JP2016089147A - コーティング組成物、防汚性部材、空気調和機及び換気扇 - Google Patents

コーティング組成物、防汚性部材、空気調和機及び換気扇 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、クラックなどの欠陥がなく、且つ摩耗などの物理的応力に晒されても長期間に渡って防汚性能及び基材との密着性に優れるコーティング膜を形成することが可能なコーティング組成物を提供することを課題とする。【解決手段】本発明のコーティング組成物は、第1の無機粒子が鎖状又は数珠状に結合した平均粒径が60nm以上120nm以下の無機粒子凝集体と、平均粒径が5nm以上30nm以下の第2の無機粒子と、フッ素樹脂粒子と、沸点が150℃以上300℃以下の水溶性溶剤と、水とを含む。このコーティング組成物において、無機粒子凝集体と第2の無機粒子との質量比は50:50〜6:94であり、水溶性溶剤の含有量は0.01質量%以上10質量%以下である。【選択図】なし

Description

本発明は、コーティング組成物、防汚性部材、空気調和機及び換気扇に関する。
室内又は室外で使用される各種物品の表面には、粉塵、油煙及び煙草のヤニなどの様々な汚れが付着する。そのため、これらの汚れの付着を防止する方法、及び付着した汚れの除去を容易にする方法が検討されている。例えば、各種物品の表面に帯電防止剤をコーティングすることにより、粉塵などの汚れの静電的な付着を防止し得ることが知られている。また、各種物品の表面に撥油性のフッ素樹脂をコーティングすることにより、油煙などの親油性の汚れを除去し易くし得ることが知られている。
しかしながら、上記のような方法では、形成されたコーティング膜が剥離又は劣化し易いため、長期間の防汚性能を維持することができないという問題がある。ここで、本明細書における「防汚性能」とは、汚れが付着し難い性能及び/又は付着した汚れが除去され易い性能のことを意味する。
そこで、特許文献1は、シリカ粒子を含むアルカリ性コロイダルシリカと、リン酸ナトリウム化合物又はリン酸カリウム化合物の単体又は混合物と、ホウ酸とを含有するコーティング組成物(水性無機コート剤)を提案している。
特開2009−1684号公報
しかしながら、特許文献1のコーティング組成物に用いられているシリカ粒子は球状であるため、このコーティング組成物を用いてコーティング膜を形成する際、シリカ粒子同士の凝集力が大きくなる。その結果、コーティング膜にクラックなどの欠陥が生じ、コーティング膜が形成される基材との密着性が低下し易くなる。また、摩耗などの物理的応力によってコーティング膜が剥がれることもある。さらに、特許文献1のコーティング膜は、表面が平滑であるため、コーティング膜を構成するシリカ粒子と汚れとの間の分子間力が大きく、防汚性能が十分でない。しかもコーティング膜に欠陥が存在すると、汚れが付着し易くなる。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、クラックなどの欠陥がなく、且つ摩耗などの物理的応力に晒されても長期間に渡って防汚性能及び基材との密着性に優れるコーティング膜を形成することが可能なコーティング組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、クラックなどの欠陥がなく、且つ摩耗などの物理的応力に晒されても長期間に渡って防汚性能及び基材との密着性に優れるコーティング膜を有する防汚性部材、空気調和機及び換気扇を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究した結果、(1)フッ素樹脂粒子を配合し、(2)特定の無機粒子と特定の無機粒子凝集体とを所定の質量比で組み合わせて用い、(3)特定の水溶性溶剤を所定の割合で配合することにより、コーティング膜を形成する際の無機粒子の凝集力を低下させてクラックなどの欠陥の発生を防止することができ、しかも表面に凹凸構造が形成されるため、コーティング膜と汚れとの間の分子間力を低下させ得ることを見出した。
すなわち、本発明は、第1の無機粒子が鎖状又は数珠状に結合した平均粒径が60nm以上120nm以下の無機粒子凝集体と、平均粒径が5nm以上30nm以下の第2の無機粒子と、フッ素樹脂粒子と、沸点が150℃以上300℃以下の水溶性溶剤と、水とを含むコーティング組成物であって、前記無機粒子凝集体と前記第2の無機粒子との質量比が、50:50〜6:94であり、前記コーティング組成物中の前記水溶性溶剤の含有量が、0.01質量%以上10質量%以下であることを特徴とするコーティング組成物である。
また、本発明は、基材と、基材上に形成されたコーティング膜とを有する防汚性部材であって、前記コーティング膜が、前記コーティング組成物を用いて形成されていることを特徴とする防汚性部材である。
また、本発明は、化粧パネルと、前記化粧パネルの隅部に設けられたコーナーパネルと、前記化粧パネルの中央部に設けられた吸込グリルと、前記吸込グリルの周囲に位置する吹出口に設けられたベーンとを有する空気調和機であって、前記化粧パネル、前記コーナーパネル、前記吸込グリル及び前記ベーンの少なくとも1つの表面に、前記コーティング組成物を用いて形成されたコーティング膜を有することを特徴とする空気調和機である。
さらに、本発明は、吸気口と、前記吸気口から取り込んだ空気の通路に配置された羽根体と、前記羽根体を回転させるモータと、前記モータによって回転する羽根体で形成された空気の流れによって空気を排気する排気口と、前記排気口及び前記吸気口に連結され、前記羽根体を内蔵する筐体とを有する換気扇であって、前記吸気口、前記羽根体、前記モータ、前記排気口及び前記筐体の少なくとも1つの表面に、前記コーティング組成物を用いて形成されたコーティング膜を有することを特徴とする換気扇である。
本発明によれば、クラックなどの欠陥がなく、且つ摩耗などの物理的応力に晒されても長期間に渡って防汚性能及び基材との密着性に優れるコーティング膜を形成することが可能なコーティング組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、クラックなどの欠陥がなく、且つ摩耗などの物理的応力に晒されても長期間に渡って防汚性能及び基材との密着性に優れるコーティング膜を有する防汚性部材、空気調和機及び換気扇を提供することができる。
無機粒子凝集体の断面図である。 実施の形態1のコーティング組成物を用いたコーティング膜の形成過程を説明するための図である。 実施の形態2の空気調和機の外観平面図である。 実施の形態3の換気扇の断面図である。
実施の形態1.
