一般に、トップコートに使用される樹脂エマルションに含まれるエマルション粒子に、スチレン系単量体を50重量%以上の含有率で含有する単量体成分を重合させることによって得られる樹脂層を使用した場合、形成される塗膜は、例えば、特開平7−70513号公報などに記載されているように耐候性に劣るとともに造膜性にも劣り、硬くて脆くなることから、エマルション粒子の原料として用いられる単量体成分中にスチレン系単量体を50重量%以上の含有率で含有させることは、好ましくないと考えられている。
これに対して、本発明では、50質量%を遥かに超える80質量%以上の含有率でスチレン系単量体を含有する単量体成分からなる重合体がエマルション粒子の樹脂層に用いられているにもかからわず、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成することができる。このように、本発明の樹脂エマルションは、50質量%を遥かに超える80質量%以上の含有率でスチレン系単量体を含有する単量体成分からなる重合体をエマルション粒子の樹脂層に用いることを可能とし、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成することから、産業上の利用的価値が極めて高いものである。
本発明の塗料用樹脂エマルションは、前記したように、内層、中間層および外層の少なくとも3層の樹脂層を有するエマルション粒子を含有する。
本発明の塗料用樹脂エマルションは、内層がスチレン系単量体80〜100質量%および当該スチレン系単量体以外の単量体0〜20質量%を含有する単量体成分を重合させてなる重合体で形成され、中間層を構成する重合体のガラス転移温度が−45〜0℃であり、内層と中間層との質量比(内層/中間層)が10/90〜90/10であり、エマルション粒子における内層と中間層との合計含有率が30〜90質量%であることを特徴とする。
なお、本発明においては、本発明の目的が阻害されない範囲内で、エマルション粒子には、内層、中間層および外層以外の層が形成されていてもよい。したがって、本発明においては、例えば、内層の内側にさらに内層が形成されていてもよく、内層と中間層との間に他の樹脂層が形成されていてもよく、中間層と外層との間に他の樹脂層が形成されていてもよく、外層の外側にさらに外層が形成されていてもよい。
前記内層を形成する重合体は、スチレン系単量体80〜100質量%および当該スチレン系単量体以外の単量体0〜20質量%を含有する内層形成用単量体成分を乳化重合させることによって得られる。
内層形成用単量体成分におけるスチレン系単量体の含有率は、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、80〜100質量%、好ましくは85〜100質量%、より好ましくは90〜100質量%である。したがって、内層形成用単量体成分は、スチレン系単量体のみで構成されていてもよい。また、内層形成用単量体成分には、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成するから、0〜20質量%、好ましくは0〜15質量%、より好ましくは0〜10質量%の範囲内で、スチレン系単量体以外の単量体が含有されていてもよい。
スチレン系単量体は、スチレン骨格を有する単量体を意味する。スチレン系単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、tert−ブチルスチレン、クロロスチレン、ビニルトルエンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。スチレン系単量体は、ベンゼン環にメチル基、tert−ブチル基などのアルキル基、ニトロ基、ニトリル基、アルコキシル基、アシル基、スルホン基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子などの官能基が存在していてもよい。スチレン系単量体のなかでは、塗膜の耐候性を高める観点から、スチレンが好ましい。
スチレン系単量体以外の単量体としては、例えば、スチレン系単量体以外のエチレン性不飽和単量体などが挙げられる。
スチレン系単量体以外のエチレン性不飽和単量体としては、例えば、スチレン系単量体以外の芳香族系単量体、芳香族系単量体以外のエチレン性不飽和単量体などが挙げられ、これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
スチレン系単量体以外の芳香族系単量体としては、例えば、アラルキル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。アラルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニルエチル(メタ)アクリレート、メチルベンジル(メタ)アクリレート、ナフチルメチル(メタ)アクリレートなどの炭素数が7〜18のアラルキル基を有するアラルキル(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なお、本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」または「メタクリレート」を意味し、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」または「メタクリル」を意味する。
芳香族単量体以外のエチレン性不飽和単量体としては、例えば、エチレン性不飽和脂肪族系単量体、エチレン性不飽和脂環構造含有単量体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
芳香族単量体以外のエチレン性不飽和単量体の具体例としては、例えば、アルキル(メタ)アクリレート、水酸基含有(メタ)アクリレート、カルボキシル基含有単量体、カルボニル基含有単量体、オキソ基含有単量体、フッ素原子含有単量体、窒素原子含有単量体、エポキシ基含有単量体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
アルキル(メタ)アクリレートとしては、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−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、n−ラウリル(メタ)アクリレートなどのエステル基の炭素数が1〜18のアルキル(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのアルキル(メタ)アクリレートのなかでは、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、エステル基の炭素数が1〜8のアルキル(メタ)アクリレートが好ましい。
水酸基含有(メタ)アクリレートとしては、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、3−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)アクリレートなどのエステル基の炭素数が1〜18の水酸基含有(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
カルボキシル基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、無水マレイン酸などのカルボキシル基含有脂肪族系単量体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのカルボキシル基含有単量体のなかでは、エマルション粒子の分散安定性を向上させる観点から、アクリル酸、メタクリル酸およびイタコン酸が好ましく、アクリル酸およびメタクリル酸がより好ましい。
カルボニル基含有単量体としては、例えば、アクロレイン、ホウミルスチロール、ビニルエチルケトン、(メタ)アクリルオキシアルキルプロペナール、アセトニル(メタ)アクリレート、ジアセトン(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートアセチルアセテート、ブタンジオール−1,4−アクリレートアセチルアセテート、2−(アセトアセトキシ)エチル(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのカルボニル基含有単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
オキソ基含有単量体としては、例えば、エチレングリコール(メタ)アクリレート、エチレングリコールメトキシ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールメトキシ(メタ)アクリレートなどの(ジ)エチレングリコール(メトキシ)(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
フッ素原子含有単量体としては、例えば、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレートなどのエステル基の炭素数が2〜6のフッ素原子含有アルキル(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
窒素原子含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドなどのアクリルアミド化合物、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどの窒素原子含有(メタ)アクリレート化合物、N−ビニルピロリドンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
エポキシ基含有単量体としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレートなどのエポキシ基含有(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
したがって、スチレン系単量体以外の単量体としては、例えば、スチレン系単量体以外の芳香族系単量体、アルキル(メタ)アクリレート、水酸基含有(メタ)アクリレート、カルボキシル基含有単量体、オキソ基含有単量体、フッ素原子含有単量体、窒素原子含有単量体、エポキシ基含有単量体などが挙げられ、これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
スチレン系単量体以外の単量体のなかでは、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、スチレン系単量体以外のエチレン性不飽和単量体が好ましく、アルキル(メタ)アクリレートおよび(メタ)アクリル酸がより好ましく、エステルの炭素数が炭素数1〜8であるアルキル(メタ)アクリレートおよび(メタ)アクリル酸がさらに好ましく、メチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレートおよび(メタ)アクリル酸がさらに一層好ましい。
内層形成用単量体成分を乳化重合させる方法としては、例えば、メタノールなどの低級アルコールなどの水溶性有機溶媒と水とを含む水性媒体、水などの媒体中に乳化剤を溶解させ、撹拌下で内層形成用単量体成分および重合開始剤を滴下させる方法、乳化剤および水を用いてあらかじめ乳化させておいた単量体成分を水または水性媒体中に滴下させる方法などが挙げられるが、本発明は、かかる方法のみに限定されるものではない。なお、媒体の量は、得られる塗料用樹脂エマルションに含まれる不揮発分の含有率を考慮して適宜設定すればよい。
