JP2004298875A - 塗膜を有する建材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】堅牢で耐汚染性、耐熱性に優れ、耐久性の良好な光沢を有した塗膜付きの建材を提供する。
【解決手段】基材と、該基材上に形成されたアルカリ金属珪酸塩系下塗り層と、該下塗り層上に形成されたアクリルシリコン系表面層とを備えてなる塗膜を有する建材。この塗膜は、基材上に水溶性アルカリ金属珪酸塩系水溶液塗料を塗布して適度に乾燥させて形成した塗膜に、ｐＨ値が３．５〜１０．０の酸・アンモニウム塩系の水溶液を適用し、水洗し、乾燥し、この上にアクリルシリコン系表面層を形成することにより得られる。

Description

本発明は多孔性無機質基材又は金属、ガラス等の基材の表面に水溶性アルカリ金属珪酸塩系塗膜を形成した建材とその製造方法に関するものである。

石綿セメント板や珪酸カルシウム板などの基材は、不燃性で且つ耐久性に優れているため、広く建材その他に使われている。通常これらの材料自体は美粧性に乏しいため、美粧性が要求される場合には有機質塗料で塗装仕上げされている。ところがこの有機質塗膜は可燃性であり又耐久性に乏しい為、基材のもつ特徴を著しく損ねている。そこでこれらの基材の特徴を生かすことができる不燃性の無機質塗料が使われるようになった。しかしながら一般に無機質塗料は有機質塗料に比べて不燃性・耐熱性などには優れているが可撓性、光沢、平滑性などの点については劣っている。特に石綿セメント板や珪酸カルシウム板のような基材は、気中の湿度変化あるいは吸水、乾燥による膨張、収縮の寸法変化が大きく、無機質塗膜はその寸法変化に充分追従できる可撓性に乏しいためクラックが発生しやすく、またそのクラックに汚染物質が浸透付着して耐汚染性が低下する。さらにクラックの発生によって、基材中の白華成分が塗膜表面に溶出して白華現象を生起しがちである。

建材等の化粧等に用いられる無機質塗料には加熱硬化型のものと常温硬化型のものがある。一般に、加熱硬化型の塗料は約２００〜３００℃に加熱しないと充分に硬化した膜が得られないが、基材として石綿セメント板や珪酸カルシウム板などを用いた場合、この加熱により基材が強度劣化、変性、変色を起こしたりする問題がある。常温硬化型のものは基材を劣化させることは少ないが、充分な硬化膜を得るには約１週間以上の硬化期間を要する。

上記の諸問題を解決し、無機質塗膜の持つ不燃性、耐熱性に加えて、有機質塗料やガラス釉面並の光沢と平滑性を持ち、且つ無機質塗膜の欠点であった可撓性、耐汚染性、耐白華性に優れた塗膜を得るとともに、基材の加熱劣化をも生じさせない無機質塗膜の形成方法が特許第１４３１７８５０号に開示されている。

同号特許の方法は鉱物質基材上に、充填剤、顔料および硬化剤等から選ばれる粉体固形分を含有する水溶性アルカリ金属珪酸塩系水溶液塗料を塗布して適度に乾燥させ、次に該粉体固形分の含有量が該下塗り塗料よりも少量ないし零である該珪酸塩系水溶液塗料を塗布して適度に乾燥させた塗膜に、ｐＨ値約３．５〜約１０．０の酸・アンモニウム塩系水溶液を適用し、水洗しそして乾燥する方法である。
特許第１４３１７８５０号

本発明は、このようなアルカリ金属珪酸塩系塗膜を有した建材の該塗膜の耐汚染性を高めることを目的とする。

本発明の建材は、基材と、該基材上に形成されたアルカリ金属珪酸塩系下塗り層と、該下塗り層上に形成されたアクリルシリコン系表面層とを備えてなる塗膜を有するものである。

