WO2015045238A1

WO2015045238A1 - 積層塗膜及び塗装物

Info

Publication number: WO2015045238A1
Application number: PCT/JP2014/003780
Authority: WO
Inventors: 加藤　秀和; 佳奈春木; 直人和久
Original assignee: マツダ株式会社
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2015-04-02
Also published as: DE112014004509T5; US20160122561A1; JP2015066865A; CN105228827A

Abstract

　着色材を含有する第１塗膜５と該第１塗膜５の上に重ねられた第２塗膜６とを備え、第１塗膜５は紫外線遮蔽効果を有する金属酸化物のナノ粒子９を含有し、第２塗膜は紫外線遮蔽効果を有する金属酸化物のナノ粒子及び有機系の紫外線吸収剤の少なくとも一方を含有する。

Description

積層塗膜及び塗装物

　本発明は、積層塗膜及び塗装物に関する。

　車体外板等の耐候性が要求される金属製品の塗装では、防錆用の電着塗料によって下塗り塗膜を形成し、その上に下地隠蔽性を有する中塗り塗膜を形成し、その上に上塗り塗膜（ベース塗膜およびクリヤ塗膜）を重ねる塗膜構造が一般に採用されている。また、省資源等の観点から、中塗り塗膜をなくし、下塗り塗膜の上に上塗り塗膜を直接重ねることも試みられている。例えば、カチオン電着塗膜の上に下地隠蔽性を有するベース塗膜を形成し、その上にクリヤ塗膜を形成することがなされている。

　ところで、下塗り塗膜、特に、エポキシ系カチオン電着塗料による下塗り塗膜は、紫外線が大量に照射されると、その表層部が劣化し、その上側の塗膜が剥離することになる。そこで、上塗り塗膜や中塗り塗膜に紫外線吸収剤を添加して下塗り塗膜を紫外線から保護することが一般に行なわれている。

　上記紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系など種々の有機化合物が知られている。このような有機系の紫外線吸収剤は、紫外線エネルギーを熱エネルギーに変換したり、或いは紫外線を受けて一時的に分子構造を変えることによって、紫外線を吸収する。また、上記紫外線吸収剤と同じく紫外線遮蔽効果を有する添加剤として、特許文献１に記載されている酸化亜鉛や酸化チタン等の金属酸化物のナノ粒子も知られている。このナノ粒子は、価電子帯の電子が伝導帯に励起することにより紫外線を吸収し、或いは紫外線を散乱・反射することで紫外線を遮蔽する。

特表２０１２－５３０６７１号公報

　上記有機系の紫外線吸収剤は、上述の如く、紫外線吸収に伴う発熱や分子構造の一時的変換の繰り返しにより、その分子構造が次第に破壊されて劣化し、紫外線遮蔽効果が低下していくという問題がある。また、この種の紫外線吸収剤はその粒子径が大きいため、塗膜の研ぎが行なわれたとき、単に紫外線吸収剤の量が減少するだけでなく、塗膜に残った一部の紫外線吸収剤の構造が破壊された状態になるから紫外線遮蔽効果の低下が大きい。一方、上記金属酸化物のナノ粒子は、紫外線による劣化をほとんどなく、また、研ぎによってナノ粒子量自体は少なくなるものの、塗膜に残るナノ粒子は構造へのダメージがないから、紫外線遮蔽効果の大きな低下がない。

　従って、有機系の紫外線吸収剤に代えて当該ナノ粒子を塗膜に添加することが考えられるものの、その添加量が多くなると、塗膜が白濁した状態になり易く、発色性が損なわれるという問題がある。また、ベース塗膜を厚くすると、紫外線遮蔽効果が高くなるものの、所望を発色特性を得ることが難しくなる。

　そこで、本発明は、塗膜の発色性を損なうことなく、良好な紫外線遮蔽効果を得ることを課題とする。

　本発明は、上記課題を解決するために、積層塗膜を構成する下層側の塗膜に紫外線遮蔽効果を有する酸化物のナノ粒子（１ｎｍ～１００ｎｍの粒子）を添加し、上層側の塗膜に上記ナノ粒子および／又は有機系の紫外線吸収剤を添加するようにした。

　すなわち、ここに提示する積層塗膜は、下塗り塗膜の上に設けられた着色材を含有する第１塗膜と、該第１塗膜の上に重ねられた第２塗膜とを備え、
　上記第１塗膜は、紫外線遮蔽効果を有する金属酸化物のナノ粒子を含有し、
　上記第２塗膜は、紫外線遮蔽効果を有する金属酸化物のナノ粒子及び有機系の紫外線吸収剤の少なくとも一方を含有することを特徴とする。