乳化剤としては、アニオン性乳化剤、ノニオン性乳化剤、カチオン性乳化剤、両性乳化剤、高分子乳化剤などが挙げられ、これらの乳化剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。例えば、乳化剤として、アニオン性乳化剤とノニオン性乳化剤とを併用した乳化剤を用いることができる。
アニオン性乳化剤としては、例えば、アンモニウムドデシルサルフェート、ナトリウムドデシルサルフェートなどのアルキルサルフェート塩;アンモニウムドデシルスルホネート、ナトリウムドデシルスルホネートなどのアルキルスルホネート塩;アンモニウムドデシルベンゼンスルホネート、ナトリウムドデシルナフタレンスルホネートなどのアルキルアリールスルホネート塩;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;ジアルキルスルホコハク酸塩;アリールスルホン酸−ホルムアルデヒド縮合物;アンモニウムラウリレート、ナトリウムステアリレートなどの脂肪酸塩などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
ノニオン性乳化剤としては、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ールエーテル、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの縮合物、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセライド、エチレンオキサイドと脂肪族アミンとの縮合生成物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
カチオン性乳化剤としては、例えば、ドデシルアンモニウムクロライドなどのアルキルアンモニウム塩などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
両性乳化剤としては、例えば、ベタインエステル型乳化剤などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
高分子乳化剤としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムなどのポリ(メタ)アクリル酸塩;ポリビニルアルコール;ポリビニルピロリドン;ポリヒドロキシエチルアクリレートなどのポリヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;これらの重合体を構成する単量体のうちの1種以上を共重合成分とする共重合体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
乳化剤として、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、重合性基を有する乳化剤、すなわち、いわゆる反応性乳化剤が好ましく、環境保護の観点から、非ノニルフェニル型の乳化剤が好ましい。
反応性乳化剤としては、例えば、プロペニル−アルキルスルホコハク酸エステル塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンスルホネート塩、(メタ)アクリル酸ポリオキシエチレンホスフォネート塩〔例えば、三洋化成工業(株)製、商品名:エレミノールRS−30など〕、ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテルスルホネート塩〔例えば、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンHS−10など〕、アリルオキシメチルアルキルオキシポリオキシエチレンのスルホネート塩〔例えば、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンKH−10など〕、アリルオキシメチルノニルフェノキシエチルヒドロキシポリオキシエチレンのスルホネート塩〔例えば、(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSE−10など〕、アリルオキシメチルアルコキシエチルヒドロキシポリオキシエチレン硫酸エステル塩〔例えば、(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10、SR−30など〕、ビス(ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル)メタクリレート化スルホネート塩〔例えば、日本乳化剤(株)製、商品名:アントックスMS−60など〕、アリルオキシメチルアルコキシエチルヒドロキシポリオキシエチレン〔例えば、(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープER−20など〕、ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル〔例えば、第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンRN−20など〕、アリルオキシメチルノニルフェノキシエチルヒドロキシポリオキシエチレン〔例えば、(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープNE−10など)などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
内層形成用単量体成分100質量部あたりの乳化剤の量は、重合安定性を向上させる観点から、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは2質量部以上、さらに一層好ましくは3質量部以上であり、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは10質量部以下、より好ましくは8質量部以下、さらに好ましくは6質量部以下、さらに一層好ましくは5質量部以下である。
重合開始剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、2,2−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2−アゾビス(2―ジアミノプロパン)ハイドロクロライド、4,4−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、2,2−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)などのアゾ化合物;過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩;過酸化水素、ベンゾイルパーオキサイド、パラクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、過酸化アンモニウムなどの過酸化物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの重合開始剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
内層形成用単量体成分100質量部あたりの重合開始剤の量は、重合速度を高め、未反応の内層形成用単量体成分の残存量を低減させる観点から、好ましくは0.05質量部以上、より好ましくは0.1質量部以上であり、塗膜の耐透水性を向上させる観点から、好ましくは1質量部以下、より好ましくは0.5質量部以下である。
重合開始剤の添加方法は、特に限定されない。その添加方法としては、例えば、一括仕込み、分割仕込み、連続滴下などが挙げられる。また、重合反応の終了時期を早める観点から、内層形成用単量体成分を反応系内に添加する終了前またはその終了後に、重合開始剤の一部を添加してもよい。
なお、重合開始剤の分解を促進するために、例えば、亜硫酸水素ナトリウムなどの還元剤、硫酸第一鉄などの遷移金属塩などの重合開始剤の分解剤を反応系内に適量で添加してもよい。
また、反応系内には、必要により、例えば、tert−ドデシルメルカプタンなどのチオール基を有する化合物などの連鎖移動剤、pH緩衝剤、キレート剤、造膜助剤などの添加剤を添加してもよい。添加剤の量は、その種類によって異なるので一概には決定することができないが、通常、内層形成用単量体成分100質量部あたり、好ましくは0.01〜5質量部、より好ましくは0.1〜3質量部である。
内層形成用単量体成分を乳化重合させる際の雰囲気は、特に限定されないが、重合開始剤の効率を高める観点から、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスであることが好ましい。
内層形成用単量体成分を乳化重合させる際の重合温度は、特に限定がないが、通常、好ましくは50〜100℃、より好ましくは60〜95℃である。重合温度は、一定であってもよく、重合反応の途中で変化させてもよい。
内層形成用単量体成分を乳化重合させる重合時間は、特に限定がなく、重合反応の進行状況に応じて適宜設定すればよいが、通常、2〜9時間程度である。
以上のようにして内層形成用単量体成分を乳化重合させることにより、内層を形成する重合体がエマルション粒子の形態で得られる。
内層を形成する重合体は、架橋構造を有していてもよい。内層を形成する重合体の重量平均分子量は、内層を形成する重合体が架橋構造を有する場合および架橋構造を有しない場合のいずれの場合であっても、塗膜の耐透水性を向上させる観点から、好ましくは10万以上、より好ましくは30万以上、さらに好ましくは55万以上、特に好ましくは60万以上である。内層を形成する重合体の重量平均分子量の上限値は、架橋構造を有する場合、その重量平均分子量を測定することが困難なため、特に限定されないが、架橋構造を有しない場合には、造膜性を向上させる観点から、500万以下であることが好ましい。
なお、本明細書において、重量平均分子量は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー〔東ソー(株)製、品番:HLC−8120GPC、カラム:TSKgel G−5000HXLとTSKgel GMHXL−Lとを直列に使用〕を用いて測定された重量平均分子量(ポリスチレン換算)を意味する。
次に、内層を構成する重合体からなるエマルション粒子を形成させた後、当該エマルション粒子の表面に中間層を形成させる。中間層は、前記エマルション粒子の存在下で中間層形成用単量体成分を乳化重合させることにより、内層を構成する重合体からなるエマルション粒子の表面に形成させることができる。
中間層形成用単量体成分を乳化重合させる際には、内層を形成する重合体の重合反応率が90%以上、好ましくは95%以上に到達した後に中間層形成用単量体成分を乳化重合させることが、エマルション粒子内で層分離構造を形成させる観点から好ましい。
なお、内層を形成させた後、中間層を形成させる前に、本発明の目的が阻害されない範囲内で、必要により、他の重合体からなる層が形成されていてもよい。したがって、本発明の塗料用樹脂エマルションにおいては、内層を形成させた後、中間層を形成させる前に、本発明の目的が阻害されない範囲内で、必要により、他の重合体からなる層を形成させる操作が含まれていてもよい。
中間層形成用単量体成分としては、内層形成用単量体成分で例示したものを用いることができる。中間層形成用単量体成分としては、例えば、芳香族系単量体、脂環構造を有する単量体、アルキル(メタ)アクリレート、水酸基含有(メタ)アクリレート、カルボキシル基含有単量体、オキソ基含有単量体、フッ素原子含有単量体、窒素原子含有単量体、エポキシ基含有単量体、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、シラン基含有単量体、カルボニル基含有単量体、アジリジニル基含有単量体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
