JP2018048272A - ステアリングパッド用水系塗料及び塗膜 - Google Patents

Abstract

【課題】耐人脂性に優れ、人脂による剥がれが起きにくいステアリングパッドのポリウレタン塗膜及び水系塗料を提供する。【解決手段】ステアリングパッド用水系塗料は、ステアリングパッドにポリウレタン塗膜を形成するための水系二液型ポリウレタン塗料であって、ウレタン樹脂を含む主剤液と、親水性ポリイソシアネートを含む硬化剤液とが、ポリウレタン塗膜のガラス転移温度Ｔｇが５０℃以上となる割合で組み合わされたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ステアリングパッド用水系塗料及び塗膜に関するものである。

ＶＯＣ（揮発性有機化合物）規制によって、自動車内装用塗料の分野では有機溶剤系塗料から水を主溶剤とする水系塗料への移行が必須である。ステアリングホイールの中心部に取り付けられる合成樹脂製のステアリングパッド用の水系塗料としては、水系二液型ポリウレタン塗料が用いられており、ウレタン架橋された塗膜は諸特性に優れている。

しかし、水系二液型ポリウレタン塗料で形成された塗膜は、ステアリングパッドに手を当て続けるケースがあり、手の油脂（以下「人脂」という。）による塗膜物性の低下が問題である。

同塗膜の付着性を高めるには、プライマー層の追加が有効であるが、コストアップが問題となる。

そこで、同塗膜の耐油脂性（以下「耐人脂性」という。）の改善が必要である。本発明者らが検討したところ、水系二液型ポリウレタン塗料の硬化剤液に使用されているポリイソシアネートが、有機溶剤型ポリウレタン塗料の場合と同様の疎水性ポリイソシアネートであり、その使用がポリウレタン塗膜の物性に影響を与えていることが分かってきた。詳しくは後述する。

一方、特許文献１には、水系二液型ポリウレタン組成物の硬化剤として用いるポリイソシアネート組成物として、親水基を有する所定のポリイソシアネート化合物と、イソシアネート基を有するシランカップリング剤と、所定のアルコキシシラン化合物とを含有する組成物が開示されている。しかし、同組成物の目的は基材密着性の改善にあり、耐人脂性については言及していない。

特開２００８−１４４００１号公報

そこで、本発明の目的は、耐人脂性に優れ、人脂による剥がれが起きにくいステアリングパッドのポリウレタン塗膜及び水系塗料を提供することにある。

（１）本発明のステアリングパッド用水系塗料は、ステアリングパッドにポリウレタン塗膜を形成するための水系二液型ポリウレタン塗料であって、ウレタン樹脂を含む主剤液と、親水性ポリイソシアネートを含む硬化剤液とが、ポリウレタン塗膜のガラス転移温度Ｔｇが５０℃以上となる割合で組み合わされたことを特徴とする。

（２）本発明のステアリングパッドの塗膜は、水系ポリウレタン塗料で形成されたステアリングパッドのポリウレタン塗膜であって、ポリウレタン塗膜のガラス転移温度Ｔｇが５０〜６０℃であることを特徴とする。

［発明の作用］
従来の疎水性ポリイソシアネートは、水系塗料において使用されると、イソシアネートの一部はウレタン樹脂を架橋するが、図１（ａ）に模式的に示すように、イソシアネートの別の一部は主溶剤である水と反応してしまいウレタン樹脂を架橋しない。このため、図２（ａ）に模式的に示すように、ステアリングパッドの基材に形成したポリウレタン塗膜のウレタン架橋密度が低くなる。すると、ポリウレタン塗膜に付着した人脂は、塗膜内に浸透しやすくなり、塗膜と基材との界面に達すると、塗膜の付着性を低下させ、それが酷くなると浮きを生じさせる。これが、塗膜の剥がれの原因と考えられる

これに対し、本発明で用いる親水性ポリイソシアネートは、図１（ｂ）に模式的に示すように、親水性官能基部と疎水性部を有しており、塗料に分散すると、疎水性部が集まってミセル構造をとることで、安定して分散する。これにより、イソシアネートと主溶剤である水との反応を抑制して、ウレタン架橋を促進させることができる。そして、この親水性ポリイソシアネートを含む硬化剤液と、主剤液とが、ポリウレタン塗膜のガラス転移温度Ｔｇが５０〜６０℃となる割合で組み合わされると、図２（ｂ）に模式的に示すように、ステアリングパッドの基材に形成したポリウレタン塗膜のウレタン架橋密度が十分に高くなる。これにより、ポリウレタン塗膜に付着した人脂は、塗膜内に浸透しにくくなり、塗膜と基材との界面に達しにくくなるため、塗膜の付着性を低下させない。また、実使用時の車内温度においてガラス状態からゴム状態になりにくいことから、耐引っ掻き性も向上する。このため、塗膜の剥がれが起きにくい。よって、付着性を高めるためのプライマー層は追加しなくても済む（但し、追加することを排除するものではない。）。

