以下、本発明の複層塗膜形成方法を、各工程毎に順を追ってさらに詳細に説明する。
工程(1)
本発明の複層塗膜形成方法によれば、まず、被塗物上に、アクリル樹脂(A)、硬化剤(B)及びウレタン樹脂エマルション(C)を含有する水性第1着色塗料(X)が塗装される。
被塗物
水性第1着色塗料(X)を適用する被塗物は、特に限定されない。該被塗物としては、例えば、乗用車、トラック、オートバイ、バス等の自動車車体の外板部;バンパー等の自動車部品;携帯電話、オーディオ機器等の家庭電気製品の外板部等を挙げることができる。これらのうち、自動車車体の外板部及び自動車部品が好ましい。
これらの被塗物の材質としては、特に限定されるものではない。例えば、鉄、アルミニウム、真鍮、銅、ブリキ、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼、亜鉛合金(Zn−Al、Zn−Ni、Zn−Fe等)メッキ鋼等の金属材料;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂類、これらの樹脂の混合物、各種の繊維強化プラスチック(FRP)等のプラスチック材料;ガラス、セメント、コンクリート等の無機材料;木材;紙、布等の繊維材料等を挙げることができる。これらの内、金属材料及びプラスチック材料が好ましい。
上記被塗物は、上記金属材料又は当該材料から成形された車体等の金属表面に、リン酸塩処理、クロメート処理、複合酸化物処理等の表面処理が施されたものであってもよく、さらに、その上に塗膜が形成されているものであってもよい。
塗膜形成を施した被塗物としては、基材に必要に応じて表面処理を施し、その上に下塗り塗膜を形成したもの等を挙げることができる。なかでも、電着塗料によって下塗り塗膜が形成された車体が好ましく、カチオン電着塗料によって下塗り塗膜が形成された車体が特に好ましい。
また、上記被塗物は、前記プラスチック材料又は当該材料から成形された自動車部品等のプラスチック表面に、必要に応じて、表面処理、プライマー塗装等を行ったものであってもよい。また、該プラスチック材料と上記金属材料とが組合わさったものであってもよい。
アクリル樹脂(A)
アクリル樹脂(A)としては、従来から水性塗料に使用されているそれ自体既知の水溶性又は水分散性のアクリル樹脂を使用することができる。本発明においてアクリル樹脂(A)は、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基等の硬化剤(B)と反応し得る架橋性官能基を有している。
なかでも、水酸基含有アクリル樹脂を使用することが好ましい。
アクリル樹脂(A)は、自体公知の方法、またはこれと同様の方法により製造することができる。
例えば、水酸基含有アクリル樹脂は、通常、水酸基含有重合性不飽和モノマー及び該水酸基含有重合性不飽和モノマーと共重合可能な他の重合性不飽和モノマーを、それ自体既知の方法、例えば、有機溶媒中での溶液重合法、水中での乳化重合法等の方法により、共重合せしめることによって製造することができる。
上記水酸基含有重合性不飽和モノマーは、1分子中に水酸基及び重合性不飽和結合をそれぞれ1個以上有する化合物であって、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレ−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、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物;該(メタ)アクリル酸と炭素数2〜8の2価アルコールとのモノエステル化物のε−カプロラクトン変性体;N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド;アリルアルコール、さらに、分子末端が水酸基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は「アクリレート又はメタクリレート」を意味する。「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸又はメタクリル酸」を意味する。また、「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル又はメタクリロイル」を意味する。また、「(メタ)アクリルアミド」は、「アクリルアミド又はメタクリルアミド」を意味する。
また、前記水酸基含有重合性不飽和モノマーと共重合可能な他の重合性不飽和モノマーは、水酸基含有アクリル樹脂に望まれる特性に応じて適宜選択して使用することができる。該モノマーの具体例を、(i)〜(xix)に列挙する。これらは単独でもしくは2種以上組合せて使用することができる。
(i)アルキル又はシクロアルキル(メタ)アクリレート:例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(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、tert−ブチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、t−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロドデシル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート等。
(ii)イソボルニル基を有する重合性不飽和モノマー:例えば、イソボルニル(メタ)アクリレート等。
(iii) アダマンチル基を有する重合性不飽和モノマー:例えば、アダマンチル(メタ)アクリレート等。
(iv)トリシクロデセニル基を有する重合性不飽和モノマー:例えば、トリシクロデセニル(メタ)アクリレート等。
(v)芳香環含有重合性不飽和モノマー:例えば、ベンジル(メタ)アクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等。
(vi)アルコキシシリル基を有する重合性不飽和モノマー:例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン等。
(vii)フッ素化アルキル基を有する重合性不飽和モノマー:例えば、パーフルオロブチルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート等のパーフルオロアルキル(メタ)アクリレート;フルオロオレフィン等。
(viii)マレイミド基等の光重合性官能基を有する重合性不飽和モノマー。
(ix)ビニル化合物:例えば、N−ビニルピロリドン、エチレン、ブタジエン、クロロプレン、プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル等。
(x)リン酸基含有重合性不飽和モノマー:例えば、2−アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−アクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、2−メタクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート等。
(xi)カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー:例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、β−カルボキシエチルアクリレート等。
(xii)含窒素重合性不飽和モノマー:例えば、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、エチレンビス(メタ)アクリルアミド、2−(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムクロライド、グリシジル(メタ)アクリレートとアミン類との付加物等。
(xiii)重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する重合性不飽和モノマー:例えば、アリル(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート等。
(xiv)エポキシ基含有重合性不飽和モノマー: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、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルプロピル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル等。
(xv)分子末端がアルコキシ基であるポリオキシエチレン鎖を有する(メタ)アクリレート。
(xvi)スルホン酸基を有する重合性不飽和モノマー:例えば、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−スルホエチル(メタ)アクリレート、アリルスルホン酸、4−スチレンスルホン酸等;これらスルホン酸のナトリウム塩及びアンモニウム塩等。
(xvii)紫外線吸収性官能基を有する重合性不飽和モノマー:例えば、2−ヒドロキシ−4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(3−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2' −ジヒドロキシ−4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2' −ジヒドロキシ−4−(3−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2−(2' −ヒドロキシ−5' −メタクリロイルオキシエチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール等。
(xviii)光安定性重合性不飽和モノマー:例えば、4−(メタ)アクリロイルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン、4−(メタ)アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−(メタ)アクリロイル−4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−クロトノイルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、1−クロトノイル−4−クロトノイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン等。
(xix)カルボニル基を有する重合性不飽和モノマー:例えば、アクロレイン、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、アセトアセトキシエチルメタクリレート、ホルミルスチロール、4〜7個の炭素原子を有するビニルアルキルケトン(例えば、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルブチルケトン等)等。
これらの水酸基含有重合性不飽和モノマーと共重合可能な他の重合性不飽和モノマーは、は単独でもしくは2種以上組合せて使用することができる。これらの中でも、(i)アルキル又はシクロアルキル(メタ)アクリレート、(v)芳香環含有重合性不飽和モノマー、及びカルボキシル基含有重合性不飽和モノマーの組み合わせが好ましい。
また、上記水酸基含有アクリル樹脂としては、その一部として、該樹脂中の水酸基の一部にポリイソシアネート化合物をウレタン化反応により伸長させ高分子量化した、いわゆるウレタン変性アクリル樹脂(後記ウレタン樹脂エマルション(C)を除く)を併用してもよい。
水酸基含有アクリル樹脂(A1)の水酸基価は、貯蔵安定性、得られる塗膜の耐水性等の観点から、1〜200mgKOH/g、好ましくは2〜150mgKOH/g、さらに好ましくは5〜100mgKOH/gの範囲内であることが好適である。
また、上記水酸基含有アクリル樹脂(A1)の酸価は、得られる塗膜の耐水性等の観点から、0〜200mgKOH/g、好ましくは0〜100mgKOH/g、さらに好ましくは0〜50mgKOH/gの範囲内であることが好適である。
また、上記水酸基含有アクリル樹脂(A1)の重量平均分子量は、特に限定されないが、得られる塗膜の外観、耐水性等の観点から、2000〜5000000、好ましくは10000〜2000000の範囲内であることが好適である。
本明細書において、数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフを用い、テトラヒドロフランを溶媒として測定した、分子量既知のポリスチレンを標準物質とする換算値である。
アクリル樹脂として特に、水中での乳化重合により合成される水分散性アクリル樹脂粒子を好適に使用することができる。
水分散性アクリル樹脂粒子は、例えば、ビニルモノマーに代表される重合性不飽和モノマーを界面活性剤のような分散安定剤の存在下で、ラジカル重合開始剤を用いて乳化重合せしめることによって得ることができる。
乳化重合せしめる重合性不飽和モノマーとしては、カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(M−1)、水酸基含有重合性不飽和モノマー(M−2)及びその他の重合性不飽和モノマー(M−3)、重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する多ビニル化合物(M−4)等を例示することができる。
カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(M−1)は、1分子中に1個以上のカルボキシル基と1個の重合性不飽和基とを有する化合物で、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸等を挙げることができる。さらに、これらの化合物の酸無水物、該酸無水物を半エステル化したモノカルボン酸等も本明細書において、該モノマー(M−1)に包含されるものとする。
カルボキシル基含有重合性不飽和モノマーは、水分散性アクリル樹脂粒子に水分散性を付与するため、カルボキシル基を導入するためのモノマーである。
これらのカルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(M−1)は、単独で又は2種以上を使用することができる。
水酸基含有重合性不飽和モノマー(M−2)は、1分子中に水酸基と重合性不飽和基とをそれぞれ1個有する化合物であり、この水酸基は架橋剤と反応する官能基として作用することができる。該モノマーとしては、具体的には、アクリル酸又はメタクリル酸と炭素数2〜10個の2価アルコールとのモノエステル化物が好適であり、例えば、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート等の水酸基含有アクリレートモノマー、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート等の水酸基含有メタクリレートモノマー、また、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等を挙げることができる。
これらの水酸基含有重合性不飽和モノマー(M−2)は、単独で又は2種以上を使用することができる。
その他の重合性不飽和モノマー(M−3)は、上記モノマー(M−1)及び(M−2)以外の、1分子中に1個の重合性不飽和基を有する化合物であり、その具体例を以下の(1)〜(8)に列挙する。
(1)アルキル(メタ)アクリレートモノマー(具体的には、アクリル酸又はメタクリル酸と炭素数1〜20の1価アルコールとのモノエステル化物):例えば、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、ステアリルアクリレート、ステアリルメタクリレート等。
上記アルキル(メタ)アクリレートモノマーのうち、水膨潤率及び溶剤膨潤率の観点から、アルキル基の炭素数が4〜14、好ましくは炭素数が4〜8のアルキル(メタ)アクリレートモノマーを用いるのが好ましい。
アルキル基の炭素数が4〜14のアルキル(メタ)アクリレートモノマーを共重合成分とする場合、その共重合量は、重合性不飽和モノマーの総量を基準にして、30〜80質量%であるのが好ましい。
