JP2019038908A

JP2019038908A - 水性被覆材

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Publication number: JP2019038908A
Application number: JP2017160784A
Authority: JP
Inventors: 岳志五味; Takashi Gomi
Original assignee: Beck Co Ltd
Current assignee: Beck Co Ltd
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: JP6839631B2

Abstract

【課題】艶が低減された被膜を形成しつつ、水分その他外的因子による被膜の変色を抑制することができる水性被覆材を提供する。【解決手段】本発明は、顔料体積濃度が３０〜７０％である水性被覆材であって、アクリル樹脂エマルション（Ａ）、シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）、及び顔料（Ｃ）を含み、前記シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）の平均粒子径は、前記アクリル樹脂エマルション（Ａ）の平均粒子径よりも小さいことを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、新規な水性被覆材に関するものである。

従来、建築物や土木構造物等においては、その表面保護、美観性向上等の目的で種々の被覆材によってコーティングが行われている。この中でも、艶消しタイプの被覆材は、表面の艶が低減された被膜を形成することができ、落ち着きのある仕上り感が得られることから、汎用的に用いられている。また、近年、コーティング分野では、環境に対する負荷低減の動き等を背景に水性化が進んでおり、艶消しタイプの被覆材も例外ではない。

このような艶消しタイプの被覆材の一例として、例えば特許文献１（特開２００２−２０１４１９号公報）には、水分散性樹脂等の塗膜形成樹脂と、重質炭酸カルシウム等の顔料を含み、顔料体積濃度が２０〜６０％である水性被覆材が記載されている。

特開２００２−２０１４１９号公報

しかしながら、上述のような水性被覆材では、その被膜に水分が接触すると、水分が吸収され、被膜が変色するおそれがある。また、一方では、圧力、摩擦、飛来物等の外的因子によって、その被膜表面にキズ等がつき、本来の色調が損なわれるおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、艶が低減された被膜を形成しつつ、水分その他外的因子による被膜の変色を抑制することができる水性被覆材を提供することを目的とするものである。

このような課題を解決するために本発明者は、鋭意検討の結果、アクリル樹脂エマルション（Ａ）、シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）、及び顔料（Ｃ）を含み、前記シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）の平均粒子径を制御した水性被覆材に想到し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は以下の特徴を有するものである。
１．顔料体積濃度が３０〜７０％である水性被覆材であって、
アクリル樹脂エマルション（Ａ）、シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）、及び顔料（Ｃ）を含み、
前記シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）の平均粒子径は、前記アクリル樹脂エマルション（Ａ）の平均粒子径よりも小さいことを特徴とする水性被覆材。
２．前記シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）の平均粒子径は１００ｎｍ以下であることを特徴とする１．記載の水性被覆材。
３．前記シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）の混合比率は、前記アクリル樹脂エマルション（Ａ）の固形分１００重量部に対し１〜８０重量部であることを特徴とする１．または２．に記載の水性被覆材。

本発明によれば、艶が低減された被膜を形成しつつ、水分その他外的因子による被膜の変色を抑制することができる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

本発明の水性被覆材（以下単に「被覆材」ともいう）は、アクリル樹脂エマルション（Ａ）、シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）、及び顔料（Ｃ）を含むものである。

アクリル樹脂エマルション（Ａ）（以下「（Ａ）成分」ともいう）は、主に結合材として作用する成分である。アクリル樹脂エマルション（Ａ）は、（メタ）アクリル酸アルキルエステルを主成分とする重合体粒子の水分散体である。このような（Ａ）成分は、例えば、（メタ）アクリル酸アルキルエステル、及び必要に応じその他のモノマーを含むモノマー群を、公知の方法で乳化重合することによって得ることができる。

（メタ）アクリル酸アルキルエステルとしては、例えばメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、ｎ−アミル（メタ）アクリレート、イソアミル（メタ）アクリレート、ｎ−ヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、オクチル（メタ）アクリレート、デシル（メタ）アクリレート、ドデシル（メタ）アクリレート、オクタデシル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート等が挙げられる。これらは、１種または２種以上で使用できる。このような（メタ）アクリル酸アルキルエステルの構成比率は、（Ａ）成分を構成する全モノマーに対し、好ましくは３０重量％以上、より好ましくは４０〜９９．９重量％、さらに好ましくは５０〜９９．５重量％である。なお、本発明では、アクリル酸アルキルエステルとメタクリル酸アルキルエステルを合わせて、（メタ）アクリル酸アルキルエステルと表記している。また、本発明において「ａ〜ｂ」は「ａ以上ｂ以下」と同義である。

