JP7206637B2 - 水性塗料組成物 - Google Patents

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本発明は、水性塗料組成物に関する。
ポリプロピレンや、プロピレンと他のα-オレフィンとの共重合体等のポリオレフィンは安価であり、しかも、機械的物性、耐熱性、耐薬品性、耐水性などに優れていることから、広い分野で使用されている。しかし、ポリオレフィンに塗装する場合、ポリオレフィンの極性が低いことから塗膜が付着し難く、塗装が困難である。
ポリオレフィンの塗装性を改良する方法として、ポリオレフィンの表面を薬剤等で化学的に処理する方法、並びにコロナ放電処理、プラズマ処理及び火炎処理等で表面を酸化処理する方法等が知られている。しかし、これらの方法は特殊な装置が必要であり、また塗装性の改良効果も十分ではないという課題があった。
一方、ポリオレフィンに対する付着性を向上させた塗料として、いわゆる塩素化ポリオレフィン、酸変性ポリオレフィン、酸変性塩素化ポリオレフィン等の変性オレフィン系樹脂を配合した塗料が知られている。このような塗料には、変性オレフィン系樹脂を有機溶媒に溶解した溶剤系塗料、及び水性媒体に分散した水系塗料があるが、安全衛生及び環境汚染低減の面から、水性塗料が好ましい。
しかし、変性オレフィン系樹脂を含む水性塗料は、性能が十分ではなく、さらなる改良が試みられている。例えば、特許文献1には、変性オレフィン系樹脂と、ビニル系単量体の混合物を乳化重合して得られた重合体との複合樹脂を含む水性塗料が記載されている。特許文献2~4には、変性オレフィン系樹脂を含むプライマーや塗料に、ウレタン樹脂、アクリルウレタン複合樹脂及びアクリル樹脂等の分散体を添加する方法が記載されている。
また、自動車や電化製品等ではポリオレフィン製の部材と併せてアクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(以下、「ABS」という)製やポリカーボネート(以下、「PC」という)製等のポリオレフィン製以外の部材が用いられることがある。そのため、ポリオレフィン用の塗料にはABSやPC等のポリオレフィン以外の樹脂に対しても、ポリオレフィンと同程度の塗装性が求められることがある。
特開2005-23303号公報 特開2011-16957号公報 特開2010-53188号公報 特開2011-195718号公報
特許文献1に記載の水性塗料は、付着性に課題がある。また、特許文献2~4に記載される水性塗料は、塗膜の耐水付着性が低いという課題がある。
本発明の目的は、ポリオレフィン基材、ABS基材及びPC基材に対する付着性に優れ、かつ耐水付着性を有する塗膜を形成できる水性塗料組成物を提供することである。
本発明は以下の態様を有する。
[1] オレフィン系樹脂(A)と、
水酸基含有樹脂(B)(ただし、前記オレフィン系樹脂(A)に該当するものを除く)とを分散状態で含み、
前記水酸基含有樹脂(B)が、水酸基を有するウレタン樹脂(B1)、水酸基を有する(メタ)アクリルウレタン複合樹脂(B2)、及び水酸基を有する(メタ)アクリル樹脂(B3)からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂であり、
前記水酸基含有樹脂(B)の水酸基価が0.1~49mgKOH/gである、水性塗料組成物。
[2] 前記オレフィン系樹脂(A)が、オレフィン系複合樹脂(A3)を含む、[1]に記載の水性塗料組成物。
本発明の水性塗料組成物によれば、ポリプロピレン製基材、ABS製基材及びPC製基材に対する付着性が優れ、かつ耐水付着性を有する塗膜を形成できる。
本発明の水性塗料組成物は、オレフィン系樹脂(A)と、水酸基含有樹脂(B)とを分散状態で含む。
本明細書において「分散状態」とは、オレフィン系樹脂(A)と、水酸基含有樹脂(B)とが、水、水以外の溶剤、又はこれらの混合溶剤中で溶解せずに粒子の状態で存在していることを意味する。
[オレフィン系樹脂(A)]
オレフィン系樹脂(A)は、オレフィンに由来する構成単位を含む樹脂である。オレフィンに由来する構成単位の含有率は、オレフィン系樹脂(A)を構成する構成単位の総モル数に対し、50モル%以上が好ましく、60モル%以上でより好ましく、70モル%以上がさらに好ましい。この含有率は、高いほどポリオレフィン基材への付着性が増す傾向がある。
オレフィン系樹脂(A)としては、オレフィンの単独重合体(以下、「オレフィン系単独重合体(A1)」ともいう)、オレフィンと他の共重合可能な単量体との共重合体(以下、「オレフィン系共重合体(A2)」ともいう)、及びオレフィン系複合樹脂(A3)が挙げられる。
オレフィン系単独重合体(A1)、オレフィン系共重合体(A2)及びオレフィン系複合樹脂(A3)は、カルボキシ基、エポキシ基、イソシアナト基、スルホン酸基及び水酸基等のアミノ基との反応性基を有していてもよい。反応性基は、カルボキシ基の酸無水物構造であってもよい。
オレフィン系樹脂(A)は、水酸基含有樹脂(B)との相溶性に優れ、耐水付着性に優れる点から反応性基を有するオレフィン系樹脂(A)がより好ましい。以下、反応性基を有するオレフィン系単独重合体(A1)を「重合体(A11)」、反応性基を有するオレフィン系共重合体(A2)を「重合体(A21)」、及び反応性基を有するオレフィン系複合樹脂(A3)を「重合体(A31)」という。
オレフィンとしては、エチレン、プロピレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、ヘプテン-1、オクテン-1、シクロペンテン、シクロヘキセン及びノルボルネン等が挙げられる。
オレフィン系共重合体(A2)の具体例としては、エチレンとプロピレンとの共重合体;エチレン及びプロピレンの少なくとも一方と、エチレン及びプロピレンと共重合可能な単量体(例えば、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、ヘプテン-1、オクテン-1、シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボルネン等の炭素数4以上のα-オレフィン)との共重合体;前記炭素数4以上のα-オレフィンからなる群から選択される2種以上のα-オレフィンの共重合体;炭素数2以上のα-オレフィンと、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等のα-オレフィン以外の非芳香族系単量体との共重合体;炭素数2以上のα-オレフィンと、芳香族ビニルモノマー等の芳香族系単量体との共重合体又はその水素添加物;共役ジエンブロック共重合体又はその水素添加物等が挙げられる。オレフィン以外のコモノマーは2種類以上であってもよい。
オレフィン系樹脂(A)は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
オレフィン系樹脂(A)は、ポリオレフィン製基材への付着性の観点から、プロピレンに由来する構成単位を含むプロピレン系重合体を含むことが好ましく、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-プロピレン-ブテン共重合体又はプロピレン-ブテン共重合体を含むことがより好ましい。プロピレン系重合体のプロピレンに由来する構成単位の含有率は、50モル%以上が好ましく、60モル%以上がより好ましく、70モル%以上がさらに好ましい。
オレフィン系樹脂(A)は、オレフィン系樹脂を塩素化した塩素化ポリオレフィンであってもよい。その場合、塩素化ポリオレフィンの塩素化度は、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましい。
なお、本明細書において「共重合体」という場合は、ランダム共重合体であってもブロック共重合体であってもよい。
オレフィン系複合樹脂(A3)としては、オレフィン系単独重合体(A1)及びオレフィン系共重合体(A2)からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂と、前記樹脂と構造が異なる樹脂とが一体化した複合樹脂(a31)(以下、「複合樹脂(a31)」ともいう)や、前記複合樹脂(a31)にさらに前記複合樹脂(a31)と構造が異なる樹脂を一体化させた複合樹脂(a32)(以下、「複合樹脂(a32)」ともいう)等が挙げられる。
本明細書において「一体化」とは、構造が異なる複数の樹脂が、化学的相互作用(例えば共有結合)、物理的相互作用(例えば分子間力)、又は機械的相互作用により結合していることを意味する。
構造が異なる複数の樹脂が一体化して、グラフト重合体、コアシェル構造、ミクロ相分離構造、相互貫入高分子網目構造等を形成していることが好ましい。
オレフィン系樹脂(A)の融点Tm(以下、「Tm」という。)は、125℃以下が好ましく、100℃以下がより好ましく、90℃以下がさらに好ましい。また、Tmは、60℃以上が好ましい。Tmは高いほど樹脂のべたつき度合いが小さくなり、低いほど乾燥及び焼付けの温度が低温になる傾向がある。
なお、本明細書において、融点Tmは、(株)日立ハイテクサイエンス製の示差走査熱量計DSCEXSTAR6000を用いて測定できる。
オレフィン系樹脂(A)の重量平均分子量Mw(以下、「Mw」という。)は、GPC(Gel Permeation Chromatography)で測定し、各々のポリオレフィンの検量線で換算して、5,000~500,000であることが好ましい。下限値のより好ましい値は10,000、さらに好ましくは20,000、特に好ましくは30,000である。上限値のより好ましい値は300,000である。Mwは高いほどべたつき度合いが小さくなり基材への付着性が増す傾向があり、また低いほど粘度が低くなり巣一斉塗料組成物の調製が容易になる傾向がある。
GPC測定は、オルトジクロロベンゼンなどを溶媒として、市販の装置を用いて従来公知の方法で行われる。
オレフィン系樹脂(A)は、例えば、オレフィンをラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合及び配位重合などの方法で重合して製造できる。これらの重合方法は、それぞれリビング重合的であってもよい。
配位重合に用いる触媒としては、例えば、チーグラー・ナッタ触媒及びシングルサイト触媒等が挙げられる。一般にシングルサイト触媒は配位子のデザインにより分子量分布や立体規則性分布をシャープにすることができる。シングルサイト触媒には、例えばメタロセン触媒及びブルックハート型触媒がある。メタロセン触媒は、C1対称型、C2対称型、C2V対称型及びCS対称型などがあり、所望のポリオレフィンの立体規則性に応じて適宜選択することができる。
