(57)【要約】【課題】中塗り塗膜のアンチチッピング性を高めつつ下塗り塗装と中塗り塗装とのウェットオンウェット塗装系が実現できる塗装方法を提供する。【解決手段】少なくとも下塗り塗料、中塗り塗料及び上塗り塗料の３つの塗料を塗装する塗装方法において、粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの粒子状物質を含有する中塗り塗料を用い、下塗り塗料を塗装し、ウェットオンウェットで中塗り塗料を塗装し、これらを同時に焼き付け硬化させ、上塗り塗料を塗装する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも下塗り塗料、中塗り塗料及び上塗り塗料の３つの塗料を塗装する塗装方法において、
粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの粒子状物質を含有する中塗り塗料を用い、
前記下塗り塗料を塗装し、ウェットオンウェットで前記中塗り塗料を塗装し、これらを同時に焼き付け硬化させ、前記上塗り塗料を塗装することを特徴とする塗装方法。
【請求項２】
前記粒子状物質のガラス転移点が６０℃〜１２０℃である請求項１記載の塗装方法。
【請求項３】
前記下塗り塗料は、基体樹脂としてのエポキシ系樹脂と、架橋剤としてのブロックポリイソシアネートとを含み、前記ブロックポリイソシアネートは、アルキル基の短いアルコール系ブロック剤でブロックされた請求項１または２記載の塗装方法。
【請求項４】
前記中塗り塗料は、水酸基とカルボキシル基とを有する基体樹脂と、架橋剤としてのブロックポリイソシアネートとを含み、前記ブロックポリイソシアネートはアルキル基の長いアルコール系ブロック剤でブロックされた請求項１〜３の何れかに記載の塗装方法。
【請求項５】
前記中塗り塗料は、水酸基とカルボキシル基とを有する基体樹脂と、架橋剤としてのブロックポリイソシアネートと、高沸点のアミンとを含む請求項１〜３の何れかに記載の塗装方法。
【請求項６】
少なくとも下塗り塗料、中塗り塗料及び上塗り塗料の３つの塗料を塗装する塗装系であって、前記下塗り塗料を塗装し、ウェットオンウェットで前記中塗り塗料を塗装し、これらを同時に焼き付け硬化させ、前記上塗り塗料を塗装する塗装系に用いられる中塗り塗料において、
粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの粒子状物質を含有することを特徴とする中塗り塗料。
【請求項７】
前記粒子状物質が中塗り塗料を構成する基体樹脂と同種の樹脂からなる請求項６記載の中塗り塗料。
【請求項８】
前記粒子状物質のガラス転移点が６０℃〜１２０℃である請求項７記載の中塗り塗料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、自動車ボディ等に適用して好ましい塗装方法及び中塗り塗料に関し、特に下塗り塗料と中塗り塗料とをウェットオンウェットで塗装し、これを同時に焼き付ける２コート１ベーク系の塗装方法及び中塗り塗料に関する。
【０００２】
【背景技術】
自動車ボディの塗装系は、エポキシ系樹脂を主剤とする電着塗料などが適用される下塗り塗装と、ポリエステル系樹脂を主剤とする中塗り塗料と、同じくポリエステル系塗料を主剤とする上塗り塗料の３種の塗料を用い、下塗り塗装を施したのちこれを焼き付け、硬化した下塗り塗膜の上に中塗り塗装を施したのちこれを焼き付け、硬化した中塗り塗膜の上に上塗り塗装を施したのちこれを焼き付けることで完成する、いわゆる３コート３ベーク系の塗装方法が採用されている。
【０００３】
ところが、こうした３コート３ベーク塗装系では、下塗り塗装工程、中塗り塗装工程及び上塗り塗装工程のそれぞれに乾燥炉が必要とされるので、乾燥炉を設置するための広い工程スペースが必要となり、また乾燥炉で消費されるエネルギが自動車の生産コストに反映する。
【０００４】
そこで、これら３つの工程に設けられた乾燥炉を２つ以下に減じて上記問題を解決するために、下塗り塗装と中塗り塗装又は中塗り塗装と上塗り塗装をウェットオンウェットで塗装することが検討されている。
【０００５】
ところで、前方を走行する車からの跳石などにより車体が傷つくことがあり、このような傷（チッピング）が車体の素地に達するほど深く生じた場合、衝突部位に錆が発生する原因となる。こうしたチッピングはフード先端部に集中するため、従来よりフード先端部やルーフ先端部などにアンチチッピング（耐チッピング）性を付与するためのアンチチッピング塗料（本願においては、以下ＡＣＣともいう。）を塗装することで、このような事態の発生を防止している。一般的には、溶剤系ＡＣＣを塗装し、その上に溶剤系中塗り塗料をウェットオンウェットで塗り重ね、一度の焼き付け乾燥でＡＣＣを形成する技術が用いられている。
