JPWO2015099151A1 - 複層塗膜の形成方法 - Google Patents

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Abstract

複層塗膜(1)の形成方法は、被塗物に形成された電着塗膜(11)の直上に、光輝性顔料(120)を含有する中塗り塗料を塗装することで、未硬化の中塗り塗膜(12)を形成する中塗り塗料塗装工程と、未硬化の中塗り塗膜(12)上に、着色顔料を含有するベース塗料を塗装することで、未硬化のベース塗膜(13)を形成するベース塗料塗装工程と、未硬化のベース塗膜(13)上に、クリヤー塗料を塗装することで、未硬化のクリヤー塗膜(14)を形成するクリヤー塗料塗装工程と、未硬化の中塗り塗膜(12)、未硬化のベース塗膜(13)及び未硬化のクリヤー塗膜(14)を同時に焼き付け硬化させる焼き付け工程とを有する。中塗り塗料中の光輝性顔料(120)は、体積平均粒子径D50が5〜20μmであり、平均厚みが0.01〜0.3μmの薄膜形状である。

Description

本発明は、複層塗膜の形成方法に関する。詳しくは、深み感を有する複層塗膜の形成方法に関する。
従来、自動車外板等の基材の表面には、種々の機能を有する複数の塗膜が積層形成されることが知られている。これら複数の塗膜は、基材を保護すると同時に、高い意匠性を付与することで、自動車の外観の向上、ひいては消費者の購買意欲の喚起に大きく寄与している。
また近年では、自動車外板等の用途として、深み感を有する複層塗膜の開発が進められている。例えば、メタリック塗料(A)、着色塗料(B)及びクリヤー塗料(C)を順次塗装し、メタリック塗料(A)及びクリヤー塗料(C)からなる複層塗膜と、メタリック塗料(A)、着色塗料(B)及びクリヤー塗料(C)からなる複層塗膜との色差ΔEを所定範囲内とする技術が提案されている(特許文献1参照)。この技術によれば、上層の着色塗膜を透過して下層のメタリック塗膜を目視できるため、深み感が得られるとともに、着色塗膜の膜厚が多少変動しても複層塗膜の色ムラの発生を防止できるとされている。
また、着色成分や光輝材を含有する第1塗料、着色成分を含有する第2塗料及びクリヤー塗料を順次塗装し、第2塗料中の着色成分の含有量を樹脂固形分に対して微量の所定範囲内とする技術が提案されている(特許文献2参照)。この技術によれば、優れた深み感を有する高彩度の多層塗膜が得られるとされている。
また、光輝性顔料を含有するベース塗料(A)、クリヤー塗料(B)、着色顔料や染料を含有するカラークリヤー塗料(C)及びトップクリヤー塗料(D)を順次塗装し、ベース塗膜とカラークリヤー塗膜間の色相角度hの差Δhと、ベース塗膜と複層塗膜間の明度L*の差ΔLと、ベース塗膜と複層塗膜間の彩度C*の差ΔCのそれぞれを所定範囲内とする技術が提案されている(特許文献3参照)。この技術によれば、エッジ部に生じる額縁等の色ムラの発生を防止でき、優れた深み感を有する高彩度の複層塗膜が得られるとされている(特許文献3参照)。
また、光輝性顔料を含有する第1水性ベース塗料及び第1クリヤー塗料を順次塗装して焼き付け硬化させることで第1硬化塗膜を形成した後、光輝性顔料を含有しない第2水性ベース塗料及び第2クリヤー塗料を順次塗装して焼き付け硬化させることで第2硬化塗膜を形成する積層塗膜の形成方法において、第1水性ベース塗料及び第2水性ベース塗料のPWCをそれぞれ所定範囲内とし、第1硬化塗膜のL*値、フリップフロップ値及びC*値を規定するとともに、第2ベース塗膜の膜厚、L*値及びC*値を所定範囲内とする技術が提案されている(特許文献4参照)。この技術によれば、膜厚変動による色相変動を抑制でき、優れた深み感を有する高彩度の積層塗膜が得られるとされている。
また、光輝性顔料を含有する第1水性ベース塗料、着色顔料を含有する第2水性ベース塗料、クリヤー塗料を順次塗装する複層塗膜の形成方法において、第1水性ベース塗料及び第2水性ベース塗料の塗料固形分濃度をそれぞれ所定範囲内とし、第1ベース塗膜の膜厚と所定範囲内とするとともに第1ベース塗膜と第2ベース塗膜の膜厚比率を所定範囲内とする技術が提案されている(特許文献5参照)。この技術によれば、光輝性顔料の配向性を向上させることができ、高彩度で深み感のある意匠性を有する複層塗膜が得られるとされている(特許文献5参照)。
特開2000−279877号公報 特許第4455731号公報 特許第4886994号公報 特許第4822991号公報 特開2011−147916号公報
上述の通り、従来の深み感を有する複層塗膜は、下層の第1ベース塗膜中に光輝性顔料を含有させるとともに、上層の第2ベース塗膜中に着色顔料のみを含有させ、塗膜別に機能を分担させて設計されるのが通常である。しかしながら、このような塗膜設計では、塗装工程数が増えて作業が煩雑化し、コストが嵩むという問題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な工程により優れた深み感を有する複層塗膜が得られる複層塗膜の形成方法を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明は、被塗物に形成された電着塗膜の直上に、光輝性顔料を含有する中塗り塗料を塗装することで、未硬化の中塗り塗膜を形成する中塗り塗料塗装工程と、前記未硬化の中塗り塗膜上に、着色顔料を含有するベース塗料を塗装することで、未硬化のベース塗膜を形成するベース塗料塗装工程と、前記未硬化のベース塗膜上に、クリヤー塗料を塗装することで、未硬化のクリヤー塗膜を形成するクリヤー塗料塗装工程と、前記未硬化の中塗り塗膜、前記未硬化のベース塗膜及び前記未硬化のクリヤー塗膜を同時に焼き付け硬化させる焼き付け工程と、を有し、前記中塗り塗料中の前記光輝性顔料は、体積平均粒子径D50が5〜20μmであるとともに、平均厚みが0.01〜0.3μmの薄膜形状であることを特徴とする複層塗膜の形成方法を提供する。
前記中塗り塗料中の前記光輝性顔料の含有量は、5〜30質量%であることが好ましい。
前記中塗り塗料により形成される中塗り塗膜は、波長400〜700nmの光線透過率が0.25%以下であることが好ましい。
前記中塗り塗料は、着色顔料をさらに含有し、前記中塗り塗料により形成される中塗り塗膜は、L*値が80であるホワイトソリッド塗膜上に膜厚15±3μmで形成されたときに、25°C*値が20以上であることが好ましい。ここで、膜厚15±3μmとは、膜厚12〜18μmが該当する。
前記ベース塗料により形成されるベース塗膜は、25°L*値が60以下であるとともに、25°C*値が25以上であることが好ましい。
前記中塗り塗料塗装工程と前記ベース塗料塗装工程の間に、第1予備加熱工程を有することが好ましい。
前記ベース塗料塗装工程と前記クリヤー塗料塗装工程の間に、第2予備加熱工程を有することが好ましい。
また本発明では、上記の複層塗膜の形成方法により形成された複層塗膜を提供する。
塗装工程を簡便化する手法としては、複層塗膜の層数の低減を目的として、ベース塗膜の機能を電着塗膜上の中塗り塗膜に付与するべく、中塗り塗膜中に光輝性顔料等を配合することが考えられる。しかしながら、中塗り塗膜中に光輝性顔料等を配合すると、中塗り塗膜の隠蔽性が低下して光線透過率が高くなる結果、本来的に耐光性が低い電着塗膜に光線が到達する。すると、電着塗膜が劣化すると同時に、中塗り塗膜と電着塗膜の界面で剥離が発生するという大きな問題が生ずる。
これに対して本発明では、体積平均粒子径D50が5〜20μmと比較的粒子径が小さいうえ、平均厚みが0.01〜0.3μmの薄膜形状の光輝性顔料を中塗り塗膜中に配合する。これにより、中塗り塗膜の高い隠蔽性を確保でき、光線透過率を低く抑えることができる結果、中塗り塗膜と電着塗膜の界面における剥離を回避できる。従って本発明によれば、従来と比べて複層塗膜の層数を低減でき、従来よりも簡便な工程により優れた深み感を有する複層塗膜が得られる。ひいては、作業を簡便化でき、コストを削減できる。
本発明の実施形態に係る複層塗膜の形成方法により得られる複層塗膜の断面模式図である。 従来一般的な光輝性顔料を中塗り塗膜に配合した複層塗膜の断面模式図である。
以下、本発明の実施形態について詳しく説明する。
本実施形態に係る複層塗膜の形成方法は、3C1B(3コート1ベーク)の静電塗装方式を採用した塗装方法であり、中塗り塗料塗装工程と、ベース塗料塗装工程と、クリヤー塗料塗装工程と、前記中塗り塗料塗装工程により形成された中塗塗膜と前記ベース塗料塗装工程により形成されたベース塗膜と前記クリヤー塗料塗装工程により得られたクリヤー塗膜とを同時に焼き付けする焼き付け工程と、を有する。
本実施形態に係る複層塗膜の形成方法は、従来よりも簡便な工程により優れた深み感を有する複層塗膜を形成可能であることを特徴とする。
ここで、本明細書において「深み感」とは、低〜中明度でありながら、彩度の高い色によって表される明度彩度の質感を意味する。この「深み感」は、評価者の目視による官能評価により評価される。
<被塗物>
被塗物としては、電着塗装が可能な金属が用いられる。金属としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、スズ、亜鉛等及びこれらの金属を含む合金が挙げられる。本実施形態に係る複層塗膜の形成方法は、これらの金属により構成される成型物、例えば自動車車体の外板等に好ましく適用される。
被塗物は、予めリン酸系又はジルコニウム系の化成処理剤で化成処理した後、電着塗装するのが好ましい。これにより、被塗物に優れた防錆性が付与される。電着塗料としては、カチオン型及びアニオン型のいずれも使用可能であるが、より優れた防食性が得られる観点から、カチオン型電着塗料が好ましく用いられる。
<中塗り塗料塗装工程>
中塗り塗料塗装工程は、被塗物に形成された電着塗膜の直上に、中塗り塗料を塗装する工程である。塗装方法としては、静電塗装が好ましく採用される。具体的には、例えば回転霧化式の静電塗装機により塗装される(以下の静電塗装も同様)。
中塗り塗料としては、光輝性顔料と、着色顔料と、塗膜形成性樹脂と、を含有する中塗り塗料が用いられる。中塗り塗料により形成される中塗り塗膜は、上塗り塗装後の表面平滑性を確保して外観を向上させるとともに、耐衝撃性や耐チッピング性等の各種塗膜物性を付与する。
また、本実施形態の中塗り塗料は、中塗り塗料により形成される中塗り塗膜の硬化後の中塗塗膜(以下、硬化中塗塗膜ということがある)において、波長400〜700nmの光線透過率が0.25%以下となるように、その組成が調整されることが好ましい。具体的には、後述の光輝性顔料及び着色顔料の配合種及び配合量を調整することで、硬化中塗り塗膜の光線透過率が0.25%以下に調整される。これにより、各塗色の複層塗膜において、中塗り塗膜が反射層として機能し、優れた深み感が得られる。また、中塗り塗膜が高い隠蔽性を有するため、本来的に耐光性が低い電着塗膜に到達する光線量を低減できる結果、電着塗膜の劣化を回避でき、中塗り塗膜と電着塗膜の界面における剥離を回避できる。
なお、光線透過率は、中塗り塗料を用いて形成された単独塗膜について、分光光度計(日立社製U−3310)を用い、波長400〜700nmにおいて10nm毎に光線透過率を測定することにより測定され、いずれの波長においても0.25%以下であることが必要である。
[光輝性顔料]
中塗り塗料に配合される光輝性顔料としては、例えばアルミニウム、銅、亜鉛、鉄、ニッケル、スズ、酸化アルミニウム等の金属や合金等の無着色又は着色された光輝性顔料等が用いられる。また、干渉マイカ、ホワイトマイカ、グラファイト、ガラスフレーク等の光輝性顔料を用いることもできる。
中でも、中塗り塗料中に配合する光輝性顔料として、アルミニウム系光輝性顔料及びマイカ系光輝性顔料からなる群より選ばれる少なくとも1種の鱗片状の光輝性顔料が好ましく用いられる。これらに該当する光輝性顔料としては、アルミニウムフレークや干渉マイカ等が挙げられる。
中塗り塗料に配合される光輝性顔料は、体積平均粒子径D50が5〜20μmであり、小さい。光輝性顔料の体積平均粒子径D50がこの範囲内であることにより、中塗り塗膜と電着塗膜の界面における剥離を回避でき、優れた深み感が得られる。より好ましい体積平均粒子径D50は、8〜17μmである。
