JP6562148B2 - 積層塗膜及び塗装物 - Google Patents

Description

本発明は積層塗膜及び塗装物に関する。

一般に自動車の車体や自動車の部品等の基材表面には複数の塗膜が重ねられて基材の保護及び外観の向上が図られている。例えば、特許文献１には、金属板にカチオン電着塗料及び中塗り塗料を塗装してなる被塗物に、濃色顔料（カーボンブラック）を含有するマンセルカラーチャートＮ０〜５の濃色塗料を塗装し、その塗面に厚み０．１〜１μｍ、平均粒径２０μｍの鱗片状アルミ顔料（アルミニウム顔料）を含有するメタリック塗料を塗装し、さらにクリヤ塗料を塗装することにより、フリップフロップ性が顕著である積層塗膜を得ることが記載されている。

特許文献２には、メタリック塗料組成物に関し、平均粒子径Ｄ５０が１３〜４０μｍ、平均厚さが０．５〜２．５μｍのアルミフレーク顔料Ａ、平均粒子径Ｄ５０が１３〜４０μｍ、平均厚さが０．０１〜０．５μｍのアルミフレーク顔料Ｂ、及び平均粒子径Ｄ５０が４〜１３μｍ、平均厚さが０．０１〜１．３μｍのアルミフレーク顔料Ｃを含有し、固形分質量比において、Ａ／Ｂを１０／９０〜９０／１０とし、（Ａ＋Ｂ）／Ｃを９０／１０〜３０／７０とし、樹脂固形分１００質量部に対する（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）量を固形分で５〜５０質量部とすることが記載されている。そのような構成にすることにより、輝度感、フリップフロップ性、隠蔽性を改善するというものである。

特許文献３には、樹脂基材にアルミからなる扁平状光輝材を含有する塗料を塗装して光輝性塗膜を得ること、そして、光輝材はその平面が塗膜表面に沿うように配向し、塗膜表面と直交する直交線の一本と交わる光輝材の数の平均である平均重なり枚数ｙと、同一の直交線と交わり隣り合う光輝材同士のこの直交線上における距離の平均である平均光輝材間距離ｘとが所定の関係式を満たすようにすることにより、光輝性と電磁波透過性を得ることが記載されている。

特開平１０−１９２７７６号公報 特開２００５−２００５１９号公報 特開２０１０−３００７５号公報

特許文献１のように、明度が低い濃色塗膜の上にアルミフレークを含有するメタリック塗膜を積層すると、基本的には、ハイライト部分ではメタリック塗膜による光輝感が強くなり、シェード部分ではメタリック塗膜を透して見える濃色塗膜により光輝感が弱くなる。しかし、それだけでは、必ずしも金属調の光沢が得られるとは限らない。

アルミフレークを塗膜に添加して金属調を得るには、光の拡散反射を抑えることが必要であるとされ、そのために、アルミフレークを塗膜内において塗膜面に平行になるように配向するようにされている。しかし、その場合でも、個々のアルミフレーク周縁のエッジで拡散反射を生じ、また、アルミフレーク間の段差によって拡散反射を生じ、その拡散反射のために、積層塗膜は白みがかった外観を示すようになる。

これに対して、例えば、アルミニウム蒸着フィルムからアルミニウム膜を剥離し粉砕して得た蒸着アルミ顔料を光輝材として採用することが考えられる。この蒸着アルミ顔料の場合、その表面が非常に滑らかであるから、表面での幾何光学的反射が強くなり、また、厚みが非常に薄いから、粒子間の段差が小さくなり、該段差による拡散反射も抑えられる。しかし、幾何光学的反射が強くなる結果、鏡に近い状態になって、ハイライトが過度に強くなり、また、映り込みが強くなり、金属質感が得られないケースが出てくる。

すなわち、本発明は、従来のメタリック塗装のような散乱が強い反射でもなく、鏡のような幾何光学的反射でもない、適度に磨き上げられた金属で感じる質感を塗装で得ることを課題とする。その実現には、光輝材含有層の表面に対する光輝材の配向角の分布を制御することでも可能と推測されるが、実際には当該配向角を塗料特性や塗装工法で制御することは困難である。本発明は、配向角制御とは別の観点から上記課題を解決する。

