JP5340020B2 - Water-based coating agent - Google Patents
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Description
本発明は、亜鉛系めっき鋼等の金属表面の耐食性(防錆性)を向上させることができる水性コーティング剤に関し、特にコロイダルシリカとスチレン−ブタジエン共重合体エマルジョンとを含有する水性コーティング剤に関するものである。なお、「亜鉛系めっき鋼」とは、亜鉛めっき鋼及び亜鉛合金めっき鋼をいう。 The present invention relates to an aqueous coating agent capable of improving the corrosion resistance (rust resistance) of a metal surface such as zinc-based plated steel, and more particularly to an aqueous coating agent containing colloidal silica and a styrene-butadiene copolymer emulsion. It is. “Zinc-based plated steel” refers to galvanized steel and zinc alloy plated steel.
ここで、「エマルジョン(emulsion,エマルションともいう。)」とは、乳濁液ともいい、液体中に液体粒子がコロイド粒子あるいはそれより粗大な粒子として乳状をなすもの(分散系)、が本来の意味であるが(長倉三郎他編「岩波理化学辞典(第5版)」152頁,1998年2月20日株式会社岩波書店発行)、本明細書及び特許請求の範囲、要約書においては、より広い意味で一般的に用いられている「液体中に固体または液体の粒子が分散しているもの」として、「エマルジョン」という用語を用いるものとする。 Here, “emulsion” (also called emulsion) is also called an emulsion, in which liquid particles form a milky state (dispersed system) as colloidal particles or coarser particles. Although it is meaningful (Saburo Nagakura et al., “Iwanami Rikagaku Dictionary (5th edition)” page 152, published by Iwanami Shoten Co., Ltd. on February 20, 1998), in this specification, claims and abstract, The term “emulsion” is used as “in which solid or liquid particles are dispersed in a liquid” that is generally used in a broad sense.
亜鉛の鉄に対する犠牲防食作用を利用した塗料はジンクリッチ塗料として広く利用されているが、有機溶剤を用いたものが主であり、揮発性有機化合物(VOC)として有機溶剤を含有するため環境に悪影響を与えるという問題を有している。これに対して、近年、有機溶剤を用いない水性ジンクリッチ塗料の開発が行なわれているが、亜鉛と水の混合による水素ガスの発生という問題や、防錆性能に劣るという問題がある。 Paints that use the sacrificial anticorrosive action of zinc against iron are widely used as zinc-rich paints, but are mainly those that use organic solvents, and contain organic solvents as volatile organic compounds (VOCs). It has a problem of adverse effects. On the other hand, water-based zinc-rich paints that do not use organic solvents have been developed in recent years, but there are problems of generation of hydrogen gas due to mixing of zinc and water and problems of poor rust prevention performance.
そこで、特許文献1においては、水性塗料液・亜鉛末・水性アルミニウム顔料を含有する腐食防止被覆組成物の発明について開示している。これによって、特に亜鉛合金めっき鋼に対して防錆性に優れた塗膜を形成することができる腐食防止被覆組成物が得られるとしている。 Therefore, Patent Document 1 discloses an invention of a corrosion-preventing coating composition containing a water-based paint liquid, zinc dust, and a water-based aluminum pigment. Thereby, it is said that a corrosion-preventing coating composition capable of forming a coating film excellent in rust-proofing property particularly on zinc alloy-plated steel is obtained.
しかしながら、上記特許文献1に記載された技術においては、依然として防錆性能が不足しており、しかも亜鉛末及び水性アルミニウム顔料を大量に使用するため、製造コストが高くなってしまうという問題点があった。また、腐食防止被覆組成物を基材に塗布して得られる塗膜は、大きな温度変化が繰り返される場合には、基材の温度変化に起因する膨張収縮に追従して膨張収縮する必要があるが、上記特許文献1に記載された技術においては、かかる伸縮性を塗膜に付与することができないという問題点があった。 However, the technique described in Patent Document 1 still has a problem that the rust prevention performance is still insufficient, and the production cost increases because a large amount of zinc powder and aqueous aluminum pigment are used. It was. In addition, when a large temperature change is repeated, the coating film obtained by applying the corrosion prevention coating composition to the base material needs to expand and contract following the expansion and contraction caused by the temperature change of the base material. However, the technique described in Patent Document 1 has a problem that such stretchability cannot be imparted to the coating film.
そこで、本発明はかかる課題を解決すべくなされたものであって、亜鉛系めっき鋼等の金属の防錆性を向上させることができ、優れた成膜性を有するとともに、低コストで製造することができ、環境にも優しく、基材の温度変化に起因する膨張収縮に追従できる伸縮性を塗膜に付与することができる水性コーティング剤の提供を目的とするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve such problems, and can improve the rust prevention properties of metals such as zinc-based plated steel, and has excellent film forming properties and is manufactured at low cost. It is an object of the present invention to provide an aqueous coating agent that is environmentally friendly and can impart stretchability to a coating film that can follow expansion and contraction caused by a temperature change of a substrate.
