JP2008231260A

JP2008231260A - 水性塗料及びその製造方法

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Publication number: JP2008231260A
Application number: JP2007073183A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Takato; 良平高頭
Original assignee: ABLE ENGINEERING KK
Current assignee: ABLE ENGINEERING KK
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】揮発性有機化合物を含有せず、短時間で乾燥させる水性塗料を提供すると共に、界面活性剤等の安定剤を使用せず、水と油を長時間、安定的にエマルジョン化し且つ揮発性有機化合物の非存在下で製造する水性塗料の製造方法を提供する。
【解決手段】１０〜２０℃の植物油の１に対して固形の天然安定剤を１〜１０％投入し、天然安定剤の融点まで昇温し、温度が１０〜２０℃に低下するまで５０ｒｐｍ以上３００ｒｐｍで攪拌して混合物にし、混合物に水を１０〜３０％加えて５０００ｒｐｍから１００００ｒｐｍで攪拌し、植物油と水をエマルジョン化すると共に揮発性有機化合物の非存在下で製造する。
【選択図】なし

Description

本発明は、木材等に用いる水性塗料及びその製造方法に関するものである。

一般に、塗料は、トルエン、キシレン等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する有機塗料で構成されており、このような塗料を用いた際には、塗布対象物の表面に油膜を形成し、揮発性有機化合物が揮発するようになっている。

又、塗料の中には、木材等に好適に塗布し得る水性塗料があり、水性塗料は、油分と種々の水溶液成分のように不相溶な物質を界面活性剤等の乳化剤により強制的にエマルジョン化して製造されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平８−８１５２４号公報特開２００４−２４４５０６号公報

しかしながら、一般的な塗料は、合成化合物や石油系化合物から構成されると共に界面活性剤等の乳化剤を使用するため、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を無くすことができず、自然環境及び健康に悪影響を与えるという問題があった。又、水性塗料に、合成化合物の界面活性剤等の乳化剤を使用した場合には、揮発性有機化合物が混入する虞れがあった。更に、水性塗料の製造において界面活性剤等の乳化剤を使用しない場合には、水と油が分離し、長時間、安定的にエマルジョン化させることができず、使用時には乾燥に時間がかかるという問題があった。更に又、自然界に存在する植物油に、エマルジョン化のための乳化剤を単純に加えた場合には、塗料が硬化し、木材等の塗料として適切に使用することができないという問題があった。

本発明は、揮発性有機化合物を含有せず、短時間で乾燥させる水性塗料を提供すると共に、界面活性剤等の安定剤を使用せず、水と油を長時間、安定的にエマルジョン化し且つ揮発性有機化合物の非存在下で製造する水性塗料の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、１０〜２０℃の植物油の１に対して固形の天然安定剤を１〜１０％投入し、天然安定剤の融点まで昇温し、温度が１０〜２０℃に低下するまで５０ｒｐｍ以上３００ｒｐｍで撹拌して混合物にし、該混合物に水を１０〜３０％加えて５０００ｒｐｍから１００００ｒｐｍで撹拌し、前記植物油と水をエマルジョン化すると共に揮発性有機化合物の非存在下で製造したことを特徴とする水性塗料、に係るものである。

本発明の水性塗料において、植物油と天然安定剤の混合物に水を加える前に、前記混合物が３０〜５０℃の温度範囲で混合物に植物及び／又は無機物の顔料を加えて撹拌することが好ましい。

本発明の水性塗料において、植物油を、亜麻仁油、桐油、芥子油、紫蘇油、荏胡麻油、胡桃油、荏油、紅花油、向日葵油、コーン油、綿実油、胡麻油、オリーブ油、扁桃油、落花生油、椰子油、椿油、菜種油から少なくとも１つを選択すると共に、天然安定剤を、米糠蝋、カルナウバ蝋、キャンデリラ蝋、ウルシ蝋、塊木蝋、サトウキビ蝋、パーム蝋、蜜蝋、鯨蝋、イボタ蝋、羊毛蝋から少なくとも１つを選択することが好ましい。

本発明は、１０〜２０℃の植物油の１に対して固形の天然安定剤を１〜１０％投入し、天然安定剤の融点まで昇温し、温度が１０〜２０℃に低下するまで５０ｒｐｍ以上３００ｒｐｍで撹拌して混合物にし、該混合物に水を１０〜３０％加えて５０００ｒｐｍから１００００ｒｐｍで撹拌し、前記植物油と水をエマルジョン化すると共に揮発性有機化合物の非存在下で製造することを特徴とする水性塗料の製造方法、に係るものである。

