JP5691121B2 - 宇宙機用耐熱導電性白色塗料 - Google Patents

Description

本発明は、宇宙機などに用いられ、耐熱性や導電性を兼ね備えた耐熱導電性白色塗料及び宇宙機用耐熱導電性白色塗料に関する。

従来から、人工衛星やロケットなどの宇宙機の開発が行われている。宇宙機の中で、例えば水星探索用の人工衛星などは、地球よりも太陽に近づくため、２５０℃以上の温度に曝されることになる。そのため、人工衛星の本体は、ポリイミドなどからなる熱制御フィルムによって包装することによって温度制御を行っている。しかし、人工衛星に設置されるアンテナのような異型物は、熱制御フィルムで覆うことが困難であるので、アンテナについては、塗料により温度を制御することが考えられる。

従来の耐熱性塗料としては、例えば、特許文献１には、ポリメタロカルボシラン、シリコーン樹脂、粒状の無機充填材、及び短繊維状の無機充填材を分散した塗料が開示され、高温下での使用に耐え得ることが示されている。
特開平４−９１１７９号公報

しかしながら、２５０℃以上の高温に曝される宇宙空間においては、（ａ）２５０℃以上の高温に耐えうる耐熱性を有すること、（ｂ）電気機器の保護及びチリの付着を防ぐため導電性を有すること、（ｃ）輻射熱を反射する必要があることから白色であること、という特性を満たす必要があるところ、特許文献１に記載された耐熱性塗料は、これら特性を十分に有していない。

そこで、本発明は、宇宙機のアンテナなどの厳しい環境に曝される部品などに用いられ、耐熱性や導電性を兼ね備えた耐熱導電性白色塗料及び宇宙機用耐熱導電性白色塗料を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、結着材とともに有機溶剤に分散又は溶解される無機充填剤を平均粒径２μｍ未満の酸化亜鉛とすることにより、十分な白さと耐熱性や導電性を兼ね備えることを見出した。すなわち、本発明は、結着材及び無機充填剤が有機溶剤に分散又は溶解され、前記無機充填剤が平均粒径２μｍ未満の酸化亜鉛を主成分とすることを特徴とする耐熱導電性白色塗料である。また、前記耐熱導電性白色塗料を含むことを特徴とする宇宙機用耐熱導電性白色塗料である。

以上のように、本発明によれば、宇宙機のアンテナなどの厳しい環境に曝される部品などに用いられ、耐熱性や導電性を兼ね備えた耐熱導電性白色塗料及び宇宙機用耐熱導電性白色塗料を提供することができる。

本発明に係る耐熱導電性白色塗料において、結着材は、ポリメタロカルボシランとシリコーン樹脂の混合物であることが好ましい。

ポリメタロカルボシランは、有機ケイ素重合体であり、公知のものを用いることができる。例えば、特公昭６１−４９３３５号公報、特公昭６２−６０４１４号公報、特公昭６３−３７１３９号公報、及び特公昭６３−４９６９１号公報に記載の方法に従って調製することができる。ポリメタロカルボシランの代表的な製法は、数平均分子量が２００〜１０００のポリカルボシランとチタンあるいはジルコニウムのアルコキシドとを反応させる方法である。この反応によって、ポリカルボシランの骨格中のケイ素原子の一部が、酸素原子を介してチタン原子あるいはジルコニウム原子と結合する。これにより、数平均分子量が７００〜１０００００の架橋重合体であるポリチタノカルボシランなどのポリメタロカルボシランが得られる。

シリコーン樹脂としては、メチルフェニルポリシロキサンなどのポリアルキルフェニルシロキサン、ジメチルポリシロキサン、及びジフェニルポリシロキサンの純シリコーン樹脂などがあり、またこれら純シリコーン樹脂をアルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、又はエポキシ樹脂などの変性用樹脂と反応させた変性シリコーンなどでもよく、ポリアルキルフェニルシロキサンであることが好ましく、メチルフェニルポリシロキサンであることがさらに好ましい。シリコーン樹脂は、ポリメタロカルボシラン１００重量部当たり、１０〜９００重量部であることが好ましく、５０〜５００重量部であることがさらに好ましい。シリコーン樹脂の配合割合が過度に小さいと焼付け塗膜の可撓性が低下し、その割合が過度に高くなると焼付け塗膜の耐熱性及び耐食性が低下する。

