JP5307442B2

JP5307442B2 - 水系塗材組成物

Info

Publication number: JP5307442B2
Application number: JP2008111534A
Authority: JP
Inventors: 誠人矢内; 武史平子; 大史原
Original assignee: Aica Kogyo Co Ltd
Current assignee: Aica Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2028-04-22
Also published as: JP2009263425A

Description

本発明は、主として建築物の外壁に意匠性を付与する一液型の水系塗材であって、コンクリート、モルタル等の下地に塗付され、冬季等の低温下で施工してもひび割れが生じることのない水系塗材組成物に関するものである。

従来、建築物の躯体保護、意匠性の付与及び美観性向上のため、建築外皮には各種塗装仕上げが行われている。特に意匠性に重きをおいた仕上塗材においては、当該意匠性を発揮させる要因の一つが塗膜の凹凸感にあったり、同一の塗付面であっても人の手による施工であるため微妙に施工時の塗膜厚みが異なる。このため特に低温下で施工した場合、水の揮散速度が遅いため、塗膜厚みの微妙な差が塗材の乾燥時間の大きな差となって現れ、結果として乾燥が遅い塗膜が厚い部分が、乾燥が速い塗膜の薄い部分に引っ張られる状態となって、当該部分にひび割れが生じていた。

これに対し、自己架橋性を有するアクリル、又はアクリルスチレン樹脂エマルジョンと芳香族又は石油系脂肪族溶液中で重合したアクリル又はアクリルスチレン樹脂よりなるバインダーと、凍結防止剤と、塗料の造膜性及び樹脂同士の混和安定性向上剤と界面活性剤とよりなることを特徴とする氷点下で塗装可能な水系仕上げ塗材が提案されている（特許文献１）。

しかし当該水系仕上げ塗材は、凍結防止剤として配合しているエチレングリコール、プロピレングリコールやグリセリンなどの多価アルコールや、混和安定性向上剤として配合しているグリコールエーテル類は親水性であるため、建物の外皮に当該塗材が塗付された場合は、降雨時にこれらの多価アルコールやグリコールエーテルが雨水中に溶出したり、逆に雨水が塗膜中に入り込んだりすることがあり、耐水性に課題があった。

また、温度5℃以下の低温条件下で、塗布施工できる水系塗材組成物として、固形分が７５重量％以上の水系塗材であって、固形分容量率６０％〜７５％であり、塗材中の非可塑成分（Ａ）の不揮発成分容量率が６５％〜８０％であり、Ａの成分中、粒径１００μｍ以上の成分の容量率が８０％〜９８％である水系塗材組成物が提案されている（特許文献２）。

しかし当該水系塗材組成物は、主として高固形分の塗材とすることによって、低温下での塗膜厚みによる乾燥の程度の違いを、ひび割れが生じない程度に解消しているため、本水系塗材組成物を夏季等の２５℃以上の雰囲気下で施工すると、塗膜表面の乾燥が速くなりすぎて短時間で皮膜が張った状態になり、意匠性のある塗膜パターンを金鏝やパターンローラーで施工するにあたって、形成された皮膜をこれらの施工具で引っ張ることがあり作業性が十分でなかったり、塗膜内部に塗材に配合した水分が貯留状態となり、所定の塗膜性能を発揮できないという課題があった。
特開平８−１８８７２７号公報特開２００５−２１０９号公報

本発明者らは，前記課題について鋭意検討し，請求項１記載の発明は，水系塗材組成物全体１００部に対してアクリル樹脂エマルジョン２５部と，平均粒径１００μｍ以上であって表面に水酸基を有する骨材である硅砂と，ビニル基を有するトリアルコキシシランと，酸化チタンと，平均粒径１００μｍ未満である充填材と，増粘剤と，成膜助剤４部とから成る水系塗材組成物であって，固形分重量が５０％以上８０％未満であることを特徴とする水系塗材組成物であり,骨材を含むため塗布後の表面に凹凸感があって意匠性が高く，低温下でも良好な乾燥性を有し，意匠性を有した凹凸のある仕上がりや,施工時に塗膜厚みに微妙な差異があってもひび割れを生じることがなく，温度が高い状態で施工しても塗膜表面に皮張りが生じることが無く作業性が良好な水系塗材組成物を提供する。

本発明者らは、前記課題について鋭意検討し、請求項１記載の発明は、アクリル樹脂エマルジョン、表面に水酸基を有する骨材、ビニル基を有するトリアルコキシシラン、顔料、充填材、増粘剤、成膜助剤とから成る水系塗材組成物であって、固形分重量が５０％以上８０％未満であることを特徴とする水系塗材組成物であり、骨材を含むため塗布後の表面に凹凸感があって意匠性が高く、低温下でも良好な乾燥性を有し、意匠性を有した凹凸のある仕上がりや、施工時に塗膜厚みに微妙な差異があってもひび割れを生じることがなく、温度が高い状態で施工しても塗膜表面に皮張りが生じることが無く作業性が良好な水系塗材組成物を提供する。

