JPWO2008050778A1 - プラスチック成形品の塗装方法 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、塗装工程での省エネルギー化が強く要望されており、上記塗装方法においても、焼付け温度が100℃以下である低温硬化を可能にする方法が試みられている。しかしながら、このような低温での焼付けでは、水性プライマーや水性ベース塗料から形成された塗膜内に水分が残存しやすく、また、硬化性が不十分なために、ベース塗膜内での凝集ハガレが生じるという問題があった。このような問題を解消するために、例えば、特開2005−42001号公報には、クリヤ塗料中の架橋剤として特定のポリイソシアネートを組合せて用いることにより低温焼付けにおける乾燥性や硬化性を改善することが開示されている。
しかしながら、上記特開2005−42001号公報に記載の方法では、2コート1ベーク方式での乾燥性や硬化性は改善されるが、水性プライマー、水性ベース塗料及びクリヤ塗料の3層塗膜を3コート1ベーク方式により塗装する方法において同様のクリヤ塗料を適用しても、低温焼付け時に十分な乾燥性や硬化性が得られない場合がある。
本発明によれば、上記の目的は、プラスチック成形品に水性プライマー(I)を塗装した後、その塗面上に水性ベースコート塗料(II)を塗装し、さらにその未硬化の塗面上にクリヤコート塗料(III)を塗装し、形成される3層の塗膜を同時に焼付け硬化させることからなる塗装方法であって、
水性プライマー(I)が、水性ポリオレフィン系樹脂(A)及び水性アクリル系樹脂(B)を、両樹脂の合計固形分量を基準にして、樹脂(A)が10〜90重量%及び樹脂(B)が90〜10重量%となるような割合で含有するものであり、
水性ベースコート塗料(II)が、水性ポリウレタン樹脂(C)、水酸基を含有する水性アクリル樹脂及び/又は水性ポリエステル樹脂(D)ならびにメラミン樹脂(E)を、これら3つの樹脂の合計固形分量を基準にして、樹脂(C)が1〜50重量%、樹脂(D)が10〜96重量%及び樹脂(E)が3〜40重量%となるような割合で含有するものであって、該メラミン樹脂(E)が、ブチル/メチル混合エーテル化メラミン樹脂であり且つ1500〜3000の範囲内の重量平均分子量を有し、さらに
クリヤコート塗料(III)が、水酸基含有樹脂(F)及びイソシアネート架橋剤(G)を含有するものであって、該イソシアネート架橋剤(G)が、ウレトジオン構造を有するポリイソシアネート化合物とジイソシアネートの3量体以上の化合物とを固形分重量比で10/90〜50/50の範囲内で含むものである
ことを特徴とするプラスチック成形品の塗装方法により達成することができる。
本発明の塗装方法によれば、水性プライマー、水性ベース塗料及びクリヤ塗料の3層塗膜を3コート1ベーク方式により塗装する方法において、低温焼付けであっても十分な乾燥性、硬化性が得られ、プラスチック成形品への付着性や耐水性、耐久性、さらにはリコート付着性などに優れた複層塗膜をプラスチック成形品面上に形成することができる。
以下、本発明の塗装方法についてさらに詳細に説明する。
被塗物:
本発明の方法において塗装の対象となるプラスチック成形品としては、例えば、バンパー、スポイラー、グリル、フェンダーなどの自動車外板部;家庭電化製品の外板部などに使用されているプラスチック成形品などが挙げられ、その材質としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン、ヘキセンなどの炭素数2〜10のオレフィン類の1種もしくは2種以上を(共)重合せしめてなるポリオレフィンが特に好適であるが、それ以外に、ポリカーボネート、ABS樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミドなどの材質のプラスチック成形品にも本発明の方法を適用することができる。
これらのプラスチック成形品には、必要に応じて、塗装に先立ち、それ自体既知の方法に従い、脱脂処理、水洗処理などの前処理を適宜行なっておくことができる。
本発明は、上記プラスチック成形品に水性プライマー(I)を塗装した後、その塗面上に水性ベースコート塗料(II)を塗装し、さらにその未硬化の塗面上にクリヤコート塗料(II)を塗装して、3層の塗膜を同時に焼付け硬化させることからなる塗装方法である。
水性プライマー(I):
本発明において使用される水性プライマー(I)は、水性ポリオレフィン系樹脂(A)及び水性アクリル系樹脂(B)を皮膜形成成分として含んでなる水性塗料であって、両樹脂の合計固形分量を基準にして、樹脂(A)が10〜90重量%、好ましくは40〜80重量%、さらに好ましくは40〜60重量%、そして樹脂(B)が10〜90重量%、好ましくは20〜60重量%、さらに好ましくは40〜60重量%となるような割合で含有するものであり、これら両樹脂を水性媒体中に溶解又は分散せしめることにより調製することができる。上記樹脂(A)及び(B)の含有量が上記範囲外では塗膜性能が不十分となるので好ましくない。
水性ポリオレフィン系樹脂(A)
上記水性ポリオレフィン系樹脂(A)としては、オレフィン系重合体を主骨格とし、その分子中にカルボキシル基などの親水性基を導入してなる樹脂を使用することができる。具体的には、重合性不飽和ジカルボン酸又はその無水物で変性されたオレフィン系重合体が包含され、例えば、オレフィン系重合体に重合性不飽和ジカルボン酸又はその無水物を既知の方法によりグラフト重合することにより得られたものが挙げられる。
変性前のオレフィン系重合体としては、例えば、エチレン及びプロピレンから選ばれる少なくとも1種のオレフィン系単量体を(共)重合してなる重合体、又はこれらのオレフィン系単量体とその他の単量体(例えば、ブタジエン、イソプレン、スチレン、アクリロニトリルなど)とを共重合してなる共重合体などが挙げられる。具体的には、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ブタジエン共重合体などが挙げられる。これらのオレフィン系重合体は、一般に30000〜150000、特に50000〜120000、さらに特に60000〜110000範囲内の重量平均分子量を有していることが好ましい。