(2)芳香族系ビニルモノマー:例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等。
(3)グリシジル基含有ビニルモノマー:1分子中に1個以上のグリシジル基と1個の重合性不飽和結合とを有する化合物で、具体的には、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート等。
(4)含窒素アルキル(炭素数1〜20)(メタ)アクリレート:例えばジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等。
(5)重合性不飽和基含有アミド系化合物:1分子中に1個以上のアミド基と1個の重合性不飽和結合とを有する化合物で、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルプロピルアクリルアミド、N−ブトキシメチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等。
(6)重合性不飽和基含有ニトリル系化合物:例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等。
(7)ジエン系化合物:例えばブタジエン、イソプレン等。
(8)ビニル化合物:例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、塩化ビニル等。
これらのその他のビニルモノマー(M−3)は、1種又は2種以上使用することができる。
多ビニル化合物(M−4)は、重合性不飽和基を1分子中に2個以上有する化合物であり、例えば、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、アリルメタクリレート、アリルアクリレート、ジビニルベンゼン、トリメチロールプロパントリアクリレート、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、エチレンビス(メタ)アクリルアミド等を挙げることができる。なお、多ビニル化合物(M−4)には前記ジエン系化合物は含まれない。
これらの多ビニル化合物(M−4)は、1種で又は2種以上を使用することができる。
水分散性アクリル樹脂粒子における重合性不飽和モノマーの配合割合は、最終的に得られる該水性第1着色塗料(X)から形成される第1着色塗膜の水膨潤率及び有機溶剤膨潤率が上記範囲となる限り、特に限定されないが、好ましくは以下の通りである。カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(M−1)は、該重合体粒子の水分散性及び耐水性等の観点から、重合性不飽和モノマーの総量を基準にして、好ましくは0.1〜25質量%、さらに好ましくは0.1〜10質量%、さらに特に好ましくは0.5〜5質量%使用することができる。水酸基含有重合性不飽和モノマー(M−2)は、使用する硬化剤の種類及び量により異なるが、硬化性及び塗膜の耐水性等の観点から、重合性不飽和モノマーの総量を基準にして、好ましくは0.1〜40質量%、さらに好ましくは0.1〜25質量%、さらに特に好ましくは1〜10質量%使用することができる。その他の重合性不飽和モノマー(M−3)は、重合性不飽和モノマーの総量が100質量%となるよう、適宜使用することができるが、好ましくは、重合性不飽和モノマーの総量を基準にして、20〜99.8質量%、さらに好ましくは30〜80質量%である。
多ビニル化合物(M−4)は、必要に応じて使用されるが、配合割合は、重合性不飽和モノマーの総量を基準にして、0〜15質量%、好ましくは0〜10質量%、さらに好ましくは0〜5質量%である。
上記分散安定剤としては、アニオン系乳化剤、ノニオン系乳化剤、両性イオン乳化剤、等を挙げることができる。具体的にはアニオン系乳化剤としては、例えば、脂肪酸、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、アルキルリン酸塩等が挙げられる。ノニオン系乳化剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等のポリオキシエチレン化合物;ソルビタン脂肪酸エステル;アルキルアルカノールアミド等を挙げることができる。両性イオン乳化剤としては、アルキルベダイン等を挙げることができる。
なお、分散安定剤としては、水分散性アクリル樹脂粒子を形成するビニルモノマーの乳化重合反応における共重合性、第1着色塗料中における水分散性アクリル樹脂粒子の分散安定性、本発明により得られる複層塗膜の耐水性等の塗膜性能及び環境対策のための残存モノマー削減等の観点から、特に反応性乳化剤を好適に使用することができる。反応性乳化剤とは、ビニルモノマーとラジカル反応性を有する乳化剤であり、換言すれば、1分子中に重合性不飽和基を有する界面活性剤である。
反応性乳化剤の具体例としては、エレミノールJS−1、エレミノールJS−2(三洋化成社製)、S−120、S−180A、S−180、ラテムルPD−104、ラテムルPD−420、ラテムルPD−430S、ラテムルPD−450(花王社製)、アクアロンHS−10、アクアロンKH−10(第一工業製薬社製)、アデカリアソープSE−10N、アデカリアソープSE−20N、アデカリアソープSR−1025、アデカリアソープER−10、アデカリアソープER−20、アデカリアソープER−30、アデカリアソープER−40(旭電化社製)、ANTOX MS−60(日本乳化剤社製)等を挙げることができる。
上記乳化剤等の分散安定剤は、乳化重合反応において、1種又は2種以上を用いることができる。
分散安定剤の使用量は、生成する水分散性アクリル樹脂粒子に対して、0.1〜10質量%、特に1〜7.5質量%、さらに特に、1.5〜6質量%の範囲であるのが好ましい。
また、分散安定剤として、反応性乳化剤を使用する場合、反応性乳化剤の使用量は、生成する水分散性アクリル重合体粒子に対して、0.1〜10質量%、特に1.5〜7.5質量%、さらに特に、2〜6質量%の範囲であるのが好ましい。
また、ラジカル重合開始剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化アンモニウム等に代表される過酸化物、これら過酸化物と、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ロンガリット、アスコルビン酸等の還元剤とが組み合わされたいわゆるレドックス系開始剤、2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、4,4′−アゾビス(4−シアノペンタン酸)、2,2′−アゾビス〔2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−プロピオンアミド〕等のアゾ化合物等を挙げることができる。これらのうち、アゾ化合物が好ましい。
ラジカル重合開始剤の量は水分散性アクリル樹脂粒子を形成する重合性不飽和モノマーの固形分総重量に対して、通常、0.1〜5.0質量%、好ましくは0.1〜3.0質量%、さらに好ましくは1〜3.0質量%の範囲内であるのが適している。
乳化重合反応中における全ラジカル重合性不飽和単量体の濃度は、通常、0.1〜60質量%、好ましくは0.5〜50質量%、さらに好ましくは1.0〜50質量%の範囲内であるのが適している。
乳化重合の際の反応温度は、使用するラジカル重合開始剤により異なるが、通常40〜100℃、好ましくは50〜90℃、さらに好ましくは、60〜80℃とすることができる。
反応時間は通常3〜24時間、好ましくは5〜20時間、さらに好ましくは7〜16時間とすることができる。
水分散性アクリル樹脂粒子は、通常の均一構造又はコア/シェル構造等の多層構造のいずれであってもよい。
コア/シェル構造の水分散性アクリル樹脂粒子は、具体的には、例えば、最初にカルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(M−1)を全く含有しないか、又は殆んど含有しない(例えば、コア成分を形成するモノマー総量に対して、カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(M−1)の含有量が1質量%以下である)重合性不飽和モノマー成分を乳化重合し、その後、カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(M−1)を多量に含んだ重合性不飽和モノマー成分を加えて乳化重合することによって得ることができる。
コア部とシェル部との結合は、例えば、コア部の表面に残存するアリルアクリレート、アリルメタクリレート等による重合性不飽和結合に、カルボキシル基含有重合性不飽和モノマー(M−1)を含む重合性不飽和モノマー成分を共重合して行うことができる。
コア/シェル構造の水分散性アクリル樹脂粒子を用いる場合、好ましくは、コア/シェルエマルションのコア成分の原料モノマーは、アルキル部分の炭素数が3又は4であるアルキル(メタ)アクリレートモノマーを含む。この場合、コア成分の原料となるモノマー混合物の総量に対して、アルキル部分の炭素数が3又は4であるアルキル(メタ)アクリレートモノマーの含有量が60質量%以上であるのが好ましい。
また、好ましい実施形態において、コア/シェルエマルションのコア成分の原料モノマーは、多ビニル化合物(M−4)を含有してもよい。その場合、多ビニル化合物(M−4)の含有量は、コア成分の原料となるモノマー混合物の総量に対して、4質量%以下が好ましく、1〜3質量%がより好ましい。
コア/シェルエマルションのシェル成分の原料モノマーの一部として、好ましくは、N原子含有基を含有するモノマーを使用することができる。かかるN原子含有基としては、例えば、ウレア基、アミド基等が挙げられる。
N原子含有基を含有するモノマーとしては、N原子含有基を少なくとも1つ有する重合性不飽和モノマーであれば特に限定されないが、特に、ウレア基含有重合性不飽和モノマーを好適に使用することができる。
ウレア基含有重合性不飽和モノマー(S−1)は、ウレア基(尿素結合基(−NH−CO−NH−))を有する重合性不飽和モノマーである。
上記ウレア基(尿素結合基)は水等の溶媒が揮散した後の塗着塗膜において、水素結合による擬似架橋構造を形成し、塗着塗膜の粘度上昇効果を発現させることができる。
また、ウレタン基(−NHCO−)、アミド基が、窒素原子に結合した水素原子が1個であるのに対し、ウレア基においては窒素原子に結合した水素原子が2個であり、水素結合の結合点が多くなることから、ウレタン基、アミド基よりも水素結合による擬似架橋構造が密となり、高い粘度上昇効果を発現させることができる。
ウレア基を含有する重合性不飽和モノマーであれば、特に限定されないが、ウレア基含有重合性不飽和モノマー(S−1)としては、例えば、イソシアネート基を含有する重合性不飽和モノマーにアミン化合物を反応させることにより得られるモノマーをあげることができる。
該イソシアネート基を含有する重合性不飽和モノマーとしては、例えば、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート、m−イソプロペニル−α、α-ジメチルベンジルイソシアネート等、また、水酸基を含有する重合性不飽和モノマーとジイソシアネートとの付加物等を挙げることができる。
上記の水酸基を含有する重合性不飽和モノマーとしては、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、2−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)アクリレート等のグリコール(メタ)アクリレート類、また、アリルアルコール、多価アルコールのモノアリルエーテル等を挙げることができる。
上記のジイソシアネートとしては、脂環式、芳香族基含有脂肪族または芳香族のジイソシアネート化合物を挙げることができる。また、ジイソシアネート化合物のイソシアヌレート(ジイソシアネートの三量体)も使用することができる。
ジイソシアネート化合物としては、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルへキサンジイソシアネート、ウンデカンジイソシアネート−(1,11)、リジンエステルジイソシアネート、シクロヘキサン−1,3−および1,4−ジイソシアネート、1−イソシアナト−3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(IPDI)、4,4´−ジイソシアナトジシクロジシクロメタン、ω,ω′−ジプロピルエーテルジイソシアネート、チオジプロピルジイソシアネート、シクロヘキシル−1,4−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4′−ジイソシアネート、1,5−ジメチル−2,4−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン、1,5−トリメチル−2,4−ビス(ω−イソシアナトエチル)−ベンゼン、1,3,5−トリメチル−2,4−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン、1,3,5−トリエチル−2,4−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン、ジシクロヘキシルジメチルメタン−4,4′−ジイソシアネート、2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネートおよびジフエニルメタン−4,4′−ジイソシアネート等が挙げられる。
また、2,4−ジイソシアナトトルエンおよび/または2,6−ジイソシアナトトルエン、4,4´−ジイソシアナトジフェニルメタンおよび1,4−ジイソシアナトイソプロピルベンゼン、シクロヘキシル−1,4−ジイソシアネート、トルエンジイソシアネートおよびヘキサメチレンジイソシアネートのような芳香族ジイソシアネートも用いることができる。更にこれらの化合物の混合物も使用することができる。
上記ジイソシアネート化合物のイソシアヌレートとしては、上述したジイソシアネートの三量体を挙げることができる。また上記イソシアネートは、ジイソシアネートあるいは三量体の混合物を使用することもできる。
イソシアネート基を含有する重合性不飽和モノマーと反応させ、ウレア基を生成させるアミン化合物としては、例えば、1級アミン、2級アミンをあげることができる。これらのうち、1級アミンを好適に使用することができる。
1級アミンとしては、1個以上の一級アミノ基および1個以上のエーテルおよび/またはヒドロキシル基を有するアミンも使用することができ、例えば、エタノールアミン、6−アミノヘキサノール、p−メトキシベンジルアミン、メトキシプロピルアミン、3,4−ジメトキシフエニルエチルアミン、2,5−ジメトキシアニリン、フルフリルアミン、テトラヒドロフルフリルアミン、ベンジルアミン、エチルアミン、プロピルアミン(n−プロピルアミン、イソプロピルアミン)、ブチルアミン(n−ブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン)、n−ペンチルアミン、1−メチルブチルアミン、1−エチルプロピルアミン、2‐エチルブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ステアリルアミン、シクロヘキシルアミン、アニリン、ヘキサメチレンジアミンなどの1級アミンがあげられる。上記アミン化合物は混合して使用することができる。
上記のアミン化合物としては、耐水性向上の観点から、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミンが好ましい。
上記イソシアネート基を含有する重合性不飽和モノマーとアミン化合物との反応は、イソシアネート基を含有する重合性不飽和モノマー中に存在するイソシアネート基と、アミン化合物中に存在する活性水素との当量比(アミン化合物中に存在する活性水素/イソシアネート基)が0.5〜2、好ましくは0.7〜1.5、より好ましくは0.8〜1.2となるような割合で反応させて、公知の方法により行なうことができる。
特に、上記イソシアネート基を含有する重合性不飽和モノマーと上記アミン化合物との反応において、一般に上記イソシアネート基を含有する重合性不飽和モノマーまたは上記アミン化合物のいずれか一方を化学量論量より過剰に使用することができ、例えばアミン化合物のアミノ基数対イソシアネート基を含有する重合性不飽和モノマーのイソシアネート基数との比は0.7〜1.5、好ましくは0.9〜1.1とすることができる。
