JP2006272810A - 合成樹脂建材の表面改質方法及びその表面改質合成樹脂建材 - Google Patents

Abstract

【課題】 合成樹脂に対する金属酸化物コーティングによる表面改質を高度な密着性を備えたものとする。
【解決手段】 エステル結合を有する合成樹脂に対するコーティング剤を，多価金属イオンを含むアルカリ性金属酸化物の微粒子分散体とし，予め合成樹脂に活性化処理を施した後にこの微粒子分散体をコーティングして乾燥する。多価金属イオンが金属酸化物の微粒子同士及び合成樹脂表面との結合剤として作用するものと見られ，表面改質効果とともに高度な密着性を確保でき，カーポートやサンルームの屋根にコーティングを施すことによって長期に亘る表面改質効果を維持する合成樹脂建材を得ることができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は，合成樹脂表面に耐磨耗性，防汚性等の改質性能を付与するに用いる合成樹脂建材の表面改質方法及びその表面改質合成樹脂建材に関する。

この種合成樹脂表面の改質方法として，合成樹脂表面に金属酸化物を配置して，該金属酸化物の有する硬度を活用して合成樹脂表面に耐擦傷性，耐磨耗性等の改質性能を付与し，同じく金属酸化物の有する親水性を活用して防曇性，防汚性等の改質性能を付与し，また金属酸化物の有する光触媒活性を活用して有機物分解の改質性能を付与する試みがなされており，例えば，合成樹脂，特にポリカーボネート樹脂の表面に，コロイダルシリカにアルキルアルコキシシラン縮合体をバインダーとして塗布することによってポリカーボネート樹脂に耐磨耗性，耐引掻性等の改質性能を付与する表面改質方法及びこれによる改質ポリカーボネートが知られている。

特開昭５５−１４４０３３号公報

この場合，合成樹脂表面の表面改質をある程度なし得るとしても，バインダーを使用することによって合成樹脂表面における金属酸化物の密度が低下することを避けられないために，期待する程度の改質効果を必ずしも得られず，予期した改質性能が充分に発揮されず，また屋外使用に際してはバインダーの劣化によって改質性能が次第に低下することを避けられないという問題点があり，金属酸化物による合成樹脂表面の改質性能を長期に亘って安定且つ確実に確保し得る表面改質方法及びこれによる合成樹脂建材が求められている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので，その解決課題とするところは，可及的簡易な方法によって金属酸化物を可及的高密度に配置するとともに高度な密着性を確保して長期に亘って安定した改質性能を維持し得るようにした合成樹脂建材の表面改質方法を提供するにあり，また該表面改質方法によって表面に可及的高密度にして高度な密着性を有する金属酸化物を配置して長期に亘って安定した改質性能を維持し得るようにした表面改質合成樹脂建材を提供するにある。

上記課題に添って検討したところ，合成樹脂建材をエステル結合を有する合成樹脂とし，その表面に活性化処理を施し，該表面に多価金属イオンを含むアルカリ性金属酸化物の微粒子分散体を用いてコーティングするようにすると，合成樹脂建材の表面に均一且つ高密度にして高度な密着性を備えた金属酸化物微粒子のコーティング層を形成することができるとともに長期に亘って安定したアルカリ性金属酸化物による改質性能を維持して，特に合成樹脂建材に好適なものとすることが可能となるとの知見を得た。その理由は必ずしも明確ではないが，アルカリ性金属酸化物の微粒子分散体中の多価金属イオンが，金属酸化物の微粒子と上記活性化した合成樹脂表面との結合剤として機能するとともに金属酸化物の微粒子同士の結合剤として機能する結果，コーティング層のアルカリ性金属酸化物の改質効果を高度に発揮するとともに該コーティング層の合成樹脂表面に対する高度な密着性を確保するためと見られる。

本発明はかかる知見に基づいてなされたものであって，即ち請求項１に記載の発明を，エステル結合を有する合成樹脂の表面を物理的乃至化学的に活性化処理し，該活性化処理した表面を多価金属イオンを含むアルカリ性金属酸化物微粒子分散体によってコーティングすることを特徴とする合成樹脂建材の表面改質方法としたものである。