オレフィン系重合体の変性に使用される重合性不飽和ジカルボン酸又はその無水物は、1分子中に1個の重合性不飽和結合と少なくとも2個のカルボキシル基又はその酸無水基を有する化合物であり、例えば、マレイン酸又はその無水物、イタコン酸又はその無水物、シトラコン酸又はその無水物などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
オレフィン系重合体への重合性不飽和ジカルボン酸又はその無水物のグラフト重合反応はそれ自体既知の方法により行なうことができる。その際の重合性不飽和ジカルボン酸又はその無水物の使用割合は、得られる変性されたポリオレフィン系樹脂の酸価が通常10〜60mgKOH/g、特に20〜50mgKOH/g、さらに特に20〜40mgKOH/gの範囲内となるようなものであることが好ましい。
また、オレフィン系重合体は塩素化されていてもよく、この塩素化はグラフト重合の前又は後に行なうことができる。その塩素化度(塩素含有率)は、グラフト重合前のオレフィン系重合体を基準にして、一般に0〜30重量%、特に15〜25重量%、さらに特に15〜22重量%の範囲内が好ましい。
また、上記オレフィン系重合体は、必要に応じて、さらにアクリル変性されていてもよく、該アクリル変性に供し得る重合性不飽和モノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸のアルキルエステル;(メタ)アクリル酸、グリシジル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリルなどのアクリル系モノマー;さらにスチレンなどが挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
本明細書において、「(メタ)アクリル」はアクリル又はメタクリルを、そして「(メタ)アクリレート」はアクリレート又はメタクリレートを意味する。
上記アクリル変性の方法としては、例えば、まずオレフィン系重合体中のカルボキシル基に対して反応性を有する、例えば(メタ)アクリル酸グリシジルなどを反応させてオレフィン系重合体に重合性不飽和基を導入し、次いで該重合性不飽和基に1種もしくはそれ以上の他の重合性不飽和モノマーを共重合させるなどの方法が挙げられる。アクリル変性する場合の上記重合性不飽和モノマーの使用量は、他成分との相溶性や形成塗膜の付着性などの観点から、得られるポリオレフィン系樹脂の固形分重量を基準にして30重量%以下、好ましくは0.05〜25重量%、さらに好ましくは0.1〜20重量%の範囲内とすることが望ましい。
また、得られる水性ポリオレフィン系樹脂は、その水溶化又は水分散化を容易にするために、導入されたカルボキシル基の一部又は全部をアミン化合物で中和することが好ましい。中和に使用しうるアミン化合物としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの3級アミン;ジエチルアミン、ジブチルアミン、ジエタノールアミン、モルホリンなどの2級アミン;プロピルアミン、エタノールアミンなどの1級アミンなどが挙げられる。水溶化又は水分散化のために、これらのアミン化合物による中和と共に、界面活性剤を併用することも可能である。
水性アクリル系樹脂(B)
水性アクリル系樹脂(B)としては、カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー等の親水性基含有重合性不飽和モノマー及びその少なくとも一部がアクリル系モノマーである他の重合性不飽和モノマーからなるモノマー混合物を共重合してなる、重量平均分子量が5000〜100000、好ましくは10000〜90000、さらに好ましくは20000〜80000の水溶性アクリル樹脂、特にカルボキシル基含有アクリル樹脂、重量平均分子量が50000以上、好ましくは75000以上、さらに好ましくは100000以上のアクリル樹脂エマルション、特にカルボキシル基含有アクリル樹脂エマルションなどが挙げられる。
該カルボキシル基含有重合性不飽和モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸及びこのうちのジカルボン酸のハーフモノアルキルエステル化物などが挙げられ、また、これら以外の親水性基含有重合性不飽和モノマーとしては、例えば、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレートなどのポリアルキレン鎖含有重合性不飽和モノマーなどが挙げられる。
上記その他の重合性不飽和モノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−、i−、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸の炭素数1〜24のアルキルエステル又はシクロアルキルエステル;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−もしくは3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸のヒドロキシアルキルエステル;グリシジル(メタ)アクリレート、アクリロニトリル、アクリルアミド、スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、塩化ビニル、1,6−ヘキサンジオールジアクリレートなどが挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
