JP7212278B2 - 塗装方法及び下塗り塗料 - Google Patents

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Description

本発明は、塗装方法及び下塗り塗料に関する。
構造物の外壁等の塗装に用いられる塗料として、1色以上のゲル状粒子を含む水系塗料(以下、「ゲル状粒子含有水系塗料」とも記す。)がある。ゲル状粒子含有水系塗料によれば、1回の塗装で散らし模様の塗膜を形成できる。
ゲル状粒子含有水系塗料は他の塗料に比べ、形成される塗膜の意匠性に優れる一方、塗装作業性に劣り、塗装時に垂れが生じやすい傾向がある。特に冬場の低温環境下や高湿度環境下では、塗膜中の水分が揮発しにくいため、塗膜の乾燥中にゲル状粒子が徐々に下方に移動してしまい、塗膜の外観が不良となる。垂れが生じやすい要因の一つとして、塗料中にゲル状粒子が存在することで、塗料中に樹脂が連続していない部分が存在し、その部分において樹脂同士の絡まりが無いことが考えられる。
特許文献1では、少なくとも2色の着色塗料粒子が分散媒体中に分散してなる水性多彩模様塗料において、無機系化合物、繊維素誘導体系化合物、ポリエーテル系化合物及びポリアクリル酸系化合物よりなる群から選ばれる少なくとも2種の粘性調整剤を含む水性多彩模様塗料が開示され、特定の粘性調整剤を組み合わせることで塗料が垂れにくくなるとされている。
特開2007-262350号公報
しかし、特許文献1の水性多彩模様塗料は、冬場の低温環境(例えば10℃以下)や高湿度環境のような塗膜中の水分が揮発しにくい環境下での耐垂れ性は充分ではなかった。
本発明者は、塗膜中の水分が揮発しにくい環境下でもゲル状粒子含有水系塗料の垂れを高いレベルで抑制するために、ゲル状粒子含有水系塗料及びゲル状粒子含有水系塗料の前に塗装する下塗り塗料について、種々の配合を検討した。その結果、下塗り塗料の樹脂として水酸基含有樹脂を用いると、ゲル状粒子含有水系塗料の耐垂れ性が改善されることがわかった。しかし一方で、水酸基含有樹脂により、下塗り塗膜が水分を保持しやすくなり、塗膜を水に長時間浸漬させたときにフクレや密着不良等が生じてしまうこともわかった。
そこで、耐水性向上を目的として、水酸基含有樹脂の水酸基価を低くしたところ、塗膜の耐水性は向上するが、耐垂れ性が低下するという結果が得られた。即ち、ゲル状粒子含有水系塗料の耐垂れ性と塗膜の耐水性とはトレードオフの関係にあることがわかった。
本発明は、水分が揮発しにくい環境下でもゲル状粒子含有水系塗料の塗装時の耐垂れ性に優れ、形成される塗膜の耐水性も良好な塗装方法及び下塗り塗料の提供を目的とする。
本発明は以下の態様を有する。
[1]基材の上に下塗り塗料を塗布し、乾燥して下塗り塗膜を形成し、前記下塗り塗膜の上にゲル状粒子含有水系塗料を塗布し、乾燥する塗装方法であって、
前記下塗り塗料が、水性媒体と、前記水性媒体に分散した水酸基を有さないアクリル樹脂と、前記水性媒体に溶解又は分散した水酸基含有樹脂とを含み、前記アクリル樹脂及び前記水酸基含有樹脂の全体での水酸基価が13~65mgKOH/gであり、前記アクリル樹脂/前記水酸基含有樹脂で表される質量比が2/8~8/2であり、
前記ゲル状粒子含有水系塗料が、水を含む分散媒と、前記分散媒に分散した少なくとも1色のゲル状粒子とを含み、前記ゲル状粒子が、水性樹脂と、水酸基を有する親水性コロイド形成物質と、水酸基を有するゲル化剤及び水溶液中で金属水酸化物となるゲル化剤からなる群から選ばれる少なくとも1種のゲル化剤とを含むことを特徴とする塗装方法。
[2]水を含む分散媒と、前記分散媒に分散した少なくとも1色のゲル状粒子とを含み、前記ゲル状粒子が、水性樹脂と、水酸基を有する親水性コロイド形成物質と、水酸基を有するゲル化剤及び水溶液中で金属水酸化物となるゲル化剤からなる群から選ばれる少なくとも1種のゲル化剤とを含むゲル状粒子含有水系塗料用の下塗り塗料であって、
水性媒体と、前記水性媒体に分散した水酸基を有さないアクリル樹脂と、前記水性媒体に溶解又は分散した水酸基含有樹脂とを含み、前記アクリル樹脂及び前記水酸基含有樹脂の全体での水酸基価が13~65mgKOH/gであり、前記アクリル樹脂/前記水酸基含有樹脂で表される質量比が2/8~8/2であることを特徴とする下塗り塗料。
本発明によれば、水分が揮発しにくい環境下でもゲル状粒子含有水系塗料の塗装時の耐垂れ性に優れ、形成される塗膜の耐水性も良好な塗装方法及び下塗り塗料を提供できる。
本発明の塗装方法の一実施形態を説明する模式図である。
以下、本発明の塗装方法の一実施形態について、添付の図面を参照して詳述する。なお、図1における寸法比は、説明の便宜上、実際のものとは異なったものである。
図1に示すように、本実施形態の塗装方法では、まず、基材1の上に下塗り塗料を塗布し、乾燥して下塗り塗膜3を形成する(工程(a))。次いで、下塗り塗膜3の上にゲル状粒子含有水系塗料(以下、「塗料(G)」とも記す。)を塗布し、乾燥して塗膜5を形成する(工程(b))。
下塗り塗料は、水性媒体と、水性媒体に分散した水酸基を有さないアクリル樹脂と、水性媒体に溶解又は分散した水酸基含有樹脂とを含み、アクリル樹脂及び水酸基含有樹脂の全体での水酸基価が13~65mgKOH/gであり、アクリル樹脂/水酸基含有樹脂で表される質量比が2/8~8/2である。
