JPH02149374A - 表面物性が制御された塗膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、塗膜の形成方法に関する。特に、硬化後の塗
膜の表面物性の制御、例えば、上塗り塗料との接着性（
上塗り性）の改善が可能な塗膜形成方法に関する。

（従来の技術） 従来、塗装の目的は、被塗装物の着色や保護であったた
め、塗膜に対して要求される主要な性能は、色調、強度
、被塗装物との密着性、耐食・耐候性などであった。し
かし、近年、塗料の発達により塗装の応用分野が広がる
につれて、塗膜に対しても多様な性能が要求されるよう
になってきた。

その要求性能の例としては、潤滑性、導電性、表面接着
性、透過性、防汚性、生体適合性などが挙げられる。

このように多様な性能を有する塗膜を得るために、塗料
の構成成分である樹脂、顔料、添加物などの成分組成や
各成分の化学構造に関する検討がなされてきた。特に、
各成分の化学構造に種々の官能基を導入して、目的とす
る性能を発揮させることに関して多くの試みがなされて
いる。

被塗装物に塗料を塗布すると、塗布された塗料層の一方
の表面は被塗装物と、もう一方の表面は空気と接触する
。すなわち、塗料層には被塗装物との界面および空気と
の界面という２種類の界面が形成される。液状の塗料を
塗布すると、塗料中の界面張力の低い成分あるいは官能
基が空気との界面（すなわち、塗料層の表面）に集まる
。すなわち、液状の塗料層において、厚み（深さ）方向
に成分あるいは官能基の配向が起こり、塗料層を硬化さ
せることにより、この配向状態が塗膜中に固定されるこ
とになる。

このように、被塗装物に塗料を塗布し、次いで乾燥、熱
硬化、あるいは紫外線や電子線照射などの適宜手段で塗
膜を乾燥もしくは硬化させる従来の塗装方法では、塗膜
の空気側界面（表面側）に表面張力の低い官能基もしく
は成分が集まるという塗膜の厚み方向の配向分布状態が
必然的に形成され、この配向を制御することはできなか
った。

そのため、例えば、潤滑性、導電性、接着性、防汚性、
生体適合性などの物性を付与する目的で塗料組成を調整
したり、各種の添加剤を配合しても、これらが必ずしも
塗膜の所望部位（例、表面あるいは塗膜全体への均一分
布）に存在するようになるとは限らず、所望の効果を十
分に達成できないこともある。特に、塗膜の表面には上
記のように特定の官能基もしくは成分が集まるため、塗
膜の表面物性を精密に制御することは従来の塗装方法で
は不可能である。

例えば、塗料にフッ素樹脂を配合すると塗膜の潤滑性が
改善されることが知られている。しかし、フッ素含有官
能基は表面張力が低いため、フッ素含有官能基は、表面
張力の低い空気との界面側（すなわち、塗膜の表面付近
）に集まる。そのため、硬化後に得られた塗膜は、フッ
素含有官能基の表面張力に近いような低い表面張力を有
し、濡れ性が低い表面となる。従って、塗膜表面の接着
性が悪く、その上に別の塗料を上塗りすることが困難と
なる。

しかし、鋼板の塗装にあっては通常は、３層もしくはそ
れ以上の塗装が行われるため、上塗り塗料との接着性（
上塗り性）は、塗膜にとって非常に重要な性能の一つで
ある。下層塗膜の表面が上塗り塗料に対してぬれ性が悪
い場合には、下層塗膜表面に対してプラズマ処理や紫外
線照射などにより表面に活性化処理を施す必要があり、
余分の工程が加わることで工数が増え、コスト高となる
という問題があった。

これは１例であって、塗膜の表面物性を精密に制御でき
れば、各種用途用に開発された塗料の性能を最大限に発
揮させることが可能となり、塗装目的の達成に非常に有
用である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、塗膜表面の濡れ性などの物性が制御さ
れた塗膜を形成する方法を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、前記目的を達成するために種々検討を重
ねた結果、塗布された塗料層中の官能基もしくは成分の
厚み方向の配向が、塗料層の気／液界面（空気／塗料界
面）と固／液界面（被塗装物／塗料界面；下塗り塗料が
存在し、それが未硬化の場合には液／液界面となる）と
の界面張力の差に起因する、すなわち、配向の推進力は
この界面張力差であることから、逆に塗料層表面側の界
面張力を調整することにより、塗膜の表面物性が制御で
きるとの着想を得た。

この着想に基づいて、塗料の塗布後に空気と接触する塗
料層の表面上に種々の固体もしくは液体を接触材として
接触させた状態で塗料層を硬化させたところ、塗料中の
官能基もしくは成分のうち、該接触材の表面張力に近い
表面張力を有する官能基もしくは塗料成分が塗膜の表面
付近に誘導された硬化塗膜を得ることができることを見
出して、本発明を完成させた。

