JP5711717B2 - エマルジョンタイプ塗料 - Google Patents

Description

本発明は、エマルジョンタイプ塗料に関するものである。

最近、ビルの冷暖房費と冷暖房による二酸化炭素の軽減のため、ビルに断熱処理を施すことが多くなってきている。壁や屋根を新規なものにすることは費用等の点から難しいため、表面に断熱塗料（赤外線を選択的に反射するような塗料も含む）を塗布することがよく行なわれている。

断熱塗料としては、伝熱係数の小さいガラスやシラス等の中空体を混合したものが多い。中空体の内部は空気または真空に近いものである。小さい（１０〜６００μｍ）ため、割れることはほとんどない。

また、ビルの屋根や壁面は当然ながら外気に曝され、埃や煤煙等で汚れることが多い。表面が汚れると、光の反射率が下がり、熱を吸収しやすくなり、断熱効果が下がる。

汚染を防止し、または汚染物質を分解し、雨で流すことができるものとして、光触媒を塗料に混合することが知られている。光触媒の触媒作用により、表面に付着した有機物等を分解し、空気中に散逸させるか洗い流しやすいようにするものである。

中空体と光触媒を組み合わせたものは、特許文献１に開示されている。これは、中空体の表面に光触媒の微粒子を固着したものである。
特開平１１−００９９６５

しかし、この特許文献１のものでは、光触媒が有機物を酸化分解するため、有機塗料に使用した場合その点を手当する必要があるが、そのような記載はまったくない。また、光触媒を通常の接着剤で固着しており、その接着剤が酸化分解されることも考慮されておらず、実際に使用できるか否か疑わしいものである。

そこで、本発明では、汚れ防止、断熱という目的を果たし、樹脂の分解も大きく軽減し、かつ簡単に施工できる塗料を提供する。

このような現状に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果本発明エマルジョンタイプ塗料を完成したものであり、その特徴とするところは、表面にシランカップリング剤によって光触媒微粒子が固着された中空バルーンと、有機系樹脂、コロイダルシリカ及び水から構成される点にある。

本発明はエマルジョンタイプの塗料であり、樹脂成分を水でエマルジョンにしたものである。エマルジョンは、液体（ここでは水）に溶解しない他の液体（ここでは樹脂）が微細粒子の状態で均一に分散し、浮遊しているものであり、乳濁液と呼ばれるものである。
樹脂成分はどのようなものでもよいが、アクリル、酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル、フッ素樹脂、ウレタン等である。

本発明は、この樹脂エマルジョンに、中空バルーンとコロイダルシリカを混合したことが特徴であり、以下その混合成分について説明する。

中空バルーンとは、中に空気（真空に近いものも）を有する球体であり、ガラスバルーンやシラスバルーン等があり、天然のものでも人工のものでもよい。シラスバルーンとは、火山噴火物であるシラス中のシリカ、アルミナを主成分とする火山ガラス粒子を１０００℃程度で焼成することによって加熱膨張させたもので、独立気泡を有する中空状の粒子である。

このバルーンのサイズとしては、１０〜１００μｍが好適であり、３０〜６０μｍがより好適である。

光触媒とは、可視光や紫外線の照射を受けることによって、酸化触媒としての機能を発揮するものをいう。酸化チタンのアナターゼ型結晶がよく知られているが、その他のものでもよい。この触媒の微粒子のサイズは、２ｎｍ〜５００ｎｍ程度、より好適には、２０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。

シランカップリング剤とは、有機物とケイ素の化合物であり、複数の反応基を有し、２つの物質を結合させるものである。反応基が種類の異なるものもあり、異なる物質を結びつけるのに好適なものもある。なかでも、ＴＥＯＳと呼ばれるオルトケイ酸テトラエチルが実験では好適であった。

従来の光触媒接着骨材は、すべて通常のアクリル樹脂、エポキシ樹脂等の接着剤で接着されていた。勿論、シランカップリング剤もある種の接着剤であるが、従来のアクリル樹脂、エポキシ樹脂等の通常の接着とはその接着原理がまったく異なるものである。従来の樹脂系のものは、分子間で引き合う力（ファンデルワールス力）で接着するものであるが、シランカップリング剤は分子間の結合（反応）、例えば共有結合や水素結合で結合するものであり、その結合力が非常に強い。また、使用量もまったく異なり、非常に少なくてよい。

また、通常の接着剤は光触媒微粒子を全体としてコーティングしてしまうが、シランカップリング剤の場合には、光触媒自体を空気との接触がなくなるほど完全にコーティングしない。これは、触媒効果の低下を軽減するものである。