体積平均粒子径D50は、光輝性顔料の粒度分布において、小粒子径側からある粒子径までの間で積算した粒子の合計体積を、粒子全体の体積に対する百分率で表したときに、その値が50%となるときの粒子径である。体積平均粒子径D50は、動的光散乱法、特にUPA−150(日機装社製マイクロトラック粒度分布測定装置)及び電子顕微鏡を用いて測定することができる。
また、光輝性顔料は、その形状が薄膜形状(鱗片状)であり、その平均厚みが0.01〜0.3μmである。薄膜形状の光輝性顔料の平均厚みがこの範囲内であることにより、中塗り塗膜と電着塗膜の界面における剥離を回避でき、優れた深み感を有する複層塗膜が得られる。
ここで、平均厚みは、走査型電子顕微鏡SEMで、ランダムに選択した100個の光輝性顔料の厚みを測定し、その数平均値を算出することにより求められる。
ここで、図1は、本実施形態の複層塗膜の形成方法により得られる複層塗膜1(電着塗膜11、中塗り塗膜12、ベース塗膜13及びクリヤー塗膜14)の断面模式図である。また、図2は、従来一般的な光輝性顔料(即ち、D50及び平均厚みが本発明の範囲外の光輝性顔料)を中塗り塗膜に配合した複層塗膜2(電着塗膜21、中塗り塗膜22、ベース塗膜23及びクリヤー塗膜24)の断面模式図である。
図2に示すように、D50が20μmを超え且つ平均厚みが0.3μmを超える従来一般的な光輝性顔料220を中塗り塗膜22に配合すると、光輝性顔料220が重なった際、その配向にバラツキが生じる。すると、中塗り塗膜22の光線透過率が高くなるため、中塗り塗膜22が反射層として十分に機能せず、本来的に耐光性が低い電着塗膜21に到達する光線量が増大する結果、電着塗膜21が劣化すると同時に、中塗り塗膜22と電着塗膜21の界面において剥離が発生する。
これに対して本実施形態の複層塗膜1によれば、光輝性顔料120のD50が5〜20μmで小さいうえ平均厚みが0.01〜0.3μmで薄膜であるため、光輝性顔料120が重なり合ってもその配向にバラツキが生じにくく、図1に示すように、光輝性顔料の面方向が被塗物に対して略平行となる高配向の状態で光輝性顔料120が並ぶ。これにより、中塗り塗膜12の光線透過率を0.25%以下にできるため、中塗り塗膜12が反射層として機能し、電着塗膜11に到達する光線量を低減できる結果、電着塗膜11の劣化を回避でき、中塗り塗膜12と電着塗膜11の界面における剥離を回避できる。
なお、中塗り塗膜の隠蔽性は、白黒隠蔽膜厚により評価される。この白黒隠蔽膜厚は、塗料の隠蔽力の測定に用いられる隠蔽率測定紙(JIS K5600)を用いることで測定される。白黒隠蔽膜厚の測定方法は次の通りである。
先ず、隠蔽率測定紙が有する2×2cm角の白黒の市松模様上に、乾燥膜厚の膜厚勾配ができるようにスプレー塗装し、その後、焼き付け硬化させる。次いで、目視により、白黒の市松模様が透けて見えない限界の塗膜部位を判定し、その部位の膜厚を測定する。そして、測定された膜厚を、白黒隠蔽膜厚とする。
中塗り塗料中の光輝性顔料の含有量は、中塗り塗料中における顔料質量濃度(PWC)で、5〜30質量%であることが好ましい。光輝性顔料のPWCがこの範囲内であれば、優れた深み感を有する複層塗膜が得られる。より好ましくは、7〜20質量%である。
なお、光輝性顔料のPWCは、光輝性顔料以外の顔料も合わせた全顔料及び全樹脂成分の合計質量に対する、全光輝性顔料の質量比であり、下記式(1)により算出される。
[数1]

光輝性顔料のPWC=(全光輝性顔料の合計質量)/(中塗り塗料中の全顔料及び全樹脂成分の固形分との合計質量)×100(質量%)
・・・式(1)
[着色顔料]
中塗り塗料に配合される着色顔料としては、有機系及び無機系いずれも用いることができる。有機系の着色顔料としては、アゾキレート系顔料、不溶性アゾ系顔料、縮合アゾ系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、フタロシアニン系顔料、インジゴ顔料、ペリノン系顔料、ペリレン系顔料、ジオキサン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノン系顔料、金属錯体顔料等が挙げられ、これらを組み合わせてもよい。また、無機系の着色顔料としては、黄鉛、黄色酸化鉄、ベンガラ、カーボンブラック、酸化チタン等が挙げられ、これらを組み合わせてもよい。
上記列挙した着色顔料の中でも、深み感の高い塗膜を得るためには高い彩度を有する着色顔料が好ましく用いられる。これにより、優れた深み感を有する高彩度の複層塗膜が得られる。
なお、中塗り塗料に配合される着色顔料は、中塗り塗膜が後述するベース塗膜と同様の色味となるように選定される。好ましくは、中塗り塗料に配合される着色顔料としては、ベース塗膜に配合される着色顔料と同種の着色顔料が用いられる
ここで、中塗り塗料により形成される中塗り塗膜は、L*値が80であるホワイトソリッド塗膜上に乾燥膜厚15±3μmで形成されたときに、25°C*値が20以上であることが好ましい。そのため、中塗り塗料に配合される着色顔料としては、上述の着色顔料のうち、これらの条件を満たすような着色顔料を選定することが好ましい。
ここで、L*値及びC*値は、JIS Z8729に準拠して求められる。L*値及びC*値は、L*a*b*表色系(CIE 1976)による、被測定物の色を表すのに用いられる指標である。この表色系では、L*値は明度を表し、色相と彩度を示す色度をa*値及びb*値で表す。
a*値及びb*値は、クロマティクネス指数と呼ばれ、色の方向を表す。a*値は0を基準とし、数値がマイナスになる場合は被測定物質の色相において緑色度が増すことを意味し、数値がプラスになる場合は赤色度が増すことを意味する。また、b*値は0を基準とし、数値がマイナスになる場合は被測定物質の色相において青色度が増すことを意味し、プラスになる場合は黄色度が増すことを意味する。なお、a*値及びb*値ともに0の場合は、色味がない無彩色となる。そして、C*値は彩度を表し、式(a+b1/2で表わされる。
明度L*値は、その数値が増加するに従い被測定物質の色相において白色度が増すことを意味し、その数値が低下するに従い黒色度が増すことを意味する。本願において、L*値は全て、25°L*値を指す。彩度C*値は、この値が大きいほど被測定物の色が鮮やかであることを意味する。一方、C*値が小さい場合は、色味の無い無彩色に近いことを意味する。本願において、C*値は全て、25°C*値を指す。これらL*値及びC*値は、「CM512m−3」(ミノルタ社製変角色差計)を用いて測定することができる。
なお、例えば25°L*値や25°C*値とは、測定対象である塗膜に対して垂直位置にある受光部を0°とした場合に、25°となる角度から光源を照射したときに受光されるL*値及びC*値を意味する。
本実施形態の中塗り塗料により形成される中塗り塗膜について、L*値が80であるホワイトソリッド塗膜上での25°C*値が20以上であるということは、中塗り塗料により形成される中塗り塗膜が鮮やかな色彩を有していることを意味する。なお、L*値が80であるホワイトソリッド塗膜上に(乾燥)膜厚15±3μmで形成されたときの25°C*値を測定している理由は、C*値を測定する場合の下地の影響を取り除き、着色顔料本来の彩度を評価するためである。なお、下地に用いられる「L*値が80であるホワイトソリッド塗膜」とは、所謂フリップフロップ性を有しない白色塗膜であることを意味する。
上述の条件、即ち、L*値が80であるホワイトソリッド塗膜上に(乾燥)膜厚15±3μmで中塗り塗膜が形成されたときに、25°C*値が20以上となる着色顔料としては、例えば、クラリアントジャパン社製ペリレンレッド顔料「P2GL」を例えばPWCが5〜10%で含有することが好ましい。なお、当該着色顔料としては、レッドだけでなく、他の色相でも同様の塗色設計が可能である。
中塗り塗料中の着色顔料の含有量は、中塗り塗料中における顔料質量濃度(PWC)で5〜30質量%であることが好ましい。着色顔料のPWCがこの範囲内であれば、優れた深み感を有する高彩度の複層塗膜が得られる。より好ましくは、7〜20質量%である。
なお、着色顔料のPWCは、着色顔料以外の顔料も合わせた全顔料及び全樹脂成分の合計質量に対する、全着色顔料の質量比であり、下記式(2)により算出される。
[数2]

着色顔料のPWC=(全着色顔料の合計質量)/(中塗り塗料中の全顔料及び全樹脂成分の固形分との合計質量)×100(質量%)
・・・式(2)
[塗膜形成性樹脂]
本実施形態で用いる中塗り塗料は、水性媒体中に分散又は溶解された状態で、水酸基含有アクリル樹脂エマルション及びメラミン樹脂を少なくとも含むことが好ましい。この中塗り塗料は、さらに、水酸基含有ポリエステル樹脂や上述の顔料を含んでもよく、粘性剤又はフィラー等のような自動車車体用水性中塗り塗料に通常含まれる添加剤を含んでもよい。
水酸基含有アクリル樹脂エマルションは、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(a)、酸基含有エチレン性不飽和モノマー(b)及び水酸基含有エチレン性不飽和モノマー(c)を含むモノマー混合物を乳化重合して得ることができる。なお、モノマー混合物の成分として以下に例示される化合物は、1種又は2種以上を適宜組み合わせて使用してもよい。
本実施形態で用いる中塗り塗料は、水酸基含有アクリル樹脂エマルションと、以下で詳述するトリアジン核1個あたりのイミノ基の数が平均1.0未満であり且つ数平均分子量が1000未満であるアルキルエーテル化メラミン樹脂と、を含むことによって、中塗り塗膜と上塗り塗膜との良好な密着性を確保しつつ、仕上がり外観が良好な複層塗膜を形成することができる。
上記(メタ)アクリル酸アルキルエステル(a)は、水酸基含有アクリル樹脂エマルションの主骨格を構成する。(メタ)アクリル酸アルキルエステル(a)の具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル等が挙げられる。
上記酸基含有エチレン性不飽和モノマー(b)は、得られる水酸基含有アクリル樹脂エマルションの保存安定性、機械的安定性、凍結に対する安定性等の諸安定性を向上させ、塗膜形成時におけるメラミン樹脂等の硬化剤との硬化反応を促進するために使用する。酸基は、カルボキシル基、スルホン酸基及びリン酸基等から選ばれることが好ましい。特に好ましい酸基は、上記諸安定性向上や硬化反応促進機能の観点から、カルボキシル基である。
上記カルボキシル基含有エチレン性不飽和モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、エタクリル酸、プロピルアクリル酸、イソプロピルアクリル酸、イタコン酸、無水マレイン酸及びフマル酸等が挙げられる。スルホン酸基含有エチレン性不飽和モノマーとしては、例えば、p−ビニルベンゼンスルホン酸、p−アクリルアミドプロパンスルホン酸、t−ブチルアクリルアミドスルホン酸等が挙げられる。リン酸基含有エチレン性不飽和モノマーとしては、例えば、2−ヒドロキシエチルアクリレートのリン酸モノエステル、2−ヒドロキシプロピルメタクリレートのリン酸モノエステル等のライトエステルPM(共栄社化学製)等が挙げられる。
上記水酸基含有エチレン性不飽和モノマー(c)は、水酸基に基づく親水性を水酸基含有アクリル樹脂エマルションに付与し、これを塗料として用いた場合における作業性や凍結に対する安定性を増すとともに、メラミン樹脂等の硬化剤との硬化反応性を付与するために使用する。
上記水酸基含有エチレン性不飽和モノマー(c)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、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ε−カプロラクトン変性アクリルモノマー等が挙げられる。