その他のモノマーとしては、例えばカルボキシル基含有モノマー、アミノ基含有モノマー、ピリジン系モノマー、水酸基含有モノマー、ニトリル基含有モノマー、アミド基含有モノマー、エポキシ基含有モノマー、カルボニル基含有モノマー、アルコキシシリル基含有モノマー、芳香族モノマー等が挙げられる。これらは、１種または２種以上で使用できる。これらその他のモノマーの構成比率は、（Ａ）成分を構成する全モノマーに対し、好ましくは０．１〜６０重量％、より好ましくは０．５〜５０重量％である。

（Ａ）成分は、上記条件を満たすものであればよい。（Ａ）成分としては、例えば、アクリルスチレン樹脂エマルション、エポキシ変性アクリル樹脂エマルション、ウレタン変性アクリル樹脂エマルション、シリコン変性アクリル樹脂エマルション、フッ素変性アクリル樹脂エマルション等を使用することもできる。また、（Ａ）成分の形態は、例えば、多段階重合で得られる多層構造型エマルション（コアシェル型エマルション）等であってもよいし、架橋反応を生じる架橋反応型エマルション等であってもよい。架橋反応型エマルションとしては、例えば、エマルション粒子内の官能基同士で架橋反応を生じるもの、あるいは、別途混合する架橋剤とエマルション粒子内の官能基が架橋反応を生じるもの等が挙げられる。

（Ａ）成分の平均粒子径は、好ましくは５０〜５００ｎｍ、より好ましくは７０〜３００ｎｍ、さらに好ましくは８０〜２５０ｎｍ、特に好ましくは８５〜２００ｎｍである。なお、本発明において、平均粒子径は、動的光散乱法により測定される値である。具体的には、動的光散乱測定装置（「ＬＢ‐５５０」株式会社堀場製作所製）等を用いて測定することができる（測定温度は２５℃）。

（Ａ）成分のガラス転移温度は、好ましくは−３０〜６０℃、より好ましくは−２０〜４０℃である。このガラス転移温度は、Ｆｏｘの計算式により求めることができる。

シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）（以下「（Ｂ）成分」ともいう）は、水分、あるいは圧力、摩擦、飛来物等の外的因子による被膜の変色を抑制するために、必須の成分である。

（Ｂ）成分は、シリコーン樹脂を主成分とする樹脂粒子の水分散体である。このようなシリコーン樹脂エマルション（Ｂ）は、例えば、シロキサン化合物、アルコキシシラン化合物等のシリコーン成分を重合して得ることができる。シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）としては、シリコーン成分以外のモノマーを構成成分に含むものであってもよいが、本発明では、（Ｂ）成分を構成する重合体中、シリコーン成分を、好ましくは５０重量％以上、より好ましくは７０重量％以上、さらに好ましくは９０重量％以上含むものが適している。

（Ｂ）成分を構成するシリコーン成分のうち、シロキサン化合物としては、例えば、環状シロキサン化合物、直鎖状シロキサン化合物、分岐状シロキサン化合物等が挙げられる。このうち環状シロキサン化合物としては、例えば、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等が挙げられる。アルコキシシラン化合物としては、分子中に１個以上のアルコキシル基を有するシラン化合物が使用でき、例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン等の他、ビニルメチルジメトキシシラン、γ−（メタ）アクリロイルオキシトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤等が挙げられる。これらは、１種または２種以上で使用できる。また、（Ｂ）成分の重合時には、乳化剤、触媒、中和剤等を適宜混合することができる。シリコーン樹脂の平均分子量は、好ましくは１００００以上、より好ましくは５００００以上である。

本発明では、（Ｂ）成分として、このようなシリコーン樹脂エマルションを使用し、さらに（Ｂ）成分の平均粒子径は、アクリル樹脂エマルション（Ａ）の平均粒子径よりも小さくする。これにより、水分その他外的因子による被膜の変色が十分に抑制され、優れた耐変色性を発揮することができる。その作用機構は明らかではないが、（Ｂ）成分を構成するシリコーン樹脂は、ガラス転移温度が低く、弾性を有すること、そして、（Ｂ）成分として平均粒子径が小さいものを採用することにより、（Ｂ）成分の比表面積が相対的に大きくなり、水分を遮断する作用が高まること、等が寄与しているものと考えられる。

