JP2005324139A

JP2005324139A - 塗膜の形成方法

Info

Publication number: JP2005324139A
Application number: JP2004145112A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Fujita; 直明藤田; Akihiko Asakawa; 昭彦浅川; Tomoko Matsumoto; 知子松本
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】常温で硬化して塗膜を形成でき、耐熱性、耐候性、耐水性を有する塗膜を得ることのできる塗膜の形成方法。
【解決手段】全固形分１００質量部に対して、ケイ酸アルカリ２０〜８０質量部、無機粒子２０〜８０質量部で、かつ、固形分濃度２０〜６０質量％となるように無機塗料組成物を調整し、基材上に塗布、乾燥した後、無機塗料組成物中のアルカリ１ｍｏｌに対して酸を０．０１〜２規定となるように塗膜に含浸、乾燥して塗膜を形成する塗膜の形成方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、建築物内装塗装、トンネル内壁塗装等に使用することのできる無機塗料組成物による塗膜の形成方法に関する。

従来、建築外装塗装等に使用される塗料は、通常、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系等の合成樹脂系のものが多く使用されている。これらの合成樹脂系塗料は、常温近くの低温で、しかも、短時間で塗膜が形成できるうえ、塗膜の密着性、耐衝撃性、耐水性等に優れるという利点がある。しかし、これらの合成樹脂系塗料は、耐熱性が低く、塗膜硬度が低いこと、さらには耐候性が低いこと等から、車両等のエンジン回りの高温パイプの塗装、不燃性が要求される建築物の内装材塗装、耐熱性、耐磨耗性の要求の高いトンネル内壁塗装等には適していない。

そこで、近年では、耐熱性、耐磨耗性、耐久性を向上させるために無機系の塗料について、様々な検討がなされ、一部実用化されつつある。無機系塗料としては、水ガラスに代表されるケイ酸アルカリ水溶液を主体とするものが知られている。これまでのところ、緻密な塗膜とするには温度２００℃以上の高温で焼結する必要があり、また、素材として可とう性に欠けるため耐衝撃性が低い等の理由から、極限られた用途にのみしか使用されていなかった（特許文献１）。これらの課題を解決するため、無機系塗料として、金属アルコキシドと無機質微粒子を基本として有機エマルジョンを含有した塗料が開発されているものの、塗膜硬度が上記無機塗料に比べ劣っているうえ、可とう性も不充分であり、耐衝撃性でも満足した結果が得られていない（特許文献２）。

特開平６−３２９９４９号公報（特許請求の範囲）特開２０００−３３４３７３号公報（特許請求の範囲）

本発明の目的は、常温でも硬化して塗膜を形成することができ、耐熱性、耐候性、耐水性を有する塗膜を得ることのできる塗膜の形成方法を提供することを目的とする。

本発明は、ＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏ（ＭはＮａ、Ｋ又はＬｉ、以下単にＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏという）のモル比が２．５〜８のケイ酸アルカリ、無機粒子及び水を混合して得られる無機塗料組成物であって、該無機塗料組成物中の全固形分１００質量部に対して、前記ケイ酸アルカリが２０〜８０質量部、前記無機粒子が２０〜８０質量部であり、かつ、固形分濃度が２０〜６０質量％となるように無機塗料組成物を調整する工程、及び、該無機塗料組成物を基材上に塗布して、乾燥した後、該無機塗料組成物中のアルカリ１ｍｏｌに対して酸を０．０１〜２規定となるように塗膜に含浸させて、乾燥することにより塗膜を形成する工程、を経る塗膜の形成方法を提供する。

