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JP2011252078A - 紫外線硬化型塗料組成物 - Google Patents

紫外線硬化型塗料組成物 Download PDF

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JP2011252078A
JP2011252078A JP2010126599A JP2010126599A JP2011252078A JP 2011252078 A JP2011252078 A JP 2011252078A JP 2010126599 A JP2010126599 A JP 2010126599A JP 2010126599 A JP2010126599 A JP 2010126599A JP 2011252078 A JP2011252078 A JP 2011252078A
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ultraviolet curable
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JP2010126599A
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Akisuke Moriyama
明祐 森山
Masato Fujikura
真人 藤倉
Tomoyuki Suzuki
智之 鈴木
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Asia Industry Co Ltd
AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
Asia Industry Co Ltd
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Abstract

【課題】従来の紫外線硬化型塗料では密着性に乏しい金属やプラスチック等の基材に対し、良好な密着性を有する被膜を与え得る紫外線硬化型塗料組成物を提供すること。
【解決手段】(A)アミノ基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、およびイソシアネート基から選ばれる第1の官能基を有するアクリル樹脂、(B)第1の官能基と反応性を有する第2の官能基を有するアルコキシシラン化合物、(C)紫外線硬化性化合物、および(D)重合開始剤を含む紫外線硬化型塗料組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、紫外線硬化型塗料組成物に関する。
従来、種々の基材の耐食性向上やそれら表面の耐擦過性向上等を目的として紫外線硬化型塗料が用いられている。
この紫外線硬化型塗料は、一般的に硬化収縮が大きいことから、プラスチックや金属などに対する密着性に劣るという欠点を有している。
このため、プラスチックや金属等の材質からなる基材に対して紫外線硬化型塗料を用いる場合には、一般に、基材表面に各種プライマー処理を施した後、紫外線硬化型塗料を塗布することが行われている。
また、これらの材質からなる基材には、密着性に優れたフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等を含む熱硬化型塗料が用いられることも多い。
しかしながら、プライマー処理を施した上で紫外線硬化型塗料を塗布する手法では、工程が増えることから紫外線硬化型塗料の長所の1つである生産性が低下するのみならず、コスト高に繋がるという問題があった。
また、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いた場合、硬化にある程度の時間を要することから生産性が低くなるうえに、得られた被膜の硬度も不十分であるなどの問題があった。
これらの問題点を解消する手段として、特許文献1には、ベンジル基含有アクリレートオリゴマーを主成分とする紫外線硬化型塗料を用いる手法が開示されている。
この塗料を用いることで、従来の紫外線硬化型塗料では十分な密着性が得られなかったプラスチックや金属に対しても、ある程度密着性の良好な被膜を形成することができるが、金属に対する密着性という点では、さらなる改良の余地があった。
特開2009−57525号公報
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来の紫外線硬化型塗料では密着性に乏しい金属やプラスチック等の基材に対し、良好な密着性を有する被膜を与え得る紫外線硬化型塗料組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、アミノ基や水酸基等の第1の官能基を有するアクリル樹脂、この第1の官能基と反応性を有する第2の官能基を有するアルコキシシラン化合物、紫外線硬化性化合物、および光重合開始剤を含む組成物から得られた被膜が金属等に対して良好な密着性を有することを見出すとともに、当該組成物を用いることで、1コートで金属等の基材に対して密着性に優れた被膜を形成し得ることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、
1. (A)アミノ基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、およびイソシアネート基から選ばれる第1の官能基を有するアクリル樹脂、(B)前記第1の官能基と反応性を有する第2の官能基を有するアルコキシシラン化合物、(C)紫外線硬化性化合物、および(D)光重合開始剤を含み、前記(C)紫外線硬化性化合物が、総固形分中に10〜80質量%含まれることを特徴とする紫外線硬化型塗料組成物、
2. 前記(A)アクリル樹脂が、アミノ基および/または水酸基を有する1の紫外線硬化型塗料組成物、
3. 前記(A)アクリル樹脂が、アミノ基および水酸基の双方を有する2の紫外線硬化型塗料組成物、
4. 前記アミノ基が、第3級アミノ基である2または3の紫外線硬化型塗料組成物、