本発明の建材の製造方法は、基材上にアルカリ金属珪酸塩系下塗り層を形成し、この下塗り層の上にアクリルシリコン系表面層を形成することを特徴とするものである。

かかる建材は、無機質塗膜よりなる下塗り層がアクリルシリコン系表面層で覆われているため、汚れが付きにくく、また汚れが付着しても水洗いにより容易に除去できる。このアクリルシリコン系表面層は、硬度が高く、耐水性、耐熱性に優れると共に、下塗り層との密着性も良好であり、耐久性に優れる。また、光沢を有すると共に、下塗り層のポーラスな部分に入り込むので、表面層が摩耗してもこのポーラスな部分に入り込んだアクリルシリコン系部分が残存し、塗膜の光沢や、防水性が維持される。

このアクリルシリコン系表面層は、基材の伸縮に対する追従性が良く、クラックが入りにくいという長所も有する。

このアクリルシリコン系表面層は、無機系抗菌剤を分散させることが好ましく、これにより防汚効果を高めることができる。

なお、本発明においては、下塗り層を従来よりもポーラス度の高いものとすることにより、アクリルシリコン系表面層と下塗り層との密着性をより一層向上させることができ、好ましい。

上記の実施例及び比較例からも明らかな通り、本発明によると堅牢で耐汚染性、耐熱性に優れ、耐久性の良好な光沢を有した塗膜付きの建材が提供される。

以下、本発明の好ましい形態について詳細に説明する。

本発明で用いる基材としては、石綿セメント板、石綿パーライト板、珪酸カルシウム板、石綿セメント珪酸カルシウム板、石膏ボード、モルタルボード、コンクリートボード、パルプセメント板、木片セメント板、ＧＲＣ（ガラス繊維強化セメント）ボード、ＣＦＲＣ（カーボン繊維強化セメント）ボード、ＳＦＲＣ（スチール繊維強化セメント）ボード、ＡＬＣボード、ロックウール無機質成形体、金属板、ガラス板等が例示される。

この基材上に、必要に応じプライマー（例えば珪酸リチウム系プライマー処理剤）を塗布した後、アルカリ金属珪酸塩系下塗り層を形成する。このアルカリ金属珪酸塩系下塗り層は、基材上に水溶性アルカリ金属珪酸塩系水溶液塗料を塗布して適度に乾燥させて形成した塗膜に、ｐＨ値が３．５〜１０．０の酸・アンモニウム塩系の水溶液を適用し、水洗し、乾燥して形成したものであることが好ましい。

この下塗り層は、水溶性アルカリ金属珪酸塩系水溶液塗料を１回又は複数回塗布し、次いで酸・アンモニウム系水溶液を適用して水洗し乾燥する一連の工程を１回行うか、又は複数回繰り返して行うことにより形成される。このアルカリ金属珪酸塩系水溶液塗料は、粉体を含有していてもよく、含有していなくてもよい。このアルカリ金属珪酸塩系水溶液塗料を複数回塗布する場合、２回目以降の塗布時の塗料の粉体含有量を１回目よりも少なくしたり、又は粉体を含有させないようにしてもよい。また、３回以上塗布する場合、粉体含有量を順次に少なくしてもよく、各回で同一としてもよい。

水溶性アルカリ金属珪酸塩系水溶液は、必要に応じ硬化剤、充填剤、顔料等の粉体固形分を含む。

水溶性アルカリ金属珪酸塩は、一般式Ｍ₂Ｏ・ｘＳｉＯ₂・ｙＨ₂Ｏ（但し、Ｍは周期律表第Ｉ族に属するアルカリ金属、ｘ及びｙは正の数である。）で表わされるが、この水溶性アルカリ金属珪酸塩を多価金属化合物で変性した変性水溶性アルカリ金属珪酸塩を用いてもよい。水溶性アルカリ金属珪酸塩には、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸リチウム等があり、ｘの値は特に制限するものではないが、２〜５が造膜性、耐久性等の観点から好ましい。ｙの値についても特に制限するものではなく、最終的に得られる組成物塗料に適度な粘性をもたせる範囲、あるいは該組成物を取り扱う上において支障がない範囲であればよい。変性水溶性アルカリ金属珪酸塩は、前記水溶性アルカリ金属珪酸塩にマグネシウム、アルミニウム、カルシウム、亜鉛、ジルコニウム等の多価金属の酸化物、水酸化物、弗化物、炭酸塩、リン酸塩等の化合物の１種あるいは２種以上を溶解反応させたものであり、塗膜の耐水性、耐薬品性等の改善に寄与する。これらの水溶性アルカリ金属珪酸塩あるいは変性水溶性アルカリ金属珪酸塩の１種だけを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

