JPH07268241A - 真珠光沢顔料の耐候性の改良 - Google Patents

真珠光沢顔料の耐候性の改良

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JPH07268241A
JPH07268241A JP6281546A JP28154694A JPH07268241A JP H07268241 A JPH07268241 A JP H07268241A JP 6281546 A JP6281546 A JP 6281546A JP 28154694 A JP28154694 A JP 28154694A JP H07268241 A JPH07268241 A JP H07268241A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【構成】 酸化鉄または二酸化チタンで被覆した雲母の
真珠光沢顔料に水和セリウム(セリウムとして顔料の
0.1〜1.5重量%)と酸化アルミニウム(アルミニ
ウムとして顔料の0.1〜1重量%)の配合コーティン
グを行う。 【効果】 耐候性が優れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【従来の技術】自動車の車体など外装に使用するのに適
したコーティングの調合は複雑である。それは、コーテ
ィングが様々な天候に曝されならがも、数年間にわたっ
て外見が基本的には変化してはならないためである。コ
ーティングの主要成分は担体と顔料であり、その両者は
安定性から見て低いものから高いものまでそれぞれ多様
なものがある。
【0002】二酸化チタンは、この種のコーティングで
最も重要な顔料であり、顔料用二酸化チタンの安定性を
増強するための方法と技術については多数の先行研究が
ある。一方では、二酸化チタン被覆雲母のように酸化金
属で被覆した雲母真珠光沢顔料は、安定性自体だけでな
く天候条件に曝露されるコーティングという点でも、顔
料用二酸化チタンよりもはるかに複雑なものとなってい
る。顔料用二酸化チタンの安定処理に用いられる方法と
技術では、二酸化チタン被覆した雲母真珠光沢に安定性
をもたらすには無効もしくは不十分である。
【0003】業界標準の耐候試験では、金属被覆したパ
ネルを最低2ないし3年間フロリダの戸外天候条件に曝
すという条件を用いている。この条件は、夜間は低温、
高湿のためにパネルに水分がいくらか凝結する可能性が
あり、朝になるととたんに強い日光が注いで気温が着実
に上がっていき、午後には雨が振ってパネルに水がかか
る可能性があり、しかもその後ではまた日光が射して湿
度が下がり、そして夜になると再び気温が下がって湿度
が増すという日周期を繰り返すので、これ以上ない厳し
い条件といえる。この種の試験は、自動車に使用するコ
ーティングについて最もよく用いられる。
【0004】戸外曝露について意味のある結果を得られ
るまでに長い時間がかかることから、これよりもはるか
に短期間で完了できる促進耐候試験が多数開発されてき
ている。これらの試験を全対象に実施して振るい分けし
てから、長期の戸外曝露試験を、行うべきと思われるも
のについてのみ実施する。
【0005】最近、発展してきた促進試験は3種類あ
る。まず1つは、低温水浸試験(LTWI)で、顔料を
塗装系に組み入れてprimedスチールパネルに塗る
ものである。それからこのパネルを35〜50℃の湯に
1週間から10日間、部分的に浸す。乾燥させてから、
パネルの水に浸した部分と浸さなかった部分との変化を
比較して検討する。
【0006】よく使われている2番目の試験は、塗装し
たパネルの湿度または凝結に対する耐性を評価するもの
である。パネルを一部マスクして、クリーブランド湿度
試験装置などの凝結装置に入れ、40〜60℃で100
〜250時間凝結させる。曝露期間終了時点で、パネル
の曝露されていた部分と、マスクによって保護されてい
た部分との変化を比較する。クリーブランド試験装置が
Q−パネル社で製造されているところから、この試験は
一般にQ−C−T試験と呼ばれている。
