JP6834175B2 - 塗料用樹脂およびそれを用いた塗膜 - Google Patents
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Description
本発明では、塗料用樹脂中の無機フィラーを除く有機成分、すなわち、エポキシ樹脂、硬化剤、を総称して"樹脂組成物"と呼ぶ。樹脂組成物は、塗料を構成する無機フィラーの結合材(バインダー)としての機能を有し、機械的強度の源となる。基材上に塗布形成された樹脂組成物は、乾燥、硬化後、強固なバインダーとしての機能を果たす。
本発明の樹脂組成物で用いるエポキシ樹脂は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であればいかなるものも使用できるが、エポキシ当量が230以下であることが好ましい。エポキシ当量が230以下のエポキシ樹脂を用いることで、硬化剤であるフェノール樹脂との反応で生じる単位重量当たりのOH基が多くなり、疎水性の油に対して耐性が高くなり好ましい。
本発明の塗料用樹脂に使用される硬化剤としては、フェノール樹脂硬化剤が耐熱性の観点で好ましい。エポキシ樹脂の硬化剤は、脂肪族ポリアミンやポリアミノアミド、ポリメルカプタンのような低温〜室温で硬化するタイプと、芳香族ポリアミンや酸無水物、フェノールノボラック樹脂、ジシアンジアミド(DICY)のように温度を上げないと硬化しない加熱硬化タイプに分類される。一般的には、低温〜室温硬化タイプの硬化剤で硬化させたエポキシ樹脂は、ガラス転移点が低く、軟らかい硬化物となるため、本発明には不適となる。そのため、加熱硬化タイプの硬化剤を使うことが好ましく、フェノールノボラック樹脂を硬化剤として用いることがより好ましい。フェノールノボラック樹脂を硬化剤に用いることでガラス転移点が高い樹脂硬化物が得られるため、耐熱性や機械強度に優れた塗膜を製造することができる。
本発明の塗料用樹脂に使用される硬化促進剤は、リン系の硬化促進剤が好ましい。リン系効果促進剤としては、トリフェニルホスフィン−ベンゾキノン、トリス−4−ヒドロキシフェニルホスフィン−ベンゾキノン、テトラフェニルホスホニウム・テトラキス(4−メチルフェニル)ボレート、テトラ(n−ブチル)ホスホニウムテトラフェニルボレート等が挙げられる。
本発明の塗料は無機フィラーを含んでいても良い。
無機フィラーは、1種の粒子から構成されていてもよいし、2種以上の粒子の組み合わせから構成されていてもよい。無機フィラーの平均粒子径は、好ましくは1〜100μmより好ましくは1〜50μm、更に好ましくは1〜20μm、より一層好ましくは1.5〜10μmである。無機フィラーは、平均粒子径の異なる複数種のフィラーの混合物であることが好ましい。これにより、無機フィラーによる空間充填率を高めることができる。
エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤を有機溶剤に溶解することで得られる。無機フィラーは塗料用樹脂を溶解した溶液に順次配合して分散しても良い。無機フィラーは適宜、シランカップリング剤により処理しておくことが好ましい。
得られた塗料を基材の表面に塗布し、加熱し溶剤を乾燥した後、さらに加熱を行うことで塗膜を形成することができる。乾燥の際の温度は使用した溶剤の沸点より高いことが好ましい。硬化の際の加熱に必要な温度は150℃以上、好ましくは180℃以上であると好ましい。また230℃以下で行うことが好ましい。硬化に必要な時間は30分以上が好ましく60分以上がさらに好ましく120分以上がさらに好ましい。
本実施形態に係る塗料用樹脂は、優れた保存安定性を有する。本発明で言う保存安定性とは、所定時間保管された塗料を用いて作製した塗膜の強度の変動が、小さいことを意味する。保管される環境が苛酷であるほど、また、保管時間が長くなるほど、保存安定性が高いと言える。実際の使用環境を想定した場合、例えば、40℃/90%−RH(相対湿度)の高温高湿環境で5日ほどの保存安定性が示せれば好適であり、2週間ほどの保存安定性が示せれば実際の製品の量産上問題ない水準となる。
本発明の塗料用樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤以外にも必要に応じて副添加物を添加しても良い。例えば、カップリング剤等が挙げられる。
本発明の塗料用樹脂は、シランカップリング剤を混合することで樹脂組成物と磁粉表面との密着性を高めることができ、塗膜を高強度化することが可能となる。好適なシランカップリング剤としては、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、酸無水物系シランおよびビニルシラン等のシラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類並びにアルミニウム/ジルコニウム系化合物などの公知のカップリング剤を樹脂組成物に配合してもよい。これらの中でも酸無水物系のシランカップリング剤が特に好ましい。
