JPS5913271B2 - 水性塗料の塗装方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水性塗料の塗装方法及び装置に関するものであ
る。

１５近年、塗装工場から排出される有機溶剤の拡散公害
が問題とされつつあり、この問題に対処する方法として
水性塗料によるスプレー塗装が注目されている。

水性塗料の難点は溶剤の主成分が水であるために、蒸発
が遅い、溶剤組成が自由に変え２０られないなどの事で
ある。このために、タレ、ワキ、メタルムラ等の塗装欠
陥が発生し易い。広義の水性塗料には水溶性塗料、適当
な分散剤によつて樹脂成分が分散せしめられた水分散型
塗料及び分散剤として特に乳化剤が用いられている２５
水性エマルジョン塗料が含まれる。本発明においては水
分散型塗料及び水性エマルジョン型塗料について上記難
点を解消することが一般的目的とされている。本願発明
者のうち数名が、スプレー時において３０水性塗料の水
分の僅かな量を蒸発させて塗料を増粘させ（且つ／又は
）水性塗料とアミン又は親油性の増粘溶剤とを別々のス
プレーガンから同時に吹付けるか又は水性塗料が吹付け
られた被塗物に増粘溶剤を吹付ける方法を特許出願した
。

３５本発明の固有の目的は上記方法を改良して、常用の
１個のスプレーガンを使用するだけで水性塗料の塗装が
可能になり且つ塗面において水性塗料と溶剤とが均一に
混合されるような方法を提供することにある。

本発明の固有の目的は高湿度塗装雰囲気においてもタレ
欠陥が発生せず且つ塗着効率が向上するような水性塗料
塗装方法を提供することにもある。

本発明の固有の目的は現に使用されている塗装設備を殆
んどそのまま使用することができかつ水性塗料と増粘剤
の比率が一定に保たれるような塗装装置を提供すること
にもある。本発明に係る方法は、水性塗料を空気により
又はよらずして霧化して塗装する方法において、所定の
噴霧パターンに輪郭が定められそして被塗物に向かつて
進んでいる前記水性塗料の噴霧束の外周において、前記
水性塗料の粘度を増加させる物質からなる増粘剤が混入
された空気を前記被塗物に向かつて吐出することを特徴
とする。

本発明においては、水性塗料の霧化方法は液状塗料をオ
リフイスから高王で噴射させることによるエアレス霧化
方法であつてもよく、またオリフイスから噴射された塗
料に空気を吹付けるエア霧化方法であつてもよい。本発
明の方法においてはエア方式又はエアレス方式の何れか
により塗料が霧化される。

またオリフイスから噴出された状態のままで塗装が行わ
れる時はパターン調節用空気は使用されないが、その他
の場合はパターン調節用空気が使用される。本発明の方
法において霧化用空気及びパターン調節用空気とは作用
を異にする空気に増粘剤が混入される。この空気は霧化
にもパターン調節にも実質的に関与せず、空気の一部は
噴霧束を外気から遮断する様に取囲み且つ空気の残部は
噴霧束の内部に入り霧状塗料の中に分布される。この方
法によると被塗物に衝突した塗料粒が被塗面以外にはね
かえらないため塗着効率が高い。すなわち、塗料束は空
気によつて鞘状に取囲まれているからはねかえりが防市
される。鞘状空気によつて水性塗料のスプレーパターン
が被覆されるために湿度の影響が少なく、塗装装置内の
湿度が高くともタレ欠陥が発生しない。本発明において
水性塗料の樹脂成分の親水性極性基の中和率が８０％以
下であることが好ましい。

塗料の樹脂成分を水溶化するために、−ＣＯＯ一一ＳＯ
３−，−０Ｓ０３−，などの陰イオン性極性基、一ＮＨ
２，′／ＮＨ，′，Ｎなどの陽イオン性極性基を中和す
ることが実施されるが、本発明においては樹脂中に存在
する陽、陰イオン性極性基に対して中和率が８００！）
以下であることが好ましい。中和率が１００％、すなわ
ち樹脂成分の極性基がすべて化合している状態、になる
と完全に水溶性樹脂が作られ本発明の対象外になる。本
発明において水性塗料は一般に全溶剤成分に対して５０
％以上９０％以下の水を含むものである。水性塗料の樹
脂成分として典型的なものは、熱硬化性であつてエポキ
シ樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂、アク
リル樹脂、アクリル・メラミン樹脂がある。

