(57)【要約】【課題】  白色の真珠光沢を有するペイント組成物を提供する。【解決手段】  真珠光沢の白色ペイント組成物であって、固形分及び製膜材を含み、前記固形分は少なくとも９０％  ｗ／ｗのマイカ、４〜７％  ｗ／ｗのＴｉＯ２及び０．２〜３．０  ｗ／ｗの粒子金属アルミニウムを含む。定義された比における固形分の比較的狭い組み合わせは、この上なく有利な比較的薄いペイント膜厚で、高度に望ましい白色の真珠光沢仕上げ物を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形分と製膜材を含み、前記固形分が少なくとも９０％  ｗ／ｗのマイカ、４〜７％  ｗ／ｗのＴｉＯ２及び０．２〜３．０％  ｗ／ｗの粒子金属アルミニウムを含む真珠光沢の白色ペイント組成物。
【請求項２】
前記固形分が９４．０±１％  ｗ／ｗのマイカ、５．０±１％  ｗ／ｗのＴｉＯ２及び０．５±０．３％  ｗ／ｗのアルミニウムを含む請求項１記載のペイント組成物。
【請求項３】
前記製膜材がアクリル、ウレタン、ポリエステル及びメラミン／ホルムアルデヒドから成る樹脂群から選ばれる請求項１又は２記載のペイント組成物。
【請求項４】
処方ベースが水性、溶媒性及びラッカーベースから成る群から選択される請求項１〜３のいずれかに記載のペイント組成物。
【請求項５】
ｗ／ｗ基準で、約７〜８％のアクリル、約１％のウレタン、約６％のポリエステル及び約５％のメラミンホルムアルデヒド樹脂を含む請求項３又は４記載のペイント組成物。
【請求項６】
基体上に真珠光沢の白色仕上げ物を生産する方法であって、請求項１〜５のいずれかに記載の真珠光沢の白色ペイント組成物を基体に塗布する工程と、前記組成物を硬化させて、硬化した前記仕上げ物を前記基体上に設ける工程と、を含む方法。
【請求項７】
前記硬化した仕上げ物にクリア塗膜を塗布し、前記クリア塗膜を硬化させる工程を更に含む請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記基体が車体である請求項６又は７記載の方法。
【請求項９】
請求項７記載の工程により作製された硬化した真珠光沢の白色仕上げ物で塗装された基体。
【請求項１０】
前記基体が車体である請求項９記載の塗装された基体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色の真珠光沢のあるペイント、ラッカー及びプライマー；ペイント塗装した、又はラッカー塗装した表面に白色の「真珠色の」仕上げ物を創り出すための改良された工程におけるこれらの使用；及び前記ペイントとともに前記プロセスによって得られる基体、特に車体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業においては、真珠光沢の白色の仕上げ物は、平板な白色の仕上げ物よりも買い手の評判が良いことが判っているという理由により、乗用車及びトラックに対して、真珠光沢のある白色の仕上げ物は、望ましく、かつ高く評価される仕上がり色である。
【０００３】
従来、車輌に真珠光沢の白色の仕上げ物を創り出すためには、露出した金属部分を一以上のプライマー塗膜で下塗りした後、三段階の塗布工程が必要である。真珠光沢の白色の仕上げ物を創り出すためには、通常、白色ペイントのベース塗膜を塗布し、次いでマイカを含有し、通例、非着色で、代わりに「真珠色の」仕上げ物を提供するための高屈折率物質の粒子を含有する、真珠光沢のある物質の塗膜、及び最後に、下にある層をシールするためのクリア塗膜を塗布する。各塗膜層は、個々に塗布しなければならず、かつ、各々引き続く層の塗布の前に、適切な乾燥時間、及び必要ならベーキング時間を設けなければならない。結果的に、真珠光沢仕上げ物の生産は、大きな労力がかかり、かつ多大な時間を消費する。
【０００４】
タイプが異なる二種のペイントの塗膜を基体に塗布するときは、常に、タイプが同じペイントの多重塗膜の間に必要とされる乾燥時間よりも長い乾燥時間を与える必要がある。三重塗膜ペイントの仕上げ物の相応の凝固を促進するためには、ペイント下塗り塗膜、真珠色塗膜及びクリア塗膜のそれぞれを凝固するための乾燥時間が必要とされる。もっと長い乾燥時間は、組立ラインに残っているペイント塗装された車輌に更なる時間を与えれば達成される。ペイント塗布の間の乾燥時間をもっと長くするために、単に、自動車組立工場の塗装部門で、組立ラインをもっとゆっくりと通過させるのは不適切である。そうではなくて、組立ライン全体を長くして、ペイントの乾燥が起き得る更なる移動時間を設けなければならない。組立ラインを更に長くするためには、その組立ラインが走り抜ける更に長い物理的な工場のスペースが必要とされるということになる。物理的スペースが莫大な価値を持つ製造工場において、多重ペイント塗膜を塗布する間に多くの時間を作るために組立ラインを更に長くすることは、不可能であろう。従って、幾分小さめな製造工場においては、ある種のペイント仕上げ物の車輌を製造して、提供することは可能ではないであろう。
【０００５】
Ｊａｆｆｅ等による特許文献１は、２層塗膜及び３層塗膜の自動車用仕上げ物、及びその作成工程を開示しており、それによると、上塗り又は中塗りに、不透明な光干渉性の顔料を含有させて多色性を達成している。引用により、その全題材を本明細書に取り込む。Ｊａｆｆｅが教示する工程は、２層塗膜の使用を伴い、第一層が不透明な白色、黒色又は着色した顔料を含有して全体の隠蔽を達成し、一方、第二層は干渉性顔料であり、第一層を隠蔽しない。仕上げ物を完成するためには、着色塗膜の上に、なおも、クリア上塗りを塗布する。教示されている不透明干渉性顔料の粒子は多層粒子であり、不透明層は透明な誘電体層で塗装され、これは、今度は半透明の層で塗装されている。工程の結果は多色性のペイント効果を与えるが、これは、適用するのが比較的複雑で費用のかかる塗装工程であろう。
【０００６】
Ｓａｄａ他による特許文献２は、着色ベース、その着色ベース上に設置された第一の塗膜層を含み、その第一塗膜層は透明の複数の光沢体を含有し、各光沢体は屈折率が異なる少なくとも２種のポリマーの交互積層物を含み、かつ、交互積層物から生産される反射干渉光と干渉光とは別の透過光よにりもたらされる干渉光を制御する塗膜構造を開示している。引用により、その全題材を本明細書に取り込む。
【０００７】
Ｐａｎｕｓｈによる特許文献３は、顔料対バインダー比が低い、マイカ粒子で取り囲んだ酸化鉄を含有する、透明の上塗り組成物を開示している。引用により、その全題材を本明細書に取り込む。Ｐａｎｕｓｈの教示は、特に、深み、透明度及び色度を持つ着色仕上げ物の生産を指向している。この特許は、マイカに取り囲まれた酸化鉄顔料は、真珠光沢である上、本来的に隠蔽能力を持つと述べているが、これらは加色法の色であると言われている。望ましい結果の色は、金属、例えばアルミニウムにより得られるものではなく、従来の真珠光沢の、天然又は合成の顔料によると述べている。これらのいわゆる「無色不透明」な顔料は、真の着色した顔料の価値を低減させ、かつ、灰色の、曇った、低色度の色彩をもたらす。着色仕上げ物に焦点を当てると、この特許は、真珠光沢の白色仕上げ物における、顔料及び隠蔽物質としてのアルミニウムの価値の認識及び教示が不足している。
