JPH09176559A - 水性ベースコート組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐チッピング性、耐水性等に優れる塗膜を形成
できる新規な水性ベースコート組成物を提供すること。 【解決手段】（Ａ）水酸基及びカルボキシル基含有アク
リル樹脂、（Ｂ）メラミン樹脂、（Ｃ）１分子中に１個
の脂環式エポキシ基を含有する化合物、及び（Ｄ）中和
剤を必須成分として含有することを特徴とする水性ベー
スコート組成物により、上記課題が解決された。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐チッピング性、
耐水性等に優れる塗膜を形成できる新規な水性ベースコ
ート組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車外板部のような被塗物
は、下塗り塗料、中塗り塗料及び上塗り塗料を順次塗装
して仕上げられている。そして、該上塗り塗料について
みると、通常、メタリック塗料又はソリッドカラー塗料
であるベースコート組成物及びクリアーコート組成物の
二種類の塗料を使用し、これらを２コート２ベーク又は
２コート１ベークで塗り重ねて２層塗膜とすることが、
行われている。

【０００３】従来、水性ベースコート組成物としては、
水酸基及びカルボキシル基含有アクリル樹脂、メラミン
樹脂、及び中和剤を含有する塗料が使用されている。し
かしながら、該ベースコート組成物は、塗膜強度が十分
でなく、耐チッピング性、耐水性等に劣るという欠点が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
水性ベースコート組成物の欠点が解消され、耐チッピン
グ性、耐水性等に優れる塗膜を形成できる新規な水性ベ
ースコート組成物を提供することを、主な目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記した欠
点を解決することを目的として鋭意研究を重ねた結果、
水酸基及びカルボキシル基含有アクリル樹脂、メラミン
樹脂及び中和剤を含有する水性塗料に１分子中に１個の
脂環式エポキシ基を含有する化合物を配合した塗料が、
水性ベースコート組成物として用いると耐チッピング
性、耐水性等に優れる塗膜を提供できるものであること
を見い出し、本発明を完成するに至った。

【０００６】即ち、本発明は、（Ａ）水酸基及びカルボ
キシル基含有アクリル樹脂、（Ｂ）メラミン樹脂、
（Ｃ）１分子中に１個の脂環式エポキシ基を含有する化
合物、及び（Ｄ）中和剤を必須成分として含有すること
を特徴とする水性ベースコート組成物に係る。

【０００７】上記本発明組成物において、上記アクリル
樹脂は、メラミン樹脂と架橋反応し、しかも水性化のた
めに導入されているカルボキシル基が脂環式エポキシ基
と反応し、該カルボキシル基の殆どが消費されて、塗膜
の耐チッピング性、耐水性等が改良されたものと考えら
れる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明水性ベースコート組成物を
構成する各成分について、以下に詳述する。

【０００９】（Ａ）成分：水酸基及びカルボキシル基含
有アクリル樹脂 該アクリル樹脂は、アクリル系単量体、水酸基含有単量
体及びカルボキシル基含有単量体を共重合することによ
り、得られる。

【００１０】アクリル系単量体としては、例えば、アク
リル酸又はメタクリル酸と炭素数１〜２０のモノアルコ
ールとのモノエステル化物を使用できる。水酸基含有単
量体としては、例えば、ヒドロキシエチルアクリレー
ト、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロ
ピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート
等のアクリル酸又はメタクリル酸と炭素数１〜１０のグ
リコールとのモノエステル化物を使用できる。カルボキ
シル基含有単量体としては、例えば、アクリル酸、メタ
クリル酸、マレイン酸、フマル酸、メサコン酸、シトラ
コン酸、イタコン酸、これらの無水物、ハーフエステル
化物等を使用できる。

【００１１】更に、スチレン、ビニルトルエン、アクリ
ロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メ
タクリルアミド、酢酸ビニル、グリシジルアクリレー
ト、グリシジルメタクリレート等のその他の重合性単量
体を併用することもできる。該その他の重合性単量体を
併用する場合の使用量は、上記アクリル系単量体に対し
て同量以下とするのが好ましい。

