JPWO2018088377A1 - 防汚塗料組成物、防汚塗膜、防汚塗膜付き基材及びその製造方法、並びに防汚方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような加水分解性重合体をバインダーとする防汚塗膜は、水中において加水分解の進行とともに表面から親水化し、親水化した部分が水流により研掃して塗膜更新性を発揮するものであり、その代表的なものとしてシリルエステル系重合体が広く用いられている。
シリルエステル系重合体としては、加水分解性基であるトリアルキルシリルエステル基を含む単量体とその他の併用単量体とを重合させて得られる共重合体が用いられることが一般的であり、組み合わせる併用単量体の種類や量によって、重合体の塗膜更新速度や防汚性が大きく影響を受けるため、その研究が盛んに行われている。
このような併用単量体として近年、塗膜の防汚性を向上させる目的でオルガノポリシロキサン構造を有するものが検討されている。
例えば特許文献1には、シリコン含有重合性単量体から誘導される構成単位と、トリオルガノシリル(メタ)アクリレートから誘導される構成単位とを含む加水分解性樹脂を含有する防汚塗料組成物が開示されている。
このような課題に鑑み、本発明は高速水流環境下においても長期に防汚性能を発揮することができ、乾湿交互部においても防汚性に優れ、更に、リコート性に優れる防汚塗膜が得られる防汚塗料組成物を提供することを目的とする。更に、本発明は、前記防汚塗料組成物を使用した防汚塗膜、防汚塗膜付き基材及びその製造方法、並びに、防汚方法を提供することを目的とする。
本発明の要旨は以下のとおりである。
[1] シリルエステル系共重合体(A)を含有し、該シリルエステル系共重合体(A)が、(i)トリアルキルシリルメタクリレート(a1)に由来する構成単位、及び(ii)下記式(I)で表される化合物(a2)に由来する構成単位を有することを特徴とする、防汚塗料組成物。
(式(I)中、R1、R2及びR3はそれぞれ独立に、一価の炭化水素基を示し、Xはそれぞれ独立に、(メタ)アクリロイルオキシアルキル基又はメルカプトアルキル基を示し、m及びnはそれぞれ独立に0以上であり、p及びqはそれぞれ独立に0又は1であり、n+p+qは1以上である。)
[3] 前記シリルエステル系共重合体(A)が、化合物(a2)に由来する構成単位を1〜30質量%、好ましくは1.5〜15質量%含有する、[1]又は[2]に記載の防汚塗料組成物。
[4] 前記トリアルキルシリルメタクリレート(a1)が、トリイソプロピルシリルメタクリレートである、[1]〜[3]のいずれかに記載の防汚塗料組成物。
[5] 前記シリルエステル系共重合体(A)が、式(I)中、nが0であり、pが1であり、qが0である化合物(a21)、式(I)中、nが0であり、p及びqが1である化合物(a22)、並びに式(I)中、nが1以上である化合物(a23)よりなる群から選択される少なくとも1つの化合物に由来する構成単位を有する、[1]〜[4]のいずれかに記載の防汚塗料組成物。
[6] 前記シリルエステル系共重合体(A)が、更に1以上の(iii)その他の単量体(a3)に由来する構成単位を有する、[1]〜[5]のいずれか1つに記載の防汚塗料組成物。
[7] 前記その他の単量体(a3)が、下記式(II)で表される単量体(a31)を含有する、[6]に記載の防汚塗料組成物。
[9] 式(II)中、R5が一価の炭化水素基であり、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基、より好ましくは炭素数1〜4のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基)であり、更に好ましくはメチル基である、[7]又は[8]に記載の防汚塗料組成物。
[10] 式(II)中、R6が炭素数2〜6のアルキレン基であり、好ましくは炭素数2〜4のアルキレン基であり、更に好ましくはエチレン基又はプロピレン基である、[7]〜[9]のいずれか1つに記載の防汚塗料組成物。
[11] 式(II)中、sが1〜3の整数であり、好ましくは1である、[7]〜[10]のいずれか1つに記載の防汚塗料組成物。
[12] 前記シリルエステル系共重合体(A)が、式(II)で表される単量体(a31)に由来する構成単位を10〜35質量%、好ましくは15〜30質量%含有する、[7]〜[11]のいずれか1つに記載の防汚塗料組成物。
[13] 前記その他の単量体(a3)が、メチルメタクリレートを含有する、[7]〜[12]のいずれか1つに記載の防汚塗料組成物。
[14] 前記シリルエステル系共重合体(A)が、不飽和脂肪酸に由来する構成単位を10質量%以下、好ましくは5質量%以下、更に好ましくは1質量%以下、より更に好ましくは0質量%含有する、[1]〜[13]のいずれかに記載の防汚塗料組成物。
[15] 前記シリルエステル系共重合体(A)の重量平均分子量が、3,000〜70,000、好ましくは10,000〜50,000である、[1]〜[14]のいずれかに記載の防汚塗料組成物。
[16] 防汚塗料組成物の固形分中、前記シリルエステル系共重合体(A)を5〜50質量%、好ましくは10から35質量%、より好ましくは10〜20質量%含有する、[1]〜[15]のいずれか1つに記載の防汚塗料組成物。
[17] 更に、防汚剤(B)を含有する、[1]〜[16]のいずれか1つに記載の防汚塗料組成物。
[18] 前記防汚剤(B)が亜酸化銅(B1)を含有する、[17]に記載の防汚塗料組成物。
[19] 防汚塗料組成物の固形分中、前記亜酸化銅(B1)を20〜80質量%、好ましくは40〜70質量%、より好ましくは50〜65質量%含有する、[18]に記載の防汚塗料組成物。
[20] 更に、モノカルボン酸化合物(C)を含有する、[1]〜[19]のいずれか1つに記載の防汚塗料組成物。
[21] 更に、その他バインダー成分(D)、顔料(E)、有機溶剤(F)、タレ止め剤・沈降防止剤(G)、脱水剤(H)、及び可塑剤(I)よりなる群から選択される少なくとも1つを含有する、[1]〜[20]のいずれか1つに記載の防汚塗料組成物。
[22] [1]〜[21]のいずれか1つに記載の防汚塗料組成物から形成された防汚塗膜。
[23] [22]に記載の防汚塗膜で被覆された防汚塗膜付き基材。