（Ｂ）成分の平均粒子径は、（Ａ）成分よりも相対的に小さい範囲内であればよいが、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは５〜８０ｎｍ、さらに好ましくは１０〜７０ｎｍ、特に好ましくは２０〜６５ｎｍである。（Ｂ）成分の平均粒子径が大きすぎる場合は、被膜の変色を抑制する効果が得られ難くなる。

（Ｂ）成分の混合比率は、（Ａ）成分の固形分１００重量部に対し、好ましくは１〜８０重量部、より好ましくは２〜４０重量部、さらに好ましくは３〜３０重量部である。（Ｂ）成分がこのような混合比率であれば、本発明の効果向上の点で好適である。また、（Ｂ）成分の混合比率の上限が上記値であることにより、汚染物質等が被膜に付着し難くなり、汚染による被膜の変色を抑制することもできる。

顔料（Ｃ）（以下「（Ｃ）成分」ともいう）としては、体質顔料、着色顔料等が使用できる。本発明では、（Ｃ）成分として、少なくとも体質顔料を含む態様が好適である。これにより、被膜表面の艶を低減させ、落ち着きのある仕上り感を付与することが可能となる。

本発明では、（Ｃ）成分として、体質顔料及び着色顔料を含む態様がより好適である。これにより、艶を低減させると共に、所望の色調を付与した被膜を得ることができる。体質顔料の混合比率は、（Ｃ）成分の総量中、好ましくは４０〜９９体積％、より好ましくは４５〜９８体積％である。着色顔料の混合比率は、（Ｃ）成分の総量中、好ましくは１〜６０体積％、より好ましくは２〜５５体積％である。

体質顔料としては、例えば、重質炭酸カルシウム、軽微性炭酸カルシウム、カオリン、クレー、陶土、チャイナクレー、珪藻土、含水微粉珪酸、タルク、マイカ、バライト粉、硫酸バリウム、沈降性硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、シリカ粉、水酸化アルミニウム等が挙げられる。これらは１種または２種以上で使用できる。体質顔料の平均粒子径は、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは２〜５０μｍである。

本発明では、本発明の効果向上の点で、体質顔料としてリン片状粉体を含むことが望ましい。リン片状粉体の具体例としては、例えば、タルク、マイカ、クレー等が挙げられる。これらは１種または２種以上で使用できる。リン片状粉体は、その形状により、水を遮断する作用、被膜表面を滑らかにする作用等を発揮し、被膜の変色抑制に寄与するものと推認される。リン片状粉体の混合比率は、（Ｃ）成分の総量中、好ましくは５〜９９体積％、より好ましくは１０〜９５体積％である。

着色顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ、カーボンブラック、鉄‐マンガン複合酸化物、鉄‐銅‐マンガン複合酸化物、鉄‐クロム‐コバルト複合酸化物、銅‐クロム複合酸化物、銅‐マンガン‐クロム複合酸化物、酸化第二鉄（弁柄）、黄色酸化鉄、黒色酸化鉄、群青、コバルトグリーン等の無機着色顔料、アゾ系、ナフトール系、ピラゾロン系、アントラキノン系、ペリレン系、キナクリドン系、ジスアゾ系、イソインドリノン系、ベンゾイミダゾール系、フタロシアニン系、キノフタロン系等の有機着色顔料、その他パール顔料、アルミニウム顔料、光輝性顔料、蓄光顔料、蛍光顔料等が挙げられる。これらは１種または２種以上で使用できる。着色顔料の平均粒子径は、好ましくは１μｍ未満、より好ましくは０．０１〜０．９μｍである。

顔料（Ｃ）は、顔料体積濃度が３０〜７０％（好ましくは３５〜６５％）となる範囲内で混合する。顔料体積濃度をこのような範囲内に設定することにより、本発明の効果を得ることができる。さらに、被膜からの顔料の脱離（色移り）等を防ぐこともできる。顔料体積濃度が上記下限に満たない場合は、艶低減効果等が得られ難くなり、上記上限を超える場合は、被膜の変色抑制効果等が得られ難くなる。なお、顔料体積濃度は、乾燥被膜中に含まれる顔料の容積百分率であり、水性被覆材を構成する樹脂及び顔料の混合量から計算により求められる値である。