上記ε−カプロラクトン変性アクリルモノマーの具体例としては、ダイセル化学工業(株)製の「プラクセルFA−1」、「プラクセルFA−2」、「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−3」、「プラクセルFM−4」及び「プラクセルFM−5」等が挙げられる。
モノマー混合物は、その他のモノマー成分として、スチレン系モノマー及び(メタ)アクリロニトリルからなる群から選ばれる少なくとも1種のモノマーを含んでよい。スチレン系モノマーとしては、スチレンの他にα−メチルスチレン等が挙げられる。
また、モノマー混合物は、カルボニル基含有エチレン性不飽和モノマー、加水分解重合性シリル基含有モノマー、種々の多官能ビニルモノマー等の架橋性モノマーを含んでよい。その場合、得られる水酸基含有アクリル樹脂エマルションは自己架橋性となる。
水酸基含有アクリル樹脂エマルションの調製における乳化重合は、上記モノマー混合物を水性液中で、ラジカル重合開始剤及び乳化剤の存在下で、撹拌下加熱することによって実施することができる。反応温度は、例えば30〜100℃程度として、反応時間は例えば1〜10時間程度が好ましく、水と乳化剤を仕込んだ反応容器にモノマー混合物、モノマープレ乳化液の一括添加又は暫時滴下によって反応温度の調節を行うとよい。
上記ラジカル重合開始剤としては、通常アクリル樹脂の乳化重合で使用される公知の開始剤が使用できる。具体的には、水溶性のフリーラジカル重合開始剤として、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩が水溶液の形で使用できる。また、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素等の酸化剤と、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ロンガリット、アスコルビン酸等の還元剤とが組み合わされたいわゆるレドックス系開始剤が水溶液の形で使用できる。
上記乳化剤としては、炭素数が6以上の炭素原子を有する炭化水素基と、カルボン酸塩、スルホン酸塩又は硫酸塩部分エステル等の親水性部分とを同一分子中に有するミセル化合物から選ばれるアニオン系又は非イオン系の乳化剤が用いられる。このうちアニオン乳化剤としては、アルキルフェノール類又は高級アルコール類の硫酸半エステルのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩;アルキル又はアリルスルホナートのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩;ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル又はポリオキシエチレンアリルエーテルの硫酸半エステルのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩等が挙げられる。また、非イオン系の乳化剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル又はポリオキシエチレンアリルエーテル等が挙げられる。また、これら一般汎用のアニオン系、ノニオン系乳化剤の他に、分子内にラジカル重合性の不飽和二重結合を有する、即ちアクリル系、メタクリル系、プロペニル系、アリル系、アリルエーテル系等の基を有する各種アニオン系、ノニオン系反応性乳化剤等も適宜、単独又は2種以上の組み合わせで使用される。
また、乳化重合の際、メルカプタン系化合物や低級アルコール等の分子量調節のための助剤(連鎖移動剤)の併用は、乳化重合を進める観点から、また塗膜の円滑かつ均一な形成を促進し基材への接着性を向上させる観点から、好ましい場合も多く、適宜状況に応じて行われる。
また、乳化重合としては、通常の一段連続モノマー均一滴下法、多段モノマーフィード法であるコア・シェル重合法や、重合中にフィードするモノマー組成を連続的に変化させるパワーフィード重合法等、いずれの重合法も採用することができる。
このようにして本実施形態で用いられる水酸基含有アクリル樹脂エマルションが調製される。得られたアクリル樹脂の質量平均分子量は、特に限定されないが、一般的に5万〜100万程度であり、例えば10万〜80万程度である。
上記アクリル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、−50℃〜20℃、好ましくは−40℃〜10℃、さらに好ましくは−30℃〜0℃の範囲である。この範囲の樹脂のTgとすることにより、水酸基含有アクリル樹脂エマルションを含む中塗り塗料をウェットオンウェット方式において用いた場合に、下塗り塗料及び上塗り塗料との親和性や密着性が良好となり、ウェット状態の上側塗膜との界面でのなじみが良く反転が起こらない。また、最終的に得られる塗膜の適度な柔軟性が得られ、耐チッピング性が高められる。これらの結果、非常に高外観を有する複層塗膜が形成できる。樹脂のTgが−50℃未満では塗膜の機械的強度が不足し、耐チッピング性が弱くなるおそれがある。一方、樹脂のTgが20℃を超えると、塗膜が硬くて脆くなるため、耐衝撃性に欠け、耐チッピング性が弱くなるおそれがある。前記各モノマー成分の種類や配合量を、樹脂のTgが上記範囲となるように選択する。
上記水酸基含有アクリル樹脂エマルションにおけるアクリル樹脂の固形分酸価は、3〜50mgKOH/gであるのが好ましく、5〜40mgKOH/gであるのがより好ましい。酸価を上記範囲に調節することにより、樹脂エマルションやそれを用いた中塗り塗料の保存安定性、機械的安定性、凍結に対する安定性等の諸安定性が向上し、また、塗膜形成時におけるメラミン樹脂等の硬化剤との硬化反応が十分起こり、塗膜の諸強度、耐チッピング性、耐水性が向上する。固形分酸価が3mgKOH/g未満である場合は、上記諸安定性が劣ることとなるおそれがあり、また、メラミン樹脂等の硬化剤との硬化反応が十分行われず、塗膜の諸強度、耐チッピング性、耐水性が劣ることとなるおそれがある。一方、固形分酸価が50mgKOH/gを超えると、樹脂の重合安定性が悪くなったり、上記諸安定性が悪くなったり、得られた塗膜の耐水性が劣ることとなるおそれがある。
水酸基含有アクリル樹脂エマルションにおけるアクリル樹脂の固形分酸価の調整は、水酸基含有アクリル樹脂エマルションの調製に用いられる各モノマー成分の種類及び配合量を、樹脂の酸価が上記範囲となるように選択することによって調整することができる。この調整においては、酸基含有エチレン性不飽和モノマー(b)においてカルボキシル基含有モノマーを用いることが好ましく、酸基含有エチレン性不飽和モノマー(b)のうち、カルボキシル基含有モノマーが好ましくは50質量%以上、より好ましくは80質量%以上含まれるものが用いられる。
上記水酸基含有アクリル樹脂エマルションにおけるアクリル樹脂の水酸基価(固形分)は、10〜150mgKOH/gであるのが好ましく、20〜100mgKOH/gであるのがより好ましい。水酸基価を上記範囲に調節することにより、樹脂が適度な親水性を有し、樹脂エマルションを含む塗料組成物として用いた場合における作業性や凍結に対する安定性が増すとともに、メラミン樹脂等の硬化剤との硬化反応性が良好となる。水酸基価が10mgKOH/g未満である場合は、前記硬化剤との硬化反応が不十分となり、塗膜の機械的性質が弱く、耐チッピング性に欠け、耐水性及び耐溶剤性にも劣ることとなるおそれがある。一方、水酸基価が150mgKOH/gを超えると、得られる塗膜の耐水性が低下したり、前記硬化剤との相溶性が悪く、塗膜にひずみが生じ硬化反応が不均一に起こり、その結果、塗膜の諸強度、特に耐チッピング性、耐溶剤性及び耐水性が劣るおそれがある。水酸基含有アクリル樹脂エマルションにおけるアクリル樹脂の水酸基価の調整は、水酸基含有アクリル樹脂エマルションの調製に用いられる各モノマー成分の種類及び配合量を、樹脂の水酸基価が上記範囲となるように選択することによって調整することができる。
得られた水酸基含有アクリル樹脂エマルションに対し、カルボン酸の一部又は全量を中和して水酸基含有アクリル樹脂エマルションの安定性を保つため、塩基性化合物を添加してもよい。このような塩基性化合物としては、一般に、アンモニア、各種アミン類、アルカリ金属等が用いられ、本実施形態においても適宜使用することができる。
中塗り塗料中に含まれる水酸基含有アクリル樹脂エマルションの含有量は、塗料樹脂固形分に対して5〜50質量%であるのが好ましく、7〜40質量%であるのがより好ましい。水酸基含有アクリル樹脂エマルションの含有量が5質量%未満である場合は、耐チッピング性等といった塗膜強度が劣るおそれがある。一方、水酸基含有アクリル樹脂エマルションの含有量が50質量%を超える場合は、得られる塗膜の耐水性が低下するおそれがある。
本実施形態における中塗り塗料は、上記のトリアジン核1個あたりのイミノ基の数が平均で1.0個未満であり数平均分子量が1000未満であるアルキルエーテル化メラミン樹脂を、塗料樹脂固形分に対し10〜35質量%含むことが好ましい。上記アルキルエーテル化メラミン樹脂の含有量は13〜32質量%であることが更に好ましい。なお上記アルキルエーテル化メラミン樹脂の含有量が10質量%未満である場合は、塗膜を形成した場合の外観向上が十分でない。また、35質量%を超えると塗膜を形成した場合には付着性が低下する。
本実施形態における中塗り塗料においては、上記アルキルエーテル化メラミン樹脂が含まれることによって、3C1B法において、被塗物により近い中塗り塗膜の反応硬化速度を抑制することができる。そして、これにより、中塗り塗膜及びベース塗膜の硬化時における両塗膜の反応硬化速度が近似することとなり、得られる複層塗膜の外観が向上することとなる。
本実施形態における中塗り塗料で用いるメラミン樹脂は、トリアジン核1個あたりのイミノ基の数が平均で1.0個未満であり且つ数平均分子量が1000未満であるアルキルエーテル化メラミン樹脂を含むことが好ましい。トリアジン核1個あたりのイミノ基の数が平均で1.0個未満であり且つ数平均分子量が1000未満であるアルキルエーテル化メラミン樹脂は、メラミン(2,4,6−トリアミノ−1,3,5−トリアジン)のアミノ基の一部にホルムアルデヒドを反応してメチロール化し、次いで得られたメチロール基の一部をアルコールでアルキルエーテル化することによって調製することができる。
メラミンは、メラミンを構成するトリアジン核の炭素原子に結合するアミノ基(−NH2)を3つ有する。このアミノ基を構成する2つ水素原子に対してホルムアルデヒドを付加させることができるため、理論的には、メラミン1モルに対して、6モルのホルムアルデヒドを付加させことができ、トリアジン核1個に6つのメチロール基を導入することができる。こうしてメラミンに導入されたメチロール基に対して、アルコールを反応させることによって、アルキルエーテル化する。
本実施形態においては、ホルムアルデヒドを用いるメチロール化において、メラミンのアミノ基の水素原子全てを反応させてメチロール化するのではなく、イミノ基(−NH−CHOR;ここでRは、H又はアルキル基である。)がトリアジン核1個当たり平均で1.0個未満、好ましくは0.01〜0.5個残存する程度に反応させる。上記アルキルエーテル化メラミン樹脂におけるイミノ基の数が、トリアジン核1個当たり1.0個以上になると中塗り塗料自体の貯蔵安定性が低下するおそれがある。イミノ基の含有量は、トリアジン核1個当たり0.01〜0.5個であることが、複層塗膜における外観向上の観点から好ましい。
アルキルエーテル化において、メラミンに導入されたメチロール基と反応させるアルコールとして、炭素数1〜4の1価アルコールが用いられる。このようなアルコールとして、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール等が挙げられる。上記アルキルエーテル化反応に用いるアルコールは、1種であってもよく、2種以上を併用してもよい。例えば、メチルアルコール及びブチルアルコール等による2種のアルコールを用いてアルキルエーテル化を行ってもよい。なお上記メチロール化反応及びアルキルエーテル化反応は既知の方法で行うことができる。また、アルキルエーテル化にはメチルアルコールを用いるか、又はメチルアルコール及びブチルアルコールを併用した系であることが、塗膜を形成した場合の塗膜外観の点から好ましい。
