成例11]
還流冷却管、滴下満斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツロの2,000mlフラスコに、、窒素ガスを導入しながら、ジシクロヘキシルカルボジイミド80部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート15部を混合し、界面活性剤(S)としてポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテル(HLB14.4)2.5部、ポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテルサルフェート2.5部を配合し攪拌機にて1000rpmで1分間混合した。この混合物をホモジナイザーで3000rpmで高速攪拌しながら精製水90部を5分間かけて徐々に添加し、不揮発分濃度約50%、pH:7.1のジシクロヘキシルカルボジイミド水性分散体(bc)を得た。
[合成例12]
還流冷却管、滴下満斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツロの2,000mlフラスコに、、窒素ガスを導入しながら、m−テトラメチルキシリレンジイソシアネート(Q)700部をカルボジイミド化触媒(3−メチル−1−フェニル−2−ホスホレン−1−オキシド)14部とともに180℃に昇温し、32時間反応させ、イソシアネート末端テトラメチルキシリレンカルボジイミド(重合度=10)を得た。次いで、得られたカルボジイミド系樹脂(B)224.4部とヒドロキシプロパンスルホン酸ナトリウム32.4部を100℃で24時間反応させた。これに精製水244部を80℃で徐々に加え、不揮発分濃度約50%、pH:7.0のカルボジイミド系樹脂(B)の水性分散体(bc)を得た。
[合成例13]
還流冷却管、滴下満斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツロの2,000mlフラスコに、、窒素ガスを導入しながら、4,4'−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(Q)578gとカルボジイミド化触媒(3−メチル−1−フェニル−2−ホスホレン−1−オキシド)2.9gを180℃で15時間反応させ、イソシアネート末端ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド(重合度=4)を得た。次いで、得られたイソシアネート末端ジシクロヘキシルメタンカルボジイミドに、重合度:約12のポリエチレングリコールモノメチルエーテル485.0gを加え、150℃で5時間反応させた。反応後、50℃まで冷却し、水1478gを徐々に加えて、カルボジイミド系樹脂(B)の溶液を得た。次に、減圧下、100℃まで昇温して共沸し、過剰のポリエチレングリコールモノメチルエーテルを除去した後、室温まで冷却して不揮発分濃度約51%、Ph:6.8のエチレンオキサイド鎖を有するカルボジイミド系樹脂(b−1)の水性分散体(bc)を得た。
<ワックス状樹脂(C)の水性分散体(cc)の製造>
[合成例21]
還流冷却管、滴下満斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツロの2,000mlフラスコに、ポリエチレンワックス(三井石油化学社製「ハイワックスNL−500」)250部,イソプロパノール100部を仕込み、窒素気流下、80℃に加熱する。滴下管より、メタクリル酸メチル5部,アクリル酸n−ブチル10部,アクリル酸15部及びアゾビスイソビチロニトリル1.25部の混合物を3時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で更に3時間反応を継続し、その後、十分に撹拌を行いながらジメチルエタノールアミン(塩基)19部と精製水650部を添加し水分散化した後、昇温して共沸し、系内のイソプロパノールを除去し、不揮発分濃度約30%、Ph:6.8で不揮発分中にワックス成分を約91重量%含有する水性分散体(cc)を得た。この水性分散体(cc)の光散乱法による平均粒子径は380nmであった。
[合成例22]
温度計、攪拌機、還流冷却機、滴下槽、窒素ガス吹き込み管を備えた4ツロの2,000mlフラスコに、カルナウバワックス(融点80〜84℃)(c2) 20.0部、及び酸化型ポリエチレンワックス(融点110℃)(c1−1) 80.0部を仕込み、窒素ガスを導入しつつ攪拌しながら120℃に昇温し混合溶融した。別の4ツロの2,000mlフラスコに、ジメチルエタノールアミン(塩基) 2.1部、メチルエチルケトン436.8部、及び精製水 436.8部を仕込み90℃に加熱し、攪拌速度600rpmで攪拌しながら前記フラスコ)内の溶液を徐々に別のフラスコ中に添加した。添加終了後、そのまま攪拌しながら、減圧下、共沸によりメチレチルケトンを除去し、40℃以下まで冷却し、不揮発分濃度30%、Ph:6.9のワックス状樹脂(C)の水性分散体(cc)を得た。この水性分散体(cc)の分散粒子の光散乱法による平均粒子径は1.2μmであった。