これらの中ではアクリル−メラミン樹脂、特にメラミン
樹脂が架橋剤としてブレンドされたもの、が好ましい。
しかし前記列挙以外の樹脂成分であつても差支えない。
本発明における増粘剤としてはセロソルブ系（特にブチ
ルセロソルブ）、イソプロピルアルコール、カルビトー
ル系（特にブチルカルビトーノレ）などの増粘剤であつ
てもよい。しかし、特に好ましい増粘剤としては中和さ
れていない陰イオン性極性基と反応し、配位共有結合と
をアミン系の陽イオン性極性基をもつものを使い該塗料
を増粘させるものを選択すべきである。具体的に述べる
ならば、各種樹脂を水溶化するために一般に使用される
カルボキシル基の非中和基と反応する増粘剤が好ましい
のである。このような増粘剤としてはアンモニア及びア
ンモニアの誘導体で１個以上の水素原子がアルキル基で
（Ｒ−アルキル基）置換されたアミンがあり、アミンと
しては第１アミンＲ（ＲＮＨ２）第２アミン（ 〉Ｎ
Ｈ）及び第３Ｒ′Ｒ アミン（Ｒ′Ｎ：′Ｎ）の各種が使用される。

第１ア゛ Ｒ〃／ ０ミンとし
てはメチルアミン、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン
、ｎ−ブチルアミン、ｎ−アシルアミン、ｎ−ヘキシル
アミン、ラウリルアミン等が使用可能であり、第２アミ
ンとしてはジ一ｎ−プロピルアミン、ジメチルアミン等
が使用可能であり、第３アミンとしては、トリエチルア
ミン、トリメチルアミントリエタノールアミン等が使用
可能である。

その他ジアミン類としてエチレンジアミン、トリメチレ
ンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレン
ジアミン、ヘキサメチレンジアミンとそれ以外のアミン
としてエタノーンアミン、ジエタノールアミントリエタ
ノールアミン、ジメチルエタノールがある。このような
アミン類は中和されていないカルボキシル基と反応した
後、塗料が増粘する理由はアミンと相互に配位共有結合
をとり、樹脂成分としてのみかけの分子量が高くなるこ
とにある。

それは分散粒子間の相互作用が強くなり増粘すると推定
される。このような事実によつて、中和率が８０係を超
えると増粘剤を混入しても増粘効果が少なく、中和率が
８００！）より低く、樹脂成分が水に分散する範囲で低
い方が、１増粘効果が高くなると考えられる。次に、本
発明に係る方法を実施する装置について説明する。

この装置は、水性塗料を霧化するためにスプレーガンか
ら吐出される霧化用空気を供給する第１ホース、スプレ
ーガンから吐出され霧化された水性塗料の噴霧パターン
を調節するために該スプレーガンから吐出されるパター
ン調節用空気を供給する第２ホース、の少なくとも一方
のホース、あるいは前記霧化用空気及び前記パターン調
節用空気を共通に供給する第３ホースが具備され、具備
されたホースの途中において該ホースに連結された容器
に、前記水性塗料の粘度を増粘する物質からなる増粘剤
が入れられていることを特徴とする。上述の方法の説明
から理解されるように第１方法においては、増粘剤と水
性塗料を混合するタイミングは、塗料がノズルから吐出
された直後であるのが好ましい。

したがつて霧化エア又はパターン調節用エアの何れか一
方又は両方に予め増粘剤を混合させておいて、塗料がノ
ズルから吐出された直後に塗料と増粘剤が混合される以
下の如き装置が本発明により提供される。第１図は増粘
剤を気化させて空気に混入させる方式であり、常用の如
何なる型式でもありうるスプレーガン４空気は公知の方
式によつてスプレーガン本体の内部に分配されそしてノ
ズル１６から外部に吐出される。

スプレーカリ４の一部に塗料ホース１３が接続されてい
る。塗料ホース１３は塗料タンク３１から岐出している
。塗料タンク３１には塗料圧送用エアを供給するホース
３２が接続されている。以上の部材は既知のものであり
、塗料を霧化して被塗物に吹付けるために種々に変形さ
れるものである。空気ホース６ａの一端に増粘剤タンク
７が出口１７において接続されている。

