JP2004269737A

JP2004269737A - 塗料

Info

Publication number: JP2004269737A
Application number: JP2003063556A
Authority: JP
Inventors: Buhei Uchida; 武平内田; Yukihito Tone; 如人刀根; Toru Nonami; 亨野浪
Original assignee: MARUTAKE SANGYO KK; TOUMEI KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: MARUTAKE SANGYO KK; TOUMEI KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】塗料作成過程において、粉体の凝集がなく、高分散状態を保つことができ、塗料塗布後に塗料中の水分と一緒に粉体が塗膜の表層に良好に移動して、粉体に含まれる光活性を有する物質が良好に有害化学物質等を除去し、また、汚れ難くする。
【解決手段】光活性を有する物質を含む粉体と、バインダー、増粘剤、分散剤、水等を所定量混合した塗料であって、前記粉体は、疎水性で比重が１．２〜４．０ｇ／ｃｍ３に設定され、この粉体が２〜５０ｖｏｌ％の量混合されている。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、塗料に関するものであり、詳しくは、塗料中の粉体の凝集がなく、高分散状態を保つことができ、しかも、塗布後に、光活性を有する物質を含む粉体が塗膜の表層に移動し得る塗料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、外装用及び内装用の塗料には、粉体（顔料，染料等）が塗料中に均一に分散していることが求められており、これは、常温乾燥及び焼き付けとも同様の考え方であり、吹き付け及びロールで塗布する場合においても、粉体が均一に分散されていることが求められている。
なお、近年、リン酸カルシウム及び酸化チタンを含む光触媒を、成分として混合することにより、ホルムアルデヒド等の人体に悪影響を及ぼす有害化合物の除去等が図れる塗料がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１６３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
酸化チタンを含む塗料においては、有害化学物質を良好に除去するためには、酸化チタンが有害化学物質と良好に接触する必要があるが、従来のように、塗料中に酸化チタンを含む粉体が均一に分散されている塗料においては、高価な酸化チタンを塗料中に大量に使用することとなり、高価なものとなってしまい、また塗布した後に塗膜の表面には僅かな酸化チタンが出現するのみであるため、有害物質の除去効果はそれほど期待できないという問題点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み案出したものであって、塗料を塗布した後に、塗料中の光活性を有する物質を含む粉体が良好に表層に移動して、良好に有害化合物質等の除去が行える塗料を提供せんことを目的とし、その第１の要旨は、光活性を有する物質を含む粉体と、バインダー，増粘剤，分散剤，水等を所定の量混合した塗料であって、前記粉体は疎水性で、その比重が１．２〜４．０ｇ／ｃｍ^３に設定され、該粉体が２〜５０ｖｏｌ％の量混合されていることである。
また、第２の要旨は、前記光活性を有する物質が、リン酸カルシウムで被覆された酸化チタンであることである。
また、第３の要旨は、前記光活性を有する物質が、Ａｘ（ＢＯｙ）ｚＸ（式中、ＡはＣａ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｌａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｈ、Ｓｒ、Ｂａの金属原子のうちの１つ以上、ＢはＰ、Ｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、Ｃｒの原子のうち１つ以上、ＸはＯＨ、ハロゲン原子、ＣＯ_３のうち１つ以上を含むことがあり、ｘは８〜１０、ｙは３〜４、ｚは５〜７を示す。）が１個以上から成る化合物、または、このような化合物が部分的に付着した二酸化チタンに代表される光触媒活性を有する酸化物半導体であることである。
