JP3536769B2

JP3536769B2 - 二液型発泡ポリウレタン樹脂塗料塗装用エアスプレーガン

Info

Publication number: JP3536769B2
Application number: JP2000072695A
Authority: JP
Inventors: 実内藤
Original assignee: ナイトアルコン株式会社
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2004-06-14
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: JP2001259486A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二液型発泡ポリウ
レタン樹脂塗料をスプレー塗装するためのエアスプレー
ガンに関し、さらに詳しくは、二液型発泡ポリウレタン
樹脂塗料として、緻密で微細な独立発泡型の発泡粒子を
含むソフト感、弾力性、復元性、断熱性、制振性等に優
れた塗膜をもたらす水ガラスを発泡剤として含む二液型
軟質発砲ポリウレタン樹脂塗料をスプレー塗装するのに
特に効果的に使用できる二液エアミックス型ホットエア
スプレーガンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】緻密で微細な独立発泡型の発泡粒子を含
む塗膜を形成するための二液型軟質発泡ポリウレタン樹
脂塗料としては、本願と同じ出願人により特公平７−９
４６３９号公報で提案されたものがある。この塗料は、
軟質用ポリオールおよび発泡剤を含む主剤と、ポリイソ
シアネートからなる硬化剤とから構成される二液型軟質
発泡ポリウレタン樹脂塗料組成物において、発泡剤とし
て水ガラスを主剤に対して１〜６重量％の割合で配合し
たことを特徴としている。

【０００３】上記した水ガラスを発泡剤として配合した
二液型軟質発泡ポリウレタン樹脂塗料（以下本明細書で
はこれを単に“水ガラス配合軟質発泡ポリウレタン樹脂
塗料”と称する）により得られる塗膜は、図２に示した
ように、表面に適度の厚さの平滑で弾力のあるスキン層
（表皮）Ａが形成され、その内部に緻密で微細な独立発
泡型の二重発泡粒子Ｂを含むクッション性に優れた複合
発泡層が形成された構造を有し、全体として皮膚感触を
備えたソフト感、弾力性、復元性、断熱性、制振性等の
機能を有する塗膜となる。かような二重発泡粒子は、水
ガラスの水分とポリイソシアネートの一部が段階的に反
応することによって、一次発泡、二次発泡、三次発泡等
の時間差発泡を誘発する結果生じるものと考えられる。

【０００４】また水ガラス配合軟質発泡ポリウレタン樹
脂塗料は、有機溶剤はできる限り含まない状態がスキン
層の形成に有利であるため、有害な有機溶剤を含まない
無溶剤型塗料として使用される。また、発泡剤として使
用される水ガラスも環境負荷の殆どない物質である。こ
れらのことから、水ガラス配合軟質発泡ポリウレタン樹
脂塗料は、地球環境保全の観点からも有利となる。さら
に、水ガラスの作用により塗膜に難燃性が付与されると
いう利点もある。

【０００５】上記した水ガラス配合軟質発泡ポリウレタ
ン樹脂塗料を塗装するに際しては、二液型塗料の塗装に
従来から慣用されている二液型エアレス塗装機を用いて
被塗装物にスプレー塗装した後、２〜３分セッティング
して約７０℃で１５分程度加熱乾燥する方法が用いられ
ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、市販の
二液型エアレス塗装機を用いて水ガラス配合軟質発泡ポ
リウレタン樹脂塗料を塗装する方法では、必ずしも満足
すべき塗膜性能が得られない場合がある。その理由は、
上記塗料中の水ガラスの水分とポリイソシアネートとの
段階的な反応が十分に引き出せないためである。この反
応は、主剤中のポリオールと硬化剤ポリイソシアネート
との反応熱によって適度に誘発されるものであり、主剤
と硬化剤とを混合するだけでなく、混合後に適度の反応
熱が得られるための時間（以下本明細書ではこれを“熟
成時間”と称する）が必要となる。

