JP5568995B2 - 防曇塗料組成物 - Google Patents
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Description
単量体(A2):スルホン酸基を有するビニル系単量体
単量体(A3):アルキル(メタ)アクリレート系単量体。
第1の発明の防曇塗料組成物では、共重合体を形成する単量体(A1)の性質に基づいて良好な硬化性が発現され、単量体(A2)の性質に基づいて低温での硬化性の促進とブラッシングの抑制が発現され、単量体(A3)の性質に基づいて基材との良好な密着性と耐熱性が発現される。さらに、塩基性化合物(B)の性質に基づいて単量体(A2)のスルホン酸基の一部が中和されて共重合体の親水性が高められ、さらにブラッシングの抑制効果が高められるうえ、スルホン酸基に起因する高温環境下での塗膜の酸化劣化が抑制されて、優れた耐熱性が発現される。また、界面活性剤(C)の界面活性作用によって塗膜表面に付着した水分の表面張力を低下させて水膜を形成させることにより良好な防曇性が発現される。
<防曇塗料組成物>
本実施形態の防曇塗料組成物は、下記に示す単量体(A1)、単量体(A2)及び単量体(A3)を含む単量体混合物から形成される共重合体(A)と、塩基性化合物(B)と、界面活性剤(C)とを含有するものである。
単量体(A2):スルホン酸基(スルホ基、−SO3H)を有するビニル系単量体
単量体(A3):アルキル(メタ)アクリレート系単量体
この防曇塗料組成物は例えばヘッドランプ等の車両灯具の防曇塗料として好適に用いられるものである。該防曇塗料組成物は、高湿度環境下での塗装及び乾燥時にブラッシング等の問題が発生せず、低温かつ短時間での加熱硬化性に優れている。そして、防曇塗料組成物を加熱硬化させて得られる塗膜は、基材(被塗装物)への密着性、耐熱性及び防曇性に優れている。
〔共重合体(A)〕
[単量体(A1)]
まず、共重合体を形成する単量体(A1)即ちN−メチロール基又はN−アルコキシメチロール基を有するビニル系単量体について説明する。該単量体(A1)は、脱水縮合反応、脱アルコール縮合反応により分子間を架橋させて共重合体に架橋構造を形成するためのビニル系単量体である。単量体(A1)がこのような架橋性官能基を有することにより、共重合体の製造後に加熱することによって共重合体に架橋構造を形成することができる。また、この縮合反応は酸触媒によって促進される。
[単量体(A2)]
続いて、単量体(A2)即ちスルホン酸基を有するビニル系単量体について説明する。該単量体(A2)は、前記単量体(A1)の縮合反応を低温で促進させるための酸触媒としての機能と、共重合体の親水性を高め、高湿度環境下で塗装及び乾燥を行った場合にブラッシングを抑制し、良好な塗膜外観を与えるための機能を有する。
[単量体(A3)]
続いて、単量体(A3)であるアルキル(メタ)アクリレート系単量体について説明する。この単量体(A3)は、塗膜の耐熱性を高め、かつ塗膜と基材との親和性を高めて良好な密着性を与えるための成分である。アルキル(メタ)アクリレート系単量体とは、(メタ)アクリル酸の直鎖、分岐又は環状のアルキルエステルである。
[その他のビニル系単量体]
前記単量体(A1)、単量体(A2)及び単量体(A3)以外にも共重合体を形成するための単量体としてさらにその他のビニル系単量体を使用することができる。そのようなその他のビニル系単量体としては、単量体(A1)〜(A3)と共重合が可能であれば特に制限されない。
[単量体(A4)]
その他のビニル系単量体の中では、耐熱性に優れ、親水性が高く、ブラッシングの抑制効果が良好であるという点から、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド等のN,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド系単量体(A4)が好ましい。この単量体(A4)は、1種又は2種以上が選択して使用される。単量体(A4)の含有量は単量体(A3)及び単量体(A4)の合計100質量部中5〜50質量部が好ましい。
[共重合体(A)の製造方法]