イソシアネート基を含有する重合性不飽和モノマーとアミン化合物との反応は両者を混合し、所望により温度を上げ、公知の方法で実施することができる。この反応は10〜70℃、好ましくは20〜50℃の温度で行うことが望ましい。一般に反応成分は公知の方法で混合することができるが、通常、アミン化合物にイソシアネート基を含有する重合性不飽和モノマーを加えることが望ましく、この添加は所望によりいくつかの段階に分けて行うことができる。一般にこの反応は溶剤、例えばアセトン、メチルイソブチルケトン、ベンゼン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、あるいは石油エーテルのような脂肪族炭化水素の存在下で行うことができる。
上記ウレア基含有重合性不飽和モノマー(S−1)の使用割合は、得られる塗膜の平滑性及び鮮映性の観点から、コア/シェルエマルションのシェル成分の原料モノマー中、ウレア基含有重合性不飽和モノマー(S−1)とウレア基を含有しない重合性不飽和モノマーとの合計量を基準として、5〜70質量%、特に10〜60質量%、さらに特に15〜50質量%、さらにより特に15〜40質量%の範囲内であるのが好適である。
コア成分の原料モノマーとシェル成分の原料モノマーとの使用割合は、特に限定されないが、通常、前者/後者の質量比で、70/30〜90/10、好ましくは75/25〜85/15とすることができる。
水分散性アクリル樹脂粒子は、得られる塗膜の耐水性、硬化性等の観点から、0〜150mgKOH/g、好ましくは5〜100mgKOH/g、さらに好ましくは10〜50mgKOH/gの範囲内の水酸基価を有することができる。
また、水分散性アクリル樹脂粒子は、貯蔵安定性、得られる塗膜の耐水性等の観点から、0〜100mgKOH/g、好ましくは0〜50mgKOH/g、さらに好ましくは0〜35mgKOH/gの範囲内の酸価を有することができる。
さらに、水分散性アクリル樹脂粒子は、粒子の分散安定性及び塗膜とした時の平滑性の観点から、10〜500nm、好ましくは20〜300nm、さらに好ましくは40〜200nmの範囲内の平均粒子径を有することができる。
本明細書において、水分散性アクリル樹脂粒子の平均粒子径は、サブミクロン粒度分布測定装置を用いて、常法により脱イオン水で希釈してから20℃で測定した値である。サブミクロン粒度分布測定装置としては、例えば、「COULTER N4型」(商品名、ベックマン・コールター社製)を用いることができる。
水分散性アクリル樹脂粒子は塩基性化合物で中和することが好ましい。
水分散性アクリル樹脂粒子の中和剤としては、アンモニア又は水溶性アミノ化合物、例えば、モノエタノールアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、トリエタノールアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、メチルエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、2−アミノ−2−メチルプロパノール、ジエタノールアミン、モルホリン等を好適に使用することができる。
硬化剤(B)
本発明の水性第1着色塗料(X)の硬化剤(B)としては、例えば、メラミン樹脂(b−1)、ポリイソシアネート化合物(b−2)、ブロック化ポリイソシアネート化合物(b−3)、カルボジイミド基含有化合物(b−4)を用いることができる。
上記のうち、メラミン樹脂(b−1)を好適に用いることができる。
上記硬化剤(B)は、水性第1着色塗料(X)中の樹脂固形分100質量部を基準として、1〜50質量%、好ましくは3〜30質量%、さらに好ましくは5〜20質量%の割合で使用することが好適である。
上記硬化剤(B)が、メラミン樹脂である場合、一般に、前記アクリル樹脂(A)は水酸基を含有し、なかでも、該アクリル樹脂(A)の水酸基価が1〜200mgKOH/g、好ましくは3〜100mgKOH/g、さらに好ましくは5〜80mgKOH/gの範囲内であることが好適である。
メラミン樹脂(b−1)としては、例えば、ジメチロールメラミン、トリメチロールメラミン、テトラメチロールメラミン、ペンタメチロールメラミン、ヘキサメチロールメラミン等のメチロールメラミン;メチロールメラミンとアルコールとのアルキルエーテル化物;メチロールメラミンの縮合物とのアルコールのエーテル化物等を挙げることができる。ここで、アルコールとしては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、2−エチルヘキシルアルコール等が挙げられる。
メラミン樹脂としては、市販品を使用することができる。市販品の商品名としては、例えば、「サイメル303」、「サイメル323」、「サイメル325」、「サイメル327」、「サイメル350」、「サイメル370」、「サイメル380」、「サイメル385」、「サイメル212」、「サイメル253」、「サイメル254」(以上、日本サイテックインダストリーズ社製);「レジミン735」、「レジミン740」、「レジミン741」、「レジミン745」、「レジミン746」、「レジミン747」、「(以上、モンサント社製);「スミマールM55」、「スミマールM30W」、「スミマールM50W」(以上、住友化学社製);「ユーバン20SE」、「ユーバン28SE」(三井化学社製)等を挙げることができる。
メラミン樹脂としては、部分もしくは完全メチロール化メラミン樹脂のメチロール基をメチルアルコール及び/又はブチルアルコールで部分的にもしくは完全にエーテル化したメチルエーテル化メラミン樹脂、ブチルエーテル化メラミン樹脂、メチル−ブチル混合エーテル化メラミン樹脂を使用することができる。
これらのうち、耐溶剤膨潤性の観点から、メチルエーテル化メラミン樹脂を、耐チッピング性の観点から、イミノ基含有メチルエーテル化メラミン樹脂を好適に使用することができる。
また、硬化剤としてメラミン樹脂を使用する場合、硬化触媒として、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ジノニルナフタレンスルホン酸等のスルホン酸;該スルホン酸とアミンとの中和塩;リン酸エステル化合物とアミンとの中和塩等を使用することができる。
上記硬化剤(B)が、ポリイソシアネート化合物(b−2)である場合、一般に、前記アクリル樹脂(A)は水酸基を含有し、なかでも、該アクリル樹脂(A)の水酸基価が100〜200mgKOH/g、好ましくは130〜180mgKOH/g、さらに好ましくは140〜170mgKOH/gの範囲内であることが好適である。また、上記イソシアネート基含有化合物(b−2)のイソシアネート基と上記アクリル樹脂(A)の水酸基の当量比(NCO/OH)は、0.5〜2.0、好ましくは0.8〜1.5の範囲内であることが好適である。
上記ポリイソシアネート化合物(b−2)は、イソシアネート基を1分子中に少なくとも2個有する化合物であって、例えば、脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、該ポリイソシアネートの誘導体等を挙げることができる。
上記脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、1,2−ブチレンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート、2,4,4−または2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート等の脂肪族ジイソシアネート、例えば、リジンエステルトリイソシアネート、1,4,8−トリイソシアナトオクタン、1,6,11−トリイソシアナトウンデカン、1,8−ジイソシアナト−4−イソシアナトメチルオクタン、1,3,6−トリイソシアナトヘキサン、2,5,7−トリメチル−1,8−ジイソシアナト−5−イソシアナトメチルオクタン等の脂肪族トリイソシアネート等を挙げることができる。
前記脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、1,3−シクロペンテンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(慣用名:イソホロンジイソシアネート)、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−または1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(慣用名:水添キシリレンジイソシアネート)もしくはその混合物、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート;1,3,5−トリイソシアナトシクロヘキサン、1,3,5−トリメチルイソシアナトシクロヘキサン、2−(3−イソシアナトプロピル)−2,5−ジ(イソシアナトメチル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン、2−(3−イソシアナトプロピル)−2,6−ジ(イソシアナトメチル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン、3−(3−イソシアナトプロピル)−2,5−ジ(イソシアナトメチル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン、5−(2−イソシアナトエチル)−2−イソシアナトメチル−3−(3−イソシアナトプロピル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン、6−(2−イソシアナトエチル)−2−イソシアナトメチル−3−(3−イソシアナトプロピル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン、5−(2−イソシアナトエチル)−2−イソシアナトメチル−2−(3−イソシアナトプロピル)−ビシクロ(2.2.1)−ヘプタン、6−(2−イソシアナトエチル)−2−イソシアナトメチル−2−(3−イソシアナトプロピル)−ビシクロ(2.2.1)ヘプタン等の脂環族トリイソシアネート等を挙げることができる。
前記芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、1,3−もしくは1,4−キシリレンジイソシアネートまたはその混合物、ω,ω’−ジイソシアナト−1,4−ジエチルベンゼン、1,3−または1,4−ビス(1−イソシアナト−1−メチルエチル)ベンゼン(慣用名:テトラメチルキシリレンジイソシアネート)もしくはその混合物等の芳香脂肪族ジイソシアネート、例えば、1,3,5−トリイソシアナトメチルベンゼン等の芳香脂肪族トリイソシアネート等を挙げることができる。
前記芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、2,4’−または4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートもしくはその混合物、2,4−または2,6−トリレンジイソシアネートもしくはその混合物、4,4’−トルイジンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、例えば、トリフェニルメタン−4,4’,4”−トリイソシアネート、1,3,5−トリイソシアナトベンゼン、2,4,6−トリイソシアナトトルエン等の芳香族トリイソシアネート、例えば、4,4’−ジフェニルメタン−2,2’,5,5’−テトライソシアネート等の芳香族テトライソシアネート等を挙げることができる。
また、前記ポリイソシアネートの誘導体としては、例えば、上記したポリイソシアネート化合物のダイマー、トリマー、ビウレット、アロファネート、ウレトジオン、ウレトイミン、イソシアヌレート、オキサジアジントリオン、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(クルードMDI、ポリメリックMDI)及びクルードTDI等を挙げることができる。
上記ポリイソシアネート及びその誘導体は、それぞれ単独で用いてもよく、また、2種以上併用してもよい。また、これらポリイソシアネートのうち、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート及びこれらの誘導体をそれぞれ単独で、又は2種以上併用して好適に使用することができる。
本発明にかかるポリイソシアネート化合物(b−2)としては、得られる塗膜の平滑性の観点から、上記ポリイソシアネート化合物を親水性に変性した、親水化ポリイソシアネート化合物(b−2’)が特に好適である。
上記親水化ポリイソシアネート化合物(b−2’)としては、例えば、アニオン性基を有する活性水素基含有化合物の活性水素基を、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基と反応させて得られるアニオン性親水化ポリイソシアネート化合物(b−2’−1)、ポリオキシエチレンのモノアルコール等の親水性ポリエーテルアルコールとポリイソシアネート化合物とを反応させて得られるノニオン性親水化ポリイソシアネート化合物(b−2’−2)等を挙げることができる。
上記アニオン性基を有する活性水素基含有化合物は、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、スルホベタイン等のべタイン構造含有基等のアニオン性基を有し、かつ、イソシアネート基と反応し得る、例えば、水酸基、アミノ基等の活性水素基を有する化合物であって、該化合物とポリイソシアネート化合物を反応させることにより、ポリイソシアネート化合物に親水性を付与することができる。
上記アニオン性基を有する活性水素基含有化合物としては、特に制限されるものではないが、例えば、1つのアニオン性基を有し、かつ、2つ以上の活性水素基を有する化合物が挙げられる。より具体的には、カルボキシル基を有する活性水素基含有化合物として、例えば、2,2−ジメチロール酢酸、2,2−ジメチロール乳酸、2,2−ジメチロールプロピオン酸、2,2−ジメチロールブタン酸、ジメチロールヘプタン酸、ジメチロールノナン酸、2,2−ジメチロール酪酸、2,2−ジメチロール吉草酸等のジヒドロキシルカルボン酸、例えば、1−カルボキシ−1,5−ペンチレンジアミン、ジヒドロキシ安息香酸、3,5−ジアミノ安息香酸、リジン、アルギニン等のジアミノカルボン酸、ポリオキシプロピレントリオールと無水マレイン酸、無水フタル酸等とのハーフエステル化合物等を挙げることができる。
また、スルホン酸基を有する活性水素基含有化合物として、例えば、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−アミノエタンスルホン酸、1,3−フェニレンジアミン−4,6−ジスルホン酸、ジアミノブタンスルホン酸、3,6−ジアミノ−2−トルエンスルホン酸、2,4−ジアミノ−5−トルエンスルホン酸、2−(シクロヘキシルアミノ)−エタンスルホン酸、3−(シクロヘキシルアミノ)−プロパンスルホン酸等が挙げられる。
また、リン酸基を有する活性水素基含有化合物として、例えば、2,3−ジヒドロキシプロピルフェニルホスフェート等を挙げることができる。
また、ベタイン構造含有基を有する活性水素基含有化合物として、例えば、N−メチルジエタノールアミン等の3級アミンと1,3−プロパンスルトンとの反応によって得られるスルホベタイン基含有化合物等を挙げることができる。
また、これらアニオン性基を有する活性水素基含有化合物は、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加させることによってアルキレンオキサイド変性体としてもよい。
また、これらアニオン性基を有する活性水素基含有化合物は、単独でもしくは2種以上組合せて使用することができる。
また、ポリイソシアネート化合物に水分散性を付与するのに用いられる前記乳化剤としては、ノニオン性乳化剤、アニオン性乳化剤を用いることができる。ノニオン基としてはポリエチレンオキサイドが好適に使用でき、アニオン基としては、スルホン酸およびリン酸等の塩が好適に用いられ、これらを併用しても良い。
ポリイソシアネート化合物としては、前記したものと同様のポリイソシアネート化合物を用いることができるが、この中でも好ましい例として、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、及びこれらの誘導体を挙げることができる。
ブロック化ポリイソシアネート化合物(b−3)としては、上記、脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート及びこれらの誘導体をブロック剤でブロックしたものが用いられる。
