成果報告書詳細
管理番号20090000000378
タイトル平成19年度成果報告書 有害化学物質リスク削減基盤技術研究開発 革新的水性塗料の開発
公開日2009/9/4
報告書年度2007 - 2007
委託先名日本ペイント株式会社
プロジェクト番号P04012
部署名環境技術開発部
和文要約塗料を構成する主要材料である複合樹脂系ミニエマルションと顔料分散用グラフトポリマーの開発を中心に進めることにより、昨年度、VOC含有量が低濃度(5%以下)で、固形分濃度55-65wt%の高固形分型水性塗料の開発に成功した。本水性塗料は、塗装・乾燥工程にかかるエネルギー負担を低減し、高額な設備投資や生産性の低下を招くことなしに溶剤系から水性塗料へ置換できる可能性を持つ。今年度は、溶剤系塗料が主流の金属製品用を想定して、塗膜硬度、耐水性、塗膜肌外観・光沢など塗膜性能(品質)、長期耐久性、塗装作業性などの改良開発、塗装現場での実証実験、早期実用化のための市場ニーズ調査とビジネスモデル設定に注力など、商品としての完成度を高め、市場化を促進させる研究開発に注力した。  低VOCで高固形分濃度の塗料の外観(特に光沢)をさらに向上させるため、硬化剤を内包したミニエマルションおよび新たな樹脂材料の開発を進め、開発目標値である熱溶融粘性:5×10mPa・s以下は達成出来なかったが、20×104 mPa・s程度とかなりのレベルまで改善することが出来、光沢の向上に寄与した。造膜技術の開発及びその実証試験で、低分子量ポリオールの適用の有効性を見出し、低分子量ポリオールと基体樹脂との相溶性を考慮することにより光沢の向上ができた。この粘性制御によりワキ;50μ、タレ;70μと開発目標膜厚の50μを達成した。塗膜品質については、水に対する抵抗性である5%硫酸浸漬性、3%食塩水浸漬性、耐湿性が不十分であるものの、室内用途向けとしての品質は確保できた。大手鋼製家具メーカーでの実証試験では、低吐出量で塗膜の膜厚を50μm以上付着させる事ができ、ワキ・タレとも問題なく仕上がった。また、従来品と同条件、同吐出量では1.7-2倍の膜厚を付着させる事ができ、現行水性塗料よりもさらに有利となる可能性が実ラインで確認できた。塗装環境条件が制御できない小規模塗装工場での実証試験では、微少のワキの発生、スピットの発生による外観不良や、塗料が乾きやすく、洗浄、皮張り、ダスト馴染み性等、塗料の使い勝手が溶剤型塗料よりも劣ることが判明し、実用化への課題が残っていることが判った。
 塗装の仕上がり、使い勝手については、塗装時間・塗装条件・ブース風速・膜厚など様々な塗装環境条件の影響が大きく、今後も実証試験を重ねて精度を高めていく必要があると同時に、どのような塗装工場でも対応可能にするため、塗装条件が微粒化や水の蒸発性に与える影響とワキ・タレの関係等、今後更なる塗装プロセスの研究を行う必要がある。  山口東京理科大学での、ポリマー樹脂における各種官能基と水分子等との親疎水性相互作用を検討した研究成果から、表面張力低下能を有する分散剤の設計、顔料分散の微分散化と高彩度顔料に適用可能となるグラフトポリマーの選定ができ、難分散性顔料である、フタロシアンブルーの到達平均粒子径が200nm以下と、十分な分散性を達成した。このことは、革新的水性塗料の多色化へ寄与する。  革新的水性塗料の実用化に向けて、ビジネスモデル設定や実用の早期化を図るため、市場ニーズ調査を実施した。仕上り外観、コスト、作業性が3大評価点で、特に仕上り外観の重要性を指摘するユーザーが多いことがわかり、これまでの「革新的水性塗料の開発」の商品化開発目標の妥当性の検証と市場導入、販売戦略のための情報を得ることができた。
英文要約With the primary aim of promoting the development of composite-resin mini-emulsion that serves as the main component of paint, as wells as graft polymers for pigment dispersion, we successfully developed a water paint of low VOC content (5% or less) and high solid concentration (55 to 65 wt%) over the last year. The water paint has the potential to reduce energy load on painting and drying processes, and to substitute for solvent paints without necessitating a great facility of investment or causing a reduction in productivity. For application to the field of metal products where solvent paints are mainly used, we committed ourselves to the research and development activities for commercializing and marketing the paint within this year. Improvements include hardness, water resistance, texture and appearance, gloss and other paint performance (quality) characteristics, as well as long-term durability and workability, in the context of field validation experiments, market needs survey for early implementation, and business modeling. To improve the appearance (particularly gloss) of paint of low VOC content and high solid concentration, we advanced the development of mini-emulsion encapsulating a hardener and a new resin material, and improved the heat melting viscosity to about 200 pascal per sec., which contributed to better gloss, although we failed to achieve the development objective of 50 pascal per sec. or less. A development and validation experiment of a filming technique verified the effectiveness of applying low molecular weight polyols, and for the improvement of the paint gloss, the compatibility of low molecular weight polyols and substrate resins were considered. This viscosity control achieved popping of 50 micro-meter sagging of 70 micro-meter, and a target film thickness of 50 micro-meter. The film quality was sufficient for indoor use, despite its inadequate water resistance, as indicated by only 5% sulfuric acid saturation, 3% salt water saturation, and insufficient humidity resistance. In a validation experiment performed by a major manufacturer of steel furniture, films thicker than 50 micro-meter could be deposited at low discharge rates with no popping or sagging problem. Under the same conditions as those employing the conventional products, the film thickness was 1.7 to 2 times greater at a given discharge rate, which validated the superiority of the new paint over current water paints in production. In a validation experiment in a small-scale painting plant with no control over the environmental conditions of painting, however, the paint showed appearance flaws due to fine popping or splitting and less workability than the conventional solvent paints due to quick drying, as well as problems related to washing, leather covering, and dust accumulation that should be solved for practical use. Validation experiments should be repeated to enhance finishing and user-friendliness, which are greatly affected by painting time, painting conditions, booth blowing speed, film thickness, and various other environmental conditions of painting. To make the paint available at any painting factory, we need to further study the painting processes to clarify the influences of painting conditions on atomization and water evaporation, as well as the relationship with popping and sagging
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