JP6844547B2 - 塗料組成物および塗装体 - Google Patents
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Description
たとえば、フッ素樹脂塗料を塗装した金属板は、フッ素樹脂塗膜の持つ物理的、化学的特性、すなわち、耐候性、耐薬品性、耐汚染性などに優れるため、屋根や壁などの建築外装部材として普及している。フッ素樹脂塗料が塗装された金属板には、成形加工時の加工性の観点から、一般的にポリフッ化ビニリデンを主原料とする熱可塑型フッ素樹脂塗料が使用される。
一方、熱硬化型フッ素樹脂塗料は、熱可塑型フッ素樹脂塗料よりも塗膜の強度、耐薬品性、耐熱性という点では優れているが、加工部の割れやひびなどによって、基材に錆や塗膜の剥離が発生しやすいため、厳しい加工性が要求されない用途で使用されていた。このような問題に対して、特許文献1、2では、塗膜の加工性、基材との密着性を向上すべく、熱硬化性フッ素樹脂に熱硬化性型(メタ)アクリレート系重合体をブレンドした熱硬化型フッ素樹脂塗料が開示されている。
また、加工性についても、充分満足できるレベルになく、塗装板の施工中に加工部に割れが発生する問題があった。
[1]水酸基価が5〜100mgKOH/gである水酸基を有する含フッ素重合体と、ガラス転移温度が15〜70℃である、水酸基を有する(メタ)アクリレート系重合体と、イソシアネート系硬化剤、ブロック化イソシアネート系硬化剤およびアミノ樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種の硬化剤と、を含有する塗料組成物であって、前記含フッ素重合体の数平均分子量と前記(メタ)アクリレート系重合体の数平均分子量との差の絶対値が5000以内である、塗料組成物。
[2]前記(メタ)アクリレート系重合体の水酸基価が20〜80mgKOH/gである、[1]の塗料組成物。
[3]前記含フッ素重合体のガラス転移温度と前記(メタ)アクリレート系重合体のガラス転移温度との差の絶対値が30℃以内である、[1]または[2]の塗料組成物。
[4]前記(メタ)アクリレート系重合体が、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートに基づく単位と、架橋性基を有さない(メタ)アクリレートに基づく単位とを有し、単量体に基づく単位の全量に対するヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートに基づく単位の含有量をYモル%とし、架橋性基を有さない(メタ)アクリレートに基づく単位の含有量をZモル%とした場合にY/Z(モル比)が1/99〜30/70の範囲にある、重合体である、[1]〜[3]のいずれかの塗料組成物。
[6]前記架橋性基を有さない(メタ)アクリレートに基づく単位が、メチル(メタ)アクリレートおよびエチル(メタ)アクリレートから選択される少なくとも1種のアルキル(メタ)アクリレートに基づく第1の単位と、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレートおよびt−ブチル(メタ)アクリレートから選択される少なくとも1種のアルキル(メタ)アクリレートに基づく第2の単位との組合せからなり、単量体に基づく単位の全量に対する前記第1の単位の含有量をZ1モル%とし、前記第2の単位の含有量をZ2モル%とした場合にZ1/Z2(モル比)が5/99〜70/30の範囲にある、[4]の塗料組成物。
[7]前記アルキル(メタ)アクリレートがアルキルメタクリレートである、[5]または[6]の塗料組成物。
[8]前記(メタ)アクリレート系重合体のガラス転移温度が15〜40℃である、[1]〜[7]のいずれかの塗料組成物。
[9]さらに、顔料成分を含有し、前記顔料成分の含有量が、前記含フッ素重合体と前記(メタ)アクリレート系重合体の総含有量に対して、30質量超100質量%以下である、[1]〜[8]のいずれかの塗料組成物。
[10]前記[1]〜[9]のいずれかの塗料組成物から形成された硬化塗膜を有する塗装体。
[11]前記塗装体の基材が建築外装部材である、[10]の塗装体。
[12]前記硬化塗膜の膜厚が20〜60μmである、[10]または[11]の塗装体。
また、本発明の塗料組成物によれば、耐候性に優れた硬化塗膜が得られるため、長期間屋外で使用した場合にも加工部に割れが発生しない。
