JP4713865B2

JP4713865B2 - 水性コーティング剤およびこの水性コーティング剤のコーティング方法

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Publication number: JP4713865B2
Application number: JP2004260602A
Authority: JP
Inventors: 俊一波間
Original assignee: 株式会社エコ・２４
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: JP2006077065A

Description

本発明は、水性コーティング剤および自動車の車体等のコーティング面へのこの水性コーティング剤のコーティング方法に関する。

これまでの車両の表面、特に自動車の車体面に撥水性を付与するコーティング剤(ワックス剤)としては、ジメチルポリシロキサンのようなアルキルポリシロキサンに代表される不活性なシリコーンオイルとカルナバロウや蜜ロウ等に代表される不活性なエステル系ワックスとを組み合わせたものが多用されている。しかしながら、このようなコーティング剤は初期の撥水性や光沢性に優れているものの、その膜厚が厚く対連続水洗の経過時間に若干弱い点があった。また、その効果を十分に発揮させるには手作業による拭き上げなどの仕上げ処理を要し、作業が煩雑になるのを免れなかった。又、最新の技術でも対水洗性を発揮させるには、アミノ変性乳化性シリコーンオイルコーティング剤とアルキルアンモニウム塩と組み合わせた製剤(特許文献１参照)や、カチオン界面活性剤と非イオン界面活性剤による乳化物又は、ミクロエマルション化アミノ変性シリコーンオイルとの組み合わせ製剤(特許文献２参照)のように、2剤からなり、分離塗布が必要であった。

しかし、上記のようなコーティング剤は、不活性シリコーンオイルなどが塗布面に対して載っているだけなので、摩擦や拭き取りに対しての抵抗性がなく耐久性はあまりないという問題があった。

一方、門型洗車機用のコーティング剤として、シリコーン化合物、ロウ及びカチオン界面活性剤を含有する乳化液からなるコーティング剤(特許文献３参照)や、ロウ、シリコーン化合物及びアニオン界面活性剤を含有する乳化液からなるコーティング剤(特許文献４参照)が知られているが、これらも洗車機を通した後、乾燥工程を経てタオル等で拭き上げる必要があった。しかも、不活性シリコーンオイルなどが塗布面に対して載っているだけであるので、摩擦や拭き取りに対しての抵抗性がなく耐久性はあまりなかった。

特開平8-188745号公報特開2001-49189号公報特開昭63-112249号公報特開昭63-227680号公報

本発明は、上記事情に鑑みて、一液型で、塗布するだけで、拭き上げを必要とせずコーティング面にしっかりとしたコーティング層を容易に形成できる水性コーティング剤およびこの水性コーティング剤を用いたコーティング方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明にかかる水性コーティング剤は、R R₂Si(OH)₂(式中Rはメチル基またはフェニル基)であらわされるモノマー、および、
RSi(OH)₃(式中Rはメチル基またはフェニル基)であらわされるモノマーを反応させて得られる主鎖がSi-O-Siである分岐度の高い3次元オリゴマーで未反応の水酸基を残しているストレートシリコーン樹脂と、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン，３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン，３−（２−アミノエチル）アミノ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トリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランのいずれかのシランカップリング剤とを含み、前記ストレートシリコーン樹脂が水中でエマルション化されていることを特徴としている。

上記ストレートシリコーン樹脂としては、特に限定されないが、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製ストレートシリコーンワニス品名SR2406(有機溶媒トルエン、ストレートシリコーン樹脂濃度50重量％)、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製ストレートシリコーンワニス品名SR2410(有機溶媒トルエン、リグロイン、ストレートシリコーン樹脂濃度23重量％)、信越化学工業株式会社製ストレートシリコーンワニス品名KR255(有機溶媒トルエン、キシレン、ストレートシリコーン樹脂濃度50重量％)等の市販のものを使用することができる。

本発明において、ストレートシリコーン樹脂は、沸点110℃以下の低沸点有機溶媒に溶解していることが好ましい。
低沸点有機溶媒としては、沸点110℃以下であれば、特に限定されないが、たとえば、トルエン、キシレン、リグロインやこれらの混合物等が挙げられる。