本発明によれば、耐人脂性に優れ、人脂による剥がれが起きにくいステアリングパッドの塗膜を提供することができる。

（ａ）は疎水性ポリイソシアネートの一部がウレタン樹脂を架橋せずに水と反応することを説明する図、（ｂ）は親水性ポリイソシアネートが水と反応せずにウレタン樹脂を架橋することを説明する図である。 （ａ）は疎水性ポリイソシアネートを使用したステアリングパッドの塗膜を説明する図、（ｂ）は親水性ポリイソシアネートを使用したステアリングパッドの塗膜を説明する図である。 実施例の粘弾性特性の温度依存性を示すグラフ図である。 比較例の粘弾性特性の温度依存性を示すグラフ図である。 （ａ）はスクラツチ試験の概略図、（ｂ）は付着性試験の概略図である。 ステアリングパッドの正面図である。

１．親水性ポリイソシアネートの例示
本発明で使用するポリイソシアネートは脂肪族ジイソシアネートから誘導されるポリイソシアネートである。脂肪族ジイソシアネートは、構造中にベンゼン環を含まないものであり、炭素数４〜３０のものが好ましく、例えばテトラメチレン−１，４−ジイソシアネート、ペンタメチレン１，５−ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートが好ましい。
脂肪族イソシアネートから誘導されるポリイソシアネートは、公知の方法で誘導されるウレートジオン基、イソシアヌレート基、ウレタン基、アロファネート基、ビウレット基などを有するポリイソシアネートまたはポリイソシアネート混合物である。
上記列記したポリイソシアネートに、親水性を有する官能基を導入した親水性ポリイソシアネート、例えばエチレンオキシド基、イオン基を導入したものを使用した。

２．ウレタン樹脂の例示
本発明で使用するウレタン樹脂はポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネートを骨格とするエマルジョン樹脂である。特に光や水分による加水分解性への耐性の高さから、ポリカーボネートを骨格とするウレタンエマルジョン樹脂であることが好ましい。

３．上記親水性ポリイソシアネートとウレタン樹脂からなるポリウレタン塗膜のガラス転移温度Ｔｇの上限は、特に限定されないが、強いていえば１００℃、好ましくは６０℃である。ガラス転移温度Ｔｇが高いほど、均一な膜を形成するために必要な温度が高くなるためである。

次の表１に示す配合で、比較例及び実施例のステアリングパッド用水系二液型ポリウレタン塗料の主剤液及び硬化剤液を調製した。
主剤液は、比較例、実施例ともに、藤倉化成株式会社の商品名「水系ポリウレタン塗料ＡＦ３８０」（固形分４３％）である。
硬化剤液は、比較例では、藤倉化成株式会社の商品名「ＥＸＰ−１０２４５硬化剤（骨格はＨＤＩトリマー、ＮＣＯ含有率１０〜１５％」である。実施例では、藤倉化成株式会社の商品名「ＡＦ３８０硬化剤（骨格はＨＤＩトリマー、ＮＣＯ含有率１５〜２０％」である。

主剤液と硬化剤液の混合比は、主剤液の固形分１００質量部に対して硬化剤液の固形分１５〜４０質量部が望ましい。硬化剤液の固形分が１５質量部未満の場合は、耐人脂性が劣る。一方、硬化剤液の固形分が４０質量部を超える場合は、主剤液と硬化剤液を混合した際の粘度が高くなり、塗膜作業性が劣る。