本明細書において、「単量体に基づく単位」とは、単量体1分子が重合することで直接形成される原子団と、該原子団の一部を化学変換することで得られる原子団との総称である。なお、単量体に基づく単位は、以下、単に「単位」ともいう。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」とは「アクリレート」と「メタクリレート」の総称であり、「(メタ)アクリレート系重合体」とは、(メタ)アクリレートに基づく単位を含む重合体であり、本発明における含フッ素重合体とは異なる重合体である。
本明細書において、重合体の数平均分子量は、ポリスチレンを標準物質としてゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定される数平均分子量である。なお、数平均分子量は、単に「Mn」ともいう。
本明細書において、重合体のガラス転移温度は、JIS K 6240:2011の方法で測定したガラス転移点温度である。なお、ガラス転移温度は、単に「Tg」ともいう。
本発明における含フッ素重合体の水酸基価は、5〜100mgKOH/gであり、7〜95mgKOH/gが好ましく、9〜90mgKOH/gがより好ましい。含フッ素重合体の水酸基価が5mgKOH/g以上であれば、硬化剤と反応し、強靭な硬化塗膜が得られる。また、含フッ素重合体の水酸基価が上限値である100mg/g以下であれば、硬化塗膜の柔軟性や基材への密着性が良好となる。
なお、以下、硬化塗膜を単に「塗膜」ともいう。
含フッ素重合体のTgは、5〜100℃が好ましく、10〜80℃がより好ましく、15〜60℃が特に好ましい。Tgが5℃以上であれば、基材への密着性が良好となり、Tgが100℃以下であれば、塗膜の耐熱性が良好となる。
含フッ素重合体は、塗膜の耐候性と基材への密着性の点から、下記単位(1)〜(3)を含む含フッ素重合体が好ましい。
単位(1):フルオロオレフィンに基づく単位。
単位(2):水酸基を有する単量体に基づく単位。
単位(3):フッ素原子および水酸基のいずれも有しない単量体に基づく単位。
フルオロオレフィンの炭素数は、2〜8が好ましく、2〜6がより好ましい。
フルオロオレフィンにおけるフッ素原子の数(以下、「フッ素置換数」という。)は、2以上が好ましく、3〜4がより好ましい。フッ素置換数が2以上であれば、形成される塗膜の耐候性が向上する。フルオロオレフィンにおいては、フッ素原子で置換されていない水素原子の1個以上が塩素原子で置換されていてもよい。
単位(1)は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。単位(1)としては、フルオロオレフィンを重合することで直接形成される構成単位が好ましい。
ヒドロキシアルキルビニルエーテル:2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、3−ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2−ヒドロキシプロピルビニルエーテル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、4−ヒドロキシ−2−メチルブチルビニルエーテル、5−ヒドロキシペンチルビニルエーテル、6−ヒドロキシヘキシルビニルエーテル。
ポリアルキレングリコールモノビニルエーテル:ジエチレングリコールモノビニルエーテル、トリエチレングリコールモノビニルエーテル、テトラエチレングリコールモノビニルエーテル。
ヒドロキシアルキルアリルエーテル:2−ヒドロキシエチルアリルエーテル、4−ヒドロキシブチルアリルエーテル、グリセロールモノアリルエーテル。
ヒドロキシアルキルビニルエステル、その他の単量体:2−ヒドロキシエチルビニルエステル、4−ヒドロキシブチルビニルエステル、ヒドロキシエチルアリルエステル、ヒドロキシブチルアリルエステル、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート。
単位(2)は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。単位(2)としては、水酸基を有する単量体を重合することで直接形成される単位が好ましい。
該単量体は、水酸基に加えて、カルボキシ基、エポキシ基、オキセタン基およびアルコキシシリル基等の架橋性基を有さないことが好ましい。
該単量体としては、フッ素原子および水酸基のいずれも有しない、ビニルエーテル、アリルエーテル、イソプロペニルエーテル、カルボン酸ビニルエステル、カルボン酸アリルエステル、カルボン酸イソプロペニルエステル、メタリルエーテル、カルボン酸メタリルエステル、α−オレフィン、および(メタ)アクリレート等が挙げられる。