【０００８】
Ｐａｎｕｓｈによる特許文献４は、多重塗膜システムを用いる、基体の乳白色効果を開示しており、そのシステムでは、表面に着色プライマーを塗布し、次いで透明のベース塗膜、更にクリア塗膜を塗布する。引用により、その全題材を本明細書に取り込む。この透明なベース塗膜の隠蔽品質は貧弱で、かつ光透過率が比較的高くなり易いと思われる。ベース塗膜のこの特性を補償するために、非常に効果的に黒及び白を隠蔽するプライマーが必要とされるであろうし、紫外光を防御するための更なる方策が必要であろう。さもなければ、透明なベース塗膜を介して、電着塗膜の顕著な劣化があり得る。加えて、透明なベース塗膜はプライマー塗膜の欠陥を隠せないであろうから、透明なベース塗膜を使用すると、プライマー塗膜を注意深く塗布し、かつ、しっかりと磨かねばならないという要求がある。
【０００９】
従来の二酸化チタン白色ペイントの場合は、妥当な膜厚、一般的には３０〜５０μｍで十分な隠蔽力を達成するためには、ペイント媒体中の二酸化チタン顔料の量を非常に大量にする必要がある。ペイントのこの様な処方では、それ以上の固体粒子を保持する能力がほとんど無く、かつ、それ故に、このペイント混合物には、マイカ粒子の様な真珠光沢化物質を添加する余地が殆ど無い。
【００１０】
従来の白色二酸化チタンペイントにマイカを添加しても、その白色ペイントの見掛けは変化しないことが知られている。従来の二酸化チタン系白色ペイントは、二酸化チタンの含有率が顔料固形分の９０％  ｗ／ｗを超え、真珠光沢化物質が存在するにもかかわらず、外見は「平板」な白色である。
【００１１】
溶媒系ペイントは４０〜６０％  ｗ／ｗの顔料を保有可能であり、一方、顔料を同じ様には分散しない水系ペイント及びプライマーは、顔料の負荷がもっと小さくて、例えば２０〜３５％  ｗ／ｗの範囲である。いずれの場合も、従来の白色ペイントでは、顔料の９０％は白色顔料、一般的には、二酸化チタンでなければならない。従って、マイカのフレークは、従来の白色ペイントの創出に必要な大量の二酸化チタン顔料に引きずり込まれて、マイカの真珠光沢化された外見は、目には見えない。
【００１２】
従来の白色ペイント真珠光沢仕上げ物を創り出すためには、真珠光沢化物質の「沈下」を防ぐため、白色の二酸化チタンペイントをその場に凝固させた後に、マイカの真珠性塗膜又は他の真珠光沢化物質を塗布する必要があった。従来のマイカの真珠性塗膜は、それ自身の隠蔽力を持っていないためである。仕上げ物の隠蔽特性のためには、物品上のサンドマーク等を覆い、ペイントされた物品の実際の色を創り出すように、着色されたベース塗膜が必要とされる。真珠性塗膜は、「平板な」仕上げ物を「真珠光沢の」仕上げ物に変換する、キラキラする特性を付与するだけである。二酸化チタンの白色ベース塗膜と真珠性塗膜は、タイプが異なる二つのペイントなので、他の材料を表面に塗布する前に、それぞれの塗膜を凝固させるため、独自のフラッシュタイムが必要である。もし着色ベース塗膜ペイントの塗布と真珠性塗膜ペイントの塗布の間にフラッシュタイムが許されないと、塗膜間にストライキングが起きる。ペイントストライキングはペインティングの流動であり、先のペイント層の染料又は顔料が新たに塗布された物質の溶媒に溶解して浸透した時に起こり、新たに塗布された物質の仕上がり色をかえてしまう。これは、タイプの異なる二種のペイント塗膜を、２つの塗膜の塗布の間に十分に長いフラッシュタイム無しで塗布することに起因する。別個のマイカの真珠光沢化塗膜の塗布は、自動車生産ラインの十分な適合を必要とする、別個の塗布ステップを必然化するので、生産される各車輌のペインティングコストの実質的な増大の原因となる。
【００１３】
「隠蔽力」は、ペイントの構成を定める上で重要な量的因子である。隠蔽力はペイントをスプレーしたときに、任意の下地を完全に隠蔽することができるペイントの特性として、定量的に定義可能である。一般論として、ペイント工業内では、黒の背景を覆ってペイントを塗布した場合の反射率の値が、白の背景を覆って同じ厚さで塗布した場合の反射率の値の０．９８のときに完全な隠蔽が達成される、ということが受け入れられている。このように、隠蔽力は、背景のコントラスト比とそのコントラストの差を０．０２に減らすために必要なペイントの厚さである。標準の数値０．０２は、２％（０．０２）未満の差は、適度の照明条件下では、人間の目で判別できないというＷｅｂｅｒ−Ｆｅｃｈｎｅｒコントラスト則に基づいている。
【００１４】
隠蔽力は、ペイントされた表面に塗布されたペイント膜中の顔料粒子の光吸収特性により生産される。もし多くの光がペイント膜の上表面から浮かび出て、かつ基体が曇っていなければ、ペイント膜の隠蔽は不十分である。大部分の顔料は本来結晶性である。特に、白色の顔料、はペイント媒体に分散されると光を強く散乱させる傾向がある。もし白色の顔料の単結晶を十分な大きさに成長させることができたら、輝いた透明のガラス状の結晶であろうと考えられる。この光散乱特性は大量の光をペイント膜の表面から浮かび出させ、対応する不十分な隠蔽力をもたらす。
【００１５】
二酸化チタンは、ペイントに使用する最もありふれた白色顔料である。不幸なことに、この顔料の隠蔽力は比較的劣っている。白色を維持するためには、無着色の、当然もっと大きい隠蔽力を持つ顔料を存在させて、隠蔽特性を改良することができる。従って、従来の白色ベース塗膜は、二酸化チタン顔料を満載している。この様に、３５μｍ未満で黒及び白の隠蔽特性を持つ白色ペイント着色物を達成するためには、そのペイントは、少なくとも９０％  ｗ／ｗの二酸化チタンを含有しなければならない。これは、ペイントの処方において、ペイントがなお流動でき、かつ表面に有効に噴霧され得るための、顔料の最大含有率に近づいている。これに対し、もっと有効な隠蔽力を持つ顔料を含有する他のペイント着色物は、およそ５％  ｗ／ｗの顔料を含有すればよい。
【００１６】
特許文献５は、顔料、顔料処方、ペイント処方及び塗膜表面、特に車体に対してこれらを使用して、白色及び着色した真珠光沢仕上げ物を提供することを開示している。記載されている一態様は、以下の範囲の固形分、即ち０．１〜１５％のＴｉＯ２、１０〜９９％のマイカ、０．１〜２０％のアルミニウム及び０〜５％の着色顔料の処方を持っている。
【００１７】
特許文献５は、基体に対して白色の真珠光沢仕上げ物を設けるのに有用なペイント組成物を記載しているが、我々は、驚くべきことに、従来技術の二層塗膜及び三層塗膜の白色真珠仕上げ物に対して有利に膜厚を減らした、非常に高品質の真珠光沢仕上げ物を提供する、非常に狭い範囲の白色ペイント処方を見いだした。