上記モノマー混合物の共重合は、それ自体既知の方法で行うことができ、例えば、水溶性アクリル樹脂を望む場合には溶液重合法などによって、また、アクリル樹脂エマルションを望む場合には乳化重合法などによって行なうことができる。
水性アクリル系樹脂(B)が乳化重合によって得られるアクリル樹脂エマルションである場合には、水及び乳化剤の存在下にモノマー混合物を多段階で乳化重合して得られる多層構造粒子状のエマルションであってもよい。
水性アクリル系樹脂(B)のカルボキシル基は、必要に応じて、塩基性物質を用いて中和することができる。該塩基性物質としては、水溶性のものが好ましく、例えば、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、モルホリン、メチルエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、2−アミノ−2−メチルプロパノールなどが挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
本発明において使用される水性プライマー(I)には、必要に応じて、上記樹脂(A)及び樹脂(B)以外の水性樹脂、さらには架橋剤、着色顔料、体質顔料、導電性顔料、硬化触媒、レオロジーコントロール剤、消泡剤、有機溶剤などの通常の塗料添加剤を適宜選択して配合することができる。
水性プライマー(I)は、塗装時における固形分含有率を通常30重量%以上、好ましくは35〜45重量%とし、且つさらに、好ましくはその粘度を20〜40秒/フォードカップ#4/20℃の範囲内に調整してから、プラスチック成型品に、例えば、スプレー塗装、エアレススプレー塗装、刷毛塗装、浸漬塗装などの方法により塗装することができる。水性プライマー(I)の塗装膜厚は、通常、硬化塗膜に基づいて5〜30μm、特に7〜25μm、さらに特に10〜20μmの範囲内であることが好ましい。水性プライマー(I)の塗膜は、例えば、約60〜約100℃、特に約70〜約90℃の温度で1〜5分間程度強制乾燥することができる。
水性ベースコート塗料(II):
本発明において使用される水性ベースコート塗料(II)は、水性ポリウレタン樹脂(C)、水酸基を含有する水性アクリル樹脂及び/又は水性ポリエステル樹脂(D)、及びメラミン樹脂(E)を皮膜形成成分として含んでなる水性塗料であって、これら3つの樹脂の合計固形分量を基準にして、樹脂(C)が1〜50重量%、好ましくは3〜30重量%、さらに好ましくは5〜20重量%樹脂(D)が10〜96重量%、好ましくは30〜80重量%、さらに好ましくは40〜75重量%、そして樹脂(E)が3〜40重量%、好ましくは10〜30重量%、さらに好ましくは15〜30重量%となるような割合で含有するものである。また、該水性ベースコート塗料(II)は、これら樹脂成分と共に、着色顔料、光輝顔料、染料などの着色成分を水性媒体中に溶解又は分散せしめることにより調製することができる。上記樹脂(C)、樹脂(D)及び樹脂(E)の含有量が上記範囲外では塗膜性能が不十分となるので好ましくない。
水性ポリウレタン樹脂(C)
水性ポリウレタン樹脂(C)としては、水に溶解又は分散しうる親水性ポリウレタン樹脂を好適に使用することができ、例えば、(i)脂肪族及び/又は脂環式ジイソシアネート、(ii)数平均分子量が500〜5000のジオール、(iii)低分子量ポリヒドロキシル化合物及び(iv)ジメチロールアルカン酸を、通常1/0.5〜1/0.95、特に1/0.6〜1/0.9の範囲内のNCO/OH当量比で、ワンショット法又は多段法により反応させることにより得られるウレタンプレポリマーを、中和後又は中和しながら、鎖伸長、乳化することにより得ることができる、特に、製造工程で使用された有機溶剤の一部もしくは全部を留去してなる、平均粒子径が0.001〜1.0μm、特に0.02〜0.3μm程度の自己乳化型ウレタン樹脂の水分散体が好ましい。
上記の脂肪族ジイソシアネート及び脂環式ジイソシアネート(i)としては、特に、炭素数2〜12の脂肪族ジイソシアネート、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサンジイソシアネート、リジンジイソシアネート;炭素数4〜18の脂環式ジイソシアネート例えば、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4´−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、イソプロピリデンジシクロヘキシル−4,4´−ジイソシアネート;これらのジイソシアネートの変性物(カルボジイミド、ウレトジオン、ウレトイミンなど)などが挙げられる。
また、数平均分子量が500〜5000、好ましくは1000〜3000のジオール(ii)としては、例えば、アルキレンオキシド(エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドなど)及び/又は複素環式エーテル(テトラヒドロフランなど)を重合又は(ブロック又はランダム)共重合させることにより得られるポリエーテルジオール、具体的には、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレン−プロピレン(ブロック又はランダム)グリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリヘキサメチレンエーテルグリコール、ポリオクタメチレンエーテルグリコールなど;ジカルボン酸(アジピン酸、コハク酸、セバチン酸、グルタル酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸など)とグリコール(エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、ビスヒドロキシメチルシクロヘキサンなど)とを縮重合させることにより得られるポリエステルジオール、具体的には、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリヘキサメチレンアジペート、ポリネオペンチルアジペート、ポリ−3−メチルペンチルアジペート、ポリエチレン/ブチレンアジペート、ポリネオペンチル/ヘキシルアジペートなどが挙げられる。さらに、ポリラクトンジオール、例えば、ポリカプロラクトンジオール、ポリ−3−メチルバレロラクトンジオール;ポリカーボネートジオールなどを使用することもできる。