前記の誘導体としては、例えば、イソシアヌレート体、ビュレット体、アダクト体(例えば、TMP(トリメチロールプロパン)アダクト)等が挙げられる。
ブロック剤は、遊離のイソシアネート基を封鎖するものである。ブロック化ポリイソシアネート化合物は、例えば、100℃以上、好ましくは130℃以上に加熱することにより、イソシアネート基が再生し、水酸基と容易に反応することができる。かかるブロック剤としては、例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、ニトロフェノール、エチルフェノール、ヒドロキシジフェニル、ブチルフェノール、イソプロピルフェノール、ノニルフェノール、オクチルフェノール、ヒドロキシ安息香酸メチル等のフェノール系化合物;ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム、β−プロピオラクタム等のラクタム系化合物;メタノール、エタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、アミルアルコール、ラウリルアルコール等の脂肪族アルコール系化合物;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ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジ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、メトキシメタノール等のエーテル系化合物;ベンジルアルコール;グリコール酸;グリコール酸メチル、グリコール酸エチル、グリコール酸ブチル等のグリコール酸エステル;乳酸、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル等の乳酸エステル;メチロール尿素、メチロールメラミン、ジアセトンアルコール、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート等のアルコール系化合物;ホルムアミドオキシム、アセトアミドオキシム、アセトオキシム、メチルエチルケトオキシム、ジアセチルモノオキシム、ベンゾフェノンオキシム、シクロヘキサンオキシム等のオキシム系化合物;マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸メチル、アセチルアセトン等の活性メチレン系化合物;ブチルメルカプタン、t−ブチルメルカプタン、ヘキシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、2−メルカプトベンゾチアゾール、チオフェノール、メチルチオフェノール、エチルチオフェノール等のメルカプタン系化合物;アセトアニリド、アセトアニシジド、アセトトルイド、アクリルアミド、メタクリルアミド、酢酸アミド、ステアリン酸アミド、ベンズアミド等の酸アミド系化合物;コハク酸イミド、フタル酸イミド、マレイン酸イミド等のイミド系化合物;ジフェニルアミン、フェニルナフチルアミン、キシリジン、N−フェニルキシリジン、カルバゾール、アニリン、ナフチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、ブチルフェニルアミン等アミン系化合物;イミダゾール、2−エチルイミダゾール等のイミダゾール系化合物;3,5−ジメチルピラゾール等のピラゾール系化合物;尿素、チオ尿素、エチレン尿素、エチレンチオ尿素、ジフェニル尿素等の尿素系化合物;N−フェニルカルバミン酸フェニル等のカルバミン酸エステル系化合物;エチレンイミン、プロピレンイミン等のイミン系化合物;重亜硫酸ソーダ、重亜硫酸カリ等の亜硫酸塩系化合物等のブロック剤を挙げることができる。
また、ブロック剤の一部として1分子中に1個以上のヒドロキシル基および1個以上のカルボキシル基を有するヒドロキシカルボン酸を有するヒドロキシカルボン酸を使用することができる。ヒドロキシカルボン酸としては、例えば、ヒドロキシピバリン酸、ジメチロールプロピオン酸等を挙げることができる。ヒドロキシカルボン酸でブロックされたモノブロックイソシアネート化合物は、ヒドロキシカルボン酸由来のカルボキシル基を有しており、該カルボキシル基の親水性に基づいて、水分散性が良好である点から好ましい。
また、ブロック剤の一部として末端の一方が水酸基、他方がメトキシ基であるポリエチレングリコールを使用することで、ノニオン性の親水基を導入し、水分散性を付与したものも有効に使用できる。市販品としては、例えば、「デスモデュールPL3470」、「デスモデュールPL3475」、「デスモデュールVPLS2253/1」(いずれも住化バイエルウレタン社製、商品名)等を用いることができる。
硬化剤としてブロック化ポリイソシアネート化合物(b−3)を使用する場合、硬化触媒として、有機錫化合物を用いることができる。
前記カルボジイミド基含有化合物(b−4)は、例えば、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基同士を脱二酸化炭素反応せしめることにより得ることができ、該当する市販品としては、例えば、「カルボジライトV−02」、「カルボジライトV−02−L2」、「カルボジライトV−04」、「カルボジライトE−01」、「カルボジライトE−02」(いずれも日清紡社製、商品名)等を用いることができる。
前記硬化剤(B)として、カルボジイミド基含有化合物(b−4)を用いる場合、一般に、前記アクリル樹脂(A)はカルボキシル基を含有し、なかでも、アクリル樹脂(A)のカルボキシル基由来の酸価が5〜80mgKOH/g、好ましくは10〜70mgKOH/g、さらに好ましくは30〜70mgKOH/gの範囲内であることが好適である。
ウレタン樹脂エマルション(C)
本発明の水性第1着色塗料(X)に使用するウレタン樹脂エマルション(C)としては、例えば、常法に従いポリイソシアネート成分(c1)及びポリオール成分(c2)から製造されるウレタン樹脂エマルションを挙げることができる。
ポリイソシアネート成分(c1)としては、ジイソシアネート、及びその他のポリイソシアネートを挙げることができる。
ウレタン樹脂エマルション(C)の原料となるジイソシアネートとしては、特に制限を受けず、当該技術分野で広く知られているジイソシアネートを一種類又は二種類以上混合で用いることができる。該ジイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニル−4,4’−ジイソシアネート、ジアニシジンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート;イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、トランス−1,4−シクロヘキシルジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート;1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4及び/又は(2,4,4)−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リシンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。ジイソシアネートとしては、得られる塗膜の耐有機溶剤膨潤性向上の観点から、脂環式ジイソシアネートが好ましく、特にイソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネートが好ましい。
好ましい実施形態において、上記のジイソシアネートは、各種のブロッキング剤によってブロックされたブロックイソシアネートの形で用いてもよい。また、ポリイソシアネート成分(c1)における、ジイソシアネートの含有量(質量%)は、耐チッピング性の点から、10〜60%が好ましく、20〜40%であるのがより好ましい。
ウレタン樹脂エマルション(C)の原料となるその他のポリイソシアネートとは、1分子中にイソシアネート基を3つ以上有するポリイソシアネートである。例えば、上記例示のジイソシアネートのイソシアヌレート三量化物、ビューレット三量化物、トリメチロールプロパンアダクト化物等;トリフェニルメタントリイソシアネート、1−メチルベンゾール−2,4,6−トリイソシアネート、ジメチルトリフェニルメタンテトライソシアネート等の三官能以上のイソシアネート等が挙げられ、これらのイソシアネート化合物はカルボジイミド変性、イソシアヌレート変性、ビウレット変性等の変性物の形で用いてもよく、各種のブロッキング剤によってブロックされたブロックイソシアネートの形で用いてもよい。
ポリオール成分(c2)としては、特に制限を受けず、当該技術分野で広く知られているポリオールを一種類又は二種類以上混合で用いることができる。該ポリオールとしては、ポリカーボネートポリオール、エステル結合を有するポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、低分子ポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリブタジエンポリオール、シリコーンポリオール、カルボキシル基含有ジオール等が挙げられ、ポリカーボネートポリオール、エステル結合を有するポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、及びカルボキシル基含有ジオールが好ましく、ポリカーボネートポリオール及びカルボキシル基含有ジオールがより好ましい。
上記のポリカーボネートポリオールは、通常、公知のポリオールとカルボニル化剤とを重縮合反応させることにより得られる化合物である。
ポリオール成分としては、ジオール、3価以上のアルコール等の多価アルコールを挙げることができる。
ポリカーボネートポリオールの原料となるジオールとしては、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール及び1,10−デカンジオール等の直鎖状脂肪族系ジオール;2−メチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,6−ヘキサンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3− プロパンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール等の分岐鎖状脂肪族系ジオール;1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等の脂環式系ジオール;p−キシレンジオール、p−テトラクロロキシレンジオール等の芳香族系ジオール;ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール等のエーテル系ジオール等を挙げることができる。これらのジオールの中でも、シクロヘキサンジメタノールが好ましい。これらのジオールは、単独で又は2種以上を組合せて使用することができる。
ポリカーボネートポリオールの原料となる3価以上のアルコールとしては、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールプロパンの2量体、ペンタエリスリトール等を挙げることができる。
ポリカーボネートポリオールの原料となるカルボニル化剤としては、公知のカルボニル化剤を使用できる。具体的には、例えば、アルキレンカーボネート、ジアルキルカーボネート、ジアリールカーボネート、ホスゲン等を挙げることができ、これらの1種を又は2種以上を組合せて使用することができる。これらのうち好ましいものとして、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジフェニルカーボネート等を挙げることができる。
上記ポリオール成分(c2)のうち、エステル結合を有するポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリエステルポリカーボネートポリオール等が挙げられる。
上記のポリエステルポリオールとしては、多価アルコールと該多価アルコールの化学量論的量より少ない量の多価カルボン酸又はそのエステル、無水物、ハライド等のエステル形成性化合物との直接エステル化反応及び/又はエステル交換反応により得られるものが挙げられる。
上記ポリエステルポリオールの原料となる多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、3,5−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等の脂肪族ジオール類、シクロヘキサンジメタノール、シクロヘキサンジオール等の脂環式ジオール類、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ヘキシトール類、ペンチトール類、グリセリン、ペンタエリスリトール、テトラメチロールプロパン等の三価以上のアルコール類が挙げられる。
上記ポリエステルポリオールの原料となる多価カルボン酸又はそのエステル形成性化合物としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、2−メチルコハク酸、2−メチルアジピン酸、3−メチルアジピン酸、3−メチルペンタン二酸、2−メチルオクタン二酸、3,8−ジメチルデカン二酸、3,7−ジメチルデカン二酸、水添ダイマー酸、ダイマー酸等の脂肪族ジカルボン酸;フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸;1,2−シクロペンタンジカルボン酸、1,3−シクロペンタンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−ジカルボキシルメチレンシクロヘキサン、ナジック酸、メチルナジック酸等の脂環式ジカルボン酸;トリメリット酸、トリメシン酸、ひまし油脂肪酸の三量体等のトリカルボン酸等の多価カルボン酸;これらの多価カルボン酸の酸無水物;該多価カルボン酸のクロライド、ブロマイド等のハライド;該多価カルボン酸のメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、イソプロピルエステル、ブチルエステル、イソブチルエステル、アミルエステル等の低級エステル;γ−カプロラクトン、δ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、ジメチル−ε−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−ブチロラクトン等のラクトンが挙げられる。
上記ポリオール成分(c2)のうち、ポリカプロラクトンポリオールとしては、例えば、ポリカプロラクトンジオール等のカプロラクトンの開環重合物を挙げることができる。
上記ポリオール成分(c2)のうち、低分子ポリオールとしては、例えば、上記ポリオール成分(c2)の一種であるポリエステルポリオールの原料となる多価アルコールとして例示した多価アルコールを挙げることができる。
上記ポリオール成分(c2)のうち、ポリエーテルポリオールとしては、例えば、上記の低分子ポリオールのエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加物、ポリテトラメチレングリコール等が挙げられる。
上記ポリオール成分(c2)のうち、ポリブタジエンポリオールとしては、当該技術分野で広く知られているポリブタジエンポリオールを用いることができる。
上記ポリオール成分(c2)のうち、シリコーンポリオールとしては、分子中に、シロキサン結合を有する末端がヒドロキシル基のシリコーンオイル類等が挙げられる。
ポリオール成分(c2)として、カルボキシル基含有ジオールを使用することができる。カルボキシル基含有ジオールは、ポリウレタン分子に親水性基を導入するために用いられる。親水性基はカルボキシル基である。具体例としては、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、ジメチロール酪酸、ジメチロール吉草酸が挙げられる。
上記ポリオール成分のうち、得られる塗膜の耐有機溶剤膨潤性向上の観点から、ジオールを構成する原料化合物のうち50質量%以上、好ましくは60〜100質量%、より好ましくは80〜100質量%が炭素数6以上の炭化水素基を有する化合物であるような疎水ジオールが好ましい。このような疎水ジオールとしては、ポリカーボネートジオール、ポリエステルジオール等が好ましい。
