JP2022166929A

JP2022166929A - 木材用塗料

Info

Publication number: JP2022166929A
Application number: JP2021072358A
Authority: JP
Inventors: 海人安田; Kaito Yasuda; 育正佐藤; Ikumasa Sato; 一美安田; Kazumi Yasuda
Original assignee: Techovisor Co Ltd; Fect Inc
Current assignee: Techovisor Co Ltd; Fect Inc
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2041-04-22
Also published as: JP6985638B1

Abstract

【課題】防腐剤等の木材保存剤処理をした木材に対して単一の塗膜であっても耐久性が良好な有機無機複合塗膜を形成することができる高耐候性木材用塗料を提供する。【解決手段】本発明の一態様の木材用塗料は、３級アミノ基含有アクリル樹脂及びナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーを主成分とする塗料組成物と、エポキシ基を有する加水分解性シリコン化合物を含む硬化剤とからなり、前記塗料組成物は、固形分比で、前記３級アミノ基含有アクリル樹脂１００質量部に対し、前記ナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマー含有量が２０～５０質量部のものからなることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、防腐剤等の木材保存剤処理をした木材に対して単一の塗膜であっても耐久性が良好な有機無機複合塗膜を形成することができる木材用塗料に関する。

公共建築物等に対し木材利用促進法が施行されるなど、建築物への木材の積極的な利用が促進されている。木材を外装として使用する場合、その耐久性を向上させるために、一般的に塗料による木材表面の被覆が行われている。

外装用木材塗料としては、紫外線や風雨等に曝されることによる変色、ひび割れ等の経年劣化に対処することが要求されるほか、木材は周囲の湿度との関係により湿気を吸ったり吐いたりすることで伸縮して寸法が変化するので、この寸法変化に対する追従性も要求される。木材の寸法変化に対する追従性が乏しいと、長い間にはひび割れやハガレが生じて被覆材としての性能を失ってしまう。なお、外装用木材塗料としては、塗膜を厚く形成すると木材の伸縮に追従できなくなって割れが生じるため、薄い塗膜で経年劣化に対処できるものが要望されている。

従来、塗料としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アクリルとシリコンとを反応させたシリコン樹脂等に顔料や紫外線吸収剤、防腐剤などの添加剤を配合したアクリル塗料、ウレタン塗料、シリコン塗料などの有機系塗料が多く用いられている。このような有機系塗料のうち、シリコン塗料は、耐久性はアクリル塗料やウレタン塗料よりも優れているが、基体の寸法変化に対する塗膜の追従性が乏しいため、直接木材用塗料として用いるには適していない。そのため、木材用塗料としては、外装用であっても、内装用であっても、アクリル塗料及びウレタン塗料が多く用いられている。

また、アクリル塗料及びウレタン塗料等の有機系塗料では、良好な耐久性を得ることができないことから、有機無機複合塗料ないし無機系塗料の開発も行われている。例えば、特許文献１には、特定のシラン化合物ないしその部分縮合物と、アミノ基を有するシラン化合物ないしその部分縮合物とを特定の酸の存在下で縮合反応させることにより調製された有機無機複合塗膜を得ることができる水性塗料組成物の発明が、特許文献２には、ポリオキシアルキレン鎖を有する水溶性ないし水分散性樹脂と、特定のオルガノシラン化合物ないしその加水分解縮合物と、アルコキシシリル基の加水分解・縮合反応を促進させる硬化触媒を含む２液型ないし多成分型の水性塗料用樹脂組成物の発明が、さらに、特許文献３には、自己造膜性の鱗片状シリカ粒子を含む無機系塗料の発明だけでなく、鱗片状シリカ粒子をシリコン樹脂系市販塗料に配合した有機無機複合塗料（実施例１６参照）の発明が、それぞれ開示されている。

なお、シリコン塗料や上記のような有機無機複合塗料ないし無機系塗料をその耐久性を生かして外装用木材塗料として用いる場合は、単独では基体である木材の寸法変化に対する耐久性に欠ける。このような場合には、例えば特許文献４にも示されているように、アクリル塗料から形成された下塗り塗膜の表面に上塗り塗膜として形成することにより、一応耐久性が良好な木材用塗料として用いることができるようになる。なお、周知のフッ素樹脂塗料から得られる塗膜は、耐久性は最も優れているが、基体の寸法変化に対する塗膜の追従性が最も乏しいため、木材用塗料としては適していない。