本実施の形態のコーティング組成物は、第1の無機粒子が鎖状又は数珠状に結合した平均粒径が60nm以上120nm以下の無機粒子凝集体と、平均粒径が5nm以上30nm以下の第2の無機粒子と、フッ素樹脂粒子と、沸点が150℃以上300℃以下の水溶性溶剤と、水とを含む。
本実施の形態のコーティング組成物に含有される無機粒子凝集体は、第2の無機粒子と共にコーティング膜のベースとなる成分である。無機粒子凝集体は、コーティング膜の形成時に第2の無機粒子の凝集力を低下させ、コーティング膜にクラックなどの欠陥が発生することを防止すると共に、コーティング膜の表面に凹凸構造を付与する作用効果を有する。
無機粒子凝集体は、第1の無機粒子(一次粒子)が鎖状又は数珠状に結合した構造を有する。ここで、代表的な無機粒子凝集体の断面図を図1に示す。図1において、(a)は第1の無機粒子2が数珠状に結合した無機粒子凝集体1、(b)は第1の無機粒子2が鎖状に結合した無機粒子凝集体1、(c)は第1の無機粒子2が数珠状に結合して三次元網目構造が形成された無機粒子凝集体1である。これらの中でも、第1の無機粒子2が数珠状に結合した無機粒子凝集体1は、上記の作用効果が特に優れるため好ましい。
なお、図1における無機粒子凝集体1の構造は、代表例であり、第1の無機粒子2が鎖状又は数珠状に結合していれば如何なる構造も有し得ることは言うまでもない。
第1の無機粒子2としては、特に限定されず、例えば、ケイ素、マグネシウム、アルミニウム、チタン、セリウム、スズ、亜鉛、ゲルマニウム、インジウム、アンチモンなどの元素の粒子、これらの元素の酸化物(例えば、シリカ、アルミナ、チタニアなど)又は窒化物の粒子などが挙げられる。これらは、単独又は2種以上を混合して用いることができる。また、これらの中でも、第1の無機粒子2はシリカ粒子であることが好ましい。その理由は、シリカ粒子はコーティング膜においてバインダーとしての作用効果を有すると共に、シリカ微子の屈折率が、チタニア粒子及びアルミナ粒子などの屈折率に比べて、基材として一般に用いられるプラスチック及びガラスなどの屈折率に近い値を有しているためである。基材とコーティング膜との屈折率が同程度であれば、それらの界面や表面の光反射によって、白くなったり、ぎらついたりすることも少なく、基材の色調を損ない難い。
無機粒子凝集体1を構成する第1の無機粒子2の間の結合は、第1の無機粒子2の表面に存在する水酸基の脱水縮合によって結合されていることが好ましい。例えば、第1の無機粒子2がシリカ粒子である場合、シリカ粒子の表面に存在する−SiOH基の脱水縮合により、シリカ粒子の間に−Si−O−Si−の結合部が形成されていることが好ましい。
無機粒子凝集体1の平均粒径は、60nm以上120nm以下、好ましくは62nm以上118nm以下、より好ましくは65nm以上115nm以下である。ここで、本明細書において、平均粒径とは、大塚電子社製「ゼータ電位・粒径測定システムELSZ−1000ZS」を用い、レーザードップラー法(動的・電気泳動光散乱法)によって測定された平均粒径のことを意味する。無機粒子凝集体1の平均粒径が60nm未満であると、コーティング膜の形成時に第2の無機粒子の凝集力を低下させる効果が十分に得られない。一方、無機粒子凝集体1の平均粒径が120nmを超えると、コーティング膜の膜厚が大きくなり、クラックなどの欠陥が生じ易くなる。
無機粒子凝集体1を構成する第1の無機粒子2(一次粒子)の平均粒径は、特に限定されないが、好ましくは5nm以上20nm以下、より好ましくは6nm以上18nm以下、さらに好ましくは8nm以上15nm以下である。第1の無機粒子2の平均粒径が5nm未満であると、第1の無機粒子2が鎖状又は数珠状に結合した無機粒子凝集体1が得られないことがある。一方、第1の無機粒子2の平均粒径が20nmを超えると、無機粒子凝集体1の平均粒径が大きくなる結果、コーティング膜の膜厚が大きくなり、クラックなどの欠陥が生じ易くなることがある。
上記のような特徴を有する無機粒子凝集体1は、特開平1−317115号公報や特開平7−118008号公報に記載されているような当該技術分野において公知の方法に従って調製することができる。また、無機粒子凝集体1が水中に分散した分散液が市販されているため、当該分散液をコーティング組成物の原料として用いることも可能である。市販の分散液としては、日産化学工業株式会社製の「スノーテックス(登録商標)−PS」シリーズなどが挙げられる。
コーティング組成物中の無機粒子凝集体1の含有量は、特に限定されないが、好ましくは0.05質量%以上7質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上6質量%以下、さらに好ましくは0.3質量%以上5質量%以下である。無機粒子凝集体1の含有量が0.05質量%未満であると、コーティング膜の形成時に第2の無機粒子の凝集力を低下させる効果が十分に得られないことがある。一方、無機粒子凝集体1の含有量が7質量%を超えると、コーティング膜の膜厚が大きくなり、クラックなどの欠陥が生じ易くなることがある。
本実施の形態のコーティング組成物に含有される第2の無機粒子は、無機粒子凝集体1と共にコーティング膜のベースとなる成分である。
第2の無機粒子としては、特に限定されず、第1の無機粒子2と同じものを用いることができる。その中でも、第2の無機粒子はシリカ粒子であることが好ましい。シリカ粒子はコーティング膜においてバインダーとしての作用効果を有すると共に、シリカ微子の屈折率が基材として一般に用いられるプラスチック及びガラスなどの屈折率に近い値を有しているため、基材の色調を損なうことがない。