請求項1の発明に係る水性コーティング剤は、コロイダルシリカとスチレン−ブタジエン共重合体(SBR)エマルジョンとを含有する水性コーティング剤であって、前記コロイダルシリカと前記SBRエマルジョンの固形分重量比が、10/90<コロイダルシリカ/SBRエマルジョン<70/30の範囲内、より好ましくは20/80≦コロイダルシリカ/SBRエマルジョン≦60/40の範囲内であり、固形分を除く溶媒が実質的に水のみであるものである。 The aqueous coating agent according to the invention of claim 1 is an aqueous coating agent containing colloidal silica and a styrene-butadiene copolymer (SBR) emulsion, wherein the solid content weight ratio of the colloidal silica and the SBR emulsion is: 10/90 <colloidal silica / SBR emulsion <70/30, more preferably 20/80 ≦ colloidal silica / SBR emulsion ≦ 60/40, and the solvent excluding solid content is substantially water only. It is what is.
ここで、「コロイダルシリカ」としては、ゾル法によって合成されたシリカ粒子を分散質とするものであって、シリカ粒子の平均一次粒子径が10nm〜50nmであるものが好ましく、表面をカチオン性に改質したシリカ粒子を分散質とするカチオン性コロイダルシリカであることが、安定性の観点から好ましい。なお、平均一次粒子径とは、一次粒子が判別できる程度まで分散された粒子の電子顕微鏡観察によって、一定面積内に存在する100個の粒子各々の投影面積に等しい円の直径を粒子の一次粒子径として求めたものの平均をいう。 Here, as the “colloidal silica”, silica particles synthesized by a sol method are used as dispersoids, and silica particles having an average primary particle size of 10 nm to 50 nm are preferable, and the surface is made cationic. Cationic colloidal silica having a modified silica particle as a dispersoid is preferable from the viewpoint of stability. Note that the average primary particle diameter means that the diameter of a circle equal to the projected area of each of 100 particles existing within a certain area is obtained by observing particles dispersed to such an extent that primary particles can be discriminated. This is the average of the diameters.
このようなコロイダルシリカとしては、日本化学工業(株)製のシリカドール(登録商標)、(株)ADEKA製のアデライト(登録商標)AT、触媒化成工業(株)製のカタロイド(登録商標)、日産化学工業(株)製のスノーテックス(登録商標)、等を挙げることができる。 As such colloidal silica, Silica Doll (registered trademark) manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd., Adelite (registered trademark) AT manufactured by ADEKA Co., Ltd., Cataloid (registered trademark) manufactured by Catalyst Chemical Industries, Ltd., Examples include Snowtex (registered trademark) manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.
また、「溶媒が実質的に水のみである」とは、水性コーティング剤の溶媒としては水のみを用いて、水性コーティング剤の溶媒として積極的に有機溶剤を使用しないことを意味しており、必ずしも水性コーティング剤中に全く有機溶剤を含まないことを意味するものではない。例えば、添加剤に内部溶剤として有機溶剤が含まれる場合には、必然的に水性コーティング剤中にも少量の有機溶剤が含まれ、また表面張力や蒸発速度を制御するために少量の有機溶剤を添加する場合もあるが、それらの場合をも排除する意味ではない。すなわち、溶媒以外の用途で有機溶剤が含まれる場合もあるが、溶媒として積極的に使用されるのは水のみであるという意味である。 In addition, “the solvent is substantially only water” means that only water is used as the solvent for the aqueous coating agent, and no organic solvent is actively used as the solvent for the aqueous coating agent. It does not necessarily mean that no organic solvent is contained in the aqueous coating agent. For example, when the additive contains an organic solvent as an internal solvent, the aqueous coating agent inevitably contains a small amount of organic solvent, and a small amount of organic solvent is required to control the surface tension and evaporation rate. Although it may be added, it does not mean to exclude those cases. That is, although an organic solvent may be included for uses other than the solvent, it means that only water is actively used as the solvent.
更に、シランカップリング剤を、前記コロイダルシリカと前記SBRエマルジョンの合計量固形分100重量部に対して、0.1重量部〜5重量部の範囲内で含有するものである。ここで、「シランカップリング剤」は、1つの分子中に有機官能基と加水分解性基の両者を併せ持ち、有機合成樹脂等と無機物表面等とを強固に結びつける機能を有する有機ケイ素化合物である。 Furthermore, a silane coupling agent is contained within the range of 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the solid content of the colloidal silica and the SBR emulsion. Here, the “silane coupling agent” is an organosilicon compound that has both an organic functional group and a hydrolyzable group in one molecule and has a function of firmly binding an organic synthetic resin and the like to an inorganic surface. .
ここで、水性コーティング剤の塗膜は、前記コロイダルシリカと前記スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)とを含有するコーティング膜であって、前記コロイダルシリカと前記SBRとの間にシランカップリング剤が介在して、該シランカップリング剤が前記コーティング膜に伸縮性を付与しているものである。 Here, the coating film of the aqueous coating agent is a coating film containing the colloidal silica and the styrene-butadiene copolymer (SBR), and a silane coupling agent is interposed between the colloidal silica and the SBR. The intervening silane coupling agent imparts stretchability to the coating film.
請求項2の発明に係る水性コーティング剤は、請求項1の構成において、前記シランカップリング剤は、その末端がアミノ基またはエポキシ基であるものである。 The aqueous coating agent according to the invention of claim 2 is the structure of claim 1, wherein the silane coupling agent has an amino group or an epoxy group at its terminal.