本発明者は、上記課題を解決するべく種々の実験、研究を行ない、幾何光学的反射と拡散反射とを適切なものにするという観点から「金属調」を実現するようにした。

ここに開示する積層塗膜は、被塗物の表面に直接又は間接的に形成された下層塗膜と、該下層塗膜上に積層された上層塗膜とを備えてなり、
上記下層塗膜の明度Ｌ^＊値が３０以下であり、
上記上層塗膜は、光輝材として多数のアルミフレークを含有し、
上記アルミフレークの表面粗さＲａは３０ｎｍ以下であり、
上記アルミフレークの厚さは７０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、
上記上層塗膜に含まれる上記アルミフレークは、その長径を短径で除したアスペクト比が３以下であり、その長径と短径の積の平方根を粒径としたとき、平均粒径が７μｍ以上１５μｍ以下であり、粒径分布の標準偏差が平均粒径の３０％以下であり、
上記上層塗膜が含有する全アルミフレークを該上層塗膜の表面に投影したときに該表面において当該アルミフレークが投影された部分が占める投影面積占有率が４０％以上９０％以下であることを特徴とする。

上記積層塗膜によれば、下層塗膜の明度Ｌ^＊値が３０以下であるから、積層塗膜を見る角度がハイライトからシェードに変わったとき、上層塗膜を透して見える下層塗膜によって明度が急激に落ちる。すなわち、明（ハイライト）と暗（シェード）のメリハリが強くなる（顕著なフリップフロップ性が得られる。）。

ところで、アルミフレークの表面で光が反射するとき、その表面に凹凸があれば、その凹部と凸部の間で光路差を生ずる。しかし、上層塗膜に含まれるアルミフレークの表面粗さＲａは３０ｎｍ以下であるから、可視光波長（４００〜８００ｎｍ）では、光路差による干渉は小さい（この点は後に詳述する。）。よって、アルミフレーク表面では光の拡散反射成分は殆どなく、強い幾何光学的反射が得られる。

一方、先に説明したように、アルミフレークによる光の反射では、アルミフレーク間の段差による拡散反射とアルミフレーク周縁のエッジによる拡散反射とがある。

これに対して、上記積層塗膜の場合、アルミフレークの厚さは７０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であるから、上層塗膜では、アルミフレーク間の段差による拡散反射をある程度を生ずる。しかし、上層塗膜に含まれるアルミフレークは、その長径を短径で除したアスペクト比が３以下であり、その長径と短径の積の平方根を粒径としたとき、平均粒径が７μｍ以上１５μｍ以下であり、粒径分布の標準偏差が平均粒径の３０％以下であるから、エッジによる拡散反射は強くならない。

エッジによる拡散反射はエッジが長くなるほど強くなるところ、アルミフレークの平均粒径が７μｍ以上であり且つアスペクト比が３以下であるということは、アルミフレーク１個の反射面の面積に対してエッジ長さ（周長）が長くないということである。つまり、個々のアルミフレークは、上述の表面粗さＲａによって強い幾何光学的反射が得られる一方で、エッジによる拡散反射は弱いということである。好ましいアスペクト比は２以下である。

また、上層塗膜に含まれるアルミフレークの平均粒径が１５μｍ以下であるから、外部観察で個々のアルミフレークが目立つことはなく、いわゆる粒子感を覚えることはない。

次に、上層塗膜におけるアルミフレークの投影面積占有率について説明する。この占有率が高くなるほどアルミフレークによる光の幾何光学的反射が強くなるが、この占有率が高いということはアルミフレーク同士の重なりが多いということでもある。つまり、この占有率が高くなるほど、上記段差による拡散反射が強くなることになる。従って、当該占有率は、幾何光学的反射を確保する観点から４０％以上であることが好ましく、段差による拡散反射を抑える観点から９０％以下であることが好ましい。