[24] [1]〜[21]のいずれか1つに記載の防汚塗料組成物を基材に塗布又は含浸し、塗布体又は含浸体を得る工程(1)、及び前記塗布体又は含浸体を乾燥する工程(2)を有する、防汚塗膜付き基材の製造方法。
[25] [22]に記載の防汚塗膜を使用する、防汚方法。
なお、以下の説明において、「(メタ)アクリロイル」、「(メタ)アクリル酸」及び「(メタ)アクリレート」は、それぞれ「アクリロイル又はメタクリロイル」、「アクリル酸又はメタクリル酸」、及び「アクリレート又はメタクリレート」を意味する。
[防汚塗料組成物]
本発明の防汚塗料組成物(以下、単に「塗料組成物」ともいう。)は、シリルエステル系共重合体(A)を含有し、該シリルエステル系共重合体(A)が、(i)トリアルキルシリルメタクリレート(a1)に由来する構成単位、及び(ii)下記式(I)で表される化合物(a2)に由来する構成単位を有することを特徴とする。
(式(I)中、R1、R2及びR3はそれぞれ独立に、一価の炭化水素基を示し、Xはそれぞれ独立に、(メタ)アクリロイルオキシアルキル基又はメルカプトアルキル基を示し、m及びnはそれぞれ独立に0以上であり、p及びqはそれぞれ独立に0又は1であり、n+p+qは1以上である。)
特許文献1に記載された防汚塗料組成物では、水中での静置の浸漬状態では長期に良好な防汚性を発揮するものの、オルガノポリシロキサンの水透過性由来と推定される塗膜内部状態の変質のため、長期にわたり高速水流に曝されると、防汚性及び上塗り付着性(リコート性)が低下するという問題があった。本発明は、特定のシリルエステル系共重合体(A)を含有することにより、長期にわたって防汚性が維持され、リコート性にも優れた防汚塗膜を形成できる防汚塗料組成物が提供されることを見出したものである。更に、予測しがたい効果として、乾湿交互部においても防汚性に優れる防汚塗膜が得られた。
以下、本発明の防汚塗料組成物が含有する各成分について詳述する。
本発明において、シリルエステル系共重合体(A)は、(i)トリアルキルシリルメタクリレート(a1)に由来する構成単位、及び(ii)上記式(I)で表される化合物(a2)に由来する構成単位を有する。また、シリルエステル系共重合体(A)は、任意に(iii)その他の単量体(a3)に由来する構成単位を有し、(iii)その他の単量体(a3)に由来する構成単位を有することが好ましい。
なお、本発明において、「Aに由来する構成単位を有する共重合体」とは、Aが重合反応又は連鎖移動反応により導入された共重合体を意味する。従って、式(I)で表される化合物がメルカプトアルキル基を有する場合には、ラジカル重合末端が−SHのHを引き抜き、生成した−S・(Sラジカル)が重合を開始する形でシリルエステル系共重合体(A)に導入されるが、このような場合にも、シリルエステル系共重合体(A)は、式(I)で表される化合物に由来する構成単位を有するものである。
以下、各構成単位について説明する。
トリアルキルシリルメタクリレート(a1)は、下記式(III)で表される単量体である。
シリルエステル系共重合体(A)が水中で適切な速度で加水分解する観点から、R7〜R9としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、n−プロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、n−ブチル基、2−エチルヘキシル基、フェニル基等が例示され、これらの中でも、イソプロピル基、n−プロピル基、sec−ブチル基、n−ブチル基、及びフェニル基よりなる群から選択されることが好ましく、R7〜R9の全てがイソプロピル基であることがより好ましい。
なお、本発明において、シリルエステル系共重合体(A)中の各単量体等に由来する構成単位の各含有量(質量)の比率は、重合反応に用いる前記各単量体等(反応原料)の仕込み量(質量)の比率と同じものとしてみなすことができる。
本発明において、シリルエステル系共重合体(A)は、下記式(I)で表される化合物(a2)に由来する構成単位を有する。
(式(I)中、R1、R2、及びR3はそれぞれ独立に、一価の炭化水素基を示し、Xはそれぞれ独立に、(メタ)アクリロイルオキシアルキル基又はメルカプトアルキル基を示し、m及びnはそれぞれ独立に0以上であり、p及びqはそれぞれ独立に0又は1であり、n+p+qは1以上である。)
式(I)中、Xはそれぞれ独立に(メタ)アクリロイルオキシアルキル基又はメルカプトアルキル基を表し、均一な重合の進行の観点からは(メタ)アクリロイルオキシアルキル基が好ましく、形成する重合体の粘度を低減し、取り扱いを容易とする観点からはメルカプトアルキル基も好ましい。
前記(メタ)アクリロイルオキシアルキル基は、下記式(VI)で表される。
なお、m及びnは、それぞれ(SiR2 2O)、(SiXR3O)の平均付加モル数を意味する。
式(I)中、m+nは、2以上であることが好ましい。すなわち、式(I)で表される化合物は、ポリオルガノシロキサン部分を有することが好ましい。
なお、本明細書において、2以上の異なる繰り返し単位を[ ]間に並列記載している場合、それらの繰り返し単位が、それぞれランダム状、交互状又はブロック状のいずれの形及び順序で繰り返されていてもよいことを示す。つまり、例えば、式−[Y3−Z3]−(ここで、Y、Zは繰り返し単位を示す)では、−YYZYZZ−のようなランダム状でも、−YZYZYZ−のような交互状でも、−YYYZZZ−又は−ZZZYYY−のようなブロック状でもよい。
このような化合物(a21)に由来する構成単位を有するシリルエステル系共重合体(A)を含有する防汚塗料組成物は、特に優れた防汚性を有する防汚塗膜を形成できる点で好ましい。
このような化合物(a21)では、重合容易性等の観点からmは3〜200であることが好ましく、5〜70であることがより好ましい。