トリアジン核1個あたりのイミノ基の数が平均で1.0個未満であり、数平均分子量が1000未満であるアルキルエーテル化メラミン樹脂は、アルキルエーテル化部分におけるメチル基/ブチル基の比率が、モル比で50/50〜100/0であるのが好ましい。メチル基/ブチル基の比率が50/50を下回ると、塗膜形成した場合に外観が低下するおそれがある。このメチル基/ブチル基の比率は、より好ましくは55/45〜100/0であり、さらに好ましくは60/40〜100/0である。
こうして調製される、トリアジン核1個あたりのイミノ基の数が平均で1.0個未満であるアルキルエーテル化メラミン樹脂は、数平均分子量を1000未満とする。上記数平均分子量は、1000以上になると塗膜形成した場合の平滑性が低下する。上記数平均分子量は、300〜900が好ましく、より好ましくは、400〜700である。
上記アルキルエーテル化メラミン樹脂の使用は種々の利点がある一方で、上記アルキルエーテル化メラミン樹脂は、一般的に低温硬化の条件下では、水酸基を含む塗膜形成性樹脂(水酸基含有アクリル樹脂エマルション及び必要に応じた水酸基含有ポリエステル樹脂)と十分な硬化反応を起こし難いという難点がある。そのため、中塗り塗料においては、上記アルキルエーテル化メラミン樹脂と併せて、下記に詳述するその他のメラミン樹脂を用いるのがより好ましい。上記アルキルエーテル化メラミン樹脂とその他のメラミン樹脂を併用する場合における、上記アルキルエーテル化メラミン樹脂とその他のメラミン樹脂の含有比は、10/90〜45/55であることが特に好ましい。
本実施形態における中塗り塗料においては、トリアジン核1個あたりのイミノ基の数が平均で1.0個未満であり且つ数平均分子量が1000未満である上記アルキルエーテル化メラミン樹脂以外のメラミン樹脂をさらに含んでもよい。その他のメラミン樹脂としては、イミノ基をトリアジン核1個当り平均で1.0個以上であり且つ数平均分子量が500〜2500のメラミン樹脂を挙げることができる。
その他のメラミン樹脂において、イミノ基が、トリアジン核1個当たり1.0個未満である場合は、中塗り塗料の硬化性が低下するおそれがある。上記イミノ基の含有量はトリアジン核1個当たり1.2〜2.5個であることが、塗膜形成した場合の塗膜物性の観点から好ましい。上記数平均分子量は、500未満では塗膜形成した場合の硬化性が低下するおそれがあり、2500を超えると塗膜外観が低下するおそれがある。数平均分子量は550〜1200であるのがより好ましく、600〜1100であるのがさらに好ましい。このように、上記アルキルエーテル化メラミン樹脂とその他のメラミン樹脂とを組み合わせて用いることによって、中塗り塗膜の良好な反応硬化性を確保し、形成される複層塗膜の良好な塗膜物性を確保することができる。
中塗り塗料中に含まれるメラミン樹脂の総含有量は、塗料樹脂固形分に対して10〜50質量%であるのが好ましく、15〜40質量%であるのがより好ましい。メラミン樹脂の含有量が10質量%未満である場合は、得られる塗膜の耐水性が低下するおそれがある。また、メラミン樹脂の含有量が50質量%を超える場合は、得られる塗膜のチッピング性が低下するおそれがある。なお、本明細書内において、数平均分子量は、GPC(ゲルパーミィエーションクロマトグラム)により測定し、ポリスチレンポリマー分子量に換算した値を用いている。
中塗り塗料は、上記樹脂成分以外の樹脂成分をさらに含んでもよい。含んでもよい樹脂成分としては特に限定されないが、例えば、ポリエステル樹脂、水溶性アクリル樹脂、ポリエーテル樹脂及びエポキシ樹脂等を挙げることができる。この中で、水酸基含有ポリエステル樹脂がより好ましく用いられる。
水酸基含有ポリエステル樹脂としては、多価アルコール成分と多塩基酸成分とを縮合してなるオイルフリーポリエステル樹脂、又は多価アルコール成分及び多塩基酸成分に加えてヒマシ油、脱水ヒマシ油、桐油、サフラワー油、大豆油、アマニ油、トール油、ヤシ油等、及びそれらの脂肪酸のうち1種、又は2種以上の混合物である油成分を、上記酸成分及びアルコール成分に加えて、三者を反応させて得られる油変性ポリエステル樹脂等を挙げることができる。また、アクリル樹脂やビニル樹脂をグラフト化したポリエステル樹脂も使用できる。さらに、多価アルコール成分と多塩基酸成分とを反応させてなるポリエステル樹脂に、ポリイソシアネート化合物を反応させて得るウレタン変性ポリエステル樹脂も使用することができる。
水酸基含有ポリエステル樹脂に用いることができる多価アルコール成分の例としては、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、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、1,9−ノナンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステル、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチルペンタンジオール、水素化ビスフェノールA等のジオール類及びトリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、グリセリン、ペンタエリスリトール等の三価以上のポリオール成分、並びに、2,2−ジメチロールプロピオン酸、2,2−ジメチロールブタン酸、2,2−ジメチロールペンタン酸、2,2−ジメチロールヘキサン酸、2,2−ジメチロールオクタン酸等のヒドロキシカルボン酸成分を挙げることができる。
水酸基含有ポリエステル樹脂に用いることができる多塩基酸の例としては、例えば、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、無水トリメリット酸、テトラブロム無水フタル酸、テトラクロロ無水フタル酸、無水ピロメリット酸等の芳香族多価カルボン酸及び酸無水物;ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、1,4−及び1,3−シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環族多価カルボン酸及び無水物;無水マレイン酸、フマル酸、無水コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸等の脂肪族多価カルボン酸及び無水物等の多塩基酸成分及びそれらの無水物等を挙げることができる。必要に応じて安息香酸やt−ブチル安息香酸等の一塩基酸を併用してもよい。
水酸基含有ポリエステル樹脂を調製する際には、反応成分として、更に、1価アルコール、カージュラE(商品名:シエル化学製)等のモノエポキサイド化合物、及びラクトン類(β−プロピオラクトン、ジメチルプロピオラクトン、ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、γ−カプロラクトン、γ−カプリロラクトン、クロトラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン等)を併用してもよい。特にラクトン類は、多価カルボン酸及び多価アルコールのポリエステル鎖へ開環付加してそれ自身ポリエステル鎖を形成し、さらには中塗り塗料組成物の耐チッピング性を向上するのに役立つ。これらは、全反応成分の合計質量の3〜30%、好ましくは5〜20%、特に7〜15%で含有されてよい。
上記水酸基含有ポリエステル樹脂は、その酸価を調整し、カルボキシル基を塩基性物質で中和(例えば、50%以上)することで容易に水性化することができる。ここで用いられる塩基性物質としては、例えばアンモニア、メチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、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等があり、このうち、ジエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等が好適である。また、上記中和の際の中和率は特に限定されず、例えば80〜120%である。
上記水酸基含有ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)は、800〜10000であるのが好ましく、1000〜8000であるのがより好ましい。数平均分子量が800未満であるとポリエステル樹脂を水分散させた時の安定性が低下するおそれがある。また、数平均分子量が10000を超えると、樹脂の粘度が上がるため、塗料にした場合の固形分濃度が下がり、塗装作業性が低下するおそれがある。
上記水酸基含有ポリエステル樹脂の水酸基価(固形分)は、5〜150mgKOH/gであるのが好ましく、30〜130mgKOH/gであるのがより好ましい。水酸基価が5mgKOH/g未満である場合は、得られる塗膜の硬化性が低下するおそれがある。また水酸基価が150mgKOH/gを超えると、塗膜の耐チッピング性が低下するおそれがある。
上記水酸基含有ポリエステル樹脂は5〜50mgKOH/gの酸価(固形分)を有することが好ましく、10〜45mgKOH/gであるのがより好ましい。酸価が5mgKOH/g未満であると、水酸基含有ポリエステル樹脂の水分散安定性が低下するおそれがある。また50mgKOH/gを超えると、形成される塗膜の耐水性が低下するおそれがある。
また、上記水酸基含有ポリエステル樹脂のガラス転移温度は、−40〜50℃であることが好ましい。上記ガラス転移温度が−40℃未満である場合、得られる塗膜の硬度が低下するおそれがあり、50℃を超える場合、下地隠蔽性が低下するおそれがある。さらに好ましくは、−40〜10℃である。なお、ガラス転移温度は、示差走査型熱量計(DSC)等によって実測することができる。
中塗り塗料が上記水酸基含有ポリエステル樹脂を含む場合の含有量は、中塗り塗料に含まれる樹脂固形分質量に対して5〜80質量%であるのが好ましく、20〜75質量%であるのがより好ましい。水酸基含有ポリエステル樹脂の含有量が80質量%を超える場合は、得られる塗膜の塗膜物性が低下するおそれがある。また、水酸基含有ポリエステル樹脂の含有量が5質量%未満である場合は、中塗り塗料の貯蔵安定性が低下するおそれがある。
[その他成分]
なお、中塗り塗料は、上述の光輝性顔料及び着色顔料以外の他の顔料を含んでいてもよい。他の顔料としては、体質顔料等が挙げられる。体質顔料としては、例えば炭酸カルシウム、硫酸バリウム、クレー、タルク等が挙げられる。
また、中塗り塗料は、後述するベース塗膜とのなじみを防止し、良好な塗装作業性を確保するとともに、光輝性顔料の配向をコントロールする目的で、その他添加剤として粘性制御剤を含んでいてもよい。粘性制御剤としては、一般にチクソトロピー性を示すものを用いることができ、例えば架橋又は非架橋の樹脂粒子、脂肪酸アマイドの膨潤分散体、アマイド系脂肪酸、長鎖ポリアミノアマイドの燐酸塩等のポリアマイド系、酸化ポリエチレンのコロイド状膨潤分散体等のポリエチレン系、有機酸スメクタイト粘土、モンモリロナイト等の有機ベントナイト系、ケイ酸アルミ、硫酸バリウム等の無機顔料、顔料の形状により粘性が発現する偏平顔料等が挙げられる。
また、中塗り塗料は、上記成分の他に塗料に通常添加される添加剤、例えば表面調整剤、増粘剤、酸化防止剤、紫外線防止剤、消泡剤等を含んでいてもよい。これらの配合量は、従来公知の範囲内である。
上述した組成を有する中塗り塗料の調製方法は特に限定されず、従来公知の方法により調製される。具体的には、上述の各成分を、ニーダー又はロール等を用いて混練、分散することにより、中塗り塗料が調製される。
<第1予備加熱工程>
本実施形態では、第1予備加熱工程を設けてもよい。第1予備加熱工程は、中塗り塗料塗装工程で形成された未硬化の中塗り塗膜を、予備加熱(プレヒート)する工程である。ここで、本明細書において、「未硬化」とは、完全に硬化していない状態を意味する。