5. 前記(A)アクリル樹脂が、前記アミノ基および/または水酸基を合計で10mgKOH/g以上有する2〜4のいずれかの紫外線硬化型塗料組成物、
6. 前記(B)アルコキシシラン化合物が、エポキシ基および/またはイソシアネート基を有する2〜4のいずれかの紫外線硬化型塗料組成物、
7. ケイ素原子が、SiO2換算で総固形分中に0.05質量%以上含まれる請求項1〜6のいずれかの紫外線硬化型塗料組成物、
8. 基材と、この基材表面に直接形成された被膜とを有し、前記被膜が、1〜7のいずれかの組成物から形成されたものである被覆製品、
9. 前記基材が、金属または金属酸化物からなる9の被覆製品
を提供する。
本発明によれば、金属やプラスチック等の従来の紫外線硬化型塗料では密着性に乏しい基材に対して密着性に優れた被膜を与え得る紫外線硬化型塗料組成物を提供できる。
すなわち、本発明の紫外線硬化型塗料組成物を用いることで、金属等に対する密着性に優れた塗膜を、プライマー処理なしに1コートで形成し得る。
このような本発明の紫外線硬化型塗料組成物は、例えば、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、合金化亜鉛めっき鋼板、錫めっき鋼板、クロムめっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、鉛めっき鋼板、ニッケルめっき鋼板、アルミニウム板、チタン板、マグネシウム合金板、ステンレス板等に直接塗布して用いることができる。
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明に係る紫外線硬化型塗料組成物は、(A)第1の官能基を有するアクリル樹脂、(B)第1の官能基と反応性を有する第2の官能基を有するアルコキシシラン化合物、(C)紫外線硬化性化合物、および(D)光重合開始剤を含むものである。
(A)アクリル樹脂
本発明の紫外線硬化型塗料組成物には、アクリル樹脂として、第1の官能基を有するものを用いる。
ここで、アクリル樹脂の有する第1の官能基としては、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、およびイソシアネート基から選ばれる少なくとも1種が挙げられるが、得られる被膜の金属等に対する密着性をより高めることを考慮すると、本発明で用いるアクリル樹脂は、アミノ基および水酸基の少なくとも一方を有することが好ましく、アミノ基および水酸基の双方を有するものが好ましい。なお、アミノ基としては、1級、2級、3級のいずれでもよいが、特に、3級アミンが好適である。
上記アミノ基および水酸基の含有量は、特に限定されるものではないが、得られる被膜の基材に対する密着性をより高めることを考慮すると、アミノ基および水酸基の合計で10mgKOH/g以上有することが好ましく、12mgKOH/g以上有することが好ましく、20mgKOH/g以上有することがより好ましい。
上記官能基を有するアクリル樹脂は、例えば、官能基を有するアクリル系モノマーをラジカル重合させて得ることができる。
アミノ基含有アクリル系モノマーとしては、例えば、アミノエチル(メタ)アクリレート、2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、t−ブチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
水酸基含有アクリル系モノマーとしては、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、3−ヒドロキシブチル(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、N−メチロール化アクリルアミド、ε−カプロラクトン変性ヒドロキシ(メタ)アクリレート、カーボネート変性メタクリレート(ダイセル化学工業(株)製、HEMAC)等が挙げられる。
エポキシ基含有アクリル系モノマーとしては、例えば、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、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートのグリシジルエーテル等が挙げられる。
イソシアネート基含有アクリル系モノマーとしては、例えば、2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、3−イソシアナトプロピル(メタ)アクリレート、2−イソシアナト−1−メチルエチル(メタ)アクリレート、2−イソシアナト−1,1−ジメチルエチル(メタ)アクリレート、4−イソシアナトシクロヘキシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
カルボキシル基含有アクリル系モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、水酸基を含有するアクリルモノマーの末端水酸基を無水コハク酸、無水グルタル酸のような脂肪族ジカルボン酸等の酸無水物と反応させて得られる化合物などが挙げられる。
また、本発明のアクリル樹脂の製造にあたっては、上記第1の官能基を有するアクリル系モノマーと共重合可能なその他のモノマーを用いてもよい。
