JP7177634B2 - 塗料組成物及び塗膜ならびに物品 - Google Patents
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Description
そこで本発明は、有機基材に対して高い濡れ性を有し、塗工作業が容易な、塗料組成物と、乾燥時にクラックを発生しにくい塗膜ならびにこのような塗膜を備えた物品を提供することを目的とする。
本発明の他の実施形態は、コロイダルシリカと酸化セルロースナノファイバーと水溶性樹脂とシラン誘導体化合物とを反応してなる、塗膜である。
本発明のさらに他の実施形態は、基材と、コロイダルシリカと酸化セルロースナノファイバーと水溶性樹脂とシラン誘導体とを反応してなる塗膜とを含む、物品である。
(式1中、Xは有機官能基であり、Rはアルキル基であり、nは2または3である。)で表される。式1において、有機官能基であるXは有機物と反応するか、有機物と親和性の高い官能基であり、置換基-OR部分は無機物と反応する官能基である。有機官能基は、有機物と反応する基であればどのような基でもよいが、ビニル基等のビニル系官能基、アミノプロピル基、アミノエチルアミノプロピル基、N-フェニル-3-アミノプロピル基等のアミノ系官能基、グリシドキシプロピル基、エポキシシクロヘキシルエチル基等のエポキシ系官能基、p-スチリル基等のスチリル系官能基、アクリロキシプロピル基などのアクリル系官能基、メタクリロキシプロピル基等のメタクリル系官能基、3-イソシアネートプロピル基等のイソシアネート系官能基、3-ウレイドプロピル基等のウレイド系官能基、イソシアヌレート基等のイソシアヌレート系官能基、3-メルカプトプロピル基等のメルカプト系官能基等、n個のエチレングリコールが結合したPEG-nとメチル基とがエーテル結合したメトキシPEG-n基(n=5~20)、同様にエトキシPEG-n基、プロポキシPEG-n基およびそれらの誘導体を挙げることができる。また、Rとしては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、t-ブチル基等のアルキル基を挙げることができる。式中、nは2または3である。nが1の化合物は、無機物と反応する官能基である-ORが一つしかないことを意味し、シランカップリング剤同士の架橋ができない。またnが4の化合物は、酸化セルロースナノファイバーとの相溶性が悪く、これを含む塗料組成物を塗膜にすると、塗膜の白化の原因となりうる。
(式1中、Xは有機官能基であり、Rはアルキル基であり、nは2または3である。)で表されるシランカップリング剤のうち、置換基RO-はコロイダルシリカと結合し、置換基Xは酸化セルロースナノファイバーおよび水溶性樹脂と結合する。このように、シラン誘導体化合物を架橋点として、コロイダルシリカ、酸化セルロースナノファイバー、水溶性樹脂同士が結合するので、強固な塗膜を得ることができる。
実施形態の塗料組成物を基材に塗布し、加熱することにより乾燥し形成した塗膜は、基材に対する高い密着性を有するとともに、その塗膜表面は親水性による高い濡れ性を有するため、基材に対して濡れ性や密着性の低い塗料を塗工する際のプライマーとしても好適に使用することができる。
コロイダルシリカ(ST-N[固形分20%、水分散液]、平均一次粒子径=10~15nm日産化学工業(株))10.20重量部、酸化セルロースナノファイバー(セレンピアC-01A[固形分1%、水分散液]、日本製紙(株))65.55重量部、水溶性樹脂(プラスコートZ-221[固形分20%、水分散液]互応化学工業(株))2.18重量部、シラン誘導体化合物であるメトキシPEG10(ポリエチレングリコール)トリメトキシシラン([固形分100%]、エボニックジャパン(株))0.87重量部、界面活性剤(フタージェント-150[固形分100%]0.003重量部と、フタージェント-410[固形分30%、水/イソプロパノール分散液]0.011重量部、それぞれ(株)ネオス)と、水8.96重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM)12.22重量部を混合して、塗料組成物を作製した(実施例1)。
塗料組成物の各成分の配合比を表1または表3に示すとおりに変えて、各塗料組成物を作製した(実施例2~9、比較例1~10)。表中、コロイダルシリカとして用いた他の物質は、ST-O[固形分20%]、平均一次粒子径=10~15nm、日産化学(株)であり、シラン誘導体化合物として用いた他の物質は、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン([固形分100%]、信越化学工業(株)である。なお、各組成物において、コロイダルシリカ、酸化セルロースナノファイバー、水溶性樹脂、シラン誘導体化合物の固形分比をそれぞれ記載した。
CNF:セルロースナノファイバー
ST-N:日産化学工業(株)商品名、水分散性コロイダルシリカ(弱塩基性)
ST-O:日産化学工業(株)商品名、水分散性コロイダルシリカ(酸性)