本工程では、中塗り塗膜の硬化反応が進行しない程度の低温で未硬化の中塗り塗膜を加熱することで、中塗り塗膜中の溶剤等の揮発成分を除去する。具体的には、60〜110℃で3〜10分間、予備加熱する。
また、本工程では、中塗り塗膜を予備加熱することにより、中塗り塗膜中に配合された小粒径で薄膜状の光輝性顔料の配向をコントロールする。具体的には、本工程による予備加熱によって、中塗り塗膜が体積収縮する結果、より確実に、小粒径で薄膜状の光輝性顔料をその面方向が被塗物に対して平行となる状態で薄く並んで配向させることができる。これにより、中塗り塗膜の高い隠蔽性をより確実に確保でき、光線透過率を0.25%以下に確実に低減できるため、より優れた深み感が得られる。また、電着塗膜に到達する光線量をより確実に低減できる結果、中塗り塗膜と電着塗膜の界面における剥離をより確実に回避できる。
なお、中塗り塗膜の膜厚は、乾燥膜厚で20〜60μmであることが好ましい。中塗り塗膜の膜厚がこの範囲内となるように、中塗り塗料塗装工程において塗布量が調整される。より好ましい膜厚は、30〜40μmである。
<ベース塗料塗装工程>
ベース塗料塗装工程は、未硬化の中塗り塗膜上に、ベース塗料を塗装することで、未硬化のベース塗膜を形成する工程である。塗装方法としては、静電塗装が好ましく採用される。
ベース塗料としては、着色顔料と、塗膜形成性樹脂と、を含有する水性ベース塗料が用いられる。塗膜形成性樹脂としては、好ましくは、アクリルエマルション樹脂、ポリエーテルポリオール、ウレタンエマルション樹脂及び硬化剤を含む。
ベース塗料により形成されるベース塗膜は、25°L*値が60以下であるとともに、25°C*値が30以上であることが好ましい。ベース塗膜のL*値が60以下で25°C*値が30以上であることにより、優れた深み感を有する高彩度の複層塗膜が得られる。従って、ベース塗料は、ベース塗膜の25°L*値が60以下で25°C*値が30以上となるように、後述の着色顔料の種類及び量が調整される。
[着色顔料]
ベース塗料に配合される着色顔料としては、有機系及び無機系いずれも用いることができる。有機系の着色顔料としては、アゾキレート系顔料、不溶性アゾ系顔料、縮合アゾ系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、フタロシアニン系顔料、インジゴ顔料、ペリノン系顔料、ペリレン系顔料、ジオキサン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノン系顔料、金属錯体顔料等が挙げられる。また、無機系の着色顔料としては、黄鉛、黄色酸化鉄、ベンガラ、カーボンブラック、酸化チタン等が挙げられる。ベース塗料に配合される着色顔料は、ベース塗膜が上述の中塗り塗膜と同様の色味となるように選定される。
ベース塗料中の着色顔料の含有量は、ベース塗料中における顔料質量濃度(PWC)で1〜30質量%であることが好ましい。着色顔料のPWCがこの範囲内であれば、より優れた深み感を有する高彩度の複層塗膜が得られる。より好ましくは、5〜10質量%である。
なお、着色顔料のPWCは、後述する着色顔料以外の顔料も合わせた全顔料及び全樹脂成分の合計質量に対する、全着色顔料の質量比であり、下記式(3)により算出される。
[数3]

着色顔料のPWC=(全着色顔料の合計質量)/(ベース塗料中の全顔料及び全樹脂成分の固形分との合計質量)×100(質量%)
・・・式(3)
[アクリルエマルション樹脂]
ベース塗料の塗膜形成性樹脂として配合されるアクリルエマルション樹脂は、α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物を乳化重合して得られる種々のものが好ましく用いられる。例えば、側鎖のエステル部の炭素数が1又は2の(メタ)アクリル酸エステルモノマーを65質量%以上含み、酸価が3〜50mgKOH/gのα,β−エチレン性不飽和モノマー混合物を乳化重合して得られるものを用いることができる。
α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物中の、側鎖のエステル部の炭素数が1又は2の(メタ)アクリル酸エステルモノマーの含有量が65質量%未満であると、得られる塗膜の外観が低下する。なお、側鎖のエステル部の炭素数が1又は2の(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチルが挙げられる。
α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物は、酸価が3〜50mgKOH/gであることが好ましく、より好ましい酸価は7〜40mgKOH/gである。酸価が3mgKOH/g未満では、作業性が低下するおそれがあり、酸価が50mgKOH/gを超えると、塗膜の耐水性が低下するおそれがある。
また、α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物は、水酸基価が10〜150mgKOH/gであることが好ましく、より好ましい水酸基価は20〜100mgKOH/gである。水酸基価が10mgKOH/g未満では、十分な硬化性が得られないおそれがあり、水酸基価が150mgKOH/gを超えると、塗膜の耐水性が低下するおそれがある。
なお、α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物は、酸基や水酸基を有するα,β−エチレン性不飽和モノマーの含有量を調整することで、上述の好ましい酸価及び水酸基価に調整される。
また、α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物を重合して得られるアクリルエマルション樹脂のガラス転移温度は、塗膜物性の観点から、−20〜80℃の範囲内であることが好ましい。
酸基を有するα,β−エチレン性不飽和モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸二量体、クロトン酸、2−アクリロイルオキシエチルフタル酸、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸、2−アクリロイルオキシエチルアシッドフォスフェート、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ω−カルボキシ−ポリカプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、イソクロトン酸、α−ハイドロ−ω−((1−オキソ−2−プロペニル)オキシ)ポリ(オキシ(1−オキソ−1,6−ヘキサンジイル))、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、3−ビニルサリチル酸、3−ビニルアセチルサリチル酸等が挙げられる。これらの中でも、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸二量体が特に好ましく用いられる。
水酸基を有するα,β−エチレン性不飽和モノマーとしては、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル、アリルアルコール、メタクリルアルコール、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチルとε−カプロラクトンとの付加物等が挙げられる。これらの中でも、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチルとε−カプロラクトンとの付加物が特に好ましく用いられる。
上述のα,β−エチレン性不飽和モノマー混合物は、さらにその他のα,β−エチレン性不飽和モノマーを35質量%未満含んでいてもよい。その他のα,β−エチレン性不飽和モノマーとしては、側鎖のエステル部の炭素数が3以上の(メタ)アクリル酸エステル(例えば(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、メタクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸t−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタジエニル、(メタ)アクリル酸ジヒドロジシクロペンタジエニル等)、重合性アミド化合物(例えば、(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,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジブチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジオクチル(メタ)アクリルアミド、N−モノブチル(メタ)アクリルアミド、N−モノオクチル(メタ)アクリルアミド2,4−ジヒドロキシ−4'−ビニルベンゾフェノン、N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)メタクリルアミド等)、重合性芳香族化合物(例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルケトン、t−ブチルスチレン、パラクロロスチレン及びビニルナフタレン等)、重合性ニトリル(例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等)、α−オレフィン(例えば、エチレン、プロピレン等)、ビニルエステル(例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等)、ジエン(例えば、ブタジエン、イソプレン等)が挙げられる。これらは目的に応じて選択されるが、親水性付与の観点で言えば、(メタ)アクリルアミドを用いることが好ましい。
α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物の乳化重合は、従来公知の方法により行われる。具体的には、水又は必要に応じてアルコール等の有機溶剤を含む水性媒体中に乳化剤を溶解させ、加熱撹拌しながら上述のα,β−エチレン性不飽和モノマー混合物及び重合開始剤を滴下することにより乳化重合が行われる。このとき、α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物は、乳化剤で予め乳化してから滴下してもよい。
重合開始剤としては、アゾ系の油性化合物(例えば、アゾビスイソブチロニトリル、2,2'−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等)、アゾ系の水性化合物(例えば、アニオン系の4,4'−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、カチオン系の2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン))、レドックス系の油性過酸化物(例えば、ベンゾイルパーオキサイド、パラクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、t−ブチルパーベンゾエート等)、水性過酸化物(例えば、過硫酸カリ、過酸化アンモニウム等)等が挙げられる。
乳化剤としては、従来公知のものが用いられるが、中でも、反応性乳化剤、例えばアントックス(Antox)MS−60(日本乳化剤社製)、エレミノールJS−2(三洋化成工業社製)、アデカリアソープNE−20(ADEKA社製)、アクアロンHS−10(第一工業製薬社製)等が特に好ましく用いられる。
また、アクリルエマルション樹脂の分子量を調整する目的で、ラウリルメルカプタン等のメルカプタンやα−メチルスチレンダイマー等の連鎖移動剤を必要に応じて用いてもよい。
反応温度は開始剤により決定され、例えばアゾ系開始剤では60〜90℃であり、レドックス系では30〜70℃で反応を行うことが好ましい。反応時間は、1〜8時間であることが好ましい。α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物の総量に対する開始剤の使用量は、0.1〜5質量%であることが好ましく、より好ましくは0.2〜2質量%である。
