JPH1017816A - 水性塗料組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酢酸ビニルモノマー（ａ）１０〜３０重量
％、α、βモノエチレン不飽和カルボン酸モノマー
（ｂ）３．５〜２０重量％、（ａ）（ｂ）と共重合可能
なモノマー（ｃ）５０〜８６．５重量％を共重合してな
るアクリル系樹脂とアミノ樹脂とからなり、固形分５０
％以上、有機溶剤含有量が１５％以下、＃４フォードカ
ップを用いた２５℃の粘度が９０秒以下の水性塗料組成
物。 【解決手段】従来は満足することが難しかった、有機溶
剤の含有量が少なく高固形分で、しかも塗装性、硬化性
に優れると共に、塗膜の各種特性も優れる水性塗料を得
ることができるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水性塗料組成物に関
する。更に詳しくは金属缶外面塗料として優れた塗料性
状を持ち、かつ塗膜が良好な初期硬化、硬度、加工性を
有する水性塗料組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からスチール、アルミ、ティンフリ
ースチール等で構成される金属缶外面は成形加工や外部
からの衝撃による腐食を防止し、かつ外面に装飾を施す
ために塗装が行われている。従来これらの缶外面塗装に
はアクリル樹脂／アミノ樹脂／エポキシ樹脂、ポリエス
テル樹脂／アミノ樹脂等の溶剤型塗料が使用されてき
た。しかしここ数年、省資源、作業環境の改善、低公害
等の理由から水性塗料への要求が高まり、アクリル系樹
脂／アミノ樹脂からなる水性塗料が使用されつつある。

【０００３】金属缶用の塗料には、得られる塗膜に対し
て極めて厳しい加工性や硬度、各種耐性が要求されるの
と同様に、極めて厳しい塗装性、造膜性も要求される。
またミストの発生抑制・防止、生産性や省エネルギー、
経済性の観点からは、できるだけ高固形分であること、
硬化性に優れることも求められる。塗料が高粘度になる
とフローが悪くなり、塗装性を損ない、均一な塗膜を得
ることが難しくなる。しかしながら、単純に有機溶剤や
水等を加え低粘度にすると、低固形分になってしまう。
低固形分になってしまうと、所定の乾燥塗膜厚を得るた
めには、高固形分の時に比して塗装時のロール上により
厚く塗料をのせなければならない。塗装時のロール上に
より厚く塗料をのせると、塗料がロール周辺に飛散し
（ミストの発生）、コーターを汚染してしまう。そこ
で、ミストの発生し難い高固形分でありながら、低粘度
で塗装性に優れる水性塗料の開発が望まれている。

【０００４】水性塗料に用いられるアクリル系樹脂に
は、塗膜の硬化性、特に初期硬化性、硬度確保の目的で
メタクリル酸メチル、スチレンモノマー等を比較的多く
導入した共重合体が使用されている。しかしながら、メ
タクリル酸メチル、スチレンモノマー等の含有率が大き
くなると、粘度が高くなる傾向にあり、増粘すると塗装
性を損なう。そこで、塗装性を満足させようとすると塗
料を低固形分にせざるを得なくなるという状況にあっ
た。そこで、アクリル系共重合体成分のメタクリル酸メ
チル、スチレンモノマーを少なくして、アクリル酸エチ
ル、アクリル酸ブチル等を多く用いて、粘度を抑え、固
形分を上げる試みがなされたが、アクリル酸エチル、ア
クリル酸ブチル等を多く用いたアクリル系樹脂を用いた
塗料は、硬化性が劣るという欠点を有していた。

【０００５】しかしながら、その硬化性を補う為に触媒
を多く加えたり、アクリル系樹脂にメタクリル酸２−ヒ
ドロキシ等の官能基をもつモノマーを多く導入すると塗
膜の加工性に悪影響を及ぼすと共にコストが高くなると
いう問題が生じた。すなわち、水性塗料において有機溶
剤量の低減、高固形分、塗装性、造膜性、硬化性と、得
られる塗膜に要求される各種特性をバランス良く満足さ
せることはできなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来は満足
することが難しかった、有機溶剤の含有量が少なく高固
形分で、しかも塗装性、硬化性に優れると共に、塗膜の
各種特性も優れる水性塗料を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、酢
酸ビニルモノマー（ａ）１０〜３０重量％、α、βモノ
エチレン不飽和カルボン酸モノマー（ｂ）３．５〜２０
重量％、（ａ）（ｂ）と共重合可能なモノマー（ｃ）５
０〜８６．５重量％を共重合してなる共重合体（以下、
該共重合体と略す。）を有機アミンで中和してなるアク
リル系樹脂とアミノ樹脂とからなり、固形分５０％以
上、有機溶剤含有量が１５％以下、＃４フォードカップ
を用いた２５℃の粘度が９０秒以下の水性塗料組成物で
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明について詳細に説明する。
本発明に用いられる該共重合体は、酢酸ビニルモノマー
（ａ）の含有量が殊に重要である。すなわち、酢酸ビニ
ルモノマー（ａ）が１０重量％未満だと、該共重合体を
塗料に用いた場合は形成する塗膜の硬化性が不十分とな
る。一方、３０重量％を越えると塗料が高粘度になり塗
装性を損なう。

