JPWO2008018616A1 - 水性塗料組成物及び塗装物品 - Google Patents
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Abstract
本発明は、水酸基含有水性樹脂、架橋剤、植物由来フィラーを含有する塗料組成物であって、厚さ40μmの硬化塗膜が0.8〜1.5の範囲のソフトフィール値を有することを特徴とする塗料組成物、塗膜構造及び塗装物品に関するものである。本発明により、しっとりとして且つソフトな質感を有し、植物由来フィラーによる独特な触感が得られる塗料組成物、塗膜構造及び塗装物品が得られる
Description
本発明は、質感及び触感に優れた塗膜を形成できる水性塗料組成物及び塗装物品に関する。
従来、自動車の内装部品、電気製品等の工業製品は、素材を保護することを目的として塗装されている。また、製品の保護に加えてさらに消費者の製品に対する印象を高めるために種々の色に塗装することも行なわれている。近年、様々な工業製品において、その商品力を高めるために、色だけでなく、高級な質感、特に従来とは異なる質感を付与することが求められている。異なる質感としては、例えば、塗膜の表面の艶を調整して新たな質感を発現させることが行なわれている。
例えば、インストルメントパネル等の自動車内装部品には、高級な質感又は触感を発現させるために、艶消し塗装が施されている場合がある。また、家庭電化製品及びインテリア用品等の分野においても、同様に艶消し塗装が施されている場合がある。
艶消し塗装には、通常、艶消し塗料を使用する。艶消し塗料とは、通常の上塗り塗料に、さらにシリカ、珪藻土、アルミナ、炭酸カルシウム等の無機粉末及びアクリル樹脂微粉末等の艶調整剤を添加することによって、塗膜内部で光を散乱させる効果を付与したものである。塗装して得られた塗膜は、艶が抑えられた柔らかな質感となるが、塗膜自体の硬さは通常の艶有り塗料と同様であり、塗膜に触れた際の冷たい感じは変わらないため、すぐれた触感を示すものではない。
日本国特許出願公開2005−139273号明細書には、ソフト感、しっとり感及びさらさら感の性質が両立した、触感が良好な塗膜を形成することができる塗料として、特定の比率でアクリルポリオールを含有する樹脂溶液及びポリイソシアネートを含有する硬化剤溶液を含み、さらにウレタン樹脂ビーズと有機系艶消し剤を含む2液硬化型ウレタン塗料組成物が開示されている。しかし、この塗料では、塗膜を形成する樹脂成分が通常の上塗り塗膜用の樹脂と同様であるため、塗膜自体が硬質であり、柔らかな触感は得られておらず、質感、触感ともに不十分である。
日本国特許出願公開第2004−58044号明細書には、施工時の作業性及び仕上り性に優れ、アクの発生を防止し、さらには触感、芳香性、吸放湿性等の塗膜物性に優れた塗膜が形成可能な塗装方法として、pH7以下のカチオン性水分散性樹脂液を特定量含有するベース塗料と、植物性粉粒体を含有する骨材との2成分からなる塗料を、使用時に混合して塗装する方法が開示されている。しかし、開示される塗料は二成分系であるため、塗装直前に攪拌混合する必要があり、作業性に課題がある。また、本発明は、建築内装材向けの触感、芳香性、吸放湿性等の塗膜物性に優れた塗膜を形成する塗装方法に関するものであるが、この方法では、形成された塗膜の柔らかさが不足し、質感及び触感とも不十分である。
例えば、インストルメントパネル等の自動車内装部品には、高級な質感又は触感を発現させるために、艶消し塗装が施されている場合がある。また、家庭電化製品及びインテリア用品等の分野においても、同様に艶消し塗装が施されている場合がある。
艶消し塗装には、通常、艶消し塗料を使用する。艶消し塗料とは、通常の上塗り塗料に、さらにシリカ、珪藻土、アルミナ、炭酸カルシウム等の無機粉末及びアクリル樹脂微粉末等の艶調整剤を添加することによって、塗膜内部で光を散乱させる効果を付与したものである。塗装して得られた塗膜は、艶が抑えられた柔らかな質感となるが、塗膜自体の硬さは通常の艶有り塗料と同様であり、塗膜に触れた際の冷たい感じは変わらないため、すぐれた触感を示すものではない。
日本国特許出願公開2005−139273号明細書には、ソフト感、しっとり感及びさらさら感の性質が両立した、触感が良好な塗膜を形成することができる塗料として、特定の比率でアクリルポリオールを含有する樹脂溶液及びポリイソシアネートを含有する硬化剤溶液を含み、さらにウレタン樹脂ビーズと有機系艶消し剤を含む2液硬化型ウレタン塗料組成物が開示されている。しかし、この塗料では、塗膜を形成する樹脂成分が通常の上塗り塗膜用の樹脂と同様であるため、塗膜自体が硬質であり、柔らかな触感は得られておらず、質感、触感ともに不十分である。
日本国特許出願公開第2004−58044号明細書には、施工時の作業性及び仕上り性に優れ、アクの発生を防止し、さらには触感、芳香性、吸放湿性等の塗膜物性に優れた塗膜が形成可能な塗装方法として、pH7以下のカチオン性水分散性樹脂液を特定量含有するベース塗料と、植物性粉粒体を含有する骨材との2成分からなる塗料を、使用時に混合して塗装する方法が開示されている。しかし、開示される塗料は二成分系であるため、塗装直前に攪拌混合する必要があり、作業性に課題がある。また、本発明は、建築内装材向けの触感、芳香性、吸放湿性等の塗膜物性に優れた塗膜を形成する塗装方法に関するものであるが、この方法では、形成された塗膜の柔らかさが不足し、質感及び触感とも不十分である。
本発明の目的は、しっとりとして且つソフトな質感を有し、そして植物由来フィラーによる独特な触感が得られる水性塗料組成物及び塗装物品を提供することにある。
本発明は、
[態様1]
水酸基含有水性樹脂、架橋剤及び植物由来フィラーを含有する水性塗料組成物であって、当該塗料組成物を塗装して得られた厚さ40μmの硬化塗膜が、0.8〜1.5の範囲のソフトフィール値を有することを特徴とする水性塗料組成物、
[態様2]
