JP2007327001A

JP2007327001A - 無機塗料組成物

Info

Publication number: JP2007327001A
Application number: JP2006160972A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Yamada; 一哉山田; Koji Yamada; 幸司山田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-20

Abstract

【課題】防錆力の向上を図る。
【解決手段】アルカリ金属シリケートにホウ酸塩を添加し、無機充填材として、鱗片状で透明なシリカを混合し、これに酸化セリウムを加え、更にトリポリリン酸塩を配合することによって、トリポリリン酸イオンと、被塗物由来の遊離の鉄イオンや亜鉛イオンを化合させて、キレート錯体を生成し、錆発生の原因となる遊離の金属イオン類を不動態化することで、錆の発生を抑止する。
【選択図】なし

Description

本発明は、受光により特性発揮する物品、例えば太陽光発電システムのソーラーパネルや、太陽熱利用温水器等の表面保護に有用で、紫外線を遮透しつつも透明で、強靱かつ防錆力に優れた塗膜を得られる無機塗料組成物に関する。

従来より、アルカリ金属シリケートを結合剤とした無機塗料組成物は、とても多くの種類が知られているが、大部分のものは、得られる塗膜が脆く、例えば被塗物が温度変化で膨縮すると、歪みにより塗膜に微細な亀裂が生じ、塗膜の耐候性及び耐汚染性が損なわれてしまった。
そこで、これを解決すべく本願発明者らにより、アルカリ金属シリケートに、ケイ酸カルシウム、リン酸亜鉛等の多価金属含有硬化剤を添加し、更に無機充填材として、コレマナイト、ウレキサイト等を主成分としたホウ酸成分溶出作用を有する天然ガラスの微粉を混合した無機塗料組成物が発明された（特許文献１及び２参照）。
この発明品は、水と混合することでホウ酸が溶出し、この混合液を塗布して乾燥させると、結合剤の硬化と共に溶出ホウ酸が固化して、強靱な塗膜を得ることが出来、その優れた耐久性、耐候性及び耐汚染性により、一般建築内外装材や地下道内装材の表面保護用の塗膜形成剤として広く認知されるに至った。
ところが、上記発明品はコレマナイトやウレキサイト等の微粉を含有することから、当然ながら光を殆ど透過出来ず、受光により特性発揮する物品、例えば太陽光発電システムのソーラーパネルや、太陽熱利用温水器の表面保護には不適であった。
又、他者から提案された無機塗料組成物にあっても、塗膜靱性を向上すべく、充填材として、カオリン、タルク、ベントナイト等の天然鉱物を添加しており、このため透光性が不十分であることには何ら変わらなかった。
そこで、本願発明者らは、アルカリ金属シリケートにホウ酸塩を添加し、更に無機充填材として、微細な鱗片状で透明なシリカを混合した無機塗料組成物を新たに発明した（特許文献３参照）。
この新たな発明品は、無数の透明シリカの微薄片を幾重にも積層分散させることによって、透明にして強靱な塗膜を得ることが出来、その品質に何ら問題のないものであったが、近年地表に降り注ぐ紫外線量の増加は著しく、その影響は深刻となり、ソーラーパネル等にかかる負担は大きく、この様に過酷な日照条件下で使用される外装物品を保護すため、更に本願発明者らは、この新たな発明品に対し、紫外線吸収力に富んだ酸化セリウムの超微粒子を配合して、生成塗膜の透明性を維持したまま、被塗物に照射される紫外線を遮断する様にした。

特許第３１４０６１１号公報（特許請求の範囲）特許第３１４０６１２号公報（特許請求の範囲）特開２００５−１５７２８号公報（特許請求の範囲）

そして、上記の紫外線遮断機能を付与した新たな発明品は、それ以前の発明品同様、需要者間において、とても好評であったが、近年では酸性雨による外装物品への負担が益々増え、そのため更に防錆作用の強化が望まれる様になった。

本発明は、上記課題に鑑み、アルカリ金属シリケートにホウ酸塩を添加し、無機充填材として、鱗片状で透明なシリカを混合し、これに酸化セリウムを加え、更にトリポリリン酸塩を配合することによって、トリポリリン酸イオンと、被塗物由来の遊離の鉄イオンや亜鉛イオンを化合させて、キレート錯体を生成し、錆発生の原因となる遊離の金属イオン類を不動態化することで、錆の発生を抑止する様にして、上記課題を解決する。

