JPWO2012073659A1 - 塗膜形成方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、被塗物上に、基体樹脂(b1)、着色顔料(b2)及びセルロースアセテートブチレート(b3)を含有するベース塗料(B)を塗装してベース塗膜を形成する工程、次いで、カプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとポリイソシアネート化合物とを反応させることにより得られ、かつ300〜3,800の範囲のイソシアネート当量を有するラジカル重合性不飽和基含有化合物(a1)、水酸基含有樹脂(a2)及び光重合開始剤(a3)を含有するクリヤ塗料(A)を塗装してクリヤ塗膜を形成する工程、並びに活性エネルギー線の照射及び加熱を行う工程、を含む塗膜形成方法を提供する。

Description

[関連出願の相互参照]
本出願は、2010年12月3日に出願された、日本国特許出願第2010−270559号明細書(その開示全体が参照により本明細書中に援用される)に基づく優先権を主張する。
本発明は、塗装工程における加熱温度の低温化及び加熱時間の短縮が可能であり、耐擦り傷性、耐衝撃性及び層間付着性に優れた塗膜を得る塗膜形成方法及び該塗膜形成方法による塗装物品に関する。
二輪車、自動車、コンテナ等の車両の車体には、電着塗膜、中塗り塗膜、ベース塗膜等が必要に応じて形成された後に、クリヤ塗膜が形成される。クリヤ塗膜は、一般的に、水酸基含有アクリル樹脂等の熱硬化性官能基含有樹脂及びメラミン樹脂等の架橋剤を含有する熱硬化性塗料組成物、酸基含有樹脂及びエポキシ基含有樹脂を含有する熱硬化性塗料組成物等を塗装後、加熱硬化する塗膜形成方法により形成される。この塗膜形成方法によれば、付着性、塗膜硬度等の塗膜性能に優れた塗膜を形成することができる。
近年、塗装工程においては省エネルギー化及び生産性向上が要求されている。それに伴って、低温での硬化が可能な塗料組成物及び短時間での硬化が可能な塗料組成物が期待されている。しかし、上記熱硬化性塗料組成物は、一般的な塗装工程において、通常、140℃の加熱温度で、20分間〜40分間の加熱時間が必要であり、省エネルギー化及び生産性向上の要求を満足するものではない。
加熱時間を短縮する発明として、例えば、特許文献1には、硬質プラスチック表面に、アクリル樹脂100重量部に対して紫外線重合性化合物を2.5〜50重量部含有するアクリル樹脂系一液型ベースコートを塗布し、乾燥してベースコート層を形成後、該ベースコート層上に前記ベースコートで使用したのと同種の紫外線重合性化合物、光開始剤からなるトップコートを塗布した後、紫外線を照射してトップコート層を形成することを特徴とする硬質プラスチック表面の塗装方法が開示されている。
他に、特許文献2には、活性水素基を含有する樹脂、及び着色顔料を主成分とするベース塗料を塗装し、次いで該ベース塗膜上に(A)重合性不飽和基及び活性水素基を含有する樹脂、(B)300nm以上の波長域に吸収スペクトルを有する光重合開始剤、及び(C)ポリイソシアネート化合物を含んでなる光硬化型クリヤ組成物を塗装し、光照射して両塗膜を硬化させることを特徴とする塗膜形成方法が開示されている。
他に、特許文献3には、プラスチック基材の表面に着色ベース塗料による塗膜とクリヤ塗料による塗膜とを積層形成する複層塗膜形成方法において、着色ベース塗料の膜化は乾燥で行い、クリヤ塗料の膜化は活性エネルギー線硬化で行うとともに、前記クリヤ塗料の塗装は、着色ベース塗膜の固形分量が70重量%以上となった段階で、かつ、クリヤ塗料の塗着粘度が50mPa・s以下となるようにして行い、前記活性エネルギー線による硬化は酸素濃度が5%以下の雰囲気下で行うことを特徴とする、複層塗膜形成方法が開示されている。
しかしながらこれらの方法では、塗装工程における加熱温度の低温化及び加熱時間の短縮をした上で、かつ耐擦り傷性と耐衝撃性及び層間付着性の全ての塗膜性能を満足することはできなかった。
特開2001−146559号公報 特開2002−292334号公報 特開2007−38150号公報
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、塗膜硬化にかかる加熱温度の低温化、塗装設備等の縮小化、焼き付け時間短縮化に伴うCO削減等の環境対応がなされており、かつ耐擦り傷性、耐衝撃性及び層間付着性の全てに優れる塗膜を得ることができる塗膜形成方法及び該塗膜形成方法による塗装物品を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、被塗物上に、ベース塗料を塗装してベース塗膜を形成し、次いで、特定のクリヤ塗料を塗装してクリヤ塗膜を形成し、並びに活性エネルギー線の照射及び加熱を行なう塗膜形成方法よって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、以下の項を提供する。
1.被塗物上に、基体樹脂(b1)、着色顔料(b2)及びセルロースアセテートブチレート(b3)を含有するベース塗料(B)を塗装してベース塗膜を形成する工程、
次いで、ラジカル重合性不飽和基含有化合物(a1)、水酸基含有樹脂(a2)及び光重合開始剤(a3)を含有するクリヤ塗料(A)を塗装してクリヤ塗膜を形成する工程、並びに活性エネルギー線の照射及び加熱を行う工程、を含む塗膜形成方法であって、
該化合物(a1)がカプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとポリイソシアネート化合物とを反応させることにより得られ、かつ300〜3,800の範囲のイソシアネート当量を有する、方法。
2.クリヤ塗料(A)における、水酸基含有樹脂(a2)のガラス転移点温度が0℃以上である1項に記載の塗膜形成方法。
3.クリヤ塗料(A)が、さらに前記化合物(a1)以外のイソシアネート化合物(a4)を含有する1項又は2項に記載の塗膜形成方法。
4.クリヤ塗料(A)が、さらに前記化合物(a1)以外のラジカル重合性不飽和基含有化合物(a5)を含有する1〜3項のいずれか1項に記載の塗膜形成方法。
5.クリヤ塗料(A)が、コロイダルシリカ(a6)を含有する1〜4項のいずれか1項に記載の塗膜形成方法。
6.クリヤ塗料(A)が、シルセスキオキサン化合物(a7)を含有する1〜5項のいずれか1項に記載の塗膜形成方法。
7.1〜6項のいずれか1項に記載の塗膜形成方法によって得られた塗装物品。
本発明によれば、被塗物上にベース塗料(B)を塗装してベース塗膜を形成し、次いで特定のクリヤ塗料組成物を塗装してクリヤ塗膜を形成し、さらに活性エネルギー線の照射及び加熱を行う塗膜形成方法を用いることにより、塗装工程における加熱温度の低温化及び加熱時間の短縮が可能であり、耐擦り傷性、耐衝撃性及び層間付着性に優れる塗装物品を得ることができる。
特に、これらの効果が得られることの理由として、クリヤ塗料(A)にラジカル重合性不飽和基含有化合物(a1)を含有させることにより加熱温度の低温化及び加熱時間の短縮が可能となる。さらに、ベース塗料(B)にセルロースアセテートブチレート(b3)を含有することによって層間付着性が向上する。これは、クリヤ塗料に活性エネルギー線を照射した際に、セルロースアセテートブチレート(b3)の水素引抜きによりクリヤ塗料の成分と層間で架橋反応が起こった為と考えられる。
さらに、クリヤ塗料(A)中に、コロイダルシリカ(a4)、シルセスキオキサン化合物(a5)などの硬質成分を含有する実施形態においては、耐擦傷性がさらに向上する。これは、塗膜中の硬質成分が擦り傷の拡大を抑制するためと考えられる。
本発明の塗膜形成方法は、被塗物上に、基体樹脂(b1)、着色顔料(b2)及びセルロースアセテートブチレート(b3)を含有するベース塗料(B)を塗装してベース塗膜を形成する工程、次いで、カプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとポリイソシアネート化合物とを反応させることにより得られ、かつ300〜3,800の範囲のイソシアネート当量を有するラジカル重合性不飽和基含有化合物(a1)、水酸基含有樹脂(a2)及び光重合開始剤(a3)を含有するクリヤ塗料(A)を塗装してクリヤ塗膜を形成する工程、並びに活性エネルギー線の照射及び加熱を行う工程、を含む。以下、本発明の塗膜形成方法について詳細に説明する。
被塗物
被塗物は特に限定されない。例えば、鉄、アルミニウム、真鍮、銅、ステンレス鋼、ブリキ、亜鉛メッキ鋼、合金化亜鉛(Zn−Al、Zn−Ni、Zn−Fe等)メッキ鋼等の金属材料;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂さらに、各種のFRP等のプラスチック材料;ガラス、セメント、コンクリート等の無機材料;木材;繊維材料(紙、布等)等を挙げることができ、なかでも金属材料及びプラスチック材料が好適である。
また、本発明の塗膜形成方法が適用される被塗物の用途としては、特に制限されず、例えば、乗用車、トラック、オートバイ、バス等の自動車車体の外板部;自動車部品;携帯電話、オーディオ機器等の家庭電気製品の外板部等を挙げることができ、なかでも自動車車体の外板部及び自動車部品が好ましい。
被塗物は、上記金属材料やそれから成形された車体等の金属表面に、例えば、リン酸塩処理、クロメート処理、ジルコニウム処理、複合酸化物処理等の表面処理が施されたものであってもよい。また、被塗物は、上記金属材料や車体等に各種電着塗料、中塗塗料等の下塗り塗膜が形成されたものであってもよい。また、被塗物は、上記プラスチック材料にプライマー塗膜が形成されたものであってもよい。
クリヤ塗料(A)
クリヤ塗料(A)は、カプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとポリイソシアネート化合物とを反応させることにより得られ、かつ300〜3,800の範囲のイソシアネート当量を有するラジカル重合性不飽和基含有化合物(a1)(以下、単に「化合物(a1)」と略すことがある)、水酸基含有樹脂(a2)及び光重合開始剤(a3)を含有する。
化合物(a1)
化合物(a1)は、カプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとポリイソシアネート化合物とを反応させることにより得られ、かつ300〜3,800の範囲のイソシアネート当量を有する。この化合物(a1)は、活性エネルギー線の照射による硬化性に優れ、さらには低温(具体的には、常温〜100℃)での硬化性に優れる。このことにより、塗装工程における加熱温度の低温化及び加熱時間の短縮が可能になる。また、この化合物(a1)を含むクリヤ塗料(A)から得られる塗膜は、耐擦り傷性及び耐候性に優れる。
本発明において、ラジカル重合性不飽和基とは、ラジカル重合しうる不飽和基を意味する。かかる重合性不飽和基としては、例えば、ビニル基、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリルアミド基、ビニルエーテル基、アリル基等が挙げられる。
カプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートは、以下の一般式で表される化合物である。
Figure 2012073659
(式中、Rは水素原子又はメチル基を示し、Rは炭素数2〜6のアルキレン基を示し、mは3〜8の整数を示し、nは1〜5の整数を示す)
かかるカプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、以下の一般式(I)で表される化合物が挙げられる:
Figure 2012073659
(式(I)中、Rは水素原子又はメチル基を示し、Rは炭素数2〜6のアルキレン基を示し、nは1〜5である)。
カプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートは、具体的には、「プラクセルFA−1」、「プラクセルFA−2」、「プラクセルFA−2D」、「プラクセルFA−3」、「プラクセルFA−4」、「プラクセルFA−5」、「プラクセルFM−1」、「プラクセルFM−2」、「プラクセルFM−2D」、「プラクセルFM−3」、「プラクセルFM−4」、「プラクセルFM−5」(いずれもダイセル化学社製、商品名)等を挙げることができる。なかでも、活性エネルギー線硬化性の点から、一般式(I)において、Rが水素原子であり、Rがエチレン基であるカプロラクトン変性ヒドロキシエチルアクリレートが好ましい。
ポリイソシアネート化合物は、1分子中に2個以上のイソシアネート基を有する化合物である。例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート化合物及びこれらのポリ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;イソホロンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチルシクロヘキサン−2,4−ジイソシアネート、メチルシクロヘキサン−2,6−ジイソシアネート、1,3−ジ(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ジ(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,2−シクロヘキサンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート化合物及びこれらのポリ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;キシリレンジイソシアネート、メタキシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、1,4−ナフタレンジイソシアネート、4,4’−トルイジンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、ビス(4−イソシアナトフェニル)スルホン、イソプロピリデンビス(4−フェニルイソシアネート)等の芳香族ジイソシアネート化合物及びこれらのポリ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;トリフェニルメタン−4,4’,4”−トリイソシアネート、1,3,5−トリイソシアナトベンゼン、2,4,6−トリイソシアナトトルエン、4,4’−ジメチルジフェニルメタン−2,2’,5,5’−テトライソシアネート等の1分子中に3個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物及びこれらのポリ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;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブチレングリコール、ジメチロールプロピオン酸、ポリアルキレングリコール、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール等のポリオールの水酸基にイソシアネート基が過剰量となる比率でポリイソシアネート化合物を反応させてなるウレタン化付加物及びこれらのポリ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等が挙げられる。これらは1種又は2種以上の混合物として使用できる。なかでも、塗膜の耐候性の点から、脂肪族ポリイソシアネート化合物のイソシアヌレート環付加物が好ましく、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート環付加物が特に好ましい。
前記カプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとポリイソシアネート化合物との反応は、ヒドロキシ基含有化合物とポリイソシアネート化合物とを反応させる際の公知の方法によって行うことができる。
上記反応は、通常有機溶液中で行うことができる。有機溶剤としては、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソブチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤等が挙げられる。これらは1種又は2種以上の混合物として使用できる。反応温度は、常温〜100℃であるのが好ましく、反応時間は1〜10時間であるのが好ましい。
上記反応においては、必要に応じてジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジエチルヘキソエート、ジブチルスズサルファイト等の触媒を使用してもよい。触媒の添加量は、反応原料の総量100質量部に対して0.01〜1質量部であるのが好ましく、0.1〜0.5質量部であるのがより好ましい。また、ハイドロキノンモノメチルエーテル等の重合禁止剤を使用してもよい。重合禁止剤の添加量は、反応原料の総量100質量部に対して0.01〜1質量部であるのが好ましい。
化合物(a1)はイソシアネート基を有するため、カプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとポリイソシアネート化合物との反応における両者の混合比は、通常、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基がカプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートのヒドロキシル基に対して当量比で過剰(イソシアネート基/ヒドロキシキル基>1.0)となる混合比である。そして、混合比を調節することで化合物(a1)のイソシアネート当量を調節することができる。
化合物(a1)は300〜3,800の範囲のイソシアネート当量を有する。化合物(a1)は、塗膜の耐擦り傷性の点から、500〜2,500の範囲のイソシアネート当量を有することが好ましい。化合物(a1)がイソシアネート基を有することにより、クリヤ料(A)は低温での硬化性に優れる。また、化合物(A)がイソシアネート基を有することにより、化合物(a1)は水酸基含有樹脂(a2)と反応して強靭な塗膜を形成する。
加えてイソシアネート当量を上記範囲にすることにより、耐擦り傷性に優れる複層塗膜が得られるとともに、化合物(a1)がベース塗膜へ染み込みにくく、付着性と仕上り性の両方が良好な複層塗膜を得ることができる。特に、ベース塗料が光輝顔料を含有する塗料組成物の場合、化合物(a1)がベース塗膜へ染み込みにくいことにより、ベース塗膜中の光輝顔料の配向が乱れることが抑えられ、得られる複層塗膜の仕上り性は良好となる。
ここで、本明細書において、イソシアネート当量とは、イソシアネート基1個あたりのモル質量をいう。当該化合物のg、分子量をM、当該化合物1分子中に含まれるイソシアネート基の数をνとすると、イソシアネート当量は、M/νで表わされる。
また、さらにイソシアネート当量は、ジブチルアミンを用いた逆滴定により求めることができる。逆滴定は、試料に過剰のジブチルアミンを加えて反応させ、滴定指示薬としてブロモフェノールブルーを用い残余のジブチルアミンを塩酸水溶液で滴定することにより行う。
化合物(a1)は不飽和基当量が300〜2,000であることが好ましい。より好ましくは400〜1500、さらにより好ましくは450〜1,000である。不飽和基当量がこれらの範囲であると、より耐擦り傷性及び耐候性に優れる塗膜を得ることができる。
ここで、本明細書において、不飽和基当量とは、ラジカル重合性不飽和基1個あたりのモル質量をいう。当該化合物のg、分子量をM、当該化合物1分子中に含まれる不飽和基の数をσとすると、不飽和基当量はM/σで表される。
また、当該不飽和基当量は、ラジカル重合性不飽和基にドデシルメルカプタンを付加し、残余のドデシルメルカプタンをヨウ素溶液で逆滴定することにより求められる。
化合物(a1)の分子量は特に限定されない。好ましくは重量平均分子量が500〜2,000であり、より好ましくは800〜1,500である。重量平均分子量がこれら範囲であることは、取扱い易い塗料粘度にできる点で意義がある。
ここで本明細書において重量平均分子量は、溶媒としてテトラヒドロフランを使用し、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(東ソー(株)社製、「HLC8120GPC」)で測定した保持時間(保持容量)を、ポリスチレンの重量平均分子量を基準にして換算した値である。カラムは、「TSKgel G−4000HXL」、「TSKgel G−3000HXL」、「TSKgel G−2500HXL」、「TSKgel G−2000XL」(いずれも東ソー(株)社製、商品名)の4本を用い、移動相;テトラヒドロフラン、測定温度;40℃、流速;1ml/分、検出器;RIの条件で行ったものである。
水酸基含有樹脂(a2)
水酸基含有樹脂(a2)は、1分子中に少なくとも1個の水酸基を有する樹脂である。水酸基含有樹脂(a2)としては、例えば、水酸基を有する、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂等の樹脂が挙げられる。これらはそれぞれ単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。なかでも、水酸基含有樹脂(a2)は、得られる塗膜の耐候性の点から水酸基含有アクリル樹脂であることが好ましい。
水酸基含有アクリル樹脂は、通常、水酸基含有重合性不飽和モノマー及び該水酸基含有重合性不飽和モノマーと共重合可能な他の重合性不飽和モノマーを、それ自体既知の方法、例えば、有機溶媒中での溶液重合法、水中でのエマルション重合法等の方法により共重合せしめることによって製造することができる。
水酸基含有重合性不飽和モノマーは、1分子中に水酸基及び重合性不飽和結合をそれぞれ1個以上有する化合物を示す。重合性不飽和結合とは、前述したラジカル重合性不飽和基に含まれる不飽和結合を示す。具体的には、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−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、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)アクリレート等の(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物;該(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物のε−カプロラクトン変性体;N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド;アリルアルコール、さらに、分子末端が水酸基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