低分子量ポリヒドロキシル化合物(iii)には、1分子中に少なくと2個の水酸基を有する数平均分子量が500未満の化合物が包含され、例えば、上記ポリエステルジオールの原料として挙げたグリコール及びそのアルキレンオキシド低モル付加物(分子量500未満);3価アルコール、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなど及びそのアルキレンオキシド低モル付加物(分子量500未満);及びこれらの少なくとも2種の混合物などが挙げられる。これらの低分子量ポリヒドロキシル化合物(iii)は、一般に、前記ジオール(ii)に対し、0.1〜20重量%、好ましくは0.3〜15重量%、さらに好ましくは0.5〜10重量%の範囲内の割合で使用することができる。
さらに、ジメチロールアルカン酸(iv)は、1分子中に2個の水酸基及び1個のカルボキシル基を有するアルカンであって、例えば、ジメチロール酢酸、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロール酪酸などが挙げられる。これらのジメチロールアルカン酸の使用量は、カルボキシル基(−COOH)としての含有率が、成分(i)〜(iv)を反応させてなるウレタンプレポリマー中0.5〜5重量%、好ましくは1〜3重量%の範囲内になるような量が適している。
以上に述べた成分(i)〜(iv)を既知の方法に従いワンショット法又は多段法により反応させて得られる水性ポリウレタン樹脂(C)は、水溶化又は水分散化を容易にするために、該樹脂中に含まれるジメチロールアルカン酸により導入されるカルボキシル基の一部又はすべてをアミン化合物で中和することが好ましい。その際に使用されるアミン化合物としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの3級アミン;ジエチルアミン、ジブチルアミン、ジエタノールアミン、モルホリンなどの2級アミン;プロピルアミン、エタノールアミンなどの1級アミンなどが挙げられる。アミンの使用量は、ジメチロールアルカン酸のカルボキシル基1当量に対し、通常0.5〜1当量、特に0.7〜1当量の範囲内が好適である。
水性ポリウレタン樹脂(C)は、中和されたカルボキシル基を有し、さらに、低分子量ポリヒドロキシル化合物(iii)に由来する水酸基を併有することもできる。水性ポリウレタン樹脂(C)は、一般に10〜60mgKOH/g、特に20〜50mgKOH/g、さらに特に20〜40mgKOH/gの範囲内の酸価及び一般に10〜60mgKOH/g、特に20〜50mgKOH/g、さらに特に20〜40mgKOH/gの範囲内の水酸基価を有することが好ましい。
特に、水性ポリウレタン樹脂(C)としては、該樹脂の単独塗膜を酢酸でpH4.0に調整された水(温度80℃)に2時間浸漬し、130℃で1時間乾燥させてから、温度70℃、湿度95%の湿熱オーブン中で200時間放置した後の塗膜の抗張力、伸度の減少率が、これらの試験前に比べて25%以内、特に20%以内であって、しかも乾燥後の塗膜に目視による白化現象が殆ど又は全く認められないものを使用することが好ましい。
水酸基を含有する水性アクリル樹脂及び/又は水性ポリエステル樹脂(D)
水酸基を含有する水性アクリル樹脂及び/又は水性ポリエステル樹脂(D)としては、いずれか一方もしくは両方を使用することができる。
水酸基を含有する水性アクリル樹脂は、水酸基含有重合性不飽和モノマー、カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー等の親水性基含有重合性不飽和モノマー及びその他の重合性不飽和モノマーからなるモノマー混合物を共重合することにより得られる、重量平均分子量が5000〜100000、好ましくは10000〜90000、さらに好ましくは20000〜80000の水溶性アクリル樹脂、重量平均分子量が50000以上、好ましくは75000以上、さらに好ましくは100000以上のアクリル樹脂エマルションなどが挙げられる。
該水酸基含有重合性不飽和モノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−又は3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのアクリル酸又はメタクリル酸のヒドロキシアルキルエステル;、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレートなどが挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
上記カルボキシル基含有重合性不飽和モノマーなどの親水性基含有重合性不飽和モノマー及びその他の重合性不飽和モノマーは、前述の水性アクリル系樹脂(B)に関して例示した中から適宜選択して使用することができる。
これらモノマー混合物の共重合は、それ自体既知の方法で行うことができ、例えば、水溶性アクリル樹脂を望む場合には溶液重合法などによって、また、アクリル樹脂エマルションを望む場合には乳化重合法などによって行なうことができる。
上記水性アクリル樹脂のカルボキシル基は、必要に応じて、前述の塩基性物質を用いて中和することができる。