【００１８】
このように、今日までに、白色の真珠光沢のペイント仕上げ物及び組成物を供給するための改良された方法を提供するために、重要な進展がなされたが、白色の真珠光沢仕上げ物の外観の改良及びコスト効果の良い塗布方法の使用のためにより優れたペイント組成物に対する要求が存在する。
【００１９】
【特許文献１】米国特許番号５，８７１，８２７
【特許文献２】米国特許番号６，３５０，５０９
【特許文献３】米国特許番号４，４９９，１４３
【特許文献４】米国特許番号４，６１５，９４０
【特許文献５】国際出願番号ＰＣＴ／ＣＡ０２／０１８１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
驚くべきことに、我々は、製膜材と、かつ随意に添加剤等との混合物として、比較的特異な比率で成分を含んでいる固形分を含有するペイント組成物により、基体、特に車体上に、大きく改良された白色の真珠光沢仕上げ物が得られることを発見した。
【００２１】
我々は、比較的少量の白色顔料、即ち二酸化チタン、比較的に非常に少量の粒状金属アルミニウム、及び比較的に非常に大量の真珠化マイカと適切な製膜剤を含む固形分により、驚くべきことに、比較的に極めて薄い膜厚で、基体上に極めて魅力的な白色の真珠光沢仕上げ物が得られることを見いだした。
【００２２】
本発明の目的は、塗装された基体上に、改良された白色の真珠光沢のペイント仕上げ物を得るために使用する白色の真珠光沢のあるペイント組成物を提供することである。
【００２３】
更なる目的は、前記白色の真珠光沢のあるペイント組成物を用いて、前記基体上に前記仕上げ物を得るための改良された方法を提供することである。
【００２４】
もう一つの目的は、前記ペイント組成物の作製方法を提供することである。
【００２５】
もう一つの更なる目的は、前記白色の真珠光沢仕上げ物を提供する前記ペイント組成物で塗装された基体、特に車体表面を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
従って、一の形態において、本発明は、固形分と製膜材を含み、前記固形分が少なくとも９０％  ｗ／ｗのマイカ、４〜７％  ｗ／ｗのＴｉＯ２及び０．２〜３．０％  ｗ／ｗの粒状金属アルミニウムを含む、真珠光沢の白色のペイント組成物を提供する。
【００２７】
最も好ましくは、固形分が９４．０±１％  ｗ／ｗのマイカ、５．０±１％  ｗ／ｗのＴｉＯ２及び０．５±０．３％  ｗ／ｗのアルミニウムを含む。
【００２８】
最も好ましい実施態様を表１に示す。数値は％  ｗ／ｗで記載されている。
【００２９】
【表１】
2005097610.tif 000002
【００３０】
特に最も好ましい実施態様を表２に示す。表１に示した相対値である。
【００３１】
【表２】
2005097610.tif 000003
【００３２】
我々は、本発明により定義した範囲及び絶対量の金属アルミニウム成分が、遙かに有用な芸術的きらめき効果を提供し、かつペイント流動粘度制御性を支援することを見いだした。アルミニウム粒子は、厚さ１〜２μｍ、直径１００〜２００μｍの範囲にある、比較的大きい、あるいは粗い粒子で良い。粗いアルミニウムは、Ｄｅｌｔａ  Ｃｏｌｏｕｒｓ  Ｉｎｃ．及び／又はＳｉｌｂｅｒｌｉｎｅ  Ｍｆｇ．  Ｃｏ．，  Ｉｎｃ．から購入できる。ペイント組成物に使用する金属アルミニウムは、一般的に、特定の粒子サイズ分布に従ったペースト状の、「アルミニウムペースト−葉状」又は「アルミニウムペースト−非葉状」として販売されている。アルミニウム粒子は、厚さ０．１〜１μｍ、直径０．１〜１００μｍの範囲にある、粒子であっても良い。これらの粒子は、例えば、「Ｄｅｌｔａ  ｃｏｌｏｕｒｓ  Ｉｎｃ．」及び／又はＳｉｌｂｅｒｌｉｎｅ  Ｍｆｇ．  Ｃｏ．，  Ｉｎｃ．から購入可能な顔料を含み、提供されたまま、又は製粉又は他のやり方で処理してサイズ、又はサイズ範囲プロフィールをを小さくして、塗布に適応させる。
【００３３】
マイカ化合物の含有率は、このように、少なくとも固形分の９０％  ｗ／ｗ、最も好ましくは、約９４．０±１％  ｗ／ｗである。
【００３４】
好ましい真珠化マイカ化合物の一つは、ＸＩＲＡＬＬＩＣ（登録商標）  Ｔ６０−２０  ＳＷ  Ｓｕｎｂｅａｍ  Ｇｏｌｄの商標で知られており、粒子サイズは５〜３０μｍである。    
【００３５】
他の、好ましいフレーク状のマイカを、単独で、又はＸＩＲＡＬＬＩＣ（登録商標）製品と組み合わせて使用しても成功できる。異なるフレーク状マイカの比率は、所望の顔料特性、及び好ましいＸＩＲＡＬＬＩＣ（登録商標）製品形状の使用比率の増加に伴う製造コストの増大に対する許容度に依存して、変えることができる。
【００３６】
他の真珠化マイカ物質としては、天然由来の、アルミナ等の金属酸化物又は二酸化チタン又は酸化鉄等の高屈折率金属酸化物で塗装されたマイカ平板が挙げられる。
【００３７】
本発明の組成物に使用する製膜材は、当技術分野で知られたペイント及びラッカーの処方の溶媒又は水ベースにおいて一般的に使用される物から適切に選択可能である。好ましくは、製膜材は、アクリル、ウレタン、ポリエステル、又はメラミンホルムアルデヒド樹脂系の物から選択される。好ましいアクリル樹脂は、アクリルアミド、アクリロニトリル、メチルアクリレート及びエチルヘキシルアクリレートである。
【００３８】
好ましい組成物は、基体に塗布されたときに、全ペイント組成物に対するｗ／ｗに基づいて、約７〜８％のアクリル、約１％のウレタン、約６％のポリエステル及び約５％のメラミンホルムアルデヒド樹脂を含む。
【００３９】
本発明のペイント組成物は、随意に、紫外線保護剤、展延剤、重合触媒、レオロジー添加剤等から選択される一以上の添加剤を含有して良い。
【００４０】
単純明快のため、本明細書において、「固形分」なる語は固形分、即ちＴｉＯ２、マイカ及びアルミニウムを意味する。これは、本ペイント組成物又は硬化したペイントに使用する、膜形成材となるいかなる独自の有機樹脂又は固形分、又は上記の固形添加剤をも包含しない。
【００４１】
もう一つの形態では、本発明は、上に定義した真珠光沢の白色ペイント組成物を基体上に塗布すること、及び前記組成物を前記基体上に硬化させること、を含む、基体上に真珠光沢の白色仕上げ物を生産する方法を提供する。
【００４２】
基体は、物体又は物品の、所望の、適切な任意の表面で良いが、最も好ましくは、物体は自動車、トラック、又は同様の物体である。
【００４３】
このように、もう一つの形態では、本発明は、上で定義した工程により、上で定義した真珠光沢の白色仕上げ物で塗装された、上記基体を提供する。
【００４４】