【０００９】α、βモノエチレン不飽和カルボン酸モノ
マー（ｂ）としては、アクリル酸、メタクリル酸、フマ
ル酸等が挙げられ、特にアクリル酸が好ましい。α、β
モノエチレン不飽和カルボン酸モノマー（ｂ）は、３．
５重量％以上含有することが必要であり、好ましくは５
重量％以上である。３．５重量％未満だと、該共重合体
を水性化できなくなる。また、α、βモノエチレン不飽
和カルボン酸モノマー（ｂ）は２０重量％以下であるこ
とが必要であり、好ましくは１５重量％以下である。２
０重量％を越えると、該共重合体を塗料に用いた塗膜の
加工性が悪くなる。

【００１０】（ａ）（ｂ）と共重合可能なモノマー
（ｃ）としては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチ
ル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル等のアクリ
ル酸アルキルエステル、スチレン、ビニルトルエン等の
スチレン系モノマー、アクリル酸ヒドロキシエチル、ア
クリル酸ヒドロキシプロピル等のヒドロキシ基含有モノ
マーなどが挙げられる。

【００１１】該共重合体は、（ａ）（ｂ）（ｃ）からな
るモノマーを、常法により、イソプロピルアルコール、
ｎ−ブタノール、イソブタノール、ブチルセロソルブ、
ｎ−アミルアルコール、イソアミルアルコール等のアル
コール溶剤、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、エチレングリ
コールモノイソプロピルエーテル、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ブチル
エーテル等のエステル系溶剤等の水可溶性の溶剤中で重
合開始剤を使ってラジカル重合して得ることができる。
得られる該共重合体の分子量としては重量平均分子量で
５０００〜５００００が好ましく、さらに好ましくは１
００００〜２００００である。重量平均分子量５０００
未満だと該共重合体を用いた塗料の塗膜の加工性が悪く
なり易く、また５００００を越えると塗料の粘度が高く
なり塗装性を損なう場合がある。

【００１２】有機アミンを用いて該共重合体を中和・水
性化せしめて、水溶性のアクリル系樹脂を得る。用いる
有機アミンとしては、トリエチルアミン、トリエタノー
ルアミン、エタノールアミン、モノエタノールアミン、
モノエチルアミン、モノメチルアミン、メチルアミノエ
タノール等が挙げられ、これは１種または２種以上の混
合物として使される。

【００１３】本発明に用いられるアミノ樹脂は、水性媒
体中に溶解もしくは分散可能なアミノ脂であり、メラミ
ン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、スピログアナミン樹脂
等が用いられ、上記したアクリル系樹脂／アミノ樹脂の
比は固形分で、６０〜８０重量部／２０〜４０重量部が
好ましい。アミノ樹脂が２０重量部未満であると塗膜が
硬化不良を起こし、４０重量部以上であると硬化後の加
工性が悪くなる。

【００１４】また、本発明においては、塗装性、造膜性
の点から、缶外面用の塗料の粘度は、２５℃において＃
４フォードカップで９０秒以下であることが必要であ
り、好ましくは６０〜９０秒である。９０秒を越えるよ
うな高粘度の塗料は、塗工できなかったり、あるいは塗
工はできたとしても、塗膜が不均一になり、仕上がりに
おける外観を損なうといった不都合を生じる。

【００１５】また、本発明の効果を損なわない範囲で水
性塗料用樹脂として一般に用いられる水溶性樹脂、水分
散性樹脂、例えば水性ポリエステル樹脂、マレイン酸樹
脂、ポリオール等を混合することも可能である。また、
同様に、レベリング剤、消泡剤、潤滑剤を添加すること
もできる。

【００１６】本発明の水性塗料は、ロールコート、スプ
レー、はけ塗り等の公知の手段により基材に塗装するこ
とができる。基材としては、電気スズメッキ鋼板、ティ
ンフリースチールアルミニウムなどの金属基材がある。
また本発明の水性塗料は１２０〜２４０℃で加熱、硬化
することができる。

【００１７】

【実施例】以下実施例により本発明を説明する。例中、
部とは重量部を％とは重量％をそれぞれ表す。 製造例１ 水性アクリル樹脂溶液Ａ１の製造 温度計、攪拌機、還流冷却器、滴下槽、窒素ガス吹き込
み管を備えた四口フラスコにブチルセロソルブ３０部、
１−ブタノール７０部を仕込み、窒素ガスを導入しつつ
かきまぜまがら温度を１０５℃に保ち、滴下槽からアク
リル酸エチル６０％、メタクリル酸２−ヒドロキシエチ
ル１０％、酢酸ビニルモノマー２０％、アクリル酸１０
％の混合物１００部に過酸化ベンゾイル５部を溶解させ
たものを３時間にわたって滴下した。その後１０５℃に
保ち１時間反応させて終了した。得られた共重合体の重
量平均分子量は１２４００であった。共重合体溶液を減
圧下１１０℃で１−ブタノールを不揮発分７６％になる
まで留去し、その後、ジエタノールアミン１２部と水を
入れ固形分５５％、残留ブチルセロロソルブ１７％の透
明で粘調な水性アクリル樹脂溶液Ａ１を得た。