また、上記のように、ストレートシリコーン樹脂を低沸点有機溶媒に溶解させる態様においては、ストレートシリコーン樹脂溶液は、低沸点有機溶媒がトルエンであって、ストレートシリコーン樹脂濃度が５０重量％であるときの、動粘度が０．１〜１００センチストークスであることが好ましい。また、得られる水性コーティング剤の動粘度を、０．１〜１０センチストークスとすることが好ましく、０．８〜９．５センチストークスとすることがより好ましい。

本発明に用いられるX_nSi(OCH₃)_4-n（Ｘはアミノ基、エポキシ基、メタクリロキシ基、メチル基、エチル基のいずれか）であらわされるシランカップリング剤としては、特に限定されないが、たとえば、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン，３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン，３−（２−アミノエチル）アミノプロピルメチルジメトキシシラン等のアミノシラン，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メチルジメトキシシラン等のエポキシシランなどが挙げられる。
また、上記ストレートシリコーン樹脂としては、特に限定されないが、ストレートシリコーン樹脂に予め低沸点有機溶媒およびシランカップリング剤が配合された市販のストレートシリコーン樹脂組成物、たとえば、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製ストレートシリコーンワニス品名SR2406(有機溶媒トルエン、ストレートシリコーン樹脂濃度50重量％)、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製ストレートシリコーンワニス品名SR2410(有機溶媒トルエン、リグロイン、ストレートシリコーン樹脂濃度23重量％)、信越化学工業株式会社製ストレートシリコーンワニス品名KR255(有機溶媒トルエン、キシレン、ストレートシリコーン樹脂濃度50重量％)等を使用することができる。

本発明の水性コーティング剤には、ストレートシリコーン樹脂およびシランカップリング剤以外に、脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物からなる非イオン界面活性剤と、アルコールとを含むことが好ましい。

非イオン界面活性剤としては、特に限定されないが、たとえば、セカンダリーアルコールエーテル(EO)₆・(PO)付加物、セカンダリーアルコールエーテル(EO)₇・(PO)付加物、セカンダリーアルコールエーテル (EO)₈・(PO)付加物等のアルキルエーテル型非イオン界面活性剤で親水基・(EO)・(PO)を分子中に4〜12個を含み、その配列が偶数配列、奇数配列、又その混交で、配列中に必ずPO基を1つ挟むものととともに、炭素数でC₁₀〜C₁₈の親油基を側鎖にもつものが好ましく、これらを複数混合して用いることがより好ましい。

アルコールとしては、特に限定されないが、２５℃で液体であるものが好ましく、たとえば、メタノール、エタノール、プロパノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、３−メトキシ−メチルブタノール、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、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テオリメチレングリコール、ブチルカルビトール、１，３−ブタンジオール、テトラメチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテルなどが挙げられる。

水性コーティング剤中の、ストレートシリコーン樹脂、非イオン界面活性剤およびアルコールの配合割合は、水性コーティング剤全体を１００重量％としたとき、ストレートシリコーン樹脂組成物（低沸点有機溶媒、シランカップリング剤を含む）が０．１〜１０重量％、非イオン界面活性剤が３〜１５重量％、アルコールが１〜５重量％、残部が水とすることが好ましい。

本発明コーティング剤には、本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じ、性能向上用塗膜強固剤、希釈溶剤、安定化溶剤、凍結防止剤、防腐剤、研磨剤、紫外線吸収剤、色素、二酸化チタン等の光触媒などを配合することができる。

本発明の水性コーティング剤は、車両の表面の自動塗布方法、特に門型洗車機、スプレー洗車機等を用いた自動塗布方法において好適に使用することができる。

本発明にかかる水性コーティング剤のコーティング方法は、コーティング対象物のコーティング面を水により防塵清浄化した後、連続して請求項１〜請求項４のいずれかに記載の水性コーティング剤を前記コーティング面に吹き付けてコーティング面をコーティングすることを特徴としている。