第2の無機粒子の平均粒径は、5nm以上30nm以下、好ましくは5nm以上28nm以下、より好ましくは5nm以上25nm以下である。特に、第2の無機粒子の平均粒径を30nm以下とすることにより、コーティング膜によって反射する光の散乱を低減することが可能になるため、コーティング膜に透明性を付与することができ、基材の色調を損なうことがない。また、第2の無機粒子がシリカ粒子である場合、平均粒径を上記の範囲内とすることにより、シリカ粒子の約15〜30質量%に相当する表面部分が、コーティング組成物中で溶解した状態となる。そのため、コーティング組成物を乾燥させる際にバインダーとして機能し、コーティング膜の強度を高めることができる。シリカ粒子の平均粒径が30nmを超えると、コーティング組成物中で溶解したシリカ成分の割合が低くなり、バインダーとしての機能が得られない。その結果、コーティング膜の強度を十分に確保できず、クラックなどの欠陥が生じ易くなることがある。一方、シリカ粒子の平均粒径が5nm未満であると、コーティング組成物中で溶解したシリカ成分の割合が高くなり、シリカ粒子同士が凝集してしまい、所望の特性を有するコーティング膜が得られない。
上記のような特徴を有する第2の無機粒子は、当該技術分野において公知の方法にしたがって調製することができる。また、第2の無機粒子が水中に分散した分散液が市販されているため、当該分散液をコーティング組成物の原料として用いることも可能である。市販の分散液としては、日産化学工業株式会社製の「スノーテックス(登録商標)−XL」、「スノーテックス(登録商標)−YL」、「スノーテックス(登録商標)−ZL」、「PST−2」、「スノーテックス(登録商標)−20」、「スノーテックス(登録商標)−30」、「スノーテックス(登録商標)−C」、「スノーテックス(登録商標)−O」、「スノーテックス(登録商標)−OS」、「スノーテックス(登録商標)−OL」及び「スノーテックス(登録商標)−50」;株式会社ADEKA製の「アデライトAT−30」、「アデライトAT−40」及び「アデライトAT−50」;日揮触媒化成株式会社製の「カタロイドSI−550」及び「カタロイドSI−50」などが挙げられる。
コーティング組成物中の第2の無機粒子の含有量は、特に限定されないが、好ましくは0.05質量%以上9質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上8質量%以下、さらに好ましくは1.0質量%以上6質量%以下である。第2の無機粒子の含有量が0.05質量%未満であると、コーティング膜が薄くなりすぎてしまい、所望の特性を有するコーティング膜が形成されないことがある。一方、第2の無機粒子の含有量が9質量%を超えると、コーティング膜が厚くなりすぎてしまい、クラックなどの欠陥が生じ易くなることがある。
コーティング組成物において、無機粒子凝集体1と第2の無機粒子との質量比は、50:50〜6:94、好ましくは50:50〜7:93、より好ましくは50:50〜8:92、最も好ましくは50:50〜9:91である。質量比が上記範囲であると、コーティング膜の表面に凹凸構造を形成することができる。これにより、汚れとコーティング膜との間の分子間力を低下させることができ、コーティング膜の防汚性能を向上させることができる。また、コーティング膜の形成時に無機粒子凝集体1によって第2の無機粒子の凝集力を低下させることができるため、コーティング膜にクラックなどの欠陥が発生することを防止することができる。これにより、摩耗などの物理的応力に晒されても長期間に渡って防汚性能及び基材との密着性を保持することができる。無機粒子凝集体1の割合が多すぎると、クラックなどの欠陥が生じ易くなると共に、防汚性能も低下する。一方、第2の無機粒子の割合が多すぎると、コーティング膜と基材と間の密着性が低下し、摩耗などの物理的応力に十分に耐えられなくなる。
コーティング組成物における無機粒子凝集体1及び第2の無機粒子の合計含有量は、特に限定されないが、好ましくは0.05質量%以上10質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上9.0質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以上8.0質量%以下、最も好ましくは1.0質量%以上7.0質量%以下である。無機粒子凝集体1及び第2の無機粒子の合計含有量が10質量%を超えると、コーティング膜が厚くなりすぎてしまい、クラックなどの欠陥が生じ易くなることがある。一方、無機粒子凝集体1及び第2の無機粒子の合計含有量が0.05質量%未満であると、コーティング膜が薄くなりすぎてしまい、所望の特性を有するコーティング膜が形成されないことがある。
本実施の形態のコーティング組成物に含有されるフッ素樹脂粒子は、防汚性能を向上させる成分である。本実施の形態のコーティング組成物にフッ素樹脂粒子を配合することにより、形成されるコーティング膜にフッ素樹脂粒子に起因する疎水性部分を表面に露出させることができる。これにより、親水性の汚れを防止する能力を向上させることができる。
フッ素樹脂粒子としては、特に限定されず、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。フッ素樹脂粒子の例としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、ETFE(エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体)、ECTFE(エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、PVF(ポリフッ化ビニル)、フルオロエチレン・ビニルエーテル共重合体、フルオロエチレン・ビニルエステル共重合体、これらの共重合体及び混合物、並びにこれらのフッ素樹脂に他の樹脂を混合したものなどから形成された粒子が挙げられる。これらは、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
