JP7323317B2 - 下塗層形成用組成物、下塗層、及び塗膜 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に開示の防汚塗料では、有機溶剤を用いて、接着剤を溶かして、塗膜を除去することになり、多大な労力を必要とする。
さらに、特許文献2に開示の発明は、塗膜の長寿命化を図っているが、かかる長寿命化は、防汚性能の低下を緩和することにある。しかし、水中構造物を長時間使用すると、接着力が低下して、塗膜が剥離しやすくなる。特に、船舶のように水中を移動する水中構造物の場合には、塗膜が水による抵抗を受けるため、水中構造物から剥離することがあった。
また、特許文献2には、塗膜をシート状に剥離(シート剥離)することについて開示はない。
防汚層はシリコーン樹脂を含むことが好ましい。防汚層がシリコーン樹脂を含むことで、下塗層に含まれるシリコーン重合体が有する極性基と、防汚層に含まれるシリコーン樹脂が有する極性基との間で相互作用が発生したり、前記シリコーン重合体が有するアルコキシ基が、前記シリコーン樹脂とシラノール結合を形成したりすることにより、特に高い密着性が発現する。
さらに、シート剥離可能で、除去作業を容易にすると共に、例えば、水中移動を伴うような水中構造物や、荒い波を受ける場所で使用される水中構造物といった水流抵抗を受ける水中構造物において長時間使用しても剥離しにくい塗膜を提供する。
ベースポリマーと、シリコーン重合体とを含み、
前記シリコーン重合体の少なくとも一部に、極性基を含む置換基が結合されている、下塗層形成用組成物である。
前記防汚層の前記下塗層に対する1mm四方クロスカット延伸剥離度が、0.05以下であってもよい。
本発明の実施形態に係る下塗層は、本発明の実施形態に係る下塗層形成用組成物により形成でき、下塗層形成用組成物を水中構造物に塗布し、乾燥させ、形成することが好ましい。
本発明の実施形態に係る下塗層形成用組成物は、下塗層と下塗層に接着する防汚層とを備えた塗膜の、下塗層を形成する下塗層形成用組成物であって、ベースポリマーと、シリコーン重合体とを含み、シリコーン重合体の少なくとも一部に、極性基を含む置換基が結合されている。
本発明の実施形態に係る下塗層形成用組成物は、極性基を含む置換基が少なくとも一部に結合されているシリコーン重合体を含有することにより、防汚層との密着力に優れ、構造物への接着力を向上した下塗層を形成することができる。また、本発明の実施形態に係る下塗層形成用組成物により形成した下塗層は、剥がれにくい塗膜を形成することができる。
ここでシリコーン重合体とは、ケイ素含有化合物が2分子以上重合し、シロキサン結合(Si-O-Si)を含むものをいう。シリコーン重合体としては、例えば、低分子シリコーン(低分子シロキサン)、シリコーンオリゴマー、シリコーンポリマー等が挙げられる。
その理由は定かではないが、例えば、シリコーン重合体に導入された置換基に含まれる極性基と、防汚層に含まれるシリコーン樹脂が有する極性基とが相互作用したり、シリコーン重合体の末端に導入されたアルコキシ基が、防汚層に含まれるシリコーン樹脂とシラノール結合を形成したりすることにより、強い密着性が発現するためであると発明者らは推測している。
R1が表わす極性基を含む置換基としては、極性基単独でもよく、極性基に連結基が結合された置換基であってもよい。
上記連結基は特に限定されないが、例えば、直鎖、分岐、もしくは環状のアルキレン基、アルケニレン基、アルキレンオキシ基、アラルキレン基、アリーレン基、などが挙げられる。これらは更に置換基を有していてもよい。
炭素原子数が1~6のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基、n-ブトキシ基、i-ブトキシ基、sec-ブトキシ基、tert-ブトキシ基、n-ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基、テキシルオキシ基(2,3-ジメチル-2-ブチル基)が挙げられ、メトキシ基、又はエトキシ基が好ましく、メトキシ基がより好ましい。
上記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1-メチルブチル基、イソヘキシル基、2-メチルヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1-アダマンチル基等の直鎖状、分枝状、又は環状のアルキル基が挙げられる。