本発明の水系塗材組成物は、アクリル樹脂エマルジョン、表面に水酸基を有する骨材、ビニル基を有するトリアルコキシシラン、顔料、充填材、増粘剤、成膜助剤とから成ることを特徴とする水系塗材組成物であり、当該充填材が硅砂であることより、骨材とアクリル樹脂を当該トリアルコキシシランによって化学反応的に結合させて一体化させる効果があり、塗材を形成する原料中でもっとも配合部数が多い主たる原料の一つである骨材が、塗材のバインダー樹脂であるアクリル樹脂と一体化されることで低温下での施工であっても凹凸によって形成された塗膜表面にひび割れが生じないという効果がある。また、固形分が８０％未満であることから温度が高い夏季での施工であっても、塗膜表面に皮張りが生じることが無く作業性が良好であり、固形分が５０％以上であることから、樹脂により骨材を連続的に結合させることが出来、結果として乾燥収縮によるひび割れが生じることが無く、また塗材として適度の粘度とチキソ性が得られるため、凹凸のあるローラ等によって断面凹凸の塗膜表面が得られ、意匠性が高く作業性の良い水系塗材組成物となる効果がある。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の水系塗材組成物は、アクリル樹脂エマルジョン、表面に水酸基を有する骨材としての硅砂、ビニル基を有するトリアルコキシシラン、顔料、充填材、増粘剤、成膜助剤を配合した水系塗材組成物であり、必要に応じて消泡剤や分散剤が配合される。

本発明のアクリル樹脂エマルジョンは、アクリル酸エステル系共重合樹脂、酢酸ビニル・アクリル酸エステル系共重合樹脂、シリコン変性アクリル系樹脂等の水性アクリル樹脂エマルジョンが使用できる。

骨材にはその表面に水酸基を有する骨材を使用し、特には硅砂を使用することが出来るが、得られる意匠と凹凸感によって、その粒度を任意に選択することが出来る。一般的には東北硅砂７号（平均粒径１５０μｍ、東北硅砂株式会社製、商品名）を使用する。硅砂以外には、ガラス、シリカ、アルミナ、タルク、クレーなどが使用可能である。また骨材は充填材と粒径によって区別され、その粒径は１００μｍ以上のものを言っている。

ビニル基を有するトリアルコキシシランは、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランや３−アクリロキシプロピルトリメトキシシランが使用可能であり、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランにはＫＢＭ-５０３（信越化学株式会社製、商品名）が、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシランにはＫＢＭ−５１０３（信越化学株式会社製、商品名）がある。

顔料には、酸化チタン、酸化亜鉛、カーボンブラック、酸化第二鉄（弁柄）、クロム酸鉛、黄鉛、黄色酸化鉄等の無機系顔料等が使用できるが、中でも酸化チタンは下地の隠蔽性に優れ、白色であるため主たる顔料として使用することが出来る。

充填材は、塗材粘度や塗付性の調整を目的として配合し、重質炭酸カルシウム、クレー、カオリン、タルク、沈降性硫酸バリウム、炭酸バリウム、硅砂粉等が使用できるが、重質炭酸カルシウムが安価でコスト的負担を軽減させることが出来る。

増粘剤は、鏝塗り作業性や保水性の向上を目的として配合し、水溶性セルロースエーテル、ウレタン変性ポリエーテル、ポリアクリル酸等が使用できる。水溶性セルロースエーテルとしてはｈｉメトローズ９０ＳＨ１５０００（信越化学株式会社製、商品名）がある。

成膜助剤には、エマルジョンのポリマー粒子の融着を促進し、ポリマーによる均一な皮膜を形成させることを目的で配合し、エチレングリコールジエチルエーテル、ベンジルアルコール、ブチルセロソルブ、エステルアルコール等が使用される。

また、本発明の水系塗材組成物の固形分重量は５０％以上８０％未満であるが、これは水及び揮発成分である成膜助剤以外の重量％をいう。

上記の配合成分の他に、塗材中の巻き込み等による泡を消失させるために消泡剤や、充填材や顔料等を均一に分散させるための分散剤が配合されることがある。

本発明の水系塗材組成物は骨材を含んでいるが、施工にあたっては、パターンローラー、金鏝、吹き付けガン等を使用して、目的としている意匠となるように適切に施工器具を選択し、その意匠に適した塗付量で仕上げる。配合された水系塗材組成物の適正粘度としては、３００〜７００Ｐａ・ｓが好ましく、このような粘度とするには、適当量の水を加えることで調整することが出来る。