実用的には珪酸ナトリウムが造膜性、接着性、低コスト性等の点で優れており、本発明では珪酸ナトリウムの１種だけを用いても優れた無機質塗膜が得られる。塗料中のアルカリ金属珪酸塩の含有量は、好ましくは約７重量％以上、特に好ましくは約１０〜約６０重量％の範囲である。

上記の水溶性アルカリ金属珪酸塩あるいは変性水溶性アルカリ金属珪酸塩の硬化剤には、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等の多価金属酸化物；水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の多価金属水酸化物；炭酸亜鉛、炭酸マグネシウム等の多価金属炭酸塩；リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛等の多価金属リン酸塩；珪弗化亜鉛、珪弗化アルミニウム等の珪弗化物；グリオキザール、シュウ酸アミド等の有機化合物等があり、これらの硬化剤の１種類あるいは２種以上を用いる。硬化剤の有効量は、該塗料の重量の約１％以上、好ましくは約３％以上、典型的には約５〜１０％以上である。

充填剤には、珪石、アルミナ、ガラス粉等の粒状物；粘土、雲母等の偏平状物；石綿、ガラス繊維粉等の繊維状物等がある。

顔料には、二酸化チタン、ベンガラ、黄鉛、クロムグリーン、群青、マルスバイオレット、コバルトブルー、カーボンブラック等がある。

これらの粉体の含有量は、塗料中において６０重量％以下であることが好ましい。

その他の添加剤としては、公知の界面活性剤、分散剤、消泡剤、増粘剤等が必要に応じて添加される。

このアルカリ金属珪酸塩系水溶液塗料を塗布し、室温〜１５０℃に０．５〜４８時間程度保持して乾燥し、塗膜を形成する。この塗膜の厚さは２０〜２００μｍとくに３０〜１００μｍ程度が好ましい。

この塗膜に酸・アンモニウム塩系水溶液を適用して塗膜を硬化させる。

この酸・アンモニウム塩系水溶液のｐＨ値は、一般に約３．５〜約１０．０の範囲であり、好ましくは約４〜約９の範囲であり、そしてより好ましくは約４．５〜約８．５そして典型的には約５〜約８の範囲である。この酸・アンモニウム系水溶液の濃度は０．５〜１０重量％程度が好ましい。

該酸・アンモニウム塩系水溶液としては、酸または酸性塩とアンモニアまたはアンモニア水またはアンモニア化合物との反応生成物または反応生成混合物である塩の水溶液を指称し、代表的には、（１）水に該酸・アンモニウム塩を溶解するかまたは（２）水に酸およびアンモニア水またはアンモニアガスを添加する等によって調製し得る。該水溶液を所望のｐＨ値に調整するには、例えば該水溶液にアンモニア水もしくはアンモニアガスまたは該酸を適度に添加すればよい。必要に応じて、所望のｐＨ値を効果的に維持するために適当な緩衝剤を添加することも可能である。なお、酸・アンモニウム塩系水溶液の塩成分は、二種類以上の塩の混合物であってもよい。

該酸・アンモニウム塩系水溶液の塩の酸成分としては無機酸及び有機酸またはこれらの酸性塩が使用でき、無機酸系としてはリン酸、塩酸、亜硫酸、硫酸、硝酸、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、第１リン酸アルミニウム、第１リン酸カルシウム、硝酸アルミニウム等が、そして有機酸としてはシュウ酸、クエン酸、酢酸、酒石酸等が代表的に例示されるが、これらに限定されない。なお、代表的な酸・アンモニウム塩として、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム、酢酸アンモニウム等が例示できるが、一般に、第一、第二および／または第三リン酸アンモニウムが特に好適である。