なお、芳香族系単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、tert−ブチルスチレン、クロロスチレン、ビニルトルエンなどのスチレン系単量体;ベンジル(メタ)アクリレート、フェニルエチル(メタ)アクリレート、メチルベンジル(メタ)アクリレート、ナフチルメチル(メタ)アクリレートなどの炭素数が7〜18のアラルキル基を有するアラルキル(メタ)アクリレートなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
中間層形成用単量体成分のなかでは、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、エチレン性不飽和単量体が好ましく、アルキル(メタ)アクリレート、スチレンおよび(メタ)アクリル酸がより好ましく、エステルの炭素数が炭素数1〜8であるアルキル(メタ)アクリレート、スチレンおよび(メタ)アクリル酸がさらに好ましく、メチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、スチレンおよび(メタ)アクリル酸がさらに一層好ましい。
耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から好適な中間層形成用単量体成分としては、例えば、エステルの炭素数が炭素数1〜8であるアルキル(メタ)アクリレート80〜100質量%、スチレン0〜15質量%および(メタ)アクリル酸0〜5質量%を含有する単量体成分などが挙げられる。
中間層形成用単量体成分を乳化重合させる方法および重合条件は、前記内層形成用単量体を乳化重合させる方法および重合条件と同様であればよい。
以上のようにして中間層形成用単量体成分を乳化重合させることにより、中間層を形成する重合体が内層の表面に形成されたエマルション粒子を得ることができる。なお、中間層の表面上には、本発明の目的が阻害されない範囲内で、必要により、他の重合体からなる層が形成されていてもよい。
中間層を形成する重合体は、架橋構造を有していてもよい。中間層を形成する重合体の重量平均分子量は、中間層を形成する重合体が架橋構造を有する場合および架橋構造を有しない場合のいずれの場合であっても、耐水性、耐透水性および耐熱変形性に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは10万以上、より好ましくは30万以上、さらに好ましくは55万以上、さらに一層好ましくは60万以上である。中間層を形成する重合体の重量平均分子量の上限値は、架橋構造を有する場合、その重量平均分子量を測定することが困難なため、特に限定されないが、架橋構造を有しない場合には、低温成膜性および伸張性に優れた塗膜を形成する観点から、500万以下であることが好ましい。
中間層を形成する重合体のガラス転移温度は、塗膜の耐候性および耐熱変形性を向上させる観点から、−45℃以上、好ましくは−40℃以上であり、塗膜の低温造膜安定性および伸張性を向上させる観点から、0℃以下、好ましくは―5℃以下である。中間層を形成する重合体のガラス転移温度は、中間層形成用単量体成分に使用される単量体の組成を調整することにより、容易に調節することができる。
なお、本明細書において、重合体のガラス転移温度は、当該重合体を構成する単量体成分に使用されている単量体の単独重合体のガラス転移温度を用いて、式:
1/Tg=Σ(Wm/Tgm)/100
〔式中、Wmは重合体を構成する単量体成分における単量体mの含有率(重量%)、Tgmは単量体mの単独重合体のガラス転移温度(絶対温度:K)を示す〕
で表されるフォックス(Fox)の式に基づいて求められた温度を意味する。
重合体のガラス転移温度は、例えば、スチレンの単独重合体では100℃、メチルメタクリレートの単独重合体では105℃、2−エチルヘキシルアクリレートの単独重合体では−70℃、アクリル酸の単独重合体では95℃、メタクリル酸の単独重合体では130℃、4−メタクリロイルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジンの単独重合体では130℃である。
重合体のガラス転移温度は、前記フォックス(Fox)の式に基づいて求められた値であるが、重合体のガラス転移温度の実測値は、前記フォックス(Fox)の式に基づいて求められた値と同じであることが好ましい。重合体のガラス転移温度の実測値は、例えば、その示差走査熱量の測定によって求めることができる。
本明細書においては、重合体のガラス転移温度は、特に断りがない限り、前記式に基づいて求められたガラス転移温度を意味する。なお、特殊単量体、多官能単量体などのようにガラス転移温度が不明の単量体については、単量体成分における当該ガラス転移温度が不明の単量体の合計量が10質量%以下である場合には、ガラス転移温度が判明している単量体のみを用いてガラス転移温度が求められる。単量体成分におけるガラス転移温度が不明の単量体の合計量が10質量%を超える場合には、重合体のガラス転移温度は、示差走査熱量分析(DSC)、示差熱量分析(DTA)、熱機械分析(TMA)などによって求められる。
示差走査熱量の測定装置としては、例えば、セイコーインスツル(株)製、品番:DSC220Cなどが挙げられる。また、示差走査熱量を測定する際、示差走査熱量(DSC)曲線を描画する方法、示差走査熱量(DSC)曲線から一次微分曲線を得る方法、スムージング処理を行なう方法、目的のピーク温度を求める方法などには特に限定がない。例えば、前記測定装置を用いた場合には、当該測定装置を用いることによって得られたデータから作図すればよい。その際、数学的処理を行なうことができる解析ソフトウェアを用いることができる。当該解析ソフトウェアとしては、例えば、解析ソフトウェア〔セイコーインスツル(株)製、品番:EXSTAR6000〕などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。なお、このようにして求められたピーク温度には、上下5℃程度の作図による誤差が含まれることがある。
内層と中間層との質量比(内層/中間層)は、10/90〜90/10となるように調整される。内層と中間層との質量比(内層/中間層)は、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、10/90以上、好ましくは20/80以上、さらに好ましくは30/70以上、さらに一層好ましくは40/60以上であり、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、90/10以下、好ましくは80/20以下、より好ましくは70/30以下である。
エマルション粒子における内層と中間層との合計含有率は、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、30質量%以上、好ましくは35質量%以上、より好ましくは40質量%以上、さらに好ましくは45質量%以上であり、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、90質量%以下、好ましくは85質量%以下、より好ましくは80質量%以下である。
次に、中間層を有するエマルション粒子を形成させた後、当該エマルション粒子の表面に外層を形成させる。外層は、中間層を有するエマルション粒子の存在下で外層形成用単量体成分を乳化重合させることにより、エマルション粒子の表面に形成させることができる。
外層形成用単量体成分を乳化重合させる際には、中間層を形成する重合体の重合反応率が90%以上、好ましくは95%以上に到達した後に外層形成用単量体成分を乳化重合させることが、エマルション粒子内で層分離構造を形成させる観点から好ましい。
なお、中間層を形成させた後、外層を形成させる前に、本発明の目的が阻害されない範囲内で、必要により、他の重合体からなる層が形成されていてもよい。したがって、本発明の塗料用樹脂エマルションにおいては、中間層を形成させた後、外層を形成させる前に、本発明の目的が阻害されない範囲内で、必要により、他の重合体からなる層を形成させる操作が含まれていてもよい。
外層形成用単量体成分としては、中間層形成用単量体成分で例示したもののほか、紫外線吸収性単量体、紫外線安定性単量体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
紫外線吸収性単量体としては、例えば、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収性単量体、ベンゾフェノン系紫外線吸収性単量体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
ベンゾトリアゾール系紫外線吸収性単量体としては、例えば、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシメチルフェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)ア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、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシメチルフェニル〕−5−tert−ブチル−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルアミノメチル−5’−tert−オクチルフェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシプロピルフェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシヘキシルフェニル〕−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−3’−tert−ブチル−5’−(メタ)ア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、2−〔2’−ヒドロキシ−3’−tert−ブチル−5’−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル〕−5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−tert−ブチル−3’−(メタ)ア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、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル〕−5−クロロ−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル〕−5−シアノ−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5′−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニル〕−5−tert−ブチル−2H−ベンゾトリアゾール、2−〔2’−ヒドロキシ−5’−(β−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)−3’−tert−ブチルフェニル〕−4−tert−ブチル−2H−ベンゾトリアゾールなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのベンゾトリアゾール系紫外線吸収性単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