本発明においては、上述の成分の他に、各種添加剤等を混合することもできる。このような添加剤としては、例えば、顔料分散剤、乳化剤、増粘剤、造膜助剤、レベリング剤、湿潤剤、可塑剤、凍結防止剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、防黴剤、防藻剤、抗菌剤、消泡剤、吸着剤、脱臭剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、触媒、架橋剤等が挙げられる。また、本発明の効果を著しく阻害しない限り、上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分以外の樹脂エマルションを混合することもできる。

本発明被覆材は、媒体として水を含む水性の材料である。媒体は、水の他に、必要に応じ水溶性溶剤を含むものであってもよい。水溶性溶剤としては、例えば、アルコール類、グリコール類、グリコールエーテル類等が挙げられる。

本発明被覆材は、建築物や土木構築物等の表面（壁面等）に対して塗装することができる。塗装の対象となる基材は特に限定されないが、好ましくは無機質基材である。特に、本発明ではセメント系無機質基材が好適である。本発明被覆材をセメント系無機質基材に塗装した場合には、本発明の効果を十分に発揮することができる。

このようなセメント系無機質基材は、セメントを必須成分として得られる材料である。セメント以外の成分として、例えば、珪砂、珪石、フライアッシュ等の骨材、パルプ、ガラスウール等の繊維類等が含まれていてもよい。具体的に、セメント系無機質基材としては、例えば、コンクリート、モルタル、繊維混入セメント板、スレート板、セメント珪酸カルシウム板、スラグセメントパーライト板、ＡＬＣ板、サイディング板等が挙げられる。このうち、コンクリート、モルタル等の基材は、例えば、施工現場で水等と混練したものを硬化させることによって得ることができる。ＡＬＣ板、サイディング板等の無機質建材は、例えば、抄造法、押し出し成形法、注型法等の各種方法によって板状に成形されたものである。セメント系無機質建材に本発明被覆材を塗装した場合は、基材の割れ、反り、寸法変化等を十分に抑制できる点で特に好適である。これら基材の表面は、何らかの表面処理（例えば、シーラー、サーフェーサー、パテ、フィラー等）が施されたものでもよく、既に塗膜が形成されたもの等であってもよい。

本発明被覆材を塗装する際には、例えば、スプレー、ローラー、刷毛等の各種塗装器具を使用することができる。塗装の際には、水を用いて希釈することも可能である。水の混合量は、塗装器具の種類、塗装下地の状態、塗装時の温度等を勘案して適宜設定すればよいが、被覆材全体に対し、好ましくは０〜２０重量％程度である。

本発明被覆材の塗付け量は、好ましくは０．１〜１ｋｇ／ｍ^２、より好ましくは０．２〜０．６ｋｇ／ｍ^２である。また、本発明被覆材を塗装した後の乾燥は、好ましくは常温（５〜４０℃）で行えばよいが、加熱することも可能である。乾燥時間は、好ましくは常温で０．５〜４時間程度である。塗り回数は、好ましくは１〜２回程度である。

本発明被覆材は、艶が低減された被膜、すなわち艶消し被膜を形成することができる。なお、ここで言う「艶消し」とは、一般に艶消しと呼ばれるものの他に、３分艶、５分艶等と呼ばれるものも包含する。具体的に、艶消しの程度は、鏡面光沢度によって規定することができる。本発明被覆材の鏡面光沢度は、好ましくは４０以下、より好ましくは２０以下、さらに好ましくは０．１〜１０である。なお、鏡面光沢度は、ガラス板の片面に、すきま１５０μｍのフィルムアプリケータを用いて被覆材を塗り、塗面を水平に置いて標準状態（気温２３℃、相対湿度５０％）で４８時間乾燥したときの鏡面光沢度（測定角度６０度）を測定することによって得られる値である。

