JP2003292900A - 親水性塗料および塗膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塗膜を、親水性が高く、汚れがつきにくい、
耐摩耗性に優れたものとすること。 【解決手段】 無機酸化物粒子と、パーフルオロ鎖とエ
ーテル基を有するフッ素系界面活性剤もしくはジメチル
シロキサン鎖とエーテル基を有するシリコーン系界面活
性剤を添加して塗料を構成する。これを塗装して得られ
る塗膜表面に凹凸を構成して平均表面粗さ１．５μｍ以
上とすることによって、親水性能に優れた塗膜が得られ
る。また、この塗膜は表面硬度を高め、耐摩耗性に優
れ、汚れのつきにくく摩擦係数が高く滑りにくい表面を
有するものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主に洗面、浴室、キ
ッチンなどの水周り部材の塗装に用いられる塗料に関わ
るもので、特に親水性能の高い、耐摩耗性に優れた塗料
およびその塗膜に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の親水性塗料は特開昭６１
−７６５６３号公報に記載されているようなものがあっ
た。この塗料は反応硬化型のアクリル系塗料で、りん酸
エステル系単量体とコロイド状シリカを用いて親水化を
図ろうとするもので、コロイド状シリカと数種の塗料単
量体成分としてアクリレート単量体、りん酸エステル系
単量体、グリセリングリシジルエーテルアクリル酸エス
テルなどを配合することによって耐久性があり、付着す
る水滴を濡れの効果で表面に効果的に広げうる塗膜を与
えることを意図している。コロイド状シリカは粒子径が
１０〜５０ｎｍと非常に細かく、塗膜表面形状への影響
は見られない。また、りん酸エステル系単量体のみの添
加、もしくはりん酸エステル系単量体およびコロイド状
シリカの添加でも初期の防曇性は得られるものの耐久性
に劣るものであり、アクリレート単量体の選定に加え、
グリセリングリシジルエーテルアクリル酸エステルを配
合することによる複雑な組み合わせで耐久性を確保でき
るものであった。

【０００３】また、本出願のような無機酸化物粒子とフ
ッ素系界面活性剤やシリコーン系界面活性剤を組み合わ
せて用いて親水塗料を構成するものは従来見られない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の親水性塗料では、親水性を発揮するには各種のアクリ
レート単量体、コロイド状シリカ、グリセリングリシジ
ルエーテルアクリル酸エステルの複雑な組合せが必要
で、塗膜表面形状を制御するものではなく、また他の種
類の塗料、例えばアクリルラッカー、ウレタン塗料、ア
ルキド系塗料などへの適用は困難であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
して簡単な添加剤配合で親水性能に優れた塗膜を形成で
きる新しい塗料を与えるものである。すなわち、各種の
塗料に無機酸化物粒子、さらにフッ素変性界面活性剤も
しくはシリコーン変性界面活性剤を添加することに加え
て塗膜表面の平均表面粗さを１．５μｍ以上に形成する
ことで、それぞれ単独に添加しただけでは得られなかっ
た優れた親水性能を付与することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に係る親水塗料
は、無機酸化物粒子、およびフッ素系界面活性剤もしく
はシリコーン系界面活性剤を含む塗料であって、無機酸
化物粒子、例えば二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸
化亜鉛、シリカ、シリカゲル、酸化ジルコニウム、ゼオ
ライト、マイカ、タルク、ベントナイトなどの粒子、お
よび界面活性剤の両者を含んで形成される塗膜は、無機
酸化物粒子により塗膜表面に形成される凹凸によって顕
著な親水性を発揮することができる。

【０００７】本発明の請求項２に係る親水塗料は、無機
酸化物粒子が添加され、さらに添加されるフッ素系界面
活性剤にパーフルオロ基を有する一方、エーテル基、例
えばエトキシル基、プロポキシル基、環状エーテルであ
るエチレンオキシド、プロピレンオキシドなど、および
それらを含むポリマーを有するものを用いることによっ
て一段と優れた親水性能を発揮する塗膜を構成すること
ができる。