［動的粘弾性試験］
比較例及び実施例について、それぞれ主剤液と硬化剤液とを混合し、テフロン（登録商標）よりなる板状の基材にスプレー塗布し、１００℃×３０分の条件でウレタン架橋（硬化）させ、実施例については厚さ０．１５ｍｍの塗膜を形成し、比較例については厚さ０．０７ｍｍの塗膜を形成した。
これらの塗膜の一部を基材から剥離させ、幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片を切り出し、各試験片を動的粘弾性測定装置の引張用チャックに取り付け、正弦波（１５Ｈｚ）の動的引張応力を加え、開始温度−５０℃、昇温速度３℃／分、測定ステップ温度２℃、終了温度１５０℃にて動的粘弾性試験を行い、粘弾性特性として貯蔵弾性率Ｅ’、損失弾性率Ｅ”、損失正接tanδ（Ｅ”／Ｅ’）及びガラス転移温度Ｔｇ（℃）を測定した。
図３に比較例の粘弾性特性の温度依存性を示し、ガラス転移温度Ｔｇ（℃）は２０．６℃であった。
図４に実施例の粘弾性特性の温度依存性を示し、ガラス転移温度Ｔｇ（℃）は５２．６℃であった。
表１に、実施例及び比較例の各ガラス転移温度における貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接の値を記した。

［耐油脂性試験］
人脂は、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）、脂肪酸エステル、スクワレン等を含む。本出願人は、従来より、人脂に近い牛脂を使用して塗膜等の耐人脂性を評価しているが、牛脂は高温で加速度劣化試験しようとしても塗膜等への影響が促進されにくいため、短時間での評価が難しい。そこで、本発明の検討段階で、牛脂に代えてオレイン酸を使用し、高温で加速度劣化試験したところ、塗膜等への影響が促進されやすいことが判明した。そこで、オレイン酸を使用し、以下のようにして耐油脂性試験を行った。

比較例及び実施例について、それぞれ主剤液と硬化剤液とを混合し、ポリプロピレン樹脂よりなる厚さ３ｍｍの板状の基材にスプレー塗布し、１００℃×３０分の条件でウレタン架橋（硬化）させ、実施例、比較例ともに０．０３ｍｍの塗膜を形成した。
基材上の塗膜に、オレイン酸を０．５ｇ，１ｇ又は２ｇ／１００ｃｍ^２塗布し、８０℃で４８時間保持した後、室温にて外観観察、付着性試験、スクラッチ試験を行った。
（１）外観観察は、塗膜を目視し、ブリスター等の異常が無ければ○、異常が有れば×と評価した。
（２）付着性試験は、図５（ａ）に示すように、基材上の塗膜を刃物により切込長さ４０ｍｍ、交わり角度４０度でクロスカットしたときに、塗膜の剥がれが無ければ○、塗膜の剥がれが有れば×と評価した。
（３）スクラッチ試験は、図５（ｂ）に示すように、四角柱体の先端を斜めに尖らせたスクラッチテスタ刃に所定の力をかけて基材上の塗膜に当接させ、当接部位を０．５ｒｐｍで１回動かして塗膜を引っ掻き、塗膜の傷付きと剥がれを調べた。１０Ｎの荷重をかけた場合に、塗膜の傷付きはあるが剥がれが無ければ（摩滅型）○、塗膜の剥がれが有れば×と評価した。
これらの結果を表１に示す。外観観察と比較的緩い試験である付着性試験では、比較例、実施例ともに○であった。しかし、比較的厳しい試験であるスクラッチ試験では、比較例はオレイン酸が１ｇ又は２ｇ／１００ｃｍ^２の場合に×であった（６Ｎの荷重でも塗膜の剥がれが有った）のに対し、実施例は全て○であった。

［ステアリングパッドの塗膜形成］
次に、表１の実施例の主剤と硬化剤とを混合し、図６に示すように、ＴＰＯよりなるステアリングパッドの表面にスプレー塗布し、１００℃×３０分の条件でウレタン架橋（硬化）させ、厚さ０．０３ｍｍの塗膜を形成した。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。

Claims (2)

1. ステアリングパッドにポリウレタン塗膜を形成するための水系塗料であって、水系ポリウレタン樹脂を含む主剤液と、親水性ポリイソシアネートを含む硬化剤液とを、前記主剤液の固形分１００質量部に対して、前記硬化剤液が固形分１５〜４０質量部となるように混合して得られ、水系塗料によって形成される塗膜のガラス転移温度Tgが５０℃以上であることを特徴とするステアリングパッド用水系塗料。
2. 水系ポリウレタン塗料で形成されたステアリングパッドのポリウレタン塗膜であって、ポリウレタン塗膜のガラス転移温度Ｔｇが５０℃以上であることを特徴とするステアリングパッドの塗膜。