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JP6163110B2 - 粉体混合塗料及び塗装部材 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の樹脂粉体塗料を混合してなる粉体混合塗料に関し、特に光沢度を幅広く調整することができる粉体混合塗料に関する。また、本発明は、この粉体混合塗料を使用して塗装した塗装建材などの塗装部材に関する。
長期間にわたる耐久性が求められるアルミニウム合金製建築外装用材料の表面仕上げには、溶剤系フッ素樹脂塗料が数多く採用されている。しかし、VOC排出による環境問題から、近年は、溶剤を含まない粉体塗料が注目されている。
粉体塗料を使用してアルミサッシ、アルミカーテンウォール、アルミ方立、アルミ門扉等のアルミ建材に塗装する方法としては、ポリエステル塗料とフッ素塗料をブレンドした粉体塗料を使用して静電塗装することによって塗膜を形成することが行われている(特許文献1〜3参照)。
粉体塗装塗膜の光沢度の調整の方法としては、粗粒子の体質顔料を添加する方法があるが(特許文献1参照)、この方法では、60°鏡面反射率(60°グロス)で50%以下にするのは困難であり、また多量の体質顔料の添加により、塗膜の物性の劣化が著しい。例えば、体質顔料を30重量%以上添加すると、塗膜が硬く脆くなり、外観不良や耐水性能、耐候性が著しく低下する。
特許文献2には、ポリエステル塗料を下地側にリッチに分布させ、フッ素塗料を膜表面側にリッチに分布させたポリエステル・フッ素樹脂塗膜が記載されているが、この方法では、光沢度は25〜40%と狭い範囲しか調整できない。
特許文献3には、相互に異なる種類の硬化剤と組み合わせられた2種類の含フッ素樹脂粒子をドライブレンドして60°鏡面光沢度を30〜60%の範囲に任意で調節する粉体塗料が記載されているが、この方法は、含フッ素樹脂と硬化剤との組み合わせによって光沢度を調整しているにすぎない。
特開昭61−19668号公報 特開2012−40503号公報 特開2003−183591号公報
本発明は、新規な方法で硬化塗膜表面の光沢度を広い範囲で調整することができる粉体塗料、及びこの粉体塗料を使用して塗装した塗装部材を提供することを目的とする。
本発明者は、かかる目的を達成するために鋭意検討した結果、2種類以上の樹脂粉体塗料を使用し、それらの塗料間で顔料体積濃度、顔料の種類、使用樹脂のSP値等を特定の範囲で異ならせることにより、塗料の好適な物性を得ながら広い範囲の光沢度を得ることができることを見出し、本発明の完成に至った。
即ち、本発明は以下の(1)〜(4)の構成を有するものである。
(1)顔料を含むフッ素樹脂粉体塗料と、顔料を含むポリエステル樹脂粉体塗料とを含む2種類以上の粉体塗料をドライブレンドしてなる粉体混合塗料であって、フッ素樹脂粉体塗料に含まれる顔料とポリエステル樹脂粉体塗料に含まれる顔料の種類が異なること、フッ素樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度がポリエステル樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度より5PVC%以上高いこと、及びフッ素樹脂とポリエステル樹脂の溶解度パラメータ(SP値)の差が1.0〜1.5であることを特徴とする粉体混合塗料。
(2)フッ素樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度が25PVC%以下であり、ポリエステル樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度が20PVC%以下であることを特徴とする(1)に記載の粉体混合塗料。
(3)粉体混合塗料が、フッ素樹脂粉体塗料を20〜40重量%含み、ポリエステル樹脂粉体塗料を80〜60重量%含むことを特徴とする(1)又は(2)に記載の粉体混合塗料。
(4)(1)〜(3)のいずれかに記載の粉体混合塗料を使用して静電塗装及び焼き付けを行なうことにより形成された塗膜を有することを特徴とする塗装部材。
本発明の粉体混合塗料によれば、顔料体積濃度が特定PVC%以上異なる樹脂粉体塗料を組み合わせているので、光沢度を幅広い範囲で調整することができる。
フッ素樹脂とポリエステル樹脂とでは、化学的な特性、特にSP値や溶融粘度の相違などに起因して、塗膜を形成する熱硬化過程の際の溶融時にフッ素樹脂成分の方が塗膜表面側に存在し易い。このため、フッ素樹脂粉体塗料とポリエステル樹脂粉体塗料との顔料体積濃度を異ならせることにより、加熱溶融時の粘性挙動が大きく変わり、硬化塗膜の表面粗さを調整することができる。表面粗さが大きい場合は、光の拡散反射により光沢度が低下し、表面粗さが小さい場合は、光の拡散反射により光沢度が増大する。従って、フッ素樹脂粉体とポリエステル樹脂粉体との配合割合及び各々の顔料体積濃度を調整することにより、塗膜の光沢度を幅広く調整することが可能となる。また、粉体塗料を構成する樹脂としてフッ素樹脂とポリエステル樹脂とを使用することにより、塗膜が耐久性の良好なものとなる。