当該疎水ジオールがポリカーボネートジオールの場合、ジオール及びカルボニル化剤が原料化合物となる。
当該疎水ジオールがポリエステルジオールの場合、ジオール及び多価カルボン酸又はそのエステル形成性化合物が原料化合物となる。
上記疎水ジオールの原料化合物となるジオールとしては、例えば、前述のポリオール成分(c2)の一種であるポリカーボネートポリオールの原料となるジオールとして列挙されたものを使用することができる。
これらのジオールのうち、炭素数6以上の炭化水素基を有する化合物としては、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール及び1,10−デカンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−エチル−1,6−ヘキサンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3− プロパンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、p−キシレンジオール、p−テトラクロロキシレンジオール等を挙げることができる。
上記の炭素数6以上の炭化水素基を有するジオールのうち、耐チッピング性の観点から、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等を特に好適に使用することができる。
また、上記疎水ジオールの原料化合物となる多価カルボン酸又はそのエステル形成性化合物としては、前述の上記ポリオール成分(c2)の一種であるポリエステルポリオールの原料となる多価カルボン酸又はそのエステル形成性化合物として列挙されたものを使用することができる。
これらの多価カルボン酸又はそのエステル形成性化合物のうち、炭素数6以上の炭化水素基を有する化合物としては、上記の多価カルボン酸又はそのエステル形成性化合物のうち、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、3−メチルペンタン二酸、2−メチルオクタン二酸、3,8−ジメチルデカン二酸、3,7−ジメチルデカン二酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、トリメリット酸、これらの酸無水物、ε−カプロラクトン、ジメチル−ε−カプロラクトン等を挙げることができる。
これらのポリオール成分(c2)は、1種単独で又は2種以上混合して使用される。
ポリオール成分(c2)のうち、前述の疎水ジオールの使用割合は、水膨潤率及び有機溶剤膨潤率の観点から、20〜100質量%であるのが好ましく、50〜100質量%であるのがより好ましい。
本発明において、ポリイソシアネート成分(c1)とポリオール成分(c2)との使用割合は、最終的に得られる該水性第1着色塗料(X)から形成される第1着色塗膜の水膨潤率及び有機溶剤膨潤率が上記範囲となる限り、特に限定されない。好ましい実施形態において、ウレタン樹脂エマルション(C)の製造に用いられるポリイソシアネート成分(c1)及びポリオール成分(c2)の合計質量に対して、ポリオール成分(c2)が好ましくは40〜90質量%、より好ましくは50〜80質量%用いられる。
ポリイソシアネート成分(c1)及びポリオール成分(c2)の他、ウレア結合の形成、高分子量化等のために、原料に、必要に応じてアミン成分(c3)を使用することができる。アミン成分(c3)としては、モノアミン化合物、ジアミン化合物を挙げることができる。
モノアミン化合物としては、特に制限を受けず、当該技術分野で広く知られているモノアミン化合物を一種類又は二種類以上混合で用いることができる。該モノアミン化合物としては、エチルアミン、プロピルアミン、2−プロピルアミン、ブチルアミン、2−ブチルアミン、第三ブチルアミン、イソブチルアミン等のアルキルアミン;アニリン、メチルアニリン、フェニルナフチルアミン、ナフチルアミン等の芳香族アミン;シクロヘキサンアミン、メチルシクロヘキサンアミン等の脂環式アミン;2−メトキシエチルアミン、3メトキシプロピルアミン、2−(2−メトキシエトキシ)エチルアミン等のエーテルアミン;エタノールアミン、プロパノールアミン、ブチルエタノールアミン、1−アミノ−2−メチル−2−プロパノール、2−アミノ−2−メチルプロパノール、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジメチルアミノプロピルエタノールアミン、ジプロパノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン等のアルカノールアミン等が挙げられる。中でもアルカノールアミンがポリウレタン分子に対して良好な水分散安定性を与えるので好ましく、2−アミノエタノール、ジエタノールアミンが低コストなのでより好ましい。
ジアミン化合物としては、特に制限を受けず、当該技術分野で広く知られているジアミン化合物を一種類又は二種類以上混合で用いることができる。該ジアミン化合物としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン等の前記例示の低分子ジオールのアルコール性水酸基がアミノ基に置換されたものである低分子ジアミン類;ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシエチレンジアミン等のポリエーテルジアミン類;メンセンジアミン、イソホロンジアミン、ノルボルネンジアミン、ビス(4−アミノ−3−メチルジシクロヘキシル)メタン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン等の脂環式ジアミン類;m−キシレンジアミン、α−(m/pアミノフェニル)エチルアミン、m−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジエチルジメチルジフェニルメタン、ジアミノジエチルジフェニルメタン、ジメチルチオトルエンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、α,α’−ビス(4−アミノフェニル)−p−ジイソプロピルベンゼン等の芳香族ジアミン類;ヒドラジン;上記のポリエステルポリオールに用いられる多価カルボン酸で例示したジカルボン酸とヒドラジンの化合物であるジカルボン酸ジヒドラジド化合物が挙げられる。これらジアミン化合物の中では、低分子ジアミン類が低コストであるので好ましく、エチレンジアミンがより好ましい。
さらに、必要に応じてカルボキシル基中和剤成分(c4)を使用することができる。カルボキシル基中和剤成分(c4)は、上記カルボキシル基含有ジオールのカルボキシル基と反応し、親水性の塩を形成する塩基性化合物である。例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン等のトリアルキルアミン類、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジメチルプロパノールアミン、N,N−ジプロピルエタノールアミン、1−ジメチルアミノ−2−メチル−2−プロパノール等のN,N−ジアルキルアルカノールアミン類、N−アルキル−N,N−ジアルカノールアミン類、トリエタノールアミン等のトリアルカノールアミン類等の3級アミン化合物、アンモニア、トリメチルアンモニウムヒドロキシド、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等が挙げられる。中でも、得られるウレタン樹脂エマルション(C)の分散安定性が良好であるので、3級アミン化合物が好ましい。
ウレタン樹脂エマルション(C)には、上記(c1)〜(c4)の他に、ポリウレタン分子に分岐及び/又は架橋構造を与える内部分岐剤及び内部架橋剤を用いてもよい。これらの内部分岐剤及び内部架橋剤としては、例えばトリメチロールプロパン等が挙げられる。
ウレタン樹脂エマルション(C)の製造方法については、特に制限を受けず、当該技術分野で広く知られている方法を適用することができる。製造方法としては、反応に不活性で水との親和性の大きい溶媒中でプレポリマー又はポリマーを合成してから、これを水にフィードして分散させる方法が好ましい。例えば、上記溶媒中でポリイソシアネート成分(c1)、ポリオール成分(c2)からプレポリマーを合成して、これを水中で必要に応じて使用されるアミン成分(c3)と反応させる方法(イ)、ポリイソシアネート成分(c1)、ポリオール成分(c2)及び必要に応じて使用されるアミン成分(c3)からポリマーを合成して、これを水中にフィードして分散させる方法(ロ)が挙げられる。また、中和剤成分は、予めフィードする水中に加えておいてもよく、フィードの後で加えてもよい。
上記の好適な製造方法に使用される、反応に不活性で水との親和性の大きい溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、N−メチル−2−ピロリドン等を挙げることができる。これらの溶媒は、通常、プレポリマーを製造するために用いられる上記原料の合計量に対して、3〜100質量%が用いられる。
上記の製造方法において、その配合比は、特に制限を受けるものではない。該配合比は、反応させる段階でのポリイソシアネート成分(c1)中のイソシアネート基と、ポリオール成分(c2)及び必要に応じて使用されるアミン成分(c3)中のイソシアネート反応基とのモル比に置き換えることができる。該モル比については、分散しているポリウレタン分子中に未反応のイソシアネート基が不足すると塗料として用いたときに塗膜密着性及び/又は塗膜強度が低下する場合があり、過剰に存在すると未反応イソシアネート基が、塗料の分散安定性及び/又は物性に影響を及ぼす場合があるので、イソシアネート基1に対して、イソシアネート反応性基は0.5〜2.0が好ましい。また、ポリオール成分(c2)中のイソシアネート反応性基のモル比は、ポリイソシアネート成分(c1)中のイソシアネート基1に対して0.3〜1.0が好ましく、0.5〜0.9がより好ましい。また、必要に応じて使用されるアミン成分(c3)中のイソシアネート反応性基のモル比は、ポリイソシアネート成分中のイソシアネート基1に対して、0.1〜1.0が好ましく、0.2〜0.5がより好ましい。
また、カルボキシル基中和剤成分(c4)による、中和率は、得られるウレタン樹脂エマルション(C)に対し、充分な分散安定性を与える範囲に設定する。ポリオール成分(c2)中のカルボキシル基のモル数1に対して、0.5〜2.0倍当量が好ましく、0.7〜1.5倍当量がより好ましい。
ウレタン樹脂エマルション(C)の分散性を安定させるために、界面活性剤等の乳化剤を1種類又は2種類以上用いてもよい。粒子径については、特に制限を受けないが、良好な分散状態を保つことができるので1μm以下が好ましく、500nm以下がより好ましい。
上記の乳化剤としては、ウレタン樹脂エマルションに使用される、当該技術分野で広く知られているアニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、高分子系界面活性剤、反応性界面活性剤等を使用することができる。これらを使用する場合は、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤又はカチオン性界面活性剤がコストも低く、良好な乳化が得られるので好ましい。
上記のアニオン性界面活性剤としては、例えば、ナトリウムドデシルサルフェート、カリウムドデシルサルフェート等アンモニウムドデシルサルフェート等のアルキルサルフェート類;ナトリウムドデシルポリグリコールエーテルサルフェート;ナトリウムスルホリシノレート;スルホン化パラフィンのアルカリ金属塩、スルホン化パラフィンのアンモニウム塩等のアルキルスルホネート;ナトリウムラウレート、トリエタノールアミンオレート、トルエタノールアミンアビエテート等の脂肪酸塩;ナトリウムベンゼンスルホネート、アルカリフェノールヒドロキシエチレンのアルカリ金属サルフェート等のアルキルアリールスルホネート;高アルキルナフタレンスルホン酸塩;ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物;ジアルキルスルホコハク酸塩;ポリオキシエチレンアルキルサルフェート塩;ポリオキシエチレンアルキルアリールサルフェート塩等が挙げられる。
上記のノニオン性界面活性剤としては、炭素数1〜18のアルコールのエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加物、アルキルフェノールのエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加物、アルキレングリコール及び/又はアルキレンジアミンのエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加物等が挙げられる。
上記のノニオン性界面活性剤を構成する炭素数1〜18のアルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール、ブタノール、2−ブタノール、第三ブタノール、アミルアルコール、イソアミルアルコール、第三アミルアルコール、ヘキサノール、オクタノール、デカンアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、パルミチルアルコール、ステアリルアルコール等が挙げられ、アルキルフェノールとしては、フェノール、メチルフェノール、2,4−ジ第三ブチルフェノール、2,5−ジ第三ブチルフェノール、3,5−ジ第三ブチルフェノール、4−(1,3−テトラメチルブチル)フェノール、4−イソオクチルフェノール、4−ノニルフェノール、4−第三オクチルフェノール、4−ドデシルフェノール、2−(3,5−ジメチルヘプチル)フェノール、4−(3,5−ジメチルヘプチル)フェノール、ナフトール、ビスフェノールA、ビスフェノールF等が挙げられ、アルキレングリコールとしては、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等が挙げられ、アルキレンジアミンとしては、これらのアルキレングリコールのアルコール性水酸基がアミノ基に置換されたものが挙げられる。また、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイド付加物とは、ランダム付加物でもブロック付加物でもよい。
上記のカチオン性界面活性剤としては、1級〜3級アミン塩、ピリジニウム塩、アルキルピリジニウム塩、ハロゲン化アルキル4級アンモニウム塩等の4級アンモニウム塩等が挙げられる。
これらの乳化剤を使用する場合の使用量は、特に制限を受けず任意の量を使用することができるが、ウレタン樹脂1に対する質量比で0.05より小さいと充分な分散性が得られない場合があり、0.3を超えると水性第1着色塗料から得られる塗膜等の耐水性、強度、延び等の物性が低下するおそれがあるので0.01〜0.3が好ましく、0.05〜0.2がより好ましい。
ウレタン樹脂エマルション(C)としては、市販品を使用することができる。市販品として、バイエル社製の「Bayhydrol」シリーズ、第一工業製薬社製の「スーパーフレックス」シリーズ等を挙げることができる。
また、ウレタン樹脂エマルション(C)において、その固形分は、特に制限を受けず、任意の値を選択できる。該固形分は10〜50質量%が分散性と塗装性が良好なので好ましく、20〜40質量%がより好ましい。
ウレタン樹脂エマルション(C)に分散しているウレタン樹脂の平均分子量については、特に制限を受けず、水性塗料としての分散性及び良好な塗膜を与える範囲を選択することができる。平均分子量については1000〜500000が好ましく、5000〜200000がより好ましい。また、水酸基価についても、特に制限を受けず、任意の値を選択することができる。酸価は、樹脂1g当たりのKOHの消費量(mg)で表され、通常0〜100mgKOH/gである。
水性第1着色塗料(X)
本発明の複層塗膜形成方法において使用される水性第1着色塗料(X)は、前記アクリル樹脂(A)、硬化剤(B)ならびにウレタン樹脂エマルション(C)を含有する水性塗料である。
ここで、水性塗料とは、有機溶剤型塗料と対比される用語であって、一般に、水又は水を主成分とする媒体(水性媒体)に、塗膜形成樹脂、顔料等を分散及び/又は溶解させた塗料を意味する。上記水性第1着色塗料(X)中の水の含有量は、10〜90質量%程度が好ましく、20〜80質量%程度がより好ましく、30〜60質量%程度がさらに好ましい。