このような化合物(a21)としては市販のものを用いることができ、例えば、JNC(株)製のFM−0711(片末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=1,000)、FM−0721(片末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=5,000)、FM−0725(片末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=10,000)、信越化学工業(株)製のX−22−174ASX(片末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量900g/mol)、KF−2012(片末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量4,600g/mol)、X−22−2426(片末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量12,000g/mol)が挙げられる。
このような化合物(a22)に由来する構成単位を有するシリルエステル系共重合体(A)を含有する防汚塗料組成物は、形成される塗膜の上塗り付着性が良好となる点で好ましい。
このような化合物(a22)では、重合容易性等の観点からmは3〜200であることが好ましく、5〜70であることがより好ましい。
このような化合物(a22)としては市販のものを用いることができ、例えば、JNC(株)製のFM−7711(両末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=1,000)、FM−7721(両末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=5,000)、FM−7725(両末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=10,000)、信越化学工業(株)製のX−22−164(両末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量190g/mol)、X−22−164AS(両末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量450g/mol)、X−22−164A(両末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量860g/mol)、X−22−164B(両末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量1630g/mol)、X−22−164C(両末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量2,370g/mol)、X−22−164E(両末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量3,900g/mol)、X−22−167B(両末端メルカプトアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量1,670g/mol)が挙げられる。
シリルエステル系共重合体(A)がこのような化合物(a23)に由来する構成単位を有すると、粘度が低く取扱いが容易である点で好ましい。
このような化合物(a23)においては、mは、好ましくは50〜1,000であり、nは、好ましくは1〜30である。
このような化合物(a23)としては市販のものを用いることができ、例えば、信越化学工業(株)製のKF−2001(側鎖メルカプトアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量1,900g/mol)、KF−2004(側鎖メルカプトアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量30,000g/mol)が挙げられる。
本発明において、シリルエステル系共重合体(A)は、その他の単量体(a3)に由来する構成単位を有することが好ましい。
前記その他の単量体(a3)としては、前記単量体(a1)及び化合物(a2)と共重合可能な単量体を制限なく用いることができる。これらの中でも、その他の単量体(a3)は、エチレン性不飽和化合物であることが好ましい。
前記その他の単量体(a3)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、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、tert−ブチル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(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、n−オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、3,5,5−トリメチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、ステアリル(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)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート類又はアリール(メタ)アクリレート類;
2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、4−メトキシブチル(メタ)アクリレート、3−メトキシ−n−プロピル(メタ)アクリレート、2−プロポキシエチル(メタ)アクリレート、2−ブトキシエチル(メタ)アクリレート、イソブトキシブチルジグリコール(メタ)アクリレート、2−フェノキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ブトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等のアルコキシアルキル(メタ)アクリレート類又はアリーロキシアルキル(メタ)アクリレート類;
ヒドロキシメチル(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、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、及び2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;
グリシジル(メタ)アクリレート類;
後述する金属エステル基含有不飽和単量体(a32);
