JP6264748B2 - エマルションの製造方法、エマルションおよび水性被覆材 - Google Patents
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Description
溶剤型被覆材は、プラスチック基材に塗布された際、被覆材中の有機溶剤が、基材の表面をごくわずかに溶解することによって塗膜と基材との密着性を発現する、という効果を有する。しかしながら、水性被覆材の場合には、このような効果が期待できないため十分な密着性が得られず、種々の検討が行われてきた。
さらに、一度塗膜が形成された後に、塗膜外観欠陥などによって再び水性被覆剤を塗布する場合には、プラスチック基材への密着性のみならず、形成された塗膜への密着性(リコート性)が必要となる。
このため、密着性の改善を目的とし、基材および形成された塗膜などの材質に応じた種々の水性被覆材が検討されてきた。
例えば、特許文献1には、プラスチック基材への密着を向上させるため、シアノ基含有ビニル系単量体を用いて、特許文献2にはモノメタクリロイルオキシエチルサクシネートを用いて乳化重合する例が記載されている。
特許文献2に記載の発明は、水酸基含有ビニル系単量体を特定量共重合していないため、耐水性が不十分であった。
本発明の目的は、この問題を解決し、プラスチック基材、特にABS基材およびPP基材に対して密着性、リコート性が良好であり、かつ耐水性に優れた塗膜が得られる水性被覆材を提供することである。
さらには、前記のエマルションと塩素化ポリオレフィン樹脂とを含む水性被覆材にある。
水酸基含有ビニル系単量体(a1)
前記ビニル系単量体混合物(A)は水酸基含有ビニル系単量体(a1)5.0〜38.0質量%を含むことが必要である。
水酸基含有ビニル系単量体(a1)(以下、単量体(a1)ということがある)としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、5−ヒドロキシペンチル(メタ)アクリレート、6−ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、7−ヒドロキシヘプチル(メタ)アクリレート、8−ヒドロキシオクチル(メタ)アクリレート、9−ヒドロキシノニル(メタ)アクリレート、アリルアルコール、メタクリルアルコール、並びにこれらとラクトン類(β−プロピオラクロン、ジメチルプロピオラクトン、ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、γ−カプロラクトン、γ−カプリロラクトン、クロトラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン等)との付加物等が挙げられ、中でも、密着性や耐水性の観点から、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが好ましい。これらは1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
さらに本願発明においては、前記ビニル系単量体混合物(A)に芳香族ビニル系単量体(a2)を10.0〜50.0質量%含むことが必要である。
芳香族ビニル系単量体としては、スチレン、α−メチルスチレン等が挙げられる。密着性や耐水性の観点から、スチレンが好ましい。
ビニル系単量体混合物(A)はその他のビニル系単量体(a3)を45.0〜85.0質量%含む。より好ましくは50.0〜81.0質量%である。
その他のビニル系単量体(a3)としては例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n−ラウリル(メタ)アクリレート、n−ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート等のエポキシ基含有ビニル性単量体等が挙げられる。
密着性および耐水性の観点から、炭素数が4以上のアルキル(メタ)アクリレートが好ましく、中でも、i−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレートがより好ましい。
ビニル系単量体混合物(A)の乳化重合は、界面活性剤の存在下、単量体混合物(A)を重合反応系内に供給し、ラジカル重合開始剤によって乳化重合する公知の方法が挙げられる。例えば、分散媒である水と、単量体混合物(A)と、ラジカル重合剤と、界面活性剤とを任意の温度で混合・攪拌することで、エマルションを調製できる。
また、重合速度の促進および70℃以下での低温の重合が望まれる場合には、例えば、重亜硫酸ナトリウム、ロンガリット、硫酸第一鉄、アスコルビン酸塩等の還元剤をラジカル重合触媒と組み合わせて用いると有利である。
界面活性剤としては、例えば、各種のアニオン性、カチオン性またはノニオン性の界面活性剤、もしくは高分子乳化剤が挙げられる。また、界面活性剤成分中にエチレン性不飽和結合を持つ、反応性乳化剤であってもよい。中でも、塗膜の耐水性をより高める観点から、反応性乳化剤を用いることが好ましい。
界面活性剤の好ましい添加量としては、全単量体100質量部に対して0.1〜10.0質量部が好ましく、0.5〜8.0質量部がより好ましい。上記下限値以上であれば、 エマルションの重合安定性および貯蔵安定性が向上する。上記上限値以下であれば、耐水性を損なうことなく、塗料化する際の配合安定性、経時的安定性を保つことができる。