ここに、本発明の要旨は、２種以上の成分を含有する塗
料を被塗装物に塗布した後、該塗料に不溶であって、該
塗料の１成分の表面張力にほぼ等しい表面張力を有する
固体または液体を該塗料表面上に接触させた状態で該塗
料を硬化させることにより、前記成分が表面付近に誘導
された塗膜を得ることを特徴とする、表面物性が制御さ
れた塗膜形成方法である。

別の側面において、本発明により、表面張力の低い官能
基を持った成分を含有する塗料を被塗装物に塗布した後
、該塗料に不溶であって、該官能基の表面張力より大き
い表面張力を有する固体または液体を該塗料表面上に接
触させた状態で該塗料を硬化させることを特徴とする、
上塗り性に優れた塗膜形成方法が提供される。

なお、本明細書において、塗料の硬化とは、液状の塗膜
から固体塗膜への変化を意味し、架橋や重合による硬化
に限らず、単なる乾燥や固化も包含するものである。

（作用） 上述したように、従来の単に塗布・硬化のみの塗膜形成
方法で塗膜の厚み方向に配向が生じるのは塗料と空気と
の界面張力によるものであったが、本発明では塗布後の
液体状の塗料層の表面に適切に選択された表面張力を有
する固体もしくは液体材料（以下、接触材という）を接
触させて硬化を行うことにより、塗料中の特定成分もし
くは官能基が表面付近に誘導された硬化塗膜が得られる
。

すなわち、適当な接触材と接触した状態での塗料層の硬
化により、従来の塗膜形成方法で自然に生じる塗膜厚み
方向の配向とは異なる配向を積極的に生じさせることに
よって、塗膜の表面物性、例えば濡れ性、潤滑性、防汚
性、接着性、生体適合性などを改善あるいは精密に制御
することができるのである。

なお、固体の表面張力は測定することができないため、
固体成分に関して本発明における「表面張力」とは、臨
界表面張力（その固体に液体を接触させた場合に接触角
θ−０になる時の液体の表面張力）を意味する。また、
官能基の「表面張力」も、その官能基が表面にきた場合
の固体の臨界表面張力として、同様に測定できる。

紫外線もしくは電子線硬化型塗料の塗布後、未硬化塗料
に薄膜を重ねて硬化させる方法は、特公昭４７−２４６
５５号公報に開示されているが、この方法は塗膜表面の
平滑化および塗料硬化時の酸素による悪影響の阻止を目
的とするものであり、本発明のように塗膜の厚み方法の
配向により表面物性を制御することについては全く記載
されていない。

以下、本発明についてより詳細に説明する。

本発明の塗膜形成方法は、上記説明から理解されるよう
に、あらゆる塗料に対して広く適用できるものである。

従って、塗料の種類および塗料成分の種類は特に限定さ
れず、乾燥型の熱可塑性塗料および熱硬化性塗料のいず
れにも適用できる。

ただし、後述するように、硬化中にガスが発生しない紫
外線もしくは電子線硬化型塗料の塗装に対して本発明の
方法を適用することが特に好ましい。

被塗装物も特に限定されず、金属、プラスチック、セラ
ミックス等の従来から塗装が行われてきた任意のもので
よい。また、被塗装物は適切な塗装前処理（例、プライ
マー塗布）を施したものであってもよく、プライマーは
未硬化の液状であってもよい。また、被塗装物の形状も
特に限定されない。本発明において接触材としては液体
も使用できるので、被塗装物が複雑な形状のものであっ
ても、本発明の方法を適用できる。

塗料の塗布は、ロールコータ−法、スプレー法、はけ塗
り等、通常の塗布法のいずれであっても構わない。

このように常法により被塗装物を塗布した後、本発明に
従って、塗料が未硬化（すなわち、液体状りにある間に
表面張力を適切に選択した接触材（同体または液体）を
塗料層の表面上に接触させ、この接触状態を保持しなが
ら、塗料を硬化させて、硬化塗膜を形成する。

接触材としては、塗膜の表面付近に誘導させようとする
塗料中の成分もしくは官能基の表面張力とほぼ等しい表
面張力を有する固体もしくは液体材料を選択する。気体
では、表面張力、すなわち表面エネルギーが小さすぎる
ため、本発明の方法には使用できない。

塗料中に、表面に誘導しようとする所望成分もしくは官
能基の表面張力と近い表面張力を有する別の成分もしく
は官能基が共存する場合には、使用する接触材の選定は
慎重に行う必要がある。しかし、そのような場合であっ
ても、表面張力が所望成分もしくは官能基の表面張力に
より近いような材料を選択することにより、目的とする
配向状態を得ることができる。