また、第４の要旨は、前記粉体の粒度直径は、１〜１０００ｎｍであることである。
また、第５の要旨は、前記バインダーの量は、前記粉体の量に対し０．２〜３０％に設定され、該バインダーのガラス転移点が−２０℃〜３０℃であることである。
また、第６の要旨は、前記バインダーの末端官能基にカルボキシル基，アミノ基，アミド基が多く存在するとともに、前記分散剤としての界面活性剤の含有量が少なく設定されていることである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の塗料は、作成過程において、塗料中の光活性を有する物質を含む粉体の凝集がなく、高分散状態を保つように構成したものであり、光活性を有する物質を含む粉体，バインダー，増粘剤，分散剤，Ｐｈ調整剤，水等を所定量混合して塗料としたものである。
粉体量は、２〜５０ｖｏｌ％、望ましくは２〜３０ｖｏｌ％とし、粉体の比重は１．２〜４．０ｇ／ｃｍ^３、望ましくは、１．１〜２．５ｇ／ｃｍ^３とし、粉体の比重が水の比重に近いものに設定して、塗膜成形時に水と一緒に粉体が表層に移動し易い構成となっている。
また、粉体の粒度直径は、１〜１０００ｎｍ、望ましくは１００〜１０００ｎｍとしている。なお、粉体の粒度が小さいと、凝集は起こり易いが、有害物質との接触面積を考慮すると、粉体の粒度は小さい方が有利となる。
【０００７】
バインダーとしては、フッ素系エマルジョン，アクリルエマルジョン，酢酸ビニルエマルジョン，ウレタンエマルジョン等の一般的な単重合及び複重合のものが使用され、その結合状態としては、エステル、エーテル、スチレン等や、その末端官能基にもフェノール基、トリアジン基、フタル酸基、ベンゼン酸基、セルビオース基等の環状構造や、カルボキシル基及びカルボニル基等の鎖状構造が適応できる。
これらのエマルジョンを単独もしくは複数混合で用いても良く、その量は、塗料全体の体積に対し、１．０％〜３０．０％、望ましくは２．０％〜２０．０％である。また、前記粉体量に対するバインダー量の比率として、０．２〜３０．０％、望ましくは０．８〜４．０が良い。
【０００８】
なお、粉体の表層への移動と密接に関係するものとして、バインダーのガラス転移点（以下Ｔｇという）がある。
即ち、粉体は蒸発する水と一緒に塗膜の表層に移動すると考えると、Ｔｇは低温の方が有利であるが、あまり低温すぎると、塗膜のべたつきや塗膜の強度に悪影響があると考えられることから、バインダーのＴｇは、−２０℃〜３０℃、望ましくは−１０℃〜１０℃のものが良い。
【０００９】
さらに、粉体の表面への移動に関し、一般的には粉体が塗膜表面に集まる機構は、粉体の表面張力と塗料中ビヒクルのそれの差が大きい程、粉体が表面に移動しやすいと考えられるため、粉体がより疎水性であるか、または塗料中ビヒクルがより親水性であることが望ましい。
他の条件が同一であるとすると、粉体がより疎水性である条件としては、粉体の粒度が小さいこと、及び分散剤としての界面活性剤の含有量が小さいことが挙げられる。
【００１０】
他方、塗料中ビヒクルがより親水性であるためには、バインダーの末端官能基にカルボキシル基、アミノ基、アミド基が多く存在する方が良い。または、これらの端末官能基を形成する重合体を添加しても良い。
増粘剤としては、メチルセルロース、エチルセルロース等の植物性樹脂や、水ガラス、ニガリ等の塗料のｐＨを変化させ、粉体の反発力で増粘させる方法でも良い。
添加量は塗料全体の体積に対し、０．１ｖｏｌ％〜５．０ｖｏｌ％程度、望ましくは０．１ｖｏｌ％〜２．０ｖｏｌ％が良い。
【００１１】
粉体量が少ない塗料（塗料全体の体積に対し１０％以下）においては、メチルセルロース、エチルセルロース等の植物性樹脂を前述した量混合すると、その分バインダー量が少なくなることから、塗料としての塗膜特性、特に付着強度や耐水性及び耐候性が低下する虞れがあり、一定のバインダー量を確保して、その塗料の粘度を大きくするためには、架橋型バインダーを使用することが有効である。例えば、アクリル系エマルジョンの架橋モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、ヒドロキシエチルメタクリレート等がある。