本発明の真珠光沢処方は、驚くべきことに、塗膜が、ペイント層、真珠化されていないクリアな塗膜層と同等の手法で自動車のペイント工程において機能する様に使用され得る範囲であれば、隠蔽及び紫外線の遮蔽に最も有効である。本発明の特定の実施態様による処方の、この機能的優位性のため、着色真珠化自動車ペイント仕上げ物を得るために、３−塗膜ペインティング方式ではなく２−塗膜ペインティング方式の使用が許される。
【００４５】
一実施態様において、上で定義したペイント組成物を、ベース塗膜としておよそ１８〜２５μｍの厚さまで塗布し、周囲の急激な脱水及び／又はオーブン中でのベーキングにより、凝固又は硬化させることができる。次いで、好ましくは、総計した全膜厚がおよそ３５〜４５μｍとなるように、その上にクリア塗膜を塗布する。
【００４６】
更にもう一つの実施態様では、本発明は、少なくともひとつの本発明の真珠光沢の白色ペイント処方のベース塗膜を物体に塗布するステップ、そのベース塗膜を凝固させるステップ、そのベース塗膜にクリア塗膜を塗布するステップ、及びそのクリア塗膜を凝固させるステップを含む、物体上に真珠光沢の白色仕上げ物を生産する方法を提供する。
【００４７】
上に定義した上記ベース塗膜は、単独で、プライマー又は電解塗膜を覆って、クリア塗膜仕上げ物無しで、基体上の最終仕上げ物として使用可能である。
【００４８】
この様な非常に大量の真珠化物質中の、この様な非常に少量の遮蔽成分と、この様な非常に低い量の白色顔料が、この様な魅力的な真珠光沢の白色ペイント仕上げ物を提供できる、ということは、この上ない驚きである。
【００４９】
本発明を更に良く理解するために、図を引用しながら、例示のみの目的で、好ましい一実施態様を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
先に表２に示したペイント組成物を、当分野で既知の標準的手順に従って、％  ｗ／ｗに基づく表１に示した量の水性処方物として、製膜材前駆体及び固形分から調製した。
【００５１】
前述の、本発明のペイント組成物を、自動車の車体を模した表面上の白色のプライマー塗膜上に塗布し、硬化させ、次いで従来のクリア塗膜で塗装して、所謂「２−塗膜」の真珠光沢の白色仕上げ物を得た。比較として、従来技術の２−塗膜及び３−塗膜の真珠光沢の白色仕上げ物を調製し、図１において比較した。ここで線Ａ及びＢは従来技術の２−塗膜の白色の真珠組成物、線Ｃは従来技術の３−塗膜の真珠組成物、線Ｄは本発明の２−塗膜の白色の真珠組成物を示す。上述の各ペイント物は、最上層のクリア塗膜組成物を有する。
【００５２】
図１は、顕著に改良された透過率値を提供しながら、飛び抜けてコスト効率の良い硬化したペイント膜の膜厚を示している。
【００５３】
上述の組成物、塗膜、方法及び基体は車輌表面に対して塗布されているが、これらは、一連の工業的及び個人的製品、プラスチック、金属等の範囲にわたる他の表面にも使用できることが理解されるであろう。それ故、上記説明は、本発明を、好ましい車輌表面の分野だけに限定することを意図してはいない。
【００５４】
更に、本開示は、本発明のある種の好ましい実施態様について説明し、図解したが、本発明はこれらの特定の実施態様に限定されないことを理解すべきである。そうではなく、本発明は、これら説明し及び図解した特定の実施態様及び特徴に機能的に又は機械的に均等の全ての実施態様を含む。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ペイント膜の種々の膜厚における、本発明の２−塗膜の真珠光沢の白色ペイントと、従来技術の２−塗膜又は３−塗膜の真珠光沢の白色ペイント膜に関する、％透過率を比較した比較グラフである。
【図１】
2005097610.tif 000004
【外国語明細書】
WHITE   PEARLESCENT   PAINT  COMPOSITIONS   AND   COATINGS
FIELD  OF  THE  INVENTION
This invention relates to white pearlescent paints, lacquers and primers; their use in an improved process for creating a white "pearl" finish on a painted or lacquered surface; and substrates, particularly vehicle bodies, obtained by said process with said paint.
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the automotive industry, a pearlescent white finish is a desirable and highly prized finish colour for automobiles and truck by reason that a pearlescent white finish has been found to be more popular with purchasers than a flat white finish.  
Conventionally, in order to create a pearlescent white finish on a vehicle, a three step application process is necessary after the exposed metal parts have been primed with one or more coats of primer.  To create the pearlescent white finish, normally, a base coat of white paint is applied, followed by a coating of pearlescent material usually containing mica, which is not  pigmented, but rather contains particles of a highly reflective material to provide the "pearl" finish, and finally, a clear coat to seal the underlying layers.  Each coating layer must be applied separately, and suitable drying times, and if necessary baking, must be provided prior to the application of each subsequent layer.  Consequently, the production of a pearlescent finish is labour intensive and time consuming.