スチレン、α−メチルスチレン、酢酸ビニル、安息香酸ビニル、ビニルトルエン、アクリロニトリル、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、塩化ビニルなどのビニル化合物等が挙げられる。これらの単量体は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
式(II)中、R5は水素原子又は一価の炭化水素基を示し、防汚塗料組成物の安定性、及び形成される塗膜の物性の観点から、炭素数1〜6のアルキル基であることが好ましく、より好ましくは炭素数1〜4のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基)であり、更に好ましくはメチル基である。
式(II)中、R6は二価の炭化水素基を示し、炭素数2〜6のアルキレン基であることが好ましく、より好ましくは炭素数2〜4のアルキレン基であり、更に好ましくはエチレン基又はプロピレン基である。
式(II)中、sは1〜6の整数を表し、好ましくは1〜3の整数、より好ましくは1である。sが1〜6の整数であると、シリルエステル系共重合体(A)を含有する防汚塗料組成物により形成された塗膜に適度な親水性が付与され、耐水性に優れた防汚塗膜が得られるので好ましい。
シリルエステル系共重合体(A)が、このような単量体(a31)に由来する構成単位を有する場合、防汚塗膜の防汚性能や耐水性、硬度の観点から、単量体(a31)に由来する構成単位の含有量は、シリルエステル系共重合体(A)の全構成単位100質量部に対して、好ましくは5〜40質量部、より好ましくは10〜35質量部、更に好ましくは15〜30質量部である。
メチルメタクリレートに由来する構成単位の含有量は、シリルエステル系共重合体(A)の全構成単位100質量部に対して、好ましくは0.5〜40質量部、より好ましくは1〜35質量部、更に好ましくは3〜30質量部である。メチルメタクリレートに由来する構成単位の含有量が上記範囲内であると、塗膜強度に優れ、ひいては防汚性能に優れる防汚塗膜が得られる。
これらの不飽和脂肪酸の含有量は、シリルエステル系共重合体(A)の全構成単位100質量部に対して、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下、更に好ましくは1質量部以下、より更に好ましくは0質量部、すなわち含有しないことである。
不飽和脂肪酸の含有量が上記範囲内であると、塗装作業性及び貯蔵安定性に優れる傾向にある。
撹拌機、コンデンサー、温度計、滴下装置、窒素導入管及び加熱冷却ジャケットを備えた反応容器に溶剤を仕込み、窒素気流下で80〜90℃の温度条件下に加熱撹拌を行う。同温度を保持しつつ滴下装置より、前記反応容器内に前記単量体(a1)、化合物(a2)、及び任意に単量体(a3)、並びに重合開始剤、連鎖移動剤、及び溶剤等の混合液を滴下し、重合反応を行うことによりシリルエステル系共重合体(A)を得ることができる。
シリルエステル系共重合体(A)の製造における重合開始剤の使用量は、前記各単量体等(反応原料)の合計100質量部に対して0.1〜20質量部が好ましい。
シリルエステル系共重合体(A)の製造において連鎖移動剤を用いる場合、その使用量は、前記各単量体等(反応原料)の合計100質量部に対して0.1〜5質量部が好ましい。
なお、シリルエステル系共重合体(A)の重量平均分子量(Mw)は、実施例に記載の方法により測定したゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の値を指す。
また、シリルエステル系共重合体(A)の多分散度(Mw/Mn)は特に限定されないが、均一な塗料組成物を得る観点から、好ましくは20以下、より好ましくは10以下である。
なお、本発明において、防汚塗料組成物がシリルエステル系共重合体(A)を2種以上含有する場合、上記の含有量はシリルエステル系共重合体(A)の総含有量としての好ましい範囲であり、後述する各成分についても同様である。
本発明の防汚塗料組成物は必要に応じて防汚剤(B)、モノカルボン酸化合物(C)、その他バインダー成分(D)、顔料(E)、有機溶剤(F)、タレ止め剤・沈降防止剤(G)、脱水剤(H)、可塑剤(I)等を含有していてもよい。
本発明において、防汚塗膜に防汚性を付与する目的から、本発明の防汚塗料組成物は防汚剤(B)を含んでいてもよい。
防汚剤(B)としては、例えば、亜酸化銅、銅ピリチオン、亜鉛ピリチオン、チオシアン酸銅(ロダン銅)、銅(金属銅)、4,5−ジクロロ−2−n−オクチル−4−イソチアゾリン−3−オン(別名:DCOIT)、4−ブロモ−2−(4−クロロフェニル)−5−(トリフルオロメチル)−1H−ピロール−3−カルボニトリル(別名:トラロピリル)、ボラン−窒素系塩基付加物(ピリジントリフェニルボラン、4−イソプロピルピリジンジフェニルメチルボラン等)、(+/−)−4−[1−(2,3−ジメチルフェニル)エチル]−1H−イミダゾール(別名:メデトミジン)、N,N−ジメチル−N’−(3,4−ジクロロフェニル)尿素、N−(2,4,6−トリクロロフェニル)マレイミド、2−メチルチオ−4−tert−ブチルアミノ−6−シクロプロピルアミノ−1,3,5−トリアジン、2,4,5,6−テトラクロロイソフタロニトリル、ビスジメチルジチオカルバモイルジンクエチレンビスジチオカーバメート、クロロメチル−n−オクチルジスルフィド、N’,N'−ジメチル−N−フェニル−(N−フルオロジクロロメチルチオ)スルファミド、テトラアルキルチウラムジスルフィド、ジンクジメチルジチオカーバメート、ジンクエチレンビスジチオカーバメート、2,3−ジクロロ−N−(2',6'−ジエチルフェニル)マレイミド、及び2,3−ジクロロ−N−(2'−エチル−6'−メチルフェニル)マレイミドが挙げられる、これらを1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記防汚剤の中では、形成される防汚塗膜の特に動物種の水生生物への防汚性、及び耐水性を向上させる観点から、防汚剤(B)として、亜酸化銅(B1)を含むことが好ましい。
前記亜酸化銅(B1)としては、グリセリン、ステアリン酸、ラウリン酸、ショ糖、レシチン、鉱物油等によって表面処理されているものが、貯蔵時の長期安定性の観点で好ましい。