ベンゾフェノン系紫外線吸収性単量体としては、例えば、2−ヒドロキシ−4−(メタ)アクリロイルオキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−〔2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイルオキシ〕プロポキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−〔2−(メタ)アクリロイルオキシ〕エトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−〔3−(メタ)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−ヒドロキシ−3−tert−ブチル−4−〔2−(メタ)アクリロイルオキシ〕ブトキシベンゾフェノンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのベンゾフェノン系紫外線吸収性単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
紫外線安定性単量体としては、例えば、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−(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−(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−1−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−シアノ−4−(メタ)アクリロイルオキシ−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、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、4−(メタ)アクリロイルアミノ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジン、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、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、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、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などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの紫外線安定性単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
外層形成用単量体成分としては、より具体的には、例えば、芳香族系単量体、脂環構造を有する単量体、アルキル(メタ)アクリレート、水酸基含有(メタ)アクリレート、カルボキシル基含有単量体、オキソ基含有単量体、フッ素原子含有単量体、窒素原子含有単量体、エポキシ基含有単量体、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、シラン基含有単量体、カルボニル基含有単量体、アジリジニル基含有単量体、紫外線吸収性単量体、紫外線安定性単量体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
外層形成用単量体成分のなかでは、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、エチレン性不飽和単量体、紫外線吸収性単量体および紫外線安定性単量体が好ましく、アルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、紫外線吸収性単量体および紫外線安定性単量体がより好ましく、エステルの炭素数が炭素数1〜8であるアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸および紫外線安定性単量体がさらに好ましく、メチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸および紫外線安定性単量体がさらに一層好ましい。これらの単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から好適な外層形成用単量体成分としては、例えば、エステルの炭素数が炭素数1〜8であるアルキル(メタ)アクリレート80〜100質量%、(メタ)アクリル酸0〜5質量%および紫外線安定性単量体0〜15質量%を含有する単量体成分などが挙げられる。
外層形成用単量体成分を乳化重合させる方法および重合条件は、前記内層形成用単量体を乳化重合させる方法および重合条件と同様であればよい。
以上のようにして外層形成用単量体成分を乳化重合させることにより、外層を形成する重合体が前記中間層の表面に形成されたエマルション粒子を得ることができる。なお、外層の表面上には、本発明の目的が阻害されない範囲内で、必要により、他の重合体からなる樹脂層が形成されていてもよい。
外層を形成する重合体は、架橋構造を有していてもよい。外層を形成する重合体の重量平均分子量は、外層を形成する重合体が架橋構造を有する場合および架橋構造を有しない場合のいずれの場合であっても、耐水性、耐透水性および耐熱変形性に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは10万以上、より好ましくは30万以上、さらに好ましくは55万以上、さらに一層好ましくは60万以上である。外層を形成する重合体の重量平均分子量の上限値は、架橋構造を有する場合、その重量平均分子量を測定することが困難なため、特に限定されないが、架橋構造を有しない場合には、低温成膜性および伸張性に優れた塗膜を形成する観点から、500万以下であることが好ましい。
外層を形成する重合体のガラス転移温度は、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは−35℃以上、より好ましくは−25℃以上、さらに好ましくは−15℃以上、さらに一層好ましくは5℃以上であり、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは40℃以下、より好ましくは35℃以下である。
外層を形成する重合体のガラス転移温度は、外層形成用単量体成分に使用される単量体の組成を調整することにより、容易に調節することができる。
エマルション粒子における外層の含有率は、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、10質量%以上、好ましくは15質量%以上、より好ましくは20質量%以上であり、70質量%以下、好ましくは65質量%以下、より好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは55質量%以下である。
エマルション粒子全体のガラス転移温度は、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは0℃以上、より好ましくは5℃以上、さらに好ましくは10℃以上であり、好ましくは50℃以下、より好ましくは45℃以下、さらに好ましくは40℃以下である。
エマルション粒子を構成している重合体の原料として使用されている全単量体成分におけるスチレン系単量体の含有率は、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上であり、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは50質量%以下、より好ましくは45質量%以下である。また、エマルション粒子を構成している重合体の原料として使用されている全単量体成分におけるスチレン系単量体以外の単量体の含有率は、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは50質量%以上、より好ましくは55質量%以上であり、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは90質量%以下、より好ましくは85質量%以下、さらに好ましくは80質量%以下である。
本発明の塗料用樹脂エマルションは、前記のようにして調製されたエマルション粒子を含有する。
本発明の塗料用樹脂エマルションにおける不揮発分の含有率は、生産性を向上させる観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上であり、取り扱い性を向上させる観点から、好ましくは70質量%以下、より好ましくは60質量%以下である。
なお、本明細書において、塗料用樹脂エマルションにおける不揮発分の含有率は、塗料用樹脂エマルション1gを秤量し、熱風乾燥機で110℃の温度で1時間乾燥させ、得られた残渣を不揮発分とし、式:
〔塗料用樹脂エマルションにおける不揮発分の含有率(質量%)〕
=(〔残渣の質量〕÷〔塗料用樹脂エマルション1g〕)×100
に基づいて求められた値を意味する。
エマルション粒子の平均粒子径は、エマルション粒子の貯蔵安定性を向上させる観点から、好ましくは30nm以上、より好ましくは50nm以上、さらに好ましくは70nm以上であり、耐水性、耐透水性および耐熱変形性に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは250nm以下、より好ましくは200nm以下である。前記方法に基づいて調製されたエマルション粒子は、通常、当該平均粒子径を有する。
なお、本明細書において、エマルション粒子の平均粒子径は、動的光散乱法による粒度分布測定器〔パーティクル・サイジング・システムズ(Particle Sizing Systems)社製、商品名:NICOMP Model 380)を用いて測定された体積平均粒子径を意味する。
本発明の塗料用樹脂エマルションの最低造膜温度は、塗膜硬度を高める観点から、好ましくは−5℃以上、より好ましくは5℃以上、さらに好ましくは20℃以上であり、造膜性を向上させる観点から、好ましくは70℃以下、より好ましくは65℃以下、さらに好ましくは60℃以下である。
なお、本明細書において、塗料用樹脂エマルションの最低造膜温度は、熱勾配試験機の上に置いたガラス板上に塗料用樹脂エマルションを厚さが0.2mmとなるようにアプリケーターで塗工して乾燥させ、クラックが生じたときの温度を意味する。
本発明の塗料用樹脂エマルションには、本発明の目的が阻害されない範囲内で、前記塗料用樹脂エマルション以外の他の樹脂エマルションが含まれていてもよい。
以上のようにして得られる本発明の塗料用樹脂エマルションは、内層、中間層および外層の少なくとも3層の樹脂層を有し、内層がスチレン系単量体80〜100質量%および当該スチレン系単量体以外の単量体0〜20質量%を含有する単量体成分を重合させてなる重合体で形成され、前記中間層を構成する重合体のガラス転移温度が−45〜0℃であり、内層と中間層との質量比(内層/中間層)が10/90〜90/10であり、エマルション粒子における内層と中間層との合計含有率が30〜90質量%であることから、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成するので、例えば、建築物の内装および外装、窯業系建材などの表面に塗装されるトップコートと称されている上塗り塗料(水性塗料)などに好適に使用することができる。
本発明の塗料用樹脂エマルションは、本発明の目的が阻害されない範囲内で、例えば、紫外線吸収剤、紫外線安定剤、充填剤、レベリング剤、分散剤、増粘剤、湿潤剤、可塑剤、安定剤、顔料、染料、酸化防止剤などの添加剤が適量で含まれていてもよい。
本発明の塗料用樹脂エマルションは、そのままの状態で上塗り塗料として用いることができるが、必要により、他の成分と混合することにより、上塗り塗料として用いることができる。