【０００７】市販の二液型エアレス塗装機では、二液混
合された塗料が装置内で硬化してしまうとメンテナンス
上の問題が生じるので、この問題を避けるために、二液
混合に際しては、右ねじりと左ねじりを交互に組み合わ
せたスタティックミキサーで高速で混合するか、あるい
は外部からモーター等でプロペラまたはスクリューを高
速回転して混合する方法等が取られている。

【０００８】上記のようにして二液を高速で混合した後
は、速やかに霧化させて被塗装物に向けてスプレーされ
るため、熟成時間を十分にとることができない。さらに
は、スプレーされた塗料は空気中を移動して被塗装物表
面に到達するまでに冷却される。冷却されても、ポリオ
ールとポリイソシアネートとの主反応は遅い反応速度で
進行するが、水ガラスの水分とポリイソシアネートとの
反応は抑制される。その結果、塗装後に被塗装物表面を
加熱乾燥しても、主反応が先行しているため、必ずしも
十分な塗膜の発泡が期待できなくなる。

【０００９】従って現在のところ、水ガラス配合軟質発
泡ポリウレタン樹脂塗料を塗装するには、主剤と硬化剤
を容器中に入れて手動攪拌を行なうことによって二液混
合と適度の熟成時間をもたらし、バーコートを用いてな
らし塗りする方法によって、最も良好な塗膜性能を有す
る塗膜が得られている。しかしながら、水ガラス配合軟
質発泡ポリウレタン樹脂塗料の実用的価値を高めるため
には、この塗料のもつ優れた塗膜性能を備えた塗膜が確
実に得られるとともに、簡便かつ効率よくスプレー塗装
を行える装置が必要となる。

【００１０】そこで本発明は、二液型発泡ポリウレタン
樹脂塗料、特に水ガラス配合軟質発泡ポリウレタン樹脂
塗料をスプレー塗装するに際して、優れた塗膜性能を備
えた塗膜が確実に得られるような効果的な二液混合と適
度の熟成時間をもたらすことができる新規かつ改良され
たスプレー装置を提供することを目的としてなされたも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明の熟成時
間を必要とする二液型発泡ポリウレタン樹脂塗料塗装用
エアスプレーガンは、先端に吐出口を有する円筒状のス
プレイガン本体内の中心に霧化用圧縮空気を導く導管を
固着し、前記導管の先端には吐出口中央部に向けて伸び
るノズルを形成するとともに前記導管の後端には霧化用
圧縮空気の注入口を形成し、前記導管の長手方向外周に
は、導管の長手方向外周に沿って導管に対して回転可能
に配設されたスリーブと前記スリーブ後半部の外周に取
り付けられた放射方向に延びる複数枚の回転駆動羽根と
前記スリーブ前半部の外周に取り付けられた螺旋状に前
記吐出口方向に延びる螺旋羽根とからなる攪拌ローター
を配設し、前記回転駆動羽根近傍のスプレーガン本体壁
部に熟成時間を必要とする二液型発泡ポリウレタン樹脂
塗料の主剤注入口、硬化剤注入口およびエアミックス用
圧縮空気注入口を設け、前記撹拌ローターの長さがスプ
レーガン本体内径の２〜３倍で、かつ、前記回転駆動羽
根の長さに対する前記螺旋羽根の長さの比が０．９〜
１．５であることを特徴とするものである。

【００１２】導管に対してスリーブを回転可能とするに
は、導管外周と攪拌ローターのスリーブ内周との間に空
隙を形成しその空隙の適宜個所に複数のリングを介装す
ることが好ましい。