このようなシランカップリング剤としては、例えば、信越化学(株)製のKBM−403(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)、KBM−603(N−2(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン)、KBE−603(N−2(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン)、KBM−602(N−2(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン)等や、東レ・ダウコーニング(株)製のZ−6610(3−アミノプロピルトリメトキシシラン)、Z−6011(3−アミノプロピルトリエトキシシラン)、Z−6094(3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン)、Z−6883(3−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン)、Z−6040(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)、Z−6042(3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン)等がある。 Examples of such silane coupling agents include KBM-403 (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane) and KBM-603 (N-2 (aminoethyl) -3-aminopropyl manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.). Trimethoxysilane), KBE-603 (N-2 (aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane), KBM-602 (N-2 (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane), etc. -Z-6610 (3-aminopropyltrimethoxysilane), Z-6011 (3-aminopropyltriethoxysilane), Z-6094 (3- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxy) manufactured by Dow Corning Silane), Z-6883 (3-phenylaminopropyltrimethoxysilane), Z-6040 (3 Glycidoxypropyltrimethoxysilane), there is a Z-6042 (3- glycidoxypropylmethyldiethoxysilane), and the like.
請求項3の発明に係る水性コーティング剤は、請求項1または請求項2の構成において、前記シランカップリング剤が前記コロイダルシリカの粒子と前記スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)エマルジョン分子から形成される塗膜が亜鉛系めっき鋼の表面に形成されたものである。ここで、「亜鉛系めっき鋼」とは、上述したように、亜鉛めっき鋼及び亜鉛合金めっき鋼をいう。 An aqueous coating agent according to a third aspect of the present invention is the structure according to the first or second aspect, wherein the silane coupling agent is formed from the colloidal silica particles and the styrene-butadiene copolymer (SBR) emulsion molecules. The coating film is formed on the surface of the galvanized steel. Here, as described above, the “zinc-based plated steel” refers to galvanized steel and zinc alloy plated steel.
請求項1に係る発明においては、水性コーティング剤がコロイダルシリカとSBRエマルジョンとを含有することから、亜鉛等の金属との密着性に優れるコロイダルシリカによって亜鉛系めっき鋼等の金属の防錆性を向上させることができ、コロイダルシリカとの相溶性が良く柔軟な硬化物を形成するSBRエマルジョンによって良好な成膜性を得ることができる。そして、溶媒が実質的に水のみであることから、揮発性有機化合物(VOC)を発生させる恐れも殆どなく、環境に優しい水性コーティング剤となる。 In the invention according to claim 1, since the water-based coating agent contains colloidal silica and SBR emulsion, the colloidal silica having excellent adhesion to a metal such as zinc can prevent rust prevention of a metal such as zinc-based plated steel. It can be improved, and good film formability can be obtained by the SBR emulsion that forms a flexible cured product with good compatibility with colloidal silica. And since a solvent is substantially only water, there is almost no possibility of generating a volatile organic compound (VOC), and it becomes an environmentally friendly aqueous coating agent.
ここで、コロイダルシリカとSBRエマルジョンの固形分重量比が10/90以下であると(SBRエマルジョンの比率が高過ぎると)、形成される塗膜の防錆性が低下するとともに塗膜の硬さも低下し、固形分重量比が70/30以上であると(コロイダルシリカの比率が高過ぎると)、形成される塗膜の表面にクラックが発生して成膜性が低下する。したがって、コロイダルシリカとSBRエマルジョンの固形分重量比は、10/90<コロイダルシリカ/SBRエマルジョン<70/30の範囲内であることが好ましい。 Here, when the solid weight ratio of the colloidal silica and the SBR emulsion is 10/90 or less (when the ratio of the SBR emulsion is too high), the rust prevention property of the formed coating film is lowered and the hardness of the coating film is also reduced. When the solid content weight ratio is 70/30 or more (when the colloidal silica ratio is too high), cracks are generated on the surface of the coating film to be formed, and the film formability is lowered. Therefore, the solid content weight ratio of the colloidal silica and the SBR emulsion is preferably in the range of 10/90 <colloidal silica / SBR emulsion <70/30.
更に、コロイダルシリカとSBRエマルジョンの固形分重量比が20/80≦コロイダルシリカ/SBRエマルジョン≦60/40の範囲内であると、より確実に優れた防錆性と成膜性とを兼ね備えた水性コーティング剤が得られるため、より好ましい。 Further, when the solid content weight ratio of the colloidal silica and the SBR emulsion is within the range of 20/80 ≦ colloidal silica / SBR emulsion ≦ 60/40, the aqueous solution has more surely excellent rust prevention and film forming properties. Since a coating agent is obtained, it is more preferable.
このようにして、亜鉛系めっき鋼等の金属の防錆性を向上させることができ、優れた成膜性を有するとともに、低コストで製造することができ、環境にも優しい水性コーティング剤となる。 In this way, it is possible to improve the rust prevention properties of metals such as galvanized steel, have excellent film forming properties, can be manufactured at low cost, and become an environmentally friendly aqueous coating agent. .
加えて、水性コーティング剤が、コロイダルシリカとSBRエマルジョンの合計量固形分100重量部に対して、更にシランカップリング剤を0.1重量部〜5重量部の範囲内で含有することから、シランカップリング剤の架橋による補強効果及び伸縮性付与の効果によって、急激な温度変化の繰り返しに対する塗膜の強度と金属への密着性がより高くなる。したがって、より温度変化に強い塗膜を形成することができる水性コーティング剤となる。 In addition, since the aqueous coating agent further contains a silane coupling agent in the range of 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the solid content of the colloidal silica and the SBR emulsion, the silane The strength of the coating film and the adhesion to the metal with respect to repeated rapid temperature changes are further enhanced by the reinforcing effect and the elasticity imparting effect due to the crosslinking of the coupling agent. Accordingly, the aqueous coating agent can form a coating film that is more resistant to temperature changes.