また、本発明のコーティング方法において、洗車機を用いて自動車の車両等にコーティングを場合、本発明の水性コーティング剤を有利に使用するために、水性コーティング剤の塗布前にあらかじめ車両のコーティング面に防塵防除油の水洗処理を施すのがよい。

防塵防除油としては、特に限定されないが、たとえば、パラフィンワックス、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライド、α−オレフィン、エチレングリコール、脂肪族アミン酢酸塩を含有させて成る水性ワックス等のパラフィンワックス、モンタンワックス、ライスワックス、流動パラフィン、石油系溶剤、カチオン界面活性剤、水溶性溶剤等の配合成分を適宜組み合わせて含有させて成るものが挙げられ、中でもパラフィンワックス、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライド(ここでアルキル基は炭素数16〜18のものである)、α-オレフィン(炭素数16〜180)もの)、エチレングリコール、脂肪族アミン酢酸塩(ここで脂肪族基は炭素数16〜18のものである)を含有させて成る水性ワックスが好ましく、より具体的には、パラフィンワックス0.5〜8重量％、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライド好ましくはそのアルキル基が炭素数16〜18であるもの3〜15重量％、α-オレフィン好ましくは炭素数が16〜18のもの2〜10重量％、エチレングリコール5〜15重量％、脂肪族アミン酢酸塩好ましくはその脂肪族基が炭素数16〜18であるもの1〜10重量％の範囲で、これら配合成分の他は通常水が用いられたものがより好ましい。

なお、本発明コーティング剤は、この吹き付け工程でエゼクター吸い上げ又はポンプにて20〜50倍に希釈されて塗布面にスプレー塗布されることが好ましい。

本発明にかかる水性コーティング剤は、以上のように、R₂Si(OH)₂(式中Rはメチル基またはフェニル基)であらわされるモノマー、および、RSi(OH)₃(式中Rはメチル基またはフェニル基)であらわされるモノマーを反応させて得られる主鎖がSi-O-Siである分岐度の高い3次元オリゴマーで未反応の水酸基を残しているストレートシリコーン樹脂と、
X_nSi(OCH₃)_4-n（Ｘはアミノ基、エポキシ基、メタクリロキシ基、メチル基、エチル基のいずれか）であらわされるシランカップリング剤とを含み、前記ストレートシリコーン樹脂が水中でエマルション化されているので、すなわち、シリコーンオイルとは異なり官能基としてＯＨ基を持つシリコーン樹脂を含み、官能基としてのＯＨ基がコーティングによって車両等の塗料に作用し、接着が強固になり耐久性が驚異的に改善する。したがって、一液型であるにもかかわらず、吹き付けなどの方法で塗布するだけで、拭き上げを行わなくても、表面に水酸基を持った強靱なコーティング膜を容易に形成することができ、車両の表面、特に自動車の塗装面に対する付着性に優れ、かつ撥水性が優れる化学反応型塗膜を形成することができる。特に、自動塗布方法、中でも門型洗車機等の自動式洗車機を使用したコーティング方法に好適に用いられる。

また、本発明のコーティング方法によれば、洗車機を用い、撥水性を一層向上させた塗膜を容易に形成させることができる。すなわち、本発明の水性コーティング剤は、スプレー塗布するだけで充分塗装面に付着、撥水し、水拭きなどの必要はなく、門型洗車機の作業工程に従うだけでよい。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の水性コーティング剤は以下のようにして製造される。

