JP5103565B2

JP5103565B2 - 抗菌塗膜の製造方法

Info

Publication number: JP5103565B2
Application number: JP2007042602A
Authority: JP
Inventors: 礼治大島; 博阿部
Original assignee: 株式会社オーシマ・デザイン設計
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: JP2008201999A

Description

本発明は、鉄鋼スラグの抗菌作用を利用した抗菌塗膜の製造方法に関する。

従来、鉄鋼スラグを利用した塗料としては、鉄鋼スラグのアルカリ性を利用して海洋生物の付着を防止した船体防汚塗料がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１５２６２９号公報

しかしながら、特許文献１にあっては、バインダーとして、有機溶剤であるキシレンに溶解させたエポキシ樹脂を使用し、該エポキシ樹脂溶液中に鉄鋼スラグを分散させたものであるので、これら鉄鋼スラグ粉体の表面が、有機溶剤に溶解したエポキシ樹脂にて被覆されてしまい、鉄鋼スラグ粉体内部のアルカリ成分が溶出しずらくなってしまい、多量の鉄鋼スラグを混入しないと、十分な効果が得られない場合があるとともに、その効果が持続しずらいという問題があった。

また、これら塗料としては、有機溶剤を使用するために、塗工時に、これら有機溶剤が飛散して、作業環境が悪化してしまうという問題もあった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、鉄鋼スラグのアルカリ成分による抗菌効果を、良好に得ることのできる抗菌塗膜の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の抗菌塗膜の製造方法は、
少なくとも５重量％の鉄鋼スラグ粉体と、水に対する不溶解性を有するとともに加熱によって流動可能状態となる熱流動性を有する熱流動性樹脂粉体とから成る混合粉体に、塗料として塗布し得る粘度とするための水を添加して混合、撹拌して抗菌塗料とする塗料製造工程と、該塗料製造工程にて作製した抗菌塗料を被塗装物に塗布して乾燥する塗布工程と、該乾燥した塗膜を前記熱流動性樹脂粉体が流動化する温度まで加熱する加熱工程と、を含むことを特徴としている。
この特徴によれば、塗料を塗布することで、鉄鋼スラグ粉体と熱流動性樹脂粉体とが、その形状を維持したまま、塗布面に仮固定された後、該塗布面を熱流動性樹脂粉体が流動する温度以上の適宜な温度に加温することで、鉄鋼スラグ粉体同士並びに鉄鋼スラグ粉体と塗布面とが、該流動化した熱流動性樹脂粉体により結着されるようになるので、鉄鋼スラグ粉体の表面全体が樹脂により被覆されてしまうことがなく、鉄鋼スラグ粉体内部のアルカリ成分が溶出しずらくなってしまうことを回避できるので、５重量％という非常に少ない混合量であっても、鉄鋼スラグのアルカリ成分による抗菌効果を、良好に得ることができる。また、有機溶剤ではなく水を使用しているので、塗工時に、これら有機溶剤が飛散して作業環境が悪化することも解消できる。

本発明の請求項２に記載の抗菌塗膜の製造方法は、請求項１に記載の抗菌塗膜の製造方法であって、
混合される前記鉄鋼スラグ粉体を少なくとも３０重量％以上としたことを特徴としている。
この特徴によれば、比較的、アルカリに強い菌、例えば大腸菌等の菌においても、良好な抗菌効果を得ることができる。

本発明の請求項３に記載の抗菌塗膜の製造方法は、請求項１または２に記載の抗菌塗膜の製造方法であって、
混合される前記鉄鋼スラグ粉体の１０〜２０重量％の水酸化カルシウムを添加したことを特徴としている。
この特徴によれば、これら水酸化カルシウムを添加することで、鉄鋼スラグ粉体同士も強固に結着させることができ、得られる塗膜の強度を向上できる。

本発明の請求項４に記載の抗菌塗膜の製造方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の抗菌塗膜の製造方法であって、
前記熱流動性樹脂粉体の粒径が、前記鉄鋼スラグ粉体の粒子径以下であることを特徴としている。
この特徴によれば、鉄鋼スラグ粉体の粒子全体が、流動化した樹脂に被覆されてしまい、十分な抗菌効果を得ることができなくなることを回避できる。