【0007】3番目の試験では、パネルを様々なサイク
ルの紫外線照射と凝結に曝露する。実験室用器具、なら
びにこれまたQ−パネル製造のQ−U−V促進耐候試験
装置を使用し、これで被覆した金属パネルに24時間周
期で様々な近紫外線、水凝結、温度条件を加える。60
〜70℃で8時間紫外線を照射してから、50〜60℃
で4時間凝結し、このサイクルを6〜8週間にわたって
繰り返すというのが、標準的なQ−U−Vサイクルであ
る。他の試験の場合同様、パネルの曝露した部分としな
かった部分とを比較する。
【0008】これら3種類の促進試験の長年の経験か
ら、これらの試験のうち1つでも合格しない製品は、概
して戸外曝露試験を合格しないことがわかっている。残
念ながら、これら3種類の試験すべてを合格した製品
が、必ずしも戸外曝露試験に合格するわけではない。そ
のため、一部の自動車塗料供給業者と企業は、戸外曝露
試験を開始する前に、十分満足のいく結果をもたらす新
たな促進試験を追加実施し始めている。これはさらにい
っそう厳しい試験で、パネルを80℃の湯に8〜24時
間浸すものである。
【0009】車体塗料に使用する真珠光沢顔料を安定化
させるための最初の処理では、クロムを使用する。たと
えば、米国特許3,832,208号ではメタクリル酸
塩化クロムを使用しており、米国特許4,134,77
6号では水酸化クロムを使用している。このようなクロ
ム処理で十分ではあるが、近年ではクロムが環境に影響
を及ぼす可能性があり、6価クロムの危険性や、やや緑
色を帯びた色になるところから、クロムの使用を避ける
動きがある。それに従って、真珠光沢顔料を安定させる
ためのクロム以外の処理が求められるようになった。非
クロム処理が多数開発され、低温水浸試験、Q−C−T
凝結試験およびQ−U−V照射凝結試験に耐えることの
できる製品がもたらされている。業界の要求により、こ
れらの新しい非クロム処理は、今では戸外試験を正当化
するのに自動車塗装会社から十分受け入れられるため
に、さらに長期にわたって80℃の湯に浸すという厳し
い状況にも耐えなければならない。
【0010】1963年に出されたカナダ特許664,
268号では、アルミニウム、セリウムムおよびシリカ
の配合で顔料用TiO2 を処理することで、プラスチッ
ク樹脂における顔料用ルチンTiO2 顔料の光活性を抑
えることができるのを明らかにしている。この特許で
は、安定性を増強することができたのはこの3種の配合
だけであったことを特記している。発表されたデータで
は、セリウムのみ、あるいはシリコンとアルミニウム、
シリコンとセリウム、アルミニウムとシリコンのいずれ
かの組合せで焼成顔料を処理したのでは、未処理の焼成
顔料に比べて劣化するという結果になることが明らかに
なっている。
【0011】1980年代には、米国特許4,461,
810号および4,737,194号が、アルミナで被
覆した顔料用二酸化チタンは、硫酸塩、リン酸塩、ケイ
酸塩、ホウ酸塩、または水溶性多官能有機酸が同時に存
在するのであれば、セリウムを与えることで安定にする
ことができることを明らかにしている。
【0012】米国特許4,544,415号が明らかに
するところでは、酸化金属で被覆した雲母を基礎とする
真珠光沢顔料は、ポリシロキサンならびに希土類鉱物
(セリウム化合物が望ましい)を含有するトップコート
で酸化金属被覆することにより、耐候性を増強できる。
さらにアルミニウムおよび水酸化亜鉛を加えると、多く
の場合、顔料の集塊傾向が弱まり、分散能が向上するこ
とが明らかにされた。
【0013】公表されている欧州特許公開342,53
3号は、酸化金属で被覆した雲母にさらに水酸化ジルコ
ニウムおよび水和した酸化金属(金属はコバルト、マン
ガンまたはセリウム)で上塗りした耐候性真珠光沢顔料
に関するものである。公表されている申請では、アルミ
ニウムまたは亜鉛、あるいはその両者の水和物、酸化物
またはケイ酸塩を加えることによりさらに安定性が増す
こと、またシロキサン・カップリング剤を加えることで