水酸基を含有する水性アクリル樹脂は、一般に10〜100mgKOH/g、特に15〜80mgKOH/g、さらに特に20〜60mgKOH/gの範囲内の酸価及び一般に10〜250mgKOH/g、特に20〜200mgKOH/g、さらに特に30〜150mgKOH/gの範囲内の水酸基価を有することが好ましい。
水酸基を含有する水性ポリエステル樹脂には、通常、多価アルコール及び多塩基酸、さらに必要に応じて、一塩基酸、油成分(この脂肪酸も含む)などを用いてエステル化反応させることによって調製されるオイルフリーもしくは油変性のポリエステル樹脂を中和することによって得られるものが包含される。このポリエステル樹脂は一般に約3000〜100000、好ましくは4000〜70000、さらに好ましくは5000〜30000の範囲内の重量平均分子量を有することが適当である。
上記多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、2,2−ジメチルプロパンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ビスフェノール化合物のエチレンオキサイド付加物やプロピレンオキサイド付加物などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。多塩基酸としては例えば、フタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、マレイン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸及びこれらの無水物などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。また、一塩基酸としては、例えば、安息香酸やt−ブチル安息香酸などが挙げられ、油成分としては、例えば、ヒマシ油、脱水ヒマシ油、サフラワー油、大豆油、あまに油、トール油、ヤシ油及びこれらの脂肪酸などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
上記ポリエステル樹脂において、カルボキシル基の導入は、例えば、多塩基酸成分の一部として、1分子中に3個以上のカルボキシル基を有するトリメリット酸やピロメリット酸などの多塩基酸を併用したり、ジカルボン酸をハーフエステル付加することによって行なうことができ、また、水酸基の導入は、例えば、多価アルコール成分の一部として、1分子中に3個以上の水酸基を有するグリセリン、トリメチロールプロパンなどの多価アルコールを併用することによって容易に行なうことができる。
水酸基を含有するポリエステル樹脂としては、特に、形成塗膜の耐水性等の塗膜性能及び仕上がり性、さらには他の配合成分の相溶性を向上させ塗料を安定化するなどの観点から、上記多価アルコールや多塩基酸に加え、さらに長鎖炭化水素基を有するモノエポキシド化合物を反応させることにより得られるポリエステルポリオールに、さらに3官能以上の多塩基酸及び/又はポリイソシアネート化合物を反応させることにより得られるポリエステル樹脂が好適である。
上記3官能以上の多塩基酸としては、例えば、無水トリメリット酸、エチレングリコールビス(アンヒドロトリメリテート)、1,3−プロパンジオールビス(アンヒドロトリメリテート)、無水ピロメリット酸などが挙げられ、また、ポリイソシアネート化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどのジイソシアネートやこれらのジイソシアネートのビューレットタイプ付加物、イソシアヌレート環付加物などが使用可能である。
上記ポリエステル樹脂のカルボキシル基は前述の塩基性物質を用いて中和することができる。
水酸基を含有する水性ポリエステル樹脂は、一般に10〜100mgKOH/g、特に20〜80mgKOH/g、さらに特に20〜50mgKOH/gの範囲内の酸価及び一般に10〜300mgKOH/g、特に30〜200mgKOH/g、さらに特に50〜200mgKOH/gの範囲内の水酸基価を有することが好ましい。
メラミン樹脂(E)
本発明においては、メラミン樹脂(E)として、重量平均分子量が1500〜3000、好ましくは1500〜2500、さらに好ましくは1500〜2000の範囲内のブチル/メチル混合エーテル化メラミン樹脂を使用する。該混合エーテル化メラミン樹脂において、ブチルエーテル基/メチルエーテル基の存在モル比は、通常4/6〜9/1、特に5/5〜9/1の範囲内であることが好ましい。
着色成分
本発明において使用される水性ベースコート塗料(II)は、以上に述べた樹脂(C)、樹脂(D)及び樹脂(E)に加えて、着色成分として、着色顔料、光輝顔料、染料などを含有することができる。着色顔料としては、例えば、酸化チタン、カーボンブラック、黄鉛、黄土、黄色酸化鉄、ハンザエロー、ピグメントエロー、クロムオレンジ、クロムバーミリオン、パーマネントオレンジ、アンバー、パーマネントレッド、ブリリアントカーミン、ファストバイオレット、メチルバイオレットレーキ、群青、紺青、コバルトブルー、フタロシアニンブルー、ピグメントグリーン、ナフトールグリーンなどが挙げられ、光輝顔料としては、例えば、アルミニウム粉、蒸着アルミニウム、酸化アルミニウブロンズ粉、銅粉、錫粉、雲母状酸化鉄などのメタリック顔料;酸化チタンや酸化鉄で被覆した雲母フレーク、雲母フレークなどの光干渉性顔料などが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。これらの顔料はそれぞれ単独で又は2種以上組み合わせて使用することができ、ソリッドカラー塗料、メタリック塗料又は光干渉性塗料とすることができる。
水性ベースコート塗料(II)には、さらに必要に応じて、上記樹脂(C)、樹脂(D)及び樹脂(E)以外の水性樹脂、さらには硬化触媒、レオロジーコントロール剤、消泡剤、有機溶剤等の塗料添加剤を適宜選択して配合することができる。