特開２００８－２７４２４２号公報特開２０１２－２０１７７８号公報特開２００１－１６３６１３号公報特開２００３－２５１２６９号公報特許第６０２５５３７号号公報特開２００５－０４７０５６号公報特開２００８－２６５２６４号公報

一方、外装用木材には、それ自体に耐久性を付与するため、木材防腐剤が含浸ないし塗布されている。このような木材防腐剤としては、水溶性防腐剤、乳化性防腐剤や油溶性防腐剤などがあるが、設備、火災の危険性、労働環境などの点から水溶性防腐剤が注目され、クロム・銅・ヒ素（ＣＣＡ）系化合物を含むものが多用されてきた。しかしながら、これらのＣＣＡ系化合物は毒性を有しているほか、使用済の防腐剤処理された木材は環境への負荷が大きいため、代替薬品の開発が急速に進み、アルキルアンモニウム塩化合物系（ＡＡＣ）の加圧注入による使用が増加している（特許文献５～７）。

しかし、ＡＡＣなどの揮発性の有機化合物では、その木材への定着性、溶脱性や耐候性向上に注意を払わなければならない。外装用途では、木材の吸脱湿作用や雨水などにより防腐剤が溶脱したり、木材表面と塗膜の間に防腐剤が吹き出し、塗膜の剥離や割れ等の現象を引き起こす。そのため、防腐剤の溶脱防止効果が高く高耐候性の塗料が強く望まれている。

一方、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等を含む水性塗料の多くは、防腐剤等の木材保存剤と反応し木材表面で不安定化・ゲル化などを引き起こして正常な塗膜が形成されないという課題が存在している。また、従来の外装用水性塗料は、アクリル樹脂やウレタン樹脂に顔料や紫外線吸収剤などの添加剤を配合したものだが、耐候性、耐久性に劣り、変色、ひび割れ、汚れなどが生じやすいという課題が存在している。特に木質感を生かした透明仕上げ用の水性塗料は、特に劣化が激しく、改良が望まれていた。

本発明は、上述のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、単一の塗膜のみでも木材中に含有された防腐剤等の木材保存剤の溶脱防止効果が高く、しかも、耐候性、耐久性に優れた有機無機複合塗膜を形成することができる木材用塗料を提供することを目的とする。

本発明の一態様の木材用塗料は、３級アミノ基含有アクリル樹脂及びナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーを主成分とする塗料組成物と、エポキシ基を有する加水分解性シリコン化合物を含む硬化剤とからなり、前記塗料組成物は、固形分比で、前記３級アミノ基含有アクリル樹脂１００質量部に対し、前記ナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマー含有量が２０～５０質量部のものからなることを特徴とする。

本発明の一態様の木材用塗料における塗料組成物においては、３級アミノ基含有アクリル樹脂がソフトセグメントとして作用し、メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーがハードセグメントとして作用する熱可塑性樹脂成分となる。なお、熱可塑性樹脂は、基本的にハードセグメントとソフトセグメントの二つから構成されているものであり、ソフトセグメントは弾性を付与するためのゴム成分であって軟質性を付与する役割を持ち、ハードセグメントは高温では流動するが常温では変形を阻止する拘束性を付与する役割を持つ。

この塗料組成物は、アクリル樹脂とシロキサン鎖が絡み合った相互貫入型構造（Interpenetrating Network）を形成しているものと考えられる。そのため、本発明の木材用塗料組成物によれば、ソフトセグメントとハードセグメントのバランスがとれ、下塗り塗膜を形成しなくても、木材の寸法変化に対する追随性に優れた有機無機複合塗膜を形成できるようになる。