重合方法は、溶液重合、スラリー重合、バルク重合及び気相重合など、いずれの方法であってもよい。溶液重合やスラリー重合の場合、溶媒としては、例えば、トルエン及びキシレン等の芳香族系炭化水素、ヘキサン、ヘプタン及びオクタン等の脂肪族系炭化水素、シクロヘキサン及びメチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素、ハロゲン化炭化水素、エステル、ケトン、並びにエーテルなどが挙げられる。なかでも、芳香族系炭化水素、脂肪族系炭化水素及び脂環式炭化水素が好ましく、トルエン、キシレン、ヘプタン及びシクロヘキサンがより好ましい。溶媒は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
反応性基を有するオレフィン系樹脂(A)は、例えば、反応性基を有するラジカル重合性単量体をオレフィン系樹脂にグラフト重合して製造することができる。反応性基を有するラジカル重合性単量体としては、カルボキシ基又はその無水物構造を有するラジカル重合性単量体が好ましく、例えば、(メタ)アクリル酸、フマル酸、マレイン酸及びその無水物、イタコン酸及びその無水物、クロトン酸等があげられる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお(メタ)アクリル酸とはアクリル酸とメタクリル酸の総称であり、他もこれに準ずる。
グラフト重合に用いるオレフィン系樹脂は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
グラフト重合に用いるラジカル重合開始剤としては、例えば、有機過酸化物及びアゾニトリル等の公知のラジカル重合開始剤から適宜選択して使用することができる。
有機過酸化物としては、ジ(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサンなどのパーオキシケタール、クメンハイドロパー-オキシドなどのハイドロパーオキシド、ジ(t-ブチル)パーオキシドなどのジアルキルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシドなどのジアシルパーオキシド、及びt-ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートなどのパーオキシエステル等が挙げられる。アゾニトリルとしては、アゾビスブチロニトリル及びアゾビスイソプロピルニトリル等が挙げられる。ラジカル重合開始剤としては、ベンゾイルパーオキシド及びt-ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネートが好ましい。ラジカル重合開始剤は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ラジカル重合開始剤と、グラフトするラジカル重合性単量体の使用割合は、ラジカル重合開始剤:ラジカル重合性単量体=1:100~2:1(モル比)の範囲が好ましく、1:20~1:1の範囲がより好ましい。
グラフト重合を行う際の反応温度は、50℃以上が好ましく、80~200℃の範囲がより好ましい。グラフト重合の反応時間は、2~20時間が好ましい。
反応性基を有するオレフィン系樹脂(A)は、グラフト重合以外の方法で製造したものであってもよい。このような製法としては、例えば、オレフィン系樹脂とラジカル重合性単量体を溶液中で加熱攪拌して反応する方法、無溶媒で溶融加熱攪拌して反応する方法、押し出し機で加熱混練して反応する方法等が挙げられる。溶液中で製造する場合の溶媒としては、オレフィン系樹脂(A)の溶液重合による製法で説明した溶媒を同様に用いることができる。
反応性基を有するオレフィン系樹脂(A)としては、ポリプロピレン製基材への付着性の観点から、反応性基を有するプロピレン系重合体が好ましい。
反応性基を有するプロピレン系重合体の具体例としては、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン-プロピレン共重合体、無水マレイン酸変性プロピレン-ブテン共重合体、アクリル酸変性ポリプロピレン、アクリル酸変性エチレン-プロピレン共重合体及びアクリル酸変性プロピレン-ブテン共重合体、並びにこれらの塩素化物等が挙げられる。
反応性基を有するオレフィン系樹脂(A)の反応性基の含有量は、オレフィン系樹脂(A)1g当たり0.01~1mmol、即ち0.01~1mmol/gの範囲にあることが好ましく、0.05~0.5mmol/g以上がより好ましく、0.1~0.3mmol/gがさらに好ましい。
反応性基が、カルボキシ基またはその無水物、スルホン酸基のような酸性基の場合、反応性基の含有量は、多いほどオレフィン系樹脂(A)の酸価が増すため、機械安定性が増し、製造時にラジカル重合性単量体の重合性が良くなる傾向がある。この含有量は少ないほどポリオレフィン製基材に対する塗膜の付着性が増す傾向がある。この酸性基の含有量によりオレフィン系樹脂(A)の酸価を調整することができる。
酸性基を塩基性化合物で中和すると、オレフィン系樹脂(A)の機械安定性が向上する傾向がある。この塩基性化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムなどの無機塩基、アンモニア、トリエチルアミン、ジエチルアミン、エタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、2-メチル-2-アミノ-プロパノール、トリエタノールアミン、モルフォリン、並びにピリジン等が挙げられる。酸性基の中和率は、水への分散性が得られれば特に限定されないが、1~100モル%が好ましく、50モル%以上がより好ましい。中和率は高いほどオレフィン系樹脂(A)の水への分散性が向上する傾向がある。
オレフィン系樹脂(A)の平均粒子径は、平均粒子径が200nm以下であり、好ましくは150nm以下である。さらに好ましくは、120nm以下である。
なお、本明細書において平均粒子径は、大塚電子製の濃厚系粒径アナライザー FPAR-1000を用いて測定できる。
本発明の水性塗料組成物を製造する際、オレフィン系樹脂(A)は水性分散体として配合することが好ましい。オレフィン系樹脂(A)の水性分散体は、オレフィン系樹脂(A)を界面活性剤により水性媒体に分散させる方法や、オレフィン系単独重合体(A11)又はオレフィン系共重合体(A21)等のオレフィン系樹脂に親水性の高分子をグラフト結合等により一体化した複合樹脂(a31)を用いて水性媒体に分散させる方法等により製造できる。オレフィン系樹脂(A)の水性分散体としては、塗膜の耐水性と安定性が優れることから、後者の方法で製造した複合樹脂(a31)の水性分散体が好ましい。
複合樹脂(a31)の製造に用いる親水性の高分子とは、25℃の水に10質量%の濃度で溶解させたときに、不溶分が1質量%以下の高分子を言う。この水溶性の高分子としては、合成高分子、半合成高分子、天然高分子のいずれも用いることができる。この親水性の高分子の数平均分子量Mnは300以上が好ましい。このMnは大きいほどオレフィン系樹脂(A)の水性分散体の機械安定性が向上する傾向がある。
前記の合成高分子としては、例えばポリエーテル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂等が使用できる。前記の天然高分子としては、例えばデンプン、アラビアゴム、トラガントゴム、カゼイン、ゼラチン、デキストリン等が使用できる。前記の半合成高分子としては、例えばカルボキシル化デンプン、カチオン化デンプン、デキストリン、エチルセルロース、カルボキシル化メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カチオン化セルロース等が使用できる。
前記の親水性高分子としては、親水性の程度を制御しやすく、特性が安定している合成高分子が好ましく、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂及びポリエーテル樹脂がより好ましい。親水性高分子は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、親水性の高いポリエーテル樹脂が好ましい。用いる親水性高分子の種類や組み合わせにより、水性分散体に含まれる複合樹脂(a31)の平均粒子径を調節することができる。
前記のポリエーテル樹脂は、例えば、環状アルキレンオキシドや環状アルキレンイミンを開環重合することで製造できる。ポリエーテル樹脂はオレフィン系樹脂に結合せずにオレフィン系樹脂と一体化していてもよいが、塗膜からブリードアウトしないことからオレフィン系樹脂に結合された状態で一体化されていることが好ましい。
ポリエーテル樹脂は、例えば、重合体(A11)や重合体(A21)等の反応性基を有するオレフィン系樹脂の存在下で環状アルキレンオキシドを開環重合する方法、開環重合等により得られたポリエーテルポリオールやポリエーテルアミンなどの反応性基と反応性基を有するオレフィン系樹脂の反応性基とを反応させる方法等によりオレフィン系樹脂に結合された状態で一体化できる。
前記のポリエーテルポリオールとは、ポリエーテル骨格を有する樹脂の両末端に反応性基である水酸基を有する化合物である。前記のポリエーテルアミンとは、ポリエーテル骨格を有する樹脂の片末端又は両末端に、反応性基である1級アミノ基を有する化合物である。オレフィン系樹脂と一体化するポリエーテル樹脂としては、ポリエーテルアミンが好ましい。
ポリエーテル樹脂は、ポリエチレンオキシドやポリエチレンイミン等の親水性の構成単位と、ポリプロピレンオキサイドやポリプロピレンイミン等の疎水性の構成単位を含むことが好ましい。さらに好ましくは、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキサイドから構成されることである。ポリエーテル樹脂のHLB(Hydrophile Lipophile Balance)は、親水性の構成単位と疎水性の構成単位の量により調整することができる。ポリエーテル樹脂は、HLBが9~18の範囲の親水性の高いものを含むことが好ましい。
ポリエーテル樹脂は、前記の親水性の高いものと、HLBが1~8の範囲の親水性の低いものとを併用することが好ましい。ポリエーテル樹脂のHLBは低くなるほど、ポリエーテル樹脂と一体化されたオレフィン系樹脂の表面エネルギーが低下するので、後述するオレフィン系樹脂と反応性基を有するラジカル重合性単量体を構成単位に含む重合体とを含む複合樹脂(a32)を製造する際に、ラジカル重合性単量体の含浸性が良好になる傾向にある。親水性の低いポリエーテル樹脂のHLBは、1~6が好ましく、1~4がより好ましい。
ポリエーテルアミンとしては、例えば、ハンツマン社製「ジェファーミン」Mシリーズ、同Dシリーズ、同EDシリーズ、「サーフォナミン」Lシリーズ等が挙げられる。
ポリエーテル樹脂は、オレフィン系重合体との結合前に、オレフィン系重合体と反応しうる反応性基を1以上有しているのが好ましい。このような反応性基としては、例えば、カルボン酸基、ジカルボン酸無水物基、ジカルボン酸無水物モノエステル基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基などが挙げられるが、少なくともアミノ基を有することが好ましい。アミノ基は、カルボン酸基、無水カルボン酸基、グリシジル基、イソシアネート基など多種の反応性基と反応性が高いので、オレフィン系重合体とポリエーテル樹脂を結合させることが容易である。アミノ基は1級、2級、3級のいずれでもよいが、より好ましくは1級アミノ基である。