すなわち、コロイダルシリカ粒子とSBRエマルジョン中のSBR分子との間にシランカップリング剤が介在することによって、コロイダルシリカ粒子とSBR分子とから形成される塗膜が、急激な温度変化の繰り返しに起因する金属の膨張収縮に追従して伸縮するのを可能にする。このようにして、亜鉛系めっき鋼等の金属の防錆性を向上させることができ、優れた成膜性を有するとともに、低コストで製造することができ、環境にも優しく、かつ、基材の温度変化に起因する膨張収縮に追従できる伸縮性を塗膜に付与することができる水性コーティング剤となる。 That is, the coating film formed from the colloidal silica particles and the SBR molecules is caused by repeated rapid temperature changes due to the silane coupling agent interposed between the colloidal silica particles and the SBR molecules in the SBR emulsion. It is possible to expand and contract following the expansion and contraction of metal. In this way, it is possible to improve the rust prevention properties of metals such as galvanized steel, have excellent film formability, can be manufactured at low cost, are environmentally friendly, and are a base material. It becomes the water-based coating agent which can provide the coating film with elasticity capable of following expansion and contraction caused by the temperature change.
そして、コロイダルシリカ粒子の水酸(−OH)基が金属表面と結合し、更にシランカップリング剤分子を介してSBR分子が結合してコーティング膜を形成することによって、急激な温度変化で金属が伸縮したときに、金属表面とともに移動するシリカ粒子とSBR分子との間にシランカップリング剤分子があることから、シランカップリング剤分子の伸縮性によって、コーティング膜がひび割れる事態が防止される。このように、シランカップリング剤分子がコーティング膜に伸縮性を付与していることから、コーティング膜が、急激な温度変化の繰り返しに起因する金属の膨張収縮に追従して伸縮するのを可能にする。 Then, the hydroxyl (—OH) group of the colloidal silica particles is bonded to the metal surface, and further, the SBR molecules are bonded through the silane coupling agent molecules to form a coating film, so that the metal is changed by a rapid temperature change. Since there is a silane coupling agent molecule between the silica particles that move together with the metal surface and the SBR molecule when it expands and contracts, the coating film is prevented from cracking due to the elasticity of the silane coupling agent molecule. In this way, the silane coupling agent molecules impart elasticity to the coating film, allowing the coating film to expand and contract following the expansion and contraction of the metal caused by repeated rapid temperature changes. To do.
このようにして、亜鉛系めっき鋼等の金属の防錆性を向上させることができ、優れた成膜性を有するとともに、低コストで製造することができ、環境にも優しく、かつ、基材の温度変化に起因する膨張収縮に追従できる伸縮性を有するコーティング膜となる。 In this way, it is possible to improve the rust prevention properties of metals such as galvanized steel, have excellent film formability, can be manufactured at low cost, are environmentally friendly, and are a base material. It becomes a coating film having stretchability that can follow expansion and contraction caused by temperature change.
請求項2に係る発明においては、シランカップリング剤の末端がアミノ基またはエポキシ基であることから、請求項1に係る発明の効果に加えて、より低コストで形成することができるコーティング膜となる。 In the invention according to claim 2, since the terminal of the silane coupling agent is an amino group or an epoxy group, in addition to the effect of the invention according to claim 1, a coating film that can be formed at a lower cost and Become.
請求項3に係る発明においては、コーティング膜が亜鉛系めっき鋼の表面に形成されたことから、コロイダルシリカ粒子とSBR分子との間にシランカップリング剤分子が介在するコーティング膜は、亜鉛系めっき鋼の表面との密着性に優れるため、請求項1または請求項2に係る発明の効果に加えて、より成膜性と密着性に優れた膜となる。 In the invention according to claim 3, since the coating film is formed on the surface of the zinc-based plated steel, the coating film in which the silane coupling agent molecule is interposed between the colloidal silica particles and the SBR molecule is the zinc-based plating. Since the adhesiveness to the steel surface is excellent, in addition to the effect of the invention according to claim 1 or claim 2, the film is more excellent in film formability and adhesiveness.
以下、本発明の実施の形態に係る水性コーティング剤及びコーティング膜について説明する。本実施の形態に係る水性コーティング剤は、コロイダルシリカとSBRエマルジョンとを含有し、または更にシランカップリング剤及び/または無機フィラーを含有し、溶媒が実質的に水のみであり、コロイダルシリカとSBRエマルジョンの固形分重量比が、10/90<コロイダルシリカ/SBRエマルジョン<70/30の範囲内である。 Hereinafter, the aqueous coating agent and coating film which concern on embodiment of this invention are demonstrated. The aqueous coating agent according to the present embodiment contains colloidal silica and SBR emulsion, or further contains a silane coupling agent and / or an inorganic filler, the solvent is substantially only water, and colloidal silica and SBR. The solids weight ratio of the emulsion is in the range of 10/90 <colloidal silica / SBR emulsion <70/30.