連鎖移動剤としては、例えば、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−テトラデシルメルカプタン、n−ヘキシルメルカプタン等の公知の連鎖移動剤が挙げられ、中でも、n−ドデシルメルカプタンが好ましい。
連鎖移動剤の添加量は、全単量体100質量部に対して0.1〜5質量%が好ましく、0.2〜3質量%がより好ましい。連鎖移動剤の添加量を上記下限値以上とすれば、基材への塗膜の密着性がより高くなる。また、連鎖移動剤の添加量を上記上限値以下とすれば、塗膜の耐水性がより高くなる。
前記重合工程における単量体混合物(A)の重合率は、特に限定されないが、80.0質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上がさらに好ましい。
前記重合工程における反応温度は、単量体混合物(A)の重合率等を勘案して決定でき、例えば、40〜85℃である。
ビニル系単量体混合物(B)は水酸基含有ビニル系単量体(b1)5.0〜43.0質量%と炭素数2以上のジカルボン酸のハーフエステルであってエステル部分に(メタ)アクリロイルオキシアルキレン基を有する単量体(b2)2.0〜15.0質量%、およびその他ビニル系単量体(芳香族ビニル系単量体は除く)(b3)55.0〜93.0質量%を含む。
水酸基含有ビニル系単量体(b1)(以下、単量体(b1)ということがある)としては、前記記載の水酸基含有ビニル系単量体(a1)と同様のものを用いることができる。
単量体混合物(B)中の単量体(b1)の含有量は、5.0〜43.0質量%である。単量体(b1)の含有量を5.0質量%以上とすれば、PP基材への密着性や形成された塗膜への密着性が高くなる。また、単量体(b1)の含有量を43.0質量%以下とすれば、形成された塗膜への密着性が高くなる。より好ましくは7.0〜26.0質量%である。
炭素数2以上のジカルボン酸のハーフエステルであってエステル部分に(メタ)アクリロリルオキシアルキレン基を有する単量体(b2)としては、例えば、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルフタル酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルマレイン酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸などが挙げられる。中でも、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルフタル酸が、耐水性や貯蔵安定性、得られる塗膜への密着性の観点から好ましい。これらは1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いてもよい。
単量体混合物(B)中の(b2)の含有量は、2.0〜15.0質量%であり、3.0〜14.0質量%がより好ましい。単量体(b2)の含有量を2.0質量%以上とすれば、耐水性や貯蔵安定性が高くなる。また、炭素数2以上のジカルボン酸のハーフエステルであってエステル部分に(メタ)アクリロリルオキシアルキレン基を有する単量体(b2)の含有量を15.0質量%以下とすれば、形成された塗膜への密着性が高くなる。
その他のビニル系単量体(b3)としては、芳香族ビニル系単量体を除き、前記ビニル系単量体(a3)と同様の単量体が挙げられるが、炭素数が4以下のアルキル(メタ)アクリレートを用いるのが好ましい。密着性の観点から、メチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレートを用いるのがより好ましい。
単量体混合物(B)中の(b3)の含有量は、55.0〜93.0質量%であり、71.0〜90.0質量%がより好ましい。
前記ビニル系単量体混合物(B)の乳化重合では、連鎖移動剤を添加することが好ましい。連鎖移動剤の添加量は、ビニル系単量体混合物(A)の乳化重合の工程で添加した連鎖移動剤との合計が、全単量体100質量%に対して、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.2〜3質量%である。
反応温度は、40〜85℃が好ましい。
塩基性化合物としては、例えば、アンモニア、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジブチルアミン、アミルアミン、1−アミノオクタン、2−ジメチルアミノエタノール、エチルアミノエタノール、2−ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。
なお、体積平均粒子径とは、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて測定される体積平均粒子径である。
本発明の水性被覆材は、エマルションと塩素化ポリオレフィン樹脂とを混合することによって得られる。エマルションと塩素化ポリオレフィン樹脂との混合方法は、特に限定されず、従来公知の混合装置を用いた混合方法が挙げられる。