請求項２及び請求項３に記載の発明は，それぞれ上記活性化処理を簡易にして確実に行なうにつき好ましい形態のものとし得るように，請求項２に記載の発明を，上記物理的乃至化学的な活性化処理を，合成樹脂表面の加水分解によって行なうことを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂建材の表面改質方法とし，また請求項３に記載の発明を，上記物理的乃至化学的な活性化処理を，合成樹脂表面の鹸化によって行なうことを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂建材の表面改質方法としたものである。

請求項４に記載の発明は，上記知見に基づいて，上記改質方法を施すことによって，合成樹脂表面に均一且つ高密度にして高度な密着性を備えた金属酸化物微粒子のコーティング層を形成して長期に亘って安定したアルカリ性金属酸化物による改質性能を維持し得る合成樹脂建材を提供するように，これを，物理的乃至化学的に活性化処理したエステル結合を有する合成樹脂の表面を，多価金属イオンを含むアルカリ性金属酸化物微粒子分散体によってコーティングしてなることを特徴とする表面改質合成樹脂建材としたものである。

本発明はこれらをそれぞれ発明の要旨として上記課題解決の手段としたものである。

本発明は以上のとおりに構成したから，請求項１に記載の発明は，可及的簡易な方法によって金属酸化物を可及的高密度に配置するとともに高度な密着性を確保して長期に亘って安定した改質性能を維持し得るようにした合成樹脂建材の表面改質方法を提供することができ，請求項２及び請求項３に記載の発明は，それぞれ上記活性化処理を簡易にして確実に行なうにつき好ましい形態のものとすることができる。

また請求項４に記載の発明は，上記表面改質方法によって表面に可及的高密度にして高度な密着性を有する金属酸化物を配置して長期に亘って安定した改質性能を維持し得るようにした表面改質合成樹脂建材を提供することができる。

以下更に本発明を具体的に説明すれば，本発明の表面改質方法は，エステル結合を有する合成樹脂の表面を物理的乃至化学的に活性化処理し，該活性化処理した表面を多価金属イオンを含むアルカリ性金属酸化物微粒子分散体によってコーティングすること，即ち表面改質の対象樹脂に対して，その表面を活性化する活性化工程と，該活性化工程を経た対象樹脂にコーティングを施すコーティング工程とを備えるものとし，一般に該コーティング工程後に常温乃至高温雰囲気中でコーティングした分散体の分散媒を乾燥する乾燥工程とを備えるものとしてある。

本発明上記対象樹脂は，エステル結合を有して，特に建材として使用し得るものとして，ポリエステル，ポリカーボネート，アクリル，酢酸ビニール等の各種合成樹脂を広く用いることができ，これら表面改質を施す対象樹脂は，例えばパネル，枠材等として予め用途に合わせて所定形状乃至寸法に成形加工したものを用いることができる。

対象樹脂の活性化処理は，上記多価金属イオンの結合剤作用によると見られる結合を，特に対象樹脂の表面との間で促進するように，該対象樹脂の表面を活性化すればよく，その物理的な活性化処理として，例えば一般に塗装前処理に使用されるフレーム処理，プラズマ処理，コロナ処理，ブラスト処理等，表面を物理的に活性化する各種処理方法を採用でき，またその化学的な活性化処理として，同じく一般に塗装前処理に使用されるジクロロエタン処理，酸処理，アルカリ処理等，表面を化学的に活性化する各種処理方法を採用でき，もとよりこれらの複数の処理を併用することができる。

該活性化処理は，合成樹脂表面の加水分解によって行ない又は合成樹脂表面の鹸化によって行なうことが，特に多価金属イオンの上記結合剤作用と見られる結合を簡易にして確実になし得るものとして好ましい。加水分解による活性化処理は，例えば８０〜１００℃程度の温水乃至熱水中に対象樹脂を浸漬することによって対象樹脂のエステル結合を加水分解することによって行えばよく，また鹸化による活性化処理は高温アルカリ処理，例えば３０〜８０℃に加熱した１％〜５０％の水酸化ナトリウム水溶液中に対象樹脂を１０〜１２０分浸漬して同様にエステル結合を鹸化することによって行えばよい。

コーティング工程におけるコーティング剤としてのアルカリ性金属酸化物微粒子分散体は特にその種類を限定する必要はないが，分散媒として水や，水にメタノール，エタノール，イソプロピルアルコール等のアルコール系，トルエン，キシレン等の強溶剤を溶解した溶液を採用できる。