本発明に係る耐熱導電性白色塗料において、無機充填剤は、平均粒子径２μｍ未満の酸化亜鉛を主成分とするが、マグネシウム、カルシウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ホウ素、アルミニウム及びケイ素の酸化物、炭化物、窒化物及びホウ化物、並びにリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム及び亜鉛のホウ酸塩、リン酸塩及びケイ酸塩など他の無機充填剤が本発明の効果に影響を与えない範囲で含まれても良い。酸化亜鉛の平均粒子径は、２μｍ未満であり、０．５〜１．９μｍであることが好ましい。このように酸化亜鉛の平均粒子径を調整することにより、塗装し焼付けを行なった後の塗膜の特性が、耐熱性３００℃以上、表面抵抗１０^９Ω／ｓｑ．以下、及び明度（Ｌ＊）８８％以上となる耐熱導電性白色塗料が得られる。明度（Ｌ＊）は、色の濃度を表し、０．００％〜１００．００％の値まであり、０．００％が真っ黒、１００．００％が真っ白を意味し、例えば変角分光システムを用いて測定することができる。平均粒子径が２μｍ未満の酸化亜鉛は、ロータリー空気式分級機や遠心分級機などを用いて分級により得ることができ、平均粒子径は、散乱型レーザ回折／粒子径分散測定装置によって測定することができる。酸化亜鉛の純度は、９９％以上であることが好ましく、９９．９〜９９．９９９％であることがさらに好ましい。純度が低いと、白色度が低下し、純度が高すぎると導電性が低下するおそれがある。

酸化亜鉛の含有量は、結着材１００重量部に対して、酸化亜鉛が１００〜３００重量部であることが好ましく、１００重量部〜２００重量部であることがさらに好ましい。酸化亜鉛の含有量が上記範囲より少ないと塗料の白色度及び導電性の低下を招き、上記範囲より多いと、塗料中の無機充填剤の結着性が低下し塗料の欠落の原因となり好ましくない。

本発明に係る耐熱導電性白色塗料において、有機溶剤は、結着材が分散又は溶解可能なものであれば制限なく用いることができる。このような有機溶剤として、トルエン、キシレン、１−ブタノール、イソブタノール、酢酸ブチル、ミネラルスピリット、ソルベントナフサ、エチルセロソロブ、及びセロソルブアセテートが挙げられ、キシレンが好ましい。また、本発明の効果に影響を与えない範囲で溶媒を２種ないしそれ以上混合しても良い。有機溶剤の使用量は、結着材や無機充填剤の種類や含有量等に応じて種々異なるが、本発明の開示に従って当業者が適宜決定することができる。

本発明に係る耐熱導電性白色塗料は、金属基材、又はセラミック、耐火レンガ、若しくはＣＦＲＰなどの非金属基材に塗布される。基材は、アセトンやシンナーなどの有機溶剤により脱脂後、サンドプラスト等で下地処理されていることが好ましい。下地処理の際に用いられる下地処理剤は、例えば、オキツモ社製Ｎｏ．９０３やＮｏ．９８３、日本ペイント社製ハイポン２０等を使用することができる。これら基材に、本発明に係る耐熱導電性白色塗料が刷毛塗り、ロールコータ、スプレー、及び浸漬などの公知の手段で塗布される。塗布量は２０〜１００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。塗布量が過度に小さいと塗膜にピンホールが発生しやすくなり、耐食性が低下する。塗布量が過度に大きいと塗膜が高温下又は冷熱サイクルに曝される際に塗膜にクラックが発生しやすくなる。焼付け温度は１５０℃以上が好ましく、２００℃以上がさらに好ましい。焼付け温度が過度に低いと塗料成分である結着材の硬化が十分に起こらず、塗膜の強度が低くなると共に耐衝撃性も低下する。なお、塗料の塗装後に被塗装物が１５０℃以上の使用環境に置かれる場合は、焼付けを省略することもできる。

実施例１
次に、耐熱導電性白色塗料の製造について説明する。５００ｍｌポリエチレン製広口ビンに結着材としてのポリチタノカルボシランとメチルフェニルポリシロキサンの混合物（これらの割合が（４７．４重量％）：（５２．６重量％））の４５．７重量％のキシレン／１−ブタノール溶液（チラノワニス、宇部興産社製ＶＮ−１００）７０．０ｇ、無機充填剤としての酸化亜鉛（高純度化学社製３Ｎ、平均粒子径１μｍ）７０．０ｇ、キシレン３．０ｇ及びジルコニアボール（東ソー製ＹＴＺボール）９１．７ｇを入れ密栓をした後、ポットミル機に設置し２０℃の環境下で、２０ｒｐｍの回転速度で２４時間かけ酸化亜鉛を結着材等に均一分散させて実施例１に係る耐熱導電性白色塗料を得た。実施例１に係る耐熱導電性白色塗料について、東京計器社製Ｅ型粘度計を用いて２５℃の時の粘度を測定した。その結果を表１に示す。