以上を要するに、本発明に係る積層塗膜によれば、上述のアルミフレークの表面粗さＲａ、厚さ、アスペクト比及び粒径の規定とアルミフレークの投影面積占有率の規定とが相俟って、幾何光学的反射に対する拡散反射の割合が適切になり、適度に磨き上げられた金属で感じる質感が得られる。

好ましい実施形態では、上記投影面積占有率が５０％以上８０％以下であることを特徴とする。

また、上記上層塗膜の膜厚は１．５μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。上層塗膜が４μｍを超える膜厚になると、アルミフレークの配向性が悪くなり、幾何光学的反射が弱くなる。一方、膜厚が１．５μｍ未満になるように塗膜を形成することは難しく、また、アルミフレーク同士が干渉し易くなる。

被塗物に上記積層塗膜を備えた塗装物としては、例えば、自動車のボディがあり、また、自動二輪車、その他の乗物のボディであってもよく、或いはその他の金属製品であってもよい。

本発明によれば、下層塗膜の明度Ｌ^＊値を３０以下とし、上層塗膜のアルミフレークについては、その表面粗さＲａを３０ｎｍ以下、厚さを７０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とし、その長径を短径で除したアスペクト比を３以下とし、その長径と短径の積の平方根を粒径としたとき、平均粒径を７μｍ以上１５μｍ以下とし、粒径分布の標準偏差を平均粒径の３０％以下とし、上層塗膜におけるアルミフレークの投影面積占有率を４０％以上９０％以下としたから、幾何光学的反射に対する拡散反射の割合が適切になって、適度に磨き上げられた金属で感じる質感が得られるとともに、フリップフロップ性が顕著になる。

積層塗膜を模式的に示す断面図。 アルミフレーク表面での幾何光学的反射の説明図。 アルミフレークのエッジによる拡散反射の説明図。 アルミフレークの段差による拡散反射の説明図。 上層塗膜をその表面側から撮影した写真。 アルミフレークの長径の好ましい範囲と投影面積占有率（重なり率）の好ましい範囲を示す説明図。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

＜積層塗膜の構成例＞
図１に示すように本実施形態の自動車の車体（鋼板）１１の表面に設けられた積層塗膜１２は、下層塗膜１４、上層塗膜１５及び透明クリヤ塗膜１６を順に積層してなる。車体１１の表面にはカチオン電着塗装によって電着塗膜（下塗り）１３が形成され、電着塗膜１３の上に上記積層塗膜１２が設けられている。積層塗膜１２と電着塗膜１３の間に中塗り塗膜を設ける場合もある。なお、本発明は、電着塗膜１３、中塗り塗膜及び透明クリヤ塗膜１６の有無を問わない。

下層塗膜１４は、ソリッド層であり、着色材としての濃色系顔料２１を含有し、光輝材を含有しない。上層塗膜１５は、メタリック層であり、光輝材としてのアルミフレーク２２を含有する。上層塗膜１５に着色材を添加することは必ずしも要しないが、図１は、上層塗膜１５に着色材として顔料２３を添加している例を示している。顔料２１，２３としては、例えば、カーボンブラック、ペリレンブラック、アニリンブラック等の黒顔料、或いはペリレンレッド等の赤顔料など種々の色相の顔料を採用することができる。上層塗膜１５に顔料２３を添加する場合、その顔料２３としては、例えば、下層塗膜１４の顔料２１と同系色のものを採用することが好ましい。但し、同系色にすることは必ずしも要しない。

＜下層塗膜及び上層塗膜の詳細＞
下層塗膜１４の明度Ｌ^＊値は３０以下であり、２０以下にすることがさらに好ましい。ここに、「明度Ｌ^＊値」は、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系の明度Ｌ^＊の値であり、Ｌ^＊の値が大きくなるに従って白色（Ｌ^＊＝１００）に近づき、Ｌ^＊の値が小さくなるに従って黒色（Ｌ^＊＝０）に近づく。