要するに、本発明はアルカリ金属シリケートにホウ酸塩を添加し、無機充填材として、鱗片状で透明なシリカを混合し、これに酸化セリウムを加え、更にトリポリリン酸塩を配合したので、紫外線を遮透しつつも透明で、強靱なだけでなく、トリポリリン酸塩に由来のトリポリリン酸イオンと、被塗物由来の遊離の鉄イオンや亜鉛イオンとにより、キレート錯体を生成し、錆の発生を抑止することが出来る。
そして、太陽光発電システムにおけるソーラーパネル、所謂太陽電池は、アモルファスシリコンから成るものが主流で、その発電に利用される光の波長領域は白色蛍光灯の光と略同じであり、即ち紫外領域の光は殆ど利用されないため、本発明品を太陽電池に塗布することにより、発電効率を阻害することなく、アモルファスシリコン部を紫外線から保護すると共に、アモルファスシリコン部を支持する金具類を酸性雨による錆から保護して、発電システムの性能低下を防止することが出来る。
又、塗膜が超親水性を有することから、塗膜に汚れが付着しても、雨水を浴びるだけで自己浄化でき，更に耐久性及び耐汚染性にも優れているため、長期に渡り太陽電池を保護することが出来る。

酸化ジルコニウムを配合したので、表面硬度を高めて、塗膜による保護力を向上させることが出来る。

鱗片状で透明のシリカをサンラブリーＬＦＳとしたり、トリポリリン酸塩をトリポリリン酸ナトリウム又はトリポリリン酸アルミニウム若しくはその両方としたので、これらはいずれも市場に安定供給されているから、入手が容易で、品質も安定しているため、発明品の製造品質の安定化を図ることが出来る。

酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを平均粒径１０〜３０ｎｍのものとしたので、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムの配合量を多く設定し、夫々から得られる各特性がより高くなる様にせねばならない場合であっても、塗膜の透光性低下を最小限度に抑えることが出来る。

アルカリ金属シリケート１００重量部に対し、ホウ酸塩を０．５〜３５重量部、シリカを０．５〜５０重量部、酸化セリウムを０．５〜２０重量部、トリポリリン酸塩を１〜２５重量部、酸化ジルコニウムを１〜３０重量部としたので、防錆力、紫外線吸収力、硬度、靱性、耐候性及び耐汚染性の各特性をバランス良く兼備させることが出来る等その実用的効果甚だ大である。

以下本発明の一実施形態について説明する。
本発明に係る無機塗料組成物は、基本的にはアルカリ金属シリケートにホウ酸塩を添加し、無機充填材として、鱗片状で透明なシリカを混合し、これに紫外線吸収力に富んだ酸化セリウムを加え、更にトリポリリン酸塩を配合したものである。
又、上記組成に酸化ジルコニウムを配合しても良い。

アルカリ金属シリケートは、アリカリ金属のケイ酸塩で、例えばケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等が挙げられ、下記のホウ酸塩を添加することで、脱水収縮反応及びゲル化反応が起こり固化する。
ホウ酸塩としては、例えばホウ酸マグネシウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸バリウム、ホウ酸ストロンチウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸アルミニウム等が挙げら、これらは単独又は混合して用いることが出来る。

トリポリリン酸塩は、本発明では、組成中にトリポリリン酸イオン（Ｐ₃ Ｏ₁₀ ^5-）を確保し、被塗物由来の遊離の金属イオン類に供与するためのもので、トリポリリン酸塩の種類は特に問わないが、入手の容易性、安定性などの点から、トリポリリン酸ナトリウムやトリポリリン酸アルミニウムが望ましい。

そして、シリカは鱗片状で透明なものであれば良く、例えば旭硝子株式会社より市販の商品サンラブリー（登録商標）ＬＦＳが挙げられる。
サンラブリーＬＦＳとは、その商品カタログによれば、鱗片状で透明なシリカ微粒子が平行的（二次元的）に重なった二次粒子を、水中に分散させたスラリーで、一次粒子は厚みが０．０５μｍ以下の鱗片状であり、二次粒子は厚み０．０５〜０．５μｍ、面径０．１〜５μｍとのことである。
尚、カタログ上、面径の定義につき明確にはされてないが、掲載の各種電子顕微鏡写真からして、サンラブリー粒子（薄片）は、平面（厚みでない側、表裏面）の形状が、歪な円形、楕円形など様々であり、画一的評価はできないため、平面が円形である場合の直径や、楕円である場合の短軸、長軸を電子顕微鏡写真により目視確認して得られた、最小〜最大の大凡の値であると推認される。
もっとも、本発明で重要であるのは、シリカ薄片の平面のサイズではなく、鱗片状の微薄片を幾重にも積層分散させることによって、塗膜の強靱化を図り、シリカ微薄片を極薄のものにすることによって、透明にすることであり、透明性を有しさえすれば、必ずしも上記厚みや面径の範囲でなくても良い。

一方、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムは、生成塗膜の失透防止のため、なるべく平均粒径１０〜３０ｎｍのものが望ましいが、両酸化物の配合量が少量である場合は、必ずしもこの範囲でなくても良い。
尚、両酸化物の平均粒径は、レーザー散乱式粒度分布測定装置により得られたメディアン径の値である。