一般に、アミノ基含有アクリル樹脂とエポキシ基を持った加水分解性シリコン化合物との硬化機構は次の反応式（１）のとおりと考えられている。

また、ナノシリカ／シリコーンアルコキシオリゴマー複合体の推定硬化過程は、下記反応式（２）に示したとおりのものと考えられている。

さらに、ナノシリカ／シリコーンアルコキシオリゴマー複合体の調製は、下記反応式（３）に示したように、ナノシリカ粒子表面のシラノール基とアルコキシ基の縮合反応によるものと考えられる。

なお、シリコーンアルコキシオリゴマーは、下記化学式に示したように、分子末端がアルコキシシリル基（≡Ｓｉ－ＯＲ）である比較的低分子のシリコーンレジンであり、分子内に有機置換基（Ｒ）と加水分解性のアルコキシ基（－ＯＲ）を同時に含有している。

このシリコーンアルコキシオリゴマーは、下記反応式（４）に示したように、アルコキシシリル基により常温で湿気硬化が可能である。

本発明の木材用塗料における３級アミノ基含有アクリル樹脂としては、市販のＤＩＣ（株）のアクリディックＡ－９５１０、Ａ－９５２１、ＴＹ９２４など、東レ・ファインケミカル（株）のコータックスＬＫ－７４０やＬＫ－７６１など（いずれも商品名）を使用することができる。得られる木材用塗料組成物の耐ひび割れ性や変形追随性の点から、樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）が低く軟質のものが好ましい。

なお、メチル基を有機置換基とするメチル系シリコーンアルコキシオリゴマーは、高硬度で耐擦傷性に優れた硬化塗膜を形成するが、曲げや衝撃に対し割れやすくなる傾向があり、変形追随性に劣っている。これに対し、フェニル基を含有するメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーは、硬さが調節でき、アクリル樹脂など有機樹脂との相溶性が良好であるという特徴を有している。そのため、本発明の木材用塗料における塗料組成物の調製用にはフェニル基を含有するメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーを使用する。

なお、メチル基を有機置換基とするメチル系シリコーンアルコキシオリゴマー及びフェニル基を含有するメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーともにアルコキシ基はメトキシ基であり、アルコキシ量は１０～５０％の範囲のものが市販されている。このうち、アルコキシ量３０～３５％のメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーが特に３級アミン基含有アクリル樹脂との混合安定性が良好で、混合樹脂の耐水性や耐候性に優れようになる。３級アミノ基含有アクリル樹脂に対してメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマー２０質量％未満では耐水性や耐候性の改良効果が小さくなり、５０質量％を越えるとひび割れ防止効果が低下する。そのため、塗料組成物中の３級アミノ基含有アクリル樹脂とメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーとの含有割合は、３級アミノ基含有アクリル樹脂１００質量部に対し、ナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマー含有量が２０～５０質量部となるようにすることが好ましい。

なお、メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーとしては、市販の信越化学工業（株）のＫＲ－４０１Ｎ、ＫＲ－５１０、ＫＲ－２１３、ＫＲ－９２１８など、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社のＴＳＲ１６５、ＸＲ３１－Ｂ２２３０、ＸＲ３１－Ｂ６６６７など（いずれも商品名）を使用することができる。

また、メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーに複合化させるナノシリカとしては、市販の有機溶剤中に安定分散されたオルガノシリカゾル、例えば日産化学（株）製のＩＰＡ－ＳＴ、ＰＧＭ－ＳＴ、ＸＢＡ－ＳＴ、ＭＥＫ－ＳＴ－４０、ＭＩＢＫ－ＳＴなど、日揮触媒化成（株）のオスカル1132、オスカル1421などを使用することができる。ナノシリカの粒径は、１０ｎｍ未満では耐水性や耐候性向上効果が低くなり、１００ｎｍを越えると塗膜が白濁して外観不良となるので、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましい。

なお、本発明の木材用塗料における塗料組成物をエポキシ基を有する加水分解性シリコン化合物で硬化させた塗膜は、４級アンモニウム塩構造（反応式（１）参照）を有し、一般のアクリル樹脂やポリウレタン樹脂と比較して木材保存効果を高めているものと考えられる。

