JP5666093B2 - 水性木材用塗料 - Google Patents
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Description
本発明は、水性木材用塗料に関する。より詳細には、木材等のリグノセルロース系材料から得られる粗リグノフェノール誘導体を使用した、屋外でも使用可能な水性塗料に関するものである。
近年、塗装業界においては、環境汚染物質に対する規制などの動向を受け、無溶剤化や水性化された塗料あるいは自然原料を使用した塗料など地球環境に優しい塗料が求められている。また、住宅業界では、建築材料から揮発する有機化合物による居住者の健康被害が社会的問題となり、建築基準法が改正され法的な規制が設けられた。そこで、動植物から採取した天然原料を主体とする自然系塗料の使用が広く検討されている。この自然系塗料は、石油系合成化学物質を含まないので、シックハウス症候群の発症を抑えることができるといった大きな利点がある。
しかしながら、自然系塗料は、耐汚染性、耐水性、耐熱性、耐候性および耐摩耗性などに劣り、耐久性に乏しく、外装建材の塗料としてはもちろんのこと、内装建材の塗料として用いた場合にも、窓際や水回りに使用には問題があった。特に最近は、光を居住空間に多く取り込むような住宅設計が広く採用されるようになったことも影響し、短時間で劣化する自然系塗料は好ましくない。その上、天然原料を使用しているので価格が高いといった欠点がある。
こうした中で、塗膜特性を向上させた自然系塗料として、リグノフェノール誘導体を応用したものが開示されている（特許文献１）。
また、リグノフェノール誘導体の精製には、多大な時間と手間がかかり、高額のプラントを要し、さらに、アセトン、ジエチルエーテル等の危険な溶剤を使用する必要があるため、精製前のリグノフェノール誘導体である粗リグノフェノール誘導体を応用したものも開示されている（特許文献２）。
また、リグノフェノール誘導体の精製には、多大な時間と手間がかかり、高額のプラントを要し、さらに、アセトン、ジエチルエーテル等の危険な溶剤を使用する必要があるため、精製前のリグノフェノール誘導体である粗リグノフェノール誘導体を応用したものも開示されている（特許文献２）。
しかしながら、粗リグノフェノール誘導体は、フェノール誘導体が収着されたリグノセルロース系材料に無機酸を添加して混合し、その後、過剰の水を加えて分離された不溶区分のものであるので、油性塗料には混合するが、親水性がないため屋外等で使用される水性塗料としては適していない。
一方、常温乾燥型の水性（エマルション系、水溶性系）の屋外塗料として、アルキッド樹脂系、ポリウレタン樹脂系、アクリル樹脂系などが見られるが、いずれも耐候性が充分ではなく、日光、紫外線、風雨、寒暖の影響により木材表面が劣化し、特に変退色が著しいといった欠点がある。
それらの欠点を改善するために、一般には無機顔料、例えば、弁柄、黄色酸化鉄、酸化チタン、群青などが用いられ、日光、紫外線をある程度遮断し、表面劣化を防止しているが、隠蔽性の顔料を用いるので、木材の木理の美しさや風合いが失われるといった問題がある。
それらの欠点を改善するために、一般には無機顔料、例えば、弁柄、黄色酸化鉄、酸化チタン、群青などが用いられ、日光、紫外線をある程度遮断し、表面劣化を防止しているが、隠蔽性の顔料を用いるので、木材の木理の美しさや風合いが失われるといった問題がある。
そこで、本発明の目的とするところは、耐候性に優れるとともに木材本来の美しさをそのまま残す水性木材用塗料を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の水性木材用塗料は、屋外でも使用可能な水性木材用塗料であって、
疎水性に優れる粗リグノフェノール誘導体を保護コロイド水溶液（１０）に混入して、前記粗リグノフェノール誘導体を前記保護コロイド水溶液（１０）の親水性の膜で覆って水溶液に微細分散させた状態のものと、アクリルエマルション（３０）とを配合してなることを特徴とする。
疎水性に優れる粗リグノフェノール誘導体を保護コロイド水溶液（１０）に混入して、前記粗リグノフェノール誘導体を前記保護コロイド水溶液（１０）の親水性の膜で覆って水溶液に微細分散させた状態のものと、アクリルエマルション（３０）とを配合してなることを特徴とする。
また、請求項２に記載の水性木材用塗料は、屋外でも使用可能な水性木材用塗料であって、
疎水性に優れる粗リグノフェノール誘導体を保護コロイド水溶液（１０）に混入して、前記粗リグノフェノール誘導体を前記保護コロイド水溶液（１０）の親水性の膜で覆って水溶液に微細分散させた状態のものと、アクリルエマルション（３０）とを配合し、さらに顔料を加えてなることを特徴とする。
疎水性に優れる粗リグノフェノール誘導体を保護コロイド水溶液（１０）に混入して、前記粗リグノフェノール誘導体を前記保護コロイド水溶液（１０）の親水性の膜で覆って水溶液に微細分散させた状態のものと、アクリルエマルション（３０）とを配合し、さらに顔料を加えてなることを特徴とする。
さらに、請求項３に記載の水性木材用塗料は、前記アクリルエマルション（３０）として、スチレン変性アクリルエマルション（３０）を選択したことを特徴とする。