前記植物由来フィラーがコルク粉末である、態様1に記載の水性塗料組成物、
[態様3]
前記水酸基含有水性樹脂が水酸基含有ポリウレタン樹脂であり、そして前記架橋剤がポリイソシアネート化合物である、態様1又は2に記載の水性塗料組成物、
[態様4]
水酸基を有しない水性ポリウレタン樹脂をさらに含む、態様1〜3のいずれかに記載の水性塗料組成物、
[態様5]
着色顔料及び/又は染料をさらに含む、態様1〜4のいずれかに記載の水性塗料組成物、そして
[態様6]
態様1〜5のいずれかに記載の水性塗料組成物を塗装して得られた塗装物品、
に関する。
本発明の水性塗料組成物によれば、水酸基含有水性樹脂、架橋剤及び植物由来フィラーを含有することによって、該水性塗料組成物を所定の膜厚となるように塗装して得られた塗膜のSF値が0.8〜1.5の範囲内となり、しっとりとして且つソフトな質感を有し、植物由来フィラーによる独特な触感が得られる。
本発明は、
[態様1]
水酸基含有水性樹脂、架橋剤及び植物由来フィラーを含有する水性塗料組成物であって、当該塗料組成物を塗装して得られた厚さ40μmの硬化塗膜が、0.8〜1.5の範囲のソフトフィール値を有することを特徴とする水性塗料組成物、
[態様2]
前記植物由来フィラーがコルク粉末である、態様1に記載の水性塗料組成物、
[態様3]
前記水酸基含有水性樹脂が水酸基含有ポリウレタン樹脂であり、そして前記架橋剤がポリイソシアネート化合物である、態様1又は2に記載の水性塗料組成物、
[態様4]
水酸基を有しない水性ポリウレタン樹脂をさらに含む、態様1〜3のいずれかに記載の水性塗料組成物、
[態様5]
着色顔料及び/又は染料をさらに含む、態様1〜4のいずれかに記載の水性塗料組成物、そして
[態様6]
態様1〜5のいずれかに記載の水性塗料組成物を塗装して得られた塗装物品、
に関する。
本発明の水性塗料組成物によれば、水酸基含有水性樹脂、架橋剤及び植物由来フィラーを含有することによって、該水性塗料組成物を所定の膜厚となるように塗装して得られた塗膜のSF値が0.8〜1.5の範囲内となり、しっとりとして且つソフトな質感を有し、植物由来フィラーによる独特な触感が得られる。
以下に、本発明の好ましい形態について詳しく説明するが、本発明はこれらの形態のみに限定されるものではなく、その精神と実施の範囲内において様々な変形が可能であることを理解されたい。
本発明において、水酸基含有水性樹脂としては、通常、分子中に2個以上の水酸基を有する水溶性又は水分散型の樹脂、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂及びこれら樹脂のグラフト体等を挙げることができる。これらの中で、独特の触感を発現させる観点から、特にポリウレタン樹脂が好ましい。
ポリウレタン樹脂とは、例えば、乳化剤の存在下で、ポリオール、イソシアネート基を有する化合物及び鎖伸長剤を反応させて得られる樹脂であり、例えば、プレポリマーを水中で強制乳化又は自己乳化して得られるディスパージョンを挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。
上記ポリウレタン樹脂の数平均分子量Mnは、好ましくは1000〜30000、より好ましくは1500〜10000の範囲にある。上記ポリウレタン樹脂の酸価は、好ましくは10〜80mgKOH/g、より好ましくは15〜40mgKOH/gの範囲にあり、そして水酸基含有量は、好ましくは0.5〜6質量%、より好ましくは1.0〜4質量%の範囲にある。
本明細書中における数平均分子量とは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により、標準ポリスチレンの検量線を用いて測定した値を意味する。酸価は、JIS K5601−2−1記載の方法で測定した値を意味し、そして水酸基含有量は、JIS K0070記載の方法によって計算した値を意味する。
本発明において、架橋剤とは、上記水酸基含有樹脂が有する水酸基と反応し得る官能基を有する物質であり、例えば、ポリイソシアネート化合物及び/又はアミノ樹脂を挙げることができる。
上記ポリイソシアネート化合物としては、例えば、脂肪族ジイソシアネート類、例えば、リジンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート及びトリメチルヘキサンジイソシアネート;環状脂肪族ジイソシアネート類、例えば、水素添加キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチルシクロヘキサン−2,4(又は2,6)−ジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)及び1,3−(イソシアナトメチル)シクロヘキサン;芳香族ジイソシアネート類、例えば、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネ−ト及びジフェニルメタンジイソシアネート;有機ポリイソシアネート、例えば、3価以上のポリイソシアネート、例えば、リジントリイソシアネ−ト、当該有機ポリイソシアネートと、多価アルコール、低分子量ポリエステル樹脂若しくは水等との付加物、又は上記有機ジイソシアネート同志の環化重合体(例えば、イソシアヌレート)、あるいはビウレット型付加物が挙げられる。これらを、単独又は2種以上混合して使用することができる。
また、上記アミノ樹脂としては、例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂及びベンゾグアナミン樹脂を挙げることができ、特にメラミン樹脂が好適である。メラミン樹脂としては、メチル、エチル、n−ブチル、イソブチル等のアルキル基でエーテル化されたアルキルエーテル化メラミン樹脂を使用することができる。メラミン樹脂は、メチロール基、イミノ基を有していてもよく、疎水性及び親水性のどちらのものも使用することができる。