すなわち、本発明の木材用塗料におけるエポキシ基を有する加水分解性シリコン化合物を含む硬化剤の硬化触媒としては、有機金属化合物（Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉなどの少なくとも１種）を含むものを用いるが、他にアンモニウム塩系、シラン化合物系などのものも知られている。木材防腐処理として汎用的に使用されている塩化ジデシルジメチルアンモニウム（ＤＤＡＣ）は4級アンモニウム塩であり、木材内部においてもメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーの硬化促進に有利に作用していると考えられる。

さらに、本発明の木材用塗料においては、水性外装用木材用塗料に慣用的に使用されている造膜助剤、紫外線吸収剤、光安定剤、防腐剤等を適宜に添加してもよい。

本発明の木材用塗料は、水中にポリマー粒子が分散したものであるので、ＭＦＴ（最低造膜温度）が存在する。ＭＦＴは塗装後ポリマー粒子同士が融着する最低の温度である。乾燥時に塗膜の温度がＭＦＴを下回ると、ポリマー粒子同士が融着せず、造膜不良となってひび割れが発生する。本発明の木材用塗料中に造膜助剤（成膜助剤と称されることもある）を添加すると、ポリマー粒子同士が融着しやすくなり、ＭＦＴを０℃以下まで下げることができ、冬季でも現場塗装が可能な状態とすることができる。

この造膜助剤としては、例えば花王（株）製のスマックＭＰ－４０、スマックＭＰ－７０（何れも商品名）、安藤パラケミー（株）製のダワノールＰＮＰ（商品名）等を使用することができるほか、ブチルセロセルブ、ブチルカルビトール、グリコールジアセテート等も使用することができる。

また、紫外線吸収剤としては、有機系紫外線吸収剤及び無機系紫外線吸収剤の少なくとも１種を使用することができる。有機系紫外線吸収剤としては、トリアジン系の紫外線吸収剤であるチヌビン４００（商品名、ＢＡＳＦ製）、ベンゾトリアソール系の紫外線吸収剤であるアデカスタブＬＡ３１、アデカスタブＬＡ３２、アデカスタブＬＡ３６（何れも商品名、（株）ＡＤＥＫＡ製）、ＨＯＳＴＡＶＩＮ３３１５ＤＩＳＰ、ＨＯＳＴＡＶＩＮ３３２６ＤＩＳＰ（何れも商品名、クラリアントケミカルズ（株）製）等を使用することができる。さらに、無機系紫外線吸収剤としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム等を使用することができる。本発明の水性外装用木材塗料においては、有機系紫外線吸収剤及び無機系紫外線吸収剤を併用することが好ましい。

また、光安定剤は、ヒンダードアミン系光安定剤（ＨＡＬＳ）が汎用的に用いられており、高分子の光劣化を抑制し、特に表面の劣化防止に優れている添加剤である。この光安定剤としては、ＢＡＳＦ製のチヌビン（商品名）、アデカスタブＬＡ７２、アデカスタブＬＡ８２（何れも商品名、（株）ＡＤＥＫＡ製）、ＨＯＳＴＡＶＩＮ３０５１－２ＤＩＳＰ、ＨＯＳＴＡＶＩＮ３０７０ＤＩＳＰ（何れも商品名、クラリアントケミカルズ（株）製）等を使用することができる。

以上述べたように，本発明の木材用塗料によれば、単一の塗膜のみでも木材中に含有された防腐剤等の木材保存剤の溶脱防止効果が高く、しかも、耐候性、耐久性に優れた塗膜を形成することができるようになるという優れた効果を奏する。

参照用の、塗膜を形成しない木材試料の６ヵ月経過後の表面写真である。実施例１の塗膜を形成した木材試料の6ヵ月経過後の表面写真である。比較例４の塗膜を形成した木材試料の乾燥後の表面写真である。

以下、本発明に係る木材用塗料について、各種実施例及び比較例を用いて詳細に説明する。ただし、以下に示す各種実施例は、本発明の技術思想を具体化するための例を示すものであって、本発明をこれらの実施例に示したものに特定することを意図するものではない。本発明は特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適用し得るものである。