本発明により、常温で硬化し、基材との密着性に優れ、塗膜硬度が高く、耐磨耗性に優れるうえ、耐水性、耐熱性、耐候性にも優れた塗膜を形成することができる。

本発明において、無機塗料組成物は、ＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏのモル比が２．５〜８のケイ酸アルカリを含有する。本発明では、ケイ酸アルカリは無機塗料組成物の主材としての役割をする。ケイ酸アルカリのＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏのモル比が２．５未満であると、無機塗料組成物を塗工して得られた塗膜の耐水性が低下しやすくなるため好ましくなく、ＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏのモル比が８超であると、基材と塗膜との密着性が低下して剥がれやすくなるため好ましくない。ケイ酸アルカリのＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏのモル比は３〜６が特に好ましい。ケイ酸アルカリは、得られる塗膜の耐候性に優れることからケイ酸カリウム又はケイ酸リチウムが好ましい。特に、ＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏのモル比３〜６のケイ酸カリウムが、得られる塗膜の硬度の高いこと、耐水性がよいこと、基材との密着性がよいことから最も好ましい。後述するように、本発明のケイ酸アルカリは水溶液原料を使用することが好ましい。無機塗料組成物中においても主として水溶液の形で存在することが好ましい。

本発明において、無機粒子は、主材であるケイ酸アルカリと反応して、塗膜が高い硬度を有するための働きをする。また、骨材としても働き、塗膜収縮を防止する効果があので好ましい。無機粒子は、平均粒径０．１〜２０μｍで、かつ、アスペクト比５〜１００であることが好ましい。この無機粒子を使用して得られた無機塗料組成物により形成された塗膜は、亀裂の発生しにくいものが得られることから好ましい。無機粒子が平均粒径０．１μｍ未満であると、無機粒子の比表面積が大きくなるために主材であるケイ酸アルカリと反応しやすくなり、無機塗料組成物の流動性が低下し、塗工性の低下するおそれのあることから好ましくなく、平均粒径２０μｍ超であると、主材であるケイ酸アルカリとの反応性が低下するため塗膜の強度が低下し、さらには、耐候性が低下するおそれのあることから好ましくない。平均粒径は０．２〜１０μｍであることが特に好ましい。

また、アスペクト比５未満であると、無機粒子同士の積層効果による連続性がなくなり、塗膜の形成性が悪くなるおそれのあることから好ましくなく、アスペクト比１００超であると、無機粒子同士でからみつくため無機塗料組成物の流動性が損なわれるおそれがあるので好ましくない。アスペクト比は１０〜５０が特に好ましい。無機粒子としては、シリカ又はケイ酸カルシウムが好ましい。シリカとしては、鱗片状シリカ、針状シリカが好ましく、得られる塗膜が透明性に優れることから鱗片状シリカが特に好ましい。ケイ酸カルシウムとしては、ワラストナイト、トベルモライト又はゾノトライトが好ましく、塗膜が硬化した際に最も安定性に優れることから、ワラストナイトが特に好ましい。

本発明の無機塗料組成物は、全固形分１００質量部に対して、ケイ酸アルカリが２０〜８０質量部、無機粒子が２０〜８０質量部であることが必要である。ケイ酸アルカリが２０質量部未満であると、形成される塗膜の基材との密着性が悪くなるおそれがあるため好ましくなく、ケイ酸アルカリが８０質量部超であると、形成される塗膜の耐水性、耐候性が低下するおそれがあるため好ましくない。ケイ酸アルカリは３０〜６０質量部が特に好ましい。また、無機粒子が２０質量部未満であると、塗膜の耐水性、耐候性が低下するおそれがあるため好ましくなく、無機粒子が８０質量部超であると、塗膜の基材との密着性が低下して、膜剥がれ等が起きるおそれがあるため好ましくない。無機粒子は３０〜６０質量部が特に好ましい。

本発明の無機塗料組成物は、ケイ酸アルカリ水溶液、無機粒子、さらには必要に応じて、適量の水と混ぜることにより製造することが好ましい。得られた無機塗料組成物は、固形分濃度２０〜６０質量％であることが必要である。固形分濃度２０質量％未満であると、無機塗料組成物を塗工する際、適性な膜厚の塗膜を得ることができないため膜の平滑度が悪くなり汚れが付着しやすくなるので好ましくなく、固形分濃度６０質量％超であると、無機塗料組成物の流動性が低下するため、塗工作業がしにくくなる他、得られる膜の平滑度が低下するので汚れが付着しやすくなるので好ましくない。固形分濃度は３５〜６０質量％であることが特に好ましい。このようにして得られた無機塗料組成物は、室温で２４時間保存ができるので好ましい。

