JP6838861B2 - 撥水性塗料、それにより被覆された金属板および金属容器、並びに、撥水性塗膜の形成方法 - Google Patents
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Description
このような問題に対し、特許文献1には、疎水性酸化物微粒子を予め容器内面に付着させておくことで、容器内面に内容物が付着することを抑制する技術が開示されている。
特許文献1の段落0036には、凹凸形成用材料に充填粒子を含ませることにより、耐摩耗性を発揮させることが記載されているが、耐摩耗性を付与するに当たって、疎水性酸化物微粒子に加えて充填粒子も添加する必要があり、高コストとなる問題がある。
また、本発明の金属容器は、筒状の胴部、底部、及び、吐出口を有する蓋部を有し、少なくとも前記胴部の内面に、上記のいずれかの撥水性塗料による塗膜が形成されていることを特徴とする。ここで、前記胴部は、前記撥水性塗料による塗膜が形成された金属板からなることが好ましい。
また、本発明の撥水性塗料を用いて金属板に塗膜を形成し、さらにその金属板を加工して金属容器等を形成する際に、塗膜の摩耗を心配することなく金属板の塗膜面を搬送面にすることが可能となり、撥水性に優れた金属容器等を低コストで製造することができる。
本発明の撥水性塗料は、疎水性微粒子、熱硬化性樹脂、及び、有機溶剤を含んで構成され、物品表面に形成される塗膜において疎水性微粒子の有する撥水性を最大限に発揮させることが可能な塗料であることに特徴がある。
疎水性微粒子としては、無機物質でも有機物質でもかまわないが、変質しない無機物質からなるものが好ましい。nmオーダーの粒径の微粒子を得るためには、シリカ、アルミナ、チタニア等の無機酸化物が好ましく、特に、シリカ微粒子の表面を疎水化処理して形成された疎水性シリカが最も好適である。また、食品向けにはポリジメチルシロキサンでコーティングした疎水性シリカが特に好適である。疎水性とは、水などの極性分子をはじく性質であり、糖蜜等の粘度の高い物質に対しても、この性質を発揮する。疎水性微粒子の平均粒子径は1〜100nm、さらには5〜20nmであることが望ましい。ここに示す平均粒子径は、一次粒子についてのものである。微粒子シリカの市販品として、例えば、アエロジルR972,972V,R972CF,R974,R812,R805,RX200,RX300,RY200(いずれも日本アエロジル株式会社製)等の疎水性シリカを好適に用いることができる。このなかでも、特にR972,RX200,RY200が好ましい。また、その他市販の微粒子として、酸化アルミニウムC,二酸化チタンT805,二酸化チタンP25(いずれも日本アエロジル株式会社製)等を用いることもできるが、これらの微粒子のうち、表面が親水性のものは、予め高級脂肪酸、シリコーン油、シランカップリング剤等を用いて疎水化処理しておく必要がある。
本発明の撥水性塗料に使用される熱硬化性樹脂として、特に限定されるものではないが、主剤としてエポキシ樹脂、硬化剤としてフェノール樹脂やウレア樹脂等を含む熱硬化性エポキシ樹脂が好ましい。これらを用いた塗膜は耐内容物性、耐腐食性に優れる。熱硬化性樹脂としては、上記のエポキシ樹脂のような主剤と硬化剤を予め混合した一液系の製剤が好ましい。熱硬化性樹脂は、常温では硬化せず、加熱によって硬化する。従って、熱硬化性樹脂および疎水性微粒子を含む塗料が基材に塗布された後、加熱工程により硬化した熱硬化性樹脂は、疎水性微粒子を基材に付着させるバインダーとして機能する。エポキシ樹脂の市販品としては、一液系の熱硬化性製剤として、例えば、1001B80,1001X70,1001T75(いずれも三菱化学社製)、57−K313M:(関西ペイント社製)等が挙げられる。
疎水性微粒子の添加量が多すぎると、加熱・乾燥後の熱硬化性樹脂によるバインダー力が不足して、塗膜が基材から容易に剥落してしまう等、塗膜の耐摩耗性が低下する場合がある。また、チキソトロピー(thixotropy)性が高くなり、塗装ムラが出やすくなる。一方、疎水性微粒子の添加量が少ないと、撥水性を発現することができない場合がある。疎水性微粒子の添加量を前記範囲に調整することによって、塗膜表面の樹脂マトリックスから疎水性微粒子が略半球状に突出して外部に突出した状態となり、これによって優れた撥水性を発揮することができると考えられる。
本発明の撥水性塗料に用いる有機溶剤としては、従来、一般的な塗料に用いられる公知の有機溶剤から、熱硬化性樹脂を溶解し、且つ、疎水性微粒子を分散可能な有機溶剤を選択するとよい。撥水性塗料は、特に限定されるものではないが、疎水性微粒子と熱硬化性樹脂との合計量(固形分)が、撥水性塗料全量中15〜30質量%になるように、有機溶剤を含有することが望ましい。固形分が多すぎると粘度が高くなりすぎ、疎水性微粒子や熱硬化性樹脂を製剤中で均一に分散あるいは溶解し難くなる。固形分が少なすぎると、塗膜形成に時間がかかるほか、製剤の粘度が低くなって、1回の塗布で形成される塗膜の厚さが薄くなるため、必要な厚さを得るために、複数回の塗布を行う必要が生じるなど、塗装性が悪くなる。
また、本発明の撥水性塗料には、効果に影響のない範囲で、顔料、顔料分散剤、可塑剤、増粘剤、消泡剤、造膜助剤、防腐剤、防カビ剤、抗菌剤、紫外線吸収剤等の各種成分を任意で適当量含有していてもよい。