上記アルケニル基の具体例としては、ビニル基、1-プロペニル基、1-ブテニル基、1-メチル-1-プロペニル基、1-シクロペンテニル基、1-シクロヘキセニル基等の直鎖状、分枝状、又は環状のアルケニル基が挙げられる。
上記アルキニル基の具体例としては、エチニル基、1-プロピニル基、1-ブチニル基、1-オクチニル基等が挙げられる。
上記アリール基の具体例としては、フェニル基、p-トリル基、ナフチル基等が挙げられる。
R1及びR2が表わす炭素原子数が1~10の炭化水素基としては炭素原子数が1~3のアルキル基を表すことが好ましく、メチル基、又はエチル基が好ましく、メチル基が更に好ましい。
上記連結基は特に限定されないが、例えば、直鎖、分岐、もしくは環状のアルキレン基、アルケニレン基、アルキレンオキシ基、アラルキレン基、アリーレン基、などが挙げられる。これらは更に置換基を有していてもよい。
R3が表わす置換基が含む炭化水素基としては、R2が表わす炭化水素基と同様のものが挙げられ、フェニル基が好ましい。
m、nはそれぞれ0以上の整数であり、m+nは0~40の整数であることが好ましく、2~40の整数であることが好ましく、5~35の整数であることがより好ましい。
シリコーン重合体の重量平均分子量は200以上であることが好ましく、300以上であることがより好ましく、400以上であることがさらに好ましい。また、溶液状態での安定性の観点から100000以下であることが好ましく、50000以下であることがより好ましく、20000以下であることがさらに好ましく、10000以下であることがよりさらに好ましく、5000以下であることが特に好ましく、2000以下であることが最も好ましい。
シリコーン重合体がシリコーンオリゴマーである場合、シリコーンオリゴマーの重量平均分子量は200以上であることが好ましく、300以上であることがより好ましく、400以上であることがさらに好ましい。また、溶液状態での安定性の観点から10000以下であることが好ましく、5000以下であることがより好ましく、2000以下であることが更に好ましい。
下塗層形成用組成物中のベースポリマーとシリコーン重合体との配合割合は、防汚層との密着性を高めるため、ベースポリマー100質量部に対し好ましくは0.1質量部以上であり、より好ましくは0.3質量部以上であり、さらに好ましくは0.5質量部以上であり、最も好ましくは1質量部以上である。また、被着体との接着力の観点から、好ましくは50質量部以下であり、より好ましくは40質量部以下であり、さらに好ましくは30質量部以下であり、よりさらに好ましくは20質量部以下であり、特に好ましくは15質量部以下であり、最も好ましくは10質量部以下である。
ベースポリマーとしてはエラストマーが好ましく、例えば、ゴム(熱硬化性エラストマー)及び熱可塑性エラストマーを用いることができる。一方で、長期使用による強度劣化が激しい、ポリ塩化ビニル等の一部の熱可塑性樹脂は、塗膜を剥離する際に切断する虞があるため、好ましくない。
エマルション型樹脂組成物としては、例えば、上記のエラストマーを含むエマルションが挙げられ、ウレタンゴムを含むウレタンエマルション、又はアクリル系熱可塑性エラストマーを含むアクリルエマルションが好ましい。
下塗層の厚みは、用途等及び後述の引張破断強度に応じて、設定すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、50μmから500μmであり、好ましくは、70μmから300μmであり、さらに好ましくは、100μmから200μmである。また、後述の引張破断強度は、主に、下塗層に依存するため、下塗層の厚みを変更して、引張破断強度を調整することができる。
本発明の実施形態に係る防汚層は、防汚層形成用組成物を、水中構造物に設けた下塗層上に塗布し、乾燥させることにより形成できる。
防汚層形成用組成物としては、シリコーン系塗料、銅系塗料、亜鉛系塗料等を用いることができるが、シリコーン系塗料といった重ね塗りを想定しない塗料を用いることが好ましい。
ポリエーテル変性シリコーンオイルは、主鎖がシロキサン結合を有するポリシロキサンであり、1個以上のポリオキシアルキレン基を置換基として有するものである。主鎖は環を形成していても良い。
ポリエーテル変性シリコーンオイルにおけるポリオキシアルキレン基の結合位置は、任意の適切な結合位置であり得る。例えば、ポリオキシアルキレン基が主鎖の両末端に結合されていても良いし、ポリオキシアルキレン基が主鎖の片末端に結合されていても良いし、ポリオキシアルキレン基が側鎖に結合されていても良い。