水性第1着色塗料(X)のアクリル樹脂(A)、硬化剤(B)及びウレタン樹脂エマルション(C)の量は、(A)成分、(B)成分及び(C)成分の総量を基準として、固形分として、アクリル樹脂(A)が20〜70質量%、好ましくは25〜60質量%、さらに好ましくは30〜50質量%、硬化剤(B)が5〜20質量%、好ましくは7.5〜20質量%、さらに好ましくは10〜20質量%、ウレタン樹脂エマルション(C)が10〜50質量%、好ましくは15〜45質量%、さらに好ましくは20〜40質量%、なおさらに好ましくは30〜40質量%の範囲内であるのが適している。
水性第1着色塗料(X)により形成される第1着色塗膜は、予備乾燥後における水膨潤率及び有機溶剤膨潤率が一定値以下であることが必須要件である。これにより、水膨潤率の低い第1着色塗膜上では、平滑性の良好な第2着色塗膜が得られ、さらに、第1着色塗膜の有機溶剤膨潤率も低いことから、クリヤ塗料に含まれる有機溶剤による塗膜の膨潤による塗面平滑性の低下も防止することができる。これにより本発明の複層塗膜形成方法によれば、良好な仕上り外観を有する複層塗膜を得ることができる。
本発明の水性第1着色塗料(X)は、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂等の改質用樹脂を含むことができる。
水性第1着色塗料(X)は、さらに、顔料(D)を含有することが好ましい。該顔料(D)としては、例えば、着色顔料(D1)、体質顔料(D2)、光輝性顔料(D3)等が挙げられ、これらは単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
水性第1着色塗料(X)が、顔料(D)を含有する場合、該顔料(D)の配合量は、水性第1着色塗料(X)中の、アクリル樹脂(A)、架橋剤(B)ならびにウレタン樹脂エマルション(C)の合計固形分100質量部を基準として、一般に1〜300質量部、好ましくは20〜200質量部、さらに好ましくは50〜150質量部の範囲内であることが好適である。
なかでも、水性第1着色塗料(X)が着色顔料(D1)及び/又は体質顔料(D2)を含有し、該着色顔料(D1)及び体質顔料(D2)の合計含有量が、水性第1着色塗料(X)中のアクリル樹脂(A)、架橋剤(B)ならびにウレタン樹脂エマルション(C)の合計固形分100質量部を基準として、40〜300質量部、好ましくは50〜200質量部、さらに好ましくは60〜150質量部の範囲内であることが好適である。
上記着色顔料(D1)としては、例えば、酸化チタン、亜鉛華、カーボンブラック、モリブデンレッド、プルシアンブルー、コバルトブルー、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリン系顔料、スレン系顔料、ペリレン系顔料、ジオキサジン系顔料、ジケトピロロピロール系顔料等が挙げられ、なかでも、酸化チタン、カーボンブラックを好適に使用することができる。
水性第1着色塗料(X)が上記着色顔料(D1)を含有する場合、該着色顔料(D1)の配合量は、水性第1着色塗料(X)中のアクリル樹脂(A)、架橋剤(B)ならびにウレタン樹脂エマルション(C)の合計固形分100質量部を基準として、通常1〜300質量部、好ましくは3〜200質量部、さらに好ましくは5〜150質量部の範囲内であることができる。
また、前記体質顔料(D2)としては、例えば、クレー、カオリン、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、アルミナホワイト等が挙げられ、なかでも、硫酸バリウム、タルクを好適に使用することができる。
なかでも、上記体質顔料(D2)として、平均一次粒子径が1μm以下の硫酸バリウム、さらに好ましくは平均一次粒子径が0.01〜0.8μmの範囲内である硫酸バリウムを含有することが、平滑性に優れ、後記の水性第2着色塗料(Y)が光輝性顔料(D3)を含有する塗料である場合に、フリップフロップ性が高く、メタリックムラの少ない優れた外観を有する複層塗膜を得られるため好適である。
なお、本発明における硫酸バリウムの平均一次粒子径は、硫酸バリウムを走査型電子顕微鏡で観察し、電子顕微鏡写真上に無作為に引いた直線上にある硫酸バリウム20個の最大径を平均した値である。
水性第1着色塗料(X)が上記体質顔料(D2)を含有する場合、該体質顔料(D2)の配合量は、水性第1着色塗料(X)中のアクリル樹脂(A)、架橋剤(B)ならびにウレタン樹脂エマルション(C)の合計固形分100質量部を基準として、通常1〜300質量部、好ましくは5〜200質量部、さらに好ましくは10〜150質量部の範囲内であることができる。
また、前記光輝性顔料(D3)としては、例えば、アルミニウム(蒸着アルミニウムを含む)、銅、亜鉛、真ちゅう、ニッケル、酸化アルミニウム、雲母、酸化チタン及び/又は酸化鉄で被覆された酸化アルミニウム、酸化チタン及び/又は酸化鉄で被覆された雲母、ガラスフレーク、ホログラム顔料等を挙げることができ、これらの光輝性顔料(D3)は、単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。アルミニウム顔料には、ノンリーフィング型アルミニウムとリーフィング型アルミニウムがあるが、いずれも使用できる。
水性第1着色塗料(X)が上記光輝性顔料(D3)を含有する場合、該光輝性顔料(D3)の配合量は、水性第1着色塗料(X)中のアクリル樹脂(A)、架橋剤(B)ならびにウレタン樹脂エマルション(C)の合計固形分100質量部を基準として、通常1〜50質量部、好ましくは2〜30質量部、さらに好ましくは3〜20質量部の範囲内であることができる。
水性第1着色塗料(X)は、耐タレ性及び耐ワキ性向上の観点から、さらに、疎水性溶媒(E)を含有することが好ましい。
該疎水性溶媒(E)としては、20℃において、100gの水に溶解する質量が10g以下、好ましくは5g以下、より好ましくは1g以下の有機溶媒であるのが望ましい。かかる有機溶媒としては、例えば、ゴム揮発油、ミネラルスピリット、トルエン、キシレン、ソルベントナフサ等の炭化水素系溶媒;1−ヘキサノール、1−オクタノール、2−オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、1−デカノール、ベンジルアルコール、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノn−ブチルエーテル、トリプロピ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2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル等のアルコール系溶媒;酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸イソアミル、酢酸メチルアミル、酢酸エチレングリコールモノブチルエーテル等のエステル系溶媒;メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、エチルn−アミルケトン、ジイソブチルケトン等のケトン系溶媒を挙げることができる。これらは、単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
疎水性溶媒(E)としては、得られる塗膜の平滑性の観点から、アルコール系疎水性溶媒を用いることが好ましい。なかでも、炭素数7〜14のアルコール系疎水性溶媒が好ましく、1−オクタノール、2−オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノn−ブチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルコール系疎水性溶媒がさらに好ましい。
水性第1着色塗料(X)が上記疎水性溶媒(E)を含有する場合、該疎水性溶媒(E)の配合量は、アクリル樹脂(A)、架橋剤(B)ならびにウレタン樹脂エマルション(C)の合計固形分100質量部を基準として、2〜40質量部であるのが好ましく、5〜35質量部であるのがより好ましく、10〜30質量部であるのが更に好ましい。
また、水性第1着色塗料(X)は、必要に応じて、増粘剤、紫外線吸収剤、光安定剤、硬化触媒、消泡剤、可塑剤、上記疎水性溶媒(E)以外の有機溶剤、表面調整剤、沈降防止剤等の塗料用添加剤を含有することができる。
上記増粘剤としては、例えば、ケイ酸塩、金属ケイ酸塩、モンモリロナイト、コロイド状アルミナ等の無機系増粘剤;(メタ)アクリル酸と(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体、ポリアクリル酸ソーダ等のポリアクリル酸系増粘剤;1分子中に親水性部分と疎水性部分を有し、水性媒体中において、該疎水性部分が塗料中の顔料又はエマルション粒子の表面に吸着したり、該疎水性部分同士が会合したりすることにより効果的に増粘作用を示す会合型増粘剤;カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系増粘剤;カゼイン、カゼイン酸ソーダ、カゼイン酸アンモニウム等のタンパク質系増粘剤;アルギン酸ソーダ等のアルギン酸系増粘剤;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルベンジルエーテル共重合体等のポリビニル系増粘剤;プルロニックポリエーテル、ポリエーテルジアルキルエステル、ポリエーテルジアルキルエーテル、ポリエーテルエポキシ変性物等のポリエーテル系増粘剤;ビニルメチルエーテル−無水マレイン酸共重合体の部分エステル等の無水マレイン酸共重合体系増粘剤;ポリアマイドアミン塩等のポリアマイド系増粘剤等が挙げられる。これらの増粘剤は、それぞれ単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
上記ポリアクリル酸系増粘剤としては、市販品を使用できる。市販品の商品名として、例えば、ロームアンドハース社製の「プライマルASE−60」、「プライマルTT−615」、「プライマルRM−5」、サンノプコ社製の「SNシックナー613」、「SNシックナー618」、「SNシックナー630」、「SNシックナー634」、「SNシックナー636」等が挙げられる。また、上記会合型増粘剤としては、市販品を使用できる。市販品の商品名として、例えば、ADEKA社製の「UH−420」、「UH−450」、「UH−462」、「UH−472」、「UH−540」、「UH−752」、「UH−756VF」、「UH−814N」、ロームアンドハース社製の「プライマルRM−8W」、「プライマルRM−825」、「プライマルRM−2020NPR」、「プライマルRM−12W」、「プライマルSCT−275」、サンノプコ社製の「SNシックナー612」、「SNシックナー621N」、「SNシックナー625N」、「SNシックナー627N」、「SNシックナー660T」等が挙げられる。
上記増粘剤としては、ポリアクリル酸系増粘剤及び/又は会合型増粘剤を用いるのが好ましく、会合型増粘剤を用いるのがより好ましく、末端に疎水基を有し、分子鎖中にウレタン結合を含有するウレタン会合型増粘剤を用いるのが更に好ましい。該ウレタン会合型増粘剤としては、市販品を使用できる。市販品の商品名として、例えば、ADEKA社製の「UH−420」、「UH−462」、「UH−472」、「UH−540」、「UH−752」、「UH−756VF」、「UH−814N」、サンノプコ社製の「SNシックナー612」、「SNシックナー621N」、「SNシックナー625N」、「SNシックナー627N」、「SNシックナー660T」等が挙げられる。
また、水性第1着色塗料(X)が、上記増粘剤を含有する場合、該増粘剤の配合量は、アクリル樹脂(A)、架橋剤(B)ならびにウレタン樹脂エマルション(C)の合計固形分100質量部に対して、0.01〜10質量部であるのが好ましく、0.02〜3質量部であるのがより好ましく、0.03〜2質量部であるのが更に好ましい。
水性第1着色塗料(X)は、アクリル樹脂(A)、架橋剤(B)ならびにウレタン樹脂エマルション(C)、並びに、必要に応じて、顔料(D)、疎水性溶媒(E)及びその他の塗料用添加剤を、公知の方法により、水性媒体中で、混合、分散することによって、調製することができる。また、水性媒体としては、脱イオン水又は脱イオン水と親水性有機溶媒の混合物を使用することができる。親水性有機溶媒としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル等を挙げることができる。
水性第1着色塗料(X)の固形分濃度は、通常、30〜70質量%であるのが好ましく、35〜60質量%であるのがより好ましく、40〜55質量%であるのが更に好ましい。
水性第1着色塗料(X)は、一液型塗料又は多液型塗料のいずれであっても良いが、貯蔵安定性の観点から必要に応じて、アクリル樹脂(A)及びウレタン樹脂エマルション(C)を含有する主剤と、架橋剤(B)を含有する硬化剤とからなる二液型塗料とすることができる。また、一般に、上記主剤が、さらに、顔料及び溶媒を含有し、上記硬化剤が、さらに、硬化触媒及び溶媒を含有することが好ましい。また、上記硬化剤は、さらに界面活性剤を含有してもよい。
塗装に際しては、必要に応じて水及び/又は有機溶剤等を添加して希釈し、適正粘度に調整することにより塗装することができる。
適正粘度は、塗料組成により異なるが、例えば、フォードカップ粘度計No.4を用いて調整した場合、20℃において、通常、20〜60秒程度、好ましくは25〜50秒程度の粘度である。
水性第1着色塗料(X)は、それ自体既知の方法、例えば、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装、回転霧化塗装、カーテンコート塗装等により被塗物上に塗装することができ、塗装の際、静電印加を行ってもよい。これらの内、エアスプレー塗装、回転霧化塗装等の方法が好ましい。また、かかる塗装方法は、所望の膜厚が得られるまで、1回ないし数回に分けて行うことができる。
水性第1着色塗料(X)の塗布量は、硬化膜厚として、通常、5〜40μm、好ましくは7〜30μm、さらに好ましくは10〜25μmとなる量であるのが好ましい。
水性第1着色塗料(X)自体の塗膜は、例えば、120〜170℃、特に130〜160℃で、10〜40分間程度加熱することにより硬化させることができる。加熱硬化は、それ自体既知の加熱手段、例えば、熱風炉、電気炉、赤外線誘導加熱炉等の乾燥炉を用いて行うことができる。
本発明は、水性第1着色塗料(X)から形成される第1着色塗膜が100%以下の水膨潤率及び300%以下の有機溶剤膨潤率を有することを特徴とする複層塗膜形成方法である。
本明細書において、水膨潤率及び水抽出率とは、以下のようにして測定される値のことをいう。
まず、イソプロパノールを用いて脱脂した50mm×90mmのブリキ板を秤量し、その重量をaとする。該ブリキ板の表面に、脱イオン水にて20℃におけるフォードカップNo.4による測定で30秒の塗装粘度に調整した水性第1着色塗料(X)を硬化膜厚で20μmとなるように自動塗装機で回転霧化方式により塗装する。空調(24℃、68%RH)されたブース内で3分間セッティングした後、80℃で3分間プレヒートを行い、プレヒート後の塗板重量を秤量し、その重量をbとする。その後、塗板を、20℃の脱イオン水に3分間浸漬する。脱イオン水から取り出した後、塗板の脱イオン水をウエスでふき取り、塗板重量を秤量し、その重量をcとする。その後、塗板を110℃で1時間乾燥させ、冷却後の塗板重量を秤量し、その重量をdとする。
以下の式(1)、(2)で算出される値を本明細書における水膨潤率、水抽出率と定義する。
水膨潤率(%)= ({(c−a)/(d−a)}−1)×100 (1)
水抽出率(%)= (1−{(d−a)/(b−a)})×100 (2)
また、本明細書において、有機溶剤膨潤率及び有機溶剤抽出率とは、以下のようにして測定される値のことをいう。
まず、イソプロパノールを用いて脱脂した50mm×90mmのブリキ板を秤量し、その重量をaとする。該ブリキ板の表面に、脱イオン水にて20℃におけるフォードカップNo.4による測定で30秒の塗装粘度に調整した水性第1着色塗料(X)を硬化膜厚で20μmとなるように自動塗装機で回転霧化方式により塗装する。空調(24℃、68%RH)されたブース内で3分間セッティングした後、80℃で3分間プレヒートを行い、プレヒート後の塗板重量を秤量し、その重量をbとする。その後、塗板を、20℃の有機溶剤に1分間浸漬する。有機溶剤から取り出した後、水性第1着色塗料の塗装面は拭き取らず、ウエス上に垂直に立てて表面に残った溶剤を30秒間ウエスに吸い込ませる。塗板重量を秤量し、その重量をcとする。その後、塗板を110℃で1時間乾燥させ、冷却後の塗板重量を秤量し、その重量をdとする。
