JP7049076B2 - 静電粉体塗料、並びに塗膜を有する塗装物品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)軟化点の異なるガラス粒子(A)とガラス粒子(B)とを少なくとも含み、焼き付けによって被塗装物品に塗膜を形成する静電粉体塗料であって、
該ガラス粒子(A)は焼き付け温度で軟化し、該ガラス粒子(B)は焼き付け温度で軟化しない、静電粉体塗料。
(2)前記ガラス粒子(B)は孔及び/又は空隙を有するガラス粒子である、(1)に記載の静電粉体塗料。
(3)静電粉体塗装法により(1)又は(2)に記載の静電粉体塗料を被塗装物品に塗装する工程と、塗装した静電粉体塗料を焼き付け温度で焼き付ける工程と、を含む塗膜を有する塗装物品の製造方法。
(4)静電粉体塗装法により(1)又は(2)に記載の静電粉体塗料を被塗装物品に塗装する工程と、塗装した静電粉体塗料を焼き付け温度で焼き付ける工程と、を含む工程により塗膜を形成して得られる、塗膜を有する塗装物品。
本発明の実施形態に係る静電粉体塗料は、焼き付けによって被塗装物品に塗膜を形成させる、溶媒(水分や有機溶剤などの液体成分)を実質的に含まない塗料であって、軟化点の異なるガラス粒子(A)とガラス粒子(B)とを少なくとも含む。そして、ガラス粒子(A)は焼き付け温度で軟化し、ガラス粒子(B)は焼き付け温度で軟化しない、ガラス粒子である。このように、軟化点の異なるガラス粒子(A)及び(B)を含み、ガラス粒子(A)が焼き付け温度にて軟化することで、焼き付け温度においてガラス粒子(A)がバインダとして機能し、塗膜を形成することができる。
なお、静電粉体塗料は、上記ガラス粒子(A)及び(B)に加え、適宜他の成分を含んでいてもよい。以下、静電粉体塗料に含まれる成分について説明する。
ガラス粒子(A)は、後述するガラス粒子(B)と軟化点が異なり、且つ、焼き付け温度で軟化する限り、その組成は特に限定されない。
例えば、旭硝子株式会社製のガラスフリット LS-5-300M、K-303、日本フリット株式会社製のガラスフリット EY0077、CK5425のような市販のガラス粒子を使用することができる。焼き付け温度で軟化する異なる組成のガラス粒子を2種以上、ガラス粒子(A)として配合してもよい。
ガラス粒子(A)の軟化点は、焼き付け温度よりも10℃以上低いことが好ましく、焼き付け温度よりも50℃以上低いことがより好ましく、焼き付け温度よりも100℃以上低いことが更に好ましい。具体的な軟化点としては、通常300℃以上、好ましくは350℃以上、より好ましくは400℃以上であり、また通常850℃以下、好ましくは750℃以下であり、より好ましくは650℃以下である。また、ガラス粒子(A)の軟化点と、後述する焼き付け温度で軟化しないガラス粒子(B)の軟化点との差は、20℃以上であることが好ましく、より好ましくは60℃以上であり、更に好ましくは110℃以上、特に好ましくは150℃以上である。
また、ガラス粒子(A)は、必要に応じて表面処理されていてもよい。例えば、二次凝集防止のための表面処理がなされていてもよい。
ガラス粒子(B)は、前記のガラス粒子(A)と軟化点が異なり、且つ、焼き付け温度で軟化しない限り、その組成は特に限定されない。また、その形状も特段限定されないが、塗膜の熱伝導率を低下させる観点から、ガラス粒子(B)は孔及び/又は空隙を有するガラス粒子であることが好ましい。孔を有するガラス粒子としては、典型的には多孔質ガラスが挙げられ、空隙を有するガラス粒子としては、典型的には中空ガラスが挙げられるが、孔及び/又は空隙を有していればこれに限定されるものではない。なお、ここでいう中空とは、内部に空洞を有した構造を指し、例えば内部に空洞を有する球状構造やドーナツ構造であってよい。また、多孔質とは、内部に多数の孔を有した構造を指す。
焼き付け温度で軟化しない異なる組成のガラス粒子を2種以上、ガラス粒子(B)として配合してもよい。