上塗り塗料は、前記塗料用樹脂エマルションを含有するものである。本発明の上塗り塗料は、前記塗料用樹脂エマルションのみで構成されていてもよく、本発明の目的が阻害されない範囲内で、例えば、成膜助剤、可塑剤、抑泡剤、顔料、増粘剤、艶消し剤、分散剤、湿潤剤、紫外線吸収剤、紫外線安定剤、充填剤、レベリング剤、安定剤、顔料、染料、酸化防止剤などの1種類または2種類以上を含有していてもよい。上塗り塗料としては、例えば、エナメル塗料、クリヤー塗料などが挙げられる。
本発明の塗料用樹脂エマルションを水性塗料に用いる場合には、架橋剤を含有させることにより、架橋性を付与することができる。架橋剤としては、常温で架橋反応を開始するものであってもよく、熱により架橋反応を開始するものであってもよい。本発明の塗料用樹脂エマルションに架橋剤を含有させることにより、耐水性および耐透水性を向上させることができる。
好適な架橋剤としては、例えば、オキサゾリン基含有化合物、ヒドラジン化合物、イソシアネート基含有化合物、アミノプラスト重合体などが挙げられる。これらの架橋剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらの架橋剤のなかでは、耐水性および耐透水性に優れた塗膜を形成する観点から、オキサゾリン基含有化合物が好ましい。
オキサゾリン基含有化合物は、単量体成分として用いられるカルボキシル基含有単量体が官能基として有するカルボキシル基と反応し得るオキサゾリン基を分子中に2個以上有する化合物である。
オキサゾリン基含有化合物としては、例えば、2,2’−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−メチレン−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−トリメチレン−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレン−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−ヘキサメチレン−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−オクタメチレン−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレン−ビス(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレン−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレン−ビス(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、ビス(2−オキサゾリニルシクロヘキサン)スルフィド、ビス(2−オキサゾリニルノルボルナン)スルフィド、オキサゾリン環含有重合体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのオキサゾリン基含有化合物は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。オキサゾリン基含有化合物のなかでは、反応性を向上させる観点から、水溶性のオキサゾリン基含有化合物が好ましく、水溶性のオキサゾリン環含有重合体がより好ましい。
オキサゾリン環含有重合体は、付加重合性オキサゾリンを必須成分として含み、必要に応じて付加重合性オキサゾリンと共重合可能な単量体を含む単量体成分を重合させることにより、容易に調製することができる。
付加重合性オキサゾリンとしては、例えば、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−エチル−2−オキサゾリンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの付加重合性オキサゾリンは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらの付加重合性オキサゾリンのなかでは、入手が容易であることから、2−イソプロペニル−2−オキサゾリンが好ましい。
付加重合性オキサゾリンと共重合可能な単量体としては、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−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、シクロへキシル(メタ)アクリレート、2−エチルへキシル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(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、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、(メタ)アクリル酸とポリエチレングリコールとのモノエステル化物、2−アミノエチル(メタ)アクリレートおよびその塩、(メタ)アクリル酸のカプロラクトン変性物、メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、メタクリロイルオキシ−1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジンなどの(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸カリウム、(メタ)アクリル酸アンモニウムなどの(メタ)アクリル酸塩;(メタ)アクリロニトリルなどの不飽和ニトリル;(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミドなどの不飽和アミド;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテルなどのビニルエーテル;エチレン、プロピレンなどのα−オレフィン;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニルなどのハロゲン含有α,β−不飽和脂肪族炭化水素化合物;スチレン、α−メチルスチレン、スチレンスルホン酸ナトリウムなどのα,β−不飽和芳香族炭化水素化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの付加重合性オキサゾリンと共重合可能な単量体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
オキサゾリン基含有化合物は、例えば、(株)日本触媒製、商品名:エポクロスWS−500、エポクロスWS−700、エポクロスK−2010、エポクロスK−2020、エポクロスK−2030などとして商業的に容易に入手することができる。これらのなかでは、反応性を向上させる観点から、(株)日本触媒製、商品名:エポクロスWS−500、エポクロスWS−700などの水溶性を有するオキサゾリン基含有化合物が好ましい。
ヒドラジン化合物としては、例えば、アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、イタコン酸ジヒドラジドなどのジカルボン酸のジヒドラジドなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものでナトリウムはない。これらのなかでは、アジピン酸ジヒドラジドが好ましい。
イソシアネート基含有化合物は、単量体成分として用いられる水酸基含有単量体が官能基として有する水酸基と反応し得るイソシアネート基を含有する化合物である。
イソシアネート基含有化合物としては、例えば、水分散型(ブロック)ポリイソシアネートなどが挙げられる。なお、(ブロック)ポリイソシアネートとは、ポリイソシアネートおよび/またはブロックポリイソシアネートを意味する。
水分散型ポリイソシアネートとしては、例えば、ポリエチレンオキシド鎖によって親水性が付与されたポリイソシアネートをアニオン性分散剤またはノニオン性分散剤で水に分散させたものなどが挙げられる。
ポリイソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどのジイソシアネート;これらのジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体、ビューレット体、イソシアヌレート体などのポリイソシアネートの誘導体(変性物)などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのポリイソシアネートは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
水分散型ポリイソシアネートは、例えば、東ソー(株)製、商品名:アクアネート(登録商標)100、アクアネート(登録商標)110、アクアネート(登録商標)200、アクアネート210など;住化バイエルウレタン(株)製、商品名:バイヒジュールTPLS−2032、SUB−イソシアネートL801など;三井化学(株)製、商品名:タケネート(登録商標)WD−720、タケネート(登録商標)WD−725、タケネート(登録商標)WD−220など;大日精化工業(株)製、商品名:レザミンD−56などとして商業的に容易に入手することができる。
水分散型ブロックポリイソシアネートは、水分散型ポリイソシアネートのイソシアネート基をブロック化剤でブロックさせたものである。ブロック化剤としては、例えば、マロン酸ジエチル、アセト酢酸エチル、ε−カプロラクタム、ブタノンオキシム、シクロヘキサノンオキシム、1,2,4−トリアゾール、ジメチル−1,2,4−トリアゾール、3,5−ジメチルピラゾール、イミダゾールなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのブロック化剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。これらのブロック化剤なかでは、160℃以下の温度、好ましくは150℃以下の温度で開裂するものが望ましい。好適なブロック化剤としては、例えば、ブタノンオキシム、シクロへキサノンオキシム、3,5−ジメチルピラゾールなどが挙げられる。これらのなかでは、ブタノンオキシムがより好ましい。
水分散型ブロックポリイソシアネートは、例えば、三井化学(株)製、商品名:タケネート(登録商標)WB−720、タケネート(登録商標)WB−730、タケネート(登録商標)WB−920など;住化バイエルウレタン(株)製、商品名:バイヒジュールBL116、バイヒジュールBL5140、バイヒジュールBL5235、バイヒジュールTPLS2186、デスモジュールVPLS2310などとして商業的に容易に入手することができる。
アミノプラスト重合体は、メラミン、グアナミンなどのアミノ基を有する化合物とホルムアルデヒドとの付加縮合物であり、アミノ重合体とも呼ばれている。
アミノプラスト重合体としては、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、完全アルキル型メチル化メラミン、完全アルキル型ブチル化メラミン、完全アルキル型イソブチル化メラミン、完全アルキル型混合エーテル化メラミン、メチロール基型メチル化メラミン、イミノ基型メチル化メラミン、メチロール基型混合エーテル化メラミン、イミノ基型混合エーテル化メラミンなどのメラミン重合体;ブチル化ベンゾグアナミン、メチル/エチル混合アルキル化ベンゾグアナミン、メチル/ブチル混合アルキル化ベンゾグアナミン、ブチル化グリコールウリルなどのグアナミン重合体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのアミノプラスト重合体は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