いっそう安定性を高められることを示唆している。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、クロ
ムを含有せず、LTWI、Q−C−T、およびQ−U−
Vのそれぞれの促進試験だけでなく、80℃の湯に浸す
という過酷な試験にも耐えることのできる新しい真珠光
沢顔料をもたらすことである。本発明のこの目的、およ
び他の目的は、下記の詳しい説明を読めば、本技術につ
いて一般知識を有する者にはわかるはずである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、水和セリウム
よび酸化アルミニウムを配合したコーティングにより耐
水性を増強した雲母に酸化鉄または二酸化チタンを被覆
した真珠光沢顔料をもたらすものである。
【0016】
【実施例】本発明によれば、酸化鉄被覆雲母または二酸
化チタン被覆雲母の真珠光沢顔料に、基本的に水和セリ
ウムおよび酸化アルミニウムを配合したコーティングを
行うことにより、耐水性を増強した珠光沢顔料ができ
る。この顔料が、80℃の湯への浸しという過酷な試験
に耐えられるということは、特に驚くべき点である。表
面処理について他にも多くのものについて研究した。研
究対象としては、酸化ジルコニウム、水酸化ジルコニウ
ム、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化セリウム、水酸化セリ
ウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化コ
バルト、水酸化コバルト、アルミナとシリカ、ジルコニ
ウムと水酸化アルミニウムと酸化アルミニウム、亜鉛と
酸水酸化アルミニウム、ジルコニウムの水酸化物と酸化
物にCe+3またはCe+4の酸化物と水酸化物を配合した
もの、ジルコニウムとシリカ、ジルコニウムとリン酸
塩、亜鉛とリン酸塩、セリウム+3またはセリウム+4とシ
リカまたはリン酸塩、ジルコニウムかアルミニウムまた
は亜鉛とポリシレン、ジルコニウムまたは亜鉛とポリシ
ロキサンがある。前記の処理のいずれも、80℃の湯へ
の浸し試験で満足のいく結果をもたらさなかった。セリ
ウムとアルミニウムの酸化物および水酸化物を顔料に個
別に添加したのでは、いずれの場合でも80℃の湯への
浸し試験における顔料の耐性は向上しなかった。ジルコ
ニウム、亜鉛およびコバルトの水酸化物および酸化物を
オーバーコートしても十分な成果は得られなかった。あ
る種のセリウム化合物を使うと、コーティングは滑らか
にいったが、安定性には乏しく、またセリウムで処理し
た製品は低温水の浸し試験の場合でさえも実施後に有意
な変化が認められた。その他の処理のうちで最もうまく
いったのはアルミニウムの酸素水酸化物を使用した場合
であったが、それでも80℃の湯への浸し試験では安定
性はあまりよくなかった。
【0017】本発明では、酸化鉄または二酸化チタンで
被覆した雲母真珠光沢顔料に、セリウムとアルミニウム
でオーバーコートをしている。これらの真珠光沢顔料
は、すでに一般的な技術であり、既存の工程で行うこと
ができる。これらの顔料の詳しい説明については、たと
えばLintonの米国特許3,087,828号およ
び3,087,829号、ならびにDeLucaの米国
特許4,038,099号を参照されたい。真珠光沢顔
料を液体中に分散させ、その液体から顔料の表面にセリ
ウムとアルミニウムを容易に沈澱させることができる。
また便利かつ好ましいことに、水性分散法が採用されて
いる。分散液中における固体顔料の濃度は臨界濃度では
ないが、一般に5〜30%であり、10〜20%が望ま
しい。
【0018】セリウムとアルミニウムは、それぞれ液体
媒質に溶解する塩の形で分散液に加えられる。硝酸塩が
望ましいのだが、塩化物、硫酸塩などの他のアニオンも
利用できる。セリウム塩は、(+3)または(+4)の
いずれかの価電子状態で陽イオンを有することができ
る。量は重要ではなく、また量は溶解特性によって決ま
るところが大きいが、顔料の重量に応じて、水酸化セリ
ウム(wt%Ceで計算)は0.1〜1.5%とするこ
とが望ましく、0.2〜0.6%が最適であり、また水