なお、有機溶剤としては、3−エトキシエチルプロピオネート/ブタノールの70/30(質量部)混合溶剤を用いた。
以下の式(3)、(4)で算出される値を本明細書における有機溶剤膨潤率、有機溶剤抽出率と定義する。
有機溶剤膨潤率(%)= ({(c−a)/(d−a)}−1)×100 (3)
有機溶剤抽出率(%)= (1−{(d−a)/(b−a)})×100 (4)
上記水膨潤率が100%を超えると、第1着色塗膜と第2着色塗膜との混層により、仕上り外観が低下する場合がある。また、上記有機溶剤膨潤率が300%を超えると、第1着色塗膜層の微少な凹凸肌の形成により、仕上り外観が低下する場合がある。
第1着色塗膜において、該水膨潤率は100%以下、好ましくは60%以下、さらに好ましくは20%以下である。また、該有機溶剤膨潤率は300%以下、好ましくは250%以下、さらに好ましくは200%以下である。
工程(2)
以上に述べた工程(1)で形成される水性第1着色塗料(X)の塗膜(第1着色塗膜)上には、次いで、水性第2着色塗料(Y)が塗装される。
上記第1着色塗膜は、水性第2着色塗料(Y)を塗装する前に、塗膜が実質的に硬化しない加熱条件でプレヒート(予備加熱)、エアブロー等を行うことが好ましい。なお、本発明において、硬化塗膜とは、JIS K 5600−1−1に規定された硬化乾燥状態、すなわち、塗面の中央を親指と人差指とで強く挟んで、塗面に指紋によるへこみが付かず、塗膜の動きが感じられず、また、塗面の中央を指先で急速に繰り返しこすって、塗面にすり跡が付かない状態の塗膜である。一方、未硬化塗膜とは、塗膜が上記硬化乾燥状態に至っていない状態であって、JIS K 5600−1−1に規定された指触乾燥状態及び半硬化乾燥状態をも含むものである。
上記プレヒートの温度は、40〜120℃が好ましく、60〜100℃がより好ましく、70〜90℃が更に好ましい。プレヒートの時間は、30秒間〜15分間が好ましく、1〜12分間がより好ましく、2〜10分間が更に好ましい。また、上記エアブローは、通常、被塗物の塗装面に、常温又は25℃〜80℃の温度に加熱された空気を、30秒間〜15分間吹き付けることにより行うことができる。
第1着色塗膜は、水性第2着色塗料(Y)を塗装する前に、例えば、上記プレヒート、エアブロー等の手段により、塗膜の固形分含有率が通常60〜100質量%、特に80〜100質量%、さらに特に90〜100質量%の範囲内となるように調整することが好ましい。
ここで、塗膜の固形分含有率は以下の方法により測定することができる:
まず、被塗物上に水性第1着色塗料(X)を塗装すると同時に、予め質量(W1)を測定しておいたアルミホイル上にも水性第1着色塗料(X)を塗装する。続いて、塗装後、プレヒート等がされた該アルミホイルを水性第2着色塗料(Y)が塗装される直前に回収し、その質量(W2)を測定する。次に、回収したアルミホイルを110℃で60分間乾燥し、デシケーター内で室温まで放冷した後、該アルミホイルの質量(W3)を測定し、以下の式に従って固形分含有率を求める。
固形分含有率(質量%)={(W3−W1)/(W2−W1)}×100
第1着色塗膜上に塗装される水性第2着色塗料(Y)は、一般に、被塗物に優れた外観を付与することを目的とするものであって、例えば、カルボキシル基、水酸基等の架橋性官能基を有する、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の基体樹脂と、前記架橋剤(B)等の硬化剤からなる樹脂成分を、顔料、その他の添加剤と共に水に溶解ないし分散させて塗料化したものを使用することができる。なかでも、得られる複層塗膜の外観、耐水性等の観点から、基体樹脂として水酸基含有樹脂を使用し、架橋剤として上記メラミン樹脂(b−1)を使用する熱硬化型水性塗料を好適に用いることができる。
また、上記顔料としては、前記着色顔料(D1)、体質顔料(D2)、光輝性顔料(D3)等を使用することができる。なかでも、水性第2着色塗料(Y)が、上記顔料の少なくとも1種として着色顔料(D1)及び/又は光輝性顔料(D3)を含有することが好ましい。
上記着色顔料(D1)としては、例えば、前記水性第1着色塗料(X)の説明において例示した、酸化チタン、亜鉛華、カーボンブラック、モリブデンレッド、プルシアンブルー、コバルトブルー、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリン系顔料、スレン系顔料、ペリレン系顔料、ジオキサジン系顔料、ジケトピロロピロール系顔料等が挙げられる。
水性第2着色塗料(Y)が上記着色顔料(D1)を含有する場合、該着色顔料(D1)の配合量は、水性第2着色塗料(Y)中の樹脂固形分100質量部を基準として、通常、1〜150質量部、好ましくは3〜130質量部、さらに好ましくは5〜110質量部の範囲内であることが好適である。
上記光輝性顔料(D3)としては、例えば、前記水性第1着色塗料(X)の説明において例示した、アルミニウム(蒸着アルミニウムを含む)、銅、亜鉛、真ちゅう、ニッケル、酸化アルミニウム、雲母、酸化チタン及び/又は酸化鉄で被覆された酸化アルミニウム、酸化チタン及び/又は酸化鉄で被覆された雲母、ガラスフレーク、ホログラム顔料等を挙げることができる。なかでも、アルミニウム、酸化アルミニウム、雲母、酸化チタン及び/又は酸化鉄で被覆された酸化アルミニウム、酸化チタン及び/又は酸化鉄で被覆された雲母等を用いることが好ましく、アルミニウムを用いることが特に好ましい。上記光輝性顔料(D3)は単独でもしくは2種以上組合せて使用することができる。
また、上記光輝性顔料(D3)はりん片状であることが好ましい。また、該光輝性顔料(D3)としては、長手方向寸法が1〜100μm、特に5〜40μm、厚さが0.001〜5μm、特に0.01〜2μmの範囲内にあるものが適している。
水性第2着色塗料(Y)が上記光輝性顔料(D3)を含有する場合、該光輝性顔料(D3)の配合量は、水性第2着色塗料(Y)中の樹脂固形分100質量部を基準として、通常、1〜50質量部、好ましくは2〜30質量部、さらに好ましくは3〜20質量部の範囲内であることが好適である。
また、水性第2着色塗料(Y)は、前記疎水性溶媒(E)を含有することが好ましい。疎水性溶媒(E)としては、得られる塗膜の光輝感に優れる観点から、アルコール系疎水性溶媒を用いることが好ましい。なかでも、炭素数7〜14のアルコール系疎水性溶媒、例えば、1−オクタノール、2−オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノn−ブチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルコール系疎水性溶媒がさらに好ましい。
水性第2着色塗料(Y)が、疎水性溶媒(E)を含有する場合、その配合量は、水性第2着色塗料(Y)中の樹脂固形分100質量部を基準として、2〜70質量部、好ましくは11〜60質量部、さらに好ましくは16〜50質量部の範囲内であることが好適である。
また、水性第2着色塗料(Y)は、さらに必要に応じて、硬化触媒、増粘剤、紫外線吸収剤、光安定剤、消泡剤、可塑剤、有機溶剤、表面調整剤、沈降防止剤等の通常の塗料用添加剤を含有することができる。これらの塗料用添加剤は、単独でもしくは2種以上組合せて使用することができる。
水性第2着色塗料(Y)は、それ自体既知の方法、例えば、エアスプレー、エアレススプレー、回転霧化塗装機等により塗装することができ、塗装の際、静電印加を行ってもよい。塗装膜厚は、通常、硬化膜厚で5〜30μm、好ましくは8〜25μm、さらに好ましくは10〜20μmの範囲内とすることができる。
工程(3)
本発明の複層塗膜形成方法においては、上記工程(2)で形成される水性第2着色塗料(Y)の塗膜(第2着色塗膜)上に、クリヤ塗料(Z)が塗装される。
上記第2着色塗膜は、クリヤ塗料(Z)を塗装する前に、塗膜が実質的に硬化しない加熱条件で前記プレヒート、エアブロー等を行うことが好ましい。プレヒートの温度は、40〜100℃が好ましく、50〜90℃がより好ましく、60〜80℃が更に好ましい。プレヒートの時間は、30秒間〜15分間が好ましく、1〜10分間がより好ましく、2〜5分間が更に好ましい。また、上記エアブローは、通常、被塗物の塗装面に、常温又は25℃〜80℃の温度に加熱された空気を、30秒間〜15分間吹き付けることにより行うことができる。
第2着色塗膜は、クリヤ塗料(Z)を塗装する前に、必要に応じて、上記プレヒート、エアブロー等を行うことにより、塗膜の固形分含有率が通常70〜100質量%、好ましくは80〜100質量%、さらに好ましくは90〜100質量%の範囲内となるように調整することが好適である。
クリヤ塗料(Z)としては、自動車車体等の塗装用として公知の熱硬化性クリヤ塗料組成物をいずれも使用できる。該熱硬化性クリヤ塗料組成物としては、例えば、架橋性官能基を有する基体樹脂及び架橋剤を含有する有機溶剤型熱硬化性塗料組成物、水性熱硬化性塗料組成物、粉体熱硬化性塗料組成物等を挙げることができる。
上記基体樹脂が有する架橋性官能基としては、例えば、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、シラノール基等を挙げることができる。基体樹脂の種類としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。架橋剤としては、例えば、ポリイソシアネート化合物、ブロック化ポリイソシアネート化合物、メラミン樹脂、尿素樹脂、カルボキシル基含有化合物、カルボキシル基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂、エポキシ基含有化合物等を挙げることができる。
クリヤ塗料(Z)の基体樹脂/架橋剤の組合せとしては、カルボキシル基含有樹脂/エポキシ基含有樹脂、水酸基含有樹脂/ポリイソシアネート化合物、水酸基含有樹脂/ブロック化ポリイソシアネート化合物、水酸基含有樹脂/メラミン樹脂等が好ましい。
また、上記クリヤ塗料(Z)は、一液型塗料であってもよいし、二液型ウレタン樹脂塗料等の多液型塗料であってもよい。
また、上記クリヤ塗料(Z)には、必要に応じて、透明性を阻害しない程度に着色顔料(D1)、光輝性顔料(D3)、染料等を含有させることができ、さらに体質顔料(D2)、紫外線吸収剤、光安定剤、消泡剤、増粘剤、防錆剤、表面調整剤等を適宜含有せしめることができる。
クリヤ塗料(Z)は、水性第2着色塗料(Y)の塗膜面に、それ自体既知の方法、例えば、エアレススプレー、エアスプレー、回転霧化塗装機等により塗装することができ、塗装の際、静電印加を行ってもよい。クリヤ塗料(Z)は、通常、硬化膜厚で20〜80μm、好ましくは25〜60μm、より好ましくは30〜50μmの範囲内になるように塗装することができる。
また、クリヤ塗料(Z)の塗装後は、必要に応じて、室温で1〜60分間程度のインターバルをおいたり、50〜110℃程度で1〜30分間程度プレヒートすることができる。
工程(4)
本発明の複層塗膜形成方法においては、上記工程(1)〜(3)で形成される未硬化の第1着色塗膜、未硬化の第2着色塗膜及び未硬化のクリヤ塗膜が、同時に加熱硬化せしめられる。
上記第1着色塗膜、第2着色塗膜及びクリヤ塗膜の硬化は、通常の塗膜の焼付手段、例えば、熱風加熱、赤外線加熱、高周波加熱等により行うことができる。加熱温度は、80〜180℃が好ましく、110〜170℃がより好ましく、130〜160℃がさらに好ましい。また加熱時間は、10〜90分間が好ましく、15〜60分間がより好ましい。この加熱により、第1着色塗膜、第2着色塗膜及びクリヤ塗膜の3層からなる複層塗膜を同時に硬化させることができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下、「部」及び「%」はいずれも質量基準によるものとし、また、塗膜の膜厚は硬化塗膜に基くものである。
水酸基含有アクリル樹脂の製造
製造例1
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に、プロピレングリコールモノプロピルエーテル30部を仕込み85℃に昇温後、当該溶媒に、スチレン10部、メチルメタクリレート30部、2−エチルヘキシルアクリレート15部、n−ブチルアクリレート11.5部、2−ヒドロキシエチルアクリレート30部、アクリル酸3.5部、プロピレングリコールモノプロピルエーテル10部及び2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)2部の混合物を4時間かけて滴下し、滴下終了後1時間熟成した。その後、反応生成物に、さらに、プロピレングリコールモノプロピルエーテル5部及び2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)1部の混合物を1時間かけてフラスコに滴下し、滴下終了後1時間熟成した。さらに2−(ジメチルアミノ)エタノール3.03部を加え、脱イオン水を徐々に添加することにより、固形分濃度40%の水酸基含有アクリル樹脂溶液(A−1)を得た。得られた水酸基含有アクリル樹脂の酸価は27mgKOH/g、重量平均分子量は約6万、水酸基価は145mgKOH/gであった。
製造例2
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に脱イオン水130部、「アクアロンKH−10」(商品名、第一工業製薬株式会社製、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩エステルアンモニウム塩、有効成分97%)0.52部を仕込み、窒素気流中で撹拌混合し、80℃に昇温した。次いで下記のモノマー乳化物(1)のうちの全量の1%量及び6%過硫酸アンモニウム水溶液5.3部を反応容器内に導入し80℃で15分間保持した。次いで、残りのモノマー乳化物(1)を3時間かけて、同温度に保持した反応容器内に滴下した。滴下終了後、1時間熟成した。
次いで、下記のモノマー乳化物(2)を1時間かけて滴下した。1時間熟成した後、5% 2−(ジメチルアミノ)エタノール水溶液40部を反応容器に徐々に加えながら30℃まで冷却し、100メッシュのナイロンクロスで濾過することにより、濾液として、平均粒子径100nm(サブミクロン粒度分布測定装置「COULTER N4型」(ベックマン・コールター社製)を用いて、脱イオン水で希釈して20℃で測定した。)、固形分濃度30%の水酸基含有アクリル樹脂分散液(A−2)を得た。得られた水酸基含有アクリル樹脂の酸価は25.3mgKOH/g、水酸基価は19.2mgKOH/gであった。
モノマー乳化物(1):脱イオン水46.2部、「アクアロンKH−10」0.79部、メチレンビスアクリルアミド2.3部、スチレン3.1部、メチルメタクリレート11部、エチルアクリレート11部及びn−ブチルアクリレート49.6部を混合攪拌して、モノマー乳化物(1)を得た。
モノマー乳化物(2):脱イオン水13.8部、「アクアロンKH−10」0.24部、過硫酸アンモニウム0.02部、メタクリル酸3.9部、2−ヒドロキシエチルアクリレート3.9部、スチレン2.3部、メチルメタクリレート4.6部、エチルアクリレート1.4部及びn−ブチルアクリレート6.9部を混合攪拌して、モノマー乳化物(2)を得た。
製造例3
上記製造例2で、モノマー乳化物(2)を下記モノマー乳化物(3)に変更する以外は製造例2と同様にして、合成することにより、平均粒子径120nm、固形分濃度30%の水酸基含有アクリル樹脂分散液(A−3)を得た。得られた水酸基含有アクリル樹脂の酸価は12.3mgKOH/g、水酸基価は19.2mgKOH/gであった。
モノマー乳化物(3):脱イオン水13.8部、「アクアロンKH−10」0.24部、過硫酸アンモニウム0.02部、メタクリル酸1.9部、2−ヒドロキシエチルアクリレート3.9部、スチレン2.3部、メチルメタクリレート6.6部、エチルアクリレート1.4部及びn−ブチルアクリレート6.9部を混合攪拌して、モノマー乳化物(3)を得た。
製造例4
上記製造例2で、モノマー乳化物(2)を下記モノマー乳化物(4)に変更する以外は製造例2と同様にして、合成することにより、平均粒子径200nm、固形分濃度30%の水酸基含有アクリル樹脂分散液(A−4)を得た。得られた水酸基含有アクリル樹脂の酸価は5mgKOH/g、水酸基価は19.2mgKOH/gであった。