上記分散体における金属酸化物微粒子の核となる金属元素は，ケイ素，アルミニウム，チタン，ジルコニウム，マグネシウム，鉄，亜鉛等の各種金属の単一乃至複数の酸化物を広く採用でき，またこれら金属の，例えばケイ酸カルシウム，アルミン酸マグネシウム，チタン酸バリウムの如き複合酸化物を採用することもできる。金属酸化物微粒子は，例えばその表面が部分的にナトリウム，カリウム，リチウムのようなアルカリ金属元素と結合することによってイオン性を帯びることによって分体中でイオン化してアルカリ性を呈することが必要であり，これによってコーティングに際して多価金属イオンがこれら微粒子及び合成樹脂表面との間で結合剤としてその結合を行なうものとすることができる。

該金属酸化物微粒子は，その粒径を１ｎｍ〜５００ｎｍのものとすることが好ましく，粒径が１ｎｍを下回ると，金属酸化物が分子に近くものとなり，同じくコーティング剤としての分散体中でイオン比が高くなることによって，分散媒の乾燥中に対象樹脂に施したコーティングが分散媒により溶解する傾向を招き易くなり，また粒径が５００ｎｍを上回ると，コーティング剤としての分散体中で金属酸化物微粒子同士の凝集を生じることによってコーティング剤としてその保存安定性に欠ける傾向を招き易くなり，従って粒径が１ｎｍを下回り，また５００ｎｍを上回るのを避けることが好ましい。

上記分散体における金属酸化物微粒子の濃度は，０．１％〜５０％のものとすることが好ましく，濃度が０．１％を下回ると，コーティング工程で対象樹脂の表面に付着する金属酸化物の量が少なくなることによって表面改質の効果が充分に得られなる傾向を招き易くなり，この場合表面改質の効果を確保するために複数回のコーティング工程と乾燥工程を施す必要が生じて効率が低下し，また濃度が５０％を上回ると，上記微粒子の粒径を５０ｎｍを上回るものとしたときと同じく，金属酸化物微粒子同士の凝集を生じることによってコーティング材としてその保存安定性に欠ける傾向を招き易くなり，従って濃度が０．１％を下回り，また５０％を上回るのを避けることが好ましい。

金属酸化物微粒子に添加する多価金属イオンは，特にその種類を限定する必要はないが，好ましくはアルカリ土類金属水酸化物やその水溶液とするのがよく，特に好ましくは水酸化カルシウムやその水溶液とするのがよい。上記分散体における多価金属イオンの濃度は，１ｐｐｍ〜１０，０００ｐｐｍとすることが好ましく，濃度が１ｐｐｍを下回ると，多価金属イオンの量が少なくなることによって，上記結合剤としての機能と見られる結合作用が低下し，コーティングによる改質効果を充分に得られず，またコーティング層の合成樹脂表面に対する密着性が低下する傾向を招き易くなり，１０，０００ｐｐｍを上回ると，多価金属イオンの量が過剰となることによって，上記と同様に分散体中で金属酸化物微粒子の凝集を生じることによってコーティング剤としてその保存安定性に欠ける傾向を招き易くなり，従って濃度が１ｐｐｍを下回り，また１０，０００ｐｐｍを上回るのを避けることが好ましい。

このように形成した多価金属イオンを含むアルカリ性金属酸化物微粒子分散体を用いるコーティング工程は，該分散体中に上記表面を活性化処理したエステル結合を有する合成樹脂を浸漬し又は該合成樹脂にスプレー塗装等適宜の塗装手段によって塗布してこれを行うものとしてあり，その後に上記常温又は高温雰囲気，例えば対象樹脂の耐熱性に合せて雰囲気加熱した所定温度の乾燥工程を経ることによって，上記合成樹脂表面にコーティングを施して表面改質合成樹脂建材を得るものとしてある。これによって該表面改質合成樹脂建材は，その表面に均一且つ高密度にして高度な密着性を備えた金属酸化物微粒子のコーティング層を形成したものとなり，金属酸化物の有する硬度を活用して合成樹脂表面に耐擦傷性，耐磨耗性等の改質性能を付与し，同じく金属酸化物の有する親水性を活用して防曇性，防汚性等の改質性能を付与し，また金属酸化物の有する光触媒活性を活用して有機物分解の改質性能を付与するとともに該コーティング層の合成樹脂表面に対する高度な密着性を確保して長期に亘って安定した改質性能を維持する，屋外使用のものを含めて多様な合成樹脂建材を提供できる。