また、水酸基含有重合性不飽和モノマーと共重合可能な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−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、トリデシル(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、「イソステアリルアクリレート」(商品名、大阪有機化学工業社製)、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、t−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロドデシル(メタ)アクリレート等のアルキル又はシクロアルキル(メタ)アクリレート;イソボルニル(メタ)アクリレート等のイソボルニル基を有する重合性不飽和モノマー;アダマンチル(メタ)アクリレート等のアダマンチル基を有する重合性不飽和モノマー;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等のビニル芳香族化合物;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン等のアルコキシシリル基を有する重合性不飽和モノマー;パーフルオロブチルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート等のパーフルオロアルキル(メタ)アクリレート;フルオロオレフィン等のフッ素化アルキル基を有する重合性不飽和モノマー;マレイミド基等の光重合性官能基を有する重合性不飽和モノマー;N−ビニルピロリドン、エチレン、ブタジエン、クロロプレン、プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル等のビニル化合物;(メタ)アクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、β−カルボキシエチルアクリレート等のカルボキシル基含有重合性不飽和モノマー;(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、グリシジル(メタ)アクリレートとアミン化合物との付加物等の含窒素重合性不飽和モノマー;アリル(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオ−ルジ(メタ)アクリレート等の重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマー;グリシジル(メタ)アクリレート、β−メチルグリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルプロピル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル等のエポキシ基含有重合性不飽和モノマー;分子末端がアルコキシ基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート;2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウム塩、スルホエチルメタクリレート及びそのナトリウム塩、アンモニウム塩等のスルホン酸基を有する重合性不飽和モノマー;2−アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−アクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、2−メタクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート等のリン酸基を有する重合性不飽和モノマー;2−ヒドロキシ−4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(3−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−(3−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メタクリロイルオキシエチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール等の紫外線吸収性官能基を有する重合性不飽和モノマー;4−(メタ)アクリロイルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−クロトノイル−4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン等の紫外線安定性重合性不飽和モノマー;アクロレイン、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、アセトアセトキシエチルメタクリレート、ホルミルスチロール、4〜7個の炭素原子を有するビニルアルキルケトン(例えば、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルブチルケトン)等のカルボニル基を有する重合性不飽和モノマー化合物等が挙げられ、これらはそれぞれ単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
水酸基含有樹脂(a2)は、低温での硬化性の点、及び得られる塗膜の耐水性の点から、一般に30〜300mgKOH/g、特に40〜250mgKOH/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。
水酸基含有樹脂(a2)は、化合物(a1)との反応性を高める点から、カルボキシル基等の酸基を有していることが好ましい。水酸基含有樹脂(a2)は、1〜25mgKOH/g、特に1〜20mgKOH/gの範囲内の酸価を有することが好ましい。
水酸基含有樹脂(a2)は、一般に3,000〜100,000、特に4,000〜50,000、さらに特に5,000〜30,000の範囲内の重量平均分子量を有することが好ましい。水酸基含有樹脂(a2)は、耐擦り傷性及び耐候性の点からガラス転移点温度が0℃以上、好ましくは0〜60℃の範囲、特に3℃〜50℃の範囲であることが好ましい。
ここで、ガラス転移温度(℃)は、静的ガラス転移温度とし、例えば、示差走査熱量計「DSC−50Q型」(島津製作所製、商品名)を用いて、試料を測定カップにとり、真空吸引して完全に溶剤を除去した後、3℃/分の昇温速度で−100℃〜100℃の範囲で熱量変化を測定し、低温側における最初のベースラインの変化点をガラス転移温度とした。
光重合開始剤(a3)
クリヤ塗料(A)は、光重合開始剤(a3)を含有する。光重合開始剤(a3)としては、活性エネルギー線を吸収してラジカルを発生する開始剤であれば特に限定されることなく使用できる。
前記光重合開始剤(a3)としては、例えばベンジル、ジアセチル等のα−ジケトン化合物;ベンゾイン等のアシロイン化合物;ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等のアシロインエーテル化合物;チオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、チオキサントン−4−スルホン酸等のチオキサントン化合物;ベンゾフェノン、4,4′−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4′−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン化合物;ミヒラーケトン化合物;アセトフェノン、2−(4−トルエンスルホニルオキシ)−2−フェニルアセトフェノン、p−ジメチルアミノアセトフェノン、α,α′−ジメトキシアセトキシベンゾフェノン、2,2′−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、p−メトキシアセトフェノン、2−メチル〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルフォリノ−1−プロパノン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、α−イソヒドロキシイソブチルフェノン、α,α′−ジクロル−4−フェノキシアセトフェノン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン等のアセトフェノン化合物;2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(アシル)フォスフィンオキサイド等のアシルフォスフィンオキサイド化合物;アントラキノン、1,4−ナフトキノン等のキノン;フェナシルクロライド、トリハロメチルフェニルスルホン、トリス(トリハロメチル)−s−トリアジン等のハロゲン化合物;ジ−t−ブチルパーオキサイド等の過酸化物等が挙げられる。これらは1種又は2種以上の混合物として使用できる。
光重合開始剤(a3)の市販品としては、例えば、イルガキュア(IRGACURE)−184、イルガキュア−261、イルガキュア−500、イルガキュア−651、イルガキュア−907、イルガキュア−CGI−1700(チバ スペシャルティ ケミカルズ社製、商品名)、ダロキュア(Darocur)−1173、ダロキュア−1116、ダロキュア−2959、ダロキュア−1664、ダロキュア−4043(メルクジャパン社製、商品名)、カヤキュアー(KAYACURE)−MBP、カヤキュアー−DETX−S、カヤキュアー−DMBI、カヤキュアー−EPA、カヤキュアー−OA(日本化薬社製、商品名)、ビキュア(VICURE)−10、ビキュア−55〔ストウファー社(STAUFFER Co., LTD.)製、商品名〕、トリゴナル(Trigonal)P1〔アクゾ社(AKZO Co., LTD.)製、商品名〕、サンドレイ(SANDORAY)1000〔サンドズ社(SANDOZ Co., LTD.)製、商品名〕、ディープ(DEAP)〔アプジョン社(APJOHN Co., LTD.)製、商品名〕、カンタキュア(QUANTACURE)−PDO、カンタキュア−ITX、カンタキュア−EPD〔ウォードブレキンソプ社(WARD BLEKINSOP Co., LTD.)製、商品名〕等を挙げることができる。
イソシアネート化合物(a4)
クリヤ(A)は、さらに化合物(a1)以外のイソシアネート化合物(a4)を含有することができる。イソシアネート化合物(a4)は、分子中にイソシアネート基を有する化合物であって、上記化合物(a1)の説明において例示したポリイソシアネート化合物が挙げられる。なかでも、塗膜の耐候性の点から、脂肪族ポリイソシアネート化合物のイソシアヌレート環付加物が好ましく、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート環付加物が特に好ましい。
ラジカル重合性不飽和基含有化合物(a5)
クリヤ塗料(A)は、さらに化合物(a1)以外のラジカル重合性不飽和基含有化合物(a5)を含有することができる。ラジカル重合性不飽和基含有化合物(a5)としては、単官能ラジカル重合性不飽和基含有化合物、多官能ラジカル重合性不飽和基含有化合物が挙げられる。
単官能ラジカル重合性不飽和基含有化合物としては、例えば、一価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物等が挙げられる。具体的には、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、ネオペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、N−アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタルイミド等が挙げられる。
また、例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の水酸基含有(メタ)アクリレート;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、2−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、2−カルボキシプロピル(メタ)アクリレート、5−カルボキシペンチル(メタ)アクリレート等のカルボキシル基含有(メタ)アクリレート;グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル等のグリシジル基含有ラジカル重合性不飽和基含有化合物;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、α−クロルスチレン等のビニル芳香族化合物;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N−t−ブチルアミノエチル(メタ)アクリレート等の含窒素アルキル(メタ)アクリレート;アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド等の重合性アミド化合物等が挙げられる。