アミノプラスト重合体は、例えば、サイテック・インダストリーズ社製、商品名:サイメル232、サイメル235、サイメル254、サイメル303、サイメル325、サイメル370、サイメル771、サイメル1170などとして商業的に容易に入手することができる。
アミノプラスト重合体の量は、通常、エマルション粒子に含まれている重合体の固形分とアミノプラスト重合体の固形分との重量比〔重合体の固形分/アミノプラスト重合体の固形分〕が60/40〜99/1となるように調整することが好ましい。
なお、本発明においては、前記した架橋剤以外にも、例えば、カルボジイミド化合物;ジルコニウム化合物、亜鉛化合物、チタニウム化合物、アルミニウム化合物などに代表される多価金属化合物などの架橋剤を本発明の目的が阻害されない範囲内で用いることができる。
上塗り塗料には、必要により、顔料を含有させることができる。顔料としては、有機顔料および無機顔料が挙げられ、これらは、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
有機顔料としては、例えば、ベンジジン、ハンザイエローなどのアゾ顔料、アゾメチン顔料、メチン顔料、アントラキノン顔料、フタロシアニンブルーなどのフタロシアニン顔料、ペリノン顔料、ペリレン顔料、ジケトピロロピロール顔料、チオインジゴ顔料、イミノイソインドリン顔料、イミノイソインドリノン顔料、キナクリドンレッドやキナクリドンバイオレットなどのキナクリドン顔料、フラバントロン顔料、インダントロン顔料、アントラピリミジン顔料、カルバゾール顔料、モノアリーライドイエロー、ジアリーライドイエロー、ベンゾイミダゾロンイエロー、トリルオレンジ、ナフトールオレンジ、キノフタロン顔料などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの有機顔料は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
無機顔料としては、例えば、二酸化チタン、三酸化アンチモン、亜鉛華、リトポン、鉛白、赤色酸化鉄、黒色酸化鉄、酸化鉄、酸化クロムグリーン、カーボンブラック、黄鉛、モリブデン赤、フェロシアン化第二鉄(プルシアンブルー)、ウルトラマリン、クロム酸鉛などをはじめ、雲母(マイカ)、クレー、アルミニウム粉末、タルク、ケイ酸アルミニウムなどの扁平形状を有する顔料、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウムなどの体質顔料などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの無機顔料は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
塗料用樹脂エマルションの不揮発分100質量部あたりの顔料の量は、耐候性および耐熱変形性に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは20質量部以上、より好ましくは40質量部以上であり、低温造膜安定性および伸張性に優れた塗膜を形成する観点から、好ましくは190質量部以下である。
前記上塗り塗料は、本発明の塗料用樹脂エマルションを含有するので、例えば、窯業系建材などに好適に使用することができる。
上塗り塗料は、例えば、建築物の内装および外層、外壁などに現場塗装する際に好適に使用することができるほか、窯業系建材などの無機質建材にも好適に使用することができる。窯業系建材としては、例えば、瓦、外壁材などが挙げられる。窯業系建材は、無機質硬化体の原料となる水硬性膠着材に無機充填剤、繊維質材料などを添加し、得られた混合物を成形し、得られた成形体を養生し、硬化させることによって得られる。建築物の外装を構成する無機質建材としては、例えば、フレキシブルボード、珪酸カルシウム板、石膏スラグパーライト板、木片セメント板、プレキャストコンクリート板、ALC板、石膏ボードなどが挙げられる。
上塗り塗料は、それ単独で1層で塗工してもよく、2層以上に重ね塗りすることによって塗工してもよい。2層以上に重ね塗りすることによって塗工する場合、その一部の層のみが本発明の水性塗料で形成されてもよく、全部の層が本発明の上塗り塗料で形成されてもよい。重ね塗りは、例えば、プライマー処理やシーラー処理などを施した被塗物に、第1層(例えば、下塗り層)用塗料を塗布して乾燥させた後、第2層(例えば、上塗り層)用塗料を上塗りし、乾燥させる方法などが挙げられるが、本発明は、かかる方法によって限定されるものではない。上塗り塗料を塗布する方法としては、例えば、刷毛、バーコーター、アプリケーター、エアスプレー、エアレススプレー、ロールコーター、フローコーターなどを用いた塗布方法が挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
なお、上塗り塗料を建材の表面および裏面に塗布する際には、両面に塗膜を有する建材を効率よく製造する観点から、必要により、当該建材を加熱しておいてもよい。
次に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみ
に限定されるものではない。なお、以下の実施例において、特に断りがない限り、「部」
は「質量部」を意味し、「%」は「質量%」を意味する。また、実施例3は、参考例として取り扱われるものである。
調製例1
脱イオン水223部、分散剤〔花王(株)製、商品名:デモールEP〕60部、分散剤〔第一工業製薬(株)製、商品名:ディスコートN−14〕50部、湿潤剤〔花王(株)製、商品名:エマルゲンLS−106〕10部、プロピレングリコール50部、酸化チタン〔石原産業(株)製、商品名:タイペークCR−95〕1000部およびガラスビーズ(直径:1mm)200部をホモディスパーで回転速度3000min-1にて60分間分散させた後、100メッシュ(JISメッシュ、以下同じ)の金網で濾過することにより、白色ペーストを調製した。
実施例1
滴下ロート、撹拌機、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に脱イオン水764部を仕込んだ。滴下ロートに脱イオン水189部、乳化剤〔第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンBC−10〕の25%水溶液40部、スチレン450部、2−エチルヘキシルアクリレート45部、アクリル酸2.5部およびメタクリル酸2.5部からなる滴下用プレエマルションを調製し、そのうち全単量体成分の総量の5%にあたる73部をフラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、5%過硫酸アンモニウム水溶液10部をフラスコ内に添加し、重合を開始した。その後、滴下用プレエマルションの残部および5%過硫酸アンモニウム水溶液15部を120分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、引き続いて脱イオン水94.5部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液20部、メチルメタクリレート100部および2−エチルヘキシルアクリレート150部からなる2段目滴下用プレエマルションを調製し、得られた滴下用プレエマルションを5%過硫酸アンモニウム水溶液7.5部とともに60分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、引き続いて脱イオン水94.5部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液20部、メチルメタクリレート120部、2−エチルヘキシルアクリレート100部および4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン30部からなる3段目滴下用プレエマルションを調製し、得られた滴下用プレエマルションを5%過硫酸アンモニウム水溶液7.5部とともに60分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、25%アンモニア水を添加することによってpHを8に調整し、重合を終了した。得られた反応液を室温(約25℃)まで冷却した後、300メッシュの金網で濾過することにより、塗料用樹脂エマルションを調製した。この塗料用樹脂エマルションにおける不揮発分の含有率は45%であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルションに含まれるエマルション粒子は、3層構造を有し、内層を構成する単量体成分におけるスチレンの含有率は90%であり、中間層を構成する重合体のガラス転移温度は−24℃であり、内層と外層との質量比は67/33であり、エマルション粒子における内層と外層との合計含有率は75%であり、エマルション粒子を構成する全単量体におけるスチレンの含有率は45%であり、外層を構成する重合体のガラス転移温度は10℃であり、内層を構成する重合体のガラス転移温度は74℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は27℃であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルション100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕12部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500min-1にて30分間攪拌した後、調製例1で得られた白色ペースト30部および消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:SNデフォーマー777〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が80KUとなるように増粘剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカノールUH−420〕を添加し、その状態で30分間攪拌することにより、上塗り塗料を調製した。
実施例2
滴下ロート、撹拌機、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に脱イオン水764部を仕込んだ。滴下ロートに脱イオン水94.5部、乳化剤〔第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンBC−10〕の25%水溶液20部およびスチレン250部からなる滴下用プレエマルションを調製し、そのうち全単量体成分の総量の5%にあたる73部をフラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、5%過硫酸アンモニウム水溶液10部をフラスコ内に添加し、重合を開始した。その後、滴下用プレエマルションの残部および5%過硫酸アンモニウム水溶液7.5部を60分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、引き続いて脱イオン水189部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液40部およびスチレン50部、メチルメタクリレート195部、2−エチルヘキシルアクリレート250部およびメタクリル酸5部からなる2段目滴下用プレエマルションを調製し、得られた滴下用プレエマルションを5%過硫酸アンモニウム水溶液15部とともに120分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコ内の内容物を80℃で60分間維持し、引き続いて脱イオン水94.5部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液20部、メチルメタクリレート175部、2−エチルヘキシルアクリレート70部および4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン5部からなる3段目滴下用プレエマルションを調製し、得られた滴下用プレエマルションを5%過硫酸アンモニウム水溶液7.5部とともに60分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、25%アンモニア水を添加することによってpHを8に調製し、重合を終了した。