塗料(G)は、水を含む分散媒と、分散媒に分散した少なくとも1色のゲル状粒子とを含み、ゲル状粒子が、水性樹脂と、水酸基を有する親水性コロイド形成物質と、水酸基を有するゲル化剤及び水溶液中で金属水酸化物となるゲル化剤からなる群から選ばれる少なくとも1種のゲル化剤とを含む。
下塗り塗料及び塗料(G)については後で詳しく説明する。
<基材>
基材1に特に制限はなく、例えば窯業系サイディングボード、フレキシブルボード、珪酸カルシウム板、石膏スラグバーライト板、木片セメント板、石綿セメント板、パルプセメント板、プレキャストコンクリート板、軽量気泡コンクリート(ALC)板、石膏ボード等の窯業建材板や、アルミニウム、鉄及びステンレス等の金属建材板等が挙げられる。
基材1の表面にシーラーやプライマー等による下地処理が施されていてもよい。
<工程(a)>
下塗り塗料の塗布方法に特に制限はなく、刷毛、こて、ローラー、スプレーコーティング、ロールコーティング、フローコーティング等の公知の塗布方法で塗布することができる。
下塗り塗料の塗布量は、乾燥前(wet)の単位面積当たりの質量として、50~1000g/mが好ましく、100~800g/mがより好ましい。塗布量が下限値未満であると、耐水性等の塗膜性能が不十分となるおそれがある。塗布量が上限値を超えると、乾燥時において塗膜割れ等の不具合が発生してしまうおそれがある。
乾燥は、水系媒体を除去できればよく、常温乾燥でも加熱乾燥でもよい。乾燥温度は、例えば5~90℃である。乾燥時間は、乾燥温度によっても異なるが、例えば5分間~48時間である。
<工程(b)>
塗料(G)の塗布方法に特に制限はなく、刷毛、こて、ローラー、スプレーコーティング、ロールコーティング、フローコーティング等の公知の塗布方法で塗布することができる。
塗料(G)の塗布量は、乾燥前(wet)の単位面積当たりの質量として、200~1200g/mが好ましく、250~1000g/mがより好ましい。塗料(G)の塗布量が下限値未満であると、耐候性や意匠性等の塗膜性能が不十分となってしまうおそれがある。塗布量が上記上限値を超えると、塗装時や乾燥時におけるゲル状粒子の下方への偏り等の不具合が発生してしまうおそれがある。
乾燥は、分散媒を除去できればよく、常温乾燥でも加熱乾燥でもよい。乾燥温度は、例えば5~90℃である。乾燥時間は、乾燥温度によっても異なるが、例えば5分間~2週間である。
<下塗り塗料>
下塗り塗料は、水性媒体と、水酸基を有さないアクリル樹脂(以下、「アクリル樹脂(A)」とも記す。)と、水酸基含有樹脂とを含む。アクリル樹脂(A)は水性媒体に分散している。水酸基含有樹脂は水性媒体に溶解又は分散している。
下塗り塗料は、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、水性媒体、アクリル樹脂(A)及び水酸基含有樹脂以外の他の成分をさらに含んでいてもよい。各成分については後で詳しく説明する。
下塗り塗料において、アクリル樹脂(A)及び水酸基含有樹脂の全体での水酸基価は、13~65mgKOH/gであり、20~60mgKOH/gが好ましく、30~50mgKOH/gがより好ましい。上記水酸基価が13mgKOH/g以上であれば、塗料(G)の塗装時の耐垂れ性に優れ、65mgKOH/g以下であれば、下塗り塗膜3の耐水性に優れる。
アクリル樹脂(A)及び水酸基含有樹脂の全体での水酸基価は、アクリル樹脂(A)、水酸基含有樹脂それぞれの水酸基価(mgKOH/g)と、アクリル樹脂(A)と水酸基含有樹脂との質量比から算出される。
アクリル樹脂(A)/水酸基含有樹脂で表される質量比は、2/8~8/2であり、3/7~7/3が好ましく、4/6~6/4がより好ましい。上記質量比が2/8以上であれば、下塗り塗膜3の耐水性に優れ、8/2以下であれば、塗料(G)の塗装時の耐垂れ性に優れる。
下塗り塗料の固形分は、特に限定されないが、例えば、30~80質量%である。
固形分とは、125℃で1時間乾燥させた後に残存する、塗料に含有される不揮発性成分を意味し、JIS K 5601-1-2の方法にて測定される。
(水性媒体)
水性媒体は、水のみの媒体、又は水に水と相溶性のある溶剤を加えた媒体である。水性媒体における水の割合は50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。
水としては、イオン交換水、水道水等を使用できる。
水と相溶性のある溶剤としては、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール、エチレングリコール等が挙げられる。
(アクリル樹脂(A))
アクリル樹脂(A)は、水酸基を有さず、水性媒体に分散可能であればよい。
