JP5405791B2 - 水系塗材組成物 - Google Patents

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、耐候性、耐汚染性に優れると共に冬季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。特に直射日光に曝される南面や、幹線道路に面する部位においては、紫外線による劣化や、自動車から排出される排気ガス及び塵埃による汚れの程度が大きく、施工直後の鮮やかな色調に代表される美観が短期間のうちに低下するという課題があった。

これに対し、１５〜１００℃のガラス転移温度を有するポリオール化合物にポリイソシアネート化合物を添加し、ポリカプロラクトンジオール及び／又はポリカプロラクトントリオールと、テトラアルコキシシランの低縮合化合物とを含有する耐久性に優れる弾性非汚染塗料組成物が提案されている（特許文献１）。

かかる弾性非汚染塗料組成物は、主としてポリオール化合物とポリイソシアネート化合物を塗装現場にて混合して塗付した後、化学反応によって硬化して塗膜となるため、現場での計量とこれらの化合物の混合作業が必要で、計量と混合が不要な一液型の塗材組成物と比較して作業が煩雑であるという課題があり、また計量ミスがあったり、混合が不十分であったりすると、塗膜が硬化不良となり、所定の性能が発揮されないという課題を有していた。

また、一液型の水性塗料組成物としては、反応性シリル基を有する合成樹脂エマルジョンと、ポリオキシアルキレン鎖を有するポリシロキサン化合物と、顔料と、ポリオキシアルキレン鎖を有するアニオン性分散剤を主成分とする耐汚染性に優れる水性塗料組成物が提案されている（特許文献２）。

しかし、当該水性塗料組成物は、有光沢塗料として高い光沢を有するため、凹凸感による塗り壁状の風合いが求められる意匠性と美観性を有する塗材としては使用できないという課題があった。
特開平１０-２５９３５４号公報 特開２００１−１８１５５９号公報

本発明の課題は、２成分反応硬化型塗料のように塗付に際して、事前の計量や十分な混合作業が不要であって、塗付後の仕上がりが凹凸感を有する如く意匠性が高く、耐候性と耐汚染性に優れると共に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水系塗材組成物を提供することである。

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，ガラス転移温度が４０℃以上６０℃未満のアクリル樹脂エマルジョン、表面に水酸基を有し粒径が１００μｍ以上である骨材と、ビニル基を有するトリアルコキシシランと、顔料としての酸化チタンと、粒径１００μｍ未満である充填材と、増粘剤と、成膜助剤とからなることを特徴とする水系塗材組成物であり、骨材を含むため塗付後の表面に凹凸があって意匠性が高く、さらにはアクリル樹脂エマルジョンのガラス転移温度が４０℃以上であるため耐候性と耐汚染性に優れると共に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水系塗材組成物を提供するものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の骨材が硅砂であることを特徴とする水系塗材組成物であり、請求項１の発明と同様に骨材を含むため塗付後の塗膜表面に凹凸感があって意匠性が高く、さらにはアクリル樹脂エマルジョンのガラス転移温度が４０℃以上であるため耐候性と耐汚染性に優れる共に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水系塗材組成物を提供するものである。

請求項３記載の発明は、前記アクリル樹脂エマルジョンが、メチルメタアクリレートモノマーを４０重量％以上配合されてなる不飽和基含有重合性単量体により合成されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水系塗材組成物であり、アクリル樹脂エマルジョンがメチルメタアクリレートモノマーとして４０％重量以上含むため、ガラス転移温度が高いことに加えて親水性の高いメチルメタアクリレートモノマーの作用により汚れが付着しにくく、且つ万が一汚れが付着したとしても容易に雨水等によって当該汚れが流下しやすく、さらには骨材を含むため塗布後の塗膜表面に凹凸感があって意匠性が高く、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水系塗材組成物を提供するものである。

本発明の水系塗材組成物は、ガラス転移温度が４０℃以上６０℃未満の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、当該骨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、また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と、ガラス転移温度が４０℃以上６０℃未満のアクリル樹脂エマルジョンとの相乗効果により、優れた耐候性と耐汚染性が発揮されるとともに、更には必須成分である骨材により塗付後の塗膜表面に凹凸感があって高い意匠性が得られ、加えて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、アクリル樹脂エマルジョンがメチルメタアクリレートモノマーを４０重量％以上配合されてなる不飽和基含有重合性単量体により合成されている水系塗材組成物にあっては、上記効果に加えて、メチルメタアクリレートモノマーが親水性を有しているため、合成されたアクリル樹脂エマルジョンのアクリル樹脂も親水性の性質を有し、塗膜表面に汚れが付着したとしても、当該親水性の作用により雨水等がアクリル樹脂表面を濡らそうとして汚れと樹脂の界面に侵入し、これにより汚れが当該雨水によって浮上し、ついには雨水の流下と共に塗膜表面から流下するという効果がある。

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、ガラス転移温度が４０℃以上６０℃未満の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。また前記アクリル樹脂エマルジョンは、メチルメタアクリレートモノマーを４０重量％以上配合されてなる不飽和基含有重合性単量体により合成されて成るものである。