【００１２】該アクリル樹脂は、後記（Ｄ）成分により
そのカルボキシル基が中和されて、水に溶解又は分散し
た状態で使用される。

【００１３】該アクリル樹脂は、数平均分子量約３，０
００〜１００，０００、好ましくは約５，０００〜５
０，０００、水酸基価約２０〜１５０mgKOH/g、好まし
くは約３０〜１００mgKOH/g、及び酸価約５〜１００mgK
OH/g、好ましくは約１０〜７０mgKOH/g、であるのが好
適である。

【００１４】（Ｂ）成分：メラミン樹脂 これは、（Ａ）成分のアクリル樹脂の架橋剤であって、
具体的には、メラミン樹脂、そのメチロール化物、炭素
数１〜１０のモノアルコールでメチロール基の一部又は
全部をエーテル化したアルキルエーテル化物等が包含さ
れる。該メラミン樹脂の数平均分子量は、約４００〜
３，０００、好ましくは約５００〜１，２００であるの
が好適である。また、該メラミン樹脂は、疎水性、親水
性のいずれのものも使用できる。

【００１５】（Ｃ）成分：１分子中に１個の脂環式エポ
キシ基を含有する化合物 該化合物の脂環式エポキシ基は、脂環式炭化水素骨格の
環を構成する隣接する２個の炭素原子と１個の酸素原子
とがエポキシ基を構成してなる官能基を意味している。
該脂環式炭化水素骨格は、４〜１０員、好ましくは５〜
６員の飽和炭化水素環、又は該環が２個以上縮合してな
る縮合炭化水素環であって良く、更にこれらの炭化水素
環がアルキレン基等の橋で結合した有橋炭化水素環を構
成していても良い。

【００１６】かかる脂環式エポキシ化合物の具体例とし
ては、次の構造式で示される化合物を挙げることができ
る。

【００１７】例えば、式

【００１８】

【化２】

【００１９】で表されるエポキシ化テトラヒドロベンジ
ルアルコール、式

【００２０】

【化３】

【００２１】（式中、ｍは２〜１２の整数を、ｎは１〜
５の整数を、それぞれ示す。）で表されるラクトン変性
エポキシ化テトラヒドロベンジルアルコール、式

【００２２】

【化４】

【００２３】で表されるシクロヘキセンオキサイド、式

【００２４】

【化５】

【００２５】で表されるα−ピネンオキサイド、式

【００２６】

【化６】

【００２７】で表されるビニル基含有シクロヘキセンオ
キサイド等である。

【００２８】これらの脂環式エポキシ化合物の内、上記
式（２）のラクトン変性エポキシ化テトラヒドロベンジ
ルアルコールは、そのエポキシ基が（Ａ）成分のカルボ
キシル基と反応し、更にその水酸基がメラミン樹脂
［（Ｂ）成分］と反応して架橋し、そしてそのメチレン
鎖とエステル基からなる構造による柔軟性に基づいて耐
チッピング性や耐水性等が向上する。従って、（Ｃ）成
分としては、上記式（２）のラクトン変性エポキシ化テ
トラヒドロベンジルアルコールが特に好ましい。

【００２９】上記式（２）のラクトン変性エポキシ化テ
トラヒドロベンジルアルコールは、上記式（１）のエポ
キシ化テトラヒドロベンジルアルコールを、γ−バレロ
ラクトン、ε−カプロラクトン等のラクトン化合物で変
性することにより、容易に得ることができる。

【００３０】上記（Ｃ）成分の脂環式エポキシ化合物
は、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分との相溶性が優れ、水中
において安定であることが好ましく、かかる観点より、
数平均分子量約９０〜５０，０００、好ましくは約２０
０〜５，０００であることが適当である。数平均分子量
が約５０，０００を越えると水性ベースコート組成物の
貯蔵安定性が低下するおそれがあるので好ましくない。