［調製例１］
撹拌機、加温ジャケット、コンデンサー及び温度計をつけたフラスコ中に、メチルイソブチルケトン分散シリカゾルＭＩＢＫ－ＳＴ－Ｌ（粒子径４０～５０ｎｍ、ＳｉＯ_２３０％、水分１％（日産化学工業（株）））６０質量部、メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーＫＲ４０１Ｎ（有効成分１００％、信越化学工業（株））５０質量部を加えて撹拌しながら８０～９０℃で６時間反応を行った後、室温まで冷却して調製例１に係るナノシリカ複合メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーを得た。

［調製例２］
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート分散シリカゾルＰＭＡ－ＳＴ（粒子径１０～１５nm、ＳｉＯ_２３０％、水分０．５％（日産化学工業（株）））４０質量部およびメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーＸＲ３１－Ｂ２２３０（有効成分１００％、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社）５０質量部を用いた他は調製例１の場合と同様にして調製例２に係るナノシリカ複合メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーを得た。

［調製例３］
調製例１のメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーをメチル系シリコーンアルコキシオリゴマーＫＲ５００（有効成分１００％、信越化学工業（株））に変更した以外は全て調製例１の場合と同様にして調製例３に係るナノシリカ複合メチル系シリコーンアルコキシオリゴマーを得た。

［木材用試料の調製］
防腐剤としての第4級アルキルアンモニウム塩である塩化ジデシルジメチルアンモニウム水溶液（ＤＤＡＣ）を注入（２．５～３．０ｋｇ／ｍ^３）した７０×１５０×１０mmの杉材からなる木材試料を数種類用意し、各実施例及び比較例の塗料を刷毛塗り法によりにより塗布し、各種試験に供した。

３級アミノ基含有アクリル樹脂としてアクリディックＡ９５２１（不揮発分５０％，ＤＩＣ（株）製）を６３質量部、調製例１で調製されたナノシリカ複合メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーを２５質量部、紫外線吸収剤（チヌビン４００，ＢＡＳＦ製）１質量部、光安定剤（チヌビン１２３，ＢＡＳＦ製）１質量部、酢酸ブチル１０質量部からなる透明な木材用塗料組成物を用いた。また、この透明な木材用塗料に対する加水分解性シリコン化合物を主成分とする硬化剤としては、アクリディックＡ－９５８５（有効成分８０％，ＤＩＣ（株）製）を６４質量部、有機金属化合物としてジラウリン酸ジブチルスズ（東京化成工業（株）製）６質量部、酢酸ブチル１０質量部からなるものを用いた。上記のようにして調製された透明塗料組成物と硬化剤とを、それぞれ質量比で１００：１０となるよう混合し、シンナーで希釈して実施例１の木材用塗料を得た。このように調製した実施例１の木材用塗料を上述の木材試料の表面に刷毛塗り法により塗布し、実施例１の被検試料を得た。

ナノシリカ複合メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーとして調製例２で調製されたものを実施例１の場合と同量用い、その他の条件はすべて実施例１の場合と同様にして実施例２の被検試料を得た。

［比較例１］
３級アミノ基含有アクリル樹脂としてアクリディックＡ９５２１を６８質量部、シリコーンアルコキシオリゴマーを含まず、紫外線吸収剤（チヌビン４００，ＢＡＳＦ製）１質量部、光安定剤（チヌビン１２３，ＢＡＳＦ製）１質量部、酢酸ブチル３０質量部からなる透明な木材用塗料組成物を用いた以外は実施例１の場合と同様に塗装して比較例１の被検試料を得た。この比較例１の被検試料は、従来の３級アミノ基含有アクリル樹脂を主成分とする塗料組成物と加水分解性シリコン化合物を主成分とする硬化剤とからなる塗料により防腐剤を含んでいる木材の表面に直接塗膜を形成したものに対応する。