多官能ラジカル重合性不飽和基含有化合物としては、例えば、多価アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化物等が挙げられる。具体的には、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAエチレンオキサイド変性ジ(メタ)アクリレート等のジ(メタ)アクリレート化合物;グリセリントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンプロピレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等のトリ(メタ)アクリレート化合物;ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等のテトラ(メタ)アクリレート化合物;その他、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が挙げられる。さらに、ウレタン(メタ)アクリレート樹脂、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂、ポリエステル(メタ)アクリレート樹脂等が挙げられる。ウレタン(メタ)アクリレート樹脂は、例えばポリイソシアネート化合物、ヒドロキシルアルキル(メタ)アクリレート及びポリオール化合物を原料として用い、イソシアネート基に対してヒドロキシル基が等モル量もしくは過剰になるような量で反応させて得ることができる。これらラジカル重合性不飽和基含有化合物は単独で又は2種以上組合せて使用することができる。
ラジカル重合性不飽和基含有化合物(a5)は、塗膜の耐擦り傷性の点から、3官能以上のラジカル重合性不飽和基含有化合物を含むことが好ましい。
ラジカル重合性不飽和基含有化合物(a5)は、低温硬化性の点から、水酸基を有するラジカル重合性不飽和基含有化合物を含むことが好ましい。
ラジカル重合性不飽和基含有化合物(a5)は、低温硬化性及び塗膜の耐擦り傷性の点から、不飽和基当量が100〜1,500であることが好ましい。より好ましくは150〜1,000である。
ラジカル重合性不飽和基含有化合物(a5)としては、トリメチロールプロパントリアクリレート、ウレタンアクリレート化合物、脂肪族ウレタンアクリレート化合物等が好ましく、例えば、耐擦り傷性の点からウレタンアクリレート化合物、さらに耐候性の点から脂肪族ウレタンアクリレート化合物を用いることが好ましい。
コロイダルシリカ(a6)
クリヤ塗料(A)は、必要に応じてコロイダルシリカ(a6)を含有するものである。コロイダルシリカ(a6)によって、得られる塗膜に耐擦り傷性を付与することができ、また耐擦り傷性や耐衝撃性向上にも寄与する。
上記コロイダルシリカ(a6)の平均粒子径は、20〜350nm、より好ましくは40〜300nmである。
上記コロイダルシリカ(a6)は、溶剤中に分散安定化されたものが好適に使用できる。このようなコロイダルシリカ(a6)の市販品としては、スノーテックスMPA-ST、スノーテックスIPA−ST、スノーテックスIPA−ST−UP、スノーテックスIPA−ST−ZL、スノーテックスEG−ST、スノーテックスNPC−ST−30、スノーテックスDMAC−ST、スノーテックスMEK−ST、スノーテックスMEK−ST−UP、スノーテックスMEK−ST−L、スノーテックスMIBK−ST、スノーテックスXBA−ST、スノーテックスPMA−ST、スノーテックスPGM−ST(以上、日産化学工業社製)、NANOBYK−3650、NANOBYK−3651、NANOBYK−3652(以上、ビックケミー・ジャパン社製)、等を挙げることができる。
また、クリヤ塗料(A)中での安定性と活性エネルギー線照射による架橋性を付与するためにコロイダルシリカ表面に変性を行うことが好ましい。このような変性方法としては、上記コロイダルシリカに3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート、1,1−ビス(アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネートなどを反応させる方法が挙げられる。上記コロイダルシリカは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シルセスキオキサン化合物(a7)
シルセスキオキサン化合物(a7)は、ケイ素原子に直接に結合した有機基を有するシルセスキオキサン化合物であれば特に制限なく好適に使用することができる。本発明において、シルセスキオキサンは、通常、一般式(RSiO3/2nで表わされる構造の化合物の総称を示す。有機基を有することでクリヤ塗料中での安定性が良好となる。
ここで、本明細書において「シルセスキオキサン化合物」は、Si−OH基(ヒドロキシシリル基)の全てが加水分解縮合した構造のシルセスキオキサン化合物のみを意味するのではなく、Si−OH基が残存したラダー構造、不完全籠型構造、ランダム縮合体のシルセスキオキサン化合物をも含むことができる。
前記シルセスキオキサン化合物(a7)は、Si−OH基の全てが加水分解縮合した構造のシルセスキオキサン化合物の割合が、好ましくは50質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらにより好ましくは90質量%以上、特に好ましくは100質量%であることが液安定性及び耐候性の点から好ましい。
さらに、前記ケイ素原子に直接に結合した有機基の少なくとも1つがウレタン結合及び1つの(メタ)アクリロイルオキシ基を有する有機基であるシルセスキオキサン化合物がより好適に使用できる。
前記シルセスキオキサン化合物(a7)として、例えば、前記ウレタン結合及び1つの(メタ)アクリロイルオキシ基を有する有機基が、下記一般式(A)で表される有機基であるシスセスキオキサン化合物を挙げることができる。
Figure 2012073659
[式(A)中、Rは水素原子又はメチル基を示す。Rは炭素数1〜10の2価の炭化水素基を示す。Rは炭素数1〜10の2価の炭化水素基を示す。Yは
Figure 2012073659
(式中、Rは、前記に同じ。nは0〜9の整数を示す。)、
Figure 2012073659
(式中、Rは置換又は非置換の炭素数1〜6の1価の炭化水素基を示す。)、又は
Figure 2012073659
(式中、Rは置換又は非置換の炭素数1〜6の1価の炭化水素基を示す。)を示す。]。
ここで、シルセスキオキサン化合物(a7)としては、上記一般式(A)で表される有機基のうち、一種類を有していても、複数種類の有機基を有していてもよい。
いいかえると、シルセスキオキサン化合物(a7)としては、例えば、前記ウレタン結合及び1つの(メタ)アクリロイルオキシ基を有する有機基が、下記一般式(I)〜(III)で表される有機基からなる群より選択される少なくとも一種であるシルセスキオキサン化合物を挙げることができる。
Figure 2012073659
[一般式(I)中、Rは水素原子又はメチル基を示す。Rは炭素数1〜10の2価の炭化水素基を示す。Rは炭素数1〜10の2価の炭化水素基を示す。nは0〜9の整数を示す。]
Figure 2012073659
[式(II)中、R〜Rは前記に同じ。Rは置換又は非置換の炭素数1〜6の1価の炭化水素基を示す。]
Figure 2012073659
[式(III)中、R〜Rは前記に同じ。Rは置換又は非置換の炭素数1〜6の1価の炭化水素基を示す。]。
前記Rとしては、炭素数1〜12(好ましくは1〜10)の2価の炭化水素基であれば特に限定されるものではない。具体的には例えば、メチレン基、エチレン基、1,2−プロピレン基、1,3−プロピレン基、1,2−ブチレン基、1,4−ブチレン基、ヘキシレン基、デカメチレン基、ドデカメチレン基等のアルキレン基;シクロヘキシレン基等のシクロアルキレン基;フェニレン基、キシリレン基、ビフェニレン基等のアリーレン基等が挙げられる。なかでも、炭素数1〜6の2価の炭化水素基、特にエチレン基、1,2−プロピレン基、1,4−ブチレン基であることが、耐熱性、耐擦傷性及び極性の高い重合性不飽和化合物との相溶性がより優れる点から好ましい。
前記Rとしては、炭素数1〜12(好ましくは1〜10)の2価の炭化水素基であれば特に限定されるものではない。具体的には例えば、メチレン基、エチレン基、1,2−プロピレン基、1,3−プロピレン基、1,2−ブチレン基、1,4−ブチレン基、ヘキシレン基、デカメチレン基、ドデカメチレン基等のアルキレン基;シクロヘキシレン基等のシクロアルキレン基;フェニレン基、キシリレン基、ビフェニレン基等のアリーレン基等が挙げられる。なかでも、炭素数1〜6の2価の炭化水素基、特にエチレン基、1,3−プロピレン基であることが、耐熱性、耐擦傷性及び極性の高い重合性不飽和化合物との相溶性がより優れる点から好ましい。
前記nとしては、0〜9の整数であれば特に限定されるものではない。nとしては、好ましくは0〜5の整数、さらに好ましくは0〜3の整数、特に好ましくは0又は1である。
前記Rとしては、置換又は非置換の炭素数1〜6の1価の炭化水素基であれば特に限定されるものではない。具体的には例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、シクロヘキシル基等の直鎖状又は分岐状のアルキル基といった非環状脂肪族1価炭化水素基又は環状脂肪族1価炭化水素基;トリフルオロメチル基、3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル基等の含フッ素アルキル基等が挙げられる。特に、極性の高い重合性不飽和化合物との相溶性がより優れる点からメチル基が好ましい。
前記Rとしては、置換又は非置換の炭素数1〜6の1価の炭化水素基であれば特に限定されるものではない。具体的には例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、シクロヘキシル基等の直鎖状又は分岐状のアルキル基といった非環状脂肪族1価炭化水素基又は環状脂肪族1価炭化水素基;トリフルオロメチル基、3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル基等の含フッ素アルキル基等が挙げられる。特に、極性の高い重合性不飽和化合物との相溶性がより優れる点からメチル基が好ましい。
前記一般式(I)で表される有機基としては、耐熱性、耐擦傷性、極性の高い重合性不飽和化合物との相溶性及び活性エネルギー線硬化性がより優れる点から、Rが水素原子であり、Rがエチレン基又は1,4−ブチレン基であり、Rがエチレン基又は1,3−プロピレン基であり、かつnが0である有機基が好ましい。
前記一般式(II)で表される有機基としては、耐熱性、耐擦傷性、極性の高い重合性不飽和化合物との相溶性及び活性エネルギー線硬化性がより優れる点から、Rがメチル基であり、Rがエチレン基又は1,3−プロピレン基であり、Rが水素原子であり、かつRがエチレン基である有機基が好ましい。
前記一般式(III)で表される有機基としては、耐熱性、耐擦傷性、極性の高い重合性不飽和化合物との相溶性及び活性エネルギー線硬化性がより優れる点から、Rがメチル基であり、Rがエチレン基又は1,3−プロピレン基であり、Rが水素原子であり、かつRがエチレン基である有機基が好ましい。