ポリエーテル樹脂の一分子当たりの反応性基の数は1以上であるが、好ましくは1つである。反応性基が2以上あると、オレフィン系重合体と結合させる際に3次元網目構造を形成してゲル化する可能性がある。ただし2以上の反応性基を有していても、他より反応性の高い反応性基が1つのみであれば、反応性基が2以上であってもよい。このようなポリエーテル樹脂としては、例えば、水酸基と、それより反応性の高い1つのアミノ基を有するポリエーテル樹脂が挙げられる。ここで反応性とはオレフィン系重合体の反応性基との反応性である。
ポリエーテル樹脂は、GPCで測定しポリスチレンの検量線で換算した重量平均分子量Mwが200~200,000が好ましく、300~100,000がより好ましく、500~10,000がさらに好ましく、500~3,000が特に好ましい。Mwは高いほど複合樹脂(a31)の表面エネルギーが低下し、濡れ性が良好になる傾向があり、低いほど複合樹脂(a31)の水性分散体の粘度が低くなるので当該水性分散体を調製しやすい傾向がある。なお、GPC測定はTHFなどを溶媒として市販の装置を用いて公知の方法で行うことができる。
複合樹脂(a31)は、重合体(A11)や重合体(A21)等の反応性基を有するオレフィン系樹脂とポリエーテル樹脂とが、反応性基を有するオレフィン系樹脂:ポリエーテル樹脂=100:1~100:100(質量比)の割合で結合して一体化されたものが好ましい。この質量比は、100:5~100:70がより好ましく、100:10~100:50がさらに好ましい。ポリエーテル樹脂の割合が少ない領域では、その割合が多いほど、複合樹脂(a31)の粒径が小さくなる傾向がある。そのため、この複合樹脂(a31)と、反応性基を有するラジカル重合性単量体を構成単位に含む重合体とを含む複合樹脂(a32)を製造する際に、ラジカル重合性単量体の重合性が向上する傾向がある。ポリエーテル樹脂の割合が多い領域では、その割合が少ないほど、複合樹脂(a31)の酸価が増え、複合樹脂(a32)を製造するラジカル重合性単量体の重合性が向上する傾向があり、且つ、塗膜のポリオレフィン製基材に対する接着性が向上する傾向がある。
オレフィン系樹脂(A)を水性媒体に分散させて水性分散体を得る方法としては、例えば、オレフィン系樹脂(A)に水以外の溶媒を加え、適宜加熱して溶解させた後に水を添加する方法等が挙げられる。この方法では、粒径の小さい水性分散体を製造しやすいという利点がある。溶媒への溶解、及び水を添加する時の温度は、30~150℃が好ましく、50~100℃がより好ましい。水以外の溶媒は、水を添加した後に留去してもよい。
オレフィン系樹脂(A)の水性分散体に含まれる水以外の溶媒の量は、50質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましく、1質量%以下が特に好ましい。水以外の溶媒としては前述の溶媒を使用することができるが、なかでも水に1質量%以上溶解する溶媒が好ましく、5質量%以上溶解する溶媒がより好ましい。好ましい溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、t-ブタノール、シクロヘキサノール、テトラヒドロフラン、2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、2-ブトキシエタノール、2-メトキシプロパノール及び2-エトキシプロパノール等を挙げることができる。
溶媒へ溶解した後、水を添加し水性分散液を製造する装置としては、特に限定されないが、例えば、撹拌装置付き反応釜、一軸または二軸の混練機などが使用できる。その際の攪拌速度は装置の選択に伴い多少異なるが、通常、10~1000rpmの範囲である。
撹拌速度が下限値より低いとポリオレフィン系樹脂分散体の粒径が大きくなる傾向となる。
オレフィン系樹脂(A)としては、オレフィン系複合樹脂(A3)を含むことが好ましい。
オレフィン系複合樹脂(A3)としては、オレフィン系単独重合体(A1)及びオレフィン系共重合体(A2)からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂と、ポリエーテル樹脂などの親水性高分子とが一体化した複合樹脂(a31)、及び前記複合樹脂(a31)に、反応性基を有するラジカル重合性単量体から誘導される構成単位を有する重合体を一体化させた複合樹脂(a32)であることが好ましい。
反応基を有するラジカル重合性単量体としては、例えば、水酸基含有ラジカル重合性単量体:アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸3-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸2-ヒドロキシプロピル、アクリル酸4-ヒドロキシブチル、アクリル酸2-ヒドロキシブチル、メタクリル酸4-ヒドロキシブチル、メタクリル酸2-ヒドロキシブチル、アクリル酸ポリプロピレングリコール、メタクリル酸ポリプロピレングリコール等、エポキシ基含有ラジカル重合性単量体:メタクリル酸グリシジル、アクリル酸4-ヒドロキシブチルグリシジルエーテルが挙げられる。好ましくは、ポリオレフィン基材への付着性が優れることから、メタクリル酸2-ヒドロキシプロピル、アクリル酸4-ヒドロキシブチル、メタクリル酸グリシジルである。
オレフィン系複合樹脂(A3)が水酸基を有する場合、オレフィン系複合樹脂(A3)の水酸基価は、0.01~100mgKOH/gが好ましい。さらに好ましくは0.05~80mgKOH/g、特に好ましくは0.1~50mgKOH/gである。水酸基価は少ないほどポリプロピレン基材への付着性が向上する傾向にある。水酸基価は式1で計算される。
[式1]
水酸基価(mgKOH/g)=(f×M1/Mw/M2×〔KOH〕×1,000)
f:水酸基含有単量体の水酸基の数
〔KOH〕:KOHの分子量
M1:水酸基含有単量体の質量(g)
M2:オレフィン系複合樹脂(A3)の固形分質量(g)
Mw:水酸基含有単量体の分子量(数平均分子量)
反応性基として水酸基を有する場合、反応性基を有するラジカル重合性単量体から誘導される構成単位を有する重合体の含有量は、オレフィン系複合樹脂(A3)の総質量に対し、好ましくは0.01~50質量%であり、さらに好ましくは0.05~40質量%であり、特に好ましくは0.1~30質量%である。この含有量は、少ないほどポリオレフィン基材への密着が向上する傾向にある。この含有量は、多いほどと耐水性が向上する傾向にある。
反応性基としてエポキシ基を有する場合、反応性基を有するラジカル重合性単量体から誘導される構成単位を有する重合体の含有量は、オレフィン系複合樹脂(A3)の総質量に対し、好ましくは0.01~50質量%であり、さらに好ましくは0.05~40質量%であり、特に好ましくは0.1~30質量%である。この含有量は、少ないほどポリオレフィン基材への密着が向上する傾向にある。この含有率は、多いほど耐水性が向上する傾向にある。
反応性基を有するラジカル重合性単量体から誘導される構成単位を有する重合体には、反応性基を有するラジカル重合性単量体との重合性に優れることから、ビニル系単量体から誘導される構成単位を含有してもよい。ビニル系単量体としては、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステルなどの(メタ)アクリル系単量体;スチレンやα-メチルスチレンなどの芳香族系単量体;(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミドなどのアミド系単量体;(メタ)アクリロニトリル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサチック酸ビニル等が挙げられる。
なかでも耐候性、耐溶剤性の点で(メタ)アクリル系単量体、芳香族系単量体が好ましい。(メタ)アクリル系単量体の具体例としては、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸-n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸-n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸-t-ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸-2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル等又は炭素原子数6~12のアリール基またはアラルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル、例えば(メタ)アクリル酸ベンジル等、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸-2-アミノエチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸-2-メトキシエチル、(メタ)アクリル酸-3-メトキシプロピル、(メタ)アクリル酸とポリエチレンオキサイドの付加物等、フッ素原子を含有する炭素原子数1~20のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル類、例えば(メタ)アクリル酸トリフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2-トリフルオロメチルエチル、(メタ)アクリル酸-2-パーフルオロエチルエチル等を挙げることができる。芳香族系単量体の具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン等が挙げられる。
[界面活性剤]
本発明の水性塗料組成物を製造する際に用いるオレフィン系樹脂(A)の水性分散体には、貯蔵安定性を向上させる目的で界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤としては、各種のアニオン性、カチオン性、またはノニオン性の界面活性剤、さらには高分子界面活性剤が挙げられる。界面活性剤としては、エチレン性不飽和結合を持つ、いわゆる反応性界面活性剤も使用することができる。これらの中でも、得られる水性分散体の貯蔵安定性向上の点からアニオン性の界面活性剤を用いることが好ましい。アニオン性界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、株式会社ADEKA製の反応性界面活性剤であるアデカリアソープSR、非反応性界面活性剤であるネオコールSW-Cを用いることができる。