酸化アルミニウム(wt%Alで計算)は0.1〜1%
が好ましく、0.2〜0.6%が最適である。
【0019】セリウム塩とアルミニウム塩は、別々にど
の順序で加えて沈澱させてもよく、また同時に加えて沈
澱させることもできる。ただし、同時に加えて沈澱させ
るほうが簡単で効率もよいので、このほうが好ましい。
真珠光沢顔料塩基への水酸化セリウムおよび水酸化アル
ミニウムの沈澱を調節するのに、pHを約5よりも大き
くし、できれば5.5〜7.5程度にするのが好まし
い。同時に加える場合には、真珠光沢顔料を含有する分
散液のpHは5未満に下がり、ついでセリウムとアルミ
ニウムが加わると、顔料表面に水酸化セリウムと水酸化
アリウムを沈澱させる塩基が加わって5を超える。この
代わりに、セリウム塩およびアルミニウム塩を加えて同
時に塩基を加えることで、pHを一定に保って沈澱させ
ることもできる。塩基の性質は重要ではないが、水酸化
ナトリウムと水酸化アンモニウムは容易に使えるのでこ
れらを使用することが好ましい。
【0020】沈澱は、温度を40から90℃、できれば
65〜85℃に上昇させるとより効果的に行われる。沈
澱段階が完了したならば、処理済みの真珠光沢製品を便
利なやり方、たとえば濾過、遠心分離または沈降のいず
れでもよいから用いて分離し、洗浄してから、約60〜
150℃、できれば約80〜120℃で乾燥させる。
【0021】本発明をさらに詳しく述べるために、以下
に幅広い多彩な例を示す。これらの例では、仕様と特許
請求範囲を全般を通じてそうであるように、特記しない
限り温度はすべて℃で表し、また割合(%)はすべて重
量パーセントで表すこととする。
【0022】実施した4種類の促進耐候性試験では、
7.5cm×15cmのprimedスチール・パネル
(ED 11、Advanced Coating T
echnologies, Detroit, Mic
higanから提供を受ける)を、厚さ15〜20ミク
ロンの染色ベースコートで覆った。染色ベースコート
は、100gの熱硬化性アクリル樹脂に顔料15gを分
散させた。ベースコートをフラッシュさせてから、同一
熱硬化性樹脂の清澄なトップコートを30ミクロンの厚
さで塗った。こうしてできあがったパネルを140℃で
20分間焼いた。4種類の促進耐候試験のぞれぞれにお
いて、パネルの曝露した部分と曝露しなかった部分とを
比較した。
【0023】低温水浸し試験(LTWI)では、塗装パ
ネルの一部を40℃の湯に10日間浸した。Q−C−T
試験では、一部マスクしたパネルをクリーブランド・チ
ャンバに入れ、50℃の水凝結に96時間曝露した。Q
−U−V試験では、部分的にマスクしたパネルをチャン
バにいれ、UVA−351照射8時間、水凝結4時間の
繰り返しを8週間実施した。80℃の湯浸し試験では、
焼成パネルの一部を80℃に維持した湯に24時間浸
し、その後室温に冷却してからパネルを取り出した。
【0024】HunterLab製のDorigon I
I 反射像鮮明度ゴニオスペクトロフォトメーターを使っ
て画像鮮明度(DOI)測定を行い、パネルの曝露され
た部分と曝露されない部分の外見の変化を調べた。浸し
た後のDOIを浸す前のDOIで割って100をかけた
値を、鮮明度保持率(以下、%DOIという)とした。
%DOIが高い顔料は、%DOIが低い顔料よりも安定
度が高い。
【0025】この他にパネル外観の変化を、CID L
* a* b* 値を測定して調べた。このシステムについて
は、HunterとHarold編「外観の測定 第2
判」(John Wiley & Sons, 198
7)に説明がある。簡単にいうと、このシステムでは明
暗成分(L* )、赤緑色成分(a* )および黄青色成分
(b* )を測定する。色の差(DE* )を、DE* =
[(DL* )2 +(Da* )2 +(Db* )21/2
式より算出する。なお、DL* 、Da* およびDb*
は、それぞれパネルの曝露された部分と曝露されない部
分のL* 、a* およびb* の差である。DE* の値が大
きいほど、パネルの曝露された部分と曝露されない部分