本発明の実施形態を以下に説明すると、先ず図1は、本発明の抗菌塗膜の製造方法の製造工程を示すフロー図である。

本発明の抗菌塗膜の製造方法に用いる抗菌塗料は、鉄鋼スラグ粉体と、熱溶融性樹脂粉体である廃粉体塗料と、消石灰（水酸化カルシウム）と、溶媒となる水とを原料として使用し、これらの各原料をそれぞれ計量して、混合、撹拌した後、塗装する塗装面の状態や、塗装方法に適した粘度となるように、水を添加して粘度調節を行うことで、簡単に作製することができる。

これら抗菌塗料に使用する鉄鋼スラグ粉体としては、鉄鋼生産において副生する鉄鋼スラグ粉体を、好適に使用することができる。特には、これら鉄鋼スラグでも、鉄鋼生産にて副生したスラグを水により急冷することで微粒化した後、乾燥・微粉砕して得られる微粉末状の鉄鋼スラグ粉体が良く、更には、これら微粉末でも、非常に粒度が小さいと、得られる塗料の粘度が増大したり、チキソ性が著しくなり、塗装の作業性が悪化する場合があるので、所定の粒度、例えば１μｍ〜５０μｍの範囲の、ほぼ同様の粒径を有する粉体を使用することが好ましい。

そして、これら鉄鋼スラグ粉体と熱溶融性樹脂粉体との混合割合は、後述する図３に示す黄色ブドウ球菌に対する抗菌効果試験結果に示すように、混合量が５重量％を下回ると、その効果が著しく低下するが、５重量％以上であれば、抗菌（殺菌）効果が得られることから、５重量％以上、より好ましくは、図４に示すように、大腸菌においても抗菌（殺菌）効果が得られる３０重量％以上とすれば良い。但し、これら鉄鋼スラグ粉体の混合割合が、７０重量％を超えると、得られる抗菌塗膜の強度が著しく低下して、脆くなってしまうことから、これら抗菌塗膜の強度が低下しない範囲内で、且つ所望の抗菌効果を得られる混合割合とすれば良い。

また、これら鉄鋼スラグ粉体とともに混合する熱溶融性樹脂粉体としては、使用する溶媒である水に不溶性であって、加熱による所定の温度にて溶融する樹脂の粉体であれば利用することができ、これらの粉体としては、これらの機能を既に備えるように作製されている粉体塗料であって、余剰等により不要となった粉体塗料を好適に使用することができ、その粒度としては、使用する鉄鋼スラグ粉体の粒径の半分から５倍程度の範囲、例えば、使用する鉄鋼スラグ粉体の平均粒径が、後述するように７μｍであれば、３〜３５μｍの範囲とすれば良い。

このように廃粉体塗料を使用することは、これら粉体塗料を廃棄処理するには、非常に高い処理費用を廃棄業者に支払う必要があり、これら廃棄に大きなコストを要する廃粉体塗料を原料として有効に活用することで、これら廃棄処理コストを吸収して抗菌塗料を製造できることにより、抗菌塗料の製造コストをより一層低下できることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら廃粉体塗料を使用せずに、抗菌塗料の用途に応じては、専用の粉体塗料を独自に製造したり、粉体塗料のように、着色材を含まない熱溶融性樹脂のみの粉体を使用するようにしても良い。

これら熱溶融性樹脂としては、抗菌塗料の塗布後の加熱において一度溶融するものであれば良く、通常の熱可塑性樹脂、例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂や、ポリスチレン−ブタジエンブロックコポリマー等のブロック重合樹脂（熱可塑性エラストマー）等を好適に使用することができるとともに、熱硬化性樹脂であってもエポキシ樹脂粉体塗料のように、一度、加熱により溶融することが硬化が開始して、その後は溶融しなくなるような硬化性樹脂も使用できることは言うまでもなく、これら硬化性を有する樹脂は、硬化により高い耐候性を有するようになるので、高耐候性を有する抗菌塗膜を必要とする場合には、好適に使用される。

そして、これら熱溶融性樹脂としては、その粉体の形状を、塗料中において維持できるように、溶媒である水に不溶性のものを使用する。尚、これら水に溶解する樹脂、例えば、ポリビニルアルコール等を、抗菌塗料の塗布後の水を乾燥させた状態において、鉄鋼スラグ粉体や廃粉体塗料が、塗工面から容易に脱落しないようにできる少量にて添加するようにしても良い。