単位(3)は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、エチルアリルエーテル、シクロヘキシルアリルエーテル、メチルイソプロペニルエーテル、ベオバー10(商品名、炭素数10の分岐状脂肪酸の誘導体である飽和脂肪酸ビニルエステル、シェルケミカルズジャパン株式会社製)、酪酸ビニル、酢酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、プロピオン酸アリル、酢酸アリル、エチレン、プロピレン、イソブチレン、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート。
含フッ素重合体中の全構成単位に対する単位(2)の含有量は、0.5〜60モル%が好ましく、1〜50モル%がより好ましい。単位(2)の含有量が下限値以上であれば、硬化剤と反応しやすく、強靭な塗膜が得られる。単位(2)の含有量が上限値以下であれば、塗膜の耐水性が低下しにくい。
含フッ素重合体中の全単位に対する単位(3)の含有量は、0.5〜60モル%が好ましく、1〜50モル%がより好ましい。単位(3)の含有量が下限値以上であれば、塗膜の柔軟性や基材への密着性が良好となる。単位(3)の含有量が上限値以下であれば、塗膜の耐候性への影響が少ない。
含フッ素重合体は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
重合方法は、ラジカル重合開始剤の作用によるラジカル重合法が採用できる。重合形態としては、溶液重合、懸濁重合、乳化重合等を採用できる。重合における反応温度は通常、0〜130℃であり、反応時間は通常、1〜50時間である。
重合における重合溶媒の具体例としては、イオン交換水;エタノール、ブタノール、プロパノール等のアルコール;n−へキサン、n−ヘプタン等の飽和炭化水素;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステルが挙げられる。
なお、塗料組成物の固形分とは、後述の有機溶媒や水性媒体等の、塗料組成物を硬化させる前に除去される成分を除いた組成物をいう。
(メタ)アクリレート系重合体のTgの下限値は、15℃以上であり、上記効果がより発揮される点から、17℃が好ましく、20℃以上がより好ましく、22℃以上がさらに好ましい。
(メタ)アクリレート系重合体のTgの上限値は、70℃以下であり、上記効果がより発揮される点から、67℃以下が好ましく、65℃以下がより好ましく、60℃以下がさらに好ましく、40℃以下が特に好ましい。
なお、含フッ素重合体のTgと(メタ)アクリレート系重合体のTgとを比較すると、塗膜の耐候性および加工性がより優れる点で、(メタ)アクリレート系重合体のTgが含フッ素重合体のTgより高いことが好ましい。
本発明において、含フッ素重合体のMnと(メタ)アクリレート系重合体のMnとの差の絶対値は、5000以内であり、4500以内が好ましく、4000以内がより好ましく、3000以内が特に好ましい。これにより、含フッ素重合体と(メタ)アクリレート系重合体との相溶性が向上する。その結果、均一な塗膜を得ることが可能になり、部材への塗膜の追従性が向上し、成形直後において、加工部に割れがより発生しにくくなる。また、塗膜の耐候性が向上し、長期間屋外で使用した場合においても加工部に割れがより発生しにくくなる。
なお、架橋性基を有さないとは、水酸基、カルボキシ基、エポキシ基、オキセタン基、アルコキシシリル基等の架橋性基を有さないことを意味する。
また、単位b1および単位b2を含有する(メタ)アクリレート系重合体の場合、(メタ)アクリレート系重合体の全単位に対する単位b1の含有量がYモル%、単位b2の含有量がZモル%とすると、単位b1の含有量と単位b2の含有量とのモル比(Y/Z)は、1/99〜30/70の範囲が好ましく、3/97〜25/75がより好ましく、5/95〜20/80がさらに好ましい。これにより、塗膜の加工性およびそれによる成形直後における加工部での割れの発生と、耐候性の向上による長期間屋外で使用した場合における加工部での割れの発生とを抑制できる。
特に、(メタ)アクリレート系重合体における単位b2としては、メチル(メタ)アクリレートおよびエチル(メタ)アクリレートから選択される少なくとも1種の(メタ)アクリレートに基づく第1の単位と、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレートおよびt−ブチル(メタ)アクリレートから選択される少なくとも1種の(メタ)アクリレートに基づく第2の単位との組合せからなることが好ましい。
前記Tg等の物性を有する重合体を得やすいことより、上記各アルキル(メタ)アクリレートとしては、アルキルメタクリレートがより好ましい。