アクリル樹脂(A)は、典型的には、水酸基を有さない(メタ)アクリル酸エステル及び(メタ)アクリル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種のモノマー(以下、「アクリル系モノマー」とも記す。)に基づく構成単位を有するポリマー(以下、「アクリル系ポリマー」とも記す。)を含む。ここで、「(メタ)アクリル酸エステル」は、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルの少なくとも一方を意味する。「(メタ)アクリル酸」は、アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも一方を意味する。
以下、モノマーに基づく構成単位を「モノマー単位」とも記す。
水酸基を有さない(メタ)アクリル酸エステルとしては、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2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル等の(メタ)アクリル酸アルキル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(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)アクリル酸グリシジル等が挙げられる。
アクリル系ポリマーは、アクリル系モノマー以外のモノマー(以下、「非アクリル系モノマー」とも記す。)単位を有していてもよい。非アクリル系モノマーとしては、例えばスチレン、酢酸ビニル、エチレンやプロピレン等のオレフィンが挙げられる。
アクリル系モノマー単位の少なくとも一部は、水酸基を有さない(メタ)アクリル酸エステル単位であることが好ましい。水酸基を有さない(メタ)アクリル酸エステル単位は、(メタ)アクリル酸アルキル単位であることが好ましい。
アクリル樹脂(A)は、アクリル系ポリマーのみからなるものであってもよく、アクリル系ポリマーと他のポリマーとからなるものであってもよい。他のポリマーとしては、例えばシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、スチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。アクリル系ポリマーと他のポリマーとは、化学的に結合していてもよく結合していなくてもよい。
アクリル樹脂(A)としては、例えば、アクリル系ポリマーのみからなるアクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルスチレン樹脂、酢酸ビニル-アクリル樹脂、アクリル-フッ素樹脂等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。これらの中でも、耐候性、耐水性に優れた塗膜を形成できる点で、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂が好ましい。
アクリル樹脂(A)の水酸基価は、0mgKOH/gである。
アクリル樹脂(A)のガラス転移温度(以下、「Tg」とも記す。)は、40℃以下が好ましく、30℃以下がより好ましい。アクリル樹脂(A)のTgが上記上限値以下であれば、下塗り塗膜3の塗膜5や基材1への付着性がより優れる。アクリル樹脂(A)のTgの下限は、特に制限されないが、例えば-20℃である。
Tgは、下記式(i)に示されるFOXの式から求められる値である。
1/(Tg+273.15)=Σ[W/(Tg+273.15)] …(i)
式(i)中、TgはポリマーのTg(℃)であり、Wは前記ポリマーを構成するモノマーの質量分率であり、Tgは前記モノマーのホモポリマーのTg(℃)である。
なお、Tgはホモポリマーの特性値として広く知られており、例えば、「POLYMER HANDBOOK、THIRD EDITION」に記載されている値や、メーカのカタログ値を用いればよい。
アクリル樹脂(A)の平均粒子径は、例えば40~1000nmである。アクリル樹脂(A)の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定される。
(水酸基含有樹脂)
水酸基含有樹脂は、水酸基を有し、水性媒体に溶解又は分散可能な樹脂(水溶性樹脂又は水分散性樹脂)であればよい。
水酸基含有樹脂としては、例えば、水酸基含有ポリエステル樹脂、水酸基含有シリコーン変性ポリエステル樹脂、水酸基含有アクリル樹脂、水酸基含有シリコーン変性アクリル樹脂、水酸基含有エポキシ樹脂、水酸基含有ビニル樹脂、水酸基含有フッ素樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は1種を単独で用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、耐水性、耐久性に優れる点で、水酸基含有アクリル樹脂、水酸基含有シリコーン変性アクリル樹脂が好ましい。
水酸基含有アクリル樹脂は、典型的には、水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル単位を有するポリマー(以下、「水酸基含有アクリル系ポリマー」とも記す。)を含む。
水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチルが挙げられる。