上述の乳化重合は、2段階で行うことができる。即ち、先ずα,β−エチレン性不飽和モノマー混合物のうちの一部(α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物1)を乳化重合し、ここにα,β−エチレン性不飽和モノマー混合物の残り(α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物2)をさらに加えて乳化重合を行ってもよい。
優れた意匠性を有する塗膜を形成するために、α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物1は、アミド基を有するα,β−エチレン性不飽和モノマーを含むことが好ましい。またこのとき、α,β−エチレン性不飽和モノマー混合物2は、アミド基を有するα,β−エチレン性不飽和モノマーを含まないことが好ましい。
アクリルエマルション樹脂の粒子径は、0.01〜1.0μmの範囲内であることが好ましい。粒子径が0.01μm未満であると、作業性が低下するおそれがあり、1.0μmを超えると、得られる塗膜の外観が悪化するおそれがある。アクリルエマルション樹脂の粒子径の調整は、例えばモノマー組成や乳化重合の条件を調整することにより調整可能である。なお、本明細書において、粒子径は、レーザー光散乱法により測定した体積平均粒径を意味する。
アクリルエマルション樹脂は、安定性の観点から、必要に応じて塩基で中和することによりpHが5〜10の範囲内で用いられることが好ましい。中和は、乳化重合の前後に、ジメチルエタノールアミンやトリエチルアミンのような3級アミンを添加することにより行われる。
なお、ベース塗料中におけるアクリルエマルション樹脂の含有量としては、ベース塗料の固形分に対する固形分濃度として、15〜40%が好ましく、20〜35%がより好ましい。
[ポリエーテルポリオール]
ベース塗料の塗膜形成性樹脂として配合されるポリエーテルポリオールとしては、1分子中に1級水酸基を平均0.02個以上有し且つ数平均分子量が300〜3000であるものが好ましく用いられる。このようなポリエーテルポリオールを含有することにより、塗膜のフリップフロップ性、耐水性及び耐チッピング性を向上させることができる。なお、本明細書において、数平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフ)を用いたポリスチレン換算の数平均分子量を意味する。
ポリエーテルポリオールの1分子中における1級水酸基が平均0.02個未満であると、塗膜の耐水性や耐チッピング性が低下する。1分子中の1級水酸基は、0.04個以上であることがより好ましく、1個以上であることがさらに好ましい。1級水酸基の他、2級及び3級水酸基を含めた水酸基の個数は、塗膜の耐水性及び耐チッピング性の観点から、1分子中に2個以上であることが好ましい。
ここで、ポリエーテルポリオールの水酸基価は、30〜700mgKOH/gであることが好ましい。水酸基価が30mgKOH/g未満であると、硬化性が低下して塗膜の耐水性及び耐チッピング性が低下するおそれがある。また水酸基価が700mgKOH/gを超えると、塗料の安定性及び塗膜の耐水性が低下するおそれがある。特に好ましい水酸基価は、50〜500mgKOH/gである。
また、ポリエーテルポリオールの数平均分子量が300未満であると、塗膜の耐水性が低下するおそれがあり、数平均分子量が3000を超えると、塗膜の硬化性及び耐チッピング性が低下するおそれがある。特に好ましい数平均分子量は、400〜2000である。
ベース塗料中のポリエーテルポリオールの含有量は、ベース塗料の樹脂固形分あたり1〜40質量%であることが好ましく、より好ましくは3〜30質量%である。ポリエーテルポリオールの含有量が1質量%未満であると、塗膜の外観が低下するおそれがあり、40質量%を超えると、塗膜の耐水性及び耐チッピング性が低下するおそれがある。
ポリエーテルポリオールとしては、多価アルコール、多価フェノール、多価カルボン酸類等の活性水素含有化合物にアルキレンオキサイドが付加した化合物が挙げられる。活性水素含有化合物としては、例えば、水、多価アルコール類(エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、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、ネオペンチルグリコール、1,4−ジヒドロキシメチルシクロヘキサン及びシクロヘキシレングリコール等の2価のアルコール、グリセリン、トリオキシイソブタン、1,2,3−ブタントリオール、1,2,3−ペンタントリオール、2−メチル−1,2,3−プロパントリオール、2−メチル−2,3,4−ブタントリオール、2−エチル−1,2,3−ブタントリオール、2,3,4−ペンタントリオール、2,3,4−ヘキサントリオール、4−プロピル−3,4,5−ヘプタントリオール、2,4−ジメチル−2,3,4−ペンタントリオール、ペンタメチルグリセリン、ペンタグリセリン、1,2,4−ブタントリオール、1,2,4−ペンタントリオール、トリメチロールエタン及びトリメチロールプロパン等の3価アルコール、ペンタエリスリトール、1,2,3,4−ペンタンテトロール、2,3,4,5−ヘキサンテトロール、1,2,4,5−ペンタンテトロール、1,3,4,5−ヘキサンテトロール、ジグリセリン及びソルビタン等の4価アルコール、アドニトール、アラビトール、キシリトール及びトリグリセリン等の5価アルコール、ジペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、イジトール、イノシトール、ダルシトール、タロース及びアロース等の6価アルコール、蔗糖等の8価アルコール、ポリグリセリン等);多価フェノール類[多価フェノール(ピロガロール、ヒドロキノン、フロログルシン等)、ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールスルフォン等)];ポリカルボン酸[脂肪族ポリカルボン酸(コハク酸、アジピン酸等)、芳香族ポリカルボン酸(フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸等)]等;及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
ポリエーテルポリオールは、常法により、常圧又は加圧下で60〜160℃の温度条件下で、上記活性水素含有化合物にアルキレンオキサイドをアルカリ触媒の存在下で付加反応を行うことにより得られる。アルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドが挙げられ、これらは1種又は2種以上を併用することができる。2種以上を併用する場合の付加形式は、ブロック又はランダムのいずれでもよい。
ポリエーテルポリオールとしては、市販品を用いることができる。例えば、ポリエーテルポリオールとして、プライムポールPX−1000、サンニックスSP−750、PP−400(いずれも三洋化成工業社製)、PTMG−650(三菱化学社製)等を用いることができる。
[ウレタンエマルション樹脂]
ベース塗料の塗膜形成性樹脂として配合されるウレタンエマルション樹脂としては、例えば次のようにして得たものを用いることができる。先ず、ジイソシアネートと、少なくとも2個の活性水素を有するグリコール又はカルボン酸基を有するグリコールを、NCO/OH当量比0.5〜2.0で反応させることで、ウレタンプレポリマーを生成させる。次いで、生成したウレタンプレポリマーを中和剤により中和し、鎖伸長剤により鎖伸長する。その後、カチオン系、ノニオン系又はアニオン系の界面活性剤とイオン交換水を添加して分散させることにより、ウレタンエマルション樹脂を得る。
上述のジイソシアネートとしては、例えば脂肪族、脂環式又は芳香族ジイソシアネートが挙げられる。具体的には、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−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、m−フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、メタキシレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、1、4−シクロヘキシレ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、3,3'−ジメチル−4,4'−ビフェニレンジイソシアネート、3,3'−ジメトキシ−4,4'−ビフェニレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、1,5−テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート及びそれらの誘導体等が挙げられる。
上述の活性水素を有するグリコールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、水添ビスフェノールA、ビスフェノールAのエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイド付加物等の低分子量グリコール、ポリオキシプロピレングリコール類、ポリオキシプロピレンとグリセリンとの付加物、ポリオキシプロピレンとトリメチロールプロパンとの付加物、ポリオキシプロピレンと1,2,6−ヘキサントリオールとの付加物、ポリオキプロピレンとペンタエリスリットとの付加物、ポリオキシプロピレンとソルビットとの付加物、メチレン−ビス−フェニルジイソシアネート、ヒドラジンで鎖伸長したポリテトラフランポリエーテル及びそれらの誘導体等が挙げられる。
また、アジピン酸又はフタル酸と、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,4−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ヘキサンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン又は1,1,1−トリメチロールエタン等の縮合物であるポリエステル類、ポリカプロラクトン等も挙げられる。
上述のカルボン酸基を有するグリコールとしては、例えば2,2−ジメチロールプロピオン酸、2,2−ジメチロール酪酸、2,2−ジメチロール吉草酸等が挙げられる。
上述の中和剤としては、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン等のアミン類、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等が挙げられる。
上述の鎖伸長剤としては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール等のポリオール類、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ジフェニルジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノシクロヘキシルメタン、ピペラジン、2−メチルピペラジン、1,2−ビス(2−シアノエチルアミノ)エタン、イソホロンジアミン等の脂肪族、脂環式又は芳香族ジアミン、水等が挙げられる。
上述のウレタンエマルション樹脂としては、市販品を用いることができる。具体的には、大日本インキ製の「ボンディック」シリーズ、「ハイドラン」シリーズ、バイエル製の「インプラニール」シリーズ、ネオレッツR−940、R−941、R−960、R−962、R−966、R−967、R−962、R−9603、R−9637、R−9618、R−9619、XR−9624等のアビシア社製の「ネオレッツ」シリーズ、三洋化成工業製の「ユーコート」、「ユープレン」、「パーマリン」シリーズ、ADEKA製の「アデカボンタイター」シリーズ等を用いることができる。これらウレタンエマルション樹脂は、1種又は2種以上を併用してもよい。