また界面活性剤は、ラジカル重合性単量体100質量部に対し、2質量部以下で含有されているのが好ましい。さらに、好ましくは1質量部以下である。特に好ましくは含有されないことである。2質量部以下とすることによって、耐水性を損なうことなく塗料化配合時の安定性を維持することができる。
[オレフィン系複合樹脂(A3)の製造方法]
オレフィン系複合樹脂(A3)の製造方法は特に限定されないが、例えば、オレフィン系単独重合体(A1)、オレフィン系共重合体(A2)又は複合樹脂(a31)の水性分散体中でラジカル重合性単量体を重合してラジカル重合性単量体から誘導される構成単位を含む重合体を一体化させる方法や、オレフィン系単独重合体(A1)、オレフィン系共重合体(A2)又は複合樹脂(a31)とラジカル重合性単量体を水性媒体に分散させ、水性樹脂分散体とした後にラジカル重合性単量体を重合して一体化させる方法などが挙げられる。ラジカル重合性単量体の重合性の観点から、好ましくは前者である。
オレフィン系複合樹脂(A3)の最も好ましい製造方法は、オレフィン系単独重合体(A1)、オレフィン系共重合体(A2)又は複合樹脂(a31)の水性分散体にラジカル重合性単量体とビニル系単量体の80~100質量%を一括で供給し、水溶性開始剤により重合を行わせる方法や、有機過酸化物とチオ硫酸ナトリウム等の還元剤を用いたレドックス開始剤により重合を行わせる方法である。
開始剤は一般的にラジカル重合に使用されるものが使用可能であり、その具体例としては、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩類、アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2-フェニルアゾ-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル等の油溶性アゾ化合物類や2,2’-アゾビス{2-メチル-N-[1,1-ビス(ヒドロキシメチル)-2-ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’-アゾビス{2-メチル-N-[2-(1-ヒドロキシエチル)]プロピオンアミド}、2,2’-アゾビス{2-メチル-N-[2-(1-ヒドロキシブチル)]プロピオンアミド}、2,2’-アゾビス[2-(5-メチル-2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]およびその塩類、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]およびその塩類、2,2’-アゾビス{2-[1-(2-ヒドロキシエチル)-2-イミダゾリン-2-イル]プロパン}およびその塩類、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピンアミジン)およびその塩類、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]等の水溶性アゾ化合物、過酸化ベンゾイル、クメンハイドロパーオキサイド、t-ブチルハイドロパーオキサイド、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシイソブチレート等の有機過酸化物類等が挙げられる。これらの開始剤は単独でも使用できるほか、2種類以上の混合物としても使用できる。
また、得られる水性樹脂分散体の重合率の点から重合温度を50℃以上が好ましい。この場合、開始剤として重亜硫酸ナトリウム、硫酸第一鉄とイソアスコルビン酸塩、ロンガリット等の還元剤を水溶性のラジカル重合触媒と組み合わせて用いることが好ましい。
重合時間は30分間以上とすることが好ましい。30分間未満の場合にはラジカル重合性単量体が十分に重合せず、重合率が劣る傾向にある。また、重合時間は3時間以下とすることが好ましい。3時間を越える場合には、重合時にカレットが多量に発生し、製造安定性が劣る傾向にある。
さらに本発明では、分子量調整剤として、n-ドデシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタン、α-メチルスチレンダイマー等の公知の連鎖移動剤を用いることができる。
乳化重合完結後、冷却し、製品のエマルションを取り出す際には、異物やカレット混入防止のため濾過操作を行うことが好ましい。濾過方法については公知の方法を使用することができ、例えばナイロンメッシュ、バグフィルター、濾紙、金属メッシュ等を用いることができる。
[水酸基含有樹脂(B)]
本発明において、水酸基含有樹脂(B)は、水酸基を有するウレタン樹脂(B1)(以下、単に「ウレタン樹脂(B1)」ともいう)、水酸基を有する(メタ)アクリルウレタン複合樹脂(B2)(以下、単に「(メタ)アクリルウレタン複合樹脂(B2)」ともいう)、及び水酸基を有する(メタ)アクリル樹脂(B3)(以下、単に「(メタ)アクリル樹脂(B3)」ともいう)からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂であって、水酸基価が0.1~49mgKOH/gである。ただし、水酸基含有樹脂(B)のうち、オレフィン系樹脂(A)にも該当するものは、オレフィン系樹脂(A)に分類するものとする。中でも、平滑性に優れ、外観が優れている点から、ウレタン樹脂(B1)、及びアクリルウレタン複合樹脂(B2)が好ましい。さらに、外観や屈曲性に優れることからアクリルウレタン複合樹脂(B2)がより好ましい。
本発明において、水酸基含有樹脂(B)の水酸基価はオレフィン系樹脂(A)との相溶性に優れ、耐水付着性に優れる点から0.1mgKOH/g~40mgKOH/gが好ましく、さらに好ましくは10mgKOH/g~40mgKOH/gであり、特に好ましくは17mgKOH/g~40mgKOH/gである。
[ウレタン樹脂(B1)]
ウレタン樹脂(B1)は、ジオールと多価イソシアネート化合物とを反応させて得られる。
ジオールとは、1分子中に2つのヒドロキシル基を有する有機化合物のことを指す。具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール等の比較的低分子量のジオール類;これらのジオール類の少なくとも一種と、アジピン酸、セバシン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、テレフタル酸、イソフタル酸等のジカルボン酸の少なくとも一種を重縮合して得られるポリエステルジオール類;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリカプロラクトンジオール、ポリテトラメチレンエーテルジオール、ポリカーボネートジオール等のポリエーテルジオール類;ポリブタジエンジオール、水添ポリブタジエンジオール、ポリアクリル酸エステルジオール等が挙げられる。これらジオールを1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
多価イソシアネート化合物とは、1分子中に少なくとも2つのイソシアネート基を有する有機化合物のことを指し、脂肪族、脂環式、芳香族等の多価イソシアネート化合物が挙げられる。多価イソシアネート化合物の具体例としては、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3-シクロヘキシレンジイソシアネート、1,4-シクロヘキシレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネート等が挙げられる。ウレタン樹脂(B11)の製造時において、これら多価イソシアネート化合物を1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
ウレタン樹脂(B1)の製造方法としては、例えば、ジオキサン等のエーテル類中で、上述のジオールと、イソシアネートとを、ジブチル錫ジラウレートなどの触媒を用いて反応させ、水を加え、分散させる方法が挙げられる。
このような方法によって得られたウレタン樹脂分散体の質量平均分子量は、後述するラジカル重合性単量体との反応性が向上する点から、500以上であることが好ましく、1000以上であることがより好ましい。上限としては、50万以下であることが好ましく、40万以下であることがより好ましい。すなわち、ウレタン樹脂分散体の質量平均分子量は、500~50万であることが好ましく、1000~40万であることがより好ましい。ここで、「質量平均分子量」とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて、ポリスチレン換算によって算出した値のことを意味する。
ウレタン樹脂(B1)は、上述のとおり水分散液の形態であると、後述するラジカル重合性単量体混合物を安定に重合できる点で好ましい。
水分散液中におけるウレタン樹脂(B1)の平均粒子径は、キュムラント解析結果による平均粒子径として、1000nm以下であることが好ましく、500nm以下であることが好ましい。このような平均粒子径であれば、例えば水分散液および水性塗料組成物の貯蔵安定性、塗膜の耐水性および耐溶剤性がより向上する。平均粒子径は、水性塗料組成物に用いた際の塗料粘度特性および貯蔵安定性の点から、10nm以上が好ましい。すなわち、ウレタン樹脂(B1)の水分散液としては、10~1000nm、好ましくは10~500nmの平均粒子径を有するウレタン樹脂(B1)が、水中に分散している水分散液を用いることが好ましい。
水分散液中におけるウレタン樹脂(B1)の含有量(固形分量)は、10質量%以上であることが好ましく、25質量%以上であることがより好ましい。また、70質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましい。すなわち、水分散液中のウレタン樹脂(B1)の含有量は、水分散液の総質量に対し、10~70質量%が好ましく、25~60質量%がより好ましい。このような含有量であれは、ウレタン樹脂(B1)の水分散液中でラジカル重合性単量体混合物を重合して得られる重合体分散液の固形分濃度を10~80質量%の範囲に調整できる。重合体分散液の固形分濃度が上記範囲内であれば、これを水性塗料組成物として使用した場合の塗装性が良好となる。