本発明の撥水性塗料の物品表面への塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、スプレーコート、ロールコート、フローコート、スピンコート、ディップコート、静電塗装、刷毛又はスポンジ塗装等が挙げられるが、対象物品の形状や大きさ等の条件に応じて、適切な塗布方法を適宜選択して行なえばよい。特に、対象物品をコンベヤーやローラーにて搬送しながら、連続的に塗布できるスプレーコートやロールコート等が生産性向上の面で好ましい。また、物品の塗布面は、加熱・乾燥工程を施されるが、特に限定されるものではなく、赤外線ヒーターや誘導加熱装置などの一般的な加熱装置を用いたり、熱風を当てたりする手法を採用することができる。加熱条件については、170℃〜230℃の温度で、7〜13分間加熱することが好ましい。
エポキシ樹脂溶液(SK−2305:桜宮化学社製;一液系エポキシ樹脂,硬化剤:フェノール樹脂,溶媒:キシレン,エチルセロソルブ等)と平均粒径12nmの疎水化シリカ微粒子(アエロジルRY200:日本アエロジル社製)を撹拌混合し、疎水性シリカの添加量が0PHR、10PHR、20PHR、30PHR、40PHR、50PHRとなる撥水性塗料をそれぞれ作成した。これらを表1に記載された塗付量(5〜150mg/dm2)となるように鋼板にそれぞれバーコート塗装し、200℃で10分間焼付して、試験片を作成した。
次に、試験片の耐摩耗試験を行った。ここでは、試験例1と同じ、エポキシ樹脂溶液および疎水化シリカ微粒子を用いて、表2に示すように、疎水性シリカの添加量が40PHR、60PHR、100PHR、200PHR、300PHRとなる撥水性塗料をそれぞれ作成した。そして、30mg/dm2の塗付量で鋼板に塗布した後、200℃で10分間焼付して試験片をそれぞれ作成した。
次に、試験例1と同じ、エポキシ樹脂溶液および疎水化シリカ微粒子を用いて、表3に示すように、疎水性シリカの添加量が、0PHRから80PHRの範囲の各値となる撥水性塗料をそれぞれ作成した。そして、図3に示すシートコーターを用いて塗料を鋼板にシートコート塗装し、1回の塗装で塗布できる塗付量、塗料の固形分(質量%)、および、塗料の粘度(秒)を調査した。なお、塗料の粘度として、オリフィス径が3ミリのザーンカップ(#3)から規定量の塗料が流出するまでの時間(秒)を測定した。
次に、本発明の塗料を塗布した鋼板を製造し、これに加工を施して18リットル缶を製罐した。そして、18リットル缶に高粘度液状食品を充填して、その内容物を吐出する実験を行った。
いずれの18リットル缶も、胴部、底部、吐出口を有する蓋部からなる角形状缶である。胴部は、所定面積に切断した塗装鋼板を、角筒状に折り曲げ加工し、筒部の軸方向に接合部を設けて形成する。この胴部に板状の底部および蓋部を接合することによって18リットル缶になる。蓋部には予め直径33mmの吐出口が設けられている。
Claims (11)
- 一次粒子の平均粒子径が1〜100nmである疎水性シリカ微粒子、
一液系の熱硬化エポキシ樹脂および
有機溶剤を含む撥水性塗料であって、
前記疎水性シリカ微粒子の含有量が前記一液系の熱硬化エポキシ樹脂100質量部に対して40〜200質量部であり、
前記疎水性シリカ微粒子および前記一液系の熱硬化エポキシ樹脂からなる固形分が撥水性塗料全体の15〜30質量%であることを特徴とする撥水性塗料。 - 前記疎水性シリカ微粒子および前記一液系の熱硬化エポキシ樹脂からなる固形分が撥水性塗料全体の15〜19質量%であることを特徴とする請求項1記載の撥水性塗料。
- 前記一液系の熱硬化エポキシ樹脂がエポキシフェノール樹脂またはエポキシウレア樹脂であることを特徴とする請求項1または2記載の撥水性塗料。
- 前記疎水性シリカ微粒子が一次粒子の5〜30倍の平均粒子径になるまで凝集した凝集体として分散していることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の撥水性塗料。
- 前記疎水性シリカ微粒子がポリジメチルシロキサンでコーティングした疎水性シリカであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の撥水性塗料。
- 少なくとも一方の面に請求項1から5のいずれかに記載の撥水性塗料による塗膜が形成されていることを特徴とする金属板。
- 筒状の胴部、底部、及び、吐出口を有する蓋部を有し、
少なくとも前記胴部の内面に、請求項1から5のいずれかに記載の撥水性塗料による塗膜が形成されていることを特徴とする金属容器。 - 前記胴部は、前記撥水性塗料による塗膜が形成された金属板からなることを特徴とする請求項7記載の金属容器。
- 一次粒子の平均粒子径が1〜100nmである疎水性シリカ微粒子、一液系の熱硬化エポキシ樹脂、及び、有機溶剤を含む撥水性塗料を金属板の少なくとも一方の面に、5〜200mg/dm2の塗付量で塗布したのち、
塗膜を加熱することによって撥水性塗膜を形成する方法であって、
前記撥水性塗料の前記一液系の熱硬化エポキシ樹脂100質量部に対して前記疎水性シリカ微粒子の含有量を40〜200質量部とし、
前記疎水性シリカ微粒子および前記一液系の熱硬化エポキシ樹脂からなる固形分を撥水性塗料全体の15〜30質量%にすることを特徴とする撥水性塗膜の形成方法。 - 前記加熱の工程では、170℃〜230℃の温度で、7〜13分間加熱することを特徴とする請求項9記載の撥水性塗膜の形成方法。
- 前記疎水性シリカ微粒子の含有量が前記一液系の熱硬化エポキシ樹脂100質量部に対して60〜200質量部であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の撥水性塗料。
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