本発明の塗料組成物における上記架橋剤の含有量は、塗膜物性の観点から、架橋剤が有する官能基の上記水酸基含有樹脂が有する水酸基に対する当量比が、0.5:1.0〜3.5:1.0の範囲にあることが好ましい。
本発明の塗料組成物には、上記水酸基含有樹脂及び架橋剤に加えて、さらに後述するソフトフィール値を高める目的で、水酸基を有しない水性ポリウレタン樹脂を添加することができる。
上記水酸基を有しない水性ポリウレタン樹脂としては、例えば、ポリウレタン骨格の主鎖中に、水に安定に分散させるために必要な親水成分を導入するか、又は外部乳化剤で分散することにより得られるポリウレタンの水分散体を挙げることができる。
本発明における上記水酸基を有しない水性ポリウレタン樹脂の添加量は、塗料組成物中のビヒクル形成樹脂の全固形分100質量部に基づいて、20〜80質量部の範囲にあることが好ましく、そして40〜60質量部の範囲にあることがより好ましい。
本発明の植物由来フィラーとは、各種樹木の樹皮、草本の茎部又は根部、あるいは葉部又は穀物等を乾燥又は粉砕して得られた粉粒体を意味する。上記植物由来フィラーの具体例として、竹粉、木粉、籾殻粉、椰子殻粉、樹皮粉、コーヒー豆、茶葉、パルプ粉、ケナフ粉、紙粉、麻粉、綿粉、トウモロコシの芯の粉砕物、落花生の殻の粉砕物等、おから、ふすまのかす、大豆かす、醤油かす、及びビールかす類の乾燥物を挙げることができる。これらの植物由来フィラーを、単独又は2種以上を混合して用いることもできる。本発明では、上記植物由来フィラーの中で、塗装して得られた塗膜の触感の観点から、コルク樫の樹皮を乾燥させて得られたコルク粉末が好適である。当該コルク粉末は、コルク樫樹皮から、コルク栓、床材、断熱材等を生成した際に生じた副生成物であり、環境負荷が低い利点を有する。
上記植物由来フィラーの形状及び粒径は特に限定されないが、塗装して得られる塗膜の表面状態の観点から、100μm以下の粒径が好ましい。具体的には、100メッシュの金網(約149μm)で分級したフィラーを使用することができる。
上記植物由来フィラーは、乾燥及び粉砕したものをそのまま使用することができるが、乾燥前に漂白処理したものを使用することもできる。漂白処理とは、例えば、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、過酸化水素水溶液等による処理を意味する。また、植物由来フィラーを漂白処理した上で、さらに染色処理することができる。当該染色処理には、工業的に用いられる合成染料のみならず、天然染料も使用することができる。天然染料としては、例えば、植物の葉、茎、樹皮、根、花及び実の粉末及びそれらから抽出した液体又は粉末からなる草木染料、鉱石又は岩石類を微細粉末化して生成させた鉱石染料、並びに泥等を微細粉末化して生成させた泥染料を挙げることができる。
上記植物由来フィラーの含有量は、塗膜形成後の硬化性及び得られた塗膜の物性の観点から、上記水酸基含有水性樹脂組成物の樹脂固形分100質量部に基づいて、5〜300質量部の範囲にあり、10〜60質量部の範囲にあることが好ましく、そして15〜40質量部の範囲にあることがより好ましい。
本発明の塗料組成物は、さらに着色材を含有することができる。着色材として、着色顔料及び/又は染料を使用することができる。着色顔料としては、インク用又は塗料用として従来公知の顔料を単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。当該着色顔料の具体例としては、例えば、金属酸化物顔料、例えば、酸化チタン及び酸化鉄、複合酸化金属顔料、例えば、チタンイエロー、カーボンブラック、アゾ系顔料、キナクリドン系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料、金属キレートアゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、インダンスロン系顔料、ジオキサン系顔料及びインジゴ系顔料を挙げることができる。また、公知の表面処理、例えば、酸処理及び/又は塩基処理、カップリング剤処理、プラズマ処理、あるいは酸化及び/又は還元処理を施した着色顔料を使用することができる。
上記着色顔料を使用する場合、その配合量は、得られる塗膜の着色力や仕上がり外観の観点から、塗料組成物中の水酸基含有水性樹脂組成物の樹脂固形分100質量部に基づいて、50質量部以下であることが好ましく、0.1〜20質量部の範囲にあることが特に好ましい。
また、着色材として、塗料用又はインク用として一般的な染料を、1種又は2種以上組み合わせて使用してもよい。当該染料の具体例としては、例えば、合成染料、例えば、アゾ系染料、アントラキノン系染料、銅フタロシアニン系染料及び金属錯塩系染料並びに上述の天然染料を挙げることができる。
上記染料を含有させる場合、その添加量は、得られる塗膜の色相及び透明感の観点から、塗料組成物中の水酸基含有水性樹脂組成物の樹脂固形分100質量部に基づいて、0.01〜10質量部の範囲にあることが好ましく、0.01〜5質量部の範囲にあることが特に好ましい。また、上記着色顔料及び染料を併用する場合、これらの総添加量は、塗料組成物中の水酸基含有水性樹脂組成物の樹脂固形分100質量部に基づいて、20質量部以下であることが好ましい。
本発明の水性塗料組成物には、塗料貯蔵中の微生物発生による品質低下を抑制することを目的として、防腐剤及び/又は抗菌剤を添加することができる。また、防腐剤及び/又は抗菌剤を添加することによって、塗装して得られた塗膜に抗菌性を付与する効果も得られる。上記防腐剤及び抗菌剤としては、有機系防腐剤、例えば、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン(BIT)、2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン(MIT)、5−クロロ−2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン(CL−MIT)、2−ヒドロキシメチルアミノエタノール及び2−ブロモ−2−ニトロ−1,3−プロパンジオール、銀系の抗菌剤、並びに無機系の抗菌剤、例えば、ゼオライトを挙げることができる。さらに柿渋等の天然物由来の抗菌剤を使用することもできる。