【００１２】
分散剤は一般的なもので良く、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤があり、その中の１つまたは２つ以上使用することができる。
同様に消泡剤も一般的なもので良く、鉱油系、油脂系、脂肪酸系、脂肪酸エステル系、アルコール系、アミド系、リン酸エステル系、金属石けん系、シリコーン系を使用できるものである。
このような混合割合で塗料を作成すると、塗料作成過程において、粉体の凝縮がなく高分散状態を保つことができ、また、スプレー，ハケ塗り，ロール塗り等で塗料を塗布した後に、塗料中の水分と一緒に粉体が塗膜の表層に良好に移動するものとなる。
【００１３】
なお、塗料中に含まれる顔料，染料の粉体と共に、光触媒の粉体が含まれており、光触媒としては、表面がリン酸カルシウムで被覆された酸化チタン粒子であっても良い。
リン酸カルシウムとして、アパタイト、リン酸三カルシウム及びリン酸八カルシウムから成る群から選ばれたものであり、アパタイトはリン石灰で、例えば水酸アパタイト、フッ化アパタイト、炭酸アパタイト、銀アパタイト等が挙げられる。
アパタイト等のリン酸カルシウムは、細菌等のタンパク質や、或いは汗、手垢等の水性の汚れを吸着することができ、一方、酸化チタンは、このような吸着能はリン酸カルシウムに比べると乏しいため、酸化チタンの表面の一部にアパタイト等のリン酸カルシウムを被膜形成することによって、リン酸カルシウムでタンパク質や各種の汚れ成分をより効率良く吸着し、これを酸化チタンの光触媒的酸化還元作用により分解することができるものである。
【００１４】
このようなアパタイト等で被覆された酸化チタンの粒子を塗料中に含ませて、塗料塗布後に、塗料中の水分と一緒に塗膜の表層に移動させることができるために、このアパタイト被覆酸化チタンにより、良好にホルムアルデヒド等の人体に悪影響を及ぼす有害化学物質を除去することができるものとなる。
【００１５】
なお、更に、特願２００１−２７１２２２号に開示されている光活性（光酸化機能）を有する化学物質、または、する化学物質が部分的に付着した二酸化チタンに代表される光触媒活性を有する酸化物半導体を塗料中に入れると、より有害化学物質の除去等に有効である。
この化合物は、Ａｘ（ＢＯｙ）ｚＸ（式中、ＡはＣａ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｌａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｈ、Ｓｒ、Ｂａの金属原子のうちの１つ以上、ＢはＰ、Ｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、Ｃｒの原子のうち１つ以上、ＸはＯＨ、ハロゲン原子、ＣＯ_３のうち１つ以上を含むことがあり、ｘは８〜１０、ｙは３〜４、ｚは５〜７を示す。）が１個以上から成る化合物であり、少なくともリンとカルシウムを含む擬似体液中でクラスターとして生成されたものである。
【００１６】
このような化合物、または、このような化合物を部分的に被覆した二酸化チタンに代表される光触媒活性を有する酸化物半導体では、光の当たらない条件下においても、光活性により環境浄化や汚れ防止機能を発揮させることが可能となる。
即ち、従来の酸化チタンは光がなくては作用しないため、夜間や暗い室内ではほとんど効果が得られないものであったが、このような光活性（光酸化機能）を有する、Ａｘ（ＢＯｙ）ｚＸが１個以上からなる化合物、またはＡｘ（ＢＯｙ）ｚＸが１個以上からなる化合物が部分的に付着した二酸化チタン等を使用することにより、物質の吸着、分解機能が十分確保され、光が当たらなくても空気中の有害物質を分解処理できるものとなる。
【００１７】
そのため、このような化合物、または、このような化合物を部分的に被覆した二酸化チタンに代表される光触媒活性を有する酸化物半導体を混合した本発明の塗料を塗布すると、塗料中の水分と一緒に、この光触媒活性を有する酸化物半導体などの粉体が、塗膜の表層に良好に移動して、光が当たらなくても空気中の有害物質を良好に分解できるものとなり、抗菌、抗カビ性に優れたものとなり、また、大気による汚染や、油分が雨で流された後等の汚れが目立ち難いものとなり、定期的な洗浄や、ペンキの塗り替え等を行わなくても、汚れない塗膜が得られるものとなる。