共重合可能なその他のモノマーの具体例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(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、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等のアルキル基含有(メタ)アクリル系モノマー;(メタ)アクリルアミド、エチル(メタ)アクリルアミド等のアミド基含有(メタ)アクリル系モノマー;アクリロニトリル等のニトリル基含有(メタ)アクリル系モノマー;スチレン、メチルスチレン、クロロスチレン、ビニルトルエン等の芳香族炭化水素系ビニルモノマー;マレイン酸、イタコン酸、クロトン酸、フマル酸、シトラコン酸等のα,β−エチレン性不飽和カルボン酸;スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸等のスルホン酸含有ビニルモノマー;無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和結合含有酸無水物;塩化ビニル、塩化ビニリデン、クロロプレン等の塩素含有モノマー;ヒドロキシエチルビニルエーテル、ヒドロキシプロピルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル等の水酸基含有アルキルビニルエーテル;エチレングリコールモノアリルエーテル、プロピレングリコールモノアリルエーテル、ジエチレングリコールモノアリルエーテル等のアルキレングリコールモノアリルエーテル類;エチレン、プロピレン、イソブチレン等のα−オレフィン;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル等のビニルエーテル;エチルアリルエーテル、ブチルアリルエーテル等のアリルエーテルなどが挙げられ、これらは単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。
なお、水酸基含有アルキルビニルエーテル等の第1の官能基に相当する官能基を有するモノマーを用いる場合、これとアルキル基含有(メタ)アクリル系モノマー等を共重合させて第1の官能基を有するアクリル樹脂とすることもできる。
上記重合は、適当な有機溶媒の存在下、ラジカル重合開始剤を用いて行われる。
有機溶媒としては、反応に悪影響を及ぼさないものであれば任意であり、例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、シクロヘキサン、シクロペンタン等の脂肪族または脂環族炭化水素;トルエン、キシレン、エチルベンゼン、低沸点芳香族ナフサ、高沸点芳香族ナフサ等の芳香族炭化水素;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸n−アミル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブ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エステル類;メタノール、エタノール、i−プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルn−アミルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル等のエーテル類;N−メチルピロリドン、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、エチレンカーボネート等が挙げられる。これらは単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。
ラジカル重合開始剤としては、公知のものから適宜選択することができ、例えば、2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソバレロニトリル、過酸化ベンゾイル、t−ブチルパーオキシド、クメンハイドロパーオキシドなどが挙げられる。これらは単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。
反応温度は、通常、60〜100℃程度である。反応時間は、通常、1〜12時間程度である。
組成物中におけるアクリル樹脂の含有量は、特に限定されるものではないが、総固形分中に、10〜75質量が好ましく、20〜75質量%が好ましい。
本発明で用いるアクリル樹脂の分子量としては、特に限定されるものではないが、数平均分子量3,000〜100,000が好ましい。
なお、数平均分子量は、示差屈折率計検出によるゲルパーミェーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略称する)測定による測定値(ポリスチレン換算値)である。
(B)アルコキシシラン化合物
本発明の組成物では、上述したアクリル樹脂の有する第1の官能基と反応性を有する第2の官能基を有するアルコキシシラン化合物を用いる。
この場合、アルコキシシラン中のアルコキシ基の数としては、1〜3個のいずれでもよいが、得られる塗膜の金属等に対する密着性を高めることを考慮すると、3個が好適である。
このような第2の官能基を有するアルコキシシラン化合物としては、例えば、下記のようなものが挙げられる。
(1)エポキシ基含有アルコキシシラン
グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、1−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、1−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、2−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、2−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、2−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、2−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリプロポキシシシラン、3−グリシドキシプロピルトリイソプロポキシシシラン、3−グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリ(メトキシエトキシ)シラン、1−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、1−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、2−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、2−