具体的には、ポリシロキサンの両末端または片末端が水酸基である末端水酸基含有ジメチルシリコーンオイル、ポリシロキサンのSiに結合する置換基の全てがメチル基であるジメチルシリコーンオイル、これらのジメチルシリコーンオイルのメチル基の一部がフェニル基に置換されたフェニルメチルシリコーンオイル(フェニル変性シリコーンオイル)、長鎖アルキル変性シリコーンオイルなどが挙げられる。
防汚層の厚みは、用途に応じて設定すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、50μmから500μmであり、好ましくは、70μmから300μmであり、さらに好ましくは、100μmから200μmである。
引張破断強度は、塗膜を引張したときの塗膜の破断しにくさを示す強度である。引張破断強度が低いと、塗膜を被着体から剥離する際に、塗膜が破断し、剥離が、困難になってしまう。また、接着力が高いと被着体から塗膜を剥離するために必要な力が大きくなり、その結果、塗膜が破断しやすくなる。したがって、塗膜を破断させずに容易に剥離するためには、引張破断強度の、接着力に対する比が高いことが好ましい。
防汚層の下塗層に対する1mm四方クロスカット延伸剥離度は、図2に示すように、防汚層にのみ形成された複数の1mm四方の切り込みのマス目を備える積層体を、マス目の対角線上(図2における矢印5で示される方向)に2倍延伸したときに、剥離したマス目の割合であり、防汚層の下塗層からの剥離しにくさの程度を示す。
塗膜を形成する防汚層形成用組成物、下塗層形成用組成物、及び塗料セットについては、典型的な塗膜の厚みである下塗層を150μmとし、防汚層を100μmからなる塗膜を形成した場合に、かかる塗膜の1mm四方クロスカット延伸剥離度は、好ましくは0.05以下であり、より好ましくは、0.04以下であり、さらに好ましくは0.03以下であり、0.01以下が一層好ましく、0.00が最も好ましい。
さらに、本発明の実施形態にかかる下塗層形成用組成物については、下塗層が150μmの厚さを有し、シリコーン樹脂製(シリコーン樹脂100質量部に対して、シリコーンオイル90質量部を含む)の防汚層が例えば100μmの厚さを有する塗膜を形成した場合に、かる塗膜の1mm四方クロスカット延伸剥離度は、好ましくは0.05以下であり、より好ましくは、0.04以下であり、さらに好ましくは0.03以下であり、0.01以下が一層好ましく、0.00が最も好ましい。防汚層の下塗層に対する1mm四方クロスカット延伸剥離度は、防汚層の接着性を示すから、かかる剥離度が小さい塗膜では、防汚層が、下塗層から剥離しにくいという効果を奏する。
構造物の表面に用いられる典型的な材料として典型的なものには、例えば、PMMA(ポリメタクリル酸メチル樹脂)、ゲルコート(アクリル系ポリマー/ポリスチレン等)、エポキシ塗料による塗膜、エナメル塗料(アクリル系ポリマー等)による塗膜及びアルミニウムが挙げられるが、本発明は、他の材料に用いることもできる。
上述した本実施形態にかかる下塗層形成用組成物、及び塗膜は水中構造物上に形成されているが、水中構造物以外に形成してもよく、同様の効果を奏する。例えば、屋根や外壁等の各種外装材の表面に形成してもよい。このとき、使用時における被着体からの剥離しにくさを示す指標として、PMMAに対する接着力が用いられる。本発明の塗膜の構造物に対するPMMAに対する接着力が0.5(N/20mm)以下であることが好ましく、0.3以下が好ましく、0.2以下がさらに好ましく、0.1以下が一層好ましく、0.0が最も好ましい。また、当該実施形態における引張破断強度(N/20mm)の接着力(N/20mm)に対する比率及び前記防汚層形成用組成物の層の下塗層形成用組成物の層に対する1mm四方クロスカット延伸剥離度といった他の性質は、水中構造物に対する塗膜を形成する塗料と同様である。
(下塗層形成用組成物の作製)
ベースポリマーとしてマレイン酸変性SEBS(スチレン含有割合30質量%、商品名「FG1901」、クレイトンジャパンポリマー株式会社製)100質量部と、シリコーンオリゴマー(商品名「KF862」、信越シリコーン株式会社製)3質量部と、キシレン400質量部とを混合し、室温(23℃)で12時間撹拌し、下塗層形成用組成物を得た。
シリコーン樹脂(商品名「KE445B」、信越シリコーン株式会社製)100質量部と疎水性シリコーンオイル(メチルフェニルシリコーンオイル、商品名「KF50-100Cs」、信越シリコーン株式会社製)60質量部と、親水性シリコーンオイル(ポリエーテル変性シリコーンオイル、商品名「KF6016」、信越シリコーン株式会社製)20質量部)を混合し、室温(23℃)で5分間撹拌し、防汚層形成用組成物を得た。