接触材は、被塗装物の形状に応じて、平面の場合には固
体を用いる方が、複雑な形状の場合には液体を適用する
方が作業性が良い。

接触材は、塗料中に溶解しない、すなわち、塗料に不溶
性であることが必要である。また、固体（例、樹脂フィ
ルム）を接触材として使用する場合には、硬化後に硬化
塗膜から容易に＃離できる材料を使用する必要がある。

さらに、硬化を紫外線もしくは電子線照射により行う場
合には、接触材は紫外線もしくは電子線をある程度透過
させる物質でなければならないこと、あるいは熱硬化の
場合には、硬化温度に耐える物質でなければならないこ
とは言うまでもない。

以上の要件が満たされる限り、接触材の種類は特に限定
されず、任意の無機および有機の液体もしくは固体が使
用できる。使用材料の例は、金属板；水、各種水溶液あ
るいは有機液体もしくは溶液；樹脂フィルム；ガラス板
などである。

未硬化で液体状態の塗料層をこのような接触材と接触さ
せて塗料／接触材の界面を形成すると、空気との接触で
は塗料層の空気側表面に集まっていた塗料中の表面張力
の小さい成分もしくは官能基は、接触材の表面張力によ
り塗料層の内側に押し込まれ、代りに、表面張力が接触
材の表面張力とほぼ等しいか、あるいは接触材の表面張
力に最も近い成分もしくは官能基が接触材との界面方向
に移動してくる。接触材との界面のごく近傍には、表面
張力が接触材の表面張力に最も近い成分もしくは官能基
が集まる。このような分子配向は、塗料の粘度にもよる
が、通常は瞬間的あるいは数秒程度以下のごく短時間で
起こる。

その後、接触材との接触による上記分子配向状態を保持
したまま塗料層を硬化させると、この分子配向状態が硬
化塗膜中に固定され、表面物性が制御された塗膜が得ら
れる。

塗料の硬化は、使用塗料の種類に応じて行う。

熱硬化により硬化を行う場合には、硬化中に溶剤の揮発
によるガスが発生するので、接触材はガスを逃がすこと
のできる液体が好ましい。従って、本発明の方法に対し
ては、溶剤を含有せず、硬化中のガス発生のない紫外線
もしくは電子線硬化型の塗料を使用することが好ましい
。

塗料の硬化完了後、接触材を塗膜表面から取り除く。こ
れにより、上述した分子配向により表面物性が制御され
た塗膜が得られる。

以上に説明した本発明の原理を、アクリル樹脂にフッ素
樹脂を配合した塗料の例で、第１図（ａｌおよび（ｂ）
の模式図により説明する。

この塗料を従来のように単に塗装して硬化すると、第１
図（ａ）に示したように、表面張力の小さいフッ素樹脂
は、表面エネルギーの小さい空気側の界面に集まり、硬
化塗膜の表面にはフッ素含有官能基が濃化する。そのた
め、通常の樹脂との濡れ性が悪く、これをはじいてしま
うため、その上に上塗り塗料を塗布することが困難であ
る。

これに対して、本発明の方法により、表面張力がフッ素
樹脂より大きく、好ましくはアクリル樹脂に近い適当な
樹脂フィルムを接触させて硬化を行うと、第１図（ｂｌ
に示すように、接触させたフィルムの大きな表面エネル
ギーにより表面張力の小さいフッ素樹脂は塗料層の内部
に押し込まれ、代わりにこの表面エネルギーに近い表面
張力を有するアクリル樹脂が樹脂フィルムとの界面側に
集まり、表面側にはアクリロイル基が濃化する。そのた
め、硬化塗膜の表面物性はアクリル樹脂の表面と同様に
なり、濡れ性がよく、上塗り塗料の塗布の容易な塗膜表
面が得られる。

このように、本発明の方法によれば、接触材の表面張力
に近い成分を塗膜の表面に誘導することができるため、
接触材の種類を適切に選択することにより塗膜の表面物
性を精密に制御することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施孤 クロメート処理を施した電気亜鉛めっき鋼板（板厚０．
４重ｌ、亜鉛目付量２０ｇ／ｒ／）に、フッ素系グラフ
トポリマーが塗料全体の１０重量％の量で配合されたア
クリル系紫外線硬化型塗料を、硬化後の膜厚が１０／Ｊ
ｌとなるようにロールコータ−により塗布した。使用し
たフッ素系グラフトポリマーの表面張力は約１５ｄｙｎ
ｅ／ｃｍであり、アクリル塗料の表面張力は約３５ｄｙ
ｎｅ／ｃｍである。