【００３１】該脂環式エポキシ化合物に代えて、脂環式
エポキシ基以外のエポキシ基を１分子中に１個有する化
合物を用いると、後記比較例に示される通り、水性塗料
の貯蔵安定性が不十分となるので本発明では好ましくな
い。また、この場合、後記比較例に示される通り、硬化
塗膜の耐チッピング性、耐水性等の塗膜性能が不十分に
なるので、好ましくない。

【００３２】（Ｄ）成分：中和剤 これは、上記（Ａ）成分のカルボキシル基を中和して、
（Ａ）成分に水との溶解性又は分散性を付与せしめるも
のであって、具体的には、例えば、トリメチルアミン、
トリエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエ
タノールアミン、テトラエチルアンモニウムヒドロキシ
ド、ジエチルアミノエタノール等が挙げられ、これらの
内特にジメチルエタノールアミンが好ましい。

【００３３】本発明水性ベースコート組成物は、（Ａ）
水酸基及びカルボキシル基含有アクリル樹脂、（Ｂ）メ
ラミン樹脂、（Ｃ）１分子中に１個の脂環式エポキシ基
を含有する化合物、及び（Ｄ）中和剤を必須成分として
含有する水性組成物であり、これら各成分の配合比率は
目的に応じて任意に選択できるが、通常、（Ａ）成分１
００重量部当たり、（Ｂ）成分が２０〜６０重量部、好
ましくは２５〜５０重量部、（Ｃ）成分が０．５〜１５
重量部、好ましくは３〜１０重量部、及び（Ｄ）成分が
（Ａ）成分のカルボキシル基に対して０．２〜１．５当
量、好ましくは０．５〜１．２当量、それぞれ配合され
ているのが好適である。

【００３４】本発明組成物の媒体としては、水又は水と
適宜量の有機溶剤との混合物が使用される。該有機溶剤
としては、特に限定されないが、例えばイソブチルアル
コール、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール、イソ
プロパノール等が好適なものとして挙げられる。また、
組成物中の固形分含有量は、通常１０〜５０重量％程度
である。

【００３５】本発明水性ベースコート組成物には、更に
必要に応じて、従来から公知の塗料用顔料、例えば着色
顔料（例えばチタン白、カーボンブラック、キナクリド
ンレッド、フタロシアニンブルー等）、メタリック顔料
（例えばアルミニウムフレーク、銅フレーク、雲母状酸
化鉄、雲母、金属酸化物で被覆した雲母等の鱗片状粉末
等）、体質顔料（例えば硫酸バリウム、炭酸カルシウム
等）等を使用して、適宜ソリッドカラー塗料又はメタリ
ック塗料とすることができる。

【００３６】また、本発明組成物には、上記以外に、ポ
リエステル樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂等の有
機樹脂、沈降防止剤、紫外線吸収剤、消泡剤等を必要に
応じて配合できる。

【００３７】本発明水性ベースコート組成物は、自動車
外板部のような被塗物に、下塗り塗料（通常カチオン電
着塗料）、中塗り塗料（省略可能）及び上塗り塗料（ベ
ースコート組成物及びクリアーコート組成物）を順次塗
装する工程において、該上塗り塗料の、メタリック塗料
又はソリッドカラー塗料であるベースコート組成物とし
て使用することが好ましい。

【００３８】例えば、それ自体公知のカチオン電着塗料
及び中塗り塗料を塗装し、加熱硬化してから、該塗面に
本発明ベースコート組成物を塗装する。塗装は、通常静
電塗装が好ましいが、それ以外の塗装方法でも差し支え
ない。塗装膜厚は、通常、硬化塗膜に基づいて、約１０
〜５０μｍであるのが好ましい。該水性ベースコートの
塗面にクリアーコート組成物を塗装するに当たって、該
ベースコート塗膜を予め加熱硬化させ次いでクリアーコ
ートを加熱硬化する２コート２ベーク方式でも良いが、
該ベースコートが未硬化のままでクリアーコート組成物
を塗装し次いで両塗膜を同時に加熱硬化する２コート１
ベーク方式によるのがより好ましい。これらの場合の加
熱条件は、一般に、約１００〜１６０℃で約１０〜４０
分間程度であるのが適当である。