また、請求項４に記載の水性木材用塗料は、前記粗リグノフェノール誘導体は、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物であることを特徴とする。
また、請求項５に記載の水性木材用塗料は、前記粗リグノフェノール誘導体を１〜１５重量％含有することを特徴とする。
なお、括弧内の符号は、発明を実施するための形態および図面に記載された対応要素または対応事項を示す。
本発明の水性木材用塗料によれば、従来、水性の塗料に使用することができなかった粗リグノフェノール誘導体を、ヒドロキシエチルセルロースなどの保護コロイド水溶液に混入することによって微細分散させ、この混液にアクリルエマルションを加えることにより水性塗料化を図ることができた。
この水性木材塗料に微細分散した粗リグノフェノール誘導体は、耐汚染性、耐水性、耐熱水性、耐候性および耐摩耗性等の耐久性に優れるとともに、木質繊維質との複合構造（ＩＰＮ）を形成しやすく、さらに紫外線吸収性や疎水性（耐水性）にも優れるといった性質を有する。
従って、この塗料を木質材料に塗布した場合、木材の木目に浸透して密着するので、乾燥が速いとともに、塗膜および木材の耐久性を高めることができる。
特に、紫外線吸収性に優れる粗リグノフェノール誘導体の混入によって、この水性木材塗料は、従来のものと比較して変退色が抑制されるので、耐候性に優れ、屋外で使用しても木材の木理の美しさや風合いが失われるといった心配も少ない。また、従来のように、表面劣化を防止するため、隠蔽性のある顔料を使用することもない。
この水性木材塗料に微細分散した粗リグノフェノール誘導体は、耐汚染性、耐水性、耐熱水性、耐候性および耐摩耗性等の耐久性に優れるとともに、木質繊維質との複合構造（ＩＰＮ）を形成しやすく、さらに紫外線吸収性や疎水性（耐水性）にも優れるといった性質を有する。
従って、この塗料を木質材料に塗布した場合、木材の木目に浸透して密着するので、乾燥が速いとともに、塗膜および木材の耐久性を高めることができる。
特に、紫外線吸収性に優れる粗リグノフェノール誘導体の混入によって、この水性木材塗料は、従来のものと比較して変退色が抑制されるので、耐候性に優れ、屋外で使用しても木材の木理の美しさや風合いが失われるといった心配も少ない。また、従来のように、表面劣化を防止するため、隠蔽性のある顔料を使用することもない。
また、木目が鮮明で塗りむらのない美しい仕上がりが得られるので、特に顔料を使用することなく淡色透明にすることができる。
なお、必要に応じて顔料を加えることもできる。
なお、必要に応じて顔料を加えることもできる。
さらに、粗リグノフェノール誘導体は、リグノフェノール誘導体のように、多大な時間と手間、高額のプラントや、アセトン、ジエチルエーテル等の危険な溶剤を用いて精製する必要がないので、廉価な製造が可能である。
また、この木材用塗料は、化学物質を主体とした塗料に見られるような環境汚染物質並びに環境ホルモンを含まないので、シックハウス症候群などの心配がない。さらに、塗装した木材を廃棄および焼却しても環境ホルモンを大気中や土壌に残留させることがない。
また、この木材用塗料は、化学物質を主体とした塗料に見られるような環境汚染物質並びに環境ホルモンを含まないので、シックハウス症候群などの心配がない。さらに、塗装した木材を廃棄および焼却しても環境ホルモンを大気中や土壌に残留させることがない。
また、使用するアクリルエマルションとしては、耐候性，安定性，作業性，経済性の観点からスチレン変性アクリルエマルションが好ましい。
また、前記粗リグノフェノール誘導体としては、製造効率，コスト面で有利なリグノ−ｐ−クレゾールの粗製物が好ましい。
また、前記粗リグノフェノール誘導体としては、製造効率，コスト面で有利なリグノ−ｐ−クレゾールの粗製物が好ましい。
なお、粗リグノフェノール誘導体については、水性木材塗料に対して１〜１５重量％含有させることによって、粗リグノフェノール誘導体の特長を有効に発揮させることができる。
図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る水性木材用塗料について説明する。
本発明の実施形態に係る水性木材用塗料は、保護コロイド水溶液に粗リグノフェノール誘導体を混入したものと、アクリルエマルションとを配合してなるものである。
本発明の実施形態に係る水性木材用塗料は、保護コロイド水溶液に粗リグノフェノール誘導体を混入したものと、アクリルエマルションとを配合してなるものである。
本発明の実施形態に係る水性木材用塗料の製造は、図１に示すように、容器Ａに、保護コロイド水溶液として、透明なヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の水溶液１０を入れる。保護コロイド水溶液としては、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）以外に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ），メチルセルロース（ＭＣ）など多種類のもの使用することができる。
次に、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の水溶液１０が入れられた容器Ａの中に、粗リグノフェノール誘導体を混入して撹拌混練する。