本発明の水性塗料の製造方法において、植物油と天然安定剤の混合物に水を加える前に、前記混合物が３０〜５０℃の温度範囲で混合物に植物及び／又は無機物の顔料を加えて撹拌することが好ましい。

本発明の水性塗料の製造方法において、混合物と水を入れて撹拌する撹拌容器と、該撹拌容器の内径に対して３分１以下の径を備えた螺旋状のスクリュー部とを用いて、螺旋状のスクリュー部により混合物及び／又は水を外周から巻き込んで混合することが好ましい。

本発明の水性塗料及びその製造方法によれば、合成化合物を使用しないので、揮発性有機化合物を含有せず、自然環境及び健康への悪影響を防止することができると共に、使用時には、水の揮発性により短時間で乾燥させることができる。又、水性塗料の製造方法によれば、植物油と天然安定剤との混合物に対して水を１０〜３０％加えて５０００ｒｐｍから１００００ｒｐｍで撹拌することにより、植物油と水をエマルジョン化することができる。更に、植物油の１に固形の天然安定剤を１〜１０％加え、天然安定剤の融点まで昇温した後に、温度が１０〜２０℃に低下するまで５０ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下に撹拌するので、植物油と天然安定剤を十分に混合させ、植物油と水を長時間、安定的にエマルジョン化し、好適に水性塗料を製造することができる。更に又、植物油、水、天然安定剤により水性塗料を製造するので、揮発性有機化合物を非存在下で製造することができるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明の形態例の水性塗料は、原料として、植物の種、実、胚芽等を絞って作った植物油と、植物蝋及び／又は動物性蝋からなる天然安定剤と、水とを用いており、有色の塗料の場合には、更に植物及び／又は無機物の顔料を用いている。

植物油は、亜麻仁油、桐油、芥子油、紫蘇油、荏胡麻油、胡桃油、荏油、紅花油、向日葵油、コーン油、綿実油、胡麻油、オリーブ油、扁桃油、落花生油、椰子油、椿油、菜種油等から選択されており、これらの中から一種、若しくは複数の種類を混合して使用している。ここで、植物油は、ヨウ素価により乾性油、半乾性油、不乾性油に区分けされるが、不乾性油よりも乾燥油、半乾性油が好ましい。

天然安定剤は、米糠蝋（ライスワックス）、カルナウバ蝋（カルナバ蝋）、キャンデリラ蝋、ウルシ蝋、塊木蝋（ハゼ蝋）、サトウキビ蝋、パーム蝋等の植物蝋、若しくは蜜蝋（ビーズワックス）、鯨蝋、イボタ蝋、羊毛蝋等の動物性蝋から選択されており、これらの中から一種、若しくは複数の種類を混合して使用している。

水は、水道水を利用することができ、ｐＨを含めて特に制限されるものではない。

顔料は、植物等の顔料や、ベンガラ等の鉱物顔料を含めた無機物の顔料から選択されており、これらの中から一種、若しくは複数の種類を混合して使用している。

以下、本発明の水性塗料のうち、色を有しない無色、透明、白色の水性塗料を製造する方法を第１方法として図１のフローチャートを参照して説明する。

水性塗料を製造する際には、植物油を１０〜２０℃の温度（常温）に設定し、植物油の１に対して固形の天然安定剤を１〜１０ｖｏｌ％、好ましくは２〜７ｖｏｌ％投入し（ステップＳ１）、ヒータ等の加熱手段により、天然安定剤の融点（４０〜９０℃）まで昇温する（ステップＳ２）。ここで、加熱温度を具体例で説明すると、亜麻仁油、桐油、荏胡麻油等の植物油に米糠蝋を投入した場合には、温度を、１０〜２０℃から米糠蝋の融点温度の７０〜８３℃までゆっくりと上げ、亜麻仁油、桐油、荏胡麻油等の植物油にカルナウバ蝋を投入した場合には、温度を、１０〜２０℃からカルナウバ蝋の融点の８０〜８６℃までゆっくりと上げ、亜麻仁油、桐油、荏胡麻油等の植物油にキャンデリラ蝋を投入した場合には、温度を、１０〜２０℃からキャンデリア蝋の融点の６６〜７１℃までゆっくりと上げる。又、植物油に対して天然安定剤が融点で完全に溶けない場合には、夫々の融点より若干温度を上げても良い。