【００３９】上記で水性ベースコートの上に塗装される
クリアーコート組成物としては、水酸基含有アクリル樹
脂及びメラミン樹脂を樹脂成分とする有機溶剤型熱硬化
性塗料であるのが、好ましい。

【００４０】

【実施例】次に、製造例、実施例及び比較例を挙げて、
本発明を更に具体的に説明する。

【００４１】製造例１ 反応容器に、ブチルセロソルブ５０重量部を入れ、更に
モノマー成分としてスチレン１０重量部、メチルメタク
リレート２５重量部、ｎ−ブチルメタクリレート２０重
量部、ｎ−ブチルアクリレート２５重量部、ヒドロキシ
エチルメタクリレート１５重量部及びアクリル酸５重量
部、並びにラジカル重合開始剤としてアゾイソブチロニ
トリル６重量部を入れ、１２０℃で３時間重合させて、
（Ａ）成分の水酸基及びカルボキシル基含有アクリル樹
脂の固形分６５重量％の溶液を得た。この樹脂は、数平
均分子量１２，０００、水酸基価６５mgKOH/g、酸価４
０mgKOH/gであった。

【００４２】この樹脂溶液に、水１００重量部を入れ、
ジメチルエタノールアミン［（Ｄ）成分］で当量中和し
て、（Ａ−１）とした。 実施例１〜２及び比較例１〜２ （Ａ）成分及び（Ｄ）成分としては、製造例１で得た
（Ａ−１）を用いた。（Ｂ）成分としては、「サイメル
３７０」（Ｂ−１）（サイテック社製、商品名、メチロ
ール基・メチルエーテル基混合メラミン樹脂、数平均分
子量６００）を用いた。（Ｃ）成分としては、前記式
（２）でｍが５、ｎが平均で１．５であるラクトン変性
エポキシ化テトラヒドロベンジルアルコール（Ｃ−
１）、又は式

【００４３】

【化７】

【００４４】で表される化合物（Ｃ−２）（比較用）、
を用いた。また、メタリック顔料としては、「アルミペ
ーストＮ−５１９」（東洋アルミニウム工業社製、商品
名、アルミニウムフレーク顔料）を用いた。

【００４５】上記各成分を下記表１の配合で、水中に混
合して、実施例及び比較例の水性ベースコート組成物を
調製した。塗料の固形分含量は、２２重量％であり、粘
度はフォードカップ＃４（２０℃）で４０秒に調整し
た。

【００４６】

【表１】

【００４７】上記表１の配合量の数値は、固形分重量部
である。

【００４８】上記で得た各組成物について、下記試験方
法により、貯蔵安定性を調べた。

【００４９】貯蔵安定性試験 実施例及び比較例で得た各組成物を、４０℃で１５日間
密閉下に貯蔵を行った後、組成物の状態を観察して、下
記の基準に基づいて評価した。

【００５０】○：初期の状態と比較して特に大きな変化
は認められない、 ×：初期の状態と比較して著しい増粘等の変化が認めら
れる。

【００５１】次に、上記で得た実施例及び比較例の水性
ベースコート組成物を用いて、２コート１ベークによる
塗装を行って、塗膜性能を調べた。

【００５２】即ち、自動車外板用鋼板に、カチオン電着
用エポキシ樹脂系塗料（「エレクロン＃９８００」、関
西ペイント社製、商品名）及び中塗り用ポリエステル樹
脂・メラミン樹脂系塗料（「ルーガベークＡＭ」、関西
ペイント社製、商品名）を塗装し、加熱硬化させた塗面
に、上記水性ベースコート組成物を硬化塗膜に基づいて
１５μｍになるように静電塗装し、室温で８分間放置し
てから、未硬化のままで、アクリル樹脂・メラミン樹脂
系のクリアーコート組成物（「マジクロンクリヤー」、
関西ペイント社製、商品名）を硬化塗膜に基づいて３５
μｍになるように静電塗装し、１４０℃で３０分間加熱
して両塗膜を同時に硬化させた。