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、3−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、4−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、4−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリメトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリプロポキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリブトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリフェノキシシラン、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリエトキシシラン、4−(3,4−エポキシシクロヘキシル)ブチルトリメトキシシラン、4−(3,4−エポキシシクロヘキシル)ブチルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジエトキシシラン、1−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、1−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、2−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、2−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、1−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、1−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、2−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジプロポキシシラン、2−グリシドキシプロピルメチルジブトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン等
(2)イソシアネート基含有アルコキシシラン
3−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアナートプロピルジメトキシメチルシラン、3−イソシアナートプロピルメトキシジメチルシラン、3−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアナートプロピルジエトキシエチルシラン、3−イソシアナートプロピルエトキシジエチルシラン、6−イソシアナートヘキシルトリメトキシシラン、6−イソシアナートヘキシルジメトキシメチルシラン、6−イソシアナートヘキシルメトキシジメチルシラン、6−イソシアナートヘキシルトリエトキシシラン、6−イソシアナートヘキシルジエトキシエチルシラン、6−イソシアナートヘキシルエトキシジエチルシラン等
また、このようなイソシアネート基含有アルコキシシランとして、特開平9−328489号公報に開示された手法によって製造したものを用いてもよい。
さらに、イソシアネート基含有アルコキシシランとして、ポリイソシアネートと、水酸基、アミノ基またはメルカプト基含有アルコキシシラン化合物とを反応させて得られるイソシアネート基含有ウレタン、ウレアまたはチオウレタン変性アルコキシシランを用いてもよい。
この場合、ポリイソシアネートとしては、TDIのTMPアダクト体、TDIのイソシアヌレート体、HDIのビュレット体、IPIDIのイソシアヌレート等、および市販品されているタケネートD−110N(三井化学(株)製)、コロネートHX(日本ポリウレタン工業(株)製)等が挙げられる。
水酸基含有アルコキシシランとしては、2−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、2−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
アミノ基含有アルコキシシランとしては、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(N,N−ジグリシジル)アミノプロピルトリメトキシシラン(エポキシ基含有アルコキシシランにも該当する)、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。
メルカプト基含有アルコキシシランとしては、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
(3)アミノ基含有アルコキシシラン
アミノ基含有アルコキシシランとしては、上記と同様のものが挙げられる。
以上で説明した各官能基を有するアルコキシシランは、それぞれ単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。なお、2種以上組み合わせて用いる場合、同一官能基を有する組み合わせでも、異種官能基を有する組み合わせでもよい。
以上の官能基含有アルコキシシランの中でも、得られる被膜の可撓性を高めるという観点からは、イソシアネート基含有アルコキシシランが好ましく、イソシアネート基含有ウレタン、ウレアまたはチオウレタン変性アルコキシシランを用いることがより好ましい。
組成物中における官能基含有アルコキシシランの含有量は、特に限定されるものではないが、得られる被膜の金属等に対する密着性をより高めることを考慮すると、ケイ素原子が、SiO2換算で総固形分中に0.05質量%以上含まれる量が好ましく、0.10質量%以上含まれる量がより好ましく、0.20質量%以上含まれる量がより一層好ましい。
なお、その上限は特に限定されるものではないが、3.0質量%程度が好適である。
(C)紫外線硬化性化合物
本発明の組成物では、紫外線硬化性化合物を用いる。