フッ素樹脂粒子の平均粒径は、好ましくは80nm以上550nm以下、より好ましくは100nm以上500nm以下である。フッ素樹脂粒子の平均粒径が80nm未満であると、コーティング膜の表面に疎水性部分を十分に形成することができない場合がある。一方、フッ素樹脂粒子の平均粒径が550nmを超えると、コーティング膜の表面の凹凸構造が大きくなりすぎてしまい、凹凸部分に汚れが捕捉され易くなる結果、所望の防汚性能が得られない場合がある。
上記のような特徴を有するフッ素樹脂粒子は、当該技術分野において公知の方法にしたがって調製することができる。また、フッ素樹脂粒子が水中に分散した分散液が市販されているため、当該分散液をコーティング組成物の原料として用いることも可能である。
コーティング組成物におけるフッ素樹脂粒子の含有量は、特に限定されないが、好ましくは0.05質量%以上15質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上10質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以上8質量%以下である。フッ素樹脂粒子の含有量が0.05質量%未満であると、コーティング膜の表面に凹凸構造が十分に形成されず、所望の防汚性能が得られないことがある。一方、フッ素樹脂粒子の含有量が15質量%を超えると、コーティング膜が帯電し易くなり、所望の防汚性能が得られないことがある。
また、無機粒子凝集体1及び第2の無機粒子の合計とフッ素樹脂粒子との質量比は、特に限定されないが、好ましくは50:50〜90:10、より好ましくは70:30〜85:15である。フッ素樹脂粒子の質量比が上記の割合よりも高いと、コーティング膜の親水性が低下すると共に、フッ素樹脂粒子に起因する疎水性部分が表面に多く露出してしまう結果、親油性汚れが付着し易くなることがある。さらに、コーティング膜が帯電し易くなるため、コーティング膜の帯電によって汚れが付着し易くなることがある。一方、フッ素樹脂粒子の質量比が上記の割合よりも低いと、フッ素樹脂粒子に起因する疎水性部分がコーティング膜の表面に十分に露出せず、親水性の汚れが付着し易くなることがある。
本実施の形態のコーティング組成物に含有される、沸点が150℃以上300℃以下の水溶性溶剤は、コーティング膜の形成時にコーティング組成物の乾燥速度を制御し、コーティング膜の下層(基材側のコーティング膜)に第2の無機粒子、コーティング膜の上層(表面側のコーティング膜)に無機粒子凝集体1をそれぞれ多く存在させ易くする成分である。また、コーティング膜を形成する基材がプラスチック基材である場合、当該水溶性溶剤は、プラスチック基材の表面を膨潤させ、コーティング膜とプラスチック基材との密着性を向上させることができる。
水溶性溶剤の沸点が150℃未満であると、乾燥速度が速くなりすぎてしまい、コーティング膜の下層に第2の無機粒子を多く存在させることができず、基材とコーティング膜との密着性の向上効果が得られない。また、コーティング膜にクラックなどの欠陥が入り易くなる。一方、水溶性溶剤の沸点が300℃を超えると、コーティング膜中に水溶性溶剤が残存し易くなり、所望の特性を有するコーティング膜が得られない。
ここで、本明細書において水溶性溶剤とは、一般に、水に対する溶解度が70質量%以上の溶剤のことを意味する。水に対する溶解度が70質量%未満であると、水に対して分離又は凝集し易くなるため、上記の効果が十分に得られないことがある。
水溶性溶剤の比重は、特に限定されないが、0.9以上1.2以下であることが好ましい。水溶性溶剤の比重が0.9未満であると、基材とコーティング膜との密着性の向上効果が十分に得られないことがある。一方、水溶性溶剤の比重が1.2を超えると、コーティング膜中に水溶性溶剤が残存し易くなり、所望の特性を有するコーティング膜が得られないことがある。
水溶性溶剤のKB値は、特に限定されないが、20以上100以下であることが好ましい。水溶性溶剤のKB値が20未満であると、コーティング膜を形成する基材がプラスチック基材である場合であっても、プラスチック基材の表面を膨潤させる効果が乏しくなり、コーティング膜とプラスチック基材との間の密着性を向上させる効果が十分に得られないことがある。一方、水溶性溶剤のKB値が100を超えると、基材が溶解してしまうことがある。
水溶性溶剤の例としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルラクテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、N−メチルー2−ピロリドンなどが挙げられる。これらは単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
コーティング組成物における水溶性溶剤の含有量は、0.01質量%以上10質量%以下、好ましくは0.05質量%以上8質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上5質量%以下である。水溶性溶剤の含有量が0.01質量%未満であると、基材とコーティング膜との間の密着性の向上効果が十分に得られないことがある。一方、水溶性溶剤の含有量が10質量%を超えると、コーティング膜中に水溶性溶剤が残存し易くなり、所望の特性を有するコーティング膜が得られないことがある。
本実施の形態のコーティング組成物に含有される水としては、特に制限されず、水道水、純水、RO水、脱イオン水などを用いることができる。その中でも、コーティング組成物における無機粒子凝集体1及び第2の無機粒子の分散安定性を向上させる観点から、カルシウムイオン又はマグネシウムイオンなどのイオン性不純物が少ないほうが好ましい。具体的には、水に含まれる2価以上のイオン性不純物が、好ましくは200ppm以下、より好ましくは50ppm以下である。2価以上のイオン性不純物が200ppmよりも多いと、無機粒子凝集体1又は第2の無機粒子が凝集して沈殿したり、コーティング膜の強度又は透明性が低下したりすることがある。