さらに、(メタ)アクリレート系重合体の全単位に対する第1の単位をZ1モル%とし、第2の単位をZ2モル%とした場合、そのモル比(Z1/Z2)は、5/95〜70/30が好ましく、7/93〜60/40がより好ましく、10/90〜50/50がさらに好ましい。これにより、溶剤溶解性、含フッ素重合体との相溶性、塗膜の耐候性、密着性、基材への追従性などがより優れる。
また、塗料組成物中、含フッ素重合体と(メタ)アクリレート系重合体との含有比率(含フッ素重合体の含有量(質量%))/((メタ)アクリレート系重合体の含有量(質量%)は、90/10〜30/70が好ましく、85/15〜35/65がより好ましく、80/20〜40/60がさらに好ましい。
イソシアネート系硬化剤の具体例としては、無黄変ポリイソシアネート、無黄変ポリイソシアネート変性体が挙げられる。イソシアネート系硬化剤のイソシアネート基はブロック化されていない。
無黄変ポリイソシアネートの具体例としては、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(HMDI)等の脂環族ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)等の脂肪族ポリイソシアネート等が挙げられる。
ブロック化イソシアネート系硬化剤は、イソシアネート系硬化剤のイソシアネート基がブロック化剤でブロック化された硬化剤である。
ブロック化剤としては、イプシロンカプロラクタム(E−CAP)、メチルエチルケトンオキシム(MEK−OX)、メチルイソブチルケトンオキシム(MIBK−OX)、ピラリジン、トリアジン(TA)等が挙げられる。
メラミン樹脂の具体例としては、アルキルエーテル化したアルキルエーテル化メラミン樹脂等が挙げられる。なかでも、メラミン樹脂としては、水酸基がメトキシ基およびブトキシ基の少なくとも一方で置換されたメチロールメラミンやその部分縮合物からなることがより好ましい。
硬化剤は、1種を単独でも、2種以上を併用してもよい。
防錆顔料は、塗料組成物を塗布する基材の腐食や変質を防止するための顔料である。環境への負荷が少ない点から無鉛防錆顔料が好ましい。無鉛防錆顔料としては、シアナミド亜鉛、酸化亜鉛、リン酸亜鉛、リン酸カルシウムマグネシウム、モリブデン酸亜鉛、ホウ酸バリウム、シアナミド亜鉛カルシウム等が挙げられる。
体質顔料は、塗膜の硬度を向上させ、かつ、厚みを増すための顔料である。体質顔料としては、タルク、硫酸バリウム、マイカ、炭酸カルシウム等が挙げられる。
顔料成分としては、耐候性に優れる点では、酸化チタンが特に好ましい。
また、本発明の塗料組成物は、有機溶媒や水性媒体を含有しない塗料組成物である、粉体塗料組成物であってもよい。
有機溶媒は、1種を単独でも、2種以上を併用してもよい。
本発明の塗料組成物が水性媒体を含有する場合、水性媒体を含む塗料組成物に対する水性媒体の含有量は、5〜55質量%が好ましく、15〜50質量%がより好ましい。水性媒体の含有量が5質量%以上あれば、塗料組成物の粘度がより低くなり、塗布作業が容易になる。水性媒体の含有量が55質量%以下であれば、水性媒体を除去して塗膜を形成することが容易になる。
錫触媒の具体例としては、オクチル酸錫、トリブチル錫ジラウレート、ジブチルチンジラウレート等が挙げられる。
ジルコニウム触媒の具体例としては、ジルコニウムキレート等が挙げられる。ジルコニウム触媒の市販品としては、「K−KAT XC−4205」(楠本化成社製、商品名)等が挙げられる。
硬化剤がアミノ樹脂である場合、硬化触媒は、ブロック化した酸触媒が好ましい。
ブロック化した酸触媒としては、カルボン酸、スルホン酸、リン酸等の各種酸のアミン塩が挙げられ、p−トルエンスルホン酸のジエタノールアミン塩またはトリエチルアミン塩、ドデシルベンゼンスルホン酸のジエタノールアミン塩またはトリエチルアミン塩等の高級アルキル置換スルホン酸アミン塩が挙げられる。
硬化触媒は、1種を単独でも、2種以上を併用してもよい。
光安定剤としては、たとえば、ヒンダードアミン系光安定剤等が挙げられる。
紫外線吸収剤としては、たとえば、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物、シアノアクリレート系化合物等が挙げられる。
塗料組成物が界面活性剤を含有すれば、塗料組成物の表面張力を制御できるため、特定の成分の表面濃度を調整する場合に有効である。
界面活性剤としては、ノニオン型界面活性剤、カチオン型界面活性剤、アニオン型界面活性剤のいずれでもよい。
シランカップリング剤としては、エポキシ基、ビニル基、アミノ基、(メタ)アクリロイル基、スチリル基、メルカプト基およびイソシアネート基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を有するシランカップリング剤が挙げられ、エポキシ基を有するシランカップリング剤が好ましい。