Whenever coats of two different types of paint are applied to a substrate, it is necessary to allow a longer drying time than is needed between multiple coats of the same type of paint.  In order to facilitate the proper setting of a three-coat paint finish, drying times are required to set each of the paint undercoat, pearl coat and clear coat.  The longer drying times are achieved by having the painted vehicles remaining on the assembly line for additional periods of time.  It is not feasible to simply run the assembly line more slowly through the painting section of an automobile assembly plant in order to create longer drying times between paint applications.  Instead, the entire assembly line must be lengthened to provide the further travel time during which paint drying can occur.  It follows that in order to make the assembly line longer, a larger physical plant space is needed through which to run the assembly line.  In manufacturing plants where physical space is at a premium, it may not be possible to set aside additional assembly line length to facilitate multiple times between the application of multiple paint coats.  Accordingly, it may not be feasible to offer certain paint finishes on vehicles manufactured at some smaller manufacturing plants. 
United States Patent No. 5,871,827 to Jaffe et al. of which the entire subject matter is incorporated herein by reference, discloses two-coat and three-coat automotive finishes and a process for their preparation, wherein polychromism is achieved by incorporating an opaque light interference pigment into the top coat or mid coat.  The processes taught by Jaffe involve the use of two coating layers, in which the first contains an opaque white, black or coloured pigment to achieve total hiding, while the second layer, being an interference pigment does not hide the first coating.  A clear topcoat is still applied over the pigmented coats in order to complete the finish. The particles of opaque interference pigment taught are multi-layered particles having an opaque layer coated with a transparent dielectric layer, which in turn are coated with a semitransparent layer.  This would be a relatively complex and expensive coating process to apply, while the result of the process gives polychromatic paint effects.  
United States Patent No. 5,350,509 to Sada et al., of which the entire subject matter is incorporated in by reference, discloses a coating structure that includes a colour base, a first coating layer placed on the colour base, having transparent brilliant members contained in the first coating layer, each brilliant member including an alternate lamination of at least two polymers having different refractive indexes and controlling interference light resulting from reflection interference produced by alternate lamination and transmitted light other than interference light.