次に、植物油に天然安定剤を溶かした溶液を放冷状態にしつつ、温度が１０〜２０℃（常温）に低下するまで撹拌機により５０ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下（秒速約０．８回転から５回転）、好ましくは６０ｒｐｍ以上１８０ｒｐｍ以下（秒速１回転から３回転）の回転速度でゆっくりと撹拌し、植物油に対して天然安定剤を完全に融解させて混合物を製造する（ステップＳ３）。なお、撹拌は、天然安定剤の融点まで昇温する段階（ステップＳ２）から行っても良い。

続いて、植物油に天然安定剤を完全に融解させた混合物に、水を一回若しくは複数回に分けて合計１０〜３０ｖｏｌ％、好ましくは１２〜２０％加え（ステップＳ４）、撹拌機により５０００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下（秒速約８０回転から１７０回転）、好ましくは６０００ｒｐｍ以上９０００ｒｐｍ以下（秒速１００回転から１５０回転）の回転速度で１０〜６０秒間撹拌し（ステップＳ５）、水性塗料を完成する。

ここで、撹拌機は、混合物と水を入れて撹拌する撹拌容器と、該撹拌容器の中心に配置され且つ撹拌容器の内径に対して３分１以下の軸径を有する螺旋状のスクリュー部とを備えたものを使用し、混合物と水を撹拌する際には、撹拌容器中の混合物及び／又は水を螺旋状のスクリュー部により外周から巻き込んで混合する。又、この撹拌機は、植物油に天然安定剤を溶かす段階（ステップＳ２，３）で使用しても良い。

このような水性塗料は、植物油、天然安定剤の透明度や色によって乳白色となり、当該水性塗料を木材等に使用した際には、水の浸透性により木材等の表面から内部へ浸透すると共に、水の揮発により、植物油の固化を早め、ムラなく塗布すること可能となる。

ここで、本発明の水性塗料と、亜麻仁油、桐油等を混合した一般的な植物乾燥油とを、同じ条件で木材に塗布して比較した場合、本発明の水性塗料は３時間で乾燥し、比較例は４８時間以上で乾燥した。このため、本発明は、乾燥が早いことが明らかである。又、本発明の水性塗料は、木材以外の紙やパルプ製品に使用できた。

このように、実施の形態の水性塗料によれば、合成化合物を使用しないので、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有せず、自然環境及び健康への悪影響を防止することができると共に、使用時には、水の揮発性により短時間で乾燥させることができる。又、水でエマルジョン化することにより、重金属系のドライヤー（乾燥剤）を不要にすることができる。

実施の形態の水性塗料において、植物油を、亜麻仁油、桐油、芥子油、紫蘇油、荏胡麻油、胡桃油、荏油、紅花油、向日葵油、コーン油、綿実油、胡麻油、オリーブ油、扁桃油、落花生油、椰子油、椿油、菜種油から少なくとも１つを選択すると共に、天然安定剤を、米糠蝋（ライスワックス）、カルナウバ蝋（カルナバ蝋）、キャンデリラ蝋、ウルシ蝋、塊木蝋（ハゼ蝋）、サトウキビ蝋、パーム蝋、蜜蝋（ビーズワックス）、鯨蝋、イボタ蝋、羊毛蝋から少なくとも１つを選択すると、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を全く含有せず、有害物質により誘発されるシックハウス症候群等の石油系塗料を原因とする健康障害を防止すると共に、大気汚染を防止することができる。又、この中でも、米糠蝋やカルナウバ蝋を使用した際には、塗布時に十分固化力を有し、経年変化等の耐久性や、最適なつやにより美観を得ることができる。又、蜜蝋を使用した際には、湿度を遮断することができる。

一方、本発明を実施する形態例の水性塗料の製造方法によれば、植物油と天然安定剤との混合物に対して水を１０〜３０％加えて５０００ｒｐｍから１００００ｒｐｍで撹拌することにより、水分を細かく分散し、植物油と水を適切にエマルジョン化することができる。特に、混合物に対する水の量を１２〜２０％、撹拌の回転速度を６０００ｒｐｍから９０００ｒｐｍで撹拌すると、最適にエマルジョン化することができる。ここで、撹拌の回転速度が５０００ｒｐｍ未満の場合には、植物油と水が混ざらず、分離してしまうという問題があり、撹拌の回転速度が１００００ｒｐｍより大きい場合には、混合物全体が泡立ち、液状の水性塗料にならないという問題がある。又、水を１０％未満にした場合には、一般的な植物乾燥油と同様に、乾燥に著しく時間がかかり、水を３０％より大きくした場合には、植物油と水が分離してしまうという問題がある。