混合方法としては、ボールミル、ペイントシェーカー、サンドミル、ジェットミル、ロッキングミル、アトライター、三本ロール、ニーダー等を用いて混合する方法が挙げられる。
基材としては、金属材料、金属以外の無機質材料等の耐熱材料からなる基材が好ましい。金属材料としては、鉄、鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。金属材料からなる基板の表面はメッキ等の表面処理がなされていてもよい。
金属以外の無機質材料としては、粘土、ケイ砂、石灰岩等の非金属原料を高熱処理して製造された建材が挙げられ、より具体的には、ガラス板、タイル、レンガ、ガラス繊維強化セメント板、石綿セメント板、木片セメント板、セメントけい酸カルシウム板、石こうスラグ板等が挙げられる。
塗装体の基材としては、建築外装部材が好ましい。
建築外装部材としては、窯業建材とも呼ばれる、上記金属以外の無機質材料からなる建築外装部材が好ましい。
塗膜の膜厚は、通常は10〜100μmであり、20〜60μmが好ましい。塗膜の膜厚が下限値以上であれば、塗膜の透けなどを抑制でき、塗膜の膜厚が上限値以下であれば、塗膜の割れ等の加工性の低下を抑制できる効果がある。かかる効果は、本発明の塗料組成物が、他の成分として顔料を含む態様において、特に顕著に発現する。
下塗り層としては、基材との密着性や基材保護の観点から、エポキシ系塗料、アクリル系塗料、ポリエステル系塗料等が挙げられる。
中塗り層としては、下塗り層と上塗り層の密着性や、下塗り層と上塗り層の収縮応力の緩和、色味を出すための顔料や色素などの分散性、上塗り層を通過してくるUV光に対する耐候性の観点から、アクリル系塗料、ポリフッ化ビニリデン系塗料、シリコーン系塗料、アクリルシリコーン系塗料等が挙げられる。
たとえば、建築外装材としては、エポキシ系塗料の下塗り層、アクリル系塗料の中塗り層、および本発明の塗料組成物により形成された塗膜を有することが好ましい。
塗料組成物は、基材の表面に直接塗布してもよく、基材の表面に公知の表面処理(下塗り、中塗り、下地処理等)を施した上に塗布してもよい。
塗料組成物の塗布方法としては、刷毛、ローラー、ディッピング、スプレー、ロールコーター、ダイコーター、アプリケーター、スピンコーター、静電塗装機等の塗装装置を用いる方法が挙げられる。
硬化温度は、室温〜250℃が好ましく、50〜200℃が好ましい。塗料組成物が有機溶媒等の揮発成分を含有する場合は、この加熱の前段で除去される。
塗布層を加熱する場合の加熱方法としては、密封式硬化炉、連続硬化が可能なトンネル炉等を用いる方法が挙げられる。加熱源は、熱風循環、赤外線加熱、高周波加熱等を採用できる。加熱方法は、連続生産性の点から、トンネル炉が好ましい。加熱源は、熱伝道が均一で、均一な塗膜が得られやすい点から、熱風循環または赤外線加熱が好ましい。
[例1]
内容積2500mLのステンレス製撹拌機付き耐圧反応器に、キシレンの590gと、エタノールの170gと、4−ヒドロキシブチルビニルエーテルの129gと、エチルビニルエーテルの206gと、シクロヘキシルビニルエーテルの208gと、炭酸カルシウムの11gと、パーブチルパーピバレートの3.5gとを仕込み、窒素による脱気により液中の溶存酸素を除去した。
次に、CF2=CFClの660gを導入して徐々に昇温し、温度65℃に維持しながら反応を続けた。10時間反応させた後、反応器を水冷して反応を停止した。該反応液を室温まで冷却した後、未反応モノマーをパージし、得られた反応液を珪藻土で濾過して固形物を除去した。次に、キシレンの一部とエタノールを減圧留去により除去し、水酸基を含有する含フッ素重合体1のキシレン溶液(不揮発分60%、Mn15000)を得た。また、含フッ素重合体1のキシレン溶液を乾燥し、含フッ素重合体1の水酸基価とTgを測定した結果、水酸基価52.0mgKOH/g、Tg35℃であった。
[例2]
温度計、還流冷却器、撹拌機、滴下ロートを備えた容量500mlの4つ口フラスコに、キシレン160質量部を仕込み、撹拌しながら加熱して80℃に昇温した。次いで、80℃の温度で、ヒドロキシエチルメタクリレート(以下、HEMAとも称する)23.9質量部、メチルメタクリレート(以下、MMAとも称する)36.7質量部、n−ブチルメタクリレート(以下、n−BMAとも称する)139.4質量部、過酸化物系重合開始剤(日油(株)社製、「パーヘキシルO(商標、純度93%)」。以下、開始剤とも称する。)11質量部、キシレン29質量部を予め均一混合したものを、2時間かけて、滴下ロートにより等速滴下した。滴下終了後、100℃の温度を5時間維持した後、得られた反応液を珪藻土で濾過することで、水酸基を含有するメタクリレート重合体1のキシレン溶液(不揮発分50%、Mn13000)を得た。