上層塗膜１５の厚さは１．５μｍ以上４μｍ以下である。この上層塗膜１５のアルミフレーク２２は、その表面粗さＲａが１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、その厚さは７０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。

ここに、アルミフレーク２２の表面粗さＲａは、可視光波長（４００〜８００ｎｍ）で光路差による干渉を抑える観点から、３０ｎｍ以下としている。この点を説明すると、アルミフレーク２２の表面凹凸の段差をｄ、上層塗膜１５の樹脂の屈折率をｎとすると、この段差ｄによる光路差は２ｎｄとなる。光路差２ｎｄが光の波長λの１／４以下（位相差がπ／２以下）であれば、光の干渉は弱い。波長を７００ｎｍとし、屈折率ｎを１．５とすると、ｄ＝（１/２ｎ）×（１/４）×λ≒５８ｎｍとなる。これを表面粗さＲａで表すと、Ｒａ＝２９ｎｍとなり、Ｒａ≦３０であれば、拡散反射となるように強い干渉は現れない。

すなわち、図２に示すように、アルミフレーク２２の表面に対する入射光の反射は、実質的には幾何光学的反射となる。

また、上層塗膜１５に含まれるアルミフレーク２２は、その長径を短径で除したアスペクト比が３以下であり、その長径と短径の積の平方根を粒径としたとき、平均粒径が７μｍ以上１５μｍ以下であり、粒径分布の標準偏差が平均粒径の３０％以下である。好ましいアスペクト比は２以下である。アルミフレーク２２をこのような構成にしたことにより、図３に示す、アルミフレーク２２のエッジによる拡散反射２５が適切に抑えられる。

上層塗膜１５が含有する全アルミフレーク２２を該上層塗膜１５の表面に投影したときに該表面において当該アルミフレークが投影された部分が占める投影面積占有率は４０％以上９０％以下である。より好ましい投影面積占有率は５０％以上８０％以下である。この投影面積占有率は、上層塗膜１５の厚さ方向におけるアルミフレーク２２同士の重なり率に対応し、図４に示すアルミフレーク２２同士の段差によって生ずる拡散反射２６の程度を表す指標になっている。投影面積占有率を上記のように設定することにより、段差による拡散反射を適切に抑えることができる。

図５に示すように、鋼製基板に塗布した上層塗膜を平面視で観察したとき、上層塗膜内部に含まれているアルミフレーク２２を視認することができる。なお、図５に示すサンプルでは顔料は上層塗膜に含まれていない。アルミフレーク２２の厚さが薄い（７０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下）から、上層塗膜の表面側のアルミフレーク２２だけでなく、表面側のアルミフレーク２２を通して下側のアルミフレーク２２も透けて見える。上層塗膜の厚さが薄い（１．５μｍ以上４μｍ以下）から、顔料が含まれている場合であっても、上層塗膜底部に位置するアルミフレーク２２を含めて、全アルミフレーク２２を視認することができる。上記投影面積占有率は、上層塗膜をその表面側から透明クリヤ層を介して又は介さずに撮影し、得られた画像から求めることができる。

上記重なり率は、上層塗膜１５に含まれる全アルミフレーク２２の入射光を反射する反射面の総和を「Σ反射面積」とすると、次の式で表される。

重なり率(％)＝[(Σ反射面積−投影面積)／Σ反射面積]×１００
投影面積占有率が大きいということは、上層塗膜１５におけるアルミフレーク２２の含有量が多いということであり、それだけ、重なり率も大きくなり、従って、段差による拡散反射も強くなることを意味する。ここに、好ましい重なり率は２１％以上５９％以下であり、さらに好ましい重なり率は２７％以上４９％以下である。

上層塗膜１５のアルミフレーク２２の含有量はＰＷＣ（アルミフレーク重量／（アルミフレーク重量＋樹脂組成物重量）×１００）で６％以上２５％以下であることが好ましい。

図６はアルミフレーク２２の長径の好ましい範囲と投影面積占有率（重なり率）の好ましい範囲を図示したものであり、縦軸の括弧書きの％は重なり率を表している。

下層塗膜１４及び上層塗膜１５各々の樹脂成分としては、特に限定されるものではないが、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂等を用いることができる。