本発明の塗料組成物中の上記防腐剤及び/又は抗菌剤の含有量は、塗料組成物中の水酸基含有水性樹脂組成物の樹脂固形分100質量部に対して、一般的には0.01〜10質量部の範囲にあることが好ましく、0.01〜5質量部の範囲にあることが特に好ましい。
さらに、本発明の塗料組成物には、所望により、各種添加剤、例えば、水及び有機溶剤等の溶媒、レオロジーコントロール剤、顔料分散剤、沈降防止剤、硬化触媒、消泡剤、表面調整剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、体質顔料、艶調整剤等を添加することができる。
本発明の塗料組成物を、上述の成分を混合し、水に分散させることによって調製することができる。通常、塗装の際には、上記塗料組成物の固形分含有率を、塗料組成物に基づいて、15〜50質量%の範囲に調整することが好ましく、20〜40質量%の範囲に調整することがより好ましい。
本発明の塗料組成物を調製する場合において、例えば、上記植物由来フィラーを予め少量の樹脂及び/又は顔料分散剤、並びに水と混合して分散体を調製した後に、当該分散体を他の成分と順次混合して塗料組成物を調製することができる。植物由来フィラーを、樹脂及び/又は顔料分散体、並びに溶媒と予め分散させることにより、当該植物由来フィラーの表面を容易に濡らすことができるため、製造コストの面から好ましい。さらに、粘度の経時変化が比較的少ない塗料組成物を調製することができる。
ここで、本発明の塗料組成物の調製方法の一例を説明する。100質量部の上記植物由来フィラーを、固形分として150質量部のポリウレタン樹脂と混合し、水を加えて全体の固形分濃度を40質量%に調整し、次いで自転と公転を同時に行なうことができる攪拌脱泡装置を用いて攪拌及び分散させて調製することができる。本発明の塗料組成物において、上記樹脂の固形分質量の、植物由来フィラーの質量に対する比率を、約1.0〜約1.5にすることが好ましく、そして上記塗料組成物の固形分濃度を、25〜60質量%になるように調整することが好ましい。
本発明の塗料組成物は、厚さ40μmの硬化塗膜のソフトフィール値が0.8〜1.5の範囲にある。ソフトフィール値は、塗膜を指先で撫でるように触った際に柔らかく感じる質感を定量化できる数値である。具体的には、当該ソフトフィール値は、各種測定値から以下の式によって計算により得られた値を意味する。
SF value=0.13[2.34(log(MIU+MMD)−2.73)+0.03[−0.91log(Ra×MMD)−1.55]+0.11[−6.36logq max−3.55]+0.68[−1.11logHU+1.61]
ここで、SF valueは、ソフトフィール値の略語であり、そしてMIU、MMD、Ra、q max及びHUは、それぞれ、摩擦係数、摩擦係数平均偏差、算術平均粗さ、表面示差熱、及びユニバーサル硬度を意味する。
摩擦係数MIU及び摩擦係数平均偏差MMDは、摩擦感テスターKES−SE(商品名、カトーテック社製)を用いて測定した表面摩擦抵抗値から得られる値である。表面示差熱q maxは、精密迅速熱物性測定装置KES−F7(商品名、カトーテック社製)により測定した値である。算術平均粗さRaは、表面粗度計SURFCOM101(商品名、東京精密機器社製)により測定した値である。また、ユニバーサル硬度HUは、硬度計FISHCHER H100(商品名、フィッシャー・インストルメンツ社製)により測定した値である。
上記ソフトフィール値の測定法については、“安田一美ら、塗料におけるテクスチャーの定量的評価、塗装工学 Vol.36,No.2,p.40(2001)”に開示されている。
本発明はまた、基材に上記塗料組成物を塗装して得られた塗装物品に関する。
本発明の塗装物品における基材には、金属物質、例えば、鉄、亜鉛、アルミニウム及びマグネシウム及びこれらを含む合金、並びに非金属物質、例えば、ガラス、プラスチック及び発泡体が含まれうる。上記基材には、所望により、脱脂処理及び/又は表面処理を施すことができる。
また、上記金属又は非金属物質上に、上記金属物質をメッキ又は蒸着させるか、あるいは下塗り塗膜及び/又は中塗り塗膜を形成させたものを基材として用いることができる。上記金属又は非金属物質上に、下塗り塗膜及び/又は中塗り塗膜を形成させた基材が特に好ましい。
上記下塗り塗膜は、素材表面を隠蔽し、素材に防食性及び防錆性等を付与するために形成されるものであり、当該塗膜は、下塗り塗料を塗装し、乾燥、硬化させることによって得ることができる。この下塗り塗料種としては特に限定されるものではなく、例えば、電着塗料、プライマー等を挙げることができる。
また、上記中塗り塗膜は、素材表面や下塗り塗膜を隠蔽し、付着性、耐チッピング性等を付与するために形成されるものであり、当該塗膜は、下塗り塗膜上に、中塗り塗料を塗装し、乾燥、硬化させることによって得ることができる。中塗り塗料種は、特に限定されるものではなく、公知のものを使用でき、例えば、熱硬化性樹脂組成物及び顔料を必須成分とする有機溶剤系又は水系の中塗り塗料を好適に使用することができる。
上記金属又は非金属物質上に、下塗り塗膜及び/又は中塗り塗膜を形成させた基材を用いる場合には、当該下塗り塗膜及び/又は中塗り塗膜を加熱し、架橋硬化させた後に上記塗料組成物を塗装することができる。あるいは、未硬化の下塗り塗膜及び/又は中塗り塗膜上に、上記塗料組成物を塗装することもできる。