また、メタクリレート重合体1のキシレン溶液を乾燥し、メタクリレート重合体1の水酸基価とTgを測定した結果、水酸基価51.8mgKOH/g、Tg36.5℃であった。また、1H−NMR分析により、メタクリレート重合体1は、HEMAに基づく単位、MMAに基づく単位、n−BMAに基づく単位を、この順に12モル%、24モル%、64モル%含むことを確認した。
温度計、還流冷却器、撹拌機、滴下ロートを備えた容量500mlの4つ口フラスコに、キシレン160質量部を仕込み、撹拌しながら加熱して80℃に昇温した。次いで、80℃の温度で、HEMA20.6質量部、エチルメタクリレート(以下、EMAとも称する)96.0質量部、i−ブチルメタクリレート(以下、i−BMAとも称する)83.4質量部、開始剤8質量部、キシレン32質量部を予め均一混合したものを、2時間かけて、滴下ロートにより等速滴下した。滴下終了後、100℃の温度を5時間維持した後、得られた反応液を珪藻土で濾過することで、水酸基を含有するメタクリレート重合体2のキシレン溶液(不揮発分50%、Mn19000)を得た。
また、メタクリレート重合体2のキシレン溶液を乾燥し、メタクリレート重合体2の水酸基価とTgを測定した結果、水酸基価43.2mgKOH/g、Tg56.7℃であった。また、1H−NMR分析により、メタクリレート重合体2は、HEMAに基づく単位、EMAに基づく単位、i−BMAに基づく単位を、この順に10モル%、53モル%、37モル%含むことを確認した。
温度計、還流冷却器、撹拌機、滴下ロートを備えた容量500mlの4つ口フラスコに、キシレンの160質量部を仕込み、撹拌しながら加熱して80℃に昇温した。次いで、80℃の温度で、HEMA14.3質量部、i−BMA179.3質量部、開始剤8質量部、キシレン32質量部を予め均一混合したものを、2時間かけて、滴下ロートにより等速滴下した。滴下終了後、100℃の温度を5時間維持した後、得られた反応液を珪藻土で濾過することで、水酸基を含有するメタクリレート重合体3のキシレン溶液(不揮発分50%、Mn19000)を得た。
また、メタクリレート重合体3のキシレン溶液を乾燥し、メタクリレート重合体3の水酸基価とTgを測定した結果、水酸基価60.5mgKOH/g、Tg97.1℃であった。また、1H−NMR分析により、メタクリレート重合体3は、HEMAに基づく単位、i−BMAに基づく単位を、この順に11モル%、89モル%含むことを確認した。
温度計、還流冷却器、撹拌機、滴下ロートを備えた容量500mlの4つ口フラスコに、キシレンの160質量部を仕込み、撹拌しながら加熱して80℃に昇温した。次いで、80℃の温度で、HEMA24.0質量部、MMA38.4質量部、t−ブチルメタクリレート(以下、t−BMAとも称する)137.6質量部、開始剤6質量部、キシレン34質量部を予め均一混合したものを、2時間かけて、滴下ロートにより等速滴下した。滴下終了後、90℃の温度を5時間維持した後、得られた反応液を珪藻土で濾過することで、水酸基を含有するメタクリレート重合体4のキシレン溶液(不揮発分50%、Mn22000)を得た。
また、メタクリレート重合体4のキシレン溶液を乾燥し、メタクリレート重合体4の水酸基価とTgを測定した結果、水酸基価51.8mgKOH/g、Tg99.5℃であった。また、1H−NMR分析により、メタクリレート重合体4は、HEMAに基づく単位、MMAに基づく単位、t−BMAに基づく単位を、この順に12モル%、25モル%、63モル%含むことを確認した。
数平均分子量(Mn)は、GPC(東ソー社製、HLC−8220)にて測定した。展開溶媒としてテトラヒドロフラン、標準物質としてポリスチレンを用いた。
ガラス転移温度(Tg)は、熱分析装置DSC(セイコーインスツルメント製)を使用し、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分の条件で測定した。
例2〜5で製造したメタクリレート重合体1〜4の構成を下記表にまとめて示す。
なお、表中の記載中、「第1の単位」は単位b2のうちの前記第1の単位をいい、「第2の単位」は単位b2のうちの前記第2の単位をいう。具体的単位は単量体の略名で示した。また、「Mn差」とは含フッ素重合体のMn(15000)とメタクリレート重合体1〜4のMnとの差の絶対値をいう。
塗料組成物の製造においては、酸化チタン顔料(堺化学社製、商品名「D−918」)と、硬化剤(HDIのイソシアヌレート体、日本ポリウレタン社製、商品名「コロネートHX」)と、硬化触媒(ジブチルチンジラウレートをキシレンで4〜10倍に希釈した溶液)とを、更に使用した。