前記シルセスキオキサン化合物(a7)は、単一の組成の化合物であってもよく、又は組成の異なる化合物の混合物であってもよい。前記シルセスキオキサン化合物(a7)の重量平均分子量は、特に限定されるものではない。好ましくは重量平均分子量が1,000〜100,000、より好ましくは重量平均分子量が1,000〜10,000である。これら範囲は、シルセスキオキサン化合物(a7)を配合して得られた塗膜の耐擦傷性向上の点で意義がある。
以下、各々の配合量について述べる。クリヤ塗料(A)における上記各成分の含有量は、化合物(a1)の含有量は、クリヤ塗料(A)の固形分100質量部に対して、5〜90質量部であり、好ましくは10〜70質量部、より好ましくは20〜55質量部である。これらの範囲は、耐擦り傷性及び耐候性の点で意義がある。
水酸基含有樹脂(a2)の含有量は、クリヤ塗料(A)の固形分100質量部に対して、1〜70質量部であり、好ましくは10〜60質量部、より好ましくは40〜55質量部である。これらの範囲は、低温硬化性の点で意義がある。
光重合開始剤(a3)の含有量は、クリヤ塗料(A)の固形分100質量部に対して、1〜8質量部であり、好ましくは2〜6質量部である。これらの範囲は、活性エネルギー線に対する反応性の点で意義がある。
イソシアネート化合物(a4)の含有量は、好ましくは、クリヤ塗料(A)の固形分100質量部に対して、5〜30質量部であり、好ましくは10〜20質量部である。これらの範囲は、低温硬化性の点で意義がある。
イソシアネート化合物(a4)が塗料組成物に含有される場合、化合物(a1)及びイソシアネート化合物(a4)の配合割合は、化合物(a1)の有するイソシアネート基とイソシアネート化合物(a4)の有するイソシアネート基とが、当量比で化合物(a1)のNCO/イソシアネート化合物(a4)のNCO=0.10〜9.00となる範囲が好ましく、0.20〜4.00となる範囲がより好ましい。これら範囲は、塗膜の耐酸性の点で意義がある。また、化合物(a1)、水酸基含有樹脂(a2)、及び必要により配合されるイソシアネート化合物(a4)の配合割合は、化合物(a1)及び必要により配合されるイソシアネート化合物(a4)の有するイソシアネート基の合計量と水酸基含有樹脂(a2)の有する水酸基とが、当量比でNCO/OH=0.30〜2.00となる範囲が好ましく、0.50〜1.80となる範囲がより好ましい。これら範囲は、塗膜の耐擦り傷性及び耐候性の点で意義がある。
ラジカル重合性不飽和基含有化合物(a5)を使用する場合、その含有量は、好ましくは、クリヤ塗料(A)の固形分100質量部に対して、1〜50質量部であり、好ましくは5〜20質量部である。これらの範囲は、耐擦り傷性及び耐候性の点で意義がある。
コロイダルシリカ(a6)を使用する場合、その含有量は、好ましくは、クリヤ塗料(A)の固形分100質量部に対して、30質量部以下であり、好ましくは1〜25質量部である。これらの範囲は、耐擦り傷性、耐衝撃性向上の点で意義がある。
シルセスキオキサン化合物(a7)を使用する場合、その含有量は、好ましくは、クリヤ塗料(A)の固形分100質量部に対して、30質量部以下であり、好ましくは1〜25質量部である。これらの範囲は、層間付着性で意義がある。
クリヤ塗料(A)には必要に応じて、硬化触媒、増粘剤、紫外線吸収剤、光安定剤、消泡剤、防錆剤、可塑剤、有機溶剤、表面調整剤、沈降防止剤等の通常の塗料用添加剤をそれぞれ単独でもしくは2種以上組み合わせて含有することができる。
クリヤ塗料(A)は、有機溶剤型塗料組成物及び水性塗料組成物のいずれであってもよいが、貯蔵安定性等の観点から、有機溶剤型塗料組成物であることが好適である。なお、本明細書において、水性塗料組成物は溶媒の主成分が水である塗料であり、有機溶剤型塗料組成物は溶媒として実質的に水を含有しない塗料である。
有機溶剤型塗料の場合に使用される有機溶剤は特に限定されない。具体的には、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルアミルケトン、エチルイソアミルケトン、ジイソブチルケトン、メチルへキシルケトン等のケトン系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸メチル、プロピオン酸メチル等のエステル系溶剤;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン等のエーテル系溶剤;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート等のグリコールエーテル系溶剤;芳香族炭化水素系溶剤、脂肪族炭化水素系溶剤等が挙げられる。
ベース塗料(B)
ベース塗料(B)は、基体樹脂(b1)、着色顔料(b2)及びセルロースアセテートブチレート(b3)を含有する。有機溶剤型塗料組成物及び水性塗料組成物のいずれであってもよく、水性塗料組成物は溶媒の主成分が水である塗料であり、有機溶剤型塗料組成物は溶媒として実質的に水を含有しない塗料である。必要に応じて硬化剤を含む塗料を好適に使用できる。
基体樹脂(b1)
基体樹脂(b1)としては、例えば、架橋反応しうる官能基を有する、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などの樹脂を好適に使用できる。架橋反応しうる官能基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、カルボニル基等を挙げることができる。
またベース塗料(B)が水性塗料組成物の場合には、上記基体樹脂(b1)は、硬化剤と架橋反応しうる官能基に加えて、基体樹脂(b1)を水溶性化又は水分散化するのに十分な量の親水性基を有する。親水性基としては、例えば、カルボキシル基、水酸基、メチロール基、アミノ基、スルホン酸基、ポリオキシエチレン結合などを挙げることができる。これらの親水性基の種類に依存して、例えば、塩基性物質又は酸で中和することにより、基体樹脂を水溶化又は水分散化することができる。また、基体樹脂(b1)の重合による製造に際して、モノマー成分を界面活性剤や水溶性高分子物質の存在下に乳化重合することによっても基体樹脂(b1)の水分散化を行うことができる。基体樹脂(b1)としては、中でも、水酸基及びカルボキシル基を有するアクリル樹脂又はポリエステル樹脂が好適である。
水酸基及びカルボキシル基を有するアクリル樹脂は、通常、水酸基価が50〜600mgKOH/g程度の範囲、酸価が10〜100mgKOH/gの範囲、重量平均分子量が1,000〜100,000の範囲であることが好ましい。また、水酸基及びカルボキシル基を有するポリエステル樹脂は、通常、水酸基価が20〜800mgKOH/g程度の範囲、酸価が4〜200mgKOH/g程度の範囲、重量平均分子量が500〜500,000程度の範囲であることが好ましい。ベース塗料(B)に用いる場合、水酸基を有する基体樹脂(b1)は、耐候性と耐擦り傷性の点から、ガラス転移点温度が−10℃以上、特に10〜50℃の範囲内であることが好ましい。
基体樹脂(b1)としては、被塗物がポリプロピレン樹脂等のプラスチック材料である場合には、塗膜の付着性の観点から、塩素化ポリオレフィン及び/又はポリオレフィンを併用することもできる。
塩素化ポリオレフィンは、ポリオレフィンの塩素化物であって、塩素化するポリオレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、メチルブテン、イソプレン等から選ばれる少なくとも1種のオレフィン類のラジカル単独重合体又は共重合体、及び該オレフィン類と酢酸ビニル、ブタジエン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルなどとのラジカル共重合体が挙げられる。
塩素化ポリオレフィン及び/又はポリオレフィンは、一般に、30,000〜200,000、特に50,000〜150,000の範囲内の重量平均分子量を有することができ、また、塩素化率は50質量%以下、好ましくは10〜45質量%、より好ましくは10〜35質量%の範囲内である。
塩素化ポリオレフィンとしては、特に、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、塩素化エチレン−プロピレン共重合体、塩素化エチレン−酢酸ビニル共重合体などが好適である。また、塩素化ポリオレフィンに重合性モノマーをグラフト重合させたものも使用することができる。
上記グラフト重合させる重合性モノマーとして、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルエステル、グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレートとモノカルボン酸との付加物、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、アクリル酸、メタクリル酸などが挙げられる。
また、塩素化ポリオレフィン及び/又はポリオレフィンに水分散性を付与する場合には、重合性不飽和ジカルボン酸又はその無水物のような親水性モノマーの少なくとも1種を既知の方法によりグラフト重合させることもできる。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2個以上のカルボキシル基、又はその無水基を有する化合物であり、例えば、マレイン酸及びその無水物、イタコン酸及びその無水物、シトラコン酸及びその無水物などが挙げられる。これらの親水性モノマーの使用量は、塩素化ポリオレフィンとの合計量に基づいて90〜10質量%、特に80〜30質量%の範囲内が好適である。
着色顔料(b2)
着色顔料(b2)としては、アルミニウムペースト、パール粉、グラファイト、MIO等の光輝顔料、チタン白、フタロシアニンブルー、カーボンブラック等が挙げられ、必要に応じて、体質顔料を配合してもよい。着色顔料(b2)の配合量は、ベース塗料(B)の固形分100質量部に対して、1〜150質量部の範囲が好ましく、より好ましくは1〜100質量部の範囲である。
セルロースアセテートブチレート(b3)
ベース塗料(B)で用いられるセルロースアセテートブチレート(b3)は、ブチリル基変性率が30〜60%のものである。 セルロースアセテートブチレートとしては、例えば、イーストマンケミカルジャパン社製の商品名、CAB−551−0.01(ブチリル基変性率=55%)、CAB−551−0.2(ブチリル基変性率=55%)、CAB−531−1(ブチリル基変性率=53%)、CAB−500−5(ブチリル基変性率=50%)、CAB−553−0.4(ブチリル基変性率=55%)、CAB−381−0.1(ブチリル基変性率=38%)、CAB−381−0.5(ブチリル基変性率=38%)、CAB−381−2(ブチリル基変性率=38%)、CAB−381−2BP(ブチリル基変性率=38%)、CAB−381−20(ブチリル基変性率=38%)、CAB−381−20BP(ブチリル基変性率=38%)、CAB−321−0.1(ブチリル基変性率=32%)、ソーラス2300(ブチリル基変性率=38%)、ソーラス2100(ブチリル基変性率=55%)を挙げることができる。低粘度であり、溶剤の使用量を低減できるという面から、ソーラス2300、ソーラス2100などがより好適に使用できる。
なお、セルロースアセテートブチレートは、2種以上のものが併用されてもよい。
これらのセルロースアセテートブチレート(b3)の分子量は、3000〜100000、好ましくは4000〜40000、さらに好ましくは4000〜30000である。分子量が上記の範囲であることによって、塗膜の仕上り性や塗料中の有機溶剤量の低減に好ましい。
またセルロースアセテートブチレート(b3)は、水酸基の一部を酸によりエステル化することによって水性塗料にも適用することができる。
