JP7178476B1 - 水性塗料組成物及び建築材料 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2には、アクリル系樹脂と微細粒子を含み、該アクリル系樹脂の計算Tgが-5~30℃であり、微細粒子の不揮発分に対する含有量が20~50質量%であるインク受理層形成塗料が記載されている。
特許文献3には、バインダー樹脂と、無機粒子と、特定粒径の樹脂ビーズとを含むインク受理層用塗料組成物が記載されている。
特許文献4には、無機質化粧板に用いられ、樹脂、顔料、インクにじみ防止剤及び希釈剤を含むインクジェット印刷用の下塗り着色塗膜が記載されている。
特許文献5には、塗膜化した後のケーニッヒ硬度が、塗膜表面温度25℃条件下と60℃条件下でそれぞれ測定した場合に、その差が0~5回となるインク受理層形成塗料が記載されている。
また、特許文献6には、第四級アンモニウム基及びアミド基を所定量有し、ガラス転移温度が100℃以下であるカチオン性非水溶性ポリマーラテックスを含むインクジェット定着性コーティング組成物が記載されている。
[1]塗膜形成樹脂(A)及び微粒子(B)を含む水性塗料組成物であって、
前記塗膜形成樹脂(A)は、アクリル樹脂エマルション(A1)を含み、
前記アクリル樹脂エマルション(A1)は、コア部とシェル部とを有し、
前記コア部のガラス転移温度(Tgc)は、15℃未満であり、
前記シェル部のガラス転移温度(Tgs)は、25℃以上であり、
前記微粒子(B)は、微粒子(B1)、微粒子(B2)及び微粒子(B3)を含み、
前記微粒子(B1)は、炭酸カルシウムを含み、
前記微粒子(B1)の平均粒子径は、1μm以上5μm以下であり、
前記微粒子(B1)の吸油量は、60mL/100g以上であり、
前記微粒子(B1)のかさ比重は、0.20g/cm3以上であり、
前記微粒子(B2)の平均粒子径は、1μm未満であり、
前記微粒子(B2)のかさ比重は、0.20g/cm3以上であり、
前記微粒子(B3)は、シリカを含み、
前記微粒子(B3)の吸油量は、60mL/100g以上であり、
前記微粒子(B3)のかさ比重は、0.15g/cm3以下である
、水性塗料組成物。
[2]前記コア部と前記シェル部の質量比(コア部/シェル部)は、5/95~95/5である、[1]に記載の水性塗料組成物。
[3]前記親水性微粒子(B1)のBET比表面積は、10m2/g以上である、[1]又は[2]に記載の水性塗料組成物。
[4]前記微粒子(B)の含有率は、前記塗料組成物の固形分中、35質量%以上75質量%以下である、[1]~[3]のいずれか1つに記載の水性塗料組成物。
[5]前記親水性微粒子(B2)は、前記親水性微粒子(B1)100質量部に対して、100質量部以上400質量部以下である、[1]~[4]のいずれか1つに記載の水性塗料組成物。
[6]前記疎水性微粒子(B3)は、前記親水性微粒子(B1)100質量部に対して、25質量部以上150質量部以下である、[1]~[5]のいずれか1つに記載の水性塗料組成物。
[7]前記疎水性微粒子(B3)の吸油量は、前記親水性微粒子(B1)の吸油量より大きい、[1]~[6]のいずれか1つに記載の水性塗料組成物。
[8]インク受理層用である、[1]~[7]のいずれか1つに記載の水性塗料組成物。
[9]基材と、前記基材上に設けられ、[1]~[8]のいずれか1つに記載の水性塗料組成物から形成されるインク受理層とを備える、建築材料。
[10]前記基材は、無機基材である、[9]に記載の建築材料。
塗膜形成樹脂(A)は、アクリル樹脂エマルション(A1)を含む。本開示において、エマルション型樹脂は、粒子状となって水性媒体に分散している樹脂を意味し、アクリル樹脂エマルション(A1)は、エマルション型のアクリル樹脂、すなわち、粒子状となって媒体に分散しているアクリル樹脂を意味する。
1/Tg=w1/Tg1+w2/Tg2+・・・+wn/Tgn
で表されるTgを樹脂(重合体)のTgとする。
Tg1:モノマー1のホモポリマーのガラス転移温度(K)、w1:モノマー1の質量分率
Tg2:モノマー2のホモポリマーのガラス転移温度(K)、w2:モノマー2の質量分率
Tgn:モノマーNのホモポリマーのガラス転移温度(K)、wn:モノマーNの質量分率
(w1+w2+・・・+wn=1)