本発明の塗料用樹脂は、有機溶媒を使用して溶解して基材表面に塗布することで均一な塗膜とすることができる。樹脂組成物の希釈・塗布の際に使用する有機溶剤は、樹脂組成物が溶解できれば、いかなるものも使用できる。例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ベンゼン、トルエンおよびキシレン等が挙げられる。作業性を考慮した場合、常温では液体であるが、沸点が60℃〜150℃程度のものが好適に使用することができる。
無機フィラーの含有量は、無機フィラーおよび樹脂組成物の総量に対して、1〜50質量%であり、より好ましくは10〜30質量%である。このような含有量とすることで高強度化と耐油性を両立させることができる。
塗膜における、樹脂組成物が硬化して形成した樹脂硬化物のガラス転移温度は、150℃以上であることが好ましく、より好ましくは200℃以上である。塗膜における樹脂硬化物のガラス転移温度を150℃以上のものとすることで、高温で過酷な環境下においても強度の低下が少ない、優れた塗膜となる。なお、本発明で言うガラス転移温度は、動的粘弾性測定において、tanδがピークになる温度のことを意味する。
50℃における塗膜の弾性率に対する、150℃における塗膜の弾性率の比率は、好ましくは70%以上であり、より好ましくは80%以上であり、さらに好ましくは90%以上である。上記弾性率の比率が70%以上であると、耐熱性が優れた塗膜を得ることができる。なお、弾性率を測定する方法には、三点曲げ試験を50℃および150℃の温度で測定する方法、および動的粘弾性測定による50℃および150℃の弾性率を測定する方法等が挙げられる。
ナフタレン型エポキシ樹脂(エポキシ当量160、軟化点64℃、大日本インキ株式会社製、商品名HP4700)、とフェノールノボラック樹脂(水酸基当量108、日立化成株式会社製、商品名HP−850N)、硬化促進剤、シランカップリング剤、および希釈溶媒としてメチルエチルケトンを使用した。これらの材料をプラスチック製容器内で表1記載の配合比にて混合し、ミックスローターにて回転数40rpmにて60分間攪拌し、樹脂溶液を得た。
エポキシ樹脂の配合量およびフェノール樹脂硬化剤のOH当量(A)と配合量から以下の式により得られる値を硬化後の樹脂1g当たりのOH量(mmol/g)とした。
得られた樹脂溶液をポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に流延し80℃で15分乾燥後、フィルムから剥がし、185℃で60分硬化し塗膜の試験片を作製した。
JIS−K−5600に従い、塗膜の鉛筆硬度を測定した。
作製した試験片を縦5mm、横30mm、高さ1mmの板状に切り出し、長辺方向(30mm)の長さをマイクロメーターで正確に測り、初期の寸法とした。ガラス容器にヒマシ油と試験片を入れ密栓した後、150℃の恒温槽中で所定時間処理した。室温まで冷却した後、試験片を取り出し、ヒマシ油を拭取り、再度試験片の長さ方向をマイクロメーターで正確に測り、処理後の寸法とし、以下の式から膨潤率[%]を算出した。
ナフタレン骨格を含むエポキシ樹脂、フェノール樹脂を表1に示した配合で実施例1と同様にして樹脂溶液、成形体を得た。これらにつき上記と同様の試験を行い、その評価結果を表1に併せて示す。
エポキシ樹脂、フェノール樹脂を表2に示した配合で実施例1と同様にして樹脂溶液、成形体を得た。これらにつき上記と同様の試験を行い、その評価結果を表2に併せて示す。
エポキシ樹脂、フェノール樹脂を表3に示した配合で実施例1と同様にして樹脂溶液、成形体を得た。これらにつき上記と同様の試験を行い、その評価結果を表3に併せて示す。
表1中の実施例1から実施例6の試料は、いずれも初期の塗膜強度が高く、油に浸漬した後の膨潤率、および塗膜強度の低下が少ない。参考例1から6の試料は、実施例に比較して膨潤率の低下、塗膜強度は若干低くなっている。一方、比較例1から比較例4の試料)は、初期塗膜強度が低く、油浸漬後の強度低下幅が大きく、特に膨潤率が大きいことが分かった。
Claims (5)
- ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、及びリン系の硬化促進剤を必須成分とし、前記リン系の硬化促進剤が、テトラフェニルホスホニウム・テトラキス(4−メチルフェニル)ボレート又はテトラ(n−ブチル)ホスホニウムテトラフェニルボレートを含み、エポキシ樹脂と硬化剤に由来するOH基量が3.0mmol/g以上である塗料用樹脂。
- フェノール樹脂硬化剤が、フェノールノボラック樹脂を含む、請求項1に記載の塗料用樹脂。
- ナフタレン型エポキシ樹脂が、3官能または4官能であるエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の塗料用樹脂。
- 前記エポキシ樹脂のエポキシ当量に対するフェノール樹脂硬化剤の水酸基当量の比率が1.0〜1.4である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の塗料用樹脂。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の塗料用樹脂により無機フィラーが結着された塗膜。
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