予め成形したポリカーボネートパネルを，５０℃に加熱した５％ＮａＯＨ水溶液に６０分間浸漬して該ポリカーボネートパネルの表面を活性化処理した後，金属酸化物微粒子としてケイ素微粒子（日産化学株式会社製商品名「スノーテックス３０」）１０重量部，多価金属イオンとして水酸化カルシウム飽和水溶液１重量部を，純水９０重量部に混合して均一になるまで撹拌することによって形成した分散体（コーティング剤）を，上記ポリカーボネートパネルの表面に対してＨＶＬＰタイプのスプレー塗装機を用いて３０ｇ／ｍ^２塗布し，その後に１２０℃の高温雰囲気中で２０分間乾燥して試験体Ａのパネルを得た。

この試験体Ａのパネルの外観を，その目視によって曇り，濁り，クラックの有無を確認し，○，△及び×の３段階で評価し，試験体Ａのパネルの密着性を，表面にカッターナイフで１ｍｍ間隔１００個の碁盤目を形成し，ＪＩＳ Ｚ１５２２に規定する幅１２ｍｍのテープを圧着して直上方向に強く引き剥がす碁盤目試験によって，ハガレの認められないものを１００／１００，５０個剥がれたものを５０／１００とするように残存の碁盤目数によって評価し，試験体Ａのパネルの耐擦傷性を，ガラス窓清掃用のゴム製ワイパーを用いて散水下で１００回水をかきとり，その外観に曇り，濁り，クラック，ハガレの有無を確認し，同じく○，△及び×の３段階で評価し，試験体Ａのパネルの水接触角を，ＦＡＣＥ接触角計ＣＡ−Ｘ１５０（協和界面科学株式会社製）により測定し，また試験体Ａのパネルの耐汚染性を，汚れ物質としてカーボンブラックを該パネルに振掛けて，純水をパネルから１０ｃｍ離れた距離から霧吹きで１０秒間吹きつけ，その後乾燥したものについて目視によって汚れの残り具合を確認し，同じく○，△及び×の３段階で評価した。その結果を表１に示す。外観は○，密着性は１００／１００，耐擦傷性は○，水接触角は６°，耐汚染性は○であり，いずれの結果も良好であった。

上記試験体の乾燥を，常温室内で３０分間放置して行なった以外，実施例１と同様にして試験体Ｂのパネルを得て，実施例１と同様に外観評価，密着性試験，耐擦傷性評価，水接触角測定，耐汚染性評価を行なった。その結果を表１に示す。外観は○，密着性は１００／１００，耐擦傷性は○，水接触角は６°，耐汚染性は○であり，実施例１の試験体Ａのパネルと同じ結果であった。

比較例１

上記分散体（コーティング剤）を，金属酸化物微粒子としてケイ素微粒子（日産化学株式会社製商品名「スノーテックス３０」）１０重量部を，純水９０重量部に混合して均一になるまで撹拌することによって形成した以外，実施例１と同様にして試験体Ｃのパネルを得て，同じく実施例１と同様に外観評価，密着性試験，耐擦傷性評価，水接触角測定，耐汚染性評価を行なった。その結果を表１に示す。外観は○，密着性は０／１００，耐擦傷性は×，水接触角は５°，耐汚染性は△であり，特に密着性，耐擦傷性が得られず，耐汚染性も不充分の結果であった。

Claims (4)

1. エステル結合を有する合成樹脂の表面を物理的乃至化学的に活性化処理し，該活性化処理した表面を多価金属イオンを含むアルカリ性金属酸化物微粒子分散体によってコーティングすることを特徴とする合成樹脂建材の表面改質方法。
2. 上記物理的乃至化学的な活性化処理を，合成樹脂表面の加水分解によって行なうことを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂建材の表面改質方法。
3. 上記物理的乃至化学的な活性化処理を，合成樹脂表面の鹸化によって行なうことを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂建材の表面改質方法。
4. 物理的乃至化学的に活性化処理したエステル結合を有する合成樹脂の表面を，多価金属イオンを含むアルカリ性金属酸化物微粒子分散体によってコーティングしてなることを特徴とする表面改質合成樹脂建材。