エマルションと塩素化ポリオレフィン樹脂との配合比は、特に限定されず、得られる水性被覆材の物性等を勘案して決定できる。[エマルションの固形分]/[塩素化ポリオレフィン樹脂の固形分]で表される質量比(以下、(I)/比ということがある)は、例えば、50/50〜95/5が好ましく、60/40〜80/20がより好ましい。上記下限値以上であれば、ABS基材への密着性が良好であり、上記上限値以下であれば、PP基材への密着性が良好なためである。
本願発明に用いる塩素化ポリオレフィン樹脂としては特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ポリブテン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、天然ゴム、オレフィン系ゴム等のポリオレフィン類にカルボキシル基、水酸基、酸無水物基等を導入した変性ポリオレフィン類を公知の方法で塩素化させた塩素化ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。
塩素化ポリオレフィン樹脂としては、ポリプロピレンおよび/またはポリエチレンを塩素化することによって得られる塩素化ポリオレフィン樹脂が好ましく、この塩素化ポリオレフィン樹脂を無水マレイン酸等で変性した酸無水物変性塩素化ポリオレフィンがより好ましい。
本願発明の水性被覆材はさらに種々の添加剤を加え、塗料として用いることも可能である。
塗料には、コーティング材料として高度な性能を発現させるために、各種顔料、消泡剤、顔料分散剤、レベリング剤、たれ防止剤、艶消し剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、耐熱性向上剤、スリップ剤、防腐剤等が含まれていてもよい。また、塗料は、他のエマルション樹脂、水溶性樹脂
塗料中の水性被覆材の含有量は、例えば、水性被覆材の固形分として10.0〜80.0質量%であることが好ましい。
本発明のプラスチック成形物は、本願発明の水性被覆材または塗料が塗装されたものである。
塗装の対象となる成形物(被塗装物)は、塗装される面(被塗装面)を形成する基材がプラスチック製であればよく、例えば、ポリエチレン基材やポリプロピレン基材等のポリオレフィン基材、ABS基材、スチレン基材等によって表面が塗装されているものが挙げられる。
中でも、ポリプロピレン基材、ABS基材によって表面が塗装されているものが好ましい。
表中の略号は、以下の化合物を示す。
n−DM:n−ドデシルメルカプタン
St:スチレン
2−EHMA:2−エチルヘキシルメタクリレート
2−EHA:2−エチルヘキシルアクリレート
2−HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート
MMA:メチルメタクリレート
n−BA:ノルマルブチルアクリレート
i−BMA:イソブチルメタクリレート
MAA:メタクリル酸
Ac−PA:2−アクリロイルオキシエチルフタル酸
Ac−SA:2−アクリロイルオキシエチルコハク酸
E−503:スーパークロンE−503(塩素化ポリオレフィン樹脂、有効成分30%、日本製紙株式会社製)
EW−5303:ハードレンEW−5303(塩素化ポリオレフィン樹脂、有効成分30%、東洋化成株式会社製)
<密着性試験>
ABS樹脂「3001M」(三菱レイヨン株式会社製)またはポリプロピレン樹脂「TX−1810A」(日本ポリケム株式会社製)から成形した厚さ3mmの板に、後述の水性被覆材を乾燥膜厚20μmとなるようにスプレー塗装し、80℃の雰囲気中で30分間乾燥して、試験片を得た。
次いで、試験片の塗膜面に、基材に達するように1mm間隔で縦横各11本の切り込みを入れ100個の碁盤目を作った。この碁盤目上にセロハン粘着テープを貼りつけた後、該粘着テープを急激に剥がした。粘着テープを剥がした後の塗膜の状態を観察し、下記の評価基準に従って評価した。
≪評価基準≫
◎:100マス中に、塗膜が100マス残っている。
○:100マス中に、塗膜が95〜99マス残っている。
△:100マス中に、塗膜が1〜94マス残っている。
×:100マス中の全ての塗膜が剥がれている。
「<密着性試験>」で作製した試験片を40℃の温水に7日間浸漬した後、試験片の塗膜面に、基材に達するように1mm間隔で縦横各11本の切り込みを入れ100個の碁盤目を作った。この碁盤目上にセロハン粘着テープを貼りつけた後、該粘着テープを急激に剥がした。粘着テープを剥がした後の塗膜の状態を観察し、前記〈密着性試験〉と同様の評価基準に従って評価した。
ABS樹脂「3001M」(三菱レイヨン株式会社製)から成形した厚さ3mmの板に、ダイヤナールLR−7004(三菱レイヨン(株)製、計算Tg=27℃、固形水酸基価=120mgKOH/g、重量平均分子量=4000)とイソシアネート硬化剤(スミジュールN3300、住化バイエルウレタン(株)製、NCO基=21.8%)を水酸基/NCO基=1/1の比率になるように混合した溶液を塗装可能な粘度に溶剤を加え調整し、乾燥膜厚20μmとなるようにスプレー塗装し、120℃の雰囲気中で30分間乾燥して、塗膜が形成された試験片を得た。次いで、各例の水性被覆材を乾燥膜厚20μmとなるようにスプレー塗装し、80℃の雰囲気中で30分間乾燥して、塗膜が形成された試験片を得た。