すなわち、R₂Si(OH)₂(式中Rはメチル基またはフェニル基)であらわされるモノマー、および、RSi(OH)₃(式中Rはメチル基またはフェニル基)であらわされるモノマーを反応させて得られる主鎖がSi-O-Siである分岐度の高い3次元オリゴマーで未反応の水酸基を残しているストレートシリコーン樹脂を沸点１１０℃以下の低沸点有機溶媒に溶解したストレートシリコーン樹脂溶液と、X_nSi(OCH₃)_4-n（Ｘはアミノ基、エポキシ基、メタクリロキシ基、メチル基、エチル基のいずれか）であらわされるシランカップリング剤と混合物（動粘度０．１〜１００センチストークスの混合物）0.1〜10重量％と、アルコールとしてのエチレングリコール又はポリアルキルジグリコールを1〜5重量％と、非イオン界面活性剤としてのセカンダリーアルコールエーテル(EO)₆・(PO)付加物1〜5重量％と、セカンダリーアルコールエーテル(EO)₇・(PO)付加物1〜5重量％と、セカンダリーアルコールエーテル (EO)₈・(PO)付加物1〜5重量％とを、全体が１００重量％となるようにくわえた精製水とともに、ホモジナイザーで撹拌しエマルション化させて動粘度０．１〜１０センチストークスの水性コーティング剤を得る。
得られた水性コーティング剤は、２０〜５０倍に希釈されてコーティング面を水により防塵清浄化した自動車の車体等に吹き付けられる。そして、吹き付けられたコーティング面で素早く硬化し、コーティング面上に密着した高硬度で耐久性、撥水性に優れた膜を形成する。

本発明は、上記の実施の形態に限定されない。たとえば、この水性コーティング剤は、車両等のコーティングだけでなく、建物の壁面等のコーティングにも用いることができる。

次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

(実施例１)
ストレートシリコーン樹脂が低沸点溶媒に溶解されるとともにシランカップリング剤を含むストレートシリコーン樹脂組成物としての東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製ストレートシリコーンワニス品名SR2406(有機溶媒トルエン)１重量部、ポリアルキルグリコール又はポリアルキルジグリコールを５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₆・(PO)付加物５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₇・(PO)付加物５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₈・(PO)付加物５重量部と精製水を加え全量を１００重量部として１５分間撹拌し、コーティング剤を調製した。

(実施例２)
東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製ストレートシリコーンワニス品名SR2406(有機溶媒トルエン)５重量部、ポリアルキルグリコール又はポリアルキルジグリコールを５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₆・(PO)付加物５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₇・(PO)付加物５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₈・(PO)付加物５重量部と精製水を加え全量を１００重量部として１５分間撹拌し、コーティング剤を調製した。

(実施例３)
東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製ストレートシリコーンワニス品名SR2406(有機溶媒トルエン)１０重量部、シランカップリング剤としてのγ−アミノプロピルトリメトキシシラン１．５重量部、ポリアルキルグリコール又はポリアルキルジグリコールを５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₆・(PO)付加物５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₇・(PO)付加物５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₈・(PO)付加物５重量部と精製水を加え全量を１００重量部として１５分間撹拌し、コーティング剤を調製した。

（実施例４）
東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製ストレートシリコーンワニス品名SR2406(有機溶媒トルエン)２０重量部、シランカップリング剤としてのγ−アミノプロピルトリメトキシシラン３重量部、ポリアルキルグリコール又はポリアルキルジグリコールを５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₆・(PO)付加物５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₇・(PO)付加物５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₈・(PO)付加物５重量部と精製水を加え全量を１００重量部として１５分間撹拌し、コーティング剤を調製した。

（実施例５）
東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製ストレートシリコーンワニス品名SR2406(有機溶媒トルエン)３０重量部、シランカップリング剤としてのγ−アミノプロピルトリメトキシシラン４重量部、ポリアルキルグリコール又はポリアルキルジグリコールを５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₆・(PO)付加物５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₇・(PO)付加物５重量部、ポリオキシアルコールエーテル(EO)₈・(PO)付加物５重量部と精製水を加え全量を１００重量部として１５分間撹拌し、コーティング剤を調製した。

（比較例１）
従来の門型洗車機用の水性ワックスを比較例とした。この水性ワックスは、パラフィンワックス、カルナバワックス、カチオン界面活性剤、石油系溶剤を主成分としたもので、門型洗車機におけるスプレーノズル先では100〜150倍に希釈されて使用される。

（比較例２）
自動塗布方法による洗車機用コーティング剤として使用される非イオン界面活性剤で乳化したアミノ変性シリコーンとカチオン界面活性剤とを配合してなる他社のコーティング剤を用いた。