本発明の粉体混合塗料は、顔料を含むフッ素樹脂粉体塗料と、顔料を含むポリエステル樹脂粉体塗料とを含む2種類以上の粉体塗料をドライブレンドしてなり、フッ素樹脂粉体塗料に含まれる顔料とポリエステル樹脂粉体塗料に含まれる顔料の種類が異なるものである。特に、本発明の粉体混合塗料は、フッ素樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度がポリエステル樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度より5PVC%以上高いこと、及びフッ素樹脂とポリエステル樹脂の溶解度パラメータ(SP値)の差が1.0〜1.5であることを特徴とする。
本発明で使用されるフッ素樹脂は、含フッ素モノマーを重合(又は共重合)して得られた含フッ素共重合体であり、常温で固体状の樹脂である。特に、軟化点が50〜150℃のものが好ましい。
含フッ素モノマーとしては、例えば、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ブロモトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ペンタフルオロプロピレン、ヘキサフルオロプロピレン、(パー)フルオロアルキルトリフルオロビニルエーテル〔(パー)フルオロアルキル基の炭素数は、1〜18個である〕等が代表的なものとして挙げられる。
フッ素樹脂には、上記の含フッ素モノマー以外の重合性モノマーを共重合させることができる。その重合性モノマーとしては、ビニルエーテル類、オレフィン類、アリルエーテル類、ビニルエステル類、アリルエステル類、(メタ)アクリル酸エステル類、クロトン酸エステル類等が挙げられる。
フッ素樹脂は、硬化剤等と反応する反応性部位を有していてもよく、上記含フッ素モノマーや重合性モノマーと共に反応性基含有モノマーとの共重合体であってもかまわない。その反応性基としては、水酸基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、ニトリル基、グリシジル基、イソシアネート基等の官能基が挙げられる。これらの中でも、水酸基を反応性基として使用することが、樹脂の安定性や溶融粘度の制御等の点から好ましい。
本発明で使用されるポリエステル樹脂は、カルボン酸と多価アルコールとを反応させたものであり、常温で固体状の樹脂である。特に、軟化点が100〜150℃のものが好ましい。
ポリエステル樹脂の製造に使用することのできるカルボン酸成分としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、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、セバチン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,2−オクタデカンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の多価カルボン酸、これらの多価カルボン酸の低級アルキルエステル及びその無水物、あるいはリンゴ酸、酒石酸、1,2−ヒドロキシステアリン酸、パラオキシ安息香酸等のヒドロキシカルボン酸等を挙げることができる。
また、ポリエステル樹脂の製造に使用することのできる多価アルコール成分としては、例えば、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、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、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、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、ネオペンチルグリコール、スピログリコール、1,10−デカンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール等を挙げることができる。
本発明で使用する顔料としては、粉体塗料で一般的に使用される着色顔料や体質顔料、光輝顔料、防錆顔料等が使用できる。
着色顔料としては、例えば、酸化チタン、黄色酸化鉄、チタン黄、ベンガラ等の無機系顔料や、シアニンブルー、シアニングリーン、パーマネントエローFGL、パーマネントレッドF5RK、カルバゾール、キナクリドンレッド、カーボンブラック等の有機顔料等を挙げることができる。
体質顔料としては、例えば、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカ、酸化亜鉛、タルク、アルミナ等を挙げることができる。
光輝顔料としては、例えば、アルミニウム粉顔料、ニッケル粉顔料、ステンレス粉顔料、銅粉、ブロンズ粉、金粉、銀粉、雲母顔料、グラファイト顔料、ガラスフレーク顔料、鱗片状酸化鉄顔料等を挙げることができる。