［比較例２］
３級アミノ基含有アクリル樹脂として、アクリディックＡ９５２１を６３質量部、メチル系シリコーンアルコキシオリゴマーとしてＫＲ４０１Ｎ（信越化学工業（株）製、商品名）１１質量部、メチルイソブチルケトン分散シリカゾルとしてＭＩＢＫ－ＳＴ（日産化学（株）製、商品名）１４質量部、紫外線吸収剤としてチヌビン４００を１質量部、光安定剤としてチヌビン１２３を１質量部、溶剤として酢酸ブチル１０質量部からなる透明な木材用塗料組成物を用いた以外は実施例１の場合と同様にして比較例２の被検試料を得た。この比較例２の被検試料は、実施例１におけるナノシリカ複合メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーに換えてナノシリカが複合化されていないメチル系シリコーンアルコキシオリゴマーを用いた塗料組成物と加水分解性シリコン化合物を主成分とする硬化剤とからなる塗料により防腐剤を含んでいる木材の表面に直接塗膜を形成した例に対応する。

［比較例３］
メチル系シリコーンアルコキシオリゴマーとして調製例３で調製されたものを実施例１の場合と同量用いた以外は全て実施例１の場合と同様に塗装してして比較例３の被検試料を得た。この比較例３の被検試料は、実施例１におけるナノシリカ複合メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーに換えて比較例２とは異なるナノシリカ複合メチル系シリコーンアルコキシオリゴマーを用いた塗料組成物と加水分解性シリコン化合物を主成分とする硬化剤とからなる塗料により防腐剤を含んでいる木材の表面に直接塗膜を形成した例に対応する。

［比較例４］
水系アクリルシリコーン樹脂としてゼムラックＷ３１０８Ｆ（不揮発分５０％、（株）カネカ）を３０質量部、紫外線吸収剤としてチヌビン４００を１質量部、光安定剤としてチヌビン１２３を１質量部、溶剤としてイソプロピルアルコールを１０質量部、残部水からなる透明塗料組成物に対し、硬化剤として水系シロキサンＤｙｎａｓｙｌａｎＨＹＤＲＯＳＩＬ１１５１（（株）エボニック）４０質量部、プロピレングリコール６０質量部からなるものを用い、質量比で塗料：硬化剤＝１００：１０となるよう混合して比較例４の高耐候性水性塗料を得た。次いで、実施例１の場合と同様に塗装して比較例４の被検試料を得た。この比較例４の被検試料は、ナノシリカ複合シリコーンアルコキシオリゴマーを含んでいない従来の水系アクリルシリコーン樹脂を主成分とする塗料を用いて防腐剤を含んでいる木材の表面に直接塗膜を形成したものに対応する。

［比較例５］
塗料として、市販の木材用高耐候性塗料アクレックスＮｏ．３２００外部用クリアー（和信化学工業（株））を用い、実施例１の場合と同様に塗装して比較例５の被検試料を得た。この比較例５の被検試料は、ナノシリカ複合シリコーンアルコキシオリゴマーを含んでいない従来のイソシアネート硬化型のアクリル樹脂を主成分とする塗料を用いて防腐剤を含んでいる木材の表面に塗膜を形成したものに対応する。

［比較例６］
建築外装用として汎用的に使用されているイソシアネート硬化型のアクリル樹脂アクリディック４９－３９４－ＢＡ（水酸基価２２～２８、ＤＩＣ（株））６５質量部、紫外線吸収剤としてチヌビン４００を１質量部、光安定剤としてチヌビン１２３を１質量部、溶剤として酢酸ブチル３３質量部からなる比較例６の透明塗料を得た。硬化剤としては、耐候性の良い無黄変型ポリイソシアネートであるデュラネートＴＰＡ（ＮＣＯ２３.１％、旭化成（株））を、塗料：硬化剤＝１００：１０となるよう混合して比較例６のアクリルウレタン塗料を得た。次いで、実施例１の場合と同様に塗装して比較例６の被検試料を得た。この比較例６の被検試料は、ナノシリカ複合シリコーンオリゴマーを含んでいない従来のイソシアネート硬化型のアクリル樹脂を主成分とする塗料組成物と耐候性の良くなることが知られている硬化剤とからなる塗料を用いて防腐剤を含んでいる木材の表面に直接塗膜を形成したものに対応する。