本発明では無機塗料組成物を塗工して、乾燥した後、酸を塗膜中に含浸させることにより塗膜を形成する。酸は適宜必要に応じて水溶液にして塗膜に含浸させることができる。酸は、塗膜中において、アルカリと反応して中和する効果がある他、シロキサン結合を促進させる触媒としての役割をする。酸は、リン酸、ホウ酸、クエン酸、グルコン酸、コハク酸、乳酸，フマル酸及びリンゴ酸からなる群より選ばれるいずれかのものが好ましい。酸は、ホウ酸、クエン酸が、緩衝剤として働き、塗膜中のｐＨを弱酸性領域に保つことができ、シロキサン結合をスムーズに促進させる効果があることから特に好ましい。

無機塗料組成物を塗工した後、含浸させる酸としては、無機塗料組成物中のアルカリ１ｍｏｌに対して０．０１〜２規定である必要がある。ここで、規定とは、アルカリ１ｍｏｌに対して必要な酸の量を示す単位であり、酸のｍｏｌ数を酸の価数ｎで割った値をいう。酸が０．０１規定未満であると、塗膜の硬化時間が遅くなるため塗工後に液のだれ落ちが発生しやすくなることや、耐水性が低下するため雨水等により塗膜の脱落が起きるおそれがあるため好ましくなく、酸が２規定超であると、得られる塗膜の基材との密着性が低下するおそれがあるため好ましくない。酸は０．０５〜０．８規定が特に好ましい。

また、本発明の無機塗料組成物は適宜必要に応じて、着色系顔料を含有することができる。着色顔料としては、チタニア、ジルコニア等の無機系顔料が挙げられる。顔料を含有することにより、無機塗料組成物はプライマーとして使用することができるので好ましい。着色顔料は無機塗料組成物の全固形分１００質量部に対して、５〜５０質量部含有することが好ましい。着色顔料が５質量部未満であると、得られる塗膜が着色不足になるおそれがあるため好ましくなく、５０質量部超であると塗膜の強度を減少させるおそれがあるため好ましくない。

本発明では、この着色顔料を含有した無機塗料組成物をプライマーとして、基材上に塗工した後、さらに、無機塗料組成物を塗工して、２層以上の塗膜を形成することもできる。これにより、トンネル内壁塗装等の塗料として使用できるので好ましい。塗膜を２層以上形成する際、塗膜を塗工する都度に塗膜に酸を含浸させて多層膜を形成してもよく、塗膜を２層以上塗工した後に、最後に酸を含浸してもよい。

本発明の無機塗料組成物は、適宜公知の方法により形成することができ、スプレー、はけ塗り、ローラ仕上げ、バーコータ等の方法により形成することができる。

また、本発明では、酸は、適宜必要に応じて、水溶液にしてディップ法、スプレー、はけ塗り、ローラ仕上げ、バーコータ等の方法により含浸処理することが好ましい。例えば、スプレー法による場合は、酸は規定度０．０５〜０．５の水溶液であることが好ましく、い。酸が規定度０．０５未満の水溶液であると、塗膜中のアルカリを中和することができず、はけによる塗布法の場合は、酸は規定度０．２〜２の水溶液であることが好ましい。いずれの場合も、酸の規定度が薄すぎると、塗膜にアルカリが残存する他、シロキサン結合の促進が進まなくなるおそれがあるので好ましくなく、酸の規定度が濃すぎると、酸が過剰となるため塗膜の強度が低下するおそれがあることから好ましくない。

本発明の無機塗料組成物は、温度５℃以上であれば、自然乾燥することにより自動的に硬化する。これにより、硬化のために高い温度をかけることのできないトンネル内壁等の場所にも好ましく使用できる。