増粘剤タンク７は密閉された容器からなり、外壁の一部
が温度調節器３１によつて被覆されている。増粘剤タン
クの容器の一部に増粘剤１０が入れられている。図示さ
れていない空気供給源から、エア圧力をセツトするゲー
ジ及びバルブ３１を具えたホース６ａを通つて空気が送
られる。ホース６ａは入口９において増粘剤容器７に接
続されている。適当な方法、例えば電気抵抗加熱、によ
つて容器内の温度が調節されるようになつていると、あ
る一定温度での増粘剤の持つ蒸気圧は一定であるから、
増粘剤１０の液面上方を流れる空気中に気化する増粘剤
の比率は一定になる。また、本発明の方法を実施する装
置は、後述の第４図の如く、ベンチユリ一作用によつて
増粘剤が霧化されて微細な液滴となつて空気中に混入さ
れるものでもよい。以下、第４図の如き装置を使用して
行つた本発明の実施例を説明する。

実施例 １ 使用された水性塗料は第１表の如きものであつた。

ノ 上記水性塗料３００ｅｃに対して、アンモニア、ジエチ
レントリアミン、ジメチルエタノールアミン（ＤＭＥＡ
）、モノエタノールアミン、ブタノール、芳香族キシレ
ン（トルエン、キシレン及び商品名ソルベツソ１５０及
び１００）、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール、
を加え、粘度変化を測定した。

水性塗料の温度は約２０℃であつた。水性塗料の初期濃
度は１ｐ０ｉｓｅであつた。結果を第２図に示す。第２
図においてブタノール添加の場合の最大濃度は１３０ｐ
０ｉｓｅである。

例えばＤＭＥＡを例にとると、塗料３００ＣＣに対して
約５ＣＣの添加で最大濃度が得られる。以下全ての実施
例において、断面形状が第３図で示される如き被塗物１
に塗装を行つた。

被塗物１は平担面２及び鋭角的変曲部３がある。被塗物
１は自動車外板用軟鋼からなり、これを脱脂、化成処理
、下塗り、中塗り及び水研の順序で処理し、上塗り塗装
を以下に詳しく述べる如く処理した。被塗物の各部を目
視により観察し、４段階に分けて評価した。４段階評価
は以下の実施例では◎０△×の記号にて表わされている
。

第４ａ，ｂ図に図示されている市販の岩田塗装機製ワイ
ダー７０型スプレーガン４の握り部分５に圧縮空気ホー
ス６が接続されている。

圧縮空気ホース６は図示されていない高圧空気供給源に
接続されている。圧縮空気ホース６の途中には増粘剤混
入器７が接続されている。圧縮空気ホース６は着脱自在
な蓋８に設けられた入口管９を通つて混入器７の上部空
間に導通している。混入器７は市販のリユープリケータ
一を改造したものが、ベンチユリ一効果により、管１１
から増粘剤を吸い上げ空気中に混入する様になつている
。増粘剤は微細な液滴１０ａとなつて霧化されて空気中
に混入し、出口管１２を経由してスプレーガン４に進む
。塗料ホース１３が図示されていない水性塗料供給源と
接続しておりかつスプレーガン４の一部に固定されてい
る。空気と塗料はノズル１６から噴出される。使用され
た水性塗料は第２表の如きものであつた。

塗装条件は第３表のとおりであつた。

塗装結果を第４表に示す。

実施例 ３ この実施例においては第５図及び６図の如きスプレーガ
ンを使用した。

第４図と同一の機能を果す部材は同一の参照附号が附さ
れている。スプレーガン全体４は重いために天井１５か
らスプリング１４によつて吊下げられている。ノズル１
６の周囲に空気供給器１７が固定されている。空気供給
器１７はエアホース６によつて送られた空気が流れ且つ
分配される通路（図示せず）を内部に有している。この
通路を流れる圧搾空気はノズル１６に対して同心円状に
伸びるスリツト２０から噴射され、そしてノズルからの
塗料流１８を包囲する。スリツト２０から送り出され且
つ増粘剤を含んで空気流１９は塗料流１８と被塗物（図
示せず）に到着する間と被塗物に塗着した時点で混合さ
れる。使用された水性塗料は第５表の如きものであつた
。

塗装条件は第６表のとおりであつた。

塗装結果を第７表に示す。

実施例 ４ 実施例２において、増粘剤の量を０，２，４，６，８，
１０ＣＣ／Ｍｉｎに変化させたはかは同一の条件で塗装
したところ、第８表の結果が得られた。

実施例 ５実施例３において、増粘剤の量を０，２，４
，６，８，１０ＣＣ／Ｍｉｎに変化させたほかは同一の
条件で塗装したところ、第９表の結果が得られた。

第９表の結果を第８表と比較すると明きらかな様に実施
例３で×，△，○の評価が為されていたものが１ランク
評価が向上している。実施例 ６ 実施例２において使用されたジメチルメタノールアミン
の代りにトリエチルアミン、ブチルセロソルブ及びブチ
ルカルビトールをそれぞれ５，２０及び２０ＣＣ／Ｍｉ
ｎの吐出量で使用したほかは、実施例２と同様の条件に
て塗装を行つたところ第１０表の結果が得られた。