なおセルロースアセテートブチレート(b3)の配合量は、ベース塗料(B)の固形分100質量部に対して、1〜50質量部の範囲が好ましく、より好ましくは5〜40質量部の範囲である。
ベース塗料(B)には、硬化剤が配合されていてもよい。硬化剤としては、基体樹脂(b1)中の架橋反応しうる官能基と反応し得る架橋性官能基を有する化合物を使用することができる。そのような硬化剤としては、ポリイソシアネート化合物、メラミン樹脂、カルボジイミド樹脂、ポリヒドラジド化合物、グリシジル基含有化合物などを使用することができる。
ポリイソシアネート化合物としては、例えば、トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、メタキシリレンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート;ヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネート;イソホロンジイソシアネート、水添4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートなどの脂環式ジイソシアネート、これらのジイソシアネート化合物の各種誘導体等の1分子中に少なくとも2個のイソシアネート基を有する化合物を使用することができる。
メラミン樹脂としては、特に、トリアジン核1個あたり平均3個以上のメチロール基を有するメチロール化メラミン樹脂;メチロール化メラミン樹脂に炭素数1〜10のモノアルコールを反応させて得られる部分又はフルエーテル化メラミン樹脂などが使用できる。これらのメラミン樹脂はイミノ基が併存しているものも使用できる。これらは疎水性及び親水性のいずれでも差し支えない。
カルボジイミド樹脂としては、上記ポリカルボジイミド化合物としては、得られる塗膜の平滑性などの観点から、水溶性又は水分散性のポリカルボジイミド化合物を使用することが好ましい。該水溶性又は水分散性のポリカルボジイミド化合物は、水性媒体中に安定に溶解又は分散し得るポリカルボジイミド化合物であれば、特に制限なく使用することができる。上記水溶性ポリカルボジイミド化合物としては、具体的には、例えば、「カルボジライトSV−02」、「カルボジライトV−02」、「カルボジライトV−02−L2」「カルボジライトV−04」(いずれも日清紡社製、商品名)等を使用することができる。また、上記水分散性ポリカルボジイミド化合物としては、例えば、「カルボジライトE−01」、「カルボジライトE−02」(いずれも日清紡社製、商品名)等を使用することができる。なおこれらのポリカルボジイミド化合物は、基体樹脂の水酸基と反応する。
ポリヒドラジド化合物としては、1分子当たり少なくとも2個以上のヒドラジド基を有するものである。ポリヒドラジド化合物の具体例としては、例えば、蓚酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、こはく酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジドなどの炭素数2〜18の飽和脂肪族カルボン酸のジヒドラジド;マレイン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、イタコン酸ジヒドラジドなどのモノオレフィン性不飽和ジカルボン酸のジヒドラジド;フタル酸、テレフタル酸又はイソフタル酸のジヒドラジド;ピロメリット酸のジヒドラジド、トリヒドラジド又はテトラヒドラジド;ニトリロトリ酢酸トリヒドラジド、クエン酸トリヒドラジド、1,2,4-ベンゼントリヒドラジド;エチレンジアミンテトラ酢酸テトラヒドラジド、1,4,5,8-ナフトエ酸テトラヒドラジド;カルボン酸低級アルキルエステル基を有する低重合体をヒドラジン又はヒドラジン水化物(ヒドラジンヒドラード)と反応させてなるポリヒドラジド等を挙げることができ、これらは単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
また、グリシジル基含有化合物としては、1分子中にグリシジル基を1個以上、好ましくは2個以上有する化合物である。グリシジル基含有化合物は、グリシジル基以外に、カチオン重合性の基又は環(例えば、脂環式エポキシ基、ビニル基、ビシクロオルソエステル基、スピロオルソカーボネート基などのカチオン重合性の基;オキセタン環などのカチオン重合性の環)を有さないものである。
グリシジル基含有化合物の具体例としては、例えば、ジグリシジルエーテル、2-グリシジルフェニルグリシジルエーテル、2,6-ジグリシジルフェニルグリシジルエーテル等のグリシジルエーテル化合物;ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂などのグリシジルエーテル基又はグリシジルエステル基を有するエポキシ樹脂;グリシジル(メタ)アクリレート、メチルグリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル等のグリシジル基含有重合性不飽和モノマーと、必要に応じて、その他の重合性不飽和モノマーとの(共)重合体等を挙げることができる。
上記の基体樹脂(b1)と硬化剤の配合割合は、両成分の固形分合計100質量部に対して、基体樹脂が60〜95質量部、好ましくは70〜90質量部、硬化剤が5〜40質量部、好ましくは10〜30質量部の割合で使用することができる。
また、ベース塗料(B)には、架橋反応を促進させるための硬化触媒として、例えば、オクチル酸錫、ジブチル錫ジ(2−エチルヘキサノエート)、ジオクチル錫ジ(2−エチルヘキサノート)、ジオクチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫オキサイド、モノブチル錫トリオクテート、2−エチルヘキサン酸鉛、オクチル酸亜鉛などの有機金属化合物を適宜配合することができる。
これらの硬化触媒の配合量は、通常、基体樹脂(b1)と硬化剤の合計100質量部に対して0.005〜5質量部、好ましくは0.01〜3質量部の範囲内とすることができる。
ベース塗料(B)には、さらに必要に応じて、紫外線吸収剤、光安定剤、酸加防止剤、表面調整剤、顔料分散剤、硬化触媒、体質顔料、沈降防止剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、などを適宜配合してもよい。
ベース塗料(B)には、さらに必要に応じて、クリヤ塗料(A)に用いた光重合開始剤(a3)を配合することができる。光重合開始剤(a3)を含有することによって、クリア塗料(A)から染み込んだ化合物(a5)を活性エネルギー線の照射によって硬化することができ、より付着性が向上できる。
ベース塗料(B)は、以上に述べた各成分をそれ自体既知の方法で、溶媒に溶解ないし分散させ塗料化することにより調製することができる。上記溶媒としては、有機溶剤や水が使用でき、このうち有機溶剤として、炭化水素系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤などの通常の塗料用溶剤が使用できる。また、ベース塗料(B)は、フォードカップNo.4(20℃)で10〜40秒間の範囲の粘度が得られるように、固形分を20〜60質量%の範囲内となるように調整して塗装することが好ましい。
ベース塗膜の形成
ベース塗膜は、被塗物上にベース塗料(B)を塗装して形成される。ベース塗料(B)は、塗装時において、固形分を通常15質量%以上、特に20〜50質量%の範囲内とし、さらに、その粘度を10〜40秒/フォードカップ#4/20℃の範囲内に調整しておくことが好ましい。
塗装方法は特に限定されず、例えば、エアスプレー、エアレススプレー、回転霧化塗装機、浸漬塗装、刷毛等により塗装することができる。塗装の際、静電印加を行ってもよい。ベース塗料組成物を塗装して形成されるベース塗膜の膜厚は、通常、硬化塗膜に基づいて3〜30μm、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。
形成されたベース塗膜上には、クリヤ塗料(A)が塗装される。ベース塗膜は、その塗膜上にクリヤ塗料(A)が塗装される際に、硬化していてもよく、又は未硬化であってもよい。
ベース塗膜を硬化させるためには通常加熱を行う。加熱条件としては、例えば、80〜150℃の温度で、5〜30分間の時間が挙げられる。未硬化の場合には、ベース塗膜の揮発分を低くする又は揮発分を除去するために、予備加熱(プレヒート)、エアブローを行うことができる。プレヒートは、通常、塗装された被塗物を乾燥炉内で、50〜110℃、好ましくは60〜90℃の温度で1〜30分間、直接的又は間接的に加熱することにより行うことができる。また、エアブローは、通常、被塗物の塗装面に常温又は25℃〜80℃の温度に加熱された空気を吹き付けることにより行うことができる。
クリヤ塗料(A)を塗装する方法は、特に限定されるものではない。例えば、エアスプレー、エアレススプレー、回転霧化塗装機、浸漬塗装、刷毛等により塗装することができる。塗装の際、静電印加を行ってもよい。塗装膜厚は、硬化膜厚で通常10〜100μm、好ましくは10〜50μm範囲内とすることができる。
塗装後には、塗装直後の塗膜の揮発分を減少させる又は揮発分を除去するために、予備加熱(プレヒート)、エアブローを行うことができる。プレヒートは、通常、塗装された被塗物を乾燥炉内で、50〜110℃、好ましくは60〜90℃の温度で1〜30分間直接的又は間接的に加熱することにより行うことができる。また、エアブローは、通常、被塗物の塗装面に常温又は25℃〜80℃の温度に加熱された空気を吹き付けることにより行うことができる。
クリヤ塗料を硬化させる際には、加熱及び活性エネルギー線照射を行う。加熱及び活性エネルギー線照射の順序は特に限定されず、加熱の後に活性エネルギー線照射を行ってもよく、活性エネルギー線照射の後に加熱を行ってもよく、加熱と活性エネルギー線照射とを同時に行ってもよい。
また、上記の加熱と活性エネルギー線照射とを同時に行なう際には、活性エネルギー線の照射源からの熱(例えばランプが発する熱)を熱源としてもよい。さらに、加熱の後に活性エネルギー線照射を行なう際には、被塗物が熱を帯びた状態(余熱を持った状態)で活性エネルギー線照射を行ってもよい。
加熱条件は特に限定されるものではない。例えば、50〜140℃の温度で1〜60分間加熱することができる。本発明において、クリヤ塗料は、低温での熱硬化性を有しており、高い温度(例えば100℃以上)で加熱せずとも耐擦り傷性、耐候性、耐汚染性、耐衝撃性等の所望の性能が得られることから、50〜100℃、より好ましくは70〜90℃の温度で加熱することが好ましい。また、クリヤ塗料は、活性エネルギー線でも硬化するため、長い時間で加熱せずとも耐擦り傷性、耐候性等の所望の性能が得られることから、1〜30分間加熱することが好ましく、1〜20分間加熱することがより好ましい。
上記活性エネルギー線としては、例えば紫外線、可視光線、レーザー光(近赤外線、可視光レーザー、紫外線レーザー等)が挙げられる。その照射量は、通常100〜5,000mJ/cm、好ましくは300〜3,000mJ/cmの範囲内が好ましい。また、活性エネルギー線の照射源としては、従来から使用されているもの、例えば超高圧、高圧、中圧、低圧の水銀灯、FusionUV社製無電極ランプ、ケミカルランプ、カーボンアーク灯、キセノン灯、メタルハライド灯、蛍光灯、タングステン灯、太陽光等の各光源により得られる光源や紫外カットフィルターによりカットした可視領域の光線や可視領域に発振線を持つ各種レーザー等が使用できる。また、パルス発光型の活性エネルギー線照射装置も使用できる。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。尚、「部」及び「%」は、別記しない限り「質量部」及び「質量%」を示す。
化合物(a1)の製造
製造例1