【０００８】本発明の請求項３に係る親水塗料は、無機
酸化物粒子が添加され、さらに添加されるシリコーン系
界面活性剤にジメチルシロキサン基を有する一方、フッ
素系界面活性剤と同様のエーテル基を有するものを用い
ることによって一段と優れた親水性能を発揮する塗膜を
構成することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１０】（実施例１）ニトロセルロースとアクリル
樹脂を配合したアクリルラッカーの固形分１００重量部
に対して、シリカ粒子（平均粒子径４μｍ）を５重量
部、エチレンオキシド、プロピレンオキシドの複合ポリ
マーを有するシリコーン系界面活性剤を３．２重量部添
加して、適宜キシレン、ブタノール等の溶剤を加えて十
分混練してアクリルラッカーの親水塗料を得る。添加し
たシリコーン系界面活性剤はアクリルラッカー中のシリ
カ粒子の分散およびレベリング改良に対して有効であ
り、改めて分散剤やレベリング剤を添加する必要が無く
なる。また、各種の顔料を添加して着色することも可能
である。この親水性アクリルラッカーを塗装して平均表
面粗さ１．６μｍの塗膜を得て、その親水性能を評価し
た。

【００１１】評価方法としては０．３ｍＬの水を塗膜上
に滴下して、次いでその水滴を強制的に直径３０ｍｍの
円盤状に広げる。強制を解除すると水の表面張力で円盤
状の水は表面積の小さい球になるよう収斂するが、水の
表面張力と水／塗膜の界面張力と拮抗した位置で収斂が
停止する。その時の塗膜上の水で濡れている面積を画像
処理で測定する。すなわち、親水性能が高くて濡れ性に
優れた塗膜表面では、水滴は直径３０ｍｍのまま留まる
かあるいは拡大を示し、収斂性を示さない。

【００１２】この方法で得られた親水性アクリルラッカ
ーの親水性能を測定すると、水は直径３０ｍｍ（７ｃｍ
²）のままで留まるものであった。

【００１３】（実施例２）熱硬化型で自己硬化性のアク
リル塗料の樹脂成分１００重量部に対して、シリカ粒子
（平均粒径３μｍ）６重量部を添加し、実施例１と同じ
シリコーン系界面活性剤を４重量部を添加して適宜キシ
レン、セロソルブアセテートなどの溶剤を加えて十分に
混錬して親水性アクリル塗料を得た。この塗料を塗布し
て１６０℃で加熱硬化させた。この塗膜は平均表面粗さ
２．５μｍを示し、また実施例１記載の親水性能評価を
行った結果、水は実施例１同様に水の濡れ面積で７ｃｍ
²に広がったままの状態を示し、親水性能が十分に発揮
されていることを示すものであった。また、本実施例に
おいても実施例１同様に分散剤、レベリング剤は添加の
必要の無いものであって、顔料によって着色された塗料
でも親水性能を損なうことはなかった。

【００１４】（実施例３）熱硬化型アクリル塗料の樹脂
成分１００重量部に対して、シリカゲル粒子（平均粒径
３μｍ）２５重量部、パーフルオロ基を親油基に、エチ
レンオキシドのポリマーを有するフッ素系界面活性剤
５．２重量部を添加して実施例３同様、十分に混錬して
得た親水塗料を塗布して、その塗膜の平均表面粗さと親
水性能を評価した。評価結果は、平均表面粗さ５．８μ
ｍ、水の濡れ面積は６ｃｍ²で実施例２より少し劣るも
のの十分な親水性を発揮しているものであった。フッ素
系界面活性剤の効果で、レベリング剤などの添加は必要
の無いものであった。

【００１５】（実施例４）二液型ウレタン塗料のポリオ
ール含有主剤１００重量部に対して、シリカ粒子（平均
粒径３μｍ）を８重量部、エチレンオキシド、プロピレ
ンオキシドの複合ポリマーを有するシリコーン系界面活
性剤を５重量部添加して、酢酸ブチル、トルエン溶剤を
適宜添加、混錬して親水性ウレタン塗料主剤を得た。こ
の親水性ウレタン塗料主剤に、適量のポリイソシアネー
ト硬化剤を添加して塗装を行い９０℃に加熱して親水性
塗膜を得た。この塗膜は、半艶消し、半透明で平均表面
粗さは４．７μｍで、その親水性を評価した結果、水の
濡れ面積は７ｃｍ²を示し十分な親水性を発揮している
ものであった。