[例6]
含フッ素重合体1のキシレン溶液(不揮発分60%)58.5g、メタクリレート重合体1(不揮発分50%)30.1gに、酸化チタン顔料200g、キシレン105.7g、酢酸ブチル105.7gを加え、さらに、直径1mmのガラスビーズの369gを加えて、ペイントシェーカーで2時間撹拌した。撹拌後、濾過を行ってガラスビーズを取り除き、顔料組成物を得た。
次に、該顔料組成物の100gに、含フッ素重合体1のキシレン溶液(不揮発分60%)96.5gと、メタクリレート重合体1の49.6g、キシレン18.7g、硬化剤16.5gと、硬化触媒5.4gと、をさらに加えて混合し、塗料組成物Iを得た。
含フッ素重合体1のキシレン溶液(不揮発分60%)58.5g、メタクリレート重合体2(不揮発分50%)36.1gに、酸化チタン顔料200g、キシレン102.7g、酢酸ブチル102.7gを加え、さらに、直径1mmのガラスビーズの369gを加えて、ペイントシェーカーで2時間撹拌した。撹拌後、濾過を行ってガラスビーズを取り除き、顔料組成物を得た。
次に、該顔料組成物の100gに、含フッ素重合体1のキシレン溶液(不揮発分60%)96.5gと、メタクリレート重合体2の59.5g、キシレンの8.8g、硬化剤16.5gと、硬化触媒5.4gと、をさらに加えて混合し、塗料組成物IIを得た。
含フッ素重合体1のキシレン溶液(不揮発分60%)58.5g、メタクリレート重合体3(不揮発分50%)25.9gに、酸化チタン顔料200g、キシレン107.8g、酢酸ブチル107.8gを加え、さらに、直径1mmのガラスビーズの369gを加えて、ペイントシェーカーで2時間撹拌した。撹拌後、濾過を行ってガラスビーズを取り除き、顔料組成物を得た。
次に、該顔料組成物の100gに、含フッ素重合体1のキシレン溶液(不揮発分60%)96.5gと、メタクリレート重合体3の42.7g、キシレン25.6g、硬化剤16.5gと、硬化触媒5.4gと、をさらに加えて混合し、塗料組成物IIIを得た。
含フッ素重合体1のキシレン溶液(不揮発分60%)58.5g、アクリル樹脂4(不揮発分50%)30.1gに、酸化チタン顔料200g、キシレン105.7g、酢酸ブチル105.7gを加え、さらに、直径1mmのガラスビーズの369gを加えて、ペイントシェーカーで2時間撹拌した。撹拌後、濾過を行ってガラスビーズを取り除き、顔料組成物を得た。
次に、該顔料組成物の100gに、含フッ素重合体1のキシレン溶液(不揮発分60%)96.5gと、メタクリレート重合体4の49.6g、キシレン18.7g、硬化剤16.5gと、硬化触媒5.4gと、をさらに加えて混合し、塗料組成物IVを得た。
クロメート処理したアルミニウム板の表面に、塗料組成物I〜IVを、乾燥後の塗膜の膜厚が40μmとなるように塗装し、25℃の恒温室中で1週間養生させることにより塗膜を形成して、塗膜付試験板をそれぞれ得た。
それぞれの塗膜付試験板について、塗膜の加工性、加工部塗膜の耐候性試験を行った。
(加工性)
JIS K 5600−5−1(耐屈曲性、円筒形マンドレル法)に準拠し、以下の基準に従って評価した。
すなわち、オールグッド社製、円筒形マンドレル屈曲試験器を使用し2mmのマンドレルを使用し評価を行った。
○:塗膜の割れ及び塗膜の剥離は見られなかった。
△:試験板の端部に、塗膜の割れが若干確認された。
×:加工部の全面に、塗膜の割れ及び塗膜の剥離が確認された。
(促進耐候性試験)
Accelerated Weathering Tester(Q−PANEL LAB PRODUCTS社製、モデル:QUV/SE)を用い、5000時間暴露後の塗膜の割れ・塗膜の剥離の有無について、以下の基準に従って評価した。
○:塗膜の割れ及び塗膜の剥離は見られなかった。
△:試験板の端部に、塗膜の割れが若干確認された。
×:加工部の全面に、塗膜の割れ及び塗膜の剥離が確認された。
(実暴露試験)
塗膜付試験板を沖縄県那覇市の屋外に設置し、1年後の塗膜剥離の有無について、以下の基準に従って評価した。
○:塗膜の割れ及び塗膜の剥離は見られなかった。
△:試験板の端部に、塗膜の割れが若干確認された。
×:加工部の全面に、塗膜の割れ及び塗膜の剥離が確認された。
結果を下記表にまとめて示す。
塗料組成物I(含フッ素重合体とメタクリレート重合体の総質量に対する酸化チタン顔料の含有量が33質量%)における酸化チタン顔料の含有量を変更する以外は、塗料組成物Iと同様にして塗料組成物I−1(該酸化チタン顔料の含有量110質量%)と塗料組成物I−2(該酸化チタン顔料の含有量10質量%)をそれぞれ調製した。それぞれの塗料組成物から得られた塗装板を評価した結果、塗料組成物I−1のそれは、加工性と促進耐候試験に関して、塗料組成物Iのそれに劣っており、塗料組成物IIのそれと同等であった。塗料組成物I−2の塗装板は、塗料組成物Iのそれと同等の評価結果であったが、顔料配合による効果(塗膜の着色効果)に劣っていた。