この表からトリエチルアミンが小量の使用であつても有
効であることが判かる。

またアミン以外の有機溶剤も有効である。実施例 ７ 実施例３において使用されたジメチルメタノールアミン
の代りにトリエチルアミン、ブチルセロソルブ及びブチ
ルカルビトールをそれぞれ５，２０及び２０ＣＣ／Ｍｉ
ｎの吐出量で使用したほかは、実施例３と同様の条件に
て塗装を行つたところ第１１表の結果が得られた。

第１１表の結果を第１０表と比較すると明きらかな様に
実施例６で０の評価が為されていたものが◎に１ランク
向上した。

実施例 ８ 実施例２において使用された塗料の代りに以下の第１２
表の塗料Ａ，Ｂ及びＣを使用したほかは実施例２と同様
の条件にて塗装を行つた。

以上の条件で塗装を行つたところ第１３表の結果が得ら
れる。

この表から、本発明に係る方法で処理される水姓塗料と
しては中和率が低いものほど好ましいことが分かる。

中和率が高くなると増粘剤を加えることによる増粘効果
が小さくなる。また、乳化剤が使用した水囲エマルジヨ
ン塗料についても、コロイダルデイスパージヨン状態の
水分散塗料と同様に良好な結果が得られる。実施例 ９ 実施例２において使用された塗料の代りに以下の第１４
表の塗料Ａ，Ｂ及びＣを使用し吐出量を同表の値に定め
たほかは実施例２と同様の条件にて塗装を行つた。

以上の条件で塗装を行つたところ第１５表の結果が得ら
れた。

この表を実施例８の第１３表と比較すると明きらかな様
に、実施例７で○の評価されていたものが１ランク向上
している。

比較例 実施例において使用された塗料の代りに第１４表の塗料
Ａ，Ｂ及びＣを使用し、増粘剤の量を○にしたほかは実
施例２と同様の条件で塗装を行つたところ第１６表の結
果が得られた。

以上の実施例及び比較例の説明から本発明に係る方法の
効果が明確に理解されよう。

なお、本発明に係る方法を実施する場合は、実施例３の
如く、スプレーガンが重くなるために人力によりスプレ
ーするのは不都合であり、自動塗装が有効である。

また、アミンの種類によつては悪臭が問題になるため例
えばＤＭＥＡのように悪臭の少ないものを小量使用する
のが現実的である。以上の如く、本発明によると水性塗
料が極めて容易に塗装できるため、自動車工業のみなら
ず各産業分野で水性塗料が問題なく使用されるようにな
るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る塗装装置の一例を示す概念図、第
２図は水性塗料に対する増粘剤の添加量と粘度との関係
を示すグラフ、第３図は実施例で使用された被塗物の断
面図、第４図ａは実施例で使用された塗装装置の概念図
、第４ｂ図は第４ａ図の拡大図、第５図は第４ａ図と同
様の図面、第６図は第５図の装置の平面図である。 ４・・・・・・スプレーカリ、７，８・・・・・・増粘
剤容器、１０・・・・・・増粘剤、１７・・・・・・鞘
状空気供給器、３０・・・・・・温度調節器、３１・・
・・・・塗料タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水性塗料を空気により又はよらずして霧化して塗装
   する方法において、所定の噴霧パターンに輪郭が定めら
   れそして被塗物に向かつて進んでいる前記水性塗料の噴
   霧束の外周において、前記水性塗料の粘度を増加させる
   物質からなる増粘剤が混入された空気を前記被塗物に向
   かつて吐出することを特徴とする水性塗料の塗装方法。 ２ スプレーガンを含む水性塗料の塗装装置であつて、
   前記水性塗料を霧化するために前記スプレーガンから吐
   出される霧化用空気を供給する第１ホース、前記スプレ
   ーガンから吐出され霧化された水性塗料の噴霧パターン
   を調節するために該スプレーガンから吐出されるパター
   ン調節用空気を供給する第２ホース、の少なくとも一方
   のホース、あるいは前記霧化用空気及び前記パターン調
   節用空気を共通に供給する第３ホースが具備され、具備
   されたホースの途中において該ホースに連結された容器
   に、前記水性塗料の粘度を増粘する物質からなる増粘剤
   が入れられていることを特徴とする水性塗料の塗装装置
   。