【００１６】以下、同様の方法で二液型ウレタン塗料を
用いて無機酸化物、その添加量、シリコーン系界面活性
剤、フッ素系界面活性剤の組み合わせを変えて実施例を
作成し、その平均表面粗さ、親水性能評価を行った。そ
の組合わせと表面粗さ、親水性能を（表１）に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】（表１）の性能から判るように平均表面粗
さが１．５μｍであるとき親水性能はわずかな収斂性を
示すが６．１ｃｍ²であり、十分な親水性能を有してい
る。このように、平均表面粗さが１．５μｍ以上である
ときには十分な親水性能を示ししているといえる。

【００１９】次に、比較例として添加物を単独で用いた
場合、または平均表面粗さが１．５μｍ未満である場合
を例示する。

【００２０】（比較例１）二液型ウレタン塗料のポリオ
ール主剤１００重量部に対して適量のポリイソシアネー
ト硬化剤を添加して得られる塗料を塗装して９０℃に加
熱して反応硬化させ従来のウレタン塗膜を得た。この塗
膜の平均表面粗さは０．３μｍで、親水性能を実施例と
同様に測定すると、水は収斂し、濡れ面積１．３ｃｍ²
で安定した。このとき、水は濡れ性が低く転がりやすい
水滴となっていた。

【００２１】（比較例２）二液型ウレタン塗料のポリオ
ール主剤１００重量部に対してシリカ粒子（平均粒径３
μｍ）４重量部を添加し、適量のポリイソシアネート硬
化剤を添加して得られる塗料を比較例１同様、反応硬化
させてシリカ微粒子添加ウレタン塗膜を得た。この塗膜
の親水性を測定すると、濡れ面積は１．４ｃｍ²で安定
し、比較例１の従来のウレタン塗料よりも濡れ性はわず
かに上がっているが、濡れ性の低い転がりやすい水滴で
あった。

【００２２】以下、同様の方法で二液型ウレタン塗料に
添加物を加えた比較例の平均表面粗さと、親水性能を
（表２）に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】比較例２ないし５では、添加物であるシリ
カ粒子、シリカゲル、シリコーン系界面活性剤、フッ素
系界面活性剤を単独で用いた場合を示す。比較例２，３
において、無機酸化物粒子であるシリカ粒子、シリカゲ
ルを添加することで平均表面粗さは大きくなり、１．５
μｍ以上をしめすものもあるが、親水性能は二液型ウレ
タン樹脂塗料のみの比較例１と同等であって、親水性能
を高める効果は全くみられない。また、シリコーン系界
面活性剤、フッ素系界面活性剤を添加した比較例４，５
でも平均表面粗さ、親水性能において比較例１と同等で
あり、滴下した水は玉状に近い水滴形状で転がりやすい
ものであって、なんら親水性を示すものではなかった。

【００２５】シリカ粒子、シリカゲルのどちらか一方と
シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤のどちら
か一方を組み合せた比較例６，７では、平均表面粗さは
１．５μｍ未満で、親水性能は比較例１ないし５に比べ
て高い値となっているが、水滴の収斂性が強く十分な親
水性が有るとは言えない。

【００２６】以上の実施例、比較例について説明する
と、シリカ粒子、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界
面活性剤を全く添加していない場合や、それぞれ単独で
添加した比較例１ないし５の二液型ウレタン塗料では、
特に平均表面粗さが１．５μｍ以上である比較例２，３
の場合であっても、水の濡れ面積は１．１ないし１．４
ｃｍ²で、ほとんど濡れの状態を示しておらず、親水性
能を有していない。しかし、実施例４ないし１０におい
て、シリカ粒子やシリカゲル粒子などの無機酸化物粒子
と、シリコーン系界面活性剤やフッ素系界面活性剤をそ
れぞれ組み合わせて添加した、平均表面粗さ１．５μｍ
以上のものについては水の濡れ面積は６〜７ｃｍ²と、
水は収斂しない状態を示しており親水性塗膜表面となっ
ている。また、これら組合せの添加剤は、塗料の種類を
問わず、実施例１ないし３に示したようにアクリルラッ
カー、熱硬化型アクリル塗料など、また、実施例に記載
した以外の各種の塗料に対しても平均表面粗さ１．５μ
ｍ以上で親水性能を付与できるものである。