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、そのガラス転移温度は４０℃以上６０℃未満である。ガラス転移温度が４０℃未満の場合は、耐候性と耐汚染性が低下し、６０℃以上の場合は水性アクリルエマルジョンの外気温における成膜が難しくなる。ガラス転移温度が４０℃以上のものにはアクリル樹脂エマルジョンＡ−２５（固形分４７％、ガラス転移温度４８℃、メチルメタクリレートモノマー６０重量%以上配合、ガンツ化成株式会社製、商品名）、同ＹＪ１０７０Ｄａｑ（固形分４６．５％、ガラス転移温度４１℃、メチルメタアクリレートモノマー４０重量％以上配合、ＢＡＳＦジャパン株式会社製、商品名）が有る。

当該アクリル樹脂エマルジョンは、メチルメタアクリレートモノマーを４０重量％以上配合されたアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸、及びこれらのモノエステルや、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン等のスチレン類、酢酸ビニル等のビニルエステル類、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類などの不飽和基含有重合性単量体によって合成される。

骨材にはその表面に水酸基を有する骨材を使用し、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。特に硅砂が最適である。一般的には東北硅砂７号（比重１．５、平均粒径１５０μｍ、東北硅砂株式会社製、商品名）を使用する。硅砂以外には、ガラス、シリカ、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、ウレタン変性ポリオール、ポリカルボン酸等が使用できる。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が使用される。

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、実施例２、及び比較例１〜２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を、アクリル樹脂エマルジョンＢはＹＪ１０７０Ｄａｑを、アクリル樹脂エマルジョンＣはＹＪ１５５５Ｄａｑ（固形分５６％、ガラス転移温度１６℃、スチレン、アクリル酸ブチル及び不飽和基含有重合性単量体により合成、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号を、トリアルコキシシランにはサイラエースＳ−７１０（３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、チッソ株式会社製、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９０ＳＨ−１５０００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）耐汚染性
下地としてＪＩＳＡ５４３０規定のフレキシブルボード（８０×２６５ｍｍ厚さ４ｍｍ）を使用し、シーラーとして溶剤型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塗布して、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で１２時間養生した。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、同様に２３℃湿度５０％ＲＨで１４日間養生して試験体とした。試験体は２体づつ作製し、そのうちの一体を水平面に対して７０度の角度で縦長状に設置した。当該試験体の塗膜面の上部から高さ３００ｍｍの位置には、水平面に対して１０度の角度で設置された波板（波の幅３２ｍｍ、長さ５００ｍｍ）の下端部が配設させ、波板の波底部を流下してくる雨水が、試験体の塗膜上部に落下し、当該雨水が試験体の塗膜下部に自重で流下するようにした。この条件で２ヶ月間屋外に暴露し、雨水によって汚れた塗膜部分と、暴露していないもう一体の試験体塗膜との色差を色彩色差計（ＣＭ−２６００ｄ、コニカミノルタセンシング株式会社製）にて測定し、当該色差を耐汚染性（ΔＥ）とした。ΔＥが３．０未満を○、ΔＥが３．０以上を×とした。

２）耐候性
下地としてＪＩＳＡ５４３０規定のフレキシブルボード（７０×７０ｍｍ厚さ８ｍｍ）を使用し、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塗布して、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で１２時間養生した。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、同様に２３℃湿度５０％ＲＨで１４日間養生して試験体とした。試験体は２体づつ作製し、このうち１体をＵＶテスター（アイスーパーＵＶテスターＳＵＶ−Ｗ１５１、岩崎電気株式会社製）にてＵＶ照射を行った。ＵＶ照射条件は、温度６３℃、湿度５０％ＲＨで２４時間ＵＶ照射し、その後温度７０℃、湿度９０％ＲＨで２４時間ＵＶ照射することを１サイクルとし、トータルで２００時間ＵＶ照射した。ＵＶ照射後の塗膜ともう一体の未照射塗膜の色差を色彩色差計（ＣＭ−２６６６ｄ、コニカミノルタセンシング株式会社製）にて測定し、当該色差を耐候性（ΔＥ）とした。ΔＥが０．５未満を○、ΔＥが０．５以上を×とした。

３）低温ひび割れ
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。

実施例１及び実施例２では耐汚染性（ΔＥ）が３．０未満で汚れにくく、耐候性（ΔＥ）が０．５未満で退色が殆んど無く耐候性に優れ、低温でのひび割れを生じなかった。

Claims (3)

1. ガラス転移温度が４０℃以上６０℃未満のアクリル樹脂エマルジョン、表面に水酸基を有し粒径が１００μｍ以上である骨材と、ビニル基を有するトリアルコキシシランと、顔料としての酸化チタンと、粒径１００μｍ未満である充填材と、増粘剤と、成膜助剤とからなることを特徴とする水系塗材組成物。
2. 請求項１記載の骨材が硅砂であることを特徴とする請求項１記載の水系塗材組成物。
3. 前記アクリル樹脂エマルジョンが、メチルメタアクリレートモノマーを４０重量%以上配合されてなる不飽和基含有重合性単量体により合成されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水系塗材組成物。