水性ベースコート塗料(II)は、塗装時において、粘度を20〜30秒/フォードカップ#4/20℃の範囲内、そして固形分含有率を15重量%以上、特に20〜35重量%の範囲内に調整しておくことが好ましい。
水性ベースコート塗料(II)は、例えば、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装、静電塗装、浸漬塗装などの方法により、プラスチック成型品にすでに塗装してある水性プライマー(I)の塗面に塗装することができる。その塗装膜厚は、通常、硬化塗膜に基いて10〜40μm、特に12〜25μmの範囲内が適している。水性ベースコート塗料(II)の塗膜自体は、約60〜約140℃、好ましくは約80〜約120℃の温度で5〜40分間程度加熱することにより3次元に架橋反応した硬化塗膜を形成することができる。
クリヤコート塗料(III):
本発明において使用されるクリヤコート塗料(III)は、水酸基含有樹脂(F)及びイソシアネート架橋剤(G)を含有し、さらに必要に応じて、紫外線吸収剤、光安定剤、硬化触媒、塗面調整剤、レオロジーコントロール剤、酸化防止剤、ワックスなどの塗料用添加剤を適宜配合してなる有機溶剤系の熱硬化性塗料であることができる。クリヤコート塗料(III)は、通常、水酸基含有樹脂(F)を主成分とする基体樹脂成分と架橋剤(G)を主成分とする架橋剤成分からなり、それらを塗装直前に混合して使用に供する2成分系タイプであることが望ましい。
水酸基含有樹脂(F)
上記水酸基含有樹脂(F)としては、水酸基を含有する、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、シリコン含有樹脂などの樹脂が挙げられ、特に、水酸基含有アクリル樹脂が好適である。
水酸基含有樹脂(F)は、通常、10〜120mgKOH/g、特に25〜100mgKOH/g、さらに特に40〜80mgKOH/gの範囲内の水酸基価を有することが好ましい。
イソシアネート架橋剤(G)
イソシアネート架橋剤(G)は、ウレトジオン構造を有するポリイソシアネート化合物とジイソシアネートの3量体以上の化合物とを固形分重量比で10/90〜50/50、好ましくは15/85〜40/60、さらに好ましくは15/85〜35/65の範囲内で含むものである。ウレトジオン構造を有するポリイソシアネート化合物とジイソシアネートの3量体以上の化合物の含有比が上記範囲外では、最終的に形成される複層塗膜の硬化性が不十分となり、塗膜性能が不十分となるので好ましくない。
ウレトジオン構造を有するポリイソシアネート化合物としては、それ自体既知の方法で製造されるヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン体が好適である。また、ジイソシアネートの3量体以上の化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネートやイソホロンジイソシアネートなどのジイソシアネートのイソシアヌレート体、ビゥレット体、アロファネート体などを使用することができる。
イソシアネート架橋剤(G)は、複層塗膜の硬化性やクリヤコート塗料の高固形分化などの観点から、一般に1000mPa・s/25℃以下、特に900mPa・s/25℃以下、さらに特に800mPa・s/25℃以下の粘度を有することが望ましい。
水酸基含有樹脂(F)とイソシアネート架橋剤(G)の使用割合は、樹脂(F)中の水酸基1当量に対し、架橋剤(G)中のイソシアネート基が通常0.8〜2.0当量、特に0.8〜1.8当量、さらに特に0.8〜1.6当量の割合となるように選択することが望ましい。
クリヤコート塗料(III)は、塗装時において、粘度を14〜20秒/フォードカップ#4/20℃の範囲内に調整しておくことが望ましく、例えば、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装、静電塗装、浸漬塗装などの方法により、水性ベースコート塗料(II)の未硬化の塗面に塗装することができる。その塗装膜厚は、通常、硬化塗膜に基いて15〜80μm、特に25〜50μmの範囲内が適している。
本発明では、水性プライマー(I)、水性ベースコート塗料(II)及びクリヤコート塗料(III)を上記のようにしてウエットオンウエットで塗装した後、約40〜約110℃、特に約80〜約100℃の焼付け温度で約10〜約40分間加熱することにより3層塗膜をほぼ同時に架橋硬化させることができる。
水性ポリオレフィン系樹脂(A):
無水マレイン酸変性塩素化ポリオレフィンの水性分散体、マレイン酸付加量2.2重量%、塩素含有率14%、重量平均分子量約60000。
水性アクリル系樹脂(B):
アクリル樹脂エマルション、分子量300000、酸価10mgKOH/g、水酸基価9mgKOH/g、計算Tg50℃、計算SP8.8。
水性ポリウレタン樹脂(C):
「ユーコート UX−5210」、ポリカーボネート系ウレタン樹脂、三洋化成工業社製、商品名、固形分32%。
水酸基を含有する水性アクリル樹脂(D−1)
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器及び滴下装置を備えた反応容器に、脱イオン水145部及びNewcol562SF(注1)1.2部を仕込み、窒素気流中で撹拌混合し、80℃に昇温した。次いで下記のモノマー乳化物(1)のうちの全量の1%及び3%過硫酸アンモニウム水溶液5.2部を反応容器内に導入し、80℃で15分間保持した。その後、残りのモノマー乳化物(1)を3時間かけて反応容器内に滴下し、滴下終了後1時間熟成を行なった。その後、下記のモノマー乳化物(2)を2時間かけて滴下し、1時間熟成した後、1.5%ジメチルエタノールアミン水溶液89部を反応容器に徐々に加えながら30℃まで冷却し、100メッシュのナイロンクロスで濾過しながら排出し、平均粒子径100nm、酸価が30.7mgKOH/g及び水酸基価が22.1mgKOH/gのアクリル樹脂エマルション(D−1)(固形分25.2%)を得た。