上記の実施例1で作製した下塗層形成用組成物、及び上記の防汚層形成用組成物からなる塗料セットを用いて、以下の方法で塗膜を作製し、接着力を測定した。PMMA板(商品名「デラグラスK」、旭化成テクノプラス株式会社製、メタクリル酸メチル重合体96.6%以上)に、下塗層形成用組成物をアプリケーターで塗工し、室温で12時間乾燥させ、厚み150μmの下塗層を作製した。作製した下塗層の上に、防汚層形成用組成物をアプリケーターで塗工し、室温で12時間乾燥させ、厚み100μmの防汚層を作製することで、PMMA板上に、下塗層及び防汚層からなる塗膜を作製した。
セパレータ(商品名「MRF38」、三菱樹脂(株)製、厚み50μm)の表面に、下塗層形成用組成物をアプリケーターで塗工し、室温で12時間乾燥させ、厚み150μmの下塗層を作製した。作製した下塗層の上に、防汚層形成用組成物をアプリケーターで塗工し、室温で12時間乾燥させ、厚み100μmの防汚層を作製することで、セパレータ上に、下塗層及び防汚層の積層体からなる塗膜を作製した。得られた下塗層/防汚層の積層体を、下塗層/防汚層が20mm×60mmの大きさになるように切り取り、引張試験機(装置名「AUTOGRAPH AGS-X」、(株)島津製作所製)を用いて引張破断強度(1)を評価した。
引張破断強度と同様の操作を行い、セパレータ(商品名「MRF38」、三菱樹脂(株)製、厚み38μm)上に、下塗層及び防汚層からなる塗膜を作製した。得られた下塗層及び防汚層の積層体を20mm×60mmに切り取り、クロスカット試験カッターガイド(商品名「スーパーカッターガイド」、太佑機材(株)製)を用いて防汚層のみに1mm間隔で100マス(1cm□)カッターで切り込みを入れた。マスの対角線上に4倍延伸し、下塗層から剥がれた防汚層のマス目の数を計測した。
PMMA板(商品名「デラグラスK」、旭化成テクノプラス株式会社製、メタクリル酸メチル重合体96.6%以上)の表面に、下塗層形成用組成物をアプリケーターで塗工し、室温で12時間乾燥させ、厚み150μmの下塗層を作製した。作製した下塗層の上に、防汚層形成用組成物をアプリケーターで塗工し、室温で12時間乾燥させ、厚み100μmの防汚層を作製することで、PMMA板上に、下塗層及び防汚層の積層体からなる塗膜を作製した。塗膜が20mm×100mmの大きさになるように周囲を除去した。次に、塗膜の長辺方向と並行となる方向に水流(流速15ノット)を100時間流し、防汚層が下塗層から剥がれる時間を評価した。
下塗層形成用組成物の樹脂組成を、実施例1の樹脂とは変性方法が異なるアミン変性水添スチレン系熱可塑性エラストマー(スチレン含有割合30質量%、商品名「タフテックMP10」、旭化成ケミカルズ株式会社製)に変更したこと以外は実施例1と同様の操作によって、下塗層形成用組成物及び防汚層形成用組成物を作製した。また、それらを用いて、実施例1と同様の操作により、塗膜を作製して、接着力、引張破断強度、クロスカット延伸試験、剥離性の評価を行った。
下塗層形成用組成物及び上塗層形成用組成物の組成を、表1又は表2に記載のとおり変更したこと以外は実施例1と同様の操作によって、下塗層形成用組成物及び防汚層形成用組成物を作製した。また、それらを用いて、実施例1と同様の操作により、塗膜を作製して、接着力、引張破断強度(1)、クロスカット延伸度、耐流水性の評価を行った。
エラストマーの種類、シリコーン重合体の種類、上塗層形成用組成物の組成を変更した実施例5~20においても、ベースポリマーと、極性基を含む置換基が結合したシリコーン重合体とを含み、下塗層形成用組成物を用いることにより、接着力と耐流水性に優れ、実施例1と同様に優れた効果を奏することが確認できた。
実施例17~20においては、両末端に極性基を有するシリコーン重合体を用いたため、クロスカット延伸剥離度は100であったが、耐流水性試験では24時間剥がれが無く、本発明の効果を奏することが確認できた。
・FG1901:マレイン酸変性SEBS、クレイトンジャパンポリマー株式会社製
・MP10:アミン変性水添スチレン系熱可塑性エラストマー、商品名「タフテックMP10」、旭化成ケミカルズ株式会社製
・U-205:ウレタンエマルション、ALBERDINGK社製
・ポリゾールAP4690N:(アクリルエマルション、昭和電工株式会社製
・G1652:SEBS、クレイトンジャパンポリマー株式会社製