ガラス粒子(B)の軟化点は、焼き付け温度よりも10℃以上高いことが好ましく、焼き付け温度よりも50℃以上高いことがより好ましく、焼き付け温度よりも100℃以上高いことが更に好ましい。具体的には、軟化点が通常320℃以上、好ましくは400℃以上、より好ましくは500℃以上であり、また通常2000℃以下、好ましくは1500℃以下であり、より好ましくは1000℃以下である。
また、ガラス粒子(B)として多孔質ガラスを用いる場合、その比表面積(BET比表面積)が例えば300m2/g以上であってよく、500m2/g以上であってよく、上限は限定されないが、比表面積が過度に大きい場合には、耐衝撃性に劣るため通常1000m2/g以下である。
なお、ガラス粒子(B)は、必要に応じて表面処理がされていてもよい。例えば、二次凝集防止のための表面処理がなされていてもよい。
本実施形態に係る静電粉体塗料には、上記ガラス粒子(A)及び(B)以外の成分として、一般的に静電粉体塗料に用いられる添加剤等を配合することができる。例えば、上記ガラス粒子(A)及びガラス粒子(B)の表面に付着することにより静電粉体塗料の流動性を制御できる流動性調整剤や流動性付与剤(例えば微粒子シリカ等)が挙げられ、例えば、株式会社トクヤマ製 乾式シリカ レオロシールが挙げられる。
本実施形態に係る静電粉体塗料は上記ガラス粒子(A)及び(B)を所定の比率にて配合し、必要に応じて上記その他の成分を配合し、これらを混合することによって製造することができる。
混合方法は特に限定されず、既知の方法を適用することができる。例えば、市販の容器回転式混合機を用いて混合することができ、混合時間、混合温度等も当業者が適宜設定できる。
上記ガラス粒子(A)及び(B)の配合比率は、ガラス粒子(A)がバインダとして機能するために必要な量が配合されていればよく、具体的には静電粉体塗料の総量に対してガラス粒子(A)の含有量が40wt%以上95wt%以下であってよく、好ましくは50wt%以上90wt%以下である。また静電粉体塗料の総量に対してガラス粒子(B)の含有量は1wt%以上50wt%以下であってよく、得られる塗膜の耐熱性の観点から5wt%以上30wt%以下であることが好ましい。
上述の静電粉体塗料を被塗装物品に塗装する塗装工程と、塗装した静電粉体塗料を焼き付け温度で焼き付ける焼付工程とを実施することにより塗膜を製造し、該塗膜を有する塗装物品を得ることができる。
塗装した静電粉体塗料を焼き付けることによって、ガラス粒子(A)は軟化してバインダとして機能し、軟化していないガラス粒子(B)を有する塗膜が形成される。
被塗装物品の形状は特段限定されず、成形前の板材であっても成形品であってもよい。その材質も特段限定されず、金属材料では例えば、鉄、アルミニウム、チタン、マグネシウム、ニッケル、銅、銀、金、及び、前記金属が主成分である合金が挙げられる。非金属材料では例えばガラス、セラミックス、耐熱プラスチック等が挙げられる。また、絶縁性材料の場合、静電気を逃がすために表面に導電性処理を施したものが望ましい。例えば、無電解めっきや真空蒸着などが挙げられる。
静電粉体塗料の塗装方法としては、一般的な静電粉体塗装法を用いることができる。ここでいう静電粉体塗装法とは、静電粉体塗装ガンで静電粉体塗料を帯電させた状態で噴霧
し、アースを取った被塗装物品に帯電による静電気力によって接触させる方法を意味する。
GX-8500αβなどが挙げられる。
なお、静電粉体塗料を用いた静電粉体塗装は、静電粉体塗料を混合しながら行うことが好ましい。
また、塗装される被塗装物品の表面を清浄化したり、該表面の表面粗さを調整したりするために、例えば、脱脂、酸洗、研磨、ブラスト等の前処理を施してもよい。
塗装した静電粉体塗料の焼き付け方法は特に限定されず、一般的な方法を用いることができる。例えば、熱風乾燥炉等の焼付装置による焼き付け方法、遠赤外線加熱や高周波加熱のような手段による焼き付け方法等が挙げられる。