本発明の方法により形成される塗膜は、膜厚１０〜５００μｍであることが好ましい。塗膜が１０μｍ未満であると、耐久性が充分でなくなるおそがあるので好ましくなく、塗膜が５００μｍ超であると、塗膜に亀裂が入るおそれのあることから好ましくない。

以下に本発明の実施例（例１〜３）及び比較例（例４、５）を示す。
［例１］
ＳｉＯ_２／Ｌｉ_２Ｏモル比４．５のケイ酸リチウム水溶液（日本化学工業社製、型式：４５号、固形分濃度２７質量％）２３２．６質量部（固形分換算で６２．８質量部）及び鱗片状シリカ水性分散液（洞海化学工業社製、型式：サンラブリーＬＦＳ０５０、粒径０．５μｍ、アスペクト比５０、固形分濃度１６質量％）２３２．６質量部（固形分換算で３７．２質量部）を混合し、十文字羽根を取りつけた強制撹拌機を使用して１０００回転／分で１０分間混練して固形分濃度が２２質量％の無機塗料組成物を得た。

この得られた無機塗料組成物について、ＪＩＳＫ５６００−１−７に示す、ぬれ膜厚評価法に則り、ガラス板上に塗膜を形成し、下記に示す評価を行った。ガラス板は、ＪＩＳＫ５６００−１−４に則り、準備した。このガラス板上に、得られた無機塗料組成物をＪＩＳＫ５６００−１−５に示すはけ塗り法に則り、およそ５０〜１００μｍ程度塗布した後、室温で１日間放置して、塗膜を仮乾燥した。この仮乾燥された塗膜の表面が指触で硬化していることを確認した後、規定度０．２のクエン酸水溶液をスプレーにより、塗膜中のアルカリに対して０．１規定となるように散布した後、７日間乾燥して塗膜を形成した。この塗膜品について下記に示す塗膜性能試験を行った。評価結果を表１に示す。

［耐水性試験］
ＪＩＳＫ５６００−６−２の耐液体性（水中浸せき法）に則り、水中浸漬部と非水中浸漬部の色の変化、ぜい化の異常の有無について観察した。

［耐候性試験］
ＪＩＳＫ５６００−７−７の促進耐候試験（キセノンランプ法、５０００時間照射）のサイクルＡに則り、評価を行った。膜剥がれ量、大きさの様子については、ＪＩＳＫ５６００−８−５に則り評価を行い、０〜５の６段階で評価を行った。膜剥がれ量、大きさ０を最良、５を最悪とし、０、１を合格とした。また、白亜化については、ＪＩＳＫ５６００−８−６に則り評価を行い、１〜５の５段階で評価を行った。白亜等級１を最良、５を最悪とし、１、２を合格とした。

［耐汚染性］
土木用防汚材料評価試験ＩＩ種に適合するかどうか調べた。

［例２］
ＳｉＯ_２／Ｋ_２Ｏモル比４のケイ酸カリウム水溶液（洞海化学工業社製、型式：４Ｍ、固形分濃度３５質量％）１９６．１質量部（固形分換算で６８．６質量部）及び例１と同じ同じ鱗片状シリカ水性分散液１９６．１質量部（固形分換算で３１．４質量部）を使用する以外は例１と同様にして、固形分濃度が２６質量％の無機塗料組成物を得た。この無機塗料組成物を使用して、塗膜中のアルカリに対して０．２規定とする以外は、例１と同様にして操作を行い、塗膜を形成した。

例１と同様にして、形成された塗膜の評価を行った。結果を表１に示す。

［例３］
ＳｉＯ_２／Ｌｉ_２Ｏモル比３．５のケイ酸リチウム水溶液（日本化学工業社製、型式：３５号、固形分濃度２７質量％）１３３．３質量部（固形分換算で３６質量部）、ワラストナイト粉末（キンセイマテック社製、型式：ＳＨ８００、粒径６．５μｍ、アスペクト比２０）３３．３質量部、さらに例１と同じ鱗片状状シリカ水性分散液６６．７質量部（固形分換算で１０．７質量部）を混合し、これに、着色系顔料として酸化チタン粉末（関東化学社製、試薬一級）２０質量部を加えた後、例１と同様にして操作を行い、固形分濃度は３９質量％の下塗り用の無機塗料組成物を得た。この得られた下塗り用の無機塗料組成物について、例１と同様にして操作を行い、ガラス板上に、およそ１００〜２００μｍ程度塗工、仮乾燥して下塗り塗膜を形成した。