【００１３】使用する二液型発泡ポリウレタン樹脂塗料
が、水ガラス配合軟質発泡ポリウレタン樹脂塗料のよう
に、塗装後の被塗装物表面で所望の発泡がなされるため
に適度の温度が必要となるような塗料の場合には、塗料
の主剤、硬化剤およびエアミックス用圧縮空気を予め所
定の温度に加温した後、スプレーガン本体内に注入する
ことにより、所望の発泡がなされた塗膜を被塗装物表面
に形成させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による二液型発泡
ポリウレタン樹脂塗料塗装用エアスプレーガンの実施例
の基本構成を示している。スプレーガン本体１は、一端
にテーパー部分１ａを有する円筒からなり、図１はこれ
を模式的に示しているが、実際には取り扱いに便利なよ
うにガン本体１の円筒に把持取手等（図示せず）が取り
付けられている。このスプレーガン本体１のテーパー部
分１ａ先端には、霧化された塗料が噴出される吐出口２
が形成されている。またスプレーガン本体１内部の中心
軸に沿って霧化用圧縮空気を導く導管３が配設され、ス
プレーガン本体１の後端部で固定されている。この導管
３の先端には吐出口２の中央部に向けて伸びるノズル４
が形成されており、導管３の後端には霧化用圧縮空気を
注入する注入口５が形成されている。

【００１５】導管３の長手方向外周には、この導管に対
して回転可能な攪拌ローター６が配設されている。この
攪拌ローター６は、導管３の長手方向外周に沿って導管
に対して回転可能に配設されたスリーブ７と、スリーブ
後半部の外周に取り付けられた放射方向に延びる複数枚
の回転駆動羽根８と、スリーブ前半部の外周に取り付け
られた螺旋状に吐出口方向に延びる螺旋羽根９とから構
成されている。図示の実施例では、螺旋羽根９は１８０
°ずらせて２枚の羽根を螺旋状にスリーブ７に取り付け
ている。

【００１６】回転駆動羽根８近傍のスプレーガン本体１
壁部には、二液型発泡ポリウレタン樹脂塗料の主剤注入
口１０、硬化剤注入口１１およびエアミックス用圧縮空
気注入口１２が設けられている。

【００１７】なお、攪拌ローター６は導管３に対して回
転可能に配設する必要があり、そのための好ましい実施
態様としては、導管３外周と攪拌ローター６のスリーブ
７内周との間に空隙を形成し、その空隙の適宜個所に複
数のリング１３を介装する。

【００１８】かような構成の本発明のエアスプレーガン
を用いて、発泡剤として水ガラスを配合して前述した二
液型軟質発泡ポリウレタン樹脂塗料を塗装する方法およ
びエアスプレーガンの動作を以下に説明する。この二液
型塗料の水ガラスを含む主剤は塗料供給装置２０の主剤
タンク２１に収容し、硬化剤は硬化剤タンク２２に収容
する。塗料を定量供給する塗料供給装置２０としては、
図１に例示したような主剤タンク２１と硬化剤タンク２
２をコンプレッサー２４からの圧縮空気により直接加圧
する加圧タンク方式を使用することができるが、従来の
エアレス塗装機に使用されているプランジャーポンプ方
式、ダイヤフラム方式、ギヤポンプ方式等の塗料供給装
置を採用することもできる。また、水ガラス配合軟質発
泡ポリウレタン樹脂塗料を塗装する際には、ヒーター２
３でタンク２１、２２内の主剤および硬化剤を所定温度
（約３５〜５０℃）に予め加熱しておく。塗料供給装置
２０からの主剤および硬化剤のスプレーガン本体１への
供給は、開閉コック２５、２６を備えた可撓性を有する
ホース等の供給管２７、２８を介して主剤注入口１０お
よび硬化剤注入口１１から導入される。

【００１９】比較的低圧なエアミックス用圧縮空気は、
供給管２９を介してその途中に設けたヒーター３０によ
り所定温度に加熱された後、エアミックス用圧縮空気注
入口１２からスプレーガン本体１内に導入される。