紫外線硬化性化合物としては、光重合開始剤で重合する不飽和二重結合を有するものであれば特に限定されるものではなく、従来公知の紫外線硬化性モノマーやオリゴマーから適宜選択して用いることができる。
その具体例としては、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ぺンタメチルピペリジル(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(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)アクリレート等のアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート類;グリセロール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート等の水酸基含有(メタ)アクリレート類;ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート;グリセリ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、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、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートトリプロピオネート等の3官能(メタ)アクリレート類;ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートモノプロピオネート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、オリゴエステルテトラ(メタ)アクリレート、トリス((メタ)アクリロイルオキシ)ホスフェ−ト、ヘキサメタクリロイロキシエトキシシクロトリホスファゼン(PPZ)等の多官能(メタ)アクリレート、および市販されているウレタンアクリレート(日本合成化学工業(株)製UV−6300B、三井化学(株)製RA−1353等)、ポリエステルアクリレート(ダイセルサイテック(株)製 EBECRYL 405,DIC(株)V−3021等)、エポキシアクリレート(ダイセルサイテック(株)製 EBECRYL 600,DIC(株)製V−5500等)などが挙げられる。
組成物中における紫外線硬化性化合物の含有量は、含有量が多くなると得られる被膜の可撓性および基材に対する密着性が低くなり、含有量が少なくなると得られる被膜の表面硬度および基材に対する密着性が低くなるため、これらを適度な範囲とすることを考慮すると、総固形分中に、10〜80質量%が好ましく、12〜75質量%が好ましく、15〜75質量%がより好ましい。
(D)光重合開始剤
本発明の組成物には、紫外線照射によってラジカルを発生する光重合開始剤を用いる。
光重合開始剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、ベンゾイン、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ベンゾインまたはベンゾインアルキルエーテル類;ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸等の芳香族ケトン類;ベンジル等のα−ジカルボニル類;ベンジルジメチルケタール、ベンジルジエチルケタール等のベンジルケタール類;アセトフェノン、1−(4−ドデシルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−1−プロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチル−プロパン−1−オン、2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルホリノプロパノン−1等のアセトフェノン類;2−メチルアントラキノン、2−エチルアントラキノン、2−tert−ブチルアントラキノン等のアントラキノン類;2,4−ジメチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン等のチオキサントン類;1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム等のα−アシルオキシム類;p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、p−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル等のアミン類などが挙げられる。
なお、光重合開始剤としては、市販品であるイルガキュア184、1000、1700(以上、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製);LucirinLR8728(BASF社製、商品名);Darocure1116、1173(メルク社製、商品名);ユベクリルP36(UCB社製、商品名)等を用いることもできる。
光重合開始剤の使用量としては、有効量以上であれば特に限定されるものではないが、通常、組成物の総固形分中に、0.1〜10質量%程度である。
なお、本発明の組成物には、本発明の効果を損なわない限りにおいて、消泡剤、増粘剤、沈降防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、触媒等の各種添加剤を配合してもよい。
本発明の組成物は、上記各成分を任意の順序で適宜配向して調製することができ、その調製の際には溶剤を用いてもよい。
溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶剤;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸n−アミル等のエステル溶剤;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン溶剤;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の脂環式炭化水素溶剤;ミネラルスピリット等の石油系炭化水素溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、グリコールエーテルエステル類溶剤等が挙げられる。これらの溶剤は、単独で用いても、2種以上混合して用いてもよい。