得られた反応液を室温(約25℃)まで冷却した後、300メッシュの金網で濾過することにより、塗料用樹脂エマルションを調製した。この塗料用樹脂エマルションにおける不揮発分の含有率は45%であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルションに含まれるエマルション粒子は、3層構造を有し、内層を構成する単量体成分におけるスチレンの含有率は100%であり、中間層を構成する重合体のガラス転移温度は−9℃であり、内層と外層との質量比は50/50であり、エマルション粒子における内層と外層との合計含有率は50%であり、エマルション粒子を構成する全単量体におけるスチレンの含有率は30%であり、外層を構成する重合体のガラス転移温度は32℃であり、内層を構成する重合体のガラス転移温度は100℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は23℃であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルション100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕12部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500min-1にて30分間攪拌した後、調製例1で得られた白色ペースト30部および消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:SNデフォーマー777〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が80KUとなるように増粘剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカノールUH−420〕を添加し、その状態で30分間攪拌することにより、上塗り塗料を調製した。
実施例3
滴下ロート、撹拌機、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に脱イオン水764部を仕込んだ。滴下ロートに脱イオン水126部、乳化剤〔第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンBC−10〕の25%水溶液27部、スチレン300部、2−エチルヘキシルアクリレート30部およびメタクリル酸3部からなる滴下用プレエマルションからなる滴下用プレエマルションを調製し、そのうち全単量体成分の総量の5%にあたる73部をフラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、5%過硫酸アンモニウム水溶液10部をフラスコ内に添加し、重合を開始した。その後、滴下用プレエマルションの残部および5%過硫酸アンモニウム水溶液10部を90分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、引き続いて脱イオン水126部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液27部、メチルメタクリレート100部および2−エチルヘキシルアクリレート230部およびメタクリル酸3部からなる2段目滴下用プレエマルションを調製し、得られた滴下用プレエマルションを5%過硫酸アンモニウム水溶液10部とともに90分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、引き続いて脱イオン水126部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液27部、メチルメタクリレート240部、2−エチルヘキシルアクリレート90部およびメタクリル酸4部からなる滴下用プレエマルションを調製し、得られた滴下用プレエマルションを5%過硫酸アンモニウム水溶液10部とともに90分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコ内の内容物を80℃で60分間維持し、25%アンモニア水を添加することによってpHを8に調製し、重合を終了した。得られた反応液を室温(約25℃)まで冷却した後、300メッシュの金網で濾過することにより、塗料用樹脂エマルションを調製した。この塗料用樹脂エマルションにおける不揮発分の含有率は45%であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルションに含まれるエマルション粒子は、3層構造を有し、内層を構成する単量体成分におけるスチレンの含有率は90%であり、中間層を構成する重合体のガラス転移温度は−36℃であり、内層と外層との質量比は50/50であり、エマルション粒子における内層と外層との合計含有率は66.7%であり、エマルション粒子を構成する全単量体におけるスチレンの含有率は30%であり、外層を構成する重合体のガラス転移温度は34℃であり、内層を構成する重合体のガラス転移温度は100℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は22℃であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルション100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕12部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500min-1にて30分間攪拌した後、調製例1で得られた白色ペースト30部および消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:SNデフォーマー777〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が80KUとなるように増粘剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカノールUH−420〕を添加し、その状態で30分間攪拌することにより、上塗り塗料を調製した。
比較例1
滴下ロート、撹拌機、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に脱イオン水764部を仕込んだ。滴下ロートに脱イオン水189部、乳化剤〔第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンBC−10〕の25%水溶液40部、スチレン450部、2−エチルヘキシルアクリレート45部、アクリル酸2.5部およびメタクリル酸2.5部からなる滴下用プレエマルションを調製し、そのうち全単量体成分の総量の5%にあたる73部をフラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、5%過硫酸アンモニウム水溶液10部をフラスコ内に添加し、重合を開始した。その後、滴下用プレエマルションの残部および5%過硫酸アンモニウム水溶液15部を120分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコ内容物を80℃で60分間維持し、引き続いて脱イオン水189部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液40部、メチルメタクリレート275部、2−エチルヘキシルアクリレート195部および4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン30部からなる2段目滴下用プレエマルションを調製し、得られた滴下用プレエマルションを5%過硫酸アンモニウム水溶液15部とともに120分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、25%アンモニア水を添加することによってpHを8に調製し、重合を終了した。得られた反応液を室温(約25℃)まで冷却した後、300メッシュの金網で濾過することにより、塗料用樹脂エマルションを調製した。この塗料用樹脂エマルションにおける不揮発分の含有率は45%であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルションに含まれるエマルション粒子は、2層構造を有し、内層を構成する単量体成分におけるスチレンの含有率は90%であり、内層と外層との質量比は50/50であり、エマルション粒子における内層と外層との合計含有率は100%であり、エマルション粒子を構成する全単量体におけるスチレンの含有率は45%であり、外層を構成する重合体のガラス転移温度は10℃であり、内層を構成する重合体のガラス転移温度は74℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は39℃であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルション100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕12部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500min-1にて30分間攪拌した後、調製例1で得られた白色ペースト30部および消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:SNデフォーマー777〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が80KUとなるように増粘剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカノールUH−420〕を添加し、その状態で30分間攪拌することにより、上塗り塗料を調製した。
比較例2