コーティング組成物における水の含有量は、特に限定されないが、好ましくは80質量%以上99質量%以下、より好ましくは83質量%以上98質量%以下、さらに好ましくは85質量%以上97質量%以下、最も好ましくは87質量%以上96質量%以下である。水の含有量が80質量%未満であると、コーティング膜が厚くなり、クラックなどの欠陥が生じ易くなることがある。一方、水の含有量が99質量%を超えると、コーティング組成物中の固形分の量が少なくなりすぎてしまい、コーティング膜を効率良く形成することが難しくなることがある。
本実施の形態のコーティング組成物は、コーティング組成物の安定性、塗布性及び乾燥性を調整するために界面活性剤をさらに含むことができる。
界面活性剤としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。具体的には、アニオン性、ノニオン性、カチオン性の界面活性剤のいずれも用いることができる。
アニオン性界面活性剤としては、高級アルコールサルフェート(Na塩又はアミン塩)、アルキルアリルスルフォン酸塩(Na塩又はアミン塩)、アルキルナフタレンスルフォン酸塩(Na塩又はアミン塩)、アルキルナフタレンスルフォン酸塩縮合物、アルキルフォスフェート、ジアルキルスルフォサクシネート、ロジン石鹸、脂肪酸塩(Na塩又はアミン塩)などが挙げられる。
ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキロールアミン、ポリオキシエチレンアルキルアマイド、ソルビタンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステルなどが挙げられる。
カチオン性界面活性剤としては、オクタデシルアミンアセテート、イミダゾリン誘導体アセテート、ポリアルキレンポリアミン誘導体又はその塩、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、トリメチルアミノエチルアルキルアミドハロゲニド、アルキルピリジニウム硫酸塩、アルキルトリメチルアンモニウムハロゲニドなどが挙げられる。
上記の各界面活性剤は、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
コーティング組成物における界面活性剤の含有量は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば特に限定されない。
本実施の形態のコーティング組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲において、様々な特性をコーティング組成物に付与する観点から、当該技術分野において公知の成分を含むことができる。かかる成分の例としては、カップリング剤、シラン化合物などが挙げられる。これらの成分の配合量は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば特に限定されず、使用する成分の種類に応じて適宜調整すればよい。
上記のような成分を含む本実施の形態のコーティング組成物の製造方法は、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。具体的には、上記の各成分を配合して混合攪拌することによってコーティング組成物を調製することができる。
本実施の形態のコーティング組成物は、基材上に塗布して乾燥させることによってコーティング膜を形成することができる。
以下、本実施の形態のコーティング組成物を用いたコーティング膜の形成方法について図面を用いて説明する。
図2は、本実施の形態のコーティング組成物を用いたコーティング膜の形成過程を説明するための図である。
図2(a)は、本実施の形態のコーティング組成物を基材3上に塗布した直後の状態を示す図である。基材3上に塗布されたコーティング組成物は、無機粒子凝集体1、第2の無機粒子4及びフッ素樹脂粒子6が溶剤5(すなわち、水溶性溶剤及び水)中に分散された状態である。
図2(b)は、基材3上に塗布されたコーティング組成物の乾燥途中の状態、図2(c)は、基材3上に塗布されたコーティング組成物の乾燥が完了した状態を示す図である。コーティング組成物が乾燥し始める(溶剤5中の水が蒸発し始める)と、基材3側に第2の無機粒子4、表面側に無機粒子凝集体1が主に存在する状態となり、この状態を維持しつつ溶剤5が完全に蒸発してコーティング膜7となる。このようにして形成されるコーティング膜7は、基材3側に第2の無機粒子4が多く存在しているため、基材3とコーティング膜7との密着性が高く、また、無機粒子凝集体1の存在によって第2の無機粒子4の凝集力を低下させてクラックなどの欠陥の発生を防止することができる。また、コーティング膜7は、表面側に無機粒子凝集体1が多く存在しているため、表面に凹凸構造が形成され、防汚性能が高くなる。
また、コーティング膜7中にはフッ素樹脂粒子6が分散した状態で配置されている。このフッ素樹脂粒子6の存在によって、コーティング膜7の表面に凹凸構造が形成され易くなる。そのため、コーティング膜7と汚れとの間の分子間力を低下させることができ、防汚性能を向上させることができる。特に、フッ素樹脂粒子6に起因する疎水性部分をコーティング膜7の表面に露出させることができるため、親水性の汚れの付着を防止する効果を高めることができる。また、フッ素樹脂粒子7は、無機粒子凝集体1及び第2の無機粒子4をベースとする膜中にフッ素樹脂粒子6が入り込んだ構造を有しているため、摩擦などの物理的応力に晒された場合であってもフッ素樹脂粒子6が脱落し難くなり、長期間に渡って防汚性能を保持することができる。