本発明の塗料組成物を、例えば、エアスプレー、エアレススプレー、ロールコーター、ローラーブラシ、刷毛等の塗装方法を用いて塗装又は浸漬塗装することができる。膜厚は、乾燥膜厚として、20〜80μmの範囲とすることが好ましく、30〜80μmの範囲とすることがさらに好ましい。得られたウェット塗膜を、常温で乾燥させることができるが、60℃〜80℃程度で20〜60分間加熱することにより、触感にすぐれた塗膜を形成させることができる。
次に、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
本発明において、水酸基含有水性樹脂としては、通常、分子中に2個以上の水酸基を有する水溶性又は水分散型の樹脂、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂及びこれら樹脂のグラフト体等を挙げることができる。これらの中で、独特の触感を発現させる観点から、特にポリウレタン樹脂が好ましい。
ポリウレタン樹脂とは、例えば、乳化剤の存在下で、ポリオール、イソシアネート基を有する化合物及び鎖伸長剤を反応させて得られる樹脂であり、例えば、プレポリマーを水中で強制乳化又は自己乳化して得られるディスパージョンを挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。
上記ポリウレタン樹脂の数平均分子量Mnは、好ましくは1000〜30000、より好ましくは1500〜10000の範囲にある。上記ポリウレタン樹脂の酸価は、好ましくは10〜80mgKOH/g、より好ましくは15〜40mgKOH/gの範囲にあり、そして水酸基含有量は、好ましくは0.5〜6質量%、より好ましくは1.0〜4質量%の範囲にある。
本明細書中における数平均分子量とは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により、標準ポリスチレンの検量線を用いて測定した値を意味する。酸価は、JIS K5601−2−1記載の方法で測定した値を意味し、そして水酸基含有量は、JIS K0070記載の方法によって計算した値を意味する。
本発明において、架橋剤とは、上記水酸基含有樹脂が有する水酸基と反応し得る官能基を有する物質であり、例えば、ポリイソシアネート化合物及び/又はアミノ樹脂を挙げることができる。
上記ポリイソシアネート化合物としては、例えば、脂肪族ジイソシアネート類、例えば、リジンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート及びトリメチルヘキサンジイソシアネート;環状脂肪族ジイソシアネート類、例えば、水素添加キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチルシクロヘキサン−2,4(又は2,6)−ジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)及び1,3−(イソシアナトメチル)シクロヘキサン;芳香族ジイソシアネート類、例えば、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネ−ト及びジフェニルメタンジイソシアネート;有機ポリイソシアネート、例えば、3価以上のポリイソシアネート、例えば、リジントリイソシアネ−ト、当該有機ポリイソシアネートと、多価アルコール、低分子量ポリエステル樹脂若しくは水等との付加物、又は上記有機ジイソシアネート同志の環化重合体(例えば、イソシアヌレート)、あるいはビウレット型付加物が挙げられる。これらを、単独又は2種以上混合して使用することができる。
また、上記アミノ樹脂としては、例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂及びベンゾグアナミン樹脂を挙げることができ、特にメラミン樹脂が好適である。メラミン樹脂としては、メチル、エチル、n−ブチル、イソブチル等のアルキル基でエーテル化されたアルキルエーテル化メラミン樹脂を使用することができる。メラミン樹脂は、メチロール基、イミノ基を有していてもよく、疎水性及び親水性のどちらのものも使用することができる。
本発明の塗料組成物における上記架橋剤の含有量は、塗膜物性の観点から、架橋剤が有する官能基の上記水酸基含有樹脂が有する水酸基に対する当量比が、0.5:1.0〜3.5:1.0の範囲にあることが好ましい。
本発明の塗料組成物には、上記水酸基含有樹脂及び架橋剤に加えて、さらに後述するソフトフィール値を高める目的で、水酸基を有しない水性ポリウレタン樹脂を添加することができる。
上記水酸基を有しない水性ポリウレタン樹脂としては、例えば、ポリウレタン骨格の主鎖中に、水に安定に分散させるために必要な親水成分を導入するか、又は外部乳化剤で分散することにより得られるポリウレタンの水分散体を挙げることができる。
本発明における上記水酸基を有しない水性ポリウレタン樹脂の添加量は、塗料組成物中のビヒクル形成樹脂の全固形分100質量部に基づいて、20〜80質量部の範囲にあることが好ましく、そして40〜60質量部の範囲にあることがより好ましい。
本発明の植物由来フィラーとは、各種樹木の樹皮、草本の茎部又は根部、あるいは葉部又は穀物等を乾燥又は粉砕して得られた粉粒体を意味する。上記植物由来フィラーの具体例として、竹粉、木粉、籾殻粉、椰子殻粉、樹皮粉、コーヒー豆、茶葉、パルプ粉、ケナフ粉、紙粉、麻粉、綿粉、トウモロコシの芯の粉砕物、落花生の殻の粉砕物等、おから、ふすまのかす、大豆かす、醤油かす、及びビールかす類の乾燥物を挙げることができる。これらの植物由来フィラーを、単独又は2種以上を混合して用いることもできる。本発明では、上記植物由来フィラーの中で、塗装して得られた塗膜の触感の観点から、コルク樫の樹皮を乾燥させて得られたコルク粉末が好適である。当該コルク粉末は、コルク樫樹皮から、コルク栓、床材、断熱材等を生成した際に生じた副生成物であり、環境負荷が低い利点を有する。