このようなウレタン樹脂(B1)の水分散液としては、市販のウレタン水性重合体分散液(ウレタンディスパージョン:PUD)をそのまま用いることもできる。具体的には、第一工業製薬(株)製:スーパーフレックス110、スーパーフレックス150、スーパーフレックス210、スーパーフレックス300、スーパーフレックス420、スーパーフレックス460、スーパーフレックス470、スーパーフレックス500M、スーパーフレックス620、スーパーフレックス650、スーパーフレックス740、スーパーフレックス820、スーパーフレックス840、F-8082D、F-2951D、住化コベストロウレタン(株)製:バイヒドロールUH2606、バイヒドロールUH650、バイヒドロールUHXP2648、バイヒドロールUHXP2650、インプラニールDLC-F、インプラニールDLN、インプラニールDLP-R、インプラニールDLS、インプラニールDLU、インプラニールXP2611、インプラニールLPRSC1380、インプラニールLPRSC1537、インプラニールLPRSC1554、インプラニールLPRSC3040、インプラニールLPDSB1069、DIC(株)製:ハイドランHW-301、HW-310、HW-311、HW-312B、HW-333、HW-340、HW-350、HW-375、HW-920、HW-930、HW-940、HW-950、HW-970、AP-10、AP-20、ECOS3000、三洋化成工業(株)製:ユーコートUWS-145、パーマリンUA-150、パーマリンUA-200、パーマリンUA-300、パーマリンUA-310、ユーコートUX-320、パーマリンUA-368、パーマリンUA-385、ユーコートUX-2510、日華化学(株)製:エバファノール170、エバファノールN-33、エバファノールAP-6、エバファノールAP-12、エバファノールAP-24、エバファノールAL-3、エバファノールAPC-55、エバファノールAPC-66、エバファノールHA-100、エバファノールHA-11、エバファノールHA-15、エバファノールHA-50C、エバファノールHO-10、エバファノールHO-10PT、エバファノールHO-18、エバファノールN、エバファノールN-20、エバファノールN-7、エバファノールN-88、エバファノールAS-12、エバファノールAS-21、エバファノールAS-47(株)ADEKA製:アデカボンタイターUHX-210、アデカボンタイターUHX-280、ダイセル・オルネクス(株)製DAOTAN VTW1225/40WA、TW1227/40WA、VTW1233/36WANMP、VTW1237/32WANMP、VTW1265/36WA、VTW1686/40WA、TW6425/40WA、TW6429/40WA、TW6450/40WA、VTW6460/35WA、VTW6462/35WA、VTW6463/35WA、TW6464/35WA、TW6492/35WA、TW6493/35WA、TW7225/40WA等が挙げられる。これらの中でもウレタン樹脂分散体(B11)を単独で使用する場合、水酸基を含有していることから日華化学(株)製エバファノールHO-10、エバファノールHO-10PT、エバファノールHO-18、ダイセル・オルネクス(株)製DAOTAN VTW1225/40WA、TW1227/40WA、VTW6425/40WA、TW6429/40WA、VTW6462/35WA、VTW6463/35WA、TW6464/35WA、TW7225/40WAが好ましい。
[(メタ)アクリルウレタン複合樹脂(B2)]
(メタ)アクリルウレタン複合樹脂(B2)は、(メタ)アクリル樹脂とウレタン樹脂とで一体化して複合樹脂を形成していればよい。例えば、ウレタン樹脂存在下に(メタ)アクリル系単量体を重合して得られる複合樹脂が好ましい。
(メタ)アクリルウレタン複合樹脂(B2)の製造方法では、ウレタン樹脂を水に分散させた水分散液中で、(メタ)アクリル系単量体を重合する方法が好ましい。この場合、ウレタン樹脂が、その構造内にカルボキシ基、およびスルホン酸基の少なくとも一方の酸性基を有することが好ましい。これにより、ウレタン樹脂の水への分散性が良好となるため好ましい。
分散媒は、ウレタン樹脂(A)の水分散液に含まれる水であってもよい。
ウレタン樹脂の水分散液中で、(メタ)アクリル系単量体を安定に重合できる点から、ウレタン樹脂は、構造内にスルホン酸基を有することがより好ましい。その結果、スルホン酸基を有するウレタン樹脂と、(メタ)アクリル系単量体とを重合して得られる重合体とが同一粒子内に含まれる(メタ)アクリルウレタン複合樹脂(B2)の分散体を安定に得ることができるため好ましい。
この分散液の製造方法の1つの側面においては、(メタ)アクリル系単量体がカルボキシ基等の酸基を有する酸基含有(メタ)アクリル系単量体を含む場合、乳化重合時の重合安定性が良好となるため好ましい。また、得られた重合体分散液を水性塗料組成物として用いた際の貯蔵安定性が良好となり、耐水性および耐加水分解性に優れる塗膜を形成できるため好ましい。
(メタ)アクリル系単量体としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、i-ブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート等の炭素原子数1~22のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート類;シクロヘキシル(メタ)アクリレート、メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート等のシクロアルキル(メタ)アクリレート類;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3-ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-1,3-ジ(メタ)アクリロキシプロパン、2,2-ビス[4-(アクリロキシエトキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(メタクリロキシエトキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(アクリロキシ・ポリエトキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(メタクリロキシ・ポリエトキシ)フェニル]プロパン、2-ヒドロキシ-1-アクリロキシ-3-メタクリロキシプロパン、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのジグリシジルエーテルにヒドロキシ(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを付加させたエポキシ(メタ)アクリレート、ポリオキシアルキレン化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート等のジオールと(メタ)アクリル酸のジエステル化合物;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の1分子当たり3個以上の水酸基を有する化合物と(メタ)アクリル酸のポリエステル化合物;アリル(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、トリアリルイソシアヌレート、イソ(テレ)フタル酸ジアリル、イソシアヌル酸ジアリル、マレイン酸ジアリルトリス(2-アクリロイルオキシエチレン)イソシアヌレート、ε-カプロラクトン変性トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、1,3-ブタジエン、イソプレン等の共役ジエン系単量体等のラジカル性重合性基を2つ以上有する単量体、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、クロトン酸、β-カルボキシエチルアクリレート等の酸基含有ラジカル重合性単量体、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の水酸基含有ラジカル重合性単量体、γ-(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン等の加水分解性シリル基含有ラジカル重合性単量体;メトキシポリエチレンオキシドモノ(メタ)アクリレート等のアルキル基末端型ポリアルキレンオキシド基含有ラジカル重合性単量体;グリシジル(メタ)アクリレート等のオキシラン基含有ラジカル重合性単量体;ダイアセトンアクリルアミド等のカルボニル基含有エチレン性不飽和単量体;1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル(メタ)アクリレート、2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル(メタ)アクリレート等の光安定化作用を有する(メタ)アクリレート;2-[2’-ヒドロキシ-5’-(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル]-2H-ベンゾトリアゾール等の紫外線吸収性成分を有する(メタ)アクリレート;2-アミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノアルキル(メタ)アクリレート類;(メタ)アクリルアミド等のアミド基含有ラジカル重合性単量体;ジ(メタ)アクリル酸亜鉛等の金属含有ラジカル重合性単量体;(メタ)アクリロニトリル、ベンジル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート等のその他の(メタ)アクリル系単量体等が挙げられる。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
本明細書において「単量体混合物」とは、前述の(メタ)アクリル系単量体を1種以上含むことを意味する。すなわち、ラジカル重合性単量体混合物の中には、ラジカル重合性単量体を1種類しか含まないものも包含される。
また、(メタ)アクリル系単量体には、酸基含有(メタ)アクリル系単量体を適量含有させることができる。上述したとおり、酸基含有ラジカル重合性単量体を含むことにより、水性塗料組成物の配合安定性、貯蔵安定性と塗膜の耐油脂性が向上するため好ましい。重合安定性の観点から、単量体混合物Yが酸基含有(メタ)アクリル系単量体を含有することが好ましい。
酸基含有(メタ)アクリル系単量体の割合は、(メタ)アクリル系単量体の総質量に対して、0.01~5質量%であることが好ましい。酸基含有(メタ)アクリル系単量体の割合が5質量%以上であると、得られる重合体Zの極性が高くなり、特にポリオレフィン基材への付着性が低下する。酸基含有ラジカル重合性単量体の割合は、単量体混合物Xと単量体混合物Yの総質量に対して0.02~4質量%であることがより好ましく、0.03~3質量%であることがさらに好ましい。
(メタ)アクリルウレタン複合樹脂(B2)の分散体の製造方法では、ウレタン樹脂存在下に、1種以上の(メタ)アクリル系単量体からなる単量体混合物Xを重合して、重合体(B2a)を含む分散体を得る製造方法と、前記重合体(B2a)に、さらに、1種以上の(メタ)アクリル系単量体を含む単量体混合物Yを加えて重合を行い、重合体(B2b)を含む分散体を得る製造方法とを含む重合体分散液の製造方法であることが好ましい。
重合体(B2a)
重合体(B2a)の、ウレタン樹脂(B1)と、単量体混合物Xの重合物の質量比は、ウレタン樹脂(B1)/(単量体混合物Xの重合物)=10/90~90/10であることが好ましく、20/80~80/20であることがより好ましく、30/70~70/30であることが特に好ましい。なお、この場合、ウレタン樹脂(B1)と、単量体混合物Xの重合物との総質量を100とする。