水酸基含有アクリル系ポリマーは、水酸基を有しない(メタ)アクリル酸エステル単位、(メタ)アクリル酸単位、非アクリル系モノマー単位等をさらに有していてもよい。水酸基を有さない(メタ)アクリル酸エステル、非アクリル系モノマーはそれぞれ前記と同様のものが挙げられる。
水酸基含有アクリル系ポリマーは、水酸基を有さない(メタ)アクリル酸エステル単位を有することが好ましい。水酸基を有さない(メタ)アクリル酸エステル単位は、(メタ)アクリル酸アルキル単位であることが好ましい。
水酸基含有アクリル樹脂は、水酸基含有アクリル系ポリマーのみからなるものであってもよく、水酸基含有アクリル系ポリマーと他の水酸基含有ポリマーとからなるものであってもよい。水酸基含有アクリル系ポリマーと他の水酸基含有ポリマーとは、化学的に結合していてもよく結合していなくてもよい。
水酸基含有樹脂の水酸基価は、20~120mgKOH/gが好ましく、30~100mgKOH/gがより好ましく、40~90mgKOH/gがさらに好ましい。水酸基含有樹脂の水酸基価が前記範囲内であれば、アクリル樹脂(A)及び水酸基含有樹脂の全体での水酸基価を前記範囲内としやすい。
水酸基含有樹脂の水酸基価は、水酸基含有樹脂を形成するモノマー組成から次式により算出される。
水酸基価(mgKOH/g)=水酸基含有モノマーの質量分率/水酸基含有モノマーの分子量×56.1×1000
水酸基含有樹脂のTgは、40℃以下が好ましく、30℃以下がより好ましい。水酸基含有樹脂のTgが上記上限値以下であれば、下塗り塗膜3の下塗り塗膜3の塗膜5やシーラーへの付着性がより優れる。水酸基含有樹脂のTgの下限は、特に制限されないが、例えば-20℃である。
水酸基含有樹脂が水分散性樹脂である場合、水酸基含有樹脂の平均粒子径は、例えば40~1000nmである。水酸基含有樹脂の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定される。
(他の成分)
下塗り塗料は、必要に応じて公知の添加剤を含んでいてもよい。公知の添加剤としては、例えば、乳化剤、pH調整剤、消泡剤、粘度調整剤、造膜助剤、凍結抑止剤、分散剤、湿潤剤、水酸基含有樹脂以外の水溶性樹脂、浸透助剤、防腐剤、表面調整剤、艶消剤、ゲル化剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、遮熱剤等が挙げられる。
下塗り塗料は、意匠材を含んでいてもよい。意匠材としては、例えば、着色顔料、体質顔料、輝度顔料、寒水石、着色石、着色ビーズ、艶消ビーズ、着色樹脂チップ等が挙げられる。
(下塗り塗料の製造方法)
下塗り塗料は、例えば、アクリル樹脂(A)が水性媒体に分散したエマルション(以下、「アクリルエマルション(A)」とも記す。)と、水酸基含有樹脂とを混合することにより製造できる。このとき、必要に応じて、他の成分、さらなる水性媒体を混合してもよい。水酸基含有樹脂は、水酸基含有樹脂が水性媒体に溶解した溶液又は水酸基含有樹脂が水性媒体に分散したエマルションの形態でアクリルエマルション(A)と混合されてもよい。
アクリルエマルション(A)は、アクリル樹脂(A)及び水性媒体以外の成分(乳化剤、pH調整剤等)を含んでいてもよい。
アクリルエマルション(A)の固形分は、アクリルエマルション(A)の総質量に対し、例えば30~70質量%である。
アクリルエマルション(A)は、市販のものを用いてもよく、公知の製造方法により製造したものを用いてもよい。例えば、アクリル系モノマーを含むモノマー混合物を、水性媒体及びラジカル重合開始剤の存在下で重合することによりアクリルエマルション(A)を製造できる。重合の際、連鎖移動剤を用いてもよい。重合方法としては、乳化重合法、懸濁重合法等が挙げられ、乳化重合法が好ましい。
水酸基含有樹脂の溶液又はエマルションは、水酸基含有樹脂及び水性媒体以外の成分(乳化剤、pH調整剤等)を含んでいてもよい。
水酸基含有樹脂の溶液又はエマルションの固形分は、水酸基含有樹脂の溶液又はエマルションの総質量に対し、例えば10~60質量%である。
水酸基含有樹脂、その溶液又はエマルションは、市販のものを用いてもよく、公知の製造方法により製造したものを用いてもよい。例えば水酸基含有アクリル樹脂のエマルションは、モノマー混合物が水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルを含むこと以外は、上記アクリルエマルション(A)と同様にして製造できる。
<塗料(G)>
塗料(G)は、分散媒と、少なくとも1色のゲル状粒子とを含む。
塗料(G)は、バインダ樹脂をさらに含むことが好ましい。
塗料(G)は、他の成分(以下、「塗料(G)任意成分」とも記す。)をさらに含んでいてもよい。
(ゲル状粒子)
ゲル状粒子は、水性樹脂と、水酸基を有する親水性コロイド形成物質と、特定のゲル化剤とを含む。
ゲル状粒子は、他の成分(以下、「ゲル状粒子任意成分」とも記す。)をさらに含んでいてもよい。
ゲル化剤は、典型的には、水性樹脂及び親水性コロイド形成物質を含む液滴の表面で親水性コロイド形成物質と反応し架橋することで、三次元的網状組織を含むゲル化膜を形成する。したがって、ゲル状粒子は、典型的には、水性樹脂及び親水性コロイド形成物質を含む液滴と、その表面を覆うゲル化膜とを有する。