コーティング組成物の塗布方法としては、特に制限されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。具体的には、浸漬法、ブラシ、スプレー、各種コーターを用いた方法などの各種方法を用いることができる。また、コーティング組成物を基材3にかけ流して塗布することも可能である。
コーティング組成物の乾燥温度としては、特に限定されないが、一般に60℃以上100℃以下である。
また、コーティング組成物の塗布を行う際、コーティング組成物を基材3に塗布した後、余分なコーティング組成物を気流により除去することが好ましい。余分なコーティング組成物を気流により除去することで、均質なコーティング膜7を迅速に形成することができる。余分なコーティング組成物を気流により除去しない場合、余分なコーティング組成物が基材3の表面に滞留し、その部分に形成されるコーティング膜7が厚くなることがある。そうすると、コーティング膜7にクラックなどの欠陥が入り、強度が低下したり、白濁したりすることがある。また、コーティング膜7の乾燥に時間がかかることもある。
コーティング組成物を除去するための気流としては、特に限定されることはなく、例えば、空気を用いることができる。
コーティング組成物を除去するための気流の速度としては、基材3の形状や大きさなどに依存するため特に限定されないが、一般に5m/秒以上であり、好ましくは10m/秒以上である。また、微小の隙間や穴を有する基材3をコーティング対象とする場合には、隙間や穴からコーティング組成物を除去するために、15m/秒以上であることが好ましい。
コーティング組成物を除去するための気流の温度の上限は、100℃以下が好ましく、60℃以下がより好ましい。温度が100℃を超えると、余分なコーティング組成物を除去する前にコーティング膜7が形成されてしまうことがある。また、コーティング組成物を除去するための気流の温度の下限は、25℃以上であることが好ましい。温度が25℃未満であると、乾燥時間が長くなり、コーティング膜7の疎水性が高くなって所望の防汚性能が得られないことがある。
コーティング組成物を除去するための気流を吹き付ける時間としては、気流の温度、及び基材3の形状や大きさ等に依存するため特に限定されない。例えば、単純な形状の基材3をコーティング対象とする場合、気流を吹き付ける時間は2秒以上20秒以下であることが好ましく、微小の隙間や穴を有する複雑な形状の基材3をコーティング対象とする場合、気流を吹き付ける時間は5秒以上50秒以下であることが好ましい。
また、コーティング方法として浸漬法を用いる場合は、コーティング組成物に基材3を浸漬させた後、物品をゆっくり引上げることにより、コーティング組成物の流れ落ちによるコーティング膜7のムラを防ぐことができる。また、コーティング組成物を基材3に塗布した後、基材3を回転させる等して、余分なコーティング組成物を振り切って除去してもよい。
なお、より確実にコーティング膜7のムラを低減したり、コーティング膜7の厚さを大きくする場合には、上記のコーティング方法を繰返し行ってもよい。
コーティング膜7が形成される基材3としては、特に限定されず、プラスチック基材、金属基材、ガラス基材などを用いることができる。その中でも、プラスチック基材は、コーティング膜7との密着性に優れているため特に好ましい。
上記のようにして形成されるコーティング膜7は、クラックなどの欠陥がなく、且つ摩耗などの物理的応力に晒されても長期間に渡って防汚性能及び基材3との密着性に優れているため、防汚性部材のコーティング膜7として特に適している。
コーティング膜7の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは0.1μm以上1μm以下である。コーティング膜7の膜厚が0.1μm未満であると、コーティング膜7の防汚性能が十分に得られないことがある。一方、コーティング膜7の膜厚が1μmを超えると、クラックなどの欠陥が生じ易くなることがある。
実施の形態2.
本実施の形態の空気調和機は、実施の形態1のコーティング組成物から形成されたコーティング膜7を有する。
以下、本実施の形態の空気調和機の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。
図3は、本実施の形態の空気調和機の外観平面図である。図3において、空気調和機の表面には、化粧パネル10と、化粧パネル10の隅部に設けられたコーナーパネル11と、化粧パネルの中央部に設けられた吸込グリル12と、吸込グリル12の周囲に位置する吹出口13に設けられたベーン14とが露出している。ここで、コーナーパネル11は、化粧パネル10の隅部の強度を補強するために設けられる。また、吸込グリル12は、空気を吸込むと共に、空気中に浮遊する埃などを除去するために設けられる。また、ベーン14は、吹出口13から吹出される風の方向を調整するために設けられる。
化粧パネル10、コーナーパネル11、吸込グリル12及びベーン14は、表面に露出しているため、空気中の埃などの汚れが付着し易い。そのため、化粧パネル10、コーナーパネル11、吸込グリル12及びベーン14の少なくとも1つの表面にコーティング膜7を形成することにより、空気中の埃などの汚れの付着を防止することができる。このコーティング膜7は、クラックなどの欠陥がなく、且つ摩耗などの物理的応力に晒されても長期間に渡って防汚性能及び各種部材との密着性に優れている。特に、コーティング膜7は、高湿環境下においても優れた防汚性能を示すため、空気調和機の各種部材に使用するのに最適である。したがって、コーティング膜7が形成された各種部材を有する本実施の形態の空気調和機は、性能低下及び汚れの付着を効果的に防止することができる。
実施の形態3.