塗膜の空隙率の測定方法は、塗膜断面の顕微鏡写真から、塗膜全体の面積と、ガラス粒子(B)の面積を測定し、その比率から計算で求めることができる。なお、塗膜中の空隙の局在の可能性を考慮すると、アトランダムに3か所以上、好ましくは5か所以上、より好ましくは10箇所以上の断面の空隙率を測定し、その平均値を採用することが好ましい。
被塗装物品に対して上記塗膜の製造方法を適用することによって塗膜を有する塗装物品
を得ることができる。このようにして得られた塗装物品は、宇宙産業部品、航空産業部品、自動車部品、建築部材、調理用品などに有用である。特に良好な耐熱性を有する塗装物品は、宇宙産業部品、航空産業部品、自動車部品などに特に有用である。
株式会社パルテック製ステンレス鋼板 SUS304(2B仕上げ、70mm×150mm×0.8mm)を用いた。
日本パーカライジング株式会社製 ファインクリーナーE6408を用いて、被塗装物品の油分や汚れを取り除いた。次に、純水を流しかけ、その後100℃雰囲気のオーブンで加熱し、水分を除去した。
<実施例1の静電粉体塗料の製造方法>
ガラス粒子(A):旭硝子株式会社製のガラスフリット K-303(軟化点431℃、メジアン径d50=8.0μm、線膨張係数12.9×10-6/K)と、ガラス粒子(B):ポッターズ・バロティーニ株式会社製の中空ガラスビーズ Sphericel
60P18(軟化点830℃、メジアン径d50=18μm、耐圧強度55MPa)とを(A):(B)=70wt%:30wt%となるように容器回転式混合器を用いて混合したものを実施例1の静電粉体塗料とした。
上記調製した実施例1の静電粉体塗料をパーカーエンジニアリング株式会社の静電粉体塗装装置 GX-8500αβとGX132静電粉体塗装ガン(スリットノズル)を用い、水平に設置した被塗装物品の真上から吹き付けた。このとき、ガン電圧100kV、ガン電流値35μA、塗料吐出量50%、塗料搬送空気量50L/minに設定し、ガンの吐出口と被塗装物品の距離を300mmとした。
続いて、実施例1の静電粉体塗料を吹き付けた被塗装物品を、電気マッフル炉(アドバンテック東洋株式会社 FUW220PA)を用いて焼き付けた。焼き付け条件は、焼き付け温度500℃、昇温時間30分、焼き付け温度での保持時間1時間とした。焼き付け後、炉の電源を切って炉内で塗装物品を1時間冷却した後、炉内から塗装物品を取り出して25℃の室内に放置して徐冷した。
<実施例2の静電粉体塗料の製造方法>
ガラス粒子(A):旭硝子株式会社製のガラスフリット 9079-150(軟化点344℃、メジアン径d50=13.0μm、線膨張係数12.2×10-6/K)と、ガラス粒子(B):ポッターズ・バロティーニ株式会社製の中空ガラスビーズ Sphericel 45P25(軟化点830℃、メジアン径d50=27μm、耐圧強度28MPa)とを(A):(B)=80wt%:20wt%となるように容器回転式混合器を用いて混合したものを実施例2の静電粉体塗料とした。
上記調製した実施例2の静電粉体塗料をパーカーエンジニアリング株式会社の静電粉体塗装装置 GX-8500αβとGX132静電粉体塗装ガン(スリットノズル)を用い
、水平に設置した被塗装物品の真上から吹き付けた。このとき、ガン電圧100kV、ガン電流値35μA、塗料吐出量50%、塗料搬送空気量50L/minに設定し、ガンの吐出口と被塗装物品の距離を300mmとした。
続いて、実施例2の静電粉体塗料を吹き付けた被塗装物品を、電気マッフル炉を用いて焼き付けた。焼き付け条件は、焼き付け温度400℃、昇温時間30分、焼き付け温度での保持時間1時間とした。焼き付け後、炉の電源を切って炉内で塗装物品を1時間冷却した後、炉内から塗装物品を取り出して25℃の室内に放置して徐冷した。
<実施例3の静電粉体塗料の製造方法>