United States Patent No. 4,499,143 to Panush, of which the entire subject matter is incorporated herein by reference, discloses a transparent topcoat composition containing low pigment to binder ratio of iron oxide encapsulated in mica particles.  The teachings of Panush are particularly addressed to producing coloured finishes having depth, clarity and chromaticity.  Although this patent states that mica encapsulated iron oxide pigments have inherent hiding capabilities in addition to being pearlescent, they are said to be additive colours.  The desired colour results are stated not to be obtainable with metals, e.g. aluminum, and previous pearlescent natural or synthetic pigments.  These so called "colorless and opaque" pigments reduce the value of the true coloured pigments and result in gray-cloudy-low chroma colours.  In view of the focus on coloured finishes, this patent fails to recognize and teach the value of aluminum as a pigment and hiding material in pearlescent white finishes.
United States Patent No. 4,615,940 to Panush of which the entire subject matter is incorporated in by reference, discloses an opalescent colour effect on a substrate utilizing a multicoat system  in which a coloured primer is applied to a surface, followed by a transparent basecoat, and then a clearcoat.  This transparent basecoat  should tend to have poor hiding qualities, and  relatively  high light transmittance.  In order to compensate for this feature of the basecoat, primers with very effective black and white hiding would be required, and further measures would be necessary to block UV light levels, otherwise there could be significant electrocoat degradation through the transparent basecoat.  Additionally, the use of a transparent basecoat requires that the primer layer must be applied  carefully and sanded thoroughly, since the transparent basecoat would fail to mask  defects in the primer coat. 
In the case of conventional titanium dioxide white paint, very large amounts of titanium dioxide pigment are needed in the paint medium in order to achieve adequate hiding power at a reasonable film thickness of, typically, 30 to 50 microns.  Such a paint formulation has very little ability to hold more solid particulates, and, therefor, there is little room in the paint mixture left to add a pearlizing material, such as particles of mica.
It is known that adding mica to a conventional white titanium dioxide paint does not change the visible appearance of the white paint.  Conventional titanium dioxide-based white paint, having a titanium content exceeding 90% w/w  of the pigment solids portion, has a "flat" white appearance notwithstanding the presence of a pearlizing material.  
Solvent-based paints can carry from 40 to 60% w/w pigment, whereas water-based paints and primers, on the other hand, which do not dispense the pigment as well, have a lower pigment loading of, for example, in the range of 20 to 35% w/w.   In each case, for conventional white paint, 90 percent of the pigment must be white pigment, generally, titanium dioxide.  In consequence, the mica flakes are drowned in the large quantity of titanium dioxide pigment is needed to create conventional white paint, and the pearlized appearance of the mica is lost to the eye.
In order to create a conventional white paint pearlescent finish, it has been necessary to apply a pearl coating of mica or another pearlizing material after the white titanium dioxide paint has set in place in order to prevent the "drowning" of the pearlizing material, since a conventional mica pearl coat has no hiding power of its own.  The pigmented base coat is required for the hiding properties of the finish, so as to cover sand marks and the like on the article and to create the actual colour of the painted article.  The pearl coat merely gives the shiny characteristic that converts a "flat" finish into a "pearl" finish.  Since the titanium dioxide white base-coat and the pearl coat are two different types of paints, each requires distinct flash times in order to set each of the coats before other substances are applied to the surface.  If no flash time is allowed between the application of a pigmented base coat and a pearl coat paint, striking will occur between the coats.  Paint striking is a painting flaw which occurs when the dyes or pigments from a previous paint layer become dissolved in the solvents of a newly applied material and seep through to alter the finish colour of the newly applied material.  It is caused by the application of two different types of paint coatings without a long enough flash time between the application of the two coatings. The application of the separate mica pearlizing coating necessitates a separate application step which requires significant adaptation of automotive production lines and causes a substantial increase in the painting cost of each vehicle produced.
"Hiding Power" is a quantitative factor which is critical in determining the make up of paints.  Hiding Power may be quantitatively defined as the property of a paint that enables it to  completely hide any background over which it is sprayed.  Generally speaking, it is accepted within the paint industry that complete hiding is achieved when the paint applied over a black background has a reflectance value of 0.98 of that applied in equal thickness over a white background.  Thus, Hiding Power is a contrast ratio of the background and the thickness of paint which is required to reduce the contrast difference to 0.02.  The standard figure of 0.02 is based upon the Weber-Fechner contrast law which states that differences of less the 2%  (0.02) are imperceptible to the human eye in conditions of moderate illumination.  
Hiding Power is produced by the light absorbing properties of pigment particles in a film of paint as applied to a painted surface.  If much of the light emerges from the top of the surface of the paint film, and the substrate is not obscured, then the film of paint hides poorly.  Most pigments are crystalline in nature.   In particular, white pigments when dispersed in a paint medium tend to scatter light strongly.  If a single crystal of white pigment were grown sufficiently large, it would be perceived as a shine and transparent glass-like crystal.  This light scattering characteristic results in large amounts of light emerging from the surface of the paint film, with corresponding poor hiding power.
Titanium dioxide is the most common white pigment for use in paint.  Unfortunately, this pigment has relatively poor hiding power.  In order to maintain the white colour, no coloured pigments, which would by definition have greater hiding power, can be present to improve hiding properties.  Accordingly, conventional white base coats are heavily laden with titanium dioxide pigment.  Thus, in order to achieve a white paint colour with  black and white  hiding properties at less than 35 microns, the paint must contain at least 90% w/w titanium dioxide which is approaching the maximum pigment content allowable in a paint formulation to still allow the paint to flow and be effectively sprayed onto a surface.  By contrast, other paint colours which contain pigments having more effective hiding power may contain approximately 5% w/w pigment.
PCT/CA02/01810  discloses pigments, pigment formulations, paint formulations and uses thereof for coating surfaces, particularly vehicle bodies to provide white and coloured pearlescent finishes.  One embodiment described has a formulation with the following range of solid constituents, namely 0.1-15% TiO2, 10-99% mica, 0.1-20% aluminum and 0-5% coloured pigment.