本実施の形態の換気扇は、実施の形態1のコーティング組成物から形成されたコーティング膜7を有する。
以下、本実施の形態の換気扇の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。
図4は、本実施の形態の換気扇の断面図である。図4において、換気扇は、吸気口20と、吸気口20から取り込んだ空気の通路に配置された羽根体21と、羽根体21を回転させるモータ22と、モータ22によって回転する羽根体21で形成された空気の流れによって空気を排気する排気口23と、排気口23及び吸気口20に連結され、羽根体21を内蔵する筐体24とを備えている。
吸気口20、羽根体21、モータ22、排気口23及び筐体24は、空気と接するため、空気中の埃などの汚れが付着し易い。そのため、吸気口20、羽根体21、モータ22、排気口23及び筐体24の少なくとも1つの表面にコーティング膜7を形成することにより、空気中の埃などの汚れの付着を防止することができる。このコーティング膜7は、クラックなどの欠陥がなく、且つ摩耗などの物理的応力に晒されても長期間に渡って防汚性能及び各種部材との密着性に優れている。特に、コーティング膜7は、高湿環境下においても優れた防汚性能を示すため、換気扇の各種部材に使用するのに最適である。したがって、コーティング膜7が形成された各種部材を有する本実施の形態の換気扇は、性能低下及び汚れなどの付着を効果的に防止することができる。
以下、実施例及び比較例によって本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
(実施例1)
平均粒径10nmのシリカ粒子(第2の無機粒子)を含むコロイダルシリカ(日揮触媒化成株式会社製SI−550)、平均粒径100nmのシリカ粒子凝集体(無機粒子凝集体;シリカ一次粒子の平均粒径10nm)を含むコロイダルシリカ(日産化学株式会社製スノーテックスPS−S)、平均粒径が250nmのフッ素樹脂粒子(PTEF粒子)を含む分散液(旭硝子株式会社製フルオンAD915)、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(沸点230℃、水溶性、比重0.95、KB値86)及び脱イオン水を配合し、混合攪拌することによってコーティング組成物を調製した。このコーティング組成物において、平均粒径10nmのシリカ粒子の含有量を3質量%、平均粒径100nmのシリカ粒子凝集体の含有量を2質量%、フッ素樹脂粒子の含有量を2質量%、ジエチレングリコールモノブチルエーテルの含有量を2質量%、脱イオン水の含有量を残部とした。
(実施例2)
ジエチレングリコールモノブチルエーテルの代わりにジプロピレングリコールジメチルエーテル(沸点171℃、水に対する溶解率56質量%、比重0.97、KB値88)を用いたこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(実施例3)
平均粒径100nmのシリカ粒子凝集体の含有量を3質量%に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(実施例4)
平均粒径10nmのシリカ粒子の含有量を5質量%、平均粒径100nmのシリカ粒子凝集体の含有量を0.5質量%に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(実施例5)
コーティング組成物中のフッ素樹脂粒子の含有量を0.01質量%としたこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(実施例6)
シリカ粒子の平均粒径を5nm、シリカ粒子凝集体の平均粒径を65nm(シリカ一次粒子の平均粒径7nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(実施例7)
シリカ粒子の平均粒径を25nm、シリカ粒子凝集体の平均粒径を115nm(シリカ一次粒子の平均粒径11nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(実施例8)
ジエチレングリコールモノブチルエーテルの含有量を0.01質量%に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(実施例9)
ジエチレングリコールモノブチルエーテルの含有量を10質量%に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(実施例10)
ジエチレングリコールモノブチルエーテルの含有量を5質量%に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例1)
平均粒径100nmのシリカ粒子凝集体を配合しなかったこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例2)
平均粒径10nmのシリカ粒子を配合しなかったこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例3)
ジエチレングリコールモノブチルエーテルを配合しなかったこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例4)
ジエチレングリコールモノブチルエーテルの代わりにエタノール(沸点87℃、水溶性、比重0.8、KB値46)を用いたこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例5)
シリカ粒子の平均粒径を4nm、シリカ粒子凝集体の平均粒径を80nm(シリカ一次粒子の平均粒径8nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例6)
シリカ粒子の平均粒径を50nmに変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例7)
シリカ粒子凝集体の平均粒径を55nm(シリカ一次粒子の平均粒径5nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例8)
シリカ粒子の平均粒径を25nm、シリカ粒子凝集体の平均粒径を125nm(シリカ一次粒子の平均粒径13nm)に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例9)
平均粒径100nmのシリカ粒子凝集体の含有量を6質量%に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例10)
平均粒径100nmのシリカ粒子凝集体の含有量を0.3質量%に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例11)
ジエチレングリコールモノブチルエーテルの含有量を0.005質量%に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例12)
ジエチレングリコールモノブチルエーテルの含有量を12質量%に変更したこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
(比較例13)
フッ素樹脂粒子を配合しなかったこと以外は実施例1と同様にしてコーティング組成物を調製した。
上記の実施例及び比較例で得られたコーティング組成物を、100mm×30mm×1mmのプラスチック(ABS)基材に塗布した後、80℃で乾燥させることによってコーティング膜(膜厚0.3μm)を形成した。