ガラス粒子(A):旭硝子株式会社製のガラスフリット LS-5-300M(軟化点575℃、メジアン径d50=10.0μm、線膨張係数10.5×10-6/K)と、ガラス 粒子(B):AGCエスアイテック株式会社製の多孔質球状シリカH-51(軟化点1650℃、メジアン径d50=5μm、耐圧強度40MPa)とを(A):(B)=85wt%:15wt%となるように容器回転式混合器を用いて混合したものを実施例3の静電粉体塗料とした。
上記調製した実施例3の静電粉体塗料をパーカーエンジニアリング株式会社の静電粉体塗装装置 GX-8500αβとGX132静電粉体塗装ガン(スリットノズル)を用い、水平に設置した被塗装物品の真上から吹き付けた。このとき、ガン電圧100kV、ガン電流値35μA、塗料吐出量50%、塗料搬送空気量50L/minに設定し、ガンの吐出口と被塗装物品の距離を300mmとした。
続いて、実施例3の静電粉体塗料を吹き付けた塗装物品を、電気マッフル炉を用いて焼き付けた。焼き付け条件は、焼き付け温度650℃、昇温時間1時間、焼き付け温度での保持時間1時間とした。焼き付け後、炉の電源を切って炉内で塗装物品を2時間冷却した後、炉内から塗装物品を取り出して25℃の室内に放置して徐冷した。
膜厚:株式会社ケツト科学研究所製渦電流膜厚計 LH-200Jを用いて膜厚を測定した。塗装物品の塗装部分を3等分し、それぞれの部位で5箇所ずつ膜厚を測定し、計15箇所の測定値の平均値を膜厚とした。
空隙率:塗膜断面の顕微鏡写真を撮影し、任意に選択した3箇所の塗装部分に対して、所定の塗装面積に占めるガラス粒子(B)の面積の割合を測定し、その割合の平均を空隙率として求めた。
塗膜付着性:JIS K 5600-5-6:1999の塗料一般試験方法(第5部:塗膜の機械的性質及び第6節:付着性(クロスカット法))により評価した。カッターナイフを用いて、塗装物品の塗膜に一辺が2mmの格子で、5×5個(25個)の碁盤目となるように切込みを加えた。切込みを加えた部分に幅が24mmとなるセロハンテープを付着させ、セロハンテープを剥がす操作を行った。塗膜物品の碁盤目部の塗膜の一部がセロハンテープに付着した場合、塗膜物品に残存する塗膜の割合を残存率として算出し、以下の基準にしたがって評価した。
(評価基準)
S:残存率が90%以上100%以下である。(最も良い残存率)
A:残存率が70%以上90%未満である。
B:残存率が50%以上70%未満である。
C:残存率が50%未満である。
実施例1~3の静電粉体塗料を用いて製造した各種塗膜を有する塗装物品を、以下に示す温度で6時間加熱し、取り出した後の塗膜表面を観察し、クラック発生の有無を確認した。なお、加熱は、上記電気マッフル炉を用いて、焼き付け温度と同じ温度で実施した。電気マッフル炉による加熱は電気マッフル炉の最大出力で行った。上記加熱終了後、3時間かけて300℃未満まで炉内冷却を行った。炉内冷却後に塗装物品を取り出し、25℃の室内に放置して徐冷を行った。クラック発生の有無の確認は上記卓上顕微鏡を用いて塗膜表面を観察することで行った。
実施例の塗膜の評価結果を表1に示す。
Claims (4)
- 軟化点の異なるガラス粒子(A)とガラス粒子(B)とを少なくとも含み、焼き付けによって被塗装物品に塗膜を形成する静電粉体塗料であって、
静電粉体塗料は、樹脂成分を含有せず、
該ガラス粒子(A)は焼き付け温度で軟化し、該ガラス粒子(B)は焼き付け温度で軟化しない、静電粉体塗料。
- 前記ガラス粒子(B)は孔及び/又は空隙を有するガラス粒子である、請求項1に記載の静電粉体塗料。
- 静電粉体塗装法により請求項1又は2に記載の静電粉体塗料を被塗装物品に塗装する工程と、塗装した静電粉体塗料を焼き付け温度で焼き付ける工程と、を含む塗膜を有する塗装物品の製造方法。
- 静電粉体塗装法により請求項1又は2に記載の静電粉体塗料を被塗装物品に塗装する工程と、塗装した静電粉体塗料を焼き付け温度で焼き付ける工程と、を含む工程により塗膜を形成して得られる、塗膜を有する塗装物品。
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