ウレタンエマルション樹脂の含有量は、ベース塗料の樹脂固形分100質量部あたり、3〜30質量部であることが好ましい。ウレタンエマルション樹脂の含有量が3質量部未満であると、付着性等が低下するおそれがあり、30質量部を超えると、塗料の貯蔵安定性が低下するおそれがある。特に好ましくは、10〜25質量部である。
[硬化剤]
ベース塗料の塗膜形成性樹脂として配合される硬化剤としては、塗料一般に用いられている硬化剤を用いることができる。得られる塗膜の諸性能及びコストの観点から、アミノ樹脂及びブロックイソシアネートが好ましく用いられる。
アミノ樹脂としては、例えばジメチルエタノールアミン等の他、水溶性メラミン樹脂又は非水溶性メラミン樹脂を用いることができる。これらメラミン樹脂としては、市販品を用いることができ、例えば三井化学社製サイメル204等を用いることができる。
ブロックイソシアネートとしては、トリメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、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等のポリイソシアネートに活性水素を有するブロック剤を付加させたものを用いることができる。このブロックイソシアネートは、加熱によりブロック剤が解離してイソシアネート基が発生し、樹脂成分中の官能基と反応することで硬化する。
ベース塗料中の硬化剤の含有量は、ベース塗料中の樹脂固形分100質量部あたり、15〜100質量部であることが好ましく、15〜35質量部であることがさらに好ましい。硬化剤の含有量が15質量部未満であると、硬化性等が低下するおそれがあり、100質量部を超えると、付着性及び耐温水性等が低下するおそれがある。
また、硬化剤と上述のウレタンエマルション樹脂の合計含有量は、塗料樹脂固形分100質量部当たり、30〜60質量部であることが好ましい。硬化剤及びウレタンエマルション樹脂の合計含有量が、30質量部未満であると、塗装作業性が低下するおそれがあり、60質量部を超えると、塗料の貯蔵安定性が低下するおそれがある。特に好ましくは、30〜55質量部である。
[その他成分]
ベース塗料は、必要に応じて、その他成分を含んでいてもよい。例えばベース塗料は、上述のアクリルエマルション樹脂、ポリエーテルポリオール、ウレタンエマルション樹脂及び硬化剤以外に、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂等の他の塗膜形成性樹脂を含んでいてもよい。
上記の他の塗膜形成性樹脂は、数平均分子量が3000〜50000であることが好ましく、より好ましい数平均分子量は6000〜30000である。数平均分子量が3000より小さいと、塗装作業性及び硬化性が十分ではなくなるおそれがある。数平均分子量が50000を超えると、塗装時の不揮発分が低くなりすぎ、かえって塗装作業性が悪くなるおそれがある。
上記の他の塗膜形成性樹脂は、酸価が10〜100mgKOH/gであることが好ましく、より好ましい酸価は20〜80mgKOH/gである。酸価が100mgKOH/gを超えると、塗膜の耐水性が低下するおそれがあり、酸価が10mgKOH/g未満であると、樹脂の水分散性が低下するおそれがある。
また、上記の他の塗膜形成性樹脂は、水酸基価が20〜180mgKOH/gであることが好ましく、より好ましい水酸基価は30〜160mgKOH/gである。水酸基価が180mgKOH/gを超えると、塗膜の耐水性が低下するおそれがあり、水酸基価が20未満であると、塗膜の硬化性が低下するおそれがある。
なお、上記の他の塗膜形成性樹脂と上述のアクリルエマルション樹脂との配合割合は、両樹脂の固形分総量に対して、アクリルエマルション樹脂が5〜95質量%であることが好ましく、より好ましくは10〜85質量%であり、さらに好ましくは20〜70質量%である。即ち、両樹脂の固形分総量に対して、上記の他の塗膜形成性樹脂が95〜5質量%であることが好ましく、より好ましくは90〜15質量%であり、さらに好ましくは80〜30質量%である。アクリルエマルション樹脂の割合が5質量%未満であると、タレを抑制できず塗膜外観が低下するおそれがあり、95質量%を超えると塗膜外観が悪化するおそれがある。
また、ベース塗料は、後述するクリヤー塗膜とのなじみを防止し、良好な塗装作業性を確保する目的で、その他添加剤として粘性制御剤を含んでいてもよい。粘性制御剤としては、一般にチクソトロピー性を示すものを用いることができ、例えば架橋又は非架橋の樹脂粒子、脂肪酸アマイドの膨潤分散体、アマイド系脂肪酸、長鎖ポリアミノアマイドの燐酸塩等のポリアマイド系、酸化ポリエチレンのコロイド状膨潤分散体等のポリエチレン系、有機酸スメクタイト粘土、モンモリロナイト等の有機ベントナイト系、ケイ酸アルミ、硫酸バリウム等の無機顔料、顔料の形状により粘性が発現する偏平顔料等が挙げられる。
また、ベース塗料は、上記成分の他に塗料に通常添加される添加剤、例えば表面調整剤、増粘剤、酸化防止剤、紫外線防止剤、消泡剤等を含んでいてもよい。これらの配合量は、従来公知の範囲内である。
上述した組成を有するベース塗料の調製方法は特に限定されず、従来公知の方法により調製される。具体的には、上述の各成分を、ニーダー又はロール等を用いて混練、分散することにより、ベース塗料が調製される。
なお、ベース塗料の調製は、上述の中塗り塗料と同様に、従来公知の方法により調製される。
<第2予備加熱工程>
本実施形態では、第2予備加熱工程を設けてもよい。第2予備加熱工程は、ベース塗料塗装工程で形成された未硬化のベース塗膜を、予備加熱(プレヒート)する工程である。
本工程では、中塗り塗膜及びベース塗膜の硬化反応が進行しない程度の低温で加熱することで、ベース塗膜中の溶剤等の揮発成分を除去する。具体的には、60〜100℃で3〜10分間、予備加熱する。
なお、ベース塗膜の膜厚は、乾燥膜厚で5〜35μmが好ましく、より好ましくは10〜25μmである。ベース塗膜の膜厚がこの範囲内であれば、より優れた深み感を有する高彩度の複層塗膜が得られる。
<クリヤー塗料塗装工程>
クリヤー塗料塗装工程は、未硬化のベース塗膜上に、クリヤー塗料を塗装することで、未硬化のクリヤー塗膜を形成する工程である。塗装方法としては、静電塗装が好ましく採用される。
クリヤー塗料としては、ベース塗膜を保護し、複層塗膜の外観を向上させる機能を有する。クリヤー塗料としては、酸エポキシ硬化系クリヤー塗料が好ましく用いられる。この酸エポキシ硬化系クリヤー塗料は、酸無水物基含有アクリル樹脂(a)と、カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(b)と、水酸基及びエポキシ基を有するアクリル樹脂(c)と、を含有する。クリヤー塗料は高固形分塗料であり、このクリヤー塗料により形成されるクリヤー塗膜は、優れた耐酸性を有する。
酸無水物基含有アクリル樹脂(a)及びカルボキシル基含有ポリエステル樹脂(b)に含有されるカルボキシル基と、水酸基及びエポキシ基を有するアクリル樹脂(c)に含有されるエポキシ基とのモル比は、1/1.4〜1/0.6であることが好ましく、より好ましくは1/1.2〜1/0.8である。これらのモル比が1/0.6を超えると、塗膜の硬化性が低下するおそれがあり、これらのモル比が1/1.4未満であると、塗膜が黄変するおそれがある。
また、酸無水物基含有アクリル樹脂(a)に含有されるカルボキシル基と、カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(b)並びに水酸基及びエポキシ基を有するアクリル樹脂(c)に含有される水酸基の合計とのモル比は、1/2.0〜1/0.5であることが好ましく、より好ましくは1/1.5〜1/0.7である。これらのモル比が1/0.5を超えると、塗膜の硬化性が低下するおそれがあり、これらのモルヒが1/2.0未満であると、水酸基が過剰となり耐水性が低下するおそれがある。
上述の各樹脂は、上述の好ましいモル比を満足するような含有量で配合される。具体的には、各樹脂の水酸基価、酸価及びエポキシ当量に基づいて、当業者に周知の計算法により計算された配合量に従って配合される。
クリヤー塗料の硬化機構は、次の通りである。先ず、加熱により酸無水物基含有アクリル樹脂(a)中の酸無水物基が、カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(b)並びに水酸基及びエポキシ基を含有するアクリル樹脂(c)中に含有される水酸基と反応する。これにより、架橋点が形成され、カルボキシル基が生成する。次いで、生成したカルボキシル基と、カルボキシル基含有ポリエステル樹脂(b)中のカルボキシル基は、水酸基及びエポキシ基を有するアクリル樹脂(c)中のエポキシ基と反応する。これにより、さらなる架橋点が形成される。以上のように3種類の樹脂が相互に架橋反応することで、高い架橋密度を有するクリヤー塗膜が形成される。
なお、クリヤー塗料は、架橋密度及び耐水性の向上を目的として、ブロック化イソシアネートを含んでいてもよい。また、塗膜の耐候性向上を目的として、紫外線吸収剤及びヒンダードアミン光安定剤、酸化防止剤等を含んでいてもよい。また、レオロジーコントロール剤としての架橋樹脂粒子や、外観調整用の表面調整剤を含んでいてもよい。また、粘度調整を目的として、希釈剤としてのアルコール系溶剤(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等)、ヒドロカーボン系及びエステル系等の溶剤を含んでいてもよい。
架橋樹脂粒子を用いる場合は、クリヤー塗料の樹脂固形分100質量部に対して0.01〜10質量部、好ましくは0.1〜5質量部の量で添加される。架橋樹脂粒子の添加量が10質量部を超えると、外観が悪化するおそれがあり、0.01質量部未満であると、レオロジーコントロール効果が得られないおそれがある。
なお、上述の各樹脂は、酸基を官能基として有するため、アミンで中和することにより、水性化が可能である。
また、クリヤー塗料としては、市販品を用いることができる。例えば、日本ペイント社製のMAC−O−1820クリヤー(1液型)やO−2100クリヤー(2液型)を、第2クリヤー塗料として用いることができる。
<焼き付け工程>
焼き付け工程は、未硬化の中塗り塗膜、未硬化のベース塗膜及び未硬化のクリヤー塗膜を同時に焼き付け硬化させる工程である。
本工程の焼き付け温度は、100〜180℃であることが好ましく、より好ましい焼き付け温度は120〜160℃である。また、本工程の焼き付け時間は、焼き付け温度に応じて変動するが、120〜160℃の焼き付け温度であれば10〜30分であることが好ましい。
なお、クリヤー塗膜の膜厚は、乾燥膜厚で10〜80μmが好ましく、より好ましくは20〜60μmである。クリヤー塗膜の膜厚が80μmを超えると、鮮映性が低下し、塗装時にムラ、ピンホール又は流れ等の不具合が生じるおそれがある。また10μm未満であると、膜切れが発生するおそれがある。
以上説明した本実施形態の複層塗膜の形成方法により形成された複層塗膜によれば、以下の効果の深み感を有する複層塗膜は、中塗塗膜上に、光輝性顔料を含有する第1ベース塗膜及び着色顔料を含有する第2ベース塗膜並びにクリヤー塗膜を設けていたのに対し、本実施形態では、塗装工程を簡便化する手法としては、複層塗膜の層数の低減を目的として、中塗塗膜上に、ベース塗膜及びクリヤー塗膜を設けるとともに、ベース塗膜の機能を電着塗膜上の中塗り塗膜に付与する。中塗塗膜にベース塗膜の機能を持たせるためには、中塗塗膜としては、従来のような隠蔽性の高い塗膜ではなく、隠蔽性の低い塗膜とするとともに、中塗り塗膜中に光輝性顔料等を配合することが考えられる。しかしながら、中塗り塗膜の隠蔽性が低下すると光線透過率が高くなる結果、本来的に耐光性が低い電着塗膜に光線が到達する。すると、電着塗膜が劣化すると同時に、中塗り塗膜と電着塗膜の界面で剥離が発生するという大きな問題が生ずる。