この酸・アンモニウム塩水溶液を塗膜に適用するには、この水溶液を塗膜に注ぎかけたり、噴霧したり、あるいはこの水溶液中に塗膜を浸潰すればよい。

この水溶液との接触時間は１〜２４時間程度が好ましく、接触時の温度は室温〜６０℃程度が好ましい。

この酸・アンモニウム水溶液と接触させることにより塗膜が硬化する機構は、アルカリ金属珪酸塩系塗膜中のアルカリ金属を酸イオンにより選択的、強制的に除去して塗膜を硬化させるとともに、一部分の該酸は塗膜中の成分とも反応して硬化作用をもたらすものと考えられる。なお、酸・アンモニウム塩水溶液で処理することにより、白華成分となる塗膜中のアルカリ金属が除去されるので、耐白華性に優れた塗膜ができる。

その後、塗膜に水を注ぎかけたり水中に浸潰させることにより、塗膜や基材中の残留未反応酸・アンモニウム塩等の物質を除去し、これを乾燥させると塗膜は収縮して微細なクラックが均一に発生する。こうして発生したクラックは微細であり、また基材の吸水膨張、乾燥収縮等の寸法変化やたわみが発生してもその均一なクラックにより応力を分散吸収させてしまうため、耐汚染性の低下をもたらす大きなクラックは発生しない。

水洗時間は１〜２４時間程度で十分である。なお、水洗に際して水の代わりに、残存する該アンモニウム塩等に作用して除去を促進（例えば化学反応による分解）しかつ該塗膜に実質的に無影響である強塩基−強酸・塩（例えばＮａＣｌまたはＫＣｌ）の希水溶液（例えば０．１〜５重量％程度）を使用すると、水洗時間が短縮される。

この水洗の後、乾燥し、その上にアクリルシリコン系表面層を形成する。

本発明においては、このようにして形成される下塗り層を水ガラス含有率を１０〜６０％の範囲内で減らすことでポーラス度の高いものとすることにより、上層のアクリルシリコン系表面層と下塗り層との密着性をより一層向上させることができ、好ましい。

このような下塗り層上に、アクリルシリコン系表面層を形成するには、アクリルシリコン系水性樹脂塗料を塗布し、乾燥させた後加熱して塗膜を硬化させる。

このアクリルシリコン系塗料としてはシリコン含有水溶性アクリル樹脂を主剤としてエポキシ樹脂を硬化剤とした硬化性シリコンアクリルエポキシ系水性樹脂塗料が好ましい。この塗料は、ポリシロキサンオリゴマーによる架橋と、アクリル樹脂／エポキシ樹脂の架橋の複合架橋により高硬度で耐久性、耐候性、耐酸性、耐アルカリ性、耐熱性、耐溶剤性に優れた塗膜を生成させる。

通常の場合、このアクリルシリコン系塗膜の乾燥条件は６０〜９０℃で１０〜６０分程度、加熱条件は１００〜１５０℃で０．１〜２時間程度が好ましい。

なお、このアクリルシリコン系表面層は、無機系抗菌剤を分散させることが好ましく、これにより防汚効果を高めることができる。

無機系抗菌剤としては、銀や酸化銀、銀錯塩等の抗菌成分をゼオライト、リン酸カルシウム、リン酸ジルコニウム、非晶質酸化ケイ素、チタニア等の担体に担持した抗菌剤を用いることができ、そのアクリルシリコン系表面層中の含有量は０．０１〜３．０重量％とすることが好ましい。

このアクリルシリコン系塗膜よりなるアクリルシリコン系表面層の厚さは２０〜２００μｍとくに３０〜１００μｍ程度が好ましい。

実施例１
（１）塗料の調合
下塗り塗料は下記に示す調合の内、水ガラス以外のものをポットミルで２４時間混合し、これに水ガラスを加えて１５分間スクリュー攪拌して調整した。

＜下塗り塗料の調合＞
珪酸ナトリウム水溶液（４０重量％） ３０〔重量部〕
顔料 ８〔重量部〕
酸化亜鉛 ８〔重量部〕
珪石粉 １８〔重量部〕
ピロリン酸ナトリウム ０．８〔重量部〕
アエロジル ０．２〔重量部〕
水 ３５〔重量部〕