サンプルとして、モノマー0.5gを100mlビーカーに秤量し、アセトン10mlを、ホールピペットを用いて加え、マグネティックスターラーにより溶解したものを使用する。このサンプルに対して測定温度20℃で、50mlビュレットを用いて貧溶媒を滴下し、濁りが生じた点を滴下量とする。貧溶媒は、高SP貧溶媒としてイオン交換水を用い、低SP貧溶媒としてn-ヘキサンを使用して、それぞれ濁点測定を行う。モノマーのSP値δは下記計算式によって与えられる。
δ=(Vml 1/2δml+Vmh 1/2δmh)/(Vml 1/2+Vmh 1/2)
Vi:溶媒iの分子容(ml/mol)
φi:濁点における各溶媒iの体積分率
δi:溶媒iのSP値
ml:低SP貧溶媒混合系
mh:高SP貧溶媒混合系
また、溶媒1及び溶媒2を含む溶媒混合系の分子容及びSP値は、下記計算式によって与えられる。
Vm=V1V2/(φ1V2+φ2V1)
δm=φ1δ1+φ2δ2
前記乳化剤は、モノマー混合物の総量100質量部に対して、0.5質量部以上、10質量部以下であることが好ましい。
本開示において、水性塗料組成物の固形分とは、水性塗料組成物を乾燥させた際に固形物を形成する成分の総量を意味する。
本開示の微粒子(B)は、微粒子(B1)、微粒子(B2)及び微粒子(B3)を含む。
なお本開示において、吸油量は、JIS K 5101-13-2に準じて測定できる。
なお本開示において、BET比表面積は、例えば、自動比表面積測定装置ジェミニVII23900(島津製作所社製)等を用いて測定することができる。
前記M値は、微粒子表面の疎水化処理の程度を表す特性値であり、水/メタノール混合溶液に微粒子を均一分散させるために必要なメタノールの容量割合で表され、M値が高いほど親水性が低く、疎水化処理の割合が高いことを示す。M値は以下の方法で求めることができる。
<M値の測定方法>
メタノール濃度を5容量%の間隔で変化させた水/メタノール混合溶液を調整し、これを容積10mlの試験管に5ml入れる。次いで測定試料0.2gを入れ、試験管に蓋をして、20回上下転倒してから静置した後、凝集物を観察する。凝集物が無く、測定試料の全部が湿潤して均一混合した混合溶液のうち、メタノール濃度が最も小さい混合溶液のメタノール濃度(容量%)をM値とする。
前記微粒子(B2)のM値は、好ましくは10容量%以下、より好ましくは8容量%以下、更に好ましくは6容量%以下であり、0容量%以上である。微粒子(B2)のM値が前記範囲にあることで、微粒子(B2)の水性塗料組成物中での分散性を良好にでき、且つ得られる塗膜のインクの定着性を向上させることができる。
ウレタン系粘性調整剤として、例えば、ポリエーテルポリオール系ウレタンプレポリマー、ウレタン変性ポリエーテル型粘性調整剤等が挙げられる。
ポリカルボン酸系粘性調整剤として、例えば高分子量ポリカルボン酸、高分子量不飽和酸ポリカルボン酸及びこれらの部分アミド化物等が挙げられる。
セルロース系粘性調整剤として、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース系粘性調整剤等が挙げられる。
無機層状化合物系粘性調整剤として、例えば、モンモリロナイト、ベントナイト、クレイ等の層状化合物が挙げられる。
アミノプラスト系粘性調整剤として、例えば、疎水変性エトキシレートアミノプラスト系会合型粘性調整剤等が挙げられる。
前記粘性調整剤は1種のみを用いてもよく、2種又は以上を併用してもよい。
ポリアマイド系粘性調整剤である、ディスパロンAQ-600(楠本化成社製)、Anti-Terra-U(BYK Chemie社製)、Disperbyk-101、Disperbyk-130(BYK Chemie社製)等;
ポリカルボン酸系粘性調整剤である、Anti-Terra-203、204(BYK Chemie社製)、Disperbyk-107(BYK Chemie社製)、BYK-P104、BYK-P105(BYK Chemie社製)、プライマルASE-60、プライマルTT-615(ダウ・ケミカル社製)、ビスカレックスHV-30(BASF社製)、SNシックナー617、SNシックナー618、SNシックナー630、SNシックナー634、SNシックナー636(サンノプコ社製)等;
ウレタン系粘性調整剤である、アデカノールUH-814N、UH-752、UH-750、UH-420、UH-462(ADEKA社製)、SNシックナー621N、SNシックナー623N(サンノプコ社製)、RHEOLATE244、278(エレメンティス社製)等;
セルロース系粘性調整剤である、HECダイセルSP600N(ダイセルファインケム社製)等;