ウレタン樹脂(B1)の質量割合が、前述の総質量(100質量%)に対して、10~90質量%の範囲であれば、樹脂相溶性、塗装機洗浄性を低下させることなく、塗膜の付着性、および耐水性、耐溶剤性が向上するため好ましい。特に20~70質量%の範囲であれば、塗膜の付着性がより向上する。
重合体(B2a)は、塗膜の成膜性、付着性、耐水性、耐吸水性、耐加水分解性、および耐溶剤性の観点から、10~1000nmの平均粒子径を有する重合体粒子であることが好ましく、20~500nmの平均粒子径を有する重合体粒子であることがより好ましく、30~400nmの平均粒子径を有する重合体粒子であることが更に好ましい。
重合体(B2b)
重合体(B2b)の、ウレタン樹脂(B1)と、単量体混合物Xおよび単量体混合物Yの重合物の質量比は、ウレタン樹脂(B1)/(単量体混合物Xおよび単量体混合物Yの重合物)=10/90~90/10であることが好ましく、20/80~80/20であることがより好ましく、30/70~70/30であることが特に好ましい。なお、この場合、ウレタン樹脂(B1)と、単量体混合物Xおよび単量体混合物Yの重合物との総質量を100とする。
重合体(B2b)中のウレタン樹脂(B1)の質量割合が、前述の総質量(100質量%)に対して、10~90質量%の範囲であれば、樹脂相溶性、塗装機洗浄性を低下させることなく、塗膜の付着性、および耐水性、耐溶剤性が向上するため好ましい。特に20~70質量%の範囲であれば、塗膜の付着性がより向上する。
重合体(B2b)は、塗膜の成膜性、付着性、耐水性、耐吸水性、耐加水分解性、および耐溶剤性の観点から、10~1000nmの平均粒子径を有する重合体粒子であることが好ましく、20~500nmの平均粒子径を有する重合体粒子であることがより好ましく、30~400nmの平均粒子径を有する重合体粒子であることが更に好ましい。なお、本明細書において重合体(B2b)の平均粒子径は、大塚電子(株)製濃厚系粒径アナライザーFPAR-1000を用いて室温下にて測定を行い、キュムラント解析により算出した値である。
[重合開始剤]
ウレタン樹脂(B1)と単量体混合物Xの重合、および重合体(B2a)と単量体混合物Yの重合に用いられる重合開始剤としては、一般的にラジカル重合に使用されるものが使用可能であり、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩類、アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2-フェニルアゾ-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル等の油溶性アゾ化合物類;2,2’-アゾビス{2-メチル-N-[1,1-ビス(ヒドロキシメチル)-2-ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’-アゾビス{2-メチル-N-[2-(1-ヒドロキシエチル)]プロピオンアミド}、2,2’-アゾビス{2-メチル-N-[2-(1-ヒドロキシブチル)]プロピオンアミド}、2,2’-アゾビス[2-(5-メチル-2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]およびその塩類、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]およびその塩類、2,2’-アゾビス[2-(3,4,5,6-テトラヒドロピリミジン-2-イル)プロパン]およびその塩類、2,2’-アゾビス(1-イミノ-1-ピロリジノ-2-メチルプロパン)およびその塩類、2,2’-アゾビス{2-[1-(2-ヒドロキシエチル)-2-イミダゾリン-2-イル]プロパン}およびその塩類、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)およびその塩類、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]およびその塩類等の水溶性アゾ化合物;過酸化ベンゾイル、クメンハイドロパーオキサイド、t-ブチルハイドロパーオキサイド、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシイソブチレート等の有機過酸化物類が挙げられる。
これらの開始剤は、1種のみを単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
重合体(B2a)の製造で用いるラジカル重合開始剤の添加量は、単量体混合物Xの総質量100質量部に対して、0.001~10質量部であることが好ましい。重合の進行や反応の制御を考慮に入れると、0.005~10質量部であることがより好ましい。また、最終的に得られる重合体Zの高分子量化による耐水性、耐溶剤、耐候性の向上の観点から0.005~1質量部であることが更に好ましい。また、最終的に得られる重合体分散液の粗粒率を低減させるという観点から、より好ましくは0.005~0.5質量部、更に好ましくは0.005~0.2質量部、特に好ましくは0.005~0.09質量部である。
ここで、「粗粒率」とは、重合中に重合体が合一などを起こし、平均粒子径が1μmを超える粒子状になったものなどを意味し、例えば粒子径の測定や、重合後にメッシュ等でろ過した後に、メッシュ上に残った粒子状の重合体の質量を測定することによって、評価することができる。
重合体(B2b)の製造において用いるラジカル重合開始剤の添加量は、単量体混合物Yの総質量100質量部に対して、0.01~10質量部であることが好ましい。このうち、重合の進行や反応の制御を考慮に入れると、0.02~5質量部であることがより好ましい。
[還元剤]
重合体(B2a)、重合体(B2b)の製造においては、重亜硫酸ナトリウム、硫酸第一鉄、アスコルビン酸塩、ロンガリット等の還元剤を前述のラジカル重合開始剤と組み合わせて用いることが好ましい。
このうち、重合の進行、水性塗料組成物を塗布する際の基材に対する濡れ性、塗膜の耐水性、耐候性、耐溶剤性の点から、t-ブチルハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物類と硫酸第一鉄、アスコルビン酸塩等の組み合わせを採用することがより好ましい。
[乳化剤]
重合体(B2a)、重合体(B2b)の製造においては、必要に応じて乳化剤を使用できる。乳化剤を使用すると、乳化重合時の重合安定性を向上でき、凝集物を低減させることができる。この場合、得られた重合体分散液は、乳化剤を含有することになる。
乳化剤の含有量は、通常、単量体混合物Xまたは単量体混合物Yの総質量100質量部に対して、0.05~10質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1~5質量部、更に好ましくは0.5~2質量部である。 乳化剤としては、以下の、アニオン性、カチオン性、ノニオン性の界面活性剤や、反応性界面活性剤を用いることができる。
アニオン性界面活性剤としては、オレイン酸カリウム、ラウリル酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルカンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキル燐酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアリル燐酸エステル等の非反応性界面活性剤、およびアルキルアリルスルホコハク酸塩(例えば三洋化成(株)製:エレミノール(登録商標)JS-2、JS-20、花王(株)製:ラテムル(登録商標)S-180A、S-180等が挙げられる。)、ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(例えば、第一工業製薬(株)製:アクアロン(登録商標)HS-10,HS-5,BC-10,BC-5等が挙げられる)、α-スルホ-ω-(1-(ノニルフェノキシ)メチル-2-(2-プロペニルオキシ)エトキシ)-ポリ(オキシ-1,2-エタンジイル)アンモニウム塩(例えば、旭電化工業(株)製:アデカリアソープ(登録商標)SE-10,SE-1025A等が挙げられる)、ポリオキシエチレン-1-(アリルオキシメチル)アルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(例えば、第一工業製薬(株)製:アクアロン(登録商標)KH-10等が挙げられる)、α-スルホ-ω-(1-(アルコキシ)メチル-2-(2-プロペニルオキシ)エトキシ)-ポリ(オキシ-1,2-エタンジイル)アンモニウム塩(例えば、旭電化工業(株)製:アデカリアソープ(登録商標)SR-10,SR-1025等が挙げられる)、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム塩(例えば、花王(株)製:ラテムル(登録商標)PD-104等が挙げられる)等の反応性界面活性剤等が挙げられる。
カチオン性界面活性剤としては、ステアリルアミン塩酸塩、ラウリルトリメチルアンモ
ニウムクロライド、トリメチルオクタデシルアンモニウムクロライド等の非反応性界面活
性剤等が挙げられる。
ノニオン性界面活性としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンオキシプロピルブロックポリマー、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等の非反応性界面活性剤、α-ヒドロ-ω-(1-アルコキシメチル-2-(2-プロペニルオキシ)エトキシ)-ポリ(オキシ-1,2-エタンジイル))(旭電化工業(株)製:アデカリアソープER-10,ER-20,ER-30,ER-40)、ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル(第一工業製薬(株)製:アクアロンRN-20,RN-30,RN-50)、ポリオキシアルキルアルケニルエーテル(花王(株)製:ラテムルPD-420,PD-430,PD-450)等の反応性界面活性剤等が挙げられる。
また、両イオン性成分として、両イオン性の界面活性剤を用いることもできる。
これらの乳化剤は、1種または2種以上を選択して用いることができる。
[塩基性化合物]
重合体分散液の製造方法では、重合体(B12b)の製造後、塩基性化合物を添加して、pH6.0~11.0程度に調整することが好ましい。これにより得られる重合体分散液の安定性および水性塗料組成物の貯蔵安定性が向上する。