セレンピアTC-01A:日本製紙(株)商品名、TEMPO酸化セルロースナノファイバー
プラスコートZ-221:互応化学工業(株)商品名、末端に-SO3Naを有する水溶性ポリエステル樹脂
FT-150:(株)ネオス商品名(フタージェント-150)、アニオン性フッ素系界面活性剤
FT-410:(株)ネオス商品名(フタージェント-410)、ベタイン型両性フッ素系界面活性剤
PGM:プロピレングリコールモノメチルエーテル
ガラス基材上に、各塗料組成物を塗布した。塗布は、ハンドスプレーガン(アネスト岩田(株)製)を用いたスプレーコート法で行い、塗料組成物が形成した後の塗膜の厚さが1μmとなるように調整した。塗料組成物が塗布された基材を110℃のオーブンに入れ15分間加熱し、塗膜を形成した。こうして各塗膜試験片を得た。
得られた塗膜を目視により観察し、塗料組成物のハジキ・液ヨレおよびクラックの有無から、塗料組成物の塗工性を以下のように評価した:
良好:均質な塗膜が形成され、塗工性が良好である
不良:塗膜にハジキ、液ヨレ、クラックが見られ、塗工性に難がある
作製したと膜のヘイズをJIS K7136に準拠した方法で測定した。ヘイズが1.0の値を超えると、塗膜の白身が目立ち、透明性が損なわれている。なお、塗膜に大きなラックが生じたり、ハジキがあったりして、ヘイズが測定できない場合、表中には「-」と記載した。
40℃の温水浴の水面から高さ1cmの位置に塗膜試験片を塗膜が下向きになるように配置して、塗膜に温水浴からの蒸気をあてた。2分間経過後に塗膜上に曇りが形成されているかを目視により観察した。
曇りなし:塗膜の表面に曇りが生じていない
曇りあり:塗膜の表面に曇りが生じている
上記の防曇性評価を行った後に、塗膜試験片を垂直に立てかけた状態で30分間乾燥させ、塗膜試験片上に水タレ跡や白化などの外観変化が生じているかどうかを目視により環雑した。
変化なし:外観変化が見られない
変化あり:外観変化が見られる
酸化セルロースナノファイバーの配合率(固形分割合)は、10~40%程度とすることが好ましいと考えられる。酸化セルロースナノファイバーの配合率が10%を下回ると、塗工性が不良となり、40%を超えると、コストが上がり、経済的に好ましくない。
水溶性樹脂の配合率(固形分割合)は、10~40%程度とすることが好ましいと考えられる。水溶性樹脂の配合率が10%を下回ると、得られる塗膜の強度が足りず、40%を超えると、塗膜のヘイズが上昇する。
シラン誘導体化合物の配合率(固形分割合)は、10~35%程度とすることが好ましいと考えられる。シラン誘導体化合物の配合率が10%を下回ると、得られる塗膜の強度が足りず、35%を超えると塗膜の防曇性が低下する。
Claims (11)
- コロイダルシリカと、酸化セルロースナノファイバーと、水溶性樹脂と、シラン誘導体化合物とを含む、塗料組成物であって、
コロイダルシリカは、塗料組成物中の固形分の重量を基準として25~60%含まれ、
酸化セルロースナノファイバーは、塗料組成物中の固形分の重量を基準として8~40%含まれ、
水溶性樹脂は、塗料組成物中の固形分の重量を基準として8~40%含まれ、
シラン誘導体は、塗料組成物中の固形分の重量を基準として8~40%含まれている、塗料組成物。 - 該コロイダルシリカが、分散状態にある、請求項1に記載の塗料組成物。
- 該コロイダルシリカの粒子の平均一次粒子径が50nm以下である、請求項1または2に記載の塗料組成物。
- 該酸化セルロースナノファイバーが、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシラジカルにより酸化したセルロースナノファイバーである、請求項1~3のいずれかに記載の塗料組成物。
- 該水溶性樹脂が、水溶性ポリエステルである、請求項1~4のいずれかに記載の塗料組成物。
- 該シラン誘導体化合物が、シランカップリング剤である、請求項1~5のいずれかに記載の塗料組成物。
- さらに界面活性剤を含む、請求項1~7のいずれかに記載の塗料組成物。
- さらに水及び/又はアルコール類を含む、請求項1~8のいずれかに記載の塗料組成物。
- コロイダルシリカと、酸化セルロースナノファイバーと、水溶性樹脂と、シラン誘導体化合物とを反応してなる、塗膜であって、
コロイダルシリカは、塗膜の重量を基準として25~60%含まれ、
酸化セルロースナノファイバーは、塗膜の重量を基準として8~40%含まれ、
水溶性樹脂は、塗膜の重量を基準として8~40%含まれ、
シラン誘導体は、塗膜の重量を基準として8~40%含まれている、塗膜。 - 基材と、コロイダルシリカと、酸化セルロースナノファイバーと、水溶性樹脂と、シラン誘導体化合物とを反応してなる塗膜とを含む、物品であって、
コロイダルシリカは、塗膜の重量を基準として25~60%含まれ、
酸化セルロースナノファイバーは、塗膜の重量を基準として8~40%含まれ、
水溶性樹脂は、塗膜の重量を基準として8~40%含まれ、
シラン誘導体は、塗膜の重量を基準として8~40%含まれている、物品。
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