溶剤の使用量には特に制限はないが、組成物中の総固形分量が10〜70質量%程度となる量が好ましい。
以上説明した紫外線硬化型塗料組成物の使用法としては、例えば、基材表面に直接本発明の組成物を塗布し、これを加熱して乾燥した後、紫外線を照射する手法が挙げられる。
この場合、本発明の組成物の塗布法は特に限定されるものではなく、刷毛塗り、ローラ塗りなどの公知の手法から適宜選択すればよい。また、塗布量、塗膜の厚み、乾燥時間などは、基材の材質や被覆品の用途などに応じて適宜なものとすればよい。
加熱乾燥温度は、上述した(A)アクリル樹脂の有する第1の官能基と(B)アルコキシシラン化合物の有する第2の官能基とが反応するとともに、アルコキシシラン化合物が(部分)加水分解縮合する温度範囲であれば、特に限定されるものではないが、本発明においては、50〜100℃が好ましく、60〜80℃がより好ましい。
本発明の組成物を適用する基材は任意であるが、特に、従来の紫外線硬化型塗料組成物では密着性に乏しい材質からなる基材に対しても良好な密着性を発揮する。
そのような基材としては、例えば、金属基材、プラスチック基材、ガラス基材等が挙げられる。
金属基材としては、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、合金化亜鉛めっき鋼板、錫めっき鋼板、クロムめっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、鉛めっき鋼板、ニッケルめっき鋼板、アルミニウム板、マグネシウム合金板、チタン板、ステンレス板等が挙げられる。
プラスチック基材としては、ABS樹脂、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン、MS樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、トリアセチルセルロース等が挙げられる。
以下、合成例、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。なお、実施例における各物性は、以下の手法によって測定した。
(1)分子量
装置:東ソー(株)製 高速GPC装置 HLC−8120GPC
カラム:東ソー(株)製 TSK−GEL SUPER H2000の2個連結
カラム温度:40℃
検出器:示差屈折計
溶離液:THF
カラム流速:0.6ml/min
(2)粘度
装置:芝浦システム(株) ビスメトロン VG−A
[合成例1]アミノ基および水酸基含有(メタ)アクリルポリマーA1の製造
温度計、撹拌機、不活性ガス導入口、空気導入口および還流冷却器を備えた容量3リットルの四つロフラスコに、溶剤としてキシレン630質量部を計量し、105℃まで加温した。このフラスコ中に、メチルメタクリレート406.4質量部、n−ブチルメタクリレート477.5質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート61.1質量部、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート105.0質量部、キシレン210.0質量部および開始剤のカヤエステル−O(化薬アクゾ(株)製)10.5質量部の混合物を滴下して反応を行った。滴下反応は撹拌しながら110℃に維持して4時間行った。さらに、キシレン210.0質量部およびカヤエステル−O 1.05質量部の混合物を1時間掛けて滴下して反応を行った。さらに110℃で3時間加熱し、側鎖にアミノ基および水酸基を有する(メタ)アクリルポリマー(A1)の50質量%溶液を得た。
固形分:50質量%
アミン価:17.8mgKOH/g
水酸基価:12.5mgKOH/g
粘度:2620mPa・s/25℃
分子量(Mn):10800
[合成例2]アミノ基および水酸基含有(メタ)アクリルポリマーA2の製造
温度計、撹拌機、不活性ガス導入口、空気導入口および還流冷却器を備えた容量3リットルの四つロフラスコに、キシレン630質量部を計量し、105℃まで加温した。このフラスコ中に、メチルメタクリレート452.8質量部、n−ブチルメタクリレート532.1質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート29.3質量部、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート35.4質量部、キシレン210.0質量部およびカヤエステル−O 10.5質量部の混合物を滴下して反応を行った。滴下反応は撹拌しながら110℃に維持して4時間行った。さらに、キシレン210.0質量部およびカヤエステル−O 1.05質量部の混合物を1時間掛けて滴下して反応を行った。さらに、110℃で3時間加熱し、側鎖にアミノ基および水酸基を有する(メタ)アクリルポリマーA2の50質量%溶液を得た。
固形分:50質量%
アミン価:6mgKOH/g
水酸基価:6mgKOH/g
粘度:1950mPa・s/25℃
分子量(Mn):11800
[合成例3](メタ)アクリルポリマーA3の製造
温度計、撹拌機、不活性ガス導入口、空気導入口および還流冷却器を備えた容量3リットルの四つロフラスコに、キシレン630質量部を計量し、105℃まで加温した。このフラスコ中に、メチルメタクリレート433.7質量部、n−ブチルメタクリレート616.3質量部、キシレン210.0質量部、およびカヤエステル−O 10.5質量部の混合物を滴下して反応を行った。滴下反応は撹拌しながら110℃に維持して4時間行った。さらに、キシレン210.0質量部およびカヤエステル−O 1.05質量部の混合物を1時間掛けて滴下し反応を行った。さらに110℃で3時間加熱し、水酸基等の官能基を有しないアクリルポリマーA3の50質量%溶液を得た。