粗リグノフェノール誘導体とは、フェノール誘導体が収着されたリグノセルロース系材料に無機酸を添加して混合し、その後、過剰の水を加えて分離された不溶区分のものをいう。
言い換えれば、粗リグノフェノール誘導体は、天然原料であるリグノセルロース系材料をフェノール誘導体で誘導体化してリグノフェノール誘導体を製造する途中の過程で得られる、精製前のリグノフェノール誘導体ということができる。
また、クレゾール、キシレノール、ジメチルフェノール、プロピルフェノールなどによる誘導体があるが、クレゾールを誘導体として用いた粗リグノクレゾールが最も一般的である。
なお、リグノセルロース系材料から粗リグノフェノール誘導体を経て、リグノフェノール誘導体を製造する方法については、特開２００３−２６８１１６号公報、特開２００４−２２４９８０号公報に詳細に記載されている。
本実施形態では、粗リグノフェノール誘導体として、製造効率、コスト等を勘案して、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）を使用した。
粗リグノフェノール誘導体とは、フェノール誘導体が収着されたリグノセルロース系材料に無機酸を添加して混合し、その後、過剰の水を加えて分離された不溶区分のものをいう。
言い換えれば、粗リグノフェノール誘導体は、天然原料であるリグノセルロース系材料をフェノール誘導体で誘導体化してリグノフェノール誘導体を製造する途中の過程で得られる、精製前のリグノフェノール誘導体ということができる。
また、クレゾール、キシレノール、ジメチルフェノール、プロピルフェノールなどによる誘導体があるが、クレゾールを誘導体として用いた粗リグノクレゾールが最も一般的である。
なお、リグノセルロース系材料から粗リグノフェノール誘導体を経て、リグノフェノール誘導体を製造する方法については、特開２００３−２６８１１６号公報、特開２００４−２２４９８０号公報に詳細に記載されている。
本実施形態では、粗リグノフェノール誘導体として、製造効率、コスト等を勘案して、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）を使用した。
このとき、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の水溶液とリグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）がペイントシェーカー，サンドグラインドミル等の分散機で混練された容器Ａの中の水溶液２０において、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）の状態は、図２に示すようになっている。
つまり、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）の粒子がヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の親水性の膜で覆われた状態になり、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）の粒子は、保護コロイド水溶液（ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の水溶液）に微細分散した状態になる。
つまり、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）の粒子がヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の親水性の膜で覆われた状態になり、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）の粒子は、保護コロイド水溶液（ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の水溶液）に微細分散した状態になる。
そして、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の水溶液とリグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）が混合された容器Ａの中の水溶液２０と、容器Ｂの中に入れられたアクリルエマルション３０とを容器Ｃの中で配合する。その他、必要に応じて、防かび剤，防腐剤，凍結防止剤，消泡剤などの添加剤を配合してもよい。
塗料の水性化については、ポリウレタン系，アルキッド系の樹脂が考えられるが、木材用の場合、常温乾燥型であることと、通気性，耐候性，コスト面に優れることからエマルション系の樹脂を選択した。また、エマルションには、酢酸ビニル系、アクリル系、エチレン酢酸ビニル共重合系などの樹脂が考えられるが、最も実用性のあるアクリル系のものを採用し、そのアクリルエマルション３０としては、耐候性，安定性，作業性の観点からスチレン変性アクリルエマルションを選択した。
スチレン変性アクリルエマルションとしては、表１に示す性質を有する、ガンツ化成（株）社製の「ウルトラゾールＡ−２０」のものを使用した。