本実施の形態においては、コロイダルシリカとして日本化学工業(株)製のシリカドール40(固形分40%)を、SBRエマルジョンとして旭化成ケミカルズ(株)製のA7032(固形分50%)を用いた。(なお、「シリカドール」は、日本化学工業(株)の登録商標である。)コロイダルシリカとSBRエマルジョン(及びこれらに含有される溶媒としての水)のみからなり、固形分重量比が10/90<コロイダルシリカ/SBRエマルジョン<70/30の範囲内である水性コーティング剤を、実験例1〜実験例5として作製した。 In the present embodiment, silica dol 40 (solid content 40%) manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd. was used as colloidal silica, and A7032 (solid content 50%) manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd. was used as the SBR emulsion. (“Silica Doll” is a registered trademark of Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) It consists only of colloidal silica and SBR emulsion (and water as a solvent contained therein), and has a solid content weight ratio of 10 / An aqueous coating agent having a range of 90 <colloidal silica / SBR emulsion <70/30 was prepared as Experimental Examples 1 to 5 .
ここで、コロイダルシリカとしてのシリカドール40が固形分40%であり、SBRエマルジョンとしてのA7032が固形分50%であるため、「コロイダルシリカ/SBRエマルジョン」の固形分重量比を所定の値とするためには、溶媒としての水分を含むシリカドール40を、溶媒としての水分を含むA7032に対して、所定の固形分重量比よりも多めに配合する必要がある。シリカドール40とA7032の配合量と、それによって得られる固形分重量比の関係を、表1に示す。 Here, since silica dol 40 as colloidal silica has a solid content of 40% and A7032 as an SBR emulsion has a solid content of 50%, the solid content weight ratio of “colloidal silica / SBR emulsion” is set to a predetermined value. Therefore, it is necessary to mix the silica doll 40 containing water as a solvent more than a predetermined solid content weight ratio with respect to A7032 containing water as a solvent. Table 1 shows the relationship between the amount of silica doll 40 and A7032 and the solid content weight ratio obtained thereby.
また、実験例2においては、コロイダルシリカとSBRエマルジョンの固形分重量比を50/50に固定し、SBRエマルジョンとして、旭化成ケミカルズ(株)製のA7032のみでなく、旭化成ケミカルズ(株)製のA2245、旭化成ケミカルズ(株)製のL7360の、3種類のSBRエマルジョンをそれぞれ用いた組み合わせについて水性コーティング剤を作製して、試験を行なった。3種類のSBRエマルジョンの物性値は、固形分がいずれも50%、TgがA7032:−16℃、A2245:−10℃、L7360:−2℃で、平均粒子径がA7032:220nm、A2245:130nm、L7360:200nmである。 Further, in Experimental Example 2 , the solid content weight ratio of colloidal silica and SBR emulsion was fixed to 50/50, and not only A7032 manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd. but also A2245 manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd. as SBR emulsions. An aqueous coating agent was prepared and tested for a combination of three types of SBR emulsions of L7360 manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation. The physical properties of the three types of SBR emulsions are as follows: solid content is 50%, Tg is A7032: -16 ° C, A2245: -10 ° C, L7360: -2 ° C, average particle diameter is A7032: 220 nm, A2245: 130 nm. , L7360: 200 nm.
更に、コロイダルシリカとSBRエマルジョンの固形分重量比を50/50(100重量部)に固定し、この100重量部に対して、シランカップリング剤を0.1重量部〜5重量部の範囲内で添加した水性コーティング剤を、実施例1〜実施例12として作製した。また、シランカップリング剤の配合比を1重量部に固定し、これに無機フィラーを10重量部〜50重量部の範囲内で添加した水性コーティング剤を、実施例13〜実施例22として作製した。 Further, the solid content weight ratio of the colloidal silica and the SBR emulsion is fixed to 50/50 (100 parts by weight), and the silane coupling agent is within the range of 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight. The aqueous coating agent added in Example 1 was prepared as Examples 1-12 . Moreover, the mixing | blending ratio of the silane coupling agent was fixed to 1 weight part, and the aqueous coating agent which added the inorganic filler in the range of 10 weight part-50 weight part to this was produced as Example 13-Example 22 . .
ここで、シランカップリング剤としては、信越化学(株)製のKBM−403(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)、KBM−603(N−2(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン)、KBE−603(N−2(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン)、KBM−602(N−2(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン)の4種類を使用した。また、無機フィラーとしては、コープケミカル(株)製の合成マイカ(合成雲母)MK−100及びソブエクレー(株)製のタルクCSの2種類を使用した。実験例1〜実験例5、実施例1〜実施例22の各配合を、表2の上段に示す。 Here, as the silane coupling agent, KBM-403 (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane), KBM-603 (N-2 (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxy) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Silane), KBE-603 (N-2 (aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane), KBM-602 (N-2 (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane) were used. . In addition, two types of inorganic fillers were used: synthetic mica (synthetic mica) MK-100 manufactured by Corp Chemical Co., Ltd. and talc CS manufactured by Sobueclay Co., Ltd. Each formulation of Experimental Example 1 to Experimental Example 5 and Example 1 to Example 22 is shown in the upper part of Table 2 .
これに対して、特性を比較するために、コロイダルシリカとSBRエマルジョン(及びこれらに含有される溶媒としての水)のみからなり、固形分重量比が10/90以下または70/30以上である水性コーティング剤を、比較例1〜比較例6として作製した。比較例1〜比較例6の各配合を、表3の上段に示す。 On the other hand, in order to compare the properties, an aqueous solution comprising only colloidal silica and SBR emulsion (and water as a solvent contained therein) and having a solid content weight ratio of 10/90 or less or 70/30 or more. Coating agents were prepared as Comparative Examples 1 to 6. Each formulation of Comparative Examples 1 to 6 is shown in the upper part of Table 3.