そして、これら熱溶融性樹脂粉体の大きさとしては、その粉体粒子の大きさが、鉄鋼スラグ粉体の粒子よりも非常に大きいと、これら熱溶融性樹脂粉体が、塗装後の水の乾燥状態において、塗工面から脱落し易くなってしまうとともに、これら大粒子が溶融することにより、鉄鋼スラグ粉体の粒子全体が、これら溶融した樹脂に被覆されてしまい、十分な抗菌効果を得ることができない場合があることから、好ましくは、使用する鉄鋼スラグ粉体の粒子径とほぼ同等、若しくは、これら鉄鋼スラグ粉体の粒子径よりも小さい粒径を有するものとすることが好ましい。換言すれば、使用する廃塗装粉体の粒径が予め定められている場合であれば、これら使用する廃塗装粉体の粒径よりも大きな粒径を有する鉄鋼スラグ粉体を用いるようにすれば良い。

これら鉄鋼スラグ粉体と熱溶融性樹脂粉体とは、計量された後、溶媒である水に投入されて、混合・撹拌される。この際、これら鉄鋼スラグ粉体と熱溶融性樹脂粉体とともに、消石灰を水に添加する。このように、消石灰を添加することにより、水による鉄鋼スラグ粉体同士が結着（硬化）する速度を向上でき、これら結着力を向上して、抗菌塗料の塗布後の水を乾燥させた状態において、鉄鋼スラグ粉体や廃粉体塗料の塗工面からの脱落を防止できるとともに、加熱により得られる抗菌塗膜の強度を向上できることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら消石灰を添加しない構成としても良い。

尚、これら消石灰の添加量は、使用する鉄鋼スラグ粉体の量に応じて変化させれば良く、好ましくは、これら使用する鉄鋼スラグ粉体量の１０〜２０重量％の消石灰を添加すれば良い。

そして、これら鉄鋼スラグ粉体、廃粉体塗料、消石灰粉末を水に投入して、公知の撹拌手段、例えば、高速ミキサー等の撹拌装置により、混合・撹拌して抗菌塗料を得ることができる。尚、これら混合においては、全ての材料を水に直接投入しても良いし、予め、計量済みの鉄鋼スラグ粉体、廃粉体塗料、消石灰粉末を粉体において混合したマスターバッチとしておき、この混合済みのマスターバッチを水に投入、混合・撹拌して抗菌塗料としても良い。また、これら混合・撹拌に際して、水に、分散剤や界面活性剤等を適宜に添加しても良い。

このようにして得られる抗菌塗料は、公知の塗装方法、例えば、圧空スプレーを用いた吹き付け塗装により、塗工面に吹き付け塗装される。尚、この吹き付け塗装に際しては、抗菌塗料の溶媒が水であるので、水をはじく油脂等が塗工面に付着していると、良好な塗装ができないので、塗工面の脱脂を十分に実施しておくことが好ましい。

このように、抗菌塗料を吹き付け塗装した塗膜の構成は、図２（ａ）に示すようになっており、水３の層内に、鉄鋼スラグ粉体１と廃粉体塗料２とを粉体として独立して含むスラリー塗膜となっている。

そして、これら塗装の後、風乾または熱風にて溶媒である水を蒸発させて塗膜を乾燥させることで、図２（ｂ）に示すように、塗膜に内在されている鉄鋼スラグ粉体１と廃粉体塗料２とが密接した状態とされて塗工面に付着した状態とされる。

これら乾燥の後、使用した廃粉体塗料が溶融する温度に、塗工面を上昇させて廃粉体塗料を溶融させる焼き付け工程を実施することで、図２（ｃ）に示すように、個々の廃粉体塗料が溶融して、鉄鋼スラグ粉体１間、並びに鉄鋼スラグ粉体と塗工面とを、溶融した樹脂が鉄鋼スラグ粉体１の全体を被覆することなく接着することで、鉄鋼スラグ粉体１内部のアルカリ成分が、鉄鋼スラグ粉体１の外部に放出可能な状態で塗膜内に保持されるようになる。

尚、この焼き付け工程における加熱の温度としては、樹脂の溶融温度（軟化温度）よりも、加熱温度が著しく高いと、溶融樹脂の粘度が著しく低下して、鉄鋼スラグ粉体間に介在できずに落下してしまい、鉄鋼スラグ粉体同士を良好に結着できなくなるので、溶融樹脂よりもやや高い温度において、できるだけ短時間の加熱を実施することが好ましい。