ゲル状粒子の平均粒子径は、0.1mm~5cmの範囲内であることが好ましい。ゲル状粒子の平均粒子径が、0.1mm~5cmの範囲内であれば、塗膜5の意匠性に優れ、エアーガンを用いた塗装の作業性も良好である。ゲル状粒子の平均粒子径が0.1mm未満であると、ゲル状粒子が視覚的に目立ちにくく、意匠性への効果が得られ難い。ゲル状粒子の大きさが5cmを超えると、エアーガンを用いた塗装作業でノズル詰まりの原因となるおそれがある。
「水性樹脂」
水性樹脂は、水性媒体に溶解又は分散可能な樹脂である。水性樹脂としては、水性媒体に分散可能な樹脂(水分散性樹脂)が好ましい。
水性樹脂の種類に特に制限は無く、親水性コロイド形成物質及びゲル化剤との相性や塗膜5に要求される性能に応じて適宜選択できる。水性樹脂としては、塗膜5の耐水性、耐アルカリ性及び耐候性が良好になるものが好ましい。
水性樹脂の種類としては、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、アクリルフッ素樹脂、アクリルスチレン樹脂、アクリロニトリル樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ベオバ(分岐脂肪酸ビニルエステル)、天然ゴム、合成ゴムや、これらの共重合体等が挙げられる。これらの水性樹脂は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。中でも、耐候性、耐水性に優れる点で、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、アクリルフッ素樹脂等の合成樹脂が好ましい。
「親水性コロイド形成物質」
親水性コロイド形成物質は、水酸基を有し、ゲル化剤と反応してゲル化膜を形成可能なものであればよい。
親水性コロイド形成物質としては、例えば、セルロース誘導体;ポリエチレンオキサイド;ポリビニルアルコール;カゼイン、デンプン、ガラクトマンナン、グアルゴム、ローカストビーンガム等の天然高分子等が挙げられる。これらの親水性コロイド形成物質は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
親水性コロイド形成物質は、典型的には、水溶液の形態で用いられる。親水性コロイド形成物質水溶液の濃度は、例えば0.1質量%以上10質量%以下である。
「ゲル化剤」
ゲル化剤は、前記したように、親水性コロイド形成物質と反応し架橋することで、三次元的網状組織を含むゲル化膜を形成する。
塗料(G)におけるゲル化剤は、水酸基を有するゲル化剤及び水溶液中で金属水酸化物となるゲル化剤からなる群から選ばれる少なくとも1種である。かかるゲル化剤を含むことで、水酸基を含むゲル化膜が形成される。
水酸基を有するゲル化剤としては、例えば、モンモリロナイト、ベントナイト、タンニン酸等が挙げられる。
水溶液中で金属水酸化物となるゲル化剤としては、例えば、ホウ酸塩、アルミニウム塩、バリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩等が挙げられる。
これらのゲル化剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ゲル化剤は、典型的には、水溶液の形態で用いられる。ゲル化剤水溶液の濃度は0.1質量%以上10質量%以下が好ましく、0.5質量%以上8質量%以下がより好ましい。ゲル化剤水溶液におけるゲル化剤の含有量を上記範囲内とすることにより、安定してゲル化膜が得られる。
「ゲル状粒子任意成分」
ゲル状粒子は、体質顔料を含んでいてもよい。体質顔料は、塗料に用いられる無彩色顔料の総称である。体質顔料としては、例えば、カオリン、硫酸バリウム、含水ケイ酸マグネシウム、炭酸カルシウムが挙げられる。体質顔料は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ゲル状粒子は、公知の添加剤を含んでいてもよい。公知の添加剤としては、例えば、防藻剤、防カビ剤、消泡剤、粘度調整剤、造膜助剤、凍結防止剤、湿潤剤、水溶性樹脂、浸透助剤、防腐剤、抗菌剤、殺虫剤、忌避剤、撥水剤、撥油剤、親水化剤、防錆剤、難燃剤、表面調整剤、艶消剤、遮熱剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤等が挙げられる。
塗料(G)は、意匠材を含んでいてもよい。意匠材としては、例えば、着色顔料、輝度顔料、骨材、艶消ビーズ、光輝材、着色樹脂チップ等が挙げられる。
(分散媒)
分散媒は水を含む。
分散媒としては、下塗り塗料における水性媒体と同様のものが挙げられる。
(バインダ樹脂)
バインダ樹脂としては、水性樹脂が好ましい。
水性樹脂としては、ゲル状粒子における水性樹脂と同様のものが挙げられる。
バインダ樹脂とゲル状粒子における水性樹脂とは、形態及び種類が同じであることが好ましい。一例として、バインダ樹脂及びゲル状粒子における水性樹脂が、共に、水性媒体に分散可能なアクリルシリコーン樹脂である例が挙げられる。