第２図１ａｌに示すように、鋼板ｌ上の塗料２の硬化は
、塗料表面にポリエチレンテレフタレートの透明フィル
ム３　（フィルム厚１００　ｔｘ＋、表面張力４０ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ）を空気が入らないように密着させ、上方か
ら紫外線ランプ４により紫外線を照射することにより行
った。紫外線照射は、８０Ｗ／ｃｍの高圧水銀灯２灯型
のコンベヤー式照射装置を用い、ランプ鋼板間距離８ｃ
ｍ、ラインスピード５　ｍ／ｎ＋ｉｎの条件で行った。

照射終了後、透明フィルムを取り除き、得られた塗装鋼
板の表面張力および塗装密着性を調べた。

表面張力は、この塗膜上でのぬれ指数標準液の棗めた 張力、すなわち臨界表面張力を吟か今條→÷央塗装密着
性は、得られた塗装鋼板表面に市販のメラミン・アルキ
ッド系塗料をロールコート塗布および焼付け（１５０℃
Ｘ２０分）して膜厚３０ｕ＋＋の塗膜を形成し、その際
の塗料の塗布状況を目視観察し、硬化した塗膜に１ｍ腸
のゴバン目を鋼板素地に達する深さで１００個けがき、
テープ剥離テストを行って評価した。

ル較班 実施例と同じ透明フィルムを用い、第２図（ｂ）に示す
ように、このフィルム３を塗料面に密着させず、塗料面
上方にｊａｎだけ離間させて配置した以外は、実施例と
同様に塗料の塗布および紫外線照射による硬化を行った
。得られた塗膜の表面張力および塗装密着性を実施例と
同様に調べた。

結果を第１表にまとめて示す。第１表に示すように、実
施例では得られた硬化塗膜の表面張力は３８　ｄｙｎｅ
／ｃｍと大きく、アクリル樹脂自体の表面張力よりやや
大きく、硬化中に密着させた透明フィルムの表面張力に
近い値となっている。この表面張力により、上塗り塗料
は均一に塗布でき、その密着性もゴバン目試験で剥離が
全くなく完全である。

これに対して、比較例では硬化塗膜の表面張力は１９　
ｄｙｎｅ／ｃｍと小さく、そのため塗料の濡れ性が悪く
、上塗り塗料の塗装時にははじきが多く認められた。ま
た、塗装密着性も、ゴバン目試験で大部分（９０個以上
）が剥離し、不十分であった。

この結果から、従来の方法では、塗膜の表面に表面張力
の小さいフン素樹脂塗料が集まるのに対し、本発明の方
法では表面張力がフン素樹脂より大きいポリエチレンテ
レフタレートフィルムを密着させながら硬化を行うこと
で、このフィルムの表面エネルギーによりフッ素樹脂を
表面付近から内部に押しやり、かわりに表面張力の大き
いアクリル樹脂を塗膜表面に集めることができ、塗膜の
上塗り性を著しく改善することができたことがわかる。

第１表 （発明の効果） 以上に説明したように、従来の塗装方法では、表面張力
の小さい成分もしくは官能基が必然的に表面に誘導され
てしまうが、本発明の方法によれば、表面張力を適切に
選択した接触材を接触させながら硬化を行うという簡単
な方法により、塗料を構成する特定の成分あるいは官能
基を塗膜の表面に誘導することができるので、必要とす
る塗膜性能に応じて表面に誘導する官能基を変化させる
ことにより、表面物性を制御した塗膜を形成することが
できる。その結果、例えば、濡れ性、接着性、生体適合
性などの塗膜特性を著しく改善することができ、さまざ
まな組成の塗料を不都合なく有効利用することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および伽）は、それぞれ従来法および本発
明により形成された塗膜の模式的説明図；ならびに 第２図（ａ）および伽）は、それぞれ実施例および比較
例で採用した塗料硬化方法を示す模式的説明図である。 １：鋼板　　　　　　２：塗料

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２種以上の成分を含有する塗料を被塗装物に塗布
   した後、該塗料に不溶であって、該塗料の１成分もしく
   はその官能基の表面張力にほぼ等しい表面張力を有する
   固体または液体を該塗料表面上に接触させた状態で該塗
   料を硬化させることにより、前記成分もしくは官能基が
   表面付近に誘導された塗膜を得ることを特徴とする、表
   面物性が制御された塗膜形成方法。
2. （２）表面張力の低い成分もしくは官能基を含有する塗
   料を被塗装物に塗布した後、該塗料に不溶であって、該
   成分もしくは官能基の表面張力より大きい表面張力を有
   する固体または液体を該塗料表面上に接触させた状態で
   該塗料を硬化させることを特徴とする、上塗り性に優れ
   た塗膜形成方法。