　かかる積層塗膜構造によれば、紫外線を、第１塗膜側の紫外線遮蔽用ナノ粒子と第２塗膜側の紫外線遮蔽用ナノ粒子及び／又は紫外線吸収剤とで分担して遮蔽するから、紫外線を効果的に遮蔽することができる。そして、このような分担により、一方の塗膜のみに紫外線遮蔽材を多量に添加する必要がなくなり、或いは第１塗膜を紫外線遮蔽のために厚くする必要がなくなる。そのため、所望の発色特性を得ることが容易になる。また、第１塗膜では紫外線遮蔽のために金属酸化物のナノ粒子を用いるから、紫外線遮蔽効果が長期間持続する。

　本発明の好ましい態様は、上記第２塗膜が上記ナノ粒子を含有し、
　上記ナノ粒子の含有量は、上記第１塗膜の方が上記第２塗膜よりも多いことを特徴とする。

　一般に塗膜における上記ナノ粒子の含有量が多くなると、その塗膜の白濁化を招き易くなる。しかし、当該好ましい態様の場合、第１塗膜はナノ粒子含有量が多くなっても、着色剤を含有するから、ナノ粒子が積層塗膜の発色特性に与える影響は少ない。そして、第２塗膜はナノ粒子含有量が少ないことにより、光が透過しやすく、そのため、第１塗膜の着色剤による所期の発色特性を発揮させる上で有利になる。また、研ぎによる紫外線遮蔽効果の低下もその程度が小さくなる。

　別の好ましい態様は、上記第２塗膜が上記紫外線吸収剤を含有し、
　上記第１塗膜の上記ナノ粒子は、その紫外線遮蔽効果を発揮する波長域が、上記第２塗膜の上記紫外線吸収剤が紫外線遮蔽効果を発揮する波長域よりも高波長側に広いことを特徴とする。

　一般に４００ｎｍ以下の波長の光が紫外線と呼ばれているが、有機系の紫外線吸収剤は３７０ｎｍを超える波長の光を効果的に吸収することができない。そこで、当該態様では、第１塗膜には紫外線遮蔽効果を発揮する波長域が高波長側に広いナノ粒子を採用し、第２塗膜の紫外線吸収剤で遮蔽できない高波長側の紫外線を第１塗膜のナノ粒子で遮蔽するようにしている。

　別の好ましい態様では、上記第１塗膜が上塗り塗膜のベース層を構成し、上記第２塗膜が上塗り塗膜のクリア層を構成する。かかる態様では、特にクリヤ層としての第２塗膜に紫外線遮蔽用ナノ粒子を採用するケースにおいて、クリヤ層の白濁抑制に有利になる。つまり、紫外線をベース層とクリヤ層で分担して遮蔽することにより、クリヤ層のナノ粒子含有量の増大を抑えることができ、その白濁化防止に有利になる。

　別の好ましい態様では、上記第１塗膜が中塗り塗膜を構成し、上記第２塗膜が上塗り塗膜のベース層を構成する。

　本発明によれば、紫外線を、第１塗膜側の紫外線遮蔽用ナノ粒子と第２塗膜側の紫外線遮蔽用ナノ粒子及び／又は紫外線吸収剤とで分担して遮蔽するから、紫外線を効果的に遮蔽することができ、また、一方の塗膜のみに紫外線遮蔽材を多量に添加する必要がなくなるため、或いは第１塗膜を紫外線遮蔽のために厚くする必要がなくなるため、所望の発色性を得ることが容易になり、しかも、第１塗膜では紫外線遮蔽のために金属酸化物のナノ粒子を採用するから、紫外線遮蔽効果が長期間持続する。

実施形態１に係る積層塗膜構造を示す断面図である。紫外線吸収剤およびナノ粒子の光線透過率を示すグラフ図である。クリヤ塗膜のみに紫外線吸収剤を添加したときのベース塗膜の膜厚と光線透過率の関係を示すグラフ図である。クリヤ塗膜に紫外線吸収剤を添加し、ベース塗膜にＺｎＯナノ粒子を添加したときの、ベース塗膜の膜厚と光線透過率の関係を示すグラフ図である。実施形態２に係る積層塗膜構造を示す断面図である。