（２）下塗り塗料の塗装
珪酸カルシウム板（厚さ３ｍｍ）に珪酸リチウム系プライマー処理剤を塗布した後、エアースプレーにより乾燥膜厚が約５０μｍの厚さになるように塗装し、１３０℃で３時間乾燥を行った。これを３０℃のリン酸アンモニウム水溶液中（第１リン酸アンモニウム２．５％、および第２リン酸アンモニウム２．５％、ｐＨ６．５）に８時間浸潰し、さらに水中に１２時間浸潰した後水洗し８０℃で乾燥した。

（３）表面層の形成
次にアクリルシリコンエポキシ系水性樹脂塗料を塗布し、６０℃で２０分乾燥後、１４０℃で３０分加熱し、厚さ５０μｍのアクリルシリコンエポキシ系樹脂塗膜を形成した。

実施例２，３
下塗り塗料の調合を下記の通りとした他は、実施例１と同様にして珪酸カルシウムボードの上に塗膜を形成した。

＜実施例２の下塗り塗料の調合＞
珪酸ナトリウム水溶液（４０重量％） ４０〔重量部〕
顔料（チタン白） ７〔重量部〕
酸化亜鉛 ７〔重量部〕
珪石粉 １５〔重量部〕
ピロリン酸ナトリウム ０．８〔重量部〕
アエロゾル ０．２〔重量部〕
水 ３０〔重量部〕

＜実施例３の下塗り塗料の調合＞
珪酸ナトリウム水溶液（４０重量％） ４５〔重量部〕
顔料（チタン白） ６〔重量部〕
酸化亜鉛 ６〔重量部〕
珪石粉 １４．５〔重量部〕
ピロリン酸ナトリウム ０．８〔重量部〕
アエロゾル ０．２〔重量部〕
水 ２７．５〔重量部〕

実施例４
実施例１において、アクリルシリコンエポキシ系水性樹脂塗料に銀担持ゼオライト系抗菌剤を１．０重量％混合したものを用いて表面層を形成したこと以外は同様にして珪酸カルシウムボード上に塗膜を形成した。

比較例１
アクリルシリコン系表面層を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして塗膜を珪酸カルシウムボードに形成した。

このようにして形成した塗膜の耐汚染性、耐熱性、防水性、光沢及び硬度について調べた結果を表１に示す。

なお、耐汚染性はカーボンブラックを１０重量％混合したワセリンを塗り、１日放置後、石鹸水を浸したガーゼでふき取ることにより調べ、耐熱性は１３０℃の雰囲気に３０分保持した後の状況で調べ、防水性はＪＩＳ
Ｚ５４００の透水度測定値で示し、硬度は鉛筆硬度にて測定した。光沢は外観の目視判定である。

Claims (6)

1. 基材と、該基材上に形成されたアルカリ金属珪酸塩系下塗り層と、該下塗り層上に形成されたアクリルシリコン系表面層とを備えてなる塗膜を有する建材。
2. 請求項１において、前記下塗り層は、基材上に水溶性アルカリ金属珪酸塩系水溶液塗料を塗布して乾燥させて形成した塗膜に、ｐＨ値が３．５〜１０．０の酸・アンモニウム塩系の水溶液を適用し、水洗し、乾燥して形成したものであることを特徴とする塗膜を有する建材。
3. 請求項１又は２において、前記アクリルシリコン系表面層に無機系抗菌剤が分散されていることを特徴とする塗膜を有する建材。
4. 基材上にアルカリ金属珪酸塩系下塗り層を形成し、この下塗り層の上にアクリルシリコン系表面層を形成することを特徴とする塗膜を有する建材の製造方法。
5. 請求項４において、基材上に水溶性アルカリ金属珪酸塩系水溶液塗料を塗布して乾燥させて形成した塗膜に、ｐＨ値が３．５〜１０．０の酸・アンモニウム塩系の水溶液を適用し、水洗し、乾燥して前記下塗り層を形成することを特徴とする塗膜を有する建材の製造方法。
6. 請求項４又は５において、前記アクリルシリコン系表面層に無機系抗菌剤が分散されていることを特徴とする塗膜を有する建材の製造方法。