の間の外観の違いが大きいことになる。一般に、1単位
未満の差の場合には目ではわからず、したがってパネル
の曝露された部分とされない部分との間に差はないこと
になる。
【0026】実施例1 青色干渉色で粒子サイズ中央値が約20μmの、ルチル
TiO2 52%、白雲母48%からなる二酸化チタン
被覆雲母顔料100gを、1リットルの水に分散させて
75℃に加熱した。希釈硝酸を使ってpHを6になるよ
う調節した。それからCe(NO33 六水化物1.2
gmを蒸留し60mlに溶解してつくった0.7%Ce
(NO33 ・6H2 O水溶液60mlと、Al(NO
33 ・9H2 O 4.2gmを蒸留水60mlに溶解
してつくった0.5%Al(NO33 水溶液60ml
を10分間かけて加えた。セリウムとアルミニウムを加
える間、水酸化ナトリウム希釈水溶液を同時に加えて、
pHを6に維持した。30分間撹拌した後、上清を濾過
し、蒸留水で洗浄してから80℃で乾燥させて、水酸化
セリウム(Ceで計算)0.4%、水酸化アルミニウム
(Alで計算)0.2%を含有する生成物をつくった。
【0027】できあがった顔料と、未処理の原顔料につ
いて、LTWI、Q−C−TおよびQ−U−Vの各試験
を実施した。目で見た限りでも、未処理の顔料には、セ
リウム−アルミニウムにより安定化させた顔料に比べて
外観によりはっきりとした変化が生じているのがわかっ
た。80℃の湯への浸し試験では、処理済み顔料では外
観にほんのわずかの変化しか見られなかったのに対し
て、未処理原顔料では全体の外観に大きな変化が生じて
いた。4種類の試験それぞれに関する%DOIおよびD
E*のデータを下の表に示す。
【0028】
【0029】実施例2 実施例1と同様の手続きを行った。ただし、75℃に加
熱した後に、分散水溶液のpHは希釈硝酸を使って4に
調節し、それからセリウムおよびアルミニウムの水溶液
を加え、30分間撹拌した後、水酸化ナトリウムの希釈
水溶液を1時間かかけてゆっくりと加えてpHを7まで
挙げた。例1の生成物と同様に、この顔料も0.4%の
Ceと0.2%のAlを含有する。4種類の促進耐候試
験を行って安定処理をしていない原顔料と比較評価した
ところ、処理生成物の外観にはほとんど変化がなかっ
た。%DOIとDE* の結果を下の表に示す。
【0030】
【0031】実施例3 実施例1と同様の手続きを行った。ただし、安定処理を
していない真珠光沢顔料は、ルチルTiO2 26%、
白雲母74%の白色真珠二酸化チタン被覆雲母であり、
120℃で乾燥させることができた。できあがった顔料
は、LTWI、Q−C−TおよびQ−U−Bの各試験に
おいて、未処理の原顔料に比べてはるかに安定性が高か
った。処理済み生成物は、80℃の湯への浸し試験の後
にも、原物質に比べて外観の変化がきわめて少なかっ
た。試験データを下の表に示す。
【0032】
【0033】実施例4 青色干渉色で粒子サイズ中央値が約12μmの、ルチル
TiO2 を61%含有する二酸化チタン被覆雲母顔料1
00gを、65℃の湯1リットルに分散させた。希釈硝
酸を使ってpHが4になるよう調節し、それから0.7
%セリウム溶液60mlと0.5%アルミニウム溶液6
0mlを毎分6mlずつ加えた。30分間撹拌して後、
水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを7.5にした。
生成物を濾過し、蒸留水で洗浄してから120℃で乾燥
させて、Ce 0.4%、AlDE* 測定結果から、安
定性が向上したことがわかった。
【0034】
【0035】実施例5 実施例1と同様の手続きを行った。ただし最初の顔料
は、赤鉄鉱54%を含有する赤茶色の酸化鉄被覆雲母
で、粒子サイズ中央値は約12μmであった。ここで
も、Ce 0.4%、Al 0.2%を含有する酸化鉄
被覆雲母真珠光沢顔料で、安定性が高まっているのがわ
かった。
【0036】
【0037】実施例6〜9 実施例1と同様の手続きを、繰り返し4回行った。ただ
し、硝酸の代わりに塩化物を使用し、セリウムとアルミ
ニウムの濃度は、それぞれCe 0.2%、Ce 1.