層状化合物系粘性調整剤である、BENTONE HD(エレメンティス社製)等;
アミノプラスト系粘性調整剤である、Optiflo H600VF(BYK Chemie社製)等;
が挙げられる。
前記水性塗料組成物は、必要に応じて、更に、その他の添加剤を含んでいてもよい。前記その他の添加剤としては、例えば、体質顔料;着色顔料、染料等の着色剤;遮熱顔料;光輝性顔料;骨材(樹脂粒子、シリカ粒子等);ワックス;溶剤;紫外線吸収剤(ベンゾフェノン系紫外線吸収剤等);酸化防止剤(フェノール系、スルフォイド系、ヒンダードアミン系酸化防止剤等);造膜助剤;可塑剤;カップリング剤(シラン系、チタン系、ジルコニウム系カップリング剤等);タレ止め剤;顔料分散剤;顔料湿潤剤;表面調整剤(シリコーン系、有機高分子系等);レベリング剤;色分かれ防止剤;沈殿防止剤;沈降防止剤;消泡剤;界面活性剤;凍結防止剤;乳化剤;防錆剤;防腐剤;防かび剤;抗菌剤;安定剤等がある。これらの添加剤は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい
本開示の水性塗料組成物の製造方法は、前記塗膜形成樹脂(A)と、前記微粒子(B1)と、前記微粒子(B2)と、前記微粒子(B3)とを混合することを含み、代表的には、前記塗膜形成樹脂(A)と、前記微粒子(B1)と、前記微粒子(B2)と、前記微粒子(B3)と、必要に応じて用いる顔料分散剤、塩基性物質、粘性調整剤及びその他の添加剤(特に、顔料、造膜助剤、溶剤等)とを混合することを含む。前記混合は、当分野で通常用いられるかくはん機を用いて実施することができ、例えば、サンドグラインドミル、ボールミル、ブレンダー、ペイントシェーカー又はディスパー等の混合機、分散機、混練機等を選択して実施することができる。
こうして調製される水性塗料組成物は、各種被塗物に塗装することができる。被塗物として、例えば、住宅又はビル等の建築物の内壁若しくは外壁等の壁面又は屋根に用いられる建材が好ましい。従って前記水性塗料組成物は、建材塗装用水性塗料組成物、又は建築物塗装用水性塗料組成物として用いることができる。前記水性塗料組成物は例えば、建材塗装用水性クリヤー塗料組成物、又は建築物塗装用水性クリヤー塗料組成物として用いることができる。
前記無機材料基材としては、例えば、JIS A 5422、JIS A 5430等に記載された窯業基材、ガラス基材等が挙げられ、例えば、珪カル板、パルプセメント板、スラグ石膏板、炭酸マグネシウム板、石綿パーライト板、木片セメント板、硬質木質セメント板、コンクリート板、軽量気泡コンクリート板等が挙げられる。
前記プラスチック基材としては、例えば、アクリル板、ポリ塩化ビニル板、ポリカーボネート板、ABS板、ポリエチレンテレフタレート板、ポリオレフィン板等が挙げられる。
前記金属基材としては、例えば、アルミニウム板、鉄板、亜鉛メッキ鋼板、アルミニウム亜鉛メッキ鋼板、ステンレス板、ブリキ板等が挙げられる。
基材と、前記基材上に設けられ、本開示の水性塗料組成物から形成されるインク受理層とを備える建築材料も本開示の技術的範囲に包含される。
なお、本開示において、「基材上」とは、基材表面を境界とする基材の外側と内側とのうち、外側に向かう方向を指し、「基材上」には、当該基材と接する直上の位置(on)だけでなく、当該基材と離れた上方、すなわち、当該基材上の他の層を介した上側の位置も含む。
ステンレス容器に、コア部を形成するモノマーとして、メタクリル酸メチル40.0質量部、アクリル酸エチル34.0質量部、アクリル酸2-エチルヘキシル24.0質量部及びアクリル酸2.0質量部をかくはん混合後、乳化剤としてスルホコハク酸ジエステルアンモニウム塩(ラテムルS-180A、花王社製)2.5質量部と水61.0質量部を添加し、ホモミキサーを用いて、室温で15分かくはんし、第1反応前乳化混合物を得た。
コア部を形成するモノマーおよびシェル部を形成するモノマー及び配合量を、表1に示す通りに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、塗膜形成樹脂(アクリル樹脂エマルション(A1-2)~(A1-11)、(a1-1)~(a1-2))の分散液(固形分濃度45.0質量%)を得た。各アクリル樹脂エマルションの粒子径を表1に示す。