【００２０】スプレーガン本体１内に導入されたエアミ
ックス用圧縮空気は攪拌ローター６の回転駆動羽根８を
回転させ、この回転力により回転攪拌羽根８近傍に注入
された塗料の主剤と硬化剤とがエアミックス用圧縮空気
とともに激しく気液接触されて効果的な混合がなされ
る。また、回転駆動羽根８の回転に伴い攪拌ローター６
も回転し、これと一緒に回転する螺旋羽根９によりもた
らされる押し出し作用（図１中の点線矢印）によって、
エアミックスされた主剤と硬化剤の混合塗料がスプレー
ガン本体１の吐出口２へ導かれる。このようにして混合
塗料が螺旋羽根９を通過して吐出口２へ導かれる間に、
主剤のポリオールと硬化剤のポリイソシアネートとの反
応による反応熱（約６０℃以上）と、この反応熱に誘因
されて主剤中の水ガラスとポリイソシアネートとの段階
的な発泡反応が開始するに十分な熟成時間をもたらすこ
とができる。吐出口２に導かれたエアミックス混合塗料
は、吐出口中央部のノズル４から噴出する霧化用圧縮空
気により整流・霧化され、吐出口２から勢いよく噴霧さ
れてスプレー塗装がなされる。

【００２１】攪拌ローター６に回転力を与えるとともに
主剤と硬化剤との効果的な混合に用いられたエアミック
ス用圧縮空気は、混合塗料とともに被塗装物表面まで運
ばれ、被塗装物表面に激しく衝突した瞬間に大気へ放散
されるため、塗膜中に残留することはない。

【００２２】かくして被塗装物表面に付着した混合塗料
は、流れ（ダレ）を生じることなく、厚さ１０ｍｍ程度
の厚塗りに対しても追従することができる。被塗装表面
に付着した混合塗料はさらに１０〜１５倍以上に発泡
し、緻密で微細な独立発泡型の二重発泡粒子を含む全体
として皮膚感触を備えたソフト感、弾力性、復元性、断
熱性、制振性等に優れた塗膜が形成される。

【００２３】なお、塗装終了後のスプレーガン本体１内
を洗浄するに際しては、先ず硬化剤供給管２８に設けた
コック２６を閉め、主剤とエアミックス用圧縮空気がス
プレーガン本体１内に導入されて内部洗浄しながら吐出
口２から排出される。次いで主剤供給管２７に設けたコ
ック２５を閉めると、エアミックス用圧縮空気のみがス
プレーガン本体１内に注入されエア洗浄される。さらに
引き続いて、エアミックス用圧縮空気供給管２９に設け
た三方コック３１を回転させて、洗浄用溶剤タンク３２
からの洗浄用溶剤（例えばラッカーシンナー）とエアミ
ックス用圧縮空気を交互に繰り返し注入することによ
り、スプレーガン本体１内部と攪拌ローター６を洗浄す
る。洗浄用溶剤タンク３２としては、例えば圧縮空気を
導入してタンク内を加圧する加圧式タンクとすることが
できる。

【００２４】攪拌ローター６の長さ（図１の符号Ｒ）、
特に螺旋羽根９の長さと構造は、スプレーガン本体１の
内径の大きさや塗料の吐出量の違い、さらには必要とさ
れる熟成時間等によって決められるものであり、これら
は実験的に求めることができる。一般的には、スプレー
ガン本体の内径の２〜３倍程度の攪拌ローター長さとす
る。また、螺旋羽根９を長くする程、熟成時間が長くと
れることになる。水ガラス配合軟質発泡ポリウレタン樹
脂塗料の場合には、熟成時間を通常の５倍程度とするこ
とが望ましく、かような熟成時間をもたすような螺旋羽
根長さを実験的に求めることができる。

【００２５】また螺旋羽根９の構造は、図１の実施例で
は１８０°ずらせて２枚の羽根を螺旋状にスリーブに取
り付けているが、３枚の螺旋羽根を１２０°宛ずらせて
取り付けたもの、４枚の螺旋羽根を９０°宛ずらせて取
り付けたもの、あるいは１枚の羽根を螺旋状に取り付け
たものでもよく、必要に応じて適宜選択使用することが
できる。

【００２６】以上の説明は、特に水ガラスを発泡剤とし
て配合した二液型軟質発泡ポリウレタン樹脂塗料を塗装
するのに好適な装置を説明したため、主剤、硬化剤およ
びエアミックス用圧縮空気を予め所定温度に加熱してス
プレーガン本体内に注入するホットエアスプレーガンと
したが、予め加熱して注入する塗料に限らず、熟成時間
を通常よりも長く取った方が好ましい二液型発泡ポリウ
レタン樹脂塗料に対しても広く採用することができる。