防錆顔料としては、例えば、縮合リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、縮合リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、亜リン酸アルミニウム、亜リン酸亜鉛、亜リン酸カルシウム、モリブデン酸亜鉛、モリブデン酸カルシウム、モリブデン酸マンガン等を挙げることができる。
本発明においては、フッ素樹脂粉体塗料に含まれる顔料とポリエステル樹脂粉体塗料に含まれる顔料の種類が異なる。このように種類の異なる顔料を使用することにより、同一の種類の顔料を使用する場合と比較して、フッ素樹粉体塗料とポリエステル樹脂粉体塗料の粘性挙動の差を大きくすることができる。
また、本発明においては、フッ素樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度(PVC%値)をポリエステル樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度(PVC%値)より5PVC%以上、好ましくは15〜20PVC%高くすることが特徴である。このように両粉体塗料中の顔料体積濃度を異ならせ、さらにフッ素樹脂粉体塗料とポリエステル樹脂粉体塗料との配合割合及び各々の顔料体積濃度を調整することにより、塗膜の光沢度を幅広く調整することができる。また、従来技術では達成不可能であった、光沢度25以下の低光沢度で外観が良好な塗膜を得ることができる。
なお、顔料体積濃度(PVC%)は、次式によって求めることができる。
顔料体積濃度=(顔料の重量(g)/顔料の密度(g/cm))/(顔料の重量(g)/顔料の密度(g/cm)+樹脂の重量(g)/樹脂の密度(g/cm)+その他の成分の重量(g)/その他成分の密度(g/cm))
本発明においては、フッ素樹脂粉体塗料中の顔料体積濃度は6〜25PVC%程度であることが好ましく、ポリエステル樹脂粉体塗料中の顔料体積濃度は1〜20PVC%程度であることが好ましい。顔料体積濃度が過度に低いと、着色効果及び光沢度調整効果が乏しくなるおそれがあり、顔料体積濃度が過度に高いと、塗膜の特性が低下するおそれがある。
本発明においては、フッ素樹脂とポリエステル樹脂の溶解度パラメーター(SP値)の差が、1.0〜1.5である。各樹脂のSP値の差が1.0未満の場合、溶融・硬化し塗膜を形成したときにフッ素樹脂とポリエステル樹脂が相溶化する傾向にあり上層・下層のような層分離が起こりにくく、SP値の差が1.5を超えると、層分離は起こるものの上層と下層の間での層間剥離や外観不良が懸念される。
本発明においては、樹脂のSP値の算出は、以下のようにして行う。
樹脂をテトラヒドロフラン(THF)に溶解して2.5重量%溶液とし、その溶液の一定量を分取してその体積をVTHF(ml)とし、それにヘキサン(Hexane)とイオン交換水(Water)でそれぞれ滴定を行い、白濁した時点の滴下量(ml)のVHexane及びVWaterをそれぞれ下記の式(1)、(2)に代入して、SPnとSPhをそれぞれ算出する。次に、得られたSPnとSPhを、式(3)に代入してSP値を求める。
SPn=(SPTHF×VTHF+SPHexane×VHexane)/(VTHF+VHexane)・・・(1)
SPh=(SPTHF×VTHF+SPWater×VWater)/(VTHF+VWater)・・・(2)
SP=10^((logSPn+logSPh)/2)・・・(3)
(ただし、SPTHF=9.5、SPHexane=7.2、SPWater=23.4)
本発明の粉体混合塗料は、フッ素樹脂粉体塗料を20〜40重量%含み、ポリエステル樹脂粉体塗料を80〜60重量%含むことが好ましい。
本発明の粉体混合塗料は、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、及び顔料の成分に加えて、エポキシ樹脂をさらに含有することができる。このエポキシ樹脂は基材との密着性を向上させるためのものであり、その添加量は、1〜5重量部であることが好ましい。
本発明で使用されるエポキシ樹脂は、常温で固体状の樹脂であり、特に軟化点が、50〜150℃のものが好ましい。このようなエポキシ樹脂としては、従来からエポキシ樹脂粉体塗料の製造に使用されているエポキシ樹脂を使用することができる。
具体的には、例えば、ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル樹脂や、ビスフェノールF型ジグリシジルエーテル樹脂、アミノグリシジルエーテル樹脂、ビスフェノールAD型ジグリシジルエーテル樹脂、ビスフェノールZ型ジグリシジルエーテル樹脂、O−クレゾールノボラックエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、ビフェノールグリシジルエーテル樹脂、シクロペンタジエン骨格エポキシ樹脂、ナフタレン骨格エポキシ樹脂、GMAアクリル樹脂等、もしくはこれらの樹脂の置換基を他のものに置き換えたもの、例えば、CTBNやエステル化等の変性を行ったものが挙げられる。