中空バルーンと、光触媒と、シランカップリング剤の量比は、中空バルーン１００重量部に対して、光触媒が３〜２０重量部、シランカップリング剤が５〜２０重量部が好適である。
また、この製造方法は、この３つの成分を混合し、撹拌するだけでよい。

コロイダルシリカとは、酸化ケイ素又はその水和物のコロイドであり、粒子径は１０〜３００ｎｍ程度である。製法の１例を示すと、ケイ酸塩に希塩酸を作用させてから透析する方法がある。

本発明の各成分の混合割合は、特に限定するものでないが、樹脂成分１００重量部に対して、中空バルーン（光触媒付）８〜１５重量部、コロイダルシリカ（固形分換算として）１０〜２００重量部（より好適には３０〜６０）が好適である。水の量は、エマルジョンとして混合、塗布できる量であれば自由である。通常は、樹脂１００重量部に対して、５０〜１５０重量部程度である。

本発明としては上記が必須成分であるが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、他の成分を加えてもよい。例えば、塗料としては当然であるが、着色用の顔料である。さらに、その他通常塗料に混合されるものを混合してもよい。

特に、上記したシランカップリング剤も混合してもよい。これは、中空バルーンとコロイダルシリカのシリカ粒子を結合させるためである。このようにすると、シリカ粒子がより表面側、即ち、中空バルーンのすぐ下に位置するようになり、樹脂層の保護がより一層徹底することになる。この時のシランカップリング剤の混合量は、塗料成分１００重量部に対して、１〜５重量部程度である。

さらに、金属粉末を混合してもよい。例えば、クロム、アルミニウム、鉄、銅等である。これは、導電剤を加えることにより帯電を防止し、静電気により汚れを吸着することを防止するものである。この金属粉の混合量は、塗料成分１００重量部に対して、５〜１５重量部程度である。

本発明塗料の用途は、建造物の外壁、金属屋根（瓦棒等）、その他断熱を必要とするところに塗布するものである。塗布厚みは自由であるが、通常は２００〜６００μｍ程度である。また、本発明塗料を塗布する前に他の断熱塗料等を塗布しておいてもよい。

本発明塗料の作用について説明する。本発明塗料は、エマルジョンである。エマルジョン樹脂は、塗布した後徐々に水が蒸発し、残った樹脂成分が固化するものである。よって、塗布した後からすぐに塗布層は表面側には水リッチ、深層部は樹脂リッチになり２層に分かれた状態になる。これは、塗布が水平でも垂直でも同様である。

本発明には中空バルーンが含まれている。中空バルーンは比重が小さく、光触媒を固着したもので、０．２〜１．０程度である。よって、この中空バルーンは表面側に出る。中空バルーンが表面側に出るということは光触媒が表面に出るということであり、光触媒を空気に接触させる効果がある。

また、コロイダルシリカも水に分散しており、樹脂よりも水側に存在することになる。よって、表面側から順に、中空バルーン、コロイダルシリカ、樹脂という層に明確ではないが分かれることになる。このため、光触媒の酸化分解効果はコロイダルシリカ層によって樹脂層にまで及ぶのを遮断している。

本発明には次のような効果がある。
（１） 本発明塗料を塗布するだけで、樹脂層と光触媒層、さらには樹脂層を保護する保護層の3層が形成できる。
（２） 表面に光触媒が露出しているため、表面に付着した汚れは光触媒の酸化分解作用により分解され、揮散するか、雨等で洗い流される。よって、防汚効果が期待できる。
（３） 中空バルーンによって大きな断熱効果がある。
（４） コロイダルシリカを用いているため、光触媒の分解能が遮断され下層の樹脂の寿命が長くなる。
（５） シランカップリング剤を接着剤として用いているため、中空バルーンから光触媒が容易に離脱しない。

本発明塗料の１例を塗布したところの断面図である。

以下実施例に従って本発明をより詳細に説明する。しかし実施例に限定するものではない。

実施例１として次の塗料を調製した。
樹脂成分：アクリル樹脂：１００重量部
中空バルーン：シラスバルーンの光触媒付：２０重量部
（光触媒はシランカップリング剤で接着）
中空バルーンサイズ：３５μｍ
光触媒量：３重量部
コロイダルシリカ：３０重量部（固形分換算）
水：１００重量部
これを混合撹拌した。