モノマー乳化物(4):脱イオン水13.8部、「アクアロンKH−10」0.24部、過硫酸アンモニウム0.02部、メタクリル酸0.8部、2−ヒドロキシエチルアクリレート3.9部、スチレン2.3部、メチルメタクリレート7.7部、エチルアクリレート1.4部及びn−ブチルアクリレート6.9部を混合攪拌して、モノマー乳化物(4)を得た。
製造例5
製造例5−1
ウレア基含有重合性不飽和モノマー(S−1−1)の合成
攪拌機、温度計、乾燥管及び滴下ロートを付けた四つ口フラスコにテトラヒドロフラン40部及び 2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート52.9部を仕込み、15℃に降温した。次いで攪拌しながら20℃以下を維持しながらエチルアミンの37.8%メタノール溶液37部を1時間かけて滴下し、さらに攪拌下室温で2時間保持した。その後、60℃に昇温し、減圧下、脱溶剤を行なうことにより、エチルウレア基含有重合性不飽和モノマー(S−1−1)(有効成分100%)を得た。
製造例5−2
温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器に脱イオン水130部、「アクアロンKH−10」(商品名、第一工業製薬株式会社製、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩エステルアンモニウム塩、有効成分97%)0.52部を仕込み、窒素気流中で撹拌混合し、80℃に昇温した。
次いで下記のモノマー乳化物(5)のうちの全量の1%量及び6%過硫酸アンモニウム水溶液5.3部とを反応容器内に導入し80℃で15分間保持した。
その後、残りのモノマー乳化物(5)を3時間かけて、同温度に保持した反応容器内に滴下し、滴下終了後1時間熟成を行なった。
その後、下記のモノマー乳化物(6)を1時間かけて滴下し、1時間熟成した後、5% 2−(ジメチルアミノ)エタノール水溶液40部を反応容器に徐々に加えながら30℃まで冷却し、平均粒子径138nm(サブミクロン粒度分布測定装置「COULTER N4型」(ベックマン・コールター社製)を用いて、脱イオン水で希釈し20℃で測定した。)、固形分濃度30%の水酸基含有アクリル樹脂分散液(A−5)を得た。得られた水酸基含有アクリル樹脂は、水酸基価が9.4mgKOH/g、酸価が14.3mgKOH/gであった。
モノマー乳化物(5):脱イオン水46.2部、「アクアロンKH−10」0.79部、n−ブチルアクリレート10.0部、メチルメタクリレート52.4部、エチルアクリレート11.6部及びエチレングリコールジメタクリレート3.08部を混合攪拌して、モノマー乳化物(5)を得た。(コアモノマートータル77部)
モノマー乳化物(6):脱イオン水13.8部、「アクアロンKH−10」0.24部、過硫酸アンモニウム0.03部、エチルウレア基含有重合性不飽和モノマー(S−1−1)6.9部、スチレン2.99部、n−ブチルアクリレート4.37部、メチルメタクリレート4.37部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2.19部及びメタクリル酸2.19部を混合攪拌して、モノマー乳化物(6)を得た(シェルモノマートータル23部)。
ウレタン樹脂エマルションの製造
製造例6
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器及び水分離器を備えた反応容器にPLACCEL−205(ポリカプロラクトンジオール、ダイセル化学工業社製)61.9部、ジメチロールプロピオン酸5.8部を仕込み、内容物を撹拌しながら80℃まで加熱した。80℃に達した後、32.4部のイソホロンジイソシアネートを1時間かけて滴下した。その後、N−メチルピロリドン29.9部を添加した後、更に80℃で熟成し、ウレタン化反応を行なった。イソシアネート価が3.0以下になったら加熱をやめ、70℃でトリエチルアミン2.75部を加えた。
次いで50℃を維持した状態で脱イオン水200部を1時間かけて滴下し、水分散を行うことによりウレタン樹脂エマルション(C−1)を得た。
得られたウレタン樹脂エマルション(C−1)は、固形分30%、ウレタン結合量1.46mmol、酸価21.8mgKOH/gで、動的光散乱法により測定した粒子径は77nmであった。
製造例7〜18
第1表に示す配合で製造例6と同様に合成することにより、各ウレタン樹脂エマルション(C−2)〜(C−13)を得た。
なお、表中の(*1)〜(*6)は以下の意味を有する。
(*1)PLIPOL:PLIPOL2033、脂肪酸由来ダイマージオール(エステル結合を有するポリオール)、分子量540、CRODA社製
(*2)UMCARB:1,4−シクロヘキサンジメタノールと1,6−ヘキサンジオールの混合(3/1)ポリカーボネートジオール、分子量900、宇部興産社製
(なお、上記(*1)PLIPOL及び(*2)UMCARBは、いずれも炭素数6以上の炭化水素基を有する化合物を50質量%以上含有する構成成分を反応させることにより得られる疎水ジオールである。)
(*3)DMPA:ジメチロールプロピオン酸
(*4)1,4−BD:1,4−ブタンジオール
(*5)HMDI:ヘキサメチレンジイソシアネート
(*6)IPDI:イソホロンジイソシアネート
(*7)水添MDI:ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート
水酸基及びカルボキシル基含有ポリエステル樹脂の製造(比較例用)
製造例19
温度計、サーモスタット、撹拌装置、還流冷却器及び水分離器を備えた反応容器に、アジピン酸88部、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物536部、イソフタル酸199部、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール288部、ネオペンチルグリコール95部、1,4−シクロへキサンジメタノール173部及びトリメチロールプロパン287部を仕込み、160℃から230℃まで3時間かけて昇温させた後、縮合水を水分離器により留去させながら230℃で保持し、酸価が5mgKOH/g以下となるまで反応させた。この反応生成物に、無水トリメリット酸86部を添加し、170℃で30分間付加反応を行なった後、50℃以下に冷却し、2−(ジメチルアミノ)エタノールを酸基に対して0.9当量添加し中和してから、脱イオン水を徐々に添加することにより、固形分濃度45%、pH7.2の水酸基及びカルボキシル基含有ポリエステル樹脂の水分散液(A−6)を得た。得られた水酸基及びカルボキシル基含有ポリエステル樹脂の水酸基価は110mgKOH/g、酸価は33mgKOH/g、数平均分子量は2050であった。
水性第1着色塗料(X)の製造
製造例20
製造例1で得た水酸基含有アクリル樹脂溶液(A−1)25.5部(樹脂固形分10.2部)、ルチル型二酸化チタン(D1−1)(商品名「JR−806」テイカ株式会社製)87部、カーボンブラック(D1−2)(商品名「カーボンMA−100」三菱化学株式会社製)0.8部及び脱イオン水43部を混合し、2−(ジメチルアミノ)エタノールでpH8.0に調整した後、ペイントシェーカーで30分間分散させて顔料分散ペーストを得た。
次に、得られた顔料分散ペースト156部、製造例2で得た水酸基含有アクリル樹脂分散液(A−2)116.7部、製造例5で得たウレタン樹脂エマルション(C−1)133.3部及びメラミン樹脂(B−1)(イミノ基含有メチルエーテル化メラミン樹脂、重量平均分子量800、固形分70%)21.4部を均一に混合した。
次いで、得られた混合物にASE−60(アルカリ膨潤型増粘剤、商品名、ロームアンドハース社製)、2−(ジメチルアミノ)エタノール及び脱イオン水を添加し、pH8.2、塗料固形分44%、20℃におけるフォードカップNo.4による粘度30秒の水性第1着色塗料(X−1)を得た。また、得られた水性第1着色塗料(X−1)の、硬化膜厚が20μmとなるように塗装し、80℃で3分間加熱した後の塗膜の水膨潤率は63%、有機溶剤(3−エトキシエチルプロピオネート/ブタノールの70/30(質量部)混合溶剤)膨潤率は229%であった。
製造例21〜39
アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ブロック化ポリイソシアネート化合物及びウレタン樹脂として、以下の第2表に示す原材料を用い、第2表に示す配合で製造例20と同様に調整することにより、pH8.2、塗料固形分44%、20℃におけるフォードカップNo.4による粘度30秒の各水性第1着色塗料(X−2)〜(X−20)を得た。ブロック化ポリイソシアネート化合物(B−3)は、デスモジュールBL3475(マロン酸ジエチルブロックヘキサメチレンジイソシアネート、バイエル社製)である。
なお、第2表に示す配合は固形分配合である。
水性第2着色塗料(Y)用ポリエステル樹脂の製造
製造例40
温度計、サーモスタット、攪拌装置、還流冷却器及び水分離器を備えた反応容器に、トリメチロールプロパン109部、1,6−ヘキサンジオール141部、ヘキサヒドロ無水フタル酸126部及びアジピン酸120部を仕込み、160℃〜230℃の間を3時間かけて昇温させた後、230℃で4時間縮合反応させた。次いで、得られた縮合反応生成物にカルボキシル基を付加するために、さらに無水トリメリット酸38.3部を加え、170℃で30分間反応させた後、2−エチル−1−ヘキサノールで希釈し、固形分濃度70%であるポリエステル樹脂溶液を得た。得られたポリエステル樹脂は、酸価が46mgKOH/g、水酸基価が150mgKOH/g、重量平均分子量が6400であった。
光輝性顔料分散液の製造例
製造例41
攪拌混合容器内において、アルミニウム顔料ペースト(商品名「GX−180A」旭化成メタルズ株式会社製、金属含有量74%)19部、2−エチル−1−ヘキサノール35部、リン酸基含有樹脂溶液(注1)8部及び2−(ジメチルアミノ)エタノール0.2部を均一に混合して、光輝性顔料分散液を得た。
(注1)リン酸基含有樹脂溶液:温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器にメトキシプロパノール27.5部、イソブタノール27.5部の混合溶剤を入れ、110℃に加熱した。次いで、スチレン25部、n−ブチルメタクリレート27.5部、分岐高級アルキルアクリレート(商品名「イソステアリルアクリレート」大阪有機化学工業株式会社製)20部、4−ヒドロキシブチルアクリレート7.5部、リン酸基含有重合性モノマー(注2)15部、2−メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート12.5部、イソブタノール10部、t−ブチルパーオキシオクタノエート4部からなる混合物121.5部を4時間かけて上記混合溶剤に加え、さらにt−ブチルパーオキシオクタノエート0.5部とイソプロパノール20部からなる混合物を1時間かけて滴下した。その後、1時間攪拌しながら熟成して固形分濃度50%のリン酸基含有樹脂溶液を得た。リン酸基含有樹脂のリン酸基による酸価は83mgKOH/g、水酸基価は29mgKOH/g、重量平均分子量は10,000であった。
(注2)リン酸基含有重合性モノマー:温度計、サーモスタット、撹拌器、還流冷却器、窒素導入管及び滴下装置を備えた反応容器にモノブチルリン酸57.5部及びイソブタノール41部を入れ、90℃に昇温した後、グリシジルメタクリレート42.5部を2時間かけて滴下した。その後、さらに1時間攪拌しながら熟成した後、イソプロパノール59部を加えて、固形分濃度50%のリン酸基含有重合性モノマー溶液を得た。得られたモノマーのリン酸基による酸価は285mgKOH/gであった。
水性第2着色塗料(Y)の製造
製造例42
製造例2で得た水酸基含有アクリル樹脂分散液(A−2)100部(固形分30部)、製造例40で得たポリエステル樹脂溶液57部(固形分40部)、製造例41で得た光輝性顔料分散液62部(樹脂固形分4部)及びメラミン樹脂(商品名「サイメル325」日本サイテックインダストリーズ株式会社製、固形分80%)37.5部(固形分30部)を均一に混合し、更に、ポリアクリル酸系増粘剤(商品名「プライマルASE−60」ロームアンドハース社製)、2−(ジメチルアミノ)エタノール及び脱イオン水を加えてpH8.0、塗料固形分25%、20℃におけるフォードカップNo.4による粘度40秒の水性第2着色塗料(Y−1)を得た。
試験板の作製
製造例20〜39で得た水性第1着色塗料(X−1)〜(X−20)、及び製造例42で得た水性第2着色塗料(Y−1)を用いて、以下のようにしてそれぞれ試験板を作製し、評価試験を行なった。
(試験用被塗物の作製)
リン酸亜鉛化成処理を施した冷延鋼板に、カチオン電着塗料(商品名「エレクロンGT−10」関西ペイント社製)を硬化膜厚20μmとなるように電着塗装し、170℃で30分間加熱して硬化させて試験用被塗物とした。
実施例1
上記試験用被塗物に、前記製造例20で得た水性第1着色塗料(X−1)を回転霧化型の静電塗装機を用いて、硬化膜厚20μmとなるように静電塗装し、3分間放置後、80℃で3分間プレヒートを行なった。次いで、該未硬化の第1着色塗膜上に製造例42で得た水性第2着色塗料(Y−1)を回転霧化型の静電塗装機を用いて、硬化膜厚15μmとなるように静電塗装し、5分間放置後、80℃で3分間プレヒートを行なった。次いで、該未硬化の第2着色塗膜上にアクリル樹脂系溶剤型上塗クリヤ塗料(商品名「マジクロンKINO−1210」関西ペイント株式会社製、以下「クリヤ塗料(Z−1)」ということがある、なお、クリヤ塗料(Z−1)の含有溶剤組成(質量比)は、ソルベッソ100/ソルベッソ150/3−エトキシエチルプロピオネート/ブタノール/DBE(グルタル酸ジメチル、コハク酸ジメチル及びアジピン酸ジメチルの混合溶剤、DuPont社製)=42/23/20/7.5/7.5である。)を硬化膜厚35μmとなるように静電塗装し、7分間放置した後、140℃で30分間加熱して、第1着色塗膜、第2着色塗膜及びクリヤ塗膜からなる該複層塗膜を硬化させることにより試験板を作製した。
実施例2〜15及び比較例1〜5
実施例1において、製造例20で得た水性第1着色塗料(X−1)を下記第3表に示す水性第1着色塗料(X−2)〜(X−20)のいずれかに変更する以外は、実施例1と同様にして各試験板を作製した。
評価試験
上記実施例1〜15及び比較例1〜5で得られた各試験板について、下記の試験方法により評価を行なった。評価結果を下記第3表に示す。
(試験方法)
平滑性:「Wave Scan DOI」(商品名、BYK Gardner社製)によって測定されるWc値を用いて評価した。Wc値は、1〜3mm程度の波長の表面粗度の振幅の指標であり、測定値が小さいほど塗面の平滑性が高いことを示す。
鮮映性:「Wave Scan DOI」(商品名、BYK Gardner社製)によって測定されるWa値を用いて評価した。Wa値は、0.1〜0.3mm程度の波長の表面粗度の振幅の指標であり、測定値が小さいほど塗面の鮮映性が高いことを示す。
耐チッピング性:飛石試験機(商品名「JA−400型」スガ試験機株式会社社製)の試片保持台に試験板を設置し、−20℃において、試験板から30cm離れた所から0.392MPa(4kgf/cm 2 )の圧縮空気により、粒度7号の花崗岩砕石50gを45度の角度で試験板に衝突させた。その後、得られた試験板を水洗して乾燥し、塗面に布粘着テープ(ニチバン株式会社製)を貼着した。そして、上記テープを剥離し、塗膜のキズの発生程度等を目視で観察し評価した。
○:キズの大きさが小さく、電着面及び素地の鋼板が露出していない
△:キズの大きさは小さいが、電着面又は素地の鋼板が露出している
×:キズの大きさはかなり大きく、素地の鋼板も大きく露出している。
自動車車体等の被塗物に対する塗装の場合、平滑性、鮮映性及び耐チッピング性が共に高いことが重要となる。従って、以下のように各試験の総合評価を行った:
総合評価:
○:Wcが15以下であり、Waが17以下であり、かつ耐チッピング性の評価が○である
△:Wcが15以下であり、Waが17以下であり、かつ耐チッピング性の評価が△である
×:Wcが15を超えるか、Waが17を超えるか、又は耐チッピング性の評価が×である。
各実施例及び比較例の第1着色塗膜の水膨潤率及び溶剤膨潤率とともに上記試験結果を下記第3表に示す。
比較例1〜3及び5は第1着色塗膜の水膨潤率が小さいが、平滑性Wcの値が大きい。これはクリヤ溶剤による第1着色塗膜の有機溶剤膨潤率が大きいためである。
比較例4は、第1着色塗膜の有機溶剤膨潤率が300%以下であるが、平滑性Wcの値が大きい。これは第1着色塗膜の水膨潤率が大きいためである。
第1着色塗膜の水膨潤率及び有機溶剤膨潤率がともに最小値である実施例15が最も良好な平滑性及び鮮映性を有していることがわかる。