　以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

　図１に示す積層塗膜において、１は鋼製被塗物（例えば、自動車の車体外板）である。この被塗物１の表面にエポキシ系カチオン電着塗料による下塗り塗膜２が形成されている。この下塗り塗膜２の上に、耐光劣化性、耐チッピング性及び発色性を高めるための下地隠蔽性を有する中塗り塗膜３が重ねられている。そして、中塗り塗膜３の上に上塗り塗膜４が重ねられている。

　上塗り塗膜４は、ベース塗膜５と、ベース塗膜５の上に重ねられたクリヤ塗膜６よりなる。ベース塗膜５は、着色材としての顔料７、光輝材８等が樹脂中に分散してなり、積層塗膜に発色性ないし意匠性を付与する。クリヤ塗膜６は、積層塗膜に耐候性や耐摩耗性を付与する。

　本発明の特徴とするところは、第１塗膜としてのベース塗膜５が紫外線遮蔽効果を発揮する金属酸化物のナノ粒子９を含有し、第２塗膜としてのクリヤ塗膜６が上記ナノ粒子および／又は有機系の紫外線吸収剤（以下、単に「紫外線吸収剤」という。）を含有することにある。すなわち、紫外線がベース塗膜５とクリヤ塗膜６とで分担して遮蔽され、そのことにより、下塗り塗膜２の紫外線による劣化が防止される。

　或いは、中塗り塗膜３が上記ナノ粒子９を含有し、ベース塗膜５が上記ナノ粒子および／又は紫外線吸収剤を含有する構成としてもよい。この場合、中塗り塗膜３が第１塗膜として位置付けられ、その上に重ねられたベース塗膜５が第２塗膜として位置付けられることになる。

　以下、ベース塗膜５が第１塗膜となり、クリヤ塗膜６が第２塗膜となるケースについて説明する。

　＜実施形態１＞
　図１はベース塗膜５が紫外線遮蔽用ナノ粒子９を含有し、クリヤ塗膜６が紫外線吸収剤を含有する例である。一例として白色を発色させる場合の上塗り塗膜の構成を表１に示す。

　表１において、ベース塗膜５を構成するアクリル系樹脂としては、日本ペイント社製アクリル樹脂（酸価；２０ｍｇＫＯＨ／ｇ，水酸基価；７５ｍｇＫＯＨ／ｇ，数平均分子量；５０００，固形分６０質量％）を採用した。ＺｎＯナノ粒子としては、住友大阪セメント社製ＺｎＯナノ粒子分散液（固形分２０質量％）を採用した。クリヤ塗膜６を構成するマックフローＯ-1600-2は、紫外線吸収剤を含有する日本ペイント社製のアクリル系クリヤ塗料である。

　ここで、紫外線吸収剤およびＺｎＯナノ粒子各々の光線透過率は図２に示すとおりである。ＺｎＯナノ粒子は、紫外線遮蔽効果を発揮する波長域が、紫外線吸収剤が紫外線遮蔽効果を発揮する波長域よりも高波長側に広くなっている。従って、紫外線がベース塗膜５のＺｎＯナノ粒子とクリヤ塗膜６の紫外線吸収剤とによって分担して遮蔽されるだけでなく、紫外線吸収剤では遮蔽効果が十分に得られない高波長側の紫外線がＺｎＯナノ粒子によって効率良く遮蔽されることになる。

　図３はクリヤ塗膜６のみに紫外線吸収剤を添加し、ベース塗膜５に紫外線吸収剤およびＺｎＯナノ粒子のいずれも添加しないときの、ベース塗膜５の膜厚と光線透過率の関係を示す。ベース塗膜５を厚くしなければ、紫外線領域の高波長側（３４０ｎｍを超える領域）での紫外線遮蔽効果が十分に得られないことがわかる。特に紫外線吸収剤は経年劣化の問題があることから、下塗り塗膜２の保護のためにはベース塗膜５を相当厚くする必要がある。そのことはベース塗膜５による発色性に悪影響が出ることを意味し、このことから紫外線の遮蔽と発色性の両立が難しいことがわかる。

　図４はクリヤ塗膜６に紫外線吸収剤を添加し、ベース塗膜５にＺｎＯナノ粒子を添加したとき（表１に示す塗膜構成）の、ベース塗膜５の膜厚と光線透過率の関係を示す。ベース塗膜５へのＺｎＯナノ粒子の添加により、ベース塗膜５が薄いとき（膜厚８．４μｍ）でも、３８０ｎｍ以下の紫外線を遮蔽することができること、従って、紫外線遮蔽効果を犠牲にすることなく、ベース塗膜５の膜厚による発色特性の調整が容易になることがわかる。