・GL252EA(硬化剤GL200RB5部):フッ素ゴム、ダイキン工業株式会社製
・KF862:側鎖両末端型/側鎖アミノ・両末端メトキシ変性シリコーンオイル、信越シリコーン株式会社製
有機基(末端):メトキシ基
・DOWSIL FZ-4634 EX:側鎖型/側鎖アミンエマルション、東レダウ株式会社製
・X-22-162C:両末端型/カルボキシル変性シリコーンオイル、信越シリコーン株式会社製
・KF9701:両末端型/シラノール変性シリコーンオイル、信越シリコーン株式会社製
・X-41-1056:末端側鎖型/エポキシ変性アルコキシオリゴマー、信越化学株式会社製
・KR513:末端側鎖型/アクリル変性アルコキシオリゴマー、信越化学株式会社製
・KC-89C:末端側鎖型/アルコキシオリゴマー、信越化学株式会社製
・DOWSIL SM8709SR Emulsion:側鎖型/側鎖アミンエマルション、東レダウ株式会社製
・SILSOFT AX-E:末端側鎖型/両末端アルキル側鎖アミンエマルション、モメンティブ株式会社製
・KE445:一液縮合シリコーン樹脂(信越化学株式会社製)
・KE118(硬化剤CAT118 5部):二液縮合シリコーン樹脂(信越化学株式会社製)
・KF50-100:フェニル変性シリコーンオイル(信越化学株式会社製)
・KF6016:PEG変性シリコーンオイル(信越化学株式会社製)
2 下塗層
3 防汚層
4 水中構造物
5 延伸方向
7 剥離方向
Claims (14)
- 下塗層と前記下塗層に接着する防汚層とを備えた塗膜の、前記下塗層を形成する下塗層形成用組成物であって、
ベースポリマーと、シリコーン重合体とを含み、
前記ベースポリマーがジエン系ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴムから選択されるゴム、又は熱可塑性エラストマーから選択され、
前記シリコーン重合体の少なくとも一部に、極性基を含む置換基が結合されており、
前記ベースポリマーと、前記シリコーン重合体との配合割合が、前記ベースポリマー100質量部に対して前記シリコーン重合体が0.1~50質量部である、
下塗層形成用組成物。 - 前記極性基を含む置換基が、前記シリコーン重合体の側鎖の少なくとも一部に結合されている、請求項1に記載の下塗層形成用組成物。
- 前記R1が、それぞれ独立に、炭素原子数が1~6のアルコキシ基、アミノ基、カルボキシル基、シラノール基、又はアルキル基を表し、前記R2が、それぞれ独立に、炭素原子数が1~10の炭化水素基を表し、前記R3が、それぞれ独立に、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、アルコキシ基、及びフェニル基の群から選択される少なくとも1つの置換基を含む置換基を表す、請求項3に記載の下塗層形成用組成物。
- 前記シリコーン重合体の重量平均分子量は200~100000である、請求項1~4のいずれか一項に記載の下塗層形成用組成物。
- 極性基を含有する化合物を更に含み、
前記極性基を含有する化合物が、シランカップリング剤、シリコーンオイル、アイオノマー、ロジン樹脂、及びシリコーンレジンから選択される、
請求項1~5のいずれか一項に記載の下塗層形成用組成物。 - 前記ベースポリマーは、極性基を含有する化合物で変性されている、請求項1~6のいずれか一項に記載の下塗層形成用組成物。
- 前記防汚層が、シリコーン樹脂を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の下塗層形成用組成物。
- 前記防汚層が、親水性シリコーンオイルを更に含む、請求項8に記載の下塗層形成用組成物。
- 前記防汚層が、疎水性シリコーンオイルを更に含む、請求項9に記載の下塗層形成用組成物。
- 前記親水性シリコーンオイルの含有質量に対する前記疎水性シリコーンオイルの含有質量の比(疎水性シリコーンオイル含有質量/親水性オイル含有質量)が、0.5~5.0である、請求項10に記載の下塗層形成用組成物。
- 請求項1~11のいずれか一項に記載の下塗層形成用組成物により形成された下塗層。
- 請求項12に記載の下塗層と、該下塗層に接着する防汚層とを含む塗膜。
- 前記塗膜は、
引張破断強度(N/20mm)の構造物との接着力(N/20mm)に対する比率が1.5以上であり、
前記防汚層の前記下塗層に対する1mm四方クロスカット延伸剥離度が、0.05以下である、請求項13に記載の塗膜。
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