得られたコーティング膜について、(1)初期の防汚性能、(2)摩耗試験後の剥離状態、及び(3)摩耗試験後の防汚性能を評価した。これらの評価は、以下の通りにして行った。
(1)初期の防汚性能
初期の防汚性能として、コーティング膜に対する砂塵(親水性汚損物質)の固着性を評価した。具体的には、温度25℃/湿度50%の条件下で、1〜3μmを中心粒径とするJIS関東ローム粉塵をエアーでコーティング膜に吹き付けた後、メンディングテープ(住友3M社製)により採取し、分光光度計(島津製作所社製;UV−3100PC)によって吸光度(波長550nm)を測定した。吸光度は、以下の基準によって評価した。
1:1:吸光度が0.1未満のもの
2:吸光度が0.1以上0.2未満のもの
3:吸光度が0.2以上0.3未満のもの
4:吸光度が0.3以上0.4未満のもの
5:吸光度が0.4以上のもの
(2)摩耗試験後の剥離状態
摩耗試験は、クロックメータ(安田機械社製)を用い、コーティング膜の表面を加重90gf/cmで20回往復させることによって行った。
摩耗試験後のコーティング膜の剥離状態は、電子顕微鏡を用い、コーティング膜の残留状態を画像処理し、残留面積を算出することによって評価した。なお、摩耗試験後の剥離状態は、以下の基準によって評価した。
1:コーティング膜の剥離がなかったもの
2:コーティング膜の残留面積が1%以上20%未満のもの
3:コーティング膜の残留面積が20%以上60%未満のもの
4:コーティング膜の残留面積が60%以上90%未満のもの
5:コーティング膜が全て剥離したもの
(3)摩耗試験後の防汚性能
摩耗試験は、上記(2)の評価と同様にして行った。摩耗試験後の防汚性能の評価は、(1)初期の防汚性能と同様にして行った。
上記(1)〜(3)の評価結果を表1に示す。
Figure 2016089147
表1に示されているように、実施例1〜10のコーティング組成物を用いて形成されたコーティング膜は、初期の防汚性能が良好であると共に、摩耗試験後であっても剥離が少なく且つ防汚性能が良好であった。その中でも、実施例1のコーティング組成物から形成されたコーティング膜は、当該効果が最も良好であった。
これに対し、比較例1のコーティング組成物から形成されたコーティング膜は、シリカ粒子凝集体を含有していないため、クラックなどの欠陥が生じてしまい、初期の防汚性能、並びに摩耗試験後の剥離状態及び防汚性能の評価が全て低かった。比較例2のコーティング組成物から形成されたコーティング膜は、平均粒径が5nm以上30nm以下のシリカ粒子(第2の無機粒子)を含有していないため、摩耗試験後の剥離状態及び防汚性能の評価が低かった。比較例3及び4のコーティング組成物から形成されたコーティング膜は、所定の水溶性溶剤を用いなかったため、摩耗試験後の剥離状態及び防汚性能の評価が低かった。比較例5〜8のコーティング組成物から形成されたコーティング膜は、シリカ粒子凝集体又はシリカ粒子(第2の無機粒子)の平均粒径が所定の範囲外であったため、初期の防汚性能、並びに摩耗試験後の剥離状態及び防汚性能のいずれかの評価が低かった。比較例9〜12のコーティング組成物から形成されたコーティング膜は、シリカ粒子凝集体とシリカ粒子(第2の無機粒子)との質量比、又は水溶性溶剤の含有量が所定の範囲外であったため、初期の防汚性能、並びに摩耗試験後の剥離状態及び防汚性能のいずれかの評価が低かった。比較例13のコーティング組成物から形成されたコーティング膜は、フッ素樹脂粒子を配合しなかったため、初期及び摩耗試験後の防汚性能の評価が低かった。
以上の結果からわかるように、本発明によれば、クラックなどの欠陥がなく、且つ摩耗などの物理的応力に晒されても長期間に渡って防汚性能及び基材との密着性に優れるコーティング膜を形成することが可能なコーティング組成物を提供することができる。また、本発明によれば、クラックなどの欠陥がなく、且つ摩耗などの物理的応力に晒されても長期間に渡って防汚性能及び基材との密着性に優れるコーティング膜を有する防汚性部材、空気調和機及び換気扇を提供することができる。
1 無機粒子凝集体、2 第1の無機粒子、3 基材、4 第2の無機粒子、5 溶剤、6 フッ素樹脂粒子、7 コーティング膜、10 化粧パネル、11 コーナーパネル、12 吸込グリル、13 吹出口、14 ベーン、20 吸気口、21 羽根体、22 モータ、23 排気口、24 筐体。

Claims (9)

  1. 第1の無機粒子が鎖状又は数珠状に結合した平均粒径が60nm以上120nm以下の無機粒子凝集体と、
    平均粒径が5nm以上30nm以下の第2の無機粒子と、
    フッ素樹脂粒子と、
    沸点が150℃以上300℃以下の水溶性溶剤と、
    水と
    を含むコーティング組成物であって、
    前記無機粒子凝集体と前記第2の無機粒子との質量比が、50:50〜6:94であり、
    前記コーティング組成物中の前記水溶性溶剤の含有量が、0.01質量%以上10質量%以下である
    ことを特徴とするコーティング組成物。
  2. 前記無機粒子凝集体の含有量が0.05質量%以上7質量%以下であり、前記第2の無機粒子の含有量が0.05質量%以上9質量%以下であり、前記フッ素樹脂粒子の含有量が0.05質量%以上15質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のコーティング組成物。
  3. 前記無機粒子凝集体を構成する前記第1の無機粒子の平均粒径が、5nm以上20nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のコーティング組成物。
  4. 前記水溶性溶剤の水に対する溶解率が70質量%以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
  5. 前記第1の無機粒子及び前記第2の無機粒子が、シリカ粒子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のコーティング組成物。
  6. 基材と、基材上に形成されたコーティング膜とを有する防汚性部材であって、
    前記コーティング膜が、請求項1〜5のいずれか一項に記載のコーティング組成物を用いて形成されていることを特徴とする防汚性部材。
  7. 前記コーティング膜の膜厚が0.1μm以上1μm以下であることを特徴とする請求項6に記載の防汚性部材。
  8. 化粧パネルと、前記化粧パネルの隅部に設けられたコーナーパネルと、前記化粧パネルの中央部に設けられた吸込グリルと、前記吸込グリルの周囲に位置する吹出口に設けられたベーンとを有する空気調和機であって、
    前記化粧パネル、前記コーナーパネル、前記吸込グリル及び前記ベーンの少なくとも1つの表面に、請求項1〜5のいずれか一項に記載のコーティング組成物を用いて形成されたコーティング膜を有することを特徴とする空気調和機。
  9. 吸気口と、前記吸気口から取り込んだ空気の通路に配置された羽根体と、前記羽根体を回転させるモータと、前記モータによって回転する羽根体で形成された空気の流れによって空気を排気する排気口と、前記排気口及び前記吸気口に連結され、前記羽根体を内蔵する筐体とを有する換気扇であって、
    前記吸気口、前記羽根体、前記モータ、前記排気口及び前記筐体の少なくとも1つの表面に、請求項1〜5のいずれか一項に記載のコーティング組成物を用いて形成されたコーティング膜を有することを特徴とする換気扇。
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