これらの実験例1〜実験例5、実施例1〜実施例22及び比較例1〜比較例6の水性コーティング剤及びコーティング膜の特性を、成膜性・防錆性・密着性・硬さ・耐水性・冷熱サイクルの6項目について評価した。評価する供試体は、基材として長さ150mm×幅70mm×厚さ0.8mmの亜鉛めっき/3価クロメート鋼板を用いて、これに水性コーティング剤をエアスプレー法で塗装膜厚30μmになるように塗装し、140℃×5分間乾燥して作製した。 The characteristics of the aqueous coating agent and the coating film of Experimental Examples 1 to 5, Experimental Examples 1 to 22, and Comparative Examples 1 to 6 are as follows: film forming property, rust prevention property, adhesion property, hardness, Six items of water resistance / cooling cycle were evaluated. The specimen to be evaluated uses a galvanized / trivalent chromate steel sheet having a length of 150 mm, a width of 70 mm, and a thickness of 0.8 mm as a base material, and an aqueous coating agent is applied to the coating film by an air spray method to a coating thickness of 30 μm. And then dried at 140 ° C. for 5 minutes.
成膜性については、このようにして作製した供試体の塗装表面を目視観察して、クラックが多いものを×、少しクラックがあるものを△、クラックが全くないものを○として評価した。また、防錆性については、JIS−Z2371「塩水噴霧試験方法」に準じて、供試体について塩水噴霧試験(SST)を2000時間行なった後の塗膜表面を目視観察して、表面の50%以上に赤錆が見られるものを×、表面の50%未満に赤錆が見られるものを△、赤錆の発生が全くないものを○として評価した。 Regarding the film-forming property, the coated surface of the specimen prepared in this way was visually observed, and the case where there were many cracks was evaluated as “X”, the case where there were some cracks as Δ, and the case where there were no cracks as “◯”. Moreover, about rust prevention property, according to JIS-Z2371 "salt water spray test method", the coating film surface after performing a salt spray test (SST) for 2000 hours about a test piece is visually observed, 50% of the surface The case where red rust was observed was evaluated as x, the case where red rust was observed on less than 50% of the surface was evaluated as Δ, and the case where no red rust was generated was evaluated as ◯.
更に、密着性については、JIS−K5400に準じて、供試体の塗膜について碁盤目テープテスト(1mm幅、100マス)を行なって、1マスでも剥がれたものは×、剥がれのなかったものを○として評価した。また、塗膜の硬さについては、JIS−K5600に準じて鉛筆硬度を測定して、2B以下のものを×、B以上のものを○として評価した。更に、耐水性については、40℃の温水に240時間浸漬した後に碁盤目テープテスト(1mm幅、100マス)を行なって、1マスでも剥がれたものは×、剥がれのなかったものを○として評価した。 Furthermore, for adhesion, according to JIS-K5400, a cross-cut tape test (1 mm width, 100 squares) was performed on the coating film of the specimen, and x was peeled even at 1 square, and no peeling was observed. Evaluated as ○. Moreover, about the hardness of the coating film, pencil hardness was measured according to JIS-K5600, the thing of 2B or less was evaluated as x, and the thing of B or more was evaluated as (circle). Further, regarding water resistance, a cross-cut tape test (1 mm width, 100 squares) was performed after immersion in warm water at 40 ° C. for 240 hours, and x was evaluated even if 1 square was peeled off, and ○ was given if there was no peeling. did.
また、冷熱サイクルとしては、供試体を−20℃に1時間置いた後に80℃に1時間置くという2時間のサイクルを100サイクル実施した後、碁盤目テープテスト(1mm幅、100マス)を行なって、1マスでも剥がれたものは×、剥がれのなかったものを○とした。更に、鉛筆硬度についても測定して、1マスでも剥がれて鉛筆硬度が2ランク以上低下したものを×、剥がれがなく鉛筆硬度が1ランク低下したものを○、剥がれがなくしかも鉛筆硬度が低下しなかったものを◎として評価した。以上の6項目についての評価結果を、表2の下段及び表3の下段に示す。 In addition, as a cooling cycle, after 100 cycles of a 2-hour cycle in which a specimen was placed at −20 ° C. for 1 hour and then placed at 80 ° C. for 1 hour, a cross-cut tape test (1 mm width, 100 squares) was performed. In addition, the case where even one square was peeled off was rated as x, and the case where there was no peeling was marked as ◯. Furthermore, the pencil hardness was also measured, and even when one square was peeled off and the pencil hardness was lowered by 2 ranks or more, x was not peeled and the pencil hardness was lowered by 1 rank, and the pencil hardness was lowered and the pencil hardness was lowered. Those not present were evaluated as と し て. The evaluation results for the above six items are shown in the lower part of Table 2 and the lower part of Table 3.
表2の下段に示されるように、実験例1〜実験例5の水性コーティング剤及びコーティング膜については、以上の6項目の全てにおいて○の評価であり、また実施例1〜実施例22の水性コーティング剤及びコーティング膜については、6項目のうち成膜性・防錆性・密着性・硬さ・耐水性の5項目は○の評価で、冷熱サイクルにおいては◎の評価であった。 As shown in the lower part of Table 2, the aqueous coating agents and coating films of Experimental Examples 1 to 5 are evaluated as “good” in all of the above six items, and the aqueous coating agents of Examples 1 to 22 are used. Regarding the coating agent and the coating film, among the six items, five items of film formability, rust prevention property, adhesion, hardness, and water resistance were evaluated as “good”, and evaluated as “good” in the cooling cycle.