バインダ樹脂とゲル状粒子における水性樹脂とは、種類が異なっていてもよい。一例として、バインダ樹脂がアクリルシリコーン樹脂であり、ゲル状粒子における水性樹脂がアクリル樹脂である例が挙げられる。
(塗料(G)任意成分)
塗料(G)は、上述のゲル化剤を含んでいてもよい。
塗料(G)は、上述の親水性コロイド形成物質を含んでもよい。
塗料(G)は、公知の添加剤を含んでいてもよい。公知の添加剤としては、例えば、防藻剤、防カビ剤、消泡剤、粘度調整剤、造膜助剤、凍結防止剤、湿潤剤、水溶性樹脂、浸透助剤、防腐剤、抗菌剤、殺虫剤、忌避剤、撥水剤、撥油剤、親水化剤、防錆剤、難燃剤、表面調整剤、艶消剤、遮熱剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤等が挙げられる。
塗料(G)は、意匠材を含んでいてもよい。意匠材としては、例えば、着色顔料、輝度顔料、骨材、艶消ビーズ、光輝材、着色樹脂チップ等が挙げられる。
(塗料(G)の製造方法)
塗料(G)は、例えば以下の製造方法で製造できる。
まず、水性樹脂と親水性コロイド形成物質の水溶液とを混合して混合液(d)を調製する。別途、水と、必要に応じて顔料、分散剤等の添加剤とを混合して混合液(e)を調製する。次いで、混合液(d)と混合液(e)とを混合してエマルション溶液(c)を調製する。
別途、ゲル化剤と水と、必要に応じて親水性コロイド形成物質や添加剤とを混合して水溶液(f)を調製する。
次いで、水溶液(f)を分散機で撹拌しながら、水溶液(f)にエマルション溶液(c)を添加する。
エマルション溶液(c)を水溶液(f)中で撹拌すると、エマルション溶液(c)の液滴が形成されるとともに、この液滴に含まれる親水性コロイド形成物質と、水溶液(f)に含まれるゲル化剤とが反応し、架橋することで三次元的網状組織(ゲル化膜)が形成される。また、エマルション溶液(c)は、ゲル化剤との反応によって凝集しながら、撹拌により細分化される。細分化の過程においても、継続的に親水性コロイド形成物質とゲル化剤とが反応し、三次元的網状組織(ゲル化膜)が形成される。これにより、エマルション溶液(c)の液滴がゲル化膜で被覆されたゲル状粒子が得られる。
このように、親水性コロイド形成物質とゲル化剤とが反応しながら、エマルション溶液(c)の凝集体が細分化されることにより、水溶液(f)にゲル状粒子が分散したゲル状粒子分散液が得られる。
得られたゲル状粒子分散液をそのまま塗料(G)としてもよい。
塗料(G)がバインダ樹脂を含む場合には、上述の工程で得られたゲル状粒子分散液に、さらにバインダ樹脂を加えて攪拌してもよい。
ゲル状粒子の色調等が互いに異なる複数種のゲル状粒子分散液を調製し、それらを混合してもよい。
ゲル状粒子含有塗料は、粘度を調整する等の目的で水を添加してもよい。
<作用効果>
以上説明した塗装方法にあっては、上記下塗り塗料から形成された下塗り塗膜3の上に上記塗料(G)を塗装することで、塗料(G)の塗装時の耐垂れ性と、下塗り塗膜3の耐水性とを高いレベルで両立できる。耐垂れ性に関しては、冬場の低温環境(例えば10℃以下)や高湿度環境のような水分が揮発しにくい環境下でも塗料(G)の塗装時の垂れを抑制できる。
耐垂れ性が向上する理由としては、下塗り塗料が水酸基含有樹脂を含むことで、塗料(G)の下塗り塗膜3の表面に水酸基が存在し、この水酸基と、ゲル状粒子含有水系塗料中に存在する水酸基との間に分子間力が生じて、塗料(G)の下塗り塗膜3への付着性が高まることが考えられる。
樹脂分として水酸基含有樹脂のみを使用して水酸基価を13mgKOH/g以上にすると、耐垂れ性は向上するものの、下塗り塗膜3の親水性が高くなりすぎて、下塗り塗膜3の耐水性が不充分になる。水酸基含有樹脂とアクリル樹脂(A)とを上記質量比で併用することで、樹脂分全体での水酸基価を13mgKOH/g以上にしても耐水性を確保でき、耐垂れ性と耐水性とを高いレベルで両立できる。その理由は明らかではないが、親水性の水酸基含有樹脂と、疎水性のアクリル樹脂(A)の粒子とが、ミクロ相分離のような構造をとった状態で下塗り塗膜3を形成することが考えられる。
なお、本発明の塗装方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。前記した実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。以下において「部」は「質量部」を示し、「%」は「質量%」を示す。
<測定方法>
(ガラス転移温度(Tg))
ガラス転移温度(Tg)は、FOXの式から算出した。
(水酸基価(OHV))
水酸基価(OHV)は、重合時に使用したモノマー組成から次式により算出した。
水酸基価(mgKOH/g)=水酸基含有モノマーの質量分率/水酸基含有モノマーの分子量×56.1×1000
〔塗料(G)の調製〕
<製造例1>
(ゲル状粒子の分散液の調製)
表1に示す配合に従って、樹脂及び親水性コロイド溶液を混合して混合液(d)を得た。また、表1に示す配合に従って、水、顔料及び分散剤を混合して混合液(e)を得た。次いで、混合液(d)と混合液(e)とを混合してエマルション溶液(c)を得た。
別途、表1に示す配合に従って、ゲル化剤、水、体質顔料及びCMC-Naを混合して水溶液(f)を得た。