【００２７】以上の実施例において、添加した無機酸化
物はシリカ粒子、シリカゲル粒子で平均粒子径３μｍの
ものを用いたがその他の粒子径のものや、他の粒子、例
えば二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化
ジルコニウム、ゼオライト、マイカなどの合成、天然無
機酸化物粒子であっても、塗膜の透明性は損なわれるが
平均表面粗さが１．５μｍを形成できるものであれば使
用可能である。加えて、これらとエーテル基を有するシ
リコーン系界面活性剤もしくはフッ素系界面活性剤を組
み合わせて用いることで初めて親水性の塗料を得ること
が出来るものである。

【００２８】上記実施例では、透明、半透明の塗料につ
いて記載したが、これらに顔料を加えて着色しても親水
性能が損なわれることはなかった。

【００２９】また、これら親水性塗料の表面硬度は無機
酸化物を添加しているため、通常の塗料に比べて鉛筆硬
度で１ポイント程高くなっており、また耐摩耗性におい
ても向上が見られるものであった。

【００３０】さらに、添加している無機酸化物粒子が表
面に露出して表面粗さが１．５μｍ以上を形成するの
で、摩擦係数が高く滑りにくい塗膜表面とすることが出
来る。

【００３１】また、塗膜が乾燥している場合、塗膜表面
にはパーフルオロ鎖やジメチルシロキサン鎖が頭を出し
ているため、油系の汚れ、例えばワセリン、オレイン酸
グリセリド、鉱物油などに対して付着力が弱く、洗浄に
より容易に洗い落とせる効果のあることがわかった。し
たがって、これら塗膜は汚れの付きにくいものであると
いえる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
係る親水塗料は、無機酸化物粒子とフッ素系界面活性剤
もしくはシリコーン系界面活性剤を含む塗料で、無機酸
化物といずれかの界面活性剤を組み合わせて用いること
に加えて、無機酸化物を含むことにより塗膜の平均表面
粗さを１．５μｍ以上にすることによって、塗膜表面を
濡らした水は水滴に収斂することなく広がったままの状
態を維持できる親水性能を示す。したがって、塗膜表面
上の水は薄い膜状に広がったままであるので球状の水に
比べて表面積が大きく、そのため乾燥に要する時間の大
幅な短縮が図れる。また、塗膜表面が傾斜を有している
場合、表面の水は連続して低い方へ流れ落ちるので、高
い方の表面に留まる水の膜は次第に極めて薄くなり、塗
膜表面の乾燥が一段と促進される。また、無機酸化物を
含んでいるため、表面硬度が高く耐摩耗性にも優れたも
のとなり、さらに摩擦係数も高くなるため滑りにくい塗
膜表面となる。さらに、無機酸化物にシリカゲルやシリ
カ粒子を用いた場合、透明もしくは半透明の塗膜が得ら
れ、オーバーコート用塗料として用いることも可能であ
る。

【００３３】また、請求項２に係る親水塗料は、フッ素
系界面活性剤にパーフルオロ鎖を有し、エトキシル基、
プロポキシル基、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレ
ンオキシドなどのエーテル基などのエーテル基を含むも
のを用いることで、高い親水性能が得られるとともに、
乾燥時には塗膜表面に頭を出したパーフルオロ鎖の作用
で油などの汚れのつきにくいものとなり、また、付着し
た汚れは塗膜表面を濡らす水によって容易に除去される
という効果が得られる。

【００３４】また、請求項３に係る親水塗膜はシリコー
ン系界面活性剤にジメチルシロキサン鎖を有し、エトキ
シル基、プロポキシル基、ポリエチレンオキシド、ポリ
プロピレンオキシドなどのエーテル基などのエーテル基
を含むものを用いることで、高い親水性能が得られると
ともに、乾燥時には塗膜表面に並んだジメチルシロキサ
ン鎖の作用で油などの汚れのつきにくいものとなり、ま
た、付着した汚れは塗膜表面を濡らす水によって容易に
除去されるという請求項２のフッ素系界面活性剤と同様
の効果が得られる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機酸化物粒子と、フッ素系界面活性剤
   もしくはシリコーン系界面活性剤を含み平均表面粗さが
   １．５μｍ以上である親水性塗料および塗膜。
2. 【請求項２】 フッ素系界面活性剤はパーフルオロ鎖お
   よびエーテル基を有する請求項１記載の親水性塗料およ
   び塗膜。
3. 【請求項３】 シリコーン系界面活性剤はジメチルシロ
   キサン鎖およびエーテル基を有する請求項１記載の親水
   性塗料および塗膜。