したがって、コロイダルシリカとSBRエマルジョンとを含有し、固形分重量比が10/90<コロイダルシリカ/SBRエマルジョン<70/30の範囲内である水性コーティング剤及びコーティング膜は、成膜性・防錆性・密着性・硬さ・耐水性・冷熱サイクルの全てについて○以上の評価であり、更にシランカップリング剤(更には無機フィラー)を含有する水性コーティング剤及びコーティング膜は、冷熱サイクルが◎の評価である。 Therefore, the aqueous coating agent and coating film containing colloidal silica and SBR emulsion and having a solid content weight ratio within the range of 10/90 <colloidal silica / SBR emulsion <70/30 are film-forming and rust-proofing properties.・ Evaluation of all of adhesion, hardness, water resistance, and cooling / cooling cycle is ○ or better, and water coating agent and coating film containing silane coupling agent (and inorganic filler) are also rated as ◎. It is.
これに対して、表3の下段に示されるように、比較例1〜比較例3の水性コーティング剤については、成膜性の評価が×であり、クラックが多いため以下の評価試験を実施することができなかった。また、比較例4の水性コーティング剤については、成膜性の評価が△であり、防錆性の評価が×であった。このように、コロイダルシリカとSBRエマルジョンの固形分重量比が70/30以上である水性コーティング剤については、コロイダルシリカの配合率が大きすぎるため成膜性に劣るという結果が出た。 On the other hand, as shown in the lower part of Table 3, for the aqueous coating agents of Comparative Examples 1 to 3, the film forming property is evaluated as x and the following evaluation tests are performed because there are many cracks. I couldn't. Moreover, about the water-based coating agent of the comparative example 4, evaluation of film formability was (triangle | delta) and evaluation of rust prevention property was x. Thus, about the aqueous coating agent whose solid content weight ratio of colloidal silica and SBR emulsion is 70/30 or more, since the compounding rate of colloidal silica was too large, the result that it was inferior to film formability came out.
更に、表3の下段に示されるように、比較例5及び比較例6の水性コーティング剤については、成膜性の評価は○であったが、防錆性の評価が△及び×であり、塗膜の硬さの評価も×であった。このように、コロイダルシリカとSBRエマルジョンの固形分重量比が10/90以下である水性コーティング剤については、コロイダルシリカの配合率が小さすぎるため、防錆性及び塗膜硬度に劣るという結果が出た。 Furthermore, as shown in the lower part of Table 3, for the aqueous coating agents of Comparative Example 5 and Comparative Example 6, the evaluation of film formability was ○, but the evaluation of rust prevention was Δ and ×, The evaluation of the hardness of the coating film was also x. As described above, the aqueous coating agent having a solid content weight ratio of colloidal silica and SBR emulsion of 10/90 or less has a result that the blending ratio of colloidal silica is too small, resulting in poor rust prevention and coating film hardness. It was.
以上説明したように、コロイダルシリカとSBRエマルジョンとを含有し、固形分重量比が10/90<コロイダルシリカ/SBRエマルジョン<70/30の範囲内である水性コーティング剤、特に、固形分重量比が20/80≦コロイダルシリカ/SBRエマルジョン≦60/40の範囲内である水性コーティング剤は、成膜性及び防錆性が非常に優れており、更にこれにシランカップリング剤(更には無機フィラー)を添加した水性コーティング剤を塗布してなるコーティング膜は、冷熱サイクルについても極めて優れた特性を示すことが明らかになった。 As described above, the aqueous coating agent contains colloidal silica and SBR emulsion, and the solid content weight ratio is within the range of 10/90 <colloidal silica / SBR emulsion <70/30. The aqueous coating agent within the range of 20/80 ≦ colloidal silica / SBR emulsion ≦ 60/40 is very excellent in film formability and rust prevention property, and furthermore, a silane coupling agent (more inorganic filler) It was revealed that the coating film formed by applying the aqueous coating agent to which the slag was added exhibited extremely excellent characteristics even with respect to the cold cycle.
すなわち、水性コーティング剤にシランカップリング剤を配することで、冷熱サイクルの評価結果から明らかなように、基材の温度変化に追従することができるコーティング膜となっている。これに対して、シランカップリング剤を添加しない水性コーティング剤を塗布してなるコーティング膜は、鉛筆硬度の低下が見られることから、膜にダメージが残っており、伸縮性が不十分と考えられる。したがって、シランカップリング剤の分子がコロイダルシリカ粒子とSBR粒子との間に介在することによって、コーティング膜の伸縮性が向上し、基材の膨張収縮に追従して膨張収縮することが可能になったものと考えられる。 That is, by providing a silane coupling agent in the aqueous coating agent, it is a coating film that can follow the temperature change of the substrate, as is apparent from the evaluation results of the cooling cycle. On the other hand, since the coating film formed by applying an aqueous coating agent to which no silane coupling agent is added shows a reduction in pencil hardness, the film remains damaged and is considered to have insufficient stretchability. . Therefore, the molecules of the silane coupling agent are interposed between the colloidal silica particles and the SBR particles, so that the stretchability of the coating film is improved, and it is possible to expand and contract following the expansion and contraction of the base material. It is thought that.