これに対して本実施形態では、体積平均粒子径D50が5〜20μmと比較的粒子径が小さいうえ、平均厚みが0.01〜0.3μmの薄膜形状の光輝性顔料を中塗り塗膜中に配合した。これにより、中塗り塗膜の高い隠蔽性を確保でき、光線透過率を低く抑えることができる結果、中塗り塗膜と電着塗膜の界面における剥離を回避できる。従って本実施形態によれば、従来と比べて複層塗膜の層数を低減でき、従来よりも簡便な工程により優れた深み感を有する複層塗膜が得られる。ひいては、作業を簡便化でき、コストを削減できる。
なお、本実施形態は、例えばレッド、ブルー、グリーン等の高彩度の複層塗膜に好ましく適用される。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下では、特に断りの無い限り、「部」及び「%」は質量基準による。
<製造例1:水酸基含有アクリル樹脂エマルションの調製>
撹拌機、温度計、滴下ロート、還流冷却器及び窒素導入管等を備えた通常のアクリル系樹脂エマルション製造用の反応容器に、水445部及びニューコール293(日本乳化剤社製乳化剤、商品名)5部を仕込み、撹拌しながら75℃に昇温した。モノマー混合物(メタクリル酸メチル7.8%、アクリル酸ブチル54.2%、スチレン10.0%、アクリル酸4−ヒドロキシブチル20.6%、メタクリル酸1.6%、アクリル酸エチル6.0%)、水240部及びニューコール293を30部の混合物を、ホモジナイザーを用いて乳化し、そのモノマープレ乳化液を上記反応容器中に3時間にわたって撹拌しながら滴下した。モノマープレ乳化液の滴下と併行して、重合開始剤としてAPS(過硫酸アンモニウム)1部を水50部に溶解した水溶液を、上記反応容器中に上記モノマープレ乳化液の滴下終了時まで均等に滴下した。モノマープレ乳化液の滴下終了後、さらに80℃で1時間反応を継続し、その後、冷却した。冷却後、ジメチルアミノエタノール2部を水20部に溶解した水溶液を投入し、不揮発分40.6質量%の水酸基含有アクリル樹脂エマルションを得た(固形分水酸基価80mgKOH/g;固形分酸価10.4mgKOH/g)。得られた水酸基含有アクリル樹脂エマルションは、30%ジメチルアミノエタノール水溶液を用いてpHを7.2に調整した。
<製造例2:メラミン樹脂の調製>
メタノール128.2g(4.0モル)とn−ブタノール74.1g(1.0モル)を配合した反応容器に、水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを11.8に調整した後に、パラホルムアルデヒド(92%CH2O)169.7g(5.2モル)を加えた。60℃で20分間加温して、パラホルムアルデヒドをメタノールに溶解させ後に、メラミン126.1g(1.0モル)を加え、水酸化ナトリウム水溶液でpHを13.0に調整した。還流温度で、メタノールを系外に留去しながら1時間反応させ、さらに常圧で内温が110℃になるまで濃縮した。次に、320.4g(10.0モル)のメタノールと741.2g(10.0モル)のn−ブタノールを加え、硫酸でpHを2.0に調整した後に、30℃で3.5時間反応させた。その後、水酸化ナトリウム水溶液でpHを9.2に調整した。中和塩を濾別し、濾液を減圧濃縮して、メラミン樹脂を得た。
<製造例3:中塗り塗料の調製>
製造例1の水酸基含有アクリル樹脂エマルション、製造例2のメラミン樹脂及び表1に示す光輝性顔料(ウス膜アルミ11−2069、ウス膜アルミ11−2068、東洋アルミニウム社製アルミニウム光輝性顔料アルペースト01−0651、旭化成製光輝性顔料MH−8801)及び着色顔料(レッドP2GL、TM8270レッド、CR−97チタン、R−5000ブラック)を、表1に示す含有量で配合した。その後、均一分散することで、表1に示す塗料番号1〜14の中塗り塗料を得た。なお、表1中の「ウス膜アルミ11−2069」は東洋アルミニウム社製の「アルミペースト 11−2069」、「ウス膜アルミ11−2068」は東洋アルミニウム社製の「アルミペースト 11−2068」、「東洋アルミ01−0651」は東洋アルミニウム社製の「アルミペースト 01−0651」、「旭化成MH−8801」は旭化成社製の「アルミペースト MH−8801」、「レッドP2GL」はCLARIANT社製の「ホスタパーム レッド P2GL−WD」、「TM8270レッド」は大日精化社製の「ダイピロキサイトレッド TM8270」、「CR−97チタン」は石原産業社製の「二酸化チタン CR−97」、「R−5000ブラック」はColumbian社製の「ラーベン 5000」である。
<製造例4:ベース塗料の調製>
ベース塗料の調製を行った。具体的には、
(1)日本ペイント社製アクリルエマルション樹脂(平均粒子径150nm、不揮発分20%、固形分酸価20mgKOH/g、水酸基価40mgKOH/g)を236部、
(2)ジメチルエタノールアミン10質量%水溶液を10部、
(3)日本ペイント社製水溶性アクリル樹脂(不揮発分30.0%、固形分酸価40mgKOH/g、水酸基価50mgKOH/g)を28.3部、
(4)三洋化成工業社製「プライムポールPX−1000」(2官能ポリエーテルポリオール、数平均分子量400、水酸基価278mgKOH/g、1級/2級水酸基価比=63/37、不揮発分100%)を8.6部、
(5)三井化学社製「サイメル204」(混合アルキル化型メラミン樹脂、不揮発分100%)を21.5部、
(6)アビシア社製「ネオレッツR−9603」(ポリカーポネート系ウレタンエマルション樹脂、不揮発分33%)を26部、及び、
(7)ラウリルアシッドフォスフェート0.2部、
に加えて、表2及び表3に示す着色顔料(レッドP2GL、マルーンL−3920)を、表2及び表3に示す含有量(PWC)で配合した。その後、均一分散することで、ベース塗料を得た。なお、表3中の、「マルーンL−3920」はBASF社製の「パリオゲン マルーン L−3920」である。
<実施例1〜21及び比較例1〜28>
リン酸亜鉛処理した厚さ0.8cmで20cm×30cmの大きさのSPCC−SD鋼板(ダル鋼板)に、カチオン電着塗料「パワートップU−50」(日本ペイント社製)を、乾燥膜厚が20μmとなるように電着塗装し、160℃で30分間焼き付けた。
次いで、得られた電着塗膜上に、製造例3で調製した各中塗り塗料を、乾燥膜厚が30μmとなるように静電塗装した。
次いで、80℃で3分間プレヒートした後、ウェットオンウェットで、製造例4で調製したベース塗料を、乾燥膜厚が15μmとなるようにカートリッジベル(ABB社製回転霧化塗装機)により塗装した。
次いで、80℃で3分間プレヒートした後、ウェットオンウェットで、クリヤー塗料「マックフローO−1810クリヤー」(日本ペイント社製、酸エポキシ硬化型アクリル樹脂系塗料)を、乾燥膜厚が35μmとなるように、回転霧化型静電塗装機の通称μμベルにより塗装した。塗装後、140℃で30分間焼き付けることで、各実施例及び比較例の複層塗膜を得た。
<評価>
[白黒隠蔽]
塗料番号1〜14の各中塗り塗料の白黒隠蔽膜厚を評価した。白黒隠蔽膜厚は、中塗り塗料の隠蔽力の測定に用いられる隠蔽率測定紙(JIS K5600)を用いて測定した。具体的には、先ず、隠蔽率測定紙が有する2×2cm角の白黒の市松模様上に、乾燥膜厚の膜厚勾配ができるようにスプレー塗装し、その後、焼き付け硬化させた。次いで、目視により、白黒の市松模様が透けて見えない限界の塗膜部位を判定し、その部位の膜厚を測定した。そして、測定された膜厚を、白黒隠蔽膜厚とした。結果を表1に示した。
[光線透過率]
塗料番号1〜14の各中塗り塗料について、波長400〜700nmの光線透過率の測定を行った。光線透過率の測定は、中塗り塗料を、複層塗膜における中塗り塗膜の乾燥膜厚と同様の30μmの厚さに基材に塗布後、140℃で加熱硬化した後、これを剥がして光線透過率測定用フィルムを作成し、分光光度計(日立社製U−3310)を用いて、波長400〜700nmにおいて10nm毎に光線透過率を測定した。結果を表1に示した。
[25°C*値]
ベース塗膜の25°C*値は、JIS Z8729に準拠して求めた。具体的には、ミノルタ社製変角色差計「CM512m−3」を用いて測定した。
[深み感]
各実施例及び比較例の複層塗膜について、深み感の評価を行った。具体的には、下記の評価基準で目視により評価した。
(深み感評価基準)
1:強い深み感を感じる。
2:丁度良い深み感を感じる。
3:弱い深み感を感じる。
4:深み感を感じない。
[剥離試験評価]
各実施例及び比較例の複層塗膜に対して、キセノンランプ(100W)を1400時間照射した後、40℃の温水槽に10日間浸透させた。その後、碁盤目剥離試験を行い、剥離が確認されたものをNG、確認されなかったものをOKとした。
OKだったものについて、さらにキセノンランプ(100W)を1400時間照射した後、40℃の温水槽に10日間浸透させた。その後、碁盤目剥離試験を行い、剥離が確認されたものをNG、確認されなかったものをOKとした。結果を表2及び表3に示した。
Figure 2015099151
Figure 2015099151
Figure 2015099151
表1〜3に示す通り、本実施例によれば、優れた深み感を有する複層塗膜が得られるとともに、中塗り塗膜と電着塗膜の界面における剥離を回避できることが確認された。
本発明によれば、簡便な工程により優れた深み感を有する複層塗膜が得られる。従って、本発明の複層塗膜の形成方法は、自動車車体の外板等の複雑で大きな形状を有する被塗物に好適である。
なお、第1予備加熱工程及び第2予備加熱工程は必須ではなく、これら予備加熱工程を設けなくてもよい。
1…複層塗膜
11…電着塗膜
12…中塗り塗膜
13…ベース塗膜
14…クリヤー塗膜
120…光輝性顔料

Claims (8)

  1. 被塗物に形成された電着塗膜の直上に、光輝性顔料を含有する中塗り塗料を塗装することで、未硬化の中塗り塗膜を形成する中塗り塗料塗装工程と、
    前記未硬化の中塗り塗膜上に、着色顔料を含有するベース塗料を塗装することで、未硬化のベース塗膜を形成するベース塗料塗装工程と、
    前記未硬化のベース塗膜上に、クリヤー塗料を塗装することで、未硬化のクリヤー塗膜を形成するクリヤー塗料塗装工程と、
    前記未硬化の中塗り塗膜、前記未硬化のベース塗膜及び前記未硬化のクリヤー塗膜を同時に焼き付け硬化させる焼き付け工程と、を有し、
    前記中塗り塗料中の前記光輝性顔料は、体積平均粒子径D50が5〜20μmであるとともに、平均厚みが0.01〜0.3μmの薄膜形状であることを特徴とする複層塗膜の形成方法。
  2. 前記中塗り塗料中の前記光輝性顔料の含有量は、5〜30質量%であることを特徴とする請求項1に記載の複層塗膜の形成方法。
  3. 前記中塗り塗料により形成される中塗り塗膜は、波長400〜700nmの光線透過率が0.25%以下であることを特徴とする請求項1に記載の複層塗膜の形成方法。
  4. 前記中塗り塗料は、着色顔料をさらに含有し、
    前記中塗り塗料により形成される中塗り塗膜は、L*値が80であるホワイトソリッド塗膜上に膜厚15±3μmで形成されたときに、25°C*値が20以上であることを特徴とする請求項1から3いずれかに記載の複層塗膜の形成方法。
  5. 前記ベース塗料により形成されるベース塗膜は、25°L*値が60以下であるとともに、25°C*値が25以上であることを特徴とする請求項1から4いずれかに記載の複層塗膜の形成方法。
  6. 前記中塗り塗料塗装工程と前記ベース塗料塗装工程の間に、第1予備加熱工程を有することを特徴とする請求項1から5いずれかに記載の複層塗膜の形成方法。
  7. 前記ベース塗料塗装工程と前記クリヤー塗料塗装工程の間に、第2予備加熱工程を有することを特徴とする請求項1から6いずれかに記載の複層塗膜の形成方法。
  8. 請求項1から7いずれかに記載の複層塗膜の形成方法により形成された複層塗膜。
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