(注1) Newcol562SF: 日本乳化剤社製、商品名、ポリオキシエチレンアルキルベンゼンスルホン酸アンモニウム、有効成分60%。
モノマー乳化物(1): 脱イオン水94.3部、メチルメタクリレート17部、n−ブチルアクリレート80部、アリルメタクリレート3部及びNewcol562SF1.2部を混合攪拌して、モノマー乳化物(1)を得た。
モノマー乳化物(2): 脱イオン水39部、メチルメタクリレート154部、n−ブチルアクリレート2.9部、ヒドロキシエチルアクリレート5.9部、メタクリル酸5.1部及びNewcol562SF 0.5部を混合攪拌して、モノマー乳化物(2)を得た。
水酸基を有するポリエステル樹脂(D−2)の製造
攪拌機、還流冷却器、水分離器及び温度計を備えた反応器に、トリメチロールプロパン273部、無水コハク酸200部及び「カージュラE10P」(ジャパンエポキシレジン社製、商品名、ネオデカン酸モノグリシジルエステル)490部を仕込み、100〜230℃で3時間反応させた(この時点でサンプリングを行なったところ、水酸基価は350mgKOH/gで、数平均分子量は580であった)後、さらに無水トリメリット酸192部を加え、180℃で縮合反応させて、酸価が49mgKOH/g、水酸基価が195mgKOH/g、数平均分子量が1500のポリエステル樹脂(D−2)を得た。
メラミン樹脂(E)
サイメル250(サイテック社製、商品名、メチル/ブチル混合エーテル化メラミン樹脂、重量平均分子量3500、固形分80%)。
水性プライマー塗料(I)の作製
水性ポリオレフィン系樹脂(A)を固形分重量で60部、水性アクリル系樹脂(B)を固形分重量で40部、「JR−806」(テイカ社製、商品名、チタン白)80部及び「VULCAN XC−72」(CABOT社製、商品名、導電カーボンブラック顔料)21部を、常法に従って配合して混合分散し、固形分が35%となるように脱イオン水で希釈して、水性プライマー塗料(I)を得た。
水性ベースコート塗料の作製
作製例1
ポリエステル樹脂(D−2)30部に、撹拌しながら、固形分80%のメラミン樹脂(E)38部(固形分重量で約30部)、固形分25.2%のアクリル樹脂エマルション(D−1)119部(固形分重量で約30部)及び固形分40%の水性ウレタン樹脂(C)25部(固形分重量で10部)を添加した。その後、アルミニウム顔料分として20部となる量の「アルミペーストGX180A」(旭化成社製、商品名、アルミニウムフレークペースト)を攪拌しながら添加して混合分散し、さらに、ジメチルエタノールアミン及び脱イオン水を添加してpH8.0、フォードカップNo.4による測定で20℃にて40秒の粘度となるように調整し、水性ベースコート塗料(II−1)を得た。
作製例2
作製例1において、メラミン樹脂(E)の配合量を25部(固形分重量で20部)に変更し、且つ水性ウレタン樹脂(C)の配合量を50部(固形分重量で20部)に変更する以外は作製例1と同様にして、水性ベースコート塗料(II−2)を得た。
作製例3
作製例1において、メラミン樹脂(E)の配合量を0部に変更し、且つ水性ウレタン樹脂(C)の配合量を100部(固形分重量で40部)に変更する以外は作製例1と同様にして、水性ベースコート塗料(II−3)を得た。
作製例4
作製例1において、メラミン樹脂(E)の配合量を50部(固形分重量で40部)に変更し、且つ水性ウレタン樹脂(C)の配合量を0部に変更する以外は作製例1と同様にして、水性ベースコート塗料(II−4)を得た。
クリヤコート塗料の作製
作製例5
アクリル樹脂(注2)を固形分重量で70部及びイソシアネート架橋剤(G−1)(ヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン体20%及び3量体以上80%からなる、NCO含有量20%、粘度800mPa・s/25℃)を固形分重量で30部配合し、有機溶剤(トルエン/キシレン等重量混合液)と混合して、粘度14秒/フォードカップ#4/20℃に調整されたクリヤコート塗料(III−1)を得た。
作製例6
アクリル樹脂(注2)を固形分重量で70部及びイソシアネート架橋剤G−1(ヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン体1%未満、3量体以上99%以上からなる、NCO含有量20%、粘度1200mPa・s/25℃)を固形分重量で30部配合し、有機溶剤(トルエン/キシレン等重量混合液)と混合して、粘度14秒/フォードカップ#4/20℃に調整されたクリヤコート塗料(III−2)を得た。
(注2) アクリル樹脂: スチレン25部、n−ブチルメタクリレート20部、n−ブチルアクリレート30部、ヒドロキシエチルメタクリレート24部及びアクリル酸1部を常法によりラジカル重合反応させて得られる、水酸基価が120mgKOH/g及び重量平均分子量が8000のアクリル樹脂。
塗装物の作製
実施例1
バンパーに成型加工したポリプロピレン(脱脂処理済)に、上記のとおり作製した水性プライマー(I)を乾燥膜厚で約10μmになるようにスプレー塗装し、80℃で3分間プレヒートした後、次いでその上に水性ベースコート塗料(II−1)を乾燥膜厚で約15μmとなるように静電塗装し、80℃で3分間プレヒートした後、その未硬化の塗面上にクリヤコート塗料(III−1)を乾燥膜厚で約30μmとなるように静電塗装して、90℃で30分間加熱乾燥させて塗装物を作製した。
実施例2
実施例1において、水性ベースコート塗料(II−1)の代わりに水性ベースコート塗料(II−2)を用いる以外は実施例1と同様にして塗装物を作製した。
比較例1
実施例1において、水性ベースコート塗料(II−1)の代わりに水性ベースコート塗料(II−3)を用いる以外は実施例1と同様にして塗装物を作製した。
比較例2