又、植物油の１に固形の天然安定剤を１〜１０％加え、天然安定剤の融点まで昇温した後に、放冷状態にしつつ、温度が１０〜２０℃に低下するまで５０ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下に撹拌すると、固形の天然安定剤を融解して植物油と天然安定剤を十分に混合させ、植物油と水を長時間、安定的にエマルジョン化し、好適な水性塗料を製造することができる。特に、天然安定剤の量を２〜７％、撹拌の回転速度を６０ｒｐｍ以上１８０ｒｐｍ以下にした場合には、植物油と固体の天然安定剤を完全に混合させ、植物油と水を極めて好適にエマルジョン化することができる。ここで、天然安定剤の量を１％未満にした場合には、植物油と水がエマルジョン化せず、天然安定剤の量を１０％より大きくした場合には、植物油と水が固化してしまうという問題がある。なお、天然安定剤を１０％より増やし且つ水の量を３０％より増やした場合には、水の性質が消失し、固化してしまうという問題がある。又、天然安定剤の融点まで昇温できない場合には、固形の天然安定剤を完全に融解することができない。更に、温度が１０〜２０℃に低下するまで５０ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下に撹拌する処理を施さない場合には、天然安定剤が植物油と完全に混合せず、水を加えた際に、植物油と水が分離してしまうという問題がある。特に、撹拌の回転速度が５０ｒｐｍ未満若しくは３００ｒｐｍより大きい場合には、植物油と水が十分に混ざらないという問題がある。

更に、植物油、水、天然安定剤により水系の塗料を製造するので、揮発性有機化合物を非存在下で製造することができる。ここで、植物油と水をエマルジョン化する際に、不活性ガス等を用いた場合には、粘度の高い粘性体になり、塗布時にはムラを生じるという問題がある。

本実施の形態の水性塗料の製造方法において、混合物と水を入れて撹拌する撹拌容器と、該撹拌容器の内径に対して３分１以下の径を備えた螺旋状のスクリュー部とを用いて、螺旋状のスクリュー部により混合物及び／又は水を外周から巻き込んで混合すると、混合物と水を十分に混合させ、混合物中の植物油と水を適切にエマルジョン化し、好適な水性塗料を製造することができる。ここで、撹拌機が、撹拌容器の内径に対して３分１より大きい撹拌用の羽根を備えるものである場合、混合物及び／又は水を外周から巻き込むことができず、十分に混合することができない。

以下、本発明の水性塗料のうち、色を有する様々な色彩の水性塗料を製造する方法を第２方法として図２のフローチャートを参照して説明する。

水性塗料を製造する際には、第１方法と同様に、植物油を１０〜２０℃の温度（常温）に設定し、植物油の１に対して固形の天然安定剤を１〜１０ｖｏｌ％、好ましくは２〜７ｖｏｌ％投入し（ステップＳ１１）、ヒータ等の加熱手段により、天然安定剤の融点（４０〜９０℃）まで昇温する（ステップＳ１２）。

次に、植物油に天然安定剤を溶かした溶液を放冷状態にしつつ、混合物の温度が３０〜５０℃の温度範囲で、混合物に植物及び／又は無機物の顔料を加えて撹拌機により撹拌する（ステップＳ１３）。ここで、顔料の投入量は、植物油、水、天然安定剤のエマルジョン化の状態を維持し得るならば、特に制限されるものではない。又、色彩の濃淡に応じて顔料の投入量や配合比を変化させても良い。

続いて、植物油に天然安定剤を溶かした溶液を放冷状態にしつつ、温度が１０〜２０℃（常温）に低下するまで撹拌機により５０ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下（秒速約０．８回転から５回転）、好ましくは６０ｒｐｍ以上１８０ｒｐｍ以下（秒速１回転から３回転）の回転速度でゆっくりと撹拌し、植物油に対して天然安定剤を完全に融解させて混合物を製造する（ステップＳ１４）。なお、撹拌は、天然安定剤の融点まで昇温する段階（ステップＳ２）から行っても良い。