［試験条件］
上述のようにして作成された実施例１～３及び比較例１～６のそれぞれの被検試料について、造膜性、塗装作業性、耐水性、耐候性（変色）及び耐候性（割れ・剥がれ）について試験を行った。結果は、以下のようにして判定し、纏めて表１に示した。

造膜性…塗装後に木材表面で不安定化して正常な透明塗膜を形成しなかったものを「×」と判断し、問題のなかったものを「〇」と判定した。
塗装作業性…スプレー塗装を行った際に、塗布ムラや外観不良が生じなかったものを「〇」、塗布ムラや外観不良が生じたものを「×」と判定した。
耐水性…６０℃温水浸漬１時間→６０℃×２時間恒温器を１サイクルとして、３サイクル実施。割れや剥がれのないものを「〇」、割れや剥がれの生じたものを「×」と判定した。
耐候性（変色）及び耐候性（割れ・剥がれ）…ＪＩＳＫ５６００－７－７のサイクルＡ法に準じて行った。
結果はいずれも１０００時間まで異常が無かったものを「〇」と判定し、５００時間まで異常が無かった１０００時間で異常があったものを「△」と判定し、５００時間で異常が認められたものを「×」と判定した。

また、参考試料として、何も塗膜を形成しない木材試料を上記の耐候性試験に準じてそのまま６ヵ月間放置した際の表面写真を図１として示した。また、実施例１の塗膜を形成した木材試料の6ヵ月経過後の表面写真を図２に、比較例４の塗膜を形成した木材試料の乾燥後の表面写真を図３に示した。なお、図１に示した参考試料の耐候試験結果によれば、塗膜を形成しなくても木材試料の腐食は生じないが、大きな変色が生じていることが分かる。

表１に示した結果から、以下のことが分かる。すなわち、比較例４及び５の結果から、塗料中にナノシリカ複合シリコーンアルコキシオリゴマーが含まれていないと、従来の水系アクリルシリコーン樹脂を主成分とする塗料及びイソシアネート硬化型のアクリル樹脂を主成分とする塗料では、防腐剤を含んでいる木材の表面に直接塗膜を形成すると良好な塗膜を形成できず、また、図３に示したように、塗装中に塗料の一部がゲル化してしまうために作業性が非常に悪いことが分かる。なお、比較例６の結果から、ナノシリカ複合シリコーンアルコキシオリゴマーを含んでいない従来のイソシアネート硬化型のアクリル樹脂と耐候性の良いことが知られている硬化剤とを主成分とする塗料の場合は、防腐剤を含んでいる木材の表面に塗膜を直接形成しても造膜性及び塗料作業性は良好で、一応の塗膜を形成することができることが分かる。しかしながら、比較例６で得られた塗膜は、耐水性に劣っているだけでなく、耐候性試験結果では変色、割れ・はがれが見られた。

また、比較例１の結果から、従来の３級アミノ基含有アクリル樹脂を主成分とする塗料組成物と加水分解性シリコン化合物を主成分とする硬化剤とを組み合わせた塗料を用いた場合には、シリコーンアルコキシオリゴマーが含まれていなくても、防腐剤を含んでいる木材の表面に塗膜を直接形成しても造膜性及び塗料作業性は良好で、一応良好な塗膜を形成することができることが分かる。しかしながら、比較例１で得られた塗膜は、耐水性に劣っているほか、耐候性試験のうちの耐変色性も劣っており、さらに耐候性試験の最中に部分的に割れないし剥がれが見られた。

また、比較例２の結果から、従来の３級アミノ基含有アクリル樹脂とナノシリカが複合化されていないメチル系シリコーンアルコキシオリゴマーとを主成分とする塗料組成物を用いた場合には、防腐剤を含んでいる木材の表面に塗膜を直接形成しても造膜性及び塗料作業性は良好で、一応良好な塗膜を形成することができることが分かる。しかしながら、比較例２で得られた塗膜は、耐水性は良好であったが、耐候性試験で部分的に変色が見られるほか、かなりの割れ・剥がれが見られた。