【００１８】
光が当たらなくても作用するために、外壁用の塗料に限らず、壁紙等の内装材や家具等に塗布することで、有害物質を良好に分解することができ、建築材料や家具から発生するホルムアルデヒドやアセトアルデヒド等の化学物質や、タバコの煙や、室内で飼われている犬等の匂いの原因となるアンモニアや硫化水素、メチルメルカプタン等の有機化学物質（シックハウス症候群やアトピーの原因）が有効に除去できるものとなる。
なお、この塗料は、壁にもガラスにも、またカーテン、造花等にもスプレー、ハケ塗り、ロール塗り等して良好に塗布することができるものである。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
表図１は、第１実施例を示すものである。
本例で使用した材料は、光触媒酸化チタンとして、アパタイト被覆酸化チタン（株式会社丸武産業製、商品名アパテック）、バインダーとして、アクリルエマルジョン（ガンツ化成製、商品名ウルトラゾールＶ−２８０）、増粘剤として、ヒドロキシエチルセルロース（ダイセル化学製、商品名ＨＥＣダイセルＳＰ６００）、および、水ガラス（大阪珪曹製、商品名３号水ガラス）、分散剤として界面活性剤（日本油脂製、商品名マリアリムＡＫＭ−０５３１）を用いた。消泡剤としては、日本油脂製ＣＣ１１８を用いた。
【００２０】
塗料作成は、ガラスビーカーの中に、全体として４００ｃｃとなるように、体積比で混合し、塗料作成用攪拌機を用いて、攪拌しながら原料を添加した。
塗料作成時における分散状態を確認する目的で、出来上がりの粘度と分散状態の関係を調査した。方法は、それぞれに水を加えて粘度を調整した。
その結果、塗料粘度が２００ｍＰ．Ｓ付近以上では、塗料分散状態が良好であった。
【００２１】
次に、表図２は、第２実施例を示すものである。
使用した材料は実施例１と同様である。塗料作成はガラスビーカーの中に全体として４００ｃｃとなるように、体積比で混合し、塗料作成用攪拌機を用いて、攪拌しながら原料を添加した。バインダーとして、アクリルエマルジョン（パラケムジャパン製、商品名パラポンドＨ−１２０）を用いた。塗料作成方法は、実施例１と同様である。
塗料作成時における架橋型アクリルエマルジョン（ウルトラゾールＶ−２８０）と、水ガラスを添加することにより、塗料安定領域におけるアルカリ架橋型アクリルエマルジョン添加量の低減を検討した。
その結果、架橋型アクリルエマルジョンを使用することにより、塗料粘度を高くすることができ、かつ、一般的な塗膜強度を向上させるアクリルエマルジョン（パラポンドＨ−１２０）を添加することが可能となった。
前記実施例１から分散の安定性は、粘度２００ｍＰ．Ｓ程度であれば良いことから、アルカリ架橋型アクリルエマルジョンを約１／２少なくすることが可能となる。
【００２２】
次に、表図３は、第３実施例を示すものである。
使用した材料は実施例１と同様であり、塗料作成は、ガラスビーカーの中に全体として４００ｃｃとなるように、体積比で混合し、塗料作成用攪拌機を用いて、攪拌しながら原料を添加した。ウレタン分散剤は、山南合成化学製、商品名エクセロンＸＡ−０３６を用いた。
塗膜強度向上を目的として、バインダーとして架橋型アクリルエマルジョン（ウルトラゾールＶ−２８０）と、アクリルエマルジョン（パラポンドＨ−１２０）、最適量及び付着強度向上を目的として、ウレタン分散剤（エクセロンＸＡ−０３６）を加えた。その組成に対する結果は、膜厚測定では５μｍ、鉛筆硬度はＦ〜Ｈであった。つまり、内装用塗料の特性としては満足できるものであった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の塗料は、光活性を有する物質を含む粉体と、バインダー，増粘剤，分散剤，水等を所定の量混合した塗料であって、前記粉体は疎水性で、その比重が１．２〜４．０ｇ／ｃｍ^３に設定され、該粉体が２〜５０ｖｏｌ％の量混合されていることにより、塗料作成過程において、粉体の凝集がなく高分散状態を保つことができ、塗料塗布後に塗料中の水分と一緒に粉体が塗膜の表層に移動することができ、粉体に含まれる光活性を有する物質により、ホルムアルデヒド等の人体に有害な有害化学物質等を良好に除去することができ、また、大気汚染や、油分による汚れ等が目立たなく、塗り替え等をする必要のない汚れない塗料となる。