　＜実施形態２＞
　図５はベース塗膜５およびクリヤ塗膜６が共に紫外線遮蔽用ナノ粒子９を含有する例である。一例として白色を発色させる場合の塗膜構成を表２に示す。

　表２において、ベース塗膜５を構成する成分は実施形態１と同じである。クリヤ塗膜６のアクリル系樹脂としては日本ペイント社製アクリル樹脂を採用し、ＺｎＯナノ粒子としてはベース塗膜５と同じく住友大阪セメント社製ＺｎＯナノ粒子分散液（固形分２０質量％）を採用した。

　ＺｎＯナノ粒子は白色であり、クリヤ塗膜６に多量に配合すると、クリヤ塗膜６が白濁することから、ベース塗膜５よりも含有量を少なくして白濁化を避けている。

　なお、クリヤ塗膜６に紫外線吸収剤と紫外線遮蔽用ナノ粒子の両方を添加するようにしてもよい。

　また、第１塗膜の着色材としては、顔料に限らず、染料を採用してもよい。

　また、上記実施形態は下塗り塗膜と上塗り塗膜の間に中塗り塗膜を備えているケースであるが、中塗り塗膜を省略して、下塗り塗膜の上に上記ベース塗膜を直に重ねるようにした積層塗膜にも本発明は適用することができる。

　　１　　被塗物
　　２　　下塗り塗膜
　　３　　中塗り塗膜
　　４　　上塗り塗膜
　　５　　ベース塗膜
　　６　　クリヤ塗膜
　　７　　着色材（顔料）
　　８　　光輝材
　　９　　ナノ粒子

Claims

　下塗り塗膜の上に設けられた着色材を含有する第１塗膜と、該第１塗膜の上に重ねられた第２塗膜とを備え、
　上記第１塗膜は、紫外線遮蔽効果を有する金属酸化物のナノ粒子を含有し、
　上記第２塗膜は、紫外線遮蔽効果を有する金属酸化物のナノ粒子及び有機系の紫外線吸収剤の少なくとも一方を含有することを特徴とする積層塗膜。
　請求項１において、
　上記第２塗膜は上記ナノ粒子を含有し、
　上記ナノ粒子の含有量は、上記第１塗膜の方が上記第２塗膜よりも多いことを特徴とする積層塗膜。
　請求項１において、
　上記第２塗膜は上記紫外線吸収剤を含有し、
　上記第１塗膜の上記ナノ粒子は、その紫外線遮蔽効果を発揮する波長域が、上記第２塗膜の上記紫外線吸収剤が紫外線遮蔽効果を発揮する波長域よりも高波長側に広いことを特徴とする積層塗膜。
　請求項２において、
　上記第２塗膜は上記紫外線吸収剤を含有し、
　上記第１塗膜の上記ナノ粒子は、その紫外線遮蔽効果を発揮する波長域が、上記第２塗膜の上記紫外線吸収剤が紫外線遮蔽効果を発揮する波長域よりも高波長側に広いことを特徴とする積層塗膜。
　請求項１において、
　上記下塗り塗膜の上に中塗り塗膜を介して若しくは中塗り塗膜を介さずに上塗り塗膜が設けられており、
　上記第１塗膜が上記上塗り塗膜のベース層を構成し、上記第２塗膜が上塗り塗膜のクリア層を構成することを特徴とする積層塗膜。
　請求項２において、
　上記下塗り塗膜の上に中塗り塗膜を介して若しくは中塗り塗膜を介さずに上塗り塗膜が設けられており、
　上記第１塗膜が上記上塗り塗膜のベース層を構成し、上記第２塗膜が上塗り塗膜のクリア層を構成することを特徴とする積層塗膜。
　請求項３において、
　上記下塗り塗膜の上に中塗り塗膜を介して若しくは中塗り塗膜を介さずに上塗り塗膜が設けられており、
　上記第１塗膜が上記上塗り塗膜のベース層を構成し、上記第２塗膜が上塗り塗膜のクリア層を構成することを特徴とする積層塗膜。
　請求項４において、
　上記下塗り塗膜の上に中塗り塗膜を介して若しくは中塗り塗膜を介さずに上塗り塗膜が設けられており、
　上記第１塗膜が上記上塗り塗膜のベース層を構成し、上記第２塗膜が上塗り塗膜のクリア層を構成することを特徴とする積層塗膜。
　被塗物に請求項１に記載の積層塗膜を備えることを特徴とする塗装物。
　被塗物に請求項２に記載の積層塗膜を備えることを特徴とする塗装物。