上記植物由来フィラーの形状及び粒径は特に限定されないが、塗装して得られる塗膜の表面状態の観点から、100μm以下の粒径が好ましい。具体的には、100メッシュの金網(約149μm)で分級したフィラーを使用することができる。
上記植物由来フィラーは、乾燥及び粉砕したものをそのまま使用することができるが、乾燥前に漂白処理したものを使用することもできる。漂白処理とは、例えば、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、過酸化水素水溶液等による処理を意味する。また、植物由来フィラーを漂白処理した上で、さらに染色処理することができる。当該染色処理には、工業的に用いられる合成染料のみならず、天然染料も使用することができる。天然染料としては、例えば、植物の葉、茎、樹皮、根、花及び実の粉末及びそれらから抽出した液体又は粉末からなる草木染料、鉱石又は岩石類を微細粉末化して生成させた鉱石染料、並びに泥等を微細粉末化して生成させた泥染料を挙げることができる。
上記植物由来フィラーの含有量は、塗膜形成後の硬化性及び得られた塗膜の物性の観点から、上記水酸基含有水性樹脂組成物の樹脂固形分100質量部に基づいて、5〜300質量部の範囲にあり、10〜60質量部の範囲にあることが好ましく、そして15〜40質量部の範囲にあることがより好ましい。
本発明の塗料組成物は、さらに着色材を含有することができる。着色材として、着色顔料及び/又は染料を使用することができる。着色顔料としては、インク用又は塗料用として従来公知の顔料を単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。当該着色顔料の具体例としては、例えば、金属酸化物顔料、例えば、酸化チタン及び酸化鉄、複合酸化金属顔料、例えば、チタンイエロー、カーボンブラック、アゾ系顔料、キナクリドン系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料、金属キレートアゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、インダンスロン系顔料、ジオキサン系顔料及びインジゴ系顔料を挙げることができる。また、公知の表面処理、例えば、酸処理及び/又は塩基処理、カップリング剤処理、プラズマ処理、あるいは酸化及び/又は還元処理を施した着色顔料を使用することができる。
上記着色顔料を使用する場合、その配合量は、得られる塗膜の着色力や仕上がり外観の観点から、塗料組成物中の水酸基含有水性樹脂組成物の樹脂固形分100質量部に基づいて、50質量部以下であることが好ましく、0.1〜20質量部の範囲にあることが特に好ましい。
また、着色材として、塗料用又はインク用として一般的な染料を、1種又は2種以上組み合わせて使用してもよい。当該染料の具体例としては、例えば、合成染料、例えば、アゾ系染料、アントラキノン系染料、銅フタロシアニン系染料及び金属錯塩系染料並びに上述の天然染料を挙げることができる。
上記染料を含有させる場合、その添加量は、得られる塗膜の色相及び透明感の観点から、塗料組成物中の水酸基含有水性樹脂組成物の樹脂固形分100質量部に基づいて、0.01〜10質量部の範囲にあることが好ましく、0.01〜5質量部の範囲にあることが特に好ましい。また、上記着色顔料及び染料を併用する場合、これらの総添加量は、塗料組成物中の水酸基含有水性樹脂組成物の樹脂固形分100質量部に基づいて、20質量部以下であることが好ましい。
本発明の水性塗料組成物には、塗料貯蔵中の微生物発生による品質低下を抑制することを目的として、防腐剤及び/又は抗菌剤を添加することができる。また、防腐剤及び/又は抗菌剤を添加することによって、塗装して得られた塗膜に抗菌性を付与する効果も得られる。上記防腐剤及び抗菌剤としては、有機系防腐剤、例えば、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン(BIT)、2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン(MIT)、5−クロロ−2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン(CL−MIT)、2−ヒドロキシメチルアミノエタノール及び2−ブロモ−2−ニトロ−1,3−プロパンジオール、銀系の抗菌剤、並びに無機系の抗菌剤、例えば、ゼオライトを挙げることができる。さらに柿渋等の天然物由来の抗菌剤を使用することもできる。
本発明の塗料組成物中の上記防腐剤及び/又は抗菌剤の含有量は、塗料組成物中の水酸基含有水性樹脂組成物の樹脂固形分100質量部に対して、一般的には0.01〜10質量部の範囲にあることが好ましく、0.01〜5質量部の範囲にあることが特に好ましい。
さらに、本発明の塗料組成物には、所望により、各種添加剤、例えば、水及び有機溶剤等の溶媒、レオロジーコントロール剤、顔料分散剤、沈降防止剤、硬化触媒、消泡剤、表面調整剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、体質顔料、艶調整剤等を添加することができる。
本発明の塗料組成物を、上述の成分を混合し、水に分散させることによって調製することができる。通常、塗装の際には、上記塗料組成物の固形分含有率を、塗料組成物に基づいて、15〜50質量%の範囲に調整することが好ましく、20〜40質量%の範囲に調整することがより好ましい。
本発明の塗料組成物を調製する場合において、例えば、上記植物由来フィラーを予め少量の樹脂及び/又は顔料分散剤、並びに水と混合して分散体を調製した後に、当該分散体を他の成分と順次混合して塗料組成物を調製することができる。植物由来フィラーを、樹脂及び/又は顔料分散体、並びに溶媒と予め分散させることにより、当該植物由来フィラーの表面を容易に濡らすことができるため、製造コストの面から好ましい。さらに、粘度の経時変化が比較的少ない塗料組成物を調製することができる。