共重合体(A)は、前述の単量体(A1)、(A2)、(A3)及び必要により単量体(A4)を含む単量体混合物を共重合することにより得られる。共重合体の構造としては、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体及びグラフト共重合体のいずれの構造であってもよいが、防曇性をはじめとする防曇塗料組成物の効果を向上させることができると共に、防曇塗料組成物を容易に調製することができるという観点からランダム共重合体が好ましい。共重合体を得るための重合方法としては、ラジカル重合法、カチオン重合法、アニオンリビング重合法、カチオンリビング重合法等の公知の各種重合方法が採用されるが、特に工業的な生産性の容易さ、多義にわたる性能面より、ラジカル重合法が好ましい。ラジカル重合法としては、通常の塊状重合法、懸濁重合法、溶液重合法、乳化重合法等が採用されるが、重合後にそのまま塗料として使用することができる点で溶液重合法が好ましい。
重合溶媒について、著しい高沸点を有する溶媒は、塗膜の乾燥、加熱硬化時における溶媒の残留によって基材に対する塗膜の密着性を損なう場合もあり、180℃未満の沸点を有する溶媒を使用することが好ましい。そのような溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、s−ブタノール、t−ブタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール系溶剤;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、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エチルエーテル、3−メトキシ−1−ブタノール、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール等のアルコールエーテル系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸t−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル等のエステル系溶剤;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド系溶剤、水等が使用される。これらの重合溶媒は1種又は2種以上が組み合わせて使用される。
〔塩基性化合物(B)〕
次に、塩基性化合物(B)について説明する。該塩基性化合物は前記単量体(A2)のスルホン酸基の一部を中和するための成分である。単量体(A2)のスルホン酸基の一部が塩基性化合物(B)によって中和されることにより、共重合体の親水性が高められ、さらにブラッシングの抑制効果が高くなるうえ、スルホン酸基に起因する高温環境下での塗膜の酸化劣化が抑制されて、耐熱性を向上させることができる。
〔界面活性剤(C)〕
次に、界面活性剤(C)について説明する。該界面活性剤(C)は塗膜表面に付着した水分の表面張力を低下させ、塗膜表面に水膜を形成させることにより防曇性を向上させるための成分である。界面活性剤(C)としては、従来公知のものを全て使用することができ、例えば非イオン系界面活性剤、陰イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤及び両性イオン系界面活性剤等が挙げられる。これらのうち、効果の持続性の点から、陰イオン系界面活性剤を少なくとも1種以上含んでいることが好ましい。
〔その他の成分〕
防曇塗料組成物には、その他の成分として必要によりレベリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、硬化触媒等の慣用の各種添加剤を配合することができる。これらその他の成分の添加量は、それぞれの添加剤につき慣用的な添加量で配合することができる。
〔防曇塗料組成物の調製〕
防曇塗料組成物は前記単量体の共重合によって得られた共重合体の溶液を、塗装に適した粘度調整を目的として、一般的に溶剤を加えて溶解、分散又は希釈をすることによって製造される。共重合体溶液に加える溶剤について、著しい高沸点を有する溶剤は、塗膜の乾燥、加熱硬化時における溶剤の残留によって基材に対する塗膜の密着性を損なう場合もあるため、180℃未満の沸点を有する溶剤を使用することが好ましい。
〔塗装物品〕
前述の防曇塗料組成物を用いて形成される塗装物品について説明する。該塗装物品は、防曇塗料組成物を基材である被塗装物に塗布、乾燥し、次いで60〜150℃の温度で5〜60分間加熱硬化することによって被塗装物表面に塗膜が形成されたものである。