【００１８】製造例２〜１３ 水性アクリル樹脂溶液Ａ
２〜Ａ１３の製造 製造例１に従って、表１の組成にて水性アクリル樹脂溶
液Ａ２〜Ａ１３を得た。

【００１９】実施例１〜９、比較例１〜８ 表２、表３に従って各成分を混合した後、ブチルセロソ
ルブ、水を添加して、希釈し、固形分、塗料中の有機溶
剤量、＃４フォードカップの粘度を調整した。これにリ
ン酸系触媒を塗料中の樹脂固形分１００部に対して、
０．５部または１．０部添加して水溶性塗料組成物を得
た。塗料性状も合わせて表２、表３に示す。これらの水
溶性塗料組成物を用いて、塗装性、硬化性及び塗膜物性
等について調べた結果を表３に示した。

【００２０】塗料性状、塗装性、及び硬化性等の各試験
方法は下記の通りである。 ○塗料性状 ・固形分 ＪＩＳ規格「加熱残分」（ＪＩＳ Ｋ−５４００）に登
録されている方法に準じて行った。 ・粘度 ＃４フォードカップを用いて塗料組成物２５℃の粘度
〔秒〕を測定した。 ○塗装性 板厚０．２８ｍｍのアルミニウムにロールコート塗装に
より乾燥後塗膜厚５μになるように塗装し、電気オーブ
ンにて雰囲気温度２００℃において 焼き付け、試
験片を作成した。得られた試験片の状態を目視・観察
し、評価した。 ○：アルミニウム板全面上の全ての塗膜の厚さが均一
で、表面が均一である。 △：アルミニウム板全面に塗料が塗装されているが、そ
の塗膜の厚さが不均一で波を得った状態。 ×：塗料が塗装されていない部分が、アルミニウム板全
面に分布している。 なお、塗装性評価が×のものについては、以下の塗膜に
対する試験・評価は行わなかった。 ○ミストの発生 コーターの周辺に発生したミストを補修して量を求め
た。 ○：ミストの発生は殆ど無かった。 △：ミストが多少発生した。 ×：ミストの発生が顕著でコーターの周辺を著しく汚染
した。 ○硬化性 板厚０．２８ｍｍのアルミニウムにロールコート塗装に
より乾燥後塗膜厚５μになるように塗装し、電気オーブ
ンにて雰囲気温度２００℃において９０秒焼き付け、試
験片を作成した。このパネルをＭＥＫで３０分煮沸し、
煮沸前後の重量減少率を測定し、硬化性の尺度とした。 重量減少率＝〔（煮沸後の重量）−（煮沸前の重量）〕
／（煮沸前の重量） ○塗膜物性 板厚０．２８ｍｍのアルミニウムにロールコート塗装に
より乾燥後塗膜厚５μになるように塗装し、ガスオーブ
ンにて雰囲気温度２００℃において３分焼き付け、試験
片を作成し、以下の試験を行った。 ・耐衝撃性試験 耐衝撃性デュポン衝撃試験機を用いて、１／２インチ径
の撃針を試料上に接触させた後、５００ｇｒの錘を落下
させる。塗膜にクラックが生じない高さにより耐衝撃性
を評価した。 ・鉛筆硬度試験 ＪＩＳ規格「鉛筆引っかき試験」（ＪＩＳＮｏ．Ｋ５４
００）に登録されている方法に準じて行った。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】

【００２５】

【発明の効果】アクリル系樹脂／アミノ樹脂の水性塗料
において、アクリル系樹脂中に酢酸ビニルを特定量含有
せしめることによって、従来は満足することが難しかっ
た、有機溶剤の含有量が少なく高固形分で、しかも塗装
性、造膜性、硬化性に優れると共に、塗膜の各種特性も
優れる水性塗料を得ることができるようになった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 //(Ｃ０８Ｆ 220/18 220:28 220:08 220:06）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酢酸ビニルモノマー（ａ）１０〜３０重
   量％、α、βモノエチレン不飽和カルボン酸モノマー
   （ｂ）３．５〜２０重量％、（ａ）（ｂ）と共重合可能
   なモノマー（ｃ）５０〜８６．５重量％を共重合してな
   るアクリル系樹脂とアミノ樹脂とからなり、固形分５０
   ％以上、有機溶剤含有量が１５％以下、＃４フォードカ
   ップを用いた２５℃の粘度が９０秒以下の水性塗料組成
   物。