各合成例の樹脂(A)、(B)及び(C)について、成分内容、外観、不揮発分濃度(NV)、粘度(Vis)、水素イオン指数(pH)、及び平均粒子径(Dm)を以下の方法に従って求め、結果を表1〜3に示した。また、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、ガラス転移温度(Tg)、酸価(AV)及び水酸基価(OHV)の測定方法についても測定方法について示した。
《外観》
各配合例で得られた水性分散体の液体外観を目視にて評価した。
《不揮発成分濃度(NV)》
水性分散体、約1gを金属容器に秤量し、150℃オーブンにて20分間乾燥して、残分を秤量して残率計算をし、不揮発成分濃度(%)とした。
《粘度(Vis)》
各配合例で得られた水性分散体を23℃の雰囲気下でE型粘度計(東機産業社製 TV−22)にて、約1.2mlを測定用試料とし、回転速度0.5〜100rpm、1分間回転の条件で測定し、溶液粘度(mPa・s)とした。
《水素イオン指数(pH)》
各配合例で得られた水性分散体23℃の雰囲気下でpH測定器(HORIBA社製 F−71)で測定し、pHとした。
《平均粒子径(Dm)》
試料を500倍に水希釈し、該希釈液約5mlを動的光散乱測定法(測定装置はマイクロトラック(株)日機装製)により測定をおこなった。この時得られた体積粒子径分布データ(ヒストグラム)のピークを平均粒子径(Dm、単位:nm、あるいはμm)とした。
《分子量》
数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)の測定は、昭和電工社製GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)「ShodexGPC System−21」を用いた。GPCは溶媒に溶解した物質をその分子サイズの差によって分離定量する液体クロマトグラフィーであり、溶媒としてはテトロヒドロフラン、数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mn)の決定はポリスチレン換算で行った。
《酸価(AV》
共栓三角フラスコ中に試料化合物(B)を、約1gを精密に量り採り、トルエン/エタノール(容積比:トルエン/エタノール=2/1)混合液100mlを加えて溶解した。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間保持した後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定した。
乾燥状態の樹脂の値として、酸価(mgKOH/g)を次式により求めた。
酸価(mgKOH/g)={(5.611×a×F)/S}/(不揮発分濃度/100)
ただし、S:試料の採取量(g)
a:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
F:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
《水酸基価(OHV)》
共栓三角フラスコ中に試料を、約1gを精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液100mlを加えて溶解する。更にアセチル化剤(無水酢酸25gをピリジンで溶解し、容量100mlとした溶液)を正確に5ml加え、約1時間攪拌した。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間持続する。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定する。
水酸基価は次式により求めた。水酸基価は樹脂の乾燥状態の数値とした(単位:mgKOH/g)。
水酸基価(mgKOH/g)=[{(b−a)×F×28.25}/S]/(不揮発分濃度/100)+D
ただし、S:試料の採取量(g)
a:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
b:空実験の0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
F:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
D:酸価(mgKOH/g)
《ガラス転移温度(Tg)》
ロボットDSC(示差走査熱量計、セイコーインスツルメンツ社製「RDC220」)に「SSC5200ディスクステーション」(セイコーインスツルメンツ社製)を接続して、測定に使用した。