【００５３】かくして得られた複層塗膜について、下記
試験法により、耐水性及び耐チッピング性の塗膜性能を
調べた。

【００５４】耐水性試験 試験板を４０℃の温水に１５日間浸漬後、ブリスター等
の外観を観察して、下記の基準に基づいて評価した。

【００５５】 ○：特に異常は認められない、 △：わずかにブリスターが認められる、 ×：数、大きさ共に、明らかなブリスターが認められ
る。

【００５６】耐チッピング性試験 試験機器として「Ｑ−Ｇ−Ｒグラベロメーター」（Ｑパ
ネル社製、商品名）を用い、ＪＩＳ Ａ ５００１の７
号砕石約１００ｇを、４kg/cm²のエアー圧、−２０℃の
温度条件で、角度４５度で試験板に吹付けて塗膜に衝撃
を与えた後、塗面状態を観察し、下記の基準で評価し
た。

【００５７】○：上塗り塗膜の一部に衝撃によるキズが
僅かに認められる、 △：上塗り塗膜に衝撃による剥離が少し認められる、 ×：上塗り塗膜に衝撃による剥離が多く認められる。

【００５８】実施例及び比較例の組成物の貯蔵安定性試
験結果及びこれを２コート１ベークのベースコートとし
て用いて得た塗膜の性能試験結果を表２に示す。

【００５９】

【表２】

【００６０】

【発明の効果】

（１）本発明組成物は、（Ｃ）成分として用いる１分子
中に１個の脂環式エポキシ基を含有する化合物が水中に
おいて安定であるために、貯蔵中に増粘、沈降分離等を
発生することが無く、貯蔵安定性に優れる。対して、脂
環式エポキシ基以外のエポキシ基を含有する化合物を用
いた場合には、貯蔵安定性が大きく低下してしまう。

【００６１】（２）配合される（Ｃ）成分として、前記
式（２）のラクトン変性エポキシ化テトラヒドロベンジ
ルアルコールを用いるときには、１分子中に１個の脂環
式エポキシ基と１個の水酸基とを含有しているので、該
エポキシ基が（Ａ）成分中の水性化のために導入された
カルボキシル基と反応し更に水酸基が（Ｂ）成分のメラ
ミン樹脂と反応し、架橋硬化するので、耐チッピング性
等の塗膜強度が向上すると同時に、塗膜中の親水基とし
ての遊離カルボキシル基が減少するので耐水性、耐薬品
性等の塗膜性能も改良されている。

フロントページの続き (72)発明者 島川 幹巨 神奈川県平塚市東八幡４丁目17番１号 関 西ペイント株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）水酸基及びカルボキシル基含有アク
   リル樹脂、（Ｂ）メラミン樹脂、（Ｃ）１分子中に１個
   の脂環式エポキシ基を含有する化合物、及び（Ｄ）中和
   剤を必須成分として含有することを特徴とする水性ベー
   スコート組成物。
2. 【請求項２】（Ａ）成分１００重量部当たり、（Ｂ）成
   分が２０〜６０重量部、（Ｃ）成分が０．５〜１５重量
   部、及び（Ｄ）成分が（Ａ）成分のカルボキシル基に対
   して０．２〜１．５当量配合されている請求項１に記載
   の組成物。
3. 【請求項３】（Ｃ）成分が、式 【化１】 （式中、ｍは２〜１２の整数を、ｎは１〜５の整数を、
   それぞれ示す。）で表されるラクトン変性エポキシ化テ
   トラヒドロベンジルアルコールである請求項１に記載の
   組成物。