固形分:50質量%
粘度:1140mPa・s/25℃
分子量(Mn):9560
[合成例4]シランカップリング剤1の製造
タケネートD−110N(三井化学(株)製)400質量部、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン16質量部、およびテトラメチルアンモニウムクロライド1質量部を窒素雰囲気下、60℃で6時間反応し、分子末端にイソシアネート基を有するシラン化合物を合成した。
固形分:76質量%
NCO含量:10.2質量%
SiO2換算:1.17質量%
〈紫外線硬化型塗料組成物の調製〉
[実施例1]
合成例1で得られた(メタ)アクリルポリマーA1の50質量%溶液175.4質量部、合成例4で得られたシランカップリング剤1 24.1質量部、紫外線硬化性化合物であるジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA,日本化薬(株)製)20.0質量部、光重合開始剤であるイルガキュア184(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.8質量部、および酢酸n−ブチル33.4質量部を撹拌・混合し、紫外線硬化型塗料組成物を調製した。
[実施例2〜8,比較例1〜7]
表1の組成に変更した以外は実施例1と同様にして、紫外線硬化型塗料組成物を調製した。
Figure 2011252078
上記各実施例および比較例で調製した紫外線硬化型塗料組成物について、各基材に対する接着性、鉛筆硬度および可撓性を、以下の手法により測定・評価した。結果を表2に示す。
(1)接着性
(1−1)塗膜の作製
各基材表面を溶剤メチルエチルケトンで清浄し、塗料固形分が30質量%になるように溶剤酢酸n−ブチルで希釈して50ミクロンのアプリケーターで塗布した。塗付後、70℃で30分乾燥し、さらに紫外線を照射して硬化塗膜10ミクロンを形成した。照射は(80mW/cm2,1200mJ/cm2)の条件で行った。
(1−2)標準接着試験
上記手法により、各基材上に塗膜を硬化形成した後、JIS K 5600−5−6(2007年版)の碁盤目試験に基づき、塗膜面に10×10にマス目を作成し、セロハンテープ(ニチバン(株)製CT−24)を貼り、上方に引っ張り剥離状況を確認した。剥がれなかったマス目を記録し、評価基準は下記のとおりとした。
○:分類0および分類1(殆ど剥がれがない)
△:分類2(クロスカット部の剥離が5%以上15%未満)
×:分類3、分類4および分類5の状態(クロスカット部分が15%以上剥離)
(1−3)耐温水接着試験
上記手法により、各基材上に塗膜を硬化形成した後、100℃の沸騰水に60分浸漬し、乾いた布で水を拭き取り24時間乾燥した。JIS K 5600−5−6(2007年版)の碁盤目試験に基づき、塗膜面に10×10にマス目を作成し、セロハンテープ(ニチバン(株)製CT−24)を貼り、上方に引っ張り剥離状況を確認した。剥がれなかったマス目を記録し、評価基準は下記の通りとした。
○:分類0および分類1(殆ど剥がれがない)
△:分類2(クロスカット部の剥離が5%以上15%未満)
×:分類3、分類4および分類5の状態(クロスカット部分が15%以上剥離)
(2)鉛筆硬度
上記手法によって各基材上に作製した塗膜について、JIS K 5600−5−4(2007年版)の規定に基づいて測定した。測定装置は、(株)サンコウ電子研究所製「鉛筆引っかき硬度試験機」を使用した。評価基準としては、JIS K 5600−5−4に準拠して、傷跡を生じなかった最も硬い鉛筆の硬度を、硬度表示とした。
(3)可撓性
JIS K 5600−5−1耐屈曲性の評価に使用する直径12mmのマンドレルを使用して、塗装面を表に塗装板を90°折り曲げ、屈曲部を観察して評価した。
○:外観変化なし
△:小さな割れが認められる
×:塗膜の剥離、割れが認められる
Figure 2011252078
表2に示されるように、各実施例で調製した紫外線硬化型塗料組成物から形成された被膜は、各種基材に対する接着性に優れていることがわかる。
また、イソシアネート基を有するシランカップリング剤1を用いた場合、エポキシ基を有するシランカップリング剤2を用いた場合と比べ、紫外線硬化性化合物の配合量を増やしても、可撓性に優れた被膜が得られていることがわかる。

Claims (9)

  1. (A)アミノ基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、およびイソシアネート基から選ばれる第1の官能基を有するアクリル樹脂、(B)前記第1の官能基と反応性を有する第2の官能基を有するアルコキシシラン化合物、(C)紫外線硬化性化合物、および(D)光重合開始剤を含み、
    前記(C)紫外線硬化性化合物が、総固形分中に10〜80質量%含まれることを特徴とする紫外線硬化型塗料組成物。
  2. 前記(A)アクリル樹脂が、アミノ基および/または水酸基を有する請求項1記載の紫外線硬化型塗料組成物。
  3. 前記(A)アクリル樹脂が、アミノ基および水酸基の双方を有する請求項2記載の紫外線硬化型塗料組成物。
  4. 前記アミノ基が、第3級アミノ基である請求項2または3記載の紫外線硬化型塗料組成物。
  5. 前記(A)アクリル樹脂が、前記アミノ基および/または水酸基を合計で10mgKOH/g以上有する請求項2〜4のいずれか1項記載の紫外線硬化型塗料組成物。
  6. 前記(B)アルコキシシラン化合物が、エポキシ基および/またはイソシアネート基を有する請求項2〜4のいずれか1項記載の紫外線硬化型塗料組成物。
  7. ケイ素原子濃度が、SiO2換算で総固形分中に0.05質量%以上含まれる請求項1〜6のいずれか1項記載の紫外線硬化型塗料組成物。
  8. 基材と、この基材表面に直接形成された被膜とを有し、
    前記被膜が、請求項1〜7のいずれか1項記載の組成物から形成されたものである被覆製品。
  9. 前記基材が、金属または金属酸化物からなる請求項8記載の被覆製品。
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