実施例２として次の塗料を調製した。
樹脂成分：アクリル樹脂：１００重量部
中空バルーン：シラスバルーンの光触媒付：２５重量部
（光触媒はシランカップリング剤で接着）
中空バルーンサイズ：４０μｍ
光触媒量：３．５重量部
コロイダルシリカ：３５重量部（固形分換算）
水：１００重量部
シランカップリング剤（追加分）：５重量部
これを混合撹拌した。

また、比較例として次の３つを調製した。
比較例１
樹脂成分：アクリル樹脂：１００重量部
光触媒量：３重量部
コロイダルシリカ：７０重量部（固形分換算）
水：１００重量部
これを混合撹拌した。

比較例２として次の塗料を調製した。
樹脂成分：アクリル樹脂：１００重量部
中空バルーン：シラスバルーンの光触媒付：３０重量部
（光触媒はアクリル樹脂で接着）
中空バルーンサイズ：４５μｍ
光触媒量：４．５重量部
コロイダルシリカ：３０重量部（固形分換算）
水：１００重量部
これを混合撹拌した。

比較例３として次の塗料を調製した。
樹脂成分：アクリル樹脂：１００重量部
中空バルーン：シラスバルーンの光触媒付：４０重量部
（光触媒はシランカップリング剤で接着）
中空バルーンサイズ：４５μｍ
光触媒量：６重量部
水：１００重量部
これを混合撹拌した。

実施例１の塗料を金属板の上に塗布した。塗布厚みは、４００μｍであった。図１は、この塗布膜の断面図である。まだ完全硬化する前の状態である。
これは水平面（金属板）１に塗布したところであるが、垂直面に塗布しても実質的には変わらない。金属面１に近いところにアクリル樹脂層２があり、その上が水相（水の濃度が高いという意味）３である。勿論、この図のような明確な層の区別はない。

水相の表面部に中空バルーン４が浮き出てきている。また、そのすぐ下の部分に、コロイダルシリカのシリカ粒子が集まってきている。これが下層の樹脂層の分解を防止するのである。

表１に、実施例１及び２、比較例１、２、３に構成と、その混合量を示す。
実施例２は、実施例１に、さらにシランカップリング剤を全体を混合するときに追加したものである。また、比較例１は、中空バルーンを用いずに光触媒をそのまま混合したものである。また比較例２は中空バルーンに光触媒をシランカップ剤ではなくアクリル樹脂で接着したものである。最後に、比較例３はコロイダルシリカを用いない例である。

表２にそれらの効果を示す。

表２の防汚効果は、目視でその色を見た。すべての例で塗布時はほぼ白であった。２ヶ月屋外に放置し、その色の変化を観察した。汚れが付着すると黒くなるためである。○はほとんど変化なし、△は少し灰色がかった感じで、×ははっきりと汚れが見られた。
比較例では色の変化があったが、実施例では、ほとんど観測されなかった。
この差は、実施例１、２では光触媒が表面側に存在し、樹脂にも埋もれていないため十分効果を発揮している。比較例１では、光触媒が樹脂中に埋もれており、表面に存在して触媒効果を発揮するものが少ないためと考えられる。比較例２では、光触媒を固着している接着剤が光触媒により分解され、その結果光触媒が離脱、飛散したものと思われる。

次の親水性は、水滴の接触角で比較した。接触角が小さいほど親水性であり、親水性であるほど汚れが付着しにくい。実施例では、どちらも２０度以下であり、比較例ではすべて４０度以上であった。
これも前記した防汚効果と同様の理由で差がでたものと考えられる。

また、樹脂の劣化は、光触媒によって、自身の樹脂が劣化する程度を比較した。これも上記同様、塗料を塗布した板を直射日光に曝し、１ヶ月放置した後、チョーキングの程度を観察した。◎はまったく変化なし、○はほとんど変化なし、△は少し白い濁感じで、×ははっきりと白化が見られた。

まず、比較例１では中空バルーンがなく、断熱効果が小さいことは測定するまでもなく明らかであるが、樹脂の劣化については、光触媒効果が小さくたいしたことはなかった。比較例２も同様であった。比較例３はコロイダルシリカがないため、本体樹脂と光触媒が遮蔽されておらず、樹脂の劣化が激しかった。

１ 金属板
２ アクリル樹脂層
３ 水相

Claims (1)

1. 表面にシランカップリング剤によって光触媒微粒子が固着された中空バルーンと、有機系樹脂、コロイダルシリカ及び水から構成されることを特徴とするエマルジョンタイプ塗料。
   
   
   

Images