試料約10mgをアルミニウムパンに入れ、秤量して示差走査熱量計にセットし、試料を入れない同タイプのアルミニウムパンをリファレンスとして、100℃の温度で5分間加熱した後、液体窒素を用いて−120℃まで急冷処理した。その後10℃/分で昇温し、昇温中に得られたDSCチャートからガラス転移温度(Tg、単位:℃)を決定した。
Figure 0006245111
Figure 0006245111
Figure 0006245111
表1〜3に記載の成分の詳細は、以下のとおりである。表1〜3において、記号「無印」は、配合なしを意味している。
<表1標記>
・成分(P)
PEG1000:ポリエチレングリコール(Mn:1,000、OHV:111)、PEG2000:ポリエチレングリコール(Mn:2,000、OHV:56)、PPG2000:ポリプロピレングリコール(Mn:2,000、OHV:56)、PTG1500:ポリテトラメチレングリコール(Mn:1,500、OHV:76)、PTG3000:ポリテトラメチレングリコール(Mn:3,000、OHV:37)、PES2000 :リ(3−メチル−1,5−ペンタンアジペート)ジオール(Mn:2,000、OHV:56)、DPA:2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸、PG:プロピレングリコール、GR:グリセリン
・成分(Q)
IPDI:イソホロンジイソシアネート
・成分(R)
IPDA:イソホロンジアミン、DBA:ジブチルアミン
・溶剤
Ace:アセトン、MEK:メチルエチルケトン
・塩基
NH4:28%アンモニア水
<表2標記>
・成分(P)
PGMA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、PEGE:ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(重合度:約12)
・成分(Q)
TMXDI:m−テトラメチルキシリレンジイソシアネート、HMDI:4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート
・カルボジイミド
DCBI:ジシクロヘキシルカルボジイミド
・触媒
MPPO:3−メチル−1−フェニル−2−ホスホレン−1−オキシド
・界面活性剤(S)
POSPE:ポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテル(HLB14.4)、
POSPS:ポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテルサルフェート
・塩基
HPSNa:ヒドロキシプロパンスルホン酸ナトリウム
<表3標記>
・成分(C)
PGMA:ポリエチレンワックス(三井石油化学社製「ハイワックスNL−500」)、TMXDI:酸化型ポリエチレンワックス(融点110℃)、PEGE:カルナバワックス(融点80〜84℃)
・アクリル樹脂組成
MMA:メタクリル酸メチル、BA:アクリル酸n−ブチル、AA:アクリル酸、AIBN:アゾビスイソビチロニトリル
・溶剤
MEK:メチルエチルケトン、IPA:イソプロパノール
・塩基
DMAE:ジメチルエタノールアミン
本発明では、上述の成分に限定されることなく、各種特性に優れた水性分散体を提供することができる。
<色材(F)の製造>
[製造例1〜2]
無機顔料(f1)67.6部、水性分散体(W)26.8部、表面改質剤(E)0.4部、及びイオン交換水5.2部、をペイントコンディショナーにて2時間分散し、濃縮顔料分散液である色材(F)を得た。
[製造例3〜6]
有機顔料、あるいは染料(f1)を38.0部、水性分散体(W)27.0部、表面改質剤(E)0.4部、及び精製水34.6部、をペイントコンディショナーにて2時間分散し、濃縮顔料分散液である色材(F)を得た。
表4に示した製造例1〜6の色材(F)について、不揮発成分濃度(NV)を上記した方法に従って求め、結果を表4に示した。
Figure 0006245111
表4に記載の色材(F)の詳細は、以下のとおりである。表4において、記号「無印」は、配合なしを意味している。
・染料、または顔料(f1)
CR80:石原産業社製酸化チタン顔料 「タイペーク CR80」、FG7330:トーヨーカラー社製フタロシアニン顔料 「リオノールブルー FG7330」、YL−SE:日本化薬社製分散染料 「カヤロンポリエスター YL−SE」
・水性分散体(W)
J−2156:BASF社製水性分散体 「JONCRYL 2156」 不揮発成分:50%
・表面改質剤(E)
SF420:日信化学工業社製表面改質剤 「サーフィノール 420」
本発明では、上述の成分に限定されることなく、各種特性に優れた色材の水性分散体を提供することができる。
<ガラス用コーティング剤>
[配合例1〜40]
1Lのポリ瓶に、ポリウレタン系樹脂(A)の水性分散体(ac)、カルボジイミド系樹脂(B)の水性分散体(bc)、ワックス状樹脂(C)の水性分散体(cc)を必須成分とし、必要に応じてシラン化合物(D)、表面改質剤(E)、及び色材(F)、及びその他の添加剤を表5に示す比率で仕込み、精製水を加えてホモミキサーにて、3,000回転で5分間、十分に攪拌を行い、十分に脱泡を行った後、不揮発成分濃度、約3%前後に調整し、配合例に示すガラス用コーティング剤を得た。尚、表中示した数字は不揮発分を意味している。
Figure 0006245111
表5に記載の成分の詳細は、以下のとおりである。表5において、記号「無印」は、配合なしを意味している。
・ポリウレタン系樹脂(A)の水性分散体(ac)
合成例:合成例1〜4、150HS:第一工業製薬社製ポリエーテル系ポリウレタン樹脂水性分散体 「スーパーフレックス 150HS」 不揮発分:38% 平均粒子径:0.08μm、420:第一工業製薬社製ポリカーボネート系ポリウレタン樹脂水性分散体 「スーパーフレックス 420」 不揮発分:38% 平均粒子径:0.01μm、830HS:第一工業製薬社製ポリカーボネート系ポリウレタン樹脂水性分散体 「スーパーフレックス 830HS」 不揮発分:38% 平均粒子径:0.01μm
・カルボジイミド系樹脂(B)の水性分散体(bc)
合成例:合成例11〜13、E-02:日清紡ケミカル社製エチレンオキサイド鎖含有カルボジイミド系樹脂水性分散体「カルボジライトE-02」 不揮発分:40%、E-03A:日清紡ケミカル社製エチレンオキサイド鎖含有カルボジイミド系樹脂水性分散体「カルボジライトE-03A」 不揮発分:40%
・ワックス状樹脂(C)の水性分散体(cc)
合成例:合成例21〜22、531:BYK社製ポリエチレンワックス「Aquacer531」 不揮発分:45%、平均粒子径:0.17μm、S300:三井化学社製アイオノマーワックス 「ケミパール S300」 不揮発分:35%、平均粒子径:0.5μm 、
DP-6001A:東洋アドレ社製ポリオレフィンワックス 「アクアペトロ DP−6001A」 不揮発分:16%、平均粒子径:0.3μm
・シラン化合物(D)
KBM602:信越化学社製アミノシラン 「KBM−602」N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン} 、KBM402:信越化学社製エポキシシラン 「KBM−402」{3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン}
・表面改質剤(E)
BYK011:BYK社製消泡剤 「BYK−011」不揮発分:29% 、BYK425:BYK社製レベリング剤 「BYK−425」不揮発分:50%、BYK333:BYK社製表面調整剤 「BYK−333」不揮発分:97%
・色材(F)
製造例:製造例1〜6
・その他の添加剤
RC591:旭化成社製セルロース「ゼオラス RC591」粉体
<ガラス積層体>
表5の比率で配合したガラス用コーティング剤を用い、それぞれ以下の方法でガラス積層体を作成した。
[実施例1〜36][比較例1〜4]
表5に示したガラス用コーティング剤をガラス用コーティング剤として使用して、以下の積層体を作成した。
ホットエンドコーティングで酸化錫を施した液体用ガラス容器(ガラス瓶)を用意し、それらを高温乾燥機中で115℃にて60分間保持して、十分に定着化をした。配合例に示したガラス用コーティング剤をハンド式スプレーガンのカップに充填し、スプレーガンを固定した。外表面の平均温度を110℃とした該ガラス容器をターンテーブルの中心に置き、2回転/分で回転させながらガラス用コーティング剤を約2秒間スプレーし、ガラス容器の外表面胴部にコーティング剤を塗布した。その後、乾燥させてガラス積層体を作成した。
得られたガラス積層体について、耐擦傷性、滑性(常態、温水浸漬後)及び密着性(滑性変化、外観変化)を以下の方法に従って求め、結果を表6に示した。
《耐擦傷性》
ガラス積層体表面の耐擦傷性測定は、磨耗試験機(本光製作所製)の先端に♯0000番のスチールウールを取り付け、1kg/cm2の荷重をかけて、10往復摩擦したときの表面を、実体顕微鏡を使用して傷の状況を確認し、以下の3段階で目視評価した。「△」評価以上の場合、実際の使用時に特に問題ない。
○:全く傷無し、問題なし。
△:若干傷が確認できるが、実用上問題なし。
×:傷が目立ち、実用不可。
《滑性測定(常態)》
ガラス積層体表面の滑性測定は、滑性測定機を用いて、日本ガラスびん協会規格「7.14表面滑り角度測定方法」に基づいて測定した。
測定は、3本の瓶状ガラス容器積層体を俵積みし、このサンプルを徐々に傾斜させて上部ガラス容器が滑り始めた角度すなわち滑性角度で判定し、その角度(°)が小さいほど活性が良いと判断し、以下の4段階で評価した。「△」評価以上の場合、実際の使用時に特に問題ない。
<滑性測定判断基準>
◎:滑性角度7〜10°
○:滑性角度11°〜13°
△:滑性角度14°〜16°
×:滑性角度17°以上
《温水浸漬後滑性》
ガラス積層体を65℃の温水に20分間浸漬し(C社情報、他社明細書は70℃-10分)、取り出したガラス積層体について、上記同様測定し、「温水浸漬後滑性」とし、以下の4段階で評価した。
「△」評価以上の場合、実際の使用時に特に問題ない。
<滑性測定判断基準>
◎:滑性角度7〜10°
○:滑性角度11°〜13°
△:滑性角度14°〜16°
×:滑性角度17°以上
<密着性試験(滑性測定)>
ガラス容器積層体を、ラインシュミレーター(LS)に2分かけた後、ガラス容器表面の傷の有無を確認した。その後、滑性測定機を用いて、日本ガラスびん協会規格「7.14表面滑り角度測定方法」に基づいて滑性を測定し、ラインシュミレーター使用前後の滑性の変化を以下の3段階で測定した。「△」評価以上の場合、実際の使用時に特に問題ない。
<判断基準>
○:滑性角度変化が3°以下で問題なし。
△:滑性角度変化が3〜7°で実用上、問題なし
×:滑性角度変化が7°以上で、滑性低下が著しい
《密着性試験(外観評価)》
上記同様、ガラス積層体を、ラインシュミレーター(LS)に2分かけた後の外観を目視にて、以下の4段階で評価した。「△」評価以上の場合、実際の使用時に特に問題ない。
<判断基準>
◎:コーティング剤の剥がれが全くなし
○:若干端部に浮きがある
△:微少の剥がれがあるが特に問題なし
×:一部コーティング剥がれている
Figure 0006245111
本発明のガラスコーティング剤を用いた場合は、表6に示すように、実施例1〜3、5〜8、10、11、13〜16、23〜36では、特に問題ない。更に密着性試験の結果から、ガラスコーティング剤の剥がれがないことから、ガラス製品表面のコーティングの磨耗・脱落に起因する搬送ライン、特にコンベアガイドの汚染を防止することも可能である。また、実施例4、9、12、17〜22では、耐殺傷性、滑性、あるいは密着性のいずれかのレベルが低いが、実用上、特に問題ない。
これに対して、比較例1〜4では、耐殺傷性、滑性、あるいは密着性のいずれかに難があるため、使用困難であることがわかる。

Claims (12)

  1. ポリウレタン系樹脂(A)と、カルボジイミド系樹脂(B)と、ワックス状樹脂(C)とを含有するガラス用コーティング剤。
  2. ガラス用コーティング剤全不揮発分中、
    ポリウレタン系樹脂(A)が0.5〜90重量%、
    カルボジイミド系樹脂(B)が0.5〜90重量%、
    ワックス状樹脂(C)が0.5〜30重量%、
    であることを特徴とする請求項1記載のガラス用コーティング剤。
  3. ポリウレタン系樹脂(A)が、カルボキシル基を有するポリウレタン樹脂(a)を含有することを特徴とする請求項1又は2記載のガラス用コーティング剤。
  4. ポリウレタン系樹脂(A)が、ポリエーテルポリオール(p1)、ポリエステルポリオール(p2)およびポリカーボネートポリオール(p3)からなる群より選択される1種以上の化合物を原料とすることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載のガラス用コーティング剤。
  5. カルボジイミド系樹脂(B)が、アルキレンオキサイド鎖を有するカルボジイミド系樹脂(b)を含有することを特徴とする請求項1〜4いずれか記載のガラス用コーティング剤。
  6. アルキレンオキサイド鎖を有するカルボジイミド系樹脂(b)が、エチレンオキサイド鎖を有するカルボジイミド系樹脂(b1)を含有することを特徴とする請求項5記載のガラス用コーティング剤。
  7. ワックス状樹脂(C)が、ポリオレフィンワックス(c1)、エステルワックス(c2)およびアミドワックス(c3)からなる群より選択される1種以上のワックスであることを特徴とする請求項1〜6いずれか記載のガラス用コーティング剤。
  8. 更にシラン化合物(D)を含有することを特徴とする請求項1〜7いずれか記載のガラス用コーティング剤。
  9. 更に、表面改質剤(E)を含有することを特徴とする請求項1〜8いずれか記載のガラス用コーティング剤。
  10. ガラス基材(X)と、請求項1〜9いずれか記載のガラス用コーティング剤から形成されるコーティング層(Y)とからなるガラス積層体。
  11. コーティング層(Y)の厚さが、0.01〜30μmであることを特徴とする請求項10記載のガラス積層体。
  12. ガラス基材(X)の端面が、曲面または平面形状であることを特徴とする請求項10又は11記載のガラスの積層体。
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