アルカリ金属シリケート１００重量部に対する各成分の比率としては、ホウ酸塩が０．５重量部未満の場合、塗膜の固化が不十分となり、３５重量部を超えると、固化が過剰に速くて塗膜に微細な亀裂が生じてしまうため、ホウ酸塩の比率は０．５〜３５重量部の範囲が良い。
又、シリカが０．５重量部未満の場合、塗膜の被覆力が不十分となり、５０重量部を超えると、透明性が低下し、なおかつ塗料としての粘度が高く不安定となって均一厚さに塗布できなくなってしまうため、シリカの比率は０．５〜５０重量部の範囲が良い。
又、酸化セリウムが０．５重量部未満の場合、紫外線吸収力不足で、２０重量部を超えると、透明性が低下するので、酸化セリウムの比率は０．５〜２０重量部の範囲が良い。又、トリポリリン酸塩が１重量部未満の場合、防錆力向上の効果が認められず、２５重量部を超えると、透明性が低下するので、トリポリリン酸塩の比率は、１〜２５重量部の範囲が良い。
そして、酸化ジルコニウムは、１〜３０重量部が硬度強化並びに透明性の低下回避の点から適量である。
尚、上記の各配合比率の範囲は、種々の試験により得られた値である。

次に本発明の無機塗料組成物の作用について説明する。
本発明品の無機塗料組成物は、トリポリリン酸塩を含有することから、適量の水と混合し、それを被塗物に塗布すると、解離生成したトリポリリン酸イオンが、錆発生の原因である被塗物由来の鉄イオンや亜鉛イオン等の金属イオンと化学反応し、キレート錯体が生成し、遊離の金属イオンは塗膜中（特に、被塗物と塗膜の界面付近）で不動態となって、もはや空気中酸素により酸化物に変化できなくなり、錆発生が抑止される。

尚、塗膜中に酸化セリウムを含有し、酸化セリウムは紫外領域の光を吸収するため、この塗膜は紫外線を遮断し殆ど透過しないが、他の領域、例えば可視領域の光を透過する。そして、塗膜はその表面に無数のシラノール基（−ＳｉＯＨ）を有し、これによって超親水性が発現する。
従って、塗膜表面に油等の頑固な汚れが付着しても、水洗いすれば、汚れは容易に流れ落ちる。
これは、塗膜の超親水性で強く引き寄せられた水が、塗膜と汚れの間に入り込み、汚れが塗膜から浮き上がって剥離するからである。

次に実施例を示し、本発明について更に詳細に説明する。

ケイ酸ナトリウム１００重量部、ホウ酸カルシウム１１重量部、サンラブリーＬＦＳ４８重量部（乾燥シリカとして７．２重量部）、酸化セリウム１５重量部、トリポリリン酸アルミニウム１６重量部、酸化ジルコニウム１０重量部を水と共に、ボールミルで６０分間混合し、得られた塗料をホーロー用鋼板にスプレー塗布した後、３００℃の熱風で約５０分間乾燥して焼付け、厚み約２５μｍの塗膜を生成した試験体１を得た。
又、同上組成の塗料を亜鉛メッキ鋼板にスプレー塗布した後、試験体１の場合と同様に処理して試験体２を得た。

そして、各試験体について、ＪＩＳＺ２３７１に準じ、中性塩水噴霧試験を５００時間行ったところ、両試験体共に、錆発生は皆無であり、良好であった。
又、ＪＩＳＫ５６２１に準じ、耐複合サイクル防食性試験について行ったところ、両試験体共に、２８サイクルに耐えた。

Claims

アルカリ金属シリケートにホウ酸塩を添加し、無機充填材として、鱗片状で透明なシリカを混合し、これに酸化セリウムを加え、更にトリポリリン酸塩を配合したことを特徴とする無機塗料組成物。
酸化ジルコニウムを配合したことを特徴とする請求項１記載の無機塗料組成物。
鱗片状で透明のシリカをサンラブリー（登録商標）ＬＦＳ（旭硝子株式会社より市販）としたことを特徴とする請求項１又は２記載の無機塗料組成物。
トリポリリン酸塩をトリポリリン酸ナトリウム又はトリポリリン酸アルミニウム若しくはその両方としたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の無機塗料組成物。
酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを平均粒径１０〜３０ｎｍのものとしたことを特徴とする請求項２、３又は４記載の無機塗料組成物。
アルカリ金属シリケート１００重量部に対し、ホウ酸塩を０．５〜３５重量部、シリカを０．５〜５０重量部、酸化セリウムを０．５〜２０重量部、トリポリリン酸塩を１〜２５重量部、酸化ジルコニウムを１〜３０重量部としたことを特徴とする請求項２、３、４又は５記載の無機塗料組成物。