以下に実施例及び比較例を示して、本発明の特徴をより明確にする。

（被覆材の製造）
表１に示す重量部にて、各原料を常法により混合・攪拌することによって、各水性被覆材を製造した。原料としては下記のものを使用した。

・樹脂１：アクリル樹脂エマルション（メチルメタクリレート・シクロヘキシルメタクリレート・２−エチルヘキシルアクリレート・メタクリル酸の乳化重合体、全モノマー中の（メタ）アクリル酸アルキルエステルの構成比率：９８重量％、平均粒子径：１３０ｎｍ、固形分：５０重量％、ガラス転移温度：５℃、樹脂比重：１．０、媒体：水）
・樹脂２：アクリルスチレン樹脂エマルション（メチルメタクリレート・スチレン・ｎ−ブチルアクリレート・２−エチルヘキシルアクリレート・アクリル酸の乳化重合体、全モノマー中の（メタ）アクリル酸アルキルエステルの構成比率：７５重量％、平均粒子径：１５０ｎｍ、固形分：５０重量％、ガラス転移温度：８℃、樹脂比重：１．０、媒体：水）
・樹脂３：シリコーン樹脂エマルション（オクタメチルシクロテトラシロキサン・アルコキシシラン化合物重合物の乳化分散体、樹脂中のシリコーン成分比率：１００重量％、平均粒子径：５０ｎｍ、固形分：３０重量％、樹脂比重：１．０、媒体：水）
・樹脂４：シリコーン樹脂エマルション（ジメチルシロキサン化合物の乳化分散体、樹脂中のシリコーン成分比率：１００重量％、平均粒子径：１９０ｎｍ、固形分：５０重量％、樹脂比重：１．０、媒体：水）
・体質顔料１：粒状粉体（シリカ粉、平均粒子径４μｍ、比重２．６）
・体質顔料２：リン片状粉体（タルク、平均粒子径１２μｍ、比重２．７）
・着色顔料１：酸化チタン（平均粒子径０．２μｍ、比重４．２）
・着色顔料２：弁柄（平均粒子径０．２μｍ、比重５．０）
・造膜助剤：エステル系造膜助剤
・分散剤：アニオン系分散剤
・増粘剤：セルロース系増粘剤、ウレタン系増粘剤
・消泡剤：鉱物油系消泡剤

（試験方法）
（１）鏡面光沢度
ガラス板の片面に、すきま１５０μｍのフィルムアプリケータを用いて被覆材を塗り、塗面を水平に置いて標準状態で４８時間乾燥したときの鏡面光沢度（測定角度６０度）を測定した。

（２）耐変色性１
ガラス板の片面に、すきま１５０μｍのフィルムアプリケータを用いて被覆材を塗り、塗面を水平に置いて標準状態で１４日間乾燥したものを試験体とした。この試験体の被膜表面を紙製ウエスで擦り、擦り傷による変色の程度を評価した。評価は、変色が認められなかったものを「ａ」、著しい変色が認められたものを「ｄ」とする４段階（優：ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ：劣）で行った。

（３）耐変色性２
上記「耐変色性１」と同様の方法で試験体を作製した。この試験体の被膜表面に１分間連続して水を流した後、水による変色の程度を評価した。評価は、変色が認められなかったものを「ａ」、著しい変色が認められたものを「ｄ」とする４段階（優：ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ：劣）で行った。

（４）耐変色性３
予め下塗材を塗装したスレート板に、被覆材を塗付け量０．３ｋｇ／ｍ^２にて刷毛塗りし、標準状態で１４日間乾燥したものを試験体とした。この試験体を２３℃の水中に７日間浸し、浸漬前後の被膜の色差（△Ｅ）を色彩色差計で測定した。評価は、色差０．３未満を「ａ」、色差０．３以上０．６未満を「ｂ」、色差０．６以上１．０未満を「ｃ」、色差１．０以上を「ｄ」とする４段階（優：ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ：劣）で行った。

（５）耐変色性４
予め下塗材を塗装したアルミニウム板（上方から３分の１の長さのところで、内角度が１３５度になるように折り曲げたもの）に、被覆材を塗付け量０．３ｋｇ／ｍ^２にてスプレー塗りし、標準状態で１４日間乾燥したものを試験体とした。この試験体について屋外暴露を実施し、垂直面における６ヶ月後の雨筋汚れによる変色の程度を評価した。評価は、変色が認められなかったものを「ａ」、著しい変色が認められたものを「ｄ」とする４段階（優：ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ：劣）で行った。

（試験結果）
試験結果を表１に示す。実施例１〜９では、各試験において良好な結果が得られた。

Claims

顔料体積濃度が３０〜７０％である水性被覆材であって、
アクリル樹脂エマルション（Ａ）、シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）、及び顔料（Ｃ）を含み、
前記シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）の平均粒子径は、前記アクリル樹脂エマルション（Ａ）の平均粒子径よりも小さいことを特徴とする水性被覆材。
前記シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）の平均粒子径は１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の水性被覆材。
前記シリコーン樹脂エマルション（Ｂ）の混合比率は、前記アクリル樹脂エマルション（Ａ）の固形分１００重量部に対し１〜８０重量部であることを特徴とする請求項１または２に記載の水性被覆材。