【００２７】

【実施例】図１に示した基本構造を有するスプレーガン
を用いて、塗料のスプレー塗装試験を行った。実施例で
使用したスプレーガンは本体が内径２２ｍｍの円筒形状
であり、攪拌ローターの長さＲを４４ｍｍ、５８ｍｍ、
７０ｍｍに変化させた。このときの攪拌ローターに取り
付けた回転駆動羽根８の長さは２３ｍｍと一定とし、螺
旋羽根９の長さを２１ｍｍ、３５ｍｍ、４７ｍｍと変化
させた。

【００２８】試験には、以下に示す組成の水ガラス配合
二液型軟質発泡ポリウレタン樹脂塗料を用いた。主剤軟質用ポリオール９８重量部 “Ｄ−１６１”（大日本インキ化学工業（株）製商品名）不揮発分：１００％、水酸基価：１５５〜１８０水ガラス２重量部 “ケイ酸ナトリウム２号”（日本化学（株）製商品名）不揮発分：５７％、ＳｉＯ₂：３５％、Ｎａ₂Ｏ：１４．２％硬化剤ポリイソシアネート１００重量部 “軟質ポリメリックＱ５８２２Ｐ”（三井化学（株）製商品名）不揮発分：９９％、イソシアネート基含有率：２１％

【００２９】主剤および硬化剤のスプレーガンへの注入
温度、注入量、注入圧を表１に示すように変化させて試
験した。また、エアミックス用圧縮空気のスプレーガン
への注入温度、注入量、注入圧、回転駆動羽根の回転数
についても表１に示すように変化させて試験した。な
お、霧化用圧縮空気は注入量５０Ｌ／分、注入圧０．２
５Ｋｇ／ｃｍ²の一定とし、加温することなく導管へ導
入した。

【００３０】このときの空気霧化の状態、塗着塗料の状
態、塗着後の塗膜発泡性について以下のような判定基準
で目視評価した。空気霧化の状態 ○：吐出口からの霧化状態が良好 △：ほぼ良好 ×：悪い塗着塗料の状態 ○：塗着面の平滑性が良好 △：ほぼ平滑 ×：凹凸が多い塗着後の塗膜発泡性 ○：スキン層があり均一な発泡 △：ほぼ均一な発泡 ×：不均一な発泡

【００３１】

【表１】

【００３２】表１の試験Ｎｏ．１〜３は、攪拌ローター
の長さＲを変化させた場合の塗装状態および塗膜の発泡
状態を調べたものである。この試験に使用した内径２２
ｍｍのスプレーガンにおいては、攪拌ローターの長さＲ
を４４ｍｍ〜５８ｍｍ、すなわち回転駆動羽根８の長さ
を２３ｍｍとし、螺旋羽根９の長さを２１〜３５ｍｍ
（回転駆動羽根の長さに対する螺旋羽根の長さの比を
０．９〜１．５）とした試験Ｎｏ．１および２のものが
良好な塗膜をもたらした。試験Ｎｏ．１では攪拌ロータ
ーの長さが試験Ｎｏ．２のものよりも短いが、注入する
塗料の温度を若干高めることにより良好な塗膜をもたら
すことができる。

【００３３】一方、試験Ｎｏ．３では、螺旋羽根の長さ
が長いため（回転駆動羽根の長さに対する螺旋羽根の長
さの比が２．０）、熟成時間が長くなる。その結果、ポ
リオールとポリイソシアネートの反応が進み過ぎてゲル
化気味となり、塗料の霧化、塗膜の平滑性、スキン層の
均一性等に悪い影響を与えたものと考えられる。これら
の試験結果から、攪拌ローターの長さ、特に螺旋羽根の
長さは、スプレイガン本体の内径寸法や吐出量の違いに
より、適切な熟成時間が得られるように実験的に決定す
る必要があることがわかる。