実施例1において、クリヤコート塗料(III−1)の代わりにクリヤコート塗料(III−2)を用いる以外は実施例1と同様にして塗装物を作製した。
比較例3
実施例1において、水性ベースコート塗料(II−1)の代わりに水性ベースコート塗料(II−4)を用いる以外は実施例1と同様にして塗装物を作製した。
上記のとおり作製した各塗装物を下記の性能試験に供した。その結果を表1に示す。
性能試験方法
(*1) 初期付着性: 各試験塗装物の塗膜面に素地に達するようにカッターで切り込み線を入れ、大きさ2mm×2mmのマス目を100個作り、その表面に粘着セロハンテープを貼着し、20℃においてそれを急激に剥離した後のマス目の残存塗膜数を調べ、次の基準で評価した。
○は100個(剥離なし)、
△は99〜51個、
×は50個以下。
(*2) 耐水性: 各試験塗装物の一部を切り取り、40℃の温水に10日間浸漬し、引き上げて乾燥してから、上記の初期付着性試験と同様にして付着性試験を行ない、残存塗膜数を調べ、上記の基準で評価した。また、引き上げ後の塗装面を目視で観察し、次の基準で評価した。
○はブリスター発生なし、
×はブリスター発生を示す。
(*3) リコート付着性: 各試験塗装物を室温で7日間放置し、その塗面に同一塗料を再塗装し硬化させてから、室温で3日間放置した後、上記の初期付着性試験と同様にして付着性試験を行ない、残存塗膜数を調べ、上記の基準で評価した。
Claims (13)
- プラスチック成形品に水性プライマー(I)を塗装した後、その塗面上に水性ベースコート塗料(II)を塗装し、さらにその未硬化の塗面上にクリヤコート塗料(III)を塗装し、形成される3層の塗膜を同時に焼付け硬化させることからなる塗装方法であって、
水性プライマー(I)が、水性ポリオレフィン系樹脂(A)及び水性アクリル系樹脂(B)を、両樹脂の合計固形分量を基準にして、樹脂(A)が10〜90重量%及び樹脂(B)が90〜10重量%となるような割合で含有するものであり、
水性ベースコート塗料(II)が、水性ポリウレタン樹脂(C)、水酸基を含有する水性アクリル樹脂及び/又は水性ポリエステル樹脂(D)ならびにメラミン樹脂(E)を、これら3つの樹脂の合計固形分量を基準にして、樹脂(C)が1〜50重量%、樹脂(D)が10〜96重量%及び樹脂(E)が3〜40重量%となるような割合で含有するものであって、該メラミン樹脂(E)が、ブチル/メチル混合エーテル化メラミン樹脂であり且つ1500〜3000の範囲内の重量平均分子量を有し、さらに
クリヤコート塗料(III)が、水酸基含有樹脂(F)及びイソシアネート架橋剤(G)を含有するものであって、該イソシアネート架橋剤(G)が、ウレトジオン構造を有するポリイソシアネート化合物とジイソシアネートの3量体以上の化合物とを固形分重量比で10/90〜50/50の範囲内で含むものである
ことを特徴とするプラスチック成形品の塗装方法。 - 水性ポリオレフィン系樹脂(A)が、オレフィン系重合体に重合性不飽和ジカルボン酸又はその無水物をグラフト重合することにより得られたものである請求の範囲第1項に記載の方法。
- 水性アクリル系樹脂(B)がカルボキシル基含有アクリル樹脂又はカルボキシル基含有アクリル樹脂エマルションである請求の範囲第1項に記載の方法。
- 水性プライマー(I)が、水性ポリオレフィン系樹脂(A)及び水性アクリル系樹脂(B)を、両樹脂の合計固形分量を基準にして、樹脂(A)が40〜80重量%及び樹脂(B)が60〜20重量%となるような割合で含有するものである請求の範囲第1項に記載の方法。
- 水性ポリウレタン樹脂(C)が、(i)脂肪族及び/又は脂環式ジイソシアネート、(ii)数平均分子量が500〜5000のジオール、(iii)低分子量ポリヒドロキシル化合物及び(iv)ジメチロールアルカン酸を、1/0.5〜1/0.95の範囲内のNCO/OH当量比で、ワンショット法又は多段法により反応させることにより得られるウレタンプレポリマーを、中和後又は中和しながら、鎖伸長、乳化することにより得られる、平均粒子径が0.001〜1.0μmの自己乳化型ウレタン樹脂の水分散体である請求の範囲第1項に記載の方法。
- 水酸基を含有する水性アクリル樹脂及び/又は水性ポリエステル樹脂(D)が、10〜100mgKOH/gの酸価及び10〜250mgKOH/gの水酸基価を有する水性アクリル樹脂及び/又は10〜100mgKOH/gの酸価及び10〜300mgKOH/gの水酸基価を有する水性ポリエステル樹脂である請求の範囲第1項に記載の方法。
- メラミン樹脂(E)が、ブチルエーテル基/メチルエーテル基の存在モル比が4/6〜9/1の範囲内にあるブチル/メチル混合エーテル化メラミン樹脂である請求の範囲第1項に記載の方法。
- 水性ベースコート塗料(II)が、水性ポリウレタン樹脂(C)、水酸基を含有する水性アクリル樹脂及び/又は水性ポリエステル樹脂(D)ならびにメラミン樹脂(E)を、これら3つの樹脂の合計固形分量を基準にして、樹脂(C)が3〜30重量%、樹脂(D)が30〜80重量%及び樹脂(E)が10〜30重量%となるような割合で含有するものであるである請求の範囲第1項に記載の方法。
- 水酸基含有樹脂(F)が水酸基含有アクリル樹脂である請求の範囲第1項に記載の方法。
- イソシアネート架橋剤(G)が1000mPa・s/25℃以下の粘度を有するものである請求の範囲第1項に記載の方法。
- クリヤコート塗料(III)が、水酸基含有樹脂(F)及びイソシアネート架橋剤(G)を、樹脂(F)中の水酸基1当量に対し、架橋剤(G)中のイソシアネート基が0.8〜2.0当量となる割合で含有する請求の範囲第1項に記載の方法。
- 3層の塗膜を40〜110℃の範囲内の温度で5〜60分間焼付ける請求の範囲第1項に記載の方法。
- 請求の範囲第1〜12項のいずれかに記載の方法によって得られる塗装物品。
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