このような亜酸化銅(B1)としては市販されているものを用いることができ、例えば、NC−301(エヌシー・テック(株)製、数平均粒子径:2〜4μm)、NC−803(エヌシー・テック(株)製、数平均粒子径:6〜10μm)、Red Copp97N Premium(AMERICAN CHEMET Co.製)、Purple Copp(AMERICAN CHEMET Co.製)、LoLoTint97(AMERICAN CHEMET Co.製)などが挙げられる。
塗料組成物が銅ピリチオンを含有する場合、その含有量は、本発明における防汚塗料組成物の塗装作業性や防汚塗膜の防汚性能及び耐水性の観点から、防汚塗料組成物の固形分中、好ましくは0.5〜10質量%、より好ましくは1〜5質量%である。
また、特にフジツボ等の水生生物に対する防汚性の観点から、本発明の防汚塗料組成物は、防汚剤(B)として、メデトミジンを含有することも好ましい。メデトミジンは、(+/−)−4−[1−(2,3−ジメチルフェニル)エチル]−1H−イミダゾールであり、下記式(IV)で表される。
また、メデトミジンの一部又は全部として、イミダゾリウム塩や金属等への付加物を配合してもよく、又は防汚塗料組成物若しくは防汚塗膜中において、イミダゾリウム塩や金属等への付加物を形成していてもよい。
本発明において、モノカルボン酸化合物(C)は、それが含有される防汚塗膜の水中での表面からの更新性を促進し、また、その防汚塗膜が防汚剤を含む場合には、防汚剤の水中への放出を促進することで防汚塗膜の防汚性を高めるものであり、更に防汚塗膜に適度な耐水性を付与する機能も有する。
モノカルボン酸化合物(C)としては、例えば、炭素原子数10〜40の飽和若しくは不飽和の脂肪族炭化水素にカルボキシ基が1つ置換した化合物、又は炭素原子数3〜40の飽和若しくは不飽和の脂環式炭化水素にカルボキシ基が1つ置換した化合物、或いは脂肪族炭化水素又は脂環式炭化水素の変性物にカルボキシ基が1つ置換した化合物が好ましい。
これらの中でも、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸、パラストリン酸、イソピマル酸、ピマル酸、トリメチルイソブテニルシクロヘキセンカルボン酸、バーサチック酸、ステアリン酸、ナフテン酸等が好ましい。
また、アビエチン酸、パラストリン酸、イソピマル酸等を主成分とするロジン類も好ましい。ロジン類としてはガムロジン、ウッドロジン、トール油ロジン等のロジン、水添ロジン、不均化ロジン、ロジン金属塩等のロジン誘導体、パインタールなどが挙げられる。
また、トリメチルイソブテニルシクロヘキセンカルボン酸としては、例えば、2,6−ジメチルオクタ−2,4,6−トリエンとメタクリル酸との反応生成物が挙げられ、これは1,2,3−トリメチル−5−(2−メチルプロパ−1−エン−1−イル)シクロヘキサ−3−エン−1−カルボン酸、及び1,4,5−トリメチル−2−(2−メチルプロパ−1−エン−1−イル)シクロヘキサ−3−エン−1−カルボン酸を主成分(85質量%以上)とするものである。
モノカルボン酸化合物(C)は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明において、防汚塗膜に静置防汚性や耐水性、耐クラック性や強度を付与する目的から、本発明の防汚塗料組成物は、前記シリルエステル系共重合体(A)以外のその他バインダー成分(D)を含んでいてもよい。
その他バインダー成分(D)としては、例えば、アクリル系共重合体(アクリル樹脂)、ビニル系重合体、塩素化パラフィン、n−パラフィン、テルペンフェノール、ポリビニルエチルエーテル等が挙げられ、これらを1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記アクリル系共重合体は、静置防汚性の観点から、前記単量体(a31)や金属エステル基含有不飽和単量体(a32)に由来する構成単位を含むことが好ましい。
前記「金属エステル基」とは、金属とカルボン酸とが結合することにより生成した基を指す。また、後述する「多価金属エステル基」又は「二価金属エステル基」とは、多価金属又は二価金属とカルボン酸とが結合することにより生成した基を指す。
金属エステル基としては多価金属エステル基が好ましく、下記式(V)で表される二価金属エステル基がより好ましい。
式(V)中、Mは二価の金属であり、上述した金属の中から、二価金属を適宜選択して用いることができる。これらの中でも、Mがニッケル、銅、及び亜鉛等の第10〜12族の金属であることが好ましく、銅及び亜鉛よりなる群から選択されることがより好ましく、亜鉛が更に好ましい。
このような単量体(a32)としては、例えばジ(メタ)アクリル酸亜鉛、ジ(メタ)アクリル酸銅、アクリル酸(メタクリル酸)亜鉛、アクリル酸(メタクリル酸)銅、ジ(3−アクリロイルオキシプロピオン酸)亜鉛、ジ(3−アクリロイルオキシプロピオン酸)銅、(メタ)アクリル酸(ナフテン酸)亜鉛、(メタ)アクリル酸(ナフテン酸)銅、等が挙げられる。
このような酸基含有重合体(d1)としては、ポリエステル系重合体(d11)やアクリル系重合体(d12)が挙げられ、好ましくはポリエステル系重合体(d11)である。
このようなポリエステル系重合体(d11)としては、固形分酸価が50〜250mgKOH/gのものが好ましく、80〜200mgKOH/gのものがより好ましい。
このようなポリエステル系重合体(d11)は1以上の多価のアルコールと1以上の多価カルボン酸及び/又はその無水物との反応により得られ、任意の種類を任意の量で用いることができ、その組み合わせにより酸価や粘度を調整できる。
このようなポリエステル系重合体(d11)としては、例えば、三価以上のアルコール(d111)と、二塩基酸及び/又はその無水物(d112)と、二価のアルコール(d113)とを反応させた後、更に脂環式二塩基酸及び/又はその無水物(d114)を反応させて得られるものが好ましい。
このようなポリエステル系重合体(d11)と反応させるモノカルボン酸化合物(C)としては前述のようなものを用いることができ、中でもロジン類を用いることが好ましく、金属化合物としては、例えば酸化亜鉛や亜酸化銅などの金属酸化物を用いることができ、中でも酸化亜鉛を用いることが好ましい。