<実施形態における効果のまとめ>
(1) 実施形態の防曇塗料組成物では、単量体(A1)の性質によって良好な硬化性が発現され、単量体(A2)の性質によって低温での硬化性の促進とブラッシングの抑制が発現され、単量体(A3)の性質によって基材との良好な密着性と耐熱性が発現される。さらに、塩基性化合物(B)の性質によって単量体(A2)のスルホン酸基の一部が中和されて共重合体の親水性が高められ、加えてブラッシングの抑制効果が高められるうえ、スルホン酸基に起因する高温環境下での塗膜の酸化劣化が抑制されて、優れた耐熱性が発現される。また、界面活性剤(C)の界面活性作用によって塗膜表面に付着した水分の表面張力を低下させて水膜を形成させることにより良好な防曇性が発現される。
〔実施例1〕
攪拌装置、窒素導入管及び冷却管を備えた反応容器に、重合溶媒としてのn−プロパノール(以下、NPAと略記する)240gと、単量体(A1)としてのN−メチロールアクリルアミド(以下、N−MAAと略記する)10gと、単量体(A2)としての2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(以下、AMPSと略記する)10gと、単量体(A3)としてのメチルメタクリレート(以下、MMAと略記する)60g、n−ブチルアクリレート(以下、BAと略記する)20g及び単量体(A4)としてのN,N−ジメチルアクリルアミド(以下、DMAAと略記する)20gと、塩基性化合物(B)としてのトリエタノールアミン(表1参照、25℃における水溶液中での塩基解離定数pKb=6.2、沸点335℃)5.04g(単量体(A2)としてのAMPSのスルホン酸基に対して70モル%に相当する量、計算方法;{AMPS仕込量}÷AMPSのモル質量×70%÷100×{トリエタノールアミンのモル質量}=10÷207.4×70÷100×149.2=5.04)とを仕込み、窒素ガスを吹き込みながら65℃に加熱した。
30℃、60〜90%RHの任意の相対湿度に設定した環境下で、上記防曇塗料組成物をポリカーボネート樹脂板に硬化後の塗膜の膜厚が2〜3μmとなるようにスプレーコート法にて塗装を行い、塗装後そのまま30分間同じ環境下に放置した。次いで、80℃で10分間加熱硬化を行い、塗膜試験片を得た。相対湿度RHを60〜90%の範囲で変化させ、それぞれの相対湿度において上記の方法で作製した塗膜を目視により観察し、白化等の外観異常がみられない最大の相対湿度を測定し、次の四段階で評価した。なお、評価が△以上であれば実用上問題なく、○であればより好ましく、◎であれば非常に好ましい。
○:相対湿度80%に設定した環境下で無色透明の塗膜が得られる。
△:相対湿度70%に設定した環境下で無色透明の塗膜が得られる。
(2)必要硬化時間の評価
上記防曇塗料組成物をポリカーボネート樹脂板に硬化後の塗膜の膜厚が2〜3μmとなるようにスプレーコート法にて塗装を行い、30℃で1分間乾燥を行った後、80℃で10〜90分間の任意の時間加熱硬化を行い、塗膜試験片を得た。硬化時間を10分、20分、40分、60分及び最大で90分の範囲で変化さ、得られた塗膜を40℃の温水に240時間浸漬後、室温にて1時間乾燥した後の塗膜外観を目視によって評価した。上記温水浸漬後の塗膜外観が試験前と変化がない最小の硬化時間を必要硬化時間とした。なお、必要硬化時間が40分以内であれば実用上問題なく、20分以内であればより好ましく、10分以内であれば非常に好ましい。
(3)塗膜性能の評価
上記防曇塗料組成物をポリカーボネート樹脂板及びアクリル樹脂板に硬化後の塗膜の膜厚が2〜3μmとなるようにスプレーコート法にて塗装を行い、30℃で1分間乾燥を行った後、80℃で上記必要硬化時間の加熱硬化を行い、塗膜試験片を得た。
(密着性(PC))
上記ポリカーボネート樹脂(PC)板に形成させた塗膜試験片につき、塗膜の縦1cm、横1cmの領域を縦横それぞれ1mm間隔でカットし、100個のます目を作った。そのます目の表面にセロハンテープを圧着させ、急激に剥がした際の外観を目視にて観察し、次の4段階で評価した。なお、評価が△以上であれば実用上問題なく、○であればより好ましく、◎であれば非常に好ましい。
○:カットの交差点において、わずかに剥離が認められる。
△:一部に剥離が認められる。
(密着性(PMMA))