透明クリヤ層１６の樹脂成分としては、特に限定されるものではないが、アクリル樹脂及び／又はポリエステル樹脂とアミノ樹脂との組み合わせ、或いはカルボン酸・エポキシ硬化系を有するアクリル樹脂及び／又はポリエステル樹脂等を用いることができる。

＜実施例及び比較例＞
−実施例１−
鋼製基板の表面に下層塗膜（ソリッド層）及び上層塗膜（メタリック層）よりなる積層塗膜を設けた。下層塗膜は、樹脂としてアクリルメラミン樹脂を採用し、顔料としてカーボンブラックを採用し、明度Ｌ^＊値＝３となるように、膜厚及び顔料濃度を調整した。すなわち、カーボンブラック含有量がＰＷＣで８．５％となるようにし、膜厚は２０μｍとした。

上層塗膜は、厚さが２．５μｍ、アルミフレーク含有量がＰＷＣで１１％となるようにした。上層塗膜は着色材（顔料）を含有しない。

上層塗膜のアルミフレークは、表面粗さＲａが１５ｎｍ、アスペクト比の平均値が１．５、平均粒径が１１μｍ、粒径分布の標準偏差が平均粒径の１０％〜２０％、厚さが０．１１μｍ、アルミフレークの投影面積占有率が６１％（重なり率が３５％）である。

−実施例２〜１５，比較例１〜６−
表１及び表２に示すように、下層塗膜の明度Ｌ^＊値、上層塗膜の厚さ、アルミフレーク含有量、又はアルミフレークの表面粗さＲａ、平均粒径、厚さ、若しくは投影面積占有率（重なり率）が相異なる実施例２〜４，比較例１〜６の各積層塗膜を作製した。アルミフレークのアスペクト比の平均値はいずれも１．５である。アルミフレークの粒径分布の標準偏差はいずれも平均粒径の１０％〜２０％である。

[金属調評価]
実施例１〜１５，比較例１〜６の各積層塗膜について、外観観察によって金属調の程度（適度に磨き上げられた金属のような質感があるか否か、フリップフロップ性が強いか否か）を３段階で評価した。その評価結果を表１に示す。「◎」は金属調を示すレベルが高いこと、「○」は金属調を示すレベルが中程度であること、「×」は金属調を示すレベルが低いことをそれぞれ表す。

実施例１〜１５は金属調の積層塗膜が得られた。特に実施例１，２，１４は金属調のレベルが高いという結果になった。

実施例３の金属調評価が実施例１，２に比べて少し劣る。これは、実施例３は下層塗膜のＬ^＊値が高く、そのため、フリップフロップ性が低くなったことによると認められる。この点は、比較例６（Ｌ^＊値＝４５）の金属調評価レベル「△」になっていることからも明らかである。

実施例４の金属調評価が実施例１に比べて少し劣る。これは、実施例４はアルミフレークの表面粗さが大きく、そのため、アルミフレークによる反射が拡散反射傾向になった、すなわち、幾何光学的反射が弱くなって金属質感が低くなったことによると認められる。この点は、比較例２（表面粗さＲａ＝４５ｎｍ）の金属調評価レベル「×」になっていることからも明らかである。

実施例５の金属調評価が実施例１に比べて少し劣る。実施例５は、アルミフレークの含有量は実施例１と同じでも、アルミフレークの厚さが薄いことから、アルミフレークの含有数が多くなる。そのため、実施例５はアルミフレークの投影面積占有率（重なり率）が大きくなっている。その結果、アルミフレーク間の段差による拡散反射の効果が強くなり、金属調評価レベルが少し低くなったと認められる。一方、実施例６の金属調評価が実施例１に比べて少し劣るのは、アルミフレークの厚さが実施例５とは逆に厚く、その結果、上記投影面積占有率が小さくなって幾何光学的反射が弱くなったことによると認められる。