本発明において、塗膜への着色や下地の隠ぺいを目的として、また、適度な塗膜強度に調整することを目的として、本発明の防汚塗料組成物は顔料(E)を含んでいてもよい。
顔料(E)としては、例えば、タルク、マイカ、クレー、カリ長石、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、カオリン、アルミナホワイト、ホワイトカーボン、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫化亜鉛等の体質顔料や、弁柄(赤色酸化鉄)、チタン白(酸化チタン)、黄色酸化鉄、カーボンブラック、ナフトールレッド、フタロシアニンブルー等が挙げられ、中でもタルク、酸化亜鉛を含むことが好ましい。これらの顔料は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の防汚塗料組成物が顔料(E)を含有する場合、その含有量は、形成される防汚塗膜に求められる隠ぺい性や、塗料組成物の塗布形態等に応じた所望の粘度によって好ましい量が決定されるが、それぞれの塗料組成物の固形分中、1〜50質量%となる量が好ましい。
本発明において、塗料組成物の粘度を低く保ち、スプレー霧化性を向上させることを目的として、防汚塗料組成物が有機溶剤(F)を含有してもよい。
有機溶剤(F)としては、芳香族炭化水素系、脂肪族炭化水素系、脂環族炭化水素系、ケトン系、エステル系、アルコール系の有機溶剤を用いることができ、好ましくは芳香族炭化水素系の有機溶剤である。
芳香族炭化水素系の有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、スチレン、メシチレン等が挙げられる。
脂肪族炭化水素系の有機溶剤としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等が挙げられる。
脂環族炭化水素系の有機溶剤としては、例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等が挙げられる。
ケトン系の有機溶剤としては、例えば、アセチルアセトン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、炭酸ジメチル等が挙げられる。
エステル系の有機溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられる。
アルコール系の有機溶剤としては、例えば、イソプロパノール、n−ブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。
有機溶剤(F)は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の防汚塗料組成物が有機溶剤(F)を含有する場合、塗料組成物の塗布形態等に応じた所望の粘度によって塗料組成物中の好ましい含有量が決定されるが、好ましくは0〜50質量%、より好ましくは10〜40質量%、更に好ましくは20〜35質量%である。含有量が多すぎる場合、タレ止め性の低下等の不具合が発生することがある。
本発明において、防汚塗料組成物の粘度を調整することを目的として、防汚塗料組成物はタレ止め剤・沈降防止剤(G)を含有してもよい。
タレ止め剤・沈降防止剤(G)としては、有機粘土系ワックス(Al、Ca、Znのステアレート塩、レシチン塩、アルキルスルホン酸塩等)、有機系ワックス(ポリエチレンワックス、酸化ポリエチレンワックス、アマイドワックス、ポリアマイドワックス、水添ヒマシ油ワックス等)、有機粘土系ワックスと有機系ワックスの混合物、合成微粉シリカ等が挙げられる。
タレ止め剤・沈降防止剤(G)としては市販品を用いてもよく、例えば、楠本化成(株)製の「ディスパロン305」、「ディスパロン4200−20」、「ディスパロンA630−20X」、「ディスパロン6900−20X」、伊藤製油(株)製の「A−S−A D−120」等が挙げられる。タレ止め剤・沈降防止剤(G)は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の防汚塗料組成物がタレ止め剤・沈降防止剤(G)を含有する場合、その含有量は、防汚塗料組成物の固形分中、好ましくは0.01〜10質量%、より好ましくは0.1〜3質量%、更に好ましくは0.5〜2質量%である。
本発明において、塗料組成物の貯蔵安定性を向上させることを目的として、防汚塗料組成物は脱水剤(H)を含有してもよい。
脱水剤(H)としては、例えば、アルコキシシラン、「モレキュラーシーブ」の一般名称で知られるゼオライト、多孔質アルミナ、オルトギ酸アルキルエステル等のオルトエステル、オルトホウ酸、イソシアネート等を挙げることができる。これらの中でも、入手容易性及び貯蔵安定性向上の観点から、アルコキシシランが好ましい。これらの脱水剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
発明の防汚塗料組成物が脱水剤(H)を含有する場合、その含有量は、塗料組成物の固形分中、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.2〜2質量%、更に好ましくは0.5〜1質量%である。脱水剤(H)の含有量が前記範囲内であると塗料組成物の貯蔵安定性を良好に保つことができる。
本発明の防汚塗料組成物は、防汚塗膜に可塑性を付与することを目的として、可塑剤(I)を含んでいてもよい。
可塑剤(I)としては、例えば、トリクレジルホスフェート(TCP)、ジオクチルフタレート(DOP)、ジイソデシルフタレート(DIDP)等を挙げることができる。これらの可塑剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の防汚塗料組成物が可塑剤(I)を含有する場合、その含有量は塗料組成物の固形分中、好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.5〜5質量%である。可塑剤(I)の含有量が前記範囲内であると、防汚塗膜の可塑性を良好に保つことができる。
本発明の防汚塗料組成物はそれぞれ、公知の一般的な防汚塗料と同様の装置、手段等を用いて調製することができる。具体的には、シリルエステル系共重合体(A)を調製した後、この重合体の溶液と必要に応じてその他の添加剤とを、一度に、又は順次に添加して、撹拌、混合して製造することができる。