Although PCT/CA02/01810 describes useful paint compositions for providing white pearlescent finishes to substrates, we have surprisingly discovered a much narrower range of white paint formulations which formulations provide a most superior pearlescent white finish of advantageously reduced film thickness relative to prior art two-coat and three-coat white pearl finishes.
Thus, while important strides have been made, to date, to provide improved methods for providing white pearlescent paint finishes and compositions, therefor, there remains a need for better paint compositions of use in improving the appearance and the methods of application of the white pearlescent finishes in a cost effective manner.
SUMMARY OF THE INVENTION
Surprisingly, we have discovered that paint compositions containing solids material comprising relatively specific ratios of components, in admixture with the film former and, optionally, additive ingredients and the like, give greatly improved white pearlescent finishes on substrates, particularly, vehicle bodies.
We have found that a solids material comprising relatively small amounts of a white pigment, namely, titanium dioxide, relatively very small amounts of particulate metallic aluminum, and relatively very large amounts of a pearlizing mica with a suitable film former, surprisingly, gives an extremely attractive white pearlescent finish on the substrate, at a relatively extremely thin film thickness.
It is an object of the present invention to provide a white pearlescent paint composition of use in giving an improved white pearlescent paint finish on a coated substrate.
It is a further object to provide an improved process of using said white pearlescent paint composition to obtain said finish on said substrate.
It is a yet further object to provide a method of making said paint composition.
It is a still yet further object to provide a substrate, particularly, a vehicle body surface, coated with said paint composition to provide said white pearlescent finish.
Accordingly, in one aspect the invention provides a pearlescent white paint composition comprising a solids material and a film-former, said solids material comprising at least 90% w/w mica, 4-7% w/w TiO2  and 0.2-3.0% w/w particulate metallic Al.
Most preferably, the solids material comprises 94.0  1% w/w mica, 5.0  1% w/w TiO2 and 0.5  0.3% w/w Al.
Most preferred embodiments are shown in TABLE I, at the stated % w/w values.
TABLE  I 
Water    Solvent    Lacquer
SOLIDS MATERIALS
Titanium dioxide               0.25      0.25       0.25
Aluminum (metallic particulate)  0.025     0.025      0.025
Mica                        4.75      4.75       4.75
RESINS 
Acrylic                      7.47      18.15        20
Urethane                     0.96
Polyester                     5.8
Melamine formaldehyde         4.82      19.4
Microgel                              12.91
ADDITIVES
Extender                     0.35       0.39        0.35
Rheology additives             0.4
UV Additives                 0.19       0.78        0.78
Catalyst                                0.39        0.39
Solvent                     17.76       42.95       73.45
Water                      57.225                        
100        100.00      100.00
A particularly most preferred embodiment is shown in TABLE II, in the relative amounts given in TABLE I.
TABLE II
Polyester resin          Bayhydrol D 155 (Bayer) / Polyester resin 5770.84 Cargil)           
Acrylic                2-Hydroxy ethyl acylate (HEA Dow Chemical  / MMMA
Methyl methacrylate)
Melamine Resin         Luwipal 066 (BASF)
Urethane               U 610 (Alberdingk & Boley)
Catalyst                Nacure X49-110-King Industries)
Rehology additive        Tego WetZFS 453
UV Additive            TinUVin 384 / TinUVin 292 (CibaGeigy)
Microgel               TEGO Disperss 630
Extender               Talc fine grade powder (St.Lawrence Chemical Inc)
Titanium Dioxide        Ti Pure Dupont
Aluminium             STAPA IL Hydrolan 2192 55900/G Eckart America L.P
Mica                  Xirralic T 60-10 WNT Crystal silver by Merck
We have found that the metallic Al component in the defined ratios and absolute amounts according to the invention further most advantageously provides an aesthetic sparkle effect and further assists paint flow viscosity control properties.  The aluminum particles may be relatively large or coarse particles, having particle sizes ranging in size from 1 to 2 microns in thickness, and 100 to 200 microns in diameter.  Course aluminum is available from Delta Colours Inc. and/or Silberline Mfg. Co., Inc.  Metallic aluminum for use in paint compositions is generally sold as "aluminum paste-leafing" or "aluminum paste-nonleafing" in a paste according to specific particle size distribution.  The aluminum particles may also be fine particles, that is particles having a size range of 0.1 to 1 microns in thickness, and 0.1 to 100 microns in diameter.  These particles may, for example, include the pigments commercially available   from  "Delta colours Inc." and/or Silberline Mfg. Co., Inc. , which may be used as supplied or milled or otherwise processed to reduce their size, or size range profile, to suit the application.
The mica compound(s) content is, thus, at least 90% w/w of the solids material, and most preferably, about 94.0  1% w/w.
One preferred pearlizing mica compound is known under the trade-mark XIRALLIC  T60-20 SW Sunbeam Gold, having a particle size of 5-30 m.
Other preferred flaked forms of mica can also be successfully used, either alone, or in combination with the XIRALLIC  product.  The proportions of mica in different flaked forms can be varied, depending on the pigment properties desired, and upon the tolerance for increased manufacturing costs which result from the use of increased proportions of the preferred XIRALLIC  product form.   
Other pearlizing mica materials may include naturally occurring mica platelets which have been coated with metal oxides, such as alumina or highly refractive metal oxides such as titanium dioxide or iron oxide.
The film formers of use in the compositions of the invention may be suitably selected from those generally of use in solvent or aqueous bases in paint and lacquer formulations known in the art.  Preferably, the film former is selected from those based on acrylic, urethane, polyester, or melamine formaldehyde resins.  Preferred acrylic resins are acrylamide, acrylonitride, methyl acrylate, and ethylhexyl acrylate.
A preferred composition comprises about 7-8% acrylic, about 1% urethane, about 6% polyester and about 5% melamine formaldehyde resins on a w/w basis of the total paint composition, as applied to a substrate.