樹脂板をアクリル樹脂(PMMA)板に変更した以外は、上記密着性(PC)と同様にして評価を行った。
(防曇性)
上記ポリカーボネート樹脂板又はアクリル樹脂板に形成させた塗膜試験片を80℃に保った温水浴の水面から5cmの高さの所に、試験片を塗膜面が下になるように設置し、温水浴からのスチームを塗膜に連続照射し、照射から10秒後の曇りの有無を目視によって次の5段階で評価した。なお、評価が△以上であれば実用上問題なく、○であればより好ましく、◎であれば非常に好ましい。
○:スチームを照射した直後に、わずかにかつ一瞬だけ曇るが、その後は曇りが認められない。
×:はっきりと曇りが認められる。
(耐熱性)
上記ポリカーボネート樹脂板に形成させた塗膜試験片を120℃雰囲気下に240時間放置後、室温にて1時間冷却した。冷却後に前記防曇性試験を実施して同様の評価を行った。
〔実施例2〜8〕
塩基性化合物(B)の種類と単量体(A2)のスルホン酸基に対する添加量を表2のように変更した以外は、実施例1と同様にして共重合体溶液を調製し、次いで防曇塗料組成物を製造し、それぞれにつき評価を行った結果を表2に示す。なお、各実施例で使用した塩基性化合物(B)の物性を表1に示す。
〔実施例9〜17〕
表3に示す成分及びその配合比に変更したこと以外は、実施例1と同様にして共重合体溶液を調製し、次いで防曇塗料組成物を製造し、それぞれにつき評価を行った結果を表3に示す。
AMPS:2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸
MMA:メチルメタクリレート
2−EHMA:2−エチルヘキシルメタクリレート
BA:n−ブチルアクリレート
DMAA:N,N−ジメチルアクリルアミド
NPA:n−プロパノール
PGM:プロピレングリコールモノメチルエーテル
表2に示したように、実施例1、2の防曇塗料組成物は、塩基性化合物(B)として前記pKbがそれぞれ6.2、7.1、沸点がそれぞれ335℃、256℃であるトリエタノールアミン又はイミダゾールを使用し、共重合体の組成や各成分の含有量がより好ましい範囲にある。そのため、非常に優れた耐ブラッシング性を有し、低温かつ短時間で加熱硬化させることができ、非常に優れた塗膜性能を有していた。実施例3の防曇塗料組成物は、塩基性化合物(B)としてpKbが4.1、沸点が144℃であるジメチルアミノエタノールを使用したものであり、実施例1の場合よりも塩基性化合物(B)の沸点が低いため、実施例1と比較すると耐熱性がわずかに劣っていた。
Claims (4)
- 下記に示す単量体(A1)、単量体(A2)及び単量体(A3)を含む単量体混合物から形成される共重合体(A)と、塩基性化合物(B)と、界面活性剤(C)とを含有し、前記共重合体(A)を形成する単量体(A1)、単量体(A2)及び単量体(A3)の合計量100質量部に対して単量体(A1)が3〜20質量部、単量体(A2)が3〜20質量部及び単量体(A3)が60〜94質量部であり、かつ単量体(A1)及び単量体(A2)の合計量が6〜40質量部であると共に、塩基性化合物(B)が単量体(A2)のスルホン酸基に対して50〜95モル%であり、さらに界面活性剤(C)が共重合体(A)100質量部に対して0.5〜30質量部であることを特徴とする防曇塗料組成物。
単量体(A1):N−メチロール基又はN−アルコキシメチロール基を有するビニル系単量体
単量体(A2):スルホン酸基を有するビニル系単量体
単量体(A3):アルキル(メタ)アクリレート系単量体 - 前記単量体混合物にはN,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド系単量体(A4)が含まれ、単量体(A3)及び単量体(A4)の合計量100質量部に対して単量体(A4)が5〜50質量部であることを特徴とする請求項1に記載の防曇塗料組成物。
- 塩基性化合物(B)の25℃における水溶液中での塩基解離定数が3〜14であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の防曇塗料組成物。
- 塩基性化合物(B)の沸点が130〜1500℃であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の防曇塗料組成物。
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