本発明の防汚塗膜は、前記防汚塗料組成物を乾燥させて得られる。
また、本発明の防汚方法は、上述した防汚塗膜を使用するものであり、種々の基材に対して、本発明の防汚塗料組成物を用いて防汚塗膜を設けることで、防汚する方法である。
防汚塗膜を形成する方法として、具体的には、例えば、本発明の防汚塗料組成物を塗膜や基材上に塗布した後、乾燥させることにより防汚塗膜を得ることができる。
本発明の塗料組成物を塗布する方法としては、刷毛、ローラー、及びスプレーを用いる方法等の公知の方法を挙げることができる。
前述の方法により塗布した防汚塗料組成物は、例えば、25℃の条件下、好ましくは0.5〜14日間程度、より好ましくは1〜7日間程度放置することにより乾燥し、塗膜を得ることができる。なお、防汚塗料組成物の乾燥にあたっては、加熱下で送風しながら行ってもよい。
本発明の防汚塗膜付き基材は、前記のような方法により基材上に前記防汚塗膜を形成することで製造することができる。
本発明の防汚塗膜付き基材の製造方法は特に限定されないが、例えば、本発明の防汚塗料組成物を基材に塗布又は含浸し、塗布体又は含浸体を得る工程(1)、及び前記塗布体又は含浸体を乾燥する工程(2)を有する製造方法により得ることができる。
前記工程(1)において、塗料組成物を基材に塗布する方法は、前述の塗布方法を採用することができる。また、含浸させる方法に特に制限はなく、含浸させるのに十分な量の塗料組成物中に基材を浸すことにより行うことができる。更に、前記塗布体又は含浸体を乾燥させる方法に特に制限はなく、防汚塗膜を製造する際の方法と同様の方法で乾燥させることができる。
工程(1’)において塗膜を形成する方法に特に制限はなく、防汚塗膜を製造する際の方法と同様の方法により製造することができる。
工程(2’)において塗膜を基材に貼付する方法に特に制限はなく、例えば、特開2013−129724号公報に記載の方法により貼付することができる。
また、本発明の防汚塗料組成物を表面に形成する対象の基材は、防錆剤等のその他の処理剤により処理された面や、表面にすでにプライマー等の塗膜が形成されているものであってもよく、本発明の防汚塗料組成物が既に塗装されている面に上塗りするものでもよく、本発明に係る防汚塗膜が直接に接する塗膜の種類は特に限定されるものではない。
なお、実施例において用いる各成分の「固形分」とは、各成分に溶剤として含まれる揮発成分を除いた成分を指し、各成分を108℃の熱風乾燥機中で3時間乾燥させて得られたものを固形分としてみなす。
<製造例1:シリルエステル系共重合体溶液(A−1)の製造>
撹拌機、コンデンサー、温度計、滴下装置、窒素導入管、及び加熱冷却ジャケットを備えた反応容器にキシレン43質量部、トリイソプロピルシリルメタクリレート10質量部、FM−0711(JNC(株)製、片末端メタクリレート変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=1,000)2質量部を仕込み、窒素気流下で80±5℃の温度条件下にて加熱撹拌を行った。同温度を保持しつつ滴下装置より、前記反応容器内にトリイソプロピルシリルメタクリレート40質量部、FM−0711(JNC(株)製、片末端メタクリレート変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=1,000)8質量部、2−メトキシエチルメタクリレート20質量部、メチルメタクリレート20質量部、及び2,2'−アゾビスイソブチロニトリル1.1質量部からなる混合物を2時間かけて滴下した。その後、同温度で2時間撹拌を行った後、2,2'−アゾビスイソブチロニトリルを更に0.4質量部を加え、3時間かけて105℃まで昇温を行い、キシレン24質量部を加えて、無色透明のシリルエステル系共重合体溶液(A−1)を得た。
使用された単量体混合物の構成、及びシリルエステル系共重合体溶液(A−1)の特性値を表1に示す。
製造例1において使用した単量体混合物の仕込み比及び滴下時に用いる重合開始剤の種類及び量を表1のように変更した以外は、製造例1と同様にして、シリルエステル系共重合体溶液(A−2)〜(A−11)を調製した。
使用された単量体混合物の構成、並びに後述の方法により測定したシリルエステル系共重合体溶液(A−2)〜(A−11)及びこれらに含まれる共重合体の特性値を表1に示す。
*1 FM−0711:JNC(株)製、片末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=1,000
*2 FM−0721:JNC(株)製、片末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=5,000
*3 FM−0725:JNC(株)製、片末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=10,000
*4 FM−7711:JNC(株)製、両末端メタクリロイルオキシアルキル変性オルガノポリシロキサン、平均分子量Mn=1,000
*5 KF−2001:信越化学工業(株)製、側鎖メルカプトアルキル変性オルガノポリシロキサン、官能基当量=1,900g/mol
<重合体溶液の粘度>
重合体溶液の25℃における粘度は、E型粘度計(東機産業(株)製)により測定した。
<重合体の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)の測定>
重合体の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)を下記条件でGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて測定した。
GPC条件
装置:「HLC−8120GPC」(東ソー(株)製)
カラム:「SuperH2000+H4000」(東ソー(株)製、6mm(内径)、各15cm(長さ))
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:0.500ml/min
検出器:RI
カラム恒温槽温度:40℃
標準物質:ポリスチレン
サンプル調製法:各製造例で調製された重合体溶液に少量の塩化カルシウムを加えて