実施例７の金属調評価が実施例１に比べて少し劣るのは、アルミフレークの粒径が小さいため、そのエッジによる拡散反射の効果が強くなったことによると認められる。この点は、比較例３（アルミフレーク平均粒径＝５μｍ）の金属調評価レベル「×」になっていることからも明らかである。一方、実施例８の金属調評価が実施例１に比べて少し劣るのは、実施例７とは逆にアルミフレークの粒径が大きいため、粒子感が出たことによる。この点は、比較例４（アルミフレーク平均粒径＝１８μｍ）の金属調評価レベル「×」になっていることからも明らかである。

実施例９の金属調評価が実施例１に比べて少し劣るのは、上層塗膜の膜厚が薄いため、上記投影面積占有率が小さくなって幾何光学的反射が弱くなったことによると認められる。一方、実施例１０の金属調評価が実施例１に比べて少し劣るのは、上層塗膜の膜厚が厚いため、上記投影面積占有率（重なり率）が大きくなって段差による拡散反射の効果が強くなったことによると認められる。

実施例１１の金属調評価が実施例１に比べて少し劣るのは、アルミフレークの含有量が少ないため、上記投影面積占有率が小さくなって幾何光学的反射が弱くなったことによると認められる。この点は、比較例５（アルミフレーク含有量＝５％）の金属調評価レベル「×」になっていることからも明らかである。一方、実施例１２の金属調評価が実施例１に比べて少し劣るのは、アルミフレークの含有量が多いため、上記投影面積占有率（重なり率）が大きくなって段差による拡散反射の効果が強くなったことによると認められる。この点は、比較例１（アルミ含有量＝２９％）の上記投影面積占有率が９０％を超え、金属調評価レベル「×」になっていることからも明らかである。

実施例１３が実施例１に比べて金属調が少し劣るのは、アルミフレークの粒径が小さいためにエッジによる拡散反射が少し強くなったこと、並びにアルミフレークの投影面積占有率（重なり率）が大きいたために段差による拡散反射が少し強くなったことによると認められる。実施例１５が実施例１４に比べて金属調が少し劣るのは、アルミフレークの投影面積占有率（重なり率）が大きいために段差による拡散反射が少し強くなったことによると認められる。

なお、上記実施例は、上層塗膜が着色材を含有しないが、着色材、例えば赤等の顔料等を添加して金属調カラーを得るようにすることもできる。

１１ 車体（鋼板）
１２ 積層塗膜
１３ 電着塗膜
１４ 下層塗膜
１５ 上層塗膜
１６ 透明クリヤ層
２１ 顔料（着色材）
２２ アルミフレーク
２３ 顔料（着色材）
２５ エッジによる拡散反射
２６ 段差による拡散反射

Claims (4)

1. 被塗物の表面に直接又は間接的に形成された下層塗膜と、該下層塗膜上に積層された上層塗膜とを備えてなる積層塗膜において、
   上記下層塗膜の明度Ｌ^＊値が３０以下であり、
   上記上層塗膜は、光輝材として多数のアルミフレークを含有し、
   上記アルミフレークの表面粗さＲａは３０ｎｍ以下であり、
   上記アルミフレークの厚さは７０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、
   上記上層塗膜に含まれる上記アルミフレークは、その長径を短径で除したアスペクト比が３以下であり、その長径と短径の積の平方根を粒径としたとき、平均粒径が７μｍ以上１５μｍ以下であり、粒径分布の標準偏差が平均粒径の３０％以下であり、
   上記上層塗膜が含有する全アルミフレークを該上層塗膜の表面に投影したときに該表面において当該アルミフレークが投影された部分が占める投影面積占有率が４０％以上９０％以下であることを特徴とする積層塗膜。
2. 請求項１において、
   上記投影面積占有率が５０％以上８０％以下であることを特徴とする積層塗膜。
3. 請求項１又は請求項２において、
   上記上層塗膜の膜厚は１．５μｍ以上４μｍ以下であることを特徴とする積層塗膜。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載された積層塗膜を備えていることを特徴とする塗装物。