このような塩基性化合物としては、例えば、アンモニア、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジブチルアミン、アミルアミン、1-アミノオクタン、2-ジメチルアミノエタノール、エチルアミノエタノール、2-ジエチルアミノエタノール、1-アミノ-2-プロパノール、2-アミノ-1-プロパノール、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール、3-アミノ-1-プロパノール、1-ジメチルアミノ-2-プロパノール、3-ジメチルアミノ-1-プロパノール、2-プロピルアミノエタノール、エトキシプロピルアミン、アミノベンジルアルコール、モルホリン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられる。このうち、重合体分散液の安定性の観点から、アミン系の化合物が好ましく、2-ジメチルアミノエタノールを用いることが好ましい。
[重合体分散液]
以上説明した製造方法により、重合体分散液を得ることができる。
重合体分散液は、前記重合体(B12b)が、分散媒中に分散したものである。分散媒としては、前述のウレタン樹脂(B1)の水分散液に含まれる水、単量体混合物を含む乳化液に含まれる水、または後述する水性塗料組成物で用いられる溶剤であってもよい。
重合体分散液中の固形分濃度は、10~80質量%であることが好ましく、20~70質量%であることがより好ましい。重合体分散液中の固形分濃度が、10~80質量%であれば、水性塗料組成物とする際の粘度調整や、最終固形分を調整し易いため好ましい。
[(メタ)アクリル樹脂(B3)]
(メタ)アクリル樹脂(B3)は、(メタ)アクリル系単量体由来の構成単位を含む樹脂(B3)であればよい。
(メタ)アクリル樹脂(B3)の製造方法は、特に限定されないが、1種以上の(メタ)アクリル系単量体からなる単量体混合物Xを重合して、重合体(B3a)を含む分散体を得る製造方法と、前記重合体(B3a)に、さらに、1種以上の(メタ)アクリル系単量体を含む単量体混合物Yを加えて重合を行い、重合体(B3b)を含む分散体を得る製造方法とを含む重合体分散液の製造方法であることが好ましい。
[水性塗料組成物]
本発明の水性塗料組成物は、オレフィン系樹脂(A)と水酸基含有樹脂(B)とが分散状態で含まれる水性塗料組成物であって、水酸基含有樹脂(B)の水酸基価が0.1~49mgKOH/gである水性塗料組成物であればよく、製造方法は任意方法を用いてよい。
本発明の水性塗料組成物の製造方法としては、例えば、オレフィン系樹脂(A)の水性分散体を調製すること、水酸基含有樹脂(B)の水性分散体を調製すること、及び前記オレフィン系樹脂(A)の水性分散体と前記水酸基含有樹脂(B)の水性分散体を混合すること、を含むことが好ましい。
オレフィン系樹脂(A)と水酸基含有樹脂(B)との質量比(以下、「(A)/(B)比」ともいう)は(A)/(B)=10/90~90/10(固形分質量)が好ましく、さらに好ましくは、(A)/(B)=15/85~70/30、特に好ましくは(A)/(B)=20/80~60/40である。
(A)/(B)比が上記上限値以下であると、ABS基材、PC基材への付着性が良好になる傾向がある。
(A)/(B)比が上記下限値以上であると、ポリオレフィン基材への付着性が良好になる傾向がある。
本発明の製造方法により得られる水性塗料組成物は、プライマー、塗料、接着剤、インキバインダー等に用いることができ、特に塗料、インク、接着剤に有用に用いることができる。用途としては自動車内装用・外装用等の自動車用塗料、携帯電話・パソコン等の家電用塗料、建築材料用塗料、ヒートシール剤等に用いることができる。特に好ましいのは、ポリオレフィン基材やABS基材、PC基材用のプライマーである。
本発明の水性塗料組成物は、更に各種添加剤を含むことが好ましい。添加剤としては、例えば、各種顔料、樹脂ビーズ、消泡剤、顔料分散剤、レベリング剤、たれ防止剤、硬化触媒、艶消し剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤、耐熱性向上剤、スリップ剤、防腐剤、可塑剤、増粘剤、濡れ剤、溶剤等の各種添加剤などが挙げられ、これらのうちの1種以上を使用できる。
また、水性塗料組成物には、他の重合体粒子(例えば、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルシリコーン系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン樹脂、アルキド樹脂等の他の重合体からなる分散粒子)、水溶性樹脂・粘性制御剤、アミノ樹脂、ポリイソシアネート化合物、ブロック化ポリイソシアネート化合物、メラミン樹脂、尿素樹脂、カルボキシ基含有化合物、カルボキシ基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂、エポキシ基含有化合物、カルボジイミド基含有化合物等の硬化剤が混合されていてもよい。
顔料としては、例えば、着色顔料、体質顔料、光輝性顔料等を挙げることができる。
着色顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、カーボンブラック、モリブデンレッド、プルシアンブルー、コバルトブルー、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリン系顔料、スレン系顔料、ペリレン系顔料等が挙げられる。
体質顔料としては、例えば、クレー、カオリン、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、アルミナホワイト等が挙げられる。
光輝性顔料としては、例えば、アルミニウム、銅、亜鉛、真ちゅう、ニッケル、酸化アルミニウム、雲母、酸化チタンや酸化鉄で被覆された酸化アルミニウム、酸化チタンや酸化鉄で被覆された雲母、ガラスフレーク、ホログラム顔料等が挙げられる。 これらは1種以上を使用できる。
本発明の水性塗料組成物は、更に溶剤を含んでもよい。溶剤としては、水性塗料に通常用いられているものを使用することができる。このような溶剤としては、例えば、水、炭素原子数5~14の直鎖状、分岐状または環状の脂肪族アルコール類;芳香族基を含有するアルコール類;一般式HO-(CHCHXO)-R(Rは炭素原子数1~10の直鎖または分岐状のアルキル基であり、Xは水素原子またはメチル基であり、pは5以下の整数である。)で表される(ポリ)エチレングリコール、または(ポリ)プロピレングリコール等のモノエーテル類;一般式RCOO-(CHCHXO)-R(R、Rは炭素原子数1~10の直鎖または分岐状のアルキル基であり、Xは水素原子またはメチル基であり、qは5以下の整数である。)で表される(ポリ)エチレングリコールエーテルエステル、または(ポリ)プロピレングリコールエーテルエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族系有機溶剤;2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオールのモノまたはジイソブチレート、3-メトキシブタノール、3-メトキシブタノールアセテート、3-メチル-3-メトキシブタノール、3-メチル-3-メトキシブタノールアセテート等が挙げられる。
これらのうち、炭素原子数5~14の直鎖状、分岐状または環状の脂肪族アルコール類が好ましく、炭素数7~14のアルコール系溶媒が更に好ましく、1-オクタノール、2-オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、エチレングリコールモノ2-エチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノn-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノn-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノn-メチルエーテル、ジプロピレングリコールモノn-ブチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルコール系溶媒が特に好ましい。
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに詳しく説明する。なお、実施例中の「
部」は「質量部」を表す。また、評価は以下に示す方法で行った。
<ポリオレフィン系樹脂分散体の評価>
1.平均粒子径
ポリオレフィン系樹脂分散体を濃厚系粒径アナライザー FPAR-1000(大塚電子(株)製)を用いて、平均粒子径を求めた。
<水性樹脂分散体の評価>
1.ラジカル重合性単量体の重合率
ラジカル重合性単量体の重合後、水性樹脂分散体(C)の固形分から一般式1からラジカル重合性単量体の重合時における重合率(質量%)を算出した。
重合率(質量%)=(固形総量-ウレタン系樹脂分散体固形分量)/(ラジカル重合性単量体の仕込み量)
○:重合率100~96質量%
△:重合率95~90質量%
×:重合率90質量%未満
2.初期付着性
(塗料作成)
水性樹脂分散体の固形分に対し、基材濡れ剤としてTEGO WET KL-245(EVONIK社製)を3質量部加え、ホモディスパー攪拌機(ポリトロンPT-3100)で、700rpm5分間攪拌した。1日室温で放置し、300メッシュで濾過したものを水性塗料とした。
ポリオレフィン基材(日本ポリプロ(株)製)「TSOP-6」から成形した厚さ3mmの基板表面をイソプロピルアルコールで清拭した。この基板に得られた水性塗料を乾燥膜厚20μとなるようにスプレー塗布し、10分間室温でセッティングした後、セーフベンドライヤー中80℃の雰囲気中で30分間乾燥させて塗膜を形成させ、これを1日室温で静置し、試験片を得た。
次いで、試験片の塗膜面に、基材に達するように縦横1mm間隔で各11本の切り込みを入れ100個の碁盤目を作り、この上にセロハン粘着テープを貼りつけた後、該粘着テープを急激に剥がした後の塗膜の状態を観察し、基材付着性を下記の評価基準で評価した。
○:100マス中に、91~100マス残っている。
△:100マス中に、71~90マス残っている。
×:100マス中に、70マス未満しか残っていない。
ABS基材(UMGABS(株)性 UMGABS3001M)、及びPC基材((帝人(株)製パンライトL-1225Z-100K)についても、上記と同様にして基材付着性を評価した。
3.耐水付着性
(塗料作成)
水性樹脂分散体の固形分に対し、基材濡れ剤としてTEGO WET KL-245(EVONIK社製)を3質量部加え、ホモディスパー攪拌機(ポリトロンPT-3100)で、700rpm5分間攪拌した。1日室温で放置し、300メッシュで濾過したものを水性塗料とした。
ポリプロピレン基材(日本ポリプロ(株)製)「TSOP-6」から成形した厚さ3mmの基板表面をイソプロピルアルコールで清拭した。この基板に得られた水性塗料を乾燥膜厚20μとなるようにスプレー塗布し、10分間室温でセッティングした後、セーフベンドライヤー中80℃の雰囲気中で30分間乾燥させて塗膜を形成させ、これを60℃温水に1日浸漬し、試験片を得た。
次いで、試験片の塗膜面に、基材に達するように縦横1mm間隔で各11本の切り込みを入れ100個の碁盤目を作り、この上にセロハン粘着テープを貼りつけた後、該粘着テープを急激に剥がした後の塗膜の状態を観察し、耐水付着性を下記の評価基準で評価した。