鉄鋼スラグ粉体の混合比率と、抗菌効果との関係を評価するために、鉄鋼スラグ粉体の混合比率を０（廃粉体塗料のみ）、５重量％、１０重量％、２０重量％、３０重量％とした抗菌塗料を作製して、塗膜を形成し、当該塗膜に培養フィルムを密着させた後、培養フィルムの培養状態によって抗菌効果を評価するフィルム密着法により、抗菌効果を評価した結果を、以下の表１並びに図３、図４に示す。

尚、鉄鋼スラグ粉体としては、平均粒径約７μｍのエスメント（新日本製鐵株式会社商標）を使用した。

以上の結果から、鉄鋼スラグ粉体の混合比率としては、５重量％の非常に少ない混合比率においても、黄色ブドウ球菌に対して良好な抗菌（殺菌）効果を発揮できるとともに、３０重量％とすることで、大腸菌に対しても抗菌効果を得ることができることが判る。

以上、本実施例によれば、塗料を塗布することで、鉄鋼スラグ粉体１と熱溶融性樹脂粉体である廃粉体塗料２とが、その形状を維持したまま、塗布面に仮固定された後、該塗布面を廃粉体塗料２（熱溶融性樹脂粉体）の溶融温度以上の適宜な温度に加温することで、鉄鋼スラグ粉体１同士並びに鉄鋼スラグ粉体１と塗布面とが、該溶融した廃粉体塗料２（熱溶融性樹脂粉体）により結着されるようになるので、鉄鋼スラグ粉体１の表面全体が樹脂により被覆されてしまうことがなく、鉄鋼スラグ粉体内部のアルカリ成分が溶出しずらくなってしまうことを回避できるので、５重量％という非常に少ない混合量であっても、鉄鋼スラグのアルカリ成分による抗菌効果を、良好に得ることができる。また、有機溶剤ではなく水を使用しているので、塗工時に、これら有機溶剤が飛散して作業環境が悪化することも解消できるとともに、塗工に使用しなかった剰余の塗料で、水分が飛散、乾燥したものでも、塗料中の熱溶融性樹脂粉体が水に不溶であるので、これら乾燥した剰余塗料を、再度、加水することで塗料として繰返し使用することができる。

また、更に、鉄鋼スラグ粉体の混合比率を少なくとも３０重量％とすることで、比較的、アルカリに強い菌、例えば大腸菌等の菌においても、良好な抗菌効果を得ることができる。

また、本実施例によれば、消石灰（水酸化カルシウム）を添加することで、鉄鋼スラグ粉体１同士も強固に結着させることができ、得られる塗膜の強度を向上できる。

また、本実施例によれば、熱溶融性樹脂粉体として廃粉体塗料２を使用しているので、廃棄される廃粉体塗料を有効に活用することができるともに、これら廃粉体塗料２の処理費用の転嫁により、抗菌塗料を安価に提供することもできる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

本発明の活用例として、抗菌塗料や殺菌塗料としての利用の他、雑菌の増殖を阻止することによる異臭の発生防止（消臭）を目的とする消臭塗料としても使用することができる。

本発明の実施例における抗菌塗料の製造フローを示す図である。本発明の実施例における抗菌塗料による塗膜断面の状況を示す図である。本発明の実施例における抗菌塗料によるスラグ比率と抗菌特性（黄色ブドウ球菌）との関係を示すグラフである。本発明の実施例における抗菌塗料によるスラグ比率と抗菌特性（大腸菌）との関係を示すグラフである。

符号の説明

１鉄鋼スラグ粉体
２廃粉体塗料
３水

Claims

少なくとも５重量％の鉄鋼スラグ粉体と、水に対する不溶解性を有するとともに加熱によって流動可能状態となる熱流動性を有する熱流動性樹脂粉体とから成る混合粉体に、塗料として塗布し得る粘度とするための水を添加して混合、撹拌して抗菌塗料とする塗料製造工程と、該塗料製造工程にて作製した抗菌塗料を被塗装物に塗布して乾燥する塗布工程と、該乾燥した塗膜を前記熱流動性樹脂粉体が流動化する温度まで加熱する加熱工程と、を含むことを特徴とする抗菌塗膜の製造方法。
混合される前記鉄鋼スラグ粉体を少なくとも３０重量％以上としたことを特徴とする請求項１に記載の抗菌塗膜の製造方法。
混合される前記鉄鋼スラグ粉体の１０〜２０重量％の水酸化カルシウムを添加したことを特徴とする請求項１または２に記載の抗菌塗膜の製造方法。
前記熱流動性樹脂粉体の粒径が、前記鉄鋼スラグ粉体の粒子径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抗菌塗膜の製造方法。