塗料の水性化については、ポリウレタン系，アルキッド系の樹脂が考えられるが、木材用の場合、常温乾燥型であることと、通気性，耐候性，コスト面に優れることからエマルション系の樹脂を選択した。また、エマルションには、酢酸ビニル系、アクリル系、エチレン酢酸ビニル共重合系などの樹脂が考えられるが、最も実用性のあるアクリル系のものを採用し、そのアクリルエマルション３０としては、耐候性，安定性，作業性の観点からスチレン変性アクリルエマルションを選択した。
スチレン変性アクリルエマルションとしては、表１に示す性質を有する、ガンツ化成（株）社製の「ウルトラゾールＡ−２０」のものを使用した。
これにより、容器Ｃには、粗リグノフェノール誘導体を含有した水性木材塗料４０が製造される。
従来、粗リグノフェノール誘導体は、アセトンの如き溶解力に優れた有機溶剤にしか溶解しない親油性物質であるので水性の塗料に使用することは不可能であったが、アクリルエマルションに如何によく分散し、安定化させるか鋭意研究した結果、粗リグノフェノール誘導体であるリグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）を保護コロイド水溶液に微細分散し、この混液にアクリルエマルションを加えることにより水性塗料化を図ることができた。
従来、粗リグノフェノール誘導体は、アセトンの如き溶解力に優れた有機溶剤にしか溶解しない親油性物質であるので水性の塗料に使用することは不可能であったが、アクリルエマルションに如何によく分散し、安定化させるか鋭意研究した結果、粗リグノフェノール誘導体であるリグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）を保護コロイド水溶液に微細分散し、この混液にアクリルエマルションを加えることにより水性塗料化を図ることができた。
この水性木材塗料４０に微細分散した粗リグノフェノール誘導体は、耐汚染性、耐水性、耐熱水性、耐候性および耐摩耗性等の耐久性に優れるとともに、木質繊維質との複合構造（ＩＰＮ）を形成しやすく、さらに紫外線吸収性や疎水性（耐水性）にも優れるといった性質を有する。
従って、この塗料を木質材料に塗布した場合、木材の木目に浸透して密着するので、乾燥が速いとともに、塗膜および木材の耐久性を高めることができる。また、木目が鮮明で塗りむらのない美しい仕上がりが得られる。
さらに、粗リグノフェノール誘導体は、リグノフェノール誘導体のように、多大な時間と手間、高額のプラントや、アセトン、ジエチルエーテル等の危険な溶剤を用いて精製する必要がないので、廉価な製造が可能である。
また、この木材用塗料は、化学物質を主体とした塗料に見られるような環境汚染物質並びに環境ホルモンを含まないことは勿論、有機溶剤を全く使用せず、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含まないので安全性，有害性，衛生面で優れている。さらに、塗装した木材を廃棄および焼却しても環境ホルモンを大気中や土壌に残留させることがない。
従って、この塗料を木質材料に塗布した場合、木材の木目に浸透して密着するので、乾燥が速いとともに、塗膜および木材の耐久性を高めることができる。また、木目が鮮明で塗りむらのない美しい仕上がりが得られる。
さらに、粗リグノフェノール誘導体は、リグノフェノール誘導体のように、多大な時間と手間、高額のプラントや、アセトン、ジエチルエーテル等の危険な溶剤を用いて精製する必要がないので、廉価な製造が可能である。
また、この木材用塗料は、化学物質を主体とした塗料に見られるような環境汚染物質並びに環境ホルモンを含まないことは勿論、有機溶剤を全く使用せず、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含まないので安全性，有害性，衛生面で優れている。さらに、塗装した木材を廃棄および焼却しても環境ホルモンを大気中や土壌に残留させることがない。
なお、粗リグノフェノール誘導体については、水性木材用塗料４０に対して１〜１５重量％、好ましくは、５重量％含有させるものとする。これにより、粗リグノフェノール誘導体の特長を減退させることなく維持できる塗料とすることができる。
次に、本発明の実施形態を２つの実施例（実施例１，２）で示し、それらと従来技術に係る市販の屋外塗料（比較例１）とを比較する。
（実施例１）
実施例１の塗料は、保護コロイド水溶液としてヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の１％水溶液を調整した後、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）を混入して各種分散機で保護コロイド水溶液に微細分散させ、この混液にアクリルエマルションとしてスチレン変性アクリルエマルションを加え、さらに防かび剤，防腐剤，凍結防止剤，消泡剤などの添加剤を配合してなる透明の水性木材用塗料である。
これらの配合比を表２に示す。
実施例１の塗料は、保護コロイド水溶液としてヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の１％水溶液を調整した後、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）を混入して各種分散機で保護コロイド水溶液に微細分散させ、この混液にアクリルエマルションとしてスチレン変性アクリルエマルションを加え、さらに防かび剤，防腐剤，凍結防止剤，消泡剤などの添加剤を配合してなる透明の水性木材用塗料である。