○:100マス中に、91~100マス残っている。
△:100マス中に、71~90マス残っている。
×:100マス中に、70マス未満しか残っていない。
ABS基材(UMGABS(株)性 UMGABS3001M)、及びPC基材((帝人(株)製パンライトL-1225Z-100K)についても、上記と同様にして基材付着性を評価した。
<製造例1>
[製造例1:無水マレイン酸変性プロピレン系共重合体の製造]
メタロセン触媒によって重合されたプロピレン-ブテン共重合体である「タフマーXM-7070」(三井化学(株)製、融点75℃、プロピレン含有量74モル%、重量平均分子量[Mw]250,000(ポリプロピレン換算)、分子量分布[Mw/Mn]2.2)200kgと無水マレイン酸5kgをスーパーミキサーでドライブレンドした後、2軸押出機((株)日本製鋼所製「TEX54αII」)を用い、プロピレン-ブテン共重合体100質量部に対して1質量部となるようにt-ブチルパーオキシイソプロピルモノカルボナート(日油(株)製「パーブチルI」)を液添ポンプで途中フィードしながら、ニーディング部のシリンダー温度200℃、スクリュー回転数125rpm、吐出量80kg/時間の条件下で混練し、ペレット状の無水マレイン酸変性プロピレン-ブテン共重合体を得た。
このようにして得られた無水マレイン酸変性プロピレン-ブテン共重合体の無水マレイン酸基の含有量(グラフト率)は1.0質量%(無水マレイン酸基として0.1mmol/g、カルボン酸基として0.2mmol/g)であった。また重量平均分子量(ポリスチレン換算)[Mw]は156,000、数平均分子量[Mn]は84,000であった。
[製造例2:ポリオレフィン系樹脂分散体の製造]
還流冷却管、温度計、攪拌機のついたガラスフラスコ中に、製造例1で得られた無水マレイン酸変性プロピレン-ブテン共重合体100gとトルエン50gを入れ、容器内を窒素ガスで置換し、110℃に昇温した。昇温後、無水マレイン酸2.0gを加え、t-ブチルパーオキシイソプロピルモノカルボナート(日油(株)製「パーブチルI」)1gを加え、7時間同温度で攪拌を続けて反応を行った。
得られた無水マレイン酸変性プロピレン-ブテン共重合体の無水マレイン酸基の含有量(グラフト率)は2.0質量%(無水マレイン酸基として0.2mmol/g、カルボン酸基として0.4mmol/g)であった。
反応終了後、系を室温付近まで冷却し、トルエン70gを加え、次いで、2-プロパノール90gに溶解したポリエーテルアミン(商品名「ジェファーミンM-2005」)を10g(HLB3 数平均分子量2000 無水マレイン酸変性プロピレン-ブテン共重合体100質量部に対し20質量部に相当)加え70℃で1時間反応させた。その後、2-プロパノール90gに溶解したポリエーテルアミン(商品名「ジェファーミンM-1000」)を10g(HLB17 数平均分子量1000 無水マレイン酸変性プロピレン-ブテン共重合体100質量部に対し10質量部に相当)加え、70℃で1時間反応させた。
その後、ジメチルエタノールアミン2g、水54gを加えて系内を中和した。得られた反応液の温度を45℃に保ち、加熱・撹拌し、水300gを滴下しながら、系内の減圧度を下げてポリマー濃度30質量%になるまでトルエンと2-プロパノールを減圧留去し、平均粒子径70nmの乳白色の水性樹脂分散体を得た。
[製造例3:ポリオレフィン系樹脂分散体の製造]
攪拌機、還流冷却管、温度制御装置を備えたフラスコに、ポリオレフィン系樹脂分散体として製造例2の水性樹脂分散体を333.3部、脱イオン水を119.6部仕込み、30℃で保管した。
次いで、ビニル系単量体として、アクリル酸ヒドロキシブチル10.4部、アクリル酸ブチル44.8部、メタクリル酸イソブチル44.8部を入れ、50℃で1時間保管した。
開始剤としてパーブチルH69(日油(株)製)0.02部及び、脱イオン水を1.0部、硫酸鉄・7水和物0.002部、エチレンジアミン四酢酸0.00027部、エリソルビン酸ナトリウム0.08部を投入し、重合を開始した。
重合の発熱ピークを検出後、パーブチルH69 0.03部及び、脱イオン水10.0部を15分間かけて、滴下を行った。
滴下終了後、60℃で30分間熟成し、平均粒子径80nmの水性樹脂分散体を得た。
[製造例4:水酸基含有樹脂分散体の製造方法]
撹拌機、還流冷却管、温度制御装置、および滴下ポンプを備えたフラスコに、ウレタン樹脂(B1)の分散体としてポリエステル系ウレタン樹脂(商品名:インプラニール DLP-R、住化コベストロウレタン(株)製、固形分40%):107部(固形分として42.8部)、脱イオン水:32.5部を仕込み、次いで、ネオコールSWC(アニオン系界面活性剤、第一工業製薬(株)製、固形分70%):0.8部(固形分0.56部)、アデカリアソープER-10(ノニオン系界面活性剤、(株)ADEKA製):0.8部(固形分0.8部)とラジカル重合性単量体として、アクリル酸n-ブチル:49.9部、メタクリル酸アリル:0.1部を予め乳化分散させたプレ乳化液を添加し、フラスコを50℃に昇温した。その後、重合開始剤として、パーブチルH69(日油(株)製):0.02部(純分として0.013部)と、還元剤として、硫酸第一鉄:0.0002部、エチレンジアミン四酢酸(EDTA):0.000027部、イソアスコルビン酸ナトリウム:0.022部、脱イオン水:2.0部を添加した。また、重合発熱によるピークトップ温度を確認後、フラスコの内温を75℃に昇温して20分間保持した。
次いで、得られた重合体Pの分散液に、アクリル酸2-エチルヘキシル:13.5部、メタクリル酸イソブチル:28.6部、メタクリル酸ヒドロキシエチル:6.5部、メタクリル酸:1.4部、ネオコールSWC:0.8部(固形分0.56部)、アデカリアソープER-10:0.8部、脱イオン水:30部を含む予め乳化分散させたプレ乳化液と、過流酸水素ナトリウム:0.05部、脱イオン水:10.0部とを含む重合開始剤水溶液を1時間かけて滴下した。この滴下中はフラスコの内温を75℃に保持し、滴下が終了してから75℃で1.5時間保持した。その後、反応液を室温まで冷却し、28%アンモニア水0.7部、脱イオン水0.7部を添加し、平均粒子径180nmの水酸基含有樹脂分散体を得た。
[製造例5~9]
製造例4の各モノマーの量を表1に記載の内容に変えた以外は、製造例4と同様に水酸基含有樹脂分散体を得た。
[製造例10:水酸基含有樹脂分散体の製造方法]
撹拌機、還流冷却管、温度制御装置、および滴下ポンプを備えたフラスコに、ネオコールSWC(アニオン系界面活性剤、第一工業製薬(株)製、固形分70%):0.8部(固形分0.56部)、アデカリアソープER-10(ノニオン系界面活性剤、(株)ADEKA製):0.8部(固形分0.8部)とラジカル重合性単量体として、アクリル酸n-ブチル:49.9部、メタクリル酸アリル:0.1部を予め乳化分散させたプレ乳化液を仕込み、フラスコを50℃に昇温した。その後、重合開始剤として、パーブチルH69(日油(株)製):0.02部(純分として0.013部)と、還元剤として、硫酸第一鉄:0.0002部、エチレンジアミン四酢酸(EDTA):0.000027部、イソアスコルビン酸ナトリウム:0.022部、脱イオン水:2.0部を添加した。また、重合発熱によるピークトップ温度を確認後、フラスコの内温を75℃に昇温して20分間保持した。
次いで、得られた重合体Pの分散液に、アクリル酸2-エチルヘキシル:13.2部、メタクリル酸イソブチル:28.6部、メタクリル酸ヒドロキシエチル:6.5部、メタクリル酸:1.4部、ネオコールSWC:0.8部(固形分0.56部)、アデカリアソープER-10:0.8部、脱イオン水:30部を含む予め乳化分散させたプレ乳化液と、過流酸水素ナトリウム:0.05部、脱イオン水:10.0部とを含む重合開始剤水溶液を1時間かけて滴下した。この滴下中はフラスコの内温を75℃に保持し、滴下が終了してから75℃で1.5時間保持した。その後、反応液を室温まで冷却し、28%アンモニア水0.7部、脱イオン水0.7部を添加し、平均粒子径180nmの水酸基含有樹脂分散体を得た。
[製造例11]
製造例10のメタクリル酸ヒドロキシエチルを0部、メタクリル酸イソブチルを35.3部に変えた以外は製造例10と同様に水酸基含有樹脂分散体を得た。
[実施例1]
オレフィン系樹脂(A)分散体として製造例2で得られたポリオレフィン系樹脂分散体を30部、水酸基含有樹脂(B)分散体として製造例4で得られた水酸基含有樹脂分散体を45.9部、基材濡れ剤としてTEGO WET KL-245(EVONIK社製)を3部加え、ホモディスパー攪拌機(ポリトロンPT-3100)で700rpm5分間攪拌し、水性塗料組成物を得た。
[実施例2~8、比較例1~3]
実施例1のオレフィン系樹脂(A)分散体と水素基含有樹脂(B)分散体を表2に記載の内容に変えた以外は実施例1と同様に水性塗料組成物を得た。なお、実施例5、7及び8は参考例である。
Figure 0007206637000001
Figure 0007206637000002
表1は、以下のモノマーの仕込み量を表している。
・BA:アクリル酸ブチル
・IBMA:メタクリル酸イソブチル
・HEMA:メタクリル酸ヒドロキシエチル
・EHA:アクリル酸2-エチルヘキシル
・AMA:メタクリル酸アリル
・MAA:メタクリル酸
実施例1~8は水酸基含有樹脂(B)分散体の水酸基価が0.1~49mgKOH/gの範囲であるためにポリオレフィン基材、ABS基材、及びPC基材に対して優れた初期付着性、耐水付着性が得られた。
中でも、実施例4、6~8は水酸基含有樹脂(B)分散体の水酸基価が17~49mgKOH/gの範囲であるためにポリオレフィン基材、ABS基材、及びPC基材に対して特に優れた初期付着性、耐水付着性が得られた。
比較例1~3は水酸基含有樹脂(B)分散体に水酸基が含まれていないために、ポリオレフィン基材への初期付着性が劣る結果となった。

Claims (2)

  1. オレフィン系樹脂(A)(ただし、塩素化ポリオレフィンを除く)と、
    水酸基含有樹脂(B)(ただし、前記オレフィン系樹脂(A)に該当するものを除く)とを分散状態で含み、大塚電子製の濃厚系粒径アナライザーFPAR-1000を用いて測定される前記オレフィン系樹脂(A)の平均粒子径が200nm以下であり、
    前記水酸基含有樹脂(B)が、水酸基を有するウレタン樹脂(B1)、及び水酸基を有する(メタ)アクリルウレタン複合樹脂(B2)からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂であり、
    前記水酸基含有樹脂(B)の水酸基価が10~40mgKOH/gである、水性塗料組成物。
  2. 前記オレフィン系樹脂(A)が、オレフィン系複合樹脂(A3)(ただし、塩素化ポリオレフィン由来の構造を有する複合樹脂を除く)を含む、請求項1に記載の水性塗料組成物。
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