【０００６】
しかしながら、下塗り塗装と中塗り塗装とをウェットオンウェットで塗装し、これらを同時に焼き付ける塗装系において、上述したＡＣＣ膜を未乾燥の下塗り塗膜上に形成し、さらにウェットオンウェットで中塗り塗料を塗装すると、下塗り塗膜、ＡＣＣ膜および中塗り塗膜がその境界部分で互いに混層し、外観不良が生じるといった問題があった。
【０００７】
【発明の開示】
本発明は、中塗り塗膜のアンチチッピング性を高めつつ下塗り塗装と中塗り塗装とのウェットオンウェット塗装系が実現できる塗装方法を提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、少なくとも下塗り塗料、中塗り塗料及び上塗り塗料の３つの塗料を塗装する塗装方法において、
粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの粒子状物質を含有する中塗り塗料を用い、
前記下塗り塗料を塗装し、ウェットオンウェットで前記中塗り塗料を塗装し、これらを同時に焼き付け硬化させ、前記上塗り塗料を塗装することを特徴とする塗装方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の第２の観点によれば、少なくとも下塗り塗料、中塗り塗料及び上塗り塗料の３つの塗料を塗装する塗装系であって、前記下塗り塗料を塗装し、ウェットオンウェットで前記中塗り塗料を塗装し、これらを同時に焼き付け硬化させ、前記上塗り塗料を塗装する塗装系に用いられる中塗り塗料において、粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの粒子状物質を含有することを特徴とする中塗り塗料が提供される。
【００１０】
本発明では、粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの粒子状物質を含有する中塗り塗料を用い、下塗り塗料と中塗り塗料とをウェットオンウェットで塗装したのち同時に焼き付け硬化させる。この焼き付け硬化の塗膜収縮時に、粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの粒子状物質が変形し、硬質塗膜層中に多数の断続的な軟質層が形成され、エネルギ吸収作用が発現する。これにより、中塗り塗膜のアンチチッピング性能が向上し、従来の独立したＡＣＣ膜を有する塗装系と同等以上のアンチチッピング性能が得られる。また、独立したＡＣＣ膜が存在しないので、下塗り塗膜や中塗り塗膜との混層が生じることもなく、外観不良の発生を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る塗装方法を示す工程図である。
【００１２】
本実施形態に係る塗装方法は、下塗り塗装、中塗り塗装及び上塗り塗装の３コート系の塗装系において、下塗り塗装と中塗り塗装とをウェットオンウェットで塗装し、これらを同時に焼き付けたのち上塗り塗装を施す、いわゆる３コート２ベークの塗装系である。下塗り塗装と中塗り塗装に関していえば２コート１ベークの塗装系である。
【００１３】
すなわち、洗浄・前処理された被塗物である自動車ボディを電着槽に浸漬させることで電着塗装を施し、これを焼き付け硬化させることなく中塗りブースに搬送し、未硬化の電着塗膜上に中塗り塗料を塗装したのち、中塗り乾燥炉にてこれら未硬化の電着塗膜及び中塗り塗膜を同時に焼き付ける。
【００１４】
ここで、本実施形態で用いられる電着塗料と中塗り塗料は、硬化温度及び硬化温度保持時間が実質的に同一である。従来の電着塗料の硬化条件は１７０℃×２０分保持が一般的であり、また中塗り塗料の硬化条件は１４０℃×２０分保持が一般的であるが、本実施形態では、▲１▼電着塗料及び中塗り塗料の硬化条件をともに１４０℃×３０分保持とするか、▲２▼電着塗料及び中塗り塗料の硬化条件をともに１７０℃×３０分保持とする。
【００１５】
上記▲１▼の場合は、電着塗料の硬化条件を既存の中塗り塗料の硬化条件に合わせるために低温化させるものであり、その手法としてはたとえば、電着塗料が基体樹脂としてのエポキシ系樹脂と、架橋剤としてのブロックポリイソシアネートとを含む材質である場合には、ブロックポリイソシアネートをブロックするアルコール系ブロック剤に、既存のアルコール系ブロック剤より短いアルキル基のアルコール系ブロック剤を採用する。短いアルキル基のアルコール系ブロック剤を用いることでブロック剤の解離温度が低下し、これにより電着塗料の反応温度を低温化させることができる。