脱水した後、メンブレムフィルターで濾過して得られた濾物をGPC測定サンプルとした。
・配合成分
防汚塗料組成物に用いた各配合成分を表2に示す。
表3に記載された配合(質量部)で、各配合成分を混合撹拌し防汚塗料組成物を得た。なお、表3に記載された各成分の配合量は、有姿での配合量を示している。例えば、実施例1において、脂肪酸アマイドの有姿での(全体としての)配合量は2.0質量部であり、固形分20%であるので、そのうちの有効成分である脂肪酸アマイド自身の配合量は、0.4質量部である。
サンドブラスト処理鋼板(縦300mm×横100mm×厚み3.2mm)に、エポキシ樹脂系防錆塗料組成物(エポキシAC塗料、商品名「バンノー500」、中国塗料(株)製)をその乾燥膜厚が150μmとなるように塗布した後、ビニル樹脂系バインダー塗料組成物(商品名「シルバックスSQ―K」、中国塗料(株)製)をその乾燥膜厚が40μmとなるように塗布した。続いて、前記表3に示す防汚塗料組成物をその乾燥膜厚が200μmとなるように1回塗布し、25℃条件下で7日間乾燥させて、防汚塗膜付き試験板を作製した。なお、前記3回の塗装は1日当たり1回のペースで行った。
防汚試験板は、後述の各評価に用いるため塗料組成物ごとに複数作製した。
〔半没水浸漬防汚性〕
前述のように作製した防汚塗膜付き試験板を、広島湾内にてその試験面が海水面と垂直になるように、また、試験面と海水面の交差する喫水線が試験面の中央付近となるよう、更に、波による上下動により上下する喫水線が試験面の上端と下端の範囲内に収まるよう設置して浸漬した。本条件での浸漬を開始してから6ヶ月後に、防汚塗膜上のスライム状のものも含めた海生生物の付着面積を測定し、下記(防汚性評価基準)に従って、防汚塗膜の半没水浸漬防汚性を評価した。その結果を表3に示す。
(防汚性評価基準)
5:試験面において海生生物が付着した面積が全体の1%未満
4:同上面積が全体の1%以上10%未満
3:同上面積が全体の10%以上30%未満
2:同上面積が全体の30%以上70%未満
1:同上面積が全体の70%以上
前述のように作製した防汚塗膜付き試験板を、表面速度が10ノットとなる速度で回転水流を生じさせた円筒の内壁に固定して、30℃の海水中で6ヵ月動的浸漬環境下においた。この処理により、防汚塗膜が高温下での水流に曝されることで、促進的に長期水流に曝された場合に近い塗膜状態になる。その後、東京湾内にて水面下約2メートルの位置で試験面が水面に対して垂直となる向きで浸漬した。本条件での浸漬を開始してから6ヶ月後に防汚塗膜上の海生生物の付着面積を測定し、下記(防汚性評価基準)に従って、防汚塗膜の長期動的浸漬後防汚性を評価した。その結果を表3に示す。
(防汚性評価基準)
5:試験面において海生生物が付着した面積が全体の1%未満
4:同上面積が全体の1%以上10%未満
3:同上面積が全体の10%以上30%未満
2:同上面積が全体の30%以上70%未満
1:同上面積が全体の70%以上
前述のように作製した防汚塗膜付き試験板を、50℃の海水中に3か月浸漬した後、同一の各防汚塗料組成物をその乾燥膜厚が200μmとなるように1回塗布し、25℃条件下で7日間乾燥させた後、更に50℃の海水中に1か月浸漬した。この積層塗膜をJIS K 5400 8.5.2(碁盤目テープ法)に準じて、試験板の上の塗膜を貫通して、素地に達する切り傷を間隔4mm、ます目の数25の碁盤目状にカッターナイフで付け、この碁盤目の上にセロハン粘着テープをはりつけて引き剥がし、素地と塗膜又は積層塗膜間での剥離が発生したマス目の個数をもとに、以下の評価基準に従って評価した。結果を表3に示す。
(上塗り付着性評価基準)
5:剥離の発生したマス目がない
4:剥離の発生したマス目が1個〜3個
3:剥離の発生したマス目が4個〜10個
2:剥離の発生したマス目が11個〜20個
1:剥離の発生したマス目が21個以上
Claims (16)
- 前記シリルエステル系共重合体(A)が、トリアルキルシリルメタクリレート(a1)に由来する構成単位を20〜80質量%含有する、請求項1に記載の防汚塗料組成物。
- 前記シリルエステル系共重合体(A)が、化合物(a2)に由来する構成単位を1〜30質量%含有する、請求項1又は2に記載の防汚塗料組成物。
- 前記シリルエステル系共重合体(A)が、更に1以上の(iii)その他の単量体(a3)に由来する構成単位を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の防汚塗料組成物。
- 前記シリルエステル系共重合体(A)が、式(II)で表される単量体(a31)に由来する構成単位を10〜35質量%含有する、請求項5に記載の防汚塗料組成物。
- 前記その他の単量体(a3)が、メチルメタクリレートを含有する、請求項4〜6のいずれか一項に記載の防汚塗料組成物。
- 防汚塗料組成物の固形分中、前記シリルエステル系共重合体(A)を5〜50質量%含有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の防汚塗料組成物。
- 更に、防汚剤(B)を含有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の防汚塗料組成物。
- 前記防汚剤(B)が亜酸化銅(B1)を含有する、請求項9に記載の防汚塗料組成物。
- 防汚塗料組成物の固形分中、前記亜酸化銅(B1)を20〜80質量%含有する、請求項10に記載の防汚塗料組成物。
- 更に、モノカルボン酸化合物(C)を含有する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の防汚塗料組成物。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の防汚塗料組成物から形成された防汚塗膜。
- 請求項13に記載の防汚塗膜で被覆された防汚塗膜付き基材。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の防汚塗料組成物を基材に塗布又は含浸し、塗布体又は含浸体を得る工程(1)、及び
前記塗布体又は含浸体を乾燥する工程(2)を有する、
防汚塗膜付き基材の製造方法。 - 請求項13に記載の防汚塗膜を使用する、防汚方法。
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