【００３４】表１の試験Ｎｏ．４と５は、主剤と硬化剤
の供給量を変化させたものであるが、供給量に合わせて
エアミックス用圧縮空気の注入量を増減させ攪拌ロータ
ーの回転数を調節している。これらの結果から、所定量
の主剤と硬化剤に対してエアミックス用圧縮空気の量を
増減させても、混合・熟成効果や塗料の発泡性等の塗膜
性能に影響はないことがわかる。

【００３５】

【発明の効果】上述したところからわかるように本発明
の二液型発泡ポリウレタン樹脂塗料塗装用エアスプレー
ガンによれば、モーター等の電気的動力を使用すること
なく、比較的低圧の圧縮空気を用いて攪拌ローターを回
転駆動させることができ、これによって主剤と硬化剤と
空気とを効果的に攪拌混合することができる。

【００３６】さらに、攪拌ローターの後半部に取り付け
た螺旋羽根の回転により混合塗料がスプレーガン吐出口
へ導かれ間に、発泡反応が開始するのに十分な熟成時間
をもたらすことができ、螺旋羽根の長さを調節すること
で熟成時間を適切に調整することが可能となる。

【００３７】このように、本発明のスプレーガンを用い
ることにより、主剤と硬化剤の効果的な混合、およびそ
の後の発泡反応開始に要する適切な熟成がなされるた
め、緻密で微細な独立発泡型の二重発泡粒子を含むクッ
ション性、復元性、断熱性、制振性等に優れた発泡塗膜
を被塗装物表面に確実かつ簡便に形成させることができ
る。このため、本発明のスプレーガンは建築における断
熱・防音塗装や軟質発泡ポリウレタンフォームの製造等
に広く利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエアスプレーガンの実施例を模式的
に示す説明図。

【図２】本発明のエアスプレーガンを用いて好適にス
プレー塗装できる水ガラスを発泡剤として含む二液型軟
質発泡ポリウレタン樹脂塗料で得られる発泡硬化塗膜の
断面を顕微鏡で観察した説明図。

【符号の説明】

１：スプレーガン本体２：吐出口３：導管４：ノズル５：霧化用圧縮空気注入口６：攪拌ローター７：スリーブ８：回転駆動羽根９：螺旋羽根１０：主剤注入口１１：硬化剤注入口１２：エアミックス用圧縮空気１３：リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05B 7/04 B05D 1/02 B05D 5/00 B05D 7/24 301 B05D 7/24 302

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】先端に吐出口を有する円筒状のスプレイ
ガン本体内の中心に霧化用圧縮空気を導く導管を固着
し、前記導管の先端には吐出口中央部に向けて伸びるノ
ズルを形成するとともに前記導管の後端には霧化用圧縮
空気の注入口を形成し、前記導管の長手方向外周には、
導管の長手方向外周に沿って導管に対して回転可能に配
設されたスリーブと前記スリーブ後半部の外周に取り付
けられた放射方向に延びる複数枚の回転駆動羽根と前記
スリーブ前半部の外周に取り付けられた螺旋状に前記吐
出口方向に延びる螺旋羽根とからなる攪拌ローターを配
設し、前記回転駆動羽根近傍のスプレーガン本体壁部に
熟成時間を必要とする二液型発泡ポリウレタン樹脂塗料
の主剤注入口、硬化剤注入口およびエアミックス用圧縮
空気注入口を設け、前記撹拌ローターの長さがスプレー
ガン本体内径の２〜３倍で、かつ、前記回転駆動羽根の
長さに対する前記螺旋羽根の長さの比が０．９〜１．５
であることを特徴とする熟成時間を必要とする二液型発
泡ポリウレタン樹脂塗料塗装用エアスプレーガン。
【請求項２】前記導管外周と前記攪拌ローターのスリ
ーブ内周との間に空隙を形成してその空隙の適宜個所に
複数のリングを介装することにより、導管に対してスリ
ーブを回転可能としたことを特徴とする請求項１記載の
二液型発泡ポリウレタン樹脂塗料塗装用エアスプレーガ
ン。