3%、Al 0.1%、Al 0.9%に変えた。これ
らでも、耐候成績の向上が認められた。
【0038】実施例10〜11 実施例5と同様の手続きを繰り返し行った。ただし、硫
酸セリウムの0.5%溶液と0.2%アルミニウムを含
有する硝酸アルミニウム溶液、あるいは(セリウムで計
算して)1.5%の硝酸セリウム溶液と(アルミニウム
で計算して)0.6%の塩化アルミニウム溶液を使用し
た。ここでも耐候成績の向上が認められた。
【0039】この発明の工程および生成物を様々に変化
させたり修正したりしても、そのねらいや対象から大き
く離れることはない。ここで述べた多様な具体化例は、
本発明についてよりわかりやすく説明するためのもので
あって、これらに限定されるものではない。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二酸化チタンまたは酸化鉄で被膜した雲
    母状真珠光沢顔料で、基本的には水和セリウムと酸化ア
    ルミニウムの配合コーティングがされていることを特徴
    とするもの。
  2. 【請求項2】 皮膜した顔料の重量に応じて約0.1〜
    1.5%のセリウムと0.1〜1%のアルミニウムを含
    有するコーティングをもつ、請求項1に記載の真珠光沢
    顔料。
  3. 【請求項3】 セリウムおよびアルミニウムのいずれの
    量も、それぞれ0.2〜0.6%の範囲内である、請求
    項2に記載の顔料。
  4. 【請求項4】 被覆顔料が、二酸化チタン被覆雲母であ
    る、請求項3に記載の顔料。
  5. 【請求項5】 被覆顔料が、酸化鉄被覆雲母である、請
    求項3に記載の顔料。
  6. 【請求項6】 被覆顔料が、二酸化チタン被覆雲母であ
    る、請求項1に記載の顔料。
  7. 【請求項7】 被覆顔料が、酸化鉄被覆雲母である、請
    求項1に記載の顔料。
  8. 【請求項8】 二酸化チタンまたは酸化鉄で被覆された
    雲母状真珠光沢顔料の耐候性を増強する方法であり、基
    本的に水和セリウムと酸化アルミニウムを配合した被覆
    を形成する方法。
  9. 【請求項9】 形成されたコーティングが、被覆した顔
    料の重量に応じて約0.1〜1.5%のセリウムおよび
    約0.1〜1%のアルミニウムを含有する、請求項8に
    記載の方法。
  10. 【請求項10】 セリウムとアルミニウムがいずれも、
    それぞれ約0.2〜0.6%の範囲内である、請求項9
    に記載の方法。
  11. 【請求項11】 被覆した顔料が、二酸化チタン被覆雲
    母である、請求項10に記載の方法。
  12. 【請求項12】 被覆した顔料が、酸化鉄被覆雲母であ
    る、請求項10に記載の方法。
  13. 【請求項13】 被覆した顔料が、二酸化チタン被覆雲
    母である、請求項8に記載の方法。
  14. 【請求項14】 被覆した顔料が、酸化鉄被覆雲母であ
    る、請求項8に記載の方法。
  15. 【請求項15】 セリウムおよびアルミニウムを含有す
    る溶液を顔料に加え、pHを調節して沈澱させる、請求
    項8に記載の方法。
  16. 【請求項16】 加えると同時に沈澱が起こる、請求項
    15に記載の方法。
  17. 【請求項17】 加えてから引続き沈澱が起こる、請求
    項15に記載の方法。
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