ここで、本発明の塗料組成物の調製方法の一例を説明する。100質量部の上記植物由来フィラーを、固形分として150質量部のポリウレタン樹脂と混合し、水を加えて全体の固形分濃度を40質量%に調整し、次いで自転と公転を同時に行なうことができる攪拌脱泡装置を用いて攪拌及び分散させて調製することができる。本発明の塗料組成物において、上記樹脂の固形分質量の、植物由来フィラーの質量に対する比率を、約1.0〜約1.5にすることが好ましく、そして上記塗料組成物の固形分濃度を、25〜60質量%になるように調整することが好ましい。
本発明の塗料組成物は、厚さ40μmの硬化塗膜のソフトフィール値が0.8〜1.5の範囲にある。ソフトフィール値は、塗膜を指先で撫でるように触った際に柔らかく感じる質感を定量化できる数値である。具体的には、当該ソフトフィール値は、各種測定値から以下の式によって計算により得られた値を意味する。
SF value=0.13[2.34(log(MIU+MMD)−2.73)+0.03[−0.91log(Ra×MMD)−1.55]+0.11[−6.36logq max−3.55]+0.68[−1.11logHU+1.61]
ここで、SF valueは、ソフトフィール値の略語であり、そしてMIU、MMD、Ra、q max及びHUは、それぞれ、摩擦係数、摩擦係数平均偏差、算術平均粗さ、表面示差熱、及びユニバーサル硬度を意味する。
摩擦係数MIU及び摩擦係数平均偏差MMDは、摩擦感テスターKES−SE(商品名、カトーテック社製)を用いて測定した表面摩擦抵抗値から得られる値である。表面示差熱q maxは、精密迅速熱物性測定装置KES−F7(商品名、カトーテック社製)により測定した値である。算術平均粗さRaは、表面粗度計SURFCOM101(商品名、東京精密機器社製)により測定した値である。また、ユニバーサル硬度HUは、硬度計FISHCHER H100(商品名、フィッシャー・インストルメンツ社製)により測定した値である。
上記ソフトフィール値の測定法については、“安田一美ら、塗料におけるテクスチャーの定量的評価、塗装工学 Vol.36,No.2,p.40(2001)”に開示されている。
本発明はまた、基材に上記塗料組成物を塗装して得られた塗装物品に関する。
本発明の塗装物品における基材には、金属物質、例えば、鉄、亜鉛、アルミニウム及びマグネシウム及びこれらを含む合金、並びに非金属物質、例えば、ガラス、プラスチック及び発泡体が含まれうる。上記基材には、所望により、脱脂処理及び/又は表面処理を施すことができる。
また、上記金属又は非金属物質上に、上記金属物質をメッキ又は蒸着させるか、あるいは下塗り塗膜及び/又は中塗り塗膜を形成させたものを基材として用いることができる。上記金属又は非金属物質上に、下塗り塗膜及び/又は中塗り塗膜を形成させた基材が特に好ましい。
上記下塗り塗膜は、素材表面を隠蔽し、素材に防食性及び防錆性等を付与するために形成されるものであり、当該塗膜は、下塗り塗料を塗装し、乾燥、硬化させることによって得ることができる。この下塗り塗料種としては特に限定されるものではなく、例えば、電着塗料、プライマー等を挙げることができる。
また、上記中塗り塗膜は、素材表面や下塗り塗膜を隠蔽し、付着性、耐チッピング性等を付与するために形成されるものであり、当該塗膜は、下塗り塗膜上に、中塗り塗料を塗装し、乾燥、硬化させることによって得ることができる。中塗り塗料種は、特に限定されるものではなく、公知のものを使用でき、例えば、熱硬化性樹脂組成物及び顔料を必須成分とする有機溶剤系又は水系の中塗り塗料を好適に使用することができる。
上記金属又は非金属物質上に、下塗り塗膜及び/又は中塗り塗膜を形成させた基材を用いる場合には、当該下塗り塗膜及び/又は中塗り塗膜を加熱し、架橋硬化させた後に上記塗料組成物を塗装することができる。あるいは、未硬化の下塗り塗膜及び/又は中塗り塗膜上に、上記塗料組成物を塗装することもできる。
本発明の塗料組成物を、例えば、エアスプレー、エアレススプレー、ロールコーター、ローラーブラシ、刷毛等の塗装方法を用いて塗装又は浸漬塗装することができる。膜厚は、乾燥膜厚として、20〜80μmの範囲とすることが好ましく、30〜80μmの範囲とすることがさらに好ましい。得られたウェット塗膜を、常温で乾燥させることができるが、60℃〜80℃程度で20〜60分間加熱することにより、触感にすぐれた塗膜を形成させることができる。
次に、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
1.顔料分散体の調製
表1に示す配合にて、水性ポリウレタン樹脂A、脱イオン水及び着色顔料を、450mlの容積のマヨネーズビンに投入し、攪拌しながら混合した後、ほぼ同体積の1.5mm径のガラスビーズを投入し、密栓後、ペイントコンディショナーにて1時間分散させた。当該分散物を金網で濾過してガラスビーズを除去し、顔料分散体を得た。
2.塗料組成物の調製
実施例1〜3、及び比較例1〜3については、表2に示す分散用配合で、水酸基含有水性樹脂B、水及びコルク粉を、脱泡攪拌装置用の容器に配合し、当該配合物を、同時に混合及び脱泡した。さらに表2に示す調合用配合で、樹脂、脱イオン水等を添加し、攪拌しながら混合して調製した。比較例4については、表2に示す調合用配合で外装用水性反応硬化形微弾性下地調整材、コルク粉及び水を攪拌しながら混合した。
3.試験板の作成
実施例1〜3並びに比較例1〜4について、各々2枚の試験板を、下記のように作成した。
実施例1〜3、及び比較例1〜3については、上記2.で調製した塗料組成物を、事前に溶剤を用いて脱脂したABS樹脂製パネル(150mm×50mm)に、膜厚が40μmになるように、スプレーガンを用いて塗装した。塗装後、室温にて10分間放置し、その後温風乾燥炉により80℃で30分間加熱し、塗膜を硬化させて試験板を作成した。比較例4については、上記ABS樹脂製パネル(150mm×50mm)に、ドクターブレード(6mil)で塗装し、室温で乾燥させた。