【００１６】
また、上記▲２▼の場合は、中塗り塗料の硬化条件を既存の電着塗料の硬化条件に合わせるために高温化させるものであり、その手法としてはたとえば、中塗り塗料が水酸基とカルボキシル基とを有する基体樹脂と、架橋剤としてのブロックポリイソシアネートとを含む材質である場合には、ブロックポリイソシアネートをブロックするアルコール系ブロック剤に、既存のアルコール系ブロック剤より長いアルキル基のアルコール系ブロック剤を採用する。長いアルキル基のアルコール系ブロック剤を用いることでブロック剤の解離温度が上昇し、これにより中塗り塗料の反応温度を高温化させることができる。
【００１７】
また、中塗り塗料の硬化温度を高温化させる他の手法として、中塗り塗料が水酸基とカルボキシル基とを有する基体樹脂と、架橋剤としてのブロックポリイソシアネートとを含む材質である場合には、中塗り塗料中に中和しているアミンについて既存のアミンよりも高沸点のアミンを採用する。これによりアミンと水との結合力が低下し、極力長い時間カルボキシル基をブロックすることができるので、中塗り塗料の反応温度を高温化させることができる。
【００１８】
なお、本発明の塗装方法では、上記▲１▼および▲２▼の他に、電着塗料及び中塗り塗料の硬化条件をともにＴ℃×ｔ分保持（Ｔ，ｔは任意の数）とすることもできる。この場合には、電着塗料及び中塗り塗料ともに従来の硬化条件を上述した手法を用いて変更させる。さらに、本発明の塗装方法では、電着塗料及び中塗り塗料の硬化条件を同一にすることに何ら限定されず、異なる硬化条件としても良い。
【００１９】
特に本実施形態で使用される中塗り塗料には、粒子状物質が含有されている。本例に係る粒子状物質としては、樹脂、たとえばアクリル樹脂やポリエステル樹脂などを例示することができる。特に中塗り塗料の基体樹脂と同種の樹脂を採用することがより好ましい。
【００２０】
本例の粒子状物質は、粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの超微小粒子であり、さらにガラス転移点が６０℃〜１２０℃であることが望ましい。粒子状物質の粒径が１００ｎｍ未満であるとエネルギ吸収効果が少なくアンチチッピング性能が満足する値とならない。また、粒径が５００ｎｍを超えると塗膜の伸び率が大きくなり、熱サイクルが加わると塗膜にクラックが生じたり塗膜表面に凹凸が生じたりして外観不良が発生する。なお、粒子状物質の形状は球状には限定されない。非球状の場合は、その最大長さが１００ｎｍ〜５００ｎｍであれば良く、本発明に係る「粒径」は非球状粒子の「最大長さ」を含む趣旨である。
【００２１】
また、粒状物質のガラス転移点が６０℃未満であると、断続的な軟質層が好適に形成されず塗膜が均一層となってアンチチッピング性能が満足する値とならない。また、ガラス転移点が１２０℃を超えると粒子が硬く、エネルギ吸収効果が少なくアンチチッピング性能が満足する値とならない。
【００２２】
本例に係る粒子状物質は、希釈前の中塗り塗料に対し、５重量％〜３０重量％の割合で含有することが望ましい。この割合未満であると上述したエネルギ吸収効果が少なくアンチチッピング性能が満足する値とならず、これを超えると付着性が低下する。
【００２３】
次に本実施形態の塗装方法を適用した塗装ラインの一例を説明する。図２は本発明の実施形態に係る塗装方法を適用した塗装ラインを示す図、図３は本発明の実施形態に係る塗装方法の中塗り乾燥炉における時間と温度との関係及び時間と粘度との関係を示すグラフである。
【００２４】
ホワイトボディとして組み立てられた自動車ボディは、車体組立工程から塗装工場に搬入され、最初の前処理ブース１にて、ボディに付着した油や塵埃が除去されるとともに、ボディを構成する鋼板表面に防錆用化成被膜が形成される。
【００２５】
前処理ブース１を通過することで清浄及び化成被膜が形成されたボディは、電着塗料が満たされた電着塗装槽２に搬送され、電着塗料に浸漬される。電着塗装槽２では電着塗料に高電圧が印加されることにより電着塗料が電気泳動し、これによりボディに電着塗膜が形成される。電着塗装槽２を出槽したボディは、電着水洗ブース３に搬入され、ここでボディに付着した余分な電着塗料が洗い流される。ここで、上記▲１▼の場合には硬化条件を１４０℃×３０分保持とした電着塗料を電着塗装槽２に満たしておく。また、上記▲２▼の場合には硬化条件を１７０℃×３０分保持とした電着塗料を電着塗装槽２に満たしておく。