次いで、水溶液(f)をディゾルバ(株式会社日本精機製作所製、回転数1000rpm)で撹拌しながら、エマルション溶液(c)を加えた。撹拌により細分化されたエマルション溶液(c)の平均粒子径が0.5mm~1cmになるまで撹拌し、ゲル状粒子の分散液(ゲル粒子の含有量:分散液の総質量に対して44%)を得た。ゲル状粒子の平均粒子径は、無作為にゲル状粒子を20個取り出し、長径をノギスで測定した各測定値を算術平均することで求めた。
Figure 0007212278000001
表1中の材料は以下のものを示す。
アクリル樹脂エマルション:固形分50%、ダウ・ケミカル社製「プライマルAC38」。
親水性コロイド形成物質:非イオン性グアルゴム誘導体の4%水溶液、デュポン社製「MEYPRO HPG 8111」。
顔料:酸化チタン、石原産業社製「タイペークCR95」。
分散剤:アニオン性高分子分散剤、ダウ・ケミカル社製「オロタン731」。
ゲル化剤:重ホウ酸アンモニウムの5%水溶液、米山化学工業社製。
体質顔料:含水ケイ酸マグネシウムの5%水分散液、日本タルク社製「タルクSSS」。
CMC-Na:ナトリウムカルボキシメチルセルロースの1%水溶液、ダイセル化学工業社製「CMC-1170」。
(塗料(G)の調製)
表2に示す配合に従って、上記ゲル状粒子の分散液、アクリル樹脂エマルション、防藻剤、防カビ剤、紫外線吸収剤、増粘剤、25%アンモニア水及び水を混合して塗料(G)を得た。
Figure 0007212278000002
表2中の材料は以下のものを示す。
アクリル樹脂エマルション:固形分50%、ダウ・ケミカル社製「プライマルAC38」。
防藻剤:ナガセケムテックス社製「HF-260K」、有効成分30%。
防カビ剤:THOR JAPAN社製「ACTICIDE OTW」、有効成分30%。
紫外線吸収剤:BASF JAPAN社製「Tinuvin 400DW」、有効成分40%。
増粘剤:アルカリ可溶型増粘剤、サンノプコ社製「SNシックナー636」、有効成分30%。
〔アクリル樹脂エマルションの調製〕
<製造例2-1>
攪拌機、冷却器、温度計を備え加温、冷却が可能な重合装置中に、脱イオン水60部、サンノールNP-2030(ライオン(株)製アニオン系乳化剤、有効成分30%)6.7部を仕込み、液面下に窒素を40mL/分の割合で15分間吹き込んだ後、攪拌をしながら内温を80℃まで昇温した。
別の容器にメタクリル酸メチル18部、メタクリル酸エチル27部、アクリル酸n-ブチル55部を混合し、α-メチルスチレンダイマー1部を混合し、次いで、サンノールNP-2030の10部とレオコールTD-300(ライオン(株)製ノニオン系乳化剤、有効成分100%)5部、脱イオン水35部を加え、ワーリングブレンダー(DYNAMICCORPORATION OFAMERICA製、LB10S型)に入れ、5000rpmで10分間攪拌して、均一な乳化状態のプレエマルション(以下、「PE液」と略す。)を調製し、15分間窒素バブリングを行った。
得られたPE液のうち5部を重合容器内へ入れ、80℃に加熱後、過硫酸ナトリウム0.2部を脱イオン水1部に溶解した溶液を重合容器内へ投入し、攪拌状態で1時間放置した。
1時間経過後から、PE液の残りと、過硫酸ナトリウム2部を脱イオン水10質量部に溶解した溶液とを、攪拌中の重合容器の内温を80℃に維持しながら、3時間かけて重合容器中に滴下した。滴下完了後、内温を80℃に2時間維持して反応を完結した。
反応完結後、室温に冷却し、エマルションのpHが8.5になるようにジメチルエタノールアミンを加え、さらに、固形分が40質量%となるように脱イオン水を加えてアクリル樹脂エマルション(E-1)を得た。表3にモノマー組成、アクリル樹脂の特性(Tg、OHV)を示す。
<製造例2-~2-5>
モノマー組成を表3に示す通りに変更した以外は、製造例2-1と同様にしてアクリル樹脂エマルション(E-)~(E-5)を得た。表3にアクリル樹脂の特性を示す。
Figure 0007212278000003
表3中の略号は以下のものを示す。
MMA:メタクリル酸メチル。
EMA:メタクリル酸エチル。
HEMA:メタクリル酸2-ヒドロキシエチル。
BA:アクリル酸nブチル。
2-EHA:アクリル酸2-エチルヘキシル。
NP-2030:ライオン(株)製アニオン系乳化剤、有効成分30%。
TD-300:ライオン(株)製ノニオン系乳化剤、有効成分100%。
表3中の乳化剤の量は有効成分の量である。
なお、アクリル樹脂エマルション(E-1)のアクリル樹脂はアクリル樹脂(A)に相当し、アクリル樹脂エマルション(E-)~(E-5)のアクリル樹脂は水酸基含有樹脂に相当する。
〔実施例1、3、4、8~10、比較例1、3~5〕
<下塗り塗料の調製>
表4~5に示す配合に従って各材料を混合攪拌して下塗り塗料を調製した。
表4~5に、下塗り塗料の総質量に対する樹脂分の割合(質量%)、樹脂分全体の水酸基価、水酸基を有さないアクリル樹脂(Ac)と水酸基含有樹脂(AcOH)との質量比(Ac/AcOH比率)を示す。ここで「樹脂分」とは、水酸基を有さないアクリル樹脂及び水酸基含有樹脂の全体のことである。