［試験方法1］
門型洗車機を用い、以下の手順で、洗車と組み合わせて、実施例及び比較例の各コーティング剤試料によるコーティング処理を行った。すなわち、門型洗車機を使用する２往復洗車モード（以下モードＡという）において車にテストピースを貼り付け、第１往行程にて水洗ブラッシングし、第１復行程にてフォーム剤をかけてブラッシングし、発泡洗浄処理を行い、第２往行程でパラフィンワックス５重量％、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド１０重量％、オレイルアミン酢酸塩５重量％、α−オレフィン５重量％、エチレングリコール１２重量％及び水６３重量％から成る水性ワックスをかけ、第２復行程で乾燥処理を行った。次いで、実施例及び比較例の各コーティング剤試料を塗布し、送風機による乾燥処理を行った。なお、洗車後撥水効果を確認するため、再度塗布面に水をかけ、撥水性を確認した。このようにしてコーティング処理された車体面の特性について評価した結果を表１に示す。

［試験方法２］
試験方法１のモードＡに代えて、第１往行程にて水洗ブラッシングし、第１復行程にてクリーナーをかけてブラッシングし、第２往行程で実施例及び比較例の各各コーティング剤試料を塗布し、第２往行程で乾燥処理を行うモード（以下モードＢという）を用いた以外は、試験方法１と同様にして試験し、コーティング処理処理された車体面の撥水性について評価した結果を表２に示す。

これら試験方法１及び２における撥水性の評価は次のようにして行った。再度車体面に水をかけ、付着した水滴について、目視にて観察し、また接触角を測定することにより、以下の各判定基準で評価した。
なお、接触角は撥水性を図る指標の一つで、接触角の高いもの程撥水性が良好であることを示す。

(イ)＜目視観察＞
◎：水滴が玉のようになっている。
○：水滴が大きく半円状より球形状に近くなっている。
△：水滴が半円状である。

(口)＜接触角＞
◎：９５°以上で撥水効果が優れている。
○：９０〜９４°で撥水効果がかなりある。
△：８４〜８９°で撥水効果が多少ある。

表１、表２より、いずれのモードにおいても実施例のコーティング剤試料の方が、撥水性において、比較例１のものよりも優れ、また比較例２のものよりも目視観察で優れていることが分る。また表１と表２の対比より、モードＡの、所定コーティング剤処理の前に、あらかじめカチオン界面活性剤を含有する水性ワックスを施す方式の方が、モードＢによる場合より撥水効果に優れることが分る。

Claims

R₂Si(OH)₂(式中Rはメチル基またはフェニル基)であらわされるモノマー、および、
RSi(OH)₃(式中Rはメチル基またはフェニル基)であらわされるモノマーを反応させて得られる主鎖がSi-O-Siである分岐度の高い3次元オリゴマーで未反応の水酸基を残しているストレートシリコーン樹脂と、
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン，３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン，３−（２−アミノエチル）アミノ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トリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランのいずれかのシランカップリング剤とを含み、前記ストレートシリコーン樹脂が水中でエマルション化されていることを特徴とする水性コーティング剤。
ストレートシリコーン樹脂が沸点１１０℃以下の低沸点有機溶媒に溶解したストレートシリコーン樹脂溶液状態になっている請求項１に記載の水性コーティング剤。
ストレートシリコーン樹脂溶液は、低沸点有機溶媒がトルエンであって、ストレートシリコーン樹脂濃度が５０重量％であるときの、動粘度が０．１〜１００センチストークスである請求項２に記載の水性コーティング剤。
ストレートシリコーン樹脂と、脂肪族アルコールアルキレンオキサイド付加物からなる非イオン界面活性剤と、アルコールとを含む請求項１〜請求項３のいずれかに記載の水性コーティング剤。
動粘度が０．１〜１０センチストークスである請求項１〜請求項４のいずれかに記載の水性コーティング剤。
コーティング対象物のコーティング面を水により防塵清浄化した後、連続して請求項１〜請求項５のいずれかに記載の水性コーティング剤を前記コーティング面に吹き付けてコーティング面をコーティングすることを特徴とする水性コーティング剤のコーティング方法。