本発明の粉体混合塗料は、上述の成分に加えて硬化剤をさらに含有することができる。
本発明で使用される硬化剤としては、上記のフッ素樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂と反応し、架橋結合を形成するものであれば特に限定されることなく、従来使用されている各種の硬化剤を使用することができる。硬化剤は、塗膜硬度や耐加水分解性等の塗膜物性の点からイソシアネート化合物が好ましく、特にブロックイソシアネート化合物が好ましい。
ブロックイソシアネート化合物は、室温で固体のものが好ましい。かかるブロックイソシアネート化合物としては、例えば、脂肪族、芳香族、及び芳香脂肪族のジイソシアネート(例えば、トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンイソシアネート、キシリ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、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、リジンジイソシアネート等)と、活性水素を有する低分子化合物とを反応させて得たポリイソシアネートを、ブロック剤と反応させ、マスキングすることにより製造したものが挙げられる。
他の添加剤としては、一般塗料用添加剤である可塑剤、硬化促進剤、架橋促進触媒、表面調整剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、流動性調整剤、垂れ防止剤及び消泡剤等を使用することができる。
本発明の粉体混合塗料は、上記の顔料含有フッ素樹脂粉体とポリエステル樹脂粉体とをドライブレンドすることにより製造される。また、この粉体混合塗料を使用して静電塗装及び焼き付けを行うことにより、部材上に塗膜を形成することができる。塗膜を形成させる部材(塗装部材)としては、アルミ押出成形材、アルミ板材などのアルミ建材が好適であるが、アルミ以外の金属材、各種の無機材、樹脂材、複合材にも適用可能である。
本発明の効果を以下の実施例により具体的に示すが、本発明は、規定した構成要件を逸脱しない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例中の「部」及び「%」は、特に明記のない限り、重量基準である。
実施例及び比較例においては、以下の原料を使用した。
<フッ素樹脂>
旭硝子(株)社製、商品名ルミフロンLF710F(水酸基含有フッ素樹脂)、溶解度パラメーター8.58
<ポリエステル樹脂>
ポリエステル樹脂1:日本ユピカ(株)社製、商品名ユピカコートGV570(水酸基含有ポリエステル樹脂)、溶解度パラメーター9.99
ポリエステル樹脂2:日本ユピカ(株)社製、商品名ユピカコートGV150(水酸基含有ポリエステル樹脂)、溶解度パラメーター9.88
ポリエステル樹脂3:神東塗料(株)自家合成品(水酸基含有ポリエステル樹脂)、溶解度パラメーター9.11
ポリエステル樹脂4:神東塗料(株)自家合成品(水酸基含有ポリエステル樹脂)、溶解度パラメーター10.25
ポリエステル樹脂5:ダイセル・サイテック(株)社製、商品名CRYLCOAT 4642−3(カルボキシル基含有ポリエステル樹脂)、溶解度パラメーター9.75
<顔料>
≪着色顔料≫
酸化チタン:デュポン社製、商品名Ti−Pure R−706
カーボンブラック:三菱化学(株)社製、商品名MA100
≪体質顔料≫
アルミニウムシリケート:東洋ファインケミカル(株)社製、商品名ミネックスEX
酸化亜鉛:キクチカラー(株)社製、商品名M−70L
<エポキシ樹脂>
ダウ・ケミカル(株)社製、D.E.R.662−E
<硬化剤>
ブロックイソシアネート:ε−カプロラクタムブロックイソシアネート エボニック・デグサ社製、商品名VESTAGON B1530
ヒドロキシアルキルアミド:EMS社製、商品名Primid XL−552
<表面調整剤>
ESTRON社製、商品名ResiflowP−67
[実施例1〜9、比較例1〜4]
<粉体混合塗料の作成>
表1,2に示される原料及び配合割合に従って各原料をよく混合して溶融混練し、微粉砕を経て分級し、フッ素樹脂粉体塗料(F−1〜F−2)及びポリエステル樹脂粉体塗料(P−1〜P−5)を得た。得られたフッ素樹脂粉体塗料とポリエステル樹脂粉体塗料を表3,4に記載の組み合わせ及び配合割合に従ってドライブレンドし、実施例1〜9及び比較例1〜4の粉体混合塗料を得た。
<試験板の作成>
上記実施例1〜9及び比較例1〜4で作成した各粉体混合塗料について、板厚1.5mmの陽極酸化処理アルミ板を垂直方向に吊り下げ、コロナ帯電式静電粉体塗装機(日本パーカライジング社製GX−304型)を使用して−60kVの電圧で膜圧60μmとなるように静電塗装し、電気炉にて180℃×20分の条件で焼き付けて溶融・硬化を行い、そのまま室温になるまで放冷して試験板を作製した。