塗料組成物Iを、乾燥後の塗膜の膜厚が、それぞれ15μm、45μm、75μmとなる様に塗装して、塗料組成物Iから得られる膜厚の異なる塗装板を得た。それぞれの塗装板を評価した結果、膜厚75μmの塗装板は、膜厚45μmのそれに比較して、加工性が低下しており、塗料組成物IIのそれと同等であった。膜厚15μmの塗装板は、膜厚45μmのそれと同等の評価結果であったが、顔料配合による効果(塗膜の着色効果)に劣っていた。
なお、2015年12月2日に出願された日本特許出願2015−235674号の明細書、特許請求の範囲および要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (10)
- 水酸基価が5〜100mgKOH/gである水酸基を有する含フッ素重合体と、ガラス
転移温度が15〜70℃である、水酸基を有する(メタ)アクリレート系重合体と、イソシアネート系硬化剤、ブロック化イソシアネート系硬化剤およびアミノ樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種の硬化剤と、を含有する塗料組成物であって、
前記含フッ素重合体の数平均分子量と前記(メタ)アクリレート系重合体の数平均分子量との差の絶対値が5000以内であり、
前記塗料組成物中、前記含フッ素重合体と前記(メタ)アクリレート系重合体との含有比率(含フッ素重合体の含有量(質量%))/((メタ)アクリレート系重合体の含有量(質量%)が、90/10〜30/70であり、
前記(メタ)アクリレート系重合体が、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートに基づく単位と、架橋性基を有さない(メタ)アクリレートに基づく単位とを有し、
単量体に基づく単位の全量に対するヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートに基づく単位の含有量をYモル%とし、架橋性基を有さない(メタ)アクリレートに基づく単位の含有量をZモル%とした場合にY/Z(モル比)が1/99〜30/70の範囲にあり、
さらに、顔料成分を含有し、
前記顔料成分の含有量が、前記含フッ素重合体と前記(メタ)アクリレート系重合体の総含有量に対して、30質量超100質量%以下である、塗料組成物。 - 前記(メタ)アクリレート系重合体の水酸基価が20〜80mgKOH/gである、請求項1に記載の塗料組成物。
- 前記含フッ素重合体のガラス転移温度と前記(メタ)アクリレート系重合体のガラス転移温度との差の絶対値が30℃以内である、請求項1または2に記載の塗料組成物。
- 前記架橋性基を有さない(メタ)アクリレートが、炭素数6以下のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の塗料組成物。
- 前記架橋性基を有さない(メタ)アクリレートに基づく単位が、メチル(メタ)アクリレートおよびエチル(メタ)アクリレートから選択される少なくとも1種のアルキル(メタ)アクリレートに基づく第1の単位と、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレートおよびt−ブチル(メタ)アクリレートから選択される少なくとも1種のアルキル(メタ)アクリレートに基づく第2の単位との組合せからなり、
単量体に基づく単位の全量に対する前記第1の単位の含有量をZ1モル%とし、前記第2の単位の含有量をZ2モル%とした場合にZ1/Z2(モル比)が5/99〜70/30の範囲にある、請求項1〜4のいずれか1項に記載の塗料組成物。 - 前記アルキル(メタ)アクリレートがアルキルメタクリレートである、請求項4または5に記載の塗料組成物。
- 前記(メタ)アクリレート系重合体のガラス転移温度が15〜40℃である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の塗料組成物。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の塗料組成物から形成された硬化塗膜を有する塗装体。
- 前記塗装体の基材が建築外装部材である、請求項8に記載の塗装体。
- 前記硬化塗膜の膜厚が20〜60μmである、請求項8または9に記載の塗装体。
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