更に、植物油に天然安定剤を完全に融解させた混合物に、水を一回もしくは複数回に分けて合計１０〜３０ｖｏｌ％、好ましくは１２〜２０％加え（ステップＳ１５）、撹拌機により５０００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下（秒速約８０回転から１７０回転）、好ましくは６０００ｒｐｍ以上９０００ｒｐｍ以下（秒速１００回転から１５０回転）の回転速度で１０〜６０秒間撹拌し（ステップＳ１６）、水性塗料を完成する。

ここで、撹拌機は、第１方法と同様な、顔料を含む混合物と、水とを入れて撹拌する撹拌容器と、撹拌容器の中心に配置され且つ撹拌容器の内径に対して３分１以下の軸径を有する螺旋状のスクリュー部とを備えたものを使用し、混合物と水を撹拌する際には、撹拌容器中の、顔料を含む混合物及び／又は水を螺旋状のスクリュー部により外周から巻き込んで混合する。又、この撹拌機は、植物油に天然安定剤を溶かす段階（ステップＳ１２，１３，１４）で使用しても良い。

このような水性塗料は、植物油、天然安定剤の透明度や色の配合により、色を有する様々な色彩なものとなり、水性塗料を木材等に使用した際には、第１方法の場合と同様に、水の浸透性により木材等の表面から内部へ浸透すると共に、水の揮発により、植物油の固化を早め、ムラなく塗布すること可能となる。

このように、実施の形態の水性塗料及びその製造方法によれば、第一方法と同様な作用効果を得ることができる。

又、植物油と天然安定剤の混合物に水を加える前に、混合物が３０〜５０℃の温度範囲で混合物に植物及び／又は無機物の顔料を加えて撹拌すると、顔料を均一に分散させると共に、植物油と天然安定剤の混合によりエマルジョン化を維持するので、顔料の沈殿を防止し、好適な水性塗料を得ることができる。

尚、本発明の水性塗料及びその製造方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明において、色を有しない水性塗料を製造する方法を示すフローチャートである。本発明において、色を有する水性塗料を製造する方法を示すフローチャートである。

Claims

１０〜２０℃の植物油の１に対して固形の天然安定剤を１〜１０％投入し、天然安定剤の融点まで昇温し、温度が１０〜２０℃に低下するまで５０ｒｐｍ以上３００ｒｐｍで撹拌して混合物にし、該混合物に水を１０〜３０％加えて５０００ｒｐｍから１００００ｒｐｍで撹拌し、前記植物油と水をエマルジョン化すると共に揮発性有機化合物の非存在下で製造したことを特徴とする水性塗料。
植物油と天然安定剤の混合物に水を加える前に、前記混合物が３０〜５０℃の温度範囲で混合物に植物及び／又は無機物の顔料を加えて撹拌したことを特徴とする請求項１に記載の水性塗料。
植物油を、亜麻仁油、桐油、芥子油、紫蘇油、荏胡麻油、胡桃油、荏油、紅花油、向日葵油、コーン油、綿実油、胡麻油、オリーブ油、扁桃油、落花生油、椰子油、椿油、菜種油から少なくとも１つを選択すると共に、天然安定剤を、米糠蝋、カルナウバ蝋、キャンデリラ蝋、ウルシ蝋、塊木蝋、サトウキビ蝋、パーム蝋、蜜蝋、鯨蝋、イボタ蝋、羊毛蝋から少なくとも１つを選択したことを特徴とする請求項１に記載の水性塗料。
１０〜２０℃の植物油の１に対して固形の天然安定剤を１〜１０％投入し、天然安定剤の融点まで昇温し、温度が１０〜２０℃に低下するまで５０ｒｐｍ以上３００ｒｐｍで撹拌して混合物にし、該混合物に水を１０〜３０％加えて５０００ｒｐｍから１００００ｒｐｍで撹拌し、前記植物油と水をエマルジョン化すると共に揮発性有機化合物の非存在下で製造することを特徴とする水性塗料の製造方法。
植物油と天然安定剤の混合物に水を加える前に、前記混合物が３０〜５０℃の温度範囲で混合物に植物及び／又は無機物の顔料を加えて撹拌することを特徴とする請求項４に記載の水性塗料の製造方法。
混合物と水を入れて撹拌する撹拌容器と、該撹拌容器の内径に対して３分１以下の径を有する螺旋状のスクリュー部とを用いて、螺旋状のスクリュー部により混合物及び／又は水を外周から巻き込んで混合することを特徴とする請求項４に記載の水性塗料の製造方法。