4.評価試験
1)ソフトフィール値(SF値):上記3.で作成した試験板の質感を評価するため、当該試験板の上記ソフトフィール値を、前述の計算式に従って計測した。結果を表3に示す。
2)しっとり感:3で作成した試験板の触感を評価するため、指で触れた際のしっとり感を、下記判断基準に従って評価した。結果を表3に示す。
○:硬化塗膜を手で触れた際に、弾力がある。
△:硬化塗膜を手で触れた際に、やや弾力がある。
×:硬化塗膜を手で触れた際に、ほとんど弾力がない。
3)付着性:カッターを用いて、塗膜表面に、2mm×2mmのサイズの碁盤目状にクロスカットし、計100個の碁盤目を作った。その後、塗膜表面にセロハンテープTMを付着させ、当該テープを塗膜表面に対して45度の角度の方向に引っ張って剥がし、当該テープを剥がした後の碁盤目の状態を、下記判断基準に従って評価した。結果を表3に示す。
○:100個の碁盤目のうち、100個が残存している。
△:100個の碁盤目のうち、99〜95個が残存している。
×:100個の碁盤目のうち、94個以下しか残存していない。
4)耐水性:3で作成した試験板のうちの各1枚を40℃の温水に10日間浸漬し、引き上げた後、1時間、20℃の実験室に放置し、その後、上記3)と同様の付着性試験を行ない、碁盤目の状態を、下記判断基準に従って評価した。結果を表3に示す。
○:100個の碁盤目のうち、100個が残存している。
△:100個の碁盤目のうち、99〜95個が残存している。
×:100個の碁盤目のうち、94個以下しか残存していない。
表1に示す配合にて、水性ポリウレタン樹脂A、脱イオン水及び着色顔料を、450mlの容積のマヨネーズビンに投入し、攪拌しながら混合した後、ほぼ同体積の1.5mm径のガラスビーズを投入し、密栓後、ペイントコンディショナーにて1時間分散させた。当該分散物を金網で濾過してガラスビーズを除去し、顔料分散体を得た。
実施例1〜3、及び比較例1〜3については、表2に示す分散用配合で、水酸基含有水性樹脂B、水及びコルク粉を、脱泡攪拌装置用の容器に配合し、当該配合物を、同時に混合及び脱泡した。さらに表2に示す調合用配合で、樹脂、脱イオン水等を添加し、攪拌しながら混合して調製した。比較例4については、表2に示す調合用配合で外装用水性反応硬化形微弾性下地調整材、コルク粉及び水を攪拌しながら混合した。
実施例1〜3並びに比較例1〜4について、各々2枚の試験板を、下記のように作成した。
実施例1〜3、及び比較例1〜3については、上記2.で調製した塗料組成物を、事前に溶剤を用いて脱脂したABS樹脂製パネル(150mm×50mm)に、膜厚が40μmになるように、スプレーガンを用いて塗装した。塗装後、室温にて10分間放置し、その後温風乾燥炉により80℃で30分間加熱し、塗膜を硬化させて試験板を作成した。比較例4については、上記ABS樹脂製パネル(150mm×50mm)に、ドクターブレード(6mil)で塗装し、室温で乾燥させた。
4.評価試験
1)ソフトフィール値(SF値):上記3.で作成した試験板の質感を評価するため、当該試験板の上記ソフトフィール値を、前述の計算式に従って計測した。結果を表3に示す。
2)しっとり感:3で作成した試験板の触感を評価するため、指で触れた際のしっとり感を、下記判断基準に従って評価した。結果を表3に示す。
○:硬化塗膜を手で触れた際に、弾力がある。
△:硬化塗膜を手で触れた際に、やや弾力がある。
×:硬化塗膜を手で触れた際に、ほとんど弾力がない。
3)付着性:カッターを用いて、塗膜表面に、2mm×2mmのサイズの碁盤目状にクロスカットし、計100個の碁盤目を作った。その後、塗膜表面にセロハンテープTMを付着させ、当該テープを塗膜表面に対して45度の角度の方向に引っ張って剥がし、当該テープを剥がした後の碁盤目の状態を、下記判断基準に従って評価した。結果を表3に示す。
○:100個の碁盤目のうち、100個が残存している。
△:100個の碁盤目のうち、99〜95個が残存している。
×:100個の碁盤目のうち、94個以下しか残存していない。
4)耐水性:3で作成した試験板のうちの各1枚を40℃の温水に10日間浸漬し、引き上げた後、1時間、20℃の実験室に放置し、その後、上記3)と同様の付着性試験を行ない、碁盤目の状態を、下記判断基準に従って評価した。結果を表3に示す。
○:100個の碁盤目のうち、100個が残存している。
△:100個の碁盤目のうち、99〜95個が残存している。
×:100個の碁盤目のうち、94個以下しか残存していない。
本発明は、各種工業製品、特に自動車車体の内装部品及び家電製品に適用可能な塗料組成物を提供することができるので、産業上有用である。
Claims (6)
- 水酸基含有水性樹脂、架橋剤及び植物由来フィラーを含有する水性塗料組成物であって、当該塗料組成物を塗装して得られた厚さ40μmの硬化塗膜が、0.8〜1.5の範囲のソフトフィール値を有することを特徴とする水性塗料組成物。
- 前記植物由来フィラーがコルク粉末である、請求項1に記載の水性塗料組成物。
- 前記水酸基含有水性樹脂が水酸基含有ポリウレタン樹脂であり、そして前記架橋剤がポリイソシアネート化合物である、請求項1又は2に記載の水性塗料組成物。
- 水酸基を有しない水性ポリウレタン樹脂をさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載の水性塗料組成物。
- 着色顔料及び/又は染料をさらに含む、請求項1〜4のいずれかに記載の水性塗料組成物。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の水性塗料組成物を塗装して得られた塗装物品。
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