その後、以下に記載した各種評価試験を行なった。その結果を表3,4に示す。
・塗膜外観
塗板作製後の塗膜表面の状態を目視にて判定する。
・光沢値
JIS K 5600−4−7(鏡面光沢度)に準拠し、光沢計(スガ試験機製HG−6)にて60°鏡面光沢度を測定する。
・付着性
JIS K 5600−5−6(クロスカット法)に準拠し、塗膜を1mm間隔100マスで碁盤目にカットし、粘着テープ貼付後のテープ剥離によって塗膜の剥離が生じるかどうかを評価する。
・耐おもり落下性
JIS K 5600−5−3(デュポン式)に準拠し、撃心1/2吋φ、500gのおもりで落下高50cmに対する塗膜の抵抗性について、塗膜の割れを評価する。
Figure 0006163110
Figure 0006163110
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表3において、実施例1〜3は、フッ素樹脂粉体塗料の種類とポリエステル樹脂粉体塗料の種類の組合わせを固定して、粉体混合塗料中のフッ素樹脂粉体塗料の割合をそれぞれ20%、30%、40%に変化させた例である。実施例4〜6も、フッ素樹脂粉体塗料の種類とポリエステル樹脂粉体塗料の種類の組合わせを固定して、粉体混合塗料中のフッ素樹脂粉体塗料の割合をそれぞれ20%、30%、40%に変化させた例である。実施例7〜9はそれぞれ、粉体混合塗料中のフッ素樹脂粉体塗料の割合を30%に固定して、フッ素樹脂粉体塗料の種類とポリエステル樹脂粉体塗料の種類の組合わせを変化させた例である。
表4において、比較例1〜3は、フッ素樹脂粉体塗料の種類とポリエステル樹脂粉体塗料の種類の組合わせを固定して、粉体混合塗料中のフッ素樹脂粉体塗料の割合をそれぞれ20%、30%、40%に変化させた例である。比較例4は、粉体混合塗料中のフッ素樹脂粉体塗料の割合を30%に固定して、SP値差を変化させた例である。
表3から明らかなように、実施例1〜9は、塗膜外観、光沢値、付着性、及び耐おもり落下性のいずれについても優れている。特に、実施例1〜3の間の光沢値の比較、及び実施例4〜6の間の光沢値の比較から、フッ素樹脂粉体塗料の種類とポリエステル樹脂粉体塗料の種類の組合わせが同一であっても、粉体塗料の配合割合を変化させることにより、光沢度を幅広い範囲(実施例1〜3の間では、光沢度差21、実施例4〜6の間では、光沢度差22)で変化させることができることがわかる。
これに対して、表4から明らかなように、比較例1〜3は、フッ素樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度とポリエステル樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度の差が0.8PVC%と低いため、フッ素樹脂粉体塗料の種類とポリエステル樹脂粉体塗料の種類の組合わせを固定して、粉体塗料の配合割合を変化させても、光沢度差は11にすぎず、光沢度を実施例のように幅広い範囲で変化させることができない。また、比較例4は、フッ素樹脂とポリエステル樹脂の溶解度パラメータ(SP値)の差が大きすぎるため、付着性に劣る。
本発明の粉体混合塗料は、硬化塗膜表面の光沢度を広い範囲で調整することができるため、アルミ建材を含む様々な材料の部材を塗装するために、広く利用できる。

Claims (4)

  1. 顔料を含むフッ素樹脂粉体塗料と、顔料を含むポリエステル樹脂粉体塗料とを含む2種類以上の粉体塗料をドライブレンドしてなる粉体混合塗料であって、フッ素樹脂粉体塗料に含まれる顔料とポリエステル樹脂粉体塗料に含まれる顔料の種類が異なること、フッ素樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度がポリエステル樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度より5PVC%以上高いこと、及びフッ素樹脂とポリエステル樹脂の溶解度パラメータ(SP値)の差が1.0〜1.5であることを特徴とする粉体混合塗料。
  2. フッ素樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度が25PVC%以下であり、ポリエステル樹脂粉体塗料に含まれる顔料の体積濃度が20PVC%以下であることを特徴とする請求項1に記載の粉体混合塗料。
  3. 粉体混合塗料が、フッ素樹脂粉体塗料を20〜40重量%含み、ポリエステル樹脂粉体塗料を80〜60重量%含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の粉体混合塗料。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の粉体混合塗料を使用して静電塗装及び焼き付けを行なうことにより形成された塗膜を有することを特徴とする塗装部材。
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