これらの配合比を表２に示す。
（実施例２）
実施例２の塗料は、保護コロイド水溶液としてヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の１％水溶液を調整した後、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）を混入して各種分散機で保護コロイド水溶液に微細分散させ、この混液にアクリルエマルションとしてスチレン変性アクリルエマルションを加え、さらに防かび剤，防腐剤，凍結防止剤，消泡剤などの添加剤を配合し、それに有色とする顔料を追加してなる色付きの水性木材用塗料である。
これらの配合比を表３に示す。
実施例２の塗料は、保護コロイド水溶液としてヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）の１％水溶液を調整した後、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）を混入して各種分散機で保護コロイド水溶液に微細分散させ、この混液にアクリルエマルションとしてスチレン変性アクリルエマルションを加え、さらに防かび剤，防腐剤，凍結防止剤，消泡剤などの添加剤を配合し、それに有色とする顔料を追加してなる色付きの水性木材用塗料である。
これらの配合比を表３に示す。
（比較例１）
比較例１の塗料は、顔料を水に分散したものにアクリルエマルションを加え、さらに防かび剤，防腐剤，凍結防止剤，消泡剤などの添加剤を配合した色付きの水性木材用塗料である。
これらの配合比を表４に示す。
比較例１の塗料は、顔料を水に分散したものにアクリルエマルションを加え、さらに防かび剤，防腐剤，凍結防止剤，消泡剤などの添加剤を配合した色付きの水性木材用塗料である。
これらの配合比を表４に示す。
（試験結果）
実施例１，２と比較例１をラジアータパインの試験板に塗布し、屋外暴露試験を行った結果、１８０日経過時で、実施例１，２の色差変化は、比較例１の色差変化の略１／２であった。
これにより、実施例１，２は、比較例１と比べ、屋外暴露による変退色が大幅に抑制されることがわかる。
また、耐水性や耐汚染性については、実施例１，２は、比較例１と同様の性能が維持された。
さらに、実施例１，２には、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）が混入されているが、塗料の安定性は必要にして充分であり、比較例１と同様に長期保存後の塗装作業性も損なわれることはなかった。
実施例１，２と比較例１をラジアータパインの試験板に塗布し、屋外暴露試験を行った結果、１８０日経過時で、実施例１，２の色差変化は、比較例１の色差変化の略１／２であった。
これにより、実施例１，２は、比較例１と比べ、屋外暴露による変退色が大幅に抑制されることがわかる。
また、耐水性や耐汚染性については、実施例１，２は、比較例１と同様の性能が維持された。
さらに、実施例１，２には、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物（ｃＬＣ）が混入されているが、塗料の安定性は必要にして充分であり、比較例１と同様に長期保存後の塗装作業性も損なわれることはなかった。
本発明は、ウッドデッキ，木製フェンス，建築下見板，ログハウス，羽目板などの塗装に利用することができる。
１０ ヒドロキシエチルセルロース水溶液
２０ ヒドロキシエチルセルロース水溶液とリグノ−ｐ−クレゾールの粗製物の混合液
３０ アクリルエマルション
４０ 水性木材用塗料
Ａ 容器
Ｂ 容器
Ｃ 容器
２０ ヒドロキシエチルセルロース水溶液とリグノ−ｐ−クレゾールの粗製物の混合液
３０ アクリルエマルション
４０ 水性木材用塗料
Ａ 容器
Ｂ 容器
Ｃ 容器
Claims (5)
- 屋外でも使用可能な水性木材用塗料であって、
疎水性に優れる粗リグノフェノール誘導体を保護コロイド水溶液に混入して、前記粗リグノフェノール誘導体を前記保護コロイド水溶液の親水性の膜で覆って水溶液に微細分散させた状態のものと、アクリルエマルションとを配合してなることを特徴とする水性木材用塗料。 - 屋外でも使用可能な水性木材用塗料であって、
疎水性に優れる粗リグノフェノール誘導体を保護コロイド水溶液に混入して、前記粗リグノフェノール誘導体を前記保護コロイド水溶液の親水性の膜で覆って水溶液に微細分散させた状態のものと、アクリルエマルションとを配合し、さらに顔料を加えてなることを特徴とする水性木材用塗料。 - 前記アクリルエマルションは、スチレン変性アクリルエマルションであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水性木材用塗料。
- 前記粗リグノフェノール誘導体は、リグノ−ｐ−クレゾールの粗製物であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の水性木材用塗料。
- 前記粗リグノフェノール誘導体を１〜１５重量％含有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の水性木材用塗料。
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