表4~5中、各材料の配合量の単位は部である。アクリル樹脂エマルション以外の使用材料は以下のとおりである。
炭酸カルシウム:丸尾カルシウム社製「重質炭酸カルシウム」。
TiO:石原産業社製「タイペークCR95」。
配合水:脱イオン水。
HEC:ヒドロキシエチルセルロース、ダウ・ケミカル社製「QP52000H」。
会合剤:アルケマ社製「Coapur6050」。
表面調整剤:ビックケミー社製「BYK-346」。
造膜助剤:EASTMAN CHEMICAL社製「テキサノール」。
<評価>
(耐垂れ性の評価)
予めシーラー処理を施したスレート板(300×15×3mm)に、調製した下塗り塗料を、塗布量が200g/m(wet)となるようにエアスプレーで塗布し、気温23℃、相対湿度50%の条件下で24時間乾燥させた。これにより、スレート板の上に下塗り塗膜が形成された塗装板を得た。
次いで、塗装板及び製造例1で調製した塗料(G)を気温15℃又は5℃の環境下に置き、塗装板及び塗料(G)が気温と同じ温度になるまで放置した。
次いで、塗装板を床面に対して垂直になるように設置し、下塗り塗膜の上に、塗料(G)を塗布量が800g/m(wet)となるようにエアスプレーで塗布し、塗装板を垂直に設置したまま、気温15℃又は5℃の環境下で24時間乾燥させた。これにより、スレート板の上に下塗り塗膜及び塗膜が順次形成された試験体を得た。
得られた試験体の塗膜外観を目視で観察し、下記基準により耐垂れ性を評価した。結果を表4~5に示す。
「耐垂れ性の評価基準」
〇:垂れ無く、塗膜外観良好。
△:一部に垂れが見られる。
×:垂れが見られ、塗膜外観が著しく劣る。
(耐水性の評価)
予めシーラー処理を施したスレート板(300×15×3mm)に、調製した下塗り塗料を、塗布量が200g/m(wet)となるようにエアスプレーで塗布し、気温23℃、相対湿度50%の条件下で24時間乾燥させた。
次いで、形成された下塗り塗膜の上に、塗料(G)を塗布量が400g/m(wet)となるようにエアスプレーで塗布し、気温23℃、相対湿度50%の条件下で14日間乾燥させた。これにより、スレート板の上に下塗り塗膜及び塗膜が順次形成された試験体を得た。
得られた試験体を23℃の水に14日間浸漬し、引き上げた後、塗膜外観を目視で観察し、下記基準により耐水性を評価した。結果を表4~5に示す。
「耐水性の評価基準」
〇:塗膜外観良好。
△:部分的な艶引け、白化が認められる。
×:フクレが認められる。
Figure 0007212278000004
Figure 0007212278000005
実施例1、3、4、8~10は、気温15℃及び5℃のいずれの環境下でも、塗料(G)の塗装時の耐垂れ性に優れていた。また、塗膜の耐水性に優れていた。
一方、比較例1は、下塗り塗料の樹脂分全体のOHVが13mgKOH/g未満であるので、気温5℃の環境下での塗料(G)の塗装時の耐垂れ性に劣っていた
比較例3は、下塗り塗料のAc/AcOH比率が8/2超で水酸基含有樹脂が少ないので、気温5℃の環境下での塗料(G)の塗装時の耐垂れ性に劣っていた。
比較例4は、下塗り塗料のAc/AcOH比率が2/8未満で水酸基含有樹脂が多いので、塗膜の耐水性に劣っていた。
比較例5は、下塗り塗料の樹脂分全体のOHVは13~65mgKOH/gであるものの、水酸基を有さないアクリル樹脂を含まないので、塗膜の耐水性に劣っていた。
1 基材
3 下塗り塗膜
5 塗膜

Claims (2)

  1. 基材の上に下塗り塗料を塗布し、乾燥して下塗り塗膜を形成し、前記下塗り塗膜の上にゲル状粒子含有水系塗料を塗布し、乾燥する塗装方法であって、
    前記下塗り塗料が、水性媒体と、前記水性媒体に分散した水酸基を有さないアクリル樹脂と、前記水性媒体に溶解又は分散した水酸基含有樹脂とを含み、前記アクリル樹脂及び前記水酸基含有樹脂の全体での水酸基価が13~65mgKOH/gであり、前記アクリル樹脂/前記水酸基含有樹脂で表される質量比が2/8~8/2であり、
    前記ゲル状粒子含有水系塗料が、水を含む分散媒と、前記分散媒に分散した少なくとも1色のゲル状粒子とを含み、前記ゲル状粒子が、水性樹脂と、水酸基を有する親水性コロイド形成物質と、水酸基を有するゲル化剤及び水溶液中で金属水酸化物となるゲル化剤からなる群から選ばれる少なくとも1種のゲル化剤とを含むことを特徴とする塗装方法。
  2. 水を含む分散媒と、前記分散媒に分散した少なくとも1色のゲル状粒子とを含み、前記ゲル状粒子が、水性樹脂と、水酸基を有する親水性コロイド形成物質と、水酸基を有するゲル化剤及び水溶液中で金属水酸化物となるゲル化剤からなる群から選ばれる少なくとも1種のゲル化剤とを含むゲル状粒子含有水系塗料用の下塗り塗料であって、
    水性媒体と、前記水性媒体に分散した水酸基を有さないアクリル樹脂と、前記水性媒体に溶解又は分散した水酸基含有樹脂とを含み、前記アクリル樹脂及び前記水酸基含有樹脂の全体での水酸基価が13~65mgKOH/gであり、前記アクリル樹脂/前記水酸基含有樹脂で表される質量比が2/8~8/2であることを特徴とする下塗り塗料。
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