また、これらの水性コーティング剤は、溶媒として実質的に水のみを含むため、VOCを含有せず、環境にも極めて優しいものとなる。そして、金属粉等を全く使用せず、配合が簡単であるため、低コストで製造することができる。 Moreover, since these water-based coating agents contain substantially only water as a solvent, they do not contain VOC and are extremely environmentally friendly. And since metal powder etc. are not used and compounding is easy, it can manufacture at low cost.
このように、本実施の形態に係る水性コーティング剤は、亜鉛系めっき鋼等の金属の防錆性を向上させることができ、優れた成膜性を有するとともに、低コストで製造することができ、環境にも優しいものである。更に、本実施の形態に係る水性コーティング剤のうち実施例1〜実施例22の水性コーティング剤及びコーティング膜は、基材の温度変化に起因する膨張収縮に追従できる伸縮性を塗膜に付与することができる水性コーティング剤、及びかかる伸縮性を有するコーティング膜である。 Thus, the water-based coating agent according to the present embodiment can improve the rust prevention property of metals such as zinc-based plated steel, has excellent film forming properties, and can be manufactured at low cost. It is environmentally friendly. Further, among the aqueous coating agents according to the present embodiment, the aqueous coating agents and coating films of Examples 1 to 22 give the coating film elasticity that can follow expansion and contraction caused by temperature changes of the substrate. An aqueous coating agent that can be applied, and a coating film having such stretchability.
本実施の形態においては、コロイダルシリカとして日本化学工業(株)製のシリカドール40を、SBRエマルジョンとして旭化成ケミカルズ(株)製のA7032、A2245またはL7360を用いた場合について説明したが、コロイダルシリカ及びSBRエマルジョンとしては、その他の種類のものを用いることもできる。 In the present embodiment, the case where silica doll 40 manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd. is used as colloidal silica and A7032, A2245 or L7360 manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd. is used as the SBR emulsion has been described. Other types of SBR emulsions can also be used.
また、本実施の形態においては、本発明に係る水性コーティング剤及びコーティング膜を、亜鉛系金属製品としての亜鉛めっき/3価クロメート鋼板に適用した場合について説明したが、本発明に係る水性コーティング剤及びコーティング膜は、その他の亜鉛系金属製品や、アルミニウム系金属製品、マグネシウム系金属製品等に対する防錆目的での使用も可能である。 In the present embodiment, the case where the aqueous coating agent and the coating film according to the present invention are applied to a galvanized / trivalent chromate steel sheet as a zinc-based metal product has been described. However, the aqueous coating agent according to the present invention is described. In addition, the coating film can be used for rust prevention with respect to other zinc-based metal products, aluminum-based metal products, magnesium-based metal products, and the like.
更に、本実施の形態の変形例に係る水性コーティング剤として、本実施の形態に係る水性コーティング剤に、少量の金属顔料、例えば亜鉛フレークやアルミニウムフレークを添加したものとすることもできる。これによって、本実施の形態の変形例に係る水性コーティング剤を塗装してなる塗膜に、防錆性とともに導電性をも持たせることができるという作用効果が得られる。 Furthermore, as the aqueous coating agent according to the modification of the present embodiment, a small amount of metal pigment, such as zinc flakes or aluminum flakes, may be added to the aqueous coating agent according to the present embodiment. Thereby, the effect that the coating film formed by applying the aqueous coating agent according to the modification of the present embodiment can be provided with conductivity as well as rust prevention is obtained.
本発明を実施するに際しては、水性コーティング剤のその他の構成、成分、材料、配合、形状、大きさ、製造方法等についても、コーティング膜のその他の構成、成分、材料、配合、形状、大きさ、製造方法等についても、本実施の形態に限定されるものではない。なお、本発明の実施の形態で上げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は実施に好適な適正値を示すものであるから、上記数値を若干変更しても実施を否定するものではない。 In practicing the present invention, other configurations, components, materials, blends, shapes, sizes, manufacturing methods, etc. of the aqueous coating agent are also included in the other configurations, components, materials, blends, shapes, sizes of the coating films. The manufacturing method and the like are not limited to the present embodiment. The numerical values raised in the embodiment of the present invention are not all critical values, and certain numerical values indicate appropriate values suitable for implementation. It does not deny implementation.
Claims (3)
前記コロイダルシリカと前記SBRエマルジョンの固形分重量比が、10/90<コロイダルシリカ/SBRエマルジョン<70/30の範囲内であり、固形分を除く溶媒が実質的に水のみであり、更に、シランカップリング剤を、前記コロイダルシリカと前記SBRエマルジョンの合計量固形分100重量部に対して、0.1重量部〜5重量部の範囲内で含有し、前記シランカップリング剤が前記コロイダルシリカの粒子と前記スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)エマルジョン分子から形成される塗膜に伸縮性を付与することを特徴とする水性コーティング剤。 An aqueous coating agent containing colloidal silica and a styrene-butadiene copolymer (SBR) emulsion,
The solid content weight ratio of the colloidal silica and the SBR emulsion is in the range of 10/90 <colloidal silica / SBR emulsion <70/30, the solvent excluding the solid content is substantially only water, and silane A coupling agent is contained within a range of 0.1 to 5 parts by weight with respect to a total solid content of 100 parts by weight of the colloidal silica and the SBR emulsion, and the silane coupling agent is composed of the colloidal silica. An aqueous coating agent characterized by imparting stretchability to a coating film formed from particles and the styrene-butadiene copolymer (SBR) emulsion molecules.
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