攪拌機、温度計、還流冷却器、及び滴下装置を備えた反応容器に、メトキシプロピルアセテート25.3部、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート環付加物(NCO含量21%)50.0部、ジブチルスズジラウレート0.02部、及びハイドロキノンモノメチルエーテル0.2部の混合物を仕込んだ。該混合物を攪拌しながら、50℃まで加熱した。
続いて、混合物の温度が60℃を超えないようにしながら、プラクセルFA−2D(商品名、ダイセル化学社製、一般式(I)においてRが水素原子であり、Rがエチレン基であり、nが2であるカプロラクトン変性ヒドロキシエチルアクリレート)51.1部を8時間かけて滴下し、混合物を60℃で更に1時間撹拌し、固形分80%の化合物(a1−1)溶液を得た。得られた化合物(a1−1)のイソシアネート当量は681、不飽和基当量は681、重量平均分子量は1,021であった。
製造例2〜3、比較製造例1、2
配合を表1に記載の配合にした以外は、製造例1と同様にして、化合物(a1−2)〜(a1−3)及び化合物(a1’−1)〜(a1’−2)溶液を得た。得られた化合物のイソシアネート当量、不飽和基当量、及び重量平均分子量を表1に示す。
Figure 2012073659
(注1)プラクセルFA−1:商品名、ダイセル化学社製、一般式(I)においてRが水素原子であり、Rがエチレン基であり、nが1であるカプロラクトン変性ヒドロキシエチルアクリレート
(注2)プラクセルFM−3:商品名、ダイセル化学社製、一般式(I)においてRがメチル基であり、Rがエチレン基であり、nが3であるカプロラクトン変性ヒドロキシエチルメタクリレート
水酸基含有樹脂(a2)の製造
製造例4 水酸基含有アクリル樹脂(a2−1)溶液の製造
攪拌機、温度計、還流冷却器、及び滴下装置を備えた反応容器に、キシレン80部を仕込み、窒素ガスを吹き込みながら100℃で攪拌し、この中にスチレン10部、メチルメタクリレート40部、i−ブチルメタクリレート8部、n−ブチルアクリレート20部、2−ヒドロキシエチルアクリレート20部、アクリル酸2部及び2,2’−アゾビスイソブチロニトリル4部の混合物を3時間かけて均一速度で滴下し、さらに同温度で2時間熟成した。その後、さらにキシレン10部及び2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.5部の混合物を1時間かけて反応容器に滴下し、滴下終了後1時間熟成させ、固形分55%の水酸基含有アクリル樹脂(a2−1)溶液を得た。得られた水酸基含有アクリル樹脂(a2−1)の酸価は15.6mgKOH/g、水酸基価は96.6mgKOH/g、重量平均分子量は20,000、ガラス転移点温度は14.6℃であった。
製造例5 水酸基含有アクリル樹脂(a2−2)溶液の製造
攪拌機、温度計、還流冷却器、及び滴下装置を備えた反応容器に、キシレン80部を仕込み、窒素ガスを吹き込みながら100℃で攪拌し、この中にスチレン10部、メチルメタクリレート33部、i−ブチルメタクリレート8部、n−ブチルアクリレート27部、2−ヒドロキシエチルアクリレート20部、アクリル酸2部及び2,2’−アゾビスイソブチロニトリル4部の混合物を3時間かけて均一速度で滴下し、さらに同温度で2時間熟成した。その後、さらにキシレン10部及び2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.5部の混合物を1時間かけて反応容器に滴下し、滴下終了後1時間熟成させ、固形分55%の水酸基含有アクリル樹脂(a2−2)溶液を得た。得られた水酸基含有アクリル樹脂(a2−2)の酸価は15.6mgKOH/g、水酸基価は96.6mgKOH/g、重量平均分子量は20,000、ガラス転移点温度は3.9℃であった。
ウレタンアクリレート(a5)の製造
製造例6 ウレタンアクリレート樹脂(a5−1)溶液
温度計、サーモスタット、撹拌機、還流冷却器及び空気吹込装置を備え付けた反応容器に、イソホロンジイソシアネート888部、2−ヒドロキシエチルアクリレート464部及びハイドロキノンモノメチルエーテル0.7部を仕込み、反応容器内に空気を吹き込みながら、80℃に昇温し、その温度に5時間保ち、加えた2−ヒドロキシエチルアクリレートが実質的に全て反応したのを確認した後、ペンタエリスリトール136部、酢酸ブチル372部及びジブチルチンジラウレート0.2部を添加してさらに80℃に保持し、イソホロンジイソシアネートが実質的に全て反応したのを確認して冷却し、固形分80%のウレタンアクリレート樹脂(a5−1)溶液を得た。得られたウレタンアクリレート樹脂(a5−1)の不飽和基当量は372であった。
コロイダルシリカ(a6)の製造例
製造例7 変性コロイダルシリカNo.1溶液の製造
サーモスタット、撹拌機、還流冷却器及び空気吹込装置を備え付けた反応容器にスノーテックスPMT−ST(日産化学工業社製、商品名、コロイダルシリカ、30%)333.3部(固形分100部)、3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン5部を仕込み、反応容器内に乾燥空気を吹き込みながら80℃に昇温した。その温度に3時間保ち、仕込んだ3−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランが実質的に全てPMT−STと反応したのを確認した後、冷却して、固形分31%の変性コロイダルシリカNo.1溶液を得た。
シルセスキオキサン化合物(a7)の製造例
製造例8 生成物(a7−1)
還流冷却器、温度計、空気導入管、及び攪拌機を取り付けたセパラブルフラスコに、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン685部、2−ヒドロキシエチルアクリレート315部、p−メトキシフェノール1部を仕込み、乾燥空気を吹き込みながら100℃で12時間反応させ、生成物(P1)を得た。
次に、還流冷却器、温度計、及び攪拌機を取り付けたセパラブルフラスコに、生成物(P1)728部、テトラヒドロフラン2800部を入れて常温で攪拌した。テトララブチルアンモニウムフルオリド三水和物4部を脱イオン水54部に溶解してフラスコに投入し、20℃にて24時間反応させた。1−メトキシ−2−プロパノール500部を入れて、減圧蒸留にて揮発分を除去した後、更に1−メトキシ−2−プロパノール500部を入れて減圧蒸留し、溶媒を交換した。生成物を1000部に調整し、固形分50%の生成物(a7−1)溶液1000部を得た。
生成物(a7−1)について29Si−NMR分析を行った結果、Siに結合した3つの酸素原子が全て他のSiと結合したT3構造に由来する−70ppm付近のピークのみが確認され、T0,T1、T2構造に由来するピークは観測されなかった。
また、生成物(a7−1)についてH−NMR分析を行った結果、Siに結合したメチレン基に由来する0.6ppmのピークが確認された。また、アクリロイルオキシ基の炭素−炭素不飽和結合に由来する5.9ppm、6.1ppm、6.4ppmのピークが確認された。これらのピーク強度比より計算したSiに結合したメチレン基に対するアクリロイルオキシ基の炭素−炭素不飽和結合のモル比率は、1.01であった。
また、生成物(a7−1)についてFT−IR分析を行った結果、ウレタン結合に帰属する1540cm−1付近のピークが確認された。
また、生成物(a7−1)についてゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)分析を行った結果、重量平均分子量は2,500であった。
生成物(a7−1)についての前記29Si−NMR、H−NMR、FT−IR、GPCの結果から、生成物(a7−1)が、ケイ素原子に直接に結合した有機基の全てが下記式(1)で表される有機基
Figure 2012073659
式(1)
を有するシルセスキオキサン化合物であって、該シルセスキオキサン化合物がSi−OH基のほとんど全てが加水分解縮合した構造である重量平均分子量2,500のシルセスキオキサン化合物であることが確認された。
製造例9 生成物(a7−2)
還流冷却器、温度計、空気導入管、攪拌機を取り付けたセパラブルフラスコに、Glycidyl POSS cage mixture(商品名、Hybrid Plastics社製)100部及び酢酸ブチル140部を仕込み、60℃で攪拌しながら溶解させた。ここに酢酸40部、p−メトキシフェノール0.5部、及びテトラブチルアンモニウムブロミド10部を仕込み、乾燥空気を吹き込みながら120℃で12時間反応させた。80℃まで冷却し、2−イソシアネートエチルアクリレート85部を加えて80℃で10時間反応させた後、減圧蒸留にて揮発分を除去し、1−メトキシ−2−プロパノールを500g加えてさらに減圧蒸留し、固形分50%の生成物(a7−2)溶液を得た。
原材料として用いたGlycidyl POSS cage mixtureは、3−グリシドキシプロピル基含有籠型ポリシルセスキオキサンであり、重量平均分子量は1,800、エポキシ当量は168g/eqであった。
生成物(a7−2)について29Si−NMR分析を行った結果、Siに結合した3つの酸素原子が全て他のSiと結合したT3構造に由来する−70ppm付近のピークのみが確認され、ヒドロキシシリル基の存在を示すT1やT2構造に由来するピークは確認されなかった。
また、生成物(a7−2)についてH−NMR分析を行った結果、Siに結合したメチレン基に由来する0.6ppmのピークが確認された。また、アクリロイルオキシ基の炭素−炭素不飽和結合に由来する5.9ppm、6.1ppm、6.4ppmのピークが確認された。これらのピーク強度比より計算したSiに結合したメチレン基に対するアクリロイルオキシ基の炭素−炭素不飽和結合のモル比率は、1.00であった。また、エポキシ基に帰属するピークは確認されなかった。滴定によって求めたエポキシ当量は10,000g/eq以上であった。
また、生成物(a7−2)についてFT−IR分析を行った結果、原材料であるGlycidyl POSS cage mixtureにおいて確認されなかったウレタン結合に帰属する1540cm−1付近の幅広いピークが確認された。
また、生成物(a7−2)についてGPC分析を行った結果、重量平均分子量は4,000であった。
生成物(a7−2)についての前記29Si−NMR、H−NMR、FT−IR、GPCの結果から、生成物(a7−2)が、ケイ素原子に直接に結合した有機基の全てが下記式(2)で表される有機基
Figure 2012073659
式(2)
を有するシルセスキオキサン化合物であって、該シルセスキオキサン化合物の55%以上がSi−OH基の全てが加水分解縮合した構造である重量平均分子量4,000のシルセスキオキサン化合物であることが確認された。
クリヤ塗料(A)の製造
製造例10 クリヤ塗料No.1の製造
製造例1で得られた化合物(a1−1)80%溶液62.5部(固形分50.0部)、製造例4で得られた水酸基含有アクリル樹脂(a2−1)55%溶液90.9部(固形分50.0部)、ダロキュア1173(商品名、メルクジャパン社製、光重合開始剤)3.0部、及びTINUVIN 384(商品名、チバスペシャルティ ケミカルズ社製、紫外線吸収剤)2.0部を均一に混合し、さらに酢酸ブチルで固形分を調整して、固形分50%のクリヤ塗料No.1を得た。
製造例11〜31、比較製造例3〜8 クリヤ塗料No.2〜No.28の製造
各成分の配合を表2及び表3に示す配合とする以外は製造例10と同様にして、製造例11〜31及び比較製造例3〜8の固形分50%のクリヤ塗料No.2〜No.28を得た。なお表2及び表3の配合量は、固形分の配合量を示す。
Figure 2012073659
Figure 2012073659
(注3)スノーテックスMPA−ST:日産化学工業株式会社製、商品名、コロイダルシリカ(平均粒子径13nm)
ベース塗料(B)の製造
製造例32 ベース塗料No.1の製造