次に、この実施例１に係る耐熱導電性白色塗料を用いて塗装を行った。４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミニウム板をシンナーで脱脂後、３２０番のサンドペーパーで一方向に向かって全面を５回研磨し表面を清浄化した。清浄化した後、アルミニウム板の清浄化した面を上にして平らな場所に置き、アルミニウム板の清浄化した面に実施例１に係る耐熱導電性白色塗料をスプレー（アネスト岩田社製Ｗ−１０１）を用いて全面に塗装した。塗装されたアルミニウム板はそのままの状態で、３分間室温で静置した後、再度、実施例１に係る耐熱導電性白色塗料を塗装した。同様の塗装を更に２回繰り返した。塗装が完了したアルミニウム板はそのままの状態で、３０分間室温で静置した。その後、熱風乾燥機（ヤマト科学社製ＤＫ−４００）にアルミニウム板の塗装面を上にして平らに置いた状態で、６０℃で１０分間、８０℃で１０分間、１００℃で１０分間、１６０℃で１０分間、２００℃で１０分間乾燥させた。次いで、乾燥させたアルミニウム板をアルミニウム板の塗装面を上にして平らに置いた状態で熱風乾燥機（エスペック社製ＳＴＰＨ−２０１）を用いて、２５０℃で１０分間及び３８０℃で１０分間熱処理をして塗装を定着及び硬化させて、アルミニウム板の片面を実施例１に係る耐熱導電性白色塗料で塗装し焼付けしたアルミニウム板Ａを得た。実施例１に係る耐熱導電性白色塗料の塗装厚みは０．１４ｍｍであった。このアルミニウム板Ａについて、カラーテクノシステム社製変角分光システムを用いて、塗装表面の明度（Ｌ＊）を測定した。その結果を表１に示す。

次に、実施例１に係る耐熱導電性白色塗料を別の塗装に用いた。１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み３ｍｍのアルミニウム板に変えた以外は、上記と同様に耐熱導電性白色塗料の塗装を行なって、アルミニウム板の片面を実施例１に係る耐熱導電性白色塗料で塗装し焼付けしたアルミニウム板Ｂを得た。実施例１に係る耐熱導電性白色塗料の塗装厚みは０．０７ｍｍであった。このアルミニウム板Ｂについて、表面抵抗計（シムコジャパン社製ＳＴ−３型）を用いて２３℃で、アルミニウム板Ｂの塗装表面の抵抗を測定した。その結果を表１に示す。

実施例２〜６
表１及び２に示す配合で耐熱導電性白色塗料を作製した以外は、実施例１と同様の製造方法により実施例２乃至６に係る耐熱導電性白色塗料を得た。また、実施例２乃至６に係る耐熱導電性白色塗料を用いて実施例１と同様に塗装したアルミニウム板Ａ及びＢを得た。それらを用いて実施例１と同様に粘度、明度、及び表面抵抗を測定した。結果を表１及び２に示す。

比較例１〜５
表３及び４に示す配合で耐熱導電性白色塗料を作製した以外は、実施例１と同様の製造方法により比較例１乃至５に係る耐熱導電性白色塗料を得た。また、比較例１乃至５に係る耐熱導電性白色塗料を用いて実施例１と同様に塗装し焼付けしたアルミニウム板Ａ及びＢを得た。それらを用いて実施例１と同様に粘度、明度、及び表面抵抗を測定した。結果を表３及び４に示す。

実施例７
実施例４に係る耐熱導電性白色塗料が塗装され焼付けされた前記アルミニウム板Ａ及びＢについて、塗装面を上にして平らに置いた状態で熱風乾燥機（エスペック社製ＳＴＰＨ−２０１）を用いて、大気中、３５０℃で１００時間処理を行なった。アルミニウム板Ａについては白色度、アルミニウム板Ｂについては導電性を測定したところ、熱処理前と変化はなかった。

実施例８
実施例４に係る耐熱導電性白色塗料が塗装され焼付けされた前記アルミニウム板Ａ及びＢについて塗装面を上にして平らに置いた状態で熱風乾燥機（エスペック社製ＳＴＰＨ−２０１）を用いて、大気中、４００℃で１．５時間処理を行なった。アルミニウム板Ａについては白色度、アルミニウム板Ｂについては導電性を測定したところ、熱処理前と変化はなかった。

実施例７及び８より、一般的な有機系白色塗料であれば高温に放置すると分解により着色が起き、また導電性も何らかの影響を受けると考えられるが、本発明に係る耐熱導電性白色塗料においては、高温で熱処理を行っても白色度及び導電性を維持することができることが分かる。

Claims (2)

1. 結着材及び無機充填剤が有機溶剤に分散又は溶解され、
   前記無機充填剤が平均粒子径２μｍ未満の酸化亜鉛を主成分とし、前記結着材がポリメタロカルボシランとシリコーン樹脂の混合物である耐熱導電性白色塗料を含む宇宙機用耐熱導電性白色塗料であって、
   塗装し焼付けを行なった後の塗膜の特性が、耐熱性３００℃以上、表面抵抗１０ ^９ Ω／ｓｑ．以下、及び明度８８％以上となることを特徴とする宇宙機用耐熱導電性白色塗料。
2. 前記結着材１００重量部に対して、前記酸化亜鉛の含有量が１００〜３００重量部であることを特徴とする請求項１記載の宇宙機用耐熱導電性白色塗料。