The paint compositions according to the invention may, optionally, further comprise one or more additives selected from UV protectants, extenders, polymerization catalysts, rheology additives and the like.
For the sake of simplicity and clarity, in this specification, the term "solids materials" means the solid materials, namely, TiO2, mica and Al.  It does not include any original organic resins or solid material resulting in the film-former or the aforesaid solid additives of use in the paint compositions or cured paint.
In a further aspect, the invention provides a process for producing a pearlescent white finish on a substrate comprising applying a pearlescent white paint composition as hereinabove defined on said substrate; and curing said composition on said substrate.
The substrate may be any desirable, suitable surface of an object or article, but most preferably, the object is an automobile, truck, or like object.
Thus, in a further aspect, the invention provides an aforesaid substrate coated with a pearlescent white finish as hereinabove defined by a process as hereinabove defined.
The pearlescent formulation according to the present invention is, surprisingly, most  effective at hiding and also UV blocking, to the extent that the coating  may be used to function in the automotive painting process in a manner analogous with a paint layer, not a pearlized clear coat layer.  This functional advantage of the formulations according to specific embodiments of the present invention permits the use of a 2-coat painting system instead of a 3-coat painting system to obtain a pigmented pearlized automotive paint finish.
In one embodiment, a paint composition as hereinabove defined, is applied as a base coat to a thickness of approximately 18 to 25 micrometers and may be set or cured by ambient flash dehydration and/or baking in an oven.  A clear coat is then, preferably, applied to provide a total overall thickness of approximately 35-45 micrometers, thereon.
In a further embodiment, the invention provides a process for producing a pearlescent white finish on an object comprises the steps of applying to the object at least one base coat of the pearlescent white paint formulation according to the invention, setting the base coat, applying a clear coat to the base coat and setting the clear coat.
The aforesaid basecoat as hereinabove defined may be used, alone, over a primer or Electrocoat, as the final finish on a substrate, without a clearcoat finish.
That such a very small amount of hiding component with such a very low amount of white pigment in such a vast amount of pearlizing material can provide such an attractive pearlescent white paint finish is most surprising.  
BRIEF  DESRIPTION  OF  THE  DRAWINGS
In order that the invention may be better understood a preferred embodiment will now be described by way of example only, with reference to the drawing wherein FIGURE 1 represents a comparative graph of the % transmittance at various paint film thicknesses for a two-coat pearlescent white paint according to the invention in comparison with prior art two- and three-coat pearlescent white paint films.
DETAILED  DESCRIPTION  OF  A  PREFERRED  EMBODIMENT
The paint composition given in TABLE II, hereinbefore, was prepared according to standard procedures known in the art as an aqueous formulation in the amount as shown in TABLE I on a % w/w basis, from the film-former precursor and solids material.
The aforesaid paint composition according to the invention was applied above a white primer coat on a simulated car body surface, cured and subsequently coated with a conventional clear coat to give a so-called "two-coat" pearlescent white finish.  Comparative two-coat and three-coat pearlescent white finishes according to the prior art were prepared and compared in FIGURE 1, wherein lines A and B denote two-coat white pearl compositions according to the prior art; line C denotes a three-coat white pearl composition according to the prior art; and line D denotes a two-coat white pearl composition according to the invention.  Each of the aforesaid paints has a top clear coat composition.
FIGURE 1 shows the much superior cost-effective film thickness of the cured paint film while providing significantly improved transmittance value.
While the compositions, coatings, methods and substrates hereinabove described are applied with reference to vehicle surfaces, it will be understood that they are also usable on other surfaces, such as those covering a range of industrial and personal products, plastics, metals and the like.  Therefore, the above description is not intended to limit the invention entirely to the preferred field of vehicle surfaces.
Further, although this disclosure has described and illustrated certain preferred embodiments of the invention, it is to be understood that the invention is not restricted to those particular embodiments.  Rather, the invention includes all embodiments which are functional or mechanical equivalence of the specific embodiments and features that have been described and illustrated.
1.      A pearlescent white paint composition comprising a solids material and a film-former, said solids material comprising at least 90% w/w mica, 4-7% w/w TiO2 and 0.2-3.0% w/w particulate metallic Al.
2.      A paint composition as defined in claim 1 wherein said solids material comprises 94.0  1% w/w mica, 5.0  1% w/w TiO2 and 0.5  0.3% w/w Al.
3.      A paint composition as defined in claim 1 or claim 2 wherein said film-former is selected from the resin group consisting of an acrylic, urethane, polyester and melamine/formaldehyde.
4.      A paint composition as defined in any one of claims 1 to 3 in a formulation base selected from the group consisting of an aqueous, solvent and lacquer base.
5.      A paint composition as defined in claim 3 or claim 4 comprising about 7-8% acrylic, about 1% urethane, about 6% polyester and about 5% melamine formaldehyde resins on a w/w basis.
6.      A process for producing a pearlescent white finish on a substrate comprising
applying a pearlescent white paint composition as defined in any one of claims 1 to 5 to said substrate; and curing said composition on said substrate to provide a cured said finish.
7.      A process as defined in claim 6 further comprising applying a clear coat to said cured finish and curing said clear coat.
8.      A process as defined in claim 6 or claim 7 wherein said substrate is a vehicle body.
9.      A substrate coated with a cured pearlescent white finish when made by the process as defined in claim 7.
10.     A coated substrate as defined in claim 9 wherein said substrate is a vehicle body.
ABSTRACT  OF  THE  DISCLOSURE
A pearlescent white paint composition comprising a solids material and a film-former, said solids material comprising at least 90% w/w mica, 4-7% w/w TiO2 and 0.2-3.0% w/w particulate metallic Al. The relatively narrow combination of the three solids materials in the defined ratios provides highly desirable white pearlescent finishes at most advantageously relatively thin film thickness.
【図１】
2005097610.tif 000005