【００２４】
また、前記光活性を有する物質が、リン酸カルシウムで被覆された酸化チタンであることにより、リン酸カルシウムでタンパク質や各種の汚れ成分をより効率良く吸着し、これを酸化チタンの光触媒的酸化還元作用により分解することができるものとなる。
【００２５】
また、前記光活性を有する物質が、Ａｘ（ＢＯｙ）ｚＸ（式中、ＡはＣａ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｌａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｈ、Ｓｒ、Ｂａの金属原子のうちの１つ以上、ＢはＰ、Ｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、Ｃｒの原子のうち１つ以上、ＸはＯＨ、ハロゲン原子、ＣＯ_３のうち１つ以上を含むことがあり、ｘは８〜１０、ｙは３〜４、ｚは５〜７を示す。）が１個以上から成る化合物、または、このような化合物が部分的に付着した二酸化チタンに代表される光触媒活性を有する酸化物半導体であることにより、光の当たらない条件下においても、光活性により環境浄化や汚れ防止機能を発揮させることが可能となり、夜間や暗い室内でも、物質の吸着、分解機能が十分確保され、空気中の有害物質を分解処理できるものとなる。
【００２６】
また、前記粉体の粒度直径は、１〜１０００ｎｍであることにより、粉体の疎水性が良好となり、有害物質等との接触面積が大となって、有害物質等の除去機能が向上されるものとなる。
【００２７】
また、前記バインダーの量は、前記粉体の量に対し０．２〜３０％に設定され、該バインダーのガラス転移点が−２０℃〜３０℃であることにより、水の蒸発と共に、水と一緒に塗膜の表層に良好に粉体が移動することができるものとなる。
【００２８】
また、前記バインダーの末端官能基にカルボキシル基，アミノ基，アミド基が多く存在するとともに、前記分散剤としての界面活性剤の含有量が少なく設定されていることにより、粉体の疎水性が良好となり、粉体が塗膜表面に移動し易くなる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の表図である。
【図２】第２実施例の表図である。
【図３】第３実施例の表図である。

Claims

光活性を有する物質を含む粉体と、バインダー，増粘剤，分散剤，水等を所定の量混合した塗料であって、前記粉体は疎水性で、その比重が１．２〜４．０ｇ／ｃｍ^３に設定され、該粉体が２〜５０ｖｏｌ％の量混合されていることを特徴とする塗料。
前記光活性を有する物質が、リン酸カルシウムで被覆された酸化チタンであることを特徴とする請求項１に記載の塗料。
前記光活性を有する物質が、Ａｘ（ＢＯｙ）ｚＸ（式中、ＡはＣａ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｌａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｈ、Ｓｒ、Ｂａの金属原子のうちの１つ以上、ＢはＰ、Ｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、Ｃｒの原子のうち１つ以上、ＸはＯＨ、ハロゲン原子、ＣＯ_３のうち１つ以上を含むことがあり、ｘは８〜１０、ｙは３〜４、ｚは５〜７を示す。）が１個以上から成る化合物、または、このような化合物が部分的に付着した二酸化チタンに代表される光触媒活性を有する酸化物半導体であることを特徴とする請求項１に記載の塗料。
前記粉体の粒度直径は、１〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の塗料。
前記バインダーの量は、前記粉体の量に対し０．２〜３０％に設定され、該バインダーのガラス転移点が−２０℃〜３０℃であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４に記載の塗料。
前記バインダーの末端官能基にカルボキシル基，アミノ基，アミド基が多く存在するとともに、前記分散剤としての界面活性剤の含有量が少なく設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５に記載の塗料。