顔料分散剤としてBYK-190(ビックケミー・ジャパン社製)1.4質量部、微粒子(B1-1)としてカルライト-KT(太陽化学工業社製)52質量部、消泡剤としてSN1316(サンノプコ社製)0.01質量部及び水道水47質量部を、ディスパーを用いて予備混合した後、SGミル(分散媒体:ガラスビーズ)を用いて、1,500回転/分で分散処理を行って、微粒子(B1-1)の分散液(平均粒子径:2.0μm)を得た。
微粒子の分散液の平均粒子径は、分散処理後に、UPA-150(マイクロトラック・ベル社製粒度分布測定装置)を用いて測定した50%体積平均粒子径(D50)である。
・微粒子(B1-1);カルライト-KT(炭酸カルシウム、太陽化学工業社製)、吸油量:135~165mL/100g、かさ比重:0.28g/cm3、BET比表面積:35~40cm2、M値:0容量%
・微粒子(B1-2):軽質炭酸カルシウム(炭酸カルシウム、丸尾カルシウム工業社製)、吸油量:50mL/100g、かさ比重:0.28g/cm3、BET比表面積:5.0cm2/g、M値:0容量%
・微粒子(B2-1);ルミナス(炭酸カルシウム、丸尾カルシウム社製)、吸油量:45~55mL/100g、かさ比重:0.55g/cm3、BET比表面積:10~14m2/g、M値:0容量%
・微粒子(B2-2):SATINTONE 5HB(カオリン、BASF社製)、吸油量:85~95mL/100g、かさ比重:0.21g/cm3、BET比表面積:15m2/g M値:0容量%
・微粒子(B2-3):スーパー#2000(炭酸カルシウム、丸尾カルシウム社製)、かさ比重:0.33g/cm3、吸油量:35mL/cm3、BET比表面積:2m2/g、M値:0容量%
・微粒子(B2-4):スーパーSSS(炭酸カルシウム、丸尾カルシウム社製)、吸油量:28mL/100g、かさ比重:0.43g/cm3、BET比表面積:1.2m2/g、M値:0容量%
・微粒子(B3-1);サイリシア446(二酸化ケイ素、富士シリシア化学社製)、かさ比重:0.10g/cm2、吸油量:200~300mL/100g、M値:20容量%
・微粒子(B3-2);CRYSTALITE VX-S2(二酸化ケイ素、龍森社製)、かさ比重:0.33g/cm2、吸油量:10~50mL/100g、M値:0容量%
黒顔料としてミツビシカーボンブラックMA-220(三菱化学社製)4質量部、分散剤としてBYK-130(BYK社製)0.5質量部、反応性モノマーとしてRA-5000(三井化学社製)50質量部、ライトアクリレートDCP-A(共栄社製)25質量部及びKAYARAD FM-400(日本化薬社製)25質量部、光開始重合剤としてベンゾフェノン(東洋化成工業社製)5質量部、表面調整剤としてBYK-333(BYK社製)0.1質量部及び希釈溶剤として酢酸ブチル 10質量部を混合し、サンドミル(分散媒体:ガラスビーズ)を用いて、黒顔料の粗粒の最大粒子径が40μm以下になるまで分散し、紫外線硬化型インクを調製した。
サイディングボードに対して、着色顔料を含む水性下塗り塗料組成物であるオーデタイト345M-2(日本ペイント・インダストリアルコーティングス社製)を、乾燥膜厚が50μmとなるようにスプレー塗装し、ジェット乾燥器(風速:10m/s)にて100℃で3分間乾燥させた。
次いで、実施例及び比較例で得られた水性塗料組成物を、乾燥膜厚が20μmとなるようにスプレー塗装し、ジェット乾燥機(風速:10m/s)にて100℃で3分間乾燥させてインク受理層を有する試験板を得た。
更にその上に、インクジェットプリンタ(ビデオジェット・エックスライト社製)を用いて、前記紫外線硬化型インクをwet塗布量で7g/m2となるよう塗装し、高圧水銀灯(100W/cm)で紫外線を0.5秒照射することで、インク受理層の上にインク層を有する試験板を得た。
<インク定着性(インク発色性)>
上記実施例及び比較例で得られた試験板を、色彩色差計CR-400(コニカミノルタ社製)を用いて測色を行い、インク定着性(インク発色性)を評価した。評価基準は以下のとおりである。評点○△以上を合格とした。
○:L*値が40以下である。
○△:L*値が40を超え45以下である。
△:L*値が45を超え50以下である。
×:L*値が50を超える。
前記実施例及び比較例で得られた水性塗料組成物を、水道水で希釈し、粘度を65KUに調整したものを50℃で7日間静置した。試験後の塗料組成物の粘度を測定し、水性塗料組成物の塗料安定性(粘度安定性)を評価した。評価基準は以下のとおりである。評点○△以上を合格とした。
試験前後の水性塗料組成物の粘度測定は、ストーマー粘度計(上島製作所社製)を用いて、25℃で測定した。