また、比較例３の結果から、従来の３級アミノ基含有アクリル樹脂とナノシリカが複合化されたメチル系シリコーンアルコキシオリゴマーとを主成分とする塗料組成物を用いた場合には、防腐剤を含んでいる木材の表面に塗膜を直接形成しても造膜性及び塗料作業性は良好で、一応良好な塗膜を形成することができることが分かる。しかしながら、比較例３で得られた塗膜は、耐水性に劣り、耐候性試験で部分的に変色が見られるほか、かなりの割れ・剥がれが見られた。

それに対し、実施例１及び２の塗料の場合は、防腐剤を含んでいる木材の表面に塗膜を直接形成しても良好な塗膜を形成することができ、この塗膜は耐水性が良好で、例えば図２に示したように、耐候性試験を行っても変色や割れ・剥がれが実質的に見られず、良好な結果が得られることが分かる。従って、実施例１、２、比較例１～６の結果を総合的に勘案すると、３級アミノ基含有アクリル樹脂を塗料成分とする場合には、ナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーをも含有させた塗料組成物とするとともに、硬化剤として加水分解性シリコン化合物を用いた塗料とすることにより、たとえ防腐剤等の木材保存剤を含んでいる木材の表面に塗膜を直接形成しても、木材の寸法変化に対する追随性に優れた有機無機複合塗膜を形成することができることが分かる。

なお、塗料組成物中の３級アミノ基含有アクリル樹脂とメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーとの含有割合は、３級アミノ基含有アクリル樹脂１００質量部に対し、ナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマー含有量が２０～５０質量部とすることが好ましい。メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマー含有量が２０質量％未満では耐水性や耐候性の改良効果が小さくなり、５０質量％を越えるとひび割れ防止効果が低下する。

なお、実施例１、２および比較例１～６では、塗料の塗布方法として「刷毛塗り法」を採用した例を示したが、本発明はこれに限らず、周知の「スプレー法」や「ローラー法」等を採用することもできる。

本発明の一態様の木材用塗料は、３級アミノ基含有アクリル樹脂及びナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーを主成分とする塗料組成物と、エポキシ基を有する加水分解性シリコン化合物を含む硬化剤とからなる木材用塗料であって、前記ナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーは、平均粒子径１０～１００ｎｍのナノシリカをシリコーンアルコキシオリゴマーに対して１０～５０質量部配合し加熱反応させて得られたナノシリカ複合体からなり、前記塗料組成物は、固形分比で、前記３級アミノ基含有アクリル樹脂１００質量部に対し、前記ナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマー含有量が２０～５０質量部のものからなり、前記硬化剤は、エポキシ基を有する加水分解性シリコン化合物と有機金属化合物とを含み、前記加水分解性シリコン化合物に対する前記有機金属化合物の含有割合が３～１５質量％であり、前記有機金属化合物を構成する金属はＡｌ、Ｓｎ、Ｔｉから選択される少なくとも１つからなるものであることを特徴とする。

Claims

３級アミノ基含有アクリル樹脂及びナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーを主成分とする塗料組成物と、エポキシ基を有する加水分解性シリコン化合物を含む硬化剤とからなり、
前記塗料組成物は、固形分比で、前記３級アミノ基含有アクリル樹脂１００質量部に対し、前記ナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマー含有量が２０～５０質量部のものからなることを特徴とする、木材用塗料。
前記ナノシリカを複合したメチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーは、平均粒子径１０～１００ｎｍのナノシリカをシリコーンアルコキシオリゴマーに対して１０～５０質量部配合し加熱反応させて得られたナノシリカ複合体からなることを特徴とする、請求項１に記載の木材用塗料。
前記メチルフェニル系シリコーンアルコキシオリゴマーは、アルコキシ基含有割合が３０～３５％のものであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の木材用塗料。
前記硬化剤は、エポキシ基を有する加水分解性シリコン化合物と有機金属化合物とを含み、
前記加水分解性シリコン化合物に対する前記有機金属化合物の含有割合が３～１５質量％であり、
前記有機金属化合物を構成する金属はＡｌ、Ｓｎ、Ｔｉから選択される少なくとも１つであり、
前記硬化剤の含有量は、前記塗料組成物の固形分１００質量部に対して１０質量部以上、２０質量部以下であることを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載の木材用塗料。