【００２６】
従来の塗装方法では、電着水洗を終了したボディを電着乾燥炉に搬入し、電着塗膜を焼き付け硬化させるが、本実施形態では電着乾燥炉を設けずに、電着塗膜が未硬化の状態でボディを中塗りブース４へ搬入する。なお、既存の塗装ラインをそのまま使用する場合には、電着乾燥炉の運転を停止して未硬化の電着塗膜が形成されたボディをそのまま通過させる。
【００２７】
中塗りブース４では、上述した粒子状物質を含有し、硬化条件を１４０℃×３０分保持にした中塗り塗料（上記▲１▼の場合）または硬化条件を１７０℃×３０分保持にした中塗り塗料（上記▲２▼の場合）をボディに塗装する。塗装方法は特に限定されず、ベル式塗装ガンやスプレー式塗装ガンなどを用いて塗装する。
【００２８】
未硬化の電着塗膜の上に中塗り塗料が塗布されたボディは中塗り乾燥炉５に搬入され、ここで電着塗膜及び中塗り塗膜が同時に焼き付け硬化される。図３は中塗り乾燥炉５におけるボディの昇温曲線と塗膜の粘度曲線を示すグラフであり、本実施形態では硬化条件が同じ電着塗料と中塗り塗料を用いているので、同図上に示すようにボディ温度が１４０℃近傍（上記▲１▼の場合）または１７０℃近傍（上記▲２▼の場合）に達したときに、電着塗膜及び中塗り塗膜が同時に硬化反応を開始する。また、同図下の粘度曲線に示すように、中塗り乾燥炉５に搬送されると、当初は電着塗膜及び中塗り塗膜ともに、それぞれに含まれた溶剤成分が温度上昇にともなって蒸発し、これによる粘度上昇が観察されるが、ボディ温度が電着塗料及び中塗り塗料のガラス転移点を超えると両塗膜ともに粘度が一旦低下し、ここで両塗膜ともに塗肌が平滑になる。本実施形態では、この塗肌が平滑になるポイントを電着塗膜及び中塗り塗膜ともに同一ポイントとしているので、硬化後の中塗り塗膜の塗り肌品質が向上することになる。そして、さらにボディ温度が上昇すると電着塗膜及び中塗り塗膜ともに硬化反応を開始し、これにより両塗膜の粘度が再び上昇する。
【００２９】
中塗り乾燥炉５を通過したボディには、硬化した電着塗膜及び中塗り塗膜が形成され、次にこれを上塗りブース６に搬入する。上塗りブース６では従来公知の方法により上塗り塗料が塗装され、次の上塗り乾燥炉７にて上塗り塗膜が焼き付け硬化される。
【００３０】
以上のように、本実施形態の塗装方法によれば、従来必要とされた電着乾燥炉が不要となるので、塗装ラインの工程スペースが格段に縮小される。また、電着乾燥炉にて使用されていた熱エネルギーも不要となるので生産コストを低減させることができる。
【００３１】
これに加えて、電着塗膜と中塗り塗膜とが同一の硬化条件で焼き付け硬化するので、ワキ不具合や肌不良といった塗装不具合を防止することができる。
【００３２】
さらに、ナノオーダの粒子状物質を含有するアンチチッピング性能に富んだ中塗り塗料が採用されているので工程短縮を図りつつ、混層による外観不良を防止することができる。
【００３３】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００３４】
【実施例】
実施例１
自動車ドアパーツに脱脂、前処理およびリン酸亜鉛化成被膜処理を施し、これを水洗したのち、カチオン電着塗料（関西ペイント社製ＮＴ−１００Ｂ）を４００Ｖの電圧で３分間電着塗装した。これを水洗したのち室温で５分間セッティングした。電着膜厚は２０μｍであった。
【００３５】
この電着塗膜の上に、中塗り塗料（日本油脂ＢＡＳＦコーティングス社製ＡＧＸシーラー）に、粒径が１００ｎｍ、ガラス転移点が６０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加し、この塗料を乾燥膜厚で３０μｍとなるように塗装し、１７０℃×３０分保持の条件で電着塗膜および中塗り塗膜を同時に焼き付けた。
【００３６】
次いで、中塗り塗膜の上に、上塗り塗料としてのベース塗料（日本油脂ＢＡＳＦコーティングス社製シルバーメタリックベースアクアＢＣ−３）とクリヤ塗料（日本油脂ＢＡＳＦコーティングス社製クリヤＢ７３００）をウェットオンウェットで塗装し、１４０℃×３０分保持で焼き付けた。ベース塗膜の膜厚は１５μｍ、クリヤ塗膜の膜厚は４０μｍであった。
【００３７】
実施例２
中塗り塗料に、粒径が１００ｎｍ、ガラス転移点が９０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００３８】