以下、実施例及び比較例にて具体的に説明する。

（試料の調製）
表１の組成に従って、実施例１乃至４及び比較例１乃至５の水系塗材組成物を調製した。表１において、アクリル樹脂エマルジョンＡはＡ−２５（固形分４７％、ガラス転移温度４８℃、ガンツ化成株式会社製、商品名）を、アクリル樹脂エマルジョンＢはＹＪ１５５５Ｄａｑ（固形分５６％、ガラス転移温度１６℃、ＢＡＳＦジャパン株式会社製、商品名）を、アクリル樹脂エマルジョンＣはＹＪ１０７０Ｄａｐ（固形分４６．５％、ガラス転移温度４１℃、ＢＡＳＦジャパン株式会社製、商品名）を使用した。骨材には東北硅砂７号（比重１．５、平均粒径１５０μｍ、東北硅砂株式会社製、商品名）を、トリアルコキシシランＡにはＫＢＭ−５０３（３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学株式会社、商品名）を、トリアルコキシシランＢにはＫＢＭ−５１０３（３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学株式会社、商品名）を、トリアルコキシシランＣにはＫＢＭ−４０３（３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学株式会社、商品名）を、顔料には酸化チタンＲ−８２０（石原産業株式会社製、商品名）を、充填材は炭酸カルシウムホワイトンＳＢ（比重０．８５、平均粒径２μｍ、白石カルシウム株式会社製、商品名）を、増粘剤は水溶性セルロースエーテルｈiメトローズ９０ＳＨ１５０００（信越化学株式会社製、商品名）を、成膜助剤はテキサノールＣＳ−１２（チッソ株式会社製、商品名）を使用した。この他には消泡剤及び分散剤を添加したが、これらは水系塗材用の市販品より適宜選択されるものを使用することが出来る。これらの原料を均一に混合分散させ水系塗材組成物とした。

評価方法
１）低温ひび割れ性
１５０×１５０ｍｍ厚さ２ｍｍのガラス板の周縁に厚さ２ｍｍ×幅７ｍｍのスペーサーを貼り付け、その内側の表１の水系塗材組成物を均一な厚みになるようにヘラで塗付し、直ちに５℃の恒温槽内に水平に載置した。４８時間経過後、恒温槽から取り出し目視にて、塗膜表面にクラックが生じているものを×とし、クラックが無いものを○とした。

２）耐水性
下地としてＪＩＳＡ５４３０規定のフレキシブルボード（１５０×１５０ｍｍ厚さ８ｍｍ）を使用する。下地のオモテ面にシーラーとして溶剤塩化ゴム系下塗り材（ＪＳ−４１０、アイカ工業株式会社製、商品名）を０．２ｋｇ／ｍ^２塗付して、４時間以上乾燥させた後、表１記載の水性塗材組成物を塗付量２．０ｋｇ／ｍ^２にて金鏝を使用して塗付し、直ちに温度５℃湿度５０％ＲＨで４８時間養生して試験体とした。養生終了後直ちに２３℃の水中に浸漬させて４８時間放置後、試験体を取り出して目視にて塗膜にふくれが生じているものを×とし、ふくれはないが塗膜にしわがよっているものを△、異常がない塗膜を○として評価した。

３）作業性
下地としてＪＩＳＡ５４３０規定のフレキシブルボード（１８００×９００ｍｍ厚さ８ｍｍ）を使用する。下地のオモテ面にシーラーとして溶剤塩化ゴム系下塗り材（ＪＳ−４１０、アイカ工業株式会社製、商品名）を０．２ｋｇ／ｍ^２塗付して、４時間以上乾燥させた後、表１記載の水性塗材組成物を塗付量０．９ｋｇ／ｍ^２にて金鏝を使用して塗付し、気温２３℃湿度５０％ＲＨの条件で１２時間養生させた。その後同一の水性塗材組成物を塗付量２．０ｋｇ／ｍ^２で金鏝を使用して塗付し、５分置きに金鏝で扇状の模様を描いた。扇状の模様を描く際、表面が乾燥してしまって模様が描けなくなった時間を計測し、４０分以上を○、４０分未満を×として評価した。

試験結果のまとめ
実施例で１乃至４では低温ひび割れ性、耐水性、及び作業性の全てが○評価で有るのに対し、比較例１乃至３は低温ひび割れ性評価が×であった。比較例４では耐水性が×であり、比較例５では作業性が×であった。

Claims

水系塗材組成物全体１００部に対してアクリル樹脂エマルジョン２５部と，平均粒径１００μｍ以上であって表面に水酸基を有する骨材である硅砂と，ビニル基を有するトリアルコキシシランと，酸化チタンと，平均粒径１００μｍ未満である充填材と，増粘剤と，成膜助剤４部とから成る水系塗材組成物であって，固形分重量が５０％以上８０％未満であることを特徴とする水系塗材組成物。