○:粘度変化が2KU以下である。
○△:粘度変化率が2KUを超え3KU以下である。
△:粘度変化率が3KUを超え4KU%以下である。
×:粘度変化率が4KUを超える。
上記実施例及び比較例で得られた塗料組成物を、エアレスポンプ(ノードソン社製)を用いて、3時間循環試験を行った。その後、前記方法と同様にして、インク受容層(試験後)の上にインク層を有する試験板を得た。
得られた試験前及び試験後の試験板について、色彩色差計CR-400(コニカミノルタ社製)を用いて測色を行い、下記式に従って色差(ΔL*)を算出し、水性塗料組成物の塗料安定性(循環安定性)を評価した。評価基準は以下のとおりである。評点○△以上を合格とした。
色差(ΔL*)=循環試験前のL*値-循環試験後のL*値
○:ΔL*が3以下である。
○△:ΔL*が3を超え6以下である。
△:ΔL*が6を超え9以下である。
×:ΔL*が9を超える。
比較例1は、アクリル樹脂エマルションのコア部のガラス転移温度が15℃を超える例であり、造膜性が十分でなく、インク定着性が十分に満足できるものではなかった。
比較例2は、アクリル樹脂エマルションのシェル部のガラス転移温度が25℃に満たない例であり、インク定着性が十分に満足できるものではなかった。
比較例3は、微粒子(B1)を含まず、吸油量が60mL/100gに満たない微粒子を用いた例であり、インク定着性が十分に満足できるものではなかった。
比較例4、5は、微粒子(B2)を含まず、平均粒子径が1.0μmを超える微粒子を用いた例であり、インク定着性が十分に満足できるものではなかった。
比較例6は、微粒子(B3)を含まず、吸油量が60mL/100gに満たない微粒子を用いた例であり、インク定着性が十分に満足できるものではなかった。
Claims (10)
- 塗膜形成樹脂(A)及び微粒子(B)を含む水性塗料組成物であって、
前記塗膜形成樹脂(A)は、アクリル樹脂エマルション(A1)を含み、
前記アクリル樹脂エマルション(A1)は、コア部とシェル部とを有し、
前記コア部のガラス転移温度(Tgc)は、15℃未満であり、
前記シェル部のガラス転移温度(Tgs)は、25℃以上であり、
前記微粒子(B)は、微粒子(B1)、微粒子(B2)及び微粒子(B3)を含み、
前記微粒子(B1)は、炭酸カルシウムを含み、
前記微粒子(B1)の平均粒子径は、1μm以上5μm以下であり、
前記微粒子(B1)の吸油量は、60mL/100g以上であり、
前記微粒子(B1)のかさ比重は、0.20g/cm3以上であり、
前記微粒子(B2)の平均粒子径は、1μm未満であり、
前記微粒子(B2)のかさ比重は、0.20g/cm3以上であり、
前記微粒子(B3)は、シリカを含み、
前記微粒子(B3)の吸油量は、60mL/100g以上であり、
前記微粒子(B3)のかさ比重は、0.15g/cm3以下である
、水性塗料組成物。 - 前記コア部と前記シェル部の質量比(コア部/シェル部)は、5/95~95/5である、請求項1に記載の水性塗料組成物。
- 前記微粒子(B1)のBET比表面積は、10m2/g以上である、請求項1又は2に記載の水性塗料組成物。
- 前記微粒子(B)の含有率は、前記塗料組成物の固形分中、35質量%以上75質量%以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の水性塗料組成物。
- 前記微粒子(B2)は、前記微粒子(B1)100質量部に対して、100質量部以上400質量部以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の水性塗料組成物。
- 前記微粒子(B3)は、前記微粒子(B1)100質量部に対して、25質量部以上150質量部以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の水性塗料組成物。
- 前記微粒子(B3)の吸油量は、前記微粒子(B1)の吸油量より大きい、請求項1~6のいずれか1項に記載の水性塗料組成物。
- インク受理層用である、請求項1~7のいずれか1項に記載の水性塗料組成物。
- 基材と、前記基材上に設けられ、請求項1~8のいずれか1項に記載の水性塗料組成物から形成されるインク受理層とを備える、建築材料。
- 前記基材は、無機基材である、請求項9に記載の建築材料。
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