滴下ロート、撹拌機、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に脱イオン水764部を仕込んだ。滴下ロートに脱イオン水189部、乳化剤〔第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンBC−10〕の25%水溶液40部、スチレン250部、メチルメタクリレート200部、2−エチルヘキシルアクリレート45部、アクリル酸2.5部およびメタクリル酸2.5部からなる滴下用プレエマルションを調製し、そのうち全単量体成分の総量の5%にあたる73部をフラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、5%過硫酸アンモニウム水溶液10部をフラスコ内に添加し、重合を開始した。その後、滴下用プレエマルションの残部および5%過硫酸アンモニウム水溶液15部を120分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、引き続いて脱イオン水94.5部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液20部、スチレン80部、メチルメタクリレート20部、2−エチルヘキシルアクリレート150部からなる2段目滴下用プレエマルションを調製し、得られた滴下用プレエマルションを5%過硫酸アンモニウム水溶液7.5部とともに60分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、引き続いて脱イオン水94.5部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液20部、スチレン120部、2−エチルヘキシルアクリレート100部および4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン30部からなる3段目滴下用プレエマルションを調製し、得られた滴下用プレエマルションを5%過硫酸アンモニウム水溶液7.5部とともに60分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、25%アンモニア水を添加することによってpHを8に調製し、重合を終了した。得られた反応液を室温(約25℃)まで冷却した後、300メッシュの金網で濾過することにより、塗料用樹脂エマルションを調製した。この塗料用樹脂エマルションにおける不揮発分の含有率は45%であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルションに含まれるエマルション粒子は、3層構造を有し、内層を構成する単量体成分におけるスチレンの含有率は50%であり、中間層を構成する重合体のガラス転移温度は−24℃であり、内層と外層との質量比は67/33であり、エマルション粒子における内層と外層との合計含有率は75%であり、エマルション粒子を構成する全単量体におけるスチレンの含有率は45%であり、外層を構成する重合体のガラス転移温度は10℃であり、内層を構成する重合体のガラス転移温度は76℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は27℃であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルション100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕12部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500min-1にて30分間攪拌した後、調製例1で得られた白色ペースト30部および消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:SNデフォーマー777〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が80KUとなるように増粘剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカノールUH−420〕を添加し、その状態で30分間攪拌することにより、上塗り塗料を調製した。
比較例3
滴下ロート、撹拌機、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却管を備えたフラスコ内に脱イオン水764部を仕込んだ。滴下ロートに脱イオン水94.5部、乳化剤〔第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンBC−10〕の25%水溶液20部およびスチレン250部からなる滴下用プレエマルションを調製し、そのうち全単量体成分の総量の5%にあたる73部をフラスコ内に添加し、ゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら80℃まで昇温し、5%過硫酸アンモニウム水溶液10部をフラスコ内に添加し、重合を開始した。その後、滴下用プレエマルションの残部および5%過硫酸アンモニウム水溶液7.5部を60分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、引き続いて脱イオン水189部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液40部、スチレン50部、2−エチルヘキシルアクリレート445部およびメタクリル酸5部からなる2段目滴下用プレエマルションを調製し、得られた滴下用プレエマルションを5%過硫酸アンモニウム水溶液15部とともに120分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、引き続いて脱イオン水94.5部、乳化剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカリアソープSR−10〕の25%水溶液20部、メチルメタクリレート175部、2−エチルヘキシルアクリレート70部および4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン5部からなる3段目滴下用プレエマルションを調製し、得られた滴下用プレエマルションを5%過硫酸アンモニウム水溶液7.5部とともに60分間にわたり均一にフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、フラスコの内容物を80℃で60分間維持し、25%アンモニア水を添加することによってpHを8に調製し、重合を終了した。得られた反応液を室温(約25℃)まで冷却した後、300メッシュの金網で濾過することにより、塗料用樹脂エマルションを調製した。この塗料用樹脂エマルションにおける不揮発分の含有率は45%であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルションに含まれるエマルション粒子は、3層構造を有し、内層を構成する単量体成分におけるスチレンの含有率は100%であり、中間層を構成する重合体のガラス転移温度は−59℃であり、内層と外層との質量比は50/50であり、エマルション粒子における内層と外層との合計含有率は50%であり、エマルション粒子を構成する全単量体におけるスチレンの含有率は30%であり、外層を構成する重合体のガラス転移温度は32℃であり、内層を構成する重合体のガラス転移温度は100℃であり、エマルション粒子全体のガラス転移温度は−12℃であった。
前記で得られた塗料用樹脂エマルション100部に成膜助剤として2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート〔JNC(株)製、品番:CS−12〕12部を添加し、ホモディスパーで回転速度1500min-1にて30分間攪拌した後、調製例1で得られた白色ペースト30部および消泡剤〔サンノプコ(株)製、商品名:SNデフォーマー777〕0.5部を添加し、クレーブス単位粘度計(ブルックフィールド社製、品番:KU−1)を用いて25℃で測定したときの粘度が80KUとなるように増粘剤〔(株)ADEKA製、商品名:アデカノールUH−420〕を添加し、その状態で30分間攪拌することにより、上塗り塗料を調製した。
次に、各実施例または各比較例で得られた上塗り塗料を用い、以下の方法に基づいて各物性を調べた。その結果を表1に示す。なお、×の評価が1つでもあるものは、不合格である。
(1)耐候性
スレート板〔日本テストパネル(株)製、縦:70mm、横:150mm、厚さ:6mm〕にシーラー〔エスケー化研(株)製、商品名:EXシーラー〕をエアスプレーで150g/m2の塗布量で均一に塗布し、23℃の空気中で1週間乾燥させた。
次に、上塗り塗料を10milアプリケーターで塗布し、23℃の空気中にて1週間乾燥させた後、当該上塗り塗料が塗布されたスレート板の側面および背面をアルミニウムテープでシールし、上塗り塗料が塗布された面の60°鏡面光沢を光沢計〔日本電色工業(株)製、品番:VG2000〕で測定し、さらに以下の条件にて500時間耐候性試験を行ない、前記光沢計で当該スレート板の塗装面の光沢を測定し、式:
[光沢保持率(%)]
=〔[耐候性試験後の光沢]÷[耐候性試験前の光沢]〕×100
に基づいて求め、以下の評価基準に基づいて耐候性を評価した。
〔耐候性試験の試験条件〕
・試験機:メタルウェザー〔ダイプラ・ウィンテス(株)製、品番:KU−R4〕
・照射:気温65℃で相対湿度50%の空気中で4時間照射(照射強度:80mW/cm2)
・湿潤:気温35℃で相対湿度98%の空気中で4時間
・シャワー:湿潤前後に各30秒間
(評価基準)
◎:光沢性保持率80%以上
○:光沢性保持率60%以上80%未満
×:光沢性保持率60%未満
(2)凍結流動保持性
樹脂エマルション100部を200mL容の金属缶〔善友金属(株)製、プライマー丸缶〕内に入れ、−3℃の空気中で1日間放置し、次いで23℃の空気中に1日間放置する操作を1サイクルとし、当該操作を3サイクル行なった後、樹脂エマルションの凍結流動保持性を以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
◎:流動性に変化がなし
○:流動性に変化が認められるが、流動性あり
×:流動性なし
(3)伸長性
ポリプロピレン板(縦:70mm、横:150mm、厚さ:2mm)に上塗り塗料を20milアプリケーターで塗布し、室温(約25℃)で24時間乾燥させた後、形成された塗膜(縦:1cm程度、横:7cm程度、厚さ:150μm)をポリプロピレン板から剥離させた。
次に、剥離させた塗膜を0℃に温度調節した恒温ボックス内で3時間温度調節した後、当該塗膜の短辺を引っ張り試験機〔(株)島津製作所製、商品名:オートグラフAGS−100D〕のチャックに掴持し、初期標線間距離50mm、引っ張り速度200mm/minの条件で引っ張り、式:
〔伸張率(%)〕=〔(破断時の伸び−50mm)÷(50mm)〕×100
に基づいて塗膜の伸張率を調べ、以下の評価基準に基づいて伸張性を評価した。
(評価基準)
◎:伸長率が30%以上
○:伸長率が20%以上30%未満
×:伸長率が20%未満
(4)低温造膜安定性
ストレート板(日本テストパネル製、縦:7cm、横:15cm、厚さ:6mm)にシーラー〔エスケー化研(株)製、商品名:EXシーラー〕をエアスプレーにて150g/m2の塗布量で均一に塗布し、23℃の空気中で1週間乾燥させた。
前記スレート板のシーラーの塗布面に、上塗り塗料100部に対して水10部を添加することによって調製した試料を10mil厚のアプリケーターで塗布し、5℃に調温した恒温装置内で24時間乾燥させた。
次に、前記スレート板を常温の水中に24時間浸漬させた後、水中から引き上げ、室温(約25℃)で24時間乾燥させた。その後、スレート板の塗膜状態をルーペで10倍に拡大して目視にて観察し、以下の評価基準に基づいて低温造膜安定性を評価した。
(評価基準)
◎:クラックなし
○:塗膜に小さいクラック(長さ5mm未満)が見受けられる。
×:塗膜に大きいクラック(長さ5mm以上)が見受けられる。
(5)耐熱変形性
ストレート板(日本テストパネル製、縦:7cm、横:15cm、厚さ:6mm)にシーラー〔エスケー化研(株)製、商品名:EXシーラー〕をエアスプレーにて150g/m2の塗布量で均一に塗布し、23℃の空気中で1週間乾燥させた。
前記スレート板のシーラーの塗布面に、上塗り塗料100部に対して水10部を添加することによって調製した試料を10mil厚のアプリケーターで塗布し、23℃の空気中で24時間乾燥させた。
次に、形成された塗膜の表面上にガーゼ(縦:7cm、横:7cm)を載置し、このガーゼの上に250gのおもりを載せ、室温(約25℃)の空気中で2時間放置した後、塗膜の表面を目視にて観察し、以下の評価基準に基づいて耐熱変形性を評価した。
(評価基準)
◎:塗膜の表面にガーゼの残痕なし
○:塗膜の表面に浅いガーゼの残痕あり
×:塗膜の表面に深いガーゼの残痕あり
(6)総合評価
前記各物性の評価において、◎を20点、○を10点、×を0点とし、各物性の得点を合計することによって総合得点(最高得点:100点、最低得点:0点)を求め、総合評価の指標とした。その結果を表1に示す。
表1に示された結果から、各実施例で得られた塗料用樹脂エマルションおよび上塗り塗料は、いずれも、耐候性、凍結流動保持性、伸長性、低温造膜安定性および耐熱変形性に総合的に優れた塗膜を形成するものであることがわかる。