実施例３
中塗り塗料に、粒径が１００ｎｍ、ガラス転移点が１２０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００３９】
実施例４
中塗り塗料に、粒径が３００ｎｍ、ガラス転移点が６０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００４０】
実施例５
中塗り塗料に、粒径が３００ｎｍ、ガラス転移点が９０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００４１】
実施例６
中塗り塗料に、粒径が３００ｎｍ、ガラス転移点が１２０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００４２】
実施例７
中塗り塗料に、粒径が５００ｎｍ、ガラス転移点が６０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００４３】
実施例８
中塗り塗料に、粒径が５００ｎｍ、ガラス転移点が９０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００４４】
実施例９
中塗り塗料に、粒径が５００ｎｍ、ガラス転移点が１２０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００４５】
比較例１
中塗り塗料に、粒径が８０ｎｍ、ガラス転移点が６０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００４６】
比較例２
中塗り塗料に、粒径が８０ｎｍ、ガラス転移点が１２０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００４７】
比較例３
中塗り塗料に、粒径が８００ｎｍ、ガラス転移点が６０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００４８】
比較例４
中塗り塗料に、粒径が８００ｎｍ、ガラス転移点が１２０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００４９】
比較例５
中塗り塗料に、粒径が８０ｎｍ、ガラス転移点が４０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００５０】
比較例６
中塗り塗料に、粒径が８０ｎｍ、ガラス転移点が１４０℃のアクリル樹脂を、塗料全量に対して２０重量％添加した以外は実施例１と同じ条件でテストピースを作製した。
【００５１】
評価方法
上記実施例１〜９および比較例１〜６のテストピースの光沢を光沢計（スガ試験機（株）社製デジタル変角光沢計）で測定した。
【００５２】
また、各テストピースの耐チッピング性をグラベロメータ法（ＳＡＥ  Ｊ４００）を用いて試験し、異常がなかったものを○、部分的に剥がれが生じたものを△、前面に剥がれが生じたものを×とした。
【００５３】
また、各テストピースの耐熱サイクル性（ＪＩＳ  Ｄ０２０２）を、−４０℃／９０℃を１サイクルとしてこれを８サイクル行い、異常がないものを○、小さな割れが生じたものを△、大きな割れが生じたものを×とした。以上の結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
2004337690.tif 000003
考察
実施例１〜９のテストピースは光沢、耐チッピング性、耐熱サイクル性の全てについて良好な結果が得られた、比較例１〜６は光沢、耐チッピング性、耐熱サイクル性の何れかに欠陥が生じた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る塗装方法を示す工程図である。
【図２】本発明の実施形態に係る塗装方法を適用した塗装ラインを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る塗装方法の中塗り乾燥炉における時間と温度との関係及び時間と粘度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…前処理ブース
２…電着塗装槽
３…電着水洗ブース
４…中塗り塗装ブース
５…中塗り乾燥炉
６…上塗り塗装ブース
７…上塗り乾燥炉
【図１】
2004337690.tif 000004
【図２】
2004337690.tif 000005
【図３】
2004337690.tif 000006