固形分50%のアクリル樹脂溶液(注4)105.3部(固形分52.6部)及びスーパーベッカミンL−127−75b(注5)40部(固形分30部)ならびにジエチレングリコールモノブチルエーテル30部に、顔料分散ペースト(固形分50%のアクリル樹脂溶液(注4)34.7部(固形分17.4部)、酸化チタン130部及びキシレン23部を混合してボールミル分散することにより得た顔料分散ペースト)187.7部、20%のCAB−551−0.01(注6)を100部(固形分20部)を加えて混合し、さらにスワゾール1000(コスモ石油社製、商品名、炭化水素系溶剤)を添加して、塗料粘度を20℃においてフォードカップNo.4を用いて14秒に調整することにより、ベース塗料No.1を得た。
(注4)アクリル樹脂溶液:メチルメタクリレート37.5部、エチルアクリレート17部、n−ブチルアクリレート17部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート7部、プラクセルFM−3(ダイセル化学(株)製、商品名、2−ヒドロキシエチルメタクリレート1molにε−カプロラクトンを3mol開環重合した化合物)20部及びアクリル酸1.5部の共重合体、重量平均分子量55000、固形分50%)。
(注5)スーパーベッカミンL−127−75b:大日本インキ(株)社製、商品名、メラミン樹脂、固形分75%
(注6)CAB−551−0.01:イーストマンケミカルジャパン社製、商品名、ブチリル基変性率=55%、セルロースアセテートブチレート。
製造例33 ベース塗料No.2の製造
CAB−551−0.01(注6)をCAB−381−0.1(注7)に変える以外は、製造例32と同様にして、ベース塗料No.2を得た。
(注7)CAB−381−0.1:イーストマンケミカルジャパン社製、商品名、ブチリル基変性率=38%、セルロースアセテートブチレート。
製造例34 ベース塗料No.3の製造
CAB−551−0.01(注6)をSOLUS2300(注8)に変える以外は、製造例32と同様にして、ベース塗料No.3を得た。
(注8)SOLUS2300:イーストマンケミカルジャパン社製、商品名、ブチリル基変性率=38%、セルロースアセテートブチレート。
製造例35 ベース塗料No.4の製造
CAB−551−0.01(注6)の100部(固形分20部)を50部(固形分10部)に変える以外は、製造例32と同様にして、ベース塗料No.4を得た。
製造例36 ベース塗料No.5の製造
CAB−551−0.01(注6)の100部(固形分20部)を150部(固形分30部)に変える以外は、製造例32と同様にして、ベース塗料No.5を得た。
製造例37 ベース塗料No.6の製造(CABなし)
CAB−551−0.01(注6)の100部(固形分20部)を配合しない以外は、製造例32と同様にして、ベース塗料No.6を得た。
被塗物Aの作製
ポリプロピレンNX−280AK(三菱油化株式会社製、板厚3.2mm)をトリクロルエタン蒸気脱脂1分間行った後に80℃で10分乾燥させた。次いで、プライマーとして「アスカレックス#2850」(商品名、関西ペイント社製、ポリオレフィン含有導電水性プライマー塗料)を乾燥膜厚15μm塗装し、80℃で3分間の予備加熱(プレヒート)を行って「被塗物A」とした。
被塗物Bの作製
脱脂及びりん酸亜鉛処理した冷延鋼板(JISG3020、大きさ400×300×0.8mm)にカチオン電着塗料「エレクロンGT−10」(商品名:関西ペイント株式会社製、エポキシ樹脂ポリアミン系カチオン樹脂に硬化剤としてブロックポリイソシアネート化合物を使用したもの)を硬化塗膜に基づいて膜厚20μmになるように電着塗装し、170℃で20分間加熱して架橋硬化させて電着塗膜を得た。
得られた電着塗面に、中塗塗料「ルーガベークTP−65−2(白塗色)」(関西ペイント株式会社製、ポリエステル樹脂・メラミン樹脂系、有機溶剤型)をエアスプレーにて硬化塗膜に基づいて膜厚30μmになるように塗装し、140℃で30分間加熱硬化を行って「被塗物B」とした。
実施例1 被塗物Aを使用
上記被塗物Aに、製造例32で得たベース塗料No.1を、回転霧化型塗装機を用いて、乾燥膜厚が15μmとなるように塗装し、80℃で3分間プレヒートを行った。次いで、製造例10で得たクリヤ塗料No.1を乾燥膜厚が30μmとなるようエアスプレー塗装した。
続いて、80℃で5分間加熱後、超高圧水銀灯を用い1,500mJ/cmの照射量で活性エネルギー線を照射して試験板を得た。得られた試験板について評価に供した評価結果を表4に示す。
実施例2〜30、比較例1〜9
実施例1において、ベース塗料及びクリヤ塗料を表4〜表6に記載のベース塗料及びクリヤ塗料の組合せとした以外は、実施例1と同様に試験板を作製し、各種評価に供した。評価結果を表4〜表6に示す。
Figure 2012073659
Figure 2012073659
Figure 2012073659
実施例31 被塗物Bを使用
上記被塗物Bに、製造例32で得たベース塗料No.1を、回転霧化型塗装機を用いて、乾燥膜厚が15μmとなるように塗装し、80℃で3分間プレヒートを行った。次いで、製造例14で得たクリヤ塗料No.5を乾燥膜厚が20μmとなるようエアスプレー塗装した。
続いて、80℃で5分間加熱後、超高圧水銀灯を用い1,500mJ/cmの照射量で活性エネルギー線を照射して試験板を得た。得られた試験板について評価に供した評価結果を表7に示す。
実施例32〜36、比較例10〜12
実施例1において、ベース塗料及びクリヤ塗料を表7に記載のベース塗料及びクリヤ塗料の組合せとした以外は、実施例31と同様に試験板を作製し、各種評価に供した。評価結果を表7に示す。
Figure 2012073659
試験方法
(注9)耐溶剤性:
試験板の塗膜面に、アセトンを浸み込ませたガーゼにて塗膜面に荷重約1kg/cmの圧力をかけて、跡がつくまで約5cmの長さの間を往復させて回数を数え、下記基準により耐溶剤性を評価した:
S:200往復でも全く跡がつかないもの
A:100〜200往復で跡がつくもの
B:50〜99往復で跡がつくもの
C:49往復以下で跡がつくもの。
(注10)耐擦り傷性:
各試験板について、ASTM D1044に準じて、テーバー磨耗試験(磨耗輪CF−10P、荷重500g、100回転)を行った。試験前後の塗膜について、JIS K5600−4−7(1999)の鏡面光沢度(60度)に準じて各塗面の光沢度を測定した。試験前の光沢度に対する試験後の光沢度を光沢保持率(%)として求め、下記基準により評価した:
S:光沢保持率90%以上
A:光沢保持率80%以上90%未満
B:光沢保持率60%以上80%未満
C:光沢保持率60%未満。
(注11)耐候性:
各試験板について、JIS K 5600−7−8(1999)に準拠して、サンシャインウェザオメーターを用いて2000時間の耐候性試験を行った。試験後の試験板について、外観及び付着性を評価した:
<外観>
S:塗膜表面に異常が認められず、初期と試験後における試験板において、JIS Z 8730に準拠する色差ΔEが0.3未満である
A:僅かな黄変が認められ、初期と試験後における試験板において、JIS Z 8730に準拠する色差ΔEが0.3以上〜0.5未満であり、製品とした場合に問題がないレベル
B:塗膜に黄変が認められ、初期と試験後における試験板において、JIS Z 8730に準拠する色差ΔEが0.5以上〜0.8未満である
C:塗膜の黄変が認められ、初期と試験後における試験板において、JIS Z 8730に準拠する色差ΔEが0.8以上であるか、もしくはワレが生じているもの;
<付着性>
各塗面にJIS K 5600−5−6(1990)に準じて塗膜に2mm×2mmのゴバン目100個を作り、その面に粘着テープを貼着し、急激に剥がした後に、塗面に残ったゴバン目塗膜の数を評価した:
S:残存個数/全体個数=100個/100個
B:残存個数/全体個数=99個〜90個/100個、かつ塗膜の剥がれはベース塗膜とクリヤ塗膜の間である
C:残存個数/全体個数=89個以下/100個、又は塗膜の剥がれが被塗物面まで達するものがある。
(注12)耐衝撃性:
デュポン衝撃試験器を用い、撃心先端半径1/2インチ、落鐘質量500gで試験した。塗面に割れ目の入らない最高高さにより、耐衝撃性を評価した:
S:塗膜にワレが見られる落下高が40cm以上
A:塗膜にワレが見られる落下高が30cm以上、40cm未満
B:塗膜にワレが見られる落下高が20cmを超え、30cm未満
C:塗膜にワレが見られる落下高が20cm以下である。
(注13)耐水性:
試験板を40℃で1週間浸漬し、各塗面にJIS K 5600−5−6(1990)に準じて塗膜に2mm×2mmのゴバン目100個を作り、その面に粘着テープを貼着し、急激に剥がした後に、塗面に残ったゴバン目塗膜の数を評価した:
S:残存個数/全体個数=100個/100個
A:残存個数/全体個数=99個/100個、剥がれた1個はフチカケのみで製品として問題なし
B:残存個数/全体個数=98個〜90個/100個
C:残存個数/全体個数=89個以下/100個。
(注14)仕上り性:
JIS K5600−4−7(1999)の鏡面光沢度(20度)に準じて、各塗面の光沢度を測定した:
S:塗膜表面に異常が認められず、試験板において、JIS K5600−4−7に準拠する鏡面光沢度(20度)が80以上である
A:JIS K5600−4−7に準拠する鏡面光沢度(20度)が70以上で80未満であり、製品とした場合に問題がないレベル
B:JIS K5600−4−7に準拠する鏡面光沢度(20度)が60以上で70未満である
C:JIS K5600−4−7に準拠する鏡面光沢度(20度)が60未満であるか、もしくはワレが生じているもの。
(注15)総合評価:
本発明が属する、自動車車体及び家庭電器製品の外板部等の塗装の分野においては、耐溶剤性、耐擦り傷性、耐候性、耐衝撃性、耐水性及び仕上り性の全てが優れていることが重要である。従って、下記の基準にて総合評価を行った:
S:耐溶剤性、耐擦り傷性、耐候性(外観)、耐候性(付着性)、耐衝撃性、耐水性及び仕上り性の全ての項目がSである
A:上記7項目の全てがS又はAであり、かつ少なくとも1つがAである
B:上記7項目の全てがS、A又はBであり、かつ少なくとも1つがBである
C:上記7項目のうち、少なくとも1つがCである。

Claims (7)

  1. 被塗物上に、基体樹脂(b1)、着色顔料(b2)及びセルロースアセテートブチレート(b3)を含有するベース塗料(B)を塗装してベース塗膜を形成する工程、
    次いで、ラジカル重合性不飽和基含有化合物(a1)、水酸基含有樹脂(a2)及び光重合開始剤(a3)を含有するクリヤ塗料(A)を塗装してクリヤ塗膜を形成する工程、並びに
    活性エネルギー線の照射及び加熱を行う工程、
    を含む塗膜形成方法であって、
    該化合物(a1)がカプロラクトン変性ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとポリイソシアネート化合物とを反応させることにより得られ、かつ300〜3,800の範囲のイソシアネート当量を有する、方法。
  2. クリヤ塗料(A)における、水酸基含有樹脂(a2)のガラス転移点温度が0℃以上である請求項1に記載の塗膜形成方法。
  3. クリヤ塗料(A)が、さらに前記化合物(a1)以外のイソシアネート化合物(a4)を含有する請求項1に記載の塗膜形成方法。
  4. クリヤ塗料(A)が、さらに前記化合物(a1)以外のラジカル重合性不飽和基含有化合物(a5)を含有する請求項1に記載の塗膜形成方法。
  5. クリヤ塗料(A)が、コロイダルシリカ(a6)を含有する請求項1に記載の塗膜形成方法。
  6. クリヤ塗料(A)が、シルセスキオキサン化合物(a7)を含有する請求項1に記載の塗膜形成方法。
  7. 請求項1に記載の塗膜形成方法によって得られた塗装物品。
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