次に、ＳｉＯ_２／Ｋ_２Ｏモル比３．５のケイ酸カリウム水溶液（洞海化学工業社製、型式：２Ｋ、固形分濃度３８質量％）１８５．２質量部（固形分換算で７０．４質量部）及び例１と同じ鱗片状シリカ水性分散液１８５．２質量部（固形分換算で２９．６質量部）を混合し、例１と同様にして操作を行い、固形分濃度２７質量％の無機塗料組成物を得た。この得られた無機塗料組成物を、例１と同様にして操作を行い、仮乾燥した下塗り塗膜の上に、およそ５０〜１００μｍ程度塗工、仮乾燥した後、例１と同じクエン酸水溶液をを使用してスプレーにより、塗膜中のアルカリに対して０．５規定となるように散布した後、７日間乾燥して塗膜を形成した。

［例４］
ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比１のケイ酸ナトリウム水溶液（洞海化学工業社製、型式：１号、固形分濃度７８質量％）９０．９質量部（固形分換算で７０．９質量部）、例１と同じ同じ鱗片状シリカ水性分散液１８１．８質量部（固形分換算で２９．１質量部）、さらに、水９０．９質量部を使用して、例１と同様にして操作を行い、固形分濃度は２８質量％の無機塗料組成物を得た。以下、この無機塗料組成物を使用して、例１と同様にして操作を行い、塗膜を形成した。

［例５］
ＳｉＯ_２／Ｋ_２Ｏモル比４のケイ酸カリウム水溶液（洞海化学工業社製、型式：４Ｍ、固形分濃度３５質量％）５１．３質量部（固形分換算で１７．９質量部）及び例１と同じ同じ鱗片状シリカ水性分散液５１２．８質量部（固形分換算で８２．１質量部）を使用して、例１と同様にして操作を行い、固形分濃度が１８質量％の無機塗料組成物を得た。以下、この無機塗料組成物を使用して、塗膜中のアルカリに対して０．１５規定となる以外は、例１と同様にして操作を行い、塗膜を形成した。

本発明の塗膜の形成方法は、車両等のエンジン回りの高温パイプの塗装、不燃性が要求される建築物の内装材塗装、さらには、耐熱性、耐磨耗性の要求の高いトンネル内壁塗装等に利用できる。

Claims

ＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏ（ＭはＮａ、Ｋ又はＬｉ）のモル比が２．５〜８のケイ酸アルカリ、無機粒子及び水を混合して得られる無機塗料組成物であって、該無機塗料組成物中の全固形分１００質量部に対して、前記ケイ酸アルカリが２０〜８０質量部、前記無機粒子が２０〜８０質量部であり、かつ、固形分濃度が２０〜６０質量％となるように無機塗料組成物を調整する工程、及び、該無機塗料組成物を基材上に塗布して、乾燥した後、該無機塗料組成物中のアルカリ１ｍｏｌに対して酸を０．０１〜２規定となるように塗膜に含浸させて、乾燥することにより塗膜を形成する工程、を経る塗膜の形成方法。
前記無機粒子が、平均粒径０．１〜２０μｍで、かつ、アスペクト比５〜１００の粒子である請求項１に記載の塗膜の形成方法。
前記無機粒子が、シリカ又はケイ酸カルシウムである請求項１又は２に記載の塗膜の形成方法。
前記酸が、リン酸、ホウ酸、クエン酸、グルコン酸、コハク酸、乳酸、フマル酸及びリンゴ酸からなる群より選ばれるいずれかである請求項１〜３のいずれかに記載の塗膜の形成方法。
前記無機塗料組成物が、着色系顔料を含む請求項１〜４のいずれかに記載の塗膜の形成方法。