次いで、試験片の塗膜面に、基材に達するように1mm間隔で縦横各11本の切り込みを入れ100個の碁盤目を作った。この碁盤目上にセロハン粘着テープを貼りつけた後、該粘着テープを急激に剥がした。粘着テープを剥がした後の塗膜の状態を観察し、前記〈密着性試験〉と同様の評価基準に従って評価した。
攪拌機、還流冷却管、温度制御装置および滴下ポンプを備えたフラスコに、脱イオン水200質量%と、界面活性剤であるアデカリアソープSR−10(4.0質量%)とを仕込み、80℃に昇温させ保持した。次いで、単量体(a1):スチレン(20.0質量%)と単量体(a2):エチルヘキシル(メタ)アクリレート(27.2質量%)、エチルヘキシルアクリレート(13.2質量%)、イソブチル(メタ)アクリレート(29.0質量%)と単量体(a3):2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート(10.6質量%)との混合物(単量体混合物(A))と、連鎖移動剤であるn−ドデシルメルカプタン(1.2質量%)とを加えた。さらに、脱イオン水46質量%と、アデカリアソープSR−10(6.0質量%)とを加え、第一のプレエマルション液を調製した。この第一のプレエマルション液を10.0質量%採取し、フラスコに投入後、ラジカル重合開始剤である過硫酸アンモニウム(0.3質量%)を加えた。30分後、残りの第一のプレエマルション液(143.2質量%)を3時間かけて滴下して、エマルションを得た(第一の重合工程)。
次に単量体(b1):メチル(メタ)アクリレート(19.6質量%)、ノルマルブチルアクリレート(59.0質量%)と、単量体(b2):2−ヒドロキシエチルアクリレート(15.0質量%)と、単量体(b3):2−アクリロイルオキシエチルフタル酸(6.4質量%)とを混合して単量体混合物(B)とした。この単量体混合物(B)と、連鎖移動剤であるn−ドデシルメルカプタン(1.2質量%)と、脱イオン水46質量%と、アデカリアソープSR−10(6.0質量%)とを混合し、第二のプレエマルション液を調製した。
第一の重合工程を終えた1時間後に、一次エマルションに第二のプレエマルションを3時間かけて滴下した。その後、室温まで冷却し、2−ジメチルアミノエタノール10%溶液(21.0質量%)を添加し、エマルション(pH:8.0、固形分:35%)を得た(第二の重合工程)。
得られた、エマルションと、塩素化ポリオレフィン樹脂であるスーパークロンE−503とを表1記載の比に従って配合した。その後、エマルションと塩素化ポリオレフィン樹脂の混合物100g(固形分量)に2−ジメチルアミノエタノールを添加して、pHを8.0に調整した。さらに、造膜助剤としてジエチレングリコールモノブチルエーテル12.0gを添加した後、ディスパーで攪拌し、水性被覆材を得た(混合工程)。
得られた水性被覆材について、密着性および耐水性を評価し、その結果を表中に示した。
第一の重合工程における連鎖移動剤および単量体混合物(A)、第二の重合工程における連鎖移動剤および単量体混合物(B)、並びにエマルションと塩素化ポリオレフィン樹脂の比を表1〜3に示す組成に従った以外は、実施例1と同様にして、各例の水性被覆材を得た。
得られた水性被覆材について、密着性および耐水性、リコート性(形成された塗膜への密着性試験方法)を評価し、その結果を表1〜表3中に示す。
表1〜2に示すように、本発明を適用した実施例1〜17は、ABS基材およびPP基材に対する密着性、並びにABS基材およびPP基材における耐水性、リコート性(形成された塗膜への密着性試験方法)のいずれもが、「△」または、「○」または「◎」であった。
Claims (7)
- 下記記載のビニル系単量体からなるビニル系単量体混合物(A)
水酸基含有ビニル系単量体(a1)5.0〜38.0質量%
芳香族ビニル系単量体(a2) 10.0〜50.0質量%
その他ビニル系単量体(a3) 45.0〜85.0質量%
を乳化重合して得られたエマルション中で、下記記載のビニル系単量体からなるビニル系単量体混合物(B)
水酸基含有ビニル系単量体(b1)5.0〜43.0質量%
炭素数2以上のジカルボン酸のハーフエステルであってエステル部分に(メタ)アクリロイルオキシアルキレン基を有するビニル系単量体(b2)2.0〜15.0質量%
その他ビニル系単量体(芳香族ビニル系単量体は除く)(b3)55.0〜93.0質量%
を乳化重合するエマルションの製造方法。 - ビニル系単量体混合物(A)に含まれるその他ビニル系単量体(a3)がエステル部分の炭素数が4以上の(メタ)アクリレートからなる請求項1に記載のエマルションの製造方法。
- ビニル系単量体混合物(B)に含まれるその他ビニル系単量体(b3)がエステル部分の炭素数が4以下の(メタ)アクリレートからなる請求項1に記載のエマルションの製造方法。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載の製造方法で得られるエマルション。
- 請求項4記載のエマルションと塩素化ポリオレフィン樹脂とを含む水性被覆材。
- エマルション/塩素化ポリオレフィン樹脂で表される質量比が、50/50〜95/5である請求項5